KR100834236B1 - 전기저항 가열 및 공기주입/추출에 의한 오염 토양과지하수의 정화장치 및 정화방법 - Google Patents

전기저항 가열 및 공기주입/추출에 의한 오염 토양과지하수의 정화장치 및 정화방법 Download PDF

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    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
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    • B09C1/062—Reclamation of contaminated soil thermally by using electrode or resistance heating elements
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    • A62D3/40—Processes for making harmful chemical substances harmless or less harmful, by effecting a chemical change in the substances by heating to effect chemical change, e.g. pyrolysis

Abstract

본 발명은 토양에 전기를 가하여 가열함과 동시에 공기를 불어 넣음으로써, 오염된 토양과 지하수에 함유된 오염물질의 휘발성과 이동성을 증가시키고, 에너지 효율을 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 토양 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양에 전기를 공급함으로써 토양 자체가 발열하여 오염물질을 기화시킴과 동시에 토양 내에 공기 흐름이 형성되도록 공기를 주입하기 위한 공기 주입용 전극과, 상기 공기 주입용 전극으로 공기를 공급하기 위한 공기 주입기와 상기 공기 주입용 전극에 전기를 공급하기 위한 전원과 토양 내에서 기화되어 이동하는 오염물질을 회수하기 위한 토양증기 추출용 전극을 포함하여 구성되어 전기 공급에 의한 토양 자체의 발열 및 공기 주입을 통하여 기화된 오염물질을 상기 토양증기 추출용 전극을 통하여 회수하여 배출함으로써 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치 및 이를 이용한 오염 토양 정화방법이 제공된다.
전기저항, 가열, 공기주입, 오염 토양, 정화장치, 정화방법

Description

전기저항 가열 및 공기주입/추출에 의한 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법{Apparatus and method for simultaneous remediation of contaminated soil and groundwater by electric resistance heating}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 정화장치의 구성을 보여주는 개략적인 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 주입용 전극의 내부 구성을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 지하수위가 지표로부터 가까운 위치에 있는 경우에 적합하도록 본 발명에 따른 정화장치를 변형 설치한 실시예의 개략적인 개념도이다.
도 4에는 토양 오염의 정화를 위하여 본 발명에 따른 정화장치를 오염된 지역에 배치할 때의 바람직한 배치예 중의 하나를 보여주기 위한 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 토양
15 공기 주입용 전극
16 토양증기 추출용 전극
본 발명은 전기저항 가열 및 공기 주입/추출에 의한 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 토양 자체를 전기 저항으로 이용하기 위하여 토양에 전기를 가하여 가열함과 동시에 공기를 불어 넣음으로써, 오염된 토양과 지하수에 함유된 오염물질의 휘발성과 이동성을 증가시키고, 에너지 효율을 증가시켜, 오염된 토양과 지하수를 높은 정화효율로 정화시킬 수 있고 정화에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 새로운 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법에 관한 것이다.
최근의 급격한 경제성장의 결과로서 각종 토양 오염으로 인한 환경오염 사고가 빈번하게 발생함에 따라, 토양 오염에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히, 산업 활동 및 자동차 보급대수의 증가와 함께 유류 사용량이 증대되면서 주유소를 비롯한 유류 저장시설의 숫자 또한 1980년대 중반 이후 급격히 증가하고 있으며, 대규모 산업단지 내 지하저장탱크의 노후화에 따른 유류 및 유기용제 등의 누출사고 및 그로 인한 토양과 지하수의 오염사고도 점차 증가하고 있다.
오염된 토양의 정화/복원방법으로 종전에 사용하던 대표적인 방법으로는, 오염지역 내 토양을 굴착한 후 부지 밖으로 운반하여 약품세척, 열적 처리, 안정화하거나 매립하는 방법이 있다. 이러한 종래의 방법은 오염물질의 제거효율은 좋지 만, 토양 굴착 시 오염물의 노출에 따른 위해성, 높은 복원비용 등으로 인하여 실제 오염 현장에 적용하는 데는 큰 한계가 있다.
또 다른 종래의 방법으로는 토양가스추출법(soil extraction)이 있는데, 토양가스추출법은 토양내 공극의 증기압을 상승시켜 오염물질을 추출해내는 것이다. 그런데 상온 상태에서는 오염물질의 추출에 필요한 정도의 증기압을 형성하기 어려우므로, 토양을 가열하여 증기압을 상승시켜야 한다. 특히, 오염물질이 저 휘발성인 경우에는 더욱 높은 온도로 가열하여야만 하고, 그에 따라 가열에 필요한 에너지가 많이 소요되는 문제점이 생기게 된다. 또한 고농도의 유류에 의하여 토양이 오염된 경우, 시간이 경과할수록 휘발성이 낮은 유류 성분의 비율이 증가하게 되어, 고온으로의 가열 없이는 만족할 만큼 낮은 오염 농도까지 정화처리 하는 것이 매우 어렵다는 단점이 있다.
한편, 토양가스추출법 이외에도 토양에 공기를 주입하여 토양 내에 존재하는 토착미생물의 활성을 높여 오염물질의 분해율을 증가시킴으로써 정화효과를 얻어내는 바이오벤팅(bioventing) 방법이 있으나, 고농도의 오염이나 유기용제에 의한 오염의 경우에는 미생물로 인한 독성이 생기게 되는 문제점이 있으며, 정화에 필요한 기간이 매우 길다는 단점이 있다. 특히, 토양가스추출법과 바이오벤팅 방법은, 토양내의 공극에 물이 완전히 포화되지 아니한 불포화 토양에만 적용할 수 있고, 공극 내에 물이 포화되어 있는 포화토양이나 지하수의 수위가 지표로부터 가까운 곳에 위치하는 토양의 경우에는 적용할 수 없다는 한계가 있다.
또 다른 종래의 방법으로는 에어 스파징(air sparging) 방법이 있는데, 이는 토양 내 공극에 물이 채워져 있는 포화토양의 정화를 위하여 개발된 것으로서 포화토양 내에 공기를 불어 넣는 방법이다. 그러나, 이러한 에어 스파징 방법의 경우에는, 물보다 비중이 큰 유기용제 등에 의해 토양이 오염된 경우에는 정화가 제대로 이루어지지 않는 한계가 있으며, 유류와 같이 지하수면 위에 상등하는 비수용성 액체의 오염물질에 대해서는 거의 정화효과를 얻을 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 기술이 가지는 한계와 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 오염물질이 저휘발성인 경우에도 우수한 정화효율을 발휘할 수 있으며, 포화 토양과 불포화 토양에 모두 적용할 수 있고, 물보다 비중이 큰 유기용제뿐만 아니라, 비수용성 액체에 대해서도 우수한 정화효과를 발휘할 수 있으며, 정화에 소요되는 에너지를 절약할 수 있고 정화에 소요되는 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 새로운 정화장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 오염된 토양과, 지하수를 동시에 효율적으로 정화시킬 수 있는 정화장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 토양 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양에 전기를 공급함으로써 토양 자체가 발열하여 오염물질을 기화시킴과 동시에 토양 내에 공기 흐름이 형성되도록 공기를 주입하기 위한 공기 주 입용 전극과, 상기 공기 주입용 전극으로 공기를 공급하기 위한 공기 주입기와 상기 공기 주입용 전극에 전기를 공급하기 위한 전원과 토양 내에서 기화되어 이동하는 오염물질을 회수하기 위한 토양증기 추출용 전극을 포함하여 구성되어 전기 공급에 의한 토양 자체의 발열 및 공기 주입을 통하여 기화된 오염물질을 상기 토양증기 추출용 전극을 통하여 회수하여 배출함으로써 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치가 제공된다.
또한 본 발명에서, 상기 공기 주입용 전극은, 절연 전극 설치부재에 의하여 길이 방향으로 복수개의 부분으로 전기적으로 분할되어 있는 강관으로 구성되어 있고, 상기 공기 주입용 전극의 각각 분할된 부분에는 각각 별도의 전극 단자가 구비되어 있어, 각각의 전극 단자를 통한 토양으로의 전기 공급이 개별적으로 제어되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기한 본 발명에 있어서, 상기 토양증기 추출용 전극을 통하여 수집된 토양증기로부터 오염물질을 추출하기 위한 오염물질 추출기가 상기 토양증기 추출용 전극과 연결되는 구성을 포함할 수 있다.
또한 상기한 본 발명에서는, 상기 토양증기 추출용 전극과 상기 오염물질 추출기 사이에 수증기와 오염물질을 분리하기 위해 기액 분리기를 구비할 수 있다.
또한 본 발명에서는 위와 같은 오염 토양 정화장치를 이용하여 오염된 토양을 정화하는 방법으로서, 공기 주입용 전극을, 토양 내의 오염 깊이까지 설치하여, 상기 공기 주입용 전극을 통하여 토양에 전기를 공급하여 가열함과 동시에 토양 내에 공기를 주입하는 단계; 및 전기 공급에 의한 토양 자체의 발열 및 공기 주입을 통하여 기화된 오염물질을 상기 토양증기 추출용 전극을 통하여 회수하여 배출하는 단계를 포함함으로써, 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법을 제공한다.
위와 같은 오염 토양 정화 방법에 있어서, 공기 주입용 전극을, 토양 내의 오염 깊이까지 설치하여 가열 및 공기 주입함에 있어서, 지하수위 아래의 토양인 포화대에 공기를 주입하여 토양과 지하수의 오염을 동시에 정화할 수 있도록, 상기 공기 주입용 전극으로부터 공기가 주입되는 공기 주입 위치를 지하수 아래에 위치시켜, 포화대에 공기를 주입하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 상기한 본 발명에서, 상기 공기 주입용 전극은, 절연 전극 설치부재에 의하여 길이 방향으로 복수개의 부분으로 전기적으로 분할되어 있는 강관으로 구성되어 있고, 상기 공기 주입용 전극의 각각 분할된 부분에는 각각 별도의 전극 단자가 구비되어 있으며 토양의 가열 및 포화대로의 공기 공급을 통하여 오염물질을 정화한 상태에서, 포화대로부터 지하수위 위쪽의 토양인 불포화대로 오염물질이 이동하는 것이 완료되면, 포화대를 가열하기 위한 전극 단자로의 전기 공급을 차단하고 상기 불포화대를 가열하기 위한 전극 단자에만 전기를 공급하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 불포화대를 가열하기 위한 전극 단자에만 전기를 공급하여 상기 불포화대에 대한 가열이 완료되면, 토양 내의 온도를 30~40℃ 범위로 유지하고 불포화대에 공기 주입을 지속하여 미생물을 활성화시켜 잔류 오염물질을 정화하게 되는 것을 특징으로 하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 상기한 본 발명에 있어서, 공기 주입용 전극들과 토양증기 추출용 전극은, 100℃ 까지 가열될 수 있는 영역인 각각의 가열영향영역(B)의 반경이 1/5 이상 서로 중첩되도록 토양에 배치하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 방법의 구체적인 구성과 효과에 대하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 정화장치의 구성을 보여주는 개략적인 개념도가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 정화장치(1)는, 토양(10) 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양(10)에 전기를 공급하여 토양(10) 자체가 발열하여 오염물질을 기화시킴과 동시에 토양(10) 내에 공기 흐름이 형성되도록 공기를 주입하기 위한 공기 주입용 전극(15)과, 상기 공기 주입용 전극(15)으로 공기를 공급하기 위한 공기 주입기(14)와, 상기 공기 주입용 전극(15)에 전기를 공급하기 위한 전원(12)을 포함한다. 토양(10)과 지하수의 오염을 동시에 정화시키는 경우, 상기 공기 주입용 전극(15)은 지하수위(11) 아래까지 삽입되어 설치되는 것이 바람직하다. 상기 공기 주입용 전극(15)은 강관으로 구성될 수 있으며, 토양(10)에 공기를 주입하기 위한 스크린(26)이 외면에 형성되어 있다. 상기 공기 주입용 전극(15)의 내부에는 전기를 토양(10)에 직접 공급하기 위한 전극 단자가 구비되어 있는데, 강관으로 구성된 경우 상기 전극 단자는 강관의 내면 벽에 부착되어 구비된다. 부재번호 13은 복수개의 공기 주입용 전극(15)에 전기를 공급하기 위하여 필요한 경우에 구비하게 되 는 분전함(13)이다.
한편, 본 발명에 따른 정화장치(1)는, 토양(10) 내에서 기화되어 이동하는 오염물질을 회수하기 위한 토양증기 추출용 전극(16)을 포함한다. 상기 토양증기 추출용 전극(16)을 통해서 수집된 토양증기에는 오염물질이 함유되어 있으므로, 상기 토양증기 추출용 전극(16)을 통하여 수집된 토양증기로부터 오염물질을 추출하기 위한 오염물질 추출기(18)를 상기 토양증기 추출용 전극(16)과 연결하여 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 오염물질을 추출함에 있어서 응축 가능한 수증기와 오염물질을 분리하는 것이 더 바람직하므로, 상기 토양증기 추출용 전극(16)과 상기 오염물질 추출기(18) 사이에는 수증기와 오염물질을 분리하기 위한 기액 분리기(17)를 더 구비할 수도 있다. 오염물질 추출기(18)를 통하여 오염물질이 대기로 방출되는 것을 더욱 완벽하게 차단하기 위하여, 상기 오염물질 추출기(18)의 후단에 오염물질을 흡착하여 포집할 수 있는 흡착탑(19)을 더 설치하는 것도 바람직하다.
한편, 상기 토양증기 추출용 전극(16)은 관부재로 구성될 수 있으며, 토양(10)으로부터 공기를 흡입하기 위한 스크린(27)이 형성되어 있다.
위와 같은 구성을 가지는 장치를 이용하여 오염된 토양을 정화하는 방법을 살펴보면, 우선 전원(12)으로부터의 전기가 상기 공기 주입용 전극(15)을 통하여 토양(10)에 공급된다. 전기가 공급되면 토양(10)은 그 자체로서 전기 저항으로 작용하여 토양(10)에 발열현상이 일어나게 된다. 그에 따라 토양(10)에 포함되어 있던 오염물질의 휘발성이 증가하게 되는 반면 오염물질의 점성은 감소하게 되어 오 염물질의 기화가 활발하게 이루어지게 된다. 전원(12)의 공급과 함께, 공기 주입기(14)를 통하여 공기가 상기 공기 주입용 전극(15)으로 공급되는데, 상기 공기 주입용 전극(15)으로부터 배출되는 공기는 토양(10)으로 주입되어 토양(10) 내에 공기의 흐름을 발생시키게 되고, 그에 따라 토양(10) 내에서 기화되어 있던 오염물질이 공기의 흐름에 따라 이동하게 된다.
오염물질을 함유한 채로 이동하는 공기 흐름은 토양증기 추출용 전극(16)을 통하여 회수되어 지표 밖으로 배출된다. 오염물질 추출기(18)가 상기 토양증기 추출용 전극(16)의 후단에 설치되어 있는 경우, 회수된 공기로부터 오염물질을 분리하여 제거하게 된다. 또한, 상기 토양증기 추출용 전극(16)과 상기 오염물질 추출기(18) 사이에 기액 분리기(17)가 구비되어 있는 경우, 회수된 공기로부터 수증기를 응축하게 된다. 상기 오염물질 추출기(18)의 후단에 흡착탑(19)을 더 설치한 경우, 오염물질 추출기로부터 배출되는 공기로부터 잔류 오염물질까지도 흡착하여 포집하게 되어 오염물질의 방출을 최소화할 수 있게 된다.
토양(10) 내에 존재하는 지하수 역시 오염된 경우, 본 발명에 따른 정화장치(1)를 이용하면 오염된 토양(10)뿐만 아니라 지하수도 동시에 정화시킬 수 있게 되는데, 토양(10)과 지하수의 오염을 동시에 정화시키기 위해서는 상기 공기 주입용 전극(15)이 지하수위(11) 아래까지 삽입되어 설치되어, 공기를 배출시키는 공기 주입용 전극(15)의 스크린(26)이 지하수위(11) 아래에 위치하게 된다.
일반적으로 토양(10) 내에서 지하수위(11)의 아래 부분은 토양(10)의 공극 내에 수분이 완전히 포화되어 있는 포화대(10a)가 되고, 지하수위(11) 상부의 토 양(10)은 공극 내에 수분이 완전히 포화되어 있지 아니한 불포화대(10b)가 된다. 앞서 설명한 것처럼 토양(10)에 전기가 공급되었을 때 토양(10) 자체가 전기저항으로서 기능하게 되어 토양(10)에 발열현상이 일어나게 되고, 그에 따라 토양(10)에 함유되어 있던 오염물질의 휘발성이 증가하게 되고 점성이 감소하게 되어 오염물질의 기화가 촉진된다.
그런데 토양(10)의 불포화대(10b)는 전기 전도도가 낮으며, 토양 자체의 발열이 진행됨에 따라 전기 전도도가 더욱 감소하게 되어 전기 공급에 의한 발열 효율이 저하되는 현상이 발생하게 된다. 그러나, 토양(10)과 지하수를 동시에 정화시키는 본 발명의 구성에서는 위와 같은 불포화대(10b)의 발열 효율 저하 현상을 쉽게 극복할 수 있게 된다.
스크린(26)이 지하수위(11) 아래에 위치하도록 상기 공기 주입용 전극(15)이 삽입 설치되고, 스크린(27)이 지하수위(11) 위쪽에 위치하도록 상기 토양증기 추출용 전극(16)이 토양(10)에 삽입되어 설치된 상태에서, 상기 공기 주입용 전극(15)을 통하여 전기 공급과 공기 주입이 진행되면, 전기 공급에 따른 발열에 의하여 포화대(10a)의 지하수에 용존 되어 있는 오염물질의 기화 촉진은 물론이고, 지하수위(11)의 수면에 상등한 비수용성 액체와, 물보다 비중이 커서 포화대(10a)의 아래쪽에 이동되어 있던 비수용성 액체의 기화가 촉진된다. 그와 동시에 지하수위(11) 아래의 포화대(10a)에 주입되는 공기에 의해 상향으로 공기 흐름이 발생하고, 기화된 오염물질이 이러한 상향 공기 흐름에 의해 위쪽으로 이동하게 된다. 이 때, 불포화대(10b)에서 기화된 오염물질은, 포화대(10a)로부터 상부로 이동하는 공기 흐 름을 타고 이동하게 되고, 토양(10)으로부터 추출된 오염물질은 스크린(27)을 통해서 상기 토양증기 추출용 전극(16)으로 회수된다. 토양증기 추출용 전극(16)에 의하여 회수된 오염물질의 처리에 대해서는 앞서 설명하였으므로 반복 설명을 생략한다.
이와 같이 포화대(10a)와 불포화대(10b)가 동시에 가열될 때, 지하수위(11) 아래쪽으로의 공기 주입과 가열에 의하여 포화대(10a)로부터 충분한 수증기가 불포화대(10b)로 공급되고, 그에 따라 불포화대(10b)에서 토양의 전기 전도도가 감소되는 현상이 완화되어 지하수위(11) 위쪽의 불포화대(10b)를 연속적으로 그리고 효율적으로 가열할 수 있게 된다. 따라서 불포화대(10b)에서 오염물질의 기화 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 위와 같은 구성에서, 지하수위(11) 아래쪽의 포화대(10a)에 존재하던 오염물질이 불포화대(10b)로 이동하는 것이 완료되면 포화대(10a)에 전기를 공급하여 포화대를 계속하여 추가로 가열하는 것은 에너지의 낭비가 된다. 따라서 포화대(10a)의 오염 정화가 완료된 후에는 포화대(10a)에 대한 전기 공급을 중단하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 본 발명에 따른 공기 주입용 전극(15)의 구성을 다음과 같이 변형할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 주입용 전극(15)의 내부 구성을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, 공기 주입용 전극(15)에 구비되는 전극 단자를, 포화대(10a)에 위치하게 되는 전극 단자(25a)와 불포화대(10b)에 위치하게 되는 전극 단자(25b)로 구분하여 설치하게 된다. 구체 적으로, 강관부재로 이루어진 공기 주입용 전극(15)을, 절연부재(35)에 의하여 포화대 부분과 불포화대 부분으로 전기적으로 분리시키고, 포화대(10a)에 위치하게 되는 전극 단자(25a) 즉, 포화대용 전극 단자(25a)는 포화대 부분에 부착하고, 불포화대(10b)에 위치하게 되는 전극 단자(25b) 즉, 불포화대용 전극 단자(25b)는 불포화대 부분에 부착하게 된다. 이 때, 절연 전극 설치부재(35)는 고압/내열성 합성수지로 제작될 수 있다. 한편, 후술하는 것처럼, 필요에 따라서 상기 포화대용 전극 단자(25a)와 불포화대용 전극 단자(25b)를 개별적으로 단락시키기 위한 제어 스위치(31)가 전원(12)과 전극 단자(25a, 25b) 사이에 구비될 수 있다.
한편, 불포화대용 전극 단자(25b)를 통하여 불포화대(10b)로 공급되는 전기가 공기 주입용 전극(15) 사이를 연결하는 지상 연결배관(도시되지 않음)으로 흘러가게 되어 인체의 전기 감전 현상이 발생하는 것을 예방하기 위하여, 공기 주입용 전극(15)의 불포화대 부분 상단에는, 공기 주입용 전극의 상단부와 토양 매립 부분을 전기적으로 분리시키는 절연부재(35)가 더 구비될 수도 있다.
이와 같은 구성에서, 앞서 설명한 것처럼, 포화대(10a)와 불포화대(10b)의 동시 가열 및 포화대(10a)로의 공기 공급을 통하여 오염물질을 정화한 상태에서, 포화대(10a)로부터 불포화대(10b)로 오염물질이 이동하는 것이 완료되면, 포화대용 전극 단자(25a)로의 전기 공급을 차단하여 불포화대용 전극 단자(25b)에만 전기를 공급함으로써, 오염물질의 정화가 완료된 포화대에 불필요한 전기가 공급됨으로써 에너지가 낭비되는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 불포화대(10b)만을 계속 가열함으로써, 포화대(10a)로부터 이동되어 온 오염물질과, 원래 불포화대(10b)에 존재 하던 잔류 오염물질을 응축 현상 없이 기화시킬 수 있게 되는 것이다.
필요한 경우, 공기 주입용 전극(15)에 복수개의 절연 전극 설치부재(35)를 설치하여 공기 주입용 전극(15)을 길이 방향으로 복수개로 분할한 후 각각의 분할된 부분에 각각 전극 단자를 설치하여 상기 전극 단자의 전기 공급을 제어함으로써 공기 주입용 전극(15)을 통한 토양(10)으로의 전기 공급을 토양(10) 깊이에 따라 조절할 수도 있다.
여기서, 포화대(10a)로부터 불포화대(10b)로의 오염물질 이동이 완료되었다는 것은, 정화작업을 수행하면서 포화대(10a)의 지하수에 대한 채취/분석 등의 모니터링함으로써 알 수 있다. 예를 들어, 포화대(10a)에서 지하수를 채취하여 분석한 결과, 목표농도 이하의 오염물질이 검출되었다면 해당 부분의 정화가 완료되었다고 볼 수 있는 것이다.
또한, 불포화대(10b)에 대해서도 토양을 채취/분석하거나 또는 배출되는 토양증기의 가스 농도 등을 모니터링함으로써 불포화대(10b)에 대한 정화 정도를 파악할 수 있다.
한편, 이와 같은 정화 단계가 완료된 후에도, 고분자량의 유기화합물 성분 등이 토양(10) 내에 잔류할 수 있는데, 일반적으로 고분자량의 유기화합물 성분의 경우 100℃ 이상에서 기화가 가능한 성분들이다. 이러한 잔류 오염물질 성분까지도 제거하기 위하여, 토양 내 토착 미생물의 활성도를 높여 잔류 오염물질을 토양(10) 내에서 미네랄화시키는 단계를 더 진행할 수 있다. 미생물의 활성도를 높이기 위해서는 온도분포와 산소전달이 큰 영향 인자로 작용하게 되는데, 약 30~40 ℃의 온도 분포와 토양 공극 내의 산소 부피비가 2~8% 일 때 미생물의 활성도가 공학적으로 최적의 상태가 된다. 만일 산소 부피비가 8%를 초과하는 경우, 미생물의 오염물질분해에 사용되지 못한 잉여의 산소가 남게 되는데 이 경우 공기 공급을 위하여 불필요한 에너지만 소요되므로 바람직하지 않으며, 산소 부피비가 2% 미만인 경우에는, 미생물의 생장에 악영향을 주게 되어 이 역시 바람직하지 않다. 미생물 활성도의 최적화를 위해서는 토양 공극 내의 산소 부피비가 4%일 때가 가장 바람직하다.
이와 같이, 전기 가열과 공기 공급에 의한 불포화대(10b)의 정화작업이 완료되면, 불포화대(10b)에 잔류하는 오염물질의 미네랄화를 위해서, 불포화대(10b)에 대한 전기의 공급은 중단하고 토양(10)의 통기성에 따라 토양(10)에 대한 공기 주입압력이나 주입유량, 또는 토양증기 추출용 전극(16)에 의한 공기 추출압력이나 추출유량을 조절하여, 토양(10) 내의 온도가 30~40℃ 범위에서 토양 공극 내의 산소 부피비를 2~8%, 가장 바람직하기로는 약 4%를 유지함으로써 미생물 활성이 공학적으로최적인 상태로 유지되는 기간을 증가시켜 정화를 완료하게 한다.
도 3에는 본 발명에 따른 정화장치를 변형 설치한 개략적인 개념도가 도시되어 있는데, 지하수위(11)가 지표로부터 가까운 위치에 있는 경우, 예를 들면 지표로부터 1m 정도의 가까운 위치에 지하수위(11)가 위치하는 경우에는 토양증기 추출용 전극(16)을 불포화대(10b) 내에만 가로로 배치할 수도 있다.
도 4에는 토양 오염의 정화를 위하여 본 발명에 따른 정화장치를 오염된 지역에 배치할 때의 바람직한 배치예 중의 하나를 보여주기 위한 평면도가 도시되어 있다. 검은 색 점으로 표시된 것은 공기 주입용 전극(15)을 나타내고 흰색 점으로 표시된 것은 토양증기 추출용 전극(16)을 나타낸다. 일반적으로 공기 주입용 전극(15)의 주변으로 가열영향영역(B) 즉, 100℃ 까지 가열될 수 있는 영역이 존재하게 되는데, 토양 오염 지역(A)에 본 발명에 따른 정화장치를 배치함에 있어서, 공기 주입용 전극(15)들과 토양증기 추출용 전극(16)은, 토양의 비균질성을 고려하고 비가열지역의 최소화를 위하여 상기 가열영향영역(B)의 반경이 1/5 이상 서로 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다. 국부적인 고농도 오염지역에서는 상기 가열영향영역(B)의 중첩 정도를 더 크게 하는 것이 바람직하며, 상기 가열영향영역의 반경은 오염 토양의 전기 전도도에 의하여 계산될 수 있다. 특히, 도면에 도시된 것처럼, 공기 주입용 전극(15)과 토양증기 추출용 전극(16)을 각각 3개씩을 1개의 단위로 하여 설치하게 되면 토양 오염 지역(A)에 대해 균등한 오염물질 제거 효과를 거둘 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 정화장치 및 정화방법에 의하면, 토양 및 지하수가 유류 또는 유기용제로 오염된 경우, 오염 정도와 관계없이 토양의 전기적 특성을 이용한 직접 가열과, 공기의 흐름을 유도하는 공기의 주입 및 추출을 이용하여 단기간에 신속하게 오염물질을 제거할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 의하면 직접 전기를 토양에 공급함에 따른 토양 자체의 고유저항에 의한 발열이므로 에너지 손실이 최소화됨과 동시에 토양 내 고른 온도분 포를 나타내며 가열되므로 오염물질의 이동과정 중의 응축현상을 최소화할 수 있고, 에너지의 이용 효율 및 오염물질의 제거 효율을 증가시킬 수 있으며, 오염물질의 정화기간을 단축할 수 있게 된다.
또한, 지하수면의 유동성 유류는 물론이고, 물보다 비중이 커서 지하수 내로 침투하는 유기용매의 경우에도 동시에 제거가 가능하여 토양 및 지하수의 통합적 정화를 이룰 수 있으며, 정화효율의 증가 및 정화기간의 단축 효과를 발휘할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 정화방법에서는 토양의 가열 후에도 토양에 계속 잔류하는 성분을, 가열 이후의 잔열과 계속적인 공기의 흐름을 유도함으로써 미생물의 활성도를 증가시켜 미네랄화시킴으로써, 효과적으로 오염을 제거할 수 있게 된다.
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 (9)

  1. 삭제
  2. 토양(10) 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양(10)에 전기를 공급하여 토양(10) 자체가 발열하여 오염물질을 기화시킴과 동시에 토양(10) 내에 공기 흐름이 형성되도록 공기를 주입하기 위한 공기 주입용 전극(15)과;
    상기 공기 주입용 전극(15)으로 공기를 공급하기 위한 공기 주입기(14)와;
    상기 공기 주입용 전극(15)에 전기를 공급하기 위한 전원(12)과;
    토양(10) 내에서 기화되어 이동하는 오염물질을 회수하기 위한 토양증기 추출용 전극(16)을 포함하며;
    상기 공기 주입용 전극(15)은, 절연 전극 설치부재(35)에 의하여 길이 방향으로 복수개의 부분으로 전기적으로 분할되어 있는 강관으로 구성되어 있고,
    상기 공기 주입용 전극(15)의 각각 분할된 부분에는 각각 별도의 전극 단자가 구비되어 있어, 각각의 전극 단자를 통한 토양(10)으로의 전기 공급이 개별적으로 제어될 수 있도록 구성되어;
    전기 공급에 의한 토양(10) 자체의 발열 및 공기 주입을 통하여 기화된 오염물질을 상기 토양증기 추출용 전극(16)을 통하여 회수하여 배출함으로써 토양(10)을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 토양증기 추출용 전극(16)을 통하여 수집된 토양증기로부터 오염물질을 추출하기 위한 오염물질 추출기(18)가 상기 토양증기 추출용 전극(16)과 연결되어 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 토양증기 추출용 전극(16)과 상기 오염물질 추출기(18) 사이에는 수증기와 오염물질을 분리하기 위한 기액 분리기(17)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.
  5. 삭제
  6. 토양(10) 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양(10)에 전기를 공급함과 동시에 토양(10) 내에 공기를 주입하기 위한 공기 주입용 전극(15)과; 상기 공기 주입용 전극(15)으로 공기를 공급하기 위한 공기 주입기(14)와; 상기 공기 주입용 전극(15)에 전기를 공급하기 위한 전원(12)과; 토양(10) 내에서 기화되어 이동하는 오염물질을 회수하기 위한 토양증기 추출용 전극(16)을 포함하여 구성되는 오염 토양 정화장치를 이용하여 오염된 토양을 정화하는 방법으로서,
    공기 주입용 전극(15)을, 토양(10) 내의 오염 깊이까지 설치하여, 상기 공기 주입용 전극(15)을 통하여 토양(10)에 전기를 공급하여 가열함과 동시에 토양(10) 내에 공기를 주입하되, 지하수위(11) 아래의 토양인 포화대(10a)에 공기를 주입하여 토양(10)과 지하수의 오염을 동시에 정화할 수 있도록, 상기 공기 주입용 전극(15)으로부터 공기가 주입되는 공기 주입 위치를 지하수(11) 아래에 위치시켜, 포화대(10a)에 공기를 주입하는 단계; 및
    전기 공급에 의한 토양(10) 자체의 발열 및 공기 주입을 통하여 기화된 오염물질을 상기 토양증기 추출용 전극(16)을 통하여 회수하여 배출하는 단계를 포함함으로써, 토양(10)을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공기 주입용 전극(15)은, 절연 전극 설치부재(35)에 의하여 길이 방향으로 복수개의 부분으로 전기적으로 분할되어 있는 강관으로 구성되어 있고, 상기 공기 주입용 전극(15)의 각각 분할된 부분에는 각각 별도의 전극 단자가 구비되어 있으며;
    토양(10)의 가열 및 포화대(10a)로의 공기 공급을 통하여 오염물질을 정화한 상태에서, 포화대(10a)로부터 지하수위(11) 위쪽의 토양인 불포화대(10b)로 오염물질이 이동하는 것이 완료되면, 포화대(10a)를 가열하기 위한 전극 단자로의 전기 공급을 차단하고 상기 불포화대(10b)를 가열하기 위한 전극 단자에만 전기를 공급하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법.
  8. 제7항에 있어서,
    불포화대(10b)를 가열하기 위한 전극 단자에만 전기를 공급하여 상기 불포화대(10b)에 대한 가열이 완료되면, 토양(10) 내의 온도를 30~40℃ 범위로 유지하고 불포화대(10b)에 공기 주입을 지속하여 미생물을 활성화시켜 잔류 오염물질을 정화하게 되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법.
  9. 제6항에 있어서,
    공기 주입용 전극(15)들과 토양증기 추출용 전극(16)은, 100℃ 까지 가열될 수 있는 영역인 각각의 가열영향영역(B)의 반경이 1/5 이상 서로 중첩되도록 토양(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법.
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