KR101278088B1 - Complex treatment-type PRB for purifying chemically and biologically contaminants in soil and underground water - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 유류, 중금속, 염소계화합물 등으로 오염된 토양과 지하수의 정화를 위한 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체에 있어서, 상기 반응벽체의 공간이 전,후방 각각에 생물학적 처리구역과 화학적 산화처리구역이 구분되어 형성된 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체가 제공된다. 상기 투수성 반응벽체는 유도벽부 부착형의 양 날개 부분에 오염지하수를 반응벽체 내부로 유도할 수 있는 유공관이 설치되고, 각 유공관은 두 지점에 모니터링 관정이 설치되고, 상기 모니터링 관정은 또한 오염 지하수양이 너무 많을 경우 별도로 오염물질을 추출하여 정화할 수 있는 지하수 처리시스템(바이오슬러핑 시스템)에 연결되며, 투수성 반응벽체 내외로는 24개의 모니터링 관정(well)이 설치되며, 상기 24개의 모니터링 관정 중 12개는 각기 생물학적 처리구역과 화학적 산화처리구역에 6개씩 설치되어 있다.According to the present invention, in the chemically biological complex treatment type permeable reaction wall for the purification of soil and groundwater pollution for the purification of soil and groundwater contaminated with oil, heavy metals, chlorine compounds, etc., the space of the reaction wall is formed in front and rear respectively. Provided is a chemical biological complex treatment type permeable reaction wall for purifying soil and groundwater contamination, characterized in that the biological treatment zone and the chemical oxidation treatment zone are formed separately. The permeable reaction wall has a perforated pipe which can guide the contaminated groundwater to the inside of the reaction wall at both wing portions of the guide wall attachment type, and each perforated pipe is provided with a monitoring well at two points, and the monitoring well is also a contaminated groundwater. If the amount is too large, it is connected to the groundwater treatment system (biosluffing system) that can separate and purify contaminants, and 24 monitoring wells are installed inside and outside the permeable reaction wall. Twelve of the wells are located in six biological treatment zones and six chemical oxidation zones.
Description
본 발명은 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유류, 중금속, 염소계화합물 등으로 오염된 토양 및 지하수에 대해 화학적 고도산화와 미생물을 이용한 생물학적 분해기작을 적용함으로써 투수성 반응벽체의 충진제로서 주로 이용되는 토탄(peat), 퇴비(compost), 활성탄(activated carbon)에 흡착되어 있는 유류 등 오염물질을 정화하여 흡착능을 회복시키는 다기능 투수성 반응벽체에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical and biological complex treatment permeable reaction wall for the purification of soil and groundwater contamination, and more particularly, to biologically decompose soil and groundwater contaminated with oil, heavy metals, chlorine compounds, etc. using chemically advanced oxidation and microorganisms. By applying the mechanism to the multifunctional permeable reaction wall to restore the adsorption capacity by purifying contaminants such as peat, compost, and oil adsorbed on activated carbon, which are mainly used as fillers of the permeable reaction wall. It is about.
전세계적으로 산업발달의 가속화와 인구증가로 말미암아 부수적으로 발생하는 방대한 양의 폐기물과 화공약품, 유류, 농약 등과 같은 화학물질의 부적절한 취급과 처분으로 인하여 지하수의 오염이 심화되어 가고 있으며, 현재 이들에 의한 환경문제가 심각하게 대두되고 있다.Groundwater contamination is intensifying due to the improper handling and disposal of large amounts of waste, chemicals, oils, pesticides, etc., which are caused by the acceleration of industrial development and population growth all over the world. Environmental problems are seriously emerging.
특히, 환경적으로 폐해가 많은 토양 및 지하수 오염은 주로 유류저장기지, 정유공장내의 원유저장시설 등 전국에 산재하는 저유소, 주유소, 송유관 시설 등의 유류 저장 및 수송 시설에서 유류가 누출되어 발생하게 된다. 이러한 토양 오염 유발물질 중 큰 비중을 차지하고 있는 지하수의 석유화합물(BTEX)은 단일환 구조의 방향족 탄화수소인 벤젠(benznene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 자일렌(xylene)을 포함하는 것으로, 그 중 BTEX 농도가 높은 휘발유가 주원인이 되고 있다. BTEX 성분이 높은 유류는 지중(地中)으로 유출되어 지하수면에 도달하면 물보다 비중이 낮은 액체(LNAPL : light non aqueous phase liquid) 상태가 되어 지하수면위에 자유상의 형태를 형성하게 된다. BTEX는 평균 60%가 휘발되어 공기 중에 함유되고 10%는 토양입자에 혼수되고 나머지 30%는 지하수에 용해되어 분포된다. BTEX 물질들을 별도의 항목으로 구별하여 규제하는 이유는 이 물질들이 각각 독성이 크며 상대적으로 용해도가 높아서 지하수의 주요 오염원이 되고 있기 때문이다. In particular, environmentally harmful soil and groundwater pollution is mainly caused by oil leaks from oil storage and transportation facilities such as oil storage bases and oil storage facilities within oil refineries, gas stations and pipelines. . Groundwater petroleum compounds (BTEX), which account for a large portion of the soil pollutants, include benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene, which are monocyclic aromatic hydrocarbons. Among them, gasoline with high BTEX concentration is the main cause. Oil with a high BTEX content flows into the ground and reaches the water table, where it becomes a liquid (LNAPL: light non aqueous phase liquid) state and forms a free phase on the water table. BTEX is 60% volatilized and contained in the air, 10% is mixed with soil particles and 30% is dissolved and distributed in groundwater. The BTEX substances are regulated as separate items because they are each toxic and relatively high in solubility, making them a major source of groundwater.
그 다음으로, 토양 오염 유발물질로서 유류는 가솔린(gasoline), 제트 연료(jet fuel), 연료 오일(fuel oils), 타르(tar) 등과 같이 수 백가지 화학물질을 포함하는 TPH(Total Petroleum Hydrocarbons)가 있다. 이들 화학물은 증류시 끓는 점에 따라 가스(gas), 석유 에테르(petroleum ether), 가솔린(gasoline), 디젤(diesel), 잔류 연료 오일(residual fuel oil), 윤활유(lubricating oil), 파라핀(paraffin), 아스팔트(asphalt) 등으로 구분된다. 이들 물질은 각각 물리화학적 특성이 상이하므로 인체 및 환경 위해성 뿐만 아니라 오염특성 및 처리방법도 달라진다. 이들 유류 중 토양오염에서 가장 많은 부분을 차지하는 물질은 가솔린 및 디젤이다. 가솔린은 각기 용도에 따라 다르나 상온상압조건에서 휘발하기 쉬우며, 인화성이 크고 또 그 증기가 공기와 적당한 농도범위 (약 1~7% 용량)에서 혼합되면 폭발적으로 연소할 가능성이 있다. 조성은 탄소수 5~12 정도의 액상탄화수소의 혼합물로 되어 있으며 가솔린의 제조방법 및 용도에 따라 파라핀·올레핀· 방향족 탄화수소의 혼합비율이 다르다. 이 중 방향족 탄화수소인 톨루엔은 전체적으로 적게는 4.5%에서 많게는 21.0%까지 가솔린의 상당량을 차지하고 있다. 또한 옥탄가를 높이고 제품과의 혼합성을 높이기 위해 함산소 화학물질인 MTBE를 휘발유 기재로 많이 사용하고 있다. 디젤은 일반적으로 탄소수가 11~16의 긴 사슬 탄화수소 혼합물이며, 국내 주유소에서 판매되고 있는 디젤은 주로 포화탄화수소로서 지방족화합물(aliphatic compounds)이 주성분이다. 디젤은 가솔린에 비해 높은 점성으로 이동성이 작아 토양입자로부터 제거가 어려우며, 유류물질들은 다양한 개별 화합물로 구성되어 있으므로 정량화하기가 용이하지 않다. Next, as a soil pollutant, oil contains TPH (Total Petroleum Hydrocarbons) containing hundreds of chemicals such as gasoline, jet fuel, fuel oils, tar, etc. have. These chemicals are gas, petroleum ether, gasoline, diesel, residual fuel oil, lubricating oil and paraffin, depending on the boiling point of distillation. ), Asphalt (asphalt) and the like. Each of these substances has different physicochemical properties, so that not only human and environmental risks, but also pollution characteristics and treatment methods are different. Among these oils, gasoline and diesel account for the largest portion of soil pollution. Gasoline differs depending on the application, but is liable to volatilize at room temperature and atmospheric pressure, is highly flammable, and may explode if the vapor is mixed with air in an appropriate concentration range (about 1-7% capacity). The composition is a mixture of liquid hydrocarbons of 5 to 12 carbon atoms, and the mixing ratio of paraffins, olefins and aromatic hydrocarbons varies depending on the production method and use of gasoline. Of these, toluene, an aromatic hydrocarbon, accounts for a significant amount of gasoline, from as low as 4.5% to as high as 21.0%. In addition, MTBE, an oxygen-containing chemical, is widely used as a gasoline base to increase octane number and compatibility with products. Diesel is a long chain hydrocarbon mixture of 11 to 16 carbon atoms, and diesel, which is sold at domestic gas stations, is mainly saturated hydrocarbon, mainly composed of aliphatic compounds. Diesel is difficult to remove from soil particles due to its high viscosity and high mobility compared to gasoline, and it is not easy to quantify since oil is composed of various individual compounds.
이러한 유류 내 오염물질 중 TPH는 끓는 점이 150~500℃에 해당하며, 노말알칸(C8 ~ C40)의 범위에 걸친 유류 화합물 농도의 합산 값이다. TPH 성분 중 지방족화합물은 파라핀계탄화수소(Alkane)류가 주를 이루며, 다양한 길이로 사슬 혹은 가지 형태의 탄소로 배열되어 형성된다. 이러한 단일 탄소결합은 파라핀계탄화수소(Alkane)류, 이중 결합의 올레핀계탄화수소(Alkene)류, 삼중 결합의 아세틸렌계탄화수소(Alkyne)류로 이루어져 있다. Alkane류는 Alkene류 및 Alkyne류에 비해 분해하기 쉬운 화합물이며, 가지 형태 화합물에 비해 사슬형태 화합물이 미생물을 이용하여 분해하기가 용이하다. 주분해 반응기작은 β-산화(oxidation)로 산소가 사슬형태 Alkane류의 말단부분과 반응하여 카르복실산(carboxylic acid)으로 분해되고 두 개의 말단 탄소는 분자에서 떨어져 나가게 된다. 긴 사슬을 가지고 있는 탄화수소의 경우, 이러한 반응이 반복적으로 이루어지면서 분해된다. β-산화반응은 탄화수소류 분자의 가지가 제거될 때까지 진행되게 된다. 짧은 구조의 분자는 많은 종류의 미생물에 독성을 증가시킬 수 있으므로 Alkan류의 생물학적 분해는 적어도 10개 이상의 탄화수소로 이루어진 화합물 분해에 용이하다. 메탄(methane), 에탄(ethane), 프로판(propane), 부탄(butane) 등의 탄소수가 적은 분자는 가스상으로 존재하며, 주요 기질의 물질 대사를 통한 분해로 제거할 수 있다. 다른 효소 공정도 Alkane류, Alkene류, Alkyne류 및 지방족고리화합물(alicyclic compound) 분해에 사용될 수 있으나, 이 분해 과정은 자주 일어나지 않으며, 반응속도가 느리다. 지방족화합물의 혐기성 분해는 제한적이며, 특히 생물학적 분해 공정에서 중요한 역할을 차지하지 않는다. Alkene류는 Alkane류에서 이용된 메카니즘으로 분자 말단의 포화된 부분이 일반적으로 분해가 된다. Yeast의 종류인 Candida lipolytica와 같은 미생물은 이중결합에 작용하여 Alkene을 Alkane-1,2-diol로 분해한다. Alkane류와 비슷한 양의 분해를 위해서 Alkene류는 이에 상응하는 Alkane류에 비해 분자의 길이가 길어야 한다. 많은 미생물은 탄소수가 12개보다 작은 Alkene류에서 성장할 수 없다. 2개의 Alkene을 가지는 분자는 1개의 Alkene을 가진 분자보다 각 분자의 양쪽 끝에 존재하는 메틸 그룹을 미생물이 분해하기 용이하므로 미생물에 의한 분해가 이용될 수 있다.Among these contaminants in oil, TPH has a boiling point of 150-500 ° C. and is a sum of oil compound concentrations ranging from normal alkanes (C8 to C40). Among the TPH components, aliphatic compounds are mainly composed of paraffinic hydrocarbons (Alkane), and are formed by arranging carbon of chain or branch form in various lengths. The single carbon bond is composed of paraffinic hydrocarbons (Alkane), olefinic hydrocarbons (Alkene) of a double bond, acetylene hydrocarbons (Alkyne) of a triple bond. Alkane is a compound that is easier to decompose than Alkene and Alkyne, and the chain-like compound is easier to decompose using microorganisms than the branched compound. The main decomposition reaction is β-oxidation, in which oxygen is reacted with the terminal portions of the chain-like Alkanes to decompose into carboxylic acids and two terminal carbons are separated from the molecule. In the case of hydrocarbons with long chains, this reaction is decomposed repeatedly. The β-oxidation reaction proceeds until the branch of hydrocarbon molecules is removed. Short molecule molecules can increase the toxicity of many kinds of microorganisms, so the biodegradation of Alkanes is easy for the decomposition of compounds consisting of at least 10 hydrocarbons. Low-carbon molecules such as methane, ethane, propane and butane are present in the gaseous phase and can be removed by decomposition through metabolism of major substrates. Other enzymatic processes can also be used to decompose Alkane, Alkene, Alkyne and alicyclic compounds, but this degradation process is not frequent and the reaction rate is slow. Anaerobic degradation of aliphatic compounds is limited and does not play an important role, particularly in biological degradation processes. Alkene is a mechanism used in Alkane and the saturated part of the molecule is generally decomposed. Microorganisms such as yeast, Candida lipolytica , act on double bonds to decompose Alkene into Alkane-1,2-diol. Alkenes should have a longer molecular length than their corresponding alkanes for the same amount of decomposition as alkanes. Many microorganisms cannot grow in alkenes with less than 12 carbon atoms. Since a molecule having two alkenes is easier for a microorganism to decompose a methyl group present at both ends of each molecule than a molecule having one alkene, decomposition by a microorganism may be used.
그 밖에도, 토양 오염 유발물질로서, 염소계 유기화합물(CAHs: Chlorinated Aliphatic Hydrocarbons) 및 중금속도 포함된다.In addition, soil pollutants include chlorinated aliphatic hydrocarbons (CAHs) and heavy metals.
이와 같은 토양 오염 유발물질로 오염된 지하수를 지속적으로 추출하는 정화기술에 이용되는 정화장치로서 투수성 반응벽체(Permeable reactive barrier :PRB)가 있으며, 상기 투수성 반응벽체는 오염된 지하수가 흐르는 유동경로에 설치되고 오염된 지하수가 벽체를 통과할 때 반응매질과 오염물질의 화학반응을 유도하여 침전, 휘발과 생분해, 흡착, 산화/환원 등의 물리 화학적 생물학적 기작을 이용해 오염물질을 정화시킨다. 이러한 정화기술은 1985년 Mc Murthy 와 Elton에 의해 처음으로 도입된 기술로, 반응벽체 매질로 영구성을 지닌 것, 반영구적인 매질, 그리고 교체할 수 있는 충진제 등을 이용하면서 1990년대 이후 활발하게 연구 개발되고 있다.As a purifier used in the purification technology for continuously extracting groundwater contaminated with such soil pollutants, there is a permeable reactive barrier (PRB), and the permeable reactive wall has a flow path through which contaminated groundwater flows. When contaminated groundwater passes through walls, it induces chemical reactions between reaction media and pollutants and purifies the pollutants using physicochemical and biological mechanisms such as precipitation, volatilization and biodegradation, adsorption and oxidation / reduction. This purification technology was first introduced by Mc Murthy and Elton in 1985, and has been actively researched and developed since the 1990s, using permanent wall as a reaction wall medium, semi-permanent medium, and replaceable fillers. have.
투수성 반응벽체는 그 형태에 따라 연속형(continuous permeable reactive barrier)과 유도벽부부착형(funnel and gate)으로 구분할 수 있다(Vidic et al,. 1996). 연속형 반응벽체는 지하수 오염대의 흐름과 유속에 변화를 주지 않기 때문에 지하 대수층의 유속과 거의 유사하게 유지하면서 오염물질을 제거할 수 있다. 이와 같이 연속형 반응벽체는 상대적으로 시공이 쉽고 기존 지하수 흐름에 영향을 미치지 않는 장점이 있으나 대상부지 지하수 흐름을 충분한 크기의 단면과 크기를 가진 반응벽체와 접촉하도록 제작해야하기 때문에 오염운이 매우 클 경우 오염운의 크기에 맞추어 반응벽체를 제작해야하므로 경제성에 대한 검토가 필요하다. 유도벽부부착형 반응벽체는 투수성이 낮은 유도벽부(funnel)를 이용하여 지하수 오염대의 흐름을 반응벽부(gate)로 유도하여 처리하는 방법으로 반응면적을 줄일 수 있기 때문에 경제적으로 유리하지만 오염물의 반응매질과의 접촉시간이 짧기 때문에 충분한 접촉이 일어날 수 있도록 벽체의 두께를 증가시켜서 제작해야 한다. 유도벽부(funnel)는 주로 흙-벤토나이트 슬러리 월, 시멘트-벤토나이트 슬러리 월, 플라스틱 콘크리트 등의 슬러리 월이나, 강재 시이트파일(sheet pile), 합성수지 시이트파일, 목재 시이트파일 등을 이용한다. Permeable reactive walls can be divided into continuous permeable reactive barrier and funnel and gate according to their shape (Vidic et al, 1996). Since continuous reaction walls do not change the flow and flow rate of groundwater contaminants, they can remove contaminants while maintaining nearly the same flow rates of underground aquifers. As described above, the continuous reaction wall has an advantage of relatively easy construction and does not affect the existing groundwater flow, but the pollutant cloud is very large because the groundwater flow must be manufactured to contact the reaction wall having a sufficient cross section and size. In this case, it is necessary to examine the economic feasibility because the reaction wall must be manufactured according to the size of the polluted cloud. Inductive wall attachment type reaction wall is economically advantageous because it can reduce the reaction area by directing and treating the flow of groundwater contaminated zone to the reaction wall by using a funnel with low permeability. Since the contact time with the medium is short, the thickness of the wall should be increased so that sufficient contact can occur. The funnel mainly uses soil-bentonite slurry walls, cement-bentonite slurry walls, slurry walls such as plastic concrete, steel sheet piles, synthetic resin sheet piles, and wooden sheet piles.
유도벽부부착형 반응벽체는 현장 특성에 따라 오염원을 유도할 수 있는 다양한 모양과 크기로 제작되어 사용할 수 있다. 일반적으로 반응벽체와 반응벽체에 부착된 유도벽부간의 가장 효과적인 설치각도는 180°로 반응벽체 양쪽에 평행이 되게 설치하는 것이고, 유도벽부의 길이는 최소 1.5 m 이상이 되어야 오염원을 효율적으로 유도할 수 있다. 유도벽부는 오염원 유도를 위해 지하수 흐름 방향과 직각이 되도록 설계/설치하는 것이 가장 효과적이다. 또한 유도벽부부착형 반응벽체의 처리효율을 높이기 위해서는 유도벽부의 모양과 게이트 시스템(gate system), 유도벽부 크기, 지하수 포획구간의 크기와 반응벽체에서의 체류시간 등을 고려해야 한다. Inductive wall attachment type reaction walls can be manufactured and used in various shapes and sizes to induce pollutants depending on the site characteristics. In general, the most effective installation angle between the reaction wall and the guide wall attached to the reaction wall is 180 ° so that it is parallel to both sides of the reaction wall, and the length of the guide wall must be at least 1.5 m to guide the pollutant efficiently. have. It is most effective to design / install the guide wall to be perpendicular to the groundwater flow direction to guide the pollutant. In addition, in order to improve the treatment efficiency of the inductive wall attachment type reaction wall, the shape of the induction wall, the gate system, the size of the induction wall, the size of the groundwater capture zone, and the residence time in the reaction wall should be considered.
대부분의 투수성 반응벽체는 지하수가 수평으로 이동하는 곳에 설치한 후 이용하게 되는데 LNAPL(light non-aqueous phase liquids)로 오염된 지하수는 수리구배에 의해 자연스럽게 수평이동을 하면서 투수성 반응벽체와 직각으로 만나게 되면서 서서히 벽체 내부를 통과하게 된다. 벽체 내부에 유입된 오염물질은 물리적, 화학적 그리고 생물학적 방법에 의해 불용화된다. 이와 반대로, DNAPL(dense non-aqueous phase liquids)로 오염된 지하수는 아래로 가라앉은 오염원을 반응벽체로 통과시키면서 오염원을 정화하는 방법이다. 따라서 DNAPL을 정화하기 위한 투수성 반응벽체는 오염원 전체를 포함할 수 있도록 암반층까지 크고 깊게 설치해야 하고, LNAPL은 오염원이 지하수의 흐름에 따라 이동하기 때문에 투수성 반응벽체는 지표면에서 지하수위 있는 위치를 계산하여 설치하는 "Hang-up" 형태로 설치하면 된다.Most water-permeable reaction walls are installed after the groundwater is moved horizontally. Groundwater contaminated with light non-aqueous phase liquids (LNAPL) moves horizontally by a hydraulic gradient and is perpendicular to the water-permeable reaction walls. As they meet, they slowly pass through the walls. Pollutants introduced into walls are insolubilized by physical, chemical and biological methods. In contrast, groundwater contaminated with dense non-aqueous phase liquids (DNAPL) is a method of purifying contaminants while passing down sinking contaminants through the reaction walls. Therefore, the permeable reaction wall to purify DNAPL should be installed deep and deep to the rock layer to cover the whole contaminant, and LNAPL is located in the groundwater level on the ground because the contaminant moves with the groundwater flow. Install in the form of "Hang-up", which is calculated and installed.
한편, 현재 유류오염 정화에 관한 개선기술이 다양하게 연구되고 있으며, 대표적인 선행기술로서, 열탈착공법에 의한 고농도 유류오염지역 복원 실시 후 잔류하는 저농도 유류오염 대수층에 고온 및 중온의 공기를 주입하여 대수층에 생물학적 활성도를 높이기 위한 유류오염물질의 정화장치 및 정화방법(특허출원 제10-2007-72140호 및 특허출원 제10-2007-17370호), 유류오염 토양으로부터 분리한 유류 분해능을 갖는 미생물을 성장속도에 따라 분리 배양한 혼합 균주를 사용함으로써, 유류 분해 활성이 우수하나 성장속도가 느린 미생물의 활성 저하없이 오염물질의 분해속도를 증진시키고 효과적으로 분해하여 유류오염 토양의 정화시간을 단축시킬 수 있는 유류오염 토양의 정화용 미생물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유류오염 토양의 정화방법(특허출원 제10-2006-115553호), 유류 그밖의 탄화수소 화합물에 의해 오염된 환경으로부터 유류 분해능이 우수한 유류 분해 미생물 제제를 매트릭스(생맥반석분말)에 접종시켜 고정시킨 후, 이를 과건조시킨 천연 유기질 피트모스와 혼합하여 유류 등을 흡착시킴은 물론 흡착된 유류물질을 생물학적으로 분해시키는 생물학적 생분해 흡착제 및 그 제조방법(특허출원 제10-2001-57284호) 등이 개시되어 있다.On the other hand, various techniques for improving oil pollution purification are currently being studied. As a representative prior art, high and medium temperature air is injected into the aquifer in the low concentration oil pollution aquifer remaining after the restoration of the high concentration oil pollution region by thermal desorption method. Purification device and purification method of oil pollutant to increase biological activity (Patent Application No. 10-2007-72140 and Patent Application No. 10-2007-17370), Growth rate of microorganisms with oil resolution separated from oil pollution soil By using a mixed strain isolated and cultured according to the present invention, it is excellent in oil degradation activity, but it can increase the decomposition rate of pollutants without degrading the activity of microorganisms with slow growth rate and effectively decompose oil pollution which can shorten the time for purifying oil polluted soil. Microorganisms for soil purification, preparation method thereof and oil pollution soil purification method using the same 10-2006-115553), oil-decomposing microbial preparations having excellent oil-decomposability in an environment contaminated with oils and other hydrocarbon compounds were inoculated into a matrix (dough rock powder) and immobilized, and then overdried with natural organic peat moss. Biological biodegradable adsorbents that adsorb oil and the like as well as biologically decompose the adsorbed oil material and a method of manufacturing the same (Patent Application No. 10-2001-57284) are disclosed.
그러나, 상기한 종래의 어느 선행기술도 오염된 토양과 지하수의 정화를 위해 산화제 주입을 통해 형성되는 화학적 산화처리공간과 미생물의 주입을 통해 형성되는 생물학적 처리공간을 함께 갖춤으로써 충진제의 수명을 지속적으로 연장시킬 수 있는 투수성 반응벽체 구조는 제안되지 않았다.However, any one of the prior arts described above has a chemical oxidation treatment space formed through the injection of an oxidant and a biological treatment space formed through the injection of microorganisms for the purification of contaminated soil and groundwater. No permeable reactive wall structure has been proposed.
따라서, 본 발명의 목적은 생물학적 정화처리 공간과 화학적 정화처리 공간을 연속적으로 배치시킴으로써 오염된 토양과 지하수를 다방면으로 정화처리함은 물론 충진제의 수명을 연장시킬 수 있는 투수성 반응벽체 구조를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a permeable reaction wall structure capable of extending the life of the filler as well as purifying contaminated soil and ground water in various ways by continuously placing biological purification treatment space and chemical purification treatment space. There is.
본 발명에 따르면, 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체는 내부 전방측에 생물학적 처리구역을 그리고 후방측에 화학적 산화처리구역을 구분설치한 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for the purification of soil and groundwater contamination is characterized in that the biological treatment zone on the inner front side and the chemical oxidation treatment zone on the rear side.
대표적인 실시예에 의하면, 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체는 유도벽부부착형 즉, 양 날개 부분에 오염지하수를 반응벽체 내부로 유도할 수 있는 유공관이 설치되고, 각 유공관은 두 지점에 모니터링 관정이 설치되고, 상기 모니터링 관정은 또한 오염 지하수량이 너무 많을 경우 별도로 오염물질을 추출하여 정화할 수 있는 지하수 처리시스템(바이오슬러핑 시스템)에 연결되며, 투수성 반응벽체 내외로는 24개의 모니터링 관정(well)이 설치되며, 상기 24개의 모니터링 관정 중 12개는 생물학적 처리구역과 화학적 산화처리구역에 각기 6개씩 설치되어 각기 화학적 산화제재와 생물학적 제재를 주입하는 주입정으로서 이용되도록 하였다. According to a representative embodiment, the chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for the purification of soil and ground water pollution is attached to the guide wall type, that is, the perforated pipes are installed on both wings to guide the contaminated groundwater into the reaction wall, Monitoring wells are installed at two points, and the monitoring wells are also connected to a groundwater treatment system (bioslupping system) that can separately extract and purify contaminants when there is too much contaminated groundwater. 24 monitoring wells are installed, and 12 of the 24 monitoring wells are installed 6 each in the biological treatment zone and the chemical oxidation zone, so that each can be used as an injection well for injecting chemical oxidizing agents and biological agents. It was.
상기와 같이 구성된 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체 구조에 의해 각종 복합적인 토양 오염 유발물질이 생물학적 및 화학적으로 두단계로 정화처리됨으로써 단일처리식 투수성 반응벽체 구조에 비해 효과적으로 정화효율을 높일 수 있다.Various complex soil contaminants are biologically and chemically purified in two stages by the chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall structure for the soil and groundwater pollution purification as configured above, which is more effective than the single treatment permeable reaction wall structure. Purification efficiency can be improved.
도1은 본 발명에 따른 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체의 설계공정도.
도2는 본 발명에 따른 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체의 평면도.
도3(a),(b),(c)는 상기 도2에 예시한 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체의 화살표 A-A, B-B 및 C-C에 따라 절취한 단면도.
도4는 본 발명에 따른 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체 내외에 설치된 인젝션 및 모니터링 관정의 단면도.
도5는 본 발명에 따른 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체의 양쪽 유공관에 연결되어 있는 바이오슬러핑 시스템의 처리계통도,
도6은 도5에 도시된 바이오슬러핑 시스템의 평면도.
도7은 도5에 도시된 바이오슬러핑 시스템의 측면도.
도8은 도5에 도시된 바이오슬러핑 시스템의 단면도.1 is a design process diagram of a chemical biological complex treatment type permeable reaction wall for soil and groundwater pollution purification according to the present invention.
Figure 2 is a plan view of a chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for soil and groundwater pollution purification according to the present invention.
Figure 3 (a), (b), (c) is a cross-sectional view taken along the arrows AA, BB and CC of the chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for the soil and groundwater contamination purification illustrated in FIG.
Figure 4 is a cross-sectional view of the injection and monitoring wells installed in and outside the chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for soil and groundwater pollution purification according to the present invention.
5 is a processing system diagram of a biosluffing system connected to both perforated pipes of a chemically biological complex treatment type permeable reaction wall for purifying soil and groundwater contamination according to the present invention;
6 is a plan view of the biosluffing system shown in FIG.
7 is a side view of the biosluffing system shown in FIG.
8 is a cross-sectional view of the biosluffing system shown in FIG.
먼저, 본 발명에서는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체를 설계하기 위해 지질학적, 수리학적 특성 및 토양과 지하수 내 오염물질의 종류와 농도, 오염범위 등에 대한 조사를 실시하였으며, 투수성 반응벽체를 설치할 지점의 선정을 위해 지속가능한 모니터링 관정(monitering well)을 설치하여 지하수위 및 수리전도도를 측정하였다. 그리고, 주기적으로 지하수위 및 수질을 분석하여 지하수 흐름 및 오염물질 농도의 계절의 변화에 따른 변화양상을 함께 파악하였다. 이 같은 수리지질학적 특성을 조사하여 오염대 및 지하수 흐름분석을 통해 반응벽체의 정확한 설치 위치를 결정하였다. 다른 오염정화방법과는 달리 투수성 반응벽체는 오염지대에 물리적으로 설치하게 되므로 오염물의 정확한 분석은 매우 중요하다. 일반적으로, 반응벽체는 오염대 중심의 고농도보다 낮은 농도를 가지는 부분에 설치되지만 오염대 중심부의 고농도 오염지하수는 반응벽체를 통해서 정화되지 못하고 유출될 가능성이 있으므로 주의해야 한다. First, in the present invention, the geological and hydraulic properties and the types and concentrations of the pollutants in the soil and groundwater, and the contamination range were investigated in order to design a chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for the soil and groundwater pollution purification. Groundwater level and hydraulic conductivity were measured by setting up a monitoring well for the selection of the permeable reactive wall. In addition, the groundwater level and water quality were analyzed periodically to identify the change patterns of the groundwater flow and pollutant concentration according to the seasonal changes. The hydrogeological characteristics were investigated and the exact location of the reaction wall was determined through the analysis of the pollutant and groundwater flow. Unlike other pollution remediation methods, permeable reaction walls are physically installed in the contaminated zone, so accurate analysis of contaminants is very important. In general, the reaction wall is installed in a portion having a lower concentration than the high concentration in the center of the pollution zone, but the high concentration of contaminated groundwater in the center of the pollution zone may be discharged without being purified through the reaction wall.
PRB 크기는 오염물질의 종류와 양, 지하수위 정도, 오염물질이 투수성 반응벽체를 통과하는 시간에 따라 조절해야 하고 반응벽체 내부에서 지하수 유속도 고려해서 설계해야 한다. 반응벽체는 지하수의 유속과 수압이 대수층과 거의 같아야 하며, 대수층에 비해 반응벽체의 투수성이 같거나 더 높은 것이 좋고, 유도부부착형 반응벽체를 설치할 경우 지하수의 유속과 수압이 커지게 되기 때문에 이에 따라 지하수가 반응매질에 더 오래 머무를 수 있도록 반응매질의 두께를 두껍게 설계하였다. 도1은 본 발명에서 수행한 투수성 반응벽체의 설계공정도를 나타낸 것이다. The size of the PRB should be adjusted according to the type and quantity of the contaminants, the level of the groundwater level, the time the contaminants pass through the permeable reaction wall, and should be designed in consideration of the groundwater flow rate inside the reaction wall. The reaction wall should have almost the same flow rate and water pressure as the aquifer, and the permeability of the reaction wall should be the same or higher than that of the aquifer, and if the inductive attachment type wall is installed, the flow rate and water pressure of the groundwater will increase. Therefore, the thickness of the reaction medium is designed so that the groundwater can stay in the reaction medium longer. Figure 1 shows a design process diagram of the permeable reaction wall carried out in the present invention.
반응벽체의 두께는 반응벽체 매질 내부에서 지하수의 유속과 지체되는 시간을 이용해 다음과 같은 식(a)을 이용해 구했다(Carey et al. 2002).
The thickness of the reaction wall was calculated using the following equation (a) using the flow rate of the groundwater and the delay time in the reaction wall medium (Carey et al. 2002).
b = v ×t res × SF..............(a) b = v × t res × SF .............. (a)
b : 투수성 반응벽체의 두께(m)b: thickness of permeable reactive wall (m)
v : 반응벽체 내부에서 지하수 유속(m/d)v: groundwater flow rate in the reaction wall (m / d)
tres : 반응벽체 내부에서 정화반응을 위해 필요한 시간 (d)t res : the time required for the purification reaction in the reaction wall (d)
SF : 안전계수SF: Safety Factor
설치되는 관정(well)은 투수성 반응벽체를 통과하는 지하수 내 오염물질의 변화양상을 조사하기 위해 모니터링 관정(well)으로 설계하였다. 투수성 반응벽체 내외로 전체 24개의 모니터링 관정(well)을 설치하였는데 오염된 지하수가 투수성 반응벽체에 유입되기 전 지점에 설치하고 반응벽체 내부에서 오염물질의 변화 양상을 조사하기 위해 화학적 처리구역과 생물학적 처리구역에 각각 6개씩 설치하였다. 또한 지하수 오염물질이 반응벽체를 통과하기 전과 통과하면서 발생하는 변화상태, 그리고 반응벽체를 통과하여 정화된 후 오염상태를 조사하여 함께 비교검토할 수 있도록 설계하였다. 투수성 반응벽체를 중심으로 설치된 모니터링 관정(well)은 3 inch 규격을 사용하고, 스크린(screen)은 4 m, 케이싱(casing)은 1 m로 총 5 m 길이가 되게 설계하였다. 이와 같은 모니터링 관정은 투수성 반응벽체를 설치한 후 지속적으로 오염물질 농도변화를 모니터링하여 오염물질이 규정치 내로 감소하는지 여부와 투수성 반응벽체의 효능을 평가할 수 있다. 모니터링 관정을 설치한 후 주기적으로 조사해야 할 항목으로는 오염물질의 농도 및 분포, 오염물질과 반응물질의 반응으로 발생되는 부산물 생성여부 조사, 지하수 유속 및 지하수위 변화, 반응벽체의 투수성 변화, 지하수 수질(pH, EC, 무기이온 함량) 변화, 지하수 용존가스(산소, 탄소, 이산화탄소) 농도 변화 등이 있다. The wells installed were designed as monitoring wells to investigate changes in the contaminants in the groundwater passing through the permeable reaction walls. A total of 24 monitoring wells were installed in and out of the permeable reaction wall, which was installed at the point before the contaminated groundwater entered the permeable reaction wall, and the chemical treatment zone and Six each was installed in the biological treatment zone. In addition, the groundwater pollutants were designed to be compared before and after passing through the reaction wall, and the pollution state after the passage was purified through the reaction wall. The monitoring wells installed around the permeable reaction wall were designed using a 3 inch standard, the screen was 4 m, the casing was 1 m, and the total length was 5 m. Such monitoring regulation can continuously monitor the change in pollutant concentration after installing the permeable reaction wall to evaluate whether the pollutant is reduced to the specified value and the effectiveness of the permeable reaction wall. After installing the monitoring well, items to be periodically investigated include pollutant concentration and distribution, investigation of whether by-products generated by reaction of pollutants and reactants, change of groundwater flow rate and groundwater level, change of permeability of reaction wall, Groundwater quality (pH, EC, inorganic ion content) change, groundwater dissolved gas (oxygen, carbon, carbon dioxide) concentration change, etc.
모니터링 관정의 위치에 대해서는, 부지에 고농도의 오염물질이 다량으로 존재하거나 반응매질의 효율을 극대화시키기 위해서는 반응벽체 주변에 펌프 처리시설(pump & treatment)과 같은 별도의 시스템과 연계한 처리가 필요하다. 가급적이면, 반응벽체 양쪽 유도벽부 날개 부분에 모니터링 관정을 이용해 조사하면 바이패스하는 오염물질의 정도를 조사할 수 있으며, 이렇게 벽체를 직접 통과하지 않고 벽체 위, 아래 및 옆으로 통과하는 오염물질의 양을 조사하여 지하수 정화에 효과적인 투수성 반응벽체를 유지해 나갈 수 있을 것으로 판단하여, 투수성 반응벽체를 설치한 후 가장 정확한 오염 상태를 점검하기 위하여 모니터링 관정의 형태는 반응벽체 전후와 양 옆에 설치하여 모니터링을 실시하는 것이 가장 효과적이다. The location of monitoring wells requires treatment in conjunction with separate systems such as pumps and treatments around the reaction walls in order to have high concentrations of contaminants on the site or to maximize the efficiency of the reaction medium. Wherever possible, the use of monitoring wells on both wing walls of the reaction walls can be used to investigate the degree of contaminants that are bypassed and thus the amount of contaminants that pass above, below, and to the side of the walls without directly passing through them. In order to check the most accurate pollution state after installing the permeable reaction wall, the type of monitoring well should be installed before and after the reaction wall. Monitoring is most effective.
본 발명에서는 기존에 많이 이용된 투수성 반응벽체의 모양과 특성, 오염원의 종류에 따른 반응 기작, 반응매질 등을 조사한 후 반응벽체의 모양과 규모를 결정하고 설계하였다. 투수성 반응벽체 모양은 유도벽부부착형 반응벽체 모양으로 하였고 LNAPL의 저감을 위한 투수성 반응벽체를 설치하기 위해 Hang-up 형태로 설계하였다. 또한 반응매질을 보면 BTEX의 흡착에는 주로 토탄(peat), 퇴비(compost), 활성탄(activated carbon) 등이 사용되고 이들을 통한 흡착기작을 이용해서 오염물질을 정화하고 있다. In the present invention, after determining the shape and characteristics of the permeable reaction wall, the reaction mechanism according to the type of pollutant, the reaction medium, and the like, the shape and scale of the reaction wall were determined and designed. The permeable reaction wall is shaped like an inductive wall attached reaction wall and designed in a hang-up form to install a permeable reaction wall for reducing LNAPL. In addition, in the reaction medium, peat, compost, activated carbon, etc. are mainly used for adsorption of BTEX, and the adsorption mechanism through them is used to purify pollutants.
그럼, 본 발명에 따른 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체의 구조에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Then, the structure of the chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for the soil and groundwater pollution purification according to the present invention will be described in detail.
도2는 본 발명에 따른 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체의 평면도를 보여 준다. Figure 2 shows a plan view of a chemical biological complex treatment type permeable reaction wall for soil and groundwater contamination purification according to the present invention.
도2에 도시된 본 발명에 따른 투수성 반응벽체(100)는 지하수 흐름에 방해되지 않는 조건하에서 유류오염된 지하수를 처리하도록 한 반응벽체로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대상부지에 8 m × 8 m 내에 들어갈 수 있는 크기로 설계하였으며 반응벽체의 크기는 가로 × 세로 × 높이 각각을 5 m × 2.5 m × 4.5 m 로 설계하였다. 반응벽체 내부 중 전방에는 생물학적 처리를 위한 흡착제로 충진하고 후방에는 화학적 산화처리를 위한 흡착제로 충진하여, 투수성 반응벽체 내부 전후방에 각기 생물학적 처리구역(101)과 화학적 산화처리구역(102)을 설치하여 설계하였다. 상기 생물학적 처리구역(101)은 흡착제와 미생물종균제의 융합기술을 통해 유류 및 중금속, 염소계화합물 등을 제어하며 인젝션 및 모니터링 관정을 통해 미생물의 영양분을 공급하여 효율적인 조건을 충족시키도록 하고, 상기 화학적 산화처리구역(102)은 최적의 화학적 토양 및 지하수 오염물질 분해제를 후술하는 인젝션 및 모니터링 관정을 통해 주입하여 분해 및 흡착제의 장기간 성능유지기능을 개선시키도록 하였다. 상기 투수성 반응벽체 양쪽 또한 외부 차단벽(104)을 설치하여 지하수 흐름방향 이외의 흐름을 차단하였고 오염지하수가 투수성 반응벽체(100)로 유입되는 방향과 유출되는 방향에는 1~3 cm정도 크기의 자갈을 이용한 자갈벽체(105,106)를 각각 50 cm 정도의 두께로 채워 넣도록 설계하였다. 자갈벽체(105,106)는 일반적으로 지하수가 반응벽체(100)로 들어올 때 토양과 반응벽체간 매질 차이로 인해 유속이 느려지도록 한다. 따라서 지하수 유입부 부분에 자갈을 채워 넣으면 토양과 반응벽체 간의 지하수 유속 차이를 줄일 수 있다. 투수성 반응벽체의 지하수유입방향 좌우측 날개(유도벽부)에는 6 inch 의 유공관(107,108)을 5.3 m 깊이로 3 m 길이가 되도록 설계하여 유도벽체 기능을 할 수 있도록 하였다. 이와 같이 유공관(107)은 지하에 매설한 후 오염물질을 유도하여 반응벽체 내부를 통과할 수 있도록 하였고, 각 유공관(107,108)의 두 지점에 모니터링 관정(111,112)을 설치하여 오염 지하수양이 너무 많을 경우 별도로 오염물질을 추출하여 정화할 수 있도록 지하수 처리시스템, 즉 바이오슬러핑 시스템(bioslurping system;water treatment system)(200)을 연결하였다. The
상기 생물학적 처리구역(101)과 화학적 산화처리구역(102) 사이에는 중간분리벽(109)이 형성되는 데, 상기 중간분리벽(109)은 화학적 산화처리구역에 제공되는 화학적 산화제의 농도구배에 따른 확산으로 미생물에 독성 영향을 최소화할 수 있도록 한 모래 충진 구역으로서, 모래의 입경은 산화처리구역 내의 흡착제의 공극률보다 작은 것이 바람직하다. An
상기 중간분리벽(109)의 두께(안전거리)는 다음의 식(b)에 의해 조절할 수 있다. The thickness (safety distance) of the
△P = v nρg △L/k.............(b) △ P = v nρg △ L / k ............. (b)
상기 (b)식에서 △P는 압력차, v는 유체속도, n은 화학적처리구역에 충진되어 있는 흡착제의 공극률, ρ은 유체 밀도, △L은 영향 반경, k는 화학적처리구역 내의 수리 전도도 로서, n, k,ρ 등은 현장의 조건이며, g는 9.81 m/sec2 이다. In the formula (b), ΔP is the pressure difference, v is the fluid velocity, n is the porosity of the adsorbent filled in the chemical treatment zone, ρ is the fluid density, ΔL is the radius of influence, k is the hydraulic conductivity in the chemical treatment zone, n, k, ρ, etc. are field conditions, and g is 9.81 m / sec 2 .
그리고, 유체의 속도를 고려하고, 설계 인자인 △L을 결정하면, 그에 따른 △P를 결정할 수 있고, 이를 통해 주입 압력을 선정할 수 있다. (b)식을 통해서 설계 인자 △L과 운전 인자 △P를 고려하여 설계함으로써 주입되는 화학적 산화제를 생물학적 반응 구역에 영향을 미치지 않도록 상기 중간분리벽(109)의 두께를 조절할 수 있다. In consideration of the velocity of the fluid and determining ΔL, which is a design factor, ΔP may be determined accordingly, thereby selecting the injection pressure. By designing in consideration of the design factor ΔL and the operating factor ΔP through Equation (b), the thickness of the
도3(a),(b),(c)는 상기 도2에 예시한 투수성 반응벽체의 화살표 A-A, B-B 및 C-C에 따라 절취한 단면도를 나타낸 것으로, 본 발명의 실시예에 따라 반응벽체(100)에 연결되어 오염원을 유도할 수 있는 유공관(107,108) 깊이와 규격을 나타내었다. 반응벽체의 유입구와 배출구 부분과 함께 유공관 주변에 1~3 cm 입자크기의 자갈을 매설하여 50 cm 정도 완충공간을 만들었다. 3 (a), 3 (b) and 3 (c) are cross-sectional views taken along arrows AA, BB and CC of the water-permeable reaction wall illustrated in FIG. 2 and according to an embodiment of the present invention. The depth and dimensions of the perforated pipes (107, 108) that can be connected to 100) can lead to pollutants. In addition to the inlet and outlet of the reaction wall, gravel of 1 ~ 3 cm particle size was buried around the perforated pipe to create a buffer space of about 50 cm.
투수성 반응벽체 내부 및 주변에 전체 24개의 인젝션 및 모니터링 관정(113)을 설치하여 오염된 지하수가 투수성 반응벽체에 유입되기 전 각 지점에 반응벽체 통과 이전의 상태를 확인 할 수 있도록 일정간격별로 배치하였으며, 그리고 반응벽체 내부에서 오염물질의 변화 양상을 조사하기 위해 화학적 처리공간과 생물학적 처리공간에 각각 6개씩 설치하였다. 또한 지하수 오염물질이 반응벽체를 통과하기 전과 통과하면서 발생하는 변화상태, 그리고 반응벽체를 통과하여 정화된 후 오염상태를 조사하여 함께 비교 검토 할 수 있도록 설계하였다. 투수성 반응벽체를 중심으로 설치된 인젝션 및 모니터링 관정(113)은 관경 50mm 규격을 사용하고 슬롯 형 스크린은 4 m, 케이싱은 1 m로 총 길이는 5 m로 설계하였다. A total of 24 injection and
이와 같은 인젝션 및 모니터링 관정(113)은 투수성 반응벽체를 설치한 후 지속적으로 오염물질 농도변화를 모니터링하여 오염물질이 허용기준치 이하로 감소하는지 여부와 투수성 반응벽체의 효능을 평가할 수 있다. 투수성 반응벽체 내부에 설계된 인젝션 및 모니터링 관정(113)은 현장 시공여건에 따라 다소 차이가 있을 수 있으나 본 발명에서는 관정을 설치한 후 관정 주변에 흡착제 매질로 채운 후 관정 마무리작업을 수행했다. 투수성 반응벽체 내부에 설치된 인젝션 및 모니터링 관정(113)은 주기적으로 오염원의 상태를 점검하는 기능 이외에도 오염물질의 정화가 더욱 잘 진행되고 오랫동안 유지되게 하기 위해서 화학적 처리공간과 생물학적 처리공간에 각각 필요한 반응제를 추가적으로 주입할 수 있도록 설계하였다. 반응벽체의 바닥은 잡석 및 모래에 의해 다짐마감하여 반응벽체 매질을 지탱하고, 반응벽체 하부로 오염물질이 이동되지 않도록 하였다. 도4는 투수성 반응벽체 내외에 설치된 인젝션 및 모니터링 관정(113)의 단면상세도를 보여 준다. The injection and monitoring well 113 may monitor the change in pollutant concentration continuously after installing the permeable reaction wall to evaluate whether the pollutant is reduced below the acceptable standard and the effectiveness of the permeable reaction wall. The injection and
도5 내지 도8은 투수성 반응벽체의 양쪽 유공관(107,108)에 연결되어 있는 바이오슬러핑 시스템(200)의 처리계통도이다. 바이오슬러핑 시스템의 내부는 루츠 블로어(Roots Blower)(210), 추출용 분배관(220), 기액분리조(230), 유수분리조(240), 에어 스트리퍼 시스템(250)(air stripper system), 배출가스 처리시스템(260)(off-gas treatment system)으로 설계하였다. 5 through 8 are process flow diagrams of the
참고로, 바이오슬러핑 장비의 구성요소별 기능 및 설계사항은 다음과 같다.For reference, the functions and design details for each component of the biosluping equipment are as follows.
루츠 블로어(Roots Blower) : 연결관정 내부를 진공시켜 관정 주변의 지하수를 추출하며 20마력 용량을 설치하였다. Roots Blower: Vacuumed the inside of the connection well to extract groundwater around the well and installed 20 hp capacity.
기액분리조 : 상기 루츠 블로어에 의해 기상 및 액상으로 추출되어진 지하수는 분배관을 통하여 기액분리기에 유입되어 기상 및 액상물질이 분리되어지게 된다. 액상 물질은 전달펌프(transfer pump)에 의해 후단의 수처리 장치로 보내지며, 기상물질은 배출가스 처리시스템으로 보내지게 된다. 기액분리조의 싸이클론(cyclone)의 분리 효율을 높이기 위해서 분리 시스템 내부에서 유체가 최대 원심력을 갖도록 설계하였다. 또한 유류와 같이 점성이 높은 대부분의 액상 물질이 싸이클론을 통해서 분리되도록 하였고 잔존하는 액상물질은 높은 효율로 제거하기 위해서 베인 플레이트(vane plate)를 설치하였다. Gas-liquid separation tank: Groundwater extracted in the gaseous and liquid phase by the Roots blower is introduced into the gas-liquid separator through a distribution pipe to separate gaseous and liquid substances. The liquid material is sent to the downstream water treatment device by a transfer pump, and the gaseous material is sent to the exhaust gas treatment system. In order to increase the efficiency of cyclone separation in the gas-liquid separation tank, the fluid is designed to have maximum centrifugal force inside the separation system. In addition, most viscous liquids such as oil were separated through cyclone, and vane plates were installed to remove the remaining liquid substances with high efficiency.
유수분리조 : 기액분리조에서 유입된 지하수는 유수분리조로 옮겨져서 위에 부유하는 유류성분을 분리하여 제거한다. 유수분리조에 존재하는 조절레버를 이용하여 물에 부유되어 있는 유류오염층의 분리정도를 조정할 수 있다. 분리된 유류오염물은 연결된 별도의 수거탱크에 저장된다. Oil-water Separation Tank: The groundwater introduced from the gas-liquid separation tank is transferred to the oil-water separation tank to separate and remove the oil components suspended above. The control lever in the oil / water separation tank can be used to adjust the degree of separation of the oil contaminant in the water. Separate oil contaminants are stored in separate collection tanks.
에어 스트리퍼 시스템 : 기액분리기를 거쳐 공급된 지하수에 용해된 VOCs 성분을 제거하기 위한 설비이다. 저장탱크내로 공기 주입에 의해 폭기되어 지하수내의 VOCs를 휘발시켜 제거하며 휘발된 기상 VOCs 오염물질은 후단의 배출가스 처리시스템으로 이동하며 연결된 링 블로어(ring blower)에 의해 공기가 주입된다.Air stripper system: A facility to remove VOCs dissolved in groundwater supplied through a gas-liquid separator. The aeration by air injection into the storage tank volatilizes and removes the VOCs in the groundwater. The volatilized gaseous VOCs contaminants are transferred to the exhaust gas treatment system at the next stage and the air is injected by a connected ring blower.
배출가스 처리시스템 : 기액분리조와 에어 스트리퍼 시스템에서 발생한 VOCs를 제거하는 장치로 활성탄을 흡착제로 이용한다. Exhaust gas treatment system: Activated carbon is used as adsorbent to remove VOCs from gas-liquid separation tank and air stripper system.
추출용 분배관 : 루츠 블로어와 각 추출관정의 연결 분배관으로 총 26개의 다지관으로 설계하였다. 각 다지관은 가스유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브와 유량계(flowmeter)가 부착되어 각 추출관정별 추출량을 제어, 확인할 수 있게 하였다. Extraction tube for extraction: A total of 26 multi-column tubes were designed to connect Roots blower and each extraction tube. Each dodge pipe is equipped with a flow control valve and a flowmeter to control the gas flow rate to control and confirm the extraction amount of each extraction well.
주제어판(MCP:Main Control Panel) : 제어시스템으로 운전변경 및 현재 작동상태 확인 기능을 갖추고 있다. 내부에는 각종 계기판, 자동/수동 변환 스위치, 작동/정지 스위치, 타이머, 경고등 및 각 공정 별 센서를 갖추고 있다. 전체 시스템의 제어는 MCP에 의해 일시에 이루어질 수 있도록 하였다.Main Control Panel (MCP): This is a control system and is equipped with a function to change the operation and check the current operation status. Inside it is equipped with various instrument clusters, automatic / manual switching switches, start / stop switches, timers, warning lights and sensors for each process. Control of the entire system was made possible by the MCP at one time.
즉, 바이오슬러핑 시스템(200)은 배출펌프(sump pump) 및 관정을 통해 추출한 자유상 유류를 기액분리조(230), 유수분리조(240), 에어 스트리퍼 시스템(250), 배출가스 처리시스템(260) 등을 통해 선택적으로 회수하여 배출기준에 허용되는 범위에서 지하수를 재사용하기 위한 시스템인 것이다.
That is, the
결론적으로, 본 발명에 따른 투수성 반응벽체는 현장(In-situ) 기술로서, 종래의 유도부부착형(funnel and gate) 방법을 변경하여 양 날개 부분에 오염지하수를 유도할 수 있는 유공관을 설치하였으며, 투수성 반응벽체와 더불어 주입 및 추출 관정을 설치하여 화학적 분해제 및 미생물 영양분을 주입관정에 설치하고 추출관정은 자유상 오염물질을 제거하도록 하였으며, 또한 물질에 따른 화학적 분해제 및 다양한 오염물질의 처리 가능한 미생물의 도입을 통해 BTEX, TPH 등의 유류는 물론이고, TCE, PCE와 같은 염소화 용매(chlorinated solvents), 흙 입자들에 부착되지 않고 지하수에 농축되어 녹아있는 NO3-, SO4-, 및 Cr, Se, As 등을 함유하고 있는 음이온, 각종 중금속(Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn 등)을 포함한 양이온 등의 다양한 오염물질을 제거할 수 있다.
In conclusion, the permeable reaction wall according to the present invention is an in-situ technology, and has installed a perforated pipe that can induce contaminated groundwater on both wing portions by changing the conventional funnel and gate method. In addition, the injection and extraction wells were installed along with the permeable reaction wall to install chemical decomposers and microbial nutrients in the infusion wells, and the extraction wells were used to remove free phase contaminants. Through the introduction of microorganisms that can be treated, chlorinated solvents such as TCE and PCE, as well as oils such as BTEX and TPH, NO 3- , SO 4- , And various contaminants such as anions containing Cr, Se, As, and cations including various heavy metals (Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn, etc.).
이상과 같이 본 발명을 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments, which are only intended to describe the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains have various modifications or equivalent embodiments from the detailed description of the present invention. You will understand that it is possible. Therefore, the true scope of the present invention will be determined by the technical spirit of the claims.
100 : 투수성 반응벽체 101 : 생물학적 처리구역
102 : 화학적 처리구역 104 : 차단벽
105,106 : 자갈벽체 107,108 : 유공관
109 : 중간분리벽 111,112 : 모니터링 관정
113 : 인젝션 및 모니터링 관정
200 : 바이오슬러핑 시스템 210 : 루츠 블로어
220 : 추출용 분배관 230 : 기액분리조
240 : 유수분리조 250 : 에어 스트리퍼 시스템
260 : 배출가스 처리시스템 100: permeable reactive wall 101: biological treatment zone
102: chemical treatment area 104: barrier wall
105,106: Gravel wall 107,108: Perforated pipe
109: intermediate partition 111,112: monitoring well
113: Injection and Monitoring Well
200: bioslupping system 210: roots blower
220: distribution pipe for extraction 230: gas-liquid separation tank
240: oil and water separation tank 250: air stripper system
260: exhaust gas treatment system
Claims (10)
상기 투수성 반응벽체의 내부공간 전방에 형성된 생물학적 처리구역;
상기 투수성 반응벽체의 내부공간 후방에 흡착제를 포함하여 형성된 화학적 산화처리구역;
상기 생물학적 처리구역과 화학적 산화처리구역 사이에 형성된 중간분리벽을 포함하여 구성되며,
상기 중간분리벽은 모래를 충진하여 형성하되, 상기 모래의 입경은 상기 산화처리구역 내의 흡착제의 공극률보다 작은 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.In the permeable reaction wall for the purification of soil and groundwater contaminated with oil, heavy metals and chlorine compounds,
A biological treatment zone formed in front of the interior space of the permeable reaction wall;
A chemical oxidation treatment zone including an adsorbent behind an inner space of the permeable reaction wall;
It comprises an intermediate separation wall formed between the biological treatment zone and the chemical oxidation treatment zone,
The intermediate separation wall is formed by filling with sand, wherein the particle diameter of the sand is less than the porosity of the adsorbent in the oxidation treatment zone chemical and biological complex treatment type water permeable reaction wall for purification of soil and groundwater contamination.
상기 투수성 반응벽체는 유도벽부 부착형으로 형성된 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.The method of claim 1,
The permeable reaction wall is a chemical biological complex treatment type permeable reaction wall for the purification of soil and groundwater contamination, characterized in that formed in the attachment wall portion.
상기 투수성 반응벽체는 양 날개 부분에 오염지하수를 반응벽체 내부로 유도할 수 있는 유공관이 설치된 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체. The method of claim 2,
The permeable reactive wall is a chemical biological complex treatment type permeable reactive wall for the purification of soil and groundwater contamination, characterized in that the perforated pipe which can guide the contaminated groundwater into the reaction wall is installed on both wings.
상기 각 유공관은 두 지점에 모니터링 관정이 설치되고,
상기 모니터링 관정에는 별도로 오염물질을 추출하여 정화하는 바이오슬러핑 시스템이 연결되며,
상기 바이오슬러핑 시스템은,
상기 모니터링 관정 내부를 진공시켜 관정 주변의 지하수를 추출하는 루츠 블로어;
상기 모니터링 관정과 루츠 블로어 사이에 연결된 추출용 분배관;
상기 루츠 블로어에 의해 추출된 지하수를 기상 및 액상물질로 분리하는 기액분리조;
상기 기액분리조를 거친 지하수에서 유류성분을 분리하여 제거하는 유수분리조;
상기 기액분리조를 거친 지하수에서 VOCs 성분을 휘발시켜 제거하는 에어 스트리퍼 시스템;
상기 기액분리조와 에어 스트리퍼 시스템에서 발생한 기상 물질을 제거하는 배출가스 처리시스템을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.The method of claim 3,
Each of the perforated pipes are equipped with monitoring wells at two points,
The monitoring well is connected to a biosluffing system for extracting and purifying contaminants separately.
The biosluffing system,
A root blower for evacuating the inside of the monitoring well to extract groundwater around the well;
An extraction tube connected between the monitoring well and a roots blower;
A gas-liquid separation tank for separating the groundwater extracted by the roots blower into gaseous and liquid substances;
An oil and water separation tank for separating and removing oil components from the groundwater passing through the gas-liquid separation tank;
An air stripper system that volatilizes and removes VOCs components from the groundwater passed through the gas-liquid separation tank;
A chemical and biological complex treatment type water permeable reaction wall for purifying soil and groundwater pollution, characterized in that it comprises an exhaust gas treatment system for removing gaseous substances generated in the gas-liquid separation tank and the air stripper system.
상기 투수성 반응벽체 내외로 다수의 모니터링 관정(well)이 설치된 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.The method of claim 1,
A chemical and biological complex treatment type permeable reactive wall for purifying soil and groundwater contamination, characterized in that a plurality of monitoring wells are installed in and out of the permeable reactive wall.
상기 모니터링 관정 중 일부는 화학적 산화처리구역과 생물학적 처리구역에 각각 설치되어 화학적 산화제재와 생물학적 제재를 주입하는 주입정으로 이용되는 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.The method of claim 5,
Some of the monitoring wells are installed in chemical oxidation treatment zones and biological treatment zones, respectively, and are used as injection wells for injecting chemical oxidizing agents and biological agents. .
상기 반응벽체 두께는 다음의 식을 이용해 구해지는 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.
b = v ×t res × SF
b : 투수성 반응벽체의 두께(m)
v : 반응벽체 내부에서 지하수 유속(m/d)
tres : 반응벽체 내부에서 정화반응을 위해 필요한 시간 (d)
SF : 안전계수
The method of claim 1,
The reaction wall thickness is obtained by using the following formula, soil and groundwater contamination chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall.
b = v × t res × SF
b: thickness of permeable reactive wall (m)
v: groundwater flow rate in the reaction wall (m / d)
t res : the time required for the purification reaction in the reaction wall (d)
SF: Safety Factor
상기 모니터링 관정은 24개가 설치되며, 그 중 12개는 화학적 산화처리구역과 생물학적 처리구역에 각각 6개씩 설치되는 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.The method according to claim 6,
The monitoring wells are provided with 24, 12 of which are each 6 chemical oxidation treatment zone and biological treatment zone, characterized in that the chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for the soil and groundwater pollution purification.
상기 투수성 반응벽체의 전, 후방에 자갈을 충진하여 형성된 자갈벽체를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.The method of claim 1,
The chemical and biological complex treatment type permeable reaction wall for purifying soil and ground water pollution, characterized in that it further comprises a gravel wall formed by filling the gravel in front and rear of the permeable reaction wall.
상기 중간분리벽은 상기 화학적 산화처리구역의 산화제의 영향반경이 상기 생물학적 처리구역에 미치지 않도록 두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염 정화용 화학적 생물학적 복합처리형 투수성 반응벽체.
The method of claim 1,
The intermediate separation wall is chemically biologically complex treatment type water permeable reaction wall for soil and groundwater contamination, characterized in that the thickness is adjusted so that the radius of influence of the oxidant in the chemical oxidation treatment zone does not reach the biological treatment zone.
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