[폐기물처리기사 필기] 1과목_폐기물 개론

제 1장 폐기물의 분류 및 확인
1. 폐기물의 종류

2. 폐기물의 분류체계 및 확인
    (2) 유해물질의 배출원과 그 영향
    - 수은
    : 각종 계기제조과정에서 증발하여 호흡기로 유입
    : 단백변성에 의한 부식작용
    : 미나마타병과 중심성 시야협착증 발생
    - 카드뮴(Cd)
    : 아연정련업, 도금공업등에서 배출
    : 이타이이타이병 발생
    - 납(Pb)
    : 도자기제조업, 화학공업, 인쇄공업 등에서 배출
    : 흡수된 납의 99%가 골수에 축적
    : 헤모글로빈 생성 저해
    - 크롬(Cr)
    : 피혁, 합금제조업 등에서 배출
    : 접촉성 피부염, 폐암, 기관지암 등 발생
    - 다이옥신
    : 폐기물 소각, 자동차 운행 등으로 발생
    : 불황성, 난분해성, 열적안정성, 저온재생성 및 흡착성이 강함.

제 2장 발생량 및  성상
1. 폐기물의 발생량
    (1) 쓰레기 발생량의 예측방법 ★★★★★
    - 경향예측 모델
    : 5년 이상의 폐기물처리 실적 대입
    : 모든 인자를 시간에 대한 함수로 하여 모델화
    - 다중회귀 모델
    : 자연적 특성과, 사회적, 경제적 특성을 고려
    : 시간으 단순히 하나의 독립적 종속인자로 대입
    - 동적모사 모델
    : 모든 인자를 시간에 대한 함수로 나타내어 각 영향 인자들 간의 상관 관계를 수식화 하는 방법
    : 경향예측 모델과 다중회귀 모델의 단점 보완

    (2) 발생량의 조사방법 ★★★★★
    - 적재차량계수 분석법
    : 차량 대수에 폐기물 겉보기 비중을 보정하여 중량으로 환산
    : 중간 적하장이나 중계 처리장에서 조사
    : 밀도 또는 압축 정도에 따라 오차 큼
    - 직접 계근법
    : 중간 적하장이나 중계 처리장에서 직접 계근
    : 비교적 정확한 발생량 파악
    : 작업량이 많고 번거로움
    - 물질수지법
    : 특정 시스템을 이용하여 유입, 유출되는 폐기물의 양에 대해 물질수지를 세워 폐기물 발생량 추정
    : 주로 산업 폐기물의 발생량 추산
    : 비용이 많이 들고 작업량이 많아 잘 이용되지 않음.
    - 원자재의 사용량으로 추정
    : 국가적 차원에서 많이 이용
    - 주민의 수입이나 매상고 등에 의한 방법
    - 기타 통계조사
        - 표본조사 : 시간, 비용 적게 소요, 오차 큼
        - 전수조사 : 시간, 비용 많이 소요, 오차적음

2. 폐기물의 배출특성

   (1) 폐기물 발생량에 영향을 미치는 인자
    - 도시의 규모와 비례
    - 생활수준과 비례
    - 계절 : 동절기 증가
    - 사회구조
    - 가구당 인구수 : 15인 이상인 경우는 증가율 둔화
    - 쓰레기통 크기와 비례

    (2) 분뇨의 발생과 배출특성
    - 분뇨발생량
        - 평균 1.1(L/인.day)
        - 대소변비 = 0.2 : 0.9
        - 분 : 뇨의 고형물 비 = 7 : 1
    - 수거율 : 전국 평균 0.8~0.9L/day
    - 대도시일수록 수거율 높음
    - C/N비 = 10, Ph = 7~8.5, 비중 = 1.02, 점토 = 1.2~2.2,  수분함량 = 95%, 토사 = 0.3~0.5%, 협랍물 = 4~7%

3. 폐기물의 물리, 화학적 조성
    (1) 폐기물의 성상조사 및 분석 공정도
    - 절차순서 ★★★
    : 시료 → 밀도측정 → 물리적조성 → 건조 → 분류 → 전처리 → 발열량 측정
    - 주요 항목의 분석 ★★
        - 3성분 ( 수분, 가연분, 회분)
        - 화학적 조성 ( C,H,N,O,S,CI(염소))
        - 겉보기밀도 : 절차상 최우선 분석항목 (중량/부피)
    - 수분함량 
        - 물의중량/건조시료의 중량*100
        - 시료중의 수분의 함유형태 ★★★★★
            1. 탈수성이 가장 양호한 것 
                a. 고관결합수 ⇒ 간극모관결합수 ⇒ 쐐기상모관결합수 ⇒ 표면부착수 ⇒ 내부수
            2. 고형질과의 결합이 가장 강한 것 : 내부수 > 표면부착수
            3. 함수율이 가장 높은 것 : 모관결합수
            4. 함수율이 가장 낮은 것 : 내부수
        - 함수율과 슬러지의 밀도변화 
            - 슬러지량(S) / 밀도(P) = 고형물량/밀도 + 수분량/밀도
        - 함수율과 슬러지의 물질수지
            - 농축, 탈수, 건조 공정의 물질수지 ★★★★★
                   초기슬러지량(100-초기함수율)=처리후슬러지량(100-처리후함수율)

4. 폐기물의 발열량
    (1) 발열량 산출방법
    - 열량계에 의한 측정
    : 고체, 액체 연료(폐기물) : 봄브식 열량계
    : 기체연료 : 융겔스식 열량계
    - 원소분석에 의한 방법
        - 듀롱의 식 ★★★★★
        고위발열량(Hh) = Hl+600(9H+W)
        저위발열량(Hl) = Hh-600(9H+W)
        - 쉴레-케스트너의 식 : 산소가 CO2로 존재한다고 가정
        - 스튜어의 식 : 산소의 반이 H2O, 반이 CO로 존재하는것으로 가정
    - 추정식에 의한 방법
    - 물리적 조성에 의한 방법
    - 기체의 발열량 계산
    

제 3장 폐기물 관리

1. 수거계획 및 방법
- 수거단계 : 전체 비용의 60%이상 ★
- 수거노선 설정 요령 ★★★★★
: 지형이 언덕일 경우 내려가면서 수거
: 반복운행, U자 회전을 피하면서 수거
: 출발점은 차고와 가까운 곳으로
: 시계방향

2. 폐기물의 수거 및 운반
- 수거방법
    - 수거법의 종류 및 특징
        - 문전수거 : 수거인부가 방문, 수거효율이 가장 낮음
        - 타종수거 : 수거효율 가장 높음
        - 대형쓰레기통 수거
        - curb service : 정해진 수거일에 쓰레기통을 연석에 두면, 차량이 용기를 비우고 빈 용기는 주인이 찾아감
    - 쓰레기통 수거 효율 ★★★
        타종수거 > 대형쓰레기통 > 플라스틱 자루 > 집밖 이동식 > 집안 이동식 > 집밖 고정식 > 분전수거 > 벽면 부착식
        순으로 시간이 많이 든다. (타대라밖안고문벽)
    - 수거효율 결정하는 자료
        - MHT
        - SDT : 수거트럭 1대당 1일 수거 가옥수
        - SMH : 수거인부 1인당 1시간 수거 가옥수
        - TDT : 수거트럭 1대당 1일  수거량
- 폐기물 수송방식
    - 새로운 수송방식
        모노레일, 컨테이너, 컨베이어, 파이프라인
    - 관거, 파이프 라인 수거방법의 장단점 ★★★★★
        - 장점
            완전 자동화, 성력화 가능
            분진, 소음, 진동, 악취, 등 문제점이 없는 가장 이상적 수거방식
            교통체증을 유발시키지 않고, 미관상 불쾌감 없음
        - 단점
            전처리 공정 필요
            설비비가 비싸고, 가설된 경우 변동 어려움
            잘못 투입된 폐기물을 회수학 ㅣ어렵다.
            장거리 이송시 부적합
            시스템에 대한 고도 신뢰성 필요
            쓰레기로 인한 사고 (화재, 폭발) 예비 시스템 필요
            
3. 적환장의 설계 및 운전관리
- 필요성 : 효율적 수송과 수거 및 수송 비용 절감
- 형식
    - 직접투하
    : 소형차에서 대형차로 직접 투하, 주택가와 거리가 먼 교외지역
    - 저장투하
    : 저장피트에 저장하여 불도저, 압축기로 중계처리
    : 대도시의 대용량 쓰레기처리
    - 직접, 저장 결합방식
    : 재활용품의 회수율을 증대시키고자 할 때 적합
    
4. 폐기물의 관리 체계
- 폐기물의 관리 체계
    - 우선순위
        감량 ⇒ 재이용 ⇒ 재활용 ⇒ 에너지회수 ⇒ 소각 ⇒ 매립
- 관련제도, 정책
    - 감량화/최소화
    - 4E (경제, 에너지, 환경, 평등)
    - 3R (감량화, 재이용/재활용, 회수이용)
    - 오염자 부담원칙(PPP;Polluter Pays Principles)
    - 확대생산자 책임제도(EPR)
    - 사용자 부담원칙(UPP)
    - 부담금제도
    - 예치금제도
    - 종량제
    - 전표제도 : 지정 폐기물의 유통구조를 엄격히, 구체적 감시체계를 확립
    - 통합 폐기물 관리체계(IWMS)
    - 전과정평가(LCA)
        목적 및 범위설정 → 목록분석 → 영향평가 → 개선 평가 및 해석

제 4장 폐기물의 감량 및 재활용

1. 개요
    1. 서멀 리사이클 : 폐플라스틱, 쓰레기 등을 연료로 이용, 소각하여 열회수
    2. 케미컬 리사이클 : 폐플라스틱, 쓰레기 등을 열분해하여 유화하거나 모노머로 회수
    3. 퇴비화/사료화 : 음식물 쓰레기의 퇴비화/사료화 등

2. 폐기물의 처리 현황
    1. 1998년 : 매립 56%, 소각 8.9%

3. 관련공정
    1. 압축 : 경제적 압축밀도 (1000kg/m3)
    2. 파쇄
    3. 선별
    4. 소각 ★★★★★
        : 가장 큰 감량효과
        : 운송비 절감, 매립 소요면적 감소
        : 시설비 및 유지비용 많이 든다
        : 슬러지 내의 3가 프롬을 6가 크롬으로 산화, 다이옥신 발생
    5. 열분해 ★★★★★
        : 무산소, 공기부족상태에서 폐기물을 고온으로 가열, 가스상 액체상 및 고체상의 연료를 생산하는 공정
    - 열분해 vs. 소각 ★★★★★
        소각법에 비해 배기가스량이 적다
        소각법에 비해 황 및 중금속이 회분 속에 고정되는 비율이 크다.
        소각법에 비해 3가 크롬이 6가 크롬으로 산화되는 경우가 없다.
        소각법에 비해 다이옥신 발생량이 적다.
    6. 용융
    : 난연소성/난분해성 폐기물 등을 안전하게 유효 자원화 한다.
    : 유효매립 면적 증가, 2차 오염 최소화

    7. 퇴비화, 사료화, 연료화 : 음식물 폐기물의 매립과 소각을 대체
    
4. 단위공정별 특징
    - 압축, 포장기
        - 압축기 종류
            - 고정, 수직식 및 회전식, bag 압축기, 포장기
    - 파쇄기
        - 파쇄방법
            - 건식상온파쇄
                (1) 전단파쇄기
                : 고정날과 가동날 사이 폐기물 투입
                : 목질, 지질, 고무, 폐타이어, 플라스틱 등과 대형 가연성 쓰레기 파쇄
                : 소각로 전처리에 많이 이용
                : 처리용량 작아 연속파쇄 부적합
                : 이물질에 대한 대응성 약함
                : 투입구 커서 직접투입
                : 분진, 소음, 진동 적음, 폭발 위험이 거의 없음
                (2) 충격 파쇄기 ★★
                : 회전식으로 회전 암에 해머 또는 로터 부착
                : 와륵계, 유리계, 건조 목질계 (고무, 폐타이어 부적합)
                : 소각로 전처리 (목질계)에 많이 이용
                : 대량처리 가능, 이물질 대응성 강함
                : 연성 물질에는 부족합
                : 분진, 소음, 진동 문제 있고 폭발 위험 있음
                (3) 조합 파쇄기
                : 회전식 해머에 전단 칼날
                : 거의 모든 폐기물, 특히 혼합 폐기물에 효과적
                : 대량처리, 대형폐기물 처리 가능
                : 자동차용 고무타이어도 가능
                (4) 압축파쇄기
                : 불도저의 캐터필터 이용
                : 대형 쓰레기의 예비처리, 폐콘크리트, 와륵계, 유리계
                : 깨지기 쉬운 폐기물에 적합, 그외 기타 폐기물은 압축
            - 습식 파쇄
                (1) wet pulper
                : 하수 슬러지+폐기물, 무+폐기물 파쇄
                : 종이류가 많은 폐기물
                (2) rotary drum, pulverizer
                : 섬유물질 회수용
                : 폐수처리 부하 가중
            - 냉동 저온 파쇄
                : 상온에서 파쇄가 곤란한 폐기물을 단계별로 -196도 범위까지 냉각
                : 폐기물의 포화온도차를 이용하여 성분별로 선택파쇄
                : 금속이 들어있는 자동차용 폐타이어
                : 전선피복, 모터 등 후육 금속
                : 재질별 크기가 균일, 성능 우수
                : 액체질소 등 냉각소 소용 비용 큼
            - 기타 조합 파쇄
        - 파쇄메카니즘
            - 압축작용, 절단작용, 충격작용
    - 선별기
        - 건식선별
            : 수 선별, 체선별 / 분출식 관성 분리 / 풍력 분리
        - 습식 선별
            : sink/float separation / wet classifiers / jigs / table / 부유식
        - 수선별
            : 정확도가 높으나 불결하고 위험성 높음, 선별효율 낮음
        - 체선별
            : 회전식과 왕복진동식
            : 최적속도 = 임계속도 *0.45
            : 트롬멜은 경사각이 클수록, 회전속도가 증가할수록 선별효율이 낮아진다.
            : 길이가 길수록 직경이 클수록 선별효율 증가
            : 수분의 함량이 높을수록 분리효율 저하 (슬러리는 분리용이)
        - 중력분리
            : 풍력분리, 분출식/충돌식 관성분리, 진동식 비중분리
            : 유기물과 무기물 분리
        - 자력분리 : 철 분리에 이용
        - 와전류 분리 : 영구자석과 도체물질 사이 와전류 현상 이용, 동, 알루미늄, 아연 등 선별
        - 정전분리
        : 정전기를 가해 전하량 차이에 따른 전기력으로 목적성분 분리
        : 종이, 플라스틱, 유리 내의 알루미늄 선별
        : 혼합 폐기물의 대전성 및 전하량이 수시로 달라지므로 대응력이 약함.
        - 광학분리 : 색유리와 보통유리 선별
        - 습식선별 : 유체를 매체로 비중차 이용
        - 혐기성 소화법 (메탄 발효법)
        : 혐기성 미생물 이용, 유기물질 환원하여 탄산가스, 메탄가스, 미량의 황하수소, 암모늄염 등 분해
        - 장점
            : 산소공금 불필요하여 동력비 절감
            : 슬러지발생량 적음
            : 메탄가스(CH4)생산 가능
            : 유기 고농도 폐수처리에 적합
        - 단점
            : 초기 시설비 높음
            : 악취 발생
            : 슬러지 침강성 불안
            : 운전이 용이하지 못함.
    - 호기성 소화 ★★★★★
        : 호기성 미생물의 내생호흡을 이용. 유기물의 안정화 도모
        : 슬러지 감량 및 처리에 적합한 슬러지를 만듬
        - 장점
            : 슬러지 혼입률이 높아도 큰 영향 없음
            : 악취 발생 감소
            : 운전용이
            : 상징수의 수질 양호
        - 단점
            : 슬러지량이 많고 소화 슬러지의 탈수성 불량
            : 동력비가 많이 든다.
            : 유기물 감소율 저조
            : 건설부지 많음
            : 저온시 효율 저하
            : 연료가스 등 가치있는 부산물 생성 안됨
    - 습식 산화법
        : 액상 슬러지 및 분뇨에 열과 압력을 작용하여 용존산소에 의해 화학적으로 슬러지내의 유기물 산화
        : 고압펌프 ⇒ 공기압축기 ⇒ 가열기 ⇒ 반응탑
        : 산화범위에 융통성이 있고 슬러지의 질에 영향을 받지 않음.
        : 슬러지의 탈수성 향상, 처리효율 안정적
        : 건설비가 많이들고 유지관리 및 스케일 생성 문제점 있음
    - 고형화 연료 (RDF, WDF) ★★
        : 연소가능한 유기물질을 이용. 1400~4200kcal/kg
        : 기존 고체연료 연소시설에 사용 가능
        : 부패되기 쉬운 유기물질로 수분함량을 15% 이하로 유지
        : 염소함량이 문제될 시 pvc함량을 감소
        : 연소시 부식과 폭발사고의 위험이 따름

        : 분진과 냄새가 문제됨
        : 연료공급의 신뢰성이 문제될 수 있다.
        : 시설비가 고가. 숙련된 기술이 필요
        - 구비조건
        : 칼로리 15%이상, 함수율 15%이하
        : 재의함량 적어야하고 대기 오염도가 낮아야한다.
        : RDF의 조성이 균일
        : 저장 및 운반이 용이해야함.
    - 퇴비생상
        : 유기성 폐기물을 호기성 조건으로 분해시켜그 중의 분해성 성분을 가스화하여 안정화하는 방식
        - 장점
        : 폐기물 감량화, 운영시 에너지 소요 적음, 초기시설투자비 낮음, 기술수준 평이
        - 단점
        : 비료가치가 낮음, 제품의 균일성과 표준화가 어려움, 소요부지의 면적이 크고 선정이 어렵다. 감용율 50%이하, 퇴비 중 비발효 성분인 플라스틱 등의 이물질이나 중금속류가 함유됨, 악취발생
        - 경제성
        : 위생매립 방법보다 2~4배 비용이 더 소요되지만 소각비용의 절반정도임
        - 혐기성 퇴비화의 경제성 (호기성과 비교)
            - 장점
            : 소용 부지가 작고 악취 등의 제어가 쉬움. 감량률이 크다 (70%, 호기성은 50%)
            : 수분함량이 높은 유기성 폐기물도 퇴비화 용이
            : 가동부가 적고 간단하여 유지보수 용이함
            : 협잡물이 일부 제거되어 퇴비의 질이 좋다.
            - 단점
            : 기술적 난이도가 높아 전문지식이 요함
            : 셀룰로오스, 리그닌을 다량 함유한 경우 소화율이 낮아질 수 있다.
            : 소화되지 않은 잔사, 폐수는 별도 처리를 요한다.
            : 소화 슬러지의 건조, 탈수, 퇴비화
            : 시설 투자비가 높다.
        - 폐기물 퇴비가 토양에 미치는 영향
            : 토양의 수분 보유능력을 증가 (가장 큰 이점)
            : 토양의 구조를 양호하게 해 줌
            : 가용성 무기질소의 용출 감소
            : 난용화한 인산을 가급태의 인산으로 바꾸어 식물에 흡수되기 쉽게 함
            : 토양의 완충능을 증가
        - 폐기물의 퇴비화와 compost의 구비 조건
            : 병원균, 기생충란 등을 사멸, 위생상 안전화되어야 한다.
            : 유리, 도자기, 금속편등이 제거
            : C/N비가 20이하여야 한다.
            : 악취가 없고 수분이 40%이하여야 한다.
        - 퇴비화의 공정
            폐기물 ⇒ 전처리 ⇒ 발효 ⇒ 양생 ⇒ 마무리 ⇒ 저장
        - 퇴비화 조건 ★★★★
            수분량 50~70
            - 많을경우 : 황화수소 및 악취 발생 → 톱뱝, 볏짚 등의 팽화제를 혼합하여 수분량 조절
            - 적을경우 : 온도상승, 분해속도 저하 (함수율 30%이하에서는 퇴비화불능)
            C/N비 : 30
            : 미생물 단위개체당 먹이 공급량의 척도
            : 10정도에서 퇴비화 중단
            - 클경우 : 소요시간 길어짐 (최대 50이내)
            - 적을경우 : 분뇨나 슬러지로 질소 보충
            - 분뇨 + 도시쓰레기 혼합시
                : C/N 조정이 가능
                : 퇴비화시 부족 성분을 보완
                : 함수율 조절이 가능
            - 도시 폐기물의 C/N비 : 16~31
            - 적절 온도는 60~70도 (2주이상 유지되어야함, 최대 80도)
            - C/N비와 온도의 관계
                : C/N비가 낮을수록 온도상승이 빠르고
                : C/N비가 높을수록 온도지속시간이 길다.
            - 입경 : 10~20cm
            - PH : 약알칼리상태가 유리( PH 6~8)
        - 슬러지 퇴비와 폐기물 퇴비의 비교 특성
            : 슬러지는 별도의 선별과정 불필요
            : 슬러지 퇴비는 협잡물 함유 없음
            : 슬러지 퇴비는 폐기물 퇴비보다 상품가치가 높다.
            : 수분 조절이 어려워 팽화제 사용이 불가피함
        - 퇴비화의 운전척도
            - 온도 : 최종적으로 40~45도로 서서히 저하되면 퇴비 완성
            - 색 및 냄새 : 회색 혹은 갈색, 흙냄새
            - 산소 섭취율 : 기계적 퇴비화에 가능, 14~17%양호
            - 수분함량 : 30~60%
            - ph : 큰 변동이 없어야하고 너무 낮거나 냄새나면 공기를공급하여 뒤집어줌
    - 토지주입
        : 폐기물이나 슬러지를 경작지나삼림에 투여하여 처분
        - 장점
            : 적은 비용
            : 작물의 성장에 필요한 유기물질을 토양에 공급
            : 토양의 물리적 성질이 개량
            : 강우시 영양소의 유출량이 감소, 토양의 침식 감소
        - 단점
            : 기생충, 바이러스로 토양오염 가능성
            : 중금속류나 유기화학물질이 토양에 축적될 가능성
            : 악취
            : 작물에 영양소 과량공급되어 각종악영향 유발 가능
        - 토지주입에 따른 주요 영양소의 부작용
            - 질소 : 결실불량, 호수에서는 부영양화화
            - 인산염 : 조류번식, 식물에 대한 N, Zn, Fe 등 결핍증상
            - 염분 : 곡류의 발아저해, 성장 감소
            - 황 : 물에 녹아있는 경우 독성
        - 주입지점의 선정
            : 주입 농경지가 넓을수록 좋다.
            : 인근 주택지로부터 최소 200m이상 격리
            : 상수도 시설로부터 78m 격리
            : 지하수 취수하여 음료수로 사용시 농경지 지면의 최소한 3m이하에서 취수
            : 구배가 없을수록 유리, 경사도 3%이내