Supaporn, Pansuwan;Ly, Hoang Vu;Kim, Seung-Soo;Yeom, Sung Ho
Environmental Engineering Research
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v.24
no.2
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pp.202-210
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2019
In order to maximize the utilization of sewage sludge, a waste from wastewater treatment facility, the residual sewage sludge generated after lipid and carbohydrate extraction for biodiesel and bioethanol production was used to produce bio-oil by pyrolysis. Thermogravimetric analysis showed that sludge pyrolysis mainly occurred between 200 and $550^{\circ}C$ (with peaks formed around 337.0 and $379.3^{\circ}C$) with the decomposition of the main components (carbohydrate, lipid, and protein). Bio-oil was produced using a micro-tubing reactor, and its yield (wt%, g-bio-oil/g-residual sewage sludge) increased with an increase in the reaction temperature and time. The maximum bio-oil yield of 33.3% was obtained after pyrolysis at $390^{\circ}C$ for 5 min, where the largest amount of energy was introduced into the reactor to break the bonds of organic compounds in the sludge. The main components of bio-oil were found to be trans-2-pentenoic acid and 2-methyl-2-pentenoic acid with the highest selectivity of 28.4% and 12.3%, respectively. The kinetic rate constants indicated that the predominant reaction pathway was sewage sludge to bio-oil ($0.1054min^{-1}$), and subsequently to gas ($0.0541min^{-1}$), rather than the direct conversion of sewage sludge to gas ($0.0318min^{-1}$).
Kim, Minsu;Lee, Yongwoon;Park, Jinje;Ryu, Changkook
한국연소학회:학술대회논문집
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2014.11a
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pp.29-32
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2014
The practical route for disposal of sewage sludge becomes energy recovery by combustion after its ocean dumping is banned in 2012 in Korea. Due to the high moisture content, however, sewage sludge is required to be dried before transport and combustion. In this study, pyrolysis and combustion characteristics of dried sewage sludge was investigated in a small-scale fixed bed reactor in order to provide fundamental data for energy recovery of the fuel. As the first step of combustion, the primary products of pyrolysis were analyzed in a fixed bed reactor for the condensable volatiles (tar), non-condensable gases, and char. For the combustion characteristics, another fixed bed reactor was constructed to monitor the weight and temperature of the fuel particles during ignition and combustion under different air flow rates. The test results were used to derive the ignition and burning rates.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.12
no.2
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pp.52-60
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2004
The basic approach to sewage sludge is organic waste minimization, promotion of energy recovery; volume and weight reduction by final treatment, and environmentally final disposal of natural circulation. Dry and pyrolysis of maize was experimentally investigated in full-scale rotary kiln in semi-continuous operation. The operational parameters varied are the operating temperature $160{\sim}175^{\circ}C$ of dry and $450{\sim}800^{\circ}C$ of pyrolysis, the solids residence time 9 min for pyrolysis. Important parameters studied include the running time, water content of sewage sludge, solids amount of sewage sludge(TS%) by the varied temperature. Also, with the increasing of temperature, how the yield of oil and char product change was observed, and the distribution of gas production components was observed. The gas of $C_1{\sim}C_3$ yield increased and oil of $C_4{\sim}C_6$ yield decreased along with pyrolysis temperature of $670^{\circ}C$ by the run time of 9 min.
Effective treatment and energy conversion technologies are necessary due to the ban of the dumping of organic waste including the sewage sludge. In this study, the kinetics of pyrolysis and combustion were derived in a TGA and thermobalance reactor, which is essential for thermal conversion of sewage sludge to energy. Three steps are shown for the pyrolysis in TGA and the different pre-exponential factors and activation energies are derived depending on the temperature range. Three models of gassolid reaction were applied to the reaction kinetics analysis for the combustion of sewage sludge char and shrinking core model was an appropriated model. Apparent activation energy and pre-exponential factor were evaluated and the effect of oxygen partial pressure was examined.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.10
no.4
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pp.65-74
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2002
This Study was investigated operating condition of pyrolysis processing for sludge disposal in sewage treatment plant. Important parameters studied include running time of pyrolysis, run time of dry and pyrolysis processing, water content of sewage sludge, solids amount of sewage sludge(TS%), condition of pyrolysis temperature. Most degradation reaction of sewage sludge are first order, it assumed first order and elucidated the kinetics. This was the basis of characteristics analysis of sludge degradation mechanism. Also, with the increasing of temperature, how the yield of oil and char product change was observed, and the distribution of gas product components was observed. Main components of gas and carbon product are a little difference with pyrolysis temperature, but it consist of $CH_4$, $C_2H_4$, $C_3H_8$, $C_4H_{10}$, toluene, $C_6H_6$, $SO_2$, CO etc. The gas of $C_1-C_4$ yield increased along with degradation temperature of $670^{\circ}C$ and oil yield decreased of $C_6H_6$ and $C_6H_5OH$ with temperature of $600^{\circ}C$. Particularly, low value added char yield 134kg/t at $670^{\circ}C$, but increased to 194kg/t at pyrolysis temperature of $600^{\circ}C$. In the result of elementary analysis on it, it is mainly composed of carbon. From this fact, in pyrolysis of sludge, it comfirmed that carbonization reaction occur at high temperature well.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.11
no.3
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pp.42-50
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2003
Pyrolysis of maize is experimentally investigated in bench-scale rotary kiln in semi-continuous operation. The operational parameters varied are the temperature($450{\sim}800^{\circ}C$), the solids residence time(7~20 min). Important parameters studied include the running time, water content of sewage sludge, solids amount of sewage sludge(TS%) by the varied temperature. Also, with the increasing of temperature, how the yield of oil and char product change was observed, and the distribution of gas production components was observed. The gas of $C_1{\sim}C_3$ yield increased and oil of $C4{\sim}C6$ yield decreased along with pyrolysis temperature of $670^{\circ}C$ by the run time of 9 min. The results showed the expected strong influence of pyrolysis temperature and a noticeable influence of running time.
Pyrolysis/gasification technology utilizes an energy conversion technique from various waste resources, such as biomass, solid waste, sewage sludge, and etc. to generating a syngas (synthesis gas). However, one of the major problems for the pyrolysis gasification is the presence of tar in the product gas. The tar produced might cause damages and operating problems on the facility. In this study, a gliding arc plasma reformer was developed to solve the previously acknowledged issues. An experiment was conducted using surrogate benzene and naphthalene, which are generated during the pyrolysis and/or gasification, as the representative tar substance. To identify the characteristics of the influential parameters of tar decomposition, tests were performed on the steam feed amount (steam/carbon ratio), input discharge power (specific energy input, SEI), total feed gas amount and the input tar concentration. In benzene, the optimal operating conditions of the gliding arc plasma 2 in steam to carbon (S/C) ratio, 0.98 $kWh/m^3$ in SEI, 14 L/min in total gas feed rate and 3.6% in benzene concentration. In naphthalene, 2.5 in S/C ratio, 1 $kWh/m^3$ in SEI, 18.4 L/min in total gas feed rate and 1% in naphthalene concentration. The benzene decomposition efficiency was 95%, and the energy efficiency was 120 g/kWh. The naphthalene decomposition efficiency was 79%, and the energy yield was 68 g/kWh.
Fuel characteristics of sewage sludge as required for the fluidized bed incinerators have been evaluated. Sewage sludge is basically a solid fuel with high percentage of moisture. Moisture content of the fuel directly affects the heating value of the fuel and the exhaust gas composition. When the sludge of transported into the incinerator, sludge cake is subject to the mixing, break-up and heat-up. Fluidization process would enhance these physical processes. The sludge fuel could then undergo the moisture evaporation and devolatilization process. Subsequent oxidation of volatiles as well as the remaining char would then follow. Sludge samples are characterized with high percentage of volatiles out of total combustibles. Quantitative understanding of above listed subprocesses would certainly help in the utilization of fluidized bed incinerators. A limited set of fuel characterization tests including calorimetric analysis, proximate analysis, elemental analysis and thermogravimetric analysis were conducted for the selected sludge samples. The measurement reasults of sludge samples were reported along with some published data. Limited experience in the actual incinerator plant is also presented.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.2
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pp.540-559
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2018
The utilization of sewage sludge for liquid biofuel production is considered as a approach for achieving better energy security, sustainable productivity and economical raw material. Thermochemical technologies of sewage sludge into energy and fuel has been considered as one of the most effective process. Generally, sewage sludge contains more than 80% of moisture, has high metal contents and 14 ~ 20 MJ/kg of calorific value. This paper reviews the technologies of converting sewage sludge to liquid biofuel via three main thermochemical conversion processes namely pyrolysis, transesterification and supercritical. The fuel properties of liquid fuels produced by different technologies from sewage sludge and definition in relevant laws for liquid biofuels in Korea are also discussed.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.16
no.3
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pp.29-37
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2008
The objective of this research is to evaluate the optimum treatment methods for disposal sludge cake at different temperatures and periods of time. The disposal dehydrated sewage cake used in this study was obtained from N wastewater treatment plant in the P City. This system consists of continuous conveyer thermal dryer and pyrolysis. The continual conveyer thermal dryer was operated to evaluate the optimum conditions with temperature settings, ranges from 130 to $180^{\circ}C$, loading rates of 650~750 kg/hr and operating times of 110~120 minutes. The continual pyrolysis was also operated to evaluate the optimum conditions with temperature settings, ranges from 650 to $750^{\circ}C$, loading rates of 100~158 kg/hr and operating times of 20~40 minutes. The sewage sludge cake has a moisture content of 78~80% (wt) which decreased up to 1~3%(wt) resulted in breaking of cell wall after operating the continuous conveyer thermal dryer and pyrolysis. Important parameters which were operating times, moisture contents, loading rates, conveyer velocities and rotary velocities effects on the thermal kinetics and dynamics were investigated to evaluate the optimum conditions for the continual thermal dryer and pyrolysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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