KR101791447B1 - 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설에 관한 것으로, 계면활성제와 용매 및 부선제을 통해 원유(유정에서 추출한 광유)로 오염된 토양으로부터 원유 오염물질을 효과적으로 제거하여 고품질의 정화토를 생산하고 원유 오염물질에 의한 환경오염을 방지함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설은, 계면활성제가 저장 및 이 계면활성제를 공급하는 계면활성제 공급조와; 메탄올이 저장 및 이 메탄올을 공급하는 메탄올 공급조와; 물이 저장되며 이 물을 공급하는 물 공급조와; 일정 입도의 오염토양, 상기 물 공급조로부터 물, 상기 계면활성제 공급조로부터 계면활성제를 공급받으며, 상기 오염토양을 1mm 또는 0.5mm 이하 입도로 해쇄하는 한편 상기 계면활성제를 통해 원유 오염물질과 토양의 계면활성화를 유도하는 습식 해쇄기와; 상기 습식 해쇄기로부터 오염토양을, 상기 물 공급조로부터 물을 공급받아 토양에서 원유 오염물질을 탈리하는 탈리조와; 상기 탈리조로부터 오염토양과 물의 혼합물을 공급받는 한편 상기 메탄올 공급조로부터 메탄올을 공급받아 교반하는 교반조와; 상기 교반조를 통과한 토양과 원유 오염물질을 비중에 의해 선별하되, 공기 주입기에 의한 공기 주입을 통해 원유 오염물질이 토양으로부터 분리 및 수면으로 부상되도록 함으로써 선별하는 부유 선별조와; 상기 부유 선별조에서 침전 선별을 통해 회수한 토양을 탈수하는 토양 탈수기와; 상기 부유 선별조에서 부유를 통해 회수한 부유물을 탈수하는 원유 오염물질 탈수기로 구성된다.

Description

계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설{APPARATUS FOR PURIFY SOIL POLLUTED CRUDE OIL USING ACTIVATOR AND AIR}

본 발명은 원유오염 토양 정화 시설에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원유(지중 유정에서 추출한 탄화수소의 혼합물로서 가공되지 않은 석유를 말함)로 오염된 토양을 정화토로 생산하는 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설 및 방법에 관한 것이다.

1990년 이후 한국의 토양 및 지하수 오염에 대한 사회적 관심이 증대하여 1995년 국내 토양환경보전법이 재정되어 현재 시행되고 있으며 지하수 보전 기본 계획을 수립하여 토양 오염 지역에 대한 조사 및 오염 토양 정화사업을 법적으로 추진할 수 있도록 하였다.

외국의 사례로 볼 때 유류저장시설의 약20% 정도에서 기름이 유출되어 토양 및 지하수를 오염시키고 있는 것으로 보고되고 있으며, 국내에 존재하는 토양오염 유발시설 최근 미군기지 반환에 따른 반환미군기지내 유류오염지역, 공단 지역, 유류 시설이 있는 군사 지역 및 주유소 등의 많은 유류 관련 시설 등이 존재하며 노후화 된 시설, 취급 부주의, 유류 수송관에서의 누출, 유류 수송차량의 사고에 의한 유출 등으로 인해 상당한 오염이 발생하고 있으며 토양오염은 지하수 오염과 같은 2차 오염을 유발시키고 인근 지역으로 확산되어 환경에 독성을 추가시키며 정화를 더욱 복잡하고 곤란하게 할 수 있다. 토양 내 오염된 유류들은 자연 상태에서 물리, 화학, 생물학적인 기작으로 자연정화 되지만 처리량이 미약하여 정화속도가 느리고 정화기간 중 생태계 파괴, 2차 오염유발 등의 문제를 야기하기 때문에 인위적인 정화방식을 적용하고 있다.

오염된 부지에서의 정화기술은 다양한 형태로 개발되어 현장에 적용되고 있으며 처리대상 매체에 따라 토양 처리기술과 지하수 처리 기술 또는 불포화대 처리기술과 포화대 처리 기술로 구분할 수 있다. 오염토양 정화기술은 처리공정에 따라 생물학적 처리기술, 물리화학적 처리 기술, 열적 처리기술로도 분류 할 수 있으며 오염물질의 특성 및 부지 특성에 따라 단일 기술로 적용되거나 여러 가지 기술을 복합적으로 사용하기도 한다. 국내 오염토양 정화시장은 신흥시장으로서 역사가 매우 짧고 시장규모 또한 미미하다. 따라서 오염부지 및 오염토양 정화기술에 대한 체계적인 관리 및 정보수집이 이루어지지 않은 상태이기 때문에 국내오염부지 현황 및 오염토양 정화기술 적용현황과 같은 통계자료가 아직 마련되어 있지 않는 실정이다.

종래 다양한 유류오염물질에 대해 정화를 실시하고 있으나 유류오염물질 중 원유(crude oil, 유정에서 파낸 그대로의 광유. 주성분은 탄화수소이며, 불순물이 많이 섞여 있다. 혼합물은 산출되는 장소에 따라 다름)에 대한 오염토양 정화 방법은 극히 적으며 특히 대형 유조선 충돌이나 좌초 및 원유 저장탱크, 이송배관 누출 등에 의하여 대량의 기름(원유)을 유출하는 사고 발생할 경우 엄청난 환경피해를 야기한다.

오염물질의 경우 점도가 높고 휘발성이 거의 존재하지 않아 기존의 토양정화 방법으로 정화가 어려우며, 열적 처리방법으로는 정화가 가능하나 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.

예를 들어 한국의 유류오염원은 휘발성이 비교적 강하고 분해성이 비교적 높은 휘발유, 등유, 경유 등이고 총석유탄화수소(TPH)농도도 그리 높지 않은 편이다. 현재 한국 토양 정화 업체에서는 이러한 유류오염원들의 농도가 저농도일 경우에는 미생물을 이용한 토양 경작법 그리고 고농도일 경우에는 계면활성제를 이용한 토양 세척법 또는 열탈착법을 적용하여 정화하고 있다.

그러나 쿠웨이트 등지의 원유(crude oil)오염토양 내에 존재하는 유류오염물은 휘발성분이 거의 존재하지 않고 난분해성인 역청물질이 대부분이고 고농도(TPH 농도 5만 ㎎/㎏이상) 유류오염물질이므로 기존의 토양 세척법 또는 토양 경작법만으로는 정화하기 어렵다.

한편 열적처리법으로는 원유오염토양의 정화가 가능하나 많은 처리비용이 소요되고 다환방향족 탄화수소(PAHs)와 같은 독성의 대기오염물질 및 다량의 온실가스(CO₂)를 배출한다는 단점이 있다.

특허문헌(등록특허 제10-1200485호)은 광산에서 채굴된 광석을 잘게 부수어 목적하는 광물을 떼어내는 단체분리단계; 상기 단체분리단계에서 분리된 광물들과 물을 혼합하여 부선펄프를 형성하는 부선펄프단계; 상기 형성된 부선펄프에 부선제를 혼합하는 부선제혼합단계; 상기 부선제 혼합에 따라 부선된 광물을 부선기 사이로 왕복 이동하는 왕복이동단계; 및 상기 왕복이동 후, 부선펄프내에 부선된 광물이 3%이상인 경우, 상기 부선된 광물을 배출하는 배출단계를 포함하는 부유선광방법이며, 부선제에 의한 부유선광일 뿐이며 토양 입자에 강하게 부착되어 있는 원유오염물을 탈리시킬 수 없으므로 원유 오염 토양을 정화할 수 없다.

등록특허 제10-1200485호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원유(유정에서 추출한 그대로의 광유)오염 토양으로부터 원유 오염물질을 회수 제거하여 정화토를 생산하는 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설은, 계면활성제가 저장 및 이 계면활성제를 공급하는 계면활성제 공급조와; 메탄올이 저장 및 이 메탄올을 공급하는 메탄올 공급조와; 물이 저장되며 이 물을 공급하는 물 공급조와; 일정 입도의 오염토양, 상기 물 공급조로부터 물, 상기 계면활성제 공급조로부터 계면활성제를 공급받으며, 상기 오염토양을 1mm 또는 0.5mm 이하 입도로 해쇄하는 한편 상기 계면활성제를 통해 오염물과 토양의 계면활성화를 유도하는 습식 해쇄기와; 상기 습식 해쇄기로부터 오염토양을, 상기 물 공급조(40도 이상 고온 물 공급)로부터 고온 물을 공급받아 오염물질을 토양입자로부터 탈리하는 탈리조와; 상기 탈리조로부터 탈리된 오염물질과 토양입자와 물의 혼합물을 공급받아 교반하여 탈리된 오염물질을 토양으로부터 완벽히 분리하기 위한 약품 교반조와; 상기 교반조를 통과한 토양과 탈리된 오염물을 에어에 의해 선별하는 부유 선별조와; 상기 부유 선별조에서 부유 선별을 통해 선별(침전)된 토양을 탈수하는 토양 탈수기와; 상기 부유 선별조에서 부유를 통해 회수한 부유물(탈리된 오염물질)을 탈수하는 오염물 탈수기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설에 의하면, 계면활성제와 고온의 물공급을 통해 원유 오염물질의 탈리를 유도한 상태에서 탄화수소가 주성분인 용매를 이용하여 원유를 녹여 점도를 낮추고 에어를 통해 탈리되어 수중에 잠긴 오염물질(비중이 1보다 높아 수면 아래쪽의 수중에 잠긴 상태)을 수면으로 부상시켜 분리함으로써 오염물질의 회수율을 극대화하고 고품질의 정화토를 생산하는 효과가 있으며, 종래 기술에서 사용하던 부선제를 사용하지 않아(부선제를 사용하더라도 극소량만을 사용) 약품에 따른 오염도 막을 수 있다.

부선제만을 사용하는 부선법과 비교할 때 종래 기술은 원유를 토양입자로부터 탈리하지 못하는데 반해 본 발명은 대부분의 오염물질을 토양으로 분리 회수함으로써 원유오염 토양의 정화율을 극대화하므로 원유에 의한 토양과 지하수의 오염 방지를 통해 환경과 생태계를 보전하는 효과가 있고, 용매의 혼합과 부선제의 혼합만을 통해 원유오염 토양의 정화가 가능하므로 시설 투자비와 유지비를 대폭으로 절감하는 효과도 있으며 정화토를 다양한 용도로 제공하는 효과가 있다.

또한, 원유오염 토양의 정화를 위해 사용한 용매를 회수하여 재사용함으로써 토양 정화 비용을 절감하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설의 개념도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 원유오염 토양 정화 시설은, 원유 오염토양(이하 "오염토양"이라 약칭함)과 원유 오염물질(이하 "오염물질"이라 약칭함)을 탈리와 부유 선별하기 위한 약품(이하 "약품"이라 약칭함)을 오염물질을 탈리하기 위한 탈리조(10)와 교반조(20), 교반조(20)에 의해 균일하게 교반 혼합된 혼합물을 침전물과 부유물로 분리 회수하는 부유 선별조(30), 부유 선별조(30)에 의해 부유 선별 후 침전 회수되는 침전물을 탈수하여 정화토양을 회수하는 토양 탈수기(40), 부유 선별조(30)에서 부유 회수되는 부유물을 탈수하는 오염물 탈수기(50), 그리고 오염토양의 정화를 위하여 계면활성제 공급조(60)와 메탄올 공급조(70)로 구성된다.

또한, 오염토양의 정화율을 높이기 위하여 자력 선별기(1), 입도 선별기(2), 습식 해쇄기(3)가 더 포함되는 것이 바람직하다.

오염토양은 입도 선별을 거치지 않아 다양한 입도와 철성분이 포함된 상태이며, 자력 선별기(1)는 오염토양에 포함되어 있는 철성분의 이물질을 자력으로 흡착 선별한다.

입도 선별기(2)는 거대 입자로서 50mm 입도를 기준으로 선별하여 50mm 이상 입도의 토양은 별도 처리되도록 공급하는 한편 50mm 이하 입도의 오염토양을 습식 해쇄기(3)에 공급한다.

습식 해쇄기(3)는 물이 채워진 수조 형태이면서 수중에서 오염토양을 해쇄한 후 입도 선별하도록 구성되며, 입도 선별기(2)로부터 공급되는 50mm 이하 입도의 오염토양을 볼밀 등을 통해 작은 입도로 해쇄한 후 1mm 또는 0.5mm를 기준으로 하여 선별하고 이 기준 입도 이하의 오염토양을 탈리조(10)에 공급하는 한편 기준 입도 이상의 토양을 별도 처리 가능하도록 공급하며, 이 과정에서 계면활성제를 공급받아 오염물의 표면을 활성화함으로써 응집체의 해쇄 제거 효율이 향상되도록 한다.

습식 해쇄기(3) 이전은 오염물의 정화효율을 높이기 위한 보조 공정으로서 오염토양의 양에 따른 정화율의 큰 차이가 없지만, 습식 해쇄 공정부터는 오염토양과 물 및 등의 양에 따른 오염물의 정화효율이 달라지며, 따라서, 습식 해쇄기(3)에는 물과 오염토양 및 계면활성제의 양이 정화를 위하여 정량 공급된다.

오염토양 1,000kg에 대하여 물(해쇄 공정수) 700~750리터, 계면활성제 2~3kg가 사용된다. 본 발명에서 해쇄 공정수, 탈리 공정수, 교반 공정수는 각 공정(해쇄, 탈리, 교반)에 추가로 공급되는 물을 의미한다.

계면활성제 공급조(60)는 내부에 계면활성제가 저장되고 펌프 등을 통해 계면활성제를 펌핑한 후 공급관을 통해 습식 해쇄기(3)에 공급한다. 상기 공급관에는 계면활성제의 공급량을 검출하는 유량계, 개도를 조절하는 밸브 등이 갖추어지고, 상기 펌프는 컨트롤러의 제어를 통해 가동이 제어됨으로써 관리자에 의해 설정되는 양의 계면활성제를 습식 해쇄기(3)에 공급한다.

계면활성제는 로릴황산나트륨(Sodium lauryl Sulfate)가 바람직하고, 후속 공정에서 오염물이 토양(토양 입자)으로부터 쉽게 탈리되도록 오염물과 토양 간의 결속력을 약화시키며, 오염토양 1,000kg에 대하여 2.4kg이 혼합된다.

계면활성제 공급조(60)는 물 공급조(61)와 함께 운용되며, 물 공급조(61)로부터 물을 공급받은 후 이 물과 계면활정제를 혼합 상태로 하여 습식 해쇄기(3)에 공급한다.

분말 상태인 로릴황산나트륨을 별도의 액상화 작업을 할 수 있는 액상화조(설치된 교반기로 물과 분말 가루를 혼합하여 액상화)에서 액상 상태(바람직하게 분말 2.4kg과 물 720리터)로 조제한 후 공급한다.

물(고온) 공급조(61)는 별도의 가열기를 통해 고온(40℃이상, 40~50℃)으로 가열된 물 또는 물을 가열기(전기 히터 등)을 통해 가열 및 저장하는 탱크 형태이며, 펌프를 통해 물을 펌핑한 후 공급관을 통해 계면활성제 공급조(60)에 공급한다. 상기 가열기는 물 공급조(61) 안에 설치되는 것도 가능하지만 계면활성제 공급조(60)이외의 다른 곳에 계면활성제 공급조(60)에 공급되는 물과 다른 온도의 물을 공급할 수도 있으므로 각각의 용도에 맞는 온도의 물을 공급하도록 별도로 구성되는 것도 가능하다.

탈리조(10)는 습식 해쇄기(3)로부터 오염토양 혼합물을 공급받는 한편 물 공급조(61)로부터 추가로 공정수(탈리 공정수)[물 공급조(61)에서 탈리조(10)로 공급되는 물을 말하며, 고온 40℃ 이상, 40~45℃]를 공급받아 혼합한다.

물 공급조(61)는 물을 습식 해쇄기(3)에도 급수한다. 즉 물 공급조(61)는 물을 습식 해쇄기(3)와 계면활성제 공급조(60)에 각각 급수하는 것이다.

탈리조(10)에서 오염토양과 공정수(탈리 공정수)의 혼합비율(중량기준)은 오염토양 : 탈리 공정수 = 1 : 3 ~ 9이 바람직하다.

탈리조(10)는 오염토양 혼합물의 오염물질이 토양에서 탈리할 수 있는 탱크나 조의 형태이다.

교반조(20)는 탈리조(10)에서 탈리된 오염토양(오염물질과 토양)을 공급받고 메탄올 공급조(70)로부터 용매로서 메탄올을, 물 공급조(61)로부터 공정수(교반 공정수)를 공급받아 교반하며, 이들의 혼합비율은 오염토양 : 교반 공정수 : 메탈올 = 1 : 3 ~ 9 : 0.00001 ~ 0.002(중량비)이다.

교반조(20)는 탈리조(10) 및 메탄올 공급조(70)와 각각 관로 등으로 연결되거나 각각의 조(10,70)로부터 각 재료들의 공급이 가능하도록 구성되고 이들 재료들의 교반이 가능하도록 교반봉이 함께 구성되는 형태일 수 있다. 상기 교반봉은 예를 들어 모터의 회전력에 의해 일정 교반 속도로 회전하면서 교반조(20) 내부의 재료들을 교반하여 오염토양에 있는 모든 오염물의 분리가 이루어지도록 한다. 교반 속도는 300 ~ 1500 Rpm 이고 교반 시간은 0.5분 ~ 4분이 바람직하다.

메탄올은 원액을 저장하여 공급할 수 있는 공급조(70)에 저장될 수 있다.

메탄올 공급조(70)는 예를 들어 용매 탱크), 상기 용매 탱크에 저장된 용매를 펌핑 공급하는 용매 펌프, 상기 용매 탱크와 교반조(20)를 연결하는 용매 공급관, 상기 용매 공급관을 통해 공급되는 용매의 양을 검출하는 용매 유량계, 상기 용매 공급관의 개도를 조절하는 용매 밸브로 구성된다. 상기 용매 펌프와 용매 밸브는 관리자의 수동 조작에 의해 조작되어 용매를 수동으로 혼합하거나 컨트롤러에 의해 자동 제어되어 용매를 자동으로 혼합한다. 후자의 자동 제어식의 경우 오염토양에 대한 용매의 혼합량이 데이터베이스를 통해 구축되어 있으며, 상기 컨트롤러는 오염토양 처리량의 입력 내지 감지를 통해 용매의 혼합을 자동 제어한다.

용매는 에탄올과 메탄올을 포함하는 군 중 선택된 어느 하나 바람직하게 에탄올 또는 메탄올의 사용이 가능하고, 오염토양 1톤에 대하여 0.1 ~ 2 kg의 비율로 혼합되고, 바람직하게 1kg 이다. 0.1kg 미만이 혼합되면 원유의 추출량이 적고 2kg 초과로 혼합되면 원유 추출량에 큰 변화가 없다.

메탄올과 에탄올의 알콜류는 원유를 일부 용해시켜 토양 입자와의 부착강도를 낮추는 역할을 함으로써 오염토양으로부터 원유를 손쉽게 탈락시키는 역할을 하한다. 특히, 오염토양의 오염물은 계면활성제를 통해 이미 결속력이 약화된 상태이기 때문에 메탄올 등 용매를 통해 신속하고 깨끗하게 탈리된다.

용매는 탄화수소가 주성분인 재료의 사용이 가능하며, 원유가 탄화수소를 주성분으로 하기 때문에 용매와 원유는 상호 반응을 하고 따라서 부선제의 혼합시 원유가 토양으로부터 분리되도록 원유의 점도 등을 약화시킨다. 유기용매인 알콜류는 용제추출법의 원리에 의해 토양으로부터 원유를 일부 용해시켜 토양입자와의 부착강도를 낮추는 역할을 함으로써 교반과정(토양세척과정)을 거치면서 원유는 토양입자로부터 탈락되고 탈락된 원유는 부유선별단계에서 부유 선별된다.

용매의 원활한 공급을 위하여 메탄올 공급조(70)와 별도의 용매 보충조를 함께 운용할 수 있다. 상기 용매 보충조는 용매가 저장되는 탱크이며, 메탄올 공급조(70)의 수위나 유량 감지를 통해 펌프를 구동하여 일정량의 용매가 메탄올 공급조(70)에 저장되도록 한다. 물론 용매의 보충은 관리자의 수동 조작에 의해서도 가능하다.

물 공급조(61)는 메탄올 공급조(60)와 동일한 구성이 가능하고, 물 탱크, 상기 물 탱크에 저장된 물을 펌핑 공급하는 물 펌프, 상기 물 탱크와 탈리조(10)를 연결하는 물 공급관, 상기 물 공급관을 통해 공급되는 물의 양을 검출하는 물 유량계, 상기 물 공급관의 개도를 조절하는 물 밸브로 구성된다. 상기 물 펌프와 물 밸브는 관리자의 수동 조작에 의해 조작되어 물을 수동으로 혼합하거나 컨트롤러에 의해 자동 제어되어 물을 자동으로 혼합한다. 후자의 자동 제어식의 경우 오염토양에 대한 물의 혼합량이 데이터베이스를 통해 구축되어 있으며, 상기 컨트롤러는 오염토양 처리량의 입력 내지 감지를 통해 물의 혼합을 자동 제어한다.

물의 원활한 공급을 위하여 물 공급조(61)와 함께 물 보충조의 사용이 가능하다. 상기 물 보충조는 용매 보충조와 동일한 방식으로 물을 보충한다.

탈리조(10)와 교반조(20)는 각각 독립된 구조도 가능하지만 하나의 조로 이루어질 수 있고 즉 하나의 조에서 혼합과 교반이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.

부유 선별조(30)는 교반조(20)에서 공급되는 혼합물(친수성 토양입자와 탈리된 원유 오염물)로부터 비중차를 통해 오염물질을 토양으로부터 분리하는 것이다.

부유 선별조(30)에서 탈리효과와 부유 선별의 효율을 높이기 위하여 공기 주입기(31)를 적용한다.

공기 주입기(31)는 부유선별기 용량 대비 1~10배/min의 공기량을 부유 선별조(30)에 주입하며 상대적으로 가벼운 오염물이 토양으로부터 신속하게 분리 및 수면에 부유하도록 한다.

본 발명은 종래 부선법에서 사용하는 포수제와 기포제를 사용하지 않고 수면 아래에 잠겨 있는 오염물질을 수면으로 부상시키는 것이며, 부유 선별조(30) 내부에서 공기의 산기를 통해 오염물질을 수면으로 부상시키는 것이다.

공기 주입기(31)는 부유 선별조(30) 내부의 수중에 기포를 발생하고 바람직하게 오염물질이 수면을 향하도록 공기를 주입하며, 예를 들어 부유 선별조(30) 안의 바닥에서부터 1단 이상으로 다수의 산기노즐이 배치되어 공기를 수면을 향해 분사하는 방식, 부유 선별조(30)의 내벽에 둘레를 따라 1단 이상으로 산기노즐이 배치되어 공기를 중심을 향해 분사하는 방식 등 다양한 방식이 가능하다.

부유 선별조(30)를 통해 토양이 선별(침전)되고 오염물이 부유함으로써 토양과 오염물이 분리된다.

토양 탈수기(40)는 부유 선별조(30)에서 선별(침전)된 토양을 공급받아 탈수함으로써 고형 분리를 통해 토양에 포함되는 용매 내지 원유 성분을 분리하여 고순도의 정화토양을 회수하고 용매를 재사용하도록 하는 효과가 있으며, 공지의 모든 탈수방식이 가능하다.

토양 탈수기(40)를 통해 회수된 정화토양은 다양한 용도(농경지용, 복토용, 산간지 매립용 등)로 재사용 가능하다.

오염물 탈수기(50)는 부유 선별조(30)에서 부유된 오염물을 공급받아 탈수함으로써 고형 분리를 통해 오염광물(용매 내지 원유 성분이 분리된 것)과 용매 내지 원유 성분을 분리하여 폐기물의 양을 줄이고 용매를 재사용하도록 하는 효과가 있고, 공지의 모든 탈수방식이 가능하다.

오염물 탈수기(50)를 통해 회수된 오염광물은 소각 또는 폐기물 처리 시설에 의해 처리된다.

또한, 본 발명은 토양 탈수기(40)와 오염물 탈수기(50)에서 발생되는 액상을 처리하기 위한 수처리 시스템(80)이 적용된다.

수처리 시스템(80)은 토양 탈수기(40)와 오염물 탈수기(50)를 통해 회수된 액상 물질(용매, 원유 성분)로부터 원유 성분을 제거하여 용매를 회수함으로써 용매의 재사용을 통해 비용을 절감하도록 한다.

수처리 시스템(80)은 용매와 원유 성분을 분리하기 위한 증류탑, 상기 증류탑에 의해 분리된 용매를 액화하는 냉각기로 구성된다.

상기 증류탑은 토양 탈수기(40)와 오염물 탈수기(50)로부터 액상 물질을 공급받으며 가열을 통해 용매를 기화시킨다.

상기 증류탑을 통해서는 물과 원유 성분이 혼합된 폐수가 배출되고, 이 폐수는 정화수로 정화 처리된 후 물 공급조(61)에 급수되어 재사용된다.

상기 냉각기는 상기 증류탑과 관으로 연결되며 상기 증류탑에서 기화된 용매 가스를 액화하여 액상의 용매를 회수한다.

상기 냉각기를 통해 회수된 용매는 메탄올 공급조(70)에 공급되어 재사용될 수 있다.

수처리 시스템(80)은 필요에 따라 선택적으로 사용되며, 또한 용매를 회수하지 않더라도 토양/오염물 탈수기(40,50)를 통해 회수되는 물을 정화하는 용도만으로도 사용 가능하다.

본 발명에 의한 원유오염 토양 정화 방법을 설명한다.

1. 자력 선별.

오염토양에 포함된 철성분의 제거를 위하여 오염토양을 자력 선별기에 공급하며, 예를 들어 컨베이어 벨트 위에 자력선별기(1)를 설치하고 오염토양을 컨베이어 벨트로 운반하는 중에 자력선별기(1)의 자력에 의해 철성분이 제거되도록 한다.

2. 입도 선별.

오염토양은 다양한 입도가 존재하고 특히 거대 입자(예컨대 50mm 이상)가 포함되어 있고 이 거대 입자는 별도 처리가 가능하므로 입도 선별기(2)를 통해 선별한다.

3. 습식 해쇄.

입도 선별기(2)를 통해 50mm 이하 입도의 오염토양은 습식 해쇄기(3)에 공급된다. 습식 해쇄기(3)에는 물 공급조(61)를 통해 물이 채워져 있으며 계면활성제 공급조(60)를 통해 계면활성제가 공급된다.

습식 해쇄기(3) 내부의 계면활성 조건은 오염토양 15kg에 대하여 물 10L, 계면활성제 0.025g 혼합 비율이다.

습식 해쇄기(3)는 입도 선별기(2)에서 공급되는 50mm 이하 입도의 오염토양을 1mm 또는 0.5mm 이하로 해쇄하고, 습식 해쇄기(3) 안에서는 계면활성제가 토양이 표면에 붙은 오염물을 활성화하여 오염물의 결속력을 약화시키고 응집체를 해쇄한다.

4. 탈리.

전 공정을 거친 오염토양을 탈리조(10)에 투입하고, 물 공급조(61)로부터 오염토양에 대한 적정량(오염 토양의 6배)의 탈리 공정수(40℃)를 공급하여 오염물질의 탈리 조건을 조성함으로써 오염물이 토양에서 탈리되도록 한다.

5. 교반.

탈리조(10)의 탈리된 오염물질, 토양과 교반 공정수의 혼합물은 교반조(20)에 공급되고, 또한 메탄올은 교반조(20)에 투입된다.

메탄올을 투입한 후 30초 ~ 2분간 교반하며, 메탄올은 오염물을 토양으로부터 탈락시킨다. 이들 교반시 25~40℃의 온도를 유지한다.

6. 부유 선별.

교반을 완료한 오염토양과 교반 공정수의 혼합물은 부유 선별조(30)에 공급되며, 부유 선별 의해 탈리된 오염물은 토양으로부터 완전 분리 부유됨으로써 분리된다. 이때, 부유 선별조(30)에 공기를 주입하여 오염물의 부유를 도와 오염물의 분리 효율을 극대화한다.

즉, 토양과 오염물 모두 비중이 높아 바닥부로 가라앉게 되며 오염물은 공기 주입기(31)에서 주입되는 공기에 의해 수면으로 부상한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 오염물은 비중이 1보다 높지만 토양보다 낮아 수면과 바닥 사이의 수중에 잠긴 상태이며, 공기 주입기(31)에서 주입되는 공기는 기포를 발생하여 오염물을 흡착한 후 수면으로 부상하고 특히 공기의 주입압력에 의해 오염물은 더욱 신속하게 수면으로 부상한다.

한편, 일부 오염물은 토양과 탈리되지 못하고 약한 결속력이지만 토양에 붙어 있을 수 있고, 이 오염물 역시 공기 주입기(31)에 의해 분사되는 공기에 의해 토양으로부터 탈리된 후 수면으로 부상한다.

7. 토양 탈수.

부유 선별의 분리 공정을 통해 회수한 선별(잔유)물인 토양은 물과 용매 및 액상 오염물이 존재하며, 탈수를 통해 정화 토양을 회수한다. 토양의 탈수는 공지의 모든 탈수방식이 가능하며 일정 함수율(30%~40%, 평균값 35%) 이하로 탈수한다.

토양 탈수를 거친 정화토양은 별도의 운반라인을 통해 저장고로 운반된다.

8. 부유물 탈수.

부유물은 입자상 물질과 액상 물질(물, 용매 등)이 함께 존재하고, 탈수를 통해 폐기물(함수율 15%미만)을 회수한다.

9. 용매 회수.

7. 토양 탈수 공정과 8. 부유물 탈수 공정을 통해 탈수액이 파생된다.

탈수액은 수처리 시스템(80)을 통해 수처리되고, 순수한 물은 물 공급조(61)에 공급되어 재사용된다.

<실시예>

본 발명의 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설과 방법에 의한 실시예는 다음과 같다.

1. 오염토양 준비.

1mm 입도 이하의 오염토양(오염농도 PHC 기준 39,200mg/kg)을 준비하였다.

2. 계면활성제 투입.

오염토양 100g, 계면활성제 0.24g, 물 72ml(중량으로 기재)의 비율로 혼합하였다.

3. 메탄올 혼합 및 교반

오염토양 100g에 대하여 메탄올을 0.1g 첨가하고 교반시간을 각각 1분으로 하였다.(온도 40℃)하였다.

4. 부유 선별에 의한 분리.

전 공정을 거친 오염토양 혼합물의 부유 선별을 통해 오염물(수중에 잠김)과 토양을 분리하였다.(부유시간 10분, 온도 40℃)을 하여 토양과 부유물을 분리하였다. 이때 공기량을 부유선별조 용량의 3배/min으로 하였다.

5. 토양 탈수.

토양을 탈수하여 정화토양을 회수하였다.

정화 토양의 양은 중량기준으로 80~85%정도였으며(24~25.5g), 오염농도는 PHC 기준 1,400~2,300mg/kg 인 것으로 확인되었다.

6. 부유물 탈수.

부유물을 탈수하여 함수율 15%미만의 폐기물을 회수하였으며, 폐기물의 회수량은 15~20%정도 였으며(4.5~6g), 오염농도는 PHC 기준 91,850~12,3724 mg/kg 인 것으로 확인되었다.

7. 용매 회수.

5와 6의 공정을 통해 발생되는 탈수액을 증류(증류 조건은 780℃ 이상, 5~20분이며, 이 증류 조건은 변경될 수 있다)시킨 후 액화(냉각 조건은 -114℃ 이하, 5~20분이며, 이 냉각 조건은 변경될 수 있다)시켜 액상의 용매를 회수하였다. 본 공정을 통해 용매(투입 대비 30%이상)를 회수하였다.

또한, 증류공정을 통해 용매가 기화됨으로써 오염수만 남게 되므로 오염수(94~97%)를 회수하였고, 오염수를 수처리하여 정화수를 회수하였다. 표 1에서 보이듯이 오염토양은 실험 후 오염농도가 대폭으로 낮아진 것으로 확인되었다(표 1에서 농도의 단위는 mg/kg 이다).

실험 No .	초기농도 PHC	실험 후 농도 PHC	비고	사진
1회 실험	39,200	2,300
재연 실험		2,200
1회 실험후 정선		1,400	정선 1회

1 : 자력 선별기, 2 : 입도 선별기
3 : 습식 해쇄기, 10 : 탈리조
20 : 교반조, 30 : 부유 선별조
40 : 토양 탈수기, 50 : 오염물 탈수기
60 : 계면활성제 공급조, 61 : 물 공급조
70 : 메탄올 공급조, 90 : 수처리 시스템,

Claims (7)

1. 계면활성제가 저장 및 이 계면활성제를 공급하는 계면활성제 공급조와;
   메탄올이 저장 및 이 메탄올을 공급하는 메탄올 공급조와;
   물이 저장되며 이 물을 공급하는 물 공급조와;
   오염토양에 포함되어 있는 철성분의 이물질을 자력으로 흡착 선별하는 자력 선별기와;
   상기 자력 선별기를 통과한 오염토양에서 일정 입도 이상의 거대 입자를 선별하고 일정 입도 이하의 오염토양을 공급하는 입도 선별기와;
   상기 입도 선별기를 통과하여 공급되는 일정 입도의 오염토양, 상기 물 공급조로부터 물, 상기 계면활성제 공급조로부터 계면활성제를 공급받으며, 상기 오염토양을 1mm 또는 0.5mm 이하 입도로 해쇄하는 한편 상기 계면활성제를 통해 원유 오염물질과 토양의 계면활성화를 유도하는 습식 해쇄기와;
   상기 습식 해쇄기로부터 오염토양을, 상기 물 공급조로부터 물을 탈리 공정수로 공급받아 토양에서 원유 오염물질을 탈리하는 탈리조와;
   상기 탈리조로부터 오염토양과 물의 혼합물을 공급받고 상기 메탄올 공급조로부터 메탄올을 공급받는 한편 상기 물 공급조로부터 교반 공정수를 공급받아 교반하되, 오염토양 : 교반 공정수 : 메탈올 = 1 : 3 ~ 9 : 0.00001 ~ 0.002의 중량비율로 공급받아 교반하는 교반조와;
   상기 교반조를 통과한 토양과 오염물질을 비중에 의해 선별하는 공간을 제공하는 부유 선별조와;
   상기 부유 선별조에 상기 부유선별조 용량 대비 1~10배/min의 공기량을 주입하여 상기 부유 선별조 안에서 오염물질을 토양으로부터 분리 및 수면으로 부상되도록 하는 공기 주입기와;
   상기 부유 선별조에서 침전 선별을 통해 회수한 토양을 탈수하는 토양 탈수기와;
   상기 부유 선별조에서 부유를 통해 회수한 부유물을 탈수하는 원유 오염물질 탈수기를 포함하고,
   상기 물 공급조는 가열기를 통해 물을 40~50℃로 가열된 물을 저장 및 공급하며,
   상기 계면활성제 공급조는 분말 상태의 계면활성제와 상기 물 공급조를 통해 공급되는 40~50℃의 물을 혼합하여 공급하고,
   상기 습식 해쇄기는 오염토양 1,000kg에 대하여 물 700~750리터, 계면활성제 2~3kg을 혼합하여 해쇄하며,
   상기 탈리조는 상기 습식 해쇄기로부터 공급되는 오염토양과 상기 물 공급조를 통해 공급되는 40~50℃의 물을 탈리 공정수로 하여 1 : 3~9의 중량비율로 혼합하며,
   상기 메탄올 공급조는 메탄올이 저장되는 용매 탱크, 상기 용매 탱크에 저장된 메탄올을 펌핑 공급하는 용매 펌프, 상기 용매 탱크와 상기 교반조를 연결하는 용매 공급관, 상기 용매 공급관의 개도를 조절하는 용매 밸브로 구성되며, 상기 메탄올을 상기 오염토양 1톤에 대하여 0.1 ~ 2 kg의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 계면활성화와 에어를 이용한 원유오염 토양 정화 시설.
   
   
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