KR101639691B1 - 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세토양 세척장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내측 공간부에 액체 매질이 수용되는 외부수조; 상기 공간부에 배치되어 상기 외부수조와 상호 이격되는 2중 수조구조를 이루되, 이격된 간격에 상기 액체 매질이 채워지게 되고, 바닥면에는 하측으로 연통 구조인 배출구가 형성된 세척공간이 마련되는 내부수조; 상기 공간부에 구성되며 상기 내부수조와는 이격 배치되는 하나 이상의 초음파진동자; 상기 내부수조에 구성되며 회전축이 수직방향으로 배치되는 교반날개를 포함하는 교반수단;을 포함하여 토양의 표면 측 오염물 제거만이 아닌 전체적인 세척이 가능하며, 또한 물 및 약품 사용량을 현저히 줄이고도 세척효율이 향상되어 기존에 폐기되는 미세토양에 대한 활용이 가능한 장점이 있는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치에 관한 것이다.

Description

미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치{ULTRASONIC WASHING APPARATUS FOR PURIFYING POLLUTED SOIL}

본 발명은 미세토양 세척장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유류 및 중금속으로 복합오염된 미세토양을 세척하도록 구성되는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치에 관한 것이다.

급속한 산업발전과 인간생활의 결과에 의해 여러 오염물질이 토양을 오염시키고 있는 실정으로서 유기물, 무기염류, 중금속류 및 기름 등이 토양을 오염시키는 주 원인이 된다. 그 중 유기물은 토양 중의 미생물 등에 의해 분해되고, 무기염류도 비에 용해되기 때문에 그다지 문제가 되지는 않는 반면, 중금속과 기름에 의해 오염된 토양은 오염물질이 물에 잘 녹지 않고 토양에 계속 잔류·축적되어 가기 때문에 토양 오염은 더욱 가중되고, 결국은 이러한 오염물질이 여러 경로를 거쳐 인체내에 축적되어 여러 질병을 유발하는 문제가 발생되었다.

이러한 토양 오염에 대한 종래의 오염토양 세척 방식은 대개 토양의 분쇄, 수세척, 중금속 제거의 일반적인 기술에 불과하며 유류물질, 중금속 등의 오염물의 제거 효율이 떨어지며, 토양의 표면 측 오염물 제거에만 한정되어 있다. 특히, 미세토양의 경우는 세척제의 침투가 어려워 처리가 어려운 것이 현실이다.

따라서, 기존에는 물 또는 약품 등을 사용해 단순 세척하여 복원하기 쉬운 2mm 이상 크기의 토양만 정화 후 복원하고 그 이하 크기인 미세 토양은 정화하기에 물(약품) 등 비용이 많이 소요되거나 정화효과가 낮아 폐기하여 왔다.

대한민국 등록특허 제10-0404738호

따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 유류 및 중금속 등에 의해 오염된 미세토양에 대해 약품 사용량은 줄이되, 세척 효과가 향상되는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치는 내측 공간부에 액체 매질이 수용되는 외부수조; 상기 공간부에 배치되어 상기 외부수조와 상호 이격되는 2중 수조구조를 이루되, 이격된 간격에 상기 액체 매질이 채워지게 되고, 바닥면에는 하측으로 연통 구조인 배출구가 형성된 세척공간이 마련되는 내부수조; 상기 공간부에 구성되며 상기 내부수조와는 이격 배치되는 하나 이상의 초음파진동자; 상기 내부수조에 구성되며 회전축이 수직방향으로 배치되는 교반날개를 포함하는 교반수단;을 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

이때, 상기 내부수조는 바닥면이 상기 배출구를 향해 하향 구배가 형성되는 것이 특징이다.

또한, 상기 배출구에는 차단 밸브가 구비된 배출관이 하측으로 연장되도록 상기 외부수조에 결합되되, 상기 배출관의 내측은 상기 공간부와 차단 구조로 구성되는 것이 특징이다.

일례로써, 상기 배출관은 상기 내부수조와 결합되며 하단에 제 1플랜지가 형성되는 상배출관; 상단에 제 2플랜지를 형성하여 상기 외부수조의 바닥면이 개재된 상태로 상기 제 1플랜지 함께 볼팅 결합되며 상기 외부수조의 하측으로 연장되는 하배출관;을 포함하되, 상기 하배출관에는 차단 밸브가 마련되는 것이 특징이다.

한편, 상기 배출관 내부에는 상기 회전축에 연결되어 회전축의 회전시 연동하는 스크류날개가 구성되되, 상기 스크류날개가 회전함에 따라 상기 배출관으로 유입되는 오염토양이 상기 내부수조로 역류하도록 구성되는 것이 특징이다.

다른 예로써, 상기 배출관에는 공기발생장치와 연결되는 하나 이상의 분사노즐이 상기 내부수조를 향하도록 구성되는 것이 특징이다.

이때, 상기 분사노즐과 인접한 상측에는 상기 배출관의 내주연을 따라 가드부재가 구성되되, 상기 가드부재는 단면이 3각형 형상인 것이 특징이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치는 매질을 통한 초음파진동자의 물리적 진동 작용에 의한 세척작용과 교반수단의 효과적인 교반작용에 의해 토양의 표면 측 오염물 제거만이 아닌 전체적인 세척이 가능하며, 또한 물 및 약품 사용량을 현저히 줄이고도 세척효율이 향상되어 기존에 폐기되는 미세토양에 대한 활용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치의 일 실시 예를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 분해도.
도 3은 본 발명의 일 구성인 스크류날개의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 구성인 분사노즐의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 다른 실시 예를 나타내는 도면.

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.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치의 일 실시 예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 분해도이며, 도 3은 본 발명의 일 구성인 스크류날개의 일 실시 예를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 구성인 분사노즐의 일 실시 예를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치는 미세토양에 대해 물리적 진동(음파) 작용을 이용하여 약품 사용량을 줄임과 동시에 세척효율을 향상시키는 것으로 외부수조(100), 내부수조(200), 초음파진동자(300) 및 교반수단(400)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 상기 구성들에 대한 보다 구체적인 설명을 한다.

상기 외부수조(100)는 내측에 공간부가 마련되며 공간부에는 액체의 매질이 수용되는 것으로, 이때, 상기 매질로는 물 또는 혼합액이 사용될 수 있으며, 이하에서 설명하게 될 초음파진동자(300)의 진동이 매질을 통해 미세토양에 간접조사될 수 있게 된다.

또한 상기 외부수조(100)에는 매질의 교체 등을 위해 배수구(110)가 더 구성될 수 있다.

상기 내부수조(200)는 상기 공간부에 배치되어 상기 외부수조(100)와 상호 이격된 상태로 2중 수조 구조를 취하도록 구성되는 것으로, 외부수조(100)와의 이격된 간격에는 상기 매질이 채워지게 된다.

또한, 상기 내부수조(200)의 내측에는 세척공간이 마련되는데, 이때 상기 세척공간의 바닥면에는 하부와 연통되는 배출구(210)가 마련된다.

세척공정 시에 상기 세척공간에 오염된 미세토양을 투입하여 세척하게 되는 것이고 세척 공정을 마친 후 세척된 미세토양은 상기 배출구(210)를 통해 중화조(미도시) 등에 전달하여 이후 공정을 수행하도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 내부수조(200)의 바닥면은 상기 배출구(210)를 향해 하향 구배가 형성되도록 구성하여 토양에 대한 자연유하 배출이 가능토록 구성시킴이 바람직하다.

한편, 상기 외부수조(100) 및 내부수조(200)는 상면이 개방된 구조로 구성되어 외부수조(100)와 내부수조(200)의 착탈이 가능하며 내부수조(200)의 미세토양 및 정화약품의 투입이 용이하도록 구성시킴이 바람직하다.

또한, 미세토양은 상면이 개방된 내부수조(200)에 컨베이어 또는 정량펌프를 이용하여 투입되도록 구성할 수 있으며, 산화제, 용출제 등 토양 정화를 위한 약품 역시 투입되는 미세토양의 양 대비 설정된 양만큼 미세토양과 함께 투입되도록 구성될 수 있다.

이어서, 상기 초음파진동자(300)는 상기 공간부에 하나 이상 구성되는 것으로 상기 내부수조(200)와는 소정간격 이격 배치되어, 초음파진동자(300)의 물리적 진동이 매질을 통해 내부수조(200)에 전달되도록 구성된다.

상기와 같이 초음파진동자(300)를 통해 실시되는 초음파 공정은 인간의 가청주파수에 비해 높은(> 18kHz)의 초음파를 이용하는 공정으로써, 초음파가 압축, 팽창을 반복하면서 액체의 매질에 조사되면 액체 분자간 거리가 좁아졌다가 넓어짐을 반복하는데, 분자간 거리가 액체를 유지할 수 있는 거리에 비해 커지면 공동(cavity), 즉 공기방울이 형성되게 되고, 공동은 초음파의 에너지를 공기방울에 농축시키는 역할을 하게 된다.

이 공기방울이 붕괴될 때 고온 고압이 발생하며(5000K, 500atm), 이에 의해 화합물을 분해할 수 있게 된다. 이 외에 공기방울과 액체 계면에 초임계 상태 형성 등이 오염물 분해 메커니즘으로 작용하게 된다.

붕괴되는 공기방울 내부는 온도와 압력이 매우 높아 유기물의 직접적인 열분해가 일어나며, 계면에서는 온도가 높고 온도경사가 매우 커, 많은 양의 OH라디칼이 이동하고 이에 따라 오염물 농도가 높을 때 대부분의 분해가 이곳에서 일어나게 된다.

또한, 초음파진동자(300)를 이용한 초음파 공정을 이용할 경우 고체에 흡착된 중금속 용출이 촉진되는 원리를 이용하여 토양 내 중금속을 탈착시키는 작용이 적용되게 된다.

이어서, 상기 교반수단(400)은 상기 내부수조(200)에 구성되는 것으로 모터(410)와 연결된 회전축(420)이 수직방향으로 배치되어 내부수조(200)의 세척공간으로 연장되고 상기 회전축(420)에는 교반날개(430)가 구성되어 초음파를 이용한 미세토양의 세척공정 시 교반날개(430)를 회전시킴으로써 내부수조(200)의 세척공간에 투입된 미세토양에 대한 교반 작용이 수행되고 이로 인해 투입된 미세토양이 골고루 세척될 수 있어 세척효율이 향상될 수 있게 된다.

이때, 상기 교반날개(430)는 도시된 바와 같은 형태로 구성할 수 있으나, 그 밖에도 교반 효율이 증대되도록 교반날개(430)가 다양한 형태를 취하도록 구성시킬 수 있음은 자명한 바이다.

한편, 상기 배출구(210)에는 배출구(210)와 연통하여 하측으로 연장되는 배출관(500)이 더 구성되는데, 상기 배출관(500)에는 배출관(500)의 개폐를 제어하는 차단 밸브를 구비하여 세척공정 시 세척중인 미세토양이 배출관(500)을 통해 하부로 유입되는 것을 차단할 수 있게 된다.

또한, 상기 배출관(500)은 상기 내부수조(200)의 세척공간과 연통되는 것으로 상기 외부수조(100)의 공간부와는 차단구조로 구성된다.

이러한 상기 배출관(500)은 도 2에 도시된 바와 같이 상배출관(510) 및 하배출관(520)을 포함하여 구성된다.

상기 상배출관(510)은 상기 내부수조(200)와 결합되며 하단에 제 1플랜지(512)가 형성되고, 상기 하배출관(520)은 상단에 제 2플랜지(522)를 형성하며 상기 외부수조(100)의 하측으로 연장되도록 구성되며, 상기 차단밸브(501)는 상기 하배출관(520)에 배치된다.

이때, 상기 제 1플랜지(512)와 제 2플랜지(522)는 그 사이에 상기 외부수조(100)의 바닥면이 개재된 상태로 볼팅 결합되는 것으로 상기 배출관(500)은 상기 외부수조(100)의 바닥면에 고정되는 것으로, 매질의 유출을 방지하기 위해 각 플랜지와 외부수조(100)의 바닥면 사이에는 패킹(530)이 더 구성될 수 있다.

바람직하게는 상기 외부수조(100)의 바닥면에는 상기 배출관(500)이 고정되는 대응위치에 관통공(120)이 형성되어 상기 관통공(120)을 통해 배출관(500)이 통과하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 배출관(500) 내부에는 스크류날개(440)가 구성될 수 있는 바, 상기 스크류날개(440)에 의해 자연유하 구조인 내부수조(200)의 미세토양이 세척공정 중에 배출관(500)으로 유입되는 것을 제어함과 아울러 세척공간 내에서 교반 작용이 보다 활발히 수행될 수 있도록 구성된다.

이하에서는 도 3을 참조하여 상기 스크류날개(440)에 대해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

상기 스크류날개(440)는 도시된 바와 같이 상기 교반날개(430)로부터 하측으로 더 연장된 회전축(420)에 구성되는 것으로, 상기 스크류날개(440)는 상기 회전축(420)의 회전에 연동하도록 구성된다.

이때, 상기 스크류날개(440)의 형상은 도시된 바와 같이 나선형태로써 스크류날개(440)의 회전에 의해 배출관(500)으로 유입되는 미세토양을 도 3에서의 화살표와 같이 상측 즉, 내부수조(200)의 세척공간으로 밀어 올리는 구조로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 그 밖에도 스크류날개(440)의 형상은 스크류날개(440)의 회전시 배출관(500)으로 유입되는 미세토양을 상측으로 유동시키는 구조라면 어떠한 형태라도 무방하다.

또한, 상기 스크류날개(440)의 직경은 상기 배출관(500)의 내경 보다 작되, 상호 간 유격을 최소화시켜 미세토양의 제어에 유리하도록 구성시킴이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 기해 미세토양은 회전하는 교반날개(430)에 의해 교반되게 되고, 또한 내부수조(200)가 자연유하 구조로 되어 미세토양은 배출구(210) 측으로 유동하게 되며, 배출구(210)로 유입된 미세토양은 상기 스크류날개(440)의 작용에 의해 다시 교반날개(430)의 회전 반경 영역으로 상승하게 되는 것으로, 이러한 작용이 반복수행되면서 보다 효율적인 교반작용을 도모할 수 있게 되므로 결국 본 발명의 초음파 세척장치의 세척효율이 향상될 수 있게 되는 것이다.

이하에서는 도 4 내지 도 5를 참조하여 상기 배출관(500)에 분사노즐(610)이 더 구성되는 예에 대해 살펴본다.

먼저, 도 4에서와 같이 상기 분사노즐(610)은 하나 이상이 상기 배출관(500)에 구성되되, 분사노즐(610)이 향하는 방향이 내부수조(200)를 향하도록 구성하여 상기 실시 예에서와 같이 세척 공정시 배출구(210)를 통해 배출관(500)으로 유입되는 미세토양을 내부수조(200)의 세척공간으로 유동시키는 작용을 하게 된다.

이때, 상기 분사노즐(610)은 외부의 공기발생장치(600)와 연결되어 압축된 고압의 공기가 분사노즐(610)을 통해 분사되도록 구성된다.

또한, 도 5에서와 같이 상기 분사노즐(610)과 인접한 상측에는 상기 배출관(500)의 내주연을 따라 가드부재(620)가 더 구성될 수 있으며, 상기 가드부재(620)는 도시된 바와 같이 단면이 3각형 구조로 되어 자연유하 구조로 되어 미세토양이 분사노즐(610)에 직접 낙하하는 것을 방지하여 분사노즐(610)이 미세토양에 의해 폐색되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 가드부재(620)가 3각형 구조로 되어 분사노즐(610)의 대각방향에서 상기 가드부재(620)에 의해 분사 각이 차단되는 것을 방지하면서도 도시된 바와 같이 미세토양을 회전축(420) 기준으로 그 대각방향으로 유동(도 5 화살표 참조)시키도록 가이드 역할을 수행함으로써 미세토양은 교반날개(430)의 대향측 영역으로 유동시키게 되는데, 이는 교반날개(430)의 교반작용과 배출구(210)로 낙하하는 미세토양이 다시 대각방향의 교반날개(430)로 전달되는 작용이 반복 수행되면서 교반효율은 극대화될 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 외부수조 200 : 내부수조
300 : 초음파진동자 400 : 교반수단

Claims (7)

1. 내측 공간부에 액체 매질이 수용되는 외부수조; 상기 공간부에 배치되어 상기 외부수조와 상호 이격되는 2중 수조구조를 이루되, 이격된 간격에 상기 액체 매질이 채워지게 되고, 바닥면에는 하측으로 연통 구조인 배출구가 형성된 세척공간이 마련되는 내부수조; 상기 공간부에 구성되며 상기 내부수조와는 이격 배치되는 하나 이상의 초음파진동자; 및 상기 내부수조에 구성되며 회전축이 수직방향으로 배치되는 교반날개를 포함하여 구성되는 교반수단;을 포함하여 구성되는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치에 있어서,
   상기 내부수조는 바닥면이 상기 배출구를 향해 하향 구배로 구성되고,
   상기 배출구에는 차단 밸브가 구비된 배출관이 하측으로 연장되도록 상기 외부수조에 결합되되, 상기 배출관의 내측은 상기 공간부와 차단 구조로 구성되며,
   상기 배출관은 상기 내부수조와 결합되며 하단에 제 1플랜지가 형성되는 상배출관; 상단에 제 2플랜지를 형성하여 상기 외부수조의 바닥면이 개재된 상태로 상기 제 1플랜지 함께 볼팅 결합되며 상기 외부수조의 하측으로 연장되는 하배출관;을 포함하되, 상기 하배출관에는 차단 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 배출관 내부에는
   상기 회전축에 연결되어 회전축과 연동하는 스크류날개가 구성되되,
   상기 스크류날개가 회전함에 따라 상기 배출관으로 유입되는 오염토양이 상기 내부수조로 역류하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 배출관에는
   공기발생장치와 연결되는 하나 이상의 분사노즐이 상기 내부수조를 향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 분사노즐과 인접한 상측에는 상기 배출관의 내주연을 따라 가드부재가 구성되되,
   상기 가드부재는 단면이 3각형 형상인 것을 특징으로 하는 미세토양 정화를 위한 초음파 세척장치.
   

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