"01분반 3조 진심이최고조"의 두 판 사이의 차이

2024년 6월 13일 (목) 22:25 기준 최신판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 잠실 야구장의 재활용 폐기물 분리배출 프로세스 설계

영문 : Design of Jamsil Baseball Stadium recycling waste separation process

과제 팀명

진.심.이.최.고.조

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부·과 20178900** 최*모(팀장)

서울시립대학교 환경공학부·과 20178900** 이*주

서울시립대학교 환경공학부·과 20208900** 문*진

서울시립대학교 환경공학부·과 20208900** 심*빈

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

- 잠실야구장을 대상으로 적합한 폐기물 분리배출 시스템을 적용하여 야구장의 폐기물 처리 및 관리 문제를 체계적으로 해결하고자 한다.

- 폐기물 분리배출 시스템의 도입은 야구장 내부에서 발생하는 음식물 및 일반 폐기물과 재활용품 등을 각각의 적절한 수거 및 처리 방법에 맞게 분리하여 배출할 수 있도록 설계할 것이다.

- 야구장 폐기물 배출의 체계성을 강화하여 무분별한 폐기물 배출을 1차적으로 방지하고, 재활용 자원의 활용을 증진함으로써 경제적인 이득을 얻을 수 있다.

- 관중들에게 폐기물 처리에 대한 인식을 높이고 쉽게 실천할 수 있는 방안을 마련할 것이다. 야구장에서의 폐기물 관리 문제를 체계적으로 해결하고, 환경 보호에 기여할 수 있는 프로젝트를 추진할 계획이다.

개발 과제의 배경 및 효과

- KBO(Korea Baseball Organization)에서 발표한 자료에 따르면, 최근 몇 년간 야구 경기의 인기가 급증하면서 관중수가 크게 증가하였고 그에 따라 경기장에서 발생하는 폐기물의 양도 눈에 띄게 늘어나고 있다.

- 제 5차, 6차 전국폐기물통계조사와 2022년 환경부 조사에 따르면, 2017년 우리나라 전국 스포츠시설에서 발생한 폐기물은 총 6,176t, 이 중 36%인 2,203t이 야구장에서 발생했다고 한다.

- 2021년 야구장에서 발생한 폐기물은 3,444t으로 크게 증가하였고, 야구장의 1인당하루평균발생량 또한 17년도 3.8(g/일/인)에서 21년도 7.95(g/일/인)으로 2배 가까이 증가한 상황이다.

- 폐기물 배출량은 빠른 속도로 증가해가고 있지만, 이에 대하여 야구장과 운영구단들은 폐기물 처리에 대한 적절한 시스템을 구축하지 않고 있다.

- 야구장 쓰레기 배출현황을 확인한 결과, 일반적인 분리수거는 고사하고 관중들에 의하여 버려진 음식물쓰레기와 일반쓰레기, 재활용쓰레기가 한 봉투에 혼입되어 무분별하게 배출되고 있다. 프로야구 10개 구단의 홈구장 중 9개 구장에서 쓰레기를 적절하게 분리배출하지 않고 있다는 문제가 지적되고 있다.

- 이렇게 혼합되어 버려진 쓰레기들은 오로지 환경미화직원들에게 이른 저녁부터 새벽이 넘어가도록 10시간에 가깝게 쓰레기 쓰레기 분류작업을 진행하도록 의존하여 처리되고 있는 상황이다. 이러한 기형적인 쓰레기 처리 방식은 빠른 시일 내에 개선되어야 할 문제이다.

- 설계의 대상 지역으로는 우리나라 내에서 최대 규모의 잠실야구장을 대상으로 설계를 하여 추후에 다른 유사한 규모와 형태의 체육시설에도 이러한 폐기물 분리배출 시스템을 도입함으로써 쓰레기 처리 문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

- 잠실야구장의 무분별한 폐기물 배출 문제를 해결하기 위하여 폐기물 처리장치의 설계를 중점으로 잠실야구장 폐기물 분리배출 프로세스를 통하여 잠실야구장 폐기물 문제를 해결하는 것을 목표로 한다.

- 야구장에서의 폐기물의 종류는 일반 가정 및 산업단지에서 배출되는 종류와 달리 응원도구, 식음료 관련 폐기물 등으로 그 종류는 한정적이다.

- 잠실 야구장의 폐기물 특수성을 반영하여 폐기물을 적절한 수준으로 효율적인 공정의 설계가 가장 주요하다. 폐기물을 적정 수준으로 분류해내는 공정의 효율성과 더불어 전반적인 설계의 경제성도 고려해야한다.

- 폐기물 분류 공정에서 충분한 경제성을 확보한다면 단순히 폐기물을 분류할 뿐만 아니라 재활용품의 적절한 세척을 통하여 재활용률을 높이는 것도 목표한다.

관련 기술의 현황

관련 국내 기술의 현황 및 분석

- 현재 잠실야구장에는 분리수거 배출 쓰레기통이 구비되어 있고, 다양한 환경 캠페인을 통하여 관중들에게 일회용품 사용 규제 및 쓰레기 분리수거를 유도하고 있다.

- 그러나, 이에 대한 적극적인 제재는 이루어지지 않기에 근본적인 문제점은 해결되지 않고 있다.

- 발생된 쓰레기에 대하여 효과적으로 분류하기 위한 장비는 없기에 현재는 큰 규모의 야구장에서 배출되는 쓰레기의 분리 및 처리를 모두 미화직원들의 과도한 노동력으로 해결되고 있는 실정이다.

• 발리스틱 선별기

적용범위: 재활용폐기물 선별시설, 종이선별시설, 목재 선별시설

특징:

- 복합폐기물을 패들의 회전에 의한 탄도운동과 경사동반운동을 이용

- 폐기물을 3D(플라스틱 용기류)와 2D(플라스틱 필름/종이류)로 선별

- 그 외 협잡물들은 패들 스크린 홀을 통해 선별

- 패들의 길이가 길며, 처리용량이 큼

- 유리, 모래 등 마모성 폐기물에 내구성 있음

- 운영 효율 우수, 유지관리 용이

• 폐기음료수거 및 컵 세척장치(소규모 중수처리기술을 이용한 물 재이용 시스템)

적용범위: 플라스틱 용기 세척 및 재활용

특징:

- 투입구에 악취 저감장치가 설치, 투입구가 닫혀 있어 악취 차단

- 설치 및 관리가 용이한 소형 장치

- 중수도의 설치 목적은 절수 효과

- 설치 규모가 작기에 공간 확보가 쉽게 가능

• 특허조사

-발리스틱 선별기[10-2012-0055686]

-재활용품 세척기[10-2019-0135933]

- 비닐 선별기[10-2022-0085255]

관련 해외 기술의 현황 및 분석

• 미국 프로야구팀 워싱턴 내셔널스가 역자동판매기(Reverse Vending Machine)

- 미국 프로야구팀 워싱턴 내셔널스는 홈구장 내셔널스파크에 역자동판매기(RVM)를 도입하여 폐기물 관리를 혁신적으로 개선한 대표적인 사례로 재활용 가능한 폐기물인 캔이나 페트병 등을 투입하면 QR 코드를 스캔하여 영수증을 통해 경품 당첨 여부를 알려주는 방식의 폐기물 회수 자판기다.

- 이러한 시스템은 관중들이 자발적으로 재활용에 참여하도록 유도하여 폐기물 처리 효율성을 높인다.

• 미국 녹색 건축 인증 기관 GBCI의 TRU 프로그램

- 폐기물을 제대로 처리하는 경기장에 인증을 부여하는 제도도 있다. 미국의 녹색 건축 인증 기관인 GBCI는 TRUE (Total Resource Use and Efficiency) 프로그램을 통해 제로웨이스트(폐기물 최소화) 정책을 수립하고, 12개월 동안 평균 90% 이상의 폐기물 전환을 달성한 건축물에 녹색기업인증을 수여한다. 이 인증은 건축물의 지속 가능성을 증명하는 중요한 지표로 자리잡고 있다.

- 이러한 사례들은 잠실야구장에서도 적용 가능하다. 역자동판매기 도입과 같은 혁신적인 폐기물 회수 시스템을 통해 관중들의 참여를 유도하고, TRU와 같은 녹색 인증 프로그램을 목표로 하는 지속 가능한 폐기물 관리 정책을 수립할 수 있다. 이를 통해 잠실야구장은 환경 친화적이고 경제적인 폐기물 분류 모델을 구현할 수 있을 것이다.

경쟁제품 조사 비교

최근 인공지능(AI) 기술이 고도화되면서 폐기물을 분류하는 현장에서도 인공지능(AI) 로봇이 투입되고 있다.

AI 로봇의 도입은 인간 작업자보다 빠르고 정확하게 폐기물을 분류할 수 있다. 하루종일 쉬지 않고 작업할 수 있을 뿐만 아니라, 세부적인 분류 기준을 설정하여 인간보다 더 세분화된 분류 작업을 수행할 수 있다.

야구장과 같은 특정 장소에서 폐기물 선별기로 활용하기에는 AI 로봇의 초기 설치 및 보수 비용이 상당히 높다는 문제가 있다. 또한, 규모가 크기에 설치 공간의 제약으로 인하여 현실적인 어려움이 존재한다.

• 에이트론

에이트론은 딥러닝 인공지능을 활용하여 재활용품 분류 과정을 자동화한 스마트 자원순환 선별 로봇으로 딥러닝 알고리즘을 통해 재활용품의 특징을 학습하여 빠르고 정확한 분류를 수행할 수 있다.

에이트론을 도입하면 기존의 사람에 의한 분류보다 더 빠르고 정확한 작업이 가능하며, 동일 시간 대비 2배 많은 작업을 선별할 수 있다.

- 대상폐기물(7종): PET, PE, PP, PS, Other, Glass, Can

- 객체 인식 정확도: 99.3%

- 선별속도: 최대 96ppm

• 인공지능 폐기물 선별 로봇

AI 기반 로봇 선별기 Dr. B는 딥러닝과 AI 비전 시스템을 활용하여 폐기물을 신속하고 정확하게 분류하는 기술이다.

카메라를 통해 컨베이어 벨트 위의 폐기물을 실시간으로 인식하고, 로봇팔을 사용해 선택적으로 선별한다. 이는 기존의 사람이나 고가의 센서에 의존하던 방식보다 훨씬 효율적이다.

- 재질(PET, PE, PP, PS, 종이, 알루미늄 등)과 용도(우유통, 알루미늄캔, 우유팩, 투명 PET병, 종이, 잡지 등)로 품목을 구분

- 선별속도: Up to 90 picks/min

마케팅 전략 제시

현재 잠실 야구장에서 진행되고 있는 친환경 캠페인은 단순히 경기를 진행하는 도중에 전광판에 안내되는 올바른 폐기물 배출법 안내와 다회용기 사용 유도가 전부이다. 그러므로, 야구장 이용객의 대다수는 자신이 응원하는 야구팀을 응원하기 위해 야구장을 방문한 야구팬이라는 특수성을 고려하여 경기를 하는 야구팀과의 제휴를 통한 마케팅이 가장 큰 효과가 있을 것이라고 예상한다. 이를 통하여 폐기물 분리 배출 및 혼합배출을 유도하여 야구장 전체의 폐기물 분리 배출 프로세스를 구축하고자 한다.

• 잠실구장 캠페인과의 접목

- 일회용품 줄이기 이벤트 진행:

잠실구장의 일회용품 줄이기 혹은 폐기물 분리수거 경쟁을 연동하여 우수한 팀에게 다음 경기 야구티켓 할인 판매 진행함.

분리배출 유도 및 혼합배출 금지 캠페인 연동: 경기 기간 동안 폐기물 캠페인을 진행하여 올바른 폐기물 배출에 동참한 관중들에게는 해당 팀의 야구선수 포토카드, 팀 굿즈 혹은 경기 관람권 등 다양한 혜택을 제공함. 야구장에서 발생하는 폐기물 분리수거로 얻는 경제적 이득의 일부를 환원함으로써, 관중들에게 다양한 이벤트로 보상함. 이는 참여율 및 분리수거율을 효과적으로 개선 가능함.

- 디지털 마케팅:

야구팬 커뮤니티 및 SNS를 활용하여 캠페인에 대한 홍보를 통해 참여를 유도함. 온라인 플랫폼을 이용하여 폭넓은 관심을 끌어내어 실질적인 참여율을 높임.

관중의 환경 인식 증진: 관중들의 활발한 참여로 폐기물 분리배출을 증가시키고, 혼합 배출을 금지하여 야구장 내 환경 관리에 대한 인식을 높임. 관중들의 자연스러운 환경 보호에 대한 중요성 이해 및 환경 보호를 예상함.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

야구장 폐기물 분리배출 프로세스의 도입은 폐기물 처리 과정의 전반적인 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

기존 조사 결과에 따르면, 야구 시즌 중 하나의 경기 후 배출되는 쓰레기를 수선별하여 분리배출 할 때까지에는 수십명의 인력을 동원하여, 10시간 이상의 시간이 소요된다.

본 설계에서는 쓰레기를 투입하고, 배출된 폐기물을 수거하는 인력을 제외하고는 추가적인 인력이 필요하지 않기 때문에, 수선별에 필요한 인력을 감축 시킬 수 있다. 또한, 하나의 경기 이후, 배출된 폐기물이 4개의 출구에 나누어 배출된다고 가정하였을 때, 폐기물의 분리에서 세척까지 2시간이 채 안되는 시간이 필요하다.

경제적 기대효과

야구 경기의 특성상, 야구 시즌이 수 개월에 걸쳐 지속되고, 여러 경기장에서 다발적인 경기가 이루어진다.

설계의 대상이 된 잠실야구장 2023년 야구장 경기 수에 따른 폐기물 처리 비용을 계산 해 본 결과, 연간 1,146,353,400원의 비용이 발생하게 된다.

본 설계에서는 캠페인을 통한 혼합배출 방지 및 주요 배출 폐기물에 대한 기술적 해결책을 제시하여, 폐기물 분리 배출에 대하여 인건비 및 시간적 비용을 효과적으로 감축할 수 있다.

폐기물의 수선별을 위한 수많은 미화원의 장시간 노동 시간을 2시간 내로 큰폭으로 줄일 수 있었으며, 폐기물 분리를 자동화 시켜, 투입되는 인원을 효과적으로 줄일 수 있었다. 이로써 주된 비용 발생 부분이었던, 인건비 부분을 확실히 줄일 수 있었다.

충분한 내구성을 가진 장치로 제작하여 오랜 기간 사용할 수 있으며, 이동식 장치로 설계함에 따라 야구 경기가 없을 때에는 다른 사용처를 찾을 수 있다. 이에 따라 추가적인 수익이 발생하여, 장기적 관점에서 보았을 때, 경제적 효과는 더욱 커질 것으로 예상된다.

사회적 기대효과

2022년 11월부터 시행된 자원재활용법 시행규칙에서는 야구응원에 사용되는 플라스틱 응원봉의 사용을 금지하였다. 이에 발맞춰 KBO(한국야구위원회)와 환경부는 플라스틱 응원 풍선 금지, 일회용품 사용 감소 등을 포함한 환경 협약을 맺었다.

이는 큰 제재가 이루어지지 않고 있기에 관중들의 자발적인 협조가 없다면 해결할 수 없는 문제점이다. 본 설계를 통하여 체계적인 야구장 쓰레기 분리배출 시스템을 도입함에 따라 분리배출의 효율을 증대시킴에 더해 KBO와 환경부의 환경협약의 적극적인 이행을 촉구할 수 있다.

체육경기 등의 관람이나 문화공연 등에서는 이와 같은 유사한 문제를 가지고 있다. 따라서, 본 설계는 잠실야구장에 초점을 맞추어 진행된 설계이지만, 더 넓은 범위에 관련 설계 내용을 적용한다면 사회전반의 크고 작은 쓰레기 분리배출문제의 해결에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

SWOT 분석

SWOT 분석: 기업의 강/약점, 환경적 기회, 위기를 열거하여 효과적인 기업 경영전략을 수립함

설계

제품의 요구사항

제품성능요구사항

제품기초요구사항

목적계통도

개념설계안

제품 성능 설계

• 폐기물 처리 요구량 충족

현 상황에서는 분리배출이 대부분 이루어지지 않고 있는 상황이므로 총처리용량에 일반폐기물과 재활용폐기물을 모두 포함하여 설계 용량을 정한다. 총 배출량의 임의의 가중치를 적용하여 최대 발생량에 대비하여 안전하게 여유분을 확보하고 향후 폐기물 발생량의 증가 대비를 고려한다. 따라서, 임의의 가중치는 1.5로 한다.

• 폐기물 운반의 편의성

운반비용을 줄이기 위해 효율적인 수거 및 운반 시스템을 도입하여야 한다. 따라서, 쓰레기 배출장소에서 탄도 선별기로 폐기물을 쉽게 이동시키기 위해서 현재 비치되어 있는 쓰레기통에 운반구를 접목할 것이다. 이는 아래 그림을 통해서 확인할 수 있다. 또한 현재 잠실 야구장에서는 쓰레기 통의 용량이 배출되는 쓰레기량보다 적어서 바닥에 내려놓고 가는 관중들이 많다. 이를 방지하기 위하여 현재 쓰레기통을 배출되는 쓰레기 양에 맞춰서 배치될 예정이다.

• 폐기물 분류를 위한 공간 확보

쓰레기 배출 장소는 내부가 아닌 외부 출입구에서 이루어질 예정이다. 내부에서 쓰레기를 배출하게 되면 장소가 협소하기 때문에 관중들에게 혼합배출 및 분리배출을 유도할 수 없으므로 출입구에 쓰레기 배출 장소를 따로 마련할 것이다. 3루 외야 출입구, 1루 외야 출입구, 3루 내야 출입구, 1루 내야 출입구 총 4곳의 출입구에서 폐기물 배출 장소를 지정하고자 한다.

• 환경미화직원 복지 개선

환경미화직원의 복지와 노동강도 개선은 설계의 주요 목표 중 하나이다. 자동화된 폐기물 처리 시스템을 도입하여 환경미화직원의 부담을 줄이고, 이들의 업무 효율성을 높이는 동시에 근무 환경을 개선해야 한다. 예를 들어, 발리스틱 선별기를 도입하면 수작업의 비중을 크게 줄일 수 있다. 운영비용 절감 구단의 운영비용 절감을 위해서는 초기 설비 투자 비용을 포함한 총 비용을 최소화하는 것이 중요하다. 이를 위해 비용 효율적인 설비를 선정하고, 장기적인 유지보수 비용까지 고려한 경제적인 설계를 해야 한다.

• 설치 및 관리의 편의성

설비의 운영은 잠실 야구장의 미화직원들이 담당할 것으로 예상되므로, 장치의 작동이 간단해야 한다. 사용자 친화적인 인터페이스와 간편한 조작 방법을 제공하여 직원들이 최소한의 교육으로도 원활히 운영할 수 있도록 해야 한다. 또한, 설치와 유지보수가 용이하도록 설계해야 한다. 모듈화된 구조를 채택하여 고장 시 특정 부품만 교체할 수 있도록 하고, 유지보수 주기를 길게 하여 운영 효율성을 높여야 한다.

제품 기초 설계

전체적인 운영흐름은 다음과 같다. 충분한 안내와 폐기물 배출공간 확보를 통해 혼합배출을 금지하고, 음식물, 재활용과 일반폐기물의 분리배출을 높은 수준으로 끌어올린다. 그 후 배출된 폐기물을 발리스틱 선별기에 의하여 분류한다. 분류가 된 재활용품이 세척기에 의하여 세척이 진행되면 환경미화직원을 배치하여 최종 분리를 진행한다. 분류기만으로 완전한 분류를 하기 위해서는 고성능의 장치가 설치되어야 하고, 이는 경제성이 낮기에 일정 부분은 환경미화직원의 도움을 받을 수밖에 없다. 이는 기존의 업무보다는 간소화된 것이고, 업무강도 또한 낮을 것으로 추정하고 있다. 추가적으로 종이와 비닐 폐기물은 비닐 선별기를 통하여 비닐만 분류하고, 응원도구, 음식 포장박스 등의 종이류 폐기물은 따로 분류할 수 있도록 설계한다.

• 발리스틱 선별기

발리스틱 선별기는 3D의 입체형상의 물질과 2D의 평면형상의 물질과 작은 협잡물을 구분해낼 수 있다. 경사진 패들을 지속적으로 진동함으로 입체형상물질은 아래로 떨어지고 평면형상 물질은 위로 올라간다. 작은 협잡물은 패들 사이로 떨어지는 방식으로 3가지 분류가 진행된다.

3D의 입체형상 : 플라스틱 용기, 캔, 페트병

2D의 평면형상 : 비닐봉투, 종이플랜카드, 일회용 응원 도구

작은 협잡물 : 함께 유입된 소량의 음식물쓰레기

• 비닐 선별기

앞단의 발리스틱 선별기에서 분리된 일반폐기물 중 별도 폐기가 필수적인 비닐류 폐기물을 분리해내는것을 목표로 한다. 발리스틱 선별기의 구조 상 일반폐기물이 일정 높이에서 떨어지게 된다. 이때 상방으로 압축 공기를 적절하게 분사하여 비닐류 폐기물만 띄워 선별기의 분리장치로 분리해낸다.

• 세척기

탄도 선별기에서 선별되어 나온 3D입체형상물질 중 대부분은 음료용기와 음식용기로 사용된 캔과 PET이다. 세척기는 이 캔과 PET에 묻어있을 수 있는 음식물과 음료를 간단하고 빠르게 한 번 세척을 진행하려하는데 목적이 있고, 세척한 물은 재사용이 가능하고 수조를 통해 다시 담겨진 물은 약 80% 재사용이 가능하다는 장점이 있다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

잠실 야구장 폐기물 발생 현황

환경부의 전국폐기물통계조사의 ‘야구장 폐기물 배출량’은 코로나-19의 무관중 경기 영향을 받은 값이 포함되어 있기에 적절하지 않은 측정치로 판단하여 추가적인 자료조사를 통해 잠실 야구장 폐기물 배출량을 다시 계산하고자 한다. 잠실 야구장 폐기물 배출량의 최근 조사된 통계값은 2022년 기준으로 발생한 폐기물 발생량이다. 그러나, 최근 야구에 대한 인기가 높아지면서 야구장을 찾는 관중수가 많아졌다. 야구 관중수가 증가하면서 야구장에서 발생하는 폐기물 양 또한 늘었다는 가정하에 2023년 관중수를 기준으로 잠실 야구장의 폐기물 배출량을 계산한다.

22년 잠실야구장에서 발생한 일반쓰레기 75L 종량제 봉투 기준 29,972장
약 2,247,900L의 일반 쓰레기 배출

2022년에 잠실 야구장에서 발생한 쓰레기는 약 2,247,900L의 일반쓰레기가 배출된다.

잠실야구장은 LG 트윈스와 두산 베어스가 홈구장으로 활용하고 있기에 두 구단의 2022년 /2023년 관중 수는 다음과 같다.

관중수가 1.379배 늘어났으므로 이를 기준으로 2023년도 폐기물 배출량을 다시 산정한다.

2,247,900L * 1.379 = 3,099,854L

환경부 「쓰레기 수수료 종량제 시행지침」을 통해서 일반 종량제 봉투 배출 시 L당 0.25kg을 초과하지 못하도록 하고 있다는 점을 확인할 수 있다. 따라서, 잠실야구장이 위 규정을 준수하였을 것으로 가정하고, 연단위 일반 쓰레기 배출량을 계산한다.

3,099,854L * 0.25kg/L =774,963kg
일반쓰레기 폐기물 약 774,963kg/year

잠실야구장의 플라스틱 폐기물 배출량은 연간 80여톤이다. 코로나 이후로 관람객이 증가하고 있지만, 다회용기의 적극적인 활용 등의 다양한 재활용품 사용을 줄이는 캠페인이 진행중이므로 평균 재활용 폐기물 배출량은 변동 없이 활용하여 설계를 진행할 것이다.

재활용 폐기물 약 80,000kg/year

관람객 수가 고르지 못한다는 점에 대하여 가중치를 부여하여 최대처리용량을 설정하여 연 배출량을 기준으로 일 평균 폐기물 배출량을 산정한다. 2023년도의 LG 트윈스는 71경기, 두산 베어스는 73경기를 진행하였다.(총 144경기)

      한 경기당 평균 일반쓰레기 배출량 
    774,963kg / 144경기 =  5,381kg

한 경기당 평균 재활용쓰레기 배출량

80,000kg / 144경기 =  555.5kg

잠실야구장 폐기물 처리 현황

잠실야구장의 경우, 경기가 끝난 이후 환경미화를 위해 고용된 환경미화원들이 야구장 내 버려져 있는 쓰레기를 수거한다. 분리수거가 되어있지 않은 채 무작위로 쌓여있는 폐기물의 경우, 미화원의 수작업에 의하여 분리수거 된다. 2019년 잠실 야구장에 고용된 미화원과의 인터뷰에 따르면, 경기 시작 1시간 전부터 청소를 시작하여, 20여분의 휴식시간을 가지고, 다음날 아침 7시에 청소가 끝났다고 밝혔다. 청소를 위한 야간 미화원은 41명(기존 계약직 19명, 대기조 22명)으로 구성되어있고, 100L, 50L 쓰레기봉투를 사용하며, 이는 모두 시설 관리비에서 부담된다고 하였다. 2019년 누적 관중수는 7,286,008명으로 위의 폐기물 발생 현황 및 관중수의 기준년도인 2022년(관중수 6,076,074명)과 2023년의(관중수 8,100,326명)의 평균값과 비슷하기에 2019년도에 고용된 미화원의 수와 같다는 가정하에 계산한다.

• 인건비 계산

최저임금 계산 22시 이후, 야간 수당 적용 출근시간 17:30, 퇴근시간 7:00

                  (4.5시간9,860원/시간+9시간14,790원/시간)41명=7,276,680원
                   7,276,680원/일  147일 = 1,069,671,960원/년

• 폐기물 운송비용 계산

잠실야구장 서울 송파구 위치 서울 송파구를 포함한 서울 전역의 종량제쓰레기는 서울시에서 일괄수거하는 것으로 파악됨. 본 설계의 분리배출 개선에 무관한 비용으로 판단, 계산 배제

• 폐기물 처리비용 계산

종량제봉투(생활 폐기물 가격 75L 1,880원 적용) 서울특별시 폐기물 관리 조례에 따라 75L 생활 폐기물 19kg 이하 적용. 현재 야구장에서 배출되는 폐기물 중 재활용 폐기물로 배출되는 폐기물은 제외.

매년 발생되는 종량제 봉투 수
774.963kg/년1개19kg =40,787.5340,788개
매년 발생되는 종량제 봉투 비용
40,788개1,880원/개 = 76,681,440원/년

• 연간 총 비용

1,069,671,960원/년 + 76,681,440원/년 = 1,146,353,400원/년

폐기물 분리장치 비용 산정

일반쓰레기 배출량 5,381kg 중에서 캠페인을 이용하여 분리배출과 혼합배출을 가정하여 계산을 진행한다.

혼합배출 및 분리배출 캠페인 캠페인은 동참하는 관중들의 폐기물 수거량을 집계하여 일정한 목표를 도달한다면 그 다음 경기에서 해당 팀의 야구선수 포토카드, 팀 굿즈 혹은 경기 관람권 할인 등의 다양한 이벤트를 진행한다. 이 캠페인의 목적은 혼합배출 금지 및 분리배출 유도를 목적으로 한다. 캠페인을 이용하여 혼합배출은 100%, 분리배출은 40%를 목표로 가정하여 탄도 선별기를 이용하는 데에 한계점을 보완한다. 배출 목표의 도달성을 높이기 위해서 배출 안내자를 각 구역의 쓰레기통 앞에 배치하여 혼합배출은 절대 금지하고, 분리배출을 유도할 것이다. 여기서, 혼합배출은 봉지 안에 다양한 쓰레기를 혼합해서 배출하는 것을 의미하므로 이는 탄도선별기 이용에 문제가 된다. 관중들이 폐기물을 봉지에 혼합하여 배출하는 것만 방지하여도 탄도 선별기 전처리 과정은 필요하지 않다. 분리배출은 음식물 쓰레기, 일반쓰레기, 재활용쓰레기 크게 3가지로 분리배출은 40% 캠페인을 통하여 이루어진다는 점을 가정한다. 재활용쓰레기 안에서 제대로 분리배출되지 않는 부분들은 충분히 탄도 선별기를 이용하여 분리가 가능하다.

캠페인을 이용하여 40%가 분리배출 되었으므로 나머지 60% 안에서 재활용이 가능한 물질들의 재활용률을 높이기 위해서 탄도 선별기가 필요하다. 탄도 선별기의 용량은 캠페인을 통하여 제대로 배출되지 못한 폐기물들의 합을 기준으로 설계한다.

전체 배출량에서 60%의 일반 쓰레기 배출량 
5,381kg * 0.6 = 3,228.6kg

100%의 재활용쓰레기 배출량 555.5kg

• 탄도 선별기에 유입될 폐기물 양

3,228.6kg + 555.5kg = 3,784.1kg
임의의 가중치 1.5로 예상한 총 폐기물의 양
3784.1kg * 1.5 = 5,676.15kg ->  5.68 ton
4곳의 출입구에서 폐기물이 배출된다고 가정
5.68 ton * 0.25 = 1.42 ton

• 환경미화원 인건비

전체 폐기물량 약 6,000kg 기준일 때 41명의 미화원이 존재함. 재활용 폐기물 555.5kg이기에 처리할 미화원은 1/10의 인원수가 필요함. (추가적으로 장비 사용하는 인원수 +a 명을 고려하여 10명으로 예상) 총 4곳에서 장치를 돌리는데 한 곳에서 사용되는 시간이 약 1시간 정도 예상함. 그러나, 현재 노동 시간이 오후 5:30부터 다음날 오전 7시까지 약 14시간 소요 노동 시간을 반으로 줄이는 대신에 미화원을 2배로 고용 가능함. 이에 대한 가정을 기반으로 계산한다면,

최저임금 계산.
22시 이후, 야간 수당 적용
출근시간 20:30, 퇴근시간 3:30
               (1.5시간9,860원/시간+5.5시간14,790원/시간)10명=961,350원
                   961,350원/일  147일 = 141,318,450원/년

• 폐기물 처리비용 계산

종량제봉투(생활 폐기물 가격 75L 1,880원 적용) 서울특별시 폐기물 관리 조례에 따라 75L 생활 폐기물 19kg 이하 적용. 현재 야구장에서 배출되는 폐기물 중 재활용 폐기물로 배출되는 폐기물은 제외. 한 경기당 캠페인으로 인하여 전체 배출량에서 60%의 일반 폐기물이 배출 (매년 발생되는 일반 폐기물 양 = 3,228.6kg x 147일 = 474,604.2kg)

매년 발생되는 종량제 봉투 수
474,604.2/년1개19kg=24,979.1724,980개
매년 발생되는 종량제 봉투 비용
24,980개1,880원/개 = 46,962,400원/년

• 초기 장치 설계 비용

위의 표에서 확인해보면 초기 장치 설계 비용은 19,610,220원이 발생함.

• 설계 장치 사용법 교육 비용

설계장치를 전문으로 가동시키는 작업자를 대상으로만 교육 진행 가정. 장치의 가동이 어렵지 않음에 따라 하나의 장치당 2명의 작업자 필요.

총 4곳에서 장치를 가동함을 가정하고, 각 구역마다 담당자 2명씩 배치.
   	 (트럭 운전 1명, 장치 가동 1명)
장치 사용법 및 안전교육을 함께 실시한다고 가정(4시간)
교육자 1인 및 작업자 8명의 교육 수당(10,000원) 가정.
            9,860원/인/시간  9인4시간 + 10,000원/인  8인= 434,960원

• 연간 총 발생 비용 계산

141,318,450원/년 + 46,962,400원/년 + 19,610,220원 + 434,960원 
= 208,326,030원/년

상세설계안

발리스틱 선별기를 통한 폐기물 분리

발리스틱 선별기는 재활용 시설에서 사용되는 장비로, 물체를 일정한 속도와 방향으로 이동시킨 후 물체의 무게나 형태 등 물리적 특성에 따라 분리하는 장치이다. 이는 물리적으로 물질의 운동량과 관성의 차이를 이용하여 물질을 분류할 수 있다. 주로 재활용 공정에서 사용되며, 재활용 가능한 물질들을 분리하거나 재활용할 수 있도록 한다. 본 설계에서는 야구장 폐기물의 종류와 크기 및 질량에 따라 적절한 분리 파라미터를 설정하여 분리 효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다. 그림 1은 본 설계의 탄도 선별기 흐름 체계이다. 3D의 입체형상은 플라스틱 용기, 캔, 페트병, 2D의 평면형상은 비닐봉투, 종이플랜카드, 일회용 응원용 도구, 마지막으로 작은 협잡물은 함께 유입된 소량의 음식물쓰레기로 분류된다.

물질이 상단에서 기계로 공급되어 기계 내부로 흘러 들어간 후에, 패들에 의하여 스크린 표면을 통과하게 된다. 경사진 스크린 표면은 물질을 분리하는 과정에서 중요한 역할을 한다. 패들 상판의 기울기는 2D 및 3D 물질의 순도와 수율에 직접적인 영향을 준다. 기울기가 증가하면 2D 물질의 순도가 증가하고 수율이 감소하고, 기울기가 감소하면 3D 물질의 순도가 증가하고 수율은 감소한다. 기울기에 따른 순도의 차이에 대한 한계점을 보완하기 위하여 상부 패들과 하부 패들을 나누어 2중으로 설계한다. 물질은 먼저 상부 패들에서 분류되며, 이는 2D 물질을 높은 순도로 분류하기 위하여 기울기를 다소 가파르게 설정한다. 1차적으로 2D 물질을 분류한 후에 남은 물질들을 하부 패들에서 3D 물질의 순도를 높게 분류할 예정이다. 이는 상부 패들보다 기울기가 덜 가파르게 설계될 것이다.

패들은 외부의 충격을 충분히 견딜 수 있도록 견고성 있는 내마모성 강철로 제작한다. 상단의 패들 스크린의 크기는 200mm로 설정하고, 하단의 패들 스크린의 크기는 90mm로 설정할 것이다. 위의 3-1 처리해야할 폐기물 용량을 기반으로 발리스틱 선별기는 매 경기 한 구역에서 나온 폐기물을 최대 1.42 ton의 폐기물 분류가 가능한 설비의 설계가 필요하다. 위 사항들을 고려하여 반영한 발리스틱 선별기의 사양을 아래와 같다.

비닐 선별기를 통한 비닐 선별

앞선 공정인 탄도선별기를 통해 입체상 물질(플라스틱, 캔 등 재활용폐기물)과 평면상 물질(종이, 비닐 등 일반 폐기물)으로 분리된다. 이때 일반쓰레기의 처리를 위해 추가적인 공정을 설계하였다. 우리나라의 기존 배출방식에 따르면 일반쓰레기는 종량제봉투에 담에 분리배출하지만 이때 비닐류의 폐기물은 따로 분리배출하도록 한다. 따라서 탄도선별기를 통해 분리된 평면상 물질에서 비닐을 추가적으로 분리해낼 필요가 있다. 따라서 다음과 같은 방식으로 비닐을 분리할 설계를 추가한다.

먼저, 설계된 분리기에 투입된 일반 폐기물의 용량은 앞서 가정한 바와 같이 3,228.6kg이다. 야구장에서 발생하는 폐기물을 고려할 때 일반쓰레기는 종이상자, 종이 응원도구, 스케치북, 비닐봉투 등으로 한정될 것으로 보고 그 중 비닐의 비율은 50%로 가정한다.

개괄적인 설계의 형태는 다음과 같다. 앞선 공정에서 분리된 일반 폐기물은 경사로의 상단에서 아래로 낙하하며 분리된다. 이때 낙하하는 구간에 아래서 우상방으로의 압축공기를 분출하고 그 공기에 낮은 밀도와 저중량의 비닐만이 우상방으로 날아가게 된다. 맞은 편에는 비닐이 걸릴 수 있는 핀이 장착된 회전하는 로터를 통해 부유하는 비닐을 회수하는 방식으로 다른 일반 폐기물과 비닐을 분리해낸다.

개괄적인 모식도는 다음과 같다.

세부적인 설계 사항을 설정하는데에 고려해야할 사항은 다음과 같다.

먼저, 비닐선별기에 유입되는 일반 폐기물의 용량은 평균적으로 3,228.6kg이다. 이 용량을 충분히 소화해낼 수 있도록 설비의 크기를 설정한다.

기계의 하단에 장착되어 우상방으로 분사되는 압축공기분사기에서의 압력은 너무 높으면 다른 일반 폐기물도 부유할 가능성이 있고또 안전사고의 위험성도 있다.그러나 또 압력이 너무 낮을 경우 비닐이 적당한 수준으로 띄워지지 않을 수 있기에 적절한 수준의 압력 수준으로 조절하는 것이 필요하다.

다양한 형태의 비닐 선별기 중 위와 같은 형태의 비닐 선별기를 선정한데에는 적은 전력사용량이 주요한 사항이었다. 따라서 전체적인 전력사용량 파악하고 관리하는 것이 중요하다. 전체적인 전력사용량을 파악하고 경제적인 설계를 진행한다.

위의 고려사항을 반영한 사양은 다음과 같다.

다음 그림은 발리스틱 선별기와 비닐선별기를 연결하여 규격을 나타낸 것이다.

세척기를 통한 재활용 세척

세척기는 탄도 분리기를 통해 분리된 재활용 폐기물(PET, 캔, 플라스틱 등)에 간단한 세척을 진행하고 배출되도록 설계하였다. 분리된 재활용 폐기물에 묻어있는 큰 음식물류 폐기물과 소량 묻어있는 음폐수를 간단하게 털어내는 용도로 제작하려한다. 간단한 세척을 통해 재활용 폐기물의 재활용률을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 자원순환사회경제연구소 홍수열 소장님에 따르면, 재활용 과정에서 간단한 세척을 진행함으로써 재활용 업체로 이동한 재활용 폐기물들로 발생할 수 있는 부하를 줄일 수 있고, 재활용 폐기물에 묻어있는 이물질 때문에 재활용하지 못하고 버려지던 폐기물들을 재활용 할 수 있게되는 환격적 측면의 장점이 있다.

이동식 장치의 특성 상, 세척에 필요한 물을 배관을 통해 공급받는 것에 어려움이 있다. 따라서, 장치에 물을 담을 수 있는 수조를 세척기 하단에 설치하고 필요한 만큼의 물을 채워서 사용하도록 한다.

세척기로 유입된 폐기물은 스테인리스 재질의 컨베이어 벨트를 통해서 이동하게 되고, 위에서 노즐을 통해 분사되는 물에 의해 세척된다. 스테인리스 컨베이어벨트를 구성하는 하나의 셀은 8cm(L)4cm(W)의 규격의 구멍이 42=8개 존재하여, 배수의 용이성을 높였다. 일부 작은 음식물 폐기물들은 수조방향으로 떨어지게 되며, 큰 폐기물들은 세척기 말단의 스크래퍼를 통하여 벨트와 분리되어 모아진다. 폐기물은 세척한 물은 세척기 하부 수조에 모이고 펌프를 통하여 다시 세척기 위로 보내지는데, 다시 위로 보내진 물을 재사용할 수 있다.

컨베이어 벨트의 길이를 생각해 보았을 때, 컨베이어벨트를 이루는 셀은 30개가 필요하다.

세척기에는 분류된 재활용 물품에 대해서만 투입이 되므로, 한 경기당 555.5kg의 폐기물을 세척해야 한다. 야구장 4개의 출입구로 나눠진다고 예상하였을 때, 138.875kg의 폐기물을 처리하게 된다. 그렇기에, 컨베이어의 속도를 조절하며, 용량에 따라 적절한 세척 속도를 4m/min로 설정하였다(30초 정도의 간단한 세척).

세척용 물은 상부 노즐을 통하여, 약 6L/min의 속도로 스플링쿨러 형식으로 분사되며, 약 80%정도의 물을 재사용한다. 플라스틱 컵 하나의 무게를 13.8g, PET병 하나의 무게를 14.5g이라고 하였을 때, 세척시간은 약 53분으로 계산된다. 노즐의 규격은 0.8cm9.5cm, 어댑터 4.8cm이다. 세척용 물은 넓은 범위로 분사되는 정도로 약 60॰로 분사하며, 하나의 호스 당 1개의 노즐을 설치하고 총 3개의 호스로 이루어진다. 노즐의 분사 방향은 원형으로 설정하여 세척력을 높였다. 따라서 필요한 물의 총량은 210L(=18L+1.8L*0.2*53)*=208.8L이며, 여유율을 고려하여 수조의 크기는 2m(L)1m(W)0.25m(H)이다. 수조에 저장된 물은 펌프를 통해서 재순환되고 펌프의 규격은 다음과 같다.

위의 사항들을 반영한 세척기의 규격은 다음과 같다.

이동식 장치 규격

이동이 가능한 컨테이너의 형태로 장치를 만들어, 활용도를 높이고자 한다. 이동식 장치를 만들게 될 경우, 잠실야구장으로 사용 범위를 한정하지 않고, 축제, 공연장 등 폐기물들이 다량 발생하는 장소에 활용할 수 있을 것이다. 탄도선별기, 비닐 선별기, 세척기의 규격을 고려하여, 배치해 보았을 때, 9m*3.5m*3m (L*W*H)의 크기로 제작할 수 있을 것이다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

시연물 사진

포스터

개발사업비 내역서

완료작품의 평가

평가기준

평가결과

참고문헌

- TOMRA. TOMRA의 세척기. https://languagesites.tomra.com/ko-kr/sorting/food/peeling-equipment/washer

- TOMRA. TOMRA의 세척기 브로슈어, https://languagesites.tomra.com/ko-kr/sorting/food/peeling-equipment/washer

- 노즐 규격참고, 11번가, https://m.11st.co.kr/products/m/2430255131?&trTypeCd=MAS24&trCtgrNo=950076

- 코리아스프레이시스템. https://www.spray.com/ko-kr/products/nozzles/general-purpose-nozzles

- 세진노즐, http://www.sejinnozzle.co.kr/USER_DATA/sejinnozzle/content/editor/file/sejinnozzlePDF.pdf

- 세진노즐. http://www.sejinnozzle.co.kr/sub.asp?maincode=453&sub_sequence=501&sub_sub_sequence=502

- 베스트크린몰, 펌프, http://m.cleanindex.co.kr/goods/catalog?code=00020011

- 베스트크린몰, 20L 펌프, http://m.cleanindex.co.kr/goods/view?no=4766

- ACI, 대형비닐선별기 , http://www.acichemical.com/pdf/201012_%EB%8C%80%ED%98%95%EB%B9%84%EB%8B%90%EC%84%A0%EB%B3%84%EA%B8%B0.pdf

- 산업안전보건공단, 압축공기의 안전한 사용을 관한 기술지침

- 대한민국 특허청 등록 특허, 정윤근, 폐비닐 선별장치, 출원번호 10-2005-0026313

- ACI 파봉비닐선별 정량공급기 http://www.acichemical.com/bbs/content.php?co_id=product05_4

- 한국인1년간 쓰는 플라스틱컵 33억개…늘어놓으면 지구-달 거리, https://m.dongascience.com/news.php?idx=33356

- 재활용시 세척과정 후에 수분이 전혀 없어야 하나요? | 세척을 하는 행위가 물낭비가 되진 않을까요?, https://www.youtube.com/watch?v=01G85cqbpOQ

- Proceedings of the 4th International Symposium on Enhanced Landfill Mining, Peter Tom Jones Lieven Machiels

- SBS 뉴스, 잠실야구장 찾은 ‘녹색 아버지회’, 2만 명 관중이 버린 쓰레기에 경악(23.11.07), https://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1007414286&plink=COPYPASTE&cooper=SBSNEWSEND

- 환경부 「쓰레기 수수료 종량제 시행지침」

- 서울특별시의회 323회 임시회의 기후환경본부 업무보고 회의록

- ACI엔텍, ACI ENTECH Product Catalog 2020

- ACI엔텍, ACI 대형비닐 선별기

- 강동용, 김준래(2024.04). 응원 풍선 안 돼? 야구장 밖에서 사! … 하루 10t 쓰레기 산 쌓인다, https://www.seoul.co.kr/news/society/enviroment/2024/04/08/20240408009002

- 녹색연합(2023), 프로야구 10개 구단의 홈구장, 넘쳐나는 쓰레기에 대책 없어. https://www.greenkorea.org/activity/living-environment/zerowaste/103181/

- 서울특별시 체육시설관리사업소, https://stadium.seoul.go.kr/about/jsbpark

- 이지성(2022), 서울경제, 잠실야구장서 1회용품 퇴출 시동… 서울시, 다회용기 시범사업, https://www.sedaily.com/NewsView/269WRKWH4H

- 권승록(2019), 한겨레, “징그럽게 어질러 놨네, 그래도 일감 생겨 좋네요”, https://www.hani.co.kr/arti/sports/sports_general/765389.html

- 진재성(2024), 이로운넷, “일회용보다 깨끗하고 편하네요!”... 잠실 야구장에서 다회용기 체험하기, https://www.eroun.net/news/articleView.html?idxno=30192

- 강필주(2023.03), OSEN, 깨끗한 쓰레기 문화 정착.. K리그어시스트-하나금융그룹,분리배출 캠페인, https://biz.chosun.com/sports/football/2023/11/14/MIB7LR745HZFTIORDUGG3H3IHM/

- 환경부, 제 5차 전국폐기물통계조사, 2017

- 환경부, 제 6차 전국폐기물통계조사, 2022