KR100850165B1 - 산화제 주입 및 전기저항가열법에 의한 오염 토양과지하수의 정화장치 및 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양에 전기를 가하여 가열함과 동시에 산화제를 주입함으로써, 오염된 토양과 지하수에 함유된 오염물질의 휘발성과 이동성을 증가시키고, 오염 물질을 미네랄화시켜 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 휘발시킴과 동시에 토양 내 오염물질을 미네랄화시키기 위하여 산화제를 주입하는 산화제 주입용 전극과 토양 내에서 미네랄화되거나 휘발되어 이동하는 오염물질과 토양증기 및 지하수를 회수하기 위한 추출용 전극과 상기 산화제 주입용 전극과 추출용 전극에 전기를 공급하기 위한 전원을 포함하여 구성되어 전기 공급에 의한 토양 자체의 발열 및 산화제 주입을 통하여 휘발되거나 미네랄화된 오염물질을 상기 추출용 전극을 통하여 회수하여 배출함으로써 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치 및 이를 이용한 오염 토양 정화방법이 제공된다.

전기저항, 가열, 산화제 주입, 오염 토양, 정화장치, 정화방법

Description

산화제 주입 및 전기저항가열법에 의한 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법 {Apparatus and Method for Remediation of Contaminated Soil and Groundwater by Electric Resistance Heating Combined with the Injection of Oxidizing agents}

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

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 추출용 전극의 스크린과 지하수 추출관정을 보여주는 개략적인 개념도이다.

도 3는 본 발명에 따른 전극의 토양 내 위치를 보여주는 개략적인 개념도이다.

도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 전극의 배치형태를 보여주는 개략적인 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 토양 2 산화제 주입용 전극 3 추출용 전극

4 전원 A 오염 영역 B 가열 영향 반경

본 발명은 전기저항가열 및 산화제 주입에 의한 오염 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전류를 토양에 직접 흘려보내 토양 및 지하수 자체를 전기 저항으로 이용하여 토양을 가열함으로써 오염물질의 휘발성과 이동성을 증가시킴과 동시에, 토양 내에 존재하는 미네랄을 촉매로 하여 고온에서 산화력이 증가하는 산화제 용액을 주입하여, 토양 내에서 오염물질을 미네랄화시켜 추출함으로써, 오염 토양 및 지하수의 정화효율이 증가하고, 정화기간을 단축할 뿐만 아니라 오염된 추출공기와 지하수의 2차 처리를 최소화할 수 있는 토양과 지하수의 정화장치 및 정화방법에 관한 것이다.

근래, 주유소나 산업시설의 유류 저장시설이 점차 노후화됨에 따라 유류나 유기용제와 같은 오염물질이 토양으로 누출되는 사례가 증가하고 있다. 유류 등의 오염물질이 누출됨에 따라 토양 및 지하수 등의 환경적 피해가 현실화되고 있어, 토양 및 지하수의 오염영향을 감소시키기 위한 정화기술들이 개발되어 적용되고 있다.

오염된 토양의 정화기술 중 정화·복원기간을 단축하는 종래 방법의 하나로서 전기저항가열법(ERH, electrical resistance heating)이 사용되었다. 전기저항가열법은 토양에 전극을 설치하고, 전극을 통해 교류 전류를 토양으로 흘려보냄으로써 토양 내에 열을 발생시키고, 토양의 발열을 통해 유류 오염원을 휘발시킴으로 써 상온에서 휘발되지 않는 유류 오염원을 추출·제거하는 방법으로, 이는 토양 자체를 저항으로 하여 전기 에너지를 열에너지로 바꾸는 원리를 이용한 것이다.

그러나, 이러한 전기저항가열법에서는, 토양을 가열하는 동안 토양 내의 수분이 감소하게 되어 전기 저항이 커지므로 전기전도도를 유지하기 어려운 문제가 있고, 추출된 오염물질을 외부에서 2차 처리 하거나 처분해야 하는 문제가 있다.

또 다른 종래의 방법으로, 대수층을 포함한 포화 토양의 정화를 위하여 적용되고 있는 양정후 처리법(pump and treat)이 있다. 양정후 처리법은 오염된 지하수를 관정을 통해 외부로 양수하여 지상에서 처리한 후, 토양에 지하수를 재충전하거나 처분하는 방법으로 오염물질이 비수용성 액체상태(NAPL; Non-Aqueous Phase Liquids)로 존재하는 경우 초기 제거효율이 좋으나, 시간이 경과할수록 물과 토양 내 공극 간의 계면 작용에 의해 오염 물질의 제거효율이 감소하는 문제가 있다. 이를 개선하기 위하여 계면활성제나 공용매(cosolvent)를 주입하여 물과 토양 내 공극간의 계면효과를 상쇄시켜 오염물질을 추출하거나, 산화제를 주입하여 토양 내에서 오염물질을 미네랄화시키는 방법이 있다. 그러나, 계면활성제를 이용할 경우는 지상에서 오염물질과 함께 2차 처리해야함에 따른 추가 비용이 발생하며, 오염물질과 계면활성제의 분리가 어려워 계면활성제의 재사용이 용이하지 않는 문제가 있다. 산화제를 사용하는 경우에도 산화제 용액이 토양 내 공극에서 이동하면서 오염물질을 처리하므로 지상에서의 2차 처리 비용은 크게 감소하지만, 토양 환경에 적합한 산화제의 선택이 중요하며, 산화제 사용에 따른 토양의 2차 오염과 산화제 비용을 고려해야 하고, 계면활성제를 사용하는 경우와 같이, 추출된 지하수 및 토 양 증기 등의 지상에서의 2차 처리 비용이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 기술이 가지는 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 전극을 통하여 토양에 산화제를 주입함으로써, 오염물질을 미네랄화하여 추출할 수 있는 새로운 정화장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 지속적인 가열로 인한 토양 내 수분 감소에 따라 토양의 전기전도도가 낮아지는 문제를 해결할 수 있는 새로운 정화장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이온화된 산화제 용액을 주입함에 따라, 토양의 전기전도도가 상승되어 가열효율이 증가함과 동시에 오염물질의 산화속도를 증가시켜, 토양 내에서 오염물질의 처리 시간을 단축시킬 수 있는 새로운 정화장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 추출된 지하수와 토양 증기를 순환시켜 산화제 주입 시에 재활용함으로써 산화제 용액을 만들기 위한 용수량 및 교반을 위한 에너지 사용량이 감소되는 동시에, 추출 후 오염물질의 2차 처리 설비 및 비용을 최소화할 수 있는 정화장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 토양 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양에 전기를 공급하여 토양 자체가 발열함으로써 오염물질을 휘발시킴과 동시에 토양 내 오염물질을 미네랄화시키기 위하여 산화제를 주입하는 산화제 주입용 전극과, 토양 내에서 미네랄화되거나 휘발되어 이동하는 오염물질과 토양증기 및 지하수를 회수하기 위한 추출용 전극과, 상기 산화제 주입용 전극과 추출용 전극에 전기를 공급하기 위한 전원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 제공한다.

또한 본 발명에서는, 상기 산화제 주입 및 전기저항 가열에 의해 미네랄화되거나 휘발된 오염물질과 토양증기 및 지하수를 상기 추출용 전극을 통해 추출하여, 산화제 용액 제조 시 산화제 용액의 용매로 사용하거나, 산화제 용액 제조 시 교반작용을 하도록 재사용하여 산화제 주입용 전극을 통해 토양에 주입함으로써, 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 제공한다.

또한 본 발명에서는, 상기 추출용 전극으로부터 추출된 토양 증기와 지하수를 분리하는 기액분리기와, 상기 산화제 주입용 전극에 산화제를 공급하기 위해 산화제를 저장하는 산화제 용액저류조와, 상기 산화제 용액저류조 내에 설치되어 있으며, 산화제를 용해시키기 위하여 상기 기액분리기를 거쳐 분리된 토양증기를 산화제 용액저류조 내에 기포 형태로 분산시켜 공급하는 산기관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 제공한다.

또한 본 발명에서는, 상기 추출용 전극으로부터 추출된 토양 증기와 지하수를 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기로부터 이동된 지하수에서 오염 물질을 분리하는 유수분리기와, 상기 기액분리기를 거쳐 분리된 지하수를 산화제 용액 제조를 위한 용수로 사용되도록 유수분리기로 이동시킨 후, 산화제 용액저류조에 공급하는 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치를 제공한다.

또한 본 발명에서는, 상기 추출용 전극이 상기 산화제 주입용 전극보다 아래에 매설되어, 추출용 전극으로 산화제가 하향 이동함에 따라 오염영역 전체에서 산화반응이 일어날 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장지를 제공한다.

또한 본 발명에서는, 상기 산화제 주입용 전극을 통해 토양에 주입되는 산화제는 이온화가 용이하고 가열에 따라 산화력이 증가하는 물질인 과황산나트륨인 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장지를 제공한다.

또한 본 발명에서는, 토양 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양에 전기를 공급함으로써 토양 자체가 발열하여 오염물질을 휘발시킴과 동시에 토양 내 오염물질을 미네랄화시키기 위하여 산화제를 주입하는 산화제 주입용 전극과, 토양 내에서 미네랄화되거나 휘발되어 이동하는 오염물질과 토양증기 및 지하수를 회수하기 위한 추출용 전극과, 상기 전극에 전기를 공급하기 위한 전원과, 상기 추출용 전극으로부터 추출된 토양증기와 지하수를 분리하는 기액분리기와, 상기 산화제 주입용 전극에 산화제를 공급하기 위해 산화제를 저장하는 산화제 용액저류조와, 상기 산화제 용액저류조 내에 설치된 산기관과, 오염물질로부터 지하수를 분리하는 유수분리기를 포함하여 구성되어, 전기 공급에 의한 토양 자체의 발열 및 산화제 주입을 통하여 미네랄화되거나 휘발된 오염물질과 토양증기 및 지하수를 상기 추출 용 전극을 통하여 회수·배출하는 오염 토양 정화장치를 이용한 오염 토양 정화방법으로서, 상기 산화제 주입용 전극을 토양 내 오염지역에 설치하여 상기 산화제 주입용 전극을 통하여 토양에 전기를 공급하여 가열함과 동시에 토양 내에 산화제를 주입하는 단계 및 전기 공급에 의한 토양 자체의 발열 및 산화제 주입을 통하여 미네랄화되거나 휘발된 오염물질과 토양증기 및 지하수를 상기 추출용 전극을 통하여 회수하여 배출하는 단계 및 상기 추출용 전극을 통하여 회수된 토양증기와 지하수 중에서 기액분리기를 거쳐 분리된 토양증기를 산기관을 통하여 산화제 용액저류조 내에 기포 형태로 분산시키는 단계 및 상기 추출용 전극을 통하여 회수된 토양증기와 지하수 중에서 기액분리기를 거쳐 분리된 지하수를 유수분리기를 통하여 산화제 용액저류조에 공급하는 단계를 포함함으로써, 토양을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법을 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(1) 내에 매설되어 토양(1)에 전력을 공급함으로써 토양(1)을 가열함과 동시에 산화제를 주입하기 위한 산화제 주입용 전극(2)과, 상기 산화제 주입용 전극(2)을 통한 산화제 주입 및 전기 가열에 의하여 휘발된 오염물질 및 수증기를 회수하기 위한 추출용 전극(3)과, 상기 산화제 주입용 전극(2) 및 추출용 전극(3)에 연결되어 전력을 공급하기 위한 전원(4)을 포함한다.

상기 산화제 주입용 전극(2)은 오염지역에 산화제 용액을 공급하기 위하여 설치되며, 상기 추출용 전극(3)은 이동되어 온 오염물질과 토양증기 및 지하수를 추출하기 위하여 설치된다. 또한, 각 전극(2,3)은 전원(4)으로부터 공급되는 전력을 토양(1)에 공급하여 토양(1)의 가열을 유도함으로써, 오염물질의 휘발성과 이동성을 증가시키고 점성을 낮추어 추출이 용이한 상태로 휘발 및 기화시킨다.

상기 양 전극(2,3)에는 유체의 출입이 가능한 스크린(13)이 설치되는데, 유체가 출입하는 과정에서 상기 스크린(13)을 통해 이물질을 차단할 수 있다.

특히, 상기 추출용 전극(3)에서 토양증기와 지하수를 추출용 전극(3) 내부로 유입시키는 스크린(13)은 도 1에 도시된 바와 같이, 토양증기와 지하수가 쉽게 유입되도록 추출용 전극(3)의 하단부에 설치되는 것이 바람직하다. 토양증기 및 지하수를 동시에 추출하는 경우에는, 지하수가 스크린(13)을 막지 않도록, 상기 추출용 전극(3) 내부에 추출용 전극보다 내경이 작은 지하수 추출관정(14)이 추가적으로 설치됨으로써, 스크린(13) 내부로 지하수가 유입되는 경우는 지하수 추출관정(14)을 통해 지하수를 추출하고, 스크린(13) 내부로 유입되는 지하수가 저감되면 토양증기를 추출하도록 할 수 있다.

상기 산화제 주입용 전극(2)과 추출용 전극(3)은 강관이나 스테인리스 스틸관으로 구성될 수 있으나, 산화제 사용에 따라 전극(2,3)의 부식 위험이 있어 강관보다는 스테인리스 스틸관이 바람직하다.

도 3에는 본 발명에 따른 전극의 토양(1) 내 위치를 보여주는 개략적인 개념도가 도시되어 있다. 도 3에서 보는 바와 같이, 산화제 주입용 전극(2)이 추출용 전극(3)보다 위에 설치되는데, 산화제 주입용 전극(2)을 통해 주입된 산화제 용액이 추출용 전극(3)으로 하향 진행하면서 오염물질과 반응하도록, 상기 산화제 주입용 전극(2)의 스크린(13)은, 오염이 시작되는 깊이에서 전극(2)의 중간 지점까지 설치되고, 추출용 전극(3)의 스크린(13)은, 전극(3)의 중간 지점부터 오염이 끝나는 깊이까지 설치되는 것이 바람직하다. 한편 스크린(13)의 각 슬릿은 슬릿 간 간격이 조밀한 것이 바람직하며, 슬릿의 두께는 관의 부식과 미세토양에 의한 슬릿의 폐쇄를 방지하기 위해서 3mm이상으로 함이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 정화장치는, 상기 산화제 주입용 전극(2)에 공급할 산화제를 용해하고 저류하는 산화제 용액저류조(6)와 고상으로 된 산화제를 산화제 용액저류조(6)에 투여하는 산화제 공급장치(9)를 포함할 수 있다. 또한, 산화제 용액을 산화제 용액저류조(6)에서 산화제 주입용 전극(2)까지 압송하기 위하여 토양 공극 사이로 산화제 용액이 주입될 정도의 압력을 보유하고 유량변화가 가능한 산화제 용액이송펌프(7)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 정화장치는, 상기 추출용 전극(3)으로부터 오염물질과 토양증기 및 지하수를 지상으로 추출하기 위한 추출펌프(11), 상기 추출용 전극(3)으로부터 배출되는 토양증기와 지하수를 분리하는 기액분리기(10) 및 증기상 오염물질을 흡착하여 대기로 방출되는 것을 방지하는 활성탄 흡착탑(12)을 포함할 수 있다.

한편, 상기 기액분리기(10)를 통해 토양증기, 지하수, 오염물질 등은 액체상과 기체상으로 분리되며, 기체상인 토양증기 등은 활성탄 흡착탑(12)을 거쳐, 산화제 용액저류조(6) 안에 설치된 산기관(8)을 통하여 산화제 용액저류조(6)에 공급된다. 공급된 토양증기는 산화제 용액저류조(6) 내에서 산화제를 용해시키기 위한 교반작용을 하고, 토양증기에 포함되어 있던 약 15~20%의 산소가 산화제 용액저류조(6)의 용액에 6~8% 수준으로 용해됨으로써 토양(1) 미생물의 활성도를 증가시켜 토양(1)의 정화효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 기액분리기(10)를 통해 분리된 액체상은 유수분리기(5)를 거쳐 일부 오염물질로부터 지하수를 분리한 후 산화제 용액저류조(6)에 공급되며, 상기 산화제 공급장치(9)로부터 수동 혹은 자동으로 오염 정도와 반응 시간을 고려하여 공급되는 산화제가 상기 산화제 용액저류조(6)에 공급된 지하수에 용해된 후 산화제 용액이송펌프(7)에 의하여 다시 산화제 주입용 전극(2)을 통하여 토양에 주입됨으로써 순환된다.

한편, 토양 증기와 지하수를 순환시켜 재활용함으로써, 추출되는 오염물질의 부하를 원천적으로 제어함에 따라, 상기 활성탄 흡착탑(12)은 그 규모를 축소하거나 장치구성에서 제외할 수 있고, 유수분리기(5)는 단순히 산화제 용액을 제조하기 위한 지하수 공급원으로의 역할을 할 수도 있다.

또한, 기액분리기(10)와 유수분리기(5)를 연결하는 배관에는 체크밸브를 설치하여 추출과정에서 유수분리기(5)의 지하수가 기액분리기(10)로 유입됨을 방지하고 기액분리기(10)에 저류된 지하수가 휴지 기간에 유수분리기(5)로 이동되게 함이 바람직하다. 이를 위해 추출과정의 휴지기간을 결정함에 있어 산화제 용액의 토양(1) 내 체류시간 뿐만 아니라 기액분리기(10)의 용량도 고려해야 한다.

위와 같이 추출용 전극(3)을 통해 추출된 토양 증기 및 지하수가 산화제 주입용 전극(2)을 통해 다시 토양(1)에 주입되는 순환과정을 거치면서, 오염물질은 산화제에 의해 대부분 미네랄화된다.

위와 같은 오염 토양 정화장치를 이용하여 오염된 토양을 정화하는 방법을 살펴보면, 우선 전원(4)으로부터의 전력이 상기 산화제 주입용 전극(2)과 추출용 전극(3)을 통해 토양(1)에 공급된다. 전력이 공급되면 상기 전극(2,3)을 통하여 토양(1) 내부로 전류가 흘러 토양(1)이 가열된다. 이와 동시에 상기 산화제 주입용 전극(2)을 통해 토양(1) 내로 산화제가 주입되어, 오염물질을 미네랄화시킴으로써 토양(1) 내에서 처리한다. 산화제가 용액상태로 이온화되어 존재하는 경우에는, 지속적인 토양(1) 가열에 따른 전기전도도 저하를 방지함에 따라, 토양(1) 내에 잔류하던 오염 물질이 휘발되어 토양(1) 내 수분의 기화로 형성된 수증기에 섞여 존재하게 되거나 미네랄화되고, 추출용 전극(3)을 통해 회수되어 지표 밖으로 배출된다.

산화제공급장치(9)에 저장된 고상의 산화제를 산화제 용액저류조(6)로 투여하면, 산화제 용액저류조(6)내에서 산기관(8)에 의해 산화제를 용해시켜 산화제 용액을 제조한 후, 산화제 용액이송펌프(7)를 통해 산화제 주입용 전극(2)에 공급한다. 산화제 주입용 전극(2)을 통해 토양(1)에 산화제와 전력을 공급하면, 용액상태로 이온화된 산화제에 의하여 토양(1)의 전기전도도가 커져, 토양(1)의 가열 효 율이 높아지고 오염물질이 휘발되어 추출 가능한 형태로 존재하게 되거나, 산화제와 토양(1) 내 오염물질이 반응하여 오염물질이 미네랄화된다.

위와 같이, 산화제에 의하여 토양(1) 내에서 오염물질이 미네랄화되므로, 오염물질을 지상으로 추출하여 2차 처리할 필요가 없으며, 휘발 상태로 존재하는 오염물질은 추출펌프(11)로 압력을 가하여, 추출용 전극(3)을 통하여 지상으로 추출한다. 상기 추출용 전극(3)에 연결되어 배출되는 토양증기와 지하수를 분리하는 기액분리기(10)를 거쳐, 토양증기는 증기상 오염물질을 흡착하여 대기로 방출되는 것을 방지하는 활성탄 흡착탑(12)으로 이동되며, 다시 산화제 용액저류조(6) 안에 설치된 산기관(8)을 통하여 산화제의 용해 과정에 재활용된다. 기액분리기(10)를 거친 지하수는 유수분리기(5)로 이동되어 오염물질을 분리한 후, 산화제 용액저류조(6)에 저장되어 산화제 공급장치(9)에서 공급받는 산화제를 용해시키는 용매로 사용되고, 산화제 용액이송펌프(7)에 의하여 산화제 주입용 전극(2)에 공급된다.

위와 같은 오염 토양 정화장치 및 이를 이용한 오염 토양 정화방법에 있어서, 산화제 주입용 전극(2)을 통하여 주입되는 산화제가 용액 상태에서 이온으로 존재하는 경우, 토양(1)의 전기전도도를 높여 가열효율을 높이게 되므로 단순 가열 및 추출에 의한 경우보다 정화기간을 단축할 수 있고, 산화제의 사용량을 감소시킬 수 있기 때문에 과황산나트륨(Na₂S₂O₈)과 같이 이온성이면서 고온의 환경에서도 토양 미네랄을 촉매로 하여 오염물질에 대한 산화력이 증가하는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 산화제 용액의 주입으로 전극(2,3)과 토양(1)의 접촉면에 수분 이 공급되므로, 장시간 가열에 따른 전극(2,3)과 토양(1) 간 접촉면의 건조로 인해 가열 효율이 낮아지는 현상을 방지할 수 있다.

도 4에는 토양 오염의 정화를 위하여 본 발명에 따른 정화장치를 오염된 지역에 배치할 때의 배치예를 보여주는 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 상기한 본 발명에서는, 정화장치를 오염영역(A)에 설치할 경우, 각각의 전극(2,3)은 오염영역(A)을 포함할 수 있는 깊이와 간격으로 설치되며, 전극(2,3)의 간격은 오염정도, 토양(1)의 전기전도도와 같은 전기적 특성에 따라 조정할 수 있는데, 오염정도가 심할수록, 전기전도도가 낮을수록, 전극(2,3) 간의 간격을 좁혀야 한다.

도 4에서, 흰 색 원으로 표시된 것은 산화제 주입용 전극(2)을 나타내고 검은 색 원으로 표시된 것은 추출용 전극(3)을 나타낸다. 일반적으로 산화제 주입용 전극(2)의 주변으로 가열영향영역(B)이 존재하게 되는데, 토양 오염 지역(A)에 본 발명에 따른 정화장치를 배치함에 있어서, 산화제 주입용 전극(2)과 추출용 전극(3)은, 토양의 비균질성을 고려하고 비가열지역의 최소화를 위하여 상기 가열영향영역(B)의 반경이 20% 이상 서로 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다. 국부적인 고농도 오염지역에서는 상기 가열영향영역(B)의 중첩 정도를 더 크게 하는 것이 바람직하며, 상기 가열영향영역(B)의 반경은 오염 토양(1)의 전기 전도도에 의하여 계산될 수 있다.

상기한 본 발명에서는, 전압이 인가된 전극(2,3)간의 전위차를 이용하는 것뿐만 아니라, 전극(2,3)과 토양(1) 사이의 전위차를 이용하여 토양(1)을 가열시키는 것도 가능하므로, 전극(2,3)에 인가되는 전압의 상을 고려하지 않고 자유롭게 배치할 수 있다. 다만, 추출용 전극(3)의 방향으로 주입된 산화제 용액과 저감된 오염물질이 이동할 수 있도록 전극(2,3)을 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 이온화된 산화제 용액 주입에 따라 토양(1)의 전기전도도가 높아지므로 기본적인 전기저항가열법에 비하여 가열 효율이 증가하여, 전극(2,3) 사이의 간격을 증가시킬 수 있고, 전극(2,3)의 설치 개수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 정화장치 및 정화방법에 의하면, 토양에 산화제 용액을 주입함으로써, 토양과 전극간의 접촉면에 수분을 공급하여, 토양의 전기전도도를 유지하며, 과황산나트륨과 같이 주입되는 용액 내에서 산화제가 이온 상태로 존재하는 경우, 토양의 전기전도도를 높여주므로, 토양의 가열 효율을 높여주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서와 같이 산화제를 이용하여 오염물질을 미네랄화시키게 되면, 오염물질을 지상으로 추출하여 2차 처리할 필요가 없는 장점이 있다.

또한, 추출된 토양증기와 지하수는 산화제와 오염물질의 반응으로 오염도가 저감된 상태이므로 이를 산화제 용액의 제조 시 재활용하여 토양 내에 주입함에 따라, 산화제 용액 제조를 위한 용수사용량과 산화제 용해 시의 교반에 필요한 에너지 비용을 감소할 수 있다.

이외에도, 추출된 토양증기를 이용하여 산화제의 교반을 수행함으로써 용액 내의 산소 농도가 증가되므로, 토양 내 미생물의 생물학적 분해 능력을 상승시켜, 오염물질 처리효율을 향상시킬 수 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 (7)

1. 토양(10) 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양(1)에 전기를 공급하여 토양(1) 자체가 발열함으로써 오염물질을 휘발시킴과 동시에 토양(1)내 오염물질을 미네랄화시키기 위하여 산화제를 주입하는 산화제 주입용 전극(2)과;

   토양(1) 내에서 미네랄화되거나 휘발되어 이동하는 오염물질과 토양증기 및 지하수를 회수하기 위한 추출용 전극(3)과;

   상기 산화제 주입용 전극(2)과 추출용 전극(3)에 전기를 공급하기 위한 전원(4)을 포함하며,

   산화제 주입 및 전기저항 가열에 의해 미네랄화되거나 휘발된 오염물질과 토양증기 및 지하수를 상기 추출용 전극(3)을 통해 추출하여,

   산화제 용액 제조 시 산화제 용액의 용매로 사용하거나, 산화제 용액 제조 시 교반작용을 하도록 재사용하여 산화제 주입용 전극(2)을 통해 토양(1)에 주입함으로써, 토양(1)을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 추출용 전극(3)으로부터 추출된 토양 증기와 지하수를 분리하는 기액분리기(10)와,

   상기 산화제 주입용 전극(2)에 산화제를 공급하기 위해 산화제를 저장하는 산화제 용액저류조(6)와,

   상기 산화제 용액저류조(6) 내에 설치되어 있으며, 산화제를 용해시키기 위하여 상기 기액분리기(10)를 거쳐 분리된 토양증기를 산화제 용액저류조(6) 내에 기포 형태로 분산시켜 공급하는 산기관(8)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 추출용 전극(3)으로부터 추출된 토양 증기와 지하수를 분리하는 기액분리기(10)와,

   상기 기액분리기(10)로부터 이동된 지하수에서 오염 물질을 분리하는 유수분리기(5)와,

   상기 기액분리기(10)를 거쳐 분리된 지하수를 산화제 용액 제조를 위한 용수로 사용되도록 유수분리기(5)로 이동시킨 후, 산화제 용액저류조(6)에 공급하는 공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 추출용 전극(3)이 상기 산화제 주입용 전극(2)보다 아래에 매설되어, 추출용 전극(3)으로 산화제가 하향 이동함에 따라 오염영역 전체에서 산화반응이 일어날 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장지.
6. 제1항에 있어서,

   상기 산화제 주입용 전극(2)을 통해 토양(1)에 주입되는 산화제는 이온화가 용이하고 가열에 따라 산화력이 증가하는 물질인 과황산나트륨인 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화장지.
7. 토양(10) 내의 오염 깊이까지 설치되어 오염된 토양(1)에 전기를 공급함으로써 토양(1) 자체가 발열하여 오염물질을 휘발시킴과 동시에 토양(1) 내 오염물질을 미네랄화시키기 위하여 산화제를 주입하는 산화제 주입용 전극(2)과; 토양(1) 내에서 미네랄화되거나 휘발되어 이동하는 오염물질과 토양증기 및 지하수를 회수하기 위한 추출용 전극(3)과; 상기 전극(2,3)에 전기를 공급하기 위한 전원(4)과; 상기 추출용 전극(3)으로부터 추출된 토양증기와 지하수를 분리하는 기액분리기(10)와; 상기 산화제 주입용 전극(2)에 산화제를 공급하기 위해 산화제를 저장하는 산화제 용액저류조(6)와; 상기 산화제 용액저류조(6) 내에 설치된 산기관(8)과; 오염물질로부터 지하수를 분리하는 유수분리기(5)를 포함하여 구성되어,

   전기 공급에 의한 토양(1) 자체의 발열 및 산화제 주입을 통하여 미네랄화 되거나 휘발된 오염물질과 토양증기 및 지하수를 상기 추출용 전극(3)을 통하여 회수·배출하는 오염 토양 정화장치를 이용한 오염 토양 정화방법으로서,

   상기 산화제 주입용 전극(2)을 토양(1) 내 오염지역에 설치하여 상기 산화제 주입용 전극(2)을 통하여 토양(1)에 전기를 공급하여 가열함과 동시에 토양(1) 내에 산화제를 주입하는 단계; 및

   전기 공급에 의한 토양(1) 자체의 발열 및 산화제 주입을 통하여 미네랄화 되거나 휘발된 오염물질과 토양증기 및 지하수를 상기 추출용 전극(3)을 통하여 회수하여 배출하는 단계; 및

   상기 추출용 전극(3)을 통하여 회수된 토양증기와 지하수 중에서 기액분리기(10)를 거쳐 분리된 토양증기를 산기관(8)을 통하여 산화제 용액저류조(6) 내에 기포 형태로 분산시키는 단계; 및

   상기 추출용 전극(3)을 통하여 회수된 토양증기와 지하수 중에서 기액분리기(10)를 거쳐 분리된 지하수를 유수분리기(5)를 통하여 산화제 용액저류조(6)에 공급하는 단계를 포함함으로써, 토양(1)을 정화시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화방법.

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