and Composting

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Organic Waste Treatment and Composting

Chapter 4. 압축 및 파쇄

박 성 직

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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, 운송비 의 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

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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)

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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 비 교적 부피가 적은 폐기물을 넣어 포장하는 압축 피스톤의 조합으로 구성. 압축 피스톤 아래 위치한 백이 충전되면 회전하기 때문에 빈상 자가 압축피스톤 아래로 와서 충전되고 그 사이에 충전이 끝난 상자 는 포장

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1. 쓰레기의 압축

• 포장기(Baler)

– 쓰레기를 압축한 후 그대로 두면 다시 부풀어 오르므로 압축후 삼베 나, 가죽 또는 철끈으로 묶어서 쓰레기가 다시 부풀지 못하게 하고 취 급과 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 비 교적 균일한 형태로 만듦

• 파쇄의 이점 (후속처리)

① 압축시에 밀도증가율이 크므로 운반비가 감소 된다.

② 서로 다른 크기 및 이질적 조성의 폐기물을 균 일한 상태로 해준다. 그러므로 보통 저장, 소각, 압축, 자력선별 등의 전처리로 이용된다. 조대

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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 방지 된다.

⑤ 병원균의 매개체인 쥐나 해충의 섭취가능 음식이 없어져 이들의 서 식이 불가능하다.

⑥ 폐기물의 밀도가 증가되어 바람에 멀리 날아갈 염려가 없으며 화재

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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 기준 으로 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

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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 소요동력 은 증가

⑤ 에너지의 소요량은 수분의 함량과도 관계가 있으며 수분량이 증가하면 어느 정도 소요 동력이 감소하다가 더 이상 수분의 함량이 증가되면 소요동력도 이 에 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

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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 절단한 다.

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

회전식해머에 전단 칼 날을 장착하여 폐기물 을 충격파쇄/전단한다.

불도저의 캐터 필터와 같은 것을 이용 폐기물 을 압축 파쇄한다

폐기물 대상

ⓐ목질계, 지질계, 고무, 폐 타이어, 플라스틱계 등

ⓑ대형 가연성 쓰레기의 파쇄

ⓐ와륵계, 유리계, 건조 목질 계 등 ⓑ 고무류, 폐타이어 파쇄에 는 부적합

ⓐ거의 모든 폐기물에 적용가능

ⓑ 혼합폐기물 파쇄에 효과적임

ⓐ대형 쓰레기의 예비 처리에 적합

ⓑ폐콘크리트, 와륵계, 유리계 등

특징

ⓐ소각로 전처리에 많이 이용 ⓑ충격식에 비해 처리용량 이 작아 대량·연속파쇄에 부적합함

ⓐ소각로 전처리(목질계)에 많이 이용

ⓑ대량처리가 가능함

ⓐ대량 처리가 가능함

ⓑ대형폐기물도 쉽게 처리 가능함

ⓐ대형쓰레기의 예비처 리 ⓑ깨지기 쉬운 폐기물 에 적합(유리등)

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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

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2. 쓰레기의 파쇄(shredding)

• 습식 파쇄

① Wet pulper (습식 펄퍼)

• 하수 슬러지와 폐기물 또는 물과 폐기물을 혼합 하여 파쇄 시킴

• 바닥의 커팅날의 회전에 의해 폐기물을 잘게 파 쇄

• 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 회전시킴으 로써 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, 액 체질소의 기화열을 이용하여 단계별로 -196℃ 범위까지 냉각시켜 대상 폐기 물의 저온 포성을 이용하여 파쇄하고, 폐기물의 포화온도차를 이용하여 성분별 로 선택 파쇄

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

• 특징

① 파쇄제품의 형상이 고르며, 폭발이나 유독성이 전혀 문제되지 않음.

② 파쇄된 폐기물의 재질별 크기 균일