KR101275378B1 - 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법 - Google Patents

원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계; 교반된 토양에 과산화수소, 퍼설페이트, 유기산을 포함하는 반응물질을 투입하는 단계; 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법에 관한 것이다.

Description

원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법{Hybrid type soil washing method using in-situ complexly contaminated soil agitation}
본 발명은 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 굴착이 어렵거나, 오염비균일성이 높거나, 투수계수가 낮은 폐기물 매립지 등 복합오염토양, 세립질토양 등의 정화에 있어 원위치 교반을 기반으로 함으로써 토양균일화, 공극확대에 의해 반응물질의 투입영역을 넓혀 정화효율을 증대시키고, 유류 및 중금속의 처리를 동시에 균일하게 수행토록 하이브리드 화 하며, 정화과정에서 대상정화구역 외로 반응물질 등과 함께 오염물질이 유도되는 것을 제어하여 제 2차 오염을 방지하도록 함에 따라 복합오염토양의 정화에 적합한 하이브리드 정화방법에 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.
또한, 토양오염의 인자로서 중금속에는 양전하를 띄는 납, 비소 카드뮴 등과 음전하를 띄는 비소 등이 포함된다. 2000년대부터 휴ㅇ폐광산이나 산업단지에서의 중금속 오염토양으로 인한 문제가 지속적으로 제기되면서 중금속 오염토양의 정화가 새로운 분야로 각광받고 있다.
중금속 오염토양은 취기나 색 변화가 전혀 없어 육안으로 확인이 불가능하다. 국내에서 대부분의 오염토양정화 사업은 주로 유류오염토양을 대상으로 시행되었으며, 중금속오염토양 정화사업은 극소수에 지나지 않는다.
한편 복합오염부지 중 매립 폐기물로 인한 산업단지의 특수성과 오염특성을 살펴보면 국가 및 지자체가 매립하여 조성한 산업단지는 토양환경보전법이 개정되기 이전부터 폐기물관리법 상 폐기물 재활용 촉진에 관한 법률에 의거하여 슬래그, 폐석고 등을 복토재로 재활용하여 산업단지 부지에 매립하거나 오랜 기간 불법적으로 매립된 폐기물로 인해 유류오염물질을 비롯하여 아연, 니켈, 납, 구리 등 복합 중금속오염물질, 불소, 비소등 표면전하가 음이온을 띄고 있는 오염물질들이 복합적이고 다양한 원인으로 조사된다.
특히 폐기물을 재활용하여 매립 조성된 산업단지는 부지를 활용하여 생산중인 공장의 업종 또한 다양하여 기존의 매립된 폐기물로 인한 오염과 산업활동으로 인한 인위적 오염 원인을 규명하고 파악하기가 매우 어려운 특성을 가지고 있다. 일반적으로 pH가 중성토양인 중금속 오염의 특징은 비산에 의한 오염 확산으로 인해 오염이 표토에 오염되고 수직적 확산이 어렵다.
하지만 매립 폐기물로 조성된 산업단지 복합오염토양은 오염깊이가 매립된 깊이만큼 심토까지 오염되며 오염의 확산 경향이 불규칙적이고 오염농도 또한 불균질한 특징이 있다. 그리고 대상 복합오염부지에 생산 중인 공장인 경우 오염토양 굴착이 가능한 지역이 매우 제한적이고 굴착하지 못하는 시설물의 지중 오염물질의 정화는 매우 어렵거나 기술적 적용이 제한적인 문제가 있다.
이와 관련 대한민국 특허등록 제10-0998969호에서는 오염된 토양지층의 필요한 위치에 시추천공기를 설치하고 상기 시추천공기를 구동시켜 정화하고자하는 깊이까지 시추공을 천공하고, 고압의 약액을 주입할 수 있는 장치를 천공된 시추공으로 삽입하여 오염이 발생한 부분에 초고압의 약액을 분사하도록 하는 기술을 제시하고 있다.
그러나 본 기술은 초고압으로 약액을 분사하도록 함으로써 토양의 간극 사이로 약액이 전달되도록 하고자 함인데, 이렇게 고압으로 약액을 분사하는 경우는 채널링이 발생되어 오히려 약액이 균일하게 분산되지 못하여 정화효율이 저하되는 문제가 있다.
또한 대한민국 특허등록 제10-0909082호에서는 중금속에 오염된 토양에 발효액을 고압분사하도록 하는 구조가 제시되는 바, 분사노즐이 구비된 롯드가 설치된 보링기계로 목적 심도까지 천공한 후 노즐에서 발효액을 고압분사 시키면서 롯드를 소정 속도로 회전 상승시킴으로써 발효액을 투입하도록 하고 있는 바, 본 기술의 경우 토양을 교반하면서 동시에 발효액을 고압분사하도록 하여 교반된 토양의 공극으로 발효액이 침투되도록 하다는 것이다.
그러나, 본 기술의 적용에 있어 분사된 발효액이 교반된 토양에서 수평적으로 유동하는 경우 대상정화구역 외로 발효액과 함께 기타 오염물질이 유입되어 2차적인 오염이 발생될 수 있는 문제가 있다.
대한민국 특허등록 제10-0998969호 대한민국 특허등록 제10-0909082호
본 발명은, 유류 및 중금속을 동시에 처리할 수 있어 복합오염토양에 적용이 가능하고, 오염토양으로 균일하게 반응물질이 전달되어 정화효율을 높일 수 있으며, 반응물질 등에 의해 오염물질이 대상정화구역 외로 유출되는 것을 제어하여 2차오염을 방지할 수 있는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법을 제공하고자 함이다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법은, 오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계; 교반된 토양에 과산화수소, 퍼설페이트, 유기산을 포함하는 반응물질을 투입하는 단계; 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 반응물질의 오염토양에 투입에 앞서 또는 동시에 원위치(In-Situ) 토양교반을 수행토록 함으로써 토양의 종류에 무관하게 오염토양의 균일화, 공극증가를 유도하고, 이러한 오염토양에 반응물질이 균일하게 전달이 되도록 하며, 반응물질의 시간한계성을 극복할 수 있도록 하여 복합오염토양에 대한 정화효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.
여기서, 상기 반응물질은 과산화수소, 퍼설페이트, 유기산을 포함하도록 함으로써 유류 및 중금속에 대한 하이브리드 정화가 가능하도록 하는 것이다.
더욱 바람직하게는 상기 반응물질은 과산화수소 100중량부에 대해 퍼설페이트 50 내지 100중량부, 유기산 50 내지 100중량부를 포함하되, 이에 더하여 프로필렌 카보네이트 1 내지 5중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하다.
한편 본 발명에 있어 오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계에는, 지중교반과 동시에 공기를 분사함에 있어, 가스흡입부가 형성된 관입관과, 상기 관입관의 끝단에서 직교하며 상,하단부에 복수의 주입공이 형성된 장착관과, 상기 장착관의 양단에서 상호 대향하도록 장착되되 회전에 의해 교반된 토사가 각각 중앙을 향하도록 복수의 교반날개가 각각 형성되는 교반구를 포함하는 교반장치가 사용됨을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 관입관은 회전베어링에 의해 구획되며 회전베어링의 상부는 고정관이고, 회전베어링의 하부는 회전관인 것으로 교반구의 회전에 의해 무동력에 의해 상기 회전관이 회전하도록 하거나 혹은 동력을 이용하여 상기 회전관이 회전하도록 함으로써 전방향에서 교반이 이루어지도록 함이 타당하다.
바람직하게는 상기 교반구 외측에는 상기 교반구의 직경보다 큰 쉴드교반구가 각각 구성되되, 상기 쉴드교반구에는 회전에 의해 교반된 토사가 각각 중앙을 향하도록 복수의 교반날개가 구성되며, 쉴드교반구의 교반날개와 상기 교반구의 교반날개는 상호 교차하는 위치에서 형성되도록 함이 타당하다.
본 발명의 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법은 오염토양에 대해 원위치 교반이 반응물질의 투입에 대해 선행/동시에 수행되도록 하여 토양균일화, 공극확대에 의해 반응물질이 오염토양 내에서 균일하게 전달되도록 하여 불균일한 오염확산 등 오염의 불규칙성을 나타내는 복합오염토양에 대한 적정의 정화방법을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법은 낮은 투수계수를 갖는 점토 등 미세토에 있어서도 오염토양에 대해 원위치 교반이 선행/동시에 이루어짐과 반응물질의 조성에 의해 채널링 없이 반응물질이 균일하게 전달되어 적용성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법은 오염토양으로부터 유류 및 중금속을 동시에 제거할 수 있어 하이브리드화 된 장점이 있다.
또한, 본 발명의 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법은 교반장치의 구조에 의해 교반과 동시/후행으로 공기 또는 반응물질을 주입하는 경우에 있어 주입된 공기 또는 반응물질과 오염물질이 수평적이동에 의해 정화대상토양 외로 확산되어 제 2의 오염을 유발시키는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법을 나타내는 블록도이고,
도 2는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법에 대한 각각의 단계를 예시한 것이고,
도 3은 도 1에 있어서 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계에 대한 실시 예를 나타내는 블록도이고,
도 4는 본 발명의 정화방법에 사용되는 교반장치를 나타내는 개략도이고,
도 5는 도 4에 도시된 교반장치의 작동상태도이고,
도 6은 도 4에 도시된 교반장치에 있어 교반구 및 쉴드교반구를 나타내는 개략도이다.
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 1은 본 발명의 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법을 나타내는 블록도이고, 도 2는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법에 대한 각각의 단계를 예시한 것이고, 도 3은 도 1에 있어서 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계에 대한 실시 예를 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 정화방법에 사용되는 교반장치를 나타내는 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 교반장치의 작동상태도이고, 도 6은 도 4에 도시된 교반장치에 있어 교반구 및 쉴드교반구를 나타내는 개략도이다.
본 발명인 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법은 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계(S10); 교반된 토양에 반응물질을 투입하는 단계(S20); 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계(S30);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
우선 본 발명은 오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계(S10)를 갖는다. 이렇게 오염토양에 원위치(in-situ) 지중교반을 수행토록 함으로써 토양을 균일하게 하고, 공극을 증가시키게 되는 것이다. 즉 폐기물 매립조성부지 등 오염심도가 깊거나, 굴착이 어려운 지역, 점토 등 미립토에 의해 반응물질의 전달이 용이하지 않은 지역 등에 있어 원위치(in-situ) 지중교반을 수행토록 하여 오염토양에서 넓고 깊은 영역으로 반응물질의 전달이 가능하도록 하는 것이다.
그 다음으로 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 교반된 토양에 반응물질을 투입하는 단계(S20)를 갖는다.
본 단계(S20)는 상기 단계(S10)와 동시 또는 상기 단계(S10)후에 수행되는 공정으로 교반되어 균일화되고, 공극이 커진 오염토양으로 반응물질을 투입함으로써 오염토양에서 넓은 영역으로 반응물질이 전달되어 오염물질과 반응시키도록 하는 것이다. 이 경우 반응물질을 투입함에 있어 전 단계(S20)에서 교반에 의해 균일화가 되고 공극이 커진 상태이므로 기존 고압주입방식(FRACTUREING)과 같이 고압으로 주입할 필요가 없어 에너지면에서 유리할 수 있으며, 채널링의 발생을 방지할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상기 반응물질은 과산화수소, 퍼설페이트, 유기산을 포함하도록 하여 유류 및 중금속을 동시에 정화할 수 있도록 한다.
과산화수소는 수소와 산소의 화합물로 강한 산화력을 가진 물질로서 수용액에서 수소이온이 일부 해리되어 약한 산성을 띠는 성질을 가지고 있다. 강력한 산화제이며 동시에 약한 환원제의 기능을 동시에 가진다. 과산화수소는 중성이나 산성에서 낮은 산화 상태의 금속 이온이 존재할 때 자유 라디칼을 생성시키는 특성을 갖는다. 과산화수소를 이용한 산화공정은 고급산화법(AOP. Advanced Oxidation Process)의 일종으로 과산화수소가 활성화되면 OH 라디칼이 생성되고 이들은 산화환원 전위가 매우 높아 난분해성 유기물을 산화시킬 수 있게 되는 것이다.
상기 퍼설페이트(persulfate)는 과황산나트륨(Na2S2O8) 등으로 산화제로서 기능을 하는 것이며, 퍼설페이트가 산화제로서 기능을 하는 것은 공지기술로서 그 설명은 생략한다.
상기 유기산은 EDTA(Ethylenediamine TetraaceticAcid)가 바람직한 바, EDTA는 고 분자량으로 용해도가 높기 때문에 토양에 잔류하는 중금속과 결합 후 용이하게 제거될 수 있다. 특히 EDTA는 다른 유기산과 비교해서 중금속과 결합력이 강하며, 생성된 착물의 용해도가 높기 때문에 중금속의 제거효율이 높다.
이에 더하여 상기 반응물질에는 프로필렌 카보네이트가 더 배합됨이 타당한 바, 이는 상기 과산화수소, 퍼설페이트, 유기산이 토양에서 균일하게 분산되도록 하는 것으로 각각의 조성이 균일한 분산을 통해 교반된 토양에서 균일하게 유류 및 중금속을 제거할 수 있도록 하기 위함이다.
특히 세립질토의 경우 교반에 의하더라도 과산화수소, 퍼설페이트, 유기산만에 의한 반응물질의 경우는 균일한 분산이 어려우며 경우에 따라 채널링에 의해 정화대상토양 외로 반응물질이 오염물질과 전달되어 제 2의 오염을 유발시킬 수 있는 바, 본 발명의 반응물질은 프로필렌 카보네이트가 배합되도록 하여 균일한 분산이 유도되도록 한다. 이러한 반응물질의 조성에 의해 교반된 토양에서 유류에 대해서 주로 산화에 의하고, 중금속에 대해서 주로 흡착, 분리 등에 의해 동시에 균일하게 제거하는 공정이 하이브리드 되어 수행되는 것이다.
상기 반응물질의 바람직한 조성은 과산화수소 100중량부에 대해 퍼설페이트 50 내지 100중량부, 유기산 50 내지 100중량부, 프로필렌 카보네이트 1 내지 5중량부가 배합되도록 하는 것이 타당하다.
한편 과산화수소 및 퍼설페이트의 계속적인 작용에 의해 토양의 수분에는 수산화 라디칼(hydroxyl radical ;ㆍOH)이 지속적으로 방출되어 pH가 상승하게 된다. 이에 본 발명에서는 반응물질에 스코리아(scoria) 분말을 더 첨가함으로써 pH 상승으로 인한 유효표면적 감소현상을 방지한다. 즉 유효표면적 감소에 의한 유기 오염물질의 제거효율이 저하되는 것을 방지하는 것이다.
스코리아의 형태는 다공질이며, 물리화학적 및 생물학적으로 안정하고 기계적 강도와 내구성이 크며, 천연의 재료를 채취하여 사용할 수 있는 경제적인 장점이 있다. 이와 같이 본 발명의 반응물질로 스코리아를 더 첨가함으로써 pH 상승으로 인한 퍼설페이트 등의 유효표면적 감소현상을 방지하여 퍼설페이트의 유기 오염물질의 제거효율이 저하되는 것을 방지하게 되는 것이며, 이와 더불어 스코리아의 다공성에 의해 기타 유기물이 흡착이 가능하게 되는 것이다.
또한, 스코리아는 pH가 6 내지 7정도로서 과산화수소의 반응에 의한 pH 상승을 적정선에서 억제함에 특징이 있다. 즉 유기산의 작용에 있어 중금속인 Cd2 + 등의 경우 낮은 pH에서 낮은 흡착율을 보이므로 타 중화제의 사용에 의해 과도하게 pH를 저하시키는 경우 오히려 유기산의 작용을 저해하므로 스코리아를 첨가하여 과산화수소의 반응에 의한 pH 상승을 적정선에서 억제하도록 하여 유기산의 작용을 방해하지 않도록 하는 것이다.
마지막으로 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계(S30)를 갖는다.
상기 단계(S20)에서 반응물질이 교반된 오염토양에 투입된 후에는 충분한 반응시간을 확보한 후에 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계(S30)를 갖게 되는 것이다.
이와 같이 오염물질을 추출함에 있어서도 상기 단계(S30)에서 오염토양을 교반하여 토양균일화, 공극확대에 의해 반응물질과 반응한 오염물질이 용이하고, 균일하게 추출이 되는 것이며, 이러한 균일한 추출에 의해 결국 토양정화 효율이 증대되는 것이다. 또한, 종래 추출이 용이하지 않았던 비교적 세립질의 토양의 경우도 상기 단계(S10)에서 교반을 통해 공극을 확대시킴에 따라 추출공정의 적용성을 확대할 수 있게 된 것이다.
한편 본 발명에서는 도 3에서 보는 바와 같이 반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계(S30)에 있어 3가지 실시 예를 제시하고 있는 바, 이하에서 그 실시 예를 설명한다.
첫 번째 실시 예는 오염토양에 후드를 덮어 오염토양으로부터 반응가스를 추출토록 하는 단계(S31)를 갖는 것이다. 여기서 후드는 도면에 도시된 바는 없으나, 다양하게 구성될 수 있는 바, 도 2에 도시된 교반장치와 일체로 형성되어 교반 및 반응물질의 투입에 의해 반응물질과 오염물질의 화학적 반응에 의해 발생되는 폐가스를 후드를 통해 오염토양에서 외부로 배출토록 하는 것도 가능하며, 교반장치와 별도로 형성되어 상기와 같은 작용이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 이러한 후드는 도 4에 도시된 교반장치(10)를 사용하여 오염토양에 교반 및 공기주입을 동시에 수행하는 경우 공기주입에 의한 휘발성 유류의 포집 및 추출도 가능하게 되는 것이다. 이에 더하여 본 실시 예에서는 도면에 도시된 바는 없으나, 활성탄흡착탑을 더 구성하여 휘발성유기화합물(VOCS)의 흡착에 의한 처리단계가 더 추가될 수 있다.
한편 두 번째 실시 예로서 지중에 추출정을 관입하여 오염물질을 추출하는 단계(S32)를 갖는 것이다. 상기 추출정(도면번호 도시되지 않음)은 도 2에서 도시되고 있는 바, 도면에 도시된 바와 같이 반응이 완료된 오염토양에 하나 이상의 추출정을 관입하여 상기 추출정을 통해 반응물질과 반응한 오염물질을 흡입하여 외부로 추출하도록 하는 것이다. 이를 위해 상기 추출정에는 복수의 흡입공이 구성되어 흡입공을 통해 반응물질과 반응한 오염물질을 흡입하여 외부로 추출되도록 하여야 한다.
또한, 도면에 도시된 바는 없으나, 경우에 따라 추출정외에 주입정을 더 구성하여 주입재로 물 또는 증기를 주입하여 추출정에서 물 또는 증기와 함께 반응물질과 반응한 오염물질을 흡입하여 외부로 추출토록 할 수 있다.
한편 세 번째 실시 예로서, 지중에 동전기를 관입하여 전기적으로 오염물질을 추출하는 단계(S33)를 갖는 것이다.
상기 동전기의 지중관입에 의해 전기적 신호를 인가하는 경우 반응물질과 반응한 이온상태의 오염물질이 양전극과 음전극에 의해 전기적 유동을 발생시켜 오염물질을 추출하게 되는 것이다. 본 실시 예의 경우는 주로 점토 등 미립토로 구성되어 투수도가 낮은 포화토양에 적용될 수 있을 것이다.
상기에서 언급한 3가지 실시 예는 별도로 적용될 수 있음은 물론 각각의 실시 예를 혼합하여 적용될 수 있음은 당연하다.
한편 본 발명에서는 오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계(S10)에 있어 지중교반과 동시에 공기를 분사하는 단계가 더 포함될 수 있다. 즉 오염토양에 있어 교반과 동시에 공기가 분사되도록 함으로써 휘발성이 높은 유류 등의 경우 교반과 동시에 공기분사에 의해 휘발이 되도록 할 수 있는 것이다. 특히 상기 반응물질에 의해 주로 중휘발성 유류의 화학적 산화가 이루어지도록 하는데, 고휘발성 유류의 경우는 상기와 같이 공기의 분사에 의해 추출되도록 하여 유류의 정화효율을 향상시키게 되는 것이다.
본 단계(S10)에서 사용되는 교반장치(10)는 도 4에서 보는 바와 같이 가스흡입부(16)가 형성된 관입관(11)과, 상기 관입관(11)의 끝단에서 직교하며 상,하단부에 복수의 주입공(13)이 형성된 장착관(12)과, 상기 장착관(12)의 양단에서 상호 대향하도록 장착되되 회전에 의해 교반된 토사가 각각 중앙을 향하도록 복수의 교반날개(14-1)가 각각 형성되는 교반구(14)가 포함됨에 특징이 있다.
우선 도 4에서 보는 바와 같이 상기 관입관(11)은 내부에 구동모터(도면에 도시된 바 없음)가 구성되어 상기 교반구(14)에 회전력을 인가하는 구동장치(20)와 연결되며, 상기 구동장치(20)는 공기주입장치(30)와 개폐밸브에 의해 연결이 되도록 하여 공기주입장치(30)의 개폐밸브를 ON시켜 구동장치(20)의 회전력 인가와 동시에 공기가 상기 장착관(12)의 주입공(13)을 통해 상, 하 방향으로 분사되도록 한다. 이를 위해 도면에 도시된 바는 없으나 상기 공기주입장치(30)는 상기 관입관(11) 및 상기 장착관(12)의 내부에 공기주입라인과 연결되어 상기 주입공(13)을 통해 공기가 분사되도록 하는 것이다.
이에 더하여 도 4에서 보는 바와 같이 상기 구동장치(20)에 반응물질주입장치(40)가 개폐밸브에 의해 더 연결되도록 하여 반응물질주입장치(40)의 개폐밸브를 ON시켜 구동장치(20)의 회전력 인가와 동시에 반응물질이 상기 장착관(12)의 주입공(13)을 통해 교반되어지는 오염된 토양으로 분사되도록 할 수 있다.
상기 교반구(14)는 상기 장착관(12)의 양단에서 상호 대향하도록 장착되는 것으로, 각각 복수의 교반날개(14-1)가 일정한 경사구배가 형성되도록 함으로써 교반된 토사(s)가 각각 중앙을 향하도록 하는 것이다. 즉 대향하는 교반구(14)가 회전함에 따라 각각의 교반구(14)에 의해 교반된 토사(s)가 내부로 흐름을 형성하게 되는 것이다. 이러한 토사(s)의 흐름에 공기가 상기 주입공(13)을 통해 분사시 상기 주입공(13)이 상기 장착관(12)의 상,하단부에 구성됨에 의해 상,하방향으로 분사되도록 함으로써 교반되는 토사(s)와 공기(a)가 상호 충돌하게 되고, 이러한 충돌에 의해 토사(s)에 포함된 고휘발성 유류가 휘발되어 가스(g)가 되는 것이다.
이에 본 발명에서는 상기 대향하는 교반구(14)가 토양을 교반함과 동시에 쉴드막의 기능을 함에 따라 분사된 공기(a) 및 가스(g)가 대상정화토양 외부로 수평적인 유동이 형성되는 것을 방지하는 것이다.
이러한 작용에 의해 상기 교반구(14)를 기준으로 내부에 모아지는 가스(g)는 상기 관입관(11)에 형성된 가스흡입부(16)를 통해 바로 흡입되어 외부로 유출되도록 한다. 즉 상기 교반구(14)를 기준으로 내부에 모아지는 가스(g)를 바로 흡입하지 않을 경우 비중에 의해 상방향으로 유도되다가 채널링 등에 의해 수평적 유동이 발생하여 대상정화토양 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 상기 교반구(14)를 기준으로 내부에 모아지는 가스(g)를 바로 흡입하도록 하는 것이다. 이를 위해 상기 가스흡입부(16)는 상기 교반구(14)에서 상방향으로 조금 이격된 위치에 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 도면에 도시된 바는 없으나, 상기 가스흡입부(16)를 통해 흡입된 가스는 상기 관입관(11) 내부의 가스토출라인을 타고 상기 구동장치(20)를 통해 활성탄흡착탑 등 여과시설로 배출되도록 한다.
이러한 작용을 위해 도 5에서 보는 바와 같이 각각의 교반구(14)에 형성된 각각의 교반날개(14-1)가 일정 경사구배가 형성되되 상호 반대방향으로 경사구배가 형성되도록 하고(도면상 중앙에서 각각 하향경사구배가 형성) 각각 외측을 기준으로 시계방향 및 반시계방향으로 회전됨에 의해 교반된 토사(s)가 양 교반구(14)가 형성하는 내부공간으로 유입되도록 하며 이와 더불어 상기 주입공(13)을 통해 분사된 공기도 양 교반구(14)가 형성하는 내부공간으로 유입되도록 하여 교반된 토사(s)와 분사된 공기(a)가 양 교반구(14)가 형성하는 내부공간에서 충돌하도록 하는 것이다.
이러한 과정에서 고휘발성 유류가 양 교반구(14)가 형성하는 내부공간에서 교반된 토양의 공극을 타고 상방향으로 유동하도록 하는 것이며, 이러한 가스의 유동 및 분사된 공기는 양 교반구(14)에 의해 형성되는 쉴드에 의해 양 교반구(14)가 형성하는 내부공간 외측으로 유도되는 것이 방지되는 것이다.
바람직하게는 상기 관입관(11)은 회전베어링(17)에 의해 구획되며 회전베어링(17)의 상부는 고정관(11-1)이고, 회전베어링(17)의 하부는 회전관(11-2)인 것으로 대향하는 교반구(14)의 회전에 의해 무동력에 의해 상기 회전관(11-2)이 회전되도록 하여 전방향에서 교반 및 공기주입이 가능하도록 할 수 있다.
즉 대향하는 교반구(14)는 회전시 양측 토양의 밀도, 조성, 함수율 등이 달라 상기 회전관(11-2)에 회전력이 발생될 수 있는 바, 이러한 회전에 의해 전방향에서 교반 및 공기주입이 가능하게 되는 것이다. 본 발명의 교반장치(14)에 이러한 회전관(11-2)에 의한 회전력이 발생되도록 구성하는 이유는 교반구(14)를 전 방향에 설치시 교반구(14)의 가동에 많은 에너지가 소모되므로 양측에 교반구(14)를 구성하고, 이러한 교반구(14)가 회전하도록 하여 에너지소모를 줄이면서 전방향에서 교반이 이루어지도록 하기 위한 것이다. 경우에 따라서는 상기 회전관(11-2)은 상기 구동장치(20)와 연동하여 구동모터의 구동력에 의해 회전력이 부가되도록 할 수 있다.
특히 상기 교반장치(14)는 분사된 공기 및 반응에 의해 발생되는 가스가 교반된 토양의 공극을 타고 수평적인 이동에 의해 대상정화토양 외에 유출됨으로써 제 2의 오염이 발생되는 것을 방지하기 위해 상기 교반구(14) 외측에는 상기 교반구(14)의 직경보다 큰 쉴드교반구(15)가 각각 구성되도록 하여 대향하는 교반구(14) 사이의 공간에서 분사된 공기 및 가스가 1차적으로 교반구(14)에 의해 쉴드되고, 2차적으로 쉴드교반구(15)에 의해 쉴드되도록 하여 2차 오염을 방지하도록 한다.
이 경우도 상기 쉴드교반구(15)에는 회전에 의해 교반된 토사가 각각 중앙을 향하도록 복수의 교반날개(15-1)가 구성되는 바, 이는 상기 교반구(15)와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 이렇게 직경이 큰 쉴드교반구(15)가 구성됨에 의해 상기 교반구(14)의 상측에서 상기 쉴드교반구(15)의 회전에 의해 양 쉴드교반구(15) 사이 공간으로 토사의 흐름이 발생되는 것이며, 이러한 토사의 흐름은 공기는 물론 반응에 의해 발생되는 가스의 수평적 유동을 방지하도록 하여 결국 상기 가스흡입부(16)에 의해 발생된 가스의 흡입률을 높이게 되는 것이다.
또한, 도 6에서 보는 바와 같이 상기 쉴드교반구(15)의 교반날개(15-1)와 상기 교반구(14)의 교반날개(14-1)는 상호 교차하는 위치에서 형성되도록 함이 타당하다. 즉 도면번호가 도시되지 않았으나 상기 쉴드교반구(15) 및 상기 교반구(14)는 동일한 회전축에 의해 장착되며, 장착시 쉴드교반구(15) 외측을 기준으로 쉴드교반구(15)의 교반날개(15-1) 사이에 상기 교반구(14)의 교반날개(14-1)가 위치하도록 하는 것이다. 이렇게 구성하는 이유는 대향하는 교반구(14)가 형성하는 공간에서의 공기 및 반응에 의한 가스가 상기 쉴드교반구(15) 외측으로 수평적 이동을 완전히 차단하기 위한 것이다.
10 : 교반장치 11 : 관입관
12 : 장착관 13 : 주입공
14 : 교반구 15 : 쉴드교반구

Claims (6)

  1. 오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계;
    교반된 토양에 과산화수소, 퍼설페이트, 유기산을 포함하는 반응물질을 투입하는 단계;
    반응이 완료된 오염물질을 추출하는 단계;
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하되,
    상기 반응물질은 과산화수소 100중량부에 대해 퍼설페이트 50 내지 100중량부, 유기산 50 내지 100중량부를 포함하되, 이에 더하여 프로필렌 카보네이트 1 내지 5중량부가 배합되는 것을 특징으로 하는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반응물질은 과산화수소 100중량부에 대해 pH조절제로서 스코리아가 1 내지 3중량부가 더 배합됨을 특징으로 하는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    오염토양에 대해 원위치(in-situ) 지중교반을 하는 단계에는,
    지중교반과 동시에 공기를 분사함에 있어, 가스흡입부가 형성된 관입관과, 상기 관입관의 끝단에서 직교하며 상,하단부에 복수의 주입공이 형성된 장착관과, 상기 장착관의 양단에서 상호 대향하도록 장착되되 회전에 의해 교반된 토사가 각각 중앙을 향하도록 복수의 교반날개가 각각 형성되는 교반구를 포함하는 교반장치가 사용됨을 특징으로 하는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 관입관은 회전베어링에 의해 구획되며 회전베어링의 상부는 고정관이고, 회전베어링의 하부는 회전관인 것을 특징으로 하는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 교반구 외측에는 상기 교반구의 직경보다 큰 쉴드교반구가 각각 구성되되, 상기 쉴드교반구에는 회전에 의해 교반된 토사가 각각 중앙을 향하도록 복수의 교반날개가 구성되며, 쉴드교반구의 교반날개와 상기 교반구의 교반날개는 상호 교차하는 위치에서 형성됨을 특징으로 하는 원위치 복합오염토양 교반을 이용한 하이브리드 정화방법.
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