KR101195399B1 - 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 지중에서 연직배수재와 접한 모든 부분에서 물 및 오염물질의 유입, 배출이 가능하여 투수계수가 낮은 지반에서도 오염토양 복원이 가능하고, 오염물질과 지반조건 등 다양한 함수를 고려하여 연직배수재의 설치가 가능하며, 시공 전 및 시공 후에도 연직배수재를 추출배수재 및 주입배수재로 변경이 가능한 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

연직배수재, 토양세정 시스템, 오염토양, 복원, 세립지반

Description

연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법{A Soil Washing System And Method Using Prefabricated Vertical Drains}

본 발명은 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 지중에서 연직배수재와 접한 모든 부분에서 물 및 오염물질의 유입, 배출이 가능하여 투수계수가 낮은 지반에서도 토양 복원이 가능하고, 오염물질과 지반조건 등 다양한 함수를 고려하여 연직배수재의 설치가 가능하며, 시공 전 및 시공 후에도 연직배수재를 추출배수재 및 주입배수재로 변경이 가능한 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법에 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 지속적인 경제발전과 소득수준이 향상되면서 산업활동과 더불어 자동차 보급으로 인한 유류사용량이 크게 증가하였다. 이에 따라 주유소의 유류저장탱크, 화학물질을 저장하고 있는 산업시설의 지하저장탱크 등에서 비수용상액체(NAPLs)로 분류되는 유류 및 유해화학물질의 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 인 근 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 것으로서 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.

본 발명은, 투수성이 낮은 지반에서도 사용될 수 있으며, 시공이 용이하고, 시공 후에도 불필요한 작동의 정지 및 작동의 변경이 가능한 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템은 토양에 복수개가 타입되며, 내부에 굴곡을 형성하는 코어와 상기 코어를 감싸는 부직포로 구성된 필터를 포함하는 복수의 연직 배수재와; 상기 연직배수재와 연결되어 상기 연직배수재로 물을 주입하는 주입펌프와; 상기 연직배수재와 연결되어 상기 연직배수재로부터 오염물질을 흡입하는 진공브로워로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 코어는 다양한 형상으로 제시될 수 있는 바, 물결형상으로 이루어질 수 있으며, 양면에 유동홈이 지중에 타입되는 방향으로 형성될 수 있고, 엠보싱이 형성될 수 있다.

특히 상기 코어에 엠보싱이 형성되는 경우 상기 코어의 양면에 엠보싱이 형성되도록 구성됨이 바람직하다.

한편 상기 연직배수재의 상부로서 지표면과 접하는 부분에는 상기 연직배수재를 감싸는 라이닝층이 더 구성됨이 타당하다.

또한, 상기 주입펌프와 상기 진공브로워가 복수의 연직배수재에 연결됨에 있어, 상기 진공브로워는 각각 복수의 연직배수재와 진공라인을 통해 연결되고, 상기 주입펌프는 각각 복수의 연직배수재와 주입라인을 통해 연결됨에 특징이 있다.

또한, 각각의 진공라인과 주입라인에는 잠금밸브가 구성되어 진공라인과 주입라인에 개폐가 가능하도록 구성됨이 타당하다.

이에 더하여 각각의 잠금밸브는 제어부와 전기적으로 연결되어 제어부를 통해 진공라인과 주입라인의 개폐가 조절되도록 구성될 수 있다.

한편 복수의 연직배수재가 타입된 지표면에는 멤브레인이 구성됨에 의해 지표면을 통한 공기의 유입을 방지할 수 있다.

한편 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 방법은 지중에 연직배수재를 타입하는 단계와; 연직배수재에 주입펌프 및 진공브로워를 연결하는 단계와; 주입펌프를 통해 연직배수재로 물을 주입하는 단계와; 진공브로워를 통해 연직배수재로부터 지중내의 오염물질을 추출하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법은 연직배수재가 접하는 모든 토양에서 물을 배출하고 오염물질이 유입됨으로서 투기계수가 낮은 지역(토양)에서도 오염된 토양을 복원할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법은 다양한 연직배수재의 구조를 제시함으로서 입도분포, 다짐 등 지반조건이 다르더라도 이를 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템 및 방법은 시공 후에도 연직배수재를 선택적으로 추출배수재 및 주입배수재로 전환/가동중지하여 사용할 수 있으므로 경제적이며, 사후에 오염도 등의 변화에도 대처할 수 있는 장점이 있다.

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 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템의 작동관계를 나타내는 측단면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템의 일 구성으로 연직배수재의 실시 예를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 구성인 연직배수재에 라이닝층을 구성한 경우를 나타내는 측단면도이고, 도 5는 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템의 구성도이고, 도 6은 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 방법을 나타내는 블록도이다.

본 발명은 도 2에서와 같이 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템은 지중에 타입되는 복수의 연직배수재(100)와, 상기 연직배수재(100) 중 일부에 물을 주입하는 주입펌프(200)와, 상기 연직배수재(100) 중 일부로부터 오염물질을 추출하는 진공브로워(300)로 구성된다.

우선 연직배수재(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 물을 배출하게 하 거나 토양으로부터 오염물질을 유입하도록 하는 구성에 해당하는 것이다.

상기 연직배수재(100)는 상기 코어(110)와 상기 코어를 감싸는 필터(120)가 고정형(fixed)과 분리형(free)으로 구성될 수 있는 바, 고정형은 코어와 필터가 부착되어져 있는 것이고 분리형은 두 부분이 분리되어져 있는 것이다.

상기 코어(110)는 그 재질을 한정하지 않으나 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 바람직한 바, 예로 폴리프로필렌(polypropylene)과 폴리에틸렌(polyethylene) 등이 사용될 수 있다.

상기 필터(120)의 경우도 그 재질을 한정하지 않으나 지중으로부터 코어(110)로 유입될 수 있는 흙입자를 저지하고, 물 및 오염물질이 상기 필터(120)를 통과할 수 있는 구조로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등으로 구성되는 부직포를 사용하는 것이 타당하다.

상기 필터(120)의 재질로서 부직포는 공지의 것을 사용하는데, 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 연직배수재(100) 등의 내구성을 저하시키게 되는 것으로 이를 방 지하기 위해 지반조건에 따라 부직포의 입경을 조절하여 사용함이 타당하다.

상기 코어(110)는 표면에 굴곡을 형성하는 것으로 굴곡의 형상에 따라 도 3a 내지 도 3c에서 보는 바와 같이 다양한 실시 예가 제시된다.

우선 도 3a에서 제시하는 코어(110a)는 표면에 물결형상의 굴곡이 형성되는 바, 코어(110a) 표면에 볼록함(111a)과 오목함(112a)의 요철형태가 교대로 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉 연직배수재(100)가 지중에 삽입되는 방향(길이방향)으로 상기 볼록함(111a)과 오목함(112a)에 의해 형성되는 유로(113a)에 의해 물 및 오염물질이 이동하게 되는 것이다. 상기 코어(110a)의 경우에는 길이방향으로 요철형태가 형성됨에 의해 좌굴강도가 보강되어 연직배수재(100)가 횡압에 의해 좌굴되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있다. 또한 요철의 탄성에 기해 필터(120)로 가해지는 횡하중에 대한 내구성을 강화시켜 주게 되는 잇점이 있다.

다음으로 도 3b에서 제시하는 코어(110b)는 양면에 유동홈(111b)이 지중에 타입되는 방향(길이방향)으로 형성된다. 즉 코어(110b) 양면에 길이방향으로 평행하게 유동홈(111b)이 복수개 형성되어 물 및 오염물질이 유동홈(111b)을 타고 상, 하방향으로 이동하게 되는 것이다. 상기 코어(110b)의 경우는 상재하중에 대한 내구성이 강화될 수 있다.

다음으로 도 3c에서 제시하는 코어(110c)는 엠보싱이 형성된다. 상기 코어(110c)에는 일면에 복수의 엠보싱이 형성될 수 있으나, 양면에 엠보싱(111c, 112c)이 형성되어 물 및 오염물질이 상, 하방향은 물론 좌, 우방향으로도 용이하게 이동할 수 있도록 하는 것이다. 즉 물 및 오염물질이 좌, 우방향으로도 용이하게 이동하는 것은 상기 도 3a 및 도 3b에서 제시하는 실시 예들에서 물 및 오염물질의 이동이 상,하 일방향으로만 유도됨에 의해 물 및 오염물질이 연직배수재(100) 내부에 과다한 양이 유출 및 유입됨으로써 필터(120)에 하자가 발생할 수 있는 점을 방지할 수 있게 되는 것이다. 또한 엠보싱의 탄성에 의해 필터(120)로 작용하는 횡하중을 완화시켜 줄 수 있게 되는 것이다.

한편 상기 연직배수재(100)에는 도 4에서 보는 바와 같이 상기 연직배수재(100)의 상부로서 지표면과 접하는 부분에 상기 연직배수재(100)를 감싸는 라이닝층(130)이 더 구성될 수 있다. 상기 라이닝층(130)에 의해 연직배수재(100) 상단에서 필터(120)로의 물 등의 유입, 유출이 방지되도록 하는 것으로 이는 이하에서 설명할 진공브로워(300)의 작동에 기해 지중(10)으로의 공기 유입을 통한 진공손실을 방지하기 위함이다. 상기 라이닝층(130)은 공지의 재질인 플라스틱제 등에 의해 물에 대한 불투수성이 있어야 한다.

상기 주입펌프(200)는 상기 연직배수재(100)와 연결되어 상기 연직배수재(200)로 물을 주입하는 구성에 해당하는 것으로 상기 주입펌프(200)는 공지의 구성을 사용하여도 무방하다. 상기 주입펌프(200)의 작동에 기해 상기 주입펌프(200)와 연결된 연직배수재(100)에 물이 주입되어 코어(110)를 타고 물이 유동하면서 필터(120)를 통해 필터(120) 전면에서 물이 지중(10)으로 유입되도록 하는 것이다. 이러한 지중(10)으로 물의 유입에 의해 지하저장탱크 등에서 비수용상액체(NAPLs)로 분류되는 유류 및 유해화학물질 등이 액화되어 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 연직배수재(100)와 연결되어 상기 연직배수재(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 연직배수재(100) 내부가 진공상태가 되어 토양으로부터 오염물질이 연직배수재(100) 내부로 유입이 되고, 유입된 오염물질은 코어(110)를 타고 상방향으로 이동하면서 외부로 유출되는 것이다. 즉 연직배수재(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 연직배수재(100)와 연결됨에 있어 사전에 지중(10)내의 오염물질 분포, 농도 등을 조사하여 연직배수재(100)를 타입하고 주입배수재(100-2)에 해당하는 연직배수재(100)에는 주입펌프(200)를 연결하고, 추출배수재(100-1)에 해당하는 연직배수재(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 것으로, 이를 보완하기 위해 연직배수재(100)를 타입한 상태에서도 주입배수재(100-2) 및 추출배수재(100-1)를 선택적으로 변경할 수 있도록 하기 위해 도 5에서는 상기 진공브로워(300)는 각각 복수의 연직배수재(100)와 진공라인(310)을 통해 연결되고, 상기 주입펌프(200)는 각각 복수의 연직배수재(100)와 주입라인(210)을 통해 연결되도록 구성되는 예를 제시한다.

또한, 도 5에서는 각각의 진공라인(310)과 주입라인(210)에 잠금밸브(311, 211)가 더 구성되도록 하여 선택된 진공라인(310)과 주입라인(210)에 개폐가 가능하도록 함으로써 연직배수재(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 5에서는 5개의 연직배수재(100)를 지중(10)에 타입하여 제어부(400)의 조작에 기해 도면상 가운데 위치하는 연직배수재(100)와 연결된 진공라인(310)을 on시키고, 나머지 연직배수재(100)와 연결된 진공라인(310)을 off시켜 가운데 위치하는 연직배수재(100)가 추출배수제(100-1)로서 기능을 하도록 하여 오염물질(c)이 가운데 연직배수재(100)를 통해 외부로 추출될 수 있도록 하며, 도면상 가운데 위치하는 연직배수재(100)를 제외한 나머지 연직배수재(100)와 연결된 주입라인(210)을 on시키고, 가운데 연직배수재(100)와 연결된 주입라인(210)을 off시켜 가운데 위치하는 연직배수재(100)를 제외한 나머지 연직배수재(100)가 주입배수제(100-2)로서 기능을 하도록 하여 물(w)이 지중(10)으로 주입되는 예를 제시한다. 즉 가운데 연직배수재(100)를 통해 지반내의 오염물질이 외부로 유출되는 것이며, 나머지 연직배수재(100)를 통해 지중(10)으로 물의 흐름을 유도하는 것이다.

한편 도 2에서는 보는 바와 같이 복수의 연직배수재(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 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 방법은 도 6에서 보는 바와 같이 토양에 연직배수재를 타입하는 단계를 갖는다. 이 단계에서는 지중(10) 즉 오염지반에 유압식 장비의 맨드렐을 이용하여 연직배수재(100)를 타입한다. 상기 연직배수재(100)의 타입은 시공조건 뿐만아니라 지하수위, 흙의 공학적 특성 등의 지반조건을 고려하여 타입을 한다. 또한, 연직배수재(100)의 타입 시 멤브레인(500)을 지표면에 포설하여 차후의 진공브러워(300)의 작동으로 진공손실이 발생하는 것을 방지하는 것이 타당하다.

그 다음으로 연직배수재(100)에 주입펌프(200) 및 진공브로워(300)를 연결하는 단계를 갖는다. 본 단계에서는 선택된 연직배수재(100)에 진공브로워(300)를 연결하고, 선택된 연직배수재(100)에 주입펌프(200)를 연결할 수 있으나, 상기에서 언급한 바와 같이 연직배수재(100)를 선택적으로 추출배수재(100-1) 및 주입배수재(100-2)로 사용할 수 있도록 연직배수재(100) 각각을 진공라인(310)과 주입라인(210)에 연결하고, 각각에 잠금밸브(311, 211)를 설치하여 제어부(400)에 의해 잠금밸브(311, 211)의 개폐를 조절할 수 있도록 설치할 수 있다.

그 다음으로 주입펌프(200)를 통해 연직배수재(100)로 물을 주입하는 단계를 갖는다. 즉 주입펌프(200)를 작동시켜 주입펌프(200)와 연결된 연직배수재(100)에 물을 주입하여 지중(10)에 물의 흐름을 형성하도록 하는 것이다.

그 다음으로 진공브로워(300)를 통해 연직배수재(100)로부터 지중(10)의 오염물질을 추출하는 단계를 갖는다. 즉 진공브로워(300)를 작동시켜 진공브로워(300)와 연결된 연직배수재(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 연직배수재(100)로 물을 주입하는 단계와 상기 진공브로워(300)를 통해 연직배수재(100)로부터 토양의 오염물질을 추출하는 단계는 동시에 진행하여도 무방하다.

도 1은 종래기술을 나타내는 개략도이고,

도 2는 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템의 작동관계를 나타내는 측단면도이고,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템의 일 구성으로 연직배수재의 실시 예를 나타내는 사시도이고,

도 4는 본 발명의 일 구성인 연직배수재에 라이닝층을 구성한 경우를 나타내는 측단면도이고,

도 5는 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템의 구성도이고,

도 6은 본 발명인 연직배수재를 이용한 토양세정 방법을 나타내는 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연직배수재 110 : 코어

120 : 필터 200 : 주입펌프

300 : 진공브로워 400 : 제어부

Claims (11)

1. 코어와 상기 코어를 감싸는 부직포로 구성된 필터를 포함하며 오염된 지반 내에 삽입되는 복수의 연직배수재와, 상기 연직배수재와 연결되어 상기 연직배수재로 물을 주입하는 주입펌프 및 상기 연직배수재와 연결되어 상기 연직배수재로부터 오염물질을 흡입하는 진공브로워로 구성된 토양세정 시스템에 있어서,

   상기 코어는 그 양면의 표면에 공기 및 오염물질이 상, 하방향 및 좌, 우방향으로 이동할 수 있도록 복수의 엠보싱이 형성되어 필터로 작용하는 횡하중의 완화와 상기 부직포의 폐색현상을 방지하며,

   상기 진공브로워는 각각의 연직배수재와 잠금밸브가 구성된 진공라인을 통해 연결되고 상기 주입펌프는 각각의 연직배수재와 잠금밸브가 구성된 주입라인을 통해 연결되되 상기 각각의 잠금밸브는 제어부와 전기적으로 연결되며,

   각각의 연직배수재는 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 진공브로워 또는 상기 주입펌프에 선택적으로 연결되어 각각의 연직배수제가 지중으로 물을 주입하는 주입배수제 또는 각각의 연직배수제가 오염물질을 외부로 배출하는 추출배수제로 선택적 전환이 되도록 구성됨을 특징으로 하는 연직배수재를 이용한 토양세정 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Images