KR102038433B1 - 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정에 있어서, 상단부가 개구되고 하단부가 폐쇄된 관 형상으로서 하부영역을 이루는 외벽 일정한 구간에 단부 형상이 슬롯 구조를 갖는 스크린이 형성된 주입정과; 하부영역 일부 구간이 상협하광의 확관 형상으로 형성되고 측벽에 적어도 복수 개 이상의 분사노즐이 설치되며 상협하광 경계면 둘레방향을 따른 사방에 복수 개 이상의 통공이 형성되어 상기 주입정 내부에 마련된 파쇄용 공기주입관과; 중앙에 상기 파쇄용 공기주입관이 삽입되는 삽입공을 두고 상기 파쇄용 공기주입관과 상기 주입정 내벽에 밀착된 패커 및 상기 패커의 상부에 설치되어 상기 패커에 공기를 주입하는 공기주입관을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 기존 지중파쇄공법에 적용하는 주입정은 단순히 압축된 공기를 지중에 주입하는 구조로 되어 있어 사질토 등 자연적으로 투수계수가 커서 수리전도도가 높은 오염토양에서만 제한적으로 적용한데 반하여, 본 발명에 따른 주입정은 압축된 공기가 모든 방향으로 골고루 최고의 속도로 분사되어 파쇄효율을 높일 뿐 아니라 분사로 인한 분사지점의 지반 변형을 방지할 수 있어서 점토질 지질에서도 적용이 가능하며 투수계수가 낮은 오염토양에서도 지중파쇄를 발생시켜 수리전도도를 개선한 후 물리적, 화학적, 생물학적 또는 복합공정 정화처리가 가능하도록 하여 효율적이고 안정적으로 오염물질을 제거할 수 있고 처리기간을 단축할 수 있어서 처리비용도 절감하는 효과가 있다.

Description

원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정{Well of pneumatic underground fracturing equipment applied to in-situ treatment apparatus for oil contaminated soil}

본 발명은 유류에 오염된 토양을 원위치에서 정화할 때 효율을 높이기 위하여 수리전도도를 개선하는 것이 필요하며 이를 위해 공압파쇄공법을 적용하는데 이때 공압파쇄장치에 설치되는 주입정에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 설명하면 가솔린, 디젤 등 고농도의 유류에 오염된 토양을 원위치에서 정화하기 위해서는 수리전도도가 좋아야 유류정화용매가 유류오염토양과 접촉이 원활하여 정화반응을 향상시킬 수 있다. 특히 점토질토양에서는 수리전도도가 낮아 오염토양에 정화용 매질이 도달하지 않게 되거나 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 이를 개선하기 위하여 수리전도도를 높이기 위해 공압지중파쇄 또는 수압지중파쇄를 적용한다. 이때 지중파쇄시 지중에 매설하여 공기 또는 물을 분사하는 장치가 주입정이며 파쇄효율을 높이기 위해서는 주입정의 구조와 분사노즐의 형태가 매우 중요하다.

우리나라는 1980년대 이후 경제발전과 소득증대에 따른 산업설비 가동 증가 및 자동차 보급대수의 증가로 유류사용량이 급격히 늘어나고 있어 유류저장시설 및 주유소 설치가 현저히 확대되고 있는 추세이다. 이에 따라 유류저장시설에서 오염물질(NAPLs: Non Aqueous Phase Lquids)로 분류되는 유류 유출로 인한 토양층 및 지하수 오염문제가 심각하게 부각되고 있다.

지금까지 선진국 및 국내에서도 유류오염된 토양을 복원하는 여러 가지 기술들이 개발되어 현장에서 적용하고 있으며 이를 크게 구분하면 오염된 토양을 굴착하여 외부의 적절한 처리시설로 이동시켜 정화하는 지상처리(Ex-Situ)기술과 오염된 토양을 현위치에서 지중에 관정을 삽입하여 직접처리하는 원위치(In-Situ) 지중처리 정화기술로 나눌 수 있다.

종래에는 오염물질에 대한 처리공정관리 및 처리효율평가가 용이한 지상처리기술이 주로 적용하였으나 이동에 따른 비용증가와 이동 중 오염토양유실 등 2차 오염이 야기되는 문제점이 있고 최근에는 부지평가 및 모니터링 기술의 발달과 더불어 처리기간 중에도 부지이용이 가능하고 처리비용이 저렴한 원위치 지중처리기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

그러나 토양은 물과 공기와 다르게 수리전도도가 불균일(heterogeneous)하여 원위치에서 처리하기가 공정상 어려움이 있다. 토양오염정화기술에서 가장 중요한 수리전도도는 대수층의 간극의 크기, 구조 등에 의해 결정되며 수리전도도가 일정값 이상 확보된 환경에서만 처리매질의 유동이 가능하기 때문에 원위치 지중처리에서 수리전도도의 일정 값 이상 확보가 관건이다.

현재까지 유류오염물질로 인한 토양층 및 지하수의 정화를 위한 원위치 지중처리의 다양한 기술이 개발되어 적용되고 있다.

종래 원위치 지중처리기술들은 실트질과 점토질이 많은 오염토양에서는 수리전도도를 확보하지 못하여 주입정을 통하여 많은 양의 산화제를 주입한 후 장시간 기다리는 외에 달리 방법이 없어 불안정하고 비효율적으로 처리하여 많은 비용을 지불했다.

원위치 지중처리에서 실트질 및 점토질토양에서 유류오염토양정화의 성패를 좌우하는 수리전도도를 일정 값 이상 확보할 수 있는 기술이 필요하다. 토양에서 수리전도도를 향상시키기 위해서는 지중파쇄에 작용하는 주입정의 역할이 가장 중요하다고 할 수 있는데 파쇄시에 지중에 골고루 분사되고 지반이 안정적으로 유지되는 주입정과 분사효율이 높은 분사노즐 기술개발이 필요하다.

한편, 대한민국특허청 등록실용신안공보에 개재된 등록번호 제20-0468012호(공고일자:2013.07.16)에 개재된 "유류 및 중금속 복합오염 점성토양의 정화장치"는 "유류 및 중금속 복합오염 점성토양의 정화장치는 오염 토양 중에서도 특히 유류와 중금속에 복합으로 오염된 점성토양으로부터 유류와 중금속 오염물질을 효율적으로 제거시켜 정화할 수 있도록 한 것으로서, 유류 정화 모듈(110), 중금속 정화 모듈(120), 그리고 이들을 컨트롤하는 컨트롤러(150)를 포함하고 있고, 이러한 유류 정화 모듈(110)은 산화제 공급용 웰(well, 111), 산화제 탱크(112), 산화제 라인(113), 그리고 제3펌프(114)를 포함한다." 라는 기재가 있다.(종래문헌)

상기 종래의 산화제 공급용 웰(111)은 유류 및 중금속 복합오염 점성토양에 설치되는 단순한 파이프(pipe) 형상으로서 유류 및 중금속 복합오염 점성토양으로 산화제를 공급하고, 산화제 공급용 웰(111)은 1개 또는 상호 이격되게 2개 설치될 수도 있도록 하며, 산화제 공급용 웰(111)의 선단부는 뾰족하게 가공되어 있으며, 측벽에는 다수의 산화제 공급홀(111a)이 형성되어 있고, 다수의 산화제 공급홀(111a)들을 통해 유류 및 중금속 복합오염 점성토양 내의 유류 오염물질을 분해 또는 파괴하는 산화제를 공급하도록 구성되어 있다.

그런데, 상기와 같은 종래 "유류 및 중금속 복합오염 점성토양의 정화장치"에서의 산화제 공급용 웰은 유류 및 중금속 복합오염 점성토양에 잘 박히기 위해 산화제 공급용 웰의 선단부를 뾰족하게 형성하고 있을 뿐이고, 측벽에 형성된 산화제 공급홀(111a)들은 산화제 탱크(112)로부터 공급되는 산화제가 유류 및 중금속 복합오염 점성토양 내로 균등하게 흩어지도록 형성하고 있을 뿐이어서 이와 같은 웰을 지중파쇄공법을 적용하여 파쇄용 공기를 주입하였을 때 파쇄효율을 높일 수 없다는 문제점과 아울러 구성의 특성상 수리전도도를 일정 값 이상으로 확보하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 원위치 지중처리에서 가장 핵심적인 요소인 수리전도도를 일정값 이상으로 확보하기 위해 지중파쇄공법을 적용할 때 설치되는 주입정의 구조를 개선하고 분사노즐을 개발하여 파쇄효율을 높일 수 있는 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 목적은 본 발명에 따라, 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정에 있어서, 상단부가 개구되고 하단부가 폐쇄된 관 형상으로서 하부영역을 이루는 외벽 일정한 구간에 단부 형상이 슬롯 구조를 갖는 스크린이 형성된 주입정과; 하부영역 일부 구간이 상협하광의 확관 형상으로 형성되고 측벽에 적어도 복수 개 이상의 분사노즐이 설치되며 상협하광 경계면 둘레방향을 따른 사방에 복수 개 이상의 통공이 형성되어 상기 주입정 내부에 마련된 파쇄용 공기주입관과; 중앙에 상기 파쇄용 공기주입관이 삽입되는 삽입공을 두고 상기 파쇄용 공기주입관과 상기 주입정 내벽에 밀착된 패커 및 상기 패커의 상부에 설치되어 상기 패커에 공기를 주입하는 공기주입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정에 의해 달성된다.

이상과 같은 본 발명은, 기존 지중파쇄공법에 적용하는 주입정은 단순히 압축된 공기를 지중에 주입하는 구조로 되어 있어 사질토 등 자연적으로 투수계수가 커서 수리전도도가 높은 오염토양에서만 제한적으로 적용한데 반하여, 본 발명에 따른 주입정은 압축된 공기가 모든 방향으로 골고루 최고의 속도로 분사되어 파쇄효율을 높일 뿐 아니라 분사로 인한 분사지점의 지반 변형을 방지할 수 있어서 점토질 지질에서도 적용이 가능하며 투수계수가 낮은 오염토양에서도 지중파쇄를 발생시켜 수리전도도를 개선한 후 물리적, 화학적, 생물학적 또는 복합공정 정화처리가 가능하도록 하여 효율적이고 안정적으로 오염물질을 제거할 수 있고 처리기간을 단축할 수 있어서 처리비용도 절감하는 효과가 있다.

도 1은 종래 유류 및 중금속 복합오염 점성토양의 정화장치에 개시된 웰을 보인 참고도,
도 2는 본 발명에 따른 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정의 내부 구성을 보인 사시도,
도 3은 도 1에 따른 종 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정의 내부 구성을 보인 사시도이고, 도 3은 도 1에 따른 종 단면도이다.

이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 원위치 유류오염토양의 지중에 설치되는 주입정과(10), 주입정(10) 내부에 설치되어 원위치 유류오염토양 내부로 파쇄용 공기를 주입하는 파쇄용 공기주입관(20)과, 주입정(10)과 파쇄용 공기주입관(20) 사이의 공간을 차단하여 주입공기가 주입지점에 집중될 수 있도록 하기 위한 패커(30)를 구비하고 있다.

본 발명에 따른 주입정(10)은 상단부가 개구되고 하단부가 폐쇄된 관 형상을 취하고 있으며, 하부영역을 이루는 외벽 일정한 구간에는 단부 형상이 슬롯(11) 형상을 갖는 스크린(12)이 형성되어 있다.

본 발명에서 주입정(10) 내부에 설치되는 파쇄용 공기주입관(20)은, 하부영역 일부 구간이 상협하광의 확관 형상으로 형성되어 있고, 외벽에는 적어도 복수 개 이상의 분사노즐(21)이 설치되어 있으며, 상협하광 경계면(22) 둘레방향을 따른 사방에는 통공(23)을 복수 개 이상으로 형성하고 있다.

본 발명에 따른 패커(30)는 중앙에 파쇄용 공기주입관(20)이 삽입되는 삽입공(31)을 갖고 파쇄용 공기주입관(20)과 주입정(10) 내벽에 밀착되어 공기주입관(32)을 통해 공기가 공급되어 주입정(10)과 파쇄용 공기주입관(20) 사이의 공간을 차단하는 역할을 할 수 있도록 견고한 고무재질로 공기를 이용하여 팽창과 수축할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서 원위치 유류오염토양의 지중에 설치되는 주입정(10)은, 오염토양(1)의 지질조건과 처리구역의 면적과 깊이에 따라 그 구경을 달리하여 적용할 수 있으며, 주입정(10) 구경의 크기에 따라 하단부에 200mm ~ 300mm 길이의 스크린(12) 형태로 되어있고 스크린(12)의 내부 단면 형태는 슬롯(11) 형상으로 내부는 넓고 외부는 좁게 되어 있어서 파쇄용 공기주입관(20)을 통해 유입된 파쇄용 공기의 분사력을 증대시킬 수 있고 또한 분사 주입지점의 지반을 지지하여 지반이 변형되지 않으면서 고속 고압의 공기를 오염토양에 주입할 수 있다.

본 발명에서의 분사노즐(21)은 파쇄용 공기주입관(20) 하단부 외벽에 설치되며 단부영역이 상협하광의 확관 형상으로 형성되어 가장 하단부가 넓도록 형성하는 것으로서 분사시 공기의 흐름 저항을 최소로 할 수 있다. 그리고 상협하광 경계면(22) 둘레방향을 따른 사방에 형성된 복수 개 이상으로 형성한 통공(23)은 공간(S)에서 가압속도에 따른 차압발생을 이용하여 분사 공기량을 증대하는 것으로서 분사노즐(21)과 슬롯(11)을 통해 유류오염토양측으로 분사된다.

여기서 공간(S)에 머무는 압축된 잔여 공기는 파쇄용 공기주입관(20) 내부로 유입되는 공기 등의 유입 속도에 의해 다시 통공(23)을 통해 파쇄용 공기주입관(20)으로 유입되어 분사노즐(21)과 슬롯(11)을 통해 재분사되는 것으로서 골고루 최고의 속도로 분사되어 파쇄효율을 높인다.

본 발명에서는 슬롯(11)과 분사노즐(21)을 통해 압축 공기 등을 분사하기 때문에 분사지점의 지반 변형을 방지하여 점토질 지질에서도 적용이 가능하고, 투수계수가 낮은 오염토양에서도 지중파쇄를 발생시켜 수리전도도를 개선한 후 물리적, 화학적, 생물학적 또는 복합공정 정화처리가 가능하도록 하여 효율적이고 안정적으로 오염물질을 제거할 수 있으며, 처리기간을 단축할 수 있어서 처리비용도 절감된다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 1 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

1 : 오염토양
10 : 주입정
11 : 슬롯
12 : 스크린
20 : 파쇄용 공기주입관
21 : 분사노즐
22 : 경계면
23 : 통공
30 : 패커
31 : 삽입공
32 : 공기주입관
S : 공간

Claims (1)

1. 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정에 있어서,
   상단부가 개구되고 하단부가 폐쇄된 관 형상으로서 하부영역을 이루는 외벽 일정한 구간에 단부 형상이 슬롯(11) 구조를 갖는 스크린(12)이 형성된 주입정(10)과;
   하부영역 일부 구간이 상협하광의 확관 형상으로 형성되고 측벽에 적어도 복수 개 이상의 분사노즐(21)이 설치되며 상협하광 경계면(22) 둘레방향을 따른 사방에 복수 개 이상의 통공(23)이 형성되어 상기 주입정(10) 내부에 마련된 파쇄용 공기주입관(20)과;
   중앙에 상기 파쇄용 공기주입관(20)이 삽입되는 삽입공(31)을 두고 상기 파쇄용 공기주입관(20)과 상기 주입정(10) 내벽에 밀착된 패커(30) 및 상기 패커(30)의 상부에 설치되어 상기 패커(30)에 공기를 주입하는 공기주입관(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원위치 유류오염토양정화시 적용하는 공압지중파쇄장치의 주입정.

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