KR101339775B1

KR101339775B1 - 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치

Info

Publication number: KR101339775B1
Application number: KR1020120137805A
Authority: KR
Inventors: 박정훈; 조영태
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-12-11
Also published as: WO2014084507A1

Abstract

본 발명은 물이 저장되는 수조(10); 상기 수조(10)로부터 이송된 물을 가압하는 펌프(20); 상기 펌프(20)로부터 이송된 물을 저류하는 저류조(30); 상기 저류조(30)로부터 이송된 물을 상기 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하는 분배이송기(40); 상기 분배이송기(40)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하는 압력조절기(50); 상기 압력조절기(50)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수(아임계 상태의 물)를 생성하는 예열기(60); 및 상기 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에서 오염물질을 제거하여 정화토양을 생성하는 반응기(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다

Description

아임계수를 이용한 오염토양 정화장치{Purification system for contaminated soil using subcritical water}

본 발명은 오염토양을 정화하는 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게, 유류, 중금속류, 다환방향족탄화수소류, 화약류, 농약류 등의 화학물질로 오염된 토양을 아임계수를 이용하여 정화하는 장치에 관한 것이다.

이상적인 녹색용매(ideal low-cost "green" solvent)로 불리우는 아임계수(subcritical water)는 넓은 범위의 온도와 압력을 가지고 있으며, 이들 조건에서 물의 특성은 다양하게 변화한다. 예를 들어, 물의 극성, 점성, 표면장력 등의 특성을 급격히 변화시킬 수 있다. 이들 다양한 특성을 이용하여 기존의 화학용매를 사용하지 않고 토양으로부터 오염물질의 추출 제거효과를 가져올 수 있는 큰 장점이 있다.

일반적으로 물은 1 대기압에서 끓는점이 100℃이다. 그러나 고압상태에서는 온도를 올려도 액체상태를 유지한다. 이러한 상태를 가진 물을 아임계수라고 한다. 온도를 374℃이상으로 올리면 초임계수 상태로 된다. 본 발명에서 사용되는 아임계수(subcritical water)란 온도 100 ~ 374℃, 압력 4 ~ 400bar 범위의 물이다. 또한, 아임계수의 온도에 따른 유전상수(ε)는 2 ~ 50 범위 이내로 메탄올(ε= 32)및 에탄올(ε= 24) 등 유기용매와 비슷하기 때문에 아임계수와 비슷한 용해특성을 갖는다. 상온 상압상태 물의 유전상수는 ε= 79로 이 상태에서 물에 용해되지 않는 물질도 아임계 상태에서 용해, 추출될 수 있다.

해상에서의 원유유출과 선박전복사고로 인한 기름유출과 전국 주유소 및 유류저장탱크의 유출로 인한 토양오염이 빈번히 발생하고 있다. 이러한 오염토양에서 분자량이 크고 휘발성이 없는 고분자성 유류 및 벤젠고리가 두 개 이상으로 이루어진 화합물인 다환방향족탄화수소는 잔류성과 축적성을 가지고 있으며 난분해성 물질이다. 유류 및 PAHs로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원하기 위해서 생물학적인 방법과 물리화학적 방법이 많이 활용되고 있다.

종래 오염된 토양으로부터 유기 오염물질을 처리하는 주된 기술에는 토양세척, 증기추출 등의 방법이 있다. 토양세척 기술은 오염된 토양을 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합되어 있는 유해 유기오염물질을 분리시켜 처리하는 기법이고, 증기추출은 불포화 수층에서 토양을 진공펌프로 진공상태로 만들어 토양으로부터 휘발성, 준휘발성 오염물질을 제거하는 복원기술이다. 토양의 물리화학적 특성이 오염물질의 탈착속도, 생물학적 이용성 등에 영향을 미치며, 또한 오염토양의 정화 및 복원에도 영향을 미친다. 이러한 기술들을 적용 할 경우 적절한 세척제 선택이 필요하며, 용해된 오염물질에 대한 2차 처리 비용이 발생할 수 있으며, 준 휘발성 오염물질들인 경우 처리시간이 길어지고 비효율적인 단점이 있다.

또한, 이들 처리방법들은 고농도로 오염된 토양처리에 한계가 있으며, 고농도 오염토양은 일반적으로 소각처리를 한다. 소각처리의 경우 고비용으로 처리가 되며, 소각 후 대기 오염 방지를 위한 복잡한 처리시설이 요구된다.

이에 대해, 국내ㅇ외의 대학, 연구소, 산업체에서는 식품가공, 고분자 물질의 분해, 폐기물을 처리하기 위한 초(아)임계 유체에 의한 산화반응에 대한 연구가 많이 진행되었다. 초(아)임계 유체 내에 산소, 과산화수소 등을 첨가함으로써 산화반응을 극대화시킬 수 있다. 그러나 초(아)임계 유체 내에서 산화반응은 산화반응 장치에 대한 부식성이 증가하여 추출 및 반응 용기가 파괴되는 요인이 될 수 있고 부식방지를 위한 장치의 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 산화분해 반응에서 생성된 물질들로 인한 2차 처리도 필요한 상황이다. 반면에 산화반응을 억제한 아임계수에 의한 추출에서는 일정 압력을 유지하는 조건에서 물을 고온으로 증가시켜 유전상수 및 극성이 감소된 아임계수를 이용하여 토양 내 오염물질들을 효과적으로 추출한다. 이는 산화반응과 달리 환경 내 오염물질을 추출하는데 있어 사용되는 유기 용매량을 획기적으로 줄일 수 있고, 유기오염물의 분해를 최소화시키고, 처리 후 과정이 단순한 특징이 있는 토양 정화 방법이다. 유기성 오염물질로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원하기 위해서 기존 방법들의 한계를 극복하고, 순수한 물을 이용하여 오염물질을 제거하고, 잔류성 오염물질의 제거 효율을 높이고, 경제적으로 처리할 수 있도록 아임계수를 이용한 토양정화장치에 대한 개발이 여전히 요구되고 있다.

이에 대해 본 출원인은 한국등록특허 제1038686의 아임계수를 이용한 오염토양 정화 방법을 개시하여 상술한 문제점을 해결하려고 하였다.

그러나 종래기술은 반응기 및 분리기를 통해 분리된 오염물질이 후방 압력조절기를 통과하면서 후방 압력조절기의 막힘과 고장이 잦은 문제점이 있다.

또한, 종래기술은 후방 압력조절기가 목표압력에 도달하지 못하거나 내부 막힘으로 인해 압력 부하가 증가되는 문제점이 있다.

특히, 종래기술은 아임계수로 추출된 물의 재사용이 불가능한 문제점이 있다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 아임계수를 이용한 토양정화장치의 개발이 필요한 실정이다.

한국등록특허 제1038686호 (2011.05.03)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압력조절기의 과부하를 방지할 수 있고 아임계수로 추출된 물의 재사용이 가능한 아임계수를 이용한 토양정화장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 아임계수를 이용한 토양정화장치(1000)는 물이 저장되는 수조(10); 상기 수조(10)로부터 이송된 물을 가압하는 펌프(20); 상기 펌프(20)로부터 이송된 물을 저류하는 저류조(30); 상기 저류조(30)로부터 이송된 물을 상기 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하는 분배이송기(40); 상기 분배이송기(40)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하는 압력조절기(50); 상기 압력조절기(50)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수(아임계 상태의 물)를 생성하는 예열기(60); 및 상기 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에서 오염물질을 제거하여 정화토양을 생성하는 반응기(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아임계수를 이용한 토양정화장치(1000)는 상기 반응기(70)로부터 이송된 오염물질이 혼합된 아임계수를 냉각하여 오염물질이 혼합된 상온의 물을 생성하는 열교환기(80); 상기 열교환기(80)로부터 이송된 오염물질이 혼합된 상온의 물을 비중차이에 의해 선별하여 침전물을 외부로 배출하고 부유물이 혼합된 상온의 물을 유속조절기(100)로 배출하는 비중선별기(90); 상기 비중선별기(90)로부터 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하는 유속조절기(100); 및 상기 유속조절기(100)로부터 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 부유물을 외부로 배출하고 상온의 물을 상기 수조(10)로 배출하는 밀도분리기(110);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응기(70)는 상기 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 상기 반응기(70)의 내부에 적재된 오염토양에 연속적으로 통과시키는 연속모드로 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응기(70)는 상기 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 상기 반응기(70)의 내부에 적재된 오염토양에 주기적으로 통과시키는 주기모드로 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응기(70)는 상기 반응기(70)의 내부에 설치되며 오염토양이 적재되는 메쉬바스켓(71)과, 상기 메쉬바스켓(71)에 적재된 오염토양이 상기 예열기(60)와 열교환기(80)로 배출되지 않도록 상기 메쉬바스켓(71)의 소정 부분을 둘러싸는 필터(72)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메쉬바스켓(71)은 상기 반응기(70)에서 탈착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응기(70)는 상기 반응기(70)의 상단과 연통되어 상기 반응기(70)의 내부에 적재된 정화토양에 스며든 물에 의해 발생하는 증기를 외부로 배출하여 정화토양을 건조하는 반응기건조밸브(73)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응기(70)는 상기 반응기(70)의 외면에 감기는 냉각코일(74-1)과, 상기 냉각코일(74-1)에 냉열을 제공하는 냉각수단(74-2)와, 상기 반응기(70)와 일정간격 이격되어 설치되는 냉각팬(75)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력조절기(50)와 예열기(60)에 의해, 4bar 내지 400bar의 압력조건과 100도 내지 374도의 온도조건을 가진 아임계 상태의 물이 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비중선별기(90)는 상기 비중선별기(90)의 하단과 연통되어 침전물과 유속조절기(100)로 배출되지 못한 부유물을 배출하는 비중선별기배출밸브(91)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000`)는 상기 예열기(60)와 반응기(70)를 둘러싸며, 상기 예열기(60)와 반응기(70)에 열을 제공하여 보온하는 보온기(120);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치는 수조, 펌프, 저류조, 및 분배이송기가 구성됨으로써, 분배이송기를 이용하여 압력조절기로 이송되는 물의 양의 조절이 가능하여 압력조절기의 과부하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치는 반응기, 열교환기, 비중선별기, 유속조절기, 밀도분리기가 구성됨으로써, 아임계수로 추출된 물의 재사용이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 반응기는 반응기건조밸브가 구성됨으로써, 반응기에 적재된 정화토양을 용이하게 건조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 반응기는 냉각코일, 냉각수단, 및 냉각팬이 구성됨으로써, 아임계수로 인한 반응기의 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 비중선별기는 비중선별기배출밸브가 구성됨으로써, 비중선별기에 잔류하는 오염물질을 용이하게 배출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치는 보온기가 구성됨으로써, 예열기와 반응기의 내부에 위치하는 아임계수의 온도가 보온되어 아임계수의 아임계 상태가 용이하게 유지될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치를 나타낸 개략도
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치를 나타낸 개략도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000)는 수조(10), 펌프(20), 저류조(30), 분배이송기(40), 압력조절기(50), 예열기(60), 반응기(70), 열교환기(80), 비중선별기(90), 유속조절기(100), 밀도분리기(110)를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000)에 있어서, 아임계수를 생성하는 구성요소는 수조(10), 펌프(20), 저류조(30), 분배이송기(40), 압력조절기(50), 예열기(60)이며, 아임계수를 이용하여 오염토양을 정화하는 구성요소는 반응기(70)이며, 오염물질이 혼합된 아임계수를 다시 물로 재활용하는 구성요소는 열교환기(80), 비중선별기(90), 유속조절기(100), 밀도분리기(110)이다.

수조(10)는 아임계수를 생성하기 위한 물이 저장되는 수조(10)이다. 이 때, 수조(10)에 저장된 물은 무기물질이 함량이 낮은 물 또는 공정 내에서 재활용 되는 물일 수 있다.

펌프(20)는 수조(10)로부터 이송된 물을 가압하며, 통상의 산업용 펌프(20)를 사용하므로 이하 상세한 설명은 생략한다.

저류조(30)는 펌프(20)로부터 이송된 물을 저류한다. 좀 더 상세하게, 저류조(30)는 펌프(20)에 의해 가압된 물을 임시적으로 저류(저장)한다.

분배이송기(40)는 저류조(30)로부터 이송된 물을 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하며, 3방향솔레노이드밸브로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

또한, 분배이송기(40)는 물의 분배비율을 제어하는 분배센서(미도시)가 설치될 수 있다.

분배센서는 분배이송기(40)가 물을 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배하는 비율을 제어하여 압력조절기(50)로 많은 양의 물이 이송되는 것을 방지한다.

압력조절기(50)는 분배이송기(40)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 및 감압한다. 여기에서, 물의 아임계 상태의 압력조건은 4 bar ~ 400bar 일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 4bar ~ 100bar 일 수 있다.

예열기(60)는 압력조절기(50)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수를 생성한다. 여기에서, 물의 아임계 상태의 온도 조건은 100 ~ 374 도일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 100 ~ 275도 일 수 있다.

반응기(70)는 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에서 오염물질을 제거하여 정화토양을 생성하며, 오염물질이 혼합된 아임계수를 열교환기(80)로 배출한다.

또한; 반응기(70)는 아임계수를 반응기(70)의 내부에 적재된 오염토양에 연속적으로 통과시키는 연속모드로 작동될 수 있으나, 아임계수를 일정 시간 간격을 두고 반복적으로 통과시키는 주기모드로 작동되는 것이 바람직하다. 이는 반응기(70)가 주기모드로 작동되는 것이 연속모드로 작동되는 것보다 오염토양의 오염물질제거비율을 극대화할 수 있기 때문이다. 이에 대해서는, 하기 비교예 및 실시예에 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

또한, 반응기(70)는 메쉬바스켓(71), 필터(72), 반응기건조밸브(73), 냉각코일(74-1), 냉각수단(74-2), 냉각팬(75)를 포함하여 구성된다.

메쉬바스켓(71)은 반응기(70)의 내부에 대응하는 형태로 형성되어 오염토양이 적재되어 반응기(70)의 내부에 설치된다. 또한, 메쉬바스켓(71)은 반응기(70)에서 탈착 가능하게 설치되는데, 반응기(70)의 외표면에 도어(미도시)가 설치되어 탈착될 수 있다.

필터(72)는 메쉬바스켓(71)에 적재된 오염토양이 열교환기(80)로 배출되지 않도록 메쉬바스켓(71)의 예열기(60) 및 열교환기(80)와 연통된 소정 부분을 덮는다.

반응기건조밸브(73)는 반응기(70)의 상단과 연통되어 금속바스켓에 적재된 정화토양에 스며든 아임계수에 의해 발생하는 증기를 외부로 배출하여 정화토양을 건조하는 역할을 한다.

냉각코일(74-1), 냉각수단(74-2), 냉각팬(75)은 반응기(70)가 예열기(60)로부터 이송된 아임계수에 의해 과열되는 것을 방지하고, 오염토양의 정화공정완료 후 고온 상태에 있는 반응기(70)를 상온상태로 냉각하기 위한 구성이다.

냉각코일(74-1)은 반응기(70)의 외면에 스프링형태로 감기며, 열전도율이 높은 금속재질로 이루어질 수 있다.

냉각수단(74-2)는 냉각코일(74-1)의 양단과 연결되어 냉각코일(74-1)의 양단에 냉열을 열전도하여 냉열을 제공한다.

냉각팬(75)은 반응기(70)와 일정간격 이격되어 반응기(70)에 냉풍을 제공한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 반응기는 반응기건조밸브가 구성됨으로써, 반응기에 적재된 정화토양을 용이하게 건조할 수 있는 효과가 있다.

비중선별기(90)는 열교환기(80)로부터 이송된 오염물질이 혼합된 상온의 물을 비중차이에 의해 선별하여 침전물을 외부로 배출하고, 부유물이 혼합된 상온의 물을 유속조절기(100)로 배출한다

또한, 비중선별기(90)는 비중선별기배출밸브(91)를 포함하여 구성될 수 있다.

비중선별기배출밸브(91)는 비중선별기(90)의 하단과 연통되어 침전물을 외부로 배출하고, 비중선별기(90)로부터 미처 유속조절기(100)로 배출되지 못한 부유물도 침전물과 함께 외부로 배출한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 비중선별기는 비중선별기배출밸브가 구성됨으로써, 비중선별기에 잔류하는 오염물질을 용이하게 배출할 수 있는 효과가 있다.

유속조절기(100)는 비중선별기(90)로부터 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하여 비중선별기(90)로부터 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물의 압력을 일정하게 조절한다. 이 때, 유속조절기(100)는 니들밸브로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

밀도분리기(110)는 유속조절기(100)로부터 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 부유물을 외부로 배출하고 상온의 물을 수조(10)로 배출한다. 즉, 물이 다시 재활용되는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치는 반응기, 열교환기, 비중선별기, 유속조절기, 밀도분리기가 구성됨으로써, 아임계수로 추출된 물의 재사용이 가능한 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000)를 이용하여 오염토양을 정화하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

1)정화대상 오염토양을 메쉬바스켓(71)에 적재하고 메쉬바스켓(71)의 소정부분을 바스켓필터(72)로 덮은 다음, 메쉬바스켓(71)과 바스켓필터(72)를 반응기(70)의 내부에 설치한다.

2)수조(10)에 저장된 물을 펌프(20)로 가압하여 순차적으로 저류조(30), 분배이송기(40), 압력조절기(50)로 이송한다. 이 때, 분배이송기(40)는 압력조절기(50)에 과부하가 걸리지 않도록 저류조(30)로부터 이송된 물 중 일부를 다시 수조(10)로 이송할 수 있다.

3)압력조절기(50)로 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하여 예열기(60)로 이송한다.

4)예열기(60)로 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수를 생성하여 반응기(70)로 이송한다.

5)반응기(70)로 이송된 아임계수를 반응기(70) 내부의 메쉬바스켓(71)에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에서 오염물질을 제거하고, 오염물질이 혼합된 아임계수를 열교환기(80)로 이송한다. 이 때, 반응기(70)는 연속모드나 주기모드로 작동될 수 있다. 또한, 반응기(70)는 아임계수에 의한 과도한 온도 상승이 방지될 수 있도록 냉각코일(74-1), 냉각수단(74-2), 냉각팬(75)에 의해 냉각될 수 있다.

6)열교환기(80)로 이송된 오염물질이 혼합된 아임계수를 냉각하여 오염물질이 혼합된 상온의 물을 생성한 다음, 비중선별기(90)로 이송한다.

7)비중선별기(90)로 이송된 오염물질이 혼합된 상온의 물을 비중차이에 의해 선별하여, 침전물을 비중선별기배출밸브(91)를 이용하여 외부로 배출하고 부유물이 혼합된 상온의 물을 유속조절기(100)로 이송한다. 이 때, 유속조절기(100)로 배출되지 못한 부유물이 발생한 경우, 비중선별기배출밸브(91)를 이용하여 침전물과 함께 외부로 배출할 수 있다.

8)유속조절기(100)로 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하여 밀도분리기(110)로 이송한다.

9)밀도분리기(110)로 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 부유물을 외부로 배출하고 상온의 물을 수조(10)로 배출한다.

이하 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000)를 이용하여 오염토양을 정화하는 방법의 실시형태를 비교예 및 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

[오염물질의 측정방법]

폐윤활유 오염토양을 아임계수 처리 장치로 처리한 후 오염된 토양의 잔류 석유계총탄화수소 농도는 다음과 같이 측정하였다. 처리장치에서 처리된 토양 시료(약 10g)를 250ml의 비이커에 옮긴 후 충분량의 무수황산나트륨을 넣어 잘 섞은 다음, GC분석용 디클로로메탄 100ml를 넣는다. 초음파추출기를 이용하여 3분간 추출을 하고 추출액을 5B여지를 깐 깔때기로 걸러낸다. 이런 조작을 2회 반복하여 얻은 추출액을 회전증발농축기로 2ml이 될 때까지 농축하고 방해물질의 제거를 위하여 농축된 추출액에 실리카겔 0.3g을 넣고 5분간 진탕하고 정치시킨 후 상등액을 2ml의 바이얼에 옮겨 기체크로마토그래피로 분석을 하였다. 기체크로마토그래피의 분석조건은 다음과 같다.

-분석조건-

검출기 : 불꽃이온화검출기(FID)

컬럼 : DB-5(30m * 0.32mm * 0.25μm)

온도 : 45℃(2분)->[10℃/분]->310℃(25분)

시료주입구 온도: 280℃

검출기 온도: 300℃

운반가스(헬륨): 2ml/분.

[비교예]

폐윤활유 오염토양을 준비하고, 폐윤활유 오염토양의 오염물질을 추출하여 석유계 총탄화수소 TPH 농도를 측정하고, 계산된 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예1]

폐윤활유 오염토양 10g을 반응기(70)에 메쉬바스켓(71)을 이용하여 적재하고, 압력이 50bar이고 온도가 275도인 반응기(70)에 적재된 폐윤활유 오염토양에 (연속적으로 통과시키는) 모드로 90분동안 통과시킨 후, 반응기(70)의 온도와 압력을 모두 상온, 상압으로 조절한 후, 반응기(70)에 적재된 폐윤활유 오염 토양에 잔류된 오염물질의 TPH 농도를 계산한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예2]

폐윤활유 오염토양 10g을 반응기(70)에 메쉬바스켓(71)을 이용하여 적재하고, 압력이 50bar이고 온도가 275도인 반응기(70)에 적재된 폐윤활유 오염토양에 (일정 시간 간격을 두고 반복적으로 통과시키는) 주기모드로 90분 동안 통과시킨 후, 반응기(70)의 온도와 압력을 모두 상온, 상압으로 조절한 후, 반응기(70)에 적재된 폐윤활유 오염 토양에 잔류된 오염물질의 TPH 농도를 계산한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	폐윤활유 오염토양
	추출시간(분)	TPH 농도(mg/kg)	제거율(%)
비교예(대조군)	-	69917
실시예1(연속모드)	90	43326	38
실시예2(주기모드)	90	7111	90

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 폐윤활유 오염 토양은 동일한 시간동안 주기모드로 처리하는 것이 연속모드로 처리하는 것보다 제거율이 크게 증가하는 것으로 판단된다.

이 때, 폐윤활유 오염 토양은 폐윤활유로 오염된 사양토를 이용하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치를 나타낸 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 다른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000`)는 보온기(120)를 더 포함하는 구성이 개시된다.

보온기(120)는 예열기(60)와 반응기(70)를 둘러싸며, 내부에 설치되는 전기히터(121)를 포함하여 구성되며, 전기히터를 이용하여 예열기(60)와 반응기(70)에 열을 제공하여 예열기(60)와 반응기(70)의 내부에 위치하는 아임계수를 아임계 조건의 온도로 유지시킨다.

또한, 보온기(120)는 예열기(60)의 일단에 설치되어 예열기(60)의 내부온도를 측정하는 제1온도센서(122)와, 반응기(70)의 일단에 설치되어 반응기(70)의 내부온도를 측정하는 제2온도센서(123)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제1온도센서(122)와 제2온도센서(123)를 이용하여, 예열기(60)와 반응기(70)의 내부에 위치하는 아임계수를 좀 더 정확하게 아임계 조건의 온도로 유지시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예 1에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치는 보온기가 구성됨으로써, 예열기와 반응기의 내부에 위치하는 아임계수의 온도가 보온되어 아임계수의 아임계 상태가 용이하게 유지될 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치를 나타낸 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000``)는 한 쌍의 압력게이지(131, 132)를 더 포함하는 구성이 개시된다.

한 쌍의 압력게이지(131, 132)는 하나가 압력조절기(50)와 예열기(60) 사이에 설치되어 압력조절기(50)로부터 예열기(60)로 이송되는 물의 압력을 측정하고, 나머지 하나가 비중선별기(90)에 설치되어 반응기(70)로부터 비중선별기(90)로 이송되는 오염물질이 혼합된 상온의 물의 압력을 측정하여, 그 압력측정값이 400bar 이상이면 이를 감지하여 모든 구성요소의 작동을 중단시킨다.

즉, 한 쌍의 압력게이지(131, 132)는 반응기(70)로 유입되는 물의 압력과 반응기(70)로부터 유출되는 (오염물질이 혼합된 상온의) 물의 압력을 측정하여 그 압력측정값이 400bar이상이면 이를 감지하여 모든 구성요소의 작동을 중단시켜, 반응기(70)의 압력이 과도하게 상승하여 폭발하는 것을 방지하는 역할을 한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000, 1000`, 1000`` : 본 발명의 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치
10 : 수조
20 : 펌프
30 : 저류조
40 : 분배이송기
50 : 압력조절기
60 : 예열기
70 : 반응기
71 : 메쉬바스켓 72 : 필터
73 : 반응기건조밸브 74-1 : 냉각코일
74-2 : 냉각수단 75 : 냉각팬
80 : 열교환기
90 : 비중선별기
91 : 비중선별기배출밸브
100 : 유속조절기
110 : 밀도분리기
120 : 보온기
121 : 전기히터
122 : 제1온도센서 123 : 제2온도센서
131, 132 : 압력게이지

Claims

물이 저장되는 수조(10);
상기 수조(10)로부터 이송된 물을 가압하는 펌프(20);
상기 펌프(20)로부터 이송된 물을 저류하는 저류조(30);
상기 저류조(30)로부터 이송된 물을 상기 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하는 분배이송기(40);
상기 분배이송기(40)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하는 압력조절기(50);
상기 압력조절기(50)로부터 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수(아임계 상태의 물)를 생성하는 예열기(60); 및
상기 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에서 오염물질을 제거하여 정화토양을 생성하는 반응기(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제1항에 있어서, 상기 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치(1000)는
상기 반응기(70)로부터 이송된 오염물질이 혼합된 아임계수를 냉각하여 오염물질이 혼합된 상온의 물을 생성하는 열교환기(80);
상기 열교환기(80)로부터 이송된 오염물질이 혼합된 상온의 물을 비중차이에 의해 선별하여 침전물을 외부로 배출하고 부유물이 혼합된 상온의 물을 유속조절기(100)로 배출하는 비중선별기(90);
상기 비중선별기(90)로부터 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하는 유속조절기(100); 및
상기 유속조절기(100)로부터 이송된 부유물이 혼합된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 부유물을 외부로 배출하고 상온의 물을 상기 수조(10)로 배출하는 밀도분리기(110);를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제2항에 있어서, 상기 반응기(70)는
상기 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 상기 반응기(70)의 내부에 적재된 오염토양에 연속적으로 통과시키는 연속모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제2항에 있어서, 상기 반응기(70)는
상기 예열기(60)로부터 이송된 아임계수를 상기 반응기(70)의 내부에 적재된 오염토양에 주기적으로 통과시키는 주기모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제2항에 있어서, 상기 반응기(70)는
상기 반응기(70)의 내부에 설치되며 오염토양이 적재되는 메쉬바스켓(71)과, 상기 메쉬바스켓(71)에 적재된 오염토양이 상기 예열기(60)와 열교환기(80)로 배출되지 않도록 상기 메쉬바스켓(71)의 소정 부분을 둘러싸는 필터(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제5항에 있어서, 상기 메쉬바스켓(71)은
상기 반응기(70)에서 탈착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제5항에 있어서, 상기 반응기(70)는
상기 반응기(70)의 상단과 연통되어 상기 반응기(70)의 내부에 적재된 정화토양에 스며든 물에 의해 발생하는 증기를 외부로 배출하여 정화토양을 건조하는 반응기건조밸브(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제5항에 있어서, 상기 반응기(70)는
상기 반응기(70)의 외면에 감기는 냉각코일(74-1)과, 상기 냉각코일(74-1)에 냉열을 제공하는 냉각수단(74-2)와, 상기 반응기(70)와 일정간격 이격되어 설치되는 냉각팬(75)을 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제2항에 있어서,
상기 압력조절기(50)와 예열기(60)에 의해, 4bar 내지 400bar의 압력조건과 100도 내지 374도의 온도조건을 가진 아임계 상태의 물이 생성되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제2항에 있어서, 상기 비중선별기(90)는
상기 비중선별기(90)의 하단과 연통되어 침전물과 유속조절기(100)로 배출되지 못한 부유물을 배출하는 비중선별기배출밸브(91)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.
제2항에 있어서, 상기 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치는
상기 예열기(60)와 반응기(70)를 둘러싸며, 상기 예열기(60)와 반응기(70)에 열을 제공하여 보온하는 보온기(120);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화장치.