KR101780187B1 - 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조로 토양 중금속 제거용 비드를 신속하면서 안정적으로 제조할 수 있도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치에 관한 것으로, 본 제조 장치는 하부에 다리를 가지고, 내부에 염화칼슘 용액이 수용되며, 상부가 개방된 반응조와; 상기 반응조의 일측면에서 상부로 수직으로 설치되는 다수의 수직대와; 상기 반응조에 대응하여 상기 수직대의 상단에 부착되고, 내부에 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합물이 수용되며, 내측 하부에 경사면이 형성되고, 상기 혼합물이 일정한 분량으로 자유 낙하하도록 상기 경사면의 하단으로 하면에 수직으로 다수의 자유낙하 배출관이 형성되며, 상부가 개방된 혼합물 수용조와; 상기 반응조의 내부에 배치되어 고형화된 비드를 포집하는 그물망 형태의 포집망을; 포함한다.

Description

토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING BIOCHAR BEADS FOR REMOVING HEAVY METALS OF SOIL}

본 발명은 토양에 함유된 중금속을 제거하는데 사용되는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드를 제조하기 위한 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조로 토양 중금속 제거용 비드를 신속하면서 안정적으로 제조할 수 있도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치에 관한 것이다.

전세계적으로 산업발달의 가속화와 인구증가로 말미암아 부수적으로 발생하는 방대한 양의 도시, 산업, 준설, 광산, 핵 등의 폐기물과 사용량이 계속 증가하고 있는 화학약품, 유류, 농약 등과 같은 화학물질의 부적절한 취급과 처분으로 인하여 토양의 오염 심화되어 가고 있다.

일반적으로 공장지대, 금속광산 및 교통산업지구 부근의 지역에는 이례적으로 고농도의 중금속이 함유하고 있는 것으로 나타나고 있다. 각종 산업공단에서는 제품제조 및 공장가동을 위하여 많은 화학약품이 사용되고 있다. 특히 농경지, 군부대 등지에서는 탄약, 화학약품, 살충제 등이 많이 사용되고 있다. 그리고 금속광산 등지에서는 금속, 중금속 등의 유해물질이 발생되고 있다.

특히 이러한 지역은 Pb, Cd, Hg, As 그리고 기타 다른 중금속 등 여러 종류의 중금속으로 오염되어 있다. 최근에 생활권으로 유입되는 중금속의 양이 증가함으로써 이를 접하는 기회가 증가하게 되고 따라서 이의 처리에 대한 관심이 고조되고 있다.

이와 같은 화학약품에 포함된 중금속은 그 양을 측정할 수 없을 만큼 대량 발생되고 있는 실정이다. 이와 같은 중금속이 외부로 유출되게 되면 수질, 토양 등이 오염되게 된다. 이와 같이 토양이 중금속에 의해 오염될 경우 환경적인 측면에서는 인간 및 자연 생태계에 나쁜 영향 미친다.

따라서 중금속에 오염된 토양을 정화시키기 위한 노력 및 연구가 진행되어 왔다. 중금속 오염토양 정화에는 토양 세척, 동전기 추출, 토양 안정화, 매립차단 공법 등이 일반적으로 많이 사용되고 있다.

상기한 공법들 중 동전기 추출공법은 토양에 함유된 중금속을 직류전류를 이용하여 오염물질을 추출하는 공법이다. 동전기 추출공법은 오염토양으로부터 수용성 중금속을 중심으로 추출하며 일정 수준 이상의 수분함량을 유지하여만 높은 추출효율을 나타낸다. 일부 현장에서 약산성 중금속 용출용액을 사용하여 공법을 적용하는 사례도 있으나 중금속 용출에 한계가 있어 매우 제한적인 현장에서만 적용이 가능한 것이다.

또한 우리나라에서는 중금속에 오염된 토양에 흡착제, 침전제 등을 투입하여 중금속의 독성, 가용성, 이동성을 저감시키는 토양 안정화공법을 많이 적용하고 있으며, 석회, 제강슬래그 등을 안정화제로 많이 활용하고 있다. 토양에 투입된 석회, 제강슬래그는 토양 pH를 상승시켜 가용성이 높은 중금속을 수산화물 혹은 탄산염의 형태로 전환시킬 수 있으나, 계속적으로 발생하는 산성 강우와 중화제의 짧은 효용수명 등으로 인하여 토양 안정화공법 역시 장기적인 토양복원 효과를 담보할 수 없다는 문제점이 있다.

이에 지속성이 보장되면서 효과적으로 중금속을 제거할 수 있고 2차 오염의 발생이 현저히 저감되는 토양의 중금속 제거제의 개발이 절실히 요구되고 있고, 이와 같은 제거제를 신속하게 제조하는 장치의 개발이 절실한 실정이다.

공개특허 제2011-0008763호"토양 내 중금속 제거장치"(2011.01.27)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 간단한 구조로 토양 중금속 제거용 비드를 신속하면서 안정적으로 제조할 수 있도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 반응조에 배수관을 설치하여 반응조 내부의 염화칼슘 용액의 배출이 보다 간편하게 이루어지도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 포집망에 돌출손잡이를 설치하여 포집망의 설치 및 고정이 간편하게 이루어지도록 하면서 포집망의 취급이 보다 용이하게 이루어지도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 개폐가압판을 설치하여 자유낙하 배출관의 개폐가 용이하게 이루어지도록 하면서 수용조 내부에 수용되는 혼합물을 가압하여 손쉽게 배출될 수 있도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치"는, 하부에 다리를 가지고, 내부에 염화칼슘 용액이 수용되며, 상부가 개방된 반응조와; 상기 반응조의 일측면에서 상부로 수직으로 설치되는 다수의 수직대와; 상기 반응조에 대응하여 상기 수직대의 상단에 부착되고, 내부에 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합물이 수용되며, 내측 하부에 경사면이 형성되고, 상기 혼합물이 일정한 분량으로 자유 낙하하도록 상기 경사면의 하단으로 하면에 수직으로 다수의 자유낙하 배출관이 형성되며, 상부가 개방된 혼합물 수용조와; 상기 반응조의 내부에 배치되어 고형화된 비드를 포집하는 그물망 형태의 포집망을; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치"의 상기 반응조는, 그 하부 일측에 내부와 연통되게 설치되는 배수관과, 상기 배수관에 설치되는 개폐밸브를, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치"의 상기 포집망은, 상기 포집망이 상기 반응조의 상단에 걸리면서 사용자가 잡을 수 있도록 상기 포집망의 상단 양측에 외측으로 돌출되게 부착되는 돌출손잡이를, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치"는, 상기 자유낙하 배출관에 분리 가능하게 삽입되는 마개가 하면에 형성되고, 상기 자유낙하 배출관의 상단에 대응하여 상기 수용조의 내측 하면에서 분리 가능하게 설치되는 개폐가압판을; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치"의 상기 개폐가압판은, 상기 수용조의 상부로 노출되도록 상기 개폐가압판의 양측단에서 상부측으로 직립되게 부착되는 연결대와, 상기 연결대의 상단에서 상기 수용조의 외측으로 절곡되어 형성되는 파지손잡이를, 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 간단한 구조로 제작 및 설치가 간편하고, 토양 중금속 제거용 비드를 신속하면서 안정적으로 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 반응조에 배수관을 설치하여 반응조 내부의 염화칼슘 용액의 배출이 보다 간편하게 이루어지고, 그에 따라 사용상의 편의성이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 포집망에 돌출손잡이를 설치하여 포집망의 설치 및 고정이 간편하게 이루어지고, 그에 따라 포집망의 설치 및 사용이 보다 간편하게 이루어지는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 개폐가압판을 설치하여 자유낙하 배출관의 개폐가 용이하게 이루어지고, 수용조 내부에 수용되는 혼합물을 가압하여 손쉽게 배출되며, 그에 따라 상기 혼합물의 취급이 보다 용이하게 이루어지는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 비드 제조 장치의 부분 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 비드 제조 장치의 개략적인 정단면도,
도 3은 도 2에 따른 A-A 선의 개략적인 단면도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 비드 제조 장치의 작동 상태를 보인 요부 확대 정단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비드 제조 장치를 보인 요부 확대 정단면도,
도 7은 도 6의 실시예에 따른 제조 장치의 요부 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 비드 제조 장치의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 비드 제조 장치의 개략적인 정단면도이며, 도 3은 도 2에 따른 A-A 선의 개략적인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치는 반응조(10)와, 상기 반응조(10)의 설치되는 수직대(20)와, 상기 수직대(20)의 상단에 설치되는 수용조(30)와, 상기 반응조(10)의 내부에 배치되는 포집망(40)을 포함한다.

상기 반응조(10)는 하부에 다리(11)를 가지고 내부에 염화칼슘 용액이 수용되며 상부가 개방된 입방체 형태의 것으로, 상기 염화칼슘 용액을 수용하는 역할을 하면서 상기 수용조(30)에서 자유 낙하되는 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합물이 상기 염화칼슘 용액과 반응을 하는 장소를 제공하는 역할을 한다.

상기 다리(11)는 상기 반응조(10)를 지면에서 이격된 상태로 설치되도록 하면서 상기 반응조(10)를 지지하는 역할을 한다.

상기 반응조(10)는 그 하부 일측에 내부와 연통되게 설치되는 배수관(12)과, 상기 배수관(12)에 설치되는 개폐밸브(13)를 더 포함한다. 상기 배수관(12)은 상기 반응조(10)의 내부에 수용된 염화칼슘 용액을 상기 반응조(10)의 외부로 배출할 수 있는 통로를 제공하는 역할을 하고, 상기 개폐밸브(13)는 사용자의 수동 조작에 의해 상기 배수관(12)을 개방시키거나 폐쇄시키는 공지의 밸브이다.

상기 수직대(20)는 상기 반응조(10)의 일측면에서 상부로 수직으로 다수개가 설치되는 것으로, 상기 반응조(10)와 수용조(30)의 사이를 상하로 이격시켜 상기 수용조(30)에 수용된상기 혼합물이 일정한 높이에서 자유 낙하를 할 수 있도록 하는 것이다.

상기 수용조(30)는 상기 반응조(10)에 대응하여 상기 수직대(20)의 상단에 부착되고 내부에 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합물이 수용되며 내측 하부에 경사면(31)이 형성되고 상기 혼합물이 일정한 분량으로 자유 낙하하도록 상기 경사면(31)의 하단으로 하면에 수직으로 다수의 자유낙하 배출관(32)이 형성되며 상부가 개방된 형태의 것으로, 개방된 상부를 통해 그 내측으로 상기 혼합물을 수용하는 역할을 한다.

상기 혼합물은 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액을 혼합한 것으로, 통상적으로 겔과 같은 형태로 형성된다. 상기 바이오차(biochar)는 바이오매스(biomass)를 열분해하여 제조되는 것으로, 바이오매스는 에너지 전용의 작물과 나무, 농산품과 사료작물, 농작 폐기물과 찌꺼기, 임산 폐기물과 부스러기, 수초, 동물의 배설물, 도시 쓰레기, 그리고 여타의 폐기물에서 추출된 재생 가능한 유기 물질로 현재 에너지원으로 사용되고 있는 목재, 식물, 농ㅇ임산 부산물, 도시 쓰레기와 산업 폐기물 내의 유기 성분 등을 말한다.

상기 바이오차는 큰 비표면적과 다공성 구조에 의해 양이온의 흡착과 높은 pH 특성을 가짐으로써, 중금속 흡착성이 매우 탁월하다.

상기 알긴산 나트륨(sodium alginate)은 알기네이트(alginate)를 Na로 포화시켜 제조한 것으로, Ca가 함유된 용액에 투입되면 Ca와 Na의 순간적인 치환작용으로 인해 고형화되는 특성이 있다.

이와 같은 상기 알긴산 나트륨의 특성에 의해 상기 알긴산 나트륨은 상기 바이오차와 혼합된 후에 상기 염화칼슘 용액에 침지되면서 상기 염화칼슘과 반응하여 상기 바이오차를 비드 형태로 고형화시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 알기네이트는 해양 생물인 해초류에서 추출한 물질로서, 물에 대한 용해도가 좋고 특유의 점성과 금속이나 양이온을 흡착하는 특성이 탁월한 물질이다.

상기 경사면(31)은 상기 수용조(30)의 양내측의 하부에 형성되는 것으로, 상기 혼합물이 하부측으로 적절히 유도되어 원활히 배출될 수 있도록 하는 것이고, 상기 자유낙하 배출관(32)은 상기 수용조(30)의 내부에 수용된 상기 혼합물이 일정한 분량으로 분리된 상태로 자유낙하될 수 있도록 하는 것이다.

상기 포집망(40)은 상기 반응조(10)의 내부에 배치되는 그물망 형태의 망으로써, 상기 수용조(30)의 내부에서 고형화되는 비드를 포집하는 역할을 한다.

상기 포집망(40)은 그 상단 양측에 외측으로 돌출되게 부착되는 돌출손잡이(41)를 더 포함한다. 상기 돌출손잡이(41)는 상기 포집망(40)이 상기 반응조(10)의 상단에 걸려 손쉽게 설치될 수 있도록 하면서 사용자가 상기 포집망(40)을 손쉽게 잡을 수 있도록 하여 상기 포집망(40)에 대한 취급이 보다 용이해지도록 하는 것이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 비드 제조 장치의 작동 상태를 보인 요부 확대 정단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 수용조(30)의 내부에 겔 상태의 상기 혼합물(L)을 채워 넣으면 상기 혼합물(L)이 자중에 의해 상기 자유낙하 배출관(32)을 통해 하부로 일정한 분량씩 자유 낙하하게 된다.

이와 같이 일정한 분량으로 연속하여 자유 낙하하는 상기 혼합물(L)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 반응조(10)의 내부로 자유 낙하하게 되고, 상기 반응조(10)의 내부에 수용된 염화칼슘 용액(R)에 빠지게 된다.

이때, 상기 혼합물(L)에 함유된 알긴산 나트륨이 상기 염화칼슘 용액(R)과 반응하여 상기 혼합물(L)을 고형화시키게 되고, 이와 같이 상기 혼합물(L)의 고형화로 인해 상기 혼합물(L)은 비드(B)로 형성된다.

상기 비드(B)는 대략 구형으로 형성되는데, 이는 상기 혼합물(L)이 상기 염화칼슘 용액(R)에 빠지면서 상기 염화칼슘 용액(R)의 표면 장력에 의해 구형으로 오므라들어 구형의 비드(B)를 형성하게 된다(도 8의 사진 참조).

이와 같이 형성된 상기 비드(B)는 상기 반응조(10)의 내부에 배치된 상기 포집망(40)의 내부에 포집되면서 적층되고, 사용자는 상기 반응조(10)에서 상기 포집망(40)을 빼내어 상기 비드(B)를 획득하게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비드 제조 장치를 보인 요부 확대 정단면도이고, 도 7은 도 6의 실시예에 따른 제조 장치의 요부 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치는 상기 자유낙하 배출관(32)에 분리 가능하게 삽입되는 마개(51)가 하면에 형성되고 상기 자유낙하 배출관(32)의 상단에 대응하여 상기 수용조(30)의 내측 하면에서 분리 가능하게 설치되는 개폐가압판(50)을 더 포함한다.

상기 개폐가압판(50)은 사용자의 의도에 따라 상기 자유낙하 배출관(32)을 개폐시켜 상기 수용조(30)의 내부에서 상기 혼합물(L)의 배출 및 차단을 필요에 따라 수행할 수 있도록 하는 것이다. 상기 마개(51)는 상기 자유낙하 배출관(32)을 개폐시키는 역할을 한다.

아울러, 상기 개폐가압판(50)은 상기 자유낙하 배출관(32)에서 이격시켜 상기 자유낙하 배출관(32)에서 상기 마개(51)를 이탈시켜 상기 자유낙하 배출관(32)을 개방한 상태로 이를 통해 상기 혼합물(L)을 배출시킬 때 사용자가 파지한 상태로 상기 수용조(30)의 내부에서 상기 혼합물(L)을 하부측으로 가압하여 상기 자유낙하 배출관(32)을 통해 상기 혼합물(L)의 배출이 보다 원활히 이루어지도록 하는데 사용될 수 있다.

상기 개폐가압판(50)은 상기 수용조(30)의 상부로 노출되도록 상기 개폐가압판(50)의 양측단에서 상부측으로 직립되게 부착되는 연결대(52)와, 상기 연결대(52)의 상단에서 상기 수용조(30)의 외측으로 절곡되어 형성되는 파지손잡이(53)를 더 포함한다.

상기 연결대(52)는 상기 파지손잡이(53)가 상기 개폐가압판(50)의 양측에서 상부측으로 이격된 상태로 상기 수용조(30)의 외부에 설치될 수 있도록 하는 것이고, 상기 파지손잡이(53)는 사용자가 잡고서 상기 개폐가압판(50)을 상기 자유낙하 배출관(32)의 개폐와 상기 혼합물(L)의 가압에 손쉽게 사용할 수 있도록 하는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

10 : 반응조
11 : 다리 12 : 배수관
13 : 개폐밸브
20 : 수직대
30 : 수용조
31 : 경사면 32 : 자유낙하 배출관
40 : 포집망
41 : 돌출손잡이
50 : 개폐가압판
51 : 마개 52 : 연결대
53 : 파지손잡이
L : 혼합물
R : 염화칼슘 용액
B : 비드

Claims (5)

1. 하부에 다리(11)를 가지고, 내부에 염화칼슘 용액이 수용되며, 상부가 개방된 반응조(10)와;
   상기 반응조(10)의 일측면에서 상부로 수직으로 설치되는 다수의 수직대(20)와;
   상기 반응조(10)에 대응하여 상기 수직대(20)의 상단에 부착되고, 내부에 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합물이 수용되며, 내측 하부에 경사면(31)이 형성되고, 상기 혼합물이 일정한 분량으로 자유 낙하하도록 상기 경사면(31)의 하단으로 하면에 수직으로 다수의 자유낙하 배출관(32)이 형성되며, 상부가 개방된 혼합물 수용조(30)와;
   상기 반응조(10)의 내부에 배치되어 고형화된 비드를 포집하는 그물망 형태의 포집망(40)과;
   상기 자유낙하 배출관(32)에 분리 가능하게 삽입되는 마개(51)가 하면에 형성되고, 상기 자유낙하 배출관(32)의 상단에 대응하여 상기 수용조(30)의 내측 하면에서 분리 가능하게 설치되는 개폐가압판(50)을; 포함하고,
   상기 개폐가압판(50)은,
   상기 수용조(30)의 상부로 노출되도록 상기 개폐가압판(50)의 양측단에서 상부측으로 직립되게 부착되는 연결대(52)와,
   상기 연결대(52)의 상단에서 상기 수용조(30)의 외측으로 절곡되어 형성되는 파지손잡이(53)를, 더 포함하며,
   상기 반응조(10)는,
   그 하부 일측에 내부와 연통되게 설치되는 배수관(12)과,
   상기 배수관(12)에 설치되는 개폐밸브(13)를, 더 포함하고,
   상기 포집망(40)은,
   상기 포집망(40)이 상기 반응조(10)의 상단에 걸리면서 사용자가 잡을 수 있도록 상기 포집망(40)의 상단 양측에 외측으로 돌출되게 부착되는 돌출손잡이(41)를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치.
   
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