환경학과, 환경 폐기물 등 생활 폐기물 관리 요점 요약 정리 4. 폐기물의 기계적 처리

제 4 장 폐기물의 기계적 처리

1. 압축의 장점

􀂃 압축은 부피감소가 주된 목적

􀃎 폐기물의 수송비용을 절감하고, 매립장의 수명을 연장시키는 효과

􀂃 압축에 의해 부피를 1/10까지 감소

􀂃 수분이 빠지므로 중량도 감소

􀃎 중량 감소는 일반적으로 비에 젖은 폐기물은 35%, 보통의 폐기물은 1~3% 감소하며,

마른 폐기물은 압축해도 중량이 감소하지 않음

① 저압력 압축기 : 700 kN/㎡(7기압) 이하

② 고압력 압축기 : 700 ~ 35000 kN/㎡

􀂃 압축기의 종류

(1) 고정식 압축기(Stationary compactors)

(2) 백압축기(bag compactors)

(3) 수직식 또는 소용돌이식 압축기(Vertical or Console Compactor)

(4) 회전식 압축기(Rotary Compactor)

2.파쇄(shredding) : 폐기물을 가공하여 원래 형태보다 작게 함으로써 폐기물의 크기를 비교적 균일하게 만드는 공정

􀂃 파쇄 후 부피가 감소하는 것이 대부분이나 때로는 파쇄후의 부피가 파쇄전보다 커질 수도 있음(예 : 종이)

􀂃 파쇄의 이점

① 압축 시 밀도 증가율이 크므로 운반비가 감소

② 서로 다른 크기 및 이질적 조성의 폐기물을 균일한 상태로 만듦

☞ 저장, 압축, 자력선별, 소각, 매립 등의 전처리로 이용

③ 대형 폐기물에 의한 소각로의 손상을 방지

􀂃 입자크기의 분포(대표적 모델 : Rosin-Rammler model)

􀂃 에너지 소모량

- 파쇄시의 에너지 소모량은 다른 중간처리과정에 비하여 훨씬 높음

- 파쇄시의 에너지 소모량을 예측하기 위한 여러 가지 모델이 제시

① n=1인 경우, Kick의 법칙→고운 파쇄 또는 2차 파쇄에 잘 적용

② n=2인 경우, Rittinger의 법칙→거친 파쇄 또는 1차 파쇄에 잘 적용

③ n=1.5인 경우, Bond의 법칙

􀀹 파쇄기의 에너지효율이 매우 저조한 이유

ㆍ분쇄 자체보다는 폐기물의 형상을 변화시키고, 운반시키는데 많은 에너지가 소모

ㆍ회전축의 회전속도가 증가할수록 입자의 크기는 작아지지만 소요 동력은 증가

ㆍ수분함량이 증가하면 어느 정도 소요 동력이 감소 하지만, 그 이상 수분함량이 증가하면 소요 동력도 같이 증가

ㆍ입자의 크기가 작을수록 더 많은 에너지가 소모

􀀹 파쇄기의 종류 및 특징

① 건식파쇄

㉮ 전단 파쇄기

◆ 고정칼과 왕복 또는 회전칼의 교합에 의하여 폐기물을 전단

◆ 대체로 충격파쇄기에 비해 파쇄속도가 느리고 이물질 혼입에 대하여 약하나 파쇄물의 크기를 고르게 할 수 있는 장점

◆ 주로 목재류, 플라스틱류 및 종이류를 파쇄 하는데 이용

㉯ 충격 파쇄기

◆ 고속회전을 하는 해머의 충격에 의해 파쇄

◆ 유리나 목질류 등을 파쇄 하는데 이용

㉰ 압축 파쇄기

◆ 기계의 압착력을 이용하여 파쇄하는 장치

◆ 나무나 플라스틱류, 콘크리트덩이, 건축폐기물의 파쇄에 이용

◆ 파쇄기의 마모가 적고 비용이 적게 소요되는 장점

② 습식파쇄

㉮ 습식 펄퍼(wet pulper)

◆ 종이나 주방쓰레기를 절단 rotor가 달린 mixer에서 다량의 물로 회전시키면서 파쇄하고 현탁물 상태로 만든 후 분리

◆ 소음, 분진, 폭발 사고를 방지

㉯ 회전 드럼식

◆ 폐기물을 파쇄할 때 재료의 강도차에 의해 파쇄정도가 달라지는 점을 이용하여 파쇄와 분별을 동시에 행하는 방식

◆ 2종의 Screen을 가진 회전드럼과 내부구동장치로 구성

◆ 종이, 주방쓰레기, 플라스틱의 3그룹으로 선택적 분별이 가능

㉰ 냉각 파쇄기

◆ 드라이아이스를 냉매로 하는 것/액체질소를 냉매로 하는 것

◆ 냉각 파쇄기는 상온에서 연성을 가지고 있어 파괴에너지가 큰물질을 저온열화시켜 작은 에너지로 충격 파쇄하는 방법

◆ 모터류, 자동차타이어, 피복전선, 플라스틱류 파쇄에 주로이용

 

3. 선별

􀀹 선별효율

위의 식에서

- X 회수율 = X1 / X0

X0 : 투입된 X의 총량

X1 : 회수된 X의 순량

- y 기각률 = 1 - Y1 / Y0 = (Y0 – Y1) / Y0 = Y2 / Y0,

Y0 : 투입된 기타 폐기물의 양

Y1 : 회수되는 기타폐기물의 양

Y2 : 제거되는 기타 폐기물의 양

예문) 투입량이 1ton/h이고, 회수량이 600kg/h(그 중 회수대상물질은 540 kg/h)이며, 제거량이 400kg/h(그 중 회수대상물질은 50kg/h)일 때 Rietema식에 의한 선별효율은?

(단, Rietema식의 선별효율(E) = l (x 회수율)-(y 기각율) l ×100 (%)= l (x1/xo)-(y1/yo) l ×100(%) )

 

<풀이>

􀀹 손선별

- 분당 9m 이하의 속도로 이동하는 컨베이어 벨트의 한쪽 또는 양쪽에 사람이 서서 손으로 종이류, 플라스틱류, 금속류 등을 분류하는 방법

- 장점 : 사람이 직접 손으로 분류하기 때문에 정확도가 높고 파쇄공정으로 유입되기 전에 폭발 가능성이 있는 위험물질을 분류

- 단점: 사람이 더러운 작업에 직접노출 되기 때문에 먼지흡입, 악취, 뾰족한 물체로 인한 부상이 있고, 기계적인 선별보다 작업량이 떨어질 수 있음

- 컨베이어 ① 고무벨트식, ② 공기식, ③ 스크류형

􀀹 체선별 : 구성의 폐기물을 체의 크기에 따라 분류하는 방법

-주요 목적 : 유리를 회수하거나 재 등의 미세물질을 제거하는 것

- 트롬멜 스크린

▶ 회전 스크린의 대표적인 형태

▶ 스크린 중에서 선별효율이 가장 좋고 또한 유지관리상의 문제가 적은 것

􀀹 풍력선별 : 폐기물내의 가벼운 물질인 종이나 플라스틱류를 기타 무거운 물질로부터 선별해내는 방법

􀀹 자력선별 : 각종 폐기물 중에서 철성분을 회수하기 위해 흔히 사용

􀀹 광학선별 : 유리의 선별 시 색깔별로 분리할 때 사용

􀀹 기타 선별 방법

(1) 와전류선별기(비철금속선별기)

▶ 알루미늄과 같은 비철금석을 제거할 때 사용하는 방법

▶ 금속의 전기전도도 차이를 이용

(2) 관성선별

▶ 분쇄된 폐기물을 가벼운것(유기물)과 무거운것(무기물)으로 분리하기 위하여 중력이나 탄도학을 이용하는 것

(3) 부상

▶ 대상폐기물을 물에 넣어 밀도차에 의해 뜨는 것을 선별하는 방법

▶ 유리조각, 뼈 등은 바닥에 가라앉고 가벼운 유기물은 표면에 부상

(4) Stoner(Pneumatic Table)

▶ 수용액 중에서 무거운 것을 고르는 Jig의 원리와 유사

▶ 약간 경사진 판에 진동을 줄 때 무거운 것이 빨리 판의 경사면위로 올라가는 원리를 이용한 것

(5) 유동상 선별기(Fluidized Bed Separators)

▶ 분쇄시킨 전기줄로부터 금속류를 회수하거나, 분쇄시킨 자동차나 또는 연소기의 재로부터 알루미늄이나 구리를 회수하는데 사용

▶ Ferrosilicon이라는 매질이나 또는 철가루속에 폐기물을 넣고 공기를 불어 넣으면 가벼운 것은 위로 올라가고 무거운 것은 아래로 내려가는 원리를 이용한 것

(6) Secators

▶ 물렁거리는 가벼운 물질로부터 딱딱한 물질을 선별하는데 사용

▶ 경사진 conveyor를 통해 폐기물을 주입시켜 천천히 회전하는 드럼(drum) 위에 떨어뜨려서 분류

(7) Heavy media separation

▶ 철과 유리성분을 제거한 후 풍력선별이 이루어진 폐기물을 높은 비중을 가진 유체속에 투입하여 알루미늄 성분을 분리할 때 사용하는 방법

(8) Jig(수중체)

▶ 사금을 선별하기 위하여 오래전부터 사용되던 방법

▶ 물에 잠긴 스크린위에 분류하려는 폐기물을 넣고 수위를초 당2.5회 정도 0.5-5 cm의 폭으로 변화시키면 무거운물질과 가벼운물질을 분류

(9) Table

▶ 각물질의 비중차이를 이용한 것

▶ 약간 경사진 판에 물체를 흐르게 한 뒤에 한쪽에는 빠른 진동을 그리고 다른 한쪽에는 느린 진동을 주면 가벼운 것은 빠른 진동쪽으로 그리고 무거운 것은 느린 진동쪽으로 분류

 

 

(10) 공기부상

▶ 수중에 미세공기를 주입하여 입자와 접촉시킨 후 물위로 떠오르게함으로써 무거운 물질로부터 분류시키는 방법

(11) Sink/Float Separation

▶ 가벼운 것은 부상시키고 무거운 것은 침전시키는 방법으로 폐기물을 물에 넣어 분류하는 방법

4. 폐기물의 기계적-생물학적 처리

􀀹 기계적-생물학적 처리(MBT)

- MBT = 기계적 처리(선별) + 생물학적 처리(유기물의 분해)

- 매립지 이용연한의 연장과 매립지 안전성의 증가 등 다양한 장점이 있다