KR100519909B1 - 중금속오염 토양의 정화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측구를 통해 물공급탱크와 공급파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 양극전극부와, 측구를 통해 저수탱크와 배출파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 pH 완충능과 중금속 흡착능이 우수한 석탄회와 염기 완충능을 보이는 황(S)과 철(Fe) 등을 함유한 재료를 혼합한 채움재 및 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 음극전극부를 포함하여서 구성되는 중금속오염 토양의 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 양극전극부(10) 및 음극전극부(11)는 상부에 전선연결대(131)가 구비되고 내측에 완충스프링(132)이 장착되며 탄소전극(18)이 견고하게 밀착되도록 고무패킹(133)이 끼움된 돌출부가 형성되며 돌출부의 양측으로 가스배출구(137)가 형성되는 한편, 측구(134)의 하단 내측에는 밀봉패킹(135)이 내주면에 끼움장착되며 그 하단에 나사부(136)가 형성된 두부(13)와; 상부의 외주면에 나사산(141)이 형성되어 상기 두부(13)의 하부와 나합되는 중공상의 원통형으로 내부중심에 설치되는 탄소봉(15)의 하단에 완충판(142')과 완충스프링(142) 및 고무패킹(143)이 설치되는 한편, 외주면에는 종방향으로 다수의 격자(144)가 구비되는 원통부재(14)와; 상기 원통부재(14)의 하단 내주면에 형성된 나사부(151)와 나합되도록 상부 외부면으로 나사부(151)가 형성되고 양측이 경사부(152)를 형성한 시추콘(15)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

중금속오염 토양의 정화장치{Apparatus of electrode compartment for enhanced electrokinetic remediation and post-treatment of waste water}
본 발명은 전극부에 pH 완충능이 큰 황(S), 철(Fe)을 함유한 재료와 중금속 흡착능이 큰 탄산염 재료의 채움재와, 중금속과 유기오염물의 흡착능이 우수한 활성탄소섬유 필터를 설치하여 정화 효율 향상과 폐수의 부하를 감소시킴으로써 폐수의 후처리 비용을 감소시키는데 기여할 수 있는 중금속오염 토양의 정화장치에 관한 것으로서, 특히 음극전극부와 양극전극부의 구조를 구성함에 있어 오염토양에 관입이 용이하도록 하부에 시추콘을 형성하였으며, 또한 탄소전극의 교체를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 전극봉에서 문제시 되었던 몸체의 외주면에 형성되었던 홀에 이물질이 끼이면서 발생되던 막힘현상을 방지할 수 있는 것에 관한 것이다.
일반적으로 중금속으로 오염된 지반의 동전기 정화 처리의 주 정화 메카니즘은 전기분해에 의해 양극(+)에서 발생하는 H+ 이온이 정전기적 인력에 의한 전기이온이동이나 전기삼투에 의한 이류 및 농도차에 의한 확산 등에 의해 음극(-)으로 이동하면서 토립자 표면에 흡착되어 있는 중금속을 탈착시키고, 탈착된 중금속을 전기이온이동과 전기삼투에 의한 이류 등으로 음극(-)으로 제거하게 된다.
하지만, 음극(-)에서 전기분해에 의해 발생하는 OH- 이온이 정전기적 인력에 의한 전기이온이동에 의해 시료 내부로 유입됨에 따라 음극(-)부 근처에서 이동중인 중금속과 반응하여 수산화 침전되어 정화효율이 저감된다.
이를 방지하고자 종래에는 전극의 극성교환이나 초산과 같은 용해제 주입, 이온선택막 설치, EDTA와 같은 착화제 주입, 계면활성제 등을 이용하여 음극(-)부 근처에서 침전된 중금속을 제거를 꾀하였다.
하지만, 전극의 극성교환은 침전된 중금속이 쉽게 탈착되지 않을 뿐만 아니라, 실제 대규모 시설에 적용에 어려움이 있고, 초산과 같은 산을 주입하는 경우 이물질(산용액)의 유해성과 염기전선과 충돌하여 생성되는 물의 영향으로 저항이 증가하여 과도한 전류가 소요되고, 이온 선택막은 고비용과 낮은 정화 효율이 문제점으로 지적되었으며, EDTA와 계면활성제는 잔류로 인한 2차 오염 문제와 회수 및 고비용이 문제점으로 지적되었다.
한편, 토양의 정화 처리시 전기삼투에 의한 이류로 음극(-) 전극부에서 유출되는 폐수에는 다량의 중금속과 유기오염물이 함유하여 있어 재활용이나 방류시 정화 처리가 필요하고, 동전기 지반 정화 처리시 양극(+)은 전기화학적 산화(酸化) 반응에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해 전기부식에 강한 티타늄이나 백금 합금을 이용할 경우 고비용으로 대규모 현장 적용에 어려움이 있고, 부식에 따른 전극 교환에도 많은 비용과 노력이 소요되는 문제점이 있게 된다.
또한, 종래의 전극부 본체의 외주면에 형성된 홀에 이물질이 많이 끼워짐으로써 막힘현상이 자주 발생하였으며, 오염토양에 관입이 용이하지 않아 관입도중 전극부가 파손되는 문제점이 발생하였다.
오염된 세립질 지반 정화 처리에 관련된 종래 기술은 다음과 같다.
Acar와 Gale은 1992년 실험세트 도안과 납제거 실험결과를 이용한 미국 특허 5137608는 불활성 전극(탄소전극)의 사용을 포함한 토양 정화 메카니즘이 개시되었다.
그리고 Bibler는 1993년 지반으로부터 이온성 물질을 선택적으로 제거하는 방법과 장치에 관련된 미국 특허 5190628는 이온교환수지를 포함한 투수성의 멤브레인을 지반에 삽입하여 전극간에 전기장을 가하는 방식으로 멤브레인은 'ISOLOCK'과 같은 친수성 폴리머를 사용하였으며, 수지는 이온교환에 의해 나트륨이온 또는 수소이온을 금속이온과 치환하는데, 금속으로 포화되면 가동을 중단하고 금속이온의 회수 또는 저장을 위해 멤브레인을 제거를 위해 이온을 선택적으로 포집할 수 있는 이온교환수지가 들어있는 멤브레인이 개시되었다.
또한, Brodsky와 Ho는 1995년 '오염된 흙의 원위치 정화'와 '불균질한 흙의 원위치 오염정화'의 제목으로 유사한 2개의 미국 특허 5398756 및 5476992에 있어 '오염된 흙의 원위치 정화'는 오염된 흙 사이에 적어도 하나이상의 액체 투수영역을 형성시켜 전기삼투에 의해 오염물을 제거하는 기술로 액체 투수영역의 형성과 다양한 첨가제의 주입 기술이 제안되었고, '불균질한 흙의 원위치 오염정화'는 이전의 것과 유사한 내용과 방법을 제시하고 있으나 동수경사를 이방성 흙에 적용하여 동수흐름을 유발시킨다는 것에 차이가 있고, 동수경사를 주기적으로 방향을 바꿔서 적용하고, 전기삼투 흐름 방향을 역전시키는 기술도 조합하여 적용할 수 있게한 것으로 이방성 흙에 동수경사를 적용, 동수경사와 전기삼투흐름의 주기적 교환이 포함되어 있고, 국내에서도 '오염된 이성분 토양의 원지 구제'(등록번호: 10-0193917)란 제목으로 동일하게 특허 등록되어있다.
한편, Lindgren과 Mattson은 1995년에 '불포화토에서 오염물 제거를 위한 동전기 전극 시스템 개발'에 관한 미국 특허 5435895는 원위치에서 불포화 지반으로부터 오염물을 제거하기 위해 사용하는 동전기 전극 조립체에 관련하여 진공을 가할 수 있는 케이스와 전해질을 담고 있는 다공질 매체 등과 같은 전극부에 관한 사항과 전극부를 이용하는 운영 기술이 개시되었다.
그리고 Hodko는 2001년 동전기 지반(토양) 정화 처리시 사용되는 전극 주위에 둘러싼 재료를 이용한 미국 특허 6203682는 전극부 차폐 물질로 일반적으로 점토 또는 세라믹을 사용하는 다공질 매체와 투과성 플라스틱 튜브를 사용하는 강성 다공질 막을 사용하였다.
그리고 Lindgren과 Mattson은 2001년에 '적절한 전도성 흡착물질을 이용한 흙과 다른 매체로부터 전하를 띤 오염물질을 토양 정화 처리'에 관한 미국 특허 6221237는 흙과 같은 매체에서 전하를 띤 오염물을 농축하거나 집수를 위해 전극부 인근 층으로 오염물을 이동시키는 수단으로 동전기 기법을 이용하였고, 층은 다공질인 전도성 흡착 물질로 이루어지는 활성탄소 등에 관한 기술이다.
상기와 같은 발명들은 현재 까지도 계속 연구되어 지고 있지만, 여전히 현장에서의 효율적인 중금속오염 토양의 정화장치가 요구되고 있는 실정이다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 음극전극부와 양극전극부의 구조를 구성함에 있어 오염토양에 관입이 용이하도록 하부에 시추콘을 형성하며, 또한 탄소전극의 교체를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 전극봉에서 문제시 되었던 몸체의 외주면에 형성되었던 홀에 이물질이 끼이면서 발생되던 막힘현상을 방지할 수 있는 중금속오염 토양의 정화장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기 기술한 목적을 달성하기 위하여, 측구를 통해 물공급탱크와 공급파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 양극전극부와, 측구를 통해 저수탱크와 배출파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 pH 완충능과 중금속 흡착능이 우수한 석탄회와 염기 완충능을 보이는 황(S)과 철(Fe) 등을 함유한 재료를 혼합한 채움재 및 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 음극전극부를 포함하여서 구성되는 중금속오염 토양의 정화장치에 있어서, 상기 양극전극부 및 음극전극부는 상부에 전선연결대가 구비되고 내측에 완충스프링이 장착되며 탄소전극이 견고하게 밀착되도록 고무패킹이 끼움된 돌출부가 형성되며 돌출부의 양측으로 가스배출구가 형성되는 한편, 측구의 하단 내측에는 밀봉패킹이 내주면에 끼움장착되며 그 하단에 나사부가 형성된 두부와; 상부의 외주면에 나사산이 형성되어 상기 두부의 하부와 나합되는 중공상의 원통형으로 내부중심에 설치되는 탄소봉의 하단에 완충판과 완충스프링 및 고무패킹이 설치되는 한편, 외주면에는 종방향으로 다수의 격자가 구비되는 원통부재와; 상기 원통부재의 하단 내주면에 형성된 나사부와 나합되도록 상부 외부면으로 나사부가 형성되고 양측이 경사부를 형성한 시추콘으로 구성된 것을 특징으로 하는 중금속오염 토양의 정화장치를 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 일 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 첨부된 도면을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 전극부의 구조를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 전극부의 구조를 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 양극전극부의 구조를 도시한 종단면도이며, 도 5는 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 음극전극부의 구조를 도시한 종단면도이다.
토양오염이란 인위적인 오염물질이 토양에 유입되어 토양의 조성을 변화시키고, 토양구조를 파괴시켜 생물의 생육에 장애를 일으키는 등 토양의 질이 나빠지는 것을 가리킨다.
이 경우 중금속오염의 경우는 그 심각성이 더욱 크다고 할 수 있다.
본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치는 간략히 설명하면, 오염지반에 양극전극부(10)와 음극전극부(11)를 삽입하고 전원공급장치(300)로부터 전원을 공급받는데, 양극 전극부(10)에는 일정수두를 유지하기 위해 물공급탱크(100)를 연결한다.
이때 양극에서 전기분해에 의해 발생하는 수소 이온은 정전기적 인력에 의해 반대 극인 음극으로 이동하면서 토립자 표면에 흡착된 중금속을 탈착시키게 되고, 탈착된 중금속은 정전기적인 인력에 의한 이동이나 전기삼투작용에 의한 이류 및 분산작용등에 의해 음극으로 이동하여 제거되게 된다.
그러나 음극에서 전기분해에 의해 발생하는 수산화이온이 정전기적 인력에 의한 전기이온이동에 의해 지반내부로 유입됨에 따라 음극부 근처에서 이동중인 중금속과 반응하여 수산화 침전되어 정화효율이 감소하게 되는데, 이를 방지하기 위해 기존의 연구자들은 전극의 극성교환이나 초산과 같은 용해제를 주입하거나, 이온선택막 설치, EDTA와 같은 착화제 주입, 계면활성제, pH완충능과 중금속 흡착능이 우수한 탄산염 재료등을 이용하여 수산화이온의 지반 내 유입억제등의 향상기법을 적용해왔다.
이하. 본 발명은 상기의 중금속오염 토양의 정화장치중에서 특히 음극전극부 및 양극전극부의 구조에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 측구를 통해 물공급탱크와 공급파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 양극전극부와, 측구를 통해 저수탱크와 배출파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 pH 완충능과 중금속 흡착능이 우수한 석탄회와 염기 완충능을 보이는 황(S)과 철(Fe) 등을 함유한 재료를 혼합한 채움재 및 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 음극전극부를 포함하여서 구성되는 중금속오염 토양의 정화장치를 기본 구조로 하게 된다.
그리고 본 발명의 구체적인 구조는 도1과 도3과 도4를 살펴보면, 본 발명의 양극전극부(10) 및 음극전극부(11)의 두부(13)는 상부에 전선연결대(131)가 구비되고 내측에 완충스프링(132)이 장착되며 탄소전극(18)이 견고하게 밀착되도록 고무패킹(133)이 끼움된 돌출부가 형성되며 돌출부의 양측으로 가스배출구(137)가 형성되는 한편, 측구(134)의 하단 내측에는 밀봉패킹(135)이 내주면에 끼움장착되며 그 하단에 나사부(136)가 형성된 구조이다.
그리고 원통부재(14)는 상기 두부(13)의 외주면에 나사산(141)이 형성되어 상기 두부(13)의 하부와 나합되는 중공상의 원통형으로 내부중심에 설치되는 탄소전극(18)의 하단에 완충판(142')과 완충스프링(142) 및 고무패킹(143)이 설치되는 한편, 외주면에는 종방향으로 다수의 격자(144)가 구비되는 구조로 이루어져 있다.
즉, 본 발명의 음극전극부(11)와 양극전극부(10)의 외주면은 종래의 홀이 아닌 종방향의 다수의 격자(144)로 구성되어 막힘현상이 발생하지 않아 효율적으로 오염토양을 정화할 수 있게 되는 것이다.
또한, 시추콘(15)은 상기 원통부재(14)의 하단 내주면에 형성된 나사부(145)와 나합되도록 상부 외측벽에 나사부(151)가 형성되고, 하부 외측벽 둘레에 경사부(152)를 형성한 구조로서, 오염토양에 관입시 본체의 파손없이 관입하게 되는 것이다.
한편, 양극전극부(10) 및 음극전극부(11)의 상부측에는 전기삼투에 의해 유출되는 폐수의 원활한 배수를 위해 측구(134)가 설치되고, 양쪽 전극부 상부에는 전기분해에 의해 발생하는 O2와 H2 가스 배출을 위해 가스 배출구(137)가 설치된다.
한편, 본 발명은 첨부된 도면 및 구체적인 실시 예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 의하여 특별히 제한되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당해 분야의 당업자에 의하여 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
이상과 같이 본 발명은, 음극전극부와 양극전극부의 구조를 구성함에 있어 오염토양에 관입이 용이하도록 하부에 시추콘을 형성하였으며, 또한 탄소전극의 교체를 용이하게 할 수 있게 된다.
그리고, 종래의 전극봉에서 문제시 되었던 몸체의 외주면에 형성되었던 홀에 이물질이 끼이면서 발생되던 막힘현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 전극부의 구조를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 전극부의 구조를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 양극전극부의 구조를 도시한 종단면도.
도 5는 본 발명의 중금속오염 토양의 정화장치의 음극전극부의 구조를 도시한 종단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 양극전극부 11 : 음극전극부
13 : 두부 14 : 원통부재
15 : 시추콘 16 : 활성탄소섬유필터
17 : 채움재 18 : 탄소전극
100 : 물공급탱크 101 : 공급파이프
131 : 전선연결대 132,142 : 완충스프링
132',142' : 완충판 133,143 : 고무패킹
134 : 측구 135 : 밀봉패킹
136,141,145,151 : 나사부 137 : 가스배출구
152 : 경사부 200 : 저수탱크
201 : 배출파이프 300 : 전원공급장치

Claims (1)

  1. 측구를 통해 물공급탱크와 공급파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 양극전극부와, 측구를 통해 저수탱크와 배출파이프로 연결되며 전원공급장치의 전선이 두부에 연결되며 pH 완충능과 중금속 흡착능이 우수한 석탄회와 염기 완충능을 보이는 황(S)과 철(Fe) 등을 함유한 재료를 혼합한 채움재 및 활성탄소섬유필터가 내주면에 부착된 음극전극부를 포함하여서 구성되는 중금속오염 토양의 정화장치에 있어서,
    상기 양극전극부(10) 및 음극전극부(11)의 상부에 형성되고, 상단에 전선연결대(131)가 구비되며, 고무패킹(133)이 끼워진 돌출부가 형성되어 탄소전극(18)이 견고하게 밀착되어 고정되고, 돌출부의 양측으로 가스배출구(137)가 형성되고, 돌출부의 내측으로 완충스프링(132)이 장착되며, 측구(134)의 하단 내측에는 밀봉패킹(135)이 내주면에 끼움장착되며 그 하단에 나사부(136)가 형성되는 두부(13);와
    중공상의 원통형으로 형성되고, 상부의 외주면에 나사산(141)이 형성되어 상기 두부(13)의 하부와 나합되며, 내부에 설치되는 탄소전극(18)의 하단에 완충판(142')과 완충스프링(142) 및 고무패킹(143)이 설치되는 한편, 외주면에는 종방향으로 다수의 격자(144)가 구비되는 원통부재(14);와
    상기 원통부재(14)의 하단 내주면에 형성된 나사부(145)와 나합되도록 상부 외측면에 나사부(151)가 형성되고, 하부 외측면 둘레에 경사부(152)를 형성한 시추콘(15)으로 구성된 것을 특징으로 하는 중금속오염 토양의 정화장치.
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