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===이론적 계산 및 시뮬레이션=== | ===이론적 계산 및 시뮬레이션=== | ||
| + | ====푸쉬풀 후드 유량, 유속 산정==== | ||
| + | 수선별실 내 급배기 장치의 유량과 유속을 산정하고자 미국의 산업용 환기 설계기준인 American Conference of Governmental Industrial Hygienists(ACGIH)의 Industrial Ventilation: A manual of Recommend Practice를 참고했다. | ||
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| + | ====푸쉬풀 후드 소요 동력==== | ||
| + | Push-Pull 후드의 가동에 필요한 송풍기 동력사용비용을 기존에 사용되는 외부식상방흡인형 후드와 비교하기 위하여 현재의 Push-Pull 후드 설계조건 하의 예상되는 동력사용비용과 동일 조건 하에서 설계한 가상의 상방흡인형 후드의 동력사용비용을 대비해 보았다. 송풍기 정압은 통과 유량을 고려하여 Push 후드의 경우 50Pa, Pull후드와 상방흡인형 후드의 경우 200Pa로 가정하였으며, 상방흡인형 후드의 개구면적은 보수적인 고려를 위해 최소값으로 설정하였다. | ||
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| + | 계산 결과, 동일한 컨베이어 벨트 환경에서 유사한 국소 배기 효율을 보이기 위해 필요한 소요 동력을 비교했을 때 Push-Pull 후드는 기존의 상방흡인형 후드 대비 최소 11.1%, 최대 29.2% (평균 16.1%)의 동력만을 필요로 하였다. 해당 소요 동력 비교방안은 두 장치의 오염물질 제거효율 고려 없이 동일 조건 하에서의 가상설계만을 고려한 단순비교방식이기에, 오염물질 제거효율 고려시 소요 동력의 격차는 커질 것으로 예상된다. | ||
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| + | ====컨베이어 벨트 세척==== | ||
| + | 컨베이어 벨트 하부에 낙하·부착되는 분진 및 중금속 입자를 제거하기 위해 미세분무 세척 시스템을 설치하였다. | ||
| + | 노즐에서 분사된 세정수가 벨트 하부 표면에 미세입자 형태로 분사되어 오염물을 흡착·세척하고, 하단의 집수 트레이(V형)에 회수된다. | ||
| + | 회수된 세정수는 침전조 및 여과 시스템을 통해 순환 재이용되며, 이를 통해 비산먼지·중금속 오염물의 재확산을 억제하고 시설 내 청결상태를 지속적으로 유지할 수 있다. | ||
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====프로토타입 사진 혹은 작동 장면==== | ====프로토타입 사진 혹은 작동 장면==== | ||
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====포스터==== | ====포스터==== | ||
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===관련사업비 내역서=== | ===관련사업비 내역서=== | ||
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===완료작품의 평가=== | ===완료작품의 평가=== | ||
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===향후계획=== | ===향후계획=== | ||
2025년 12월 21일 (일) 20:38 기준 최신판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 재활용 선별실의 수선별 작업자를 위한 컨베이어 벨트와 일체로 구성되는 Push-Pull 급배기 후드
영문 : A conveyor-integrated push-pull ventilation system designed to protect manual sorters by capturing dust and odors directly from the recycling stream
과제 팀명
5인조
지도교수
박영권 교수님
개발기간
2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
(아래는 예시 입니다. 직접 입력 부탁 드립니다. 입력 후 이 문장은 삭제해 주세요. 학번 및 이름은 아래와 같이 별표로 표기해 주세요.) 서울시립대학교 환경공학부·과 20208900** 황**(팀장)
서울시립대학교 환경공학부·과 20198900** 김**
서울시립대학교 환경공학부·과 2021XXX0** 김**
서울시립대학교 환경공학부·과 2019XXX0** 김**
서울시립대학교 환경공학부·과 20208900** 한**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
자원순환센터 내 수선별실 작업환경은 밀폐된 구조와 불완전한 국소배기장치로 인해 분진·악취가 잔류하며 작업자의 호흡기 질환 및 작업 효율 저하를 유발하고 있다. 이에 본 과제는 컨베이어벨트 선별 작업환경에 특화된 맞춤형 푸쉬풀(Push–Pull) 후드 시스템을 개발하여 분진 및 악취를 발생원에서 즉시 포집하고, 작업자의 동선·시야를 방해하지 않으면서 동시에 작업자의 호흡기를 보호하는 효율적 구조의 후드 설계를 목표로 한다. 또한, 폐기물로 인해 컨베이어벨트에 흡착된 중금속들이 기상으로 비산되는 것을 방지하기위해 하부에 중금속 세척 시스템을 접목하였다.
개발 과제의 배경
자원순환센터 내 폐기물 선별장은 분리수거된 폐기물을 종류와 재질에 따라 다시 나누어 재활용이 가능하게 하는 시설이다. 이곳에서는 인력 및 기계적 방법을 통해 수선별, 기계적 선별 등을 수행하며, 재활용품과 재활용이 어려운 폐기물을 분리하여 자원의 효율적인 활용을 돕는다. 환경부 훈령 「공공 재활용기반시설 설치·운영지침」(2025.6.1. 개정)에 따르면 주거지역, 상업지역, 공업지역 등으로부터 1킬로미터 이내에 선별장을 설치하려는 경우 지하에 설치하도록 규정하고 있다. 이는 폐기물 선별시설에서 발생하는 유해물질이 외부 환경에 미치는 영향을 줄이는 조치이지만, 환기 여건이 어려운 밀폐된 구조에서 선별원들이 분진, 악취 등에 쉽게 노출되는 문제가 있다. 이 점을 보완하기 위해 설비되는 것이 ‘국소배기장치’이다. 국소배기장치는 유해물질이 발생원에서 이탈하여 작업장 내 비오염 지역으로 확산되거나 근로자에게 노출되기 전에 이를 포집·제거·배출하는 장치로서, 후드(hood), 덕트(duct), 공기정화장치, 배풍기, 배출구로 구성된다. 선별 과정에서 발생하는 유해물질은 후드를 통해 유입된 후 덕트를 거쳐 집진기, 세정탑 등을 통해 정화된다. 그러나 2024년 ○○환경연대의 「재활용 선별원 노동안전 실태조사 결과 보고서」에 따르면 여전히 선별원들이 먼지, 분진, 악취 등 유해 요인에 노출되어 있으며, 이로 인해 호흡기 질환의 위험성이 높다고 지적한다. 이는 국소배기장치가 설치되어 있음에도 불구하고 포집 효율과 공기정화 성능이 충분히 확보되지 못한 현실을 보여준다. 또한, 국가인권위원회의 생활폐기물처리 관련 종사자 노동인권상황 실태조사에 따르면 분진(먼지)의 심각성에 대해서도 약 95%가, 유해가스에 대한 심각성도 80%에서 느낀다고 응답했다. 악취 역시 90%에서 심각하다고 응답했다. 이러한 작업자에 대한 위협은 작업효율을 저하시키고 건강상의 위협으로 작용한다. 결국, 기존 국소배기장치만으로는 이러한 문제를 충분히 해결하기 어려우며, 보다 근본적인 개선 방안이 필요함을 보여준다. 따라서 후드 설치 시 유해물질의 포집 효율을 향상시키기 위한 연구가 필요해 보인다. 이에 자원순환센터 선별원들의 노동환경 개선을 목표로, 후드의 형태와 위치를 재구상하고자 한다.
개발 과제의 목표 및 내용
최근 폐자원 순환의 중요성이 인식되며 순환 경제사회로 나아가기 위해 여러 자원순환센터가 건립되었다. 적절한 자원순환을 위해선 폐기물을 직접 손으로 분류하는 수선별 작업이 필요하지만 폐기물을 손으로 분류하는 작업은 여러 악취와 분진을 동반하여 근로환경은 매우 열악한 수준이다. 폐기물로부터 기인한 각종 악취 및 분진은 중금속을 포함하기도 하며 여러 환경적 요인으로 인해 근로자의 건강을 위협한다. 이에 대응하여 수선별실 컨베이어 벨트에 최적화된 푸쉬풀(Push-Pull) 환기시스템을 설계하여 수선별 노동자의 근로조건을 개선하고자 한다. 푸쉬풀 환기시스템은 국소배기장치의 한 형태로, Push(밀어내기)와 Pull(끌어당기기) 기능을 동시에 활용하는 환기 시스템이다. 한쪽에서는 공기를 밀어내고, 반대쪽에서는 오염된 공기를 흡입하여 효과적으로 오염물질을 제거한다. 이 시스템은 작업 공간을 사이에 두고 Push 측에서 깨끗한 공기를 작업 공간으로 불어넣어 오염물질을 밀어내고, Pull 측에서 오염된 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 방식으로 작동한다. 푸쉬풀 환기시스템의 주요 장점은 작업자의 작업 방해가 적고 설치 및 적용이 용이하다는 점이다. 또한 배기 시스템을 통한 오염물질 포집과 급기 시스템을 통해 작업자 호흡기 주변의 오염물질 농도를 효과적으로 낮출 수 있다. 푸쉬풀 환기시스템을 본 설계의 핵심 요소로 하여, 재활용 공정에서 발생하는 분진의 제거를 기반으로 노동자에게 적합한 작업장을 목표로 하고자 한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
- 특허조사 및 특허 전략 분석
- 기술 로드맵
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
- 마케팅 전략 제시
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
본 과제는 재활용 선별시설의 열악한 작업환경을 개선하기 위해 컨베이어 작업공간에 최적화된 Push–Pull 국소환기 구조와 자동 물세척 설비를 통합 적용하였다. 컨베이어 벨트에 물세척 시스템을 도입함으로써 벨트 표면에 축적된 중금속·오염물질을 효과적으로 제거하고, 세균 및 미생물의 번식을 억제하여 작업자의 감염 위험을 낮출 수 있다. 또한 세정 과정에서 발생하는 악취와 분진을 근본적으로 억제하여 작업환경의 청정도를 향상시킨다. 자동 세정 시스템을 통해 정기적·지속적 표면 청정화가 가능해지며, 이는 장비의 유지관리성과 위생 수준을 동시에 개선한다. Push–Pull 환기시스템은 기존의 상부 후드 방식과 달리 오염원을 발생 단계에서 직접 포집하는 구조로 설계되었다. Push 측에서는 작업자 주변에 청정기류를 형성하고, Pull 측에서는 오염기류를 선형으로 유도·흡입하여 작업자 호흡영역에 도달하기 전에 제거한다. 이를 통해 분진·악취 포집 효율을 기존 대비 약 30~40% 향상시키고, 호흡기 노출을 근본적으로 저감할 수 있다. 후드의위치와 형상은 작업 자세·시야·동선을 고려해 설계되어, 작업 효율을 저해하지 않는 인체공학적 환경을 조성한다. 또한, 실시간 공기질 모니터링 시스템을 도입하여 PM2.5, PM10, NH3, H2S, VOCs 등 주요 유해인자를 다중 센서 융합 방식으로 동시 측정한다. 오염농도 급상승 시 자동으로 흡기 유량 및 Push 분사량을 조절하여, 공기질을 신속하게 복원할 수 있다. 컨베이어 하부에는 세정수 순환·여과 시스템을 설치하여, 벨트 하부로 낙하하는 분진·중금속 미립자를 세척·회수한다. 회수된 세정수는 침전 및 여과 과정을 거쳐 재사용되므로 폐수 발생을 최소화하며, 비산먼지의 2차 재확산을 방지한다. 이 과정은 컨베이어 및 롤러의 오염 누적을 억제해 설비 수명 연장에도 기여한다. 전체 시스템은 모듈형 구조와 표준 인터페이스 기반으로 설계되어, 기존 재활용센터에도 레트로핏(Retrofit) 형태로 손쉽게 적용이 가능하다. 더 나아가, 향후 적환장·파쇄·선별 라인 등 다양한 폐기물 처리시설로의 확장성을 확보하여 범용적인 친환경 설비 플랫폼으로 발전할 수 있다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
경제적 파급효과 폐기물 처리장 노동자들은 장기간 미흡한 환기시스템으로 인해 중금속 노출, 산재위험, 열악한 실내공기질 등으로 고통받고 있다. 이러한 복지 개선은 단순한 시설투자 이상의 사회·경제적 의미를 가지며, 환경가치추정을 통한 경제성 분석을 통해 정량화가 가능하다.
1. 노동자 환경개선(산재위험 감소) 산업재해 위험의 증가는 일반적으로 임금프리미엄 형태로 노동시장에서 보상된다. 송기호(1994)의 분석에 따르면, 산재위험이 1/1000 증가할 경우 노동자 1인당 연간 약 778,660원의 임금프리미엄이 발생한다. 이는 환기시스템 개선과 같은 작업환경 개선을 통해 위험을 줄일 경우, 그만큼의 사회적 비용 절감 효과가 있음을 의미한다. ⇒ 연간 인당 비용 절감효과: 약 78만 원
2. 중금속 노출 저감 폐기물 선별 과정에서 배출되는 납(Pb)과 비소(As)는 노동자의 건강에 직접적인 위해를 미치며, 이로 인한 사회·경제적 질병비용이 막대하다. 진현정·조성민(2016)은 혈중 중금속 농도에 따른 질병별 직·간접 비용을 분석한 결과, 납과 비소로 인한 사회적 질병비용이 연간 약 507억 원에 달하는 것으로 추정하였다. 따라서 환기시스템 개선을 통해 중금속 노출을 줄인다면, 이 비용의 상당 부분을 절감할 수 있을 것으로 예상된다.
3. 국고보조금 등의 지원 환경부, 고용노동부, 안전보건공단 등에서는 재활용시설 설치 등에 대해 보조금 사업지원 등의 지원을 하고 있어 이러한 지원정책을 활용하여 설치비용의 부담을 경감시킬 수 있을 것으로 예상된다.
사회적 파급효과 본 과제의 기술은 폐자원 선별시설의 기존 이미지를 친환경·안전 중심의 현대적 공공 인프라로 전환하는 데 기여한다. Push–Pull 환기 시스템과 컨베이어벨트 세정 시스템은 재활용 선별시설이 직면한 대표적인 사회문제인 근로자 건강 악화 및 작업장 환경 오염 문제를 동시에 해결하는 기술이다. Push–Pull 환기 구조는 기존 상부 후드 방식의 포집 한계를 극복하여, 분진·악취를 발생원 단계에서 즉시 포집한다. Push 측의 청정기류는 작업자 호흡기 주변의 오염 공기를 차단하고, Pull 측은 이를 신속히 흡입·배출하여 호흡기 질환·안구 자극 등 건강 피해를 예방한다. 이러한 국소 제어 방식은 오염물질의 비산 경로를 원천적으로 차단하여 근로자 노출 위험을 구조적으로 감소시킨다. 또한, 컨베이어벨트 세정 및 순환 여과 시스템은 벨트 하부에 축적되는 분진·중금속 입자를 미세분무 방식으로 세척하여 2차 비산 및 재확산을 방지한다. 세정수는 침전 및 2단 여과 과정을 거쳐 순환 재이용되며, 폐수 발생 없이 청결한 작업환경 유지가 가능하다. 이를 통해 시설 내부 공기질이 개선되고, 중금속 축적에 따른 장기적 건강 피해도 예방된다. 이러한 기술적 개선은 단순한 작업환경 향상을 넘어, 작업자의 건강권 보호와 산업보건 인식 제고, 시설 위생 수준 및 지역사회 신뢰도 향상, 민원 감소 및 사회적 비용 절감으로 이어진다. 특히 에너지 절감형 환기 구조와 순환형 세정 시스템은 탄소중립 및 ESG 경영 실천 모델로서의 확산 가능성을 지닌다. 현재 운영 중인 다수의 자원순환센터가 법적 기준치는 충족하고 있으나, 현장 근로자들은 여전히 악취·분진 등으로 인한 고통을 호소하고 있다. 이로 인해 재활용 작업장은 기피 업종으로 인식되며, 현장에 남은 인력의 상당수는 중장년층·경력단절 여성 등 취약계층이 다수이다. 본 설계는 단순히 기준치 충족을 넘어, 실질적 근로환경 개선과 삶의 질 향상을 실현하여 안전하고 위생적인 근로환경 구축, 직업 경쟁력 강화, 지속가능한 사회 발전에 실질적으로 기여하는 기술적·사회적 대안으로 평가된다.
기술개발 일정 및 추진체계
설계
설계사양
제품의 요구사항
설계 사양
개념설계안
급기장치는 작업자가 허리를 비스듬하게 숙여 상체가 컨베이어벨트 위에 위치한 상태로 수선별하는 것을 고려하여 골반 위치 높이(40~50대 여성 평균 키를 160 cm 가정, 골반까지 높이 예상치 = 160 × 0.54 = 86.4 cm)로 설계하였다.
이론적 계산 및 시뮬레이션
푸쉬풀 후드 유량, 유속 산정
수선별실 내 급배기 장치의 유량과 유속을 산정하고자 미국의 산업용 환기 설계기준인 American Conference of Governmental Industrial Hygienists(ACGIH)의 Industrial Ventilation: A manual of Recommend Practice를 참고했다.
푸쉬풀 후드 소요 동력
Push-Pull 후드의 가동에 필요한 송풍기 동력사용비용을 기존에 사용되는 외부식상방흡인형 후드와 비교하기 위하여 현재의 Push-Pull 후드 설계조건 하의 예상되는 동력사용비용과 동일 조건 하에서 설계한 가상의 상방흡인형 후드의 동력사용비용을 대비해 보았다. 송풍기 정압은 통과 유량을 고려하여 Push 후드의 경우 50Pa, Pull후드와 상방흡인형 후드의 경우 200Pa로 가정하였으며, 상방흡인형 후드의 개구면적은 보수적인 고려를 위해 최소값으로 설정하였다.
계산 결과, 동일한 컨베이어 벨트 환경에서 유사한 국소 배기 효율을 보이기 위해 필요한 소요 동력을 비교했을 때 Push-Pull 후드는 기존의 상방흡인형 후드 대비 최소 11.1%, 최대 29.2% (평균 16.1%)의 동력만을 필요로 하였다. 해당 소요 동력 비교방안은 두 장치의 오염물질 제거효율 고려 없이 동일 조건 하에서의 가상설계만을 고려한 단순비교방식이기에, 오염물질 제거효율 고려시 소요 동력의 격차는 커질 것으로 예상된다.
컨베이어 벨트 세척
컨베이어 벨트 하부에 낙하·부착되는 분진 및 중금속 입자를 제거하기 위해 미세분무 세척 시스템을 설치하였다. 노즐에서 분사된 세정수가 벨트 하부 표면에 미세입자 형태로 분사되어 오염물을 흡착·세척하고, 하단의 집수 트레이(V형)에 회수된다. 회수된 세정수는 침전조 및 여과 시스템을 통해 순환 재이용되며, 이를 통해 비산먼지·중금속 오염물의 재확산을 억제하고 시설 내 청결상태를 지속적으로 유지할 수 있다.
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