KR101155392B1 - 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템 및 이를 이용한 복원방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템 및 이를 이용한 복원방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 투수계수가 낮은 지역(토양)에서도 오염된 토양을 복원할 수 있으며, 연직 생분해 배수재에 도포된 반응물질에 의해 흡착 등을 통하여 1차 정화를 하고 연직 생분해 배수재의 코어를 통해 오염물질을 외부로 토출토록 함으로써 2차 정화가 가능하여 토양 오염물질의 제거효율이 높고, 연직 생분해 배수재의 재질에 의거 토양정화 후 자연분해가 되도록 함으로써 친환경적인 오염토양 복원시스템 및 이를 이용한 복원방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템 및 이를 이용한 복원방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 투수계수가 낮은 지역(토양)에서도 오염된 토양을 복원할 수 있으며, 연직 생분해 배수재에 도포된 반응물질에 의해 흡착 등을 통하여 1차 정화를 하고 연직 생분해 배수재의 코어를 통해 오염물질을 외부로 토출토록 함으로써 2차 정화가 가능하여 토양 오염물질의 제거효율이 높고, 연직 생분해 배수재의 재질에 의거 토양정화 후 자연분해가 되도록 함으로써 친환경적인 오염토양 복원시스템 및 이를 이용한 복원방법에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 인구증가 및 산업 발달로 발생되는 폐기물과 유해화학물질로 인하여 토양 및 지하수 오염의 심각성이 고조되어 개발사업으로 영향 받게 되는 토양환경에 대한 중요성이 대두되고 있다. 특히 공단지역과 도시주거지역에서의 유해화학물질, 해안지역에 유출된 유류오염 토양, 휴폐광산에서 발생하는 침출수와 산성광산배수, 사격장에서의 중금속 토양오염, 구제역 발생에 따른 2차 오염 등의 유출로 인한 토양 및 지하수 오염 문제가 부각되고 있다.
이에 대한 오염토양 복원기술은 다양하게 제시되고 있는 바, 토양세정공법, 토양증기추출공법, 양수처리공법, 바이오벤팅공법 등이 오염지역의 현장 복원기술로 많이 사용되고 있다.
이중 토양세정공법(시스템)은 도 1에서 보는 바와 같이 제시된다. 오염원 인근 지반에 주입정(1) 및 양수정(2)을 설치하고 주입정(1)을 통하여 물(세정액)을 주입하여 오염토양을 통과시킨 후 양수정(2)을 통하여 회수함으로써 오염토양을 세정한다. 이러한 토양세정공법(시스템)은 주입정(1) 및 양수정(2)을 통한 세정을 통해 자연상태에서 오염물질의 희석 및 분해되는 것보다는 신속한 오염물 처리가 가능하다.
그러나 상기 토양세정공법은 토양에서 물(세정액)의 흐름을 유발시켜야 하는 것으로 주로 조립지반, 포화 지반에 사용되는 것으로써 시가지, 산업지역, 공장지대가 밀집된 고농도의 중금속 및 유해물질이 함유되어 있는 투수성이 낮은 매립 지반에서는 물(세정액) 및 오염물질의 추출에 어려움이 있다.
또한, 주입정(1) 및 양수정(2)을 오염토양 전체에 삽입을 하여야 하므로 시공이 용이하지 않으며, 시간이 경과에 따라 오염지반 내(토양)에서 오염물질의 농도변화가 발생하고 이러한 농도변화에 의해 이미 오염지반 내에서 오염물질이 처리된 위치에서의 양수정(2)은 일일이 작동을 중지시켜야 하므로 비경제적인 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 특허출원 제2009-8094호 등에서는 복수의 연직배수재를 이용하여 토양을 정화하는 시스템 및 공법이 제시되고 있으나, 폴리프로필렌 부직포를 사용한 필터와 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 사용한 코어를 연직배수재로 사용함에 따라 토양정화가 완료된 후에도 이러한 재질의 연직배수재는 토양에서 분해되지 않아 부차적인 환경오염의 문제를 유발시킬 우려가 있다.
본 발명은, 투수성이 낮은 지반에서도 사용될 수 있으며, 토양 정화효율이 우수하면서도 매입된 배수재 등에 의해 부차적인 오염이 발생하지 않아 친환경적인 오염토양 복원시스템 및 복원방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템(이하, "본 발명 시스템"이라함)은 오염된 지반 내에 복수개가 타입되며, 자연 분해성 수지로 형성되는 코어 및 상기 코어를 감싸는 필터를 포함하는 연직 생분해 배수재와; 상기 연직 생분해 배수재와 연결되어 상기 연직 생분해 배수재로 물 또는 증기를 주입하는 주입펌프와; 상기 연직 생분해 배수재와 연결되어 상기 연직 생분해 배수재로부터 오염물질을 흡입하는 진공브로워로 구성됨을 특징으로 한다. 이에 더하여 본 발명 시스템에서는 상기 필터의 외주연에 영가 철, 제올라이트 및 스코리아를 포함하는 반응물질이 도포되도록 함에 특징이 있다. 즉 본 발명 시스템은 상기 연직 생분해 배수재와 연결되어진 진공 펌프의 작동으로 인하여 발생하는 흡입력으로 지중에 매설된 연직 생분해 배수재에 있어 필터의 반응물질에 의해 1차적으로 오염물질을 제거할 수 있을 뿐 아니라 연직 생분해 배수재의 코어를 통해 오염물질을 지상으로 배출 처리함으로써 2차적으로 오염물질을 처리할 수 있게 하는 것이다.
코어 및 필터를 구성하는 자연 분해성 수지는 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60 내지 70중량부, 폴리오가노실록산 5 내지 15중량부가 포함되고, 이에 더하여 강도를 증가하기 위해 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 무기충전제 10 내지 20중량부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편 상기 자연분해성 수지는 옥수수 전분에서 추출한 PLA(폴리락타이드 : polylactide) 100중량부에 대하여, 석유계 생분해 수지 계열의 PBAT (Polybutylene adipate-co-terephthalate) 1 내지 10중량부가 포함되고, 이에 더하여 강도를 증가하기 위해 PLA 100중량부에 대하여 무기충전제 10 내지 20중량부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 무기충전제로는, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc)중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어짐이 타당하다.
이렇게 코어 및 필터를 자연 분해성 수지로 조성함으로써 연직 생분해 배수재가 토양 매립 6개월 후 인장강도의 보유율이 80%를 유지하고 그 역할이 끝난 후 완전히 분해되도록 하여 친환경적인 시스템을 제공하게 되는 것이다.
한편 본 발명의 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템을 이용한 오염토양 복원방법(이하 "본 발명 복원방법"이라함)은 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60 내지 70중량부, 폴리오가노실록산 5 내지 15중량부, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 무기충전제 10 내지 20중량부를 포함하도록 하거나, 옥수수 전분에서 추출한 PLA(폴리락타이드 : polylactide) 100중량부에 대하여, 석유계 생분해 수지 계열의 PBAT (Polybutylene adipate-co-terephthalate) 1 내지 10중량부, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 무기충전제 10 내지 20중량부를 포함하도록 하여 자연 분해성 수지를 합성하는 단계와; 상기 단계에서 얻어진 자연 분해성 수지로 코어와 필터를 제조하여 연직 생분해성 배수재를 제조하는 단계와; 토양에 연직 생분해성 배수재를 타입하는 단계와; 연직 생분해성 배수재에 주입펌프 및 진공브로워를 연결하는 단계와; 주입펌프를 통해 연직 생분해성 배수재로 물 또는 증기를 주입하는 단계와; 진공브로워를 통해 연직 생분해성 배수재로부터 토양의 오염물질을 추출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명은 모든 토양에서 물 또는 증기를 배출하고 오염물질이 유입되도록 함으로써 투수계수가 낮은 지역(토양)에서도 오염된 토양을 복원할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 연직 생분해 배수재에 도포된 반응물질에 의해 흡착 등을 통하여 1차 정화를 하고 연직 생분해 배수재의 코어를 통해 오염물질을 외부로 토출토록 함으로써 2차 정화가 가능하여 토양 오염물질의 제거효율을 높이는 장점이 있다.
또한 본 발명은 연직 생분해 배수재가 토양에 매립 후 일정시간이 경과함에 따라 자연분해가 되도록 함으로써 친환경적인 장점이 있다.
또한 본 발명은 시공 후에도 연직 생분해 배수재를 선택적으로 추출배수재 및 주입배수재로 전환/가동중지하여 사용할 수 있으므로 경제적이며, 사후에 오염도 등의 변화에도 대처할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술을 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 작동관계를 나타내는 측단면도이고,
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 구성으로 연직 생분해 배수재의 실시 예를 나타내는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 구성도이고,
도 5a 및 도 5b는 도 4에서 A부분의 실시 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 작동관계를 나타내는 측단면도이고,
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 구성으로 연직 생분해 배수재의 실시 예를 나타내는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 구성도이고,
도 5a 및 도 5b는 도 4에서 A부분의 실시 예를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 2는 본 발명의 작동관계를 나타내는 측단면도이고, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 구성으로 연직 생분해 배수재의 실시 예를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 구성도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4에서 A부분의 실시 예를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 시스템은 도 2에서와 같이 지중에 타입되는 복수의 연직 생분해 배수재(100)와, 상기 연직 생분해 배수재(100) 중 일부에 물 또는 증기를 주입하는 주입펌프(200)와, 상기 연직 생분해 배수재(100) 중 일부로부터 오염물질을 추출하는 진공브로워(300)로 구성된다.
우선 연직 생분해 배수재(100)는 지중(10)에 타입되는 구성으로 그 세부 구성으로는 코어(110)와 상기 코어를 감싸는 필터(120)로 구성된다. 상기 필터(120)는 부직포로 이루어지는 것으로 상기 코어(110)를 감싸면서 지중(10)으로 물 또는 증기를 배출하게 하거나 토양으로부터 오염물질을 유입하도록 하는 구성에 해당하는 것이다.
상기 연직 생분해 배수재(100)는 상기 코어(110)와 상기 코어(110)를 감싸는 필터(120)가 고정형(fixed)과 분리형(free)으로 구성될 수 있는 바, 고정형은 코어와 필터가 부착되어져 있는 것이고 분리형은 두 부분이 분리되어 있는 것이다.
상기 코어(110)는 토압에 충분히 저항을 하여야 하고, 유입 및 유출되는 물 및 오염물질을 원활히 상, 하부로 유도할 수 있도록 충분한 통수능력이 확보되어야 하며, 탄성이 있는 재질로 사용되는 것이 바람직하다. 또한 상기 필터(120)는 지중으로부터 코어(110)로 유입될 수 있는 흙입자를 저지하고, 물,증기 및 오염물질이 상기 필터(120)를 통과할 수 있는 구조의 부직포를 사용하는 것이 타당하다. 상기 필터(120)의 재질로서 부직포는 폐색현상을 방지하기 위해 흙의 입도분포에 따라 부직포의 입경을 조절하여 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 폐색현상이란 흙입자가 흙모체로부터 이탈한 후 부직포의 간극내 유체의 흐름에 의해 이동이 이루어지다가 부직포의 간극을 메우게 되는 현상을 말하는 것으로 이로 인해 부직포의 통수능을 감소시켜 지중에서의 물 유입 및 오염물질 유입이 저하되는 것을 방지하는 것이 타당하며, 또한 폐색현상에 의해 수압 등 횡압이 발생하면 연직 생분해 배수재(100) 등의 내구성을 저하시키게 되는 것으로 이를 방지하기 위해 지반조건에 따라 부직포의 입경을 조절하여 사용함이 타당하다.
특히 상기 코어(110) 및 필터(120)의 재질은 자연분해성 수지로 조성함으로써 상기 연직 생분해 배수재(100)가 지중(10)에 매립된 후 그 기능을 다하는 시점에서 자연 분해가 되도록 하여 본 발명 시스템을 이용함에 따른 부차적 오염을 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명에서는 상기 자연 분해성 수지로 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60 내지 70중량부, 폴리오가노실록산 5 내지 15중량부를 포함하는 수지를 사용하거나, 또한 다른 실시 예로서 옥수수 전분에서 추출한 PLA(폴리락타이드 : polylactide) 100중량부에 대하여, 석유계 생분해 수지 계열의 PBAT (Polybutylene adipate-co-terephthalate) 1 내지 10중량부를 포함하는 수지를 제시한다.
이에 더하여 상기 자연 분해성 수지에는 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어진 무기충전제를 시클로덱스트린 100중량부 또는 PLA(폴리락타이드 : polylactide) 100중량부에 대해 10 내지 20 중량부를 더 포함하도록 함으로써 코어의 강도, 탄성 및 내구성을 증가시킬 수 있다. 이렇게 무기충전제가 더 첨가됨으로써 상기 연직 생분해 배수재(100)가 오염토양(10) 매립 후에는 6개월 동안 80% 이상의 인장강도 보유율을 유지하게 되는 것이며, 자연분해성 성질에 의해 역할 수행 뒤에 분해가 되도록 하는 것이다.
이러한 자연 생분해 수지로 조성된 연직 생분해 배수재(100)는 단위길이당 중량 70g/m이상, 최대인장강도 200kg/폭 이상, 10%인장시 인장강도 100kg/폭 이상이고, 180도 굴곡 시 균열이 발생하지 않는 내굴곡성 및 300kPa에서 직선상태일 경우 30cm3/sec이상, 20% 굴곡시 15cm3/sec이상이 되는 배수성을 가지도록 설계하는 것이 바람직하다. 생 분해도는 ISO 14852에 의한 호기성 수계 조건 하에서 시험종료 후 생분해도가 60%이상인 것이 유효하다.
한편 상기 코어(110)는 그 구조에 따라 도 3a 내지 도 3b에서 보는 바와 같이 다양한 실시 예가 제시된다.
우선 도 3a에서 제시하는 코어(110a)는 판형상의 몸체(111a)와 상기 몸체(111a)의 양면에서 돌출하여 내부에 유로(113a)가 형성되도록 하는 지지단(112a)과, 상기 몸체(111a)에 형성되되 상기 지지단(112a) 사이에 중공(114a-1)을 형성하며 복수의 관통공(114a-2)이 형성되는 관부(114a)로 구성됨을 특징으로 한다. 상기 지지단(112a)은 상기 몸체(111a)의 양면에서 돌출되어 지지단(112a)과 필터(120) 사이에서 물, 증기 및 오염물질의 유동경로가 되는 유로(113a)를 형성하도록 하는 것이다. 또한, 이러한 지지단(112a)의 구성으로 상기 코어(110a)의 경우에는 길이방향으로 좌굴강도가 보강되어 연직 생분해 배수재(100)가 횡압에 의해 좌굴되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있다. 이에 더하여 본 실시 예에서는 상기 지지단(112a) 사이에 관부(114a)가 구성되는 바, 상기 관부(114a)의 구성으로 진공브로워(300)에 의한 오염물질 흡입 시 필터(120)가 압착되어 유로(113a)의 형성을 방해하는 것을 방지하도록 할 수 있으며, 관부(114a)에도 복수의 관통공(114a-2)이 형성되도록 하여 물, 증기 및 오염물질이 중공(114a-1)을 통해 유동하도록 구성될 수 있다.
다음으로 도 3b에서 제시하는 코어(110b)는 외주연에 나선(111b)이 형성되는 관형상으로 복수의 유동공(112b)이 형성되도록 하여 나선(111b)에 기해 좌굴강도가 보강되도록 하며 유동공(112b)을 구성하여 코어(110b) 내부로 물, 증기 및 오염물질이 유동하도록 하는 것이다. 또한, 코어(110b) 내주연에도 상기 나선(111b)이 형성됨에 따라 나선홈(113b)이 구성되도록 하여 내부를 유동하는 물, 증기 및 오염물질에 와류가 형성되도록 함으로써 필터(120) 내부 또는 외부로 물, 증기 및 오염물질이 용이하게 유동하도록 함이 타당하다.
한편 본 발명에서는 도 2에서 보는 바와 같이 상기 필터의 외주연에 반응물질(121)을 도포하도록 함으로써 반응물질(121)에 기해 1차적으로 오염물질을 제거하도록 한다. 상기 반응물질은 영가 철, 제올라이트를 포함하고 있으며, 이에 스코리아를 더 첨가할 수 있다.
상기 반응물질(121)은 지하수에 포함된 오염물질에 특정한 반응과정을 통해 오염물질을 제거하게 되는 것이다. 이러한 반응물질(121)은 대상 오염물질에 대해 충분한 반응성을 가지고 있어야 하고, 값이 저렴해야 하며, 대량 확보 및 일정기간동안 오염물 제거반응에 지속성을 가져야한다.
본 발명 시스템은 연직 생분해 배수재(100)를 오염물이 존재하는 지중에 설치하여 지하수 오염대의 수리학적 흐름을 유도, 반응물질(121)과 오염물질 사이의 화학적 반응을 유도하여 1차적으로 오염 성분을 제거하도록 하는 것이다. 이를 위해 본 발명 시스템에서는 반응물질로서 각각 영가 철과 제올라이트를 필터(120) 외주연에 도포하여 사용함으로써 영가 철에 의해 탈염효율을 증가에 의한 염화유기화합물 제거하고, 제올라이트에 의해 중금속 및 영양염류의 제거 등 1차적으로 오염토양을 정화시키는 것이다.
상기 영가 철(zero-valent iron, ZVI)은 유기오염물질에 오염된 토양 및 지하수의 복원을 위한 반응매질로서 주로 사용되고 있고, 이것에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 영가 철은 오염물질과의 반응 및 제거 효율이 높고 가격도 다른 매질에 비해 상대적으로 저렴하여 널리 사용된다.
이러한 영가 철의 반응기작은 영가 철이 산화를 일으키며 산화-환원쌍(redox couple)을 형성한다. 이러한 양상은 영가 철이 아래 식에서 보는 바와 같이 전자를 잃으며 양이온 형태로 존재하려는 경향을 나타내며 자발적 산화에 의해 발생되는 부식반응으로 고려될 수 있다.
또한, PCE, TCE와 같은 할로겐화 알킬(RX)의 경우, H+ 공여체의 존재하에 아래 식과 같은 반응에 의하여 환원적 탈염소화가 진행된다.
한편 제올라이트는 이온교환 작용에 의하여 암모니아성 질소 등의 영양염류와 카드뮴, 납, 구리, 아연 등의 중금속을 오염물로부터 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 여기에서 양이온교환이란 액상에 존재하는 양이온이, 고체 표면에 정전기적 인력으로 결합되어 있는 같은 전하의 양이온과 교환되는 현상으로 이온교환이 일어나는 본체를 Z로 표현하고 본체 내의 이온을 A, 수용액상의 이온을 B라고 하면 교환반응을 아래 식과 같이 나타낼 수 있다.
이러한 교환반응에 의하여 특정 이온의 분리 및 제거가 가능하게 된다. 이온교환 반응은 화학양론적으로 이루어지며 교환이 이루어지는 고체의 기본구조에는 영향을 미치지 않는 특성이 있어 재생이 가능하다.
한편 영가 철에 의한 오염성분의 제거과정에서 pH의 상승 등으로 인하여 철가루에 불순물이 침적되는 현상이 발생하며, 이렇게 pH가 높아질 경우 반응물질인 철 표면에 금속수산화물(metal hydroxide) 등이 침적되어 유효표면적을 저감시키는 부동태화(passivation)가 발생하기 때문에 영가 철에 의한 환원적 탈염소화 과정은 pH에 매우 민감하다. 영가 철을 반응물질로 사용하는 경우 지하수를 해리시킴으로써 수산화 라디칼(hydroxyl radical ;ㆍOH)이 지속적으로 방출되어 pH가 상승하게 된다. 이에 본 발명에서는 반응물질(121)에 영가 철 및 제올라이트에 부가하여 스코리아(scoria)를 첨가함으로써 pH 상승으로 인한 유효표면적 감소현상을 방지한다.
스코리아(scoria)는 화산 분출물 (volcanic products)의 한 종류이다. 우리나라 제주도에도 화산 분출물로서 일명 송이라고 부르는 스코리아가 많이 있다. 제주도의 스코리아는 화산암, 화산모래, 기타 화산회 등이 혼합되어 있는 화산 암재이다. 스코리아의 구성성분은 전체의 약 75%가 산화규소(SiO2), 산화알류미늄(Al2O3) 및 산화철(Fe2O3)이며 이외에 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O) 및 산화타이타늄(TiO2) 등으로 이루어져 있다. 스코리아의 형태는 다공질이며, 비표면적이 100m₂/g 내외로 비교적 크기 때문에 미생물이 성장하는데 좋은 환경을 제공한다. 또한, 스코리아는 물리화학적 및 생물학적으로 안정하고 기계적 강도와 내구성이 크며, 천연의 재료를 채취하여 사용할 수 있는 경제적인 장점이 있다. 이와 같이 본 발명 시스템에 있어 반응물질(121)에 스코리아를 첨가함으로써 pH 상승으로 인한 영가 철의 유효표면적 감소현상을 방지하여 영가 철의 염화유기화합물의 제거효율이 저하되는 것을 방지하게 되는 것이며, 이와 더불어 스코리아의 다공성에 의해 기타 유기물이 흡착이 가능하게 되는 것이다. 즉 스코리아는 영가 철의 효율저하 방지를 위한 보조적 역할과 동시에 자신도 유기물을 흡착함으로써 오염물질의 제거효율을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 스코리아는 pH가 6 내지 7정도로서 영가 철의 반응에 의한 pH 상승을 적정선에서 억제함에 특징이 있다. 즉 제올라이트의 작용에 있어 중금속인 Cd2+ 등의 경우 낮은 pH에서 낮은 흡착율을 보이므로 타 중화제의 사용에 의해 과도하게 pH를 저하시키는 경우 오히려 제올라이트의 작용을 저해하므로 스코리아를 첨가하여 영가 철의 반응에 의한 pH 상승을 적정선에서 억제하도록 하여 제올라이트의 작용을 방해하지 않도록 하는 것이다.
상기 주입펌프(200)는 상기 연직 생분해 배수재(100)와 연결되어 상기 연직생분해 배수재(200)로 물 또는 증기를 주입하는 구성에 해당하는 것으로 상기 주입펌프(200)는 공지의 구성을 사용하여도 무방하다. 상기 주입펌프(200)의 작동에 기해 상기 주입펌프(200)와 연결된 연직 생분해 배수재(100)에 물 또는 증기가 주입되어 코어(110)를 타고 물 또는 증기가 유동하면서 필터(120)를 통해 필터(120) 전면에서 물 또는 증기가 지중(10)으로 유입되도록 하는 것이다. 이러한 지중(10)으로 물 또는 증기의 유입에 의해 지하저장탱크 등에서 비수용상액체(NAPLs)로 분류되는 유류 및 유해화학물질 등이 액화 또는 기화되어 오염물질의 흐름이 유도되는 것이며, 이러한 지중(10)에서 오염물질의 흐름을 이하에서 설명할 진공브로워(300)의 작용에 의해 외부로 유출하여 처리할 수 있도록 하는 것이다.
상기 진공브로워(300)는 상기 연직 생분해 배수재(100)와 연결되어 상기 연직 생분해 배수재(200)를 통해 지중(10)내의 오염물질을 외부로 유출하는 구성에 해당하는 것으로 상기 진공브로워(300)의 경우도 공지의 구성을 사용하여도 무방하다. 상기 진공브로워(300)의 작동에 기해 상기 진공브로워(300)와 연결된 연직 생분해 배수재(100) 내부가 진공상태가 되어 토양으로부터 오염물질이 연직배수재(100) 내부로 유입이 되고, 유입된 오염물질은 코어(110)를 타고 상방향으로 이동하면서 외부로 유출되는 것이다. 즉 연직 생분해 배수재(100)로 필터(120)의 모든 면에서 오염물질이 유입되어 코어(110)를 타고 이동하면서 외부로 유출될 수 있게 하는 것이다.
상기 주입펌프(200) 및 상기 진공브로워(300)가 복수의 연직 생분해 배수재(100)와 연결됨에 있어 사전에 지중(10)내의 오염물질 분포, 농도 등을 조사하여 연직 생분해 배수재(100)를 타입하고 주입배수재(100-2)에 해당하는 연직 생분해 배수재(100)에는 주입펌프(200)를 연결하고, 추출배수재(100-1)에 해당하는 연직 생분해 배수재(100)에는 진공브로워(300)를 연결하여 사용할 수 있으나, 사전조사가 지중(10)내의 시료를 일부만 채취하여 이루어지는 것으로 지반내의 오염물질 분포 등을 정확히 인지할 수가 없는 것이다. 이를 보완하기 위해 연직 생분해 배수재(100)를 타입한 상태에서도 주입배수재(100-2) 및 추출배수재(100-1)를 선택적으로 변경할 수 있도록 하기 위해 도 4에서는 상기 진공브로워(300)는 각각 복수의 연직생분해 배수재(100)와 진공라인(310)을 통해 연결되고, 상기 주입펌프(200)는 각각 복수의 연직 생분해 배수재(100)와 주입라인(210)을 통해 연결되도록 구성되는 예를 제시한다.
또한, 도 4에서는 각각의 진공라인(310)과 주입라인(210)에 잠금밸브(311, 211)가 더 구성되도록 하여 선택된 진공라인(310)과 주입라인(210)에 개폐가 가능하도록 함으로써 연직 생분해 배수재(100)가 진공브로워(300) 및 주입펌프(200)와 선택적으로 연결이 될 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 잠금밸브(311, 211)를 수동에 의해 작동시킴으로서 선택된 진공라인(310)과 주입라인(210)에 개폐가 가능하도록 구성될 수도 있으나, 각각의 잠금밸브(311, 211)에 제어부(400)를 전기적으로 연결시킴으로서 제어부(400)를 통해 진공라인(310)과 주입라인(210)의 개폐가 자동적으로 조절될 수 있도록 구성될 수 있다.
도 4에서는 5개의 연직 생분해 배수재(100)를 지중(10)에 타입하여 제어부(400)의 조작에 기해 도면상 가운데 위치하는 연직 생분해 배수재(100)와 연결된 진공라인(310)을 on시키고, 나머지 연직 생분해 배수재(100)와 연결된 진공라인(310)을 off시켜 가운데 위치하는 연직 생분해 배수재(100)가 추출배수제(100-1)로서 기능을 하도록 하여 오염물질(c)이 가운데 연직 생분해 배수재(100)를 통해 외부로 추출될 수 있도록 하며, 도면상 가운데 위치하는 연직 생분해 배수재(100)를 제외한 나머지 연직 생분해 배수재(100)와 연결된 주입라인(210)을 on시키고, 가운데 연직 생분해 배수재(100)와 연결된 주입라인(210)을 off시켜 가운데 위치하는 연직 생분해 배수재(100)를 제외한 나머지 연직 생분해 배수재(100)가 주입배수제(100-2)로서 기능을 하도록 하여 물(w)(도면에 도시된 바는 없으나 증기의 경우도 가능)이 지중(10)으로 주입되는 예를 제시한다. 즉 가운데 연직 생분해 배수재(100)를 통해 지반내의 오염물질이 외부로 유출되는 것이며, 나머지 연직 생분해 배수재(100)를 통해 지중(10)으로 물의 흐름을 유도하는 것이다.
한편 도 5a 및 도 5b에서는 도 4의 A부분으로서 각각의 진공라인(310)과 주입라인(210)이 상기 연직 생분해 배수재(100)와 연결시키는 구성으로 연결구(600)가 제시된다. 상기 연결구(600)는 상기 코어(110a,b)에 따라 그 구조를 달리하는 실시 예(600a,b)가 제시된다.
우선 도 5a에서는 코어(110a)를 사용하는 연직 생분해 배수재(100)의 경우에 사용되는 연결구(600a)를 도시하고 있다. 상기 연결구(600a)는 라이닝부(610a)와 라인연결부(620a)로 구성된다. 상기 라이닝부(610a)는 코어(110a)의 형상에 기해 판 형상의 연직 생분해 배수재(100)가 삽입되는 구조로 상단에 연결소켓(611a)이 구성된다. 이러한 라이닝부(610a)는 상기 연직 생분해 배수재(100)의 상부로서 지표면과 접하는 부분에 상기 연직 생분해 배수재(100)를 감싸도록 구성됨으로써 연직 생분해 배수재(100) 상단에서 필터(120)로의 물, 증기 등의 유입, 유출이 방지되도록 하는 것으로 이는 상기 진공브로워(300)의 작동에 기해 지중(10)으로의 공기 유입을 통한 진공손실을 방지하는 기능도 한다. 이러한 기능에 기해 상기 라이닝부(610a)는 공지의 재질인 플라스틱제 등에 의해 물에 대한 불투수성이 있어야 한다.
상기 라인연결부(620a)는 연결관(621a)과 T형관(622a)으로 구성되는 바, 상기 연결관(621a)은 상기 연결소켓(611a)에 삽입되어 상기 라이닝부(610a)와 일단이 연결되며 타단이 T형관(622a)에 연결되는 구성이다. 상기 T형관(622a)은 상기 연결관(621a)에 연결되며 진공라인(310)과 주입라인(210)이 동시에 연결되도록 하는 것이다. 한편 상기 T형관(622a)에는 삼방밸브(v)가 구성될 수 있는 바, 이렇게 삼방밸브(v)가 구성되는 경우 상기에서 언급한 잠금밸브(311, 211)는 구성되지 않아도 삼방밸브(v)가 제어부(400)에 연결되어 연직 생분해 배수재(100)에 선택적으로 진공라인(310) 또는 주입라인(210)이 연결될 수 있게 할 수 있다.
한편 도 5b에서는 코어(110b)를 사용하는 연직 생분해 배수재(100)의 경우에 사용되는 연결구(600b)를 도시하고 있다. 상기 연결구(600b)도 라이닝부(610b)와 라인연결부(620b)로 구성되는 바, 상기 라인연결부(620b)는 도 5a의 라인연결부(620a)와 구조 및 기능이 동일하므로 그 설명을 생략한다.
상기 라이닝부(610b)는 코어(110b)의 형상에 기해 원형관 형상의 연직 생분해 배수재(100)가 삽입되는 구조로 상단에 연결소켓(611b)이 구성된다. 이러한 라이닝부(610b)도 상기 연직 생분해 배수재(100)의 상부로서 지표면과 접하는 부분에 상기 연직 생분해 배수재(100)를 감싸도록 구성됨으로써 연직 생분해 배수재(100) 상단에서 상기 진공브로워(300)의 작동에 기해 지중(10)으로의 공기 유입을 통한 진공손실을 방지하는 기능도 하는 것이다.
한편 도 2에서는 보는 바와 같이 복수의 연직 생분해 배수재(100)가 타입된 지반내의 상단 즉 지표면에는 평판 형상의 멤브레인(500)이 구성되는 것이 타당하다. 상기 멤브레인(500)은 공지의 플라스틱 재질 등을 이용하여 불투수층을 형성하도록 하는 것으로 이러한 멤브레인(500)의 구성에 기해 외부로부터 지중(10)으로의 공기 유입을 방지하여 진공손실을 막을 수 있게 되는 것이다.
한편 본 발명 복원방법은 우선 자연 분해성 수지를 합성하는 단계를 갖는 바, 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60 내지 70중량부, 폴리오가노실록산 5 내지 15중량부, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 무기충전제 10 내지 20중량부를 포함하도록 하거나, 옥수수 전분에서 추출한 PLA(폴리락타이드 : polylactide) 100중량부에 대하여, 석유계 생분해 수지 계열의 PBAT (Polybutylene adipate-co-terephthalate) 1 내지 10중량부, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 무기충전제 10 내지 20중량부를 포함하도록 하여 자연 분해성 수지를 합성하는 단계를 갖는다.
그 다음으로 상기 단계에서 얻어진 자연 분해성 수지를 이용하여 코어(110)와 필터(120)를 제조하여 연직 생분해성 배수재를 제조하는 단계를 갖는 바, 본 단계에서는 필터(120) 외주연에 반응물질(121)을 도포하는 단계를 포함하는 바, 반응물질(121)로 영가 철, 제올라이트 및 스코리아를 도포하는 단계를 갖는다.
그 다음으로 토양에 연직 생분해 배수재를 타입하는 단계를 갖는다. 이 단계에서는 지중(10) 즉 오염지반에 유압식 장비의 맨드렐을 이용하여 연직 생분해 배수재(100)를 타입한다. 상기 연직 생분해 배수재(100)의 타입은 시공조건 뿐만아니라 지하수위, 흙의 공학적 특성 등의 지반조건을 고려하여 타입을 한다. 또한, 연직 생분해 배수재(100)의 타입 시 멤브레인(500)을 지표면에 포설하여 차후의 진공브러워(300)의 작동으로 진공손실이 발생하는 것을 방지하는 것이 타당하다.
그 다음으로 연직 생분해 배수재(100)에 주입펌프(200) 및 진공브로워(300)를 연결하는 단계를 갖는다. 본 단계에서는 선택된 연직 생분해 배수재(100)에 진공브로워(300)를 연결하고, 선택된 연직 생분해 배수재(100)에 주입펌프(200)를 연결할 수 있으나, 상기에서 언급한 바와 같이 연직 생분해 배수재(100)를 선택적으로 추출배수재(100-1) 및 주입배수재(100-2)로 사용할 수 있도록 연직 생분해 배수재(100) 각각을 진공라인(310)과 주입라인(210)에 연결구(600)를 사용하여 연결하고, 각각에 잠금밸브(311, 211) 또는 삼방밸브(v)를 설치하여 제어부(400)에 의해 잠금밸브(311, 211) 또는 삼방밸브(v)의 개폐를 조절할 수 있도록 설치할 수 있다.
그 다음으로 주입펌프(200)를 통해 연직 생분해 배수재(100)로 물을 주입하는 단계를 갖는다. 즉 주입펌프(200)를 작동시켜 주입펌프(200)와 연결된 연직 생분해 배수재(100)에 물을 주입하여 지중(10)에 물의 흐름을 형성하도록 하는 것이다.
그 다음으로 진공브로워(300)를 통해 연직 생분해 배수재(100)로부터 지중(10)의 오염물질을 추출하는 단계를 갖는다. 즉 진공브로워(300)를 작동시켜 진공브로워(300)와 연결된 연직 생분해 배수재(100)를 통해 오염물질을 외부로 유출시키는 것이다. 이와 같이 외부로 유출된 오염물질은 도면에 도시된 바는 없으나, 유수분리장치를 통해 물과 공기를 분리시키고 공기 즉 유류 및 유해화학물질 등의 기화된 증기는 활성탄 등 공지의 정화구조(구성)에 의해 정화시키는 것이다.
상기 주입펌프(200)를 통해 연직 생분해 배수재(100)로 물을 주입하는 단계와 상기 진공브로워(300)를 통해 연직 생분해 배수재(100)로부터 토양의 오염물질을 추출하는 단계는 동시에 진행하여도 무방하다.
또한, 토양 정화가 종료된 후에 시간이 경과함에 따라 상기 연직 생분해 배수재(100)는 분해가 될 것인 바, 경우에 따라 반응이 끝난 즉 흡착이 된 반응물질(121)을 진공브로워(300)를 통해 외부로 유출시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 연직 생분해 배수재(100)는 그 토양정화 기능을 수행한 후에 계속적으로 분해가 될 것인데, 시간의 경과에 따라 필터(120)의 공극이 분해에 의해 커지게 되며 분해로 인해 도포된 반응물질(121)이 필터(120)로부터 탈착이 되고 이렇게 탈착된 반응물질(121)을 일정 시간 경과 후 오염물질과 함께 외부로 유출시킬 수 있게 되는 것이다. 즉 필터(120)로부터 탈착되고, 필터(120)의 공극이 커지게 되어 탈착된 반응물질(121)도 필터(120)를 통과하여 코어(110)를 통해 외부로 유출시킬 수 있게 되는 것이다. 결과적으로 연직 생분해 배수재(100)의 분해와 함께 흡착된 반응물질(121)도 토양으로부터 거의 소멸시킬 수 있게 되어 부차적인 환경문제의 발생을 제어할 수 있게 되는 것이다.
100 : 연직 생분해 배수재 110 : 코어
120 : 필터 200 : 주입펌프
300 : 진공브로워 400 : 제어부
120 : 필터 200 : 주입펌프
300 : 진공브로워 400 : 제어부
Claims (13)
- 오염된 지반내에 복수개가 타입되며, 자연 분해성 수지로 형성되는 코어 및 상기 코어를 감싸는 필터를 포함하는 연직 생분해 배수재와;
상기 연직 생분해 배수재와 연결되어 상기 연직 생분해 배수재로 물 또는 증기를 주입하는 주입펌프와;
상기 연직 생분해 배수재와 연결되어 상기 연직 생분해 배수재로부터 오염물질을 흡입하는 진공브로워로 구성되되,
상기 필터의 외주연에는 영가 철 및 제올라이트를 포함하는 반응물질이 도포됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 반응물질에는 스코리아가 더 첨가됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템.
- 제 1항에 있어서,
자연 분해성 수지는 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60 내지 70중량부, 폴리오가노실록산 5 내지 15중량부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 수평 생분해 배수재를 이용한 오염토양 복원시스템.
- 제 1항에 있어서,
자연 분해성 수지는 옥수수 전분에서 추출한 PLA(폴리락타이드 : polylactide) 100중량부에 대하여, 석유계 생분해 수지 계열의 PBAT (Polybutylene adipate-co-terephthalate) 1 내지 10중량부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 수평 생분해 배수재를 이용한 오염토양 복원시스템.
- 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
시클로덱스트린 또는 PLA 100중량부에 대하여 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 무기충전제 10 내지 20중량부를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 수평 생분해 배수재를 이용한 오염토양 복원시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 코어는 판형상의 몸체와 상기 몸체의 양면에서 돌출하여 내부에 유로가 형성되도록 하는 지지단과, 상기 몸체에 형성되되 상기 지지단 사이에 중공을 형성하며 복수의 관통공이 형성되는 관부로 구성됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 코어는 외주연에 나선이 형성되는 관형상으로 복수의 유동공이 형성됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 진공브로워는 각각 복수의 연직 생분해 배수재와 진공라인을 통해 연결되고, 상기 주입펌프는 각각 복수의 연직 생분해 배수재와 주입라인을 통해 연결됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템.
- 제 9항에 있어서,
각각의 진공라인과 주입라인이 상기 연직 생분해 배수재와 연결시 연결구에 의해 연결되되, 상기 연결구는 상기 연직 생분해 배수재의 끝단이 삽입되는 라이닝부와 상기 진공라인 및 주입라인이 연결되는 라인연결부로 구성됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템.
- 올리고당인 시클로덱스트린 100중량부에 대하여 디카르복실산 60 내지 70중량부, 폴리오가노실록산 5 내지 15중량부, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 무기충전제 10 내지 20중량부를 포함하는 자연 분해성 수지를 합성하는 단계와;
상기 단계에서 얻어진 자연 분해성 수지를 이용하여 코어와 필터를 제조하여 연직 생분해성 배수재를 제조하는 단계와;
토양에 연직 생분해성 배수재를 타입하는 단계와;
연직 생분해성 배수재에 주입펌프 및 진공브로워를 연결하는 단계와;
주입펌프를 통해 연직 생분해성 배수재로 물 또는 증기를 주입하는 단계와;
진공브로워를 통해 연직 생분해성 배수재로부터 토양의 오염물질을 추출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템을 이용한 오염토양 복원방법.
- 옥수수 전분에서 추출한 PLA(폴리락타이드 : polylactide) 100중량부에 대하여, 석유계 생분해 수지 계열의 PBAT (Polybutylene adipate-co-terephthalate) 1 내지 10중량부, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(Talc) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어지는 무기충전제 10 내지 20중량부를 포함하는 자연 분해성 수지를 합성하는 단계와;
상기 단계에서 얻어진 자연 분해성 수지를 이용하여 코어와 필터를 제조하여 연직 생분해성 배수재를 제조하는 단계와;
토양에 연직 생분해성 배수재를 타입하는 단계와;
연직 생분해성 배수재에 주입펌프 및 진공브로워를 연결하는 단계와;
주입펌프를 통해 연직 생분해성 배수재로 물 또는 증기를 주입하는 단계와;
진공브로워를 통해 연직 생분해성 배수재로부터 토양의 오염물질을 추출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템을 이용한 오염토양 복원방법.
- 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
진공브로워를 통해 연직 생분해성 배수재로부터 토양의 오염물질과 함께 흡착된 반응물질을 추출하는 단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 반응물질을 도포한 친환경 연직 생분해 배수재의 오염토양 복원시스템을 이용한 오염토양 복원방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR101473314B1 (ko) * | 2014-02-20 | 2014-12-16 | 한국해양과학기술원 | 토양 내 중금속 정화 방법 및 이를 이용하여 얻어진 자성분리입자를 이용한 수질정화방법 |
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| KR100632345B1 (ko) | 2006-03-09 | 2006-10-11 | (주)진공플랜트 | 기액분리장치 |
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2011
- 2011-11-02 KR KR1020110113165A patent/KR101155392B1/ko active IP Right Grant
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