Separation Technologies of Foreign Materials in Construction Wastes
1. 건설폐기물에 있어서 유기이물질이란?
유기이물질의 정의에 대해 다양한 의견이 있을 수 있지만, KS F 2576(순환골재의 이 물질 함유량 시험방법)의 해설서를 살펴보면, 목재류, 천류, 비닐 및 장판류, 플라스틱 류, 섬유류, 종이류, 스치로폼, 담배꽁초 등을 예시로 하면서 불에 탈 수 있는 이물질이 라고 정의되고 있으며, 그 함유량은 부피기준으로 1% 이하를 제시하고 있다. 반면, 콘크 리트용 골재의 기준을 제시하는 KS F 2526에서는 이물질이라는 표현을 사용하지 않고 유기 불순물이라는 단어를 사용하면서 KS F 2510(콘크리트용 모래에 포함되어 있는 유 기 불순물 시험방법)으로 시험하되 그 함유량에 있어 유해량 함유해서는 안된다
1)는 표현 을 사용하고 있어서 순환골재에서 사용하는 유기 이물질이라는 단어보다 유기 화합물에 가깝게 사용한다.
유기 화합물이라는 단어를 사용하는 것은 유기 이물질이 이미 자연에서 분해가 많이 되어 육안으로 파악할 수 없었기 때문에 화합물의 성격을 띄고 있으며 이것도 일정 수준 이상이 포함되는 것을 제한하고 있었다. 반면 분해가 되지 않아 육안으로도 쉽게 선별이 될 수 있는 것에는 유기 이물질이라는 표현을 사용하고 그 기준을 적용하기 쉽게 부피기 준으로 바꾸었다는 것일 뿐 콘크리트용 골재에 있어서 유기 이물질 또는 유기 불순물은 일정 이하의 수준을 유지해야 하는 것은 당연할 사실이다.
2. 이물질의 분리 방법
건설폐기물을 중간처리하는 일반적인 방법은 파쇄하고 입자크기별로 분리선별하면서 이물질 제거를 하는 과정의 반복이다. 다시말해 파쇄기의 단계마다 적정한 이물질 분리 방법을 선택해야 하며, 본 특집호에서는 사전에 분리선별하는 것이 아닌 중간처리 단계
1) 유해량이라는 것은 시험방법에 의해 식별용 표준색 용액보다 진함 또는 연함으로 보고사항을 작 성하게 되어 있어서 어떤 것이 유해한지는 알 수 없다.
이준호 Jun-Ho Lee 모악환경산업(주) 대표이사E-mail : ando4@naver.com
이종구 Chong-Gou Lee 광산기공(주) 대표이사
E-mail : chonggou@naver.com
기형호 Hyung-Ho Ki 삼영플랜트(주) 대표이사
E-mail : sy4840@hanmail.net
02
마다 적용될 수 있는 이물질 분리 선별기술 중에서 물을 사 용하는 방법 위주로 소개하고자 한다.
2.1 1차 파쇄기 이후 적용가능한 이물질 분리 기술
1차 파쇄기로 사용되는 것은 일반적으로 죠크러셔라 는 것을 사용하고 있으며, 업체에서 일반적으로 사용되 고 있는 것은 4230이나 4840
2)의 크기를 사용하고 있다.
이를 통해 파쇄되어 나오는 골재의 크기는 단변의 길이가 100~150mm 이하인 것이 대부분이다. 이것을 바로 물을 이용하여 이물질을 제거하고자 한다면 물의 하부에 미분이
엄청나게 쌓이게 되기 때문에 이물질 제거 기술을 적용하 기 이전에 <그림 1>과 같이 일정 크기 이하의 골재는 선별 하여 수조내에 미분이 투입되어 슬러지화되는 것을 최소화 하는 것이 일반적이다.
현재 이 부분에 적용되는 또 다른 기술로는 스크린을 통 과한 골재에 송풍을 활용하는 방법이 있으나, 너무 강한 바 람은 골재가 함께 날려가고 약한 바람은 이물질 분리효율 이 없어 의미가 없을 뿐만 아니라 특히 비산먼지의 문제가 부상되면서 수조를 사용한 방법이 사용되는 물을 재처리 해야하는 시설과 비용이나 슬러지의 2차 부산물 발생에도 불구하고 선호되고 있는 것이 현실이다.
건설폐기물 호퍼
1차 파쇄
진동스크린
탈수스크린 농축조
순환조 자력1차 선별
자력2차 선별 응집조
3차 파쇄
송풍기
2차 파쇄
진동스크린 와류식 이물질선별
장치
40mm 이하 순환굵은골재
목재류 토사
플라스틱 류
그림 1. 모악환경산업의 수조(파란색은 물이고 화살표는 골재가 이동하는 것임)
2) 4230이나 4840의 의미는 죠크러셔 입구의 크기를 말하며 42인치×30인치와 48인치×40인치를 의미한다. 다시말해 큰 사이즈의 입구 크 기를 갖는 것이 시간당 파쇄량이 많은 것을 알 수 있으며, 크기가 큰 폐콘크리트를 쉽게 파쇄할 수 있는 장점이 있다.
수조에 의한 방법은 그 역사가 건설폐기물이 아닌 그 이 전의 물처리 기술부터 태동되었던 기술 중에 비중이 물보 다 작아서 뜨는 것을 제거하기 위해 개발되었던 기술이라 고 할 수 있다. 따라서 초창기 모델은 물에 부상되는 것을 상기의 <사진 1>과 같은 skimmer라는 장치를
이용하여 물과 함께 부유된 이물질을 제거하 고, <사진 2>와 같이 물을 분리할 수 있는 장치 를 통해 부유이물질만을 선별하는 것이 그 원리 의 핵심이다. 당연히 사용된 물은 재처리 과정 을 통해 다시 사용되고 있다.
그러나, 이러한 방식은 오랜 시간의 침전시 간과 부유 시간을 부여할 수 있는 방식에서는 가능하지만 시간당 수백톤을 처리해야 하는 건 설폐기물에 직접 적용하기에는 문제점이 있었 기 때문에 다만 그 원리만을 활용하여 기술개발 을 지속적으로 하였으며, 실질적으로 많은 건 설폐기물 중간처리업체에서 개선된 기술들이
는 다음과 같다.
a. 침수 깊이가 깊은 skimmer
골재와 함께 수조에 투입되는 목재는 다른 이물질에 비해 그 부상 속도가 매우 느리다. 그러다 보니 기존의 skimmer 와 같이 침수 깊이가 0.3~0.5m정도였던 것들의 문제점인 부상되지 못한 목재가 골재와 함께 배출되는 경향을 극복 하기 위해 그림 2의 중간부분에 나타낸 바와 같이 그 깊이 를 1.15m까지 크게하고, 회전력을 이용하여 다량의 물과 함께 목재를 퍼올리는 느낌으로 배출하고 있다. 이러한 기 술원리를 강조하기 위해 제조회사에서는 skimmer라는 일 반적인 명칭보다는 수차라는 명칭을 사용하여 물과 함께 이물질을 퍼 올린다는 것을 강조하고 있었다. 그 결과, 수 조 내부의 물은 기존 기술과 같이 소량을 공급하는 것이 아 니라 그 몇배를 공급하게 되었고 결과적으로 수조 내부에 는 자연스러운 물 흐름이 발생하여 이물질이 skimmer쪽으 로 자연스럽게 이동되어 분리선별되고 있었다.
사진 1. 침전조에 있는 skimmer
그림 2. 기술의 원리 - 모악환경산업 사진 2. skimmer를 통해 분리된 이물질과 물을 분리하는 장면
02
b. 물의 방향과 이물질의 방향을 결정하는 살수장치 이물질이 부상되면서 떠오르는 방향은 수직상승하는 경 향을 보인다. 그러나 이물질을 제거하는 장치인 skimmer 까지 이동을 시켜주지 못하면 그 효과를 기대할 수 없다.
본 기술에서는 수차라고 불리우는 핵심기술에 의해 일정부 분 물의 흐름이 생겼지만, 큰 나무까지 이동시키기에는 다 소 무리가 있는 것으로 판단된다. 이러한 문제점을 극복하 고자 skimmer에 의해 제거된 물을 보충하는 방법에 있어 그림 2의 좌측 상단과 같이 물을 골재배출방향과 반대방향 즉 skimmer가 있는 방향으로 강하게 분사하여 물의 흐름 을 유도하는 기술을 사용하고 있었다. 그 결과 <사진 3>과 같이 한번에 많은 양의 물을 배출할 수 있도록 함으로써 분 리 효율을 최대화하였다. 이에 대한 결과값은 [표 1]에 나 타낸 바와 같으며 이 값은 한국환경산업기술원에서 기술에 대한 신기술 검증 평가시 나온 결과값이다.
그러나 상기 기술에 있어서 과도한 물을 사용하여 밀어 주는 힘을 과도하게 할 경우에는 사실상 아래의 <사진 4>
와 같이 골재도 함께 배출될 수 있기 때문에 그 물량과 방 향 등을 현장의 처리용량에 맞추어 설계해야 한다.
2.2 최종 단계에서의 이물질 제거 기술
2차 파쇄공정 이후부터 최종 목적물까지 파쇄 및 이물질 제거 방식은 우리가 통상적으로 사용하는 인력과 풍력이 주로 사용되고 있지만, 그 품질은 앞에서 언급한 기술과 같 은 정도의 목재 분리기술을 사용하지 못한다면 아래의 <사 진 5>와 같이 일부 목재가 골재에 포함될 수 있다. 이러한 정도의 이물질은 실질적으로 이물질이 1% 이하가 되기 때 문에 사실상 적정한 성복토용으로 사용하기에는 문제가 되
[표 1] 분리 효율 측정 실험 결과
기준 투입량(kg) 산출량(kg)
시간(min)
콘크리트 폐목재 비닐류, 기타 폐목재 비닐류, 기타
1회 830 102 92 101 80 2:37
2회 830 103 96 102 82 2:38
3회 830 103 98 102 81 2:39
4회 820 104 90 103 79 2:33
5회 840 103 94 102 83 2:42
평균 830 103 94 102 81 2:38
기어 4단 조성비 4.2:1
회수율(%) 99 86
폐기물 유량(kg/s) 1.16 사진 3. 한번에 배출되는 물의 양
사진 4. 과도한 수력을 이용한 이물질 분리시 편석 위주의 돌도 함께 제거됨
지 않을 수 있지만, 콘크리트용으로 사용하기에는 이 목재 가 지속적으로 문제가 된다.
따라서 콘크리트용으로 건설폐기물을 재활용하고자 하 는 업체에서는 물을 사용하는 방식을 후단부에 적용하고 있다. 이에 대한 이유는 이물질을 효율적으로 제거하려는 목적도 있지만, 파쇄과정에서 발생하는 미분도 제거해야 하는 이유도 포함된다. 이러한 기술에는 다양한 것이 있지 만, 대표적으로 [표 2]에 나타낸 장단점을 가지고 있으며 여기에서는 물을 사용하는 방법 위주로 설명하고자 한다.
잔골재를 생산하는 방식 중 물을 사용하는 방식은 진동 선별장치(진동스크린)에 살수하면서 모래 입자 크기로 파 쇄된 골재와 물이 분리선별장치에 유입되도록 하고 여기서 이물질을 분리한 잔골재를 생산하는 방식이다. 국내의 건
건설폐기물 중간처리 시설에 잔골재 생산라인이 처음 접목 되는 2000년대 초에는 잔골재의 생산량이 소량인 관계로 소형 나선형 분급기를 많이 사용하였지만, 잔골재의 대용 량 생산 및 고품질을 요하는 수요처가 늘어남으로써 샌드 유니트 및 대용량 나선형 분급기를 통한 선별장치가 대중 화 되어가고 있는 추세이다.
a. 나선형 분급기
나선형 분급장치는 저장탱크, 나선형 스크류 및 탈수 스 크린으로 구성되어 있고, 잔골재와 이물질의 비중 차이를 이용해서 이물질을 제거하는 원리이다. 즉 무거운 골재는 저장탱크 하부로 자연스럽게 침강되며, 가벼운 이물질은 물과 같이 넘쳐 외부로 배출되는 장치이다. 부유 이물질 제 거 효과를 높이고 생산량을 늘리기 위해 나선형 분급기에 적용된 기술은 두가지로 정리될 수 있다.
- 투입구의 위치를 골재를 퍼올리는 장치 근처로 두어 많은 양의 투입에도 골재와 미분이 분리되게 하되 그 나선형의 길이를 길게하여 작은 입자가 물의 배출구로 빠져 나가는 시간을 길게 함으로써 그 시간 동안 하부 에 가라앉아 나선형의 블레이드에 의해 골재쪽으로 이
사진 5. 1차 파쇄이후 수처리에 의한 이물질 분리 방식 없이 일반적인이물질 제거 방식으로 생산되는 40mm골재의 품질
[표 2] 건식 및 습식 분급 설비의 장단점 비교
구분 습식 분급설비 건식 분급설비 비고
생산량 200Ton/hr 생산가능 시간당 100Ton/hr 생산가능
초기 설비비 수처리 시설에 의해 건식대비 고가 건조설비 및 미분 제거 설비는 수처리에 비해 저렴
운전비 건식대비 저가 건조설비 고가
미분제거효과 일정한 미분제거효과 대기중의 습도나 물을 함유한 정도에 따라 다름
전처리시설 없음 건조시설, 에너지비 고가
후처리시설 재생 수처리설비 필요
슬러지는 2차 부산물화됨 포집된 미분의 재활용 가능
제품 특성 씻기손실율 적정치 씻기손실율 높음
02
동하게 하였다. 그 결과 많은 양을 투입하여도 미립자 의 과도한 손실없이 미분을 분리해 낼 수 있었다. 그러 나 이물질에 있어서 미쳐 골재에서 빠져 나오지 못하 는 것들이 발생하면서 골재의 품질면에서 이물질은 잘 제어되지 못하는 점이 있었다.
- 투입구의 위치를 골재를 퍼올리는 쪽으로 가깝게 하 다보니 부유된 이물질이 골재와 함께 배출되는 현상이 발생하였다. 이를 방지하기 위해 삼영플랜트에서는 아 래의 <그림 3>과 같이 골재를 퍼올리는 장치 앞에 격 벽을 둠으로써 반드시 투입되는 골재가 하부로 침강해 서 골재를 퍼올리는 장치로 이동하게 하였다. 그 결과 이물질은 만족하는 수준 이하로 떨어지게 됨과 동시에 대용량 생산도 가능하게 되었다.
b. 샌드유니트 + 별도의 이물질 제거 장치
건설폐기물과 달리 석산에서 생산되는 잔골재에는 이물 질이 없기 때문에 동력싸이크론을 이용한 샌드유니트 미분 선별장치를 사용할 경우 잔골재를 샌드펌프를 통해 미립자 분급장치인 싸이크론까지 언제나 일정한 압력으로 보낼 수 있어 안정적인 미립자 분급을 할 수 있는 장점이 있다. 이 것을 건설폐기물 업계에서는 2000년대 후반부터 적용하기 시작하였다.
그러나 건설폐기물에는 반드시 목재나 스치로폼과 같은 이물질이 존재하기 때문에 이물질을 제거할 수 있는 장치 가 개발되어야 했다. 이를 위한 제품으로 효율이 좋은 것은 해외에서 개발되어 국내로 도입된 플럭스(Flux-Tank)를 건설폐기물 중간처리업체에서 사용할 수 있는 이물질 제거
사진 6. 투입구가 배출구와 가까운 나선형 분급기 설치사진
사진 7. 잔골재 선별 샌드유니트
사진 8. 플럭스 탱크 설치 사진 그림 3. 삼영플랜트의 나선형 분급기(녹색이 격벽이다)
장치로 개선하여 사용하는 설비가 개발되어 광산기공에 의 해 사용되어 지고 있다.
c. 굵은골재용 이물질 분리기
굵은골재에 포함된 이물질을 분리하는 기술은 현재 많은 개발이 이루어진 상태가 아니다. 왜냐하면 잔골재에 비해 굵은골재는 수급이 매우 용이하였기 때문이다. 현재까지 환경신기술을 신청하여 공개된 기술 중에는 아래와 같이
<그림 5>에 나타낸 기술이 매우 효과적인 것으로 업계에 알려져 있다.
- 분사압력에 의해 1차적으로 골재에 포함된 미분 등이 세척되는 효과와 함께 스티로폼 조각, 나무 등의 이물 질이 밀도차에 의하여 더 멀리 날라가게 된다. 또한 혹시나 골재속에 묻혀서 부유되지 못하는 이물질을 방지하기 위해 진동기를 두어 부유 정도를 도와주고 있다.
- 이렇게 분리된 이물질과 골재가 다시 혼합되지 않도 록 골재는 노란색쪽으로 이동을 하고 이물질은 파란 색 쪽으로 이동하여 분리 및 제거된다.
- 결과적으로 한번 분리된 이물질은 골재와 다시 혼합 되지 않기 때문에 그 효율이 매우 좋다.
3. 맺음말
이물질은 콘크리트용으로 사용하기 위해서는 현재 법적 기준인 1% 이하가 아니라 실질적으로 0%에 가까워야 한 다. 따라서 이러한 것을 위해서는 하나의 기술만으로 이물 질 제거가 가능하다는 생각보다는 필요한 기술들을 충분히 조합하여 현장 적용을 실시하여야 한다. 이러한 시스템 조 합없이는 이물질의 제거가 사용자가 만족하는 수준까지 갈 수 없음을 알고 생산자는 단순히 품질기준을 맞추는 시설 투자 수준이 아닌 사용자의 요구수준을 만족시킬 수 있는 시설투자가 이루어져야 한다.
담당 편집위원 : 유명열(대길산업(주)) 그림 5. 굵은골재용 이물질 분리 원리
그림 4. 플럭스 설치도
