KR102346011B1 - 초미세기포를 이용한 오염토양 부상분리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초미세기포수 공급장치; 내부에 오염토양 슬러리가 저장되며, 상기 초미세기포수 공급장치로부터 초미세기포수를 공급받아 오염토양 슬러리로부터 부유물을 부유시키고, 토사를 침전시켜 3상을 분리시키는 부상분리 침사조; 상기 부상분리 침사조조로부터 분리된 부유물이 유입되어 저장되는 스컴탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초미세기포를 이용한 오염토양 부상분리시스템에 관한 것이다.

Description

초미세기포를 이용한 오염토양 부상분리시스템{Separation System for Contaminated Soil Using Ultra-fine Cell}

본 발명은 토양세척법에 따라 오염토양을 정화시 침사조의 상등수를 부상분리 침사조로 투입 후 미세기포를 가하여 부유물질을 부상시키는 기존의 방법을 침사조에 초미세기포를 공급하여 부상 및 침전 작업을 동시에 수행하므로 기존 공정에 비해 장비설치 비용과 정화 비용을 줄이는 경제성 있는 오염토양 세척시스템에 관한 것이다.

최근 전 세계적인 인구증가와 산업발달로 유해화학물질 사용량 증가 및 이로 인한 폐기물 발생량 증가로 토양 및 지하수 오염의 심각성이 고조되고 도심의 토지이용 개발사업 증가 및 지속적인 경제발전과 소득수준이 향상에 의한 차동차 보급 증가로 유류사용량이 크게 증가하였다. 이에 따라 주유소 및 저유소 등의 유류 및 유해화학물질의 유출로 인한 토양 및 지하수 오염문제가 부각되고 있다.

오염토양 정화기술 중 토양세척법은 토양입자 표면에 부착된 중금속 및 유·무기성 오염물질을 세척수 혹은 세척제를 이용하여 오염물질을 용해 혹은 용출시켜 침전 혹은 부상분리 하는 방법으로 오염물질을 분리하는 기술이다.

이중 부상분리(Flotation)기술은 미세기포의 부상특성을 이용하여 물속의 부유물질을 분리하는 수처리 방법 중 하나이다. 침전시설을 이용한 수처리 시 침전이 어려운 입자가 수중에 부유시 수처리 효율이 저하되어 2차 오염문제가 발생될 때 부상분리기술은 가장 적절한 대안 중의 하나이다.

최근 부상분리 기술의 발전에 따라 미세기포 발생장치의 개발 등으로 국내에서도 여러 종류의 초미세기포발생장치가 개발되고 이들 초미세기포의 직경이 30∼10㎛ 이하로 작아 부상속도가 느리고 수중 체류시간도 길어 기포 포화도가 높고 더 작은 부유물질도 처리가능하며 적은 량으로 부상효율을 낼 수 있어 에너지 비용을 줄일 수 있고 부상속도가 느리므로 침전물질의 침전속도 저하를 최소화 시킬 수 있다. 또한 초미세기포는 부유물질 처리 외 질소, 인과 같은 부영양화물질 등도 동시에 처리되어 처리수의 수질 외 토양오염물질도 동시에 처리가 가능하다.

특히 오염토양에는 기름 등과 같은 부상물과 동물이나 식물 등에서 발생된 유기성 물질 등이 많이 함유되어 있고 이들 물질이 토양세척수의 폐수처리시 침전 방해물질로 작용하여 침전조의 침전효율을 떨어뜨려 처리수의 수질 및 토양세척 효율을 저하시키는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-0952752호

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 효율적으로 침전과 부상분리가 동시에 이루어지도록 하는 오염토양 부상분리시스템을 제공하고자 함이다.

상기 목적을 이루기 위한 해결 수단으로서 본 발명의 미세기포를 이용한 오염토양 부상분리시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함)은 초미세기포수 공급장치; 내부에 오염토양 슬러리가 저장되며, 상기 초미세기포수 공급장치로부터 초미세기포수를 공급받아 오염토양 슬러리로부터 부유물을 부유시키고, 토사를 침전시키는 부상분리 침사조; 상기 부상분리 침사조로부터 분리된 부유물이 유입되어 저장되는 스컴탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 부상분리 침사조는, 상부에서 하부로 돌출되며 하단이 상기 부상분리 침사조 하면과 이격을 형성하는 격벽에 의해 혼합챔버와 부상침전챔버로 구획되며, 상기 부상침전챔버에는 수위가 형성되는 위치에 일방향으로 부유물을 유도하는 날개가 구성되는 스키머가 더 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 부상분리 침사조에서 부유물과 토사가 분리된 처리수가 유입되어 침전이 이루어지는 침전조가 더 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 격벽에는 수위가 형성되는 위치에 장공형태의 부유물 유동홀이 형성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 유동홀의 하단에는 상기 부상침전챔버 방향으로 상향의 경사구배가 형성되며 상단이 수면에 돌출되도록 하는 유도판이 구성되며, 상기 날개는 탄성재질로 구성되어 상기 유도판을 타고 유동하여 상기 유도판에 침적된 부유물을 상기 부상침전챔버로 유동시키는 것을 특징으로 한다.

삭제

이와 같이 본 발명의 시스템은, 기존 침사조에 초미세기포를 공급하여 부상 및 침전 작용을 동시에 수행토록 함으로써 세척수 수질개선과 세척토양의 품질을 높이면서 처리비용을 줄여 경제성이 우수한 세척설비를 구비할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 시스템을 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 구성으로서 부상분리 침사조를 나타내는 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예의 작동상태도이고,

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

본 발명의 시스템(1)은 도 1에서 보는 바와 같이 초미세기포수 공급장치(2); 내부에 오염토양 슬러리가 저장되며, 상기 초미세기포수 공급장치(2)로부터 초미세기포수를 공급받아 오염토양 슬러리로부터 부유물을 부유시키고, 토사를 침전시키는 부상분리 침사조(3); 상기 부상분리 침사조(3)로부터 분리된 부유물이 유입되어 저장되는 스컴탱크;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여 본 발명의 시스템(1)은 도 1에서 보는 바와 같이 상기 부상분리 침사조(3)에서 부유물과 토사가 분리된 처리수가 유입되어 침전이 이루어지는 침전조(5)가 더 구성됨을 특징으로 한다.

상기 초미세기포수 공급장치(2)는 초미세기포수를 생성하여 상기 부상분리 침사조(3)로 공급하는 구성에 해당한다.

상기 초미세기포수 공급장치(2)는 다양한 공지기술이 적용될 수 있으며, 예로 초미세기포 발생장치와 공급펌프로 구성될 수 있는데, 도면에 도시된 바는 없으나 초미세기포 발생장치는 상하로 긴 원통 내부에 직경이 다른 치차형 원형 브레이드가 상하 축의 횡방향으로 다량으로 부착되어 탱크내부로 물을 공급하면서 축을 고속 회전시킬때 브레이드가 동시에 회전하면서 발생하는 케비테이션에 의하여 기체를 액체 속에 과포화상태 이상으로 용존시키는 가압다단제트믹서 기술을 응용한 초미세기포를 발생시키는 구조로 구성되도록 할 수 있다.

기존의 미세기포 발생장치는 가압탱크식으로 액체 속에 이물질이 있을 경우 막힘현상이 발생하고 가압탱크를 이용하므로 부피가 크고 동력이 많이 소요되고 대부분 20㎛ 이상이라 버블의 체류시간이 짧은 문제가 있지만 초미세기포는 미세기포에 비해 기포 직경이 작아 미세한 부유물질과도 접촉 가능하여 처리효율이 높고 부상속도가 느려 기존 미세기포 대비 수중 체류시간이 5배 이상 길고 공급펌프로 기포수를 순환공급 하므로 기포 포화도를 높일 수 있다.

여기서 미세기포수의 기포는 직경이 작을수록 침전효율 저하 등의 문제를 해결할 수 있으나 너무 작으면 부상속도가 느려 부상효율이 떨어질 수 있어 부유물질 특성에 맞는 크기의 기포를 적용하면 침전효율 저하를 최소로 하면서 부상분리가 가능하게 되는 것이다.

초미세기포의 수중 체류시간을 3∼10분 정도 기준으로 보고 부상물에 따라 부상과 침전의 형평성을 유지하기 어려울 때 초미세기포수의 공급시간과 중단시간을 조정하여 형평성을 유지시킴이 바람직하다. 예를 들어 초미세기포수 공급장치(2)를 5분간 가동 시 침전 중인 점토 등이 부상되거나 스컴 발생량이 많아질때 5분 가동후 3분 중단 등으로 단속적 가동을 할 수 있다. 이와 같이 가동과 중단은 토양 입도분포에서 점토가 많을 경우 미세기포수 공급시간을 줄일 수 있으며, 토양의 입도분포에서 모래가 많을 경우 미세기포수 공급량이나 공급시간을 늘릴 수 있다.

상기 부상분리 침사조(3)는 내부에 오염토양 슬러리가 저장되며, 상기 초미세기포수 공급장치(2)로부터 초미세기포수를 공급받아 오염토양 슬러리로부터 부유물을 부유시키고, 토사를 침전시키는 구성에 해당한다.

즉 상기 부상분리 침사조(3)는 미세기포를 이용하여 물과 부유물을 분리하는 기존의 가압부상법에서 벗어나 초미세기포를 이용하여 침사조에서 부상과 침전을 동시에 수행하므로 부유물과 물, 토양 등의 3상 분리 작업을 하여 처리설비의 설치 및 유지 비용을 절감하고 세척수의 수질을 향상시키므로 처리토양의 품질을 상승시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 부상분리 침사조(3)는, 도 2에서 보는 바와 같이 하부로 갈수록 직경이 좁아드는 형상의 하우징(31)이 구성되는 바, 상기 하우징(31)에는 일측에 초미세기포수가 유입되는 초미세기포수 유입라인(311)이 구성되고, 타측에 부유물을 상기 스컴탱크로 배출하는 부유물 배출라인(313) 및 부유물과 토사가 걸러진 처리수가 배출되는 처리수 배출라인(312)이 구성되며, 하면에 침전된 토사를 외부로 배출하는 토사 배출라인(314)이 구성된다.

상기 분상분리 침사조(3)에 있어 도면에서 보는 바와 같이 하부로 갈수록 직경이 좁아드는 형상으로 구성되는 이유는 토사의 침전이 용이하도록 하기 위한 것이다.

상기 하우징(31)의 내부에는 상부에서 하부로 돌출되며 하단이 상기 부상분리 침사조(3) 하면과 이격을 형성하는 격벽(32)에 의해 혼합챔버(33)와 부상침전챔버(34)로 구획되며, 상기 부상침전챔버(34)에는 수위가 형성되는 위치에 일방향으로 부유물을 유도하는 날개(351)가 구성되는 스키머(35)가 더 구성됨을 특징으로 한다.

상기 격벽(32)은 도면에서 보는 바와 같이 혼합챔버(33)와 부상침전챔버(34)를 구획하는 구성으로서 하단이 상기 하우징(31)과 이격이 형성되도록 하여 혼합챔버(33)와 부상침전챔버(34)가 하단유로(321)를 통해 연통하도록 하는 것이다.

혼합챔버(33)로 유입되는 초미세기포수와 오염토양 슬러리와 혼합되면서 초미세기포수가 하단부의 하단유로(321)를 통해 부상침전챔버(34)로 유동하도록 하기 위한 것이다. 이와 같이 구성되도록 하는 이유는 초미세기포수를 직접 오염토양 슬러리로 주입하는 경우 난류발생에 의해 토사의 침전효율을 저하시킬 수 있는 바, 초미세기포수가 혼합챔버(33)에서 안정된 상태로 혼합이 된 후에 부상침전챔버(34)로 유동하도록 하여 침전효율을 향상시키도록 하는 것이다.

상기 부상침전챔버(34)에서는 초미세기포에 의해 부유물이 수면으로 부유되도록 함과 동시에 토사는 비중에 의해 침전이 되도록 하는 것이다.

부유된 부유물은 상기 스키머(35)의 작동에 의해 타측으로 유도되고 유도된 부유물은 부유물 배출라인(313)을 통해 외부로 배출되도록 하는 것이다.

상기 스키머(35)의 경우도 다양한 공지기술이 존재하는 바, 그 상세 설명은 생략한다.

한편, 상기 혼합챔버(33)의 경우도 시간경과에 따라 부유물이 수면으로 부상될 수 있는데, 이에 본 발명에서는 도 3에서 보는 바와 같이 상기 격벽(32)에는 수위가 형성되는 위치에 장공형태의 부유물 유동홀(322)이 형성되도록 하여 혼합챔버(33)에서 형성되는 부유물을 상기 부유물 유동홀(322)을 통해 상기 부상침전챔버(34)로 유동시켜 부유물을 처리토록 하는 예를 도시하고 있다. 이에 더하여 상기 혼합챔버(33)에는 송풍기(36)가 구성되도록 하여 송풍에 의해 혼합챔버(33)에서 형성되는 부유물이 부유물 유동홀(322)을 통해 상기 부상침전챔버(34)로 유동토록 한다.

이에 더하여 상기 부유물 유동홀(322)의 하단에는 상기 부상침전챔버(34) 방향으로 상향의 경사구배가 형성되며 상단이 수면에 돌출되도록 하는 유도판(323)이 구성되도록 하는데, 이렇게 유도판(323)이 구성되어 부상침전챔버(34)에서 혼합챔버(33)로 역유입이 차단되도록 하며 경사구배가 형성되도록 함으로써 부유물(f)이 부상침전챔버(34) 방향으로 유동이 더욱 용이하도록 하는 것이다. 또한 상기 유도판(323)의 구성에 의해 혼합챔버(33)로 유입된 초미세기포수가 상기 부유물 유동홀(322)을 통해 부상침전챔버(34)로 유입되는 것을 차단하여 상기에서 언급한 바와 같이 난류형성을 제어토록 하는 것이다.

이러한 유도판(323)과 연동하여 상기 날개(351)는 탄성재질로 구성되어 회전시 상기 유도판(323)을 타고 유동하여 상기 유도판(323)에 침적된 부유물을 상기 부상침전챔버(34)로 유동시키도록 하는 것이다. 즉 스키머(35)와 유도판(323)의 연동으로 혼합챔버(33)에서 형성된 부유물이 부상침전챔버(34)로 유동이 원활하게 이루어지도록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명의 시스템 2 : 초미세기포수 공급장치
3 : 부상분리 침사조

Claims (6)

1. 초미세기포수 공급장치;
   내부에 오염토양 슬러리가 저장되며, 상기 초미세기포수 공급장치로부터 초미세기포수를 공급받아 오염토양 슬러리로부터 부유물을 부유시키고, 토사를 침전시켜 3상을 분리시키는 부상분리 침사조; 및
   상기 부상분리 침사조로부터 분리된 부유물이 유입되어 저장되는 스컴탱크;를 포함하며,
   상기 부상분리 침사조는,
   하부로 갈수록 직경이 좁아지는 형상을 가지고, 일측에 초미세기포가 유입되는 초미세기포수 유입라인이 구성되고 타측에 부유물을 상기 스컴탱크로 배출하는 부유물 배출라인 및 부유물과 토사가 걸리진 처리수가 배출되는 처리수 처리수 배출라인이 구성되며 하면에 침전된 토사를 외부로 배출하는 토사 배출라인이 형성되는 하우징을 포함하며,
   상기 하우징의 내부에는 상부에서 하부로 돌출되며 하단이 상기 부상분리 침사조 하면과 이격을 형성하는 격벽이 형성되어 공급된 초미세기포수가 혼입되는 혼합챔버와 초미세기포수에 의해 부상 및 침전 작업이 수행되는 부상침전챔버로 구획되면서 혼합챔버와 부상침전챔버가 격벽의 하부에 형성되는 하단유로를 통해 연통하며, 상기 부상침전챔버에는 수위가 형성되는 위치에 일방향으로 부유물을 유도하는 날개가 구성되는 스키머가 구성되고,
   상기 격벽에는 수위가 형성되는 위치에 장공형태의 부유물 유동홀이 형성되며, 혼합챔버에는 송풍기가 구성되어 송풍에 의해 혼합챔버에서 형성되는 부유물이 부유물 유동홀을 통해 상기 부상침전챔버로 유동되게 하며,
   상기 유동홀의 하단에는 상기 부상침전챔버 방향으로 상향의 경사구배가 형성되며 상단이 수면에 돌출되도록 하는 유도판이 구성되며, 상기 날개는 탄성재질로 구성되어 스키머의 작동에 따른 회전 시 상기 유도판을 타고 유동하여 상기 유도판에 침적된 부유물을 상기 부상침전챔버로 유동시키는 것을 특징으로 하는 초미세기포를 이용한 오염토양 부상분리시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 부상분리 침사조에서 부유물과 토사가 분리된 처리수가 유입되어 침전이 이루어지는 침전조가 더 구성됨을 특징으로 하는 초미세기포를 이용한 오염토양 부상분리시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

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