KR101167479B1 - 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템 및 정화방법 - Google Patents

다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템 및 정화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염토양의 정화시스템 및 정화방법에 관한 것으로, 토양이 호퍼로부터 유입되면 개별화하도록 설치된 분쇄기; 분쇄기에서 유입된 토양을 일정 입경으로 분류하도록 설치된 스크린; 스크린에서 분류된 일정 입경 미만의 토양이 유입되면 입경별 세분류하도록 설치된 분류기; 분류기에서 세분류된 토양을 입경별로 세척하도록 설치된 정화장치; 및 정화장치에서 세척된 토양으로부터 수분과 함께 목표 입경 미만의 토양을 배출하도록 설치된 필터링장치;가 포함되어 이루어짐으로써, 토양의 성질에 따라 오염 정도가 심한 입경의 토양이 집중 선별되어 정화됨으로써, 입경별 집중 정화가 이루어지도록 된 것이다.

Description

다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템 및 정화방법{System and method for remediating contaminated soil of highly contaminant-concentrated fine soil using multiple micro hydrocyclone}
본 발명은 오염된 토양을 정화시키는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중금속 등의 오염물질에 의해 오염된 토양을 다단의 마이크로 하이드로사이클론을 이용하여 입자의 크기별 오염 정도에 따라 세분류하여 정화되도록 한 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템 및 정화방법에 관한 것이다.
산업이 발달함에 따라 유류 및 중금속 등의 유해물질에 의해 토양이 오염되고 있으며, 이러한 오염된 토양을 복원하기 위해 토양을 세척하기 위한 조성물 또는 장치들이 개발되고 있는 추세이다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제2003-0005713호(공개일 2003.01.23.)에서 보면, 오염된 토양을 세척하기 위한 세척장치는 오염 토양을 반복 세척하기 위해 전세척조 및 주세척조가 포함되어 이루어졌다.
또한, 이러한 세척장치는 오염된 토양이 수거되면 믹싱탱크에 투입되어 정화되도록 이루어졌다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 토양의 입경별 정화 처리 효율을 보면, 입도별 2mm 이상의 입경을 갖는 자갈 및 돌 등의 조립토류, 0.075mm 내지 2mm의 입경을 갖는 모래 등의 중립토류, 0.075mm 이하의 미사 및 점토 등의 미세토류가 있다. 이들 조립토류, 중립토류, 미세토류에 대해 토양이 정화될 때 비용 및 시간적 효율에 따라 적합한 경제적인 범위는 조립토이고, 비효율적인 경제범위는 미세토류이며, 중간적인 범위는 중립토류이다.
하지만, 종래의 정화장치는 토양의 성질 및 성질에 따른 오염 정도 즉, 논, 밭, 바닷가 및 산기슭 등의 토양의 입경의 차이와 입경별 오염 정도의 차이 등을 고려하지 않고 일률적으로 토양의 입경별 정화시키도록 이루어져 정화작업의 효율성에 문제점이 있었다.
KR2003-0005713 10
상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 크게 미세토류가 많은 토양과 모래류가 많은 중립토류의 토양에 대해 선별하고, 선별된 토양 내에서 오염 정도가 심한 입경의 범위를 아주 세밀하게 분리함으로써, 오염정도가 심한 토양만을 집중적으로 정화할 수 있도록 이루어진 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템 및 정화방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템은, 오염된 토양을 물과 혼합하여 개별시키는 분쇄기; 분쇄기에서 유입된 토양을 일정 입경으로 선별하도록 설치된 스크린; 스크린에서 선별된 일정 입경 미만인 토양이 유입되면 입경별로 세분류하도록 설치된 분류기; 분류기에서 세분류된 토양이 유입되면 입경별로 세척공정수에 의해 세척되도록 설치된 정화장치; 및 정화장치에서 세척되어 유입된 토양과, 토양에 함유된 세척공정수를 분리 배출하도록 설치된 필터링장치;가 포함되어 이루어진다.
또한, 오염토양의 정화시스템은 필터링장치에서 배출된 세척공정수가 유입되고, 분류기에서 세분류된 토양 중 일부 토양이 유입되면 응집 및 침전시켜 필터링장치로 공급하도록 설치된 응집침전장치;가 더 포함되어 이루어진다.
또한, 오염토양의 정화시스템은 응집침전장치로부터 유입된 세척공정수의 오염물질을 흡착시키고, 재활용하도록 설치된 세척공정수 재활용장치;가 더 포함되어 이루어진다.
여기서, 세척공정수 재활용장치는 세척공정수의 비소를 포함한 오염물질이 3가철(Fe3 +)로 개질된 활성탄에 흡착되도록 설치된다.
분쇄기는 로그 와셔(Log washer)로서, 토양을 물과 잘 혼합하여 개별화시키는 기기이고, 로그 와셔에서 혼합되어 개별화되는 오염 토양은 밭 토양이다.
스크린은 마이크로 하이드로사이클론이 장착된 진동습식 스크린이고, 스크린은 토양을 자갈류 및 모래류 등의 입경 0.075mm 이상의 토양 및, 입경 0.075mm 미만의 미세토류로 선별한다.
분류기는 토양의 선별 입경 단위만큼 직렬로 다수 연결된 마이크로 하이드로사이클론이고, 선별 입경의 범위는 유입속도와 마이크로 하이드로사이클론의 하부토출부의 입경 변화 등을 통하여 변경할 수 있다. 분류기는 입경 단위에 따라 토양을 세분류하고, 입경 0.075mm 이상의 토양은 스크린에 재투입하고, 입경 0.075mm 미만의 토양은 별도 이송하도록 설치된 제1마이크로 하이드로사이클론; 제1마이크로 하이드로사이클론으로부터 유입된 토양 중에서 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상인 토양을 정화장치로 이송하고, 입경 0.040mm 미만의 토양은 별도 이송하도록 설치된 제2마이크로 하이드로사이클론; 및 제2마이크로 하이드로사이클론으로부터 이송되어 유입된 토양 중에서 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상인 토양을 정화장치로 이송하고, 입경 0.020mm 미만인 토양을 응집침전장치(160)로 이송하도록 설치된 제3마이크로 하이드로사이클론;이 포함되어 이루어진다.
정화장치는 분리된 토양의 입자크기 범위별 오염 정도에 따라 추가의 정화공정이 필요할 경우, 예를 들면 0.075mm 미만의 미세토양이 0.040mm와 0.020mm의 입경에서 오염정도가 현저하게 변화할 경우 서로 다른 정화공정을 적용함으로써 효과적으로 정화할 수 있다. 이 정화장치는 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상인 토양이 유입되면 일정 체류시간동안 세척공정수로 오염물질을 용출시키는 제1믹싱탱크; 및 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상인 토양이 유입되면 제1믹싱탱크보다 오랜 시간 동안 세척공정수로 오염물질을 용출시키는 제2믹싱탱크;가 포함되고, 또한 응집침전장치에서 응집 및 침전된 고농도의 오염토양이 유입되면 오염물질의 용출을 최대한 억제한 상태로 필터링장치로 공급하도록 설치된 시크너;가 더 포함되어 이루어진다.
필터링장치는 벨트필터에 의해 이송되는 토양으로부터 세척공정수를 진공으로 배출시키도록 이루어진 진공벨트필터이다.
한편, 본 발명에 따른 정화시스템을 이용하여 오염토양을 정화하는 방법에 있어서, 오염토양이 물과 혼합되어 개별화되는 분쇄단계(S10); 분쇄단계(S10)에서 배출된 토양이 일정 입경으로 선별되는 선별단계(S20); 선별단계(S20)에서 선별된 일정 입경 미만의 토양이 입경별로 세분류되는 세분류단계(S30); 세분류단계(S30)에서 세분류된 토양 중 일부 입경의 토양이 세척공정수로 세척되는 제1정화단계(S40); 및 세분류단계(S30)에서 세분류된 토양 중 제1정화단계(S40)를 회피한 일부 입경의 토양 및, 제1정화단계(S40)에서 정화된 일부 입경의 토양으로부터 세척공정수가 분리되어 토양과 세척공정수가 분리 배출되는 필터링단계(S50);가 포함되어 이루어진다.
여기서, 세분류단계(S30)에서는 입경 0.075mm 이상으로 분류된 토양은 선별단계(S20)로 회송되고, 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상 및 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상으로 분류된 토양은 제1정화단계(S40)으로 배출되며, 입경 0.020mm 미만으로 분류된 토양은 필터링단계(S50)로 배출된다.
제1정화단계(S40)는 분류된 입경별로 별도 수용된 토양이 세척공정수로 세척된다.
여기서, 본 발명에 따른 오염토양을 정화하는 방법에는, 세분류단계(S30)에서 입경 0.020mm 미만으로 분류된 토양이 유입되면 응집 및 침전되어 필터링단계(S50)로 배출되는 응집 및 침전단계(S60);와, 응집 및 침전단계(S60)에서 배출된 고농도의 오염토양이 오염물질의 용출을 최대 억제한 상태로 필터링단계(S50)로 배출되는 제2정화단계(S70);가 더 포함되어 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 정화시스템을 이용하여 오염토양을 정화하는 다른 방법에 있어서, 오염토양이 물과 혼합되어 개별화되는 분쇄단계(S10); 분쇄된 토양이 입경 0.075mm 이상의 자갈류 및 모래류가 대부분인 조립토류와, 입경 0.075mm 이하가 대부분인 미세토류로 선별하여 배출되는 선별단계(S20); 선별단계(S20)에서 유입된 입경 0.075mm미만이 대부분인 미세토류 중에서 입경 0.075mm 이상이 대부분인 토양은 선별단계(S20)로 회송되고, 입경 0.075m 미만 0.040mm 이상, 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상 및, 입경 0.020mm 미만으로 세분류된 토양이 각각 배출되는 세분류단계(S30); 세분류단계(S30)에서 세분류된 토양 중 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상 및 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상의 토양이 별도로 수용되어 세척공정수에 의해 세척되는 제1정화단계(S40); 제1정화단계(S40)로부터 유입된 토양과, 토양과 함께 유입된 세척공정수가 분리 배출되는 필터링단계(S50); 필터링단계(S50)에서 분리된 세척공정수와, 세분류단계(S30)에서 세분류된 입경 0.020mm 미만의 토양이 함께 교반되어 응집되면서 침전되는 응집 및 침전단계(S60); 응집 및 침전단계(S60)에서 침전되어 배출된 고농도의 오염토양이 오염물질의 용출을 최대한 억제한 상태로 필터링단계(S50)로 배출되는 제2정화단계(S70); 응집 및 침전단계(S60)로 공급된 세척공정수가 회수되어 정수되고, 분쇄단계(S10)로 반송되는 정수 및 반송단계(S80);가 포함되어 이루어진다.
여기서, 정수 및 반송단계(S80)에서는 세척공정수의 비소를 포함한 오염물질이 3가철(Fe3 +)로 개질된 활성탄에 흡착된다.
상기된 바와 같이 본 발명에 따르면, 토양의 성질에 따라 오염 정도가 심한 입경의 토양이 집중 선별되어 정화됨으로써, 입경별 집중 정화가 이루어지는 효과가 있다.
또한, 토양의 입경별 집중 정화를 통해 오염 정도가 약한 입경의 토양까지도 오염 정도가 심한 입경의 토양과 함께 정화하는 경우 발생되는 비효율적 작업이 방지되고, 작업 시간 및 비용이 저감되는 효과가 있다.
도 1은 일반적으로 토양의 입경별에 따른 토양정화의 처리 효율이 도시된 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템에 적용되는 밭 토양의 입경별 분포도가 도시된 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 밭 토양의 입도별 비소의 오염농도가 분석되어 도시된 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템이 개략적으로 도시된 구성도 및 블럭도이다.
도 7은 도 5에 도시된 마이크로 하이드로사이클론의 작동상태가 도시된 측단면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 정화시스템이 이용되어 토양이 정화되는 방법이 도시된 블럭도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템이 첨부된 도면이 참조되어 자세히 설명된다.
<구성>
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템에 적용되는 특정 지역의 밭 토양의 입경별 분포도가 도시된 그래프이고, 도 4는 도 2에 도시된 밭토양의 입경별 비소의 오염농도가 분석되어 도시된 그래프이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템이 개략적으로 도시된 구성도 및 블럭도이고, 도 7은 도 5에 도시된 마이크로 하이드로사이클론의 작동상태가 도시된 측단면도이다.
먼저, 본 발명에 따른 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템(100)은 토양을 정화시키기 위한 것으로, 특히 제철소, 제련소 등의 공장 인근의 특정 지역은 공장에서 배출된 오염물질에 의해 심각히 토양이 오염되어 있고, 이러한 오염된 토양을 정화시키기 위한 시스템이다. 여기서, 일예로 제련소 근방 토양의 오염도가 최고이고, 이 경우 정화가 필요한 토양의 범위는 제련소를 중심으로 반경 2km 정도이다. 이러한 오염된 토양에 포함된 오염물질은 주 오염물질인 비소(As)를 비롯한 아연(Zn), 구리(Cu), 납(Pb), 카드뮴(Cd) 및, 니켈(Ni) 등이 있다.
한편, 정화시스템(100)을 설계하기 위한 정보 수집을 위해 공장 주변 밭 토양에 대해 입경별 분류해보니 도 2에서와 같이 85.9%의 모래류, 2.3%의 자갈류, 11.89%의 미세토류 등으로 분류되었다. 또한, 각 입경별로 분류된 토양으로부터 입경별 중금속 오염특성을 보면 도 4에서와 같이, 누적된 오염 정도는 입경이 작을수록 높아진다. 특히, 비소의 경우 도 4에서와 같이, 미세토에서 가장 높은 농도를 보이게 되고, 이 경우를 정리해 보면 아래 [표 1]과 같다.
입경
(mm)		 입도분포
(%)		 입도별 오염농도
(mg/kg)
원시료 44.10
자갈 2.33 17.14
모래 85.90 26.98
미세토 11.77 153.25
계 100
이와 같이, 제련소 주변의 밭 토양에서는 정화시키고자 하는 비소의 농도가 미세토류에 집중되어 있음을 알 수 있다. 또한, 한편, 비소의 오염 기준을 보면, 토양환경보전법 제13조제1항별표3에 제시된 1지역의 경우 25mg/kg, 2지역의 경우 50mg/kg 이다. 그리고, 이 비소의 오염 기준을 토대로 도 4에서와 같이, 본 발명에서의 1지역인 밭 토양의 오염농도에 따른 정화 기준으로 75mg/kg으로 선정하고, 이때의 정화 기준을 기초로 하여 입경 0.075mm 미만의 토양으로 선정한다. 이는 입경 0.075mm 미만의 토양을 정화하여 전체적으로 토양환경보전법에 제시된 기준에 적합하도록 하기 위함이다.
따라서, 이러한 자료를 기초로 하여 제작된 본 발명에 따른 정화시스템(100)은 분쇄기(110), 스크린(120), 분류기(130), 정화장치(140), 필터링장치(150), 응집침전장치(160) 및, 세척공정수 재활용장치(170)가 포함되어 이루어진다. 여기서, 스크린(120) 및 분류기(130)에서 토양이 입경별로 분류되고, 분류된 입경별 토양에는 분류 범위 이외의 다른 입경의 토양이 포함된다. 이는 분류하는데 기계적 오류의 허용 범위가 있기 때문이다. 따라서, 실시예로 제시되는 입경별의 경계치는 기계적 오류로 발생할 수 있는 여유 범위가 존재함이 인정되어야 할 것이다.
분쇄기(110)는 호퍼(101)로부터 밭 토양이 유입되면 토양을 물과 혼합하여 개별화하는 기기로서, 기존 분쇄기(110)로 이용되고 있는 로그와셔가 이용된다. 이 로그와셔는 경사진 반원통형 탱크 속에서 로그가 회전됨으로써 물과 함께 흙을 개별화하고, 개별화 및 분쇄된 흙은 운반되어 배출되고, 미세토는 물에 현탁된 채 넘쳐 흐르도록 이루어진다.
스크린(120)은 분쇄기(110)에서 유입된 토양에 대해 2.0mm 이상의 자갈류와, 2.0mm～0.075mm의 모래류 및, 0.075mm 미만의 미세토류로 분류하도록 설치된다. 여기서, 스크린(120)은 기존 스크린으로 이용되고 있는 습식진동 스크린(wet vibration screen)이다. 이러한 스크린(120)에서 배출된 토양에 대해 전체 투입된 밭 토양의 중량별 자갈류와, 모래류 및, 미세토류의 중량 및 함수율, 비소 농도를 살펴보면 아래 [표 2]와 같다. 이때, 총허용 투입량 6ton 중 3ton이 투입되고, 전체 비소 농도는 32.2mg/kg 이다.
입경(mm) 자갈류(2.0 이상) 모래류(2.0～0.075 이상) 미세토(0.075 미만)
토양(ton) 0.09 0.32 2.58
함수율(%) ±10 ±15 ±25
비소 농도(mg/kg) 26.7 18.6 76.6
(본 자료는 2010년 12월 22일 한국환경공단에서 수행한 현장실증평가 자료를 기초로 함.)
분류기(130)는 스크린(120)에서 분류된 입경 0.075mm 미만의 미세토류가 대부분인 토양이 유입되면 다시 세분류를 하도록 설치된다. 여기서, 분류기(130)는 도 7에 도시된 바와 같이 마이크로 하이드로사이클론으로, 투입된 토양에 대해 분류 기준에 따라 작은 입경의 가벼운 토양은 상측의 별도 관을 통해 배출되고, 큰 입경의 무거운 토양은 가라앉아 하측의 별도 관을 통해 배출되도록 이루어진다. 이 마이크로 하이드로사이클론은 일반 사이클론에서 분류하는 입경보다 더 작은 입경의 토양에 대해 세분류를 하기 위해 설치된다. 여기서, 마이크로 하이드로사이클론은 세분류의 입경 단위에 따라 1대 또는 2대 이상 설치될 수 있고, 이는 분류하는 토양의 종류 및 토양의 오염 정도 등의 다양한 조건 변화에 따른 입경에 따라 그 설치 대수는 가변된다. 본 실시예에서는 입경 단위를 3단계로 분류하게 되므로 제1마이크로 하이드로사이클론(131), 제2마이크로 하이드로사이클론(132) 및, 제3마이크로 하이드로사이클론(133) 등 총 3대가 설치된다. 이때, 각 마이크로 하이드로사이클론(131,132,133)은 직렬로 연결된다.
제1마이크로 하이드로사이클론(131)은 입경 0.075mm 이상이 대부분인 토양은 스크린(120)으로 재투입하고, 입경 0.075mm 미만이 대부분인 토양은 제2마이크로 하이드로사이클론(132)으로 이송하도록 설치된다.
제2마이크로 하이드로사이클론(132)은 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상이 대부분인 토양을 정화장치(140)로 이송하고, 입경 0.040mm 미만이 대부분인 토양은 제3마이크로 하이드로사이클론(133)으로 이송하도록 설치된다.
제3마이크로 하이드로사이클론(133)은 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상이 대부분인 토양을 정화장치(140)로 이송하고, 입경 0.020mm 미만이 대부분인 토양을 응집침전장치(160)로 이송하도록 설치된다.
정화장치(140)는 다수의 마이크로 하이드로사이클론이 포함되어 이루어진 분류기(130)에서 입경별 분류되어 유입된 토양에 대해 세척하도록 설치된다. 여기서, 정화장치(140)는 세척공정수로 오염된 토양을 정화시키도록 이루어진다.
여기서, 정화장치(140)에는 제1믹싱탱크(141), 제2믹싱탱크(142) 및, 시크너(143)가 포함되어 이루어지고, 제1믹싱탱크(141), 제2믹싱탱크(142) 및, 시크너(143)에서 용출이 최대한 억제된 상태의 오염물질을 필터링장치(150)로 이송되도록 설치된다.
제1믹싱탱크(141)에서는 제2마이크로 하이드로사이클론(132)으로부터 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상의 토양이 유입되면, 세척공정수로 세척하도록 이루어진다.
제2믹싱탱크(143)에서는 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상의 토양이 유입되면 세척공정수로 세척하도록 이루어진다.
이때, 제1믹싱탱크(141)와 제2믹싱탱크(142)에 유입된 토양의 입경이 다르고, 입경별 오염농도가 다르기 때문에 제1믹싱탱크(141)와 제2믹싱탱크(142)에 투입되는 세척공정수의 양 및 농도 역시 다르게 설정될 수 있다. 이를 위한 농도 측정기가 별도 설치될 수도 있다.
또한, 시크너(143,thickner)는 후술된 응집침전장치(160)로부터 입경 0.020mm 미만의 토양이 응집 처리된 후 유입되면 오염물질의 용출을 최대한 억제한 상태로 필터링장치(150)에 이송하도록 설치된다.
필터링장치(150)는 정화장치(140)에서 세척된 토양이 벨트필터 상에 안착되어 이송되면서 토양으로부터 세척공정수를 분리하여 배출하도록 이루어진다. 이때, 필터링장치(150)로부터 분리된 토양은 별도 적재되어 오염 토양이 채취된 지역에 되메워지거나 별도의 장소에 버려지게 된다. 또한, 토양과 분리된 세척공정수는 별도 수집되어 응집침전장치(170)로 공급된다.
응집침전장치(160)는 제3마이크로 하이드로사이클론(133)에서 분류된 입경 0.020mm 미만의 토양이 유입되고, 필터링장치(150)에서 분리된 세척공정수가 유입되어 서로 교반되면서 침전되도록 침전탱크가 포함되어 이루어진다. 이때, 세척공정수에는 필터링장치(150)의 벨트필터를 통과한 아주 미세한 토양이 포함되어 있다. 따라서, 침전탱크에는 별도의 응집제가 첨가되어 제3마이크로 하이드로사이클론(133)에서 분류된 입경 0.020mm 미만의 토양과 세척공정수에 포함된 미세한 토양이 응집되어 좀더 굵은 입자를 갖게 된다. 이렇게 응집되어 침전된 토양은 시크너(143)로 공급되고, 토양이 공급되면서 잔류된 세척공정수는 세척공정수 재활용장치(170)로 공급된다.
세척공정수 재활용장치(170)는 응집침전장치(160)로부터 세척공정수가 회수되어 정수된 후 세척공정수저장조로 유동되도록 이루어진다. 이때, 세척공정수저장조에는 세척공정수에 함유된 비소를 포함한 오염물질을 흡착시키기 위해 3가철(Fe3 +)로 개질된 활성탄이 공급되도록 이루어진다. 또한, 세척공정수 재활용장치(170)는 이렇게 정수된 세척공정수가 분쇄기(110)로 재투입되도록 설치된다. 물론, 정수된 세척공정수는 세척공정수 저장조에 저장된 후 분쇄기(110)로 투입될 수 있다.
한편, 도 6 및 도 8에서 점선의 화살표는 순수한 세척공정수만의 이동로가 표시된 것이고, 실선의 화살표는 물 또는 세척공정수가 포함된 토양의 이동로가 표시된 것이다.
<방법>
도 8은 도 5에 도시된 정화시스템이 이용되어 토양이 정화되는 방법이 도시된 블럭도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오염토양의 정화방법을 차례대로 설명하자면, 먼저, 호퍼(101)로부터 유입된 밭 토양이 분쇄기(110)에 의해 물과 혼합되어 개별화 및 분쇄(S10)된다. 여기서, 분쇄기(110)는 로그와셔로서, 경사진 반원통형 탱크 속에서 로그가 회전됨으로써 흙이 개별화되고, 개별화된 흙은 운반되어 배출되며, 그 중 미세토가 물에 현탁된 채 넘쳐 흘러 이송된다. 이때, 오염토양은 제련소 반경 2km 내의 오염된 토양에 대해 깊이 1m 정도까지 채취하여 호퍼(101)에 수용시키게 된다.
다음으로, 분쇄(S10)된 토양이 스크린(120)에서 일정 입경으로 분류(S20)된다. 이때, 스크린(120)은 습식진동 스크린(wet vibration screen)으로, 입경 2mm 이상의 자갈류와, 입경 2mm 미만 0.075mm 이상의 모래류 및, 0.075mm 미만의 미세토류로 분류한다. 여기서, 자갈류와 모래류는 함께 분류할 수도 있고, 이 경우 0.075mm 이상과 미만으로 분류할 수 있다.
다음으로, 스크린(120)에서 분류(S20)된 0.075mm 미만이 대부분인 토양이 분류기(130)에서 세분류(S30)된다. 이때, 분류기(130)는 마이크로 하이드로사이클론으로, 분류 입도별 1대 또는 2대 이상 설치된다. 본 실시예에서는, 상호 직렬로 연결된 3대의 마이크로 하이드로사이클론에서 분류하게 된다. 제1마이크로 하이드로사이클론(131)에서는 입경 0.075mm로 분류되고, 입경 0.075mm 이상이 대부분인 토양이 스크린(120)으로 반송되며, 입경 0.075mm 미만의 토양은 제2마이크로 하이드로사이클론(132)으로 이송된다. 제2마이크로 하이드로사이클론(132)에서는 입경 0.040mm로 분류되고, 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상의 토양은 정화장치(140)로 이송되며, 입경 0.040mm 미만의 토양은 제3마이크로 하이드로사이클론(133)으로 이송된다. 제3마이크로 하이드로사이클론(133)에서는 입경 0.020mm로 분류되고, 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상의 토양은 정화장치(140)로 이송되며, 입경 0.020mm 미만의 토양은 응집침전장치(160)로 이송된다.
다음으로, 분류기(130)에서 세분류(S30)된 토양이 입도별로 각각 정화장치(140)에 유입되면 세척공정수에 의해 세척되어 제1정화(S40)된다. 이때, 입도별 오염 정도가 상이하므로 세척공정수의 투입량 및 농도 역시 가변된다. 여기서, 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상의 토양은 제1믹싱탱크(141)에 유입되어 세척이 이루어지고, 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상의 토양은 제2믹싱탱크(142)에 유입되어 세척이 이루어진다. 또한, 입경 0.020mm 미만의 토양은 후술된 응집 및 침전단계(S60)와 제2정화단계(S70)을 거쳐 필터링단계(S50)로 순환되는 별도의 공정을 거치게 된다.
다음으로, 정화단계(S40)의 믹싱탱크에서 세척된 토양이 세척공정수와 함께 필터링장치(150)로 유입되면 토양과 세척공정수가 분리 배출되도록 필터링(S50)된다. 여기서, 토양과 함께 이송되는 세척공정수가 이송되면서 진공의 흡입력에 의해 탈수된다. 이때, 세척공정수는 집수되어 응집침전장치(160)로 이송되고, 토양은 별도 적재되어 채취 지역에 되메워지거나 버려진다.
다음으로, 필터링단계(S50)의 필터링장치(150)에서 유입된 세척공정수와, 세분류단계(S30)의 제3마이크로 하이드로사이클론(143)에서 분류된 입경 0.020mm 미만의 토양과 교반되어 응집 및 침전(S60)된다. 세척공정수와 입경 0.020mm 미만의 토양은 응집침전조(160)에서 혼합되고, 이때 세척공정수와 입경 0.020mm 미만의 토양에는 별도의 응집제가 투입되며, 이 응집제에 의해 입경 0.020mm 미만의 토양은 좀 더 굵은 입경으로 응집된다. 물론, 교반기(미도시)에 의해 교반하게 되면 작업 시간이 감소된다. 여기서, 필터링장치(150)에서 유입된 세척공정수에는 벨트필터를 통과한 아주 미세한 토양이 포함되어 있고, 이 토양은 응집제에 의해 입경 0.020mm 미만의 토양과 함께 응집된다.
다음으로, 응집 및 침전단계(S60)에서 응집 및 침전된 토양이 시크너(143)에 유입되어 세척공정수에 의해 세척되면서 제2정화(S70)된다. 이때의 토양은 입경 0.020mm 미만의 토양이 응집된 것이다. 이는 입경 0.020mm 미만의 토양에 대해 필터링단계(S50)에서의 토양과 세척공정수의 분류 효율을 극대화하기 위해 별도의 응집 및 침전단계(S60)을 거치는 공정을 두어 입경을 크게 하기 위함이다. 또한, 시크너(143)에서 배출되는 토양은 오염물질의 용출이 최대한 억제된 상태로 필터링단계(S50)로 이송된다.
다음으로, 응집침전장치(160)로부터 토양 이외의 세척공정수가 회수되어 세척공정수 재활용장치(170)에서 정수된 후 반송(80)된다. 여기서, 정수는 세척공정수가 함유하고 있는 비소를 포함한 오염물질이 3가철(Fe3 +)에 의해 흡착됨으로써 이루어진다. 이때, 3가철(Fe3 +)로 개질된 활성탄을 이용한다. 또한, 정수된 세척공정수는 토양을 분쇄하는 단계(S10)로 반송되어 분쇄기(110)에 의해 토양이 개별화되는데 필요한 물로 공급된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100...정화시스템 101...호퍼,
110...분쇄기 120...스크린,
130...분류기,
131...제1마이크로 하이드로사이클론,
132...제2마이크로 하이드로사이클론,
133...제3마이크로 하이드로사이클론,
140...정화장치 141...제1믹싱탱크,
142...제2믹싱탱크 143...시크너,
150...필터링장치 160...응집침전장치,
170...세척공정수 재활용장치.

Claims (19)

  1. 오염된 토양을 물과 혼합하여 개별화시키는 분쇄기(110);
    상기 분쇄기(110)에서 유입된 토양을 일정 입경으로 선별하도록 설치된 스크린(120);
    상기 스크린(120)에서 선별된 일정 입경 미만인 상기 토양이 유입되면 입경별로 세분류하도록 설치된 적어도 하나의 다단형 마이크로 하이드로사이클론으로 이루어진 분류기(130);
    상기 분류기(130)에서 세분류된 상기 토양이 유입되면 입경별로 세척공정수에 의해 세척되도록 설치된 정화장치(140);
    상기 정화장치(140)에서 세척되어 유입된 상기 토양과, 상기 토양에 함유된 상기 세척공정수를 분리 배출하기 위해 벨트필터에 의해 이송되는 상기 토양으로부터 세척공정수를 진공으로 배출시키도록 이루어진 진공벨트필터인 필터링장치(150);
    상기 필터링장치(150)에서 배출된 상기 세척공정수가 유입되고, 상기 분류기(130)에서 세분류된 상기 토양 중 일부 토양이 유입되면 응집 및 침전시켜 상기 필터링장치(150)로 공급하도록 설치된 응집침전장치(160); 및
    상기 응집침전장치(160)로부터 유입된 상기 세척공정수의 오염물질을 흡착시키고, 재활용하도록 설치된 세척공정수 재활용장치(170);가 포함되어 이루어지고, 그리고
    상기 토양은 조립토류보다 미세토류가 더 오염된 밭 토양이고,
    상기 분류기(130)는 입경 단위에 따라 상기 토양을 세분류하고, 상기 토양의 선별 입경 단위만큼 다수의 마이크로 하이드로사이클론이 직렬로 다수 연결되어 이루어지며, 선별 입경의 범위는 유입속도와 마이크로 하이드로사이클론의 하부토출부의 입경 변화를 통해 가변되며, 그리고
    입경 0.075mm 이상의 상기 토양은 상기 스크린(120)에 재투입하고, 입경 0.075mm 미만의 상기 토양은 별도 이송하도록 설치된 제1마이크로 하이드로사이클론(131);
    상기 제1마이크로 하이드로사이클론(131)으로부터 유입된 상기 토양 중에서 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상인 상기 토양을 상기 정화장치(140)로 이송하고, 입경 0.040mm 미만의 상기 토양은 별도 이송하도록 설치된 제2마이크로 하이드로사이클론(132); 및
    상기 제2마이크로 하이드로사이클론(132)으로부터 이송되어 유입된 상기 토양 중에서 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상인 상기 토양을 상기 정화장치(140)로 이송하고, 입경 0.020mm 미만인 상기 토양을 상기 응집침전장치(160)로 이송하도록 설치된 제3마이크로 하이드로사이클론(133);이 포함되어 이루어지고,
    상기 정화장치(140)는,
    입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상인 상기 토양이 유입되면 상기 세척공정수로 오염물질을 용출시키는 제1믹싱탱크(141);
    입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상인 상기 토양이 유입되면 상기 세척공정수로 오염물질을 용출시키는 제2믹싱탱크(142); 및
    상기 응집침전장치(160)에서 응집 및 침전된 상기 토양이 유입되면 오염물질의 용출을 억제한 상태로 상기 필터링장치(150)로 공급하도록 설치된 시크너(143);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세척공정수 재활용장치(170)는 상기 세척공정수의 비소를 포함한 오염물질이 3가철(Fe3+)로 개질된 활성탄에 흡착되도록 설치된 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄기(110)는 로그 와셔(Log washer)이고, 상기 로그와셔에 의해 토양을 물과 잘 혼합하여 개별화되는 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스크린(120)은 진동습식 스크린인 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스크린(120)은 상기 토양을 자갈류 및 모래류 등의 입경 0.075mm 이상의 토양 및, 입경 0.075mm 미만의 미세토류로 선별하는 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항의 정화시스템을 이용하여 오염토양을 정화하는 방법에 있어서,
    상기 오염토양이 물과 혼합하여 개별화되는 분쇄단계(S10);
    상기 분쇄단계(S10)에서 배출된 상기 토양이 일정 입경으로 선별되는 선별단계(S20);
    상기 선별단계(S20)에서 선별된 일정 입경 미만의 상기 토양이 입경별로 세분류되는 세분류단계(S30);
    상기 세분류단계(S30)에서 세분류된 상기 토양 중 일부 입경의 토양이 세척공정수로 세척되는 제1정화단계(S40);
    상기 세분류단계(S30)에서 세분류된 상기 토양 중 제1정화단계(S40)로 진행되지 않은 일부 입경의 상기 토양 및, 상기 제1정화단계(S40)에서 정화된 일부 입경의 상기 토양으로부터 상기 세척공정수가 분리되어 상기 토양과 상기 세척공정수가 분리 배출되는 필터링단계(S50);
    상기 세분류단계(S30)에서 입경 0.020mm 미만으로 분류된 상기 토양이 유입되면 응집 및 침전되어 상기 필터링단계(S50)로 배출되는 응집 및 침전단계(S60); 및
    상기 응집 및 침전단계(S60)에서 배출된 상기 토양이 오염물질의 용출을 억제한 상태로 상기 필터링단계(S50)로 배출되는 제2정화단계(S70);가 포함되어 이루어지고, 그리고
    상기 세분류단계(S30)에서는 입경 0.075mm 이상으로 분류된 토양은 선별단계(S20)로 회송되고, 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상 및, 입경0.040mm 미만 0.020mm 이상으로 분류된 상기 토양은 제1정화단계(S40)으로 배출되며, 입경 0.020mm 미만으로 분류된 상기 토양은 상기 필터링단계(S50)로 배출되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1정화단계(S40)는 분류된 입경별로 별도 수용된 상기 토양이 세척공정수로 세척되는 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제1항의 정화시스템을 이용하여 오염토양을 정화하는 방법에 있어서,
    상기 오염토양이 물과 혼합되어 개별화되는 분쇄단계(S10);
    분쇄된 토양이 입경 0.075mm 이상의 자갈류 및 모래류가 대부분인 조립토류와, 입경 0.075mm 이하가 대부분인 미세토류로 선별하여 배출되는 선별단계(S20);
    상기 선별단계(S20)에서 유입된 입경 0.075mm미만이 대부분인 상기 미세토류 중에서 입경 0.075mm 이상이 대부분인 상기 토양은 선별단계(S20)로 회송되고, 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상, 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상 및, 입경 0.020mm 미만으로 세분류된 상기 토양이 각각 배출되는 세분류단계(S30);
    상기 세분류단계(S30)에서 세분류된 상기 토양 중 입경 0.075mm 미만 0.040mm 이상 및 입경 0.040mm 미만 0.020mm 이상의 토양이 별도로 수용되어 세척공정수에 의해 세척되는 제1정화단계(S40);
    상기 제1정화단계(S40)로부터 유입된 상기 토양과, 상기 토양과 함께 유입된 상기 세척공정수가 분리 배출되는 필터링단계(S50);
    상기 필터링단계(S50)에서 분리된 상기 세척공정수와, 상기 세분류단계(S30)에서 세분류된 입경 0.020mm 미만의 상기 토양이 함께 교반되어 응집되면서 침전되는 응집 및 침전단계(S60);
    상기 응집 및 침전단계(S60)에서 침전되어 배출된 상기 토양이 오염물질의 용출을 억제한 상태로 필터링단계(S50)로 이송되는 제2정화단계(S70); 및
    상기 응집 및 침전단계(S60)로 공급된 상기 세척공정수가 회수되어 정수되고, 상기 분쇄단계(S10)로 반송되는 정수 및 반송단계(S80);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 정수 및 반송단계(S80)에서는 상기 세척공정수에 함유된 비소를 포함한 오염물질이 3가철(Fe3 +)로 개질된 활성탄에 흡착되는 것을 특징으로 하는 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용한 미세 고농도 오염토양 정화방법.
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