2.1.6 파쇄분리
• 가전제품 등 에서 철금속류 회수를 위해 파쇄 시스템 필요
• 그림 2.14는 습식파쇄의 흐름도이며, 이러한 파쇄 및 분류 처리를 통해서 금 속물질을 분리
- 건조파쇄기의 경우 공기정화시스템이 모든 공중 입자를 제거하여야 함
- 습식파쇄기에서 부분적으로 보완될 수 있으며, 습식 상태에서 분진제거에 사 - 용된 물은 처리가 필요함
그림 2.14 습식파쇄 시스템
2.1.7 흡착식 버블분리
• 미립자 또는 콜로이드 형태에서 고체가 선택적으로 부속장치의 가스(보통 공 기) 버블에의해 회수되는 원리, 버블은 물의 표면으로 상승하며, 포집된 입자는 재생됨
• 버블분리에서 사용되는 시약은 광물에서 포집제와 소수성막의 형성과 함께 일 정한 범위의 pH 내에서만 상호작용이 일어남
• Wemco-Fagregren 거품부유장치(그림 2.15)
-배플 내에 회전하는 임펠러를 가지고 있으며, 공기는 효과적인 버블 무기물 부 속장치에서 버블 입자 충돌을 발생시키기 위해 임펠러를 통하여 주입되며 이를 통해 적절한 분산과 충분한 혼합이 이루어짐.
그림 2.15 Wemco-Fagregren 거품부유장치
2.1.8 선별분리
• 물리적 분리의 가장 오래된 방법 중 하나이며, 주로 석탄의 선광에 사용됨.
• 분리되기 위한 물질이 점점 다양해졌기 때문에 시각적으로 성분을 구별하는 것에 의한 물리적 분리는 서서히 사양되었으나, 최근 컴퓨터와 센서 공학으 로 자동화 선별장치의 발전을 이루었으며, 사람에 의한 직접적 선별보다 매 우 우수한 효율을 보이게 됨.
• 다양한 기술이 선별 장치의 개발에 적용되었으며, 그 예로 X-ray, 레이저, 적 외선 전도성 그리고 다양한 전자 시스템의 조합들이 있음. 이러한 기술들을 적용하는 분리장치는 특수한 화학물질이 사용되지 않기 때문에 잠재적으로 낮은 분리비용이 요구됨.
2.2 액체물질의 분리 및 분류 2.2.1 원심분리
• 슬러지 등의 이물질이 혼합된 액체를 원심력의 원리를 이용하여 슬러지와 액 체를 분리
• Decanter형 원심분리기(그림 2.16) : 하수처리용 또는 이와 유사한 목적으로 사용됨
-분리시키고자 하는 액체와 슬러지의 혼합물이 피드 파이프를 통해 스크류 축 내면에 투입되면 이것은 자연낙하 또는 강제 배출 방식으로 스크류 축 구멍을 통해 분출됨.
-분출된 혼합액은 스크류 날개, 스크류 축 외면 및 보울 내면으로 형성되는 채 널 내에 갇혀 스크류 및 보울과 같이 회전함.
-회전에 의한 원심력으로 액체는 보울의 내면에 밀착되고 이것이 누적되면 보 울 및 축과의 동심원 형태로 자유표면을 구성함.
-액체의 유입이 계속되면 자유표면은 점점 상승하여 마침내 좌측의 액체 배출 구를 통해 액체는 배출됨. 이 과정에서 액체보다 무거운 슬러지는 액체에 의한 부력보다는 원심력이 더 커서 보울 내면의 바닥에 모임. 한편 스크류 축은 보 울보다 약간 작은 속도로 회전하기 때문에 스크류 작용에 의해
가라앉은 슬러지를 우측으로 쓸어모아서 마침내 슬러지 배출구를 통해 밖으로 배출
그림 2.16 Decanter 원심분리기 모식도
2.2.2 액체물질의 막분리
• 미세공(pore)을 가진 분리막을 이용하여 액체 또는 기체 속에 존재하는 용질 들로부터 선택적인 분리가 가능한 분리 공정으로 정의할 수 있음
• 분리막 공정은 미세공의 크기에 따라 또는 분리할 수 있는 용질의 종류에 따 라 그림 2.17과 같이 분류
-역삼투(RO, Reverse Osmosis), 나노 여과(NF, Nanofiltration), 한외 여과 (Ultrafiltration) 및 정밀 여과(MF, Microfiltration)
그림 2.17 액체에서 막분리의 적용
① RO 공정(역삼투)
- 물만 투과되고 나머지 모든 용질은 배제
- 주로 해수로부터 담수의 생산 및 정수기에 사용
- 용질의 농도에 따라 삼투압 증가로 보통 20~40기압 정도의 고압에서 작동 -예를 들면 용존고형물(TDS)의 농도가 35,000 mg/L인 해수의 삼투압은 25℃에 서 397psi 정도로 해수 속의 염을 제거하기 위해서는 약 27기압 이상의 높은 압력 필요
② NF(나노여과)
-RO와 UF의 중간 범위로 분자량이 수백에서 수천 정도의 용질 분리, 2가 양이 온을 1가 양이온과 선택적으로 분리 가능
③ UF(한외여과)
- 단백질, 다당류 또는 고분자 물질들과 같은 거대분자(Macromolecule) 분리 -거대분자에 의한 삼투압은 작으므로 RO에 비해 상대적으로 낮은 압력인 1~8 기압으로 운전
④ MF(정밀여과)
- 기본적으로 부유 입자성물질(현탁물질) 분리시 적합
-막의 세공 크기에 의해 박테리아나 입자물질 분리 가능, 작동압력은 1~4기압 정도 • 분리막 공정은 제조된 막을 적당한 모양의 모듈을 만들어서 사용
• 모듈의 형태 : 나권형(Spiral wound type), 중공사형(hollow fiber type), 관형 (Tubular type), 평판형(Plat and Frame type) 등
형태 특징 장점 단점
(Spiral wound) 나권형 평판형 막 여러 장을 둘둘
말아서 하나의 모듈화 표면적이 큼
Scale-up이 용이 입자크기가 큰 물질은 막히 기 쉬움
중공사형
(Hollow fiber) 수 mm의 관경을 가지는
속이 빈 실관 형태 표면적이 큼
다양한 형태 응용 가능 입자크기가 큰 물질은 막히 기 쉬움
(Tubular) 관형 10mm 이상의 관경을 가지
는 관 형태 용질의 입자크기가 큰 경
우에 중공사형보다 적합 표면적이 중공사형보다 작 음
(Plat and Frame) 판(sheet) 모양의 모듈 평판형 Scale-up이 용이
유지관리가 용이 표면적 작음
입자크기가 큰 물질에 불리
표 2.1 막분리 공정에 사용되는 모듈의 종류와 특성
2.3 기체물질의 분리 및 분류 2.3.1 심냉법
-기체를 압축, 냉각, 액화시킨 후 boiling point의 차이를 이용한 증류법으로 분리 - 기체분리 기술 중 가장 오래된 기술
2.3.2 흡착법
-분리하고자 하는 기체를 흡착체에 흡착시키고 흡착되지 않은 잔류기체는 다 른 용기에 이송한 후 흡착된 기체를 온도차, 압력차 등을 이용하여 탈착시키 면서 기체 분리
-탈착시 온도를 이용하는 것을 Thermal Swing Adsorption(TSA), 압력을 이용 하여 탈착시키는 방법을 Pressure Swing Adsorption(PSA)이라 하는데 PSA법 이 cycle time이 짧아 실용적으로 많이 사용됨.
-PSA 법은 심냉법보다 장치가 간단하고 경제적인 면에서 유리하여 각종 화공 산업 용도로 급속하게 적용됨.
2.3.3 기체물질의 막분리법
-특수하게 제작된 막의 한쪽면으로 기체(여러 종류의 기체분자로 구성된 혼 합기체)가 접촉되어 막 반대면의 압력이 저압 상태로 될 때 혼합기체 중의 특 정기체가 막을 투과하는 현상을 이용하여 분리
-심냉법에서와 같이 상변환 공정이 필요없어 에너지가 적게 들고 또한 PSA법 에서와 같은 단속된 cycle이 필요 없이 연속적으로 분리가 가능하며, 시스템 이 간단.
-구성설비로는 송풍기, 막 및 Module, 감압 펌프만 있으면 충분하여 단순 소 형화 가능
2.3.4 혐기성 소화 반응기의 혼합 및 가온방식에 의한 분류 가. 혼합방식에 의한 분류
• 혐기성 반응기 설계시 밀폐공간 내에서 산소를 차단시키면서 소화조 내 미생물 상과 유기물을 접촉시켜 효율을 향상
• 내부수를 순환시키거나 혼합시키는 방식 채택 - 펌프순환방식 : 내부수를 펌프에 의하여 순환
-기계교반방식 : 모터 설치 및 내부에 실린더형의 순환관로를 설치하여 모터 교 반에 의해 물질을 순환
- 가스교반방식 : 송풍기에 의해 내부가스를 순환시켜 공기력에 의해 내부를 혼합
그림 2.18 반응조 내부물질의 혼합방식
나. 가온방식에 의한 분류
• 혐기성 소화조에서 가온방식에 의해 기체의 분류가 이루어짐
• 중온소화 35℃, 고온소화 55℃
• 내부 미생물상에 영향을 주지 않으면서 전체적으로 온도를 유지하기 위해 반 응조 주위에 자켓을 설치하고 자켓에 온수를 보내는 방법과 증기를 보내는 방 법 사용
그림 2.19 발효조의 가온방식에 의한 분류
• (a),(b),(c) 방식
-고온의 온수를 보내 제어하는 방법으로 고온의 온수를 보내면서 냉각수에 의해 온도를 제어하는 방법과 외부배제 및 가스를 연소시켜 온수보일러를 가동시켜 온도를 유지하는 방법으로 구분
• (d),(e),(f) 방식
-보일러를 설치하여 증기를 생산하여 증기를 반응기 주변의 자켓으로 공급 하는 방법
-전기를 생산하지 않고 발생되는 가스를 연소시켜 사용하는 방법이 범용적 으로 사용 되고 있으며 보일러를 설치하여 발생되는 메탄가스를 연소시켜 증기화하여 온도 유지
-전기를 생산하는 가스엔진터빈이 설치되어 있는 경우에는 터빈을 작동하 면서 발생되는 폐열을 이용하여 증기보일러를 가동시켜 생성되는 증기를 공급할 수도 있음
-(f)에서와 같이 배출되는 폐액에 의해 유입되는 폐액을 예열함과 동시에 첨 가 폐수에 열을 가하여 반응기 전체의 온도를 유지하는 것도 가능
• 어떠한 형태의 가온을 선택하더라도 기본적으로 에너지 절약과 동시에 혐 기성미생물 반응조에 미치는 영향을 최소화하는 방법 선정
처리방법 방법 목적 종류 압축
고밀도 폐기물 가공 원 료의 준비단계로서 폐 기물의 비중을 증가시 키는 공정
- 저장과 이송의 용이성 향상
- RDF 등의 고형연료 성형 Balers, 캔압착기 등
파쇄 수거된 폐기물의 크기 를 기계적으로 작게 만
드는 공정 - 형태를 균일하게 만듬 Shredder, 유리파쇄기(Glass Crusher), 목재 파쇄기(Wood Grinder) 등
선별 두 가 지 이 상 의 입 자 크기 및 성질로 분리하 는 방법
-일정 크기 이상 및 이하의 폐기물 제거
-가벼운 가연성 물질과 무거운 비가연성 폐기 물의 분류
-종이, 플라스틱 및 기타 가벼운 폐기물과 유리, 금속의 분리
-가연성 폐기물에서 유리, 왕모래, 세사 등의 분리 -건설현장 토양에서 큰 돌, 일정크기 이상의 물질 제거
-소각재에서 일정크기 이상의 물질 제거 등
진동스크린, 회전스크린, 디스크스크린, 중력선별, 자력선별 등
자원화 전처리 기술 - 물리적 처리 방법
Baler
(1) 형식
① Baler는 압축장비의 또 다른 형태로서 압축된 폐기물 관리에 용이한 크기나 무게로 포장하는 장치
② 압축 후 그대로 두면 다시 부풀어 오르므로 압축 후 삼베나 가죽 또는 철끈으 로 묶어서 쓰레기가 다시 부풀지 못하게 하고, 취급과 운반이 용이 하도록 하 는 기계
(2) 종류
① 이동식 포장기
가. 이동식 포장기는 수직식과 수평식이 있는데 어느 것이나 편리하게 제작하여 사용할 수 있으며, 들어 올리는 장치를 이용하여 운반할 수도 있다.
나. 포장에 사용하는 동력은 소형일 때는 전기 또는 가솔린을 사용할 수 있지만 대형일 때는 주로 유압을 이용한다.
다. 전기를 사용하는 것은 처리능력이 평균적으로 0.3∼0.4㎥(45∼136kg)씩 1일 10∼15회 포장할수 있다.
라. 수평식포장기는 중량이 700∼900kg이며, 보통 3m×0.9m×0.9m의 규격
마. 수직식포장기는 압착Press까지 합쳐서 중량이 3톤 정도이고,3.7m×2.4m×4m 의 규격이 대부분
② 고정식 포장기(Stationary Baler)
이 포장기는 규격, 형식에 있어 매우 다양하고 대부분 한번 작동으로 혼합폐 기물을 건조 및 포장할 수 있다.
(3) 특징
① Baling 된 도시폐기물은 그동안 주로 매립 처분에 이용되어 왔지만 근래에 는 회수물질의 운반을 위하여 이용
② 골판지, 신문지, 플라스틱, 페트병, 알루미늄캔 등 거의 모든 물질이 Baling 가능
③ Baling 된 물질은 운반차량에 적재하기 용이하며, 밀도가 높기 때문에 수 송비를 절감할 수 있어 경제적
④ Baling 하여 아주 단단하게 묶어 흩어지지 않도록 해야 하기 때문에 물질 회수가 어렵게 될수도 있음
⑤ 포장기를 쓸 때는 완전하게 건조되지 못한 폐기물은 취급할 수 없다.
⑥ 여러가지 성분으로 구성된 고형폐기물은 그대로 묶는것보다 분류하여 취 급하는 것이 바람직
⑦ 포장기를 사용하면 230kg/㎠ 정도의 고압력 압축기를 사용하여 1500kg/
㎥까지 압축된 쓰레기의 밀도를 그대로 유지 가능
⑧ 보통 1m×1m×1.2m의 크기로 1∼1.2톤 정도의 무게를 가짐
⑨ 분진발생 감소
⑩ 소각ㆍ매립 및 최종처분을 하는 데에는 취급상 완전포장을 유지해야 하지 만 사용된 끈들은 소각시 잘 끊어지는 것을 선택
⑪ 매립 시 매립방법이 단순해지며, 침출수 발생 감소
