[논문]기계식 회전 레이크 분리장치와 토네이도 흡입장치를 활용한 순환골재 내 유기이물질 제거 및 입도 개선 향상 기술

한상국; 박옥윤; 장현오

doi:10.14190/mrcr.2020.15.2.039

기계식 회전 레이크 분리장치와 토네이도 흡입장치를 활용한 순환골재 내 유기이물질 제거 및 입도 개선 향상 기술
A Technology to Remove Organic Matters and Improve Segregation of Recycled Aggregates by Using Rotational Rakes Separator and Tornado Vacuum Separator 원문보기

한상국 ((주)포스벨 기업부설연구소) , 박옥윤 ((재)한국건설생활환경시험연구원 산업융합센터) , 장현오 ((재)한국건설생활환경시험연구원 산업융합센터)

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문제 정의

따라서 본 논단에서는 건설폐기물 중간처리장에서 발생되는 40mm이하의 순환골재 속에 다량 함유되어 있는 비닐류, 목재류, 폐합성섬유, 스티로폼 등의 2차적인 환경처리 비용을 발생시키지 않고 기계식 건식(乾式) 타입의 장치를 통하여 생산된 도로보조기층용 순환골재의 품질기준 만족여부를 검토하였다.
이에 다양한 중간처리사업장에서 건식선별에 의한 품질기준 만족에 기여하기 위하여 기계식 회전레이크 장치 및 토네이도 흡입선별장치를 개발하였다. 실험결과 유기이물질을 기계식 회전레이크 장치로 약 85 % 선별함으로서 골재 내 유기이물질 함량 약 0.

제안 방법

1단계 에서는 적정크기로 파쇄된 건설폐기물 중 모서리가 각진 순환골재가 빠르게 회전하는 디스크의 육각 톱날에 강하게 충돌, 접촉되어 모서리를 둥글게 깎아 줌으로써 순환골재의 입형을 부분적으로 개선하고, 동시에 골재에 미분 함량을 증가시켜 입도를 향상시키며, 순환골재 표면에 붙어 있는 시멘트 가루를 깨끗하게 털어낸 상태로 배출 컨베이어를 통하여 외부로 배출이 이루어져 고품질의 순환골재를 생산할 수 있도록 하였으며, 기술 원리는 와 같다.
2단계 흡입선별장치에서는 기계식 회전레이크 장치에서 선별되지 못한 미세 유기이물질을 흡입시키기 위해 날개 받이의 구조를 삼각뿔 형상과 이 날개 받이에 고정되는 흡입날개를 외측으로 경사진 외측경사면이 형성되도록 하여 날개받이의 외주면 과 흡입날개의 외측경사면을 거쳐 배출이 이루어짐으로써 흡입날개와 구동축 및 모터 손상을 최소화 하였고, 배출라인과 디스크스크린부재 하부 사이에 순환 공기라인을 구비하여 사이클론으로 배출되는 공기 중 일부를 디스크스크린부재로 배출시켜 사이클론의 부하를 줄이는 동시에 디스크스크린부재 내부의 재생골재에 포함된 미세 유기이물질을 부상시켜 흡입조건을 향상시킴으로써 흡입분리 효율을 제고하였다.이와 더불어 사이클론 내부에 이송 스크루 라인을 형성하여 먼지나 이물질을 이송 스크루 라인을 통해 하부로 신속히 배출시키고 회전로타리 장치를 통하여 자동으로 외부 배출시킴으로서 사이클론의 크기가 기존 설비보다 1/3 정도의 크기로 축소된 기술 장치로 작동원리는 <그림 3>과 같다.
공정에 따른 실험방법은 [표 1]과 같이 약 5개월간 연속적인 테스트를 진행하였으며, 실험의 대표성을 취하기 위해 항목별 3회 또는 5회씩 분석하여 평균값을 결과 값으로 하였고, 중간에 필요한 실험은 별도로 진행하였다.
본 기술은 건설폐기물의 중간처리하는 생산과정에서 고품질의 순환골재을 생산하기위하여 크라셔를 통해 파쇄된 건설폐기물내의 유기이물질(폐비닐, 천, 나뭇조각, 플라스틱조각, 스티로폼 등)을 기계식 건식(乾式)회전레이크 타입으로 선별, 분리해내고 파쇄된 순환골재의 입형개선 및 파쇄된 건설폐기물에 붙어 있는 시멘트 가루를 깨끗하게 털어냄과 동시에 선별‧ 분리된 이물질 및 비산먼지 등을 효율적으로 선별․ 배출할 수 있도록 구성되어 있다.

성능/효과

기계식 가연물 선별장치를 활용한 유기이물질 선별에 따른KS F 2574에 의한 감소율을 분석한 결과 [표 3]과 같이 유기이물질 함량은 통과 전 약 1.37 %에서 통과 후 약 0.28 %로약 80%의 감소율을 나타내고 있으며, 무기이물질은 약 0.43%에서 약 0.36%로 약 16%의 감소율을 보여주고 있다.
기계식 회전레이크 장치를 활용하여 도로보조기층용 순환골재 내 유기이물질 선별효율을 분석한 결과 [표 2]와 같이 통과 전 가연물은 약 20 kg 이였으며, 통과 후 가연물은 약 17kg으로 통과 전․ 후 약 85%이상 제거가 가능 유기이물질 선별이 가능한 것으로 나타났다.
이는 기계식 회전레이크 장치의 갈퀴 기능과 장치의 성능이 이물질제거에 아주 적합한 기술로 도로보조기층용 순환골재의 품질을 개선하는 탁월한 기능을 가진 기술로 사료된다. 또한, 입도 0.08mm체 통과량에 대한 결과를 볼 때 신청기술은 KS F 2574에서 규정하는 통과량 2～10%의 범위 내 존재하는 것으로 나타나 이는 골재 속에 포함되어 있는 미분제거에도 효과가 있는 것으로 사료된다.
실험결과 도로보조기층용 순환골재(RSB-2)에서 요구하는 품질기준을 모두 만족하는 양질의 순환골재 생산이 가능한 기술로, 핵심인 통과 전ㆍ후의 이물질제거는 KS F 2574에서 요구하는 유기이물질함유량 1.0 %이하인 약 0.29 %로 나타났다. 이는 기계식 회전레이크 장치의 갈퀴 기능과 장치의 성능이 이물질제거에 아주 적합한 기술로 도로보조기층용 순환골재의 품질을 개선하는 탁월한 기능을 가진 기술로 사료된다.
이에 다양한 중간처리사업장에서 건식선별에 의한 품질기준 만족에 기여하기 위하여 기계식 회전레이크 장치 및 토네이도 흡입선별장치를 개발하였다. 실험결과 유기이물질을 기계식 회전레이크 장치로 약 85 % 선별함으로서 골재 내 유기이물질 함량 약 0.28%, 무기이물질 함량 약 0.36%로 법적기준을 만족하였다. 토네이도 흡입선별장치 적용에 따른 미분 및 잔이물질 제거율을 검토한 결과 약 85%로 높게 나타나 도로보조기층용 순환골재 품질을 향상시킬 수 있는 것으로 조사되었으며, 최종 회수된 제품의 품질기준(RSB-2)에서 요구하는 품질기준을 모두 만족함으로서 양질의 순환골재 생산이 가능한 것으로 나타났다.
이러한 문제점을 효과적으로 해결하기 위하여 다년간 연구개발을 지속해온 결과 도로건설용 순환골재의 생산 공정에서 폐수 및 공정슬러지 등 2차 환경오염 발생 없이 순환골재의 입도 개선과 부분 입형을 개선하면서 동시에 이물질을 가장 효과적으로 제거할 수 있는 건식 타입의 『기계식 회전레이크식 이물질분리장치와 토네이도 흡입장치를 이용한 유기이물질제거 및 입도개선을 통한 도로공사용 순환골재의 품질향상 기술』을 개발하여 품질이 우수한 양질의 순환골재를 생산하는데 큰 효과를 얻고 있다.
36%로 법적기준을 만족하였다. 토네이도 흡입선별장치 적용에 따른 미분 및 잔이물질 제거율을 검토한 결과 약 85%로 높게 나타나 도로보조기층용 순환골재 품질을 향상시킬 수 있는 것으로 조사되었으며, 최종 회수된 제품의 품질기준(RSB-2)에서 요구하는 품질기준을 모두 만족함으로서 양질의 순환골재 생산이 가능한 것으로 나타났다.
토네이도 흡입선별장치(+회전육각형 디스크 스크린)를 활용한 미분 및 잔이물질 선별효율을 통한 미분제거율을 검토한 결과 통과 전 약 100 kg 이물질은 통과 후 약 85 kg으로 약85%를 제거함으로서 도로보조기층용 순환골재에 영향을 미치는 미분 및 잔 이물질을 효과적으로 제거하는 것으로 분석되었다.

후속연구

종합적 검토 결과 본 기술은 선별효율이 뛰어나며, 고품질의 도로공사용 순환골재 생산이 가능하고 추가공정 없이 선별함으로써 처리비가 저렴하고 가동 시 발생되는 환경영향을 최소화 하여 작업자의 안정성 및 편의성을 고려하였으며, 타 환경분야의 선별공정에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

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