KR101888942B1 - 유류오염 지하수 처리장치 - Google Patents

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이승학
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 LNAPL(light non-aqueous phase liquid)로 오염된 지하수를 처리함에 있어서 자유상유류(free products)와 용존유기탄소를 효과적으로 제거함과 함께 유지관리가 용이한 유류오염 지하수 처리장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유류오염 지하수 처리장치는 양수펌프를 통해 양수된 지하수를 공급받아 지하수에 포함되어 있는 자유상유류 및 용존유기탄소를 제거하며, 자유상유류 처리장치와 용존유기탄소 처리장치로 구성되는 오염정화키트; 및 오염정화키트에 의해 정화된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 정화된 지하수가 토양에 침투되도록 유도하는 침투조;를 포함하여 이루어지며, 상기 자유상유류 처리장치는, 지하수계로부터 양수된 지하수를 저류함과 함께 양수된 지하수를 친수성필터 처리조로 공급하는 제 1 원수저류조와, 제 1 원수저류조로부터 공급된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 친수성필터를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 자유상유류를 걸러내는 친수성필터 처리조를 포함하여 구성되며, 상기 용존유기탄소 처리장치는, 친수성필터 처리조로부터 배출되는 자유상유류가 걸러진 지하수를 저류함과 함께 저류된 지하수를 용존유기탄소 흡착수단으로 공급하는 제 2 원수저류조와, 제 2 원수저류조로부터 지하수를 공급받아 용존유기탄소 흡착제를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 용존유기탄소를 흡착, 제거하는 용존유기탄소 흡착수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유류오염 지하수 처리장치{Apparatus for purifying oil-polluted underground water}
본 발명은 유류오염 지하수 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LNAPL(light non-aqueous phase liquid)로 오염된 지하수를 처리함에 있어서 자유상유류(free products)와 용존유기탄소를 효과적으로 제거함과 함께 유지관리가 용이한 유류오염 지하수 처리장치에 관한 것이다.
유류저장시설 등의 다양한 유류오염원에 의해 토양과 지하수가 오염될 수 있다. 유류오염원에서 유출되어 지하수로 유입된 유류는 휘발성 유류물질과 저밀도 휘발성 유류탄화수소 등으로 이루어진 LNAPL(light non-aqueous phase liquid) 형태로 지하수층에 표류하면서 존재하며, 지하수 오염을 지속적으로 유발하는 고농도 유류오염인자로 작용한다.
유류오염 토양 및 지하수를 복원하는 방법은 생물학적 처리방법, 물리화학적 처리방법, 열처리 방법 등으로 나뉘어지며, 처리 위치에 따라서는 원위치 처리기술(in-situ)과 양수 후 처리기술(on-situ) 등으로 구분된다. 이러한 유류오염 토양 및 지하수 복원방법은 각각 장단점을 갖고 있다.
한국등록특허 제1691425호는 원위치 처리기술(in-situ)로 탈기 및 산화반응을 이용한 물리화학적 처리방법을 제시하고 있으며, 한국등록특허 제1066336호는 양수 후 처리기술(on-situ)로 펜톤공정을 이용한 유류오염 지하수 처리기술을 제시하고 있다.
한편, 유류오염 지하수의 오염물질은 세부적으로, 지하수면 상에서 유동되는 자유상유류(free products)와 유류오염 지하수에 포함되어 있는 용존유기탄소로 구분될 수 있다. 그러나, 상술한 종래 기술의 경우 자유상유류(free products)와 용존유기탄소를 모두 제거하는데 효과적이지 않으며, 장치의 유지관리에 복잡함이 뒤따른다.
한국등록특허 제1691425호 한국등록특허 제1066336호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, LNAPL(light non-aqueous phase liquid)로 오염된 지하수를 처리함에 있어서 자유상유류(free products)와 용존유기탄소를 효과적으로 제거함과 함께 유지관리가 용이한 유류오염 지하수 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유류오염 지하수 처리장치는 양수펌프를 통해 양수된 지하수를 공급받아 지하수에 포함되어 있는 자유상유류 및 용존유기탄소를 제거하며, 자유상유류 처리장치와 용존유기탄소 처리장치로 구성되는 오염정화키트; 및 오염정화키트에 의해 정화된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 정화된 지하수가 토양에 침투되도록 유도하는 침투조;를 포함하여 이루어지며, 상기 자유상유류 처리장치는, 지하수계로부터 양수된 지하수를 저류함과 함께 양수된 지하수를 친수성필터 처리조로 공급하는 제 1 원수저류조와, 제 1 원수저류조로부터 공급된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 친수성필터를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 자유상유류를 걸러내는 친수성필터 처리조를 포함하여 구성되며, 상기 용존유기탄소 처리장치는, 친수성필터 처리조로부터 배출되는 자유상유류가 걸러진 지하수를 저류함과 함께 저류된 지하수를 용존유기탄소 흡착수단으로 공급하는 제 2 원수저류조와, 제 2 원수저류조로부터 지하수를 공급받아 용존유기탄소 흡착제를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 용존유기탄소를 흡착, 제거하는 용존유기탄소 흡착수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 친수성필터 처리조의 밑면은 친수성필터로 구성되며, 친수성필터에 의해 지하수에 포함되어 있는 자유상유류가 분리된다.
상기 용존유기탄소 흡착수단은 용존유기탄소 흡착제가 컬럼에 충진된 형태로 구성되며, 지하수가 용존유기탄소 흡착제를 통과하는 과정에서 지하수 내에 포함되어 있는 용존유기탄소는 용존유기탄소 흡착제에 흡착, 제거된다.
상기 제 1 원수저류조 및 제 2 원수저류조의 하단 배출구 각각에 지하수의 유출을 선택적으로 차단, 해제할 수 있는 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브가 구비된다.
상기 침투조는 침투관 및 침투정을 구비하며, 상기 침투관은 침투조의 하단측에 침투조의 둘레를 따라 방사 형태로 구비되며, 상기 침투관은 침투조의 하단측에 수직 방향으로 연장된 형태로 구비되며, 상기 침투조, 침투관 및 침투정은 지하수의 토양으로의 침투가 가능하도록 투수성 물질로 구성되거나 일측에 투수공이 구비될 수 있다.
상기 제 1 원수저류조, 친수성필터 처리조, 제 2 원수저류조, 용존유기탄소 흡착수단 각각의 일측에 구비되어 저류된 지하수의 수위를 측정하는 수위센서; 제 1 원수저류조, 제 2 원수저류조 각각의 일측에 구비되어 지하수의 유출을 선택적으로 차단, 해제하는 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브; 지하수계의 지하수를 양수정을 통해 양수하는 양수펌프; 및 상기 복수의 수위센서, 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브 및 양수펌프의 동작을 제어하는 제어장치;를 더 포함하여 이루어지며, 상기 제어장치는 상기 수위센서를 통해 지하수 수위정보를 전달받아 상기 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브의 개폐 동작 및 상기 양수펌프의 동작을 제어하여, 지하수가 제 1 원수저류조, 친수성필터 처리조, 제 2 원수저류조, 용존유기탄소 흡착수단에서 월류하는 것을 방지함과 함께 제 1 원수공급조에 공급되는 지하수의 유량을 조절할 수 있다.
자유상유류 처리장치의 제 1 원수저류조, 친수성필터 처리조, 제 2 원수저류조, 용존유기탄소 흡착수단은 수직 방향으로 순차적으로 배열되며, 자유상유류 처리장치와 용존유기탄소 처리장치 내에서의 지하수 이동은 중력낙하 방식을 따른다.
본 발명에 따른 유류오염 지하수 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
수직 방향으로 순차적으로 배열된 자유상유류 처리장치 및 용존유기탄소 처리장치를 통해 지하수 내에 포함되어 있는 자유상유류(free products)와 용존유기탄소를 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 자유상유류 처리장치 및 용존유기탄소 처리장치 각각에 구비된 수위센서를 기반으로 지하수의 이동을 제어함으로써 자유상유류와 용존유기탄소가 제거되지 않은 지하수가 토양으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
이와 함께, 오염정화키트를 이루는 각각의 장치를 착탈 가능한 구조로 구성함으로써 교체 등의 유지관리를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유류오염 지하수 처리장치의 구성도.
도 2는 수위정보에 따른 동작을 구현하기 위한 블록 구성도.
본 발명은 유류오염 지하수 처리장치에 관한 것이다.
앞서, '발명의 배경이 되는 기술'에서 기술한 바와 같이, 유류오염 지하수를 정화하기 위해서는 지하수면 상에서 유동하는 자유상유류(free products) 뿐만 아니라 지하수 내에 포함되어 있는 용존유기탄소 또한 제거되어야 한다.
본 발명은 친수성필터를 이용하여 자유상유류를 지하수로부터 분리함과 함께 용존유기탄소 흡착제를 이용하여 지하수에 용존되어 있는 용존유기탄소를 제거함으로써 지하수의 자유상유류 및 용존유기탄소를 효과적으로 제거하는 기술을 제시한다. 또한, 본 발명은 친수성필터 및 용존유기탄소 흡착제를 포함한 제반 장치 구성요소를 착탈 방식으로 교체 가능하도록 하여 유지관리가 용이한 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유류오염 지하수 처리장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유류오염 지하수 처리장치는 오염정화키트(100) 및 침투조(200)를 포함하여 이루어진다.
상기 오염정화키트(100)는 양수펌프(50)를 통해 양수된 지하수를 공급받아 지하수에 포함되어 있는 자유상유류 및 용존유기탄소를 제거하는 역할을 하며, 상기 침투조(200)는 오염정화키트(100)에 의해 정화된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 정화된 지하수가 토양에 침투되도록 유도하는 역할을 한다.
상기 오염정화키트(100)는 자유상유류 처리장치(110)와 용존유기탄소 처리장치(120)로 구성된다. 상기 자유상유류 처리장치(110)는 제 1 원수저류조(10) 및 친수성필터 처리조(20)로 이루어지며, 상기 용존유기탄소 처리장치(120)는 제 2 원수저류조(30) 및 용존유기탄소 흡착수단으로 이루어진다.
먼저, 상기 자유상유류 처리장치(110)의 제 1 원수저류조(10)는 지하수계로부터 양수된 지하수를 저류함과 함께 양수된 지하수를 상기 친수성필터 처리조(20)로 공급하는 역할을 한다. 상기 친수성필터 처리조(20)는 제 1 원수저류조(10)로부터 공급된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 친수성필터(21)를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 자유상유류를 걸러내는 역할을 한다.
상기 자유상유류 처리장치(110)의 제 1 원수저류조(10)는 깔때기 형상으로 구성할 수 있으며, 하단의 배출구에 원수의 유출을 선택적으로 차단, 해제할 수 있는 제 1 유출밸브(11)가 구비된다. 상기 친수성필터 처리조(20)의 밑면은 친수성필터(21)로 구성되며, 친수성필터 처리조(20)에 저류된 지하수는 친수성필터(21)를 통과하면서 유수분리된다. 즉, 지하수에 포함되어 있는 자유상유류는 친수성필터(21)에 의해 걸러지며 자유상유류를 제외한 지하수는 친수성필터(21)를 통과한다. 친수성필터(21)를 통과한 지하수는 상기 용존유기탄소 처리장치(120)의 제 2 원수저류조(30)로 공급된다.
상기 용존유기탄소 처리장치(120)의 제 2 원수저류조(30)는 친수성필터 처리조(20)로부터 배출되는 자유상유류가 걸러진 지하수를 저류함과 함께 저류된 지하수를 용존유기탄소 흡착수단으로 공급하는 역할을 한다. 상기 용존유기탄소 흡착수단은 제 2 원수저류조(30)로부터 지하수를 공급받아 용존유기탄소 흡착제(41)를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 용존유기탄소를 흡착하는 역할을 한다.
상기 용존유기탄소 처리장치(120)의 제 2 원수저류조(30)는 상기 제 1 원수저류조(10)와 마찬가지로 깔때기 형상으로 구성되며, 하단의 배출구에 원수의 유출을 선택적으로 차단, 해제할 수 있는 제 2 유출밸브(31)가 구비된다.
상기 용존유기탄소 흡착수단은 용존유기탄소 흡착제(41)가 컬럼(column)(42)에 충진된 형태로 구성된다. 제 2 원수저류조(30)의 지하수는 컬럼(42)에 충진된 용존유기탄소 흡착제(41)를 통과하며, 지하수가 용존유기탄소 흡착제(41)를 통과하는 과정에서 지하수 내에 포함되어 있는 용존유기탄소는 용존유기탄소 흡착제(41)에 흡착된다. 상기 컬럼(42) 내에 충진되는 용존유기탄소 흡착제(41)는 활성탄 등을 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 오염정화키트(100)는 자유상유류 처리장치(110)와 용존유기탄소 처리장치(120)로 구성되며, 양수펌프(50)를 통해 양수된 지하수 즉, 자유상유류 및 용존유기탄소를 포함하는 지하수는 상기 자유상유류 처리장치(110) 및 용존유기탄소 처리장치(120)에 의해 순차적으로 처리되며, 이를 통해 지하수에 포함되어 있는 자유상유류 및 용존유기탄소는 제거된다. 한편, 자유상유류 처리장치(110)와 용존유기탄소 처리장치(120) 내에서의 지하수 이동은 중력낙하 방식을 따르며, 이에 따라 자유상유류 처리장치(110)의 제 1 원수저류조(10), 친수성필터 처리조(20), 제 2 원수저류조(30), 용존유기탄소 흡착수단은 수직 방향으로 순차적으로 배열된 형태를 이룬다.
상기 용존유기탄소 흡착수단을 통해 배출되는 지하수 즉, 자유상유류 및 용존유기탄소가 제거된 지하수는 상기 침투조(200)로 공급된다. 상기 침투조(200)는 자유상유류 및 용존유기탄소가 제거된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 해당 지하수를 토양으로 배출하는 역할을 하며, 토양으로 배출된 지하수는 최종적으로 지하수계로 이동된다.
상기 침투조(200)는 지하수를 토양으로 배출해야 함에 따라 지반 내에 설치되어야 하며, 지하수의 토양으로의 침투 효율을 높이기 위해 상기 침투조(200)는 침투관(210) 및 침투정(220)이 구비될 수 있다. 상기 침투관(210)은 침투조(200)의 하단측에 침투조(200)의 둘레를 따라 방사 형태로 구비될 수 있으며, 상기 침투정(220)은 침투조(200)의 하단측에 수직 방향으로 연장된 형태로 구비될 수 있다. 지하수의 토양으로의 배출을 위해 상기 침투조(200), 침투관(210) 및 침투정(220)은 투수성 벽체, 우물 스크린 등의 투수성 물질로 구성하거나 일측에 투수공이 구비되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유류오염 지하수 처리장치는 전술한 바와 같이 지하수에 포함되어 있는 자유상유류 및 용존유기탄소를 제거하고, 정화된 지하수를 토양을 거쳐 지하수계로 공급하는 것을 목적하는 바, 자유상유류 및 용존유기탄소가 제거되지 않은 상태에서 지하수가 토양으로 유출되는 것을 방지하기 위해 다음의 구성이 추가적으로 구비된다.
상기 제 1 원수저류조(10), 친수성필터 처리조(20), 제 2 원수저류조(30), 용존유기탄소 흡착수단 각각의 일측에는 저류된 지하수의 수위를 측정하기 위한 수위센서(12)(22)(32)(43)가 구비된다. 또한, 전술한 바와 같이 제 1 원수저류조(10), 제 2 원수저류조(30) 각각에는 지하수의 유출을 선택적으로 차단, 해제할 수 있는 제 1 유출밸브(11), 제 2 유출밸브(31)가 구비된다. 이와 함께, 지하수계의 지하수를 양수정(51)을 통해 양수하는 양수펌프(50)가 구비된다.
상기 수위센서(12)(22)(32)(43), 제 1 유출밸브(11), 제 2 유출밸브(31) 및 양수펌프(50)의 동작은 제어장치(130)에 의해 제어된다(도 2 참조).
자유상유류 또는 용존유기탄소가 제거되지 않은 상태에서 지하수가 토양으로 유출되는 것을 방지하기 위해, 상기 제어장치(130)는 상기 제 1 원수저류조(10), 친수성필터 처리조(20), 제 2 원수저류조(30), 용존유기탄소 흡착수단 각각에 구비된 수위센서(12)(22)(32)(43)를 통해 지하수 수위정보를 전달받아 상기 제 1 유출밸브(11), 제 2 유출밸브(31)의 개폐 동작을 제어한다. 이와 같은 수위정보를 바탕으로 한 제 1 유출밸브(11), 제 2 유출밸브(31)의 개폐 동작 제어를 통해 지하수가 제 1 원수저류조(10), 친수성필터 처리조(20), 제 2 원수저류조(30), 용존유기탄소 흡착수단에서 월류하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제어장치(130)는 수위센서(12)(22)(32)(43)의 수위정보를 바탕으로 상기 양수펌프(50)의 동작을 선택적으로 제어하여 상기 제 1 원수공급조에 공급되는 지하수의 유량을 조절할 수 있다.
한편, 상기 오염정화키트(100)를 구성하는 자유상유류 처리장치(110)와 용존유기탄소 처리장치(120), 자유상유류 처리장치(110)를 구성하는 제 1 원수저류조(10)와 친수성필터 처리조(20), 용존유기탄소 처리장치(120)를 구성하는 제 2 원수저류조(30)와 용존유기탄소 흡착수단은 선택적으로 착탈 가능한 구조를 이루며, 이를 통해 유지관리를 용이하게 할 수 있다.
10 : 제 1 원수처리조 11 : 제 1 유출밸브
12, 22, 32, 43 : 수위센서 20 : 친수성필터 처리조
21 : 친수성필터 30 : 제 2 원수처리조
31 : 제 2 유출밸브 41 : 용존유기탄소 흡착제
42 : 컬럼 51 : 양수펌프
52 : 양수정
110 : 자유상유류 처리장치 120 : 용존유기탄소 처리장치
200 : 침투조 210 : 침투관
220 : 침투정

Claims (7)

  1. 양수펌프를 통해 양수된 지하수를 공급받아 지하수에 포함되어 있는 자유상유류 및 용존유기탄소를 제거하며, 자유상유류 처리장치와 용존유기탄소 처리장치로 구성되는 오염정화키트; 및
    오염정화키트에 의해 정화된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 정화된 지하수가 토양에 침투되도록 유도하는 침투조;를 포함하여 이루어지며,
    상기 자유상유류 처리장치는,
    지하수계로부터 양수된 지하수를 저류함과 함께 양수된 지하수를 친수성필터 처리조로 공급하는 제 1 원수저류조와, 제 1 원수저류조로부터 공급된 지하수가 저류되는 공간을 제공함과 함께 친수성필터를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 자유상유류를 걸러내는 친수성필터 처리조를 포함하여 구성되며,
    상기 용존유기탄소 처리장치는,
    친수성필터 처리조로부터 배출되는 자유상유류가 걸러진 지하수를 저류함과 함께 저류된 지하수를 용존유기탄소 흡착수단으로 공급하는 제 2 원수저류조와, 제 2 원수저류조로부터 지하수를 공급받아 용존유기탄소 흡착제를 이용하여 지하수에 포함되어 있는 용존유기탄소를 흡착, 제거하는 용존유기탄소 흡착수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유류오염 지하수 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성필터 처리조의 밑면은 친수성필터로 구성되며, 친수성필터에 의해 지하수에 포함되어 있는 자유상유류가 분리되는 것을 특징으로 하는 유류오염 지하수 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 용존유기탄소 흡착수단은 용존유기탄소 흡착제가 컬럼에 충진된 형태로 구성되며, 지하수가 용존유기탄소 흡착제를 통과하는 과정에서 지하수 내에 포함되어 있는 용존유기탄소는 용존유기탄소 흡착제에 흡착, 제거되는 것을 특징으로 하는 유류오염 지하수 처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 원수저류조 및 제 2 원수저류조의 하단 배출구 각각에 지하수의 유출을 선택적으로 차단, 해제할 수 있는 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 유류오염 지하수 처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 침투조는 침투관 및 침투정을 구비하며,
    상기 침투관은 침투조의 하단측에 침투조의 둘레를 따라 방사 형태로 구비되며, 상기 침투정은 침투조의 하단측에 수직 방향으로 연장된 형태로 구비되며,
    상기 침투조, 침투관 및 침투정은 지하수의 토양으로의 침투가 가능하도록 투수성 물질로 구성되거나 일측에 투수공이 구비되는 것을 특징으로 하는 유류오염 지하수 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 원수저류조, 친수성필터 처리조, 제 2 원수저류조, 용존유기탄소 흡착수단 각각의 일측에 구비되어 저류된 지하수의 수위를 측정하는 수위센서;
    제 1 원수저류조, 제 2 원수저류조 각각의 일측에 구비되어 지하수의 유출을 선택적으로 차단, 해제하는 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브;
    지하수계의 지하수를 양수정을 통해 양수하는 양수펌프; 및
    상기 복수의 수위센서, 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브 및 양수펌프의 동작을 제어하는 제어장치;를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제어장치는 상기 복수의 수위센서를 통해 지하수 수위정보를 전달받아 상기 제 1 유출밸브, 제 2 유출밸브의 개폐 동작 및 상기 양수펌프의 동작을 제어하여, 지하수가 제 1 원수저류조, 친수성필터 처리조, 제 2 원수저류조, 용존유기탄소 흡착수단에서 월류하는 것을 방지함과 함께 제 1 원수저류조에 공급되는 지하수의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 유류오염 지하수 처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 자유상유류 처리장치의 제 1 원수저류조, 친수성필터 처리조, 제 2 원수저류조, 용존유기탄소 흡착수단은 수직 방향으로 순차적으로 배열되며,
    자유상유류 처리장치와 용존유기탄소 처리장치 내에서의 지하수 이동은 중력낙하 방식을 따르는 것을 특징으로 하는 유류오염 지하수 처리장치.
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