KR102400359B1 - 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조 및 이를 포함하는 오염 토양 정화 시스템 - Google Patents

프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조 및 이를 포함하는 오염 토양 정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 토양 처리과정에서 오염 토양에 초음파를 조사하여 토양에서의 중금속 용출을 효과적으로 유도하는 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조 및 이를 포함하는 오염 토양 정화 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조는, 최초 처리될 토양과 세척제가 1차적으로 유입되는 제1 중금속 용출조; 상기 제1차 중금속 용출조에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제2차 중금속 용출조; 및 상기 제2 중금속 용출조에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제3차 중금속 용출조;를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각은, 처리될 토양과 세척제의 혼합물이 수용되는 용출 탱크와, 상기 혼합물을 교반하기 위하여 상기 용출 탱크내에 회전가능하게 설치되는 교반날개와, 상기 교반날개를 구동시키기 위한 구동모터를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 중 적어도 하나의 중금속 용출조는 상기 용출 탱크내에 배치되어 상기 혼합물에 초음파를 조사하여 중금속 용출을 유도하기 위한 프로브형 초음파 발생기를 더 포함할 수 있다.

Description

프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조 및 이를 포함하는 오염 토양 정화 시스템{Heavy metal elution tank using probe type ultrasonic vibrator and contaminated soil purification system including the same}
본 발명은 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조 및 이를 포함하는 오염 토양 정화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중금속이 포함된 토양에 초음파를 가하여 용출을 유도하여 토양의 중금속을 제거하기 위한 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조 및 이를 포함하는 오염 토양 정화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 토양오염은 산업활동 과정에서 액상 폐기물의 무단 방류 또는 누출사고 등의 이유로 발생하며, 이러한 요인에 의해 발생한 토양오염은 단일 종의 화합물보다는 여러 성분이 복합된 형태로 발생하는 경우가 많다. 예를 들면 대표적으로 유류와 중금속이 포함된 형태의 복합 오염이 빈번하게 발생하고 있다.
최근에는 이와 같이 오염된 토양을 정화하기 위한 노력으로 토양 세척, 소각, 고형화, 용매추출 등과 같은 물리화학적 처리방법과, 토양 경작, 콤포스팅, 바이오 벤팅, 식물 복원 등과 같은 생물학적 방법으로 구분될 수 있는데, 이러한 여러 방법들 중에서 비교적 쉽고 신속하게 오염 토양을 정화할 수 있는 방법이 토양 세척법이다.
오염된 토양의 세척방법은 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합된 유해성 유기오염물질의 표면장력을 약화시켜 토양으로부터의 분리를 유도하거나 중금속을 세척액으로 용출시켜 처리하는 기법으로, 광범위한 유기 및 무기 오염물질을 제거할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점에 의해 최근 국내토양정화시장에서 중금속오염토양 또는 중금속과 유류로 복합 오염된 토양의 정화에 있어 토양세척공법의 적용이 빈번하게 이루어 지고 있다.
그러나, 이러한 토양 세척방법에 의하여도 미세토양에서 중금속을 완전히 제거하는 것은 용이하지 않고, 특히 유기물 함량이 높은 경우 중금속 제거율이 현저히 감소하는 것으로 알려져 있다.
세척공정에서의 중금속 추출은 탈착, 용해, 이온교환 등과 같은 다양한 반응에 의해 토양에서 용액으로 중금속의 물질이동에 의해 발생하게 되는데, 이러한 반응을 촉진시키기 위하여 다양한 종류의 세척제를 토양에 투입한 후 세척제에 의해 중금속과 같은 오염물질을 용출을 유도하기 위하여 세척제와 토양을 혼합하여 교반하는 형태의 세척 장치가 사용되기도 한다.
그러나, 이와 같은 기계적인 교반 작용만으로 신속하게 중금속 용출을 유도하기 어렵기 때문에 장시간 교반과정을 거치게 되는데, 이는 연속식 세척공정에서 공정시간 단축을 저해할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 토양 처리과정에서 오염 토양에 초음파를 조사하여 토양에서의 중금속 용출을 효과적으로 유도하는 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조 및 이를 포함하는 오염 토양 정화 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조는, 최초 처리될 토양과 세척제가 1차적으로 유입되는 제1 중금속 용출조; 상기 제1차 중금속 용출조에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제2차 중금속 용출조; 및
상기 제2 중금속 용출조에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제3차 중금속 용출조;를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각은,
처리될 토양과 세척제의 혼합물이 수용되는 용출 탱크와,
상기 혼합물을 교반하기 위하여 상기 용출 탱크내에 회전가능하게 설치되는 교반날개와,
상기 교반날개를 구동시키기 위한 구동모터를 포함하며,
상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 중 적어도 하나의 중금속 용출조는 상기 용출 탱크내에 배치되어 상기 혼합물에 초음파를 조사하여 중금속 용출을 유도하기 위한 프로브형 초음파 발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각에는 그 내부에 상기 프로브형 초음파 발생기가 수직방향으로 배열되되 상기 프로브형 초음파 발생기의 하단부가 서로 다른 깊이를 갖도록 배치될 수 있다.
상기 프로브형 초음파 발생기는 상기 제3 중금속 용출조 그 내부에 복수개가 수직방향으로 배열되되 상기 복수개의 프로브형 초음파 발생기의 하단부는 서로 다른 깊이를 갖도록 배치되는 제1 프로브형 초음파 발생기를 포함할 수 있다.
상기 제3 중금속 용출조의 상기 용출 탱크의 외면에 설치되는 복수개의 초음파 진동자를 더 포함할 수 있다.
상기 프로브형 초음파 발생기는 상기 제3 중금속 용출조의 상기 교반날개에 설치되는 제2 프로브형 초음파 발생기를 더 포함할 수 있다.
상기 교반날개는 복수의 날개부를 포함하는 1단 교반날개와,
상기 1단 교반날개의 상부에 배치되며 복수의 날개부를 포함하는 2단 교반날개를 포함하며,
상기 프로브형 초음파 발생기는 상기 복수의 날개부 각각에 설치되는 제1 프로브형 초음파 발생기를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 중금속 용출조의 상기 용출 탱크의 하면은 원뿔형으로 하향 경사지게 형성되고,
상기 제1 내지 제2 중금속 용출조의 상기 교반 날개는 상기 날개부가 수평방향으로 배열되되 상기 제1 중금속 용출조의 상기 교반 날개와 상기 제2차 중금속 용출조의 상기 교반 날개는 상기 용출 탱크내에서 서로 다른 깊이에 배치되며,
상기 제3 중금속 용출조의 상기 교반 날개의 상기 날개부는 상기 용출 탱크의 하면과 평행한 방향으로 경사지게 배열될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 중금속 용출조의 상기 용출 탱크의 외면에 설치되는 복수개의 초음파 진동자를 더 포함할 수 있다.
상기 프로브형 초음파 발생기는 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각 내부에 수직방향으로 배열되되 그 하단부가 서로 다른 깊이를 갖도록 배치될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오염 토양 정화 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오염 토양 정화 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 오염 토양 정화 시스템(10)은, 오염 토양을 공급하는 피딩 장치(100), 공급된 오염 토양을 세척 선별하기 위한 세척 선별 장치(200~400), 세척 선별된 오염 토양을 입자 크기 및 오염 상태에 따라서 물리적처리 설비/화학적 처리 설비로 분배하기 위한 분배조(500), 침사 부선장치(600)에 의해 거품 표면에 부착해 부상하는 중금속 입자가 사전에 제거된 미세 토사가 중력 침전되게 하는 다단 침사조(700), 응집제를 이용하여 미세 토사가 침전되게 하는 침전조(810), 침전된 미세 토사를 농축시키는 농축조(820), 농축된 미세 토사를 탈수시키는 탈수장치(830)를 포함하여 구성될 수 있다.
피딩 장치(100)는, 투입된 오염물질이 혼합된 토양을 정량으로 세척 선별 장치(200~400)로 공급하기 위한 것으로, 이러한 피딩 장치(100)는 오염 토양이 투입되는 투입 호퍼(110)와, 투입 호퍼(110)의 측방에 배치되어 세척선별장치(200~400)에 오염 토양을 정량적으로 이송하는 투입 컨베이어(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
투입 호퍼(110)에 공급된 오염 토양은 투입 컨베이어(120)를 통해 세척 선별 장치(200~400)로 공급될 수 있고, 이때 오염 토양은 그 성상을 구분하지 않으나, 오염 정도를 파악하여 후공정 시 오염 정도에 따라 그 시간을 결정할 수 있다
피딩 장치(100)를 통해 세척 선별 장치(200~400)로 투입된 오염 토양은 세척 선별 장치(200~400) 내에서 유류와 중금속의 탈착 및 입도에 따른 선별이 이루어지는데, 이러한 세척 선별 장치(200~400)는 일정 입도 이상의 입자를 선별하여 처리토를 생성하고, 일정 입도 미만의 입자만을 선별 통과시켜서 이에 대한 후속 공정이 진행되도록 할 수 있다.
구체적으로, 피딩 장치(100)에는 유류와 중금속을 토양에서 분리하여 정화공정의 효율을 높이는 공정을 수행하기 위한 세척 선별 장치(200~400)가 접속될 수 있다.
이러한 세척 선별 장치(200~400)는, 오염 토양을 공급받아 제1기준 입도 이상의 토양은 외부로 처리토를 생성 반출하고 제1기준 입도 미만의 토양은 배출하는 습식 진동 선별기(300)와, 습식 진동 선별기(300)에서 제공된 입자에 대하여 습식으로 입도 분리를 수행하여 제2기준 입도 이상의 입자는 재차 습식 진동 선별하며 제2기준 입도 미만의 입자만을 배출하는 하이드로 사이클론(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로 이러한 습식 진동 선별기(300)는, 오염 토양 슬러리를 공급받아 제1a기준 입도 이상의 입자는 제1차 처리토를 생성하여 반출하고 제1a기준 입도 미만의 입자는 배출하는 제1습식 진동선별기(310)와, 제1습식 진동 선별기(310)에 배출되는 제1a기준 입도 미만의 입자가 제1하이드로 사이클론(410)을 거친 다음 유입되어 제1b기준 입도 이상의 입자는 제2차 처리토를 생성하여 반출하고 제1b기준 입도 미만의 입자는 배출하는 제2습식 진동 선별기(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1습식 진동 선별기(310)와 제2습식 진동 선별기(320)는, 하이드로 사이클론(400)에 접속되어 제1기준 입도 즉, 제1a 및 제1b기준 입도에 기초하여 선별된 오염 토양이 다시 제2기준 입도 즉, 제2a 및 제2b기준 입도에 기초하여 고도 선별될 수 있도록 한다.
이러한 하이드로 사이클론(400)은, 제1습식 진동 선별기(310)에서 유입된 토양에 대하여 습식으로 입도 분리를 수행하여 제2a기준 입도 미만의 입자를 제1a배출구(411)로 배출하고 제2a기준 입도 이상의 입자를 제1b배출구(412)로 배출하는 제1하이드로 사이클론(410)과, 제2습식 진동 선별기(320)을 거친 입자에 대하여 습식으로 입도 분리를 수행하여 제2b기준 입도 미만의 입자를 제2a배출구(421)로 배출하고 제2기준 입도보다 큰 입자를 제2b배출구(422)로 배출하는 제2하이드로 사이클론(420)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1하이드로 사이클론(410)은, 습식으로 제2a기준 입도를 기초로 입도 분리를 수행하는데, 이러한 제1하이드로 사이클론(410)은 속이 빈 원추형의 제1테이퍼 부분과 제1노즐 부분으로 구성되고, 원통형의 접선방향에서 진입하는 제1투입구(413)와, 제1테이퍼 부분의 넓은 입구 측에 연결되는 제1a배출구(411)와, 제1노즐 부분에 연결되는 제1b배출구(412)로 구성될 수 있다.
즉, 제1투입구(413) 측으로 물과 오염토사가 투입되고, 제1테이퍼 부분 내부에는 소용돌이 현상과 원심력 등에 의해 큰 소용돌이와 작은 소용돌이 및 이들을 축선방향으로 관통하는 수직 유동이 발생한다. 이때, 입자의 무게차이로 인해 원심력에 차이가 발생하고 이로 인해 제2a기준 입도 이상의 입도를 가진 입자와 제2b기준 입도 미만의 입도를 가진 입자와 물이 분리된다. 다시 말해, 제2a기준 입도 미만의 입자와 물은 제1a배출구(411)를 통해 배출되고, 제2a기준입도 이상의 입자는 제1b배출구(412)를 통해 배출되는데, 이때 제1테이퍼 부분의 길이와 양단의 입구면적비를 조절함으로써 원하는 입도를 기준으로 토사를 분리할 수 있게 된다.
제1하이드로 사이클론(410)의 제1a배출구(411)를 통해 배출되는 제2a기준 입도 미만의 입자와 물은 분배조(500)로 공급되고, 제1b배출구(412)를 통해 배출되는 제2a기준입도 이상의 입자는 제2습식 진동 선별기(320)으로 공급된다.
이렇게 제2습식 진동 선별기(320)로 공급된 입자 중 제2차 처리토로 생성 반출되는 입자 이외에 나머지 입자는 다시 제2하이드로 사이클론(420)으로 재차 공급되어 고도 선별이 지속되거나 밸브(미부호)를 조작하여 제1 중금속 용출조(910)로 공급될 수 있도록 한다.
제2하이드로 사이클론(420)은, 습식으로 입도 분리를 수행하여 제2b기준 입도 미만의 입자를 제2a배출구(421)로 배출하고 제2b기준 입도 이상의 입자를 제2b배출구(422)로 배출하는데, 이러한 제2하이드로 사이클론(420)은, 제1하이드로 사이클론(410)과 동일한 구성을 가지는 것으로 습식으로 제2b기준 입도를 기초로 입도 분리를 수행하는데, 이러한 제2하이드로 사이클론(420)은 크게 속이 빈 원추형의 제2테이퍼 부분와 제2노즐 부분로 구성되고, 원통형의 접선방향에서 진입하는 제2투입구(423)와, 제2테이퍼 부분의 넓은 입구 측에 연결되는 제2a배출구(421)와, 제2노즐 부분에 연결되는 제2b배출구(422)로 구성될 수 있다.
이렇게 제2하이드로 사이클론(420)의 제2a배출구로 배출되는 제2b기준 입도 미만의 입자는 분배조(500)로 공급되고, 제2b배출구(422)로 배출되는 제2b기준 입도 이상의 입자는 오염 상태에 따라서 밸브(미부호)의 개폐 상태에 따라서 제2습식 진동 선별기(320) 또는 화학적 처리 설비(900)로 이송되어 다시 선별/중금속 용출 절차가 진행될 수 있다.
제1하이드로 사이클론(410)의 제1a배출구(411) 및 제2하이드로 사이클론(420)의 제2a배출구(421)에서는 제2a기준 입도 미만의 입자와 제2b기준 입도 미만의 입자가 분배조(500)로 공급된다.
이러한 분배조(500)는, 제1하이드로 사이클론(410)의 제1a배출구(411) 및 제2하이드로 사이클론(420)의 제2a배출구(421)에 연결되어 세척 선별 장치(200~400)를 거친 토양 슬러리를 공급받아서 저장하되 토양 슬러리가 미세토사의 크기와 오염 상태에 따라서 물리적 처리 또는 화학적 처리를 선택적으로 분배될 수 있도록 하는 역할을 한다.
특히, 이러한 분배조(500)는 공급된 미세 토사의 크기 및 오염 상태에 따라서 물리적 처리 설비(600~800)와 화학적 처리 설비(900) 중 어느 하나의 설비로 미세 토사를 분배하는데, 예를 들어 유류와 중금속으로 복합 오염된 clay 상태의 미세 토사의 경우는 물리적 처리 설비(600~800)로 분배될 수 있도록 하며, 중금속만으로 오염된 가는 모래 상태의 미세 토사의 경우는 화학적 처리 설비(900)로 분배될 수 있도록 한다.
이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염 토양 정화 시스템의 분배조에서 화학적 처리 설비로 미세 토사가 처리되는 공정에 대하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화학적 처리 설비(900)는, 분배조(500)에서 화학적 처리를 위해 미세 토사가 유입되는 제1 중금속 용출조(910)와, 제1중금속 용출조(911)를 거친 다음 미세 토사에서 중금속을 효율적으로 용출하여 제3처리토를 생성하기 위한 제2 및 제3중금속 용출조(920,930)와, 제1중금속 용출조(910)에 산 세척제를 공급하는 산 세척제 공급조(940)와, 제1중금속 용출조(910)에 계면 활성제를 공급하기 위한 계면 활성제 공급조(941)와, 제3중금속 용출조(930)에 접속되는 제3하이드로 사이클론(942)과, 제3하이드로 사이클론(942)에서 배출되는 일정 입도 이상의 입자를 탈수하기 위한 모래 탈수장치(950)와, 제3하이드로 사이클론(942)과, 모래 탈수장치(950)에 유입된 미세 토사를 중화시키기 위한 소석회 저장조(970)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중금속 용출조(910,920,930)는 오염 토양에 대한 3차례의 세척과정이 진행될 수 있도록 3개의 분리된 중금속 용출조를 포함하여 구성될 수 있다.
중금속 용출조(910,920,930)는 최초 처리될 토양과 세척제가 1차적으로 유입되는 제1 중금속 용출조(910)와, 상기 제1 중금속 용출조(910)에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제2 중금속 용출조(920)와, 상기 제2 중금속 용출조(920)에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제3 중금속 용출조(930)를 포함하여 구성될 수 있다. 세척제는 상기한 바와 같은 산 세척제와 계면 활성제를 포함할 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 중금속 용출조(910,920,930) 각각은, 처리될 토양과 세척제의 혼합물이 수용되는 용출 탱크(911,921,931)와, 상기 혼합물을 교반하기 위하여 상기 용출 탱크(911,921,931)내에 회전가능하게 설치되는 교반날개(912,922,932)와, 상기 교반날개(912,922,932)를 구동시키기 위한 구동모터(913,923,933)를 포함할 수 있다
또한, 제1 내지 제3 중금속 용출조(910,920,930) 각각은, 용출 탱크(911,921,931) 내부에 배치되어 처리될 토양과 세척제의 혼합물에 초음파를 가하여 중금속의 세척을 유도하기 위한 초음파 발생기(914,924,934)를 더 포함할 수 있다.
초음파에 의해 발생되는 공동화현상(Cavitation)은 공동(기포)의 형성, 성장 그리고 붕괴의 과정을 거치며 발생한 공동은 구 형태를 유지하여 성장과 축소를 반복한 후 붕괴하는 것으로 물리 화학적 효과를 동시에 일으킬 수 있다. 초음파를 이용하여 탈착이 제거되는 방법은 초음파 물리적 효과로 인하여 발생되며 미세기포가 폭발할 때 주변에 고체상이 있는 경우 그 고체를 향해 미세기포가 폭발하여 고체 표면에 충격력을 가하는 마이크로제트(Microjet) 현상, 미세기포의 폭발로 인해 주변에 충격에너지를 전달하는 충격파(Shock wave) 현상 등으로 구분된다. 이러한 물리적 효과는 표면 세정 및 세척, 추출 등의 공정 개발에 이용될 수 있다. 초음파 화학적 효과에 비해 물리적 효과는 그 적용이 상대적으로 용이하여 다양한 세척, 세정공정으로 개발되어 산업 현장에서 사용되고 있으며, 유류 및 중금속 등으로 오염된 토양을 신속하게 처리하는 방안으로 초음파 토양세척 공정이 적용될 수 있다.
초음파 발생기(914,924,934)는 봉형의 프로브형 초음파 발생기로 마련될 수 있으며, 각 중금속 용출조(910,920,930)의 내부에 수직방향으로 길게 배열될 수 있다. 따라서, 프로브형 초음파 발생기(914,924,934)는 각 용출 탱크(911,921,931)의 다양한 깊이에 초음파를 직접 혼합물에 조사할 수 있어 초음파에 의한 세척작용이 극대화 될 수 있다.
프로브형 초음파 발생기(914,924,934)는 초음파 조사면이 길게 형성되어 넓은 면적에 초음파를 조사하기에 유리할 수 있다.
초음파 발생기(914,924,934)는 각 중금속 용출조(910,920,930)에 따라 다른 깊이에 배치될 수 있으며, 예를 들면 도시된 바와 같이 제1 중금속 용출조(910)에 설치되는 초음파 발생기(914)가 용출 탱크(911)내에서 가장 깊게 배치되고 제2 및 제3 중금속 용출조(920,930)으로 갈수록 낮은 깊이에 초음파 발생기(924,934)가 배치되는 구조로 구성될 수 있다. 초음파 발생기(914,924,934)는 교반날개(912,922,932)와의 간섭이 방지되도록 교반날개(912,922,932)의 바깥쪽에 배치될 수 있다.
또한, 프로브형 초음파 발생기(914,924,934)는 각 용출 탱크(911,921,931)에 따른 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생기가 배치될 수 있으며, 예를 들면 24KHz, 28KHz, 40KHz의 주파수를 갖은 초음파 발생기가 각 중금속 용출조(910,920,930)에 따라 다르게 배치될 수 있다.
제1중금속 용출조(910)에 공급되는 산 세척제는 산 세척제 공급조(940)로부터 공급될 수 있다. 이렇게 제1중금속 용출조(910)를 거친 다음 미세 토사는 제2 및 제3중금속 용출조(920,930)를 추가로 거치면서 중금속이 효율적으로 용출되어 제3처리토가 생성될 수 있도록 한다.
제1 내지 제3중금속 용출조(910,920,930)는 산 세척제에 의한 부식을 방지하기 위하여 내부식성이 강한 재질, 예를 들어 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있다.
모래 탈수장치(950)에서 배출되는 물은 pH 조정조(980)를 거쳐서 다단 침전조(810)로 제공될 수 있는데, 이러한 pH 조정조(980)에는 제3하이드로 사이클론(942)에서 유입되는 작은 입자와 중화제 저장조(990)에서 공급된 중화제가 더 접속되어 있다.
pH 조정조(980)에 공급된 일정 입도 이하의 토사와 폐수는 중화제와 혼합된 세척수를 이용하여 중화될 수 있는데, 이러한 중화제는 제1중금속 용출조(910)에 공급된 산 세척제를 중화시킴으로써 다단 침전조(810)에서 재이용될 수 있도록 한다.
결국, 이렇게 화학적 처리 설비(900)에서 초음파에 의한 세척과정을 거쳐서 정화된 오염 토양은 미세 토사에서 중금속을 효율적으로 용출한다음 제3처리토를 생성하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 실시예에 따르면, 화학적 처리 설비(900)를 구성하는 요소는 기본적으로 동일하되 프로브형 초음파 발생기(934,935,936)에 대한 배치가 앞선 실시예와 다르게 구성될 수 있다.
즉, 프로브형 초음파 발생기(934,935,936)는 제1 내지 제2 중금속 용출조(910.920)에는 설치되지 않고, 제3 중금속 용출조(930)에만 3개가 설치될 수 있다. 이 경우, 프로브형 초음파 발생기(934,935,936)는 교반날개(932)와의 간섭이 방지되도록 교반날개(932)의 바깥쪽에 배치될 수 있으며, 서로 다른 깊이에 배치될 수 있고, 프로브형 초음파 발생기(934,935,936)는 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생기로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 실시예에 따르면, 도 3에 따른 앞선 실시예와 기본적인 구성은 동일하되 제3 중금속 용출조(930)의 용출 탱크(931)의 외면에 추가적으로 다수의 초음파 진동자(937)가 설치될 수 있다. 따라서, 프로브형 초음파 발생기(934,935,936)에서 방출되는 초음파에 더하여 용출 탱크(931)에서 초음파가 추가적으로 조사될 수 있도록 하여 제3 중금속 용출조(930)에서 초음파 작용에 의한 집중적인 중금속 세척이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 실시예에 따르면, 도 4에 따른 앞선 실시예와 기본적인 구성은 동일하되 제3 중금속 용출조(930)의 교반 날개(932)에 추가적으로 다수의 프로브형 초음파 발생기(938)가 설치될 수 있다. 따라서, 프로브형 초음파 발생기(934,935,936)에서 방출되는 초음파에 더하여 용출 탱크(931)에서 초음파가 추가적으로 조사될 수 있고, 이에 대하여 교반 날개(932)를 통해서도 초음파가 방출되도록 하여 제3 중금속 용출조(930)에서 초음파 작용에 의한 집중적인 중금속 세척이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 교반 날개에 대한 구성을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 실시예에 따르면, 교반날개(912)는 다수의 날개부(912a)를 포함하여 구성되며, 각 날개부(912a)에는 프로브형 초음파 발생기(918)가 설치될 수 있다. 프로브형 초음파 발생기(918)는 날개부(912a)의 외면에 결합되는 방식으로 설치되거나, 날개부(912a) 내부에 매립되는 형태로 설치될 수 있다. 날개부(912a)에 프로브형 초음파 발생기(918)가 매립되는 경우, 날개부(912a)는 프로브형 초음파 발생기(918)를 수용하기 위한 공간이 형성되고, 프로브형 초음파 발생기(918)와 착탈가능하게 결합되어 프로브형 초음파 발생기(918)를 보호하고, 마모 등에 의해 날개부(912a)가 손상된 경우 날개부(912a)만을 교체하면 되기 때문에 유지 및 보수가 용이할 수 있다.
도 6에 따른 구성은 제1 중금속 용출조(910)의 교반날개(912)에 프로브형 초음파 발생기(918)이 설치된 구성만을 도시하였으나, 이와 같은 구성은 후술할 도 7에서와 같이 다른 중금속 용출조(920,930)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 7에 따르면, 각 중금속 용출조(910,920,930)의 교반날개(912,922,932)는 서로 다른 깊이에 설치되거나, 서로 다른 배치 형상을 갖도록 구성될 수 있으며, 이러한 교반날개(912,922,932)의 각 날개부에는 도 6의 구성과 같은 프로브형 초음파 발생기(918,928,938)가 설치될 수 있다.
각 교반날개(912,922,932)는 두 개의 단이 상하로 배치되는 2단 구성을 갖도록 형성될 수 있고, 이에 따라 각 교반날개(912,922,932)는 다수의 날개부를 포함하는 1단 교반날개와, 1단 교반날개의 상부에 배치되며 다수의 날개부를 포함하는 2단 교반날개를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 각 교반날개(912,922,932)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 중금속 용출조(910)의 교반 날개(912)는 용출 탱크(911)의 하면에 인접하게 용출 탱크(911)의 하부에 배치되고, 제2 중금속 용출조(920)의 교반 날개(922)는 용출 탱크(921)의 상부에 인접하게 배치될 수 있으며, 제3 중금속 용출조(930)의 교반 날개(932)는 그 날개부가 도시된 바와 같은 원뿔형으로 하향 경사지게 형성된 제3 용출조(930)의 용출 탱크(931)의 하면의 경사각과 평행한 배열을 갖도록 마련될 수 있다.
이와 같이 각 중금속 용출조(910,920,930)의 교반날개(912,922,932)가 다른 배치 위치와 배열 구조를 갖도록 구성함으로 각 단계별도 다양한 각도와 위치에서 초음파 조사가 가능하므로 초음파에 의한 중금속 세척효과를 극대화할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 실시예에 따르면, 도 7에 따른 앞선 실시예와 기본적인 구성은 동일하되 중금속 용출조(910,920,930)의 용출 탱크(911,912,931)의 외면에 추가적으로 다수의 초음파 진동자(917,927,937)가 설치될 수 있다. 따라서, 프로브형 초음파 발생기(918,928,938)에서 방출되는 초음파에 더하여 용출 탱크(911,912,931)에서 초음파가 추가적으로 조사될 수 있도록 하여 용출 탱크(911,912,931)에서 추가로 전달되는 초음파에 의한 추가적인 세정작용도 얻을 수 있다.
이러한 두 가지 형태의 초음파 발생기는 동시에 작동되거나, 프로브형 초음파 발생기(918,928,938)에서 소정시간 작동된 후 동작이 멈춘 상태에서 용출 탱크(911,912,931)의 외면에 설치된 초음파 진동자(917,927,937)가 작동되도록 하는 방식으로 교번적으로 작동되도록 설정될 수 있다.
이와 같은 두 형태의 초음파 발생기가 작동하는 방식은 전술한 실시예에도 공통적으로 적용될 수 있음은 물론이다.
따라서, 토양이 용출 탱크(911,912,931) 내부에서 교반되는 과정에서 다양한 영역에 골고루 초음파에 전달될 수 있고, 이에 따라 단시간에 토양에 대한 중금속 용출이 일어나도록 유도될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중금속 용출조에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 실시예에 따르면, 도 8에 따른 앞선 실시예와 기본적인 구성은 동일하되 중금속 용출조(910,920,930)의 각 용출 탱크(911,921,931)에 프로브형 초음파 발생기(914,924,934)가 추가 배치될 수 있으며, 각 중금속 용출조(910,920,930)의 내부에 수직방향으로 길게 배열될 수 있다.
또한, 프로브형 초음파 발생기(914,924,934)는 각 중금속 용출조(910,920,930)에 따라 다른 깊이에 배치될 수 있으며, 예를 들면 도시된 바와 같이 제1 중금속 용출조(910)에 설치되는 초음파 발생기(914)가 용출 탱크(911)내에서 가장 깊게 배치되고 제2 및 제3 중금속 용출조(920,930)으로 갈수록 낮은 깊이에 초음파 발생기(924,934)가 배치되는 구조로 구성될 수 있다. 초음파 발생기(914,924,934)는 교반날개(912,922,932)와의 간섭이 방지되도록 교반날개(912,922,932)의 바깥쪽에 배치될 수 있다.
또한, 프로브형 초음파 발생기(914,924,934)는 각 용출 탱크(911,921,931)에 따른 다른 주파수의 초음파를 발생시키는 초음파 발생기가 배치될 수 있으며, 예를 들면 24KHz, 28KHz, 40KHz의 주파수를 갖은 초음파 발생기가 각 중금속 용출조(910,920,930)에 따라 다르게 배치될 수 있다.
이와 같은 세 가지 초음파 발생기가 각 용출 탱크(911,921,931)에 배치됨에 따라 각 용출 탱크(911,921,931)별로 집중적인 초음파 조사를 통해 더욱 단시간에 확실하게 중금속 용출이 유도될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10...오염 토양 정화 시스템 100...피딩 장치
400...하이드로 사이클론 500...분배조
700...다단 침사조 810...침전조
820...농축조 830...탈수장치
900 : 화학적 처리 설비

Claims (10)

  1. 최초 처리될 토양과 세척제가 1차적으로 유입되는 제1 중금속 용출조;
    상기 제1 중금속 용출조에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제2 중금속 용출조; 및
    상기 제2 중금속 용출조에서 처리된 혼합물이 유입되어 처리되는 제3 중금속 용출조;를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각은,
    처리될 토양과 세척제의 혼합물이 수용되는 용출 탱크와,
    상기 혼합물을 교반하기 위하여 상기 용출 탱크내에 회전가능하게 설치되되 다수의 날개부를 포함하는 1단 교반날개와, 상기 1단 교반날개의 상부에 배치되며 다수의 날개부를 포함하는 2단 교반날개를 포함하여 구성된 교반날개와,
    상기 교반날개를 구동시키기 위한 구동모터를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각은,
    상기 다수의 날개부의 내부 각각에 매립 설치되어 상기 교반 날개를 통하여 초음파가 방출되게 하는 제1 프로브형 초음파 발생기와, 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조의 상기 용출 탱크의 외면에 설치되어 상기 용출 탱크에서 초음파가 추가적으로 조사되게 하는 복수개의 초음파 진동자와, 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각 내부에 수직방향으로 배열되되 상기 교반날개와의 간섭이 방지되도록 상기 교반날개의 바깥쪽에 위치함과 동시에 그 하단부가 서로 다른 깊이를 갖도록 배치되는 제2 프로브형 초음파 발생기를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 중금속 용출조의 상기 용출 탱크의 하면은 원뿔형으로 하향 경사지게 형성되고,
    상기 제1 및 제2 중금속 용출조의 상기 교반 날개는 상기 날개부가 수평방향으로 배열되되 상기 제1 중금속 용출조의 상기 교반 날개와 상기 제2 중금속 용출조의 상기 교반 날개는 상기 용출 탱크 내에서 서로 다른 깊이에 배치되며,
    상기 제3 중금속 용출조의 상기 교반 날개의 상기 날개부는 상기 용출 탱크의 하면과 평행한 방향으로 경사지게 배열되며,
    상기 날개부는 제1 프로브형 초음파 발생기를 수용하기 위한 공간이 형성되고, 제1 프로브형 초음파 발생기와 착탈가능하게 결합되어 제1 프로브형 초음파 발생기를 보호하고, 마모에 의해 상기 날개부가 손상된 경우 상기 날개부만이 교체되어 유지 및 보수가 용이하도록 하며,
    상기 제1 프로브형 초음파 발생기와 상기 초음파 진동자는 상기 제1 프로브형 초음파 발생기에서 소정시간 작동된 후 동작이 멈춘 상태에서 상기 초음파 진동자가 작동되도록 하는 방식으로 교번적으로 작동되도록 설정되며,
    상기 제1 중금속 용출조에 설치되는 상기 제2 프로브형 초음파 발생기가 상기 제1 중금속 용출조에 설치되는 상기 제1 프로브형 초음파 발생기에 인접하도록 상기 용출 탱크 내에서 가장 깊게 배치되고, 상기 제2 및 제3 중금속 용출조로 갈수록 낮은 깊이에 상기 제2 프로브형 초음파 발생기가 배치되는 구조를 가지며,
    상기 제2 프로브형 초음파 발생기는 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조 각각에 따라 다른 24KHz, 28KHz, 40KHz 중 어느 하나의 주파수를 갖는 초음파 발생기가 배치되어 각 용출 탱크 별로 집중적인 초음파 조사를 통해 단시간에 중금속이 용출되게 하는 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조.
  2. 제1항에 따른 상기 제1 내지 제3 중금속 용출조를 포함하는 상기 프로브형 초음파 진동자를 활용한 중금속 용출조;
    상기 제1중금속 용출조에 산 세척제를 공급하는 산 세척제 공급조;
    상기 제1중금속 용출조에 계면 활성제를 공급하기 위한 계면 활성제 공급조;
    상기 제3중금속 용출조에 접속되는 제3하이드로 사이클론;
    상기 제3하이드로 사이클론에서 배출되는 일정 입도 이상의 입자를 탈수하기 위한 모래 탈수장치;
    상기 모래 탈수장치에 유입된 미세 토사를 중화시키기 위한 소석회 저장조;를 포함하는 오염 토양 정화 시스템.
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