KR101207131B1

KR101207131B1 - 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론, 이를 이용한 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론 및 오염토양 선별방법

Info

Publication number: KR101207131B1
Application number: KR1020120030627A
Authority: KR
Inventors: 정준교; 강완협; 채희훈; 장정희
Original assignee: 현대건설주식회사
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-11-30

Abstract

본 발명은 오염토양이 이송되는 유입관; 유입관에 연결되며, 유입관을 통해 유입된 오염토양이 일정 입경을 기준으로 선별되도록 형성된 몸체; 선별된 일정 입경 미만의 오염토양을 내보내기 위해 몸체에 연결되는 유출관; 및 선별된 일정 입경 이상의 오염토양을 내보내기 위해 몸체에 연결되는 배출관;을 포함한 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론, 이를 이용한 오염토양 선별용 다단형 마이크로사이클론 및 오염토양 선별방법을 구현하여 토양의 성질에 따라 오염 정도가 높은 입경의 토양을 집중 선별하여 효율적이고 경제적인 오염토양 정화작업이 가능하게 한 것이다.

Description

오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론, 이를 이용한 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론 및 오염토양 선별방법 {Micro hydrocyclone for separating contaminated soil, multiple micro hydrocyclone using therewith and method for separating contaminated soil}

본 발명은 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론, 이를 이용한 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론 및 오염토양 선별방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 효율적인 오염토양 정화를 위해 오염토양을 입경에 따라 선별하도록 형성된 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론, 이를 이용한 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론 및 오염토양 선별방법에 관한 것이다.

일반적으로, 토양오염이란 지면에 낙하하여 지중으로 침투한 오염물질이 토양을 오염시키는 현상으로, 산업 발전과 함께 특히 공장에서 배출되는 연기, 폐수 등에 의한 토양오염이 심각해지고 있다.

특히, 비소(As)와 같은 중금속에 의한 토양의 오염은 폐광이나 제련소 근방에서 주로 발생하였다. 예를 들어, 제련소가 오염원인 경우 굴뚝으로 배출된 비소에 의해 제련소를 중심으로 대략 2km 반경 내의 토양이 주로 오염된다.

도 1은 일반적인 토양의 입경별 정화 처리 효율을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 일반적인 토양을 입경별로 크게 3부분으로 분류하면 2mm이상의 입경을 갖는 자갈 및 돌 등의 조립토류, 75㎛ 내지 2mm의 입경을 갖는 모래 등의 중립토류, 75㎛ 이하의 입경을 갖는 미사 및 점토 등의 미세토류로 나눌 수 있다. 조립토류, 중립토류, 미세토류의 토양을 정화할 때 시간이나 비용 대비 효율적이고 경제적인 정화대상토양은 조립토류이고 비효율적인 토양은 미세토류이다. 중립토류는 정화시간이나 정화비용면에서 효율성이나 경제성이 중간정도이다.

이러한 오염토양을 정화시키기 위해서 종래에는 채취한 오염토양을 세척장치에 투입하여 정화하는 방법을 사용하였다. 한국공개특허 제 2003-5713호에 의하면 종래의 오염토양 세척장치는 오염토양을 반복세척하기 위해 전세척조 및 주세척조를 포함한다. 또한 이러한 세척장치는 오염토양이 수거되면 믹싱탱크로 투입하여 정화하였다.

하지만 종래의 세척장치는 토양의 성질에 따른 토양의 입경별 오염의 차이, 즉 논, 밭, 바닷가 및 산기슭 등에서 채취된 토양의 입경별 오염정도의 차이 등을 고려하지 않고 일률적으로 정화작업이 이루어져 비효율적인 문제점이 있었다.

KR2003-0005713 10

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 오염토양의 입경에 따라 오염물질의 함유량이 다르다는 것에 착안하여 보다 효율적인 오염토양 정화를 위해 오염토양을 입경에 따라 선별하도록 형성된 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론, 이를 이용한 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론 및 오염토양 선별방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 오염토양이 이송되는 유입관; 유입관에 연결되며, 유입관을 통해 유입된 오염토양이 일정 입경을 기준으로 선별되도록 형성된 몸체; 선별된 일정 입경 미만의 오염토양을 내보내기 위해 몸체에 연결되는 유출관; 및 선별된 일정 입경 이상의 오염토양을 내보내기 위해 몸체에 연결되는 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론에 의해 달성될 수 있다.

그리고 오염토양은 오염토양은 일정 입경 미만인 미세토보다 일정 입경 이상의 입자인 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속에 오염농도가 높은 토양이다.

그리고 일정 입경은 75㎛ 내지 60㎛ 범위이다.

한편 상기와 같은 본 발명의 목적은 오염토양이 유입되어 일정 입경을 기준으로 선별하는 제1항의 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론을 복수로 연결하여 형성된 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론에 의해 달성될 수 있다.

그리고 오염토양은 일정 입경 이상의 자갈, 모래와 같은 조대입자보다 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 토양이다.

그리고 복수의 마이크로 하이드로사이클론은 직렬연결된다.

그리고 선별된 일정 입경 미만의 오염토양이 유출관과 연결된 마이크로 하이드로사이클론으로 이송되는 양을 조절할 수 있도록 유출관 중 적어도 하나에 설치된 밸브;를 더 포함한다.

그리고 복수의 마이크로 하이드로사이클론에 구비된 각각의 유입관은 마이크로 하이드로사이클론으로 유입되는 오염토양의 입경 크기에 따라 상호 구경이 상이하다.

그리고 오염토양이 입경 75㎛를 기준으로 선별되도록 형성된 제1마이크로 하이드로사이클론; 제1마이크로 하이드로사이클론에서 배출된 입경 75㎛ 미만의 오염토양이 유입되도록 제1마이크로 하이드로사이클론과 연결되고, 유입된 오염토양이 입경 40㎛를 기준으로 선별되도록 형성된 제2마이크로 하이드로사이클론; 및 제2마이크로 하이드로사이클론에서 배출된 입경 40㎛ 미만의 오염토양이 유입되도록 제2마이크로 하이드로사이클론과 연결되고, 유입된 오염토양이 입경 20㎛를 기준으로 선별되도록 형성된 제3마이크로 하이드로사이클론;을 포함한다.

한편 상기와 같은 본 발명의 목적은 오염토양이 제1항의 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론으로 유입되는 유입단계; 유입된 오염토양이 일정 입경 75㎛를 기준으로 선별되는 선별단계; 및 특정된 일정 입경 미만의 오염토양은 유출관을 통해 내보내고 특정된 일정 입경 이상의 오염토양은 배출관을 통해 내보내는 배출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한 오염토양 선별방법에 의해 달성될 수 있다.

그리고 오염토양은 일정 입경 미만의 입자인 미세토보다 일정 입경 이상의 입자인 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속 오염농도가 높은 토양이다.

한편 오염토양의 오염물질 농도를 측정하는 제1측정단계; 오염물질이 제1항의 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론으로 유입되면, 일정 입경 기준으로 선별되는 오염토양선별단계; 선별된 오염토양 중 일정 입경 미만의 오염토양의 오염물질 농도를 측정하는 제2측정단계; 제1측정단계에서 측정된 오염물질 농도와 상기 제2측정단계에서 측정된 오염물질 농도를 비교하여 마이크로 하이드로사이클론을 하나 더 직렬연결할지 판단하는 판단단계; 및 마이크로 하이드로사이클론이 연결되면, 상기 제2측정단계에서 측정한 오염물질 농도를 제1측정단계에서 측정된 오염물질 농도로 하여 상기 오염토양선별단계부터 상기 판단단계까지의 과정을 반복하는 재선별단계;를 포함하는 것을 특징으로 한 오염토양 선별방법에 의해 달성될 수 있다.

그리고 판단단계는 2차 측정된 오염물질 농도가 1차 측정된 오염물질 농도를 초과하면 마이크로 하이드로사이클론을 하나 더 직렬연결하기로 판단한다.

한편 제 11항의 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용하여 오염토양을 선별하는 방법에 있어서, 오염토양이 제1마이크로 하이드로사이클론으로 유입되는 제1유입단계; 제1마이크로 하이드로사이클론으로 유입된 오염토양이 입경 75㎛ 기준으로 선별되는 제1선별단계; 선별된 오염토양 중 입경 75㎛ 미만의 오염토양이 제2마이크로 하이드로사이클론으로 유입되는 제2유입단계; 제2마이크로 하이드로사이클론으로 유입된 오염토양이 입경 40㎛ 기준으로 선별되는 제2선별단계; 선별된 오염토양 중 입경 40㎛ 미만의 오염토양이 제3마이크로 하이드로사이클론으로 유입되는 제3유입단계; 및 제3마이크로 하이드로사이클론으로 유입된 오염토양이 20㎛의 입경 기준으로 선별되는 제3선별단계;를 포함하는 것을 특징으로 한 오염토양 선별방법에 의해 달성될 수 있다.

그리고 오염토양은 일정 입경 이상의 입자인 자갈, 모래와 같은 조대입자보다 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 토양이다.

본 발명에 따르면, 정화 대상 오염지역의 입도별 오염물질농도 분포를 고려하여 일정 입경을 기준으로 오염물질의 농도가 높은 입경을 갖는 오염토양만을 선별할 수 있으므로 오염토양의 성질에 맞춰 선별된 오염토양만을 정화하여 정화작업이 효율적이고 경제적인 효과가 있다. 또한 선별기준 입경이 75㎛보다 작은 경우 복수의 마이크로 하이드로사이클론을 연결하여 미세한 오염토양을 선별, 정화하는 것이 가능하고, 선별성능이 향상되므로 미세한 오염토양을 선별, 정화하는 것이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 오염토양 선별과정에서 오염토양의 오염물질 농도에 따라 하나 이상의 마이크로 하이드로사이클론을 선택적으로 사용하여 오염토양을 선별하므로 오염토양의 성질을 현장에서 즉각적으로 반영하여 유동적으로 오염물질 농도가 더 높은 오염토양의 선별이 가능한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 토양의 입경별 정화처리 효율이 도시된 그래프,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론의 측단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론의 작동상태가 도시된 측단면도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론이 도시된 블럭도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론의 사시도,
도 6은 오염토양의 비소농도 측정 차수에 따른 비소농도 변화를 나타낸 그래프,
도 7은 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 토양의 입도별 비소의 오염농도가 분석되어 도시된 그래프,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론이 도시된 블럭도,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 오염토양 선별방법이 도시된 블럭도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염토양 선별방법이 도시된 블럭도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<구성 및 기능>

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론의 측단면도이다. 본 발명에 따른 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론(1)은 유입관(100), 몸체(200), 유출관(300) 및 배출관(400)으로 이루어진다. 마이크로 하이드로사이클론(1)의 재질 및 제작방법은 통상의 마이크로 하이드로사이클론의 그것과 같다.

유입관(100)은 선별하려는 오염토양을 이송하여 마이크로 하이드로사이클론(1)으로 유입되도록 형성된다. 유입관(100)은 통상적인 마이크로 하이드로사이클론의 형태와 같이 원통형 또는 직사각형의 단면을 가진 관 형상을 갖는다. 또한 유입된 오염토양이 특정입경 기준으로 선별되도록 유입관(100)의 구경, 단면적 및 몸체(200)와의 연결 위치가 결정된다. 예를 들어, 동량의 오염토양을 이송시키는 경우 유입관(100)의 단면적이 작을수록 오염토양의 유속이 증가하며, 유속이 증가하면 더 작은 입경 기준으로 오염토양을 선별할 수 있다. 또한, 유입관(100)의 단면적이 작을수록 유입관(100)이 몸체(200)와 연결되는 입구의 반대편 벽면 부근에서 유속이 증가하고, 벽면 부근의 유속증가는 유입된 오염토양에 작용하는 원심력의 증가를 야기하여 선별성능이 향상된다.

몸체(200)는 유입관(100)을 통해 이송된 오염토양이 일정입경 기준으로 분리되도록 형성된다. 몸체(200)는 통상적으로 원통형 상부와 콘 형상의 하부로 이루어진다. 이때 원통형 상부와 콘 형상의 하부가 접하는 면은 각진 형태로 형성될 수도 있고 매끄러운 곡선 형태로 일체로 형성될 수도 있다. 또한 유입된 오염토양이 특정입경 기준으로 선별되도록 원통형 상부의 횡단면적 및 벽면의 축방향 길이와 콘 형상을 갖는 하부벽면의 축방향 길이 및 기울기가 결정된다. 예를 들어 몸체 벽면의 축방향 길이가 동일할 때 콘 형상의 하부벽면의 축방향 길이가 길어질수록 몸체 내부의 체적이 감소하며 몸체 벽면의 유속이 증가하게 된다. 유속이 증가하면 더 작은 입경 기준으로 오염토양 선별이 가능하며 원심력이 증가하므로 선별성능도 향상된다.

유출관(300)은 몸체(200)에서 원심분리되어 선별된 오염토양 중 선별기준이 된 일정 입경 미만의 오염토양이 배출되도록 형성된다. 유출관(300)은 통상적으로 몸체(200)의 상면에 수직으로 연결되어 원통형의 관으로 형성되며, 유출관(300)의 일부가 몸체(200) 내부에 삽입된다. 몸체(200) 내부의 원심력, 오염토양의 배출속도를 고려하여 유출관(300)의 구경, 단면적 및 몸체(200) 내부에 삽입되는 부분의 축방향 길이를 달리하여 형성될 수 있다.

배출관(400)은 몸체(200)에서 원심분리되어 선별된 오염토양 중 선별기준이 된 일정 입경 이상의 오염토양이 하강하여 배출되도록 형성된다. 배출관(400)은 통상적으로 몸체(200)의 하면에 수직으로 연결되어 원통형의 관으로 형성된다. 몸체(200) 내부의 원심력, 오염토양의 배출속도를 고려하여 배출관(400)의 구경, 단면적 등을 달리하여 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론의 작동상태가 도시된 측단면도이다. 마이크로 하이드로사이클론(1)의 구성은 상술한 바와 같다.

통상적으로 선별대상 오염토양은 물 또는 공기와 함께 유입관(100)을 통해 몸체(200)로 유입된다. 여기서 오염토양은 비소(As), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 중금속이 함유된 토양일 수 있다.

유입된 오염토양은 설계된 일정 입경을 기준으로 공급압력에 의해 발생된 회전력에 따른 원심분리 효과에 따라 선별된다. 도 3에 도시된 바와 같이 오염토양은 몸체(200) 내에서 회전하면서 선별기준 입경 이상의 오염토양은 낙하하여 배출관(400)을 통해 배출되고 선별기준 입경 미만의 오염토양은 상승하여 유출관(300)을 통해 배출된다. 유입된 오염토양이 자갈, 모래와 같은 조대입자의 중금속 오염농도가 높은 토양 토양일 경우 선별기준 입경은 75㎛ 내지 60㎛의 범위에서 특정되는 것이 바람직하다.

[표1]은 비소로 오염된 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속 오염농도가 높은 토양 중 논 토양의 입도 분포 및 입도별 오염농도를 나타낸 것이다. 비소로 오염된 논 토양은 [표1]에 나타난 바와 같이 입경 75㎛ 미만의 미세토류가 86%로 논 토양의 대부분을 차지하며 중금속 농도가 낮고 입경 75㎛ 이상의 모래 및 자갈류는 중금속 농도가 높다. 따라서 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속 오염농도가 높은 토양을 정화함에 있어서는 마이크로 하이드로사이클론(1)을 통해 75㎛ 입경 기준으로 오염토양을 선별하여 배출관(400)으로 배출된 모래 및 자갈류만을 정화함으로써 효율적이고 경제적인 정화작업이 가능하다.

입 경 (mm)	입도 분포 (%)	입도별 오염농도(mg/kg)
원시료		23.22
자갈(2.0mm이상)	2.97	63.55
모래(0.075mm~2.0mm)	10.70	53.85
미세토(0.075mm 미만)	86.33	15.07
계	100

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론이 도시된 블럭도이다. 여기서, 오염토양 및 세척수는 공정수 펌프에 의해 마이크로 하이드로사이클론(1)으로 유입된다. 오염토양이 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속 오염농도가 높은 토양일 경우 상술한 바와 같이 입경 75㎛을 기준으로 선별하는 것이 바람직하며 마이크로 하이드로사이클론(1)을 통과한 오염토양은 75㎛ 미만의 오염토양과 75㎛ 이상의 오염토양으로 선별, 배출된다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론의 사시도이다. 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론은 상술한 구성으로 이루어진 마이크로 하이드로사이클론(1)을 복수로 연결하여 형성되며, 오염토양을 75㎛보다 작은 입경을 기준으로 선별하기 위해서는 직렬연결하는 것이 바람직하다. 직렬연결이란 앞선 마이크로 하이드로사이클론(1)의 유출관(300)이 그 다음 마이크로 하이드로사이클론(1)의 유입관(100)에 연결되는 것을 말한다. 선별기준 입경이 작을수록 일반적으로 마이크로 하이드로사이클론의 선별성능이 저하되므로, 입경 75㎛보다 작은 입경을 갖는 오염토양을 선별할 때는 선별기준 입경이 크게 설계된 마이크로 하이드로사이클론에서 작게 설계된 마이크로 하이드로사이클론의 순서로 복수의 마이크로 하이드로사이클론(1)을 직렬연결하여 선별성능을 향상시킬 수 있다.

이러한 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론은 선별대상 오염토양의 성질에 따라 직렬연결된 마이크로 하이드로사이클론으로 이송되는 오염토양의 양을 조절하여 실질적으로 가동 마이크로 하이드로사이클론(1)의 개수를 변경할 수 있도록 적어도 하나의 유출관(300)에 밸브를 더 구비하여 형성하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론은 오염토양을 입경 75㎛ 기준으로 선별하도록 형성된 제1마이크로 하이드로사이클론(10), 입경 40㎛ 기준으로 선별하도록 형성된 제2마이크로 하이드로사이클론(20), 및 입경 20㎛ 기준으로 선별하도록 형성된 제3마이크로 하이드로사이클론(30)이 직렬연결되어 이루어진다.

제1마이크로 하이드로사이클론(10)은 제1유입관(11), 제1몸체(12), 제1유출관(13), 제1배출관(14) 및 제1밸브(15)로 이루어진다. 제2마이크로 하이드로사이클론(20)은 제2유입관(21), 제2몸체(22), 제2유출관(23), 제2배출관(24) 및 제2밸브(25)로 이루어진다. 제3마이크로 하이드로사이클론(30)은 제3유입관(31), 제3몸체(32), 제3유출관(33), 제3배출관(34)으로 이루어진다. 이때 각 마이크로 하이드로사이클론은 선별기준 입경이 상이하므로 제1유입관(11), 제2유입관(21), 제3유입관(31)은 상호 구경이 상이하게 형성되는 것이 바람직하다. 특히 유입관(100)의 구경이 작을수록 유입되는 오염토양의 유속이 빨라지고, 유속이 빠를수록 작은 입경을 기준으로 선별가능하므로 제1유입관(11)의 구경이 가장 크고 제2유입관(21)의 구경이 그 다음으로 크며 제3유입관(31)의 구경이 제일 작게 형성된다. 예를 들어, 제1유입관(11)은 구경 50mm, 제2유입관(21)은 구경 30mm, 제3유입관(31)은 구경 20mm를 갖도록 형성된다.

또한 선별대상 오염토양의 성질을 반영하여 제2마이크로 하이드로사이클론(20) 및 제3마이크로 하이드로사이클론(30)을 선택적으로 구동할 수 있도록 제1유출관(13)은 제1밸브(15)를 더 구비하며 제2유출관(23)은 제2밸브(25)를 더 구비한다. 즉 본 발명에 따른 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 사용하여 중금속이 함유된 논 토양을 입경 75㎛기준으로 선별하고자 할 때에는 제1마이크로 하이드로사이클론(10)만 구동시키면 되므로 제1밸브(15)를 잠궈 제2마이크로 하이드로사이클론(20)으로 입경 75㎛ 미만의 오염토양이 유입되지 않도록 한다. 도시되지는 않았으나 입경 75㎛ 미만의 오염토양은 제1유출관(13)에 연결된 별도의 관을 통해 배출된다.

반면 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속 오염농도가 높은 토양과 달리 입경 75㎛ 미만의 미세토류의 오염물질 농도가 더 높은 토양의 경우 효율적인 정화작업을 위해 더 작은 입경을 기준으로 오염토양을 재선별할 필요가 있다. 따라서 입경 75㎛ 미만의 오염토양을 입경 40㎛ 기준으로 재선별하기 위해 제1밸브(15)를 열어 제2마이크로 하이드로사이클론(20)으로 오염토양을 유입시킨다. 그리고 제2밸브를 잠궈 제3마이크로 하이드로사이클론(30)으로 입경 40㎛ 미만의 오염토양이 유입되지 않도록 한다. 마찬가지로 오염토양을 입경 20㎛ 기준으로 선별하고자 할 때에는 제1밸브(15)와 제2밸브(25)를 모두 열면 된다.

도 6은 오염토양의 비소농도 측정 차수에 따른 비소농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6에 도시된 그래프의 x축은 오염토양의 비소농도 측정 차수이고 y축은 해당 측정 차수에서 측정된 오염토양의 비소농도(mg/kg)이다. 상술한 바와 같이 오염토양의 성질, 즉 오염토양의 입경별 오염물질농도를 고려하여 효율적인 정화작업을 하기 위해 몇 대의 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론(1)을 직렬연결하여 가동할지는 오염토양의 비소농도 차이로 판단하는 것이 바람직하다.

여기서, 제1유입관(11)으로 유입되는 오염토양의 비소농도를 측정할 때를 1차, 제1유출관(13)으로 유입되는 오염토양의 비소농도를 측정할 때를 2차, 제2유출관(23)으로 유입되는 오염토양의 비소농도를 측정할 때를 3차라고 한다. 2차 측정된 비소 농도가 1차 측정된 비소농도보다 높은 경우에는 오염토양의 효율적인 정화를 위해 더 작은 입경 기준으로 오염토양을 선별하는 것이 바람직하다. 이때 몇 대의 마이크로 하이드로사이클론(1)을 더 연결할지는 도 6에 도시된 그래프의 기울기로 판단하며 기울기가 급격할수록 마이크로 하이드로사이클론(1)을 더 많이 연결하는 것이 바람직하다. 반면 기울기가 크지 않으면 마이크로 하이드로사이클론(1)을 적게 연결하는 것이 바람직하다. 기울기가 음의 값을 가지는 경우에는 한대의 마이크로 하이드로사이클론(1)을 가동시키는 것이 바람직하다. 이렇게 오염토양 선별과정에서 오염토양의 오염물질 농도에 따라 하나 이상의 마이크로 하이드로사이클론(1)을 선택적으로 사용하여 오염토양을 선별하는 것이 가능하므로 오염토양의 성질을 현장에서 즉각적으로 반영하여 유동적으로 오염물질 농도가 더 높은 오염토양의 선별이 가능하다.

상술한 구성을 갖는 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론은 비소(As), 납(Pb), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 중금속이 함유된 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 토양의 정화작업에 이용될 수 있다. 예를 들어 비소로 오염된 밭 토양에 사용될 수 있다.

[표2]는 비소로 오염된 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 토양 중 밭 토양의 입도 분포 및 오염농도를 나타낸 것이다. [표2]에 나타난 바와 같이 오염농도가 높은 입경 75㎛ 미만의 토양이 약 12%를 차치하며 오염농도가 낮은 입경 75㎛이상의 토양은 약 88%를 차지한다. 따라서 전체 밭 토양 중 12%를 차지하는 토양만을 선별하여 정화함으로써 효율적이고 경제적인 정화작업이 가능하다.

입 경(mm)	입도 분포(%)	입도별 오염농도(mg/kg)
원시료		44.10
자갈(2.0mm이상)	2.33	17.14
모래(0.075mm~2.0mm)	85.90	26.98
미세토(0.075mm 미만)	11.77	153.25
계	100

도 7은 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 밭 토양의 입도별 비소의 오염농도가 분석되어 도시된 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 입경 75㎛ 미만의 미세토가 정화기준이 되는 비소농도인 75mg/kg를 초과한다. 또한 입경 38㎛ 내지 75㎛인 미세토에 비하여 입경 38㎛ 미만의 미세토의 비소농도가 월등히 높다. 따라서 비소로 오염된 밭 토양의 정화작업 효율성을 향상시키기 위해서는 입경 75㎛ 미만의 미세토를 더 작은 입경 기준으로 선별하는 것이 바람직하다. 즉 효율적인 오염토양 정화작업을 위하여 상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 오염토양 선별용 다단형마이크로 하이드로사이클론을 사용하여 입경 40㎛를 기준으로 선별하고, 선별된 입경 40㎛ 미만 미세토의 비소농도를 선별 전과 비교한 결과에 따라 필요할 때에는 입경 20㎛ 기준으로 선별하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론이 도시된 블럭도이다.

복수의 마이크로 하이드로사이클론(1)을 직렬연결하는 경우 직렬연결되는 마이크로 하이드로사이클론(1)의 개수가 증가할수록 오염토양을 고압유입시켜 원하는 원심분리효과 및 선별성능을 향상시킬 수 있다. 또한 큰 입도의 경우 유속이 크지 않더라도 비교적 원심분리효과가 좋지만 작은 입도의 경우 유속이 커야 원심분리가 잘 되므로 선별기준 입경이 가장 작은 제3마이크로 하이드로사이클론(30)으로 오염토양이 유동하도록 제3유입관(31)에 연결된다.

이렇게 구성된 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론은 상술한 바와 같이 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 토양의 정화작업 효율성을 향상시키기 위하여 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 비소로 오염된 밭 토양의 정화작업을 위해 밭 토양을 입경 20㎛ 미만으로 선별할 수 있다. 먼저 밭 토양을 제1마이크로 하이드로사이클론(10) 내부로 유동시켜 입경 75㎛ 기준으로 선별한다. 입경 75㎛ 이상의 밭 토양은 배출되고 오염농도가 높은 입경 75㎛ 미만의 밭 토양은 제2마이크로 하이드로사이클론(20) 내부로 유동된다. 제2마이크로 하이드로사이클론(20)에서 선별된 토양 중 입경 40㎛ 이상 토양은 배출되고 입경 40㎛ 미만 토양은 제3마이크로 하이드로사이클론(30) 내부로 유동된다. 제3마이크로 하이드로사이클론(30)에서 최종적으로 입경 20㎛ 미만의 토양과 입경 20㎛ 이상의 토양이 선별되며 비소농도가 높은 입경 20㎛미만의 밭 토양만을 정화함으로써 효율적이고 경제적인 정화작업이 가능하다.

<오염토양 선별방법>

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 오염토양 선별방법이 도시된 블럭도이다. 오염토양의 효율적인 정화를 위해 상술한 구성으로 이루어진 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론(1)을 이용하여 오염토양을 선별하는 방법을 설명한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 오염토양 선별방법은 유입단계, 선별단계, 및 배출단계로 이루어진다.

먼저 오염농도가 높은 입경 범위의 오염토양을 선별하기 위하여 오염토양의 유입단계로서 오염토양이 마이크로 하이드로사이클론으로 유입(S100)된다. 그 다음으로 선별단계로서 유입된 오염토양이 일정 입경 기준으로 선별되며, 유입되는 오염토양이 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속 오염농도가 높은 토양인 경우 상술한 바와 같이 입경 75㎛ 기준으로 선별(S200)되는 것이 바람직하다. 마지막으로 배출단계로서 몸체(200)에서 원심분리된 토양 중 입경 75㎛ 이상의 오염토양은 하강하여 배출관(400)으로 내보내지며(S310) 입경 75㎛ 미만의 오염토양은 상승하여 유출관(300)으로 내보내진다.(S320) 배출관(400)으로 나온 오염토양은 [표1]에서 나타난 바와 같이 비소농도가 높으므로 이 오염토양만을 정화하여 경제적이고 효율적인 오염토양 정화가 가능하다.

도10은 본 발명의 제2실시예에 따른 오염토양 선별방법이 도시된 블럭도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 오염토양 선별방법은 제1측정단계, 오염토양선별단계, 제2측정단계, 판단단계, 및 재선별단계로 이루어진다.

먼저 제1측정단계에서는 정화대상 지역 오염토양의 오염물질 농도를 측정(S10)한다.

오염토양선별단계에서 오염토양을 마이크로 하이드로사이클론(1)으로 유입(S20)시켜 일정 입경을 기준으로 선별(S30)한다. 이때 오염토양이 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 토양인 경우 입경 75㎛를 기준으로 선별하는 것이 바람직하다. 마이크로 하이드로사이클론(1) 내부에서 원심분리된 오염토양 중 일정입경 이상(S40)의 오염토양은 하강하여 배출관(400)으로 배출(S81)된다.

제2측정단계에서는 원심분리된 오염토양 중 일정입경 미만의 오염토양을 대상으로 오염물질 농도를 측정(S50)한다.

판단단계에서 제1측정단계에서 측정된 오염물질 농도와 제2측정단계에서 측정된 오염물질 농도를 비교하여 직렬연결할 마이크로 하이드로사이클론(1)의 개수를 판단하게 된다. 이때 2차측정단계에서 측정한 오염물질 농도가 1차측정단계에서 측정한 오염물질 농도보다 클 때 마이크로 하이드로사이클론(1)을 하나 이상 직렬연결하는 것이 바람직하며, 도 6에 도시된 그래프와 같이 기울기가 클수록 직렬연결할 마이크로 하이드로사이클론(1)을 많이 연결하는 것이 바람직하다.

재선별단계에서는 마이크로 하이드로사이클론(1)을 하나 더 직렬연결(S70)하여 종전보다 더 작은 입경 기준으로 오염토양을 선별하게 된다. 이때 제2측정단계에서 측정한 오염물질 농도를 제1측정단계에서 측정한 오염물질 농도로 하고 재선별된 일정입경 미만의 오염토양에 대해서 측정한 오염물질 농도를 제2측정단계에서 측정한 오염물질 농도로 하여 상호비교(S60)한다. 그 결과 제2측정단계에서 측정한 오염물질 농도가 더 크면 다시 재선별단계를 거치게 되며 더 작으면 재선별된 일정입경 미만의 오염토양은 유출관(300)으로 배출(S82)된다. 이렇게 하여 마지막 단계에서의 선별기준 입경 미만의 오염토양을 집중정화함으로써 효율적이고 경제적인 오염토양의 정화작업이 가능하다. 또한 오염토양 선별과정에서 오염토양의 오염물질 농도에 따라 하나 이상의 마이크로 하이드로사이클론을 선택적으로 사용하여 오염토양을 선별하는 것이 가능하므로 오염토양의 성질을 현장에서 즉각적으로 반영하여 유동적으로 오염물질 농도가 더 높은 오염토양의 선별이 가능하다.

도시되지는 않았으나, 본 발명의 제3실시예에 따른 오염토양 선별방법을 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 오염토양 선별방법은 본 발명인 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용하여 [표2]에 나타난 바와 같이 미세토류의 비소농도가 높은 토양을 선별하는 용도에 적합하다. 본 발명의 제3실시예에 따른 오염토양 선별방법은 제1유입단계, 제1선별단계, 제2유입단계, 제2선별단계, 제3유입단계 및 제3선별단계로 이루어진다.

제1유입단계에서는 오염토양이 제1마이크로 하이드로사이클론(10)으로 유입된다. 제1선별단계에서는 유입된 오염토양이 입경 75㎛ 기준으로 선별된다. 상세는 도 8에서 설명한 바와 같으며 이러한 방식으로 오염토양은 제2유입단계, 제2선별단계, 제3유입단계, 제3선별단계를 거쳐 최종적으로 오염물질의 농도가 높은 20㎛ 미만의 오염토양이 선별된다.

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 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론,
10, 20, 30 : 제1,2,3마이크로 하이드로사이클론,
11, 21, 31 : 제1,2,3유입관,
12, 22, 32 : 제1,2,3몸체,
13, 23, 33 : 제1,2,3유출관,
14, 24, 34 : 제1,2,3배출관,
15, 25 : 제1,2밸브,
100 : 유입관,
200 : 몸체,
300 : 유출관,
400 : 배출관.

Claims

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오염토양이 이송되는 유입관(100), 상기 유입관(100)에 연결되면서 상기 유입관(100)을 통해 유입된 오염토양이 일정 입경을 기준으로 선별되도록 형성된 몸체(200), 선별된 상기 일정 입경 미만의 오염토양을 내보내기 위해 상기 몸체(200)에 연결되는 유출관(300) 및, 선별된 상기 일정 입경 이상의 오염토양을 내보내기 위해 상기 몸체(200)에 연결되는 배출관(400)을 포함하여 이루어지고, 선행하는 상기 유출관(300)과 후행하는 상기 유입관(100)이 상호 통하도록 연결되어 직렬연결된 복수의 오염토양 선별용 마이크로 하이드로사이클론; 및
상기 유출관(300)들에 각각 설치된 적어도 하나의 밸브;를 포함하되,
상기 마이크로 하이드로사이클론에 유입되는 상기 오염토양 및, 일정 입경으로 선별되어 배출된 상기 오염토양의 오염농도를 비교측정하고, 배출된 상기 오염토양의 오염농도가 높은 경우, 배출된 상기 오염토양이 후행하는 상기 마이크로 하이드로사이클론으로 유입 및 유입되는 양을 조절하도록 해당하는 상기 밸브가 개방되고,
제1유입관(11)을 통해 유입된 상기 오염토양이 입경 75㎛를 기준으로 선별되도록 형성된 제1마이크로 하이드로사이클론(10);
상기 제1마이크로 하이드로사이클론(10)에서 제1유출관(13)을 통해 배출된 입경 75㎛ 미만의 상기 오염토양이 제2유입관(21)을 통해 유입되도록 연결되고, 유입된 상기 오염토양이 입경 40㎛를 기준으로 선별되도록 형성된 제2마이크로 하이드로사이클론(20); 및
상기 제2마이크로 하이드로사이클론에서 제2유출관(23)을 통해 배출된 입경 40㎛ 미만의 상기 오염토양이 제3유입관(31)을 통해 유입되도록 연결되고, 유입된 상기 오염토양이 입경 20㎛를 기준으로 선별되도록 형성된 제3마이크로 하이드로사이클론(30);을 더 포함하고,
상기 제1마이크로 하이드로사이클론(10)을 중심으로, 배출된 상기 오염토양의 오염농도가 유입되는 상기 오염토양의 오염농도보다 높은 경우, 배출된 상기 오염토양이 상기 제2마이크로 하이드로사이클론(20)으로 유입되도록 상기 제1유출관(13)에 설치된 제1밸브(15)가 개방되고,
상기 제2마이크로 하이드로사이클론(20)을 중심으로 배출된 상기 오염토양의 오염농도가 유입되는 상기 오염토양의 오염농도보다 높은 경우, 배출된 상기 오염토양이 상기 제3마이크로 하이드로사이클론(30)으로 유입되도록 상기 제2유출관(23)에 설치된 제2밸브(25)가 개방되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론.
제4항에 있어서,
상기 오염토양은,
모든 상기 밸브가 폐쇄되어 어느 하나의 상기 마이크로 하이드로사이클론만 구동하는 경우, 일정 입경 미만인 미세토보다 일정 입경 이상의 자갈, 모래와 같은 조대입자에서 중금속 오염농도가 높은 논 토양이고,
적어도 하나 이상의 상기 밸브가 개방되고, 개방된 상기 밸브의 개수에 따라 2이상 다수의 상기 마이크로 하이드로사이클론이 구동하는 경우, 일정 입경 이상의 자갈, 모래와 같은 조대입자보다 일정 입경 미만인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 밭 토양인 것을 특징으로 하는 오염토양 선별용 다단현 마이크로 하이드로사이클론.
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제4항의 오염토양 선별용 다단형 마이크로 하이드로사이클론을 이용하여 오염토양을 선별하는 방법에 있어서,
상기 오염토양이 제1마이크로 하이드로사이클론(10)으로 유입되는 제1유입단계;
상기 제1마이크로 하이드로사이클론(10)으로 유입된 오염토양이 입경 75㎛ 기준으로 선별되는 제1선별단계;
제1밸브(15)가 개방되어 상호 연결된 상기 제1마이크로 하이드로사이클론(10)의 제1유출관(13)과, 상기 제2마이크로 하이드로사이클론(20)의 제2유입관(21)을 통해 상기 선별된 오염토양 중 입경 75㎛ 미만의 오염토양이 제2마이크로 하이드로사이클론(20)으로 유입되는 제2유입단계;
상기 제2마이크로 하이드로사이클론(20)으로 유입된 오염토양이 입경 40㎛ 기준으로 선별되는 제2선별단계;
제2밸브(25)가 개방되면 상호 연결된 상기 제2마이크로 하이드로사이클론(20)의 제2유출관(23)과 제3마이크로 하이드로사이클론(30)의 제3유입관(31)을 통해 상기 선별된 오염토양 중 입경 40㎛ 미만의 오염토양이 제3마이크로 하이드로사이클론(30)으로 유입되는 제3유입단계; 및
상기 제3마이크로 하이드로사이클론(30)으로 유입된 오염토양이 20㎛의 입경 기준으로 선별되는 제3선별단계;를 포함하고, 그리고
상기 제2유입단계에서 상기 제1마이크로 하이드로사이클론(10)을 중심으로 배출된 상기 오염토양의 오염농도가 유입된 상기 오염토양의 오염농도보다 더 높으면 상기 제1밸브(15)가 개방되고,
상기 제3유입단계에서 상기 제2마이크로 하이드로사이클론(20)을 중심으로 배출된 상기 오염토양의 오염농도가 유입된 상기 오염토양의 오염농도보다 더 높으면 상기 제2밸브(25)가 개방되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별방법.
제14항에 있어서,
적어도 하나의 밸브가 개방되어 상기 마이크로 하이드로사이클론이 복수로 구동하는 경우, 상기 오염토양은 상기 일정 입경이 이상의 자갈, 모래와 같은 조대입자보다 일정 입경 미만의 입자인 미세토에서 중금속 오염농도가 높은 밭 토양인 것을 특징으로 한 오염토양 선별방법.