KR101060185B1 - 열탈착식 오염토양 복원장치 - Google Patents

열탈착식 오염토양 복원장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이송스크류를 갖는 회전통 내부를 버너로 가열하여 오염토양이 상기 이송스크류에 의해 배출구 쪽으로 흘러가도록 하되 상기 회전통 중심으로 분쇄날을 구비하여 상기 회전통의 분쇄날과 교차되면서 오염토양이 잘게 부숴지도록 함으로써, 진흙처럼 뭉쳐진 토양도 쉽게 복원할 수 있으며, 특히 상기 회전통의 외부를 감싸는 연소통을 마련함으로써, 상기 버너의 연료에 비하여 비교적 저렴한 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄을 보조열원으로 사용하여 상기 회전통을 간접 가열하므로 연료비를 절감할 수 있는 열탈착식 오염토양 복원장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 한방향으로 회전되는 회전통의 개방된 한쪽은 오염토양을 주입하는 투입구를 갖는 커버가 구비되고, 반대쪽은 상기 회전통 내부를 가열하는 버너를 갖는 버너하우징이 구비되며, 상기 회전통의 내주면에는 상기 투입구로 공급된 오염토양을 상기 버너하우징 하부의 배출구로 이송시키는 나선형 이송스크류가 구비되고, 상기 회전통의 내부 중심에는 상기 회전통과 반대방향으로 회전되는 노즐관이 구비되는데, 상기 노즐관의 외주면에는 빗살형태의 분쇄날이 방사상으로 다수개 구비되고, 상기 회전통의 내주면에는 상기 이송스크류들 사이사이로 상기 분쇄날과 교차되는 분쇄날이 방사상으로 다수개 구비되며, 상기 커버에는 오염토양의 열탈착과정에서 발생되는 오염성분 및 상기 버너의 배기가스를 흡입하는 배기관이 구비된 특징이 있다.

Description

열탈착식 오염토양 복원장치{Thermal desorption type soil restore apparatus}
본 발명은 열탈착식 오염토양 복원장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이송스크류를 갖는 회전통 내부를 버너로 가열하여 오염토양이 상기 이송스크류에 의해 배출구 쪽으로 흘러가도록 하되 상기 회전통 중심으로 분쇄날을 구비하여 상기 회전통의 분쇄날과 교차되면서 오염토양이 잘게 부숴지도록 함으로써, 진흙처럼 뭉쳐진 토양도 쉽게 복원할 수 있으며, 특히 상기 회전통의 외부를 감싸는 연소통을 마련함으로써, 상기 버너의 연료에 비하여 비교적 저렴한 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄을 보조열원으로 사용하여 상기 회전통을 간접 가열하므로 연료비를 절감할 수 있는 열탈착식 오염토양 복원장치에 관한 것이다.
일반적으로 주유소, 유류저장탱크 및 화학설비를 갖춘 공장 지대는 지반 내부로 기름이나 중금속이 유출되어 토양이 오염되는 실정이다. 오염토양을 정화시키는 방법으로 화학적처리, 증기추출법 및 열분해 처리법 등이 있다. 화학적처리란 계면활성제 및 산화제 등의 약품을 이용하여 토양으로 부터 오염원을 분리 제거하는 기술이다. 이 과정에서 흡착기를 이용하여 유증기 등의 유해가스를 흡착 제거하는 증기추출법이 병행 시행된다.
또한 오염 토양중에는 미세 분말 형태의 중금속이 포함되어 있는데, 이러한 중금속 또는 중질유는 산화제 및 계면활성제 같은 중화제로 화학적 처리를 하더라도 제거되지 않고 토양에 계속 남게 된다. 특히 납, 수은 및 카드뮴 같은 중금속은 미량이더도 인체에는 치명적이므로 오염토양을 정화시킬 때 필수적으로 제거해야된다.
중금속을 효과적으로 제거하는 방법으로는 토양을 직접 또는 간접적으로 가열시켜 오염성분을 탈착시킨 뒤 이를 포집하여 고온으로 산화시키거나 또는 흡착 제거하는 방법이 있다. 미국특허 제5,302,118호는 회전가마인 로터리킬른(rotary kiln) 타입으로써 오염토양을 복원하기 위한 직접가열방식이다. 한쪽으로 기울어진 회전통의 내부로 오염토양을 투입하고 반대쪽에서 버너로 회전통 내부를 가열시키면 오염토양이 버너쪽으로 흘러 배출되는 과정에서 직접 가열되고 이때 오염성분이 휘발되는데, 오염성분은 따로 포집하여 흡착 제거하거나 또는 고열로 재차 가열시켜 산화시킨다.
그러나 상기 종래의 특허는 오염토양이 흘러가면서 열기와 최대한 접촉되도록 상기 회전통을 길게 형성해야 되므로 설치공간을 많이 차지하고 또한 회전통이 직접 가열되므로 열손실이 발생되는 등의 문제점이 있었다.
미국특허 제5,927,970호는 내부의 회전통 외측으로 외통을 감싸고 상기 외통과 회전통 사이 공간을 버너로 가열하여 회전통 내부의 오염토양이 열탈착되도록 한 간접가열방식의 복원장치가 제안된 바 있다.
그러나 이것은 오염토양이 간접적으로 가열되기 때문에 오염토양이 회전통 내부에서 충분히 가열되어야 하므로 체류시간이 길게 되어 하루에 복원할수 있는 오염토양이 한정되는 문제가 있었다.
국내특허 제807772호 역시 간접가열 방식으로 오염토양을 복원하는 장치이나, 이것 역시 오염토양이 직접가열되지 못하므로 예열 및 가열하는데 충분한 시간이 필요하므로 운전시간이 길어지는 단점이 있으며, 또한 외통과 회전통 사이에서 버너를 작동시키므로 외통이 간접가열되어 외통을 단열시키는 장치가 추가로 필요한 등의 기술적인 단점이 있었다.
또한 상기 종래의 특허들은 경유 처럼 고가의 연료를 연소시키는 버너를 사용하기 때문에 토양을 복원시키는데 비용이 많이 들어가는 등의 단점이 있으며, 진흙처럼 뭉쳐진 흙의 경우 이를 잘게 부숴주는 수단이 없으므로 뭉친 흙의 내부로 열전달이 되지 않으면 열탈착이 원활히 이뤄지지 않는 등의 단점이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 이송스크류를 갖는 회전통 내부를 버너로 가열하여 오염토양이 상기 이송스크류에 의해 배출구 쪽으로 흘러가도록 하되 상기 회전통 중심으로 분쇄날을 구비하여 상기 회전통의 분쇄날과 교차되면서 오염토양이 잘게 부숴지도록 함으로써, 진흙처럼 뭉쳐진 토양도 쉽게 복원할 수 있으며, 특히 상기 회전통의 외부를 감싸는 연소통을 마련함으로써, 상기 버너의 연료에 비하여 비교적 저렴한 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄을 보조열원으로 사용하여 상기 회전통을 간접 가열하므로 연료비를 절감할 수 있는 열탈착식 오염토양 복원장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 한방향으로 회전되는 회전통의 개방된 한쪽은 오염토양을 주입하는 투입구를 갖는 커버가 구비되고, 반대쪽은 상기 회전통 내부를 가열하는 버너를 갖는 버너하우징이 구비되며, 상기 회전통의 내주면에는 상기 투입구로 공급된 오염토양을 상기 버너하우징 하부의 배출구로 이송시키는 나선형 이송스크류가 구비되고, 상기 회전통의 내부 중심에는 상기 회전통과 반대방향으로 회전되는 노즐관이 구비되는데, 상기 노즐관의 외주면에는 빗살형태의 분쇄날이 방사상으로 다수개 구비되고, 상기 회전통의 내주면에는 상기 이송스크류들 사이사이로 상기 분쇄날과 교차되는 분쇄날이 방사상으로 다수개 구비되며, 상기 커버에는 오염토양의 열탈착과정에서 발생되는 오염성분 및 상기 버너의 배기가스를 흡입하는 배기관이 구비된 특징이 있다.
본 발명은 회전통 내부에 이송스크류가 구비되는데, 상기 회전통의 한쪽에서 오염토양이 공급되면 상기 이송스크류에 의해 오염토양이 배출구 쪽으로 흘러간다. 상기 배출구 쪽에는 버너가 구비되므로 버너의 열기에 의해 상기 회전통 내부가 가열되면서 이송중인 오염토양이 가열되어 오염성분이 휘발되고 이때 발생되는 오염가스는 한쪽으로 포집하여 고열로 산화제거하거나 또는 화학적으로 처리한다.
상기 회전통 내부에는 상기 회전통과 반대방향으로 회전되는 분쇄날이 다수개 구비되고, 상기 회전통 내부에는 상기 분쇄날과 교차되는 분쇄날이 다수개 구비되므로 이들 분쇄날들의 사이로 오염토양이 지나가면서 뭉쳐진 오염토양이 분해되므로 진흙같은 토양도 그 내부까지 버너의 열기가 전달되어 오염원이 열탈착 제거된다.
그리고 상기 회전통의 외부는 연소통이 구비되고 상기 연소통의 하부에는 가격이 저렴한 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄 등을 연소시키는 연소실이 마련되므로 상기 회전통을 직접 가열하여 이송되는 토양을 적극적으로 가열 건조시킬 수 있다. 따라서 오염토양의 복원성이 향상되며 특히 고가의 연료를 사용하는 버너의 이용을 줄일 수 있으므로 경제적인 등의 이점이 있다.
도 1은 본 발명 한 실시예의 복원장치의 정단면도
도 2는 도 1의 A - A선 단면도
도 3은 도 1의 B - B선 단면도
도 4는 본 발명 다른 실시예의 복원장치의 정단면도
도 5는 도 4의 C - C선 단면도
본 발명 한 실시예의 복원장치는 내주면에 나사산 형태의 이송스크류(11)가 구비되어 한방향으로 회전되는 과정에서 상기 이송스크류(11)에 의해 오염토양이 흘러가는 회전통(10)이 구비되고, 상기 회전통(10)의 개방된 한쪽 끝단에는 오염토양을 상기 회전통(10)으로 공급하는 투입구(21)를 갖는 커버(20)가 구비되며, 상기 회전통(10)의 반대쪽 끝단에는 버너(31)로 상기 회전통(10) 내부를 가열하고 또한 복원된 오염토양을 배출하는 배출구(32)를 갖는 버너하우징(30)이 구비된다.
상기 회전통(10)의 내부에는 중심쪽에 노즐관(40)이 구비되는데, 상기 노즐관(40)은 상기 회전통(10)과 반대방향으로 회전되도록 하기 위하여 양단이 베어링(43)으로 회전지지된다. 상기 베어링(43) 중에서 한쪽은 상기 커버(20)의 중앙에 체결 지지되고 나머지 반대쪽은 상기 회전통(10) 내주면에 사방으로 고정된 리브(44)로 지탱된다.
상기 노즐관(40)은 끝단에 종동기어(47)가 구비되고 상기 종동기어(47)는 모터(45)로 회전되는 구동기어(46)와 치합되며, 로터리조인트(48)를 통하여 외부의 연결관(40a)과 결합되어 상기 노즐관(40) 내부로 고압공기 또는 스팀이나 화적적인 약품이 주입된다. 그리고 상기 노즐관(40)에는 외주면에 다수개의 노즐(42)이 구비되어 고압공기, 스팀 또는 약품이 회전통(10) 내부로 분사되며, 상기 노즐관(40)에는 빗살형태의 분쇄날(41)이 방사상으로 다수개 구비되고, 상기 회전통(10)의 내주면에도 상기 분쇄날(41)과 교차되는 빗살형태의 분쇄날(12)이 다수개 구비된다. 상기 노즐관(40)의 분쇄날(41)은 끝단이 상기 이송스크류(11)의 끝단과 간섭되지 않는 높이로 돌출된다.
그리고 상기 커버(20)의 상부에는 오염토양의 열탈착 과정에서 배출되는 휘발성 가스 성분과 버너(31)의 연소가스를 배출하기 위한 배기관(22)이 마련되는데, 상기 배기관(22)으로 포집된 가스는 고온으로 소각하여 환경호르몬인 다이옥신을 제거하거나 또는 진공흡착방식으로 제거한다. 미설명부호 10a는 상기 회전통(10)의 외부 양단에서 롤러를 이용하여 회전지지하는 회전지지체, 10b는 상기 버너하우징(30)과 회전통(10)의 사이 및 상기 회전통(10)과 커버(20)의 사이틈새를 막아 열손실을 줄이되 상기 회전통(10)의 회전이 가능하도록 해주는 밀폐부재를 나타낸다.
이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 1차 분쇄 및 이물질 선별과정을 거친 오염토양이 상기 투입구(21)로 공급된다. 상기 회전통(10)은 한방향으로만 회전되는데, 오염토양이 내부로 들어오면 이송스크류(11)에 의해 배출구(32) 쪽으로 이송시킨다.
상기 버너(31)는 상기 회전통(10)의 내부를 약 300℃ 내외로 가열시키는데, 이때 회전통(10)의 내부 열기에 의해 상기 오염토양이 충분히 가열된다. 상기 회전통(10) 내부에 형성된 이송스크류(11)들은 그 높이가 낮기 때문에 이송중인 오염토양이 이송스크류(11)들에 의해 위쪽으로 들리면서 이송되다가 회전통(10) 바닥으로 떨어지는 과정을 반복하면서 배출구(32) 쪽으로 흘러간다.
또한 이송스크류(11)들의 사이사이로 분쇄날(12)이 다수개 구비되고 상기 노즐관(40)에는 분쇄날(41)이 교차 형성되기 때문에 오염토양이 이들 분쇄날(12)(41)의 사이를 반복해서 지나가는 과정에서 뭉쳐진 흙이 분해되어 오염성분이 열기에 의해 적극적으로 가열되어 휘발되며, 이때 휘발된 오염원은 배기관(22)으로 흡입된다. 그리고 흡착수단에서 제거되거나 또는 고열의 가열장치에서 1000℃ 이상으로 가열되어 산화 제거된다.
상기 노즐관(40)은 모터(45)에 의해 상기 회전통(10)과 반대방향으로 회전되기 때문에 분쇄날(12)(41)들이 교차되면서 오염토양을 적극적으로 분쇄시킨다. 유류에 오염된 지역이 황토성분의 토양일 경우 대부분 찰흙처럼 뭉쳐진 상태가 되는데, 이같은 뭉친흙의 경우 상기 회전통(10) 내부에 투입되면 상기 버너(31) 열기에 의해 반건조 상태가 되면서 상기 이송스크류(11)에 의해 버너(31) 쪽으로 계속 흘러가게 되는데, 상기 분쇄날(12)(41)들에 의해 건조중인 오염토양이 쉽게 분쇄된다. 또한 노즐관(40)의 노즐(42)에서 고압의 공기 또는 스팀이 분사되어 분쇄날(12)(41)들의 사이에 끼인 오염토양을 떨어뜨리거나 또는 유동성을 높여 보다 잘 분쇄되도록 해준다.
그리고 상기 회전통(10) 내부에서 이송스크류(11)들에 의해 이송중인 오염토양은 버너(31) 쪽으로 계속 흘러가기 때문에 적극적으로 가열된 뒤 버너(31) 직 하부의 배출구(32)로 배출되면서 오염성분이 제거된다.
도 4 내지 도 5는 본 발명 다른 실시예로써, 본 발명 한 실시예와 동일 구성을 갖는다. 단지 회전통(10)을 감싸는 연소통(50)이 구비되고, 상기 연소통(50)의 하부에는 회전통(10) 표면을 직접 가열하는 연소실(51)이 구비된다. 그리고 상기 연소통(50)의 상부에는 연도(52)가 마련되는데, 상기 연소실(51)에서 태워지는 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄의 연소과정에서 발생되는 연기 및 가스를 외부로 배출한다.
이처럼 구성된 본 발명 다른 실시예는 상기 연소실(51)에 목재, 목탄 갈탄 및 무연탄을 직접 태우면 그 화력이 상기 연소통(50) 안쪽으로 퍼지면서 상기 회전통(10)을 감싸고 돌기 때문에 상기 회전통 내부로 흘러가는 오염토양이 간접가열된다. 따라서 상기 버너(31)의 화력을 약하게 하여도 되므로 버너(31)의 연료사용량을 줄일 수 있다. 상기 버너(31)는 고가의 경유를 사용하므로 장기간 오염토양을 복원해야되는 현장의 경우 복원비용이 증가되므로 현장 주변의 버려진 목재 또는 값싼 갈탄이나 무연탄으로 상기 회전통(10) 내부 온도를 높일 수 있다.
10 : 회전통 11 : 이송스크류
12 : 분쇄날 20 : 커버
21 : 투입구 22 : 배기관
30 : 버너하우징 31 : 버너
32 : 배출구 40 : 노즐관
41 : 분쇄날 42 : 노즐
43 : 베어링 44 : 리브
45 : 모터 46 : 구동기어
47 : 종동기어 48 : 로터리조인트
50 : 연소통 51 : 연소실
52 : 연도

Claims (4)

  1. 한방향으로 회전되는 회전통(10)의 개방된 한쪽을 막아주는 커버(20)의 상측에는 상기 회전통(10) 내부로 오염토양을 주입하는 투입구(21)가 구비되고, 반대쪽은 상기 회전통 내부를 가열하는 버너(31)를 갖는 버너하우징(30)이 구비되며,
    상기 회전통(10)의 내주면에는 상기 투입구(21)로 공급된 오염토양을 상기 버너하우징(30) 하부의 배출구(32)로 이송시키는 나선형 이송스크류(11)가 구비되고,
    상기 회전통(10)의 내부 중심에는 상기 회전통(10)과 반대방향으로 회전되는 노즐관(40)이 구비되는데, 상기 노즐관(40)의 외주면에는 빗살형태의 분쇄날(41)이 방사상으로 다수개 구비되고, 상기 회전통(10)의 내주면에는 상기 이송스크류(11)들 사이사이로 상기 분쇄날(41)과 교차되는 분쇄날(12)이 방사상으로 다수개 구비되며,
    상기 커버(20)에는 오염토양의 열탈착과정에서 발생되는 오염성분 및 상기 버너(31)의 배기가스를 흡입하는 배기관(22)이 구비된 것을 특징으로 하는 열탈착식 오염토양 복원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전통(10)의 외주연을 감싸는 연소통(50)이 구비되고,
    상기 연소통(50)의 하부에는 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄 같은 연료를 직접 연소시키는 연소실(51)이 구비되어 상기 회전통(10) 내부를 간접 가열하도록 구성되며,
    상기 연소통(50)의 상부에는 상기 연소실(51)의 연소과정에서 발생되는 연기를 배출하는 연도(52)가 구비됨을 특징으로 하는 열탈착식 오염토양 복원장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐관(40)은 양단이 베어링(43)으로 회전지지되는데, 한쪽 베어링(43)은 상기 회전통(10)의 내주면에 방사상으로 고정된 리브(44)로 지지되고, 다른쪽 베어링(43)은 상기 커버(20)의 중심에 체결되며,
    상기 노즐관(40)의 끝단에는 종동기어(47)가 구비되고, 상기 종동기어(47)는 모터(45)로 회전되는 구동기어(46)와 치합됨을 특징으로 하는 열탈착식 오염토양 복원장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 노즐관(40)에는 다수개의 노즐(42)이 구비되어 고압공기 및 스팀을 상기 분쇄날(12)(41)들로 분사하여 뭉쳐진 오염토양이 분쇄되도록 구성되며,
    상기 노즐관(40)의 끝단은 로터리조인트(48)를 통하여 연결관(40a)과 결합되어 고압공기 및 스팀이 회전되는 노즐관(40) 내부로 공급됨을 특징으로 열탈착식 오염토양 복원장치.
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