KR100949718B1 - 물질분리제를 이용한 오염수 정화장치 및 이를 이용한정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염수 중의 오염물질들을 선택적으로 추출/분리할 수 있는 기능을 갖는 물질분리제, 이를 활용하여 오염물질을 추출하여 제거할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 오염수 유입구, 상기 물질분리제가 들어있으며, 유입되는 오염수를 물질분리제와 접촉시켜 오염물질을 물질분리제로 분배시켜 추출하는 기능을 하는, 스크류교반기가 장착된 오염물질교반추출조, 교반된 유입수와 상기 물질분리제를 분리하기 위한 친유성소재가 장착된 유수분리관, 유수분리관을 통과한 처리수와 물질분리제가 계면분리되도록 하는 하부수조, 계면분리된 물질분리제가 밀도차에 의해 오염물질교반추출조로 순환되도록 하는 외부순환관, 계면분리된 처리수를 배출하는 배출구 및 물질분리제에 함유된 오염물질을 공기분산에 의해 제거하기 위한 공기분산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질정화기를 제공한다.

본 발명에 의하여 경제적인 오염수 정화가 가능하게 된다.

오염수, 지하수, 정화, 추출, 다공판 스크류

Description

물질분리제를 이용한 오염수 정화장치 및 이를 이용한 정화방법{Apparatus for removal of contaminants from contaminated waterusing mass separating agents, and the remediation methods for contaminated waterusing these apparatuses}

도 1은 본 발명에 의한 오염수 또는 지하수 정화장치 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 오염물질 분리조의 부분 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 오염물질 분리조에 설치되는 다공성스크루교반기의 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 오염물질정화기의 오염물질분리제 분리장치의 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 정화장치를 이용한 오염물질분리제의 재생을 나타낸 그래프.

********** 주요 도면부호의 설명 **********

1, 3, 7 : 이송펌프 2 : 저류조

4 : 오염물질정화기 8, 9 : 활성탄흡착탑

11 : 오염물질교반추출조 12 : 스크류교반기

14 : 유수분리관 15 : 하부수조

16 : 공기분산기 18 : 외부순환관

23 : 스크류 날개 24 : 스크류 격막

25 : 물질분리제 분리부 26 : 원통관
27 : 배출구 28 : 친유성소재

본 발명은 벤젠, 톨루엔 크실렌, 염소계화합물들과 같은 난분해성 오염물질들을 선택적으로 추출/분리할 수 있는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 물질분리제(Mass Separating Agents; MSA) 소재를 발명하고, 이 소재를 활용하여 난분해성 오염물질들로 오염된 오염수나 오염지하수로부터 신소재를 활용하여 오염물질을 추출하여 제거하고, 오염물질을 추출한 물질분리제를 재생할 수 있는 장치 및 이들 장치를 이용한 오염수 또는 오염 지하수 정화방법에 관한 것이다.

기존의 대표적인 오염수 및 오염지하수의 정화기술로는 공기분산법, 흡착법, 화학산화법, 생물학적 처리 등의 정화방법을 사용하였다. 활성탄 흡착법은 운전이나 처리방법이 간단하지만 5-60분간의 접촉시간, 활성탄교체의 번거로움과 고비용이 단점이다. 과수산화법, 오존산화법, UV/과수 고도산화법 등과 같은 화학산화법은 유지관리비와 운전비가 많이 소요되는 단점이 있고, 실제 오염지하수처리 과정 에서는 많은 문제점들이 개선해야 하는 것으로 알려져 있다. 오염지하수 정화에 가장 널리 사용되는 방법은 공기탈기법(Air stripping)으로 공기와 오염수의 비가 25:1~250:1으로 많은 공기를 지속적으로 오염수에 분산시켜야 하며 오염물질의 90~99%를 제거하기 위해서는 공기탈기탑(stripper)의 높이가 3~6m가 필요하다. 이들 기술들은 공통적으로 운전비가 많이 소요되는 특성 때문에 많은 복원비용이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 다양한 오염물질들로 오염된 오염수 및 지하수로부터 간단한 소재와 장치를 이용하여 오염물질들을 고속으로 효과적으로 제거할 수 있는 저렴한 운전비용의 정화장치 및 방법이 확립되어야 할 필요성이 대두되고 있다.

이에, 본 발명자들은 벤젠, 톨루엔 크실렌, 염소계화합물들과 같은 난분해성 오염물질들을 선택적으로 추출/분리할 수 있는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 물질분리제(Mass Separating Agents; MSA) 소재를 발명하고, 이 소재를 활용하여 난분해성 오염물질들로 오염된 오염수나 오염지하수로부터 오염물질을 추출하여 제거하고 오염물질을 추출한 물질분리제를 재생할 수 있는 장치 및 이들 장치를 이용한 오염수 또는 오염 지하수 정화할 수 있는 기술을 확립하고자 예의 노력한 결과, 신소재를 활용하여 오염물질을 추출하여 제거할 수 있는 장치 및 이들 장치를 이용한 오염수 또는 오염 지하수 정화방법을 고안하여 오염수 혹은 지하수로부터 오염물질들만을 추출시켜 제거할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 물질분리제, 오염물질정화기,오염수정화장치, 오염수 정화방법 및 물질분리제 재생방법을 제공한다.

(1) 물질분리제

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 천연오일, 파라핀 오일 또는 탄화수소계열의 합성오일을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 오염수의 오염물질 추출용 물질분리제를 제공한다(제1항).

본 발명에 의한 물질분리제는, 벤젠, 톨루엔 크실렌, 염소계화합물들과 같은 난분해성 오염물질들이 함유된 오염수에 대하여, 이들 오염물질에 대한 분배계수가 물보다 더 높은 물질로 이루어진다. 본 발명은, 오염수와 본 발명에 의한 물질분리제를 잘 교반하는 경우 오염수에 존재하던 오염물질들이 물질분리제 층으로 선택적으로 추출/분리되는 현상을 활용한 것이다. 본 발명에 의한 물질분리제는 이러한 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 대두유, 옥수수기름 등의 천연오일과 파라핀오일, 탄화수소계열의 오일 등의 합성오일 등을 단독 또는 혼합하여 제조되는 것이다. 그러나 본 발명에 의한 물질제거제는 이들에 한정되는 것은 아니며, ① 수처리가 진행되는 과정의 온도와 압력조건에서 물과 층분리가 가능하고, ② 제거해야 할 오염물질에 대해 물 보다 분배계수가 높다는 조건을 만족하는 어떠한 물질 또는 이들의 혼합물도 가능함은 당연하다.

(2) 오염물질정화기

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 또한, 오염수 유입구, 상기 물질분리제가 들어있으며, 유입되는 오염수를 물질분리제와 접촉시켜 오염물질을 물질분리제로 분배시켜 추출하는 기능을 하는, 스크류교반기가 장착된 오염물질교반추출조, 교반된 유입수와 상기 물질분리제를 분리하기 위한 친유성소재가 장착된 유수분리관, 유수분리관을 통과한 처리수와 물질분리제가 계면분리되도록 하는 하부수조, 계면분리된 물질분리제가 밀도차에 의해 오염물질교반추출조로 순환되도록 하는 외부순환관, 계면분리된 처리수를 배출하는 배출구 및 물질분리제에 함유된 오염물질을 공기분산에 의해 제거하기 위한 공기분산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질정화기를 제공한다(제2항).

상기 오염물질교반추출조는 오염수중의 오염물질이 물질분리제로 (분배계수의 차이에 따라) 추출 분리될 수 있도록 오염물질이 들어있는 수상(water phase)과 유상(oil phase)인 물질분리제의 접촉이 용이하도록 교반하는 기능을 한다. 따라서 교반과정에서 수상과 유상이 작은 에멀젼을 형성하지 않고, 점성이 높은 물질분리제를 적은 동력으로도 교반이 용이하도록 스크류교반기를 선택하는 것이 좋다. 이를 위해 일정한 간격과 크기로 천공된 스크류형태의 교반날개로 고안된 다공판 스크류교반기를 제공한다. 즉 본 발명에서의 상기 스크류교반기는, 피치가 50~300mm이며, 전체면적의 30~60%가 5~30mm 크기의 구멍이 일정한 간격으로 천공되어 있고, 스크류의 상면 또는 상면 및 하면에 높이 5~30mm의 격막이 360°에 2~6개씩 장착되어 있는 "다공판 스크류교반기"인 것이 바람직하다(제3항).

본 발명에서 상기 (다공판) 스크류교반기는 주입된 오염수(수상)와 물질분리제(유상)를 교반시켜 두 상간의 접촉을 원활하게 할 수 있도록 오염수를 물질분리제에 분산시키는 기능을 한다. 스크류교반기의 축을 지지해주는 교반축 지지부와 스크류교반기에 회전력을 부여하는 구동모터가 필요함은 당연하다.

본 발명에 의한 상기 오염물질정화기는 예컨대, 다음과 같은 구조를 가질 수 있다. 즉, 오염수를 주입하는 주입구, 오염수(수상)와 물질분리제(유상)를 교반시켜 두 상간의 접촉을 원활하게 할 수 있도록 오염수를 물질분리제에 분산시키는 기능을 하는 (다공판) 스크류교반기, 스크류교반기의 축을 지지해주는 교반축 지지부, 분산된 오염수-물질분리제 혼합물로부터 오염수와 물질분리제를 분리 시킬 수 있는 친유성 소재가 충진된 유수분리관, 처리수와 물질분리제의 계면분리가 용이하도록 한 하부수조, 오염물질로 포화된 물질분리제를 재생하기 위해 공기를 분산시켜 오염물질을 추출한 물질분리제로부터 오염물질을 분산된 공기로 탈기시키기 위한 공기분산기, 처리수를 배출하는 배출구, 오염물질교반추출조로 부터 유수분리관을 통과하여 분리된 물질분리제를 오염물질교반추출조로 밀도차에 의해 자연순환 할 수 있는 외부순환관, 공기분산기로부터 공급된 공기배출구와 보조배출구, 및 다공판스크류교반기를 회전하는 구동 모터로 구성될 수 있는 것이다. 이러한 구성은 본 발명에 대한 예시적인 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

(3) 오염수정화장치

본 발명은 또한, 상기 오염물질정화기(제2항), 오염물질을 함유한 물질분리제로부터 오염물질을 공기분산에 의해 제거하기 위한 송풍기, 상기 오염물질정화기를 통과한 처리수 중에 포함된 물질분리제를 회수하기 위한 유수분리장치, 상기 유수분리장치에서 회수된 물질분리제를 상기 오염물질정화기로 재이송하기 위한 이송펌프, 상기 유수분리장치를 통과한 처리수를 고도처리하기 위한 수처리용 활성탄흡착탑 및 상기 물질분리제로부터 공기분산에 의해 분리된 오염물질을 포함한 오염공기 처리를 위한 활성탄흡착탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염수정화장치(시스템)을 제공한다.

본 발명에 의한 오염수정화장치는, 전술한 오염물질정화기를 핵심장비로 하여 오염수를 체계적으로, 효율적으로 정화할 수 있도록 부가적인 단위공정을 결합한 시스템이다.

(4) 오염수 정화방법

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 오염물질정화기를 이용한 오염수 또는 지하수 정화 방법을 제공한다. 즉, 전술한 오염수정화기 또는 오염물질정화장치를 이용한 오염수 정화방법으로서, (A) 물질분리제가 채워진 상기 오염물질정화기에 오염수를 불연속 또는 연속적으로 투입하고 상기 스크류교반기를 작동하여 오염수를 물질분리제를 교반/분산시켜 수상과 오일상의 접촉면적이 증대되도록 하여 오염수로부터 오염물질을 물질분리제로 추출하는 단계; (B) 분산된 오염수와 물질분리제 혼합물을 발포폴리우레탄과 같은 친유성소재가 충진된 유수분리관을 통과시켜 물질분리제와 처리수를 계면분리시키는 단계; (C) 계면분리된 물질분리제가 외부순환관을 통해 밀도차에 의해 오염물질정화기 상단으로 재순환되도록 하는 한편, 오염물질이 제거된 처리수를 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염수 정화방법을 제공한다.

본 발명에 의한 상기 오염수 정화방법은 예컨대, 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다. ① 먼저, 지하수 추출정으로부터 양수된 오염지하수(또는 오염수)를 물질분리제가 채워진 오염물질정화기에 불연속 또는 연속적으로 투입하여 (다공판) 스크류교반기에 의해 오염수를 물질분리제에 분산 및 교반을 통해 수상과 오일상을 접촉시켜 지하수(또는 오염수)로부터 오염물질을 물질분리제에 추출/분리시키키고, ② 이어서 분산된 오염수와 물질분리제 혼합물을 친유성소재가 충진된 유수분리관을 통과시켜 물질분리제와 처리수를 분리시키킨 후 ③ 유수분리관을 통과한 물질분리제가 외부순환관을 통해 밀도차에 의해 유발된 원동력에 의해 다공판스크류교반장치로 재순환되고 오염물질이 제거된 처리수가 배출되도록 하는 것이다. 이러한 단계는 본 발명에 대한 예시적인 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

(5) 물질분리제 재생방법

본 발명은 또한 전술한 오염수 정화방법 과정에서 물질분리제의 재생방법을 제공한다. 즉, 오염물질이 추출된 물질분리제를 스크류교반기로 교반하면서 상기 송풍기로 공기를 물질분리제 층에 분산시켜 오염물질을 공기에 의해 탈기되도록 하고, 오염물질교반추출조 상부와 하부수조와의 밀도차에 의해 유발된 유도력에 의해 외부순환관을 통해 물질분리제가 오염물질교반추출조로 순환되도록 하는 것이다.

예컨대, 본 발명의 상기 오염수 정화장치를 통해 처리된 처리수의 오염물질농도가 관리목표치 이상으로 배출될 경우 지하수 정화장치로의 오염수의 유입을 중단하고, 오염수의 처리를 통해 오염물질이 농축된 물질분리제를 스크류교반장치의 교반과 더불어 송풍기를 이용하여 공기 분산기로 공기를 유상인 물질분리제 층에 원활하게 분산시키고, 물질분리제에 분산된 공기가 장치의 하부에서 상부로 상승하면서 물질분리제에 추출되어 있던 오염물질이 탈기되어 제거하고, 분산공기와 함께 장치의 하부로부터 상승한 물질분리제는 외부순환관을 통해 장치의 하부로 재순환되는 일련의 과정을 반복하여 물질분리제로부터 오염물질을 제거하여 물질분리제를 재생하는 것이다. 재생 후 오염수 공급을 재개하여 오염수 정화를 계속 진행시킬 수 있다.

본 발명에 의한 물질분리제를 이용한 오염수 혹은 지하수 정화장치 및 이를 이용한 오염수 혹은 오염 지하수 정화 기술은 (1) 다양한 종류의 오염물질들을 고속으로 추출하여 제거할 수 있고, (2) 물질분리제에 농축된 오염물질을 간단한 탈기법을 이용하여 제거한 후 재사용할 수 있고, (3) 공기탈기법과 달리 송풍기는 물질분리제가 오염물질로 포화되었을 때에만 간헐적 운전이 필요하여 동력비가 저렴하고, (4) 공기배출량이 적어 대기 중으로 오염물질의 배출에 따른 최소화할 수 있어 환경친화적이며 저렴한 비용으로 오염수의 정화가 가능한 이점을 제공한다.

이하 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면과 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. 설명의 편의를 위해, 도면은 시스템에 관한 오염수정화장치, 상기 정화장치에 적용될 수 있는 오염물질정화기, 상기 정화기의 부품인 스크류교반기 및 유수분리기 순으로 배열하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 오염수 정화장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 의한 오염물질정화기의 단면도이며, 도 3는 본 발명에 의한 오염물질정화기에 설치되는 스크류의 일예인 다공성스크루교반기의 개략 구성도, 도 4는 본 발명에 의한 오염물질정화기에서 처리수와 물질분리제를 분리장치인 유수분리기의 사시도 및 단면도이다.

본 발명에서 물질분리제를 이용한 오염수 정화장치는 오염수 또는 지하수로부터 양수된 오염지하수의 이송펌프(1), 오염수 저류조(2), 저류조의 오염수를 하기 오염물질정화기(4)로 이송하는 이송펌프(3), 공급된 오염수를 물질분리제와 접 촉시켜 오염물질을 물질분리제로 분배시켜 제거하는 기능을 하는 오염물질정화기(4), 오염물질로 포화된 물질분리제를 공기분산(air stripping)에 의해 재생시키기 위한 송풍기(5), 오염물질정화기(4)를 통과한 처리수 중에 포함된 약간의 물질분리제를 회수하기 위한 유수분리장치(6), 유수분리장치(6)에서 회수된 물질분리제를 오염물질정화기(4)로 재이송하기 위한 이송펌프(7), 오염물질정화기를 통과한 처리수를 2차 처리(고도처리)하기 위한 수처리용 활성탄흡착탑(8), 오염물질로 포화된 오염물질분리제를 공기분산법에 의해 재생하는 과정에서 배출되는 오염물질을 포함한 오염공기를 처리하기 위한 활성탄흡착탑(9)으로 구성될 수 있다. 그리고 본 발명에서 오염물질정화기(4)는 오염물질의 종류와 농도, 오염수의 유입유속, 다공판스크류교반기(13)의 교반속도, 오염물질의 추출효율 등의 운전조건에 따라 1~4단으로 구성할 수 있다.(이상 도 1에 대한 설명)

또한, 본 발명의 오염물질정화기(4)의 주요 구성요소는 다공판 스크류교반기(12)가 장착된 오염물질교반추출조(11), 친유성소재를 채운 원통형의 유수분리관(14), 하부수조(15) 및 외부순환관(18)이다. 오염물질정화기(4)는 세부적으로 오염수의 유입구(10), 유입된 오염수로부터 다공판스크류교반기(12)로 교반하여 오염물질을 물질분리제로 추출하는 원통형의 오염물질교반추출조(11), 오염물질을 함유한 오염수와 물질분리제인 천연 또는 합성오일이 적은동력으로도 원활히 접촉하여 오염수중의 오염물질들이 물질분리제로 효과적으로 분배될 수 있도록 혼합하는 다공판스크류교반기(12), 다공판스크류교반기(12)의 축을 지지해주는 교반축 지지 부(13), 다공판스크류교반기(12)를 통과한 분산된 오염수와 물질분리제로 부터 물질분리제를 합체하고 물을 분리시킬 수 있도록 고안된 친유성소재를 채운 원통형의 유수분리관(14), 다공판스크류교반기(12)를 통과한 처리수와 물질분리제의 계면분리가 용이하도록 한 하부수조(15), 오염물질로 포화된 물질분리제를 재생하기 위해 공기를 분산시켜 오염물질을 추출한 물질분리제로부터 오염물질을 분산된 공기로 탈기시키기 위한 공기분산기(16), 처리수를 배출하는 배출구(17), 오염물질교반추출조(11)로 부터 유수분리관(14)을 통과하여 분리된 물질분리제를 오염물질교반추출조(11)로 밀도차에 의해 자연순환할 수 있는 외부순환관(18), 공기분산기(16)로부터 공급된 공기배출구(19)와 보조배출구(20) 및 다공판스크류교반기(13)를 회전하는 구동 모터(21)로 구성될 수 있다.(이상 도 2에 대한 설명)

상기 본 발명의 오일상인 물질분리제와 오염수가 원활하게 접촉할 수 있도록 오염수를 오일상(물질분리제)에 분산시키고 교반하는 다공판스크류교반기(12)는 스크류교반축(22), 다공판스크류날개(23), 및 오염수와 물질분리제가 잘 섞이도록 하는 격막(24)으로 구성되어 있다. 다공판스크류날개(23)는 오염수와 물질분리제의 교반과정에서의 동력부하를 줄일 수 있도록 되어 있으며, 물질분리제와 오염수가 에멀젼을 형성하지 않고 원활하게 두상(수상과 오일상)이 접촉할 수 있도록 스크류날개 전체면적의 30~60%로 5~30mm의 구멍이 일정한 간격으로 천공되어 있으며, 다공판스크류날개(23) 간의 간격(피치)은 50~300mm 영역이며, 유입구(10)를 통해 주입된 오염수를 구동 모터(21)에 의해 다공판스크류교반기(12)가 5~60rpm으로 회전하면서 교반되며, 오염수가 중력(또는 밀도차)에 의해 하부수조(15)로 다공판스크류날개(23)의 구멍을 통과하면서 물질분리제에 분산되어 접촉하여 오염물질이 물질분리제로 분배되어 오염물질을 제거할 수 있도록 하는 기능을 한다. 필요에 따라 스크류의 상면 또는 상면 및 하면에 높이 5~30mm의 격막을 360°에 2~6개씩 설치할 수 있다. 오염물질의 종류와 농도, 오염수의 유입유속, 다공판스크류교반기의 교반속도, 오염물질의 추출효율 등의 운전조건에 따라 오염물질교반추출조(11)의 높이, 스크류교반축(22)에 붙이는 다공판스크류날개의 수 등을 조절하여 설계하게 된다.(이상 도 3에 대한 설명)

본 발명에서 오염물질교반추출조(11)의 하부에 장착된 원통형의 유수분리관(14)은 그물망구조의 2중 원통에 분산된 물질분리제의 방울을 키울 수 있는 친유성소재(28)가 충진되어 있는 물질분리제 분리부(25) 및 원통관(26)으로 구성되어 있다. 물질분리제 분리부(25)는 다공판스크류교반기(12)를 통과한 오염수와 물질분리제의 혼합물을 친유성소재(28)층을 통과시켜 물을 분리시키고 분산된 물질분리제의 작은 방울들을 합체시켜 큰 방울의 물질분리제로 분리시키는 기능을 하며, 친유성소재(28)층을 통과하여 합체된 큰 방울의 물질분리제들이 측면과 하부면을 통해 하부수조(15)로 배출될 수 있도록 되어 있다. 친유성소재 층이 없는 원통관(26)은 공기분산기를 통해 주입된 공기가 하부수조(15)로 분산되는 것을 방지하고 오염물질교반추출조(11)로 주입되게 하는 격막기능을 가지고 있으며 친유성소재 층 하부를 통해 배출된 물질분리제가 원통관(26)에 갇혀있지 않고 하부수조(15)로 배출되도록 4개의 배출구(27)로 구성되어 있다.(이상 도 4에 대한 설명)

본 발명은 오염물질 분리장치를 이용한 오염수 또는 지하수 정화 방법을 제공한다. 지하수 추출정으로부터 양수된 오염지하수(또는 오염수)를 오염물질 분리조(4)에 불연속 또는 연속적으로 주입하여 물질분리제가 채워진 오염물질교반추출조(11)에서 다공판스크류교반기(12)에 의해 오염수를 물질분리제에 분산 및 교반을 통해 수상과 오일상을 접촉시켜 지하수(또는 오염수)로부터 오염물질을 물질분리제에 추출/분배시키는 단계;와 분산된 오염수와 물질분리제 혼합물을 친유성소재가 충진된 유수분리관(14)을 통과시켜 물질분리제와 처리수를 분리시키는 단계;와 유수분리관을 통과한 물질분리제가 외부순환관(18)을 통해 밀도차에 의해 유발된 원동력에 의해 오염물질교반추출조(11)로 재순환되고 오염물질이 제거된 처리수가 하부수조(15)의 배출구(17)를 통해 배출되는 단계; 혹은 배출수된 처리수를 수처리용 활성탄흡착탑을 통과시켜 고도처리 후 방류하는 단계;로 구성된 지하수(또는 오염수) 정화방법을 제공한다.

상기의 본 발명의 정화 장치 및 방법은 오염수지하수에 함유된 오염물질을 오염물질의 성상에 따라 체류시간 1~5분 이내에 90~99%를 제거가 가능케 한다.

또한 본 발명의 지하수 정화장치를 통해 처리된 처리수의 오염물질농도가 관리목표치 이상으로 배출될 경우 지하수 정화장치로의 오염수의 유입을 중단하는 단계;와 오염수의 처리를 통해 오염물질이 추출된 물질분리제를 다공판스크류교반 기(12)의 교반과 더불어 송풍기를 이용하여 공기 분산기(16)로 공기를 유상인 물질분리제 층에 균일하게 분산시키고, 물질분리제에 분산된 공기가 장치의 하부에서 상부로 상승하면서 물질분리제에 추출되어 있던 오염물질을 탈기시켜 제거하고, 분산공기와 함께 장치의 하부로부터 상승한 물질분리제는 오염물질교반추출조(11)와 하부수조(15)와의 밀도차에 의해 유발된 유도력에 의해 외부순환관(18)을 통해 장치의 하부로 하강하여 오염물질교반추출조(11)로 재순환되어 오염물질이 공기에 의해 탈기되는 일련의 과정을 반복하는 물질분리제로부터 오염물질을 제거하는 단계;를 특징으로 하는 물질분리제의 재생방법을 제공한다.

실시예 1 : 물질분리제의 제조와 오염물질 추출능 평가

대두유, 옥수수기름 등의 천연오일과 파라핀 오일, 탄화수소계열의 합성오일을 다양한 비율로 혼합하여 물질분리제를 제조하였다. 지하수의 대표적인 오염물질인 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 각각 350mg/L, 140mg/L, 320mg/L으로 오염시킨 인공오염수 500mL를 제조하여 물질분리제 500mL와 1분간 교반·접촉시켜 오염물질을 추출하여 제거하였다. 오염물질이 추출된 물질분리제를 헥산으로 추출하여 가스크로마토그라피를 이용하여 추출된 오염물질의 농도를 측정하였다. 대표적인 오염물질추출 효율과 분배계수를 표1에 제시하였다. 천연오일이나 합성오일 모두 오염물질에 따라 95-99%의 우수한 추출효율을 보였으며, 자일렌과 톨루엔의 분배계수가 높음을 확인하였다. 결과적으로 천연오일이나 합성오일 모두 우수한 물질분리제 임을 밝혔다.

실시예 2 : 오염물질 정화장치를 이용한 오염 지하수의 정화

부피 0.64m³의 오염물질교반추출조(11)의 (90cm I.D., 높이100cm), 부피 1m³의 하부수조(1m x 1m x 100 m)인 오염물질정화기(4)를 2단 설치한 오염수 정화장치를 제작하였다.

각 오염물질교반추출조에 각각 1m³의 대두유로 만든 물질분리제를 채운 후 벤젠/톨루렌/자일렌 혼합물오염물이 각각 2mg/L씩 들어있는 합성오염수를 140 L/min으로 주입하면서 다공성스크류교반기는 10 rpm의 조건에서 오염수 처리 성능을 조사하였다. 본 발명의 오염수정화장치를 이용하여 약 10시간 운전하는 동안 처리수에서의 오염물질의 제거효율은 벤젠/톨루렌/자일렌 혼합물오염물을 약 95~99% 제거가 가능함을 확인 할 수 있었다.

실시예 3 : 오염물질정화기를 이용한 오염물질이 농축된 물질분리제의 재생

실시예 2의 오염물질정화기를 이용하여 오염수를 정화하는 과정에서 오염물질이 물질분리제에 농축된 후 오염물질정화기에 들어있는 대두유로 제조한 물질분리제 1m³을 다음과 같은 방법으로 물질분리제를 재생하였다. 다공판스크류교반기의 30rpm으로 교반하면서 송풍기를 이용하여 공기 5m³/min을 공기분산기에 주입하면서 물질분리제 층에 균일하게 분산시켰다. 약 1.5 시간 동안 탈기시키면서 배기구에서 오염물질의 농도를 가스크로마토그라피를 이용하여 측정하였다. 물질분리제의 재생기간 동안 배기가스에서의 오염물질 중 하나인 벤젠의 농도변화를 도5에 도시하였다. 재생초기에는 약 12,000pmmv로 벤젠이 탈기과도 0.24시간 내에 7,500ppmv로 급격히 저하된 후 1.5시간 경과 후에는 약 2400ppmv로 감소하였다. 이러한 결과는 교반탈기에 의해 농축된 오염물질의 상당부분이 탈기되어 오염물질이 재생되었음을 의미한다. 1.5시간 동안 재생과정에서 제거된 벤젠의 양은 약 10.6kg 이었다. 따라서 공기분산에 의한 물질분리제의 재생이 효율적임을 확인하였다.

본 발명의 예로 든 실시예들과 관련하여 본 발명의 다양한 특징들이 구체적으로 도시 및 설명되어 있지만, 이들 구체적인 장치, 이들의 제조방법은 제한적이 아니라 단지 예로서 든 것일 뿐이며 본 발명은 청구의 범위내에서 완전하게 해석되는 것으로 이해될 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 오염수 또는 오염지하수로부터 오염물질을 추출하여 제거할 수 있는 천연 혹은 합성 오일을 이용한 것을 특징으로 하는 물질분리제, 이 소재들을 이용하여 오염물질을 추출하여 제거하는 오염정화장치, 이들 장치를 이용한 오염수 또는 오염 지하수 정화방법, 및 사용된 물질분리제의 재생방법을 제공함으로써, 다양한 종류의 오염물질들을 추출에 의해 짧은 시간내에 제거하고, 물질분리제를 재생하여 사용하고, 오염물질의 배출을 최소화할 수 있고 동력사용이 적어 정화비용이 저렴한 오염수 및 지하수 정화기술 및 장치를 제공하므로, 오염수 및 오염 지하수 정화에 널리 활용 가능한 유용한 발명이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 오염수 유입구,

   천연오일, 파라핀 오일 또는 탄화수소계열의 합성오일을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 오염수의 오염물질 추출용 물질분리제가 들어있으며, 유입되는 오염수를 물질분리제와 접촉시켜 오염물질을 물질분리제로 분배시켜 추출하는 기능을 하는, 스크류교반기가 장착된 오염물질교반추출조,

   교반된 유입수와 상기 물질분리제를 분리하기 위한 친유성소재가 장착된 유수분리관,

   유수분리관을 통과한 처리수와 물질분리제가 계면분리되도록 하는 하부수조,

   계면분리된 물질분리제가 밀도차에 의해 오염물질교반추출조로 순환되도록 하는 외부순환관,

   계면분리된 처리수를 배출하는 배출구 및

   물질분리제에 함유된 오염물질을 공기분산에 의해 제거하기 위한 공기분산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질정화기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 스크류교반기는,

   피치가 50~300mm이며, 전체면적의 30~60%가 5~30mm 크기의 구멍이 일정한 간격으로 천공되어 있고, 스크류의 상면 또는 상면 및 하면에 높이 5~30mm의 격막이 360°에 2~6개씩 장착되어 있는 다공판스크류인 것을 특징으로 하는 오염물질정화기.
4. 제2항에 의한 오염물질정화기,

   오염물질을 함유한 물질분리제로부터 오염물질을 공기분산에 의해 제거하기 위한 송풍기,

   상기 오염물질정화기를 통과한 처리수 중에 포함된 물질분리제를 회수하기 위한 유수분리장치,

   상기 유수분리장치에서 회수된 물질분리제를 상기 오염물질정화기로 재이송하기 위한 이송펌프,

   상기 유수분리장치를 통과한 처리수를 고도처리하기 위한 수처리용 활성탄흡착탑 및

   상기 물질분리제로부터 공기분산에 의해 분리된 오염물질을 포함한 오염공기 처리를 위한 활성탄흡착탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염수정화장치.
5. 제2항에 의한 오염수정화기 또는 제4항에 의한 오염물질정화장치를 이용한 오염수 정화방법으로서,

   (A) 물질분리제가 채워진 상기 오염물질정화기에 오염수를 불연속 또는 연속적으로 투입하고 상기 스크류교반기를 작동하여 오염수를 물질분리제를 교반/분산시켜 수상과 오일상의 접촉면적이 증대되도록 하여 오염수로부터 오염물질을 물질분리제로 추출하는 단계;

   (B) 분산된 오염수와 물질분리제 혼합물을 친유성소재가 충진된 유수분리관을 통과시켜 물질분리제와 처리수를 계면분리시키는 단계;

   (C) 계면분리된 물질분리제가 외부순환관을 통해 밀도차에 의해 오염물질정화기 상단으로 재순환되도록 하는 한편, 오염물질이 제거된 처리수를 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염수 정화방법.
6. 제5항에 의한 오염수 정화방법 과정에서 물질분리제의 재생방법으로서,

   오염물질이 추출된 물질분리제를 스크류교반기로 교반하면서 송풍기로 공기를 물질분리제 층에 분산시켜 오염물질을 공기에 의해 탈기되도록 하고,

   오염물질교반추출조 상부와 하부수조와의 밀도차에 의해 유발된 유도력에 의해 외부순환관을 통해 물질분리제가 오염물질교반추출조로 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 물질분리제의 재생방법.

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