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문제 정의
- 본 연구는 해양에 유입되는 부유폐기물을 효과적으로 수거 할 수 있는 시스템을 개발하고자, 우기철에 폐기물의 증가실 태와 폐기물의 성상을 조사한 전보의 예비조사와 기초실험 결 과를 바탕으로 각 장치의 구조와 규격을 확정하고 해상에서 그 성능 검증을 수행하였다. 그 결과 본 시스템의 구집기구는 전개장치의 전개력에 의해 선박 진행시 1회에 수평방향으로 15m이상의 해역을 소해하는 것으로 나타나 4〜5m 정도의 소 해 폭을 갖는 쌍동선 형태의 현행 폐기물 수거선박보다는 수 거 효율이 매우 높았으며, 폐기물이 최종적으로 유입되는 Net 등판의 수면상 높이는 예인속도 5kt이내에서 50cm이상을 유 지하여 폐기물의 유입성능이 우수하게 나타남을 확인할 수 있 었다.
제안 방법
- Table. 1은 2007년 9월 15일경 우리나라 남해안 지역에 상 륙하면서 많은 강우량을 보였던 태풍 나리이후 여수•광양 항 계 내에 유입된 부유 폐기물을 대상으로 한국해양오염방제조 합 여수지부의 방제선（환경 2호, 총톤수 약 40톤에 본 연구에 서 개발한 Fig. 1의 부유 폐기물 수거시스템을 장착하고 부유 폐기물 수거성능 실험을 5회 실시한 것이다. 이것에서 보면, 매 실험 당 부유 폐기물의 평균 수거량은 약 200kg 정도이고, 수거되는 폐기물의 종류로는 갈대류가 전체 수거량의 약 44% 를 차지하고 있으며 기타를 제외하고 목재류, 어망류, 플라스 틱류 순으로 나타나고 있다.
- 4와 같이 구집장치의 수면상 높이가 40cm, 수면하 깊이가 20cm가 되도록 하였으며, 운반 및 보관, 현장 운용의 편이성을 고려하여 전체길이를 4m로 제한하고 고밀도 폴리에틸렌소재（T； l.OmmX 사용하여 공기 주입식 부력체와 체인을 이용한 침강체로 제작하였다. Fig.
- 구집장치에 의해 모야진 폐기물이 최종적으로 수집되는 장 치는 전보에서와 같이 예인시 물의 흐름을 여과시켜 유수저항 을 줄일 수 있고 폐기물을 처리하기위해 선박이나 육상으로 인양하는 작업이 쉬우며, 제작비용도 적어 때에 따라서는 폐기물과 함께 처리될 수 있다는 장점을 보유한 그물망을 사용 하였다. 한편, 부유 폐기물은 대부분 수면상하부에 걸쳐있는 것이 대부분이기 때문에 구집장치와 마찬가지로 폐기물을 수 집하는 Net도 수면 상하부에 존재하는 폐기물을 동시에 수집 할 수 있어야 한다.
- 이를 위해 단순히 철봉 으로 사각형 입구틀을 제작하여 그것에 그물을 부착하고 입구 를 공기중에 노출시키는 방안을 생각할 수 있다. 그러나 선박 에서 철봉으로 제작된 입구 틀을 다루기란 쉬운 일이 아니기 에 본 연구에서는 Net 자체를 수면위로 부상시키는 방안에서 Fig. 5의 Net 부상장치를 채택하였다.
- 따라서, 본 연구는 해양환경에 심각한 폐해를 끼치는 해양 부유폐기물을 해상에 유입되는 초기부터 효과적으로 수거하는 방법을 고려하여 기 보고한 우기철에 유입되는 폐기물의 성상을 파악한 결과（장 등, 2007）를 통해 부유폐기물이 해상에 유 입되는 초기에 선박을 이용하여 수거하는 방안을 고려하였으 며, 조류나 바람의 영향으로 수면 위의 부유폐기물이 넓은 범 위에 걸쳐 분포한다는 점을 감안, 먼저 수역에 산재하는 부유 폐기물을 효율적으로 구집하면서 Net를 이용하여 수집하는 방 법으로 부유폐기물 수거시스템을 고안하고 해상에서 그 성능 을 검증하였다.
- 이때 Net 부상장치는 상기 구집장치와 같은 재질에 수면상 높이 70cm, 수면하 깊이 20cm로 하였고 수면부 하단을 지름 60cm 인 원추형 실린더 형상으로 제작하여 수면에서 안전성을 꾀하 였다. 또한, Net는 유입되는 폐기물에 견딜 수 있도록 PE 90 합사의 두꺼운 그물실과 그물코 크기가 50mm인 그물망으로 제작하였으며, 크레인 사용범위를 고려하여 전체길이를 3m, 폭 3.5m로 제한하였고 전보와는 달리 수거된 폐기물의 처리의 편이성을 위해 Net 끝단의 뒤판을 제거하여 폐기물을 쉽게 털 어낼 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 전보의 모형 전개장치에 대한 전개력 실험 결과를 토대로, Fig. 2와 같이 가로 및 세로가 60x80cm인 스 테인레스 재질의 단판이면서 만곡도（Camber 높이/현의길이） 12%인 만곡형 전개판을 제작하였으며, 수중에서의 자세안정 과 유효 전개력을 구하고자 진행 영각을 20〜30°로 조정토록 하였다. Fig.
성능/효과
- 이와 같이 갈대류가 큰 비중을 차지하는 것은 태풍에 동반 한 폭우가 섬진강 주변에서 많은 양의 갈대류와 목재류 등을 여수，광양 항계 내로 유입시켰기 때문으로, 강우가 집중하는 여름철에 갈대류의 수거량이 급증한 것으로 나타난 전보의 결 과（장 등, 2007）와도 같은 측면으로 볼 수 있다. Table 1의 해 상 실험 1회당 약 200kg 정도의 수거량은 Fig. 9의 해상실험 사진에서 볼 수 있듯이 폐기물이 Net에 가득찬 상태일 때 측 정한 폐기물의 중량이고, 실험과정에서 구집기구 내의 부유 폐기물이 대부분 Net 내부로 유입되는 것으로 나타나 본 연구 에서 고안한 부유 폐기물 수거시스템의 수거 성능은 매우 양 호함을 알 수 있었다.
- 본 연구는 해양에 유입되는 부유폐기물을 효과적으로 수거 할 수 있는 시스템을 개발하고자, 우기철에 폐기물의 증가실 태와 폐기물의 성상을 조사한 전보의 예비조사와 기초실험 결 과를 바탕으로 각 장치의 구조와 규격을 확정하고 해상에서 그 성능 검증을 수행하였다. 그 결과 본 시스템의 구집기구는 전개장치의 전개력에 의해 선박 진행시 1회에 수평방향으로 15m이상의 해역을 소해하는 것으로 나타나 4〜5m 정도의 소 해 폭을 갖는 쌍동선 형태의 현행 폐기물 수거선박보다는 수 거 효율이 매우 높았으며, 폐기물이 최종적으로 유입되는 Net 등판의 수면상 높이는 예인속도 5kt이내에서 50cm이상을 유 지하여 폐기물의 유입성능이 우수하게 나타남을 확인할 수 있 었다. 또한 부유 폐기물의 유입량이 많은 시기에 실시한 해상 에서 실시한 폐기물 수거실험에서는 매 실험 당 평균 약 200kg정도의 폐기물이 그물망을 가득 채워 본 연구에서 고안 한 부유 폐기물 수거시스템의 수거 성능은 매우 양호한 것으 로 나타났고, 선박의 조종방법에 따라 선미나 현측에서도 폐 기물을 충분히 수거할 수 있어 현장 적용성이 매우 높음을 확 인할 수 있었다.
- 즉, 2kt이상의 예인속도에서는 저속 예인시보다 Net에 작용하는 유수저항이 커지고, 유입되는 폐기물의 양도 많아져 예인시 Net가 후방으로 처지는 현상이 더욱 심해지기 때문에 Net 부상장치가 수직상태에서 옆으로 약간씩 누워지 고, 이로 인해 Net 등판의 수면상 높이가 점차 감소한다고 볼 수 있다. 그러나 5kt의 예인속도에서도 Net 등판의 수면상 높 이가 약 50cm정도를 보였으며, 이때 유입되는 폐기물이 Net 밖으로 유출되는 경우를 발견할 수 없었기 때문에 폐기물의 유입성능은 큰 문제가 없음을 확인 할 수 있었다.
- 본 연구에서 수거대상으로 하는 부유 폐기물은 전보에서 보고하였듯이 수면에 일부가 잠겨있으면서 수면상에 노출되는 것들이 대부분이기 때문에 구집장치는 수 면상하부에서 동시에 폐기물을 차단할 수 있는 구조여야 하 며, 스티로폼처럼 가볍고 부피가 큰 폐기물은 수면위에 노출 되는 부분이 크기 때문에 차단벽을 수면위로 높게 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 부유 폐기물의 부피를 분석한 전 보의 결과를 토대로 Fig. 4와 같이 구집장치의 수면상 높이가 40cm, 수면하 깊이가 20cm가 되도록 하였으며, 운반 및 보관, 현장 운용의 편이성을 고려하여 전체길이를 4m로 제한하고 고밀도 폴리에틸렌소재（T； l.OmmX 사용하여 공기 주입식 부력체와 체인을 이용한 침강체로 제작하였다.
- 그 결과 본 시스템의 구집기구는 전개장치의 전개력에 의해 선박 진행시 1회에 수평방향으로 15m이상의 해역을 소해하는 것으로 나타나 4〜5m 정도의 소 해 폭을 갖는 쌍동선 형태의 현행 폐기물 수거선박보다는 수 거 효율이 매우 높았으며, 폐기물이 최종적으로 유입되는 Net 등판의 수면상 높이는 예인속도 5kt이내에서 50cm이상을 유 지하여 폐기물의 유입성능이 우수하게 나타남을 확인할 수 있 었다. 또한 부유 폐기물의 유입량이 많은 시기에 실시한 해상 에서 실시한 폐기물 수거실험에서는 매 실험 당 평균 약 200kg정도의 폐기물이 그물망을 가득 채워 본 연구에서 고안 한 부유 폐기물 수거시스템의 수거 성능은 매우 양호한 것으 로 나타났고, 선박의 조종방법에 따라 선미나 현측에서도 폐 기물을 충분히 수거할 수 있어 현장 적용성이 매우 높음을 확 인할 수 있었다.
- 이로 인해 Net 입구에 모여든 폐기물은 그물망을 벗어나지 않고 Net 내 부로 쉽게 유입됨을 확인할 수 있었다. 또한, 본 시스템을 이 용한 운용방법에서 선미 예인식의 경우 목표 대상인 부유 폐 기물을 선수 변침을 통해 선박 진행에 따른 배수류 및 선체 방해없이 선미 현측에서 구집 • 수거할 수 있음을 확인할 수 있었고, 처음부터 선박의 현측에 본 시스템의 한쪽방향을 고 정하여 예인하는 경우도 폐기물을 충분히 수거할 수 있음을 보여주어 현장 적용성이 매우 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 1의 부유 폐기물 수거시스템을 장착하고 부유 폐기물 수거성능 실험을 5회 실시한 것이다. 이것에서 보면, 매 실험 당 부유 폐기물의 평균 수거량은 약 200kg 정도이고, 수거되는 폐기물의 종류로는 갈대류가 전체 수거량의 약 44% 를 차지하고 있으며 기타를 제외하고 목재류, 어망류, 플라스 틱류 순으로 나타나고 있다.
- 5kt에서 5kt까지 예인하면서 속도에 따른 전개장치간의 거리를 측정한 결과이다. 이것에서 보면, 전개장치간의 거리는 Ikt 이하의 미속에서 약 15m를 보 이다 예인 속도가 증가할수록 약간씩 증가하여 최고 18m까지 전개되었고, 예인속도가 빠른 4kt 이후에서는 점차 감소하는 것을 볼 수 있다. 이것은 4kt 이상의 빠른 속도에서는 Net의 폐기물 유입량이 그 만큼 많아지기 때문에 유수저항이 증가하 여 전개거리가 감소하는 것으로 판단된다.
- 이것은 4kt 이상의 빠른 속도에서는 Net의 폐기물 유입량이 그 만큼 많아지기 때문에 유수저항이 증가하 여 전개거리가 감소하는 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 예인속도에 따라 차이는 약간 있지만 본 시스템의 구집기구가 선박 진행시 수평방향으로 15m이상의 해역을 1회에 소해하는 것을 의미하는 것으로, 4〜5m 정도의 소해 폭을 갖고 폐기물 수거작업을 수행하는 현행 쌍동선 폐기물 수거 전용선박보다는 훨씬 효율적으로 수거 작업이 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
- 전개장치에 연결되고 해상에 산재한 부유 폐기물을 밀집시 켜 최종적으로 Net에 유입되도록 하는 구집장치는 예인시 부 유 폐기물이 빠져나가지 못하도록 수면상하부에서 물리적인 장벽역할을 수행한다. 본 연구에서 수거대상으로 하는 부유 폐기물은 전보에서 보고하였듯이 수면에 일부가 잠겨있으면서 수면상에 노출되는 것들이 대부분이기 때문에 구집장치는 수 면상하부에서 동시에 폐기물을 차단할 수 있는 구조여야 하 며, 스티로폼처럼 가볍고 부피가 큰 폐기물은 수면위에 노출 되는 부분이 크기 때문에 차단벽을 수면위로 높게 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 부유 폐기물의 부피를 분석한 전 보의 결과를 토대로 Fig.
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