KR101131340B1

KR101131340B1 - 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템

Info

Publication number: KR101131340B1
Application number: KR1020110016745A
Authority: KR
Inventors: 이종열; 이석영; 박흥원; 강성호; 서승원
Original assignee: 아름다운 환경건설(주)
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-04-04
Also published as: WO2012115481A3; WO2012115481A2

Abstract

본 발명은 매립 처리되어 있는 폐사돈, 폐사우 및 폐가금류를 탄화처리하기 위한 장치에 있어서, 단열 우수 차수막, 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량구동형), 폐사체 탄화장치, 모니터링 장치, 설치시설 안정화 지지대로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템. 에 관한 것이다..

Description

원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템{Management system for stabilizing livestock reclaimed land through heat carbonization of original site}

본 발명은 매립 처리되어 있는 폐사돈, 폐사우 및 폐가금류의 탄화처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 가축 폐사체가 기 매몰된 매립지에 침출수를 추출 적절하게 살균처리 한 후 발열봉을 설치하여 매몰 처리된 가축사체 폐기물을 단기간에 탄화시켜 위생적이고 친환경적으로 처리하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리기술에 관한 것이다.

최근 국내의 축산산업은 조류인플루엔자, 광우병, 돼지콜레라, 구제역과 같은 바이러스성 질병의 빈번한 발생과 전국적인 확산으로 인하여 막대한 피해를 입고 있다. 또한 바이러스성 축산질병으로 판정되면 병원균의 확산 방지를 위해 발생농장 500m 이내의 모든 우제류 가축을 살처분 매몰 또는 소각하여 처리하도록 공시하고 있어 살처분 방법에 따라 침출수 유출, 대기오염물질 방출과 같은 환경문제로 국민건강이 끊임없이 위협받고 있는 실정이다.

농림수산식품부 자료에 따르면, 구제역, 광우병, 그리고 조류독감으로 폐사된 가금류의 개체수는 2010 년과 2011 년 현재 소 15만두, 돼지 314만두, AI 545만수가 살처분 되었고 거의 모든 폐사가축 폐기물들은 매몰되어 처리되었으며 매몰지 수는 전국 96개 시군구에 4,632개소에 이르고 있다.

바이러스성 축산질병에 걸린 가축류의 매립/매몰을 통한 살처분이 병원균의 확산을 방지하고 상대적으로 비용경제적인 처리방법이긴 하지만, 미생물에 의한 자연분해를 위해서는 상당한 시간이 요구되고 분해과정이 진행되는 동안 끊임없이 침출수가 유출되기 때문에 2차오염을 유발하는 단점이 있다. 또한 폐사체 매립지의 토양침하 문제로 인하여 부지의 활용성이 제약받는 단점이 있다.

매립 이외에도, 소각, 고온스팀, 및 퇴비화 방법이 있으나 전염성이 높은 바이러스에 의해 폐사된 가축을 퇴비화하기란 병원균 전염의 위험성 때문에 현실적으로 불가능하다. 또한 소각 및 고온스팀 처리방법은 매립 이전에 공법이 선정되어야 비용 경제성을 확보할 수 있다. 즉, 기 매립된 폐기물을 굴착공사를 통해 다시 지상으로 끌어 낸 뒤 소각 또는 고온스팀 처리하는 방식은 위생적, 심미적 그리고 경제적으로 적합한 공법이라 할 수 없다.

따라서 침출수 오염원을 적극적으로 복원함으로써 장기적인 침출수 발생 가능성을 제거하고 단기간에 폐사체를 처리하여 부지 활용성을 높일 수 있는 원위치 열탄화 방법에 의한 폐사가축 매립지의 탄화처리 기술이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래기술의 기 매몰된 폐사체 처리장치의 문제점을 해결하고 빠르고 경제적이며 안전한 폐사체 처리시스템을 제공하기 위한 것으로, 먼저 매립지 내부에 생성된 침출수와 가스를 추출하여 살균공정과 악취제거공정을 통해 선처리하고 지중에 발열봉을 설치하여 폐사체를 탄화시키고 탄화시 발생하는 배출가스를 선택적으로 제거함으로써 매립지 인근의 침출수 오염확산을 방지하여 공공위생을 보장하고 단기간에 폐가축을 처리하여 매립지 부지 활용성을 증대시키는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 단열 우수 차수막(斷熱雨水遮水膜), 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형), 폐사체 탄화장치, 모니터링 장치, 설치시설 지지대 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 단열 우수 차단막은 매립지 안정화 작업 기간 중 강수를 주변에 설치된 우수배제(도랑)로 흘려보낼 수 있게 설치되어 있으며 발열봉의 열손실을 최소화 시키는 단열성 재질 (세라믹 섬유 등)과 함께 구성되어 매립지 표면 전체를 차단 처리한다.

또한, 폐사체에서 발생되는 침출수 및 매립 지역 내에 유입된 지하수를 추출하는 침출수 처리가 우선시 되어야 하는 바, 상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치는 본 출원의 발명자에 의해 제안된 공개특허(공개번호 제10-2002-0082974호)인 차량 구동형 오염토양 복원장치에 추가하여 바이러스 등 병원성 미생물의 살균을 위하여 순간고열살균처리기가 부착된 것을 이용한다.

또한, 상기 폐사체 탄화장치는 처리 면적에 따라 다수의 발열봉이 설치되고 발전기와 연결되어 있어 전기 에너지를 이용하여 폐사체의 수분, 혈액, 유분 등을 건조시키고 폐사체를 탄화시키며 발열봉 외부에는 발열코일을 보호하는 외피가 설치되어 있다.

또한, 상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형)는 탄화시 발생하는 기체 및 액체를 동시에 감압추출하는 장치이며, 동시 추출된 기체 및 액체는 각각 진공추출장치와 연결된 간이 급속 산화처리기와 고온살균처리기로 보내지고 상기 침출수와 기체 처리를 위한 추출관정과 발열봉 등은 토양 침하시 구조적 안정성을 위한 설치시설 지지대과 함께 설치되어 있다.

또한, 각각의 관정에 부착된 센서는 차량 구동형 정화장치에 부착된 모니터링 장치와 연결되어 있어 운전인자 제어를 위해 자동 혹은 수동으로 컨트롤되도록 되어 있다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리기술은 침출수 배출원을 근본적으로 제거함으로써 침출수 유출에 따른 지하수 오염을 방지하고, 단기간에 폐가축을 탄화할 수 있어 장기 모니터링과 유지관리가 요구되는 침출수 처리공법 시스템에 비해 비용면에서 경제적이고, 기 매몰된 폐사가축을 소각하기 위한 굴착공정과 시설물을 필요로 하지 않아 굴착시 동원되는 인력들이 전염성 바이러스에 노출되는 문제점 등을 예방 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템의 전체 흐름도.
도 2는 차수 및 단열 시스템을 보여주는 도면.
도 3은 이동식 침출수 및 가스 진공추출처리장치 및 기체액체 진공 분리추출처리장치 차량의 정면도.
도 4는 탄화장치에 이용되는 발열봉의 제원과 형태에 대한 단면도.
도 5는 간이 배기가스 산화시설에 대한 모식도.
도 6는 정화시설물 안전성 확보를 위한 지지대에 대한 모식도.
도 7은 지하수 수위 조절 시스템에 대한 모식도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템의 전체 흐름도를 예시한다.

본 발명에 따른 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템은, 도 1에서 보는 바와 같이, 단열 우수 차수막(斷熱雨水遮水膜)(1), 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형)(2), 폐사체 탄화장치(3), 모니터링 장치(4), 설치시설 지지대(5)로 구성되어, 차수막시설, 침출수 처리공정, 폐가축 탄화공정, 기체액체 진공 분리처리공정을 아우르는 일련의 탄화공정 처리장치를 통해 기 매립된 폐가축을 환경적으로 무해한 형태로 변형시켜 정화처리가 가능하도록 하였다.

다음은 본 발명에 따른 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템을 구성장치별로 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 단열 우수 차수막(1)은 작업 시 강수를 주변에 설치된 우수배제(도랑)로 흘려보낼 수 있게 설치되어 있으며 발열봉의 열손실을 최소화 시키는 단열성 재질로 구성되어 매립지 표면 전체를 차단 처리한다.

상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(2)는 본 출원의 발명자에 의해 제안된 공개특허(공개번호 제10-2002-0082974호)인 차량 구동형 오염 토양 복원장치에 간이 급속 산화처리기(2-6) 또는 고열살균처리기(2-2)가 부착된 것이다.

상기 폐사체 탄화장치(3)는 처리 면적에 따라 다수의 발열봉(3-1)이 설치되고 발전기(3-2)와 연결되어 있어 전기 에너지를 이용하여 폐사체의 수분, 혈액, 유분 등을 건조시키고 폐사체를 탄화시키며 발열봉(3-1) 외부에는 발열코일(3-4)을 보호하는 외피(3-3)가 설치되어 있다.

또한, 상기 침출수 및 가스 진공추출장치(차량 구동형)(2)는 탄화시 발생하는 기체 및 액체를 감압추출하는 장치이며, 기체액체분리기(2-1)를 통해 진공추출된 액체는 고온살균처리기(2-2)로 보내지고 기체는 간이 급속 산화처리기(2-6)로 보내지며 상기 침출수 및 기체 처리를 위한 추출관정(2-4) 및 발열봉(3-1) 등은 토양 침하시 구조적 안정성을 위한 설치시설 지지대(5)와 함께 설치되어 있고, 각각의 추출관정(2-4)은 게이지가 설치되어 운전인자 제어를 위해 자동 혹은 수동으로 콘트롤되도록 되어 있다. 또한, 상기 침출수 및 가스 진공추출장치(차량 구동형)(2)에는 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 관측정(2-5), 급속 산화처리기(2-6), 응축기(2-7), 배출장치(2-8)(도 3 참조))도 포함하고 있다.

아울러, 매몰지의 압력 및 온도를 모니터링 할 수 있는 각종 센서와 관측정(2-5)이 설치되어 사전에 운전의 안정성을 확보하도록 한다.

또한, 안정화처리시 사용한 모든 장비와 기기 등은 공정 완료 후 살균처리하여 타 지역으로의 병원균 전염을 사전에 방지한다.

도 2는 차수 및 단열 시스템을 도시한 도면으로, 차수막 시설은 담요형태로 만든 세라믹섬유(1-1)와 단열재 보호용 점토층(1-2) 으로 구성되고, 정화구역 매립지 표면 위에 세라믹섬유(1-1)를 설치하여 지상으로 열이 발산되는 것을 막으며 작업 기간 중 강우가 발생시 우수 침투를 차단한다. 또한, 세라믹 섬유(1-1) 위에 점토나 모래 등으로 30cm 이상의 단열재 보호용의 보호층(1-2)을 설치한다. 상기 차수막 시설은 매립지 내의 우수 유입방지와 탄화공정의 효율을 높이는 효과가 있으며 동시에 공정 중 발생하는 지반침하나 매몰물의 지상 노출을 일차적으로 보호하는 역할을 한다.

도 3은 지하수 추출용 진공펌프(2-3), 기체액체 분리기(2-1), 고온살균처리기(2-2), 모니터링 장치(4) 및 배출장치(2-8)를 장착한 차량 구동형 토양오염 정화장치에 대한 정면도로서, 매립지 내부에 존재하는 침출수는 진공펌프(2-3)를 통해 양수되어 차량에 탑재되어 있는 기체액체 분리기(2-1)로 이동한다. 상기 기체액체 분리기 내부에는 수량을 측정할 수 있는 센서와 펌프가 부착되어 있어 일정하게 수량을 유지할 수 있으며, 기체와 액체를 원심력을 이용하여 분리하는 싸이클론(cyclone)과 평판 표면에서 미스트(mist)의 입자크기를 효과적으로 증가시켜 분리효율을 증가시키는 베인 플레이트(Vane Plate) 분리기술이 접목된 형태의 분리시스템이다. 상기 기체액체 분리기를 통해 분리된 액상 침출수는 순간고온 살균처리기로 이송되고 살균처리된 침출수는 적절한 수처리 공정을 거쳐 최종처리되고 악취와 기타 기체상 물질들은 현장에 설치된 급속산화장치에서 산화하여 무취 무색의 안전한 형태로 배출된다.

도 4는 폐사체 탄화장치(3)를 도시한 도면으로, 최대 10kW 전력을 소비하며 400~800℃의 범위로 온도를 올려 조절할 수 있는 발열봉(3-1)과 제어판(control panel)(3-8) 을 포함하고 있다.

탄화(炭化)란 공기나 산소의 흐름이 차단된 상태에서 유기물질을 가열할 때 유기물질이 탄소를 대량 함유하는 검은색 물질로 변화하는 과정을 말하며 목탄은 이러한 탄화작용에 의해 생성되는 대표적인 예라 할 수 있다.

탄화공정은 탄소질 원료가 열에 의해 탈수 또는 탈산 현상등의 작용으로 산소결합이 끊어지게 되고, 이때 산소는 물과 일산화탄소 및 이산화탄소등의 형태로 전환되고 휘발분은 대부분 가연성가스로 제거되어 최종적으로 고정탄소만 남게 된다. 건조단계에서는 약 250℃ 이하의 온도에서 진행되며 탄화는 400~800℃ 범위에서 이루어진다.

상기한 탄화공정의 목적을 달성하기 위하여 탄화공정 운전과 동시에 차량 탑재형 진공펌프(2-3)가 작동하여 지중의 공기를 지상으로 추출하는 과정을 거치게 된다. 상기 추출공정을 위해 사용되는 공기 추출관정(2-4)은 침출수 처리를 위해 기 설치된 관정을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있으며 필요시 손쉽게 제거 혹은 추가 할 수 있다.

발열봉(3-1)의 설치 개수는 매몰지 면적과 부피에 맞게 조절가능하며, 발열봉(3-1) 최하단으로부터 2m 높이 만큼에 발열코일(3-4)이 장착되어 탄소강 파이프(3-5)로 보호를 받는다. 또한 발열봉(3-1)의 열전달력을 극대화시키기 위해 탄소강 파이프(3-5)에 직경 4cm 의 구멍(3-6)을 5cm 간격으로 뚫어 발열코일(3-4)에서 발생되는 열이 폐가축에 적절하게 공급될 수 있도록 유도한다.

일반적으로, 산소가 완전히 차단된 실험실 조건하에서는 200℃ 정도의 온도에서 탄화가 시작되나 매립지의 일반적인 혐기 조건하에서는 유기물 분해과정 중 미량의 산소가 발생하고 침출수나 지하수에 미량의 산소가 존재하기 때문에 초기 탄화진행 과정에서는 폐가축의 수분과 산소, 침출수와 지하수 수분이 완전히 제거되면서 탄화가 진행될 것이다. 이러한 이유에서 대규모 현장에서는 탄화 운전온도는 500~700℃ 로 유지하는 것이 바람직하다. 공정 초기단계에서는 매립지내 수분이 기화되어 지중에 수증기압이 발생하여 지하수의 매립지내 유입을 방지할 수 있어 탄화과정을 앞당기는 효과를 거둘 수도 있다.

또한, 이론상 매립된 폐가축과 토양에 400℃ 이상의 충분한 열이 전달되면 유입되는 지하수는 고온으로 가열된 폐가축 혹은 토양과 접촉함과 동시에 기화되고 매립지 내부는 탄화 과정에 적합한 건조상태로 유지시킬 수 있다. 폐가축의 수분이 모두 증발한 뒤 탄화과정이 시작되는데 이 때 필요시 발열봉(3-1) 하단에 설치된 점화장치(3-7)를 통해 소정의 불꽃을 유도하여 탄화를 유도할 수도 있다.

나아가, 지중에 존재하는 대부분의 병원균들은 탄화과정 시 요구되는 500℃ 이상의 고열로 살균처리 되는 장점이 있다.

도 5는 급속 간이 산화처리기(2-6)를 도시한 전면도로서, 탄화시 발생하는 배출가스와 수증기는 차량 구동형 장치에 설치된 기체액체 분리기(2-1)를 통해 급속고온살균처리기(2-2)와 응축기(2-7)를 거쳐 간이 산화시설로 이송되어 악취 및 질산화물, 황화합물을 최종 산화처리한다. 상기와 같은 간이 급속 산화처리기(2-6)는 이미 산업화된 공지의 것을 사용하고 850℃로 운전되며 배출가스를 순간적으로 완전연소 시킨다.

도 6은 안전 설치시설 지지대(5)에 대한 모식도로서, 공정운전시 발생하는 토양침하로 인한 정화시설물의 넘어짐 가능성이나 파손을 예방하기 위해 발열봉(3-1) 및 추출관정(2-4)과 결합하여 안정성을 확보한다.

도 7은 지하수 수위 조절 시스템에 대한 모식도로서, 매몰지 외부에 관측정(2-5)과 지하수 추출관정(2-4-1)을 설치하여 탄화 공정 시 매몰지 외부 지하수 유입으로 인한 공정효율 저하를 막기 위해 매몰지 내부의 수위가 발열봉과 맞닿지 않도록 지속적으로 조절한다.

이상과 같이 본 발명을 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.

1 : 단열 우수 차수막 1-1 : 세라믹섬유
1-2 : 점토층 2 : 침출수 및 가스 진공추출처리장치
2-1 : 기체액체 분리기 2-2 : 고온살균처리기
2-3 : 진공펌프 2-4 : 추출관정
2-4-1 : 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 추출관정
2-5 : 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 관측정
2-6 : 급속 산화처리기 2-7 : 응축기
2-8 : 배출장치 3 : 폐사체 탄화장치
3-1 : 발열봉 3-2 : 발전기
3-3 : 외피 3-4 : 발열코일
3-5 : 탄소강파이프 3-6 : 구멍
3-7 :점화장치 3-8 : 제어판(Control Panel)
4 : 모니터링 장치 5 : 설치시설 지지대

Claims

매립처리된 폐사돈, 폐사우 및 폐가금류를 원위치 탄화처리하기 위한 시스템으로서,
우수를 차단하기 위한 단열 우수 차수막(1);
상기 단열 우수 차수막으로부터 침출수 및 가스를 진공추출처리하기 위한 침출수 및 가스 진공추출처리장치(2);
상기 매립처리된 가축 폐사체를 열탄화시키는 폐사체 탄화장치(3);
상기 매립처리된 지중의 가축 폐사체를 모니터하는 모니터링 장치(4);
상기 장치들을 안정적으로 지지하기 위한 설치시설 지지대(5)로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제1항에 있어서,
상기 단열 우수 차단막(1)은 담요형태로 만든 세라믹 섬유(1-1)와 단열재 보호용 점토층(1-2)으로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제1항에 있어서,
상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(2)는 탄화시 발생하는 기체 및 액체를 감압추출하는 기체액체 분리기(2-1), 및 진공추출된 액체를 고온살균처리하는 고온살균처리기(2-2), 진공펌프(2-3), 상기 침출수 및 기체 처리를 위한 다수의 추출관정(2-4), 다수의 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 관측정(2-5), 급속 산화처리기(2-6), 응축기(2-7), 배출장치(2-8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제1항에 있어서,
상기 폐사체 탄화장치(3)는 처리 면적에 따라 다수개 설치된 발열봉(3-1)과 이에 연결된 발전기(3-2)를 포함하여서, 전기 에너지를 이용하여 폐사체의 수분, 혈액, 유분을 건조시키고 폐사체를 탄화시키도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제4항에 있어서,
상기 발열봉(3-1)의 외부에는 외피(3-3)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제4항에 있어서,
상기 발열봉(3-1)은 400~800℃의 범위로 온도를 올려 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제4항에 있어서,
상기 발열봉(3-1)은 최하단으로부터 2m 높이 만큼에 발열코일(3-4)이 장착되어 탄소강 파이프(3-5)로 보호받도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제7항에 있어서,
상기 발열봉(3-1)은 발열봉의 열전달력을 극대화시키기 위해 상기 탄소강 파이프(3-5)에 직경 4cm 의 구멍(3-6)을 5cm 간격으로 뚫어 발열코일에서 발생되는 열이 폐가축에 적절하게 공급될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
제3항에 있어서,
상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(2)의 추출관정(2-4) 각각에는 게이지가 설치되어 운전인자 제어를 위해 자동 혹은 수동으로 컨트롤되도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.