KR102457070B1 - 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결정구조 형태의 차이를 가지는 광물들을 함유한 오염토양을 선별하는 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치를 개시한다. 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치는, 2단 경사판 구조를 갖는 침전조; 상기 침전조 내에 배치된 경사판; 상기 침전조 내에 배치된 배플 플레이트; 상기 침전조의 외부에 부착된 버블 제네레이터; 상기 침전조의 측벽과 상기 배플 플레이트 사이에 배치된 버블관; 및 판상결정구조 광물을 부유시키기 위해 상기 버블 제네레이터에서 발생된 버블을 상기 버블관을 통해 오염수 투입구 인근에 공급하는 공급 펌프를 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면, 침전조에 투입되는 오염수에서 버블을 주입함으로써 판상결정구조 광물(판상광물)을 부유시키는 효율을 높일 수 있다.

Description

판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치{DEVICE FOR FLOATING SCREEN OF FLUORINE-COPNTAMINATED SOIL}

본 발명은 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정구조 형태의 차이를 가지는 광물들을 함유한 오염토양을 선별하는 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치에 관한 것이다.

일반적으로 오염토양을 정화처리하기 위해서 종래에는 오염물질을 용출시키거나 세척 처리를 통하여 오염을 제거하였는데 토양과 오염물질의 분리 효율이 떨어지는 경우 오염물질을 함유하는 광물의 결정구조 특성을 반영하여 오염토양을 선별하는 방안의 필요성이 증가하였다.

한편, 불소는 토양환경보전법에서 유해물로 규정하여 토양오염우려기준 400ppm으로 그 함량을 규제하고 있다. 불소는 수돗물 사용 등 인간생활과 밀접한 관련이 있고 독성뿐 아니라, 기준치 이상으로 섭취하면 뼈와 신경계의 손상을 야기하는 원인이 된다. 불소 오염토양의 정화는 토양경작, 열탈착, 기존의 토양세척 등과 같은 물리적 방법으로는 정화가 여려우며, 화학적인 처리법은 환경문제를 야기하고 경제성이 부족하여 실제로 거의 활용되지 않고 있다.

불소 오염토양은 인위적으로 배출된 불소화합물에 의해서도 발생되지만, 주로 토양이나 암석에 함유되어 있는 형석(CaF2) 및 운모류 등 광물이 토목, 건축공사, 자연재해 등에 의하여 지표면이나 수계에 노출되어 발생된다. 이에 따라, 불소 오염토양으로부터 불소 오염원인 물질로 대표적인 운모류를 효과적으로 분리 및 제거하기 위한 처리방법이 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-1937106호(2019. 01. 03.) 한국등록특허 제10-0928060호(2009. 11. 16.) 한국공개특허 제10-2020-0019315호(2020. 02. 24.)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 구상결정구조 광물(구상광물)과 판상결정구조 광물(판상광물)을 함유한 오염토양을 2단 경사판 구조를 갖는 침전조를 통해 판상광물을 부유시키고 구상광물을 침전시켜 오염토양을 선별하는 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치는, 오염수가 투입되는 오염수 투입구와 제1 구형슬러지 토출구가 각각 배치된 제1 침전용기와, 오염수에서 구상광물과 판상광물이 제거된 상등수를 배출하는 상등수 토출구와 제2 구형슬러지 토출구가 각각 배치된 제2 침전용기로 구획되어 오염수를 투입받는 침전조; 상기 침전조 내에 배치된 경사판; 상기 침전조 내에 배치된 배플 플레이트; 상기 침전조의 외부에 부착된 버블 제네레이터; 상기 침전조의 측벽과 상기 배플 플레이트 사이에 배치된 버블관; 포수제를 저장하는 포수제 저장부; 판상광물을 부유시키기 위해 상기 버블 제네레이터에서 발생된 버블을 상기 버블관을 통해 오염수 투입구 인근에 공급하고, 상기 포수제 저장부에 저장된 포수제와 상기 버블 제네레이터에서 발생된 버블을 혼합하여 상기 버블관을 통해 상기 침전조에 주입하는 공급 펌프; 상기 오염수 투입구 인근에 배치되어 오염수의 탁도를 감지하는 탁도센서; 상기 제1 침전용기의 하부에 배치되어 적층된 구형슬러지의 무게를 측정하는 제1 무게 센서; 상기 제2 침전용기의 하부에 배치되어 적층된 구형슬러지의 무게를 측정하는 제2 무게 센서; 상기 침전조의 바닥에 적층된 구형슬러지를 추출하는 추출 펌프; 및 상기 탁도센서에 의해 감지된 탁도가 증가하면 버블양을 증가시키고 탁도가 감소하면 버블양을 줄이도록 상기 버블 제네레이터의 동작을 제어하고, 상기 제1 무게센서 및/또는 상기 제2 무게 센서에 의해 감지된 무게가 증가하면 침전된 구상광물을 함유한 토양폐기물을 제거하기 위해 상기 추출 펌프의 펌프가동량을 증가시키는 콘트롤러를 포함한다.

일실시예에서, 상기 침전조의 상부에 배치되고, 제1 롤러, 상기 제1 롤러에서 일정 각각 이격된 제2 롤러, 상기 제1 롤러와 상기 제2 롤러에 의해 이송되는 벨트, 및 상기 벨트의 외측부에 배치되어 상기 벨트의 이송에 연동하여 오염수 위에 부유하는 판형슬러지를 이송시키는 돌기를 포함하는 스크래퍼를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 콘트롤러는 상기 스크래퍼의 동작 속도를 더 제어할 수 있다.

이러한 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치에 의하면, 판상결정구조 광물을 부유시키기 위해 버블 제네레이터에서 발생된 버블을 침전조의 측벽과 배플 플레이트 사이에 배치된 버블관을 통해 침전조의 오염수 투입구 인근에 공급함으로써, 판상결정구조 광물(판상광물)을 부유시키는 효율을 높일 수 있다. 이에 따라 불소 오염토양으로부터 불소 오염원인 물질로 대표적인 광물인 운모류를 효과적으로 분리 및 제거할 수 있다.

도 1은 부유선별을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 오염토양 선별 장치가 채용된 토양오염 정화 설비를 개략적으로 설명하기 위한 정면 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 토양오염 정화 설비를 개략적으로 설명하기 위한 배면 사시도이고, 도 4c는 도 4a에 도시된 토양오염 정화 설비를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 투입호퍼컨베이어를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 투입컨베이어를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 습식파쇄기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 습식자력선별기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 슬러지저장조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 필터프레스를 설명하기 위한 사시도이다.
도 11은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 부유선별기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 12은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 침사지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 13은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 스크류컨베이어를 설명하기 위한 사시도이다.
도 14는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 투입선별기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 15은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 응집제 저장탱크를 설명하기 위한 사시도이다.
도 16는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 응집조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 17는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 침전조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 18은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 습식세정장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 19은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 로터리크러셔를 설명하기 위한 사시도이다.
도 20는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 진동선별기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 21은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 가압부상조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 22는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 하이드로싸이클론을 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

일반적으로, 물속에 분산되어 있는 고체입자가 물의 비중보다 클 경우, 그에 작용하는 중력이 부력보다 크기 때문에 침강한다. 그러나 고체입자가 기포에 부착할 경우에는 그에 작용하는 부력이 중력보다 커져서 수면으로 부유하게 된다. 이처럼 고체입자에 기포가 부착할 수 있는 것은 그의 표면이 소수성일 때만 가능하다.

그러므로 부유선별(froth flotation)은 고체입자 간의 물리적 특성을 이용하는 것이 아니고 고체입자 표면의 물리화학적 특성차를 이용하는 선별이다.

최근에는 광산폐기물(또는 광물찌꺼기)인 광미(tailing)로부터 유기광물 회수, 폐플라스틱 상호분리, 고지(폐지)로부터 잉크제거, 석탄회 정제 등 폐기물 처리 분야뿐만 아니라, 중금속 오염토양으로부터 중금속 함유 입자를 부유시켜 제거하는 토양 정화법으로도 활용되고 있다.

도 1은 부유선별을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 부유선별은 고체혼합물이 현탁되어 있는 슬러리 내에 공기를 불어넣어 기포(air bubble)를 발생시키면, 소수성(hydrophobic) 입자는 기포에 부착되어 수면 위로 부유되고, 반면에 친수성(hydrophilic) 입자는 슬러리 내에 남게 되는 특성을 이용하는 선별방법이다.

상기 부유선별의 종류로서, 목적물질을 부유시키느냐 아니면 현탁액 속에 남기느냐에 따라 직접부유선별(direct flotation)과 역부유선별(reverse flotation)으로 나눌 수 있고, 다수의 목적물질을 부유시키느냐 아니면 한가지의 목적물질을 부유시키느냐에 따라서 종합부유선별(bulk flotation)과 우선부유선별(differential flotation)으로 대별한다.

중금속 오염토양은 중금속 함유광물, 금속 등과 같은 중금속 물질을 부유시켜 제거하는 역부유선별을 적용하여 정화한다.

한편, 부유선별에 영향을 끼치는 인자로서 고체 입도, 슬러리의 농도, 교반속도, 공기주입량, 슬러리의 pH 및 Eh, 그리고 부유선별 시약(포수제, 기포제, 조건제)의 종류 및 첨가량 등이다.

상기 부유선별에서는 광석광물과 맥석광물과의 부유도의 차를 크게 하여, 정광과 광미로의 선별이 효과적으로 이루어지게 하기 위하여 슬러리에 여러 가지 시약을 첨가한다. 이와 같은 여러 가지 목적으로 첨가하는 시약을 통틀어 부유선별 시약(flotation reagent)라고 한다.

상기 부유선별 시약은 그 기능에 따라 포수제(collector), 기포제(frother), 조건제(modifier, regulator)로 크게 구분된다. 상기 포수제는 부유시킬 광물의 표면에 흡착하여 그 표면을 소수성으로 변화시켜 기포에 부착을 용이하게 하는 부유선별 시약이다. 상기 기포제는 물의 표면장력을 저하시켜 미세한 기포의 발생을 용이하게 할 뿐만 아니라 기포의 안정성을 향상시키는 부유선별 시약이다. 상기 조건제는 광물 간의 부유선별을 효과적으로 하기 위해 부유선별 조건을 부여하는 부유선별 시약이다.

상기 조건제는 다시 억제제(depressant or depressing agent), 활성제(activator), pH조절제, Eh조절제(redox agent), 분산제(dispersant) 등으로 세분할 수 있다. 여기서, 상기 억제제는 소수성 표면을 친수성 표면으로 변화시키거나 포수제의 흡착을 방해하여 부유를 억제시키는 시약이고, 상기 활성제는 포수제의 흡착이 어려운 광물 또는 이미 억제를 받아 비부유성이 된 광물에 다시 포수제의 흡착을 용이하게 하는 시약이다. 상기 pH조절제는 현탁액의 pH를 조절하는 시약이고, 상기 Eh조절제는 현탁액의 산화환원전위를 조절하는 시약이고, 상기 분산제는 현탁액내의 입자들을 분산시켜 친수성 입자들이 동반부유(aggregation, entrapment) 하지 못하도록 하는 시약이다.

이들 각 부유선별 시약을 단독으로 사용하지 않고 여러 가지를 조합하여 사용함으로써 부유선별은 보다 효과적으로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치는 침전조(110), 경사판(120), 배플 플레이트(130), 버블 제네레이터(140), 버블관(150), 및 공급 펌프(160)를 포함하여, 구상결정구조 광물(구상광물)과 판상결정구조 광물(판상광물)이 혼합되어있는 오염토양을 제공받아 버블을 제공하여 판상광물은 부유시키고 구상광물은 침전시킨다. 여기서, 판상광물은 운모류를 포함할 수 있다.

침전조(110)는 제1 침전용기(111) 및 제2 침전용기(112)로 구획되어 오염수를 투입받는다. 제1 침전용기(111) 및 제2 침전용기(112) 각각은 하방으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는다. 제1 침전용기(111)의 일측, 즉 제2 침전용기(112)에서 먼 영역에는 오염수가 투입되는 오염수 투입구(113)가 배치되고, 제2 침전용기(112)의 일측, 즉 제1 침전용기(111)에서 먼 영역에는 오염수에서 구상광물과 판상광물이 제거된 상등수를 배출하는 상등수 토출구(114)가 배치된다. 제1 침전용기(111)의 하부에는 제1 구형슬러지 토출구(115)가 배치되고, 제2 침전용기(112)의 하부에는 제2 구형슬러지 토출구(116)가 배치된다. 또한 제2 침전용기(112)의 상부에는 판형슬러지가 수용되는 판형슬러지 수용부(117) 및 판형슬러지 수용부(117)의 하부에는 판형슬러지를 토출하는 판형슬러지 토출구(118)가 배치된다.

경사판(120)은 복수개로 구성되어 하방으로 갈수록 침전조(110)의 외측벽에 가까워지도록 배치된다. 경사판(120)은 슬러지의 부상력을 높이는 동시에 침전의 용이한 유도를 위하여 배치된다. 또한 경사판(120)은 오염수 투입구(113) 인근에서 투입되는 오염수의 속도를 침전조(110) 내에서 완만하게 한다.

배플 플레이트(130)는 오염수가 흐르는 경로상에서 경사판(120) 앞쪽에 버블을 집중 주입하기 위해 침전조(110) 내에 배치되어 버블의 집중도를 증가시킨다.

버블 제네레이터(140)는 침전조(110)의 외부에 배치되어 버블을 생성한다.

공급 펌프(160)는 판상광물을 부유시키기 위해 버블 제네레이터(140)에서 발생된 버블이 오염수 투입구(113) 인근에 공급되도록 상기 버블관(150)에 제공한다.

버블관(150)은 침전조(110)의 측벽과 배플 플레이트(130) 사이에 침전조(110)의 측벽을 따라 배치되고, 판상광물을 부유시키기 위해 버블 제네레이터(140)에서 발생된 버블을 공급 펌프(160)로부터 제공받아 오염수 투입구(113) 인근에 공급한다. 이에 따라, 오염수 투입구(113) 인근에 공급되는 오염수에 버블이 공급되므로 오염수에 포함된 구형광물은 침전조(110) 하부로 낙하하지만 오염수에 포함된 판상광물은 부유하게 된다. 즉, 본 발명에 따라 공급되는 버블은 오염수에 포함된 판상광물의 부유성을 높이는 역할을 한다.

본 발명에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치는 광액에 입자표면을 소수화시키는 포수제를 저장하는 포수제 저장부(170)를 더 포함한다. 이때 공급 펌프(160)는 버블 제네레이터(140)에서 발생된 버블과 포수제 저장부(170)에 저장된 포수제를 혼합하여 버블관(150)을 통해 오염수을 담은 침전조(110)에 주입한다.

콘트롤러(180)는 오염수 투입구(113) 인근에 배치되어 오염수의 탁도를 감지하는 탁도센서(182)에 의해 감지된 탁도가 증가하면 버블양을 증가시키고 탁도가 감소하면 버블양을 줄이도록 상기 버블 제네레이터(140)의 동작을 제어한다. 이처럼, 오염수의 탁도에 따라 버블량을 탄력적으로 제어함으로써 버블 제네레이터(140)의 구동에 따른 소비전력을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치는 제1 무게 센서(184), 제2 무게센서(186) 및 추출 펌프(188)를 더 포함한다.

제1 무게 센서(184)는 제1 침전용기(111)의 하부에 배치되어 적층된 구형슬러지의 무게를 측정하고 측정된 무게 신호를 콘크롤러(180)에 제공한다.

제2 무게 센서(186)는 제2 침전용기(112)의 하부에 배치되어 적층된 구형슬러지의 무게를 측정하고 측정된 무게 신호를 콘크롤러(180)에 제공한다.

추출 펌프(188)는 제1 무게 센서(184) 및 제2 무게 센서(186)에서 제공되는 신호에 응답하여 제1 구형슬러지 토출구(115) 및 제2 구형슬러지 토출구(116)에 연결되어 제1 침전용기(111) 및 제2 침전용기(112)의 바닥에 적층된 구형슬러지를 외부로 추출한다. 여기서, 콘트롤러(180)는 제1 무게 센서(184) 및/또는 제2 무게센서(186)에 의해 감지된 무게가 증가하면 추출 펌프(188)의 펌프가동량을 증가시키도록 추출 펌프(188)의 동작을 제어하여 침전된 구상광물을 함유한 토양폐기물을 제거한다.

또한 본 발명에 따른 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치는 침전조(110)의 상부에 배치되어 오염수 위에 부유하는 판형 슬러지를 이송시키는 스크래퍼(190)를 더 포함할 수 있다. 스크래퍼(190)는 제1 롤러(192), 제1 롤러(192)에서 일정 각각 이격된 제2 롤러(194), 제1 롤러(192)와 제2 롤러(194)에 의해 이송되는 벨트(196), 및 벨트(196)의 외측부에 배치되어 벨트(196)의 이송에 연동하여 오염수 위에 부유하는 판형슬러지를 이송시키는 돌기(198)를 포함한다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면 불소 오염물질을 함유하는 입자와 미함유 입자의 물리화학적 표면특성인 소수성-친수성의 차이를 이용하여 토양에 존재하는 불소와 같은 특정 오염물을 버블에 부착한 후 부유시켜 선별할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치를 이용한 오염토양 선별 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 버블 제네레이터(140)와 포수제 저장부(170)를 침전조(110)의 투입구에 연결한다(단계 S110).

이어, 콘트롤러(180)는 공급 펌프(160)의 동작 제어를 통해 버블 제네레이터(140)에서 생성된 버블과 포수제 저장부(170)에 저장된 포수제를 혼합하여 침전조(110)에 공급한다(단계 S120).

이어, 콘트롤러(180)는 탁도센서(182)를 통해 침전조(110)의 탁도를 감지한다(단계 S130).

콘트롤러(180)는 단계 S130에서 감지된 탁도가 증가하는지의 여부를 체크한다(단계 S140).

단계 S140에서 상기 탁도가 증가하는 것으로 체크되면, 콘트롤러(180)는 버블 제네레이터(140)에서 생성되는 버블양을 증가시키도록 버블 제네레이터(140)를 제어한다(단계 S150).

단계 S140에서 상기 탁도가 감소하는 것으로 체크되면, 콘트롤러(180)는 버블 제네레이터(140)를 제어하여 버블양을 감소시킨다(단계 S160).

단계 S150에 이어 또는 단계 S160에 이어, 콘트롤러(180)는 제1 무게 센서(184) 및 제2 무게 센서(186)를 통해 침전조(110)에 침전하는 오염물질의 무게를 감지한다(단계 S170).

이어, 단계 S170에서 감지된 무게가 증가하는지의 여부를 체크하여(단계 S180), 침전조(110)에 침전하는 오염물질의 무게가 증가하지 않은 것으로 체크되면, 단계 S120으로 피드백한다.

단계 S180에서 침전조(110)에 침전하는 오염물질의 무게가 증가하는 것을 체크되면, 콘트롤러(180)는 침전된 구상결정광물을 함유한 토양폐기물을 제거하기 위해 추출 펌프(188)의 동작을 제어하여 펌프가동량을 증가시킨 후(단계 S190), 단계 S120으로 피드백한다.

도 4a는 도 2에 도시된 오염토양 선별 장치가 채용된 토양오염 정화 설비를 개략적으로 설명하기 위한 정면 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 토양오염 정화 설비를 개략적으로 설명하기 위한 배면 사시도이고, 도 4c는 도 4a에 도시된 토양오염 정화 설비를 개략적으로 설명하기 위한 평면도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 토양오염 정화 설비는 투입호퍼컨베이어(202), 투입컨베이어(204), 습식파쇄기(206), 습식자력선별기(208), 슬러지저장조(210), 필터프레스(212), 부유선별기(214), 침사지(216), 스크류컨베이어(218), 투입선별기(220), 응집제 저장탱크(222), 응집조(224), 침전조(226), 습식세정장치(228), 로터리크러셔(230), 진동선별기(232), 가압부상조(234), 및 하이드로싸이클론(236)을 포함한다.

투입호퍼컨베이어(202)는 오염토가 투입되어 불순물을 제거하는 호퍼의 하부에 설치되어 투입되는 불소 오염토에서 불순물을 제거하고, 불순물이 제거된 오염토는 투입컨베이어(204)에 의해 습식파쇄기(206)로 이송된다. 호퍼의 투입구에는 오염토에 혼합되어 있는 불순물을 제거하도록 선별 스크린이 구비되며, 선별 스크린에 의해 오염토는 예를 들어 입도 45mm 이상의 돌 들의 불순물을 제거한다. 투입컨베이어(204)는 투입호퍼컨베이어(202)의 종단 하부에서부터 습식파쇄기(206)까지 연장 설치되어 불순물이 제거된 불소 오염토를 습식파쇄기(206)에 정량으로 이송한다.

습식파쇄기(206)는 투입컨베이어(204)로부터 공급된 불소 오염토를 물과 혼합하여 불소 오염토의 흙덩어리를 습식 파쇄하여 작은 크기로 분상화하는 것으로, 이물질을 제거하고, 습식파쇄기(206)의 배출구를 통해 습식자력선별기(208)로 이송된다. 습식파쇄기(206)는 공급구 및 배출구와, 공급구 및 배출구에 연결되는 내부공간에 회전하는 파쇄날을 구비한다. 습식파쇄기(206)의 공급구를 통해 내부공간으로 물과 함께 투입된 불소 오염토는 회전하는 파쇄날에 의해 파쇄되어 분상화된다. 분상화된 불소 오염토는 습식파쇄기(206)의 배출구에 구비되는 선별 스크린에 의해 예를 들어 입도 2mm 이상의 자갈 등의 불순물을 제거한다. 한편, 습식파쇄기(206)에 투입되는 물은 세척수 정화장치에 의해 불소가 제거된 정화수가 환류되어 투입된다.

습식자력선별기(208)는 습식파쇄기(206)에서 공급된 불소 오염토에서 강/약자성의 광물을 분리하며, 자성을 띤 성분의 폐기물을 선별하여 폐기하고, 잔여 불소 오염토를 부유선별 컨디셔너에 공급한다.

슬러지저장조(210)에는 침전되는 슬러지가 수용되고, 저장된 슬러지는 수분 제거를 위해 슬러지저장조(210)에 공급된다. 슬러지저장조(210)는 용출처리토 또는 부유선별 후 처리토를 탈수하는 장치로서 농축조 내에서 슬러지이송펌프를 이용하여 이송된 0.075mm 미만의 미세토사를 탈수 케이크로 배출시켜 처리장 내 보관장으로 운반하고 탈수여액은 공정수 저장조로 이송시켜 세척수 공정에 재활용한다.

부유선별기(214)는 부유선별 컨디셔너를 거쳐온 약품 및 토양 혼합물에 대해 토사 내 오염농도가 집적되어 있는 물질(입자)를 부유 후 제거하여 처리한다. 선별토사는 폐기물 침전조(226)로 이송되며 침전된 처리토는 초기 유입농도에 따라 침사지(216)로 이송된다. 침사지(216)에는 부유선별 잔류 토양이 물과 함께 이송된다. 침사지(216)에 이송된 잔류 토양은 비중차에 의해 비중이 높은 토양은 반송되어 재선별이 진행되고, 반송되지 않은 토양은 응집조(224)로 이송된다.

스크류컨베이어(218)는 복수개의 스크류들을 포함하고, 스크류의 회전을 통하여 침적한 토양을 외부로 배출한다. 투입선별기(220)는 오염토양을 입자 크기에 따라 선별하도록 구성된다. 투입선별기(220)의 하부에는 콘베이어가 설치되어 투입선별기(220)를 통과한 오염토양을 적재하여 이송한다. 응집제 저장탱크(222)에는 응집제가 수용되고, 수용된 응집제는 폴리머주입펌프에 의해 응집조(224)와 침전조(226)에 공급된다.

응집조(224)에서는 응집제 저장탱크(222)에서 투입되는 응집제를 교반시켜 미세토사를 플록화시키며 응집배수펌프를 통해 침전조(226)로 이송된다. 침전조(226)는 미세토사 및 운모류를 침전시키기 위해 제작되며, 침전 후 슬러지저장조(210)로 이송되었다가 수분 제거를 위해 슬러지저장조(210)로 이송된다.

습식세정장치(228)는 분진과 발생가능한 가스를 습식 세정하여 제거한다. 로터리크러셔(230)는 피분쇄물을 파쇄/분쇄한다. 진동선별기(232)는 적절한 체눈과 기계적인 운동력(진동, 회전력)을 가진 장치로서 로터리크러셔(230)를 통해 일정 입도로 파쇄/분쇄된 피분쇄물에 포함된 특정 크기의 입자를 분리하기 위해 이용된다. 가압부상조(234)는 파쇄조에서 오염물질이 물리적으로 분리된 비자성 오염토에서 오염물질을 제거한다. 하이드로사이클론(236)은 유체로부터 예를 들어 입도 0.075mm 미만의 미세토사를 분리한다.

도 5는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 투입호퍼컨베이어(202)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 투입호퍼컨베이어(202)는 투입되는 불소 오염토에서 불순물을 제거한다. 투입호퍼의 투입구에는 불소 오염토에 혼합되어 있는 불순물을 제거하도록 선별스크린이 구비되는데, 선별스크린에 의해 불소 오염토는 입도 2mm 이상의 돌 등의 불순물이 제거되고 투입컨베이어(204)에 의해 습식파쇄기(206)로 이송된다.

도 6은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 투입컨베이어(204)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 6을 참조하면, 투입컨베이어(204)는 투입호퍼컨베이어(202)의 종단 하부에서부터 습식파쇄기(206)까지 연장 설치되어 불순물이 제거된 불소 오염토를 습식파쇄기(206)에 정량으로 이송한다.

도 7은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 습식파쇄기(206)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 7을 참조하면, 습식파쇄기(206)는 투입컨베이어(204)로부터 공급된 불소 오염토를 습식 파쇄하여 이물질을 제거한다. 즉, 습식파쇄기(206)는 투입컨베이어(204)어로부터 공급되는 불소 오염토를 습식 조건에서 0.075mm 미만으로 파쇄하는 것으로, 불소 오염토가 공급되고 배출되도록 형성된 공급구 및 배출구와, 공급구 및 배출구에 연결되는 내부공간에 회전하면서 토양을 파쇄할 수 있는 파쇄봉이 구비되어 있다. 습식파쇄기(206)의 공급구를 통해 내부공간으로 물과 함께 투입된 불소 오염토는 회전하는 파쇄봉에 의해 파쇄된다. 0.075mm 미만으로 파쇄된 불소 오염토는 습식파쇄기(206)의 배출구를 통해 습식자력선별기(208)로 이송된다.

도 8은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 습식자력선별기(208)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 8을 참조하면, 습식자력선별기(208)는 습식파쇄기(206)에서 공급된 불소 오염토에서 강약자성의 광물을 분리하며, 자성을 띤 성분의 폐기물을 선별하여 폐기하고, 잔여 불소 오염토를 부유선별 컨디셔너에 공급한다. 즉, 습식자력선별기(208)는 선별된 오염토를 자력에 의해 자성 오염토와 비자성 오염토로 분리한다. 토양에 함유되어 있는 중금속은 적철석, 자철석 등 산화물 광물이 존재하여 일정 이상의 대자율을 나타낸다. 특히 토양환경보전법에서 오염물질로 분리되는 카드뮴, 크롬, 구리, 니켈, 아연 등에 오염된 토양은 비교적 높은 대자율을 나타낸다. 따라서, 중금속의 오염 정도에 따라 대자율이 차이가 나므로 습식자력선별기(208)를 통하여 분리하는 것이 가능하다.

도 9는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 슬러지저장조(210)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 9를 참조하면, 슬러지저장조(210)에는 침전되는 슬러지가 수용되고, 저장된 슬러지는 필터프레스(212)에 공급된다.

도 10은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 필터프레스(212)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 10을 참조하면, 필터프레스(212)는 용출처리토 또는 부유선별 후 처리토를 탈수하는 장치로서 농축조 내에서 슬러지이송펌프를 이용하여 이송된 0.075mm 미만의 미세토사를 탈수 케이크로 배출시켜 처리장 내 보관장으로 운반하고 탈수여액은 공정수 저장조로 이송시켜 세척수 공정에 재활용한다. 즉, 필터프레스(212)에서는 미세토사와 운모류를 필터를 이용해 케익화하여 배출되며 여과된 공정수는 공정수조로 이송하여 공정수로 재활용한다.

도 11은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 부유선별기(214)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 11을 참조하면, 부유선별기(214)는 부유선별 컨디셔너를 거쳐온 약품 및 토양 혼합물에 대해 토사 내 오염농도가 집적되어 있는 물질(입자)를 부유 후 제거하여 처리한다. 선별토사는 폐기물 침전조(226)로 이송되며 침전된 처리토는 초기 유입농도에 따라 침사지(216)로 이송된다. 부유선별기(214)에서는 포수제와 기포제를 이용하여 운모류를 부선시키고, 부선시킨 운모류는 부유배수펌프를 통해 침전조(226)로 이송시킨다. 부선되지 않은 정화토양은 부유선별기(214) 이송탱크로 이송된다.

도 12는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 침사지(216)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 12를 참조하면, 침사지(216)에는 부유선별 잔류 토양이 물과 함께 이송된다. 침사지(216)에 이송된 잔류 토양은 비중차에 의해 비중이 높은 토양은 반송되어 재선별이 진행되고, 반송되지 않은 토양은 응집조(224)로 이송된다.

도 13은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 스크류컨베이어(218)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 13을 참조하면, 스크류컨베이어(218)는 복수개의 스크류들을 포함하고, 스크류의 회전을 통하여 침적한 토양을 외부로 배출한다.

도 14는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 투입선별기(220)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 14는 참조하면, 투입선별기(220)는 오염토양을 입자 크기에 따라 선별하도록 구성된다. 투입선별기(220)의 하부에는 콘베이어가 설치되어 투입선별기(220)를 통과한 오염토양을 적재하여 이송한다.

도 15는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 응집제 저장탱크(222)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 15를 참조하면, 응집제 저장탱크(222)에는 응집제가 수용되고, 수용된 응집제는 폴리머주입펌프에 의해 응집조(224)와 침전조(226)에 공급된다.

도 16은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 응집조(224)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 16을 참조하면, 응집조(224)에서는 응집제 저장탱크(222)에서 투입되는 응집제를 교반시켜 미세토사를 플록화시키며 응집배수펌프를 통해 침전조(226)로 이송된다.

도 17은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 침전조(226)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 17을 참조하면, 침전조(226)는 미세토사 및 운모류를 침전시키기 위해 제작되었으며, 침전 후 슬러지저장조(210)로 이송되었다가 필터프레스(212)로 이송된다. 침전조(226)에 투입되는 오염수에서 판상결정구조광물(판상광물)의 부유 효율을 높이기 위해 버블을 주입한다. 상기한 버블을 주입하여 오염토양을 선별하는 장치에 대한 설명은 도 2 및 도 3에서 설명하였으므로 자세한 설명은 생략한다.

도 18은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 습식세정장치(228)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 18을 참조하면, 습식세정장치(228)는 본 장치에서 발생하는 분진과 혹시 발생가능한 가스를 습식 세정하여 제거한다.

도 19는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 로터리크러셔(230)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 19를 참조하면, 로터리크러셔(230)는 피분쇄물을 파쇄/분쇄한다.

도 20은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 진동선별기(232)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 20을 참조하면, 진동선별기(232)는 적절한 체눈과 기계적인 운동력(진동, 회전력)을 가진 장치로서 로터리크러셔(230)를 통해 일정 입도로 파쇄/분쇄된 피분쇄물에 포함된 특정 크기의 입자를 분리하기 위해 이용된다.

도 21은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 가압부상조(234)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 21을 참조하면, 가압부상조(234)는 파쇄조에서 오염물질이 물리적으로 분리된 비자성 오염토에서 오염물질을 제거하기 위한 장치이다. 압력을 가한 상태에서 처리할 배수에 공기를 용해시키고, 이를 대기 중에 개방하면 배수 중에 용해되어 있는 공기가 기포가 되어 상승하게 되어 이 때 부유물질 주위에 부착하여 부유물이 물위로 떠오르게 하는 제거장치이다. 이때, 사용되는 기포는 0.1~10 ㎛의 미세기포일 수 있다. 미세기포는 수십 ㎛ 크기의 일반기포에 비하여 수중에서 상승속도가 느려 기포의 체류시간을 길게 할 수 있으며, 비표면적을 크게 만들어 기액 계면의 흡착력이 높아져서 오염물질의 부유시키는 데 유리하다. 또한 OH- (수산화이온) 이 계면에 모이면서표면이 (-)로 대전되어 중금속의 양이온과의 부착력을 높일 수 있다.

가압부상조(234)의 하부에는 미세기포를 발생시킬 수 있는 기포발생부와 초음파에 의한 진동을 가압부상조(234)에 전달하는 초음파발생기를 포함할 수 있다. 가압부상조(234)에서 초음파에 의한 진동을 발생시키는 경우 초음파에 의해 충격파가 발생되어 미세기포와 함께 효과적으로 오염물질을 부상시켜 제거할 수 있다. 즉 미세기포 주변을 둘러싸고 있는 물 분자가 기포 내부로 몰려들면서 서로 충돌하여 생성되는 강력한 충돌파에 의해 토양에 흡착되어 있는 오염물질의 물리적인 탈착이 가능하다. 또한, 순간적으로 형성되는 고온, 고압조건에서 생성된 OHㆍ 라디칼과 H2O2 의 산화력에 의한 화학반응으로 기타 오염물질의 분해가 가능하다.

도 22는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 하이드로싸이클론(236)을 설명하기 위한 사시도이다.

도 22를 참조하면, 하이드로사이클론(Hydrocyclone)(또는 습식 사이클론)(236)은 유체로부터 입자상 물질의 분리와 농축이 이루어지는 장치로 원심력(centrifugal force, Fc)을 이용하여 입자의 침강속도를 가속화시킴으로서 미립자(보통 5～150㎛) 분립시 매우 효과적인 분급기이다. 특히 하이드로사이클론(236)의 경우, 처리용량에 비해 설치면적이 작고 동력이 적게 든다. 일반적인 분리 가능 크기는 0.004∼0.6 ㎜의 작은 입자의 범위로 원심분리기보다 더 큰 범위에서 사용될 수 있다. 내부 마찰이나 혹한 상황에서도 연속적인 운영이 가능하며, 저비용으로 분급, 농축, 고형물 재생 등 여러 용도로 이용될 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 고체-액체 분리뿐 아니라 고체-고체, 기체-고체 및 유수 분리에도 이용되는 등 그 활용도가 매우 크다.

하이드로사이클론은 본체에 나선형 유입부를 통해 직각으로 유입되어 중력이 아닌 원심력에 의해 입자물질이 하부로 배출되며 처리수는 Vortex finder(선회류 출구)를 통해 배출되는데 수리 동력학적 분리장치(hydrodnamic separatpr, HDS)보다 미세입자의 처리가 가능하다.

하이드로사이클론은 중력과 원심력에 의해 물리적으로 분리하는 기술로 유체와 고체가 일정압력 이상으로 하이드로사이클론을 거치면 사이클론 내 강한 회전력이 발생하고 질량이 큰 입자는 벽으로 가까이 붙어 중력에 의해 하강하고, 미립자는 덜 밀려나 안쪽으로 돌게 되어 상승한다. 이와 동시에 강한 회전력에 의해 부유력이 큰 판상구조는 상승하고 회전력에 의한 부유력이 적은 구형구조는 하강한다.

하이드로사이클론의 공통적인 구조는 상부인 실린더 부분과 하부인 원뿔조각 결합체로 구성되어 있으며, 실린더 부분에는 시료의 주입구와 상향배출구가 있으며, 원뿔 아래에는 배출구가 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 판상결정구조 광물을 부유시키기 위해 버블 제네레이터에서 발생된 버블을 침전조의 측벽과 배플 플레이트 사이에 배치된 버블관을 통해 침전조의 오염수 투입구 인근에 공급함으로써, 판상결정구조 광물(판상광물)을 부유시키는 효율을 높일 수 있다. 이에 따라 불소 오염토양으로부터 불소 오염원인 물질로 대표적인 운모류를 효과적으로 분리 및 제거할 수 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 침전조 111 : 제1 침전용기
112 : 제2 침전용기 113 : 오염수 투입구
114 : 상등수 토출구 115 : 제1 구형슬러지 토출구
116 : 제2 구형슬러지 토출구 117 : 판형슬러지 수용부
118 : 판형슬러지 토출구 120 : 경사판
130 : 배플 플레이트 140 : 버블 제네레이터
150 : 버블관 160 : 공급 펌프
170 : 포수제 저장부 180 : 콘크롤러
182 : 탁도센서 184 : 제1 무게 센서
186 : 제2 무게센서 188 : 추출 펌프
190 : 스크래퍼 192 : 제1 롤러
194 : 제2 롤러 196 : 벨트
198 : 돌기 202 : 투입호퍼컨베이어
204 : 투입컨베이어 206 : 습식파쇄기
208 : 습식자력선별기 210 : 슬러지저장조
212 : 필터프레스 214 : 부유선별기
216 : 침사지 218 : 스크류컨베이어
220 : 투입선별기 222 : 응집제 저장탱크
224 : 응집조 226 : 침전조
228 : 습식세정장치 230 : 로터리크러셔
232 : 진동선별기 234 : 가압부상조
236 : 하이드로싸이클론

Claims (3)

1. 오염수가 투입되는 오염수 투입구와 제1 구형슬러지 토출구가 각각 배치된 제1 침전용기와, 오염수에서 구상광물과 판상광물이 제거된 상등수를 배출하는 상등수 토출구와 제2 구형슬러지 토출구가 각각 배치된 제2 침전용기로 구획되어 오염수를 투입받는 침전조;
   상기 침전조 내에 배치된 경사판;
   상기 침전조 내에 배치된 배플 플레이트;
   상기 침전조의 외부에 부착된 버블 제네레이터;
   상기 침전조의 측벽과 상기 배플 플레이트 사이에 배치된 버블관;
   포수제를 저장하는 포수제 저장부;
   판상광물을 부유시키기 위해 상기 버블 제네레이터에서 발생된 버블을 상기 버블관을 통해 오염수 투입구 인근에 공급하고, 상기 포수제 저장부에 저장된 포수제와 상기 버블 제네레이터에서 발생된 버블을 혼합하여 상기 버블관을 통해 상기 침전조에 주입하는 공급 펌프;
   상기 오염수 투입구 인근에 배치되어 오염수의 탁도를 감지하는 탁도센서;
   상기 제1 침전용기의 하부에 배치되어 적층된 구형슬러지의 무게를 측정하는 제1 무게 센서;
   상기 제2 침전용기의 하부에 배치되어 적층된 구형슬러지의 무게를 측정하는 제2 무게 센서;
   상기 침전조의 바닥에 적층된 구형슬러지를 추출하는 추출 펌프; 및
   상기 탁도센서에 의해 감지된 탁도가 증가하면 버블양을 증가시키고 탁도가 감소하면 버블양을 줄이도록 상기 버블 제네레이터의 동작을 제어하고, 상기 제1 무게센서 및/또는 상기 제2 무게 센서에 의해 감지된 무게가 증가하면 침전된 구상광물을 함유한 토양폐기물을 제거하기 위해 상기 추출 펌프의 펌프가동량을 증가시키는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 침전조의 상부에 배치되고, 제1 롤러, 상기 제1 롤러에서 일정 각각 이격된 제2 롤러, 상기 제1 롤러와 상기 제2 롤러에 의해 이송되는 벨트, 및 상기 벨트의 외측부에 배치되어 상기 벨트의 이송에 연동하여 오염수 위에 부유하는 판형슬러지를 이송시키는 돌기를 포함하는 스크래퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 콘트롤러는 상기 스크래퍼의 동작 속도를 더 제어하는 것을 특징으로 하는 판상광물 부유 기능을 갖는 오염토양 선별 장치.
   

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