KR100905522B1

KR100905522B1 - 유류나 중금속에 오염된 토양, 토사석의 복원방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100905522B1
Application number: KR1020090017243A
Authority: KR
Inventors: 유선주
Original assignee: 금광개발 주식회사
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2009-07-01

Abstract

본원은 군부대나 유류저장소가 있는 지역의 유류오염 지역 토양이나 또는 폐광지역의 오염된 토사석, 하수도나 유수지의 준설토 등에서 중금속으로 오염된 상태로 배출되는 진흙이나 토사석으로부터 유류나 중금속을 탈리시켜 양질의 토양으로 회복시키기 위한 복원방법 및 그 처리장치에 관한 것이다.

본원은 유류나 중금속에 오염된 토양이나 토사석의 복원방법으로, 오염지역의 토양이나 토사석의 복원대상물을 수거하여 계량기능을 갖는 호퍼저장조에 담고 계량된 양의 복원대상물을 이송콘베이어에 의해 오염물가온조로 이송시키는 제1단계; 오염물가온조는 유입되는 복원대상물과 물을 주입하고 이들을 가온시키기 위해 전기 히팅코일이 스팀코일이나 적외선가열장치나 탄소코팅 중에서 선택되는 가열수단이 마련되어 복원대상물을 가온시켜 점도를 낮춰주면서 양립하는 2개의 교반축 및 교반날개를 갖는 회전식 믹서기로 교반시켜 준 후 오염물탈리조로 이송시켜주는 제2단계; 오염물탈리조는 상부로 저비중 부유물을 배출하기 위한 월류판을 갖고, 중앙으로는 양립하는 2개의 교반축 및 교반날개를 갖고 복원대상물에 회전충격을 주며 고압공기로 에어를 버블링을 시키며 복원대상물로부터 오염원을 분리시켜서 유류나 부유물은 월류판으로 배출시키고 나머지 중금속을 포함한 잔유물은 스크린이나 분급기로 이송시키는 제3단계; 스크린이나 분급기에서는 유류나 중금속 등의 오염물을 탈리시켜 복원된 양질의 토양을 얻어서 배출시키고, 공정 중에서 발생되는 세척수는 집수조로 이송되어 폐수처리조로 보내지는 제4단계; 를 포함하여 이루 어지는 오염토양의 복원방법에 대한 기술사상이 개시된다.

호퍼저장조, 오염물가온조, 오염물탈리조,스크린, 분급기, 고유투수계수

Description

유류나 중금속에 오염된 토양, 토사석의 복원방법 및 그 장치{A restoration method and apparatus of soil polluted by oil and heavy metal}

본원은 유류나 중금속에 오염된 토양(토사석)의 복원방법 및 그 장치에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본원은 군부대나 유류저장소가 있는 지역의 유류 오염지역 토양이나 또는 폐광지역의 오염된 토사석이나 하수도 나 유수지의 준설토 등에서 유류나 중금속으로 오염된 상태로 배출되는 점토질이나 실트층의 토사석으로부터 중금속을 탈리시켜 양질의 토양으로 회복시키기 위한 복원방법 및 그 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 토양은 그 조성이 복잡하여 유해물질에 대한 반응도 다양하게 나타나며 유해물질의 배출상황과 연계하여 배출시설을 개선하여도 오염상태가 장기간 지속되며 대기오염과 수질오염은 자연현상에 의해 치유 가능하지만 토양은 일단 오염되면 정화하지 않고는 반영구적으로 오염이 지속되게 되며 토양오염은 땅에 오염물질이 축적되는데 끝나지 않고 농작물, 동물로 이행되어 축적되거나 지하수, 지표수의 오염, 오염토양의 비산에 의해 인체건강에 나쁜 영향을 주는 등 파급효과 또한 크다고 할 수 있다.

오염토양 및 지하수 오염물질들 중 특히 염소계유기화합물 (Chlorinated hydrocarbon compounds)은 자연환경 내에서 자연 정화되기 어려우며 잔류성이 높아 심각한 환경문제를 유발한다.

오염토양의 실태를 예로 들면, 용산이나 파주의 미군기지가 평택기지로 본거지를 이전하면서 종래 군부대가 있던 지역의 유류저장소 부근의 인근 토지가 크게 오염되어 있는 상황이 매스컴에 보도되면서 그 처리비용을 한국 측에서 부담하는냐 미국 측에서 부담하느냐 하는 논쟁이 이루어지고 있는 상황이다.

본원은 상기와 같은 군부대나 유류저장소 부근의 유류오염 지역 또는 폐광지역의 오염된 토사석, 하수구나 유수지나 준설토 등에서 중금속으로 오염된 상태로 배출되는 점토질이나 실트층을 포함한 토사석을 회복시키기 위한 복원방법 및 그 처리장치에 관한 것이다.

그동안 오염토양을 정화시키기 위해 개시된 선행기술들을 살펴보면, 오염토양 정화방법은 크게 물리화학적처리방법 및 생물학적처리방법으로 대별되고, 물리화학적처리법은 다시 토양증기추출법과 토양세척법, 열탈착법 등으로 분류되어 소개되고 있는바, 토양증기추출법은 지하수의 상부 불포화 대수층 위에 가스추출정을 설치하여 토양을 진공상태로 만들어 휘발성, 준휘발성, 유기화합물을 제거하는 지중처리기술이나 증기압이 낮은 오염물질에는 제거효율이 낮은 문제점, 토양층이 치밀하여 기체흐름이 어려운 곳에서는 사용이 곤란하며, 추출된 기체는 대기오염방지를 위해 후 처리가 필요한 단점을 갖는다.

또한 토양세척법은 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합되어 있는 유해한 오염물질의 표면장력을 약회시키거나 중금속을 액상으로 변화시켜 토양입자로부터 유해한 유기오염물질 및 중금속을 분리시키는 기술이나 계면활성제 등의 화학약품을 사용하게 됨으로 복원비용이 증가하게 되고, 일정입도 이내(5mm미만)만 복원이 가능하고 큰입자는 세척이 불가하며, 계면활성제 및 화학약품 사용으로 2차 오염우려를 갖는 단점이 있다.

또한 열탈착법은 토양을 일정온도로 가열하여 토양에 흡착된 오염물질을 휘발 및 탈착시키는 기술로 고온 또는 저온에서 휘발성 및 준휘발성 유기물질을 기화하여 탈리시켜 정화하는 기술이나 수분함량이 높거나 점토 및 휴믹산 등을 함유한토양의 경우 반응시간이 길어지고 처리비용이 증가하며 다른 정화기술에 비해 높은 에너지 비용이 소요되는 문제점을 갖는다.

또한 생물학적처리법은 토양경작법, 생물학적통풍법, 자연저감법 등이 소개되고 있는바, 토양경작법은 오염토양을 굴착하여 이동한 후 별도의 처리장에 깔아놓고 정기적으로 뒤집어 줌으로서 공기를 공급하여 미생물에 의해 호기성 생분해조건을 제공해줌으로 유기오염물질을 제거하는 생물학적 정화기술이고, 생물학적통풍법은 불포화대에 존재하는 생분해성 유기오염물질을 토착미생물을 활용하여 제거하는 기술이며, 자연저감법은 토양 및 지하수 내에서 자연적으로 발생하는 물리, 화학, 생물학적 과정들에 의해 오염물질들의 부하, 유량 또는 독성이 감소되는 다양한 과정들의 단일 또는 복합적인 효과를 이용하는 기술이다.

그러나 상기 생물학적처리법은 정화목적을 달성하기 위해 장기간이 소용되고 장기간의 관측과 제어가 필요하고 정보가 부족하면 실패하기 쉬운 문제점을 갖고 실패하는 경우에는 더욱 큰 추가비용이 발생할 수 있다.

출원인이 오염토양을 정화시키기 위해 선출원된 기술로서 등록특허 제59922호, 제624444호, 제755910호, 제870909호 등의 선행기술에서는 오염토양의 세척방법 및 분리방법 등이 개시되어 있는바, 상기 특허는 주변지역이 유류오염 및 중금속으로 오염되었거나, 또는 하수구나 유수지나 준설토 등에서 중금속으로 오염된 상태로 배출되는 진흙이나 토사나 자갈층을 세척하여 양질의 토사로 복원시키기 위한 기술이 개시되어 있으나 본원의 특징부를 포함하고 있지 않은 기술이다.

본원은 상기의 오염토양 정화방법 중 물리화학적처리법에 해당하며 그 중에서도 토양세척법에 해당하나 종래의 토양세척법에서는 계면활성제 등의 화학약품인 세척제가 사용되는 방식이었으나, 본원에서 제공되는 토양세척법은 화학약품을 사용하지 않고 군부대나 폐광지역이나, 준설토 등에서 유류나 중금속으로 오염된 상태로 배출되는 오염토양을 양질의 토양으로 복원시키기 위한 환경친화적 복원방법을 제공하고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.

본원은 복원대상물을 회복시키기 위한 수단으로 복원대상물을 한 장소에 모아주고 그 모인 복원대상물의 이송과정 중 오염물가온조를 이용하여 복원대상물의 온도를 가온시키기 위해 전기 히팅코일이 스팀코일이나 적외선가열장치나 탄소코팅 중에서 선택되는 가열수단이 마련되어 복원대상물을 가온시켜 점도를 낮춰준 후 오염물탈리조로 보내주고, 오염물탈리조에서는 회전충격 및 에어를 버블링시키거나 온수나 수증기를 분사시켜 오염토사석의 복원대상물로부터 유류나 중금속 오염원의 탈리효율을 높이는 복원방법을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술구성은, 오염지역의 토양이나 토사석의 복원대상물을 수거하여 계량기능을 갖는 호퍼저장조에 담고 계량된 양의 복원대상물을 이송콘베이어에 의해 오염물가온조로 이송시키는 제1단계; 오염물가온조는 유입되 는 복원대상물과 물을 주입하고 이들을 가온시키기 위해 전기 히팅코일이 스팀코일이나 적외선가열장치나 탄소코팅 중에서 선택되는 가열수단이 마련되어 복원대상물을 가온시켜 점도를 낮춰주면서 양립하는 2개의 교반축 및 폐달식 날개를 갖는 교반식 믹서기로 교반시켜 주는 등의 수단으로 오염물 탈리조건을 만족시켜 준 후 오염물탈리조로 이송시켜주는 제2단계; 오염물탈리조는 상부로 저비중 부유물을 배출하기 위한 월류판을 갖고, 중앙으로는 양립하는 2개의 교반축 및 교반날개를 갖고 복원대상물에 회전충격을 주며 고압공기로 에어를 버블링을 시키거나 스팀이나 온수를 공급해주는 수단으로 복원대상물로부터 오염원을 분리시켜서 유류나 부유물은 월류판으로 배출시키고 나머지 중금속을 포함한 잔유물은 스크린이나 분급기로 이송시키는 제3단계; 스크린이나 분급기에서는 유류나 중금속 오염물로부터 복원된 양질의 토양을 얻어서 배출시키고, 공정중에서 발생되는 세척수는 집수조로 이송되어 폐수처리조로 보내지는 제4단계; 를 포함하여 이루어지는 오염토양의 복원방법에 의해 구체화되고 본원의 목적을 달성할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

일반적으로 군부대가 있던 지역이나 송유배관이 지나는 지역의 인근 토지를 오염시키는 유류는 경유나 방커C유 계통의 연료유인바 이들 중 점도가 낮은 것은 온도에 관계없이 유동성이 좋으며 대기 중에 방출되는 경우 빠른시간 내에 휘발하는 특성을 가지나 정제되지 않은 원유나 중질유는 점도가 높아 쉽게 휘발되지 않고 흙이나 모래, 자갈 등의 토사석에 부착되어 굳어버리는 특성을 갖는다.

현재 군부대 등으로부터 유출되는 기름은 대부분 연료계통의 중질유이고 또한 서해안 유조선 사고에서 방출된 기름은 정제되지 않은 원유성분으로 이들 기름 은 온도가 저하되면 점도가 높아져 유동성이 없어지고 부착된 기름이 탈리되지 않는 특성을 갖게 되므로 이를 탈리시키고자 하는 경우에는 처리대상물의 온도를 높여줘서 점도를 낮춰주는 공정이 필요하게 된다.

또한 유류나 중금속에 오염된 토양을 복원시키기 위해 오염지역의 토양이나 토사석의 복원대상물을 수거하여 호퍼저장조에 담을 때 복원대상물 토질의 고유투수계수가 10^-8 이상으로 조절된 후 복원공정이 실시되어야 오염물 탈리효과를 얻을 수 있는바, 복원대상물이 점토인 경우 그 고유투수계수는 10^-14~ 10^-16범위이고, 실트인 경우 그 고유투수계수는 10^-10~ 10^-14범위를 갖는바, 그 토질층을 복원하고자 하는 경우 본래의 점토나 실트 토립자 상태에서는 투수계수가 낮아서 점토나 실트 속으로 수분이나 공기가 침투하지 못하여 이를 가온시키거나 오염물을 탈리시키는 공정이 원활히 수행되지 않으므로 상대적으로 투수계수가 큰 모래(고유투수계수 : 10^-6~ 10^-8)나 자갈(고유투수계수 : 10^-2~ 10^-6범위) 등과 혼합하여 투수계수(intrinsic permeability)를 10^-8 이상으로 조절하여 본원의 기술을 적용하는 경우 복원의 효율성을 높이고자 하는 기술사상을 갖는다.

또한 본원의 상기 제2단계의 오염물가온조나 제3단계의 오염물탈리조에는 복원대상물의 성상(점토층, 실트층, 함수율, 투수계수 등)과 오염원(경유, 윤활유, 중질유, 중금속)의 특성에 따라 본원의 목적을 달성하기 위해 스팀증기나 온수나 고압공기가 공급되어 교반을 용이하게 하며 복원대상물의 점도나 투수계수를 조절 하게 되며 가온조나 탈리조의 측부나 저부로 공기나 온수나 스팀을 공급받기 위한 배관을 갖고 복원대상물에 공기나 온수나 스팀을 공급하여 교반효율 및 오염물 탈리효율을 높이고자 하는 기술사상을 갖는다.

또한 본원의 제2단계의 오염물가온조나 제3단계의 오염물탈리조는 가열공정 중 오염된 복원대상물 중에 포함되어 있는 휘발성유기화합물(VOCS)이나 유해가스가 발생할 수 있으므로 오염물가온조나 오염물탈리조에는 배기덕트를 마련하고 배기덕트가 대기집진설비로 연결되어 유독가스나 냄새를 배출시키도록 제공되는 것이 바람직하다.

또한 본원의 제4단계에서 이용되는 스크린이나 분급기에서는 유류나 중금속 오염물로부터 복원된 양질의 토양을 얻어서 배출시키기 위하여 스크린이나 분급기 상부에서 세척수 분사수단이 마련되어 복원토양이 부착될 수 있는 중금속분을 떨어내도록 세척이 실시되며, 본원의 세척공정 수행과정에서 생성된 오염수는 집수조나 침전조로 이송되고 응집제를 가하여 미세토양분 및 부유물속에 용해된 중금속분을 침전,응집시켜 탈수처리한 후 케이크화하여 처리하게 된다.

이하, 더욱 구체적인 발명의 실시양태는 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'란의 기재에서 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본원이 발명이 갖는 효과는 점토질이나 실트층 토양은 자갈 등을 혼합하여 투수계수(intrinsic permeability)를 조절하여 정화공정을 수행하여 정화효율을 높 이는 효과를 갖는다.

본원은 화학약품인 세척제를 사용하지 않음으로 2차적 오염원을 발생시키지 않는 효과를 갖는다.

본원은 양립하는 2개의 교반축 및 교반날개를 갖는 교반식 믹서기로 교반시켜 주는 오염물가온조를 이용하여 토질의 성상(점토층, 실트층, 함수율, 투수계수 등)과 오염원(경유, 윤활유, 중질유, 중금속)의 특성에 따라 적정점도를 찾아서 죽형태로 교반을 실시하여주므로 입도가 큰 골재도 세척시켜줄 수 있고 세척효율도높이는 효과를 갖는다.

본원의 오염물저장고, 오염물가온조, 오염물탈리조, 탈수스크린까지는 물사용과 함께 수직 직하구조를 이루도록 제공되어 별도의 이송라인이 필요없는 구조로 제공되어 작업장부지를 절약할 수 있는 효과를 갖는다.

상기와 같은 효과는 유류나 중금속에 오염된 지역의 오염토양을 정화하거나, 서해안 앞바다에서 유조선 사고 현장 같은 곳에 유용한 복원시설로 적용될 수 있는 기술을 제공하는 효과를 갖는다.

본원의 기술은 서해안 유조선 사고 현장의 백사장의 작은 입자의 모래에 스며든 기름성분, 작은 자갈 틈 사이, 갈라진 돌 틈 사이에 끼어있는 기름성분을 화학약품을 사용하지 않고 물리적 수단에 의해 복원대상토양 중의 유류나 중금속을 탈리시켜 제거할 수 있는 대안을 제시하는 효과를 갖는다.

이하 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 구현 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하고자 하는바, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 발명의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 또한 본원 도면에 제시되는 실시양태는 본원의 목적을 달성하기 위한 하나의 적용예에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

도 1에서는 본원의 기술사상이 구현되는 처리시스템의 일 실시예를 나타내고자 본원 처리시스템의 단계공정도를 측면도 형식으로로 도시한 것이다.

도 1을 참조하여 본원의 기술사상이 구체화되는 실시양태를 설명하여 보면, 유류나 중금속에 오염된 복원대상물(1)을 포크레인 등을 이용하여 복원대상물을 수거하여 호퍼저장조1, 2(10-1, 10-2)담고 호퍼저장조하부에는 유출량을 조절하는 계량부(10a)를 갖고 예를들어 처리용량을 5톤/batch로 정하는 경우 처리용량에 적합한 계량된 복원대상물을 이송콘베이어1(11) 및 이송콘베이어2(12)를 이용하여 스크린조(20)로 보내지며 스크린조(20)에서는 일정입도 이상의 골재분은 이송콘베이어4(22)을 이용하여 별도의 토사석저장고나 또는 파쇄기(23)로 보내서 일정입도로 파쇄된 후 다시 스크린조(20)로 이송되는 시스템을 가질 수 있고, 스크린을 통과한 일정입도 미만의 복원대상물(1)은 이송콘베이어3(21)을 통하여 오염토양저장고(30)로 보내진다.

상기의 설명에서 스크린조(20)는 본원에서 필수구성요소는 아니며, 굵은입자를 포함하지 않은 일정입도의 토양으로 제공되는 복원대상물(1)을 처리하는 공정에서는 스크린조(20)를 생략하고 호퍼저장조(10)에서 계측된 양을 오염토양저장고(30)로 직접 이송할 수 있으며, 호퍼저장조1,2(10-1, 10-2)에서의 계량부(10a) 기능은 복원대상물 토질의 투수계수(intrinsic permeability)가 10^-8 이상을 갖는 경우에는 문제될 것이 없으나, 예를들어 고유투수계수가 10^-14인 점토층이나 고유투수계수가 10^-10범위인 실트층이 호퍼저장조1(10-1)에 담겨지고 이를 세정해야 되는 경우에는 호퍼저장조2(10-2)에 상대적으로 투수계수가 큰 모래(고유투수계수 : 10^-6)나 자갈(고유투수계수 : 10^-2) 등과 혼합하여 본원의 처리공정에 투입되는 처리대상 토질의 투수계수(intrinsic permeability)가 10^-8 이상으로 조절 및 계량하여 이송콘베이어로 이송시켜야만 오염물 탈리효율을 높일 수 있으므로, 본원에서는 처리대상 토질의 특성을 파악하여 점토질이나 실트층의 오염토양을 처리해야할 상황에서는 사전에 세척공정 수행이 가능하도록 모래나 자갈을 섞어줘서 투수계수가 10^-8 이상으로 조절되도록 하는 전처리 배합공정을 도입하는 것이 바람직하다.

계량된 양으로 오염토양저장고(30)에 보관된 복원대상물(1)은 물탱크(31)의 물과 함께 오염물가온조(40)에 투입되어 가온된 후 오염물탈리조(50)로 보내지는바, 본원에서 사용되는 오염토양저장고(30), 오염물가온조(40), 오염물탈리조(50) 는 예를들어 복원대상물의 1회 처리량을 5톤 범위로 설계하는 경우, 뱃치(Batch)타입으로 5톤의 처리용량을 소화할 수 있는 크기로 제작되고 오염토양저장고(30), 오염물가온조(40), 오염물탈리조(50) 및 스크린조(60)까지 수직구조로 제공되어, 오염물가온조(40)가 비면 오염토양저장고(30)의 내용물이 낙하 투입되고, 오염물탈리조(50)가 비면 오염물가온조(40) 내용물이 낙하 투입되는 형식으로 수직투하 구조를 이루어서 별도의 이송장치나 콘베이어 설치 없이 뱃치식으로 이송 및 운전되는 시스템이 바람직할 수 있다.

또한 오염물가온조(40)나 오염물탈리조(50)에서는 가능한 한 가온된 상태에서 오염물의 탈리효율을 높이기 위해 고온에서 운전되는 것이 좋으므로, 물탱크(31) 내부에는 가열히터가 내장되어 더운 물을 공급하도록 제공되고 또한 오염물가온조(40)나 오염물탈리조(50)에 공급하는 급수량을 계량 및 조절하기 위한 유량계측장치(31a)가 설치되는 것이 바람직하다.

본원의 오염물가온조(40)는 오염토양저장고(30)에서 투입되는 오염토양과 물을 약 1 : 0.5 비율로 넣고 교반 및 혼합을 하며 가온시키되, 처리대상물의 특성에 따른 온도범위로 높여서 오염물의 탈리조건을 충족시켜 오염물탈리조(50)로 보내게 되는바, 본원의 도 2에 참고자료로 제시된 연료유의 온도와 점도의 상관도표를 참조하여 오염물가온조(40)의 가온조건을 살펴 설명하여 보면, 예를들어 유류오염원을 선박용 기관에서 일반적으로 사용되는 저질유중 MF 30 급 사용 연료유로 오염된 토양을 상정하여 탈리조건을 찾고자 할 때, 벙커C유인 MF30과 해양용 디젤유 MDO(marine diesel oil)와과 온도에 따른 성상(specification)변화값은 표 1과 같 다.

[표 1]

선박의 해양용 디젤유 MDO(marine diesel oil)와 MF(marine fuel) 30의 비교성상표

항목	시험방법	한계치	MDO	Bunker MF30
비중.15℃	ASTM D-1298	max	0.90	0.96
동점도 20℃	ASTM D-445	max	14.0	100
동점도 50℃	ASTM D-445	max	6.0	20
동점도 75℃	ASTM D-445	max	3.5	14.0
수분, v%	ASTM D-95	max	-	0.5
유황분,wt%	ASTM D-129	max	1.5	3.5
잔류탄소분 wt%	ASTM D-189	max	0.3	10

도 2 도표를 이용하여 학인하는 경우 중앙부의 검은 부분에서 확인할 수 있듯이 동점도가 15 이하인 경우에 점성을 잃고 유동성을 갖게되는 기준을 감안할 때, MF(marine fuel) 30은 50℃에서는 동점도 30으로 응고되어 있는 상태이므로 세척이 부적합한 상황이나 MDO(marine diesel oil)은 이미 상온 20℃에서 동점도가 15 이하로 유동성을 갖고 있어서 상온에서 휘발하거나 세척될 수 있음을 나타내고 있고, MF(marine fuel) 30을 효과적으로 세척해내기 위해서는 75℃ 범위 온도 이상을 유지해야 동점도 15 이하의 조건을 충족시키며 세척효율을 높일 수 있음을 나타내고 있다.

따라서 본원에서 제공되는 오염물가온조(40)는 오염토양저장고(30)에서 투입되는 오염토양과 물을 약 1 : 0.5 비율로 넣고 교반 및 혼합을 하며 가온시키되, 처리대상물의 오염원 특성에 따른 온도범위로 높여서 오염물의 탈리조건을 충족시켜 준 후 오염물탈리조(50)로 보내주고자 하는 기술사상을 갖는다.

상기 오염물가온조(40)에서 전처리되어 오염물탈리조(50)로 유입된 양의 10~30% 범위의 온수가 추가되어 복원대상물에 회전충격을 주며 오염물을 탈리시키게 되는바, 오염물탈리조(50)의 일측 상부로는 오염토양에서 분리된 유분이나 기타 저비중 부유물을 배출하기 위한 월류판(over flow plate)을 갖고, 중앙으로는 양립하는 2개의 교반축 및 교반축에는 다수개의 교반날개를 갖고 복원대상물에 회전충격을 주도록 제공되며, 오염물탈리조(50)의 측부나 저부에는 스팀이나 온수나 에어를 공급받기 위한 배관을 갖고 복원대상물의 교반과정에 스팀, 온수, 에어공급 밸브를 열어서 온도를 높여주거나 에어를 버블링 시키는 수단으로 교반효과를 높여주면서 복원대상물에 붙은 유류나 중금속의 탈리효과를 높이는 것이 바람직하다.

출원인은 본원의 주요구성으로 오염물가온조(40)와 오염물탈리조(50)를 갖는 파이롯프랜트를 만들어 오염토양으로부터 유류 및 중금속의 탈리효과를 확인하고자 하였다.

토양 세척효과의 확인실험은 출원인의 선등록 특허인 제870909호 특허기술을 수행하기 위한 파이롯트프랜트에 본 발명의 두 단계 주요공정으로 오염물가온조 (40)와 오염탈리조(50)를 추가한 구성과의 유류 및 중금속의 감소량을 비교 측정하는 수단으로 실시하였다.

오염물가온조(40)는 중고제품인 플라스틱 압출성형기를 이용하여 압출기를 거친 토출구의 출구온도가 80~90℃범위로 유지되도록 변속기를 이용하여 천천히 배출시켜서 가온된 오염토양을 오염물탈리조에 넣도록 하고, 오염물탈리조는 2개의 교반축과 스팀 및 에어를 공급하는 배관을 갖는 교반장치를 만들어 이용하고자 하 였다.

오염토양의 샘플은 MF(marine fuel) 30 오일성분 10,000mg/kg과 납 10mg/kg으로 복합 오염토양을 마련하고 본 발명의 두 단계 주요공정으로 오염물가온조는 중고제품인 플라스틱 압출성형기를 이용하여 온수와 오염토양 5:5비율로 배합하여 압출기의 홉퍼부에 넣고 압출기 토출구의 출구온도가 80~90℃범위로 유지되도록 변속기를 이용하여 천천히 배출시키 가온된 죽상태의 오염토양을 얻고 다시 죽상태의오염원에 온수를 5 : 5 비율로 오염물탈리조에 넣도록 하고, 2개의 교반축과 스팀 및 에어를 공급하는 배관을 갖는 오염탈리조를 이용하여 처음 10분 간은 스팀을 주입하면서 교반하고, 10분 이후에는 에어를 주입하며 약 20분간 교반하고 배출된 복원토양의 유류 및 중금속의 감소량을 측정하고, 비교실시예로는 출원인의 선출원 기술인 특허 제870909호 특허의 조리질 세정공정 및 스크린 분류공정을 실시한 후 오염토양으로부터 유류 및 중금속의 감소량을 비교 측정하고자 하였다.

출원인의 선출원 기술인 특허 제870909호 특허 공정을 통하여 배출되는 최종 세척토양의 MF(marine fuel) 30 오일 농도는 1,930mg/kg, 납의 농도는 2.7mg/kg으로 분석되었으나, 본원의 오염물가온조와 오염탈리조를 추가한 구성을 적용하는 경우 배출되는 최종 세척토양의 MF(marine fuel) 30 오일 농도가 1,310mg/kg, 납의 농도는 1.6mg/kg으로 각각 87%와 84%의 높은 회복율을 나타냄을 확인하여 본 발명에 따른 오염토양 복원방법이 유류 화합물 뿐만 아니라 중금속 제거에도 효과가 뛰어나다는 것을 확인하여 완성된 발명이다.

도 3에서는 본원에서 적용가능한 오염물가온조(40) 구조의 일 실시양태를 나 타내고 있고, 도 4에서는 본원에서 적용가능한 오염물탈리조(50)를 나타낸 것이며, 도 5에서는 본원에서 적용가능한 살수스크린조(60)를 나타낸 것이며, 도 6에서는 본원에서 적용가능한 분급기(70)를 나타낸 것이다.

도 3a는 본원에서 적용가능한 오염물가온조(40)의 사시도를 나타낸 것이고, 도 3b는 상기 오염물가온조(40)의 측면 내부투시도를 나타낸 것으로, 그 구성을 살펴보면, 오염물가온조(40) 몸체(41)는 모터(M) 및 감속기(47)에 의해 제어되며 회전하는 회전축(42) 및 교반날개(43)에 의해 혼합되며 몸체(41)의 내부벽에는 히팅코일(44)이 내장되거나 및/또는 전도성 탄소박막층(45)이 코팅되어 가열되는 구조를 이루며, 몸체(41) 외부로 내화물(미도시)로 감싸지는 구성으로 제공되고, 몸체(41)의 저부로는 배출슈트(46)가 마련되어 복원대상물이 충분히 원하는 온도로 가온되면 배출밸브(48)을 열어서 오염물탈리조(50)로 보내는 구성으로 제공될 수 있으며, 가열수단은 실험실에서는 전기히팅코일이 편할 수 있고, 산업적 대규모 실시를 위해서는 스팀코일이나 오일코일을 이용하여 가열하거나 코일대신에 탄소코팅층 박막을 형성하여 가열하거나 더욱 가열효과를 높이기 위해서는 적외선가열장치가 추가되어 이들 중에서 선택되는 가열수단이 이용될 수 있을 것이다.

도면으로 설명하기는 곤란하나 본원에서 적용되는 오염물가온조(40)는 회전축(42) 교반날개[blade](43)의 패들각도를 조절하여 복원대상물이 도 3a의 화살표의 → 방향과 같이 오염물가온조(40) 내부를 회전하면서 히터가 있는 벽면으로 회전시킴으로 가열효과를 도모하도록 제공되는 것이 바람직하며, 또한 오염물가온조 몸체(41)상부에는 도 3b에서와 같이 캡 타입의 뚜껑부(49)를 갖고 뚜껑부(49)의 말 단(49a)은 후드연결부와 연결되어 오염물이 가온되면서 발생하는 유해가스나 냄새를 후드나 집진시설로 연결되어 배출하는 것이 바람직하다.

도 4에 제시되는 오염물탈리조(50)는 몸체(51) 내부에서 회전하는 2개의 교반축(52a, 52b)을 기지며, 2개의 교반축은 모터(M)와 감속기에 의해 회전되거나 또는 기어(G)와 맞물려 동일한 회전속도로 회전하도록 제공될 수 있고, 각 교반축에는 다수개의 지그재그형 교반날개(53)를 갖고 복원대상물에 격렬한 회전충격을 줘서 오염물을 탈리시키도록 제공되며, 오염물탈리조의 몸체(51) 측벽으로는 외부의 공기나 스팀을 공급받기 위한 배관(54)과 유입량 조절밸브(55)를 갖고 외부의 공기나 온수나 스팀이 공급되어 분리효율을 높이도록 제공되며, 상부 일측 외연으로는 저비중 오염물을 외부로 오버플로우 배출시키기 위한 월류판(56)과 배출라인(56a)을 가지며, 저부로는 복원대상물을 배출하기 위한 배출구(57)를 갖되, 배출구는 오염물가온조의 구성과 동일하거나 또는 스크린 상부로 소량씩 투하되는 구성으로 제공될 수 있으며, 오염물탈리조의 상부로는 표면으로 부유한 유류분, 저비중 부유물을 레일을 따라 움직이면서 월류판쪽으로 밀어주기 위한 급수배관(58)과 분사노즐(58a)을 포함하는 구성으로 제공될 수 있으며, 오염물탈리조 몸체(51) 상부에도 도 4b에서와 같이 캡 타입의 뚜껑부(59)를 갖고 뚜껑부(59)의 말단(59a)은 후드나 집진설비와 연결되어 오염물이 가온되면서 발생하는 유해가스나 악취물을 후드나 집진시설로 배출하게 된다.

도 5에 제시되는 살수스크린조(60)는 오염물탈리조(50)에서 복원대상물 중의 유류나 중금속 성분이 탈리된 복원대상물을 분리시키기 위한 구성으로 경사스크 린(61)으로 떨어지는 복원대상물을 세척해주기 위해 물공급배관(62) 및 살수노즐(63)으로 부터 세척수가 살수되어 세척된 후 배출슈트(64)를 거쳐 배출되도록 하며 다시 한번 수세시켜 만약에 잔존할 수 있는 중금속분을 하부저류조(66)로 보내고 깨끗히 세척된 일정입도 이상의 복원된 토사석(2)을 얻어서 이송콘베이어 5(65)를 통하여 복원토양저류조나 복원토양 복토현장으로 이송된다.

살수스크린조(60)의 경사스크린(61)을 통과하여 하부저류조(66)로 내려온 미립자분은 물과 함께 분급기(70)로 보내져서 다시 미립자분도 미세복원토양(3)으로 회수하게 된다.

도 6에 제시되는 분급기(70)는 살수스크린조(60)의 하부저류조(66)로부터 펌핑되어 이송되어오는 세정된 미세복원토양(3)을 싸이클론1(72)의 주입부(72a)로 받아서 경사스크린(71)상부로 보내서 일정입도 이상의 미세복원토양(3)을 분리시켜 별도의 이송콘베이어 6(77)에 의해 복원토양저류조나 또는 재활용 처분장소로 보내지게 되는바, 경사스크린(71) 상부에 남는 미세복원토양(3)외에 경사스크린(71)을 통과하여 하부로 낙하되어 오폐수저류조(73)로 내려온 물과 미립자분은 다시 펌프(P)에 의해 다시 싸이클론2(74)의 주입부(74a)로 펌핑되는 구성을 추가함으로 싸이클론1을 통하여 경사스크린(71)상부로 쌓인 미세복원토양(3) 상부로 + 더 작은 미립자토양(4)을 미세복원토양(3) 상부로 적층시켜 배출시키는 구성이 되어 점토나 실트층까지도 회수할 수 있는 구성으로 적용될 수 있다.

또한 최종적으로 이송콘베이어 6(77)에 의해 운반되기 전 다시한번 세정이 실시되어 만약에 잔존할 수 있는 중금속분을 세척수조에 보내도록 싸이클론 후반에 세척노즐(76)을 갖고 물세척을 한 후 복원토양저류조로 보내주고자 하는 기술사상을 포함하고 있다.

본원 기술사상이나 기술구성을 실시함에 있어 출원인의 선등록 특허 제59922호, 제624444호, 제755910호, 제870909호에 개시된 비빔세척기능이나, 행굼세정기능이나 조리질세정기능이 필요에 따라 추가될 수 있음은 물론이며, 또한 본원에서 구체적으로 언급되지 않은 부분은 출원인의 선등록 특허 제59922호, 제624444호, 제755910호, 제870909호에 이미 상세히 개시되어 있으므로 당업자가 본원의 기술을 실시하는데 의문점이 없으리라는 의견이다.

기타 본원 발명의 오염토양 처리공정의 수행과정에서 생성된 오,폐수나 유류는 유수분리조나 집수조나 침전조로 이송되어 오일성분은 별도 처리하게 되고, 침전조로 유입되는 오,폐수는 응집제를 가하여 미세토양분 및 부유물속에 용해된 중금속분을 침전,응집시켜 탈수처리한 후 케이크화하여 처리하게 되거나 또는 전문 위탁처리업자에게 위탁되어 처리하는 수단으로 본원의 공정이 적용되는 오염토양 처리시설에서는 유류나 중금속에 오염된 토양을 양질의 토양으로 복원하면서 별도의 오염원을 배출하지 않는 기술구성으로 적용될 수 있다.

도 1 : 본원 기술사상이 구현되는 처리시스템 예시도.

도 2 : 연료유의 온도와 점도의 상관도표.

도 3a : 본원에서 적용되는 오염물가온조의 사시도.

도 3b : 오염물가온조의 측면 내부투시도.

도 4a : 본원에서 적용되는 오염물탈리조의 사시도.

도 4b : 오염물탈리조의 측면 내부투시도.

도 5 : 본원에서 적용되는 살수스크린조 예시도.

도 6a : 본원에서 적용되는 분급기 측면도.

도 6b : 상기 분급기의 사시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1 : 오염된 복원대상물 10-1, 10-2 : 호퍼저장조1, 2

10a : 계량부 11,12 : 이송코베이어1,2

20 : 스크린조 21,22 : 이송코베이어3,4

30 : 오염토양저장고 31 : 물탱크

31a : 유량계측장치 40 : 오염물가온조

41 : 오염물가온조 몸체 42 : 회전축

43 : 교반날개 44 : 히팅코일

45 : 전도성 탄소박막층 46 : 배출슈트

47 : 변속기 48 : 배출밸브

49 : 뚜껑부 50 : 오염물탈리조

51 : 몸체 52 : 교반축

53 : 교반날개 54 : 에어/스팀 공급배관

55 : 조절밸브 56 : 월류판

57 : 배출구 58 : 급수배관

59 : 뚜껑부 60 : 살수스크린조

61 : 경사스크린 62 : 물공급배관

63 : 살수노즐 64 : 배출슈트

65 : 이송콘베이어 5 70 : 분급기

71 : 경사스크린 72 : 싸이클론1

73 : 오폐수저류조 74 : 싸이클론2

75 : 배출슈트 76 : 세척노즐

77 : 이송콘베이어 6

Claims

유류나 중금속에 오염된 토양(토사석)의 복원방법에 있어서,

오염토양 복원대상물을 수거하여 호퍼저장조에 담고 계량된 양을 오염물가온조로 이송시키는 제1단계;

오염물가온조는 외통체에 히팅코일이나 적외선가열장치나 탄소코팅 중에서 선택되는 가열수단이 마련되어 유입되는 복원대상물을 가온시켜 오염물탈리조로 이송시켜 주는 제2단계;

오염물탈리조는 상부로 저비중 부유물을 배출하기 위한 월류판(overflow plate)을 갖고 저비중 부유물을 유수분리조로 분리해 보내주고, 중앙으로는 복원대상물에 회전충격을 주는 교반장치를 가지며, 저부로는 복원대상물을 배출하기 위한 배출구를 갖는 구조로 제공되어 복원대상물을 교반시키며 유류나 중금속을 탈리시키는 교반공정이 실시되는 제3단계;

상기 제3단계에서 오염물탈리조의 배출구로 나온 복원대상물은 살수스크린이나 분급기로 투입되어 세척되어 세정된 복원토양을 얻는 제4단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
제1항에 있어서,

상기 호퍼저장조는 계량수단을 갖고 복원대상물의 고유투수계수가 10^-8 이상을 유지하도록 사전 조절되어 오염물가온조로 이송되는 것을 특징으로 하는 오염토 양의 복원방법.
제1항에 있어서,

상기 제2단계에서 이용되는 오염물가온조는 투입되는 오염토양을 물과 혼합하여 교반하며 가온시키되, 오염토양의 성상과 점도수치에 따른 온도범위로 높여서 오염물의 탈리조건을 만족시켜 준 후 오염물탈리조로 보내주도록 제공되는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
제1항에 있어서,

상기 제3단계에서 이용되는 오염물탈리조는 측부나 저부에 스팀이나 온수나 에어를 공급받기 위한 배관을 갖고 복원대상물의 교반과정에 스팀이나 온수나 에어공급 밸브를 열어서 온도를 높여주거나 에어를 버블링 시키는 수단으로 복원대상물에 붙은 유류나 중금속의 탈리효과를 높이도록 제공되는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
제1항에 있어서,

상기 제2단계에서 이용되는 오염물가온조 및 제3단계에서 이용되는 오염물탈리조 및 제4단계에서 이용되는 살수스크린은 수직구조를 갖고 수직낙하로 이송시키는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
제1항에 있어서,

상기 제2단계의 오염물가온조 및 제3단계의 오염물탈리조에는 공정 중 발생할 수 있는 유기화합물(VOCS)이나 유독가스를 외부의 대기오염배출설비로 배출하기 위한 배기수단을 갖고 작업장의 유독가스나 냄새를 배출하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
제1항에 있어서,

상기 제4단계에서 이용되는 분급기는 스크린탈수부와 싸이클론을 갖고

스크린탈수부에서 1차적으로 스크린 일정입도 이상의 복원대상물이 스크린탈수부 상부로 배출되고, 스크린 저부로 배출된 물과 미세침강물은 다시 싸이클론으로 펌핑되어진 후 싸이클론 저부로 침강되는 미립자 침강물이 스크린탈수부 상부로 1차적으로 걸러진 적체물의 상부로 2차적으로 점토나 실트층이 올려져서 외부로 배출되는 구성의 분류공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
제1항 또는 제7항 중에 선택되는 어느 한 항에 있어서,

상기 제1항이나 제7항 발명의 공정중에 생성되는 오염수는 집수조나 침전조로 이송되고 응집제를 가하여 미세토양분 및 부유물속에 용해된 중금속분을 침전,응집시켜 탈수처리한 후 케이크화하여 처리하는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
오염 토사석에 교반충격을 줘서 오염물의 탈리효율을 높이도록 모터의 구동에 의해 회전되는 회전축을 갖는 오염물탈리조에 있어서,

오염물탈리조의 몸체가 중앙으로 양립하는 2개의 교반축 및 교반날개를 갖고 복원대상물과 물을 넣고 교반시켜 격렬한 회전충격을 주도록 제공되며, 몸체 측벽으로는 외부의 공기나 스팀을 공급받기 위한 배관을 갖고 외부의 공기나 스팀이 복원대상물에 공급되어 분리효율을 높이도록 제공되며, 수면상부 외연으로는 저비중 오염물을 외부로 배출시키기 위한 월류판을 가지며, 저부로는 복원대상물을 배출하기 위한 배출구를 갖도록 제공되고, 몸체 상부로는 부유한 유류나 저비중 부유물을 월류판쪽으로 밀어주기 위한 분사노즐을 포함하는 구성으로 제공되는 것을 특징으로 하는 오염물탈리조.