KR101995214B1 - 오염토양 선별세척 및 폐수처리정화 및 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유류 또는 석유화학의 오염물질이나 각종 중금속 등이 혼합되어 있는 오염토양을 입자의 크기에 따라 다단계로 분리 세척하여 오염토양의 세척효율을 높이고 오염토양세척시 발생하는 오염물질 및 중금속을 포함한 세척폐수를 동시에 정화처리하고, 오염물질 오염도를 실시간 자동으로 측정하는 오염도 데이터를 기반으로 오염도를 실시간으로 모니터링하면서 정화기간을 산출하기 위한 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

오염토양 선별세척 및 폐수처리정화 및 모니터링 시스템{Remediation and monitorin system of contaminated soil by soil separation and soil washing and wastewater treatment}

본 발명은 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유류 또는 석유화학의 오염물질이나 각종 중금속 등이 혼합되어 있는 오염토양을 입자의 크기에 따라 다단계로 분리 세척하여 오염토양의 세척효율을 높이고 오염토양세척시 발생하는 오염물질 및 중금속을 포함한 세척폐수를 동시에 정화처리하고, 오염물질 오염도를 실시간 자동으로 측정하는 오염도 데이터를 기반으로 오염도를 실시간으로 모니터링하면서 정화기간을 산출하기 위한 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 토양오염은 주로 폐기물의 무단 매립 또는 누출사고, 주변의 유류 저장고, 군기지, 탄광주변 등에서 유류와 중금속의 복합오염형태로 발생하고 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 하천 퇴적토 및 해양 준설토 등 해상 유류관련 사고시 인근해역의 해변 모래에서 발생되기도 한다.

이러한 토양오염은 수질이나 대기오염과 달리 쉽게 드러나지 않는 특성이 있고, 일단 오염이 되고 나면 지표수 및 지하수의 수질에도 악영향을 미치게 되는 등 주변 환경에 2차 오염을 유발시킬 가능성이 있으므로 오염된 토양은 반드시 빠른 시간 내에 정화시켜야 한다.

이러한 오염된 토양을 정화하기 위한 방법으로는 토양 세척, 소각, 고형화, 안정화 및 용매추출 등과 같은 물리화학적 방법과, 토양 경작, 콤포스팅(composting), 바이오벤팅(bioventing), 식물복원 등과 같은 생물학적 방법으로 구분될 수 있으며, 이러한 여러 방법들 중에서 비교적 쉽고 오염된 토양을 신속히 정화할 수 있는 것은 토양세척방법이다.

오염토양세척방법은 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합된 유해성 유기오염물질의 표면장력을 약화시키거나 중금속을 액상으로 변화시켜 토양입자로부터 분리시켜 처리하는 기법으로서, 광범위한 유기 및 무기오염물질을 제거할 수 있는 한편 오염물질의 종류에 관계없이 적용할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 오염토양세척방법은 현장처리법(In-situ 법)과, 현장외처리법(Ex-situ법)으로 구분되며, 현장처리법은 오염된 토양을 굴착하지 않고 세척용액 주입정, 세척용액 배출정, 세척유출수 처리시설, 펌프 및 계장시설, 휘발물질 처리시설 등을 오염된 부지에 설치하여 처리하고자 하는 오염토양 내에 세척수를 순환시켜 오염토양을 직접세척하는 방법으로서, 처리 시간이 길고 세척액의 회수가 어려움은 물론 이동성이 없는 단점이 있기 때문에 오염토양세척방법은 주로 현장외처리법이 주로 적용되고 있으며, 상기 현장외처리법은 토양내 오염물질의 분포 및 토양의 물리/화학적 특성을 파악하여 처리하고자 하는 범위의 오염된 토양을 굴착한 후, 적절한 세척액을 사용하여 굴착된 오염토양을 세척하는 방법이다.

종래 오염토양세척방법으로는, 한국등록특허 10-0475431에 오염된 토양이 투입되는 투입 호퍼(feed hopper); 상기 투입된 토양을 축 회전 방식으로 이송하면서 용수를 분사하여 세척하는 로그 와셔(log washer); 상기 로그 와셔에서 세척된 토양을 유입받아 제 1 입자크기 이상의 토양은 외부로 반출하고 상기 제 1 입자크기 이하의 토양은 다음 단계로 배출하는 듀얼 스크린(dual screen); 상기 듀얼 스크린으로부터 배출되는 토양과 상기 로그 와셔로부터 배출되는 세척수를 유입받아 제 2 입자크기 이상의 토양은 외부로 반출하고, 상기 제 2 입자크기 이하의 미세토양은 다음 단계로 배출하는 스크류 분류기(screw classifier); 세척수와 함께 유입되는 상기 미세토양을 침전시키는 침전조; 상기 침전조에 침전된 미세토양을 이송받아 탈수하여 케이크를 형성하여 외부로 반출하는 필터 프레스(filter press); 및 상기 침전조로부터 미세토양이 포함되지 않은 세척수와 상기 필터 프레스로부터 여과된 세척수를 유입받아 저장하고, 상기 저장된 용수를 상기 로그 와셔에 용수를 공급함과 동시에 유수분리기를 통하여 유분을 제거한 후 상기 스크류 분류기에 제공하는 베이커 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 토양세척장치가 공지된 바 있으나, 상기 토양세척장치는 오염된 토양을 미리 입자크기별로 건식으로 선별하지 않고 세척 투입함에 따라 세척시간 및 비용이 과다하게 소요됨에 따른 세척효율이 미흡한 문제점이 있었다.

또한, 한국등록특허 10-0952752에 세척 및 고액분리된 직경 1㎜ 미만의 토양슬러리를 외부로부터 공급받아 침전시키고, 침전된 직경 0.02㎜ 내지 1㎜ 미만의 토양슬러리를 하부로 배출시키는 침사조; 상기 침사조의 상등수로 오버플로된 직경 1㎜ 미만의 토양슬러리에 고압공기를 가하고 미세기포에 의해 유류성분을 분리하여, 분리된 유류성분을 공기 부상시켜 제거하고, 유류성분이 제거된 토양슬러리를 하부로 배출시키는 미세기포반응조; 상기 침사조의 하부로 배출된 토양슬러리와 상기 미세기포반응조의 하부로 배출된 토양슬러리를 각각 공급받아, 토양슬러리 내의 중금속성분을 산용액의 산 용출 반응에 의해 분리한 후, 상기 중금속성분이 분리되어 하부로 침전되는 미세토양과, 상기 반응 후 상등수로 배출되는 산용액을 각각 알칼리 용액을 통해 중화하는 중금속반응조; 상기 중금속반응조에서 중금속이 제거되어 하부로 배출된 직경 0.02㎜ 내지 1㎜ 미만의 미세토양슬러지를 원심탈수하여, 탈수된 미세토양을 외부 배출시키는 원심탈수기; 및 상기 미세기포반응조의 상등수로 배출된 공정수를 정화 처리하는 수처리부를 포함하며, 상기 침사조는, 상기 직경 1㎜ 미만의 토양슬러리를 유입받아 침전시키고, 침전된 토양슬러리를 하부로 배출하여 상기 고액분리에 재이용되도록 하는 제1침사조; 상기 제1침사조의 상등수로 오버플로우된 토양슬러리를 유입받아 침전시키고, 침전된 직경 0.064㎜ 내지 1㎜ 미만의 토양슬러리를 하부로 배출시켜 상기 중금속반응조로 유입되게 하고, 직경 1㎜ 미만의 토양슬러리를 상등수로 배출시키는 제2침사조; 상기 제2침사조의 상등수로 오버플로우된 토양슬러리를 유입받아 침전시키고, 침전된 직경 0.02㎜ 내지 1㎜ 미만의 토양슬러리를 하부로 배출시켜 상기 중금속반응조로 유입되게 하고, 직경 1㎜ 미만의 토양슬러리를 상등수로 배출시켜 상기 미세기포반응조에 유입되게 하는 제3침사조를 포함하고, 상기 제1침전조, 제2침전조의 내부에는, 유입받은 토양슬러리의 상등수에 포함된 유류성분을 제거하는 벨트오일스키머와, 표면에 산과 골이 반복 형성된 판재들이 서로 평행하게 일정 간격 수직으로 설치된 형태로서 토양슬러리의 침전효율을 높이는 침강판들을 구비한 미세토양 세척장치가 공지되어 있으나, 미세토양 세척장치는 세척 및 고액분리된 직경 1㎜ 미만의 토양을 세척하기 위한 것으로 입자크기에 따른 오염토양 전체를 세척할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 한국등록특허 10-0988942에는 오염토양이 투입되는 호퍼(10)와, 상기 호퍼(10)에 투입되어 컨베이어벨트(20)를 타고 이송하는 오염토양에서 금속을 분리하기 위해 마그넷이 설치된 금속분리장치(30)와, 상기 금속분리장치(30)에서 금속이 분리된 오염토양을 컨베이어벨트(21)로 이송하여 처리수조저장탱크(40)에서 공급되는 세척수를 고압 분사시켜서 세척선별된 토양(90)을 분리하여 배출하기 위한 워싱스크린장치(50)와, 상기 워싱스크린장치(50)에서 배출된 세척수를 원심분리로 교반하여 저장하는 1차 저장탱크(60)와, 상기 1차 저장탱크(60)에 저장된 세척수를 고압으로 분사되는 벤튜리관(70)과, 상기 벤튜리관(70)에서 배출된 세척수를 원심분리로 교반하여 저장하는 2차 저장탱크(61)와, 상기 2차 저장탱크(61)에 저장된 세척수를 이송하여 세척선별된 토양(91)을 분리하는 탈수스크린(80)과, 상기 탈수스크린(80)에서 분리된 세척수를 원심분리로 교반하여 저장하는 3차 저장탱크(62)와, 상기 3차 저장탱크(62)에서 저장된 세척수를 고압으로 분사하는 벤튜리관(110)과, 상기 벤튜리관(110)에서 배출된 세척수를 다시 원심분리로 교반하여 저장하는 4차 저장탱크(63)와, 상기 4차 저장탱크(63)에 저장된 세척수를 침전호퍼(120)에서 침전시키고 농축조(130)에서 농축시킨 후 농축된 오염토양에서 슬러지(150)를 선별하여 배출하는 스크류데칸터(140)와, 상기 스크류데칸터(140)에서 분리된 세척수를 원심분리로 교반하여 저장하는 5차 저장탱크(64)와, 상기 5차 저장탱크(64)에 저장된 세척수에서 슬러지(150)를 선별하여 배출하는 필터프레스(160)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 오염토양 세척 선별장치가 공지되어 있으나, 상기 장치 또한 오염된 토양을 미리 입자크기별로 건식으로 선별하지 않고 세척 투입함에 따라 세척시간 및 비용이 과다하게 소요됨에 따른 세척효율이 미흡한 문제점이 있었다.

또한, 한국등록특허 10-1206925에는 오염토양 및 세척수 투입기/고압 폭기 혼합기/침전기/세척 폐수 배출기/세척완료토양 배출기를 한 사이클로 운전하여 세척하는 적어도 2개의 연속 회분식 오염토양 세척장치들;과, 상기 연속 회분식 오염토양 세척장치들에 접속되어 각 연속 회분식 오염토양 세척장치의 상기 세척 폐수가 유입되는 유량 조정조;와, 상기 유량 조정조에 접속되어 상기 세척 폐수를 정화시키기 위한 수처리 장치;와, 상기 유량 조정조와 수처리 장치를 시간적 순서를 두고 이용하기 위하여 각 연속 회분식 오염토양 세척장치의 작동 시간을 모두 상이하게 제어함으로써 각 연속 회분식 오염토양 세척장치가 순차적으로 작동되도록 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 회분식 오염토양 세척시스템이 공지되어 있으나, 상기 시스템은 오염토양을 입자별로 선별 세척하기 위한 장치가 아니라 세척폐수를 처리하기 위한 장치에 불과한 문제점이 있다.

상기 살펴본 바와 같이, 종래기술들은 오염된 토양을 미리 입자크기별로 건식으로 선별하지 않고 세척 투입함에 따라 세척시간 및 비용이 과다하게 소요되는 문제점으로 인해 세척효율이 저하되는 문제점이 있고, 특히, 한국등록특허 10-0475431는 토양을 입자크기별로 여러 단계로 분리하여 배출하며, 미세토양은 별도로 분리할 수 있는 토양세척장치를 제안하고 있기는 하나, 연속적이 아닌 회분식에 의하여 세척처리효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술들은 세척공정에서 생성된 미립토양과 부양토양을 폐기용 오염 슬러지로 만들어 폐기하므로 폐기물의 처리비용이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 폐기물로 인하여 제2의 환경오염을 야기하는 문제점이 있으며, 미세토양의 경우는 세척제의의 침투가 어려워 미세토양에 흡착된 오염물질을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래기술들은 세척공정에서 발생하는 오염물질 및 중금속을 포함하는 세척폐수를 동시에 처리하지 못해 발생하는 2차 환경오염을 방지할 수 없었으며, 이를 위하여 별도의 폐수처리시설을 갖추어야 하는 등의 문제점이 있었다.

아울러, 종래기술들은 오염토양을 정화처리함에 있어서 정화과정중의 오염토양의 오염정도를 모니터링할 수 없기 대문에 적정정화조건 또는 정화에 필요한 기간을 전혀 예측할 수 없어 오염토양의 정화계획 등을 수립하는데 어려운 문제점이 있었다.

[특허문헌 1] 한국등록특허 10-0475431(등록일자 2005년02월25일) [특허문헌 2] 한국등록특허 10-0952752(등록일자 2010년04월06일) [특허문헌 3] 한국등록특허 10-0988942(등록일자 2010년10월13일) [특허문헌 4] 한국등록특허 10-1206925(등록일자 2012년11월26일)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 유류 또는 석유화학의 오염물질이나 각종 중금속 등이 혼합되어 있는 오염토양을 입자의 크기에 따라 다단계로 분리 세척하여 오염토양의 세척효율을 높이고 오염토양세척시 발생하는 오염물질 및 중금속을 포함한 세척폐수를 동시에 정화처리하고, 오염물질 오염도를 실시간 자동으로 측정하는 오염도 데이터를 기반으로 오염도를 실시간으로 모니터링하면서 정화기간을 산출하기 위한 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 100mm 초과 크기 입자의 오염토양을 분리하고 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 수집하기 위하여 100mm 격자크기가 구비되는 백호우 버켓선별기와, 상기 백호우 버켓선별기에 의해 수집된 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 일정한 속도로 연속 투입하기 위하여 투입호퍼, 정량 이송컨베이어 및 경사컨베이어를 구비하는 오염토양 정량투입장치와, 상기 오염토양 정량투입장치로부터 투입되는 오염토양중 20mm 초과 크기 입자를 골재로 세척 분리 배출함과 동시에 20mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 20mm 크기의 스크린과 살수노즐을 구비하는 굵은골재선별기와, 상기 굵은골재선별기로부터 투입되는 세척토 중 2mm 초과 크기 입자를 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 2mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 2mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 1차 세척선별기와, 상기 1차 세척선별기로부터 투입되는 2mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리 중 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리를 원심력으로 선별하여 침사지로 이송함과 동시에 하부로 배출되는 토사는 2차 세척선별기로 투입하는 1차 싸이클론과, 상기 1차 사이클론 하부로부터 투입되는 1mm 초과 2mm 이하 크기 입자의 토양 중 1 mm 초과 크기 입자를 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 1mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 1mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 2차 세척선별기와, 상기 2차 세척선별기로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리를 원심분리하기 위한 2차 싸이클론과, 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양에 흡착된 오염물질을 산화제인 과황산나트륨과 촉매제인 철염을 사용하여 산화처리하기 위한 토양세척조와, 상기 토양세척조에서 이송되는 산화처리토를 스크레이퍼 콘베이어를 통하여 투입하고 탈수 분리하여 세척토로 배출하기 위한 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 탈수스크린과, 상기 탈수스크린에서 탈수된 세척폐수는 펜톤산화처리하기 위하여 펜톤산화처리시스템으로 이송되고, 상기 분리된 세척토에 오염되어 있는 중금속을 구연산으로 세척하고 최종세척토로 배출하기 위한 구연산 세척조를 포함하여 구성되는 선별세척시스템과; 상기 1차 싸이클론으로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리중 침전된 토양은 1차 세척선별기로 재순환하고, 상등액 세척폐수는 펜톤산화처리시스템의 pH조정조로 이송하는 침사지와, 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수중의 오염물질을 펜톤산화처리하기 위하여, pH조정조, 펜톤산화조, 중화조 및 응집조를 포함하여 구성되는 펜톤산화처리시스템과; 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액으로부터 오염물질의 오염도를 실시간으로 측정하는 실시간 오염도 측정장치;를 포함하여 구성되는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화시스템 및 모니터링 을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 구연산 세척조로부터 분리 배출되는 구연산 세척폐수는 구연산 세척폐수의 0.01~1.0wt%의 황화나트륨(Na₂S)을 첨가하여 균일하게 혼합, 반응시켜 중금속-황화물로 중금속을 침전시켜 제거하고, 중금속-황화물이 제거된 구연산을 상기 구연산 세척조로 재순환 사용하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 pH조정조는 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수의 pH를 2.5 ~ 3.5로 조정하도록 pH센서에 의하여 황산, 황산철염 및 소포수 주입장치와 연동하여 작동되고, 세척폐수와 황산, 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 펜톤산화조는 과산화수소 주입장치와 연동하여 작동되고 펜톤산화반응이 원활하고 균일하게 일어나도록 상기 pH조정조로부터 유입되는 세척폐수와 황산, 과산화수소 및 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 중화조는 세척폐수의 pH를 7 ~ 9로 조정하도록 pH센서에 의하여 Alum, 소석회 주입장치와 연동하여 작동되고, 상기 펜톤산화조로부터 유입되는 펜톤산화수와 Alum, 소석회를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 응집조는 응집제 투입장치와 연동하여 작동되고 상기 중화조로부터 유입되는 중화수와 응집제를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 실시간 오염도 측정장치는 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액을 샘플링 채취하여 저장하기 위한 1차 샘플링수조와; 상기 1차 샘플링수조로부터 펌핑되는 오염물질추출액의 이물질을 필터링하기 위한 필터프레스와; 상기 필터프레스를 거친 오염물질추출액을 저장하기 위한 2차 샘플링수조와; 상기 2차 샘플링수조로부터 오염물질추출액을 일정량 샘플링 채취하기 위한 정량펌프와; 상기 정량펌프로부터 채취된 오염물질추출액을 수용하기 위한 바이알과; 상기 오염물질추출액이 수용된 바이알에 메탄올을 투입하여 혼합되도록 하기 위한 메탄올주입노즐과; 상기 메탄올이 혼합되어 수용된 바이알을 진동시켜 오염물질추출액 및 메탄올을 균일하게 혼합되도록 하기 위한 진동장치와; 상기 진동완료된 바이알로부터 일정량 채취된 오염물질추출액 및 메탄올 혼합물이 주입되어 오염물질을 분석하기 위한 GC/MS 오염도 측정장치;를 포함하여 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 1차 샘플링수조와, 필터프레스와, 2차 샘플링수조와, 정량펌프와, 바이알은 오염도 측정이 완료된 후, 메탄올에 의해 1차 세척되고, 증류수에 의해 2차 세척되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

상기 실시간 오염도 측정장치로부터 측정된 일정기간의 오염도 데이터와 다음 지수함수에 의한 정화기간산출알고리즘이 반영된 프로그램에 의하여 오염도를 모니터링하고 정화기간을 산출하기 위한 정화기간 모니터링 장치를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

C: 일정기간 경과 후 지하수 오염도(mg/L)

C₀: 초기 지하수 오염도(mg/L)

K: 저감계수(day^-1)

T: 시간(day)

본 발명에 따른 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템은 유류 또는 석유화학의 오염물질이나 각종 중금속 등이 혼합되어 있는 오염토양을 입자의 크기에 따라 다단계로 분리 세척하여 오염토양의 세척효율을 높이고 오염토양세척시 발생하는 오염물질 및 중금속을 포함한 세척폐수를 동시에 정화처리하고, 오염물질 오염도를 실시간 자동으로 측정하는 오염도 데이터를 기반으로 오염도를 실시간으로 모니터링하면서 정화기간을 산출할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 정량투입장치로부터 2차 싸이클론까지 전체공정구성도
도 2는 본 발명의 투입호퍼 및 굵은 골재 선별기 공정 구성도
도 3은 본 발명의 1차 세척선별기 및 1차 싸이클론 공정 구성도
도 4는 본 발명의 1차 및 2차 싸이클론 구성도
도 5는 본 발명의 2차 세척선별기 및 2차 싸이클론 공정 구성도
도 6은 본 발명의 토양세척조 및 탈수스크린의 전체 공정 구성도
도 7은 본 발명의 토양세척조 공정 구성도
도 8은 본 발명의 탈수스크린 공정 구성도
도 9는 본 발명의 펜톤산화처리시스템 공정 구성도
도 10은 본 발명의 슬러지처리시스템 공정 구성도
도 11은 본 발명의 실시간 오염도 측정장치 구성도

본 발명은, 100mm 초과 크기 입자의 오염토양을 분리하고 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 수집하기 위하여 100mm 격자크기가 구비되는 백호우 버켓선별기와, 상기 백호우 버켓선별기에 의해 수집된 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 일정한 속도로 연속 투입하기 위하여 투입호퍼, 정량 이송컨베이어 및 경사컨베이어를 구비하는 오염토양 정량투입장치와, 상기 오염토양 정량투입장치로부터 투입되는 오염토양중 20mm 초과 크기 입자를 골재로 세척 분리 배출함과 동시에 20mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 20mm 크기의 스크린과 살수노즐을 구비하는 굵은골재선별기와, 상기 굵은골재선별기로부터 투입되는 세척토 중 2mm 초과 크기 입자를 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 2mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 2mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 1차 세척선별기와, 상기 1차 세척선별기로부터 투입되는 2mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리 중 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리를 원심력으로 선별하여 침사지로 이송함과 동시에 하부로 배출되는 토사는 2차 세척선별기로 투입하는 1차 싸이클론과, 상기 1차 사이클론 하부로부터 투입되는 1mm 초과 2mm 이하 크기 입자의 토양 중 1 mm 초과 크기 입자를 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 1mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 1mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 2차 세척선별기와, 상기 2차 세척선별기로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리를 원심분리하기 위한 2차 싸이클론과, 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양에 흡착된 오염물질을 산화제인 과황산나트륨과 촉매제인 철염을 사용하여 산화처리하기 위한 토양세척조와, 상기 토양세척조에서 이송되는 산화처리토를 스크레이퍼 콘베이어를 통하여 투입하고 탈수 분리하여 세척토로 배출하기 위한 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 탈수스크린과, 상기 탈수스크린에서 탈수된 세척폐수는 펜톤산화처리하기 위하여 펜톤산화처리시스템으로 이송되고, 상기 분리된 세척토에 오염되어 있는 중금속을 구연산으로 세척하고 최종세척토로 배출하기 위한 구연산 세척조를 포함하여 구성되는 선별세척시스템과; 상기 1차 싸이클론으로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리중 침전된 토양은 1차 세척선별기로 재순환하고, 상등액 세척폐수는 펜톤산화처리시스템의 pH조정조로 이송하는 침사지와, 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수중의 오염물질을 펜톤산화처리하기 위하여, pH조정조, 펜톤산화조, 중화조 및 응집조를 포함하여 구성되는 펜톤산화처리시스템과; 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액으로부터 오염물질의 오염도를 실시간으로 측정하는 실시간 오염도 측정장치;를 포함하여 구성되는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 구연산 세척조로부터 분리 배출되는 구연산 세척폐수는 구연산 세척폐수의 0.01~1.0wt%의 황화나트륨(Na₂S)을 첨가하여 균일하게 혼합, 반응시켜 중금속-황화물로 중금속을 침전시켜 제거하고, 중금속-황화물이 제거된 구연산을 상기 구연산 세척조로 재순환 사용하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 pH조정조는 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수의 pH를 2.5 ~ 3.5로 조정하도록 pH센서에 의하여 황산, 황산철염 및 소포수 주입장치와 연동하여 작동되고, 세척폐수와 황산, 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 펜톤산화조는 과산화수소 주입장치와 연동하여 작동되고 펜톤산화반응이 원활하고 균일하게 일어나도록 상기 pH조정조로부터 유입되는 세척폐수와 황산, 과산화수소 및 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 중화조는 세척폐수의 pH를 7 ~ 9로 조정하도록 pH센서에 의하여 Alum, 소석회 주입장치와 연동하여 작동되고, 상기 펜톤산화조로부터 유입되는 펜톤산화수와 Alum, 소석회를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 응집조는 응집제 투입장치와 연동하여 작동되고 상기 중화조로부터 유입되는 중화수와 응집제를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 실시간 오염도 측정장치는 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액을 샘플링 채취하여 저장하기 위한 1차 샘플링수조와; 상기 1차 샘플링수조로부터 펌핑되는 오염물질추출액의 이물질을 필터링하기 위한 필터프레스와; 상기 필터프레스를 거친 오염물질추출액을 저장하기 위한 2차 샘플링수조와; 상기 2차 샘플링수조로부터 오염물질추출액을 일정량 샘플링 채취하기 위한 정량펌프와; 상기 정량펌프로부터 채취된 오염물질추출액을 수용하기 위한 바이알과; 상기 오염물질추출액이 수용된 바이알에 메탄올을 투입하여 혼합되도록 하기 위한 메탄올주입노즐과; 상기 메탄올이 혼합되어 수용된 바이알을 진동시켜 오염물질추출액 및 메탄올을 균일하게 혼합되도록 하기 위한 진동장치와; 상기 진동완료된 바이알로부터 일정량 채취된 오염물질추출액 및 메탄올 혼합물이 주입되어 오염물질을 분석하기 위한 GC/MS 오염도 측정장치;를 포함하여 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 1차 샘플링수조와, 필터프레스와, 2차 샘플링수조와, 정량펌프와, 바이알은 오염도 측정이 완료된 후, 메탄올에 의해 1차 세척되고, 증류수에 의해 2차 세척되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

상기 실시간 오염도 측정장치로부터 측정된 일정기간의 오염도 데이터와 다음 지수함수에 의한 정화기간산출알고리즘이 반영된 프로그램에 의하여 오염도를 모니터링하고 정화기간을 산출하기 위한 정화기간 모니터링 장치를 포함하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.

C: 일정기간 경과 후 지하수 오염도(mg/L)

C₀: 초기 지하수 오염도(mg/L)

K: 저감계수(day^-1)

T: 시간(day)

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 도면에 한정되지 않는다.

[도 1], [도 6], [도 9] 내지 [도 10]을 참조하면 본 발명의 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화시스템은, 백호우 버켓선별기와, 오염토양 정량투입장치와, 굵은골재선별기와, 1차 세척선별기와, 1차 싸이클론과, 2차 세척선별기와, 2차 싸이클론과, 토양세척조와, 탈수스크린을 포함하여 구성되는 선별세척시스템과; 상기 선별세척시스템에서 발생하는 폐수를 펜톤산화정화처리하기 위한 펜톤산화처리시스템;을 포함하여 구성된다.

먼저, 선별세척시스템은 백호우 버켓선별기와, 오염토양 정량투입장치와, 굵은골재선별기와, 1차 세척선별기와, 1차 싸이클론과, 2차 세척선별기와, 2차 싸이클론과, 토양세척조와, 탈수수크린을 포함하여 구성되는 바, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기, 백호우 버켓선별기는 100mm 초과 크기 입자의 오염토양을 분리하고 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 수집하기 위한 것으로 100mm 격자의 스크린이 구비되며, 백호우 작업은 충분한 선별을 위한 진동을 제공하는 것이 바람직하며, 분리된 오염토와 100mm 초과 크기 입자의 토양이 서로 혼입되지 않도록 하는 것이 중요하다.

상기 오염토양 정량투입장치는 [도 2]를 참조하면, 상기 백호우 버켓선별기에 의해 수집된 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 일정한 속도로 연속 투입하기 위하여 투입호퍼, 정량 이송컨베이어 및 경사컨베이어를 포함하여 구성된다.

본 발명에서는 투입호퍼의 용량이 2.5㎥이상인 것을 사용하고, 정량 이송컨베이어 6m, 경사컨베이어 10m 길이로 사용하였다. 또한, 호퍼 중앙에는 막힘방지장치를 설치하여 막힘 현상을 감지하도록 하였으며, 상기 오염토양 정량투입장치는 인버터로 투입속도를 제어하도록 구성하였다.

상기 굵은골재선별기는 [도 2]를 참조하면, 상기 오염토양 정량투입장치로부터 투입되는 오염토양중 20mm 초과 크기 입자를 세척골재로 세척 분리 배출함과 동시에 20mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 20mm 크기의 스크린과 살수노즐을 구비한다.

여기서, 상기 굵은골재선별기는 골재표면에 과량의 토사가 점착되지 않도록 살수상태를 유지하는 것이 바람직하고 이를 위한 살수노즐은 18개 이상 설치하는 것이 바람직하며, 스크린망의 막힘발생여부 및 막힌 골재를 제거하는 것이 중요하고, 스크린망 파손으로 굵은 골재가 하부로 배출되지 않도록 유지관리하여야 한다.

다음으로, 상기 1차 세척선별기는 [도 3]을 참조하면, 상기 굵은골재선별기로부터 투입되는 세척토 중 2mm 초과 크기 입자를 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 2mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 2mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비한다.

상기 1차 세척선별기는 상기 굵은골재선별기로부터 1차 세척토 이송펌프를 통해 세척토가 투입되고, 2개의 진동체로 진동작동되며, 2mm 초과 크기 입자의 자갈 및 모래에 토사가 점착되지 않도록 살수상태를 유지하는 것이 바람직하고 이를 위한 살수노즐은 8개 이상 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 1차 세척선별기는 스크린망의 막힘발생여부 및 막힌 골재를 제거하기 위해 고압살수하는 것이 중요하고, 스크린망의 파손으로 굵은 골재가 하부로 배출되지 않도록 유지관리하여야 하며, 선별 배출되는 수분함량이 과도할 경우 수평진동폭을 축소하여 탈수하는 것이 바람직하고, 1차 세척토 이송펌프의 토출압력이 적정하게 유지되는지 확인하여야 한다.

또한, 상기 1차 싸이클론은 [도 3]을 참조하면, 상기 1차 세척선별기로부터 투입되는 2mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리 중 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리를 원심력으로 선별하여 침사지로 이송함과 동시에 하부로 배출되는 토사는 2차 세척선별기로 투입한다.

상기 1차 싸이클론은 하부에 구비되는 정량밸브에 의해 하부로 배출되는 슬러리의 수분의 량에 따라 정량밸브의 개폐정도를 조절할 수 있으며, 원심분리된 1mm 이하 크기 입자의 토양을 침사지로 이송하기 전 마이크로침전조를 구비하여 1mm 이하 크기 입자의 토양을 침천시켜 이송할 수도 있다.

한편, 상기 1차 싸이클론 하부로부터 투입되는 1mm 초과 2mm 이하 크기 입자의 토양은 2차 세척선별기로 투입된다.

상기 2차 세척선별기는 [도 5]를 참조하면, 상기 1차 사이클론 하부로부터 투입되는 1mm 초과 2mm 이하 크기 입자의 토양 중 1 mm 초과 크기 입자의 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 1mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 1mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비한다.

상기 2차 세척선별기는 1mm 초과 크기 입자의 자갈 및 모래에 토사가 점착되지 않도록 살수상태를 유지하는 것이 바람직하고 이를 위한 살수노즐은 8개 이상 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 2차 세척선별기는 스크린망의 막힘발생여부 및 막힌 골재를 제거하기 위해 고압살수하는 것이 중요하고, 스크린망의 파손으로 굵은 골재가 하부로 배출되지 않도록 유지관리하여야 하며, 선별 배출되는 수분함량이 과도할 경우 수평진동폭을 축소하여 탈수하는 것이 바람직하다.

다음, 상기 2차 싸이클론은 상기 2차 세척선별기로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리를 원심분리하여 토양세척조로 이송한다.

상기 2차 싸이클론은 하부에 구비되는 정량밸브에 의해 하부로 배출되는 슬러리의 수분의 량에 따라 정량밸브의 개폐정도를 조절할 수 있다.

상기 1차 및 2차 싸이클론은 [도 4]에 나타난 바와 같이 원심분리를 이용하여 미세토를 분리한다. 즉, 상기 1차 및 2차 싸이클론은 미세토양슬러리를 원심력에 의해 마찰 세척하면서 고액분리하는데, 1㎜ 이하의 토양슬러리는 상기 1차 및 2차 싸이클론의 상부로 배출되며, 상기 1차 및 2차 싸이클론은 고액분리 효과를 상승시키고 미세 토양 입자간 마찰력에 의해 토양세척 효과를 더욱 상승시킨다.

상기 2차 싸이클론으로부터 투입되는 1㎜ 이하의 토양슬러리는 [도 6]에 도시한 바와 같이, 토양세척조 및 탈수스크린을 거쳐 분리 배출된다.

상기 토양세척조는 [도 7]을 참조하면, 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양에 흡착된 오염물질을 산화제인 과황산나트륨과 촉매제인 철염을 사용하여 산화처리한다.

상기 토양세척조는 총 4개의 원통형 탱크로 구성될 수 있고, 교반기, 과황산주입장치, 철염주입장치 및 스크레퍼컨베이어와 연동하여 작동한다.

또한, 상기 탈수스크린은 [도 8]을 참조하면, 상기 토양세척조에서 이송되는 산화처리토를 스크레이퍼 콘베이어를 통하여 투입하고 탈수 분리하여 세척토로 배출하며, 탈수된 세척폐수는 펜톤산화처리시스템으로 이송하기 위하여 진동스크린과 살수노즐을 구비한다.

상기 탈수스크린은 스크린망의 막힘발생여부 및 막힌 골재를 제거하기 위해 고압살수하는 것이 중요하고, 스크린망의 파손으로 굵은 골재가 하부로 배출되지 않도록 유지관리하여야 하며, 선별 배출되는 수분함량이 과도할 경우 수편진동폭을 축소하여 탈수하는 것이 바람직하다.

이때, 본 발명에서, 상기 탈수스크린에서 분리된 세척토에는 여전히 중금속으로 오염되어 있을 수 있으므로 오염되어 있는 중금속을 구연산으로 세척하고 최종세척토로 배출하기 위한 구연산 세척조를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 구연산 세척조로부터 분리 배출되는 구연산 세척폐수는 구연산 세척폐수의 0.01~1.0wt%의 황화나트륨(Na₂S)을 첨가하여 균일하게 혼합, 반응시켜 중금속-황화물로 중금속을 침전시켜 제거하고, 중금속-황화물이 제거된 구연산을 상기 구연산 세척조로 재순환 사용함으로써 구연산의 재활용도를 높이는 것이 본 발명의 특징적 구성이다.

예를 들어, 공정에서 토양내 중금속 중 납(Pb)과 아연(Zn)이 구연산으로 세척하여 각각 용출된 경우, 구연산 세척폐수에는 납의 경우 대부분 구연산과 결합하여 구연산-납 화합물을 형성하고, 아연의 경우 ZnH(Citrate)⁺, ZnH₂(Citrate)²⁺, Zn(Citrate), Zn(Citrate)₂ ^2- 등의 구연산-아연화합물을 형성한다.

이후, 구연산 세척폐수에 Na₂S를 주입할 경우 구연산-납 화합물은 황화납(PbS)으로, 구연산-아연 화합물은 황화아연(ZnS)이 형성되어 구연산을 정제하여 재활용 할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기 선별세척시스템에서 발생하는 폐수를 펜톤산화정화처리하기 위한 펜톤산화처리시스템을 포함하여 구성되는 바, 상기 펜톤산화처리시스템은 침사지, pH조정조, 펜톤산화조, 중화조 및 응집조를 포함하여 구성된다.

상기 침사지는 1차 싸이클론으로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리중 침전된 토양은 1차 세척선별기로 재순환하고, 상등액 세척폐수는 펜톤산화처리시스템의 pH조정조로 이송하도록 구성된다.

상기 침사지는 [도 9]를 참조하면, 앞서, 세척 및 고액분리된 1㎜ 이하 크기 입자의 토양슬러리를 1차 싸이클론으로 부터 공급받아 침전시키고, 침전된 토양슬러리는 하부로 배출하여 1차 세척선별기로 재순환하고 상등액 세척폐수는 펜톤산화처리시스템의 pH조정조로 이송하도록 구성된다.

이러한 침사지는 [도 9]에 도시한 바와 같이, 총 2개조로 구성할 수 있으며, 각 침사지는 침전공정을 시간 흐름을 따라 반복적으로 거침에 따라 침전 효율을 증가시킴과 동시에 오버플로우되는 미세토양의 효과적인 분리가 가능하다.

또한, 상기 침사지는 주기적으로 침사지 하부에 축척되는 토양을 하부에 구비된 배출밸브를 개방하여 배출하여야 하며, 상등액의 월류상태 확인 및 유출배관의 막힘을 방지하여야 한다.

다음, 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수는 오염물질을 펜톤산화처리하기 위하여, pH조정조, 펜톤산화조, 중화조 및 응집조를 포함하여 구성되는 펜톤산화처리시스템을 거친다.

이때, 상기 pH조정조는 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수의 pH를 2.5 ~ 3.5로 조정하도록 pH센서에 의하여 세척폐수와 황산, 황산철염 및 소포수 주입장치와 연동하여 작동되고, 황산, 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비된다.

상기 펜톤산화조는 과산화수소 주입장치와 연동하여 작동되고 상기 pH조정조에서 유입되는 세척폐수의 펜톤산화반응이 원활하고 균일하게 일어나도록 황산, 과산화수소 및 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비된다.

상기 중화조는 세척폐수의 pH를 7 ~ 9로 조정하도록 pH센서에 의하여 Alum, 소석회 주입장치와 연동하여 작동되고, 상기 펜톤산화조에서 유입되는 펜톤산화수와 Alum, 소석회를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비된다.

상기 응집조는 응집제 투입장치와 연동하여 작동되고 상기 중화조에서 유입되는 중화수와 응집제를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비된다.

한편, 선택적으로 상기 펜톤산화처리시스템으로부터 투입되는 펜톤산화처리수는 처리수 및 슬러지로 분리하여 처리수는 공정용수로 순환사용하고 슬러지는 슬러지처리시스템을 거쳐 분리 배출될 수 있다.

상기 슬러지처리시스템은 [도 10]에 도시한 바와 같이, 침전조, 가압부상조, 스컴저장조, 슬러지 저류조, 슬러지농축조 및 필터프레스 또는 벨트프레스를 포함하여 구성된다.

상기 침전조는 펜톤산화 처리수의 응집슬러지를 침전시켜 제거하기 위한 것으로 주기적으로 침전조 하부에 축적된 슬러지를 배출펌프를 이용하여 배출하고, 상등수는 가압부상조로 이송한다.

상기 침전조의 상등수는 가압부상조로 이송되며, 상기 가압부상조는 상등수중의 응집된 거대오염물질(Floc)을 우유빛을 띤 미세기포를 이용하여 Floc과 충돌 및 부착되어 미세기포의 부상력으로 Floc을 수면위로 부상시킨다.

상기 가압부상조는 [도 10]에 도시된 바와 같이, 가압탱크, 이젝터, 교반기 및 가압순환펌프를 포함하여 구성된다. 상기 가압탱크 및 이젝터는 우유빛을 띤 미세기포가 용존된 가압수를 생성시키고, 가압수를 가압부상조에 공급하면, 용존 공기가 아주 미세한 기포로 방출되는데 이때 슬러지는 미세한 기포가 부착되어 위로 부상하게 되므로, 이를 수집 및 제거하여 처리하는 것이다.

상기 가압순환펌프는 상기 가압부상조에 유입되는 압력을 균일하게 조정하는 역할을 하게 된다.

아울러, 상기 가압부상조 상부에는 스컴수집장치가 구비되어 상기 가압부상조에 부상된 Floc을 수집하여 스컴저장조로 이송하게 되고, 상기 스컴저장조에 저장된 스컴은 슬러지 농축조로 이송하게 되며, 상기 가압부상조에서 배출되는 처리수는 공정용수조로 이송되어 공정용수로 사용된다. 또한, 상기 가압부상조에는 유입수와 미세기포의 균일한 혼합을 위하여 교반기가 구비된다.

한편, 상기 침전조 하부에서 배출되는 슬러지는 슬러지 저류조, 슬러지농축조 및 필터프레스 또는 벨트프레스를 거쳐 분리 배출된다.

상기 슬러지저류조는 침전조에서 배출되는 슬러지를 저장하고 농축조로 이송하며, 상기 농축조는 상기 슬러지저류조 및 상기 스컴저장조로부터 배출되는 슬러지를 함수율 99%를 95%로 농축하고 농축된 슬러지는 필터프레스 또는 벨트프레스로 이송하어 탈수시킨다.

상기 필터프레스는 [도 10]을 참조하면, 상기 농축조로부터 배출되는 농축슬러지를 여과막이 설치된 여러 장의 여과판 사이에 주입하여 압축 탈수하기 위한 것으로 슬러지의 함수율이 약 75%되도록 탈수하며, 탈수슬러지 성상에 따라 탈수압력을 조절하게 된다. 이때, 탈수여액의 혼탁도가 증대될 경우에는 여과막의 파손을 확인하고 교체해야 하며, 탈수종료 후 탈수슬러지를 깨끗이 배출하고 여과막 표면에 탈수슬러지가 잔류하지 않도록 하여야 한다.

한편 본 발명의 상기 실시간 오염도 측정장치는 [도 11]에 도시한 바와 같이, 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액을 샘플링 채취하여 저장하기 위한 1차 샘플링수조와; 상기 1차 샘플링수조로부터 펌핑되는 오염물질추출액의 이물질을 필터링하기 위한 필터프레스와; 상기 필터프레스를 거친 오염물질추출액을 저장하기 위한 2차 샘플링수조와; 상기 2차 샘플링수조로부터 오염물질추출액을 일정량 샘플링 채취하기 위한 정량펌프와; 상기 정량펌프로부터 채취된 오염물질추출액을 수용하기 위한 바이알과; 상기 오염물질추출액이 수용된 바이알에 메탄올을 투입하여 혼합되도록 하기 위한 메탄올주입노즐과; 상기 메탄올이 혼합되어 수용된 바이알을 진동시켜 오염물질추출액 및 메탄올을 균일하게 혼합되도록 하기 위한 진동장치와; 상기 진동완료된 바이알로부터 일정량 채취된 오염물질추출액 및 메탄올 혼합물이 주입되어 오염물질을 분석하기 위한 GC/MS 오염도 측정장치;를 포함하여 구성된다.

상기 GC/MS 오염도 측정장치는, 일반적으로, 가스크로마토그래프(GC)/질량분석기(Mass Spectrometer, MS)로서 유기화합물의 정성 및 정량 분석이 가능한 분석장치이다. GC의 컬럼에서 분리된 분자는 진공상태의 MS에서 이온화되어 분자구조가 깨지는데, 각 물질마다 고유한 질량 스펙트럼을 가지게 되므로 이를 이용하여 어떤 성분이 얼마나 함유되어 있는지 알 수 있다.

상기 GC/MS 오염도 측정장치를 이용하여 오염물질의 오염도를 측정하기 위하여는 측청샘플의 전처리가 필요한데, 이를 위하여 본 발명에서는 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액을 샘플링 채취하여 저장하기 위한 1차 샘플링수조와, 상기 1차 샘플링수조로부터 펌핑되는 오염물질추출액의 이물질을 필터링하기 위한 필터프레스와, 상기 필터프레스를 거친 오염물질추출액을 저장하기 위한 2차 샘플링수조와, 상기 2차 샘플링수조로부터 오염물질추출액을 일정량 샘플링 채취하기 위한 정량펌프와, 상기 정량펌프로부터 채취된 오염물질추출액 샘플을 수용하기 위한 바이알과, 상기 오염물질추출액이 수용된 바이알에 메탄올을 투입하여 혼합되도록 하기 위한 메탄올주입노즐과, 상기 메탄올이 혼합되어 수용된 바이알을 진동시켜 오염물질추출액 및 메탄올을 균일하게 혼합되도록 하기 위한 진동장치에 의하여 측청샘플을 전처리하게 된다.

이때, 상기 1차 샘플링수조와, 필터프레스와, 2차 샘플링수조와, 정량펌프와, 바이알은 오염도 측정이 완료된 후, 메탄올에 의해 1차 세척되고, 증류수에 의해 2차 세척되어 선 측정된 오염도를 배제하고, 향후 측정되는 측청샘플의 정확한 오염도를 측정할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명의 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템은 상기 실시간 오염도 측정장치로부터 측정된 일정기간의 오염도 데이터와 다음 지수함수에 의한 정화기간산출알고리즘이 반영된 프로그램에 의하여 오염도를 모니터링하고 정화기간을 산출하기 위한 정화기간 모니터링 장치를 포함하여 구성되어 목표로 하는 정화기간을 산출할 수 있다.

C: 일정기간 경과 후 오염토양 오염도(mg/L)

C₀: 초기 오염토양 오염도(mg/L)

K: 저감계수(day^-1)

T: 시간(day)

즉, 과거 일정기간 경과 후 오염토양 오염도(mg/L)(C)와 초기 오염토양 오염도(mg/L)(C₀)로부터 저감계수(day^-1)(K)를 산출한 후, 일정기간(day) 후의 오염도를 산출할 수 있으며, 이를 지수함수에 의한 그래프로 출력하여 상기 그래프로부터 정화목표 오염도를 설정하고 상기 정화목표 오염도를 달성하기 위한 기간을 정화기간 으로 산출할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

100mm 초과 크기 입자의 오염토양을 분리하고 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 수집하기 위하여 100mm 격자크기가 구비되는 백호우 버켓선별기와, 상기 백호우 버켓선별기에 의해 수집된 100mm 이하 크기 입자의 오염토양을 일정한 속도로 연속 투입하기 위하여 투입호퍼, 정량 이송컨베이어 및 경사컨베이어를 구비하는 오염토양 정량투입장치와, 상기 오염토양 정량투입장치로부터 투입되는 오염토양중 20mm 초과 크기 입자를 골재로 세척 분리 배출함과 동시에 20mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 20mm 크기의 스크린과 살수노즐을 구비하는 굵은골재선별기와, 상기 굵은골재선별기로부터 투입되는 세척토 중 2mm 초과 크기 입자를 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 2mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 2mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 1차 세척선별기와, 상기 1차 세척선별기로부터 투입되는 2mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리 중 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리를 원심력으로 선별하여 침사지로 이송함과 동시에 하부로 배출되는 토사는 2차 세척선별기로 투입하는 1차 싸이클론과, 상기 1차 싸이클론 하부로부터 투입되는 1mm 초과 2mm 이하 크기 입자의 토양 중 1 mm 초과 크기 입자를 자갈 및 모래로 세척 분리 배출함과 동시에 1mm 이하 크기 입자의 세척토를 세척 선별하기 위하여 1mm 크기의 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 2차 세척선별기와, 상기 2차 세척선별기로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 세척토 슬러리를 원심분리하기 위한 2차 싸이클론과, 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양에 흡착된 오염물질을 산화제인 과황산나트륨과 촉매제인 철염을 사용하여 산화처리하기 위한 토양세척조와, 상기 토양세척조에서 이송되는 산화처리토를 스크레이퍼 콘베이어를 통하여 투입하고 탈수 분리하여 세척토로 배출하기 위한 진동스크린과 살수노즐을 구비하는 탈수스크린과, 상기 탈수스크린에서 탈수된 세척폐수는 펜톤산화처리하기 위하여 펜톤산화처리시스템으로 이송되고, 상기 분리된 세척토에 오염되어 있는 중금속을 구연산으로 세척하고 최종세척토로 배출하기 위한 구연산 세척조를 포함하여 구성되는 선별세척시스템과;
상기 1차 싸이클론으로부터 투입되는 1mm 이하 크기 입자의 토양슬러리중 침전된 토양은 1차 세척선별기로 재순환하고, 상등액 세척폐수는 펜톤산화처리시스템의 pH조정조로 이송하는 침사지와, 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수중의 오염물질을 펜톤산화처리하기 위하여, pH조정조, 펜톤산화조, 중화조 및 응집조를 포함하여 구성되는 펜톤산화처리시스템과;
상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액으로부터 오염물질의 오염도를 실시간으로 측정하는 실시간 오염도 측정장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제1항에 있어서,
상기 구연산 세척조로부터 분리 배출되는 구연산 세척폐수는 구연산 세척폐수의 0.01~1.0wt%의 황화나트륨(Na₂S)을 첨가하여 균일하게 혼합, 반응시켜 중금속-황화물로 중금속을 침전시켜 제거하고, 중금속-황화물이 제거된 구연산을 상기 구연산 세척조로 재순환 사용하는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제1항에 있어서,
상기 pH조정조는 상기 침사지 및 상기 탈수스크린으로부터 투입되는 세척폐수의 pH를 2.5 ~ 3.5로 조정하도록 pH센서에 의하여 황산, 황산철염 및 소포수 주입장치와 연동하여 작동되고, 세척폐수와 황산, 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제1항에 있어서,
상기 펜톤산화조는 과산화수소 주입장치와 연동하여 작동되고 펜톤산화반응이 원활하고 균일하게 일어나도록 상기 pH조정조로부터 유입되는 세척폐수와 황산, 과산화수소 및 황산철염을 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제1항에 있어서,
상기 중화조는 세척폐수의 pH를 7 ~ 9로 조정하도록 pH센서에 의하여 Alum, 소석회 주입장치와 연동하여 작동되고, 상기 펜톤산화조로부터 유입되는 펜톤산화수와 Alum, 소석회를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제1항에 있어서,
상기 응집조는 응집제 투입장치와 연동하여 작동되고 상기 중화조로부터 유입되는 중화수와 응집제를 균일하게 혼합 교반하는 교반기가 구비되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제1항에 있어서,
상기 실시간 오염도 측정장치는 상기 2차 싸이클론으로부터 이송되는 1 mm 이하 크기 입자의 토양을 물 또는 가용용매로 세정한 오염물질추출액을 샘플링 채취하여 저장하기 위한 1차 샘플링수조와;
상기 1차 샘플링수조로부터 펌핑되는 오염물질추출액의 이물질을 필터링하기 위한 필터프레스와;
상기 필터프레스를 거친 오염물질추출액을 저장하기 위한 2차 샘플링수조와;
상기 2차 샘플링수조로부터 오염물질추출액을 일정량 샘플링 채취하기 위한 정량펌프와;
상기 정량펌프로부터 채취된 오염물질추출액을 수용하기 위한 바이알과;
상기 오염물질추출액이 수용된 바이알에 메탄올을 투입하여 혼합되도록 하기 위한 메탄올주입노즐과;
상기 메탄올이 혼합되어 수용된 바이알을 진동시켜 오염물질추출액 및 메탄올을 균일하게 혼합되도록 하기 위한 진동장치와;
상기 진동완료된 바이알로부터 일정량 채취된 오염물질추출액 및 메탄올 혼합물이 주입되어 오염물질을 분석하기 위한 GC/MS 오염도 측정장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제7항에 있어서,
상기 1차 샘플링수조와, 필터프레스와, 2차 샘플링수조와, 정량펌프와, 바이알은 오염도 측정이 완료된 후, 메탄올에 의해 1차 세척되고, 증류수에 의해 2차 세척되는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 실시간 오염도 측정장치로부터 측정된 일정기간의 오염도 데이터와 다음 지수함수에 의한 정화기간산출알고리즘이 반영된 프로그램에 의하여 오염도를 모니터링하고 정화기간을 산출하기 위한 정화기간 모니터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염토양 선별세척 및 폐수처리 정화 및 모니터링 시스템

C: 일정기간 경과 후 지하수 오염도(mg/L)
C₀: 초기 지하수 오염도(mg/L)
K: 저감계수(day^-1)
T: 시간(day)

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