열전처리를 활용한 하수 슬러지로부터의 바이오가스 생산에 대한 에너지 수지 및 비용-편익 분석 (Energy Balance and Cost-benefit analysis of Biogas Production from Sewage Sludge by Thermal Pretreatment)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 47권 / 5호 / 342 ~ 353페이지
· 저자명 : 박정수, 김상현

초록

본 연구는 하수슬러지의 혐기성 소화(anaerobic digestion, AD) 공정에서의 에너지 회수 효율을 향상시키기 위한 열전처리 기술의 적용성과 경제성을 평가하고자 수행되었다. 최근 해양투기 금지 및 탄소중립 사회로의 전환에 따라, 하수슬러지의 자원화 및 에너지화를 위한 고도화된 처리기술 개발의 필요성이 대두되고 있다. 특히 서울시 내 공공하수처리장 경우, 악취 민원 등의 문제로 인해 병합 소화를 적용하기 어려우므로 혐기성 소화공정에서 바이오가스 생산량이 제한적이라는 문제가 있다.이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 서울시 소재 공공하수처리장의 유입슬러지룰 이용하여 반응표면분석법(Response Surface Methodology)을 기반으로 다양한 온도(60-180℃) 및 시간(60-180분) 조건의 열전처리 실험을 설계하여 메탄수율(Methane yield)및 메탄 생성속도(Methane production rate)를 평가하였다. 그 결과, 최적 열전처리 조건으로 온도 130℃, 시간 176분으로 도출되었으며, 이 조건에서 열전처리하지 않은 유입슬러지(Contorl) 대비, 메탄수율및 메탄생성속도가 각각 35.5%와 95.8% 향상된 결과를 보였다.또한, 열전처리 공정의 경제적 타당성을 평가하기 위해 최적 열전처리 조건에 따른 현금흐름(Cash Flow) 및 20년 순현재가치분석(Net Present Value)을 통해 초기투자비용을 회수할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 경제성 측면에서도 전처리 공정의 타당성을 입증하였다.본 연구는 하수슬러지의 안정적 처리 및 바이오가스 회수 효율 극대화를 위한 실용적 전처리 기술의 개발 방향을 제시하며, 향후 탄소중립형 하수슬러지 처리공정 설계에 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

영어초록

This study was conducted to evaluate the applicability and economic feasibility of thermal pretreatment technology for improving energy recovery efficiency in the anaerobic digestion (AD) of sewage sludge. With the recent ban on marine sludge disposal and the global shift toward a carbon-neutral society, the development of advanced treatment technologies for the resource recovery and energy conversion from sewage sludge has become increasingly important. In particular, public wastewater treatment plants in Seoul face challenges in implementing co-digestion due to issues such as odor complaints, which limits biogas production in AD processes.To address this issue, thermal pretreatment experiments were conducted using sewage sludge from public wastewater treatment plants in Seoul. The experiments, based on Response Surface Methodology (RSM), evaluated various temperature (60–180°C) and time (60–180 min) conditions to determine their effect on methane yield and methane production rate. As a result, the optimal thermal pretreatment condition was identified as 130°C for 176 minutes. Under this condition, methane yield and methane production rate increased by 35.5% and 95.8%, respectively, compared to untreated feed sludge (control).Additionally, the economic feasibility of the thermal pretreatment process was assessed through cash flow analysis and a 20-year net present value (NPV) evaluation under the optimal pretreatment condition, confirming that the initial investment cost could be recovered. These findings indicate that the pretreatment process is also viable from an economic perspective.This study proposes a practical direction for the development of pretreatment technologies that ensure stable sewage sludge treatment and maximize biogas recovery efficiency. The findings are expected to serve as a foundational reference for designing future carbon-neutral sewage sludge treatment systems.

참고자료

· 없음