KR20090008960U - The remediation of soil contaminated with oil and a heavy metal using Microwave and high temperature heating source - Google Patents
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Abstract
본 고안은 유류로 오염된 토양 및 토양에 함유되어 있는 중금속을 제거하기 위한 마이크로웨이브와 고온발열체를 이용한 유류오염토양의 복원 및 중금속 제거 장치로서 연속식으로 마이크로웨이브를 조사하여 유류에 의해 오염된 토양의 함수율을 먼저 낮춘 후 마이크로웨이브의 강한 파의 전계 및 고온발열체의 고온을 이용하여 유류오염토양에 함유되어 있는 석유계 탄화수소인(TPH: Total Petroleum Hydrocarbon 이하 TPH라 명함) 및 중금속을 제거하는 방법에 관한 것으로서 ,해결하고자하는 기술적 과제로는 마이크로웨이브를 이용한 유류오염토양의 초기 수분율 제거 및 THP제거 또한 강한 파의 사용에 있어서 마이크로웨이브가 본 고안의 장치 밖으로 누설되는 것을 방지하고, 유류오염토양에 흡수되지 못하고 챔버 내에 잔류하는 마이크로웨이브들을 고온발열체에 흡수하도록 구성하여 고온발열체에서 일정 온도 이상의 고온을 발생시켜 유류오염토양에 열탈착을 일으키고자 하는 방법에 있다. 이를 위해 본 고안에서는 초기 유류오염토양에 돌이나 기타 이물질이 유입되지 않도록 하고, 일정한 크기의 유류오염토양이 본 고안의 장치에 유입되도록하기 위하여 바이브레이터를 이용한 토양 선별 투입부와, 점성이 강한 유류 토양들이 뭉쳐져 있는 것을 방지하고 투입된 토양에 대하여 초기 함수율 제거를 위한 건조 및 강한 마이크로웨이브의 전계 효율성을 높이기 위해 유류오염토양을 일정한 크기로 만들어 주는 정량공급부, 그리고 이를 운반할 수 있는 운반부와 유류오염토양의 건조시 발생 되는 마이크로웨이브의 외부로의 누설을 방지하고 또한 이 누설된 마이 크로웨이브를 이용하여 고온을 발생시키는 1차 처리부, 그리고 직접적인 마이크로웨이브를 이용하여 유류오염토양을 건조시키고 강한 마이크로웨이브의 전계작용을 행하여 TPH를 낮추는 마이크로웨이브 조사부인 2차 처리부로 구성되어 있으며, 마지막으로 다시 마이크로웨이브의 외부로의 누설을 막고 1,2차에서 건조 및 분해가 일어난 유류오염토양에 대하여 3차 중금속 분해 및 열탈착을 위해 다시 고온가열부로 구성된 3차 처리부되어 있으며, 이렇게 3차 공정까지 거친 유류오염토양이 원활하게 배출 되도록 한 배출부로 구성되어진 마이크로웨이브와 고온발열체를 이용한 유류오염토양의 복원 및 중금속 제거 장치이다. The present invention is a soil contaminated by oil by continuously irradiating microwaves as a device for restoring oil contaminated soil and removing heavy metals by using microwave and high temperature heating element to remove heavy metals contained in oil and soil contaminated with oil. After lowering the moisture content of first, remove the heavy metals and petroleum hydrocarbons (TPH: TPH) in the oil-contaminated soil by using the microwave's strong wave electric field and high temperature heating element. As the technical problem to be solved, the initial moisture content removal and THP removal of oil contaminated soil using microwave also prevents the microwave from leaking out of the device of the present invention in the use of strong waves, and absorbed into the oil contaminated soil Microwaves that remain in the chamber It is configured to absorb the heating element to generate a high temperature above a certain temperature in the high temperature heating element to cause thermal desorption on the oil contaminated soil. To this end, the present design prevents the introduction of stones or other foreign substances into the initial oil contaminated soil, and the soil screening input unit using a vibrator and a viscous oil soil to ensure that oil contaminated soil of a certain size enters the apparatus of the present invention. In order to prevent agglomeration and to increase the field efficiency of the drying and strong microwaves to remove the initial moisture content of the injected soil, and to provide a fixed amount of oil contaminated soil, and a conveying part and oil contaminated soil that can transport it. To prevent leakage to the outside of the microwave generated during drying, and to generate high temperature using the leaked microwave, and to dry the oil-contaminated soil by using the direct microwave Field action to get TPH It consists of a secondary treatment part, which is a microwave irradiation part that lowers, and finally, it prevents leakage to the outside of the microwave again, and again high temperature for the third heavy metal decomposition and thermal desorption for oil polluted soil which dried and decomposed in the first and second parts. It is a tertiary treatment part composed of a heating part, and is a device for restoring oil contaminated soil and removing heavy metals using a microwave and a high temperature heating element constituted by a discharge part for smoothly discharging the oil contaminated soil until the third process.
마이크로웨이브, 정량공급장치, 나팔형 도파관, 고온발열체 Microwave, Metering Device, Trumpet Waveguide, High Temperature Heating Element
Description
현재 유류로 인하여 오염된 토양의 복원을 위한 장치로서는 고온 및 저온 열탈착 로와 화학약품과 물에 의한 세정으로서 토양을 복원하여 왔으나, 본 고안은 마이크로웨이브와 고온 발열체의 특성을 이용하여, 기존에 사용 중인 열 탈착로에 비하여, 에너지의 효율성을 높여 유류오염토양에 대한 복원 시간 및 처리 공정을 간단하게 구성하고자 한다. 하지만 효율이 우수한 마이크로웨이브 장치라 하더라도, 마이크로웨이브가 챔버 외부로 누설이 되면 인체에 치명적으로 해를 끼치게 된다. 따라서 본 고안은 누설되는 마이크로웨이브로 인하여 인체에 해를 끼치는 것을 방지하면서 보다 효율적으로 유류오염토양에 대하여 복원 및 중금속을 분해하기 위한 마이크로웨이브와 고온발열체를 이용한 유류오염토양의 복원 및 중금속 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다. Currently, as a device for restoring soil contaminated by oil, soil has been restored by high temperature and low temperature heat desorption furnace and cleaning with chemicals and water. However, the present invention uses the characteristics of microwave and high temperature heating element, and has been used. Compared to the thermal desorption furnace in use, the energy efficiency is improved, and the recovery time and treatment process for oil contaminated soil are simplified. However, even in the highly efficient microwave device, if the microwave leaks out of the chamber, it is fatally harmful to the human body. Therefore, the present invention is to restore oil polluted soil and remove heavy metals using microwave and high temperature heating element to restore oil polluted soil more efficiently and prevent heavy metals from harming human body due to leaking microwave and It's about how.
일반적으로 유류에 의해 오염된 토양은 최대 30% 이상의 초기 함수율을 지니고 있다. 종래의 열탁착 로는 열풍 및 열전도의 방식에 의한 것으로서 가열속도가 느리고, 온도의 제어가 힘들므로 열적 손실이 매우 많고, 또한 30%의 초기 함수율을 제 거 한 이후에서야 열 탈착이 일어나게 된다. 이로 인하여 유류 토양에 대한 효율이 상당히 떨어지며, 이를 분해시키기 위해 사용되는 화석 에너지의 소비가 극심한 단점이 있다. In general, soils contaminated by oil have an initial moisture content of up to 30% or more. Conventional heat deposition furnaces are based on the method of hot air and heat conduction, and thus, the heating rate is slow and the temperature is difficult to control, resulting in a large amount of thermal loss and thermal desorption only after removing the initial moisture content of 30%. As a result, the efficiency of oil soil is considerably lowered, and the consumption of fossil energy used to decompose it is extremely disadvantageous.
반면 본 고안에서 설명하는 마이크로웨이브를 이용한 유류오염토양의 복원 및 중금속의 분해 장치는 마이크로웨이브의 특징 중 하나인 유전가열적 특성을 이용하여 순간적으로 마이크로웨이브가 유류오염토양 내에 침투하여 가열시킴으로서, 유류오염토양이 지니고 있는 초기 함수율인 30%를 고속가열시킴과 동시에 유류 토양에 의한 자체 발열 방식이므로, 초기 유류오염토양이 지닌 TPH를 60% 이상 제거되며, 화석에너지의 사용이 필요가 없어 에너지 절약에 상당히 큰 장점을 지니고 있다. 또한 마이크로웨이브의 출력을 조절함으로서 유류오염토양의 건조 및 열 분해 효율을 제어할 수 있는 장점이 지니고 있다.On the other hand, the oil pollution soil restoration and heavy metal decomposition device described in the present invention by using the dielectric heating characteristic, one of the characteristics of the microwave instantaneously microwaves into the oil pollution soil by heating, oil pollution As it heats up 30% of the initial moisture content of the soil at high speed and self-heats by oil soil, it removes more than 60% of TPH of the initial oil polluted soil and saves energy by not using fossil energy. It has a big advantage. In addition, by controlling the output of the microwave has the advantage of controlling the drying and thermal decomposition efficiency of oil contaminated soil.
하지만 마이크로웨이브를 이용하여 유류오염토양에 사용하기 위해서는 적게는 수KW에서부터 많게는 수백KW의 강한 마이크로웨이브를 사용하기 때문에 많은 위험성이 따르게 된다. 이 마이크로웨이브가 챔버 외부로의 누설 시에는 백내장, 두통, 암, 뇌졸중, 중추신경계 장해 등 인체에 악영향을 미치게 된다. 따라서 아직 국내에서는 뚜렷한 관련 법규가 존재하지는 않으나 외국의 경우 마이크로웨이브의 사용에 관하여 엄격하게 규제하고 있다.However, the use of microwaves in oil-contaminated soils involves a lot of risks because they use a few microwatts and many hundreds of kilowatts of strong microwaves. When the microwave leaks out of the chamber, cataracts, headaches, cancers, strokes and central nervous system disorders are adversely affected. Therefore, there are no relevant laws in Korea, but foreign countries strictly regulate the use of microwaves.
표1. 직업인에 대한 전자파강도기준(제3조 제1항 관련)Table 1. Electromagnetic Intensity Standards for Professionals (related to Article 3, Paragraph 1)
이와 같이 마이크로웨이브의 경우 수많은 장점을 가지고 있으나, 마이크로웨이브의 결정적인 단점인 누설로 인하여 마이크로웨이브 장치를 투입물의 생산량과는 전혀 상관없이 뱃치 형태로 제작되어 진다던가, 혹은 연속형으로 장비를 제작하더라도 유류 토양이 마이크로웨이브 장치 내에 투입되고 나서 투입구와 배출구를 막아버리는 방식을 채택하기 때문에 유류오염토양의 건조 및 열분해 효율이 저하되는 단점을 지니고 있다. Microwaves have many advantages, but due to leakage, which is a crucial disadvantage of microwaves, microwave devices can be manufactured in a batch form regardless of the amount of input, or even if the equipment is manufactured in a continuous type Since soil is introduced into the microwave device and then the inlet and outlet ports are adopted, the oil pollution soil has a disadvantage in that the drying and pyrolysis efficiency of the soil is reduced.
따라서 본 고안은 누설되는 마이크로웨이브가 고온발열체에 흡수하도록 장치를 구성하여 외부로 누설되는 마이크로웨이브를 차단하고 고온발열체가 마이크로웨이브를 흡수하면 열을 발생하는 특성을 이용하여 장치의 투입부분과 배출부분에 장착하여 유류오염토양이 투입과 배출 시에 열원을 가하여 보다 열 탈착 효율을 상대적으로 높이고, 또한 투입과 배출 부분을 막지 않고 연속적으로 유류 토양을 투입할 수 있기 때문에 유류오염토양의 복원 및 처리량을 충분히 높일 수 있도록 구성된 마이크로웨이브와 고온발열체를 이용한 유류오염토양의 복원 및 중금속 제거 장치에 관한 것이다.Therefore, the present invention configures the device so that the leaking microwaves are absorbed by the high temperature heating element to block the microwaves leaking to the outside and generates heat when the high temperature heating element absorbs the microwaves. It is possible to increase the heat desorption efficiency by adding heat source when the oil contaminated soil is added and discharged, and the oil soil can be continuously injected without blocking the input and discharge parts. The present invention relates to an oil pollution restoration and heavy metal removal device using microwaves and high temperature heating elements configured to be sufficiently high.
현재까지 유류오염토양의 복원 및 중금속 분해를 위한 문제를 해결하기 위해 한국 특허 등록번호 10-0449553(오염된 퇴적물 및 토양의 열화학적 개질 및 정화 방법)은 환경적으로 안정한 생성물인 산화칼슘과 같은 특정 첨가제를 투입하여 토양에 혼합시키면 그때 생성되는 용융물로부터 연속적으로 폭기시킴으로 인하여 토양을 정화시키는 방법이다. 한국 특허 등록 번호 10-0422810(전자빔 조사에 의한 오염토양 정화장치 및 방법)은 난분해성 유기물로 오염된 토양을 굴착 및 수집하고, 전자빔 가속기에 의해 가속된 전자를 수집된 토양에 조사함으로써, 반응성이 높은 라디칼이 급속히 생성되게 하여 토양 내의 난분해성 유기물을 신속하게 산화시킬 수 있To date, to solve the problem of oil pollution soil restoration and heavy metal decomposition, Korean Patent Registration No. 10-0449553 (a method for thermochemical reforming and purification of contaminated sediments and soils) has been found to be specific to environmentally stable products such as calcium oxide. When the additive is added to the soil and mixed, the soil is purged by continuously aeration from the melt formed. Korean Patent Registration No. 10-0422810 (contamination soil purification apparatus and method by electron beam irradiation) is excavated and collected soil contaminated with hardly decomposable organic matter, and irradiated electrons accelerated by electron beam accelerator to the collected soil, The rapid generation of high radicals allows the rapid oxidation of hardly degradable organics in the soil.
도록 한 전자빔 조사에 의한 오염토양 정화장치 및 방법에 관한 것으로서, 전자 빔에만 의한 토양 정화장치이다. 하지만 전자빔 만으로의 TPH 제거율은 상당히 낮은 단점을 지니고 있다. 한국 특허 등록번호 10-0583892(처리장치, 처리방법 및 토양의 처리방법)은 처리장치, 처리방법 및 토양의 처리방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 납 등 중금속이나 다이옥신(dioxin)류 등의 유해한 유기 할로겐화물 (halogenide)을 함유하는 처리 대상물체를 처리하는 처리장치, 처리방법 및 토양의 처리방법 에 관한 것이다. 위의 특허는 1기밀실과 2기밀실을 분류시켜 가스에 의한 열탈착 로를 이용하여 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하며, 각각의 기밀실에 배기정화장치를 구성하여 다이옥신이나 기타 오염물질들이 밖으로 누설되면서 토양을 정화 시키는 방법이다. 하지만 가스로를 사용한다는 점에서 화석에너지의 사용량이 많다는 단점을 지니고 1기밀실과 2기밀실, 그리고 각각의 기밀실에 배기정화 장치 를 구성하는 등 장치가 복잡하고 유지비용이 비싸다는 단점을 지니고 있다. The present invention relates to an apparatus and method for purifying polluted soil by electron beam irradiation, and the apparatus for purifying soil by electron beam only. However, the TPH removal rate by electron beam alone has a disadvantage of being extremely low. Korean Patent Registration No. 10-0583892 (a treatment apparatus, a treatment method and a soil treatment method) relates to a treatment apparatus, a treatment method and a soil treatment method. In particular, the present invention relates to a treatment apparatus, a treatment method, and a soil treatment method for treating an object to be treated containing harmful organic halides such as heavy metals such as lead and dioxins. The above patent is characterized by purifying the soil by using the heat desorption furnace by gas by classifying the first and second hermetic chamber, and by configuring the exhaust purifying device in each hermetic chamber, dioxins or other pollutants leak out the soil How to purify. However, it has the disadvantage of using fossil energy in terms of using gas furnace, and it has the disadvantage of complicated and expensive maintenance cost by constructing exhaust purification device in each of the first and second hermetic chambers and each hermetic chamber.
한국 특허 등록번호 10-0395691(토양오염 정화시스템)은 토양오염 정화시스템에 관한 것으로, 특히 오염된 토양에 지속적으로 물을 살포하여 기름 등을 일정깊이로 Korean Patent Registration No. 10-0395691 (Soil Pollution Purification System) relates to a soil pollution purification system, and in particular, to continuously spray water on polluted soil
관정된 집수정내로 집수한 다음 회수펌프로서 펌핑하여 유량조절조로 이송한 후 유수분리조에서 유수분리하고 순차적으로 화학약품처리조,오존산화장치를 거치도록 하여 물리적,화학적,생물학적 처리를 이룸은 물론 정화된 처리수는 재차 살포되는 과정이 리사이클되어 이루어질수 있도록 함으로서, 건축되어지거나 건축중인 시설물등에 제약을 받지않고 토양복원이 가능할 뿐만 아니라 미생물처리가 어려운 심층오염이나 광범위한 오염지역을 신속하고도 완전하게 정화된 토양으로 복원하여 토지이용 가치를 극대화 할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다. 하지만 이 방법 역시 약품에 의한 토양처리방법으로서 처리비용이 비싸며, 장치가 복잡하고, 사용의 제한이 따른다는 문제점을 지니고 있다. 한국 특허 등록번호 10-0703190(토양의 유기어염물질 정화용 에너지 회수형 열탈착 장치)는 오염된 매체에 함유된 오염물질을 열탈착 반응으로 분리 제거하는 에너지 회수형 열탈착 장치에 관한 것으로서,After collecting water into the well, it is pumped as a recovery pump and transported to a flow control tank. The oil is separated from the oil separation tank and the chemical treatment tank and ozone oxidizer are sequentially processed to perform physical, chemical and biological treatment as well as purification. The treated water can be recycled again and again, so that the soil can be restored without being constrained by the facilities being built or under construction. It is effective to restore land to maximize the value of land use. However, this method also has a problem of expensive treatment, complicated device, and limited use as a soil treatment method by chemicals. Korean Patent Registration No. 10-0703190 (energy recovery type heat desorption apparatus for soil organic fish salts purification) relates to an energy recovery type heat desorption apparatus for separating and removing contaminants contained in the contaminated medium by thermal desorption reaction.
로터리 킬른 방식으로 구동되는 열탈착 몸체와, 열탈착 몸체 내부에서 주입되는 오염된 매체를 가열시켜 열탈착 반응을 유도하는 1개 이상의 열파이프들 및, 열탈착 몸체의 내벽에 그 일측이 고정되며 열탈착 몸체의 회전에 따라 오염된 매체와 마찰 접촉하는 날개를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 에너지 회수형 열탈착 장치는 열탈착 몸체 내부에서 오염된 토양이 열파이프에 의해 가열되면서도, 날개가 토양과 마찰 접촉되면서 종래에 비해 토양이 보다 유연하게 혼합됨으로써, 열탈착 반응되는 토양의 접촉면적이 넓어져 열탈착 반응 효율이 상승되는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 토양의 유기오염물질이 열탈착 반응으로 생성된 고온의 배기가스를 다시 열탈착 반응에 소요되는 열원으로 재순환시킴으로써, 에너지의 비용이 절감되는 장점이 있다. 하지만 이 방법 역시 장치가 거대화되어 있으며, 장치의 구성이 복잡하게 되어 있어 운영비가 높다는 단점을 가지고 있다. 한국 공개 특허 10-2004-0082635(마이크로웨이브를 이용한 유류 오염토양 정화장치)는 마이크로웨이브(Microwave(MW))를 이용한 유류 오염토양 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 오염 토양층 내에 전자계에너지에 의해 발생하는 마이크로웨이브를 발생시켜 오염 토양의 개토 없이도 오염 물질(유류:휘발성유기화합물(VOCs))만을 선택적으로 신속하게 제거할 수 있도록 함으로써, 오염 토양의 개토, 이송, 복토에 소요되는 경비를 절감할 수 있는 경제적 효과와 더불어 제거된 오염물을 수거하여 재 사용할 수 있도록 한 것이다.A thermal desorption body driven by a rotary kiln method, one or more heat pipes for heating a contaminated medium injected inside the thermal desorption body to induce a thermal desorption reaction, and one side of which is fixed to an inner wall of the thermal desorption body, And a wing in frictional contact with the contaminated medium. Therefore, the energy recovery type thermal desorption apparatus of the present invention, while the soil contaminated inside the thermal desorption body is heated by heat pipes, the blades are frictionally contacted with the soil, so that the soil is mixed more flexibly than the conventional, the contact of the soil desorption reaction As the area is widened, thermal desorption reaction efficiency is increased. In addition, the present invention has the advantage that the cost of energy is reduced by recycling the high-temperature exhaust gas generated by the organic decontamination reaction of the soil to the heat source for the heat desorption reaction again. However, this method also has the disadvantage that the device is huge, and the configuration of the device is complicated, which leads to high operating costs. Korean Patent Laid-Open No. 10-2004-0082635 (Oil Pollution Soil Purification Device Using Microwave) relates to an oil polluted soil purification device using microwave (Microwave (MW)), and more specifically, it is generated by electromagnetic energy in a contaminated soil layer. Microwaves can be used to quickly and efficiently remove only contaminants (oil: volatile organic compounds (VOCs)) without digging up contaminated soil, thereby reducing the costs associated with digging, transporting and covering contaminated soil. In addition to the economic benefits, the pollutants removed can be collected and reused.
즉, 유류 오염토양을 정화하는 유류 오염토양 정화장치에 있어서, 오거머신 (auger machine)을 이용하여 소정 깊이로 오염토양에 천공한 구멍에 삽입되는 내외 관통되는 흡입공이 형성된 흡입관과, 흡입관의 내부 하단에 배치되는 마이크로웨이브팁과 , 마이크로웨이브팁과 전기적으로 연결되도록 지상에 설치한 마이크로웨이브발생장치와, 흡입관이 삽입된 오염토양을 밀폐하고, 흡입관을 통해 배출되는 VOCs를 포함하는 가스를 포집하는 커버와, 커버와 관체 연결되어 VOCs를 포함하는 기체와, 유류를 포함하는 액체를 분리하는 분리탱크와, 분리탱크에서 분리된 VOCs를 포함하는 기체를 진공펌프로 흡입 배출하여 여과 처리하는 VOCs 가스여과처리기와, 분리탱크 에서 분리된 유류를 포함하는 액체를 액체배출펌프로 배출하여 유수 분리하는 유수분리기를 포함하는 것으로서, 오염토양의 개토 없이도 마이크로웨이브 전자계에너지로 오염토양을 가열하여 오염토양을 정화할 수 있도록 한 것이다. 이 방법은 땅속에 구멍을 파서 탐침을 삽입 한 후 탐침 끝으로 마이크로웨이브를 조사하여 토양을 정화한다는 방법인데, 마이크로웨이브는 일반 고압과는 달리 탐침으로의 주사는 굉장히 힘들다. 또한 만일 주사 된다 하더라도 상기에 나열되어 있는 장치들이 복잡하고, 이를 운용시키기에는 힘든 단점을 지니고 있다. That is, in an oil contaminated soil purifying apparatus for purifying oil contaminated soil, a suction pipe having a suction hole penetrating into and out of a hole drilled into the contaminated soil at a predetermined depth using an auger machine, and an inner lower end of the suction tube A microwave tip disposed on the ground, a microwave generator installed on the ground so as to be electrically connected to the microwave tip, and a cover for enclosing the contaminated soil into which the suction pipe is inserted, and collecting gas including VOCs discharged through the suction pipe. And a VOCs gas filtration unit which is connected to the cover in a tubular manner and separates the gas containing the VOCs, the separation tank separating the liquid containing the oil, and the gas containing the VOCs separated from the separation tank by suctioning and discharging the gas by a vacuum pump. And an oil-water separator for separating oil-water by discharging the liquid containing oil separated from the separation tank to a liquid discharge pump. In addition, it is possible to purify the contaminated soil by heating the contaminated soil with microwave electromagnetic energy without the excavation of contaminated soil. This method involves digging a hole in the ground, inserting a probe, and then irradiating the tip of the probe with microwaves to purify the soil. Unlike general high pressures, microwave injection is very difficult. In addition, even if scanning, the devices listed above are complex, and has a disadvantage that is difficult to operate.
상기 종래의 기술들은 주로 약품을 이용하거나 혹은 가스로나 퀼른 등 LNG등 보조 연료를 사용하는 열탈착로로 구성되어져 있다. 위와 같은 방법들은 현재 상용화되고 있지만, 유지비가 매우 비싸다는 단점을 지니고 있다. 그리고 새로운 방법인 전자빔에 의한 방법이나 마이크로웨이브 탐침을 이용한 방법은 처리효율이 저하되는 단점이 있는 실정이다. 또한 마이크로웨이브의 누설을 효과적으로 차단하지 못하여 작업자의 안전을 위협하고 초기 설치비용이 매우 비싸 상용화에 큰 어려움을 겪고 있는 실정이다. The conventional techniques are mainly composed of a thermal desorption furnace using a chemical or an auxiliary fuel such as LNG or a gas furnace or a cologne. The above methods are currently commercialized, but they have the disadvantage of being very expensive. In addition, a new method using an electron beam or a method using a microwave probe has a disadvantage in that processing efficiency is lowered. In addition, it is difficult to effectively block the leakage of the microwave, threatening the safety of workers, and the initial installation cost is very expensive, the situation is difficult to commercialize.
현재 상용화되어 작동되고 있는 열탈착 로를 살펴보면 LNG 등의 화석 에너지를 이용하며, 실질적으로 유류에 의해 오염된 토양의 복원에 대해서는 효율이 높지 않은 상태이다. 이는 초기 유입되는 오염된 토양의 함수율이 30% 정도의 높은 함수율을 가지고 있기 때문인데, 기존의 열 탈착 로는 이 초기 30%의 함수율을 제거한 이후 에서야 비로서 열탈착 및 중금속의 분해가 일어나기 때문에 LNG 등 에너지 대비해 효율이 상대적으로 떨어지게 되는 것이다. 또한 아직은 연구 단계이지만 초기 토양의 함수율을 떨어트리기 위해 마이크로웨이브로 건조를 행한 후 열탈착 로에 건조된 토양을 투입하여 열분해 공정을 거쳐 토양을 복원시키는 방법이 연구되어지고 있다. 이때의 온도는 300℃에서 500℃ 정도로 유지시키면, 약 95% 이상의 열분해 효과가 있다는 연구 결과가 있다. (공학 박사 학위논문 "유류 오염토 복원을 위한 마이크로파 및 저온 열탈착 연계 공정 연구" 신라대학교 환경공학과 2008년 2월) 하지만 이 역시 후공정에 열탈착 로를 이용하기 때문에 여기서 소비되는 에너지 비용이 상대적으로 많이 들어가고, 또한 2가지 이상의 다른 방법의 장치를 구축해야 하기 때문에 장치 작동 및 운용에 있어 복잡한 실정이다. Looking at the thermal desorption furnace that is currently commercially operated, it uses fossil energy such as LNG, and it is not efficient for the restoration of soil contaminated by oil. This is because the moisture content of the polluted soil that is initially introduced has a high water content of about 30%. Existing thermal desorption furnaces only remove the initial water content of 30% before thermal desorption and decomposition of heavy metals cause energy such as LNG. In contrast, the efficiency is relatively low. In addition, although it is still in the research stage, a method of restoring the soil through pyrolysis process by putting the dried soil into the thermal desorption furnace after drying by microwave to reduce the moisture content of the initial soil. At this time, if the temperature is maintained at about 300 ℃ to 500 ℃, there is a research result that there is a thermal decomposition effect of about 95% or more. (Doctoral dissertation "Study on microwave and low temperature thermal desorption process for restoration of oil contaminated soil" Department of Environmental Engineering, Silla University, February 2008) It is complex in the operation and operation of the device because it has to go in and also build two or more different methods of device.
따라서 본 고안에서는 하나의 장치내에서 마이크로웨이브의 건조 효과 및 열분해 효과, 그리고 누설되는 잔류파를 이용하여 700℃ 이상의 고온을 형성시켜 유류로 오염된 토양의 복원과 중금속의 분해 효율을 증가시키고자 한다.Therefore, in the present invention, the drying effect and pyrolysis effect of microwaves, and the residual wave leaking to form a high temperature of more than 700 ℃ to increase the recovery of oil-contaminated soil and the decomposition efficiency of heavy metals in one device.
본 고안의 목적은 연속식으로 마이크로웨이브 장치를 구성하여 유류오염토양의 처리 효율을 향상시키고, 투입부와 배출부에 마이크로웨이브를 흡수하여 발열할 수 있는 고온발열체를 구성하여 마이크로웨이브의 누설을 차단하고, 또한 이렇게 차단되는 마이크로웨이브를 이용하여 고열을 발생시켜 2차 장치 및 외부로부터 받아들이는 보조 에너지원이 없이도 유류오염토양에 대하여 열분해를 일으킬 수 있는 열원으로 사용함으로 인하여, 유류오염토양의 복원 및 중금속 분해 효율을 증가시 키는 특징으로 한 마이크로웨이브와 고온발열체를 이용한 유류오염토양의 복원 및 중금속 제거 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다. The purpose of the present invention is to construct a microwave device continuously to improve the treatment efficiency of oil contaminated soil, and to block the leakage of the microwave by constructing a high temperature heating element capable of generating heat by absorbing the microwave at the inlet and outlet. In addition, it is possible to restore the oil polluted soil by using it as a heat source that generates high heat by using the microwave blocked and uses it as a heat source that can cause pyrolysis to the oil polluted soil without a secondary device and an auxiliary energy source accepted from the outside. The present invention provides an apparatus and method for restoring oil contaminated soil and removing heavy metals using microwaves and high-temperature heating elements characterized by increasing heavy metal decomposition efficiency.
본 고안에 의한 연속식 마이크로웨이브 장치를 이용하여 유류오염토양의 30% 정도의 초기 함수율을 제거하며, 특히 마이크로웨이브의 누설을 차단하여 안전하게 작업자가 작업할 수 있는 분위기를 구성할 수 있으며, 또한 마이크로웨이브의 누설파를 흡수하여 발열할 수 있는 1차 고온발열체(12)와 2차 고온발열체 (13)를 투입부와 배출부에 구성하였으며, 투입부의 1차 고온발열체(12)로 부터 수분이 함유된 유류오염토양에 대하여 1차 건조 및 열분해를 행할 수 있고, 건조기 내부에서는 마이크로웨이브의 유전 가열 특성을 이용하여 유류오염토양에 대하여 건조 및 TPH의 제거율이 약 70%에 가까운 열분해 효과를 2차로 행하고, 마지막으로 배출부의 2차 고온발열체(13)에서는 1차와 2차에 걸친 오염 토양을 700℃ 이상의 고온으로서 완벽히 열분해를 일으켜 유류오염토양의 복원 및 중금속분해를 시키고자 한다. By using the continuous microwave device according to the present invention to remove the initial moisture content of about 30% of the oil contaminated soil, in particular, it is possible to configure the atmosphere for the operator to work safely by blocking the leakage of the microwave The primary high
특히 1차 고온발열체(12)와 2차 고온발열체(13)에서 발생되는 고온은 LNG, LPG, 벙커씨유와 같은 연료가 없이 고온을 발생시킴으로서 에너지의 효율이 증대되고 하나의 장치 내에서 열분해 공정까지 행함으로서 유류오염토양의 복원 및 중금속 분해의 효율성을 월등히 높일 수 있는 특징을 지니고 있다. In particular, the high temperature generated by the primary high
상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 의하면, 마이크로웨이브 장치를 보호하고 효율성을 높이기 위하여 돌이나 기타 이물질이 마이크로웨이브 장치 내로 유입되는 것을 방지하기 위하여 장치의 초기 투입 전에 바이브레이터 선별기(1)를 구성하여 선별 작업을 행하고, 이를 투입호퍼까지 이송시켜주는 유류오염토양 투입벨트(2), 유류오염토양의 투입을 월활히하기 위하여 투입호퍼(3)를 설치하고 유류오염토양을 일정량 투입하고 이를 스크류 이송장치(4)가 유류오염토양을 이송시켜, 유류오염토양이 정량적으로 그리고 일정한 두께와 크기를 지닐 수 있게 정량공급 장치(5)내에 투입시켜주도록 설치하는 것을 특징으로 하는 정량공급 투입부로 구성한다. 이렇게 일정한 크기와 일정량을 지닌 유류오염토양들은 테플론 벨트 이송장치(6)위로 떨어지게 되며, 마이크로웨이브 조사부 내로 들어가게 된다. 테플론 벨트 이송장치(6)는 테플론 벨트를 구동시켜 주는 테플론 벨트 이송 구동 모터(7)와 벨트의 이탈을 방지하고 또한 원활한 유류오염토양의 이송을 위하여 테플론 벨트에 일정한 장력이 계속 유지되도록 테플론 벨트 1차 장력 조절장치(9)와 테플론 벨트 2차 장력 조절 장치(10)로 구성되어 있으며, 테플론 벨트 이송장치(6)에 묻은 이 물질을 제거하기 위하여 벨트 clear 장치(8)로 설치되는 것을 특징으로 하는 테플론 벨트 이송부로 구성한다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, in order to protect the microwave device and increase the efficiency, the vibrator sorter (1) before the initial introduction of the device in order to prevent the inflow of stones or other foreign matter into the microwave device The oil-contaminated soil input belt (2), which carries out the sorting operation and transfers it to the input hopper, and the input hopper (3) is installed to facilitate the input of oil-contaminated soil, and a certain amount of oil-contaminated soil is added and screwed. Conveying oil (4) transports the oil contaminated soil, it is composed of a fixed-quantity supply input unit, characterized in that the oil contaminated soil is installed to be introduced into the quantitative supply device (5) so as to have a quantitative and constant thickness and size. . The oil contaminated soils having a certain size and a certain amount fall on the Teflon belt feeder 6 and enter the microwave irradiation section. The teflon belt feeder (6) prevents the teflon belt feed drive motor (7) and the belt from being driven and drives the teflon belt and also maintains a constant tension on the teflon belt for smooth oil conveying soil. It is composed of a secondary tension control device (9) and a teflon belt secondary tension control device (10), characterized in that it is installed as a belt clear device (8) to remove the foreign matter on the Teflon belt transfer device (6) It consists of a Teflon belt conveying part.
이렇게 유류오염토양은 선별 투입부를 통과하여 정량공급 투입부와 테플론 벨트 이송부를 거쳐 챔버 내로 투입되기 시작한다. Thus, the oil contaminated soil begins to be introduced into the chamber through the sorting input section and through the metered supply input section and the Teflon belt transfer section.
마이크로웨이브 조사부는 마이크로웨이브 발진장치(11)로 구성되어 있으며, 유류오염토양들이 챔버로 투입되는 투입부 부터 배출부 까지 지나감에 따라 순차적으로 작동하게 설치된다. The microwave irradiation unit is composed of a microwave oscillation device (11), it is installed to operate in sequence as the oil contamination soil passes from the input section to the discharge section into the chamber.
초기 유류오염토양이 챔버로 유입되기 시작하면 1차 고온발열체(12) 위의 마이크로 웨이브 발진장치(11)가 작동되기 시작하면서 마이크로웨이브가 1차 고온발열체(12)에 흡수되어 고온을 형성시켜, 아래에 지나가는 유류오염토양에 1차 건조 및 열분해를 시작하게 된다. When the initial oil contaminated soil begins to flow into the chamber, the
마이크로웨이브 발진장치(11)는 마그네트론(21), 트랜스(22), 커패시터(23), 송풍기(24)로 구성 설치된다.The
이렇게 만들어진 마이크로웨이브는 도파관(14)과 나팔형 도파관(15)을 거쳐 챔버로 주사되고, 유류오염토양에 흡수되지 못한 마이크로웨이브의 잔류파가 다시 마그네트론(21)으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 반사파 방지막(16)으로 구성되어져 있다.The microwave thus made is injected into the chamber via the
1차 처리를 시작한 유류오염토양들은 챔버의 중앙으로 유입되면서부터 마이크로웨이브 발진장치(11)에서 주사되는 마이크로웨이브에 의하여 유전 가열되어 스스로 발열을 일으키며 2차 건조 및 강한 파의 전계작용으로 인하여 TPH가 떨어지기 시작한다. 이때 챔버 내의 마이크로웨이브는 약 80% 정도가 유류오염토양에 흡수되어 유전가열을 일으키지만 나머지 20%는 챔버 내에 잔류하면서 다시 마그네트론(21)으로 역류하는 현상을 일으키고, 혹은 잔류 마이크로웨이브가 챔버 밖으로 빠져나와 작업자의 안전을 위협하게 된다. 이때 유류오염토양이 투입되는 투입부에서는 1차 고온발열체(12)가 이 잔류 마이크로웨이브를 흡수하면서 온도가 약 700℃ 이상의 고온을 발생시켜 계속해서 유입되는 유류오염토양에 대하여 1차 건조 및 열분해를 계속 수행하게 된다. Oil contaminated soils that have started the primary treatment are heated by a microwave injected from the
마이크로웨이브 조사부에서 발생 된 잔류 마이크로웨이브가 배출부로 빠지는 것을 방지하기 위하여 배출부에도 투입부와 마찬가지로 2차 고온발열체(13) 를 설치하여 잔류 마이크로웨이브를 흡수하여 700℃ 이상의 고온을 형성시켜 배출부를 통과하면서 3차 열분해를 일으켜 유류오염토양이 복원되며 또한 중금속도 분해되게 된다.In order to prevent the residual microwaves generated from the microwave irradiation part from falling into the discharge part, a secondary high
이하 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 고안과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.Hereinafter, the drawings and detailed descriptions of configurations and operations and effects thereof that can be easily understood by those skilled in the art from general technology in each drawing are briefly or omitted, and are shown based on parts related to the present invention.
도 1은 본 고안에 마이크로웨이브와 고온발열체를 이용한 유류오염토양의 복원 및 중금속 제거 장치에 대한 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram for the restoration of oil pollution soil and heavy metal removal device using a microwave and a high temperature heating element in the present invention.
도 2는 도 1에서의 정량공급 장치(5)에 대한 상세 구성도.FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the
도 3는 도 1에서의 1차 고온발열체(12) 와 2차 고온발열체(13)에 대한 상세 형상도.FIG. 3 is a detailed shape view of the primary high
도 4은 도 1에서의 마그네트론(21) 및 트랜스(22), 커페시터(23), 송풍기(24)로 이루어진 마이크로웨이브 발진 장치 박스(11)에 대한 상세 구성도. FIG. 4 is a detailed configuration diagram of the
도 5는 도 1에서의 마이크로웨이브 도파관(14) 및 나팔형 도파관(15), 반사파 방지막(16))에 대한 상세 구성도.5 is a detailed configuration diagram of the
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1..바이브레이터 선별기 2..유류오염토양 투입벨트1..
3..투입호퍼 4..스크류 이송장치3..
5..정량공급 장치 6..테플론 벨트 이송장치5..Quantity supply device 6..Teflon belt feeder
7..테플론 벨트 이송 구동모터 8..벨트 clear 장치7..Teflon belt
9..테플론 벨트 1차 장력 조절장치 10..테플론 벨트 2차 장력 조절장치9..Teflon belt primary
11..마이크로웨이브 발진장치 12..1차 고온발열체 11..
13..2차 고온발열체 14..도파관13..Second high
15..나팔형 도파관 16..반사파 방지막15.
21..마그네트론 22..트랜스박스21.
23..커패시터 24..송풍기23.
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