12-4 Density Separation( 밀도선별 )
- Float/Sink Separators( 부상 / 침강 선별이론 ) - 유체 내에서 입자의 크기와 밀도에 따라 침강속도의 차이로 선별 -기초이론 : 유체속 입자의 움직임 FE : 중력 , 원심력과 같은 외력 FB : 부력 FD : 저항력 (drag force) -Laminar flow 일 때 (CD= 24/NR, NR= vρd/μ) 침강 종속도가 Stoke’s law 를 따른다고 하면 유체보다 밀도가 큰 입자들의 침강 종속도 v 는 v ∝ (ρs – ρ)d ρs : 입자의 밀도 d : 입자의 직경 ρ: 유체의 밀도 즉 입자의 침강속도는 입자의 밀도와 입자의 크기에 의해 영향을 받음 . (Fig. 6-14) - 입자의 종류 (1) 작고 가벼운 것 (2) 크고 무거운 것 (3) 크고 가벼운 것 따라서 침강종속도가 같은 것의 경우는 가속도 운동 중에 분리 가능 (Fig. 6-15) 가속도 중의 입자의 운동 : FE - FB – FD = Vρs/g(dv/dt)가속도 운동을 반복(pulse ) 시켜 층간 거리를 넓히는 방법 활용 )
1. Type of Equipment ( 장비의 종류 )
• - air classifier( 풍력선별기 )
• - jig( 지그 )
• - floatation( 부상분리기 )
• - heavy media separation( 중액분리기 )
키 (winnowing basket)
(1) 풍력선별기 (air classifier):
가장 널리 이용되는 선별기술
- 물질의 비중과 공기역학적 특성을 이용 Light fraction( 가벼운 물질 ) : 종이 , 플라스틱 등 유기물질 Heavy fraction( 무거운 물질 ) : 금속 , 유리 등 무거운 물질 - 가벼운 물질은 멀리 날아가며 , 무거운 물질은 짧게 날아간다 . - air classifier + cyclone +conveyor 로 구성 ( 그림 9-10) - 선별효율 : 부하율 ( 투입량 ) 조절 , 공기 유속조절 , 슈트의 단면 구조 - Air classifier 의 다양한 형태 ( 그림
덩어리 입자
난류성 소용돌이를 형성시켜 부서 지도록 함.
부서진 입자들은 각각의 밀도와 크 기에 따라 운동 (A,B,C)
- air : solid ratio
풍력선별기의 회수효율에 매우 중요한 관계 A/S ratio 를 늘리면 , 즉 , 일정한 고형물 투입량에 공기 유량을 올리거나 , 일정한 공기량에 고형물 주입 량을 줄이면 , 일정 비율까지는 회수율 증가 - 풍력선별의 효율은 입자들이 서로 달라붙지 않은 상태에서 는 더 효과적이므로 덩어리를 진동 등의 동작으로 해체되도 록 하는 것은 좋다 .(2) stoner
원래 곡물에서 돌 고르는 기계로 고안된 장비 하부에서 공기가 유입되는 진동스크린 ( 그림 12-12) 약 4 도 경사로 상하진동 ( 공기에 의해 약간 떠있는 상태로 진동 ) 가벼운 물질은 하부로 무거운 물질은 상부로 몰림 스토너의 평면도 단면도 및 상품 사진 (12-13)2. 성능특성 (Performance characteristics)
파쇄 도시폐기물 풍력선별기의 성능특성 예 (Table 12-6) 선별효율(Effectiveness of Separation) 총괄회수율 (OR) = {(x1 + y2)/(x0 + y0} ×100 Ex,y by Rietema = 100×|(x1/x0) – (y1/y0)| = 100×|(x2/x0) – (y2/y0)| Ex,y by Worrell-Stessel = {(x1/x0) (y2/y0)}1/2× 1003. 설계기준 (Design criteria)
air/solid ratio(lb air/lb waste): 2 ~ 7 for MSW fluidizing velocity: Table 12-7, Table 12-8
( 다양한 종류의 폐기물에 대한 공기유속 ) unit capacity( 처리용량 ): ton/h
total airflow( 총 공기유량 ): ft3/min
pressure drop( 압력손실 ): in bed slope( 설치경사도 ): stoner
physical property( 물리적 특성 ): 입자크기 및 분포 , 겉보기 밀도 , 함수량 등 operational characteristics( 운전특성 ): 에너지 소요 , 소음 , 운전난이도
12-5 Magnetic/Electric
Field Separation
( 자기장 / 전기장 선별 )
Magnetic Separator
- 자성체와 비자성체를 분리 ( 철 분리에 이용 ) - 일반적으로 컨베이어벨트 위에 자석벨트가 설치 - 전자석 또는 영구자석 이용 - 파쇄공정 이후 , 선별공정 이전 , 소각재 선별 , 매립이전 등 에 설치 - 자력선별효율에 미치는 주요변수 컨베이어벨트 위 자석벨트의 높이 자력의 세기 컨베이어의 폐기물 운반속도 컨베이어 위 폐기물 층의 두께자력의 세기에 따라 다르지만 , 콘베이어 폐기물 층과 자석벨트 사이의 거리가 짧아질 수록 회수율이 높아진다 .
콘베이어 벨트 위 적재 폐기물 층의 두께가 두꺼워 질 수록 회수율이 기하급수적으로 낮아진다 .
Eddy Current Separator ( 와전류식 선별기 ) - 패러데이 법칙 기초 - 자장을 변동시킬 때 , 도체 안에 와상 ( 渦狀 ) 전류가 생기며 극성이 반대인 자기장이 생김 - 이로 극성이 다른 자력이 생겨 도체를 밀어내는 원리 - 주로 알루미늄 캔 선별에 이용 - 경제성 평가 필요 - 사전 발생원 선별이 훨씬 경제적
Electrostatic Separation( 정전기 선별 )
- 전하를 띄는 입자들이 하전 능력에 따라 다른 전전기력을 나타냄 - 전도체 물질과 비전도체 물질의 분리하는 경우
- 전기허용 정도가 다른 플라스틱 입자들에 마찰전기 하전공정을 통해 정전기 현상을 유도하여 입자물질 선별 (Fig. 6-31, Fig.6-32)
12-6 Compaction( 압축 )
고정식 컨테이너 압축기 :
도시폐기물
RDF 펠렛 제
조
도시폐기물
RDF
펠렛 제조
사출기
Densified
RDF(dRDF):
입방체 ( 상부
),
펠렛 ( 하부
)
12-7 부대설비 ( 폐기물의 취급 , 이송 , 저장 설비 )
Belt Conveyors - 폐기물의 이송장비로 가장 많이 이용되고 있음 - 재활용물질 인력선별공정에도 이용되고 있음 - 무한괘도 벨트 사이에 한쪽에는 동력롤러와 다른 한쪽엔 무동력 롤러 , 가운데에는 마찰력이 거의 없는 롤러 (Idler)로 구성 - 벨트의 재질 가벼운 물질 이송 : 고무 , 천 , 또는 합성물질 벨트 무겁거나 거친 물질 이송 : 힌지로 연결된 강철 벨트 - 설계인자 : 벨트속도 ( 금속벨트 : 3-30 m/min, 고무벨트 : 30-135 m/min) 이송량 (ton/h) 마력수 (hp) 벨트상 이송물 층의 두께 Pneumatic Conveyor( 관로수송 ) 및 Storage Container( 저장설
비 )
- 관로수송시스템은 투입설비 (feeding device), 관로 (piping), 배출설비 (discharging device) 로 구성
- 저장설비는 회수물의 가치가 낮아 저장비용이 저렴하여야 하고 ,
부패가능성으로 선입선출 (first-in, first-out) 원칙준수 (FIFO basis) - 9 장 참조
12-9 Design of MRFs( 재활용물질 회수시설의 설계 )
MRFs for source separated materials( 발생원 분리수거 재활용물질 MRFs) MRFs for commingled MSW( 혼합수거 폐기물의 MRFs)
MRFs 설계 고려사항
- 타당성조사 재활용물질의 회수방법 발생원 분리수거 재활용물질 MRFs 혼합수거 폐기물의 MRFs - 예비설계 공정흐름도 작성 ( 단위공정 , 시설 및 인력 운영의 조합 ) 물질회수율 분석 물질회수율 = 조성계수 ⅹ 회수계수 ⅹ 참여계수 물질수지 및 부하율 계산 단계 (1) 시스템 경계 결정 ( 대부분 MRFs 시설내 ) 단계 (2) 모든 물질들의 유입량 , 유출량 확인 단계 (3) 물질수지식 적용 ( 축적 = 유입 – 유출 + 발생 ) 단계 (4) 물질수지 분석자료를 이용 단위공정의 부하율 (ton/d, ton/h) 계산- 최종설계 세부계획 수립 ( 계산된 부하율로 단위공정의 용량 결정 ) 참고 : 발생원 분리수거 재활용물질의 전형적 겉보기 밀도 ( 표 12-17 참조 ) 회수물질의 품질관리 시설물의 배치도 (1) 발생원 분리수거 재활용물질 및 혼합수거 폐기물의 하역공간 결정 (2) 대형폐기물 및 불필요 물질 예비선별 공간 결정 (3) 주요단위공정 ( 컨베이어 라인 , 각종 선별기 , 파쇄기 , 압축기 등 ) 배치 (4) 회수물의 저장 및 반출 공간 결정 (5) 차량의 주차장 및 부지내 통행도로 결정 세부설계 건축 , 환경 , 토목 , 전기 , 기계 등에 관한 법령 및 기준 ( 표 12-18 참조 )
2. 분리수거
재활용물질
MRFs
신문지
,
골판지 등 종이류
,
플라스틱류
,
알루미늄
,
유리
,
정원폐기물
음식폐기물 등
분리수거 재활용물질
추가 선별회수 공정
( 예제
12-5)
3. 혼합 MSW
MRFs
- 나머지 혼합수거
도시폐기물 중
유가물질회수
공정
- RDF, 퇴비화 , 소 각 , 매립 공정 등의 전처리 ( 이물질 제거 공정 )( 예제 12-6) 혼합도시폐기물
( 예제 12-6) 혼합도시폐기물 MRFs 대상 지자체를 선정하여 폐기물의 관리실태 및 통계 자료 ( 또는 문헌자료 ) 를 조사 ㆍ분석하고, 재활용율을 최대한 높이기 위하여 사전 분리수거 재활용물질 이외 혼합도시폐기물의 물질회수 처리 프로세스를 결정하여라 . (1) 물질수지와 각 단위공정의 부하율을 계산하라 . (2) 이 혼합폐기물 물질회수시 설의 재활용물질 분리되는 양과 사전분리수거되는 양 을 합친다면 대상지자체의 총 재활용품 분리율이 얼마 나 되겠는가 추정하라 . ( 이물질 함유율은 필요하 면 가정을 하여 반드시 고려 할 것 )
