KR100939979B1

KR100939979B1 - 중금속 오염토양 연속 정화장치

Info

Publication number: KR100939979B1
Application number: KR20090077261A
Authority: KR
Inventors: 송현도
Original assignee: 주식회사 윈텍에이티에스
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2010-02-03

Abstract

본 발명은 분말형태 또는 액상의 미세 중금속에 오염된 토양을 이송관체에 투입하여 진동에 의해 넓게 퍼져 배출구 쪽으로 흘러가게 하고 플라즈마 아크의 열기로 미세 중금속을 열분해 제거시키거나 또는 고온고압의 스팀이나 열풍으로 산화시킴으로써, 연속으로 오염토양의 정화가 가능하고 장치의 소형화로 운반 및 설치가 간편하며 오염지역의 중금속을 적극적으로 제거가능한 중금속 오염토양 연속 정화장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 플라즈마 발생기와 연결된 플라즈마 토치의 아크 열기로 오염토양의 중금속을 열분해 정화시키는 장치에 있어서, 상부의 투입구와 하부의 배출구가 수평적으로 연결된 이송관체가 구비되고, 상기 이송관체의 투입구 쪽으로 진동을 가해 오염토양이 상기 배출구 쪽으로 넓게 퍼져 흘러가도록 하는 진동발생기가 구비되며, 상기 이송관체의 내부 바닥에는 오염토양의 중금속을 열분해 연소시키는 상기 토치가 다수개 구비되고, 상기 이송관체의 상부에는 상기 오염토양의 열분해과정에서 발생되는 가스를 배기시키는 배기구가 구비된 특징이 있다.

이송관체, 진동발생기, 토치, 가열노즐, 플라즈마 발생기

Description

중금속 오염토양 연속 정화장치{The purification apparatus of a heavy metal contamination soil}

본 발명은 중금속 오염토양 연속 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말 또는 액상 형태의 미세 중금속에 오염된 토양을 이송관체에 투입하여 진동에 의해 넓게 퍼져 배출구 쪽으로 흘러가게 하고 플라즈마 아크의 열기로 미세 중금속을 열분해 제거시킴으로써, 연속으로 오염토양의 정화가 가능하고 장치의 소형화로 운반 및 설치가 간편하며 오염지역의 중금속을 적극적으로 제거가능한 중금속 오염토양 정화장치에 관한 것이다.

일반적으로 주유소 및 유류저장탱크가 설치된 곳은 지반 내부로 기름이 유출되어 토양이 오염되는 실정이다. 특히 오염 토양중에는 미세 분말 형태의 중금속이 포함되어 있는데, 이러한 중금속은 산화제 및 중화제로 화학적 처리를 하더라도 제거되지 않고 토양에 계속 남게 된다. 특히 납, 수은 및 카드뮴 갖은 중금속은 미량이더도 인체에는 치명적이므로 오염토양을 정화시킬 때 필수적으로 제거해야된다.

종래에는 이러한 중금속을 제거하기 위해 플라즈마의 열기로 이를 열분해시켜 제거하는 기술이 제안된 바 있다. 미국특허 US5,181,797호에는 플라즈마 토치를 토양 내부로 투입하여 중금속을 연소시켜 제거하였다.

그러나 이러한 방식은 오염 토양의 주변에 다수개의 관정을 수직으로 뚫고 내부에 플라즈마 토치를 삽입해야 되므로 작업시간이 많이 걸리고 특히 오염토양이 외부로 들어나지 않고 지반 내부에 남아 계속적인 가열에 의해 제거되는 방식이므로 국부적으로 토치의 열기가 미치지 않는 곳은 중금속이 제거되지 않고 남게 되는 단점이 있었다.

또한 국내특허공개 제2000-0049289호는 토치를 지반 내부에 수평으로 삽입하여 플라즈마 열기로 오염토양의 중금속을 연소 제거하는 방식이나, 이것 역시 오염토양이 지반 내부에 남아 있으므로 토치의 열기가 미치지 않는 곳이 발생되어 오염지역의 중금속을 확실하게 제거할 수 없는 단점이 있었다. 그리고 중금속이 열분해되는 과정에서 발생되는 가스가 토양 내부로 스며들어 오히려 오염지역이 확산되는 역효과를 낼 수 있는 것이므로 이러한 방식의 정화방법은 실용화되기 어려운 기술적인 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 분말형태 또는 액상의 미세 중금속에 오염된 토양을 이송관체에 투입하여 진동에 의해 넓게 퍼져 배출구 쪽으로 흘러가게 하고 플라즈마 아크의 열기로 미세 중금속을 열분해 제거시키거나 또는 고온고압의 스팀이나 열풍으로 산화시킴으로써, 연속으로 오염토양의 정화가 가능하고 장치의 소형화로 운반 및 설치가 간편하며 오염지 역의 중금속을 적극적으로 제거가능한 중금속 오염토양 연속 정화장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따르면 오염지역의 토양을 지상으로 퍼내 적재한 뒤 돌 같은 이물질을 선별하고 정화장치의 이송관체로 투입한다. 본 발명의 이송관체에는 플라즈마 토치가 다수개 배치된 것으로서, 투입된 오염토양은 이송관체의 진동에 의해 배출구 쪽으로 넓게 퍼지면서 흘러가는데 이때 플라즈마 토치에서 플라즈마 아크를 발생시키면 순간적으로 높은 온도가 토치 주변에 형성되어 오염토양에 포함된 분말상 또는 액상의 중금속이 연소되어 열분해 제거된다. 그리고 열분해시 발생되는 가스는 포집하여 유해물질을 걸러내고 인체에 무해한 물질만 대기중에 배출되도록 하면 오염지역의 토양에 포함된 중금속을 적극적인 방법으로 제거할 수 있다.

또한 액상의 중금속은 가열노즐에서 분사되는 고온고압의 열풍 또는 스팀에 의해 열분해되어 산화되므로 상기 플라즈마 토치와 연계하면 중금속의 제거효율이 향상되며, 상기 토치 및 가열노즐의 주변에는 다수개의 이송버킷이 배치되어 오염토양을 배출구 쪽으로 이송시키므로 오염토양이 정체되지 않고 연속으로 처리된다.

그리고 이송관체는 진동발생기에 의해 배출구 쪽으로 진동을 발생시키고 또한 내부에는 이송버킷이 마련되어 오염토양을 투입구에서 배출구 쪽으로 흘러가게하는 순환구조를 갖는 것이므로 연속적인 토양의 정화가 가능하며, 장치의 부피를 줄여 이동 및 설치가 간편하고 또한 중금속이 제거된 오염토양은 다음 공정의 화학적 처리장치와 연계하여 처리할 수 있으므로 정화성능을 향상시킬 수 있는 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 정화장치의 사시도 이고, 도 2는 본 발명 한 실시예의 정화장치의 단면도 이다. 본 발명 한 실시예의 정화장치는 단면이 사각형태이면서 투입구(11)에서 배출구(12) 쪽으로 약간 기울어진 이송관체(10)가 구비된다. 상기 이송관체(10)는 외측 하부의 사방이 스프링(61)으로 받쳐지고 하부에는 진동발생기(60)가 연결된다.

상기 진동발생기(60)는 모터(62)로 회전되는 구동풀리(63)와 벨트(65)로 연결된 종동풀리(64)가 구비되고, 상기 종동풀리(64)는 상기 이송관체(10)의 외측 하부에 투입구(11) 쪽으로 구비된 회전축(66)에 형성되며, 상기 회전축(66)에는 진동을 발생시키는 편심캠(67)이 구비된다. 그리고 상기 이송관체(10)의 내부 바닥에는 배출구(12) 쪽으로 오염토양을 밀어내는 밀대(15)가 등간격으로 다수개 구비되고, 각 밀대(15)의 사이사이에는 다수개의 토치(20)가 설치된다. 상기 토치(20)는 플라즈마 발생기(22)와 연결되어 플라즈마 아크를 발생시키는 것으로서 토치 주변의 반경 200mm 내외의 온도를 약 2000℃ 이상 높이는 성능을 갖는다. 상기 토치(20)들은 상기 배출구(12) 쪽으로 아크를 발생시키도록 그리고 상호 연계하여 주변 온도를 골고루 높이도록 지그재그 형태로 이송관체(10) 내부에 구비된다.

또한 상기 토치(20)들은 고정된 것이 아니고 90도 범위내에서 정역회전을 반복하도록 구성하면 오염토양을 휘저으면서 아크 열기를 방사할 수 있는 것이므로 오염토양의 뭉침을 방지하고 효과적으로 중금속을 연소시킬 수 있다. 그리고 상기 이송관체(10)의 내부에는 모터(14a)로 회전되는 다수개의 이송버킷(14)이 등간격으로 마련되어 오염토양을 휘저어 뭉침을 방지시키고 오염토양이 정체되지 않고 배출구(12) 쪽으로 향하도록 해준다.

또한 상기 이송관체(10)의 내부 상측에는 다수개의 가열노즐(14)이 마련된다. 상기 가열노즐(14)은 고온고압의 스팀 또는 열풍을 이송관체에 불어 넣는 것으로서, 중금속은 약 800℃ ~ 1000℃에서 산화되므로 이 온도 조건을 갖춘 열풍이나 스팀을 공급하여 오염토양에 묻은 중금속 분말이나 액상 중금속을 산화 제거시킨다.

상기 투입구(11)에는 오염토양을 이송관체(10) 내부로 투하시키는 투입버킷(30)이 구비된다. 상기 투입버킷(30)은 다수개의 판상 또는 원호상의 버킷이 축방향을 따라 길게 형성되어 모터(31)로 회전되는 것으로서, 버킷의 외경이 투입구(11)와 근접되어 연속회전되는 동안 상기 투입구(11)는 연속적으로 닫힌 상태가 유지되므로 상기 이송관체(10) 내부를 밀폐계에 가깝도록 만들어준다. 따라서 오염토양의 중금속이 연소되면서 발생되는 가스가 투입구(11) 외부로 배기되는 것을 최대한 막아준다.

상기 배출구(12)에는 모터(41)로 회전되는 배출버킷(40)이 구비되어 정화된 토양을 하부로 배출시킨다. 상기 배출버킷(40) 역시 투입버킷(30)과 동일하게 연속회전되면서 배출구(12)를 연속적으로 닫아주는 효과가 있으므로 오염토양의 중금속 연소시 발생되는 가스의 외부 누출을 차단시킨다.

그리고 상기 이송관체(10)의 상부에는 중금속의 열분해 과정에서 발생되는 가스를 배기팬(50)으로 배기시키는 배기구(13)가 마련되고, 유증기 회수기(51), 흡착기(52) 및 탈취기(53)를 거쳐 최종적으로 무해한 공기가 배기된다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 오염지역의 토양을 포크레인 같은 중장비를 이용하여 퍼낸 뒤 선별기에서 자갈과 이물질을 걸러내고 투입구(11)에 오염토양을 투입한다. 이때 모터(31)로 회전되는 투입버킷(30)이 작동되어 오염토양을 적극적으로 이송관체(10) 내부로 낙하시킨다.

상기 이송관체(10)는 진동발생기(60)에 의해 배출구(12) 쪽으로 진동이 발생되는 것으로서, 모터(62)로 회전되는 구동풀리(63)의 회전력이 벨트(65)를 타고 종동풀리(64)에 전달되면 회전축(66)의 회전으로 편심캠(67)이 회전되면서 회전축(66)을 지지하는 이송관체(10)를 배출구(12) 쪽으로 진동시킨다. 따라서 이송관체(10) 내부로 투입된 오염토양은 진동에 의해 넓게 퍼지면서 밀대(15)를 타고 넘어 배출구(12) 쪽으로 흘러가게 되며, 특히 이송버킷(14)이 모터(14a)로 회전되면 오염토양을 적극적으로 배출시키므로 오염토양이 정체되지 않고 흘러간다.

또한 오염토양의 이송중에 플라즈마 발생기(21)를 작동시키면 상기 플라즈마 발생기(21)와 연결된 토치(20)에서 순간 온도 2000℃의 아크가 발생되어 토치 주변의 토양에 포함된 분말상의 중금속을 열분해 연소시킨다. 상기 플라즈마 아크는 산소 없이도 중금속을 연소시키므로 다이옥신 같은 유해물질이 생성되지 않아 친환경적이며, 상기 토치(20)는 다수개가 지그재그 형태로 엇갈리게 이송관체(10)에 배치되어 오염토양을 균일하게 연소시키므로 중금속을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한 상기 토치(20)가 작동되는 동안 가열노즐(22)을 함께 작동시키면 스팀발생기(미도시) 또는 열풍발생기(미도시)에서 고온고압의 스팀이나 열풍이 제공되어 특히 액상의 중금속을 산화 제거시키므로 중금속의 제거성능이 향상된다. 또한 상기 열풍이나 스팀으로 인하여 오염토양의 유동성이 풍부해져 토양이 뭉치거나 한쪽으로 쏠리지 않고 균일하게 이송관체(10) 내부에 분산되는 효과도 있다. 그리고 다수개의 이송버킷(14)을 함께 작동시키면 오염토양을 휘저어 확산시키므로 상기 토치(20) 및 가열노즐(22)에서 방사 및 분사되는 플라즈마 아크 또는 열풍이나 스팀이 오염토양에 균일하게 퍼져 중금속의 제거성능이 향상된다.

중금속의 제거과정에서 발생되는 가스는 배기구(13)를 타고 유증기 회수기(51)를 거치면서 휘발성유기화합물 같은 유해물질이 제거되고, 흡착기(52) 및 탈취기(53)를 거치면서 다이옥신 같은 물질과 냄새가 제거된 뒤 배기된다.

오염토양은 상기 이송관체(10)의 진동에 의해 내부에 넓게 퍼진 상태로 이송되며, 이송과정에서 중금속이 제거된 뒤 배출구(12)로 떨어져 다음 공정으로 이송 된다. 상기 투입버킷(30), 이송버킷(14) 및 배출버킷(40)에 의해 이송관체(10) 내부에서 오염토양은 정체 없이 자연스럽게 흘러 정화되며, 컨베이어벨트를 타고 다음 처리공정으로 이송되면서 오염지역의 토양이 연속 정화된다.

도 4는 본 발명 다른 실시예의 정화장치의 단면도 로써, 본 발명 다른 실시예의 본 발명 한 실시예의 동일 구성을 갖는다, 단지 이송관체(10)의 개방된 하부에 스프링(61)으로 지지되는 진동판(10a)을 설치하여 이송관체(10)와 플랙시블조인트(10b)로 연결함으로써, 이송관체(10)는 진동이 발생되지 않고 진동판(10a)만 진동이 발생되도록 진동발생기(60)와 연결한 특징이 있다.

상기 진동판(10a)에는 다수개의 밀대(15) 및 토치(20)를 설치한 것으로서, 상기 투입구(11)에서 이송관체(10) 내부로 오염토양이 투입되면, 진동발생기(60)를 작동시켜 진동판(10a)이 편심캠(67)에 의해 배출구(12) 쪽으로 진동이 발생되도록 해준다.

따라서 이송관체(10) 내부로 투입된 오염토양은 진동판(10a)에 넓게 퍼지면서 밀대(15)를 타고 넘어 배출구(12) 쪽으로 흘러가고 이 과정에서 토치(20)에 의해 중금속이 연소 제거된다.

본 발명 다른 실시예는 이송관체(10) 전체가 진동되지 않고 부분적으로 진동판(10a)만 진동되는 구성이므로 진동소음을 줄이고 장치의 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명 또다른 실시예의 정화장치의 단면도로써, 본 발명 한 실시예와 동일 구성을 갖는다. 단지 이송관체(10)의 내부 바닥에 토치(20)와 별개의 가스 토치(20a)를 다수개 설치한 특징을 갖는다. 상기 가스토치(20a)는 가스발생기와 연결되어 점화되는 것으로서, 오염토양에 중금속 뿐만아니라 휘발유나 경유 같은 기름이 포함되어 있을때 이를 가스토치(20a)의 열기로 휘발시켜 제거하기 위한 것이다.

상기 가스토치(20a)는 토치(20)와 함께 작동시키거나 또는 단독으로 작동시킬 수 있으며, 오염된 기름이 가스토치(20a)의 열기에 의해 휘발되면 이는 배기구(13)를 거쳐 유증기 회수기(51)에서 포집 제거되므로 오염토양의 중금속 뿐만 아니라 오염된 기름도 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 정화장치의 사시도

도 2는 본 발명 한 실시예의 정화장치의 단면도

도 3은 도 2의 A - A선 단면도

도 4는 본 발명 다른 실시예의 정화장치의 단면도

도 5는 본 발명 또다른 실시예의 정화장치의 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 이송관체 10a : 진동판

10b : 플랙시블조인트 11 : 투입구

12 : 배출구 13 : 배기구

14 : 이송버킷 15 : 밀대

20 : 토치 21 : 플라즈마 발생기

22 : 가열노즐 30 : 투입버킷

40 : 배출버킷 50 : 배기팬

51 : 유증기 회수기 52 : 흡착기

53 : 탈취기 60 : 진동발생기

61 : 모터 62 : 모터

63 : 구동풀리 64 : 종동풀리

65 : 벨트 66 : 회전축

67 : 편심캠

Claims

플라즈마 발생기와 연결된 플라즈마 토치의 아크 열기로 오염토양의 중금속을 열분해 정화시키는 장치에 있어서,

상부의 투입구와 하부의 배출구가 수평적으로 연결된 이송관체가 구비되고,

상기 이송관체의 투입구 쪽으로 진동을 가해 오염토양이 상기 배출구 쪽으로 넓게 퍼져 흘러가도록 하는 진동발생기가 구비되며,

상기 이송관체의 내부 바닥에는 오염토양의 중금속을 열분해 연소시키는 상기 토치가 다수개 구비되며,

상기 이송관체의 상부에는 상기 오염토양의 열분해과정에서 발생되는 가스를 배기시키는 배기구가 구비됨을 특징으로 하는 중금속 오염토양 연속 정화장치.
제 1 항에 있어서,

상기 진동발생기는 상기 이송관체의 하부를 탄성적으로 받쳐주는 다수개의 스프링이 구비되고,

상기 이송관체의 외측 하부에는 모터로 회전되는 회전축이 구비되며,

상기 회전축에는 편심캠이 구비되어 상기 회전축의 고속회전시 상기 이송관체를 요동시켜 진동이 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 연속 정화장치.
제 2 항에 있어서,

상기 이송관체의 투입구에는 모터로 회전되는 투입버킷이 구비되고, 상기 이송관체의 내부에는 모터로 회전되는 다수개의 이송버킷이 구비되며, 상기 배출구에는 모터로 회전되는 배출버킷이 구비되어 오염토양이 연속으로 배출되도록 구성되고,

상기 이송관체의 내측 상부에는 고온고압의 스팀 또는 열풍을 오염토양에 분사하는 가열노즐이 다수개 구비되어 중금속을 산화 제거시키는 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 연속 정화장치.
제 3 항에 있어서,

상기 배기구는 배기팬과 연결되고,

상기 배기팬의 후방에는 휘발성유기화합물을 포집하는 유증기 회수기, 유해물질을 포집하는 흡착기 및 냄새를 제거하는 탈취기가 순차적으로 맞물린 것을 특징으로 하는 중금속 오염토양 연속 정화장치.
제 4 항에 있어서,

상기 이송관체의 내부 바닥에 다수개의 가스토치가 구비되어 오염토양을 가열시키면 오염토양에 포함된 기름이 휘발되고,

상기 휘발된 기름은 상기 유증기 회수기에 포집 제거됨을 특징으로 하는 중금속 오염토양 연속 정화장치.
플라즈마 발생기와 연결된 플라즈마 토치의 아크 열기로 오염토양의 중금속을 열분해 정화시키는 장치에 있어서,

상부의 투입구와 하부의 배출구가 수평적으로 연결된 이송관체가 구비되고,

상기 이송관체의 개방된 하부에 스프링으로 지지되는 진동판이 구비되어 플랙시블조인트를 통하여 상기 이송관체와 연결되며,

상기 진동판에 진동을 가해 오염토양이 상기 배출구 쪽으로 넓게 퍼져 흘러가도록 하는 진동발생기가 구비되고,

상기 진동판의 내측에는 오염토양의 중금속을 열분해 연소시키는 상기 토치가 다수개 구비되며,

상기 이송관체의 상부에는 상기 오염토양의 열분해과정에서 발생되는 가스를 배기시키는 배기구가 구비됨을 특징으로 하는 중금속 오염토양 연속 정화장치.
제 6 항에 있어서,

상기 진동발생기는 상기 진동판의 하부에 모터로 회전되는 회전축이 구비되고, 상기 회전축에는 편심캠이 구비되어 상기 회전축의 고속회전시 상기 진동판을 요동시켜 진동이 발생되도록 한 것이며,

상기 이송관체의 투입구에는 모터로 회전되는 투입버킷이 구비되고, 상기 이송관체의 내부에는 모터로 회전되는 다수개의 이송버킷이 구비되며, 상기 배출구에는 모터로 회전되는 배출버킷이 구비되어 오염토양이 연속으로 배출되도록 구성됨 을 특징으로 하는 중금속 오염토양 연속 정화장치.