KR101368285B1 - 오염 토양 복원 시스템 및 그 시스템의 운전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염 토양을 미생물의 활성화에 적합하도록 유지하고, 경제적으로 운용할 수 있는 생물학적 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템 및 운전 방법에 관한 것이다. 본 발명은 송풍기, 미생물이 혼합된 오염 토양 내부에 설치되고 일단이 상기 송풍기에 연결되며 타단이 오염 토양 내부에 매몰되어 상기 오염 토양 내부로 외기를 공급하기 위한 복수의 송풍관, 흡입팬, 상기 오염 토양 내부에 삽입되고 일단이 상기 흡입팬에 연결되고 타단이 상기 오염 토양 내부에 매몰되어 상기 오염 토양의 공기를 외부로 추출하기 위한 최소한 하나의 흡입관, 상기 흡입관과 상기 흡입팬 사이의 상기 오염 토양의 공기 추출 경로상에 위치하며, 상기 오염 토양의 공기 중 산소 농도를 측정하기 위한 산소 센서 및 상기 산소 농도가 사전 설정된 하한치 미만일 때 상기 송풍기를 구동하며, 사전 설정된 상한치를 초과할 때 상기 송풍기의 구동을 중지하는 제어기를 포함하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 오염 토양을 미생물의 활성화에 적합하도록 유지하고, 경제적으로 운용할 수 있는 생물학적 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템 및 운전 방법을 제공할 수 있다.

Description

오염 토양 복원 시스템 및 그 시스템의 운전 방법{Recovery System for Polluted Soil And Operatio Methods Thereof}

본 발명은 오염 토양 복원 시스템 및 운전 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염 토양과 오염 물질을 분해하기 위한 미생물이 혼합 적치된 야적 공간에서 생물학적 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템 및 운전 방법에 관한 것이다.

종래 오염 토양의 복원 기술로는 토양으로부터 증기를 추출하여 토양의 기공에 잔류하는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds ; VOC)의 증발을 촉진시키는 증기 추출 기술(Soil Vapor Extraction)과 토양내 미생물에 산소를 주입함으로써 미생물의 생분해 능력을 증진시키는 생물학적 통기 공정(Biological Vent)을 들 수가 있다.

생물학적 통기 공정은 미생물을 복원대상인 오염 토양과 정량으로 배합하여 야적장에 굴착 매립하거나 적재한 후 적재된 오염 토양에 주기적으로 공기, 수분 및 영양분을 공급하여 미생물의 분해 작용에 의해 오염된 토양을 복원하는 기술이다. 생물학적 통기 공정에서는 공기의 공급을 위해 야적장 내부에 송풍관이 매설된다. 상기 송풍관은 지면에 수평 방향으로 일정 간격 배열되며, 통상적으로 복수개의 층을 형성한다.

도 1은 종래의 생물학적 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 처리 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 생물학적 분해 대상이 되는 오염 토양과 미생물의 혼합물로 이루어지는 오염 토양 적재 공간(S)이 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 적재 공간(S)은 지상에 제공될 수도 있으나, 이와 달리 지면을 굴착하여 매립한 것일 수도 있다.

상기 적재 공간(S) 내에는 복수 개의 송풍관(120)이 매설된다. 상기 송풍관(120)은 일정한 간격으로 지면에 평행하게 배치되는데, 적재 공간의 깊이 방향으로 다층으로 매설될 수도 있다. 상기 송풍관(120)으로는 통상적으로 다수의 공기 주입 홈이 형성된 다공관이 사용된다. 상기 송풍관(120)은 공급 배관(100)을 통해 송풍기(20)와 연결된다. 송풍기(20)의 구동에 의해 주입된 공기는 송풍관(120)으로 공기를 불어 넣으며, 송풍 공기는 송풍관의 공기 주입홈(도시하지 않음)을 통해 토양 내부로 토출된다.

상기 송풍기의 동작은 제어기(10)에 의해 제어된다. 통상적으로, 상기 제어기는 타이머(12)를 구비하며, 주어진 시간 스케줄에 따라 송풍기(20)를 구동한다. 예컨대, 상기 송풍기는 하루에 1시간 가동, 3시간 정지를 반복하는 식으로 동작한다. 그러나, 이와 같은 시스템 동작은 여러 가지 단점을 갖는다. 먼저, 이 시스템은 미생물이 산소를 필요로 하는 시기인데도 산소를 공급할 수 없게 되고, 산소가 충분한 상태에서도 산소가 과잉으로 공급되어 운전 비용의 낭비가 필연적으로 발생한다.

따라서, 오염 토양과 오염 물질을 분해하기 위한 미생물이 혼합 적치된 야적 공간에서 생물학적 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템에서 효율적이고 경제적인 시스템 및 그 운전 방법에 대한 요구가 있다.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 야적 공간을 미생물의 활성화에 적합하도록 유지하고, 경제적으로 운용할 수 있는 생물학적 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템 및 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 송풍기; 미생물이 혼합된 오염 토양 내부에 설치되고 일단이 상기 송풍기에 연결되며 타단이 오염 토양 내부에 매몰되어 상기 오염 토양 내부로 외기를 공급하기 위한 복수의 송풍관; 흡입팬; 상기 오염 토양 내부에 삽입되고 일단이 상기 흡입팬에 연결되고 타단이 상기 오염 토양 내부에 매몰되어 상기 오염 토양의 공기를 외부로 추출하기 위한 최소한 하나의 흡입관; 상기 흡입관과 상기 흡입팬 사이의 상기 오염 토양의 공기 추출 경로상에 위치하며, 상기 오염 토양의 공기 중 산소 농도를 측정하기 위한 산소 센서; 및 상기 산소 농도가 사전 설정된 하한치 미만일 때 상기 송풍기를 구동하며, 사전 설정된 상한치를 초과할 때 상기 송풍기의 구동을 중지하는 제어기를 포함하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템을 제공한다.

본 발명에서 상기 제어기는 상기 산소 농도가 사전 설정된 하한치 미만일 때 상기 송풍기의 구동을 시작하여 상기 산소 농도가 사전 설정된 상한치에 이를 때까지 상기 송풍기를 단속적 또는 연속적으로 구동되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어기는 상기 산소 농도가 사전 설정된 상한치에 이른 후 상기 산소 농도가 사전 설정된 하한치에 도달할 때까지 상기 송풍기의 동작을 중지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 산소 농도의 하한치는 대기 중 산소 농도의 20% 이내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 상기 산소 농도의 하한치는 12~17 체적%인 것이 좋다.

또한, 본 발명에서 상기 산소 농도의 상한치는 대기 중 산소 농도 이하이며, 바람직하게는 산소 농도의 상한치는 19~20.5 체적%인 것이 좋다. 가장 바람직한 구현에 있어서, 상기 산소 농도의 상한치는 20.0 체적%이다.

또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 오염 토양 내부의 산소 농도를 검출하는 단계; 상기 오염 토양 내부의 산소 농도가 사전 설정된 하한치 미만일 때 송풍기를 구동하고, 상기 오염 토양 내부의 산소 농도가 사전 설정된 상한치를 초과할 때 송풍기의 구동을 중지하여 상기 오염 토양 내부에 공기를 공급하는 공기 공급 단계; 및 상기 오염 토양 내부의 산소 농도가 상한치에서 상기 하한치로 감소할 때까지 상기 송풍기의 구동을 중지하는 공기 공급 중지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 복원을 위한 미생물 통기 공정을 제공한다.

본 발명에 따르면, 오염 토양을 미생물의 활성화에 적합하도록 유지하고, 경제적으로 운용할 수 있는 생물학적 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템 및 운전 방법을 제공할 수 있다.

특히 본 발명의 바람직한 실시예의 운전 방법에 따르면, 상한치 및 하한치 사이에서의 반복적인 산소 농도 변화에 대해 미생물은 적응 능력을 배양할 수 있고, 이로 인한 심각한 충격이 발생하지 않는다. 그러면서, 불필요한 송풍기의 운전을 방지하고 운전 기간 내내 미생물의 활성화 상태를 유지하므로, 경제적으로 시스템을 운용할 수 있게 한다.

도 1은 종래의 미생물 통기 공정을 이용한 토양 오염 복원 시스템을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미생물 통기 공정을 이용한 토양 오염 복원 시스템을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 토양 오염 복원 시스템의 작동 과정을 개략적으로 도시한 절차도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10 : 제어기
20 : 송풍기
30 : 산소 센서
40 : 흡입팬
100 : 공급 배관
120 : 송풍관
200 : 검출 배관
220 : 흡입관

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 오염 토양 복원 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 시스템은 송풍기(20), 공급 배관(100), 송풍관(120), 검출 배관(200), 흡입관(220), 산소 센서(30), 흡입팬(40) 및 제어기(10)로 구성된다.

송풍관(120)은 미생물과 오염 토양의 적재 공간(S) 내에 지면에 평행한 방향으로 다층으로 배치되어 있다. 상기 송풍관(120)은 상기 적재 공간(S) 내부로 공기를 주입하기에 적합하도록 매립된 부분의 대부분 또는 일부분이 다공관으로 구현되는 것이 바람직하다. 상기 각각의 송풍관(120)의 일단은 공급 배관(100)에 연결되며, 타단은 적재 공간 내에 매설된 상태로 유지된다.

상기 공급 배관(100)의 끝단은 송풍기(20)의 공기 주입구(도시하지 않음)에 연결되며, 상기 송풍기(20)의 송풍 동작에 의해 상기 송풍관(120)을 통해 상기 적재 공간(S) 내부로 공기가 유입되게 된다.

한편, 상기 적재 공간(S)의 적소에는 흡입관(220)이 배치된다. 상기 흡입관(220)은 복수의 배관이 적절한 간격을 형성하도록 배치된다. 상기 흡입관(220)은 매립된 부분의 대부분 또는 최소한 일부가 오염 토양 내부의 공기를 흡입하기에 적합하도록 다공관으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 흡입관(220)은 바람직하게는 지면에 대해 수직한 방향으로 상기 적재 공간(S) 내부로 삽입된다.

도시된 바와 같이, 상기 다수의 흡입관(220)은 검출 배관(200)으로 연결된다. 상기 검출 배관(200)의 끝단에는 흡입팬(40)이 부착된다. 상기 흡입팬(40)은 적재 공간(S) 내부의 기체를 상기 검출 배관(200)을 통해 추출한다. 상기 흡입팬(40)은 주기적 또는 상시 동작할 수 있다. 또한, 흡입팬(40)은 내부의 타이머 또는 상기 제어기(10)의 제어에 따라 동작할 수 있다.

상기 흡입팬(40)과 흡입관(220) 사이의 검출 배관(200)에는 산소 센서(30)가 구비된다. 상기 산소 센서(30)는 상기 검출 배관(200)의 내부에 설치될 수도 있고, 상기 검출 배관(200) 사이에 개재되는 배관 형태로 구현될 수도 있다.

통상적인 오염 토양 복원 기술은 초기에는 증기 추출 기술을 이용하고 적정 시점에서 생물학적 통기 공정으로 전환하는 것이 일반적이다. 본 발명은 후자의 생물학적 통기 공정에 관련된 것이지만, 검출 배관(200)으로 증기 추출 기술에 사용되는 추출 배관의 일부 또는 전부를 전용할 수도 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 검출 배관은 증기 추출 기술의 추출 배관과는 달리 VOC의 추출을 목적으로 하는 것이 아니라 산소 농도의 측정을 위해 사용되는 것이라는 점에서 양자의 기능은 전혀 상이하다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 흡입팬(40)의 동작에 따라 추출 공기의 유동 경로에 위치한 산소 센서는 공기의 유동 상태에서 산소의 농도를 측정한다. 본 발명에서 상기 산소 센서는 측정 농도 범위가 적재 공간에서 발생 가능한 산소 농도 범위를 커버하는 것이 바람직하며, 예컨대 상기 산소 센서는 10~25 vol % 범위의 산소 농도를 측정할 수 있어야 한다.

본 발명에서는 예컨대 하니웰(Honeywell Analytic)의 제품명 Sensepoint XCD가 사용될 수 있다. 상기 산소 센서는 산소의 농도를 부피 분율(vol %)로 표현한다.

본 발명의 제어기(10)는 송풍기(20), 흡입팬(40) 및 산소 센서(30)를 포함하는 시스템의 동작을 제어한다. 제어기(10)는 송풍기(20)를 구동하여 공급 배관(100) 및 송풍관(120)을 통해 오염 토양(S) 내부로 공기를 주입한다. 또한, 제어기(10)는 산소 센서(30)를 모니터링하여 추출 가스의 산소 농도에 따라 송풍기(20)의 구동을 제어한다. 또한, 본 발명에서 상기 제어기(10)는 흡입팬의 구동을 제어할 수도 있다.

상기 제어기(10)는 상기 산소 센서(30)로부터 검출된 산소 농도에 따라 송풍기(20)의 동작을 제어한다.

전술한 바와 같이, 상기 적재 공간(S) 내부의 산소 농도는 미생물의 활성화에 있어서 매우 중요하다. 본 발명에서 제어기는 적재 공간(S) 내의 산소 농도가 일정 범위 내에서 유지되도록 한다.

바람직하게는, 본 발명에서 제어기는 오염 토양 내의 적재 공간(S) 내의 산소 농도가 사전 설정된 하한치(CL) 미만일 경우 송풍기(20)를 구동한다. 송풍기의 구동은 산소 농도가 사전 설정된 상한치(CH)에 이를 때까지 지속되며, 이 기간 동안 적재 공간(S) 내의 산소 농도는 지속적으로 증가한다. 산소 농도가 상한치(CH)를 초과하면 제어기(10)는 송풍기(20)의 구동을 중지하는데 이 기간 동안 적재 공간 내의 산소 농도는 점차 감소한다. 산소 농도가 하한치 미만에 이르면 위 과정은 다시 반복되어 적재 공간(S) 내의 산소 농도는 상한치(CH) 및 하한치(CL) 사이에서 반복되는 증감 양상을 나타낸다.

도 3은 이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송풍기(20)의 동작을 설명하기 위한 절차도이다.

도 3을 참조하면, 산소 센서(30)에 의해 추출 가스의 산소 농도가 측정된다(S100).

측정된 산소 농도는 제어기(10)로 전송되며, 제어기(10)는 전송된 산소 농도가 사전 설정된 하한치(CL) 미만인지를 판단한다(S110).

산소 농도가 사전 설정된 하한치 미만일 경우, 제어기(10)는 현재 송풍기(20)의 구동 상태를 판별한다(S120). 만약 송풍기(20)가 구동(On) 상태일 경우, 송풍기는 계속 구동되며, 산소 센서는 산소 농도를 재측정한다(S100). 만약 송풍기(20)가 구동 상태가 아닐 경우, 상기 제어기(10)는 송풍기(20)를 구동하여 적재 공간 내부에 공기를 주입한다(S130).

산소 농도가 사전 설정된 하한치 이상일 경우, 제어기(10)는 산소 농도가 사전 설정된 상한치(CH)를 초과하는지를 판단한다(S140).

만약 산소 농도가 상한치를 초과하는 경우 제어기(10)는 송풍기(20)의 구동 상태를 판별한다(S150). 송풍기(20)가 구동 중일 경우 송풍기의 동작을 중지한다(S160). 만약, 송풍기(20)가 구동 중이 아닐 경우에는 제어기(10)는 송풍기(20)의 동작을 제어하지 않고 단계 S110으로 복귀한다.

이상 설명한 제어 동작은 다음과 같은 장점을 갖는다. 본 실시예에서 적재 공간(S) 내의 산소 농도는 사전 설정된 하한치 이상에서 실질적으로 유지될 수 있다. 따라서, 하한치를 미생물의 활성에 필요한 최소한의 값으로 설정할 경우 적재 기간 내내 미생물의 분해 작용이 원활히 유지될 수 있다.

본 발명에서 상기 산소 농도의 하한치는 미생물의 활성화 정도 및 전력 비용을 고려하여 적절히 설정된다. 본 발명자들의 경험에 따르면 상기 하한치는 대기 중의 산소 농도(20.9 체적%)로부터 20% 범위 내로 설정하는 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 예시적으로, 상기 하한치는 12~17 체적%일 수 있다.

본 발명에서 상기 산소 농도의 상한치는 대기 중의 산소 농도를 초과하지 않는다. 대기 중의 산소 농도에 근접할수록 산소 농도는 완만히 증가하게 되므로, 상기 상한치는 송풍기의 소모 전력을 고려하여 적절히 선정된다. 본 발명자들의 경험에 따르면, 상기 산소 농도는 19~20.5 체적%, 보다 바람직한 실제 구현에 있어서 상기 산소 20 체적%로 설정되는 것이 좋다.

본 발명에서 산소 농도 하한치에서 구동을 시작한 송풍기(20)는 산소 농도 상한치에 이를 때까지 구동을 지속한다. 따라서, 제어기(10)는 최소한의 송풍기 제어로 적재 공간(S) 내의 산소 농도를 일정 범위 내로 유지한다. 이와 같이 본 발명에서 제어기는 간단한 로직에 의해 구현 가능하므로, 복잡한 시스템 사양을 요구하지 않는다. 본 발명에서 산소 농도 하한치에서 상한치까지의 송풍기에 의한공기 공급은 연속적으로 이루어질 수도 있고 단속적으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제어기는 상기 송풍기의 공기 공급 단계에서 펄스 파형 등의 전원 공급을 통해 단속적으로 상기 송풍기의 동작을 제어할 수 있다. 이 예는 특히 송풍기의 과부하를 억제하는 견지에서 바람직하다.

이상과 같은 상한치 및 하한치 사이에서의 반복적인 산소 농도 변화에 대해 미생물은 적응 능력을 배양할 수 있고, 이로 인한 심각한 충격이 발생하지 않는다. 그러면서, 본 발명의 방법은 불필요한 송풍기의 운전을 방지하고 운전 기간 내내 미생물의 활성화 상태를 유지하므로, 경제적으로 시스템을 운용할 수 있게 한다.

Claims (10)

1. 송풍기;
   미생물이 혼합된 오염 토양 내부에 설치되고 일단이 상기 송풍기에 연결되며 타단이 오염 토양 내부에 매몰되어 상기 오염 토양 내부로 외기를 공급하기 위한 복수의 송풍관;
   상기 오염 토양 외부의 흡입팬;
   상기 오염 토양 내부에 매몰되어 상기 오염 토양의 공기를 외부로 추출하기 위한 최소한 하나의 흡입관;
   오염토양 외부에 설치되며 상기 흡입관과 흡입팬을 연결하는 검출배관;
   상기 검출배관에 설치되며 상기 오염 토양의 공기 중 산소 농도를 측정하기 위한 산소 센서; 및
   상기 산소 농도가 사전 설정된 하한치 미만일 때 상기 송풍기를 구동하며, 사전 설정된 상한치를 초과할 때 상기 송풍기의 구동을 중지하는 제어기를 포함하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 산소 농도가 사전 설정된 하한치 미만일 때 상기 송풍기의 구동을 시작하여 상기 산소 농도가 사전 설정된 상한치에 이를 때까지 상기 송풍기를 단속적 또는 연속적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 산소 농도가 사전 설정된 상한치에 이른 후 상기 산소 농도가 사전 설정된 하한치에 도달할 때까지 상기 송풍기의 동작을 중지하는 것을 특징으로 하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 산소 농도의 하한치는 대기 중 산소 농도의 20% 이내인 것을 특징으로 하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 산소 농도의 하한치는 12~17 체적%인 것을 특징으로 하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 산소 농도의 상한치는 대기 중 산소 농도 이하인 것을 특징으로 하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 산소 농도의 상한치는 19~20.5 체적%인 것을 특징으로 하는 미생물 통기 공정을 이용한 오염 토양 복원 시스템.
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