KR102197350B1

KR102197350B1 - 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지

Info

Publication number: KR102197350B1
Application number: KR1020200053319A
Authority: KR
Inventors: 김주영; 김동욱
Original assignee: (주)동명엔터프라이즈
Priority date: 2020-05-04
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2021-01-04

Abstract

본 발명의 목적은 투수성반응벽체 카트리지의 외관 공차의 정확도에 따라서 사용 가능한 깊이 등 현장 적용 효율을 높이고, 중량 및 카트리지 길이 등 제작성이 용이하여 제작 비용의 감소로 경제성이 향상되며, 반응벽체를 포함하여 반응매질의 교체가 가능하고 깊은 심도의 오염 지하수에도 사용할 수 있는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지를 제공한다.
이러한 본 발명은 오염된 토양과 지하수의 정화를 위한 지하수의 오염물질을 흡착 또는 반응하는 반응매질을 포함하는 투수성반응벽체 카트리지로서, 직진도 및 진원 정확도를 유지하도록 구멍이 타공된 타공 플레이트를 원통형으로 성형하여 형성된 케이싱; 상기 케이싱의 외부를 감싸게 설치되어, 상기 케이싱의 내부에서 반응매질이 유출되지 못하게 함과 아울러 외부 오염 지하수에서 이물질이 유입되지 못하게 하는 메쉬망; 상긱 메쉬망의 외주면에 원주방향을 따라 4등분된 위치에 수직 방향으로 설치되는 고신축성 압출고무를 포함하는 밀폐용 날개부; 및 상기 밀폐용 날개부를 끼움 결합할 수 있도록 상기 메쉬망의 외주면에 원주방향을 따라 4등된 위치에 수직 방향으로 설치되는 고정부;를 포함한다.

Description

오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지{Permeable reactive barriers cartridge for purifying contaminated groundwater}

본 발명은 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응벽체를 포함하여 반응매질의 교체가 가능하고 깊은 심도의 오염 지하수에도 사용할 수 있는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지에 관한 것이다.

전세계적으로 산업발달의 가속화와 인구증가로 말미암아 부수적으로 발생하는 방대한 양의 폐기물과 화공약품, 유류, 농약 등과 같은 화학물질의 부적절한 취급과 처분으로 인하여 지하수의 오염이 심화되어 가고 있으며, 현재 이들에 의한 환경문제가 심각하게 대두되고 있다.

특히, 환경적으로 폐해가 많은 토양 및 지하수 오염은 주로 유류저장기지, 정유공장내의 원유저장시설 등 전국에 산재하는 저유소, 주유소, 송유관 시설 등의 유류 저장 및 수송 시설에서 유류가 누출되어 발생하게 된다.

이러한 토양 오염 유발물질 중 큰 비중을 차지하고 있는 지하수의 석유화합물(BTEX)은 단일환 구조의 방향족 탄화수소인 벤젠(benznene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 자일렌(xylene)을 포함하는 것으로, 그 중 BTEX 농도가 높은 휘발유가 주원인이 되고 있다. BTEX 성분이 높은 유류는 지중(地中)으로 유출되어 지하수면에 도달하면 물보다 비중이 낮은 액체(LNAPL : light non aqueous phase liquid) 상태가 되어 지하수면위에 자유상의 형태를 형성하게 된다. BTEX는 평균 60%가 휘발되어 공기 중에 함유되고 10%는 토양입자에 혼수되고 나머지 30%는 지하수에 용해되어 분포된다. BTEX 물질들을 별도의 항목으로 구별하여 규제하는 이유는 이 물질들이 각각 독성이 크며 상대적으로 용해도가 높아서 지하수의 주요 오염원이 되고 있기 때문이다.

그 다음으로, 토양 오염 유발물질로서 유류는 가솔린(gasoline), 제트 연료(jet fuel), 연료 오일(fuel oils), 타르(tar) 등과 같이 수 백가지 화학물질을 포함하는 TPH(Total Petroleum Hydrocarbons)가 있다. 이들 화학물은 증류시 끓는 점에 따라 가스(gas), 석유 에테르(petroleum ether), 가솔린(gasoline), 디젤(diesel), 잔류 연료 오일(residual fuel oil), 윤활유(lubricating oil), 파라핀(paraffin), 아스팔트(asphalt) 등으로 구분된다. 이들 물질은 각각 물리화학적 특성이 상이하므로 인체 및 환경 위해성 뿐만 아니라 오염특성 및 처리방법도 달라진다. 이들 유류 중 토양오염에서 가장 많은 부분을 차지하는 물질은 가솔린 및 디젤이다. 가솔린은 각기 용도에 따라 다르나 상온상압조건에서 휘발하기 쉬우며, 인화성이 크고 또 그 증기가 공기와 적당한 농도범위(약 1~7% 용량)에서 혼합되면 폭발적으로 연소할 가능성이 있다. 조성은 탄소수 5~12 정도의 액상탄화수소의 혼합물로 되어 있으며 가솔린의 제조방법 및 용도에 따라 파라핀·올레핀· 방향족 탄화수소의 혼합비율이 다르다. 이 중 방향족 탄화수소인 톨루엔은 전체적으로 적게는 45%에서 많게는 210%까지 가솔린의 상당량을 차지하고 있다. 또한 옥탄가를 높이고 제품과의 혼합성을 높이기 위해 함산소 화학물질인 MTBE를 휘발유 기재로 많이 사용하고 있다. 디젤은 일반적으로 탄소수가 11~16의 긴 사슬 탄화수소 혼합물이며, 국내 주유소에서 판매되고 있는 디젤은 주로 포화탄화수소로서 지방족화합물(aliphatic compounds)이 주성분이다. 디젤은 가솔린에 비해 높은 점성으로 이동성이 작아 토양입자로부터 제거가 어려우며, 유류물질들은 다양한 개별 화합물로 구성되어 있으므로 정량화하기가 용이하지 않다.

이러한 유류 내 오염물질 중 TPH는 끓는 점이 150~500℃에 해당하며, 노말알칸(C8 ~ C40)의 범위에 걸친 유류 화합물 농도의 합산 값이다. TPH 성분 중 지방족화합물은 파라핀계탄화수소(Alkane)류가 주를 이루며, 다양한 길이로 사슬 혹은 가지 형태의 탄소로 배열되어 형성된다. 이러한 단일 탄소결합은 파라핀계탄화수소(Alkane)류, 이중 결합의 올레핀계탄화수소(Alkene)류, 삼중 결합의 아세틸렌계탄화수소(Alkyne)류로 이루어져 있다. Alkane류는 Alkene류 및 Alkyne류에 비해 분해하기 쉬운 화합물이며, 가지 형태 화합물에 비해 사슬 형태 화합물이 미생물을 이용하여 분해하기가 용이하다. 주분해 반응기작은 β-산화(oxidation)로 산소가 사슬형태 Alkane류의 말단부분과 반응하여 카르복실산(carboxylic acid)으로 분해되고 두 개의 말단 탄소는 분자에서 떨어져 나가게 된다. 긴 사슬을 가지고 있는 탄화수소의 경우, 이러한 반응이 반복적으로 이루어지면서 분해된다. β-산화반응은 탄화수소류 분자의 가지가 제거될 때까지 진행되게 된다. 짧은 구조의 분자는 많은 종류의 미생물에 독성을 증가시킬 수 있으므로 Alkan류의 생물학적 분해는 적어도 10개 이상의 탄화수소로 이루어진 화합물 분해에 용이하다. 메탄(methane), 에탄(ethane), 프로판(propane), 부탄(butane) 등의 탄소수가 적은 분자는 가스상으로 존재하며, 주요 기질의 물질 대사를 통한 분해로 제거할 수 있다. 다른 효소 공정도 Alkane류, Alkene류, Alkyne류 및 지방족고리화합물(alicyclic compound) 분해에 사용될 수 있으나, 이 분해 과정은 자주 일어나지 않으며, 반응속도가 느리다. 지방족화합물의 혐기성 분해는 제한적이며, 특히 생물학적 분해 공정에서 중요한 역할을 차지하지 않는다. Alkene류는 Alkane류에서 이용된 메카니즘으로 분자 말단의 포화된 부분이 일반적으로 분해가 된다. Yeast의 종류인 Candida lipolytica와 같은 미생물은 이중결합에 작용하여 Alkene을 Alkane-1,2-diol로 분해한다. Alkane류와 비슷한 양의 분해를 위해서 Alkene류는 이에 상응하는 Alkane류에 비해 분자의 길이가 길어야 한다. 많은 미생물은 탄소수가 12개보다 작은 Alkene류에서 성장할 수 없다. 2개의 Alkene을 가지는 분자는 1개의 Alkene을 가진 분자보다 각 분자의 양쪽 끝에 존재하는 메틸 그룹을 미생물이 분해하기 용이하므로 미생물에 의한 분해가 이용될 수 있다.

그 밖에도, 토양 오염 유발물질로서, 염소계 유기화합물(CAHs: Chlorinated Aliphatic Hydrocarbons) 및 중금속도 포함된다.

이와 같은 토양 오염 유발물질로 오염된 지하수를 지속적으로 추출하는 정화기술에 이용되는 정화장치로서 투수성반응벽체(Permeable reactive barrier :PRB)가 있으며, 상기 투수성반응벽체는 오염된 지하수가 흐르는 유동 경로에 설치되고 오염된 지하수가 벽체를 통과할 때 반응매질과 오염물질의 화학반응을 유도하여 침전, 휘발과 생분해, 흡착, 산화/환원 등의 물리 화학적 생물학적 기작을 이용해 오염물질을 정화시킨다. 이러한 정화기술은 1985년 Mc Murthy 와 Elton에 의해 처음으로 도입된 기술로, 반응벽체 매질로 영구성을 지닌 것, 반영구적인 매질, 그리고 교체할 수 있는 충진제 등을 이용하면서 1990년대 이후 활발하게 연구 개발되고 있다.

투수성반응벽체는 그 형태에 따라 연속형(continuous permeable reactive barrier)과 유도벽부부착형(funnel and gate)으로 구분할 수 있다(Vidic et al, 1996) 연속형 반응벽체는 지하수 오염대의 흐름과 유속에 변화를 주지 않기 때문에 지하 대수층의 유속과 거의 유사하게 유지하면서 오염물질을 제거할 수 있다. 이와 같이 연속형 반응벽체는 상대적으로 시공이 쉽고 기존 지하수 흐름에 영향을 미치지 않는 장점이 있으나 대상부지 지하수 흐름을 충분한 크기의 단면과 크기를 가진 반응벽체와 접촉하도록 제작해야하기 때문에 오염운이 매우 클 경우 오염운의 크기에 맞추어 반응벽체를 제작해야하므로 경제성에 대한 검토가 필요하다. 유도벽부부착형 반응벽체는 투수성이 낮은 유도벽부(funnel)를 이용하여 지하수 오염대의 흐름을 반응벽부(gate)로 유도하여 처리하는 방법으로 반응면적을 줄일 수 있기 때문에 경제적으로 유리하지만 오염물의 반응매질과의 접촉시간이 짧기 때문에 충분한 접촉이 일어날 수 있도록 벽체의 두께를 증가시켜서 제작해야 한다. 유도벽부(funnel)는 주로 흙-벤토나이트 슬러리 월, 시멘트-벤토나이트 슬러리 월, 플라스틱 콘크리트 등의 슬러리 월이나, 강재 시이트파일(sheet pile), 합성수지 시이트파일, 목재 시이트파일 등을 이용한다.

유도벽부부착형 반응벽체는 현장 특성에 따라 오염원을 유도할 수 있는 다양한 모양과 크기로 제작되어 사용할 수 있다. 일반적으로 반응벽체와 반응벽체에 부착된 유도벽부간의 가장 효과적인 설치각도는 180°로 반응벽체 양쪽에 평행이 되게 설치하는 것이고, 유도벽부의 길이는 최소 15m 이상이 되어야 오염원을 효율적으로 유도할 수 있다. 유도벽부는 오염원 유도를 위해 지하수 흐름 방향과 직각이 되도록 설계/설치하는 것이 가장 효과적이다. 또한 유도벽부부착형 반응벽체의 처리효율을 높이기 위해서는 유도벽부의 모양과 게이트 시스템(gate system), 유도벽부 크기, 지하수 포획구간의 크기와 반응벽체에서의 체류시간 등을 고려해야 한다.

대부분의 투수성반응벽체는 지하수가 수평으로 이동하는 곳에 설치한 후 이용하게 되는데 LNAPL(light nonaqueous phase liquids)로 오염된 지하수는 수리구배에 의해 자연스럽게 수평이동을 하면서 투수성 반응벽체와 직각으로 만나게 되면서 서서히 벽체 내부를 통과하게 된다. 벽체 내부에 유입된 오염물질은 물리적, 화학적 그리고 생물학적 방법에 의해 불용화된다. 이와 반대로, DNAPL(dense non-aqueous phase liquids)로 오염된 지하수는 아래로 가라앉은 오염원을 반응벽체로 통과시키면서 오염원을 정화하는 방법이다. 따라서 DNAPL을 정화하기 위한 투수성반응벽체는 오염원 전체를 포함할 수 있도록 암반층까지 크고 깊게 설치해야 하고, LNAPL은 오염원이 지하수의 흐름에 따라 이동하기 때문에 투수성반응벽체는 지표면에서 지하수위 있는 위치를 계산하여 설치하는 "Hang-up" 형태로 설치하면 된다.

한편, 현재 유류오염 정화에 관한 개선기술이 다양하게 연구되고 있으며, 대표적인 선행기술로서, 열탈착공법에 의한 고농도 유류오염지역 복원 실시 후 잔류하는 저농도 유류오염 대수층에 고온 및 중온의 공기를 주입하여 대수층에 생물학적 활성도를 높이기 위한 유류오염물질의 정화장치 및 정화방법(특허 등록번호 10-0925292호 및 특허 등록번호 10-0798763호), 유류오염 토양으로부터 분리한 유류 분해능을 갖는 미생물을 성장속도에 따라 분리 배양한 혼합 균주를 사용함으로써, 유류 분해 활성이 우수하나 성장속도가 느린 미생물의 활성 저하없이 오염물질의 분해속도를 증진시키고 효과적으로 분해하여 유류오염 토양의 정화시간을 단축시킬 수 있는 유류오염 토양의 정화용 미생물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유류오염 토양의 정화방법(특허 등록번호 10-1300348호), 유류 그밖의 탄화수소 화합물에 의해 오염된 환경으로부터 유류 분해능이 우수한 유류 분해 미생물 제제를 매트릭스(생맥반석분말)에 접종시켜 고정시킨 후, 이를 과건조시킨 천연 유기질 피트모스와 혼합하여 유류 등을 흡착시킴은 물론 흡착된 유류물질을 생물학적으로 분해시키는 생물학적 생분해 흡착제 및 그 제조방법(특허 등록번호 10-0455754호) 등이 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 어느 선행기술도 오염된 토양과 지하수의 정화를 위해, 반응벽체를 포함하여 반응매질의 교체가 가능하고 깊은 심도의 오염 지하수에도 사용할 수 있는 투수성반응벽체 구조는 제안되지 않았다.

국내 특허 등록번호 10-0925292호, 토양 오염물질의 정화장치 및 그 정화방법. 국내 특허 등록번호 10-0798763호, 유류오염 토양정화를 위한 지중 열탈착 방법과 장치. 국내 특허 등록번호 10-1300348호, 유류 오염 토양의 정화용 미생물 액상 조성물, 이의제조방법 및 이를 이용한 유류 오염 토양의 정화방법. 국내 특허 등록번호 10-0455754호, 유류 기타 탄화수소 화합물을 제거하기 위한 생물학적생분해 흡착제 및 그 제조 방법.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 투수성반응벽체 카트리지의 외관 공차의 정확도에 따라서 사용 가능한 깊이 등 현장 적용 효율을 높이고, 중량 및 카트리지 길이 등 제작성이 용이하여 제작 비용의 감소로 경제성이 향상되며, 반응벽체를 포함하여 반응매질의 교체가 가능하고 깊은 심도의 오염 지하수에도 사용할 수 있는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 오염된 토양과 지하수의 정화를 위한 지하수의 오염물질을 흡착 또는 반응하는 반응매질을 포함하는 투수성반응벽체 카트리지로서, 상기 투수성반응벽체 카트리지는: 직진도 및 진원 정확도를 유지하도록 구멍이 타공된 타공 플레이트를 원통형으로 성형하여 형성된 케이싱; 상기 케이싱의 외부를 감싸게 설치되어, 상기 케이싱의 내부에서 반응매질이 유출되지 못하게 함과 아울러 외부 오염 지하수에서 이물질이 유입되지 못하게 하는 메쉬망; 상긱 메쉬망의 외주면에 원주방향을 따라 4등분된 위치에 수직 방향으로 설치되는 고신축성 압출고무를 포함하는 밀폐용 날개부; 및 상기 밀폐용 날개부를 끼움 결합할 수 있도록 상기 메쉬망의 외주면에 원주방향을 따라 4등된 위치에 수직 방향으로 설치되는 고정부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 밀폐용 날개부는: 상기 고정부에 끼움 결합되도록 일측부위에 T형상의 결합홈부가 형성되고, 상기 결합홈부에 대응하는 형상으로 상기 고정부에 T형상의 결합돌부가 형성되어 상기 결합홈부와 결합돌부에 의해 상기 밀폐용 날개부를 고정부에 끼움 결합할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 밀폐용 날개부는: 상기 결합홈부가 형성되는 일측 부위에 두껍게 형성된 후육부; 및 상기 후육부에서 외측으로 갈수로 점차 얇아지는 단면 구조를 갖는 밀폐부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 밀폐부는: 상기 후육부에 소정 간격을 이루도록 2개의 밀폐부가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 후육부에는: 상기 밀폐부가 완전 밀폐되도록 양측에서 요입되게 형성되는 작동홈부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 케이싱과 메쉬망 및 고정부는 스테인리스 재질로 이루어지고, 상기 케이싱에 타공되는 구멍은 10mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

상기 밀폐용 날개부는: 천연고무(natural rubber), 클로로프렌(Chloroprene), EPDM(Ethylene propylene diene monomer), NBR(Acrylonitrile butadiene rubber) 및 실리콘 고무(Silicone rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 베이스 고무 100 중량부, 충진제 5 내지 100 중량부, 프로세스 오일(processoil) 2 내지 50 중량부, 첨가제(processing aid) 1 내지 10 중량부, 촉진제 0.5 내지 5 중량부, 노화방지제 0.5 내지 10 중량부, 가교제(crosslinking agent) 0.3 내지 8 중량부를 포함하는 고무 배합물로 제조되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지 및 그 제조방법에 의하면, 반응벽체를 포함하여 반응매질의 교체가 가능하고 깊은 심도의 오염 지하수에도 사용할 수 있게 하며, 고신축성 압출고무를 포함하는 밀폐용 날개부가 투수성반응벽체 카트지리에 원주방향을 따라 4개소에 설치됨에 의해 방응벽체 카트리지를 웰에서 교체할 때 마찰력을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명는 밀폐용 날개부를 끼워 넣고 견고하게 고착되도록 함으로 카트리지 교체 작업동안 작용하는 압력에 밀폐용 날개부의 형태가 변형되지 않게 할 수 있는 효가 있다.

또한, 본 발명늠 투수성반응벽체를 카트리지 외관 공차의 정확도에 따라서 사용 가능한 깊이 등 현장 적용 효율을 높이고, 중량 및 카트리지 길이 등 제작성이 용이하여 제작 비용의 감소로 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지를 나타낸 도면도이고,
도 2는 도 1표시의 평면도이고,
도 3은 도 2표시의 "A"부 확대도이고,
도 4는 도 3표시에서 밀폐용 날개부가 고정부에서 분리된 상태를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 4표시에서 밀폐용 날개부의 실시예로서, 밀페부가 2개 형성되는 예를 나타낸 도면이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지를 나타낸 도면도이고, 도 2는 도 1표시의 평면도이고, 도 3은 도 2표시의 "A"부 확대도이고, 도 4는 도 3표시에서 밀폐용 날개부가 고정부에서 분리된 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4표시에서 밀폐용 날개부의 실시예로서, 밀페부가 2개 형성되는 예를 나타낸 도면이다.

이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명은 오염된 토양과 지하수의 정화를 위한 지하수의 오염물질을 흡착 또는 반응하는 반응매질을 포함하는 투수성반응벽체 카트리지로서, 상기 투수성반응벽체 카트리지는 케이싱(110)과 메쉬망(120), 밀폐용 날개부(130) 및 고정부(140)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 케이싱(110)은 구멍이 타공된 타공 플레이트를 원통형으로 성형하여 형성되는 것으로, 상기 케이싱(110)은 직진도 및 진원 정확도를 유지하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 케이싱(110)은 진직도 및 진원 정확도를 유지하도록 정밀한 성형기에서 성형하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 케이싱(110)에 타공되는 구멍은 10mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 케이싱(110)의 외부를 감싸게 메쉬망(120)이 설치되며, 상기 메쉬망(120)은 케이싱(110)의 내부에서 반응매질이 유출되지 못하게 함과 아울러 외부 오염 지하수에서 이물질이 유입되지 못하게 하는 역할을 한다.

또한, 상기 밀폐용 날개부(130)는 메쉬망(120)의 외주면에 원주방향을 따라 4등분된 위치에 수직 방향으로 설치되는 것으로, 고신축성 압출고무를 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 밀폐용 날개부(130)를 끼움 결합할 수 있도록 상기 메쉬망(120)의 외주면에 원주방향을 따라 4등된 위치에 수직 방향으로 고정부(140)가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 케이싱(110)과 메쉬망(120) 및 고정부(140)는 스테인리스 재질로 이루어지는 것이 바람직하고, 이들은 용접 등에 의한 방법으로 일체형으로 설치될 수 있다.

본 발명에서 상기 고정부(140)에 밀폐용 날개부(130)를 끼움 결합하기 위한 구성으로, 상기 고정부(140)에 끼움 결합되는 밀폐용 날개부(130)의 일측부위에는 T형상의 결합홈부(132)가 형성되고, 상기 결합홈부(132)에 대응하는 형상으로 상기 고정부(140)에 T형상의 결합돌부(142)가 형성되어 상기 결합홈부(132)와 결합돌부(142)에 의해 상기 밀폐용 날개부(130)를 고정부(140)에 끼움 결합할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밀폐용 날개부(130)에는 결합홈부(132)가 형성되는 일측 부위에 두껍게 형성된 후육부(134)가 구비되고, 상기 후육부(134)에서 외측으로 갈수로 점차 얇아지는 단면 구조를 갖도록 밀폐부(136)가 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 밀폐부(136)는 후육부(134)에서 소정 간격을 이루도록 2개의 밀폐부가 형성될 수 있으며, 2개의 밀폐부가 형성되는 경우 밀폐 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 후육부(134)에는 밀폐부(136)가 완전 밀폐되도록 양측에서 요입되게 형성되는 작동홈부(138)가 형성되는 것이 바람직하며, 상기 작동홈부(138)에 의해 투수성반응벽체에 수직 방향으로 밀폐용 날개부가 완전 밀폐될 수 있게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 밀폐용 날개부는 천연고무(natural rubber), 클로로프렌(Chloroprene), EPDM(Ethylene propylene diene monomer), NBR(Acrylonitrile butadiene rubber) 및 실리콘 고무(Silicone rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 베이스 고무를 포함하는 고무 배합물로부터 제조될 수 있다. 바람직하게는 상기 고무 배합물은 디엔계 고무의 성능의 향상을 위해, 상기 성분들을 블랜드(blend)하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 고무 배합물은 밀폐용 날개부의 밀폐 성능의 향상을 위해 카본블랙(carbon black), 백색안료(SiO2), 마모성 수지 등의 충진제(filler)을 포함할 수 있다.

추가로, 상기 고무 배합물은 분산성 및 탄성율 조절을 위해 프로세스오일(Process oil)과 가소제(Plasticizer) 등을 포함할 수 있다.

상기 고무 배합물은 배합물의 분산을 위해, 왁스(wax), 수지(resin) 등의 첨가제(processing aid)를 포함할 수 있으며, 가교의 속도조절을 위해 촉진제(accelerator) 등을 포함할 수 있다. 상기 촉진제는 N-시클로헥실-2-벤조티아졸 설펀아미드(N-Cyclohexyl-2-benzothiazole sulfonamide) 또는 테트라메틸-티우람 디설파이드(Tetramethyl-thiuram disulfide) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 밀폐용 날개부의 노화방지를 위해 노화방지제(Antiozonant, Antioxidant)를 포함할 수 있다. 상기 노화방지제는 폴리머화된 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린(Polymerized 2, 2, 4-trimetyl-1,2-dihydroquinoleine) 또는 N-페닐-2-나프틸아민(N-phenyl-2-Naphtylamine) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

추가로, 고무의 가황(가교, crosslinking)을 위해 가교제로서, 유황, 페록사이드(peroxide), 산화아연(zinc oxide), 알킬 페놀 수지(alkyl phenol resin) 등을 포함할 수 있다.

본 발명에서 고무 배합물은 베이스 고무 100 중량부, 충진제 5 내지 100 중량부, 프로세스 오일(processoil) 2 내지 50 중량부, 첨가제(processing aid) 1 내지 10 중량부, 촉진제 0.5 내지 5 중량부, 노화방지제 0.5 내지 10 중량부, 가교제(crosslinking agent) 0.3 내지 8 중량부를 포함할 수 있다.

상기에서 제조된 고무 배합물로부터 밀폐용 날개부를 제조하고 염소화 시킨다. 염소화 단계는 공지의 방법으로 실시할 수 있으며, 본 발명에서는 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 밀폐용 날개부의 염소화는 치환단계, 첨가단계 및 순환단계로 이루어질 수 있다.

상기 염소화된 밀폐용 날개부는 표면 개질용 코팅 조성물로 표면을 코팅 처리하는 것이 바람직하다. 코팅조성물은 바람직하게는 에폭시화이소프렌, 반응성알킬페놀 수지, 마찰 윤활제, 이미다졸, 폴리이소시아네이트 및 유동화제를 포함한다. 이렇게 제조된 코팅조성물은 유기용매에 용해시켜 일정 점도, 바람직하게는 100-3000 cps(brookfield Viscometer)를 형성한 후, 밀폐용 날개부의 표면에 분무하거나, 밀폐용 날개부를 침지하여, 표면에 코팅층을 형성시킬 수 있다.

상기 에폭시화이소프렌은 에폭시 함량에 따라 내유성, 기체 차단성(gas barrier) 및 접착성에서 차이가 있다. 본 발명에서 에폭시 함량은 50%인 것이 바람직하다.

본 발명에서 반응성 알킬페놀 수지는 에폭시화이소프렌 100 중량부당 5 내지 150 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 50 내지 100 중량부를 사용할 수 있다. 반응성 알킬페놀 수지는 에폭시화 이소프렌의 마모특성과 수지 경화(resin cure)를 동반한다.

본 발명에서 마찰윤활제는 그래파이트(Graphite), 테프론 분말(Teflon powder), 실리콘 분말(Silicone powder), 이유화몰리브덴 및 나일론 분말로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용할 수 있다. 마찰윤활제는 바람직하게는 에폭시화이소프렌 100 중량부당 1 내지 50 중량부를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 30 중량부, 더욱 바람직하게는 20 중량부를 사용하는 것이 성능 확보 및 침전 방지 측면에서 효과적이다. 또한 바람직하게는 그래파이트를 사용할 수 있는데, 성능 확보 및 원가(cost)의 측면에서 유리하다.

이미다졸(Imidazol)은 본 발명에서 중요 구성성분으로 에폭시화 이소프렌 100 중량부당 0.5 내지 50 중량부를 바람직하게 사용할 수 있다. 이미다졸의 구성성분과 반응온도에 따라서 그 사용량은 달라질 수 있다. 본 발명은 콤파운드의 제조의 용이성과 제조과정에서의 산화 및 노화방지를 위해 저온가교(135℃ 이하)를 유도하므로 latent imidazol을 바람직하게 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게 2.5 내지 10 중량부를 사용할 수 있다.

사용할 수 있는 이미다졸은, 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸(2-undecylimidazole), 2-헵타데실이미다졸(2-heptadecylimidazole), 1,2-디메틸이미다졸(1,2-dimethylimidazole), 2-에틸-4-메틸이미다졸(2-ethyl-4-methylimidazole), 2-페닐이미다졸(2-phenylimidazole), 2-페닐-4-메틸이미다졸(2-phenyl-4-methylimidazole), 1-벤질-2-메틸이미다졸(1-benzyl-2-methylimidazole),1-벤질-2-페닐이미다졸(1-benzyl-2-phenylimidazole), 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸(1-cyanoethyl-2-methylimidazole), 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸(1-cyanoethyl-2-undecylimidazole), 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸(1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole), 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸(1-cyanoethyl-2-phenylimidazole), 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸-(1')]-에틸-s-트리아진(2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine), 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸-(1')]-에틸-s-트리아진(2,4-diamino-6-[2'methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine), 2,4-디아미노-6-[2'-운데실이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진(2,4-diamino-6-[2'-undecylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine), 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]]-에틸-s-트리아진이소시안유릭애시드어덕트디하이드레이트(2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazineisocyanuric acid adduct dehydrate), 2-페닐-4,5-디히드록시메틸이미다졸(2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole) 및 1-도데실-2-메틸-3-벤질이미다졸리움 클로라이드(1-dodecyl-2-methyl-3-benzylimidazolium chloride)일 수 있다. 또한 변성된 이미다졸을 사용할 수 있는데, 예를 들어 2-페닐이미다졸이소시안유린산 어덕트(2-phenylimidazoleisocyanuricacid adduct)를 사용할 수 있다.

상기에서 폴리이소시아네이트는 접착 성능 부여 및 가교보조제로 사용된다. 폴리이소시아네이트는 에폭시화이소프렌 100 중량부당 2.5 내지 20 중량부가 사용될 수 있으며, 코팅제의 저장안정성을 고려하여 바람직하게는 2.5 내지 10 중량부를 사용할 수 있다, 더 나아가 블록 폴리이소시아네이트(blocked polyisocyanate)를 사용함으로써 저장안정성을 획기적으로 개선할 수 있다.

본 발명에서 코팅조성물을 콤파운드 형태로 제조한 후 유기용매에 용해시켜 사용하게 되므로, 용액의 안정성 및 작업의 원활을 위해 유동화제(Rheology agent)를 사용할 수 있다. 유동화제로는 폴리아미드(Polyamide), 폴리아미드 왁스(Pre-activated polyamide wax), 산화 폴리에틸렌(Oxidized polyethylene), 칼슘 설포네이트(Calcium sulfornate), 수소화된 캐스터오일(Hydrogenated caster oil) 등을 사용할 수 있으며, 에폭시화이소프렌 100 중량부당 2 내지 10 중량부를 바람직하게 사용할 수 있으며, 더 바람직하게는 2 내지 5 중량부를 사용할 수 있다.

상기에서 제조된 코팅조성물은 폐쇄믹서(bannury, kneader, intensice mixer) 또는 밀(open mill)을 이용하여 콤파운드 형태로 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 콤파운드를 유기용매에 용해시켜 밀폐용 날개부의 표면에 코팅시킨다. 코팅 방법으로는 침지 또는 분무 등의 방법을 사용할 수 있다.

상기에서 유기용매는 석유계 용매를 바람직하게 사용할 수 있으며, 예를 들어 톨루엔, 자일렌, 미네랄 스프리트(mineral sprit)을 사용할 수 있다.

다음으로 와이퍼 블레이드의 코팅된 표면을 가교시킨다. 본 발명의 가교시스템은 에폭시화이소프렌과 이미다졸의 가교를 포함한다.

가교는 열공기 상태의 상압 가교를 가리키는데, 120℃ 내지 185℃에서 2 분 내지 10분 동안 이루어질 수 있다. 보다 바람직하게는 135℃에서 5 분 정도 열공기 상태의 상압 가교를 실시할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고신축성 압출고무를 포함하는 밀폐용 날개부에 의해 방응벽체 카트리지를 웰에서 교체할 때 마찰력을 최소화할 수 있다. 또한, 밀폐용 날개부를 끼워 넣고 견고하게 고착되도록 함으로 카트리지 교체 작업동안 작용하는 압력에 밀폐용 날개부의 형태가 변형되지 않게 된다.

특히, 투수성반응벽체를 카트리지화 하여, 카트리지 외관 공차의 정확도에 따라서 사용 가능한 깊이 등 현장 적용 효율을 높이고, 중량 및 카트리지 길이 등 제작성이 용이하여 제작 비용의 감소로 경제성이 향상된다.

이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.

110 - 케이싱 120 - 메쉬망
130 - 밀폐형 날개부 132 - 결합홈부
140 - 고정부 142 - 결합돌부

Claims

오염된 토양과 지하수의 정화를 위한 지하수의 오염물질을 흡착 또는 반응하는 반응매질을 포함하는 투수성반응벽체 카트리지로서,
상기 투수성반응벽체 카트리지는:
직진도 및 진원 정확도를 유지하도록 구멍이 타공된 타공 플레이트를 원통형으로 성형하여 형성된 케이싱;
상기 케이싱의 외부를 감싸게 설치되어, 상기 케이싱의 내부에서 반응매질이 유출되지 못하게 함과 아울러 외부 오염 지하수에서 이물질이 유입되지 못하게 하는 메쉬망;
상기 메쉬망의 외주면에 원주방향을 따라 4등분된 위치에 수직 방향으로 설치되는 고신축성 압출고무를 포함하는 밀폐용 날개부; 및
상기 밀폐용 날개부를 끼움 결합할 수 있도록 상기 메쉬망의 외주면에 원주방향을 따라 4등된 위치에 수직 방향으로 설치되는 고정부;를 포함하되,
상기 밀폐용 날개부는:
상기 고정부에 끼움 결합되도록 일측부위에 T형상의 결합홈부가 형성되고, 상기 결합홈부에 대응하는 형상으로 상기 고정부에 T형상의 결합돌부가 형성되어 상기 결합홈부와 결합돌부에 의해 상기 밀폐용 날개부를 고정부에 끼움 결합할 수 있도록 구성되며,
상기 밀폐용 날개부는:
상기 결합홈부가 형성되는 일측 부위에 두껍게 형성된 후육부; 및
상기 후육부에서 외측으로 갈수로 점차 얇아지는 단면 구조를 갖는 밀폐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지.
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제1항에 있어서,
상기 밀폐부는:
상기 후육부에 소정 간격을 이루도록 2개의 밀폐부가 형성되는 것을 특징으로 하는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 후육부에는:
상기 밀폐부가 완전 밀폐되도록 양측에서 요입되게 형성되는 작동홈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 케이싱과 메쉬망 및 고정부는 스테인리스 재질로 이루어지고, 상기 케이싱에 타공되는 구멍은 10mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 밀폐용 날개부는:
천연고무(natural rubber), 클로로프렌(Chloroprene), EPDM(Ethylene propylene diene monomer), NBR(Acrylonitrile butadiene rubber) 및 실리콘 고무(Silicone rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 베이스 고무 100 중량부, 충진제 5 내지 100 중량부, 프로세스 오일(processoil) 2 내지 50 중량부, 첨가제(processing aid) 1 내지 10 중량부, 촉진제 0.5 내지 5 중량부, 노화방지제 0.5 내지 10 중량부, 가교제(crosslinking agent) 0.3 내지 8 중량부를 포함하는 고무 배합물로 제조되는 것을 특징으로 하는 오염 지하수 정화용 투수성반응벽체 카트리지.