제 4 장 도시폐기물의 물리적, 화학적, 생물학적 특성

제 4 장 도시폐기물의 물리적, 화학적, 생물학적 특성

- 겉보기 밀도 - 수분함량

- 입자크기 및 입자크기분포 - 현장수분 보유능력

- 공극률

- 분석방법 : 폐기물공정시험법 4-1 도시폐기물의 물리적 특성

2 생활폐기물 발생량 조사방법 및 성상분석 방법

종량제 봉투의 폐기물 분석항목

4 - 겉보기 밀도(Bulk density)와 진 밀도(True density)

- 정의 :

- 겉보기 밀도의 조건 1) 헤져진 상태(loose)

2) 저장된 상태(in containers) 3) 비압축 상태(uncompacted) 4) 압축상태(compacted)

=> 처리할 폐기물의 부피가 달라짐 - 겉보기 밀도의 범위

1) 단위 : kg/m³

2) 도시고형폐기물의 겉보기 밀도

: 180 – 420 kg/m³ (대표값 : 300kg/m³) 1. 겉보기 밀도 (Bulk density)

m ρ=V

- 정의 :

- 수분함량의 범위 : [표 4-1]

1) 단위 : %

2) 도시고형폐기물의 수분함량 : 15 – 40%

- [예제 4-1] 풀이

2. 수분함량 (Water content) w d 100

M w

 − 

= ×

- 트롬멜 스크린과 자력선별기로 물질회수시 중요한 인자임.

- 정의 :

- 생활폐기물 성분 중 입자 평균 크기의 범위 1) 단위 : mm

2) 생활폐기물의 입자 평균 크기 : 180 – 220 mm

3) 참조 : [그림 4-1], [그림 4-2], [그림 4-3], [그림 4-4]

3. 입자크기 및 입자크기 분포 (Particle Size Distribution)

1/ 2 1/ 3

, , , ( ) , ( )

2 3

c c c c c

l w l w h

S =l S = + S = + + S = ×l w S = × ×l w h

- 정의 : 중력 상태하에서 폐기물이 보유할 수 있는 수분의 총량 - 수분보유능력의 범위

1) 단위 : %

2) 생활폐기물의 수분함량 : 50 – 60%

4. 폐기물의 수분보유능력 (Field capacity)

- 정의 :

- (고유투수계수) : 공극크기분포, 곡률도, 비표면적, 공극률에 영향을 받음.

5. 압축 폐기물의 투수성 (Hydraulic conductivity) K C d2 γ k γ

µ µ

=  = C d 2

6 1. 4성분 분석 (Proximate analysis)

4-2 도시폐기물의 화학적 특성

- 폐기물의 중간처리 및 자원화 공정의 평가에 중요 : 가연성 물질과 불연성 물질로 구분

1) 4성분 분석(proximate analysis) 2) 재의 융점(fusing point of ash)

3) 주요 원소분석(ultimate analysis for major elements) 4) 에너지 함량(energy content)

- 분석 항목 및 자료 : [표 4-2]

1) 수분(105 ^oC에서 1시간 가열시 질량 손실)

2) 휘발성 가연분 (닫힌 도가니에서 950 ^oC로 강열 후 추가적인 질량 감소) 3) 고정탄소(fixed carbon, 휘발성분이 제거된 후 남아있는 가연성 잔재물) 4) 회분(열린 도가니에서 연소 후 잔재물의 질량)

2. 재의 융점

- 정의 : 폐기물 소각잔재물인 클링커(clinker)를 형성하는 온도 1) 융점의 범위 : 1,100 – 1,200 5 ^oC

3. 폐기물 성분의 원소분석

- 정의 : 도시폐기물 내 유기물의 화학적 조성 분석, C, H, N, O, S의 비율 결정

1) 폐기물의 성분분석 자료 : [표 4-3], [표 4-4]

2) 예제 [4-2] 풀이

4. 폐기물의 에너지 함량

- 도시폐기물 유기성분의 에너지 함량 1) 실규모 보일러용 열량계 사용 2) 실험실 단열열량계 : [그림 4-5]

3) 원소조성에 의한 계산 - 정의 : [표 4-5]

- 에너지 함량 관련식

1) 수정 듀롱식(백분율) : 2) 듀롱식(분율) :

/ (

kcal kg  

 

 

건조기준)=kcal/kg(폐기상태 기준) 100

100-%수분 / (

kcal kg  

 

 

가연분 건조기준)=kcal/kg(폐기상태 기준) 100

100-%수분-회분%

2 2

/ 81 339( 1/ 8 ) 22 6 kcal kg = C+ H − O + S+ N 8,100 34, 250( 1/ 8 ) 2, 250

Hh= C+ H − O + S

( 600(9 )

( 600(9 )

Hh Hl H W

Hl Hh H W

= + +

= − +

고위발열량) 저위발열량)

5. 필수 영양물질과 미량 원소 - 정의 : [표 4-6] 참조

8 4-3 도시폐기물의 생물학적 특성

- 유기성분의 분류

1) 당류, 녹말, 아미노산, 각종 유기산(수용성

2) 헤미셀룰로즈(hemicellulose), 당류 화합물(탄소 5 – 6 개) 3) 셀롤로즈(cellulose), glucose(탄소 5 – 6 개)

4) 지질, 유분, 왁스, 지방산 5) 리그닌

6) 리그닌과 셀룰로즈가 조합된 리그노셀룰로즈 7) 아미노산으로 구성된 단백질

1. 유기성 폐기물 성분의 생분해성

- 휘발성 고형물(VS)로 확인할 수 없는 생물학적 생분해도를 평가 1) 정의 :

2) 유기성 폐기물의 생물학적 분해도 자료 : [표 4-7]

2. 악취 발생

- 혐기성 조건에서 황 화합물에 의해 발생 : H₂S, CH₃SH(methyl mercaptan)

0.83 0.028

BF = − LC

3. 파리 번식

4-4 폐기물의 물리적, 화학적, 생물학적 처리 1. 물리적 처리

(1) 선별 (2) 압축 (3) 파쇄

2. 화학적 처리 (1) 소각 (2) 열분해 (3) 가스화

3. 생물학적 처리 (1) 호기성 퇴비화 (2) 혐기성 소화

(3) 기타 생물학적 처리 공정

4. 폐기물 관리에 있어 폐기물 처리의 중요성 (1) 폐기물 관리체계의 효율 개선 방법 (2) 재이용과 재활용을 위한 물질회수 (3) 처리산물과 에너지 회수