KR100803724B1

KR100803724B1 - 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극을 활용한전기저항가열법에 의한 오염 토양과 지하수의 정화장치 및정화방법

Info

Publication number: KR100803724B1
Application number: KR1020070031127A
Authority: KR
Inventors: 장현갑; 김성운; 이의신; 박기호; 박민호; 고석오
Original assignee: (주)대우건설
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-02-15

Abstract

본 발명은 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극을 통해 토양에 전기를 가하여 가열함으로써, 오염된 토양과 지하수에 함유된 오염물질의 휘발성과 이동성을 증가시켜 오염된 토양과 지하수를 높은 정화효율로 정화시킬 수 있고 정화에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 오염된 토양 내에 오염 깊이까지 매설되어 토양에 전력을 공급하는 전극과; 상기 전극에 연결되어 토양에 전력을 공급하는 전원과; 상기 전력 공급으로 가열된 토양으로부터 휘발된 오염물 및 수증기를 추출하기 위한 추출정을 포함하여 구성되며, 상기 전극을 통해 공급되는 전력을 이용하여 토양을 가열함으로써, 토양 내의 오염물질을 휘발시키며, 상기 추출정을 통하여 오염물질을 회수하고 배출하여 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 이용하여 토양을 정화하는 방법으로서, 상기 오염 토양 정화장치의 상기 전극은 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어지고; 상기 정화 방법은, 상기 전극을 오염된 토양 내에 오염 깊이까지 매설하여, 상기 전극을 통하여 토양에 전력을 공급하여 가열하는 단계; 및 전력 공급에 의한 토양의 발열로 인해 휘발된 오염물질을 상기 추출정을 통하여 회수하여 배출하는 단계를 포함함으로써, 오염된 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법이 제공된다.

전기저항, 전극, 가열, 오염 토양, 정화장치, 정화방법

Description

비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극을 활용한 전기저항가열법에 의한 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법 {Apparatus and Method for Remediation of Contaminated Soil and Groundwater by Electric Resistance Heating with Closed Sectional Shape Steel Electrode}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정화장치의 구성을 보여주는 개략적인 개념도이다.

도 2는 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극의 횡단면을 보여주는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극과 추출정의 배치형태 및 전극 주변의 온도 분포를 보여주는 개략적인 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 전원 3 전극

4 추출정 5 기액분리기

6 공기추출기 8 토양

9 지하수 13 냉각기

본 발명은 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극을 활용한 전기저항 가열을 통해 오염된 토양 및 지하수를 복원하기 위한 정화장치 및 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가솔린이나 디젤과 같은 유류나 TCE, PCE와 같은 유기용제류 등에 의해 고농도로 오염된 토양 내에 전류를 흘려보낼 수 있는 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극을 설치하고 이를 통해 교류 전류를 흘려보내어 토양 및 지하수 자체를 전기 저항으로 이용하여 가열하고, 휘발된 오염물을 추출함으로써 정화기간을 크게 단축할 수 있는 정화장치 및 정화방법에 관한 것이다.

최근 급격한 경제성장의 결과로 환경오염 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 특히, 자동차 보급대수가 증가하고, 산업 활동의 주 에너지원으로 유류가 널리 사용됨에 따라, 주유소를 비롯한 유류 저장시설의 숫자 또한 급격히 증가하고 있어, 유류나 유기용제류의 누출에 의한 토양이나 지하수의 오염사고가 증가 추세에 있다.

오염된 토양을 정화·복원하는 종래 방법의 하나로서 전기저항가열법(ERH, electrical resistance heating)이 사용되었다. 전기저항가열법은 토양에 전극을 설치하고, 전극을 통해 50 ~ 60 Hz의 교류 전류를 토양으로 흘려보냄으로써 토양 내에 열을 발생시키고, 토양의 발열을 통해 유류 오염원을 휘발시킴으로써 상온에서 휘발되지 않는 유류 오염원을 추출·제거하는 방법으로, 이는 토양 자체를 저항으로 하여 전기 에너지를 열에너지로 바꾸는 원리를 이용한 것이다.

이러한 전기저항가열법에서는, 토양을 가열하는 동안 토양 내의 수분이 감소하게 되어 전기 저항이 커지므로 지속적으로 물이나 소금물 등을 공급하여 토양의 전기전도도를 유지하여야 하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 속이 빈 원형관 형태의 전극을 사용함으로써, 관의 중공부에 물을 공급하기도 하나, 이 경우 다량의 수증기가 관의 중공부를 통해 토양 외부로 누출되어 미관상 좋지 않고, 전극 주변을 오염시키는 문제가 있다. 또한, 소금물을 사용하는 경우 토양에 염해를 일으킬 수 있다.

또한, 토양과 전극 사이의 전기전도도를 확보하기 위해 전극 삽입 후 주변에 입자상 흑연(granular graphite), 활성탄, 철편 등을 주입하거나 전극으로 철편 또는 여러 가닥의 구리 전선을 이용하는데, 이는 전극 설치 작업이 번거롭고 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같이 종래에 속이 빈 원형관 형태의 전극을 사용함에 따른 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극을 사용하여 수증기 등이 전극을 따라 토양 외부로 누출될 우려가 없으며, 토양과 전극 간의 접촉면적을 늘리고 접촉 저항을 낮춤으로써, 토양과 전극 사이에 별도의 활성탄이나 철편 등을 주입하지 않고서도 전기전도도를 유지할 수 있는 새로운 정화장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 지속적인 가열로 인한 토양 내 수분 감소에 따라 전기전도도가 낮아지 는 문제를 해결하기 위하여 전극을 지하수위 아래까지 설치함으로써 원활하게 수분을 공급하는 새로운 정화장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 전극을 토양 내에 배치함에 있어서 서로 다른 위상을 갖는 전압 중 하나 이상을 택하여 각 전극에 인가하고, 전압이 인가된 전극과 토양 사이의 전위차를 이용하여 토양을 가열시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 오염된 토양 내에 오염 깊이까지 매설되어 토양에 전력을 공급하는 전극과; 상기 전극에 연결되어 토양에 전력을 공급하는 전원과; 상기 전력 공급으로 가열된 토양으로부터 휘발된 오염물 및 수증기를 추출하기 위한 추출정을 포함하여 구성되며, 상기 전극을 통해 공급되는 전력을 이용하여 토양을 가열함으로써, 토양 내의 오염물질을 휘발시키며, 상기 추출정을 통하여 오염물질을 회수하고 배출하여 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 이용하여 토양을 정화하는 방법으로서, 상기 오염 토양 정화장치의 상기 전극은 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어지고; 상기 정화 방법은, 상기 전극을 오염된 토양 내에 오염 깊이까지 매설하여, 상기 전극을 통하여 토양에 전력을 공급하여 가열하는 단계; 및 전력 공급에 의한 토양의 발열로 인해 휘발된 오염물질을 상기 추출정을 통하여 회수하여 배출하는 단계를 포함함으로써, 오염된 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 상기 전극을 토양 내에 매설함에 있어서, 상기 전극을 토양 내의 지하수위 아래까지 매설하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법을 제공한다.

또한, 상기 토양에 매설된 전극의 수평적 배치에 있어서, 서로 다른 위상을 갖는 전압 중 하나만을 전극에 인가하고, 전압이 인가된 전극과 토양 사이의 전위차를 이용하여 토양을 가열시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법을 제공한다.

또한, 오염된 토양 내에 오염 깊이까지 매설되어 토양에 전력을 공급하는 전극과, 상기 전극에 연결되어 토양에 전력을 공급하는 전원과, 상기 전력 공급으로 가열된 토양으로부터 휘발된 오염물 및 수증기를 추출하기 위한 추출정을 포함하여 구성되며; 상기 전극은 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어지고; 상기 비폐합 단면의 형강으로 이루어진 전극을 통해 공급되는 전력이 토양에 흐르게 되어 토양을 가열함으로써, 토양 내의 오염물질을 휘발시키며, 상기 추출정을 통하여 오염물질을 회수하고 배출하여 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 제공한다.

또한, 상기 비폐합 단면의 형강으로 이루어진 전극을 토양 내의 오염 깊이까지 설치하여 전력을 공급함에 있어서, 상기 전극은 토양 내의 지하수위 아래까지 매설되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 제공한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 방법의 구체적인 구성과 효과에 대하여 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 정화장치의 구성을 보여주는 개략적인 개념도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 정화장치는, 오염된 토양(8) 내에 매설되어 토양(8)에 전력을 공급함으로써 토양을 가열하기 위하여 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극(3)과, 상기 전극(3)을 통한 전기 가열에 의하여 휘발된 오염물질 및 수증기를 회수하기 위한 추출정(4)과, 상기 전극(3)에 연결되어 전력을 공급하기 위한 전원(1)을 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 정화장치는, 상기 추출정(4)을 통하여 수집된 토양 증기로부터 오염물질을 추출하기 위한 공기추출기(6)를 상기 추출정(4)의 출구에 연결하는 구성을 포함할 수 있다. 또한, 상기한 본 발명에서, 추출정(4)과 공기추출기(6) 사이에 수분과 응축된 오염성분 등을 추출 공기로부터 분리하는 기액분리기(5)를 구비할 수 있다. 특히 기액분리기(5)의 전단에는 발생된 수증기와 휘발된 오염물질의 응축이 더욱 효과적으로 일어나도록 공랭식 혹은 수냉식 냉각기(13)를 설치하면 후단의 기액분리기(5)에서 더욱 효과적으로 오염물질을 분리할 수 있다. 또한, 상기 공기추출기(6)를 통하여 오염물질이 대기로 방출되는 것을 차단하기 위하여, 상기 공기추출기(6)의 후단에 설치되어, 상기 기액분리기(5)에 의하여 액체와 분리된 기체 상태의 잔류 오염물을 제거하는 흡착탑(7)을 더 포함할 수 있다.

위와 같은 오염 토양 정화장치를 이용하여 오염된 토양을 정화하는 방법을 살펴보면, 우선 전원(1)으로부터의 전력이 상기 전극(3)을 통해 토양(8)에 공급된 다. 전력이 공급되면 상기 전극(3)을 통하여 토양(8) 내부로 전류가 흘러 토양(8)이 가열된다. 그에 따라 토양(8) 내에 잔류하던 오염 물질이 휘발되어 토양(8) 내 수분의 기화로 형성된 수증기에 섞여 존재하게 되고, 추출정(4)을 통해 회수되어 지표 밖으로 배출된다. 공기추출기(6)가 상기 추출정(4)의 출구에 연결되어 설치된 경우, 회수된 증기로부터 오염물질을 분리하여 제거하게 된다. 또한, 상기 추출정(4)과 상기 공기추출기(6) 사이에 기액분리기(5)가 구비되어 있는 경우, 회수된 수분과 응축된 오염성분 등을 추출 공기로부터 분리하며, 기액분리기(5)의 전단에는 발생된 수증기와 휘발된 오염물질의 응축이 더욱 효과적으로 일어나도록 냉각기(13)를 설치할 수 있다. 또한, 상기 공기추출기(6)를 통하여 오염물질이 대기로 방출되는 것을 차단하기 위하여, 상기 공기추출기(6)의 후단에 설치되어, 상기 기액분리기(5)에 의하여 액체와 분리된 기체 상태의 잔류 오염물을 제거하는 흡착탑(7)을 더 포함할 수 있다.

위와 같은 오염 토양 정화장치 및 이를 이용한 오염 토양 정화방법에 있어서, 장시간 토양(8)의 가열로 인해 토양(8) 내의 수분이 감소하게 되면 토양(8)의 전기 저항이 커져 전기전도도가 낮아지게 되어 가열 효율이 감소하므로, 본 발명에서는 지속적인 수분의 공급을 위하여 상기 전극(3)을 지하수위(9) 아래까지 매설하게 된다. 상기 전극(3)이 지하수위(9) 상부까지만 설치될 경우, 장시간 전류를 흘려보내면 토양(8)의 가열이 중단되며 계속적으로 토양(8)을 가열하기 위하여 별도로 수분이나 소금물 등을 상기 전극(3) 주변에 주입해야하므로 비용이 발생하고, 복원기간이 늘어나며, 오염 처리 장치의 운영이 복잡하게 된다. 따라서 지하수 위(9)보다도 아래에 전극(3)을 설치함으로써 추가적인 수분공급 없이 지속적으로 토양(8)과 지하수(9)를 가열함으로써 복원공정을 단순하게 바꿀 수 있고, 비용면에서도 경제적이며 오염 정화장치의 운영도 간소화시킬 수 있다. 또한, 상기 전극(3)을 지하수위(9) 아래까지 매설하여 전류를 흘리게 되면, 지하수(9)에 용존 되어 있던 오염물질과 비수용성 액체의 휘발이 촉진되어 토양(8)과 지하수(9)를 동시에 정화할 수 있게 된다. 이 때, 지하수위(9)의 변동을 고려하여 상기 전극(3)의 설치 깊이는 최저 수위보다 1m 이상 더 깊게 설치하며, 수분과의 접촉 면적을 넓히기 위하여 상기 전극(3)의 끝부분이 지하수(9)와 접촉되게 설치하는 것이 바람직하다. 다만, 토양(8) 내 지하수위(9)가 매우 깊거나, 지하수(9)가 없는 경우에는 전기 전도도 유지를 위하여 별도로 수분이나 소금물을 주입하는 주입정을 설치할 수도 있다.

한편, 상기 추출정(4)은 상기 지하수(9)의 수면으로부터 약간 위쪽에 배치되도록 매립됨으로써, 휘발된 유류 오염물질 뿐만 아니라, 액체 상태의 유류 오염물질도 동시에 추출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 전극(3)의 횡단면을 보여주는 그림이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 전극(3)으로는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 각종 모양의 형강을 선택할 수 있으나, 가운데가 비어있는 강관 형태의 전극을 사용하는 경우, 토양(8)과 지하수(9)가 가열될 때 스팀이나 휘발된 오염물 또는 지하수가 관 내부를 통해 지표 밖으로 누출되어 지표 및 전극(3) 주변의 오염이 우려되므로, 본 발명에서는 가운데가 비어있는 강관 대신에 비폐합 단면을 갖는 형강을 전극(3)으로 사용한다. 전극(3)으로 사용되는 비폐합 단면의 형강 재질로는 주로 일반 스틸이나 스테인레스 등을 이용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서는 H형강, I형강, ㄷ형강 등의 비폐합 단면을 갖는 형강을 전극(3)으로 사용함으로써, 전극(3)의 표면적이 넓어져 전기전도도가 높아지는 효과를 발휘할 수 있고, 그에 따라 전기전도도를 유지하기 위해 철편이나 활성탄 등의 뒷채움 물질을 주입할 필요가 없게 되어, 경제성이 증대되는 효과가 발휘된다. 특히, 종래의 강관을 이용하는 경우, 전극 설치를 위해서는 강관 설치공을 굴착하는 등의 작업이 필요하였으나, 본 발명에서는 비폐합 단면의 형강 전극을 사용하므로, 토양(8)을 굴착할 필요 없이 굴삭기 같은 중장비를 이용해 전극(3)으로 사용되는 형강을 타격하거나 눌러서 쉽게 설치할 수 있게 되는 장점을 가진다.

도 3에는 토양 오염의 정화를 위하여 본 발명에 따른 정화장치를 오염된 지역에 배치할 때의 배치예 중 하나와 그 온도분포를 보여주기 위한 평면도가 도시되어 있다. 상기한 본 발명에서는, 전극을 통해 토양(8)에 전류를 흐르게 함으로써 토양(8)을 가열한다. 이때, 공급되는 전력의 전압이 단상인 경우, 이웃하는 전극(3)의 상과 위치를 고려하여 전극(3)을 배치해야 하는 제한이 없다. 공급되는 전력이 단상이 아닌 경우에도 도 3에서 보는 바와 같이 R, S, T상 중 어느 한 상의 전압만이 인가된 전극(3)과 토양(8) 사이의 전위차를 이용하여 토양을 가열시킬 수 있다. 이 때, 전극(3)을 중심으로 동심원을 그리듯 전류가 퍼져나가 토양(8)이 가열되므로 가열되는 영역과 전극(3)의 개수만을 고려하여 배치할 수 있다.

이상에서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 정화장치 및 정화방법에 의하면, 전극이 지하수위 아래까지 설치되므로 전극 주변의 건조에 의한 가열이 중단될 우려가 없으며, 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극을 사용하므로 휘발된 오염물이나 지하수가 전극 내부 공간을 통해 밖으로 끓어 넘쳐 전극 주변을 오염시킬 우려가 없다.

또한, 본 기술에서와 같이 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어진 전극은 기존의 속이 빈 원형의 전극보다 상대적으로 표면적이 넓어 뒷채움 물질을 넣지 않아도 전기전도도가 유지되며, 설치 면에서도 굴착할 필요 없이 간단히 중장비로 타격하거나 눌러서 설치할 수 있는 방식이므로 경제적이고 간편하며 자재 조달도 쉬운 장점이 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상에 따라 자유로운 변형이 가능하다.

Claims

오염된 토양(8) 내에 오염 깊이까지 매설되어 토양(8)에 전력을 공급하는 전극(3)과; 상기 전극(3)에 연결되어 토양(8)에 전력을 공급하는 전원(1)과; 상기 전력 공급으로 가열된 토양(8)으로부터 휘발된 오염물 및 수증기를 추출하기 위한 추출정(4)을 포함하여 구성되며, 상기 전극(3)을 통해 공급되는 전력을 이용하여 토양(8)을 가열함으로써, 토양(8) 내의 오염물질을 휘발시키며, 상기 추출정(4)을 통하여 오염물질을 회수하고 배출하여 토양(8)을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 이용하여 토양(8)을 정화하는 방법으로서,

상기 오염 토양 정화장치의 상기 전극(3)은 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어지고;

상기 정화 방법은, 상기 전극(3)을 오염된 토양(8) 내에 오염 깊이까지 매설하여, 상기 전극(3)을 통하여 토양(8)에 전력을 공급하여 가열하는 단계; 및

전력 공급에 의한 토양(8)의 발열로 인해 휘발된 오염물질을 상기 추출정(4)을 통하여 회수하여 배출하는 단계를 포함함으로써, 오염된 토양(8)을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법.
제1항에 있어서,

상기 전극(3)을 토양(8) 내에 매설함에 있어서, 상기 전극(3)을 토양(8) 내 의 지하수위(9) 아래까지 매설하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법.
제1항에 있어서,

상기 토양(8)에 상기 전극(3)을 매설하기 위하여 상기 전극(3)을 배치함에 있어서, 서로 다른 위상을 갖는 전압 중 하나만을 전극(3)에 인가하고, 전압이 인가된 전극(3)과 토양(8) 사이의 전위차에 의하여 토양(8)을 가열시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법.
오염된 토양(8) 내에 오염 깊이까지 매설되어 토양(8)에 전력을 공급하는 전극(3)과, 상기 전극(3)에 연결되어 토양(8)에 전력을 공급하는 전원(1)과, 상기 전력 공급으로 가열된 토양(8)으로부터 휘발된 오염물 및 수증기를 추출하기 위한 추출정(4)을 포함하여 구성되며;

상기 전극(3)은 비폐합 단면을 갖는 형강으로 이루어지고;

상기 비폐합 단면의 형강으로 이루어진 전극(3)을 통해 공급되는 전력이 토양(8)에 흐르게 되어 토양(8)을 가열함으로써, 토양(8) 내의 오염물질을 휘발시키며, 상기 추출정(4)을 통하여 오염물질을 회수하고 배출하여 토양(8)을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.
제4항에 있어서,

상기 비폐합 단면의 형강으로 이루어진 전극(3)을 토양 내의 오염 깊이까지 설치하여 전력을 공급함에 있어서, 상기 전극(3)은 토양(8) 내의 지하수위(9) 아래까지 매설되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.