‘오랫동안 꿈을 그리는 사람은 마침내 그 꿈을 닮아간다’-앙드레 말로- 1

Organic Waste Treatment and Composting

Chapter 4. 압축 및 파쇄

박 성 직

‘오랫동안 꿈을 그리는 사람은 마침내 그 꿈을 닮아간다’-앙드레 말로-

1. 쓰레기의 압축

• 압축의 목적

– 폐기물을 기계적으로 압축하여 덩어리로 만들어 부피를 감소키는 것

• 압축의 효과

① 부피를 약 1/10까지 감소시킬 수 있고, 젖은 쓰레기의 중량 감소율은

1~35%

② 폐기물의 밀도를 약 5배 가량 증가시킬 수 있어 운송이 용이하고, 운송비의 절감과 날림 방지, 교통체증을 완화. 경제적 압축밀도 (1,000kg/m3)

③ 큰 덩어리로 만들어 부피를 감소시킨 후 매립하는 경우 유효 매립면적을

증대

④ 매립시 안정성이 증대되고, 복토 소요량이 감소

⑤ 단, 타르가 함유된 폐기물, 슬러지 등과 같이 수분이 다량 함유된 폐기물은

취급하기 곤란 2

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1. 쓰레기의 압축

• 압력의 강도에 따른 압축 장치 분류

– 저압력 압축기: 700 kN/m2 (7기압) 이하

– 고압력 압축기: 700~35,000 kN/m2

• 압축기 형태

– 고정식 압축기 (Stationary compactors)

– bag 압축기 (bag compactors)

– 수직식 또는 소용돌이식 압축기 (Vertical or Console

compactor)

– 회전식 압축기 (Rotary compactor)

• 포장기(Baler)

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1. 쓰레기의 압축

① 고정식 압축기(Stationary compactors)

– 폐기물을 호퍼로부터 투입 및 충진 시키면 가동 피스톤이 강철로 된

적재함으로 폐기물을 밀어 넣어 압축

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1. 쓰레기의 압축

② 백 압축기(bag compactors)

– 플라스틱이나 종이로 된 용기 안에 폐기물을 넣어 압축

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1. 쓰레기의 압축

③ 수직식 또는 소용돌이식 압축기(Vertical or Console Compactor)

– 기계적 작동이나 유압 또는 공기압에 의해 작동하는 압축피스톤을 갖고

있다. 이것은 언제나 손으로 쓰레기를 공급시키도록 만들어져 있으며

압축이 끝난 폐기물들은 종이로 만든 상자나 플라스틱 또는 종이로 된

백에 모아진다.

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7. 쓰레기의 압축

④ 회전식 압축기(Rotary Compactor)

– 회전판 위에 열려진 상태로 놓여 있는 종이나 휴지로 만든 백인데 비교적 부피가 적은 폐기물을 넣어 포장하는 압축 피스톤의 조합으로

구성. 압축 피스톤 아래 위치한 백이 충전되면 회전하기 때문에 빈상자가 압축피스톤 아래로 와서 충전되고 그 사이에 충전이 끝난 상자는 포장

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1. 쓰레기의 압축

• 포장기(Baler)

– 쓰레기를 압축한 후 그대로 두면 다시 부풀어 오르므로 압축후 삼베나, 가죽 또는 철끈으로 묶어서 쓰레기가 다시 부풀지 못하게 하고 취급과 운반이 용이하도록 하는 기계.

– 건조된 폐기물만 취급할 수 있음.

• 포장기의 종류

– 이동식 포장기

– 고정식 포장기

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1. 쓰레기의 압축

• 쓰레기의 총부피

• void ratio

• 공간도(porosity)

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1. 쓰레기의 압축

• 밀도(wet density)

• 건조 밀도(dry density)

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1. 쓰레기의 압축

• 부피감소의 지표

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1. 쓰레기의 압축

• 부피감소의 지표

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 파쇄의 목적

– 원래 형태보다 작게 함으로써 폐기물 크기를 비교적 균일한 형태로 만듦

• 파쇄의 이점 (후속처리)

① 압축시에 밀도증가율이 크므로 운반비가 감소된다.

② 서로 다른 크기 및 이질적 조성의 폐기물을 균일한 상태로 해준다. 그러므로 보통 저장, 소각,

압축, 자력선별 등의 전처리로 이용된다. 조대(粗大)쓰레기에 의한 소각로의 손상을 방지해준다.

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 파쇄의 이점 (매립시)

① 매립작업이 용이하고 압축장비가 없어도 매립작업만으로 고밀도의 매립이 가능하다.

② 곱게 파쇄하면 매립시 복토가 필요없거나 복토요구량이 절감된다.

③ 폐기물 입자의 표면적이 증가되어 미생물작용이 촉진되므로 매립시 조기 안정화를 꾀할 수 있다.

④ 매립시 폐기물이 잘 섞여서 호기성 조건을 유지하므로 냄새가 방지된다.

⑤ 병원균의 매개체인 쥐나 해충의 섭취가능 음식이 없어져 이들의 서식이 불가능하다.

⑥ 폐기물의 밀도가 증가되어 바람에 멀리 날아갈 염려가 없으며 화재발생의 위험이 없다.

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 파쇄 입도

– 평균 입경 (mean particle diameter): 입자의 무게 기준으로

50%가 통과할 수 있는 체의 눈의 크기

– 특성입자 크기 (characteristic particle size): 입자의 무게 기준으로 63.2%가 통과할 수 있는 체의 크기

– 유효입경 (effective size): 입자의 무게기준으로 10%가 통과할 수

있는 체의 크기

– 균등계수(uniform coefficient): D60/D10, 균등계수가 클수록 큰

입자의 혼합차가 크며 폐기물의 공극률이 작아지고 통기저항이 증대

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

– Rosin-Rammler model

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 파쇄기의 에너지 소모량

– 다른 중간 처리과정에 비하여 훨씬 높음

– 파쇄입도와 에너지 소모량의 관계식

• n=1 (Kick’s law): 미세하게 (3cm 미만) 파쇄하는 2차 파쇄 공정에 잘 적용

• n=2 (Rittinger’s law): 1차 파쇄 및 거칠게 파쇄하는 데 주로 이용.

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

– 파쇄기의 에너지 수지 특성

① 파쇄기는 일반적으로 에너지 효율이 매우 저조

② 파쇄자체보다도 폐기물 형상을 변화시키며 운반시키는데 많은 에너지 소모

③ 입자의 크기가 작은 물질을 파쇄하는데 더 많은 에너지 소모

④ 회전축의 회전속도가 증가할수록 파쇄된 입자의 크기는 작아지지만 소요동력은 증가

⑤ 에너지의 소요량은 수분의 함량과도 관계가 있으며 수분량이 증가하면 어느

정도 소요 동력이 감소하다가 더 이상 수분의 함량이 증가되면 소요동력도 이에 비례하여 증가

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 파쇄 방법

① 건식 상온 파쇄 - 전단 파쇄. 충격 파쇄, 조합 파쇄, 압축 파쇄

② 습식 파쇄 – Wet Pulper, Rotary Drum

③ 냉동 저온 파쇄 – 대상 폐기물의 저온 포성을 이용하여 파쇄

④ 기타 조합 파쇄

• 파쇄 메커니즘

① 압축 작용에 의한 파쇄

② 절단 작용에 의한 파쇄

③ 충격 작용에 의한 파쇄

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 건식 상온 파쇄기

① 전단 파쇄기

• 고정칼, 왕복 또는 회전칼과의 교합에 의하여 폐기물을 전단

• 충격 파쇄에 비해 파쇄속도가 느리고 이물질의 혼입에 대하여 약하나 파쇄물의

크기를 고르게 할 수 있는 장점이 있음.

• 주로 목재류, 플라스틱류 및 종이류를 파쇄하는데 이용

• Van roll 식 왕복전단파쇄기, Lindemann식 왕복전단 파쇄기, 회전식 전단

파쇄기 등이 있음.

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

② 충격 파쇄기

• 충격 파쇄기는 대개 회전식. 투입된 폐기물은 중심축의 주위를 고속회전하고

있는 회전 해머의 충격에 의해 파쇄

• 회전 해머의 한번의 충격에 의해서 파쇄되지 않은 폐기물은 충돌관에 충돌하여

파쇄되고 충돌시에 튕겨 돌아온 것은 다시 회전해머와의 사이에 끼어 전단파쇄.

• 충격파쇄기는 유리나 목질류 등을 파쇄하는데 이용. Hammer나 Impeler의

마모가 심하고 금속, 고무, 연질 플라스틱류의 파쇄가 어려움.

• 종류: 해머밀(hammermill), 회전충격파쇄기 및 도리깨식 해머 (flail mill)

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

③ 압축 파쇄기

• 기계의 압착력을 이용하여 파쇄

• 나무나 플라스틱류, 콘크리트 덩이, 건축폐기물의 파쇄에 이용

• 종류: Rotary Mill식, Impact crusher

• 파쇄기의 마모가 적고 비용이 적게 소요되는 장점이 있음

• 금속, 고무, 연질플라스틱류의 파쇄는 어려움.

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

구분 전단파쇄기 충격파쇄기 조합파쇄기 압축파쇄기

파쇄 원리

고정날과 가동날 사이에 폐기물을 투입하여 절단한다.

대체로 회전식으로회전 암에 해머 또는 로터가 부착되어 폐기물을 충격/전단한다.

회전식해머에 전단 칼날을 장착하여 폐기물을 충격파쇄/전단한다.

불도저의 캐터 필터와 같은 것을 이용 폐기물을 압축 파쇄한다

대상 폐기물

ⓐ목질계, 지질계, 고무, 폐타이어, 플라스틱계 등 ⓑ대형 가연성 쓰레기의 파쇄

ⓐ와륵계, 유리계, 건조 목질계 등 ⓑ 고무류, 폐타이어 파쇄에는 부적합

ⓐ거의 모든 폐기물에 적용가능 ⓑ 혼합폐기물 파쇄에 효과적임

ⓐ대형 쓰레기의 예비처리에 적합 ⓑ폐콘크리트, 와륵계, 유리계 등

특징

ⓐ소각로 전처리에 많이 이용 ⓑ충격식에 비해 처리용량이 작아 대량·연속파쇄에 부적합함 ⓒ이물질에 대한 대응성이 약함 ⓓ투입구가 커서 트럭에서 직접투입 ⓔ분진, 소음, 진동이 적음 ⓕ폭발위험이 거의 없음

ⓐ소각로 전처리(목질계)에 많이 이용 ⓑ대량처리가 가능함 ⓒ이물질에 대한 대응성이 강함 ⓓ연성이 있는 물질에는 부적합함 ⓔ분진, 소음, 진동이 문제됨 ⓕ폭발위험이 있으므로 대책 요함

ⓐ대량 처리가 가능함 ⓑ대형폐기물도 쉽게 처리 가능함 ⓒ자동차용 고무타이어도 쉽게 파쇄

ⓐ대형쓰레기의 예비처리 ⓑ깨지기 쉬운 폐기물에 적합(유리등) ⓒ기타 폐기물은 압축 효과만 있음

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 건식 상온 파쇄기의 문제점

– 건식 파쇄기의 공통적인 문제점은 파쇄처리과정의 소음, 진동, 분진, 폭발, 화재발생 위험이 있음.

• 폭발의 원인과 그 대책

– 원인

• 연속적인 조업으로 인하여 파쇄기의 온도가 상승하여 먼지 또는 가스, 기름에 의해 폭발현상을 일으킴.

– 대책

① 화약류, 석유류, 가스류, 섬유류가 담긴 용기는 별도 처리

② 산소의 농도를 10% 이하로 유지

③ 충분히 환기시키고 불꽃발생을 방지

④ 조작 기능은 가능한 떨어져서 설치하고 폭발구를 설치

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 습식 파쇄

① Wet pulper (습식 펄퍼)

• 하수 슬러지와 폐기물 또는 물과 폐기물을 혼합하여 파쇄 시킴

• 바닥의 커팅날의 회전에 의해 폐기물을 잘게 파쇄

• 펄프류의 회수를 위해 종이류가 많은 폐기물의

파쇄에 채용됨.

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

② Rotary drum (회전 드럼식)

• Rotary drum은 폐기물에 수분을 가한 후 3~4시간 동안 서서히 회전시킴으로써 폐기물을 서로 부딪치게 하여 파쇄

• 주로 섬유물질을 회수하는데 이용

• 폭발 및 화재 위험성이 없음

• 악취가 발생하지 않고 위생적

• 폐기물이 슬러리 상으로 균질화되어 유체로서 취급이 가능

• 탈수한 유기성 잔사는 질이나 수분의 함량, 입자의 크기가 균일

• 폐수처리 부하를 가중 시킬 수도 있음.

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

③ 냉각파쇄기

• 원리: 상온하에서는 파쇄가 곤란한 폐기물(플라스틱류, 타이어 등)을 LNG, 액체질소의 기화열을 이용하여 단계별로 -196℃ 범위까지 냉각시켜 대상 폐기물의 저온 포성을 이용하여 파쇄하고, 폐기물의 포화온도차를 이용하여 성분별로 선택 파쇄

• 적용: 금속이 들어 있는 자동차용 폐타이어 파쇄, 전선 피복, 모터 등의 후육 금속 등에 적용

• 특징

① 파쇄제품의 형상이 고르며, 폭발이나 유독성이 전혀 문제되지 않음.

② 파쇄된 폐기물의 재질별 크기 균일

③ 복합재의 재질별 분리 성능이 우수

④ 액체질소 등의 냉각제에 소요되는 비용이 많음.

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