KR0129968Y1 - 투수계수가 낮은 충진물에서의 오염물질 이동 특성을 규명하는 컬럼 실험장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 폐기물 매립지에서의 오염물질 누출에 의한 이동현상과 영향, 불포화 토양내에서의 오염물질 이동과 분포 및 토양층에서의 오염물질 이동예측을 위한 여러변수들을 측정하는데 사용되는 투수계수가 낮은 충진물에서의 오염물질 이동 특성을 규명하는 컬럼(column) 시험장치에 관한 것으로 폐기물 매립지에서 오염물질 이동 및 분포, 토양층에서의 이동 특성을 파악하는 여러변수를 측정할 때식을 이용하여
Description
본 고안은 폐기물 매립지에서의 오염물질 누출에 의한 이동현상과 영향, 불포화 토양내에서의 오염물질 이동과 분포 및 토양층에서의 오염물질 이동예측을 위한 여러변수들을 측정하는데 사용되는 투수계수가 낮은 충진물에서의 오염물질 이동 특성을 규명하는 컬럼(column) 시험장치에 관한 것이다.
종래의 컬럼 실험은 긴 원통형의 컬럼에 충진물을 채우고 충진물을 통과한 대상 시료를 분석하였다. 이러한 컬럼 실험은 투수계수가 낮은 충진물질일 경우 벽면효과(wall effect)문제가 증가하며 컬럼으로부터 유출되는 시료의 양이 적어 분석에 어려움이 따르고, 시료채취 기간이 오래 걸리는 단점을 지니고 있었다.
일반적으로 컬럼의 직경 : 대상입자 크기의 비각 200:1 이상이 되어야 한다고 알려져 있으나 현실상으로 이 기준에 맞춰 컬럼장치를 크게 만들기에는 어려움이 따른다.
벽면효과(wall effect)는 오염물질이 컬럼내부를 통과할 새 충진층을 통과하기 보다는 벽면을 통하여 흐르는 현상을 말한다.
제1도는 벽면효과의 예를 보여주고 있는 것으로 컬럼중심으로 갈수록 충진물의 뭉침이 더 크게 일어나기 때문에 벽면효과는 직경에 비해 길이가 길면 비교적 짧은 시간에 많은 공극수를 얻기 힘들며 공극 유속을 빠르게 하여 유출되는 공극수를 충분하게 받을 경우, 충진물내에 큰 유로(flow path)가 생길 수 있는 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 고안한 것으로 컬럼의 길이 대 직경의 비를 계산하여 컬럼내의 벽면효과를 최소화함으로써 다공성 충진물의 이동 특성을 정확하게 모사하는 실험장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
제1도는 종래 cloumn 실험방법을 사용시 발생하는 벽면 효과의 예시도.
제2도는 본 발명에 이용된 column 단면도.
제3도는 본 발명 장치의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 윗판 2 : 아래판
3 : 유출구 4 : 유입구
5 : 분배판 6 : 필더
이와같은 목적을 갖는 본 고안을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
종래의 컬럼 실험장치의 주 문제점들을 컬럼 침출연구를 수행하는데 요구되는 시간과 침출수 수집시 벽면효과 및 시료 변질의 위험성등이 있는데 본 고안은 컬럼이 길이 대직경의 비를 계산하고 수리학적인 특성을 고려하여 이러한 문제점들을 해결할 뿐만 아니라 실제의 흐름을 모사하도록 고안하였다.
다공성 메디아(media)를 통과하는 흐름에 대한 기본 방정식은 다음과 같은 다르시(Darcy)식이다.
q : Darcy 속도, ㎝/sec
K : 수리전도로, ㎝/sec
dh/dl : hydraulic gradient
다르시 속도는 단위면적 당 흐름이며 단위면적은 공극과 내용물을 모두 포함한다. 평균 공극유속은 다음과 같이 주어지는 속도이다.
υ : 평균 공극유속, ㎝/sec
n : 공극율
컬럼에서의 유량은
Q = Aq =Aυn
Q : flow rate, ㎤/sec
A : 컬럼의 단면적, ㎠
D : 컬럼 직경, ㎝
시간간격 t동안 통과된 공극부피의 수는 다음에 의해 주어진다.
그러므로
PV: 통과된 공극 부피수
Z : 컬럼길이 , ㎝
(3), (4)를 결합하면
정리하면
Q, t, n, PV값이 주어지면 (5)식을 만족하는 Z, D값을 구할 수 있다.
컬럼 실험은 공극수 통과시 충진물과 시료사이의 복잡한 교환반응이 일어나는데 점토나 미세토사는 평균공극 유속이 10-5㎝/sec 이하로서 기존의 컬럼장치로는 앞서 말한대로 벽면효과 및 시료채취에 상당한 어려움이 따른다.
이를 해결하기 위해서는 현재 식를 만족하면 실제 흐름과 유사하 다르시 속도를 가지므로 시료채취기간 등 여러 조건상하에 따른 Z 값으 정하고 D값을 구하므로써 컬럼장치의 크기를 계산할 수 있다. 2주동안 1L의 시료 샘플링(sampling)을 가정하면 충진층이 평균공극유속 범위가 10-5㎝/sec, -0-7㎝/sec인것을 감안하면 컬럼의 길이는 6㎝이하이어야 한다. 또한 샘플(sample)의 변질을 막기위해 10배의 공극부피가 6개월 안에 통과되도록 하고 일반적인 용출실험에서는 공극율이 0.6-0.8사이이므로 0.7로 정한다. 그리고 통과된 공극부피의 수는 10(매 2주마다 0.77공극부피)이다. 위에서 언급한 여러 인자들의 값을 정리하면 다음과 같다.
Q = 13L/6momth
t= 6month
n = 0.7
Pv = 10
Z = 6㎝
이 인자들의 값을 식(5)에 대입하여 D값을 계산하면 20.5㎝이다. 이러한 컬럼 크기에 따라서 선택되는 길이 Z' 는 충진층의 특성(평균공극유속) 및
실험목적에 따라 조금씩 다를 수 있으므로 Z값의 범위는이내에 들면 식(5)를 만족하는 것으로 한다.
컬럼실험장치의 재질은 모두 STS(Stainless Steel)로 제작하였으며 제2도에서 보는 바와 같이 주요 구성부분으로 윗판(1)과 아래판(2), 분배판(5), 필터(6)등이 있다. 필터(6)는 컬럼에 채운 대상매체가 유입구(4)나 유출구(3)를 막지 않도록 하기 위해 설치하였으며 필터(6)의 밑과 아래에서 유량을 분산시키는데 사용되는 분배판(5)을 장치하여 유체의 흐름이 실제의 흐름에 가까워지도록 하였다.
또한 제3도는 본 고안의 개략도로서 이를 살펴보면 컬럼에 주입하는 유량의 공급은 상향류 형태를 사용하였는데 이는 상향류가 하향류보다는 유량조절이 쉽게 때문이다. 정량주입 펌프에 의한 상향수류는 주입된 용액이 컬럼의 분배판(5)에 의해 컬럼내부 사방으로 퍼지고 난 후 대상층을 일정한 속도로 균일하게 통과하도록 함으로써 뭉침 효과와 유량에서의 변화를 최소화 하는 경향을 가지는 이점을 가지고 있다.
이상과 같은 본 고안은 컬럼의 길이 대 직경의 비가 상대적으로 적기 때문에 비교적 짧은 시간에 많은 시료를 채취할 수 있을 뿐만 아니라 벽면효과를 최소화할 수 있고 모든 재질을 STS(Stainless Steel)로 제작하여 반응성이 없도록 하고 주입용액을 상향류로 주입하기 때문에 하향류보다는 유량조절이 쉽고 실제 흐름과 가깝게 모사함으로써 폐기물 매립지에서의 오염물질 이동현상 및 용출실험, 오염물질의 분포를 예측하는데 효과적으로 사용할 수 있다.
Claims (1)
- 폐기물 매립지에서 오염물질 이동 및 분포, 토양층에서의 이동 특성을 파악하는 여러변수를 측정할 때식을 이용하여이내에 드는 Z', D값을 구하여 컬럼의 크기를 결정함으로써 컬럼내의 벽면효과를 최소화하고 충진물에서의 이동을 정확하게 모사할 수 있도록 함을 특징으로 하는 투수계수가 낮은 충진물에서의 오염물질 이동 특성을 규명하는 컬럼 실험장치.
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| KR2019940035349U KR0129968Y1 (ko) | 1994-12-23 | 1994-12-23 | 투수계수가 낮은 충진물에서의 오염물질 이동 특성을 규명하는 컬럼 실험장치 |
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| KR960024256U KR960024256U (ko) | 1996-07-22 |
| KR0129968Y1 true KR0129968Y1 (ko) | 1999-05-01 |
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ID=19402455
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| CN111678844A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-09-18 | 昆明理工大学 | 一种基于烟叶料液的重叠空间和重叠度表示的方法 |
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1994
- 1994-12-23 KR KR2019940035349U patent/KR0129968Y1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR960024256U (ko) | 1996-07-22 |
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