KR100950696B1 - 토양의 오염물질 세척장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유류 또는 석유화학 오염물질이나 각종 중금속 등에 오염된 토양을 세척하여 오염물질을 제거하는 세척장치에 관한 기술로서, 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌프로부터 벤투리(Venturi)관에 고압으로 펌핑되고, 세척액이 다수개의 고압노즐에서 벤투리관에 와류형태로 고압 분사됨에 따라 오염토양의 입자간 충돌 및 마찰작용으로 토양입자에 흡착된 오염물질이 탈착되는 한편 벤투리관에서 고압 분사작용으로 압력과 밀도가 급격히 낮아져 입자가 확산되면서 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착하여 세척되는 토양의 오염물질 세척장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 주요 구성은 펌프로부터 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌핑되는 펌핑관과; 상기 펌핑관에 결합되고 세척액을 고압으로 분사하는 다수개의 고압노즐이 설치된 세척유니트와; 상기 세척유니트에 결합되고 오염토양과 세척액이 고압으로 분사되는 벤투리관과; 상기 벤투리관에 결합되고 고압으로 분사된 오염토양과 세척액이 토출되는 토출관;을 포함하여 구현된다.

오염토양, 세척, 벤투리관, 펌프, 노즐

Description

토양의 오염물질 세척장치{Pollutants in the soil washing device}

본 발명은 유류 또는 석유화학 오염물질이나 각종 중금속 등에 오염된 토양을 세척하여 오염물질을 제거하는 토양의 오염물질 세척장치에 관한 기술로서, 보다 구체적으로 설명하면 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌프로부터 벤투리(Venturi)관에 고압으로 펌핑되고, 세척액이 다수개의 고압노즐에서 벤투리관에 와류형태로 고압 분사됨에 따라 오염토양의 입자간 충돌 및 마찰작용으로 토양입자에 흡착된 오염물질이 탈착되는 한편 벤투리관에서 고압 분사작용으로 압력과 밀도가 급격히 낮아져 입자가 확산되면서 토양입자에 흡착된 오염물질이 탈착하여 세척됨으로써, 오염토양에 흡착된 오염물질을 효과적으로 세척하여 토양을 복원할 뿐만 아니라 세척공정이 연속적으로 진행되는 한편 세척설비가 간단하게 구현되는 토양의 오염물질 세척장치에 관한 것이다.

일반적으로 환경오염은 대기오염ㆍ수질오염ㆍ토양오염으로 구분할 수 있으며, 이들 중에서 특히 토양오염은 식량 생산에 매우 심각한 위협이 될 수 있을 뿐만 아니라 지표수는 물론 지하수 오염을 통한 식수원의 오염을 유발하기 때문에 오 염된 토양은 빠른 시간에 정화될 필요가 있다.

근래 국내에서 발생하는 토양오염은 주로 액상 폐기물의 무단 매립 또는 누출사고로 인하여 발생하며, 그 밖에 장기간 산업활동 과정에서 방치된 지상 적치물의 지하 확산에 의해 이루어지고, 이러한 발생요인에 의해 나타난 오염토양은 단일 종의 화합물보다는 여러 종류의 화학종에 의해서 발생되며, 대표적인 복합 오염은 유류와 중금속의 형태로써 대부분의 산업활동 지역에서 발생하고 있다.

최근 오염된 토양을 복원하기 위한 방법으로는 토양 세척ㆍ소각ㆍ고형화ㆍ안정화 및 용매추출 등과 같은 물리화학적 방법과, 토양 경작ㆍ콤포스팅(composting)ㆍ바이오벤팅(bioventing)ㆍ식물복원 등과 같은 생물학적 방법으로 구분될 수 있으며, 이러한 여러 방법들 중에서 비교적 쉽고 오염된 토양을 신속히 복원할 수 있는 것은 토양 세척방법이다.

오염된 토양의 세척방법은 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합된 유해성 유기오염물질의 표면장력을 약화시키거나 중금속을 액상으로 변화시켜 토양입자로부터 분리시켜 처리하는 기법으로서, 광범위한 유기 및 무기오염물질을 제거할 수 있는 한편 오염물질의 종류에 관계 없이 적용할 수 있는 장점이 있다.

상기에서 토양 세척방법은 현장처리법(In-situ 법)과, 현장외처리법(Ex-situ 법)으로 구분되며, 현장처리법은 오염된 토양을 굴착하지 않고 세척용액 주입정ㆍ세척용액 배출정ㆍ세척유출수 처리시설ㆍ펌프 및 계장시설ㆍ휘발물질 처리시설 등을 오염된 부지에 설치하여 처리하고자 하는 오염토양 내에 세척수를 순환시켜 오염토양을 직접 세척하는 방법으로서, 처리 시간이 길고 세척액의 회수가 어려운 단 점이 있기 때문에 토양 세척방법은 주로 현장외처리법이 적용된다.

현장외처리법은 토양내 오염물질의 분포 및 토양의 물리/화학적 특성을 파악하여 처리하고자 하는 범위의 오염된 토양을 굴착한 후, 적절한 세척액을 사용하여 굴착된 오염토양을 세척장치가 있는 곳에서 세척하는 방법으로서, 최근 일반화된 토양 세척방법으로 이용된다.

종래 토양 세척방법으로 오염된 토양을 다단계로 선별 및 세척하여 오염토양에 부착된 유류 및 중금속을 포함한 각종 오염물질을 제거하여 토양을 복원하는 기술로서, 국내 특허 제10-0534067호(오염 토양의 복원과 선별 처리를 위한 토양 세척 방법과장치)가 제안 되었다.

상기의 선행기술은 오염토양을 건식 선별단계와, 고압 살수 선별단계를 통하여 선별한 다음, 1차 세척조에서 세척하는 동시에 오염물이 다량 함유된 부유 토양과 오염물이 소량 함유된 침적 토양으로 분리 배출한 후, 분리된 침적 토양을 2차 세척조에서 세척과 동시에 미립 토양과 과립 토양으로 분리 배출하여 과립 토양은 탈수하여 복원용 토양으로 환원하며, 미립 토양은 1차 세척조에서 배출된 부유 토양과 함께 침전, 응집 및 탈수공정을 통하여 폐기용 오염 슬러지로 만들고, 오염된 세척수는 중화시켜 재활용하는 기술이다.

이러한 종래의 선행기술은 건식 선별기와, 고압 살수 선별기에서 입도가 큰 토양입자를 선별한 후, 1차 및 2차 세척조에서 세척공정이 수행된 다음, 세척공정에서 생성된 미립토양과 부양토양을 폐기용 오염 슬러지로 만들어 폐기하므로 폐기물의 처리비용이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 폐기물로 인하여 제2의 환경오염을 야기하는 실정이고, 특히 미립자의 토양에 흡착된 오염물질을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점들이 있었다.

따라서, 상기의 문제점들을 개선하고자 본 출원인은 벤투리관을 적용하여 미립자의 오염토양에 흡착된 각종 오염물질을 효과적으로 세척하는 기술을 특허 제10-0906130호(토양의 오염물질 세척장치)로 등록한 바 있다.

본 발명은 종래 오염된 토양의 세척장치에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 미립자의 오염토양에 흡착된 각종 오염물질을 효과적으로 세척하여 토양을 복원할 뿐만 아니라 세척공정이 연속적으로 진행되는 한편 세척설비를 저렴하고 간단하게 구현하고자, 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌프로부터 벤투리관에 고압으로 펌핑되고, 세척액이 고압노즐에서 벤투리관에 와류형태로 고압 분사됨으로써, 오염토양의 입자간 충돌 및 마찰작용으로 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착되는 한편 벤투리관에서 고압 분사작용으로 압력과 밀도가 급격히 낮아져 입자가 확산되면서 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착하여 효과적으로 세척되는 토양의 오염물질 세척장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

펌프로부터 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌핑되는 펌핑관과; 상기 펌핑관에 결합되고 세척액을 고압으로 분사하는 다수개의 고압노즐이 설치된 세척유니트와; 상기 세척유니트에 결합되고 오염토양과 세척액이 고압으로 분사되는 벤투리관과; 상기 벤투리관에 결합되고 고압으로 분사된 오염토양과 세척액이 토출되는 토출관;을 포함하여 구현된다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 세척유니트에 설치된 다수개의 고압노즐은 세척액을 벤투리관에 와류형태로 고압 분사하도록 일정 간격으로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌프로부터 벤투리(Venturi)관에 고압으로 펌핑되고, 이와 함께 세척액이 다수개의 고압노즐에서 벤투리관에 와류형태로 고압 분사됨에 따라 오염토양의 입자간 충돌 및 마찰작용으로 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착되는 한편 벤투리관에서 고압 분사작용으로 압력과 밀도가 급격히 낮아져 입자가 확산되면서 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착하여 세척됨으로써, 오염토양에 흡착된 각종 오염물질을 효과적으로 세척하여 토양을 복원할 뿐만 아니라 세척공정이 연속적으로 진행되는 한편 세척설비가 저렴하고 매우 간단하게 구현되는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 구성을 도면에 도시한 도 1 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명의 실시예에서 주된 요지는 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌프로부터 벤투리관에 고압으로 펌핑되고, 세척액이 벤투리관에 와류형태로 고압 분사됨에 따라 오염토양의 입자간 충돌 및 마찰작용으로 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착되는 한편 벤투리관에서 오염토양과 세척액의 고압 분사작용으로 압력과 밀도가 급격히 낮아져 입자가 확산되면서 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착하여 효과적으로 세척되는 것이다.

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 토양의 오염물질 세척장치의 주요 구성을 살펴보면, 펌프로부터 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌핑되는 펌핑관(10)과; 상기 펌핑관(10)에 결합되고 세척액을 고압으로 분사하는 다수개의 고압노즐(21)이 설치된 세척유니트(20)와; 상기 세척유니트(20)에 결합되고 오염토양과 세척액이 고압으로 분사되는 벤투리관(30)과; 상기 벤투리관(30)에 결합되고 고압으로 분사된 오염토양과 세척액이 토출되는 토출관(40);을 포함하여 이루어진다.

상기의 주요 구성에서 펌핑관(10)은 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌프로부터 고압으로 펌핑되는 관으로서, 오염토양은 입자가 실트(silt) 이하의 미립자로 먼저 유기물 산화공정의 교반탱크에서 정화제와 혼합되어 교반 및 폭기공정이 충분히 실시된 다음, 펌프로부터 교반탱크에서 펌핑관(10)으로 펌핑된다.

오염토양에 혼합 교반되는 정화제는 토양입자에 흡착된 각종 오염물질의 분해 반응을 촉진시켜 탈착효과를 높이는 것으로서, 오염토양에 정화제를 혼합한 후, 교반 및 폭기공정을 충분히 실시하며, 정화제는 일반적으로 계면활성제를 사용할 수 있다.

상기에서 정화제가 혼합 교반된 오염토양을 펌핑하는 기능의 펌프는 샌드펌프(sand pump)나 또는 슬러지펌프(sludge pump)를 적용할 수 있으며, 교반탱크에서 이송호스나 또는 이송배관을 통하여 펌핑관(10)으로 공급된다.

또한 상기의 주요 구성에서 세척유니트(20)는 펌핑관(10)의 단부에 플렌지로 결합 설치되고, 세척액을 고압으로 분사하는 다수개의 고압노즐(21)이 외주연 둘레에 일정 간격으로 설치되며, 여기서 고압노즐(21)에 작용하는 세척액의 압력은 3500psi 이상으로 작용함이 바람직하다.

상기에서 세척유니트(20)는 원통형태로 제작되고, 그 내경의 크기와 고압노즐(21)의 수는 오염토양의 세척용량에 따라 선택적으로 달리하여 제작될 수 있으며, 고압노즐(21)의 수는 4~12개로 설치함이 바람직하고, 고압 분사되는 세척액은 일반적으로 사용이 쉽고 무공해성의 물을 사용함이 이상적이다.

세척액은 별도로 설치된 공정수 저장탱크에서 펌프를 통하여 고압노즐(21)로 펌핑되고, 상기 펌프에서 다수개의 고압노즐(21)로 펌핑되는 세척액의 펌핑압력은 3500psi 이상으로 가해진다.

상기에서 고압노즐(21)은 도면에서 도 2와 같이, 세척유니트(20)의 외주연 둘레에서 안쪽 내주면으로 관통되도록 경사지게 설치되며, 여기서 고압노즐(21)의 경사각(L)은 7~12°정도가 바람직하고, 제작과정에서 가공성을 고려할 때 펌핑관(10)의 플렌지 둘레에서 세척유니트(20)의 안쪽 내주면으로 관통되어 경사지게 설치함이 바람직하다.

또한 상기의 주요 구성에서 벤투리관(30)은 세척유니트(20)의 단부에 플렌지로 결합 설치되고, 중간 부분의 내경이 잘록하게 좁은 관의 형태로 구현되며, 오염토양과 세척액이 고압으로 분사되면서 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착하 여 세척되는 기능으로서, 오염토양의 입도에 따라 내경을 선택적으로 달리하여 적용할 수 있고, 펌핑관(10)을 통하여 고압으로 펌핑된 오염토양과 세척유니트(20)의 고압노즐(21)에서 고압으로 분사된 세척액이 벤투리관(30)에서 고압으로 압력이 더욱 증가하여 분사된다.

또한 상기의 주요 구성에서 토출관(40)은 벤투리관(30)의 단부에 플렌지로 결합 설치되고, 벤투리관(30)에서 고압으로 분사된 오염토양과 세척액이 토출되는 기능으로서, 상기 토출관(40)은 반응조로 연결되어 오염토양에 흡착된 각종 오염물질의 분해 반응을 촉진한다.

한편 반응조에서 탈수장치로 공급되어 세척된 토양을 탈수하여 골재로 분리하고, 여기서 탈수된 오염물질과 세척액은 정화장치에서 여과공정을 거친 다음, 방류되거나 또는 공정수로 재활용된다.

또한 본 발명의 실시예에서 세척유니트(20)에 설치되는 고압노즐(21)은 세척액을 벤투리관(30)에 와류형태로 고압 분사하는 기능으로서, 도면에서 도 4와 같이 벤투리관(30)을 향하여 세척유니트(20)의 둘레에 고압노즐(21)을 일정 간격으로 설치하되, 각각 한쪽 방향으로 기울어지도록 설치하며, 상기 고압노즐(21)의 기울기(A)는 6~10°정도가 바람직하다.

즉, 다수개의 고압노즐(21)이 벤투리관(30)을 향하여 일정 간격으로 기울어져 설치됨에 따라 세척액이 벤투리관(30)에 와류형태로 고압 분사됨으로써, 펌핑관(10)과 세척유니트(20)를 통해 벤투리관(30)으로 펌핑되는 오염토양에 와류를 발생시키며, 이러한 경우 오염토양의 와류현상으로 인하여 입자간 충돌 및 마찰작용 이 발생하므로 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착되어 세척효과를 더욱 높이게 된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 토양의 오염물질 세척장치의 작동과정을 살펴보면, 도면에서 도 5와 같이 우선 유기물 산화공정의 교반탱크에서 정화제와 혼합되어 교반 및 폭기공정이 충분히 실시된 오염토양이 펌프로부터 펌핑관(10)과 세척유니트(20)를 통해 벤투리관(30)으로 고압 펌핑되고, 이와 함께 세척액이 펌프로부터 고압노즐(21)로 펌핑되어 벤투리관(30)에 와류형태로 고압 분사된다.

상기에서 세척액이 벤투리관(30)에 와류형태로 고압 분사됨에 따라 벤투리관(30)으로 주입되는 오염토양에 와류를 발생시켜 입자간 충돌 및 마찰작용으로 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착되고, 또한 오염토양과 세척액이 벤투리관(30)을 통과하면서 압력이 더욱 높아진 상태에서 고압으로 분사됨에 따라 분사과정에서 압력과 밀도가 순간적으로 급격히 낮아져 입자가 확산되면서 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착하여 분리된다.

즉, 세척액이 벤투리관(30)에 와류형태로 고압 분사되어 오염토양에 와류를 발생시키므로 입자간 충돌 및 마찰작용으로 인하여 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착되는 한편 오염토양과 세척액이 벤투리관(30)에서 고압으로 분사되면서 압력과 밀도가 급격히 낮아져 입자가 확산되므로 토양입자에 흡착된 각종 오염물질이 탈착하여 세척되는 것이다.

이러한 본 발명의 실시예는 오염토양의 입자간 충돌 및 마찰작용과, 고압 분사작용으로 미립자의 오염토양에 흡착된 각종 오염물질을 효과적으로 세척하여 토양을 복원할 뿐만 아니라 세척공정이 연속적으로 진행되는 한편 고압노즐과 벤투리관을 적용하여 세척설비를 저렴하고 간단하게 구현할 수 있는 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명 하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예를 나타낸 정면도.

도 2는 본 발명의 실시예에서 설치상태를 나타낸 정단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에서 세척액의 분사상태를 나타낸 정단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에서 세척액의 분사상태를 나타낸 측단면도.

도 5는 본 발명의 실시예에서 세척과정을 나타낸 단면도.

{도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명}

10: 펌핑관 20: 세척유니트

21: 고압노즐 30: 벤투리관

40: 토출관

Claims (3)

1. 펌프로부터 정화제가 혼합 교반된 오염토양이 펌핑되는 펌핑관(10)과;

   상기 펌핑관(10)에 결합되고 세척액을 고압으로 분사하는 다수개의 고압노즐(21)이 설치된 세척유니트(20)와;

   상기 세척유니트(20)에 결합되고 오염토양과 세척액이 고압으로 분사되는 벤투리관(30)과;

   상기 벤투리관(30)에 결합되고 고압으로 분사된 오염토양과 세척액이 토출되는 토출관(40);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토양의 오염물질 세척장치.
2. 제1항에 있어서;

   세척유니트(20)에 설치된 다수개의 고압노즐(21)은 세척액을 벤투리관(30)에 와류형태로 고압 분사하도록 일정 간격으로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 하는 토양의 오염물질 세척장치.
3. 삭제

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