‘오랫동안 꿈을 그리는 사람은 마침내 그 꿈을 닮아간다’-앙드레 말로- 1
Organic Waste Treatment and Composting
Chapter 2. 쓰레기의 조사분석법
박 성 직
1. 쓰레기의 발생원
• 도시 쓰레기의 일반적 배출원
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2. 쓰레기의 성상분석
• 쓰레기의 성질 특성
– 수분함량, 겉보기 비중, 조성, 원소분석치, 발열량 등의 물리ㆍ화학 적 성질
• 쓰레기의 분석채취 시기 및 방법
– 적어도 연 4회(춘하추동의 각 계절마다 1회)의 측정이 필요
– 수분의 평균치를 알기 위해서는 비 오는 날은 수집을 피하는 것이 바 람직
– 쓰레기 채취는 될 수 있는 한 신속하게 작업해야 하며 1회의 채취는 적어도 쓰레기의 축소작업 개시부터 30분 이내에 완료
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2. 쓰레기의 성상분석
• 시료의 채취
– 수집ㆍ운반차에서 채취
• 가능한 한 대표적인 시료를 채취하여야 하며, 이를 위하여 무작위 채취방식
(random sampling)을 선택. 즉, 수집운반차의 2대 간격 또는 3대 간격으로 시 료를 채취
• 수거차마다 배출지역이 다르면 층별채취법이 더욱 바람직. 상가지역, 주택지역, 공장지역 등으로 구분하여 그것들의 배출량의 비율에 비례하는 차량대수를 선정
• 1대의 차량으로부터 대표적인 시료를 10 kg 이상 채취하고 원시료의 총량을 200 kg 이상 되도록 시료를 채취
– 쓰레기 저장용기에서 채취
• 용기내의 쓰레기를 충분히 섞은 다음 200 kg 이상 채취
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2. 쓰레기의 성상분석
• 시료의 조정
– 원추 4분법
• 대형쓰레기는 원추 4분법을 실시하기 전에 선별하여 (1/2)n만큼만 시료로 채 취. 여기서 n은 원추 4분법을 실시하는 횟수
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교호삽법 구획법
2. 쓰레기의 성상분석
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2. 쓰레기의 성상분석
• 성상분석 절차의 흐름도
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2. 쓰레기의 성상분석
• 물리적 성상분석
– 겉보기 비중(단위용적당 중량)
– 종류별 성상분석
• ① 음식물쓰레기(부엌쓰레기), ② 종이류, ③ 섬유류, ④ 비닐, 플라스틱류,
⑤ 목재류, ⑥ 고무, 가죽류, ⑦ 유리, 도자기류, ⑧ 금속류, ⑨ 연탄재 (우리 나라의 경우는 이것이 대표적인 타지 않는 성분으로 별도로 분별하여 측정하고 있다.), ⑩ 기타
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2. 쓰레기의 성상분석
– 수분함량
– 회분함량
• 수분 측정 후의 건조시료를 분쇄기로 2 mm 이하로 분쇄한 후 일부분을 다시 105±5℃에서 2시간 가열 건조한 다음 다시 일정량을 채취하여 무게를 측정 하고, 전기로 내에서 600±25℃로 가열. 완전연소한 시료를 방냉한 후
105±5℃에서 2시간 건조한 후 약 30분간 건조용기에서 방냉하고 무게를 측정
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2. 쓰레기의 성상분석
– 타는 성분 함량
• 타는 성분(C, %) = 100 － 수분(W, %) － 습량기준의 회분(A, %)
– 개략분석(근사분석, Proximate analysis)
• 도시 폐기물의 개략분석은 다음 4가지 성분으로 구성
• ① 수분함량(moisture)으로서, 건조기(105±5℃)에서 약 4시간 건조후 수 분손실량
• ② 휘발성 고형물(volatile solids)로서, 완전연소(600±25℃)한 후 손실된 양, 미국에서는 950℃의 폐쇄로에서 완전 연소한다.
• ③ 고정탄소(fixed carbon)로서, 시료가 들어있는 도가니의 뚜껑을 덮고서 완전연소하여, 휘발성 고형물의 증발된 후 남는 물질로서 연소될 수 있는 탄소 성분으로 구성되어 있다.
• ④ 회분(ash)으로서, 도가니의 뚜껑을 열고서 완전 연소하여 남은 잔류물로서 흙, 돌, 모래, 철금속 등 안타는 성분 물질이 포함되어 있다.
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2. 쓰레기의 성상분석
• 화학적 성상 분석(Chemical analysis, Ultimate analysis)
– 쓰레기 타는 성분의 화학적 성분분석 항목은 대개 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 산소(O) 및 황(S)
– 자동원소분석기를 이용
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2. 쓰레기의 성상분석
• 발열량(Heating value) 분석
– 소각로를 설계할 때 가장 기본이 되는 쓰레기 질적 특성으로, 쓰레기 1 kg을 완전히 연소할 때 발생하는 열량(kcal)
– 열량계로 발열량을 측정할 때는 쓰레기(연료)속의 수분 및 연소에 의 해 생성된 수분의 응축열을 포함한 열량으로 측정
– 고위발열량: 수분의 응축열을 포함한 열량
– 저위발열량: 고위발열량에서 응축열을 빼고 남는 열량이 유효하게 이 용되는 열량
• H l
= H
h- 6 W ( kcal/ kg)
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2. 쓰레기의 성상분석
• 도시쓰레기의 불활성 슬러지 및 에너지 함유량 (저위발열량)
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2. 쓰레기의 성상분석
① 삼성분의 조성비
– 쓰레기의 3성분(타는 성분, 수분, 회분)의 조성비를 바탕으로 추정
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2. 쓰레기의 성상분석
② 물리적 조성분석치로부터 구하는 방법
– 물리적 조성 분석치로부터 구하는 방법은 보통 다음의 추정식
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2. 쓰레기의 성상분석
③ 단열열량계(Bomb calorimeter)에 의한 방법
– 건조된 쓰레기를 2 mm 이하로 분쇄한 후 일정량을 취하여 열량계 로써 발열량을 측정
– 분쇄하는 과정에서 약간의 수분이 다시 흡수ㆍ함유(약 1～4%)되므 로 측정된 발열량은 풍건식(air dry base)이 됨
– 측정할 시료의 수분 함량을 다시 측정하여 보정하여 줌으로써 정확한 건식(dry base)의 발열량을 계산
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2. 쓰레기의 성상분석
④ 원소분석에서 구하는 방법
– Dulong의 식
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3. 도시 쓰레기의 생물학적 특성
• 유기성 부분
– 대부분의 유기성분이 미생물에 의해 가스와 불활성 유기 및 무기 고형물로 변화 – 저장과정에서 악취의 발생과 모기, 파리의 서식, 쥐 등의 서식도 이러한 유기성 부
분과 관련
– 매립지에서 침출수를 발생시키고 지반침하, 가스 및 악취발생도 이것과 관련. 매립 지의 안정화는 실제로 유기성 물질의 완전분해를 의미
• 1. 수용성 성분 : 당, 전분, 아미노산, 유기산 등
• 2. 헤미셀룰로오스 : 5탄당과 6탄당의 중합체
• 3. 셀룰로오스 : 6탄당의 중합체
• 4. 지질, 오일 및 왁스 : 알콜과 긴 사슬 지방산의 에스터(ester)
• 5. 리그닌 : 방향환과 메톡실기(－OCH3)를 포함한 중합체
• 6. 리그노 셀룰로오스 : 리그닌과 셀룰로오스의 복합체
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3. 도시 쓰레기의 생물학적 특성
• 유기성 폐기물의 생물분해성
– 휘발성 고형물(600±25℃에서 연소후 중량손실로 측정)의 함량이 종종 유기성 폐기물의 생물분해성 척도로 이용
– 그러나 어떤 유기성분은 휘발성이 큰 반면에 생물 분해성은 낮기 때 문에(예 : 신문지 및 벌초물) 이것을 가지고 생물분해성을 추정함은 부정확
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3. 도시 쓰레기의 생물학적 특성
– 폐기물중의 리그닌 함량은 생물분해성 부분을 추정하는 데 사용. 리 그닌 함량이 많은 것은 생물분해성이 떨어짐
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3. 도시 쓰레기의 생물학적 특성
• 악취의 발생
– 악취는 대체로 유기성 폐기물 중 쉽게 분해될 수 있는 부분이 혐기성 세균에 의해 분해되면서 발생
– 유황을 함유하고 있는 유기화합물이 생물화학적으로 환원되면 메테 인 싸이올이나 aminobutyric acid과 같은 악취성 물질을 생성
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4. 쓰레기의 발생량 및 성상 변동
• 쓰레기의 발생량과 성상에 영향을 주는 요소
① 장소
– 상업지역, 주택지역, 공업지역, 공원 등에 따라 발생량과 성상이 달라 진다.
② 도시규모
– 일반적으로 도시의 규모가 커질수록 쓰레기의 발생량이 증가
③ 생활수준
– 대체로 생활수준이 증가되면 쓰레기의 발생량도 증가하며 다양화된 다. 그러나 경제수준이 전반적으로 상승하기 때문에 증가율은 10 % 내외가 되는 수가 많다.
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4. 쓰레기의 발생량 및 성상 변동
④ 기후 및 계절
– 추운지방에서 연료로 동절기에 석탄을 이용하는 경우에는 재의 발생량이 증가하며 우리 나라에서도 겨울철에는 연탄재의 함량이 증가
⑤ 수집빈도 및 쓰레기통의 크기
– 일반적으로 수집빈도가 높을수록, 그리고 쓰레기통이 클수록 쓰레기의 발 생량은 증가
⑥ 재활용품의 회수 및 재이용
– 재활용품의 회수 및 재이용률이 증가할수록 쓰레기의 발생량은 감소
⑦ 법규
– 포장용기나 1회용품의 규제에 관한 법과 종량제(쓰레기의 배출량에 따라서 수거료를 부과하는 제도) 등이 철저히 실시될수록 쓰레기의 양은 감소
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5. 우리나라 쓰레기의 배출량 및 성상 변동
• 우리나라의 쓰레기는 계절적 변동이 있는 편이고, 음식물쓰레기의 함량 이 매우 높음. 아직도 대도시를 제외한 대부분의 중소도시와 농촌에서 겨 울철에 연탄을 때기 때문.
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6. 쓰레기의 발생량 조사방법
① 적재차량계수 분석법
– 특정 지역을 대상으로 일정 기간을 설정하여 이 지역에서 수거 운반되는 차 량의 대수를 조사
– 조사된 차량의 대수에 측정된 폐기물의 겉보기 비중을 보정하여 중량 환산 – 조사 장소로는 중간 적하장이나 중계처리장이 적합
– 쓰레기의 밀도 또는 압축정도를 정확하게 파악할 수 없어 오차의 원인
② 직접 계근법
– 특정 지역을 대상으로 일정 기간을 설정하여 이 지역에서 수거 운반되는 차 량을 중간 적하장이나 중계 처리장에서 직접 계근하는 방법
– 비교적 정확한 발생량을 파악 – 작업량이 많고 번거로움이 단점
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6. 쓰레기의 발생량 조사방법
③ 물질 수지법
– 폐기물의 관리체계 중 특정 시스템을 설정하고 이 시스템으로 유입되는 폐 기물의 양과 유출되는 폐기물의 양에 대하여 물질수지를 세움으로써 발생 된 폐기물의 양을 추정하는 방법
– 주로 산업 폐기물의 발생량을 추산에 적용
– 비용이 많이 들고 작업량이 많아 널리 이용되지 않음
④ 원자재의 사용량을 추정하는 방법
⑤ 주민의 수입이나 매상고 등에 의한 방법
⑥ 기타 통계조사
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7. 쓰레기의 발생량 예측
• 목표년차
– 5년, 10년, 15년 등 5년 간격으로 함을 원칙
– 계획 목표년차가 10년 이상 일 경우를 장기계측, 10년 이하일 경우 를 단기예측으로 구분
• 예측방법 ① 경향법
– 시간에 따른 폐기물의 발생량을 예측할 수 있는 선형, 지수형, 대수형 태의 수식화된 모델링을 작성하고, 여기에 계획년도 최저 5년 이상 의 폐기물처리 실적을 대입함으로써 폐기물의 장래 발생량을 예측 – 모든 인자를 시간에 대한 함수로 하여 모델화 X=f(t)
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7. 쓰레기의 발생량 예측
② 다중회귀 모델
– 쓰레기의 발생량이나 성상은 대상지역의 기후, 면적 등과 같은 자연 적 특성과 인구, 생활상태 등의 사회적 특성 및 경제적 특성에 따라 달라지는데, 다중 회귀 모델은 이러한 영향인자를 종합하여, 하나의 수식으로 표현함으로써 각 인자들의 효과를 총괄적으로 표현
– 시간을 단순히 하나의 독립적 종속인자로 하여 수식화된 모델링에 이 를 대입함으로써 폐기물의 장래 발생량을 예측 X=f(X1, X2, X3, -- -, Xn)
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7. 쓰레기의 발생량 예측
③ 동적 모사 모델
– 시간에 따른 폐기물의 발생량과 자연적 특성, 사회적 특성, 경제적 특 성 등 모든 인자를 시간에 따른 함수로 나타낸 후 시간에 대한 함수로 표시된 각 영향 인자들 간의 상관관계를 수식화하는 방법
– 시간과 다른 영향인자들이 동시에 고려됨
– 시간만을 고려하는 경향법과 시간을 단순히 하나의 독립적인 종속인 자로 고려하는 다중회귀 모델의 단점을 보완
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7. 쓰레기의 발생량 예측
• 영향인자의 선택
– 쓰레기의 발생량 및 성상을 예측하고자 할 경우, 이들은 대상지역의 기후나 면적과 같은 자연적 특성, 인구가 생활상태와 같은 사회적 특 성, 그리고 경제활동 및 주민의 쓰레기에 대한 의식 등 여러 가지 인 자에 따라 영향
① 인구
② GNP 또는 GRP
③ 상품 소비량 또는 매출액
④ 자원회수량
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8. 폐기물의 관리체계
• 폐기물 관리체계의 기능적 요소
폐기물 발생
발생원에서의 폐기물 취급, 분리, 저장 및 처리
수거
적환 및 수송 중간처리 (선별 및 처리) 최종 처분
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8. 폐기물의 관리체계
• 폐기물 발생
– 물질이 더 이상 쓸모 없게 되어 버려지거나 최종 처분을 위해 수집되는 것.
예로 과장포장지는 내용물을 소비한 후에 쓸모 없는 것이 되어 버려짐
• 발생원에서의 폐기물 취급, 분리, 저장 및 처리
– 폐기물의 취급은 폐기물을 수거하여 컨테이너로 운반하기까지의 작업을 지 칭.
– 재이용과 재활용을 위한 물질선별의 최적 장소는 폐기물 발생원이다. 따라 서 일반가정에서 발생되는 유해물질을 발생원에서 분리하는 것은 매우 중 요.
– 발생원저장은 공공건강과 미관상 측면에서 크게 중요.
– 발생원 처리 방법으로는 쓰레기 압축이나 정원쓰레기의 퇴비화 등
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8. 폐기물의 관리체계
• 수거
– 쓰레기와 재활용 가능한 물질을 모으는 것 뿐만 아니라 수거 후 어느 특정 장소(폐기물처리시설, 적환장, 최종매립지)에 수거차량에 모아 진 쓰레기를 버리는 행위
• 폐기물의 선별
– 일반적으로 발생원으로부터 멀리 떨어진 곳에 위치. 예) 재활용품회 수시설, 적환장, 소각장, 매립지 등에서 물질 선별
– 물리적 처리(스크린선별, 인력선별, 자력선별, 파쇄 그리고 압축), 화 학적 처리 (소각), 생물학적 처리 (호기성 퇴비화 공법)
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8. 폐기물의 관리체계
• 적환장 및 수송
– 적환 및 운반의 기능적 요소-최종매립지까지 운반 거리가 24km 이 상이 되면 수거차량에 의한 운반의 경제성 결여로 적환장 설치.
– 1) 소규모 수거차량으로부터 대규모 수송장비로의 적환 – 2) 최종처분까지 장거리 수송.
• 최종처분
– 폐기물 관리 체계의 마지막 단계
– 예) 매립 (수거된 후 직접 매립지로 유입되는 쓰레기, 재활용품회수 시설로부터의 잔류물, 소각장으로부터의 소각재, 처리공정 후의 부산 물), 토양살포
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8. 폐기물의 관리체계
• 폐기물의 통합관리
– 폐기물 관리에 있어서 중점을 두어야 할 우선 순위
①감량화 – 발생원에서 감량화를 도모하여 폐기물을 원천적으로 적게 발생시킴. 예) 포장용기의 사용억제, 1회용품의 사용억제, 음식물 남 기지 않기, 불필요한 물품의 구매 억제
②재회수 및 재활용 (재이용 포함) – 재활용품을 회수를 통한 폐기물량 감소
③소각 및 처리 – 소각열을 이용하거나 기타 처리
④최종 처분 – 폐열을 회수하지 않는 단순 소각 이나 매립 등 최종 처 분
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