KR100231009B1 - 오염 토양 정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 장치와, 저압의 공기를 공급하는 저압 공기 공급 장치와, 상기 고압 공기 공급 장치 및 저압 공기 공급 장치에서 공급된 공기가 일시 저장되는 서지 탱크와, 상기 서지 탱크에서 배출된 공기를 땅속으로 공급하는 복수개의 지중 공기 주입 파이프와, 상기 서지 탱크에서 배출된 공기를 상기 지중 공기 주입 파이프에 분배하는 공기 분배 장치와, 상기 고압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이의 배관에 설치된 제1솔레노이드 밸브와, 상기 저압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이의 배관에 설치된 제2솔레노이드 밸브와, 상기 서지 탱크와 공기 분배 장치 사이의 배관에 설치된 제3솔레노이드 밸브와, 상기 고압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이에 설치되고 압력계가 부착된 압력 스위치와, 각 장치를 원격 제어하는 제어부로 구성되어, 호기성 미생물을 활성화시켜 유기 물질의 분해 속도를 빠르게 함으로써 매립지를 조기에 안정화하여 이용 가능시기를 앞당길 수 있고 매립 지역의 연약 지반을 개량할 수 있으며 안정화된 토양을 매립지의 복토재로 재이용할 수 있도록 하는 오염 토양 정화 장치에 관한 것이다.

Description

오염 토양 정화 장치

본 발명은 불량 매립지 및 오염 토양의 정화와 조기 안정화를 위한 장치에 관한 것으로서, 지중으로 공기를 주입하여 호기성 미생물을 활성화시킴으로써 자연 정화력을 효과적으로 높여 매립지를 조기에 안정화시킬 수 있도록 하는 오염 토양 정화 장치에 관한 것이다.

폐기물 처리의 최종 단계에 해당되는 매립 공법은 부지 소요 등의 불리한 점에도 불구하고, 가장 용이한 공법으로 환경 문제가 대두되지 않던 시절부터 자연의 정화력을 오랫동안 사용되어 왔다. 이러한 매립 공법은 자연의 정화력에 전적으로 의존하므로 유지 관리에 별다른 어려움이 없으나 매립지가 안정화되기까지는 장기간이 소요된다는 단점이 있다. 특히, 최근에는 매립해야할 폐기물의 양이 급증되어 매립지의 부지 소요 면적이 증가되고 있으나 제한된 매립 공간으로 인해 매립지가 절대 부족하게 되었으며, 지방 자치 단체간의 지역 이기주의 등으로 전체 매립지의 효율적인 활용도 어렵게 되었고, 국민의 환경 욕구 상승에 따라 매립지의 위생적이고 공학적인 관리가 절실히 요구되고 있다.

따라서, 김포 매립지와 같은 대규모 매립 시설에서는 비교적 효율적이고 안정된 위생 매립 시설이 운영되고 있으나, 주변 지역의 환경 문제는 여전히 상존하고 있다. 또, 매립이 종료된 난지도 매립지의 경우에는 안정화가 충분히 진행되지 않아 개발 가치가 높음에도 불구하고 재활용을 하지 못하고 있다.

특히, 전국에 산재되어 있는 중소 규모의 매립지는 위생 매립 시설이 아닌 불량 매립지들로서 환경 오염 및 위생상 문제가 상존하고 있다. 이러한 불량 매립지는 초기에는 도시의 외곽에 위치되어 있었으나 도시의 팽창에 따라 도시 인접 지역에 위치하게 되어 도시의 계획적인 발전에 장애가 되고 있다. 따라서, 이러한 불량 매립 시설을 조기에 안정화시킬 필요성이 대두되고 있다.

기존의 보편적인 불량 매립지 복원 기술은 재굴착 방법(Excavation)이다. 이 방법은 매립이 완료된 지역을 일정 기간 경과 후 굴삭기 등을 이용하여 재굴착하고, 분해 가능한 물질과 난분해성 물질을 선별기로 분리한 후 소각과 퇴비화 등을 지표 내에서 실시하는 것이다.

또한, 불량 매립지 전체를 다른 장소로 이전 매립하는 방법도 고려할 수 있으나, 지방 자치제 시행 이후의 지역 이기주의 등으로 인한 주위 여건상 거의 불가능하다고 할 수 있다.

그러나, 상기한 재굴착 방법은 공사시 소요 부지가 많이 들고 주변 지역에 악취로 인한 피해를 줄 수 있으며 장비 및 인력의 소요가 많은 문제점이 있다. 또, 주변 환경 생태계에 순간적으로 충격을 줄 수 있으므로 공사 시작 전에 충분한 사전 조사가 필요하고, 선별 수리된 폐기물을 소각시키거나 퇴비화하기 전에 재처리를 실시해야 하는 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 토양 내에 서식하고 있는 호기성 미생물의 증식과 활성화를 위해 지중에 산소를 공급함으로써 매립지 또는 오염 토양의 정화를 빠르게 하고 지하수위를 저하시켜 지하수의 오염을 억제할 수 있는 오염 토양 정화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 오염 토양 정화 장치가 도시된 개요도,

도 2는 본 발명의 요부 구성인 공기 분배 장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 요부 구성인 지중 공기 주입 파이프의 구성도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

51 : 압력 스위치 52 : 고압 공기 공급 장치

53 : 제1솔레노이드 밸브 54 : 저압 공기 공급 장치

55 : 제2솔레노이드 밸브 56 : 유량계

57 : 플로우 컨트롤 밸브 58 : 제3솔레노이드 밸브

59 : 서지 탱크 50 : 제어부

60 : 공기 분배 장치 61 : 케이싱

61a : 공기 유입구 61b : 공기 배출구

62 : 구동 모터 63 : 회전판

70 : 지중 공기 주입 파이프 71 : 와류 생성 블레이드

72 : 구멍

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 장치와, 저압의 공기를 공급하는 저압 공기 공급 장치와, 상기 고압 공기 공급 장치 및 저압 공기 공급 장치에서 공급된 공기가 일시 저장되는 서지 탱크와, 상기 서지 탱크에서 배출된 공기를 땅속으로 공급하는 복수개의 지중 공기 주입 파이프와, 상기 서지 탱크에서 배출된 공기를 상기 지중 공기 주입 파이프에 분배하는 공기 분배 장치와, 상기 고압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이의 배관에 설치된 제1솔레노이드 밸브와, 상기 저압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이의 배관에 설치된 제2솔레노이드 밸브와, 상기 서지 탱크와 공기 분배 장치 사이의 배관에 설치된 제3솔레노이드 밸브와, 상기 고압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이에 설치되고 압력계가 부착된 압력 스위치와, 각 장치를 원격 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 오염 토양 정화 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 장치(52)와, 저압의 공기를 공급하는 저압 공기 공급 장치(54)와, 상기 고압 공기 공급 장치(52) 및 저압 공기 공급 장치(54)에서 공급된 공기가 일시 저장되는 서지 탱크(59)와, 상기 서지 탱크(59)에서 배출된 공기를 땅속으로 주입하는 복수개의 지중 공기 주입 파이프(70)와, 상기 서지 탱크(59)에서 배출된 공기를 상기 지중 공기 주입 파이프(70)에 분배하는 공기 분배 장치(60)와, 상기 고압 공기 공급 장치(52)와 서지 탱크(59) 사이의 배관에 설치된 제1솔레노이드 밸브(53)와, 상기 저압 공기 공급 장치(54)와 서지 탱크(59) 사이의 배관에 설치된 제2솔레노이드 밸브(55)와, 상기 서지 탱크(59)와 공기 분배 장치(60) 사이의 배관에 설치된 제3솔레노이드 밸브(58)와, 상기 고압 공기 공급 장치(52)와 서지 탱크(59) 사이에 설치되고 압력계가 부착된 압력 스위치(51)와, 공기의 유량을 조절할 수 있도록 상기 제2솔레노이드 밸브(55)와 저압 공기 공급 장치(54) 사이에 설치된 유량계(56)와, 수동 조작을 할 수 있도록 상기 유량계(56)와 제2솔레노이드 밸브(55) 사이에 설치된 플로우 컨트롤 밸브(57)와, 상기한 각 장치를 원격 제어하는 제어부(50)로 구성된다.

여기서, 상기 고압 공기 공급 장치(52)의 공기 압력은 3∼5 ㎏/㎠이고, 저압 공기 공급 장치(54)의 공기 압력은 0.1∼1 ㎏/㎠이며, 현장 조건에 따라 압력의 조절이 가능하도록 한다. 또, 상기 서지 탱크(59)의 일측에는 탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 센서가 설치되고, 과도 압력 발생시 공기를 자동으로 배출시킬 수 있도록 자동 압력 배출 장치가 설치된다.

상기 지중 공기 주입 파이프(70)는 도 3에 도시된 바와 같이 끝단이 땅에 박기 좋도록 쐐기형으로 형성되고, 공기의 유입압을 증대시키기 위한 와류 생성 블레이드(71)가 내장되며, 하단 부분에 직경이 서로 다른 복수개의 구멍(72)이 형성된다.

상기 공기 분배 장치(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 상측에 공기 유입구(61a)가 설치되고 하측에 복수개의 공기 배출구(61b)가 형성된 반구형의 케이싱(61)과, 상기 케이싱(61)의 내부에 설치되고 구동 모터(62)에 의해 회전되어 하나의 공기 배출구(61b)로만 공기가 주입될 수 있도록 공기 주입구(63')가 형성된 회전판(63)으로 구성된다. 이때, 상기 구동 모터(62)는 회전 속도의 조절이 가능한 것이 사용된다.

또한, 상기의 각 장치에는 공정 감시를 위한 인터페이스(Interface) 장치를 내장되어, 땅속 환경에 따라 제어부의 컴퓨터가 상기 인터페이스 장치를 통해 각부를 제어한다. 특히, 상기 지중 공기 주입 파이프(70)에는 땅속의 환경을 측정할 수 있는 전극식(電極式) 센서가 설치되어, 인터페이스 장치를 통해 상기 전극식 센서의 측정치를 상기 컴퓨터에 입력/저장시킬 수 있도록 한다.

또, 상기 제어부는 장치 내에 설치된 각 센서의 측정치가 설정된 한계치 이상일 경우 경고와 동시에 전원을 차단하여 장치의 작동을 중지시키는 전원 차단 장치를 구비한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 오염 토양 정화 장치는 땅속으로 공기를 투입하여 땅속의 호기성(好氣性) 미생물을 활성화시켜 유기 물질을 빠르게 분해시키게 된다.

호기성 미생물의 유기 물질 분해 속도는 혐기성(嫌氣性) 미생물에 비해 우수하며, 악취 발생 물질을 생성하지 않는 장점이 있으므로, 매립지내의 유기 물질을 영양원으로 하는 호기성 미생물의 활성화 환경을 만들어주면 오염 물질의 분해 속도는 가속화되어 매립지의 조기 안정화가 가능해지며 오염 토양의 정화는 가속화된다.

전원을 공급하면 각 솔레노이드 밸브(53,55,58)가 대기 상태에 있게 되고, 장치를 작동시키면 제1솔레노이드 밸브(53)가 열려 고압 공기 공급 장치(52)로부터 빠져 나온 고압의 공기가 서지 탱크(59)에 주입된다. 서지 탱크(59)에 설정된 압력에 도달하면 압력 스위치(51)의 센서에 의해 제1솔레노이드 밸브(53)가 닫히게 되고, 약 3∼4초 후 제3솔레노이드 밸브(58)가 열리게 된다.

따라서, 상기 서지 탱크(59)의 공기가 공기 분배 장치(60)를 통해 지중 공기 주입 파이프(70)로 이동되어 상기 지중 공기 주입 파이프(70)의 관말 부분의 구멍(72)을 통해 순간적으로 방출되므로, 상기 지중 공기 주입 파이프(70)의 관말 부분에서 작은 폭발이 일어나 상기 지중 공기 주입 파이프(70)의 관말 부분을 중심으로 일정 반경의 공기 유로가 형성된다,

제3솔레노이드 밸브(58)가 열리고 약 5∼6초가 경과하면 제2솔레노이드 밸브(55)가 열리면서 저압의 공기가 지속적으로 공급되는데, 이 시간은 현장 조건 및 매립된 폐기물의 성상에 따라서 임의(약 1분 내지15분 정도)로 조절할 수 있다. 이때, 유량계(56)를 확인하면서 플로우 컨트롤 밸브(57)를 조절하여 적절한 공기가 주입되도록 유입량을 설정한다. 또한, 공기 분배 장치(60)의 구동 모터(62)의 회전 속도를 조절함으로써 일련의 지중 공기 주입 파이프(70)에 순차적으로 공기를 공급함과 동시에 공기 공급 시간을 조절한다.

저압의 공기 공급 시간이 종료되면 제2솔레노이드 밸브(55)와 제3솔레노이드 밸브(58)가 닫히고 초기 상태로 돌아가 계속 반복 동작하게 된다. 즉, 고압의 공기를 순간적으로 분사하고 일정 시간동안 저압의 공기를 분사하도록 하여 고압과 저압의 공기를 주기적으로 공급함으로써 공기의 유로 현상(Channeling)을 방지하여 보다 효율적인 산소 전달 반경을 유지할 수 있다.

상기한 공기 공급 장치(52,54)와 공기 분배 장치(60) 및 지중 공기 주입 파이프(70)를 적용 대상의 부지 면적에 따라 몇 개의 세트로 운전할 것인가를 설정하여 중앙 제어 시스템을 운영한다. 중앙 제어 시스템은 각 계측기의 측정치를 인터페이스 장치를 통하여 컴퓨터에 입력하게 되며, 각 솔레노이드 밸브(53,55,58)의 작동 및 작동 주기의 조절은 컴퓨터에 내장됨 프로그램에 따라 제어하게 된다.

따라서, 지중 공기 주입 파이프(70)를 통해 공급된 공기 속의 산소를 이용하여 호기성 미생물이 다량 번식하게 되고, 이들에 의해 매립지 내의 유기 물질이 빠르게 분해되어 매립지의 조기 안정화가 가능하게 된다. 안정화된 매립지는 어느 정도의 지반 강도를 보유하게 되어 각종 시설물이 들어설 수 있게 되므로, 본 발명의 장치를 이용할 경우 매립지의 조기 재활용이 가능해진다.

이와 같이 본 발명에 의한 오염 토양 정화 장치는 호기성 미생물을 활성화시켜 유기 물질의 분해 속도를 빠르게 함으로써 매립지를 조기에 안정화하여 이용 가능시기를 앞당길 수 있고 매립 지역의 연약 지반을 개량할 수 있으며 안정화된 토양을 매립지의 복토재로 재이용할 수 있도록 하는 이점이 있다.

또, 땅속에서 유기 영양 물질을 분해하며 자연 상태로 서식하는 호기성 미생물을 이용하여 처리하므로 재굴착 방법과 같이 재처리를 위한 별도의 소요 부지가 필요치 않고 기타 환경적인 문제를 야기하지 않는 환경 친화적인 공법이라는 다른 이점이 있다.

또한, 고압의 공기를 이용하여 에어 프랙터링(Air Fracturing)을 선행함으로써 견고하게 굳은 토양에서 공기를 주입할 수 있도록 하고 계속 운전으로 발생될 수 있는 유로 현상을 방지할 수 있으며, 복토된 토양 및 매립 시설의 성상에 따라 고압 및 저압의 주입 주기를 변화시켜 최적의 조건으로 안정화시킬 수 있으므로 특정 매립지의 성상 변화에 능동적으로 대처할 수 있다는 또 다른 이점이 있다.

Claims (11)

1. 고압의 공기를 공급하는 고압 공기 공급 장치와, 저압의 공기를 공급하는 저압 공기 공급 장치와, 상기 고압 공기 공급 장치 및 저압 공기 공급 장치에서 공급된 공기가 일시 저장되는 서지 탱크와, 상기 서지 탱크에서 배출된 공기를 땅속으로 공급하는 복수개의 지중 공기 주입 파이프와, 상기 서지 탱크에서 배출된 공기를 상기 지중 공기 주입 파이프에 분배하는 공기 분배 장치와, 상기 고압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이의 배관에 설치된 제1솔레노이드 밸브와, 상기 저압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이의 배관에 설치된 제2솔레노이드 밸브와, 상기 서지 탱크와 공기 분배 장치 사이의 배관에 설치된 제3솔레노이드 밸브와, 상기 고압 공기 공급 장치와 서지 탱크 사이에 설치되고 압력계가 부착된 압력 스위치와, 각 장치를 원격 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2솔레노이드 밸브와 저압 공기 공급 장치 사이에 공기의 유량을 조절하기 위한 유량계가 설치되고, 상기 유량계와 제2솔레노이드 밸브 사이에 수동 조작을 위한 플로우 컨트롤 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고압 공기 공급 장치의 공기 압력은 3∼5 ㎏/㎠이고, 저압 공기 공급 장치의 공기 압력은 0.1∼1 ㎏/㎠이며, 현장 조건에 따라 압력의 조절이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 서지 탱크는 그 일측에 탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 센서가 설치되고, 과도 압력 발생시 공기를 자동으로 배출시킬 수 있도록 자동 압력 배출 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 고압 및 저압의 공기 공급시 설정된 값과 압력 센서 및 프로그램에 따라 순차적으로 상기 솔레노이드 밸브를 개폐시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 지중 공기 주입 파이프는 끝단이 땅에 박기 좋도록 쐐기형으로 형성되고, 공기의 유입압을 증대시키기 위한 와류 생성 블레이드가 내장되며, 하단 부분에 직경이 서로 다른 복수개의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기 분배 장치는 상측에 공기 유입구가 설치되고 하측에 복수개의 공기 배출구가 형성된 반구형의 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 설치되고 구동 모터에 의해 회전되어 하나의 공기 배출구로만 공기가 주입될 수 있도록 공기 주입구가 형성된 회전판으로 구성된 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 구동 모터는 회전 속도의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기의 각 장치에는 공정 감시를 위한 인터페이스 장치를 내장되고, 땅속 환경에 따라 제어부의 컴퓨터가 인터페이스 장치를 통해 각부를 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 지중 공기 주입 파이프에 땅속의 환경을 측정할 수 있는 전극식 센서가 설치되고, 인터페이스 장치를 통해 상기 전극식 센서의 측정치를 상기 컴퓨터에 입력/저장시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 제어부는 장치 내에 설치된 각 센서의 측정치가 설정된 한계치 이상일 경우 경고와 동시에 장치의 작동을 중지시키는 전원 차단 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 장치.

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