KR102467427B1 - 다단 진동 선별 스크린을 포함하는 오염토양 분리세척 장치 및 이를 이용한 오염토양 분리세척 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입도별 분리와 세척을 동시에 수행하여 토양 세척 공정을 단순화 및 소형화 가능하고 오염 토양의 입도별 세척 공정을 달리함으로써, 세척에 사용되는 용매의 사용량을 줄이면서도 세척 효율을 높일 수 있는 오염토양 분리세척 장치 및 이를 이용한 오염토양 분리세척 방법에 관한 것이다.

Description

다단 진동 선별 스크린을 포함하는 오염토양 분리세척 장치 및 이를 이용한 오염토양 분리세척 방법{APPRATUS AND METHOD FOR SEPARATELY-WASHING CONTAMINATED SOIL HAVING MULTIPLE VIBRATION SORTING SCREENS}

본 발명은 토양 세척 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염된 토양을 입자의 크기에 따라 다단계로 분리하여 세척함으로써, 세척 효율을 높이는 오염토양 분리세척 장치 및 이를 이용한 오염토양 분리세척 방법에 관한 것이다.

산업화로 인한 유류 및 다양한 종류의 유기합성물질의 사용량이 크게 증가하면서 이들 물질의 생산, 처리 등에 있어서 유출되어 토양이 오염되는 사례가 이슈화되고 있다. 또한, 폐기물 매립지, 유류 및 유해화학물질 저장시설, 광산 시설, 과거 군부대 주둔지역 등의 토양 오염도 심각하다. 토양은 유해물질에 일단 오염되면 생물 존재 기반으로서 본래 기능이 훼손되고, 작물 오염 및 지하수 등의 환경오염으로 이어져 생태계는 물론 사람의 건강 및 생활환경에도 악영향을 끼치게 된다. 오염토양은 자정작용이 어렵고 정화에 많은 시간과 비용이 수반된다. 따라서, 환경기준 강화와 산업적 요구에 부응할 수 있는 고효율, 저비용의 오염토양 정화 방법의 필요성이 대두되고 있다.

오염토양의 정화는 정화 위치에 따라 토양을 굴착하여 별도의 처리 시설이나 반입정화시설로 반입하여 처리하는 굴착 후 처리(ex-situ)와 굴착하지 않고 지중에서 처리하는 지중 처리(in-situ) 로 구분된다.

일반적으로 지중 처리는 생물학적 토양 복원 방식이 많이 이용되는데 오염 토양의 굴착이 필요 없어, 경제적이긴 하지만 오염물질의 제거 속도가 느리고 지중에서 처리하는 공정의 한계상 효율적인 제거도 어렵다. 반면, 굴착 후 처리는 물리화학적방법으로 열분해법(Pyrolysis), 동전기법(Electrokinetic Separation) 등이 있으나 적용 방법이 어렵고 높은 동력을 필요로 하는 단점이 있다. 따라서, 굴착 후 처리 중에서 토양세척법이 생물학적 분해가 어려운 유해화학물질이나 중금속을 빠른 시간내 처리할 수 있고 현장 적용이 쉬워 많이 활용된다.

구체적으로, 토양 세척법(soil washing method)은 물, 첨가제 등을 포함하는 적절한 세척제를 이용하여, 토양 입자에 결합되어 있는 유해한 유기오염물질의 표면장력을 약화시키거나, 중금속의 용해도를 증가시켜 용출시킴으로써 토양입자로부터 유해한 유기오염물질 및 중금속을 분리 처리하는 것을 의미한다.

토양 세척에 있어서, 가장 문제가 되는 것은 미세토의 세척이다. 미세토는 오염물질과 잘 분리되지 않아 세척 효율을 떨어뜨린다. 또한, 미세토는 함수율이 높기 때문에 정화토의 탈수 효율을 저하시켜 정화토를 슬러지 형태로 배출됨으로써 별도의 후처리 공정으로 인한 비용 증가의 문제도 야기된다.

이로 인해, 종래 기술은 미세토를 별도로 처리하기 위한 입도선별장치를 설치하게 된다. 다만, 입도선별장치는 세척 장치와는 별도의 장비로서 추가적인 비용이 요구되고 공정이 복잡해질뿐만 아니라, 세척되지 않고 분리된 미세토는 전량 폐기물로 매립 처리하므로 세척 효율 저하 문제가 발생한다.

따라서, 비용이 크지 않으면서, 토양의 입도별로 토양 세척의 공정을 달리하여 미세토의 세척 효율을 높일 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

한국등록특허 제10-1272090호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 오염토양의 입도별 분리와 세척을 동시에 수행하고 입도별 세척 공정을 달리하는 오염토양 분리세척 장치 및 오염토양 분리세척 방법을 제공하여 공정을 단순화하면서도 저비용으로 세척의 효율을 도모하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 오염토양 분리세척 장치는, 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별하되, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 m개(m은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린, 및 진동 선별 스크린 상부에 형성되 고압 살수하는 분사 노즐을 포함하는 1차 선별 스크린부; 1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물리적 또는 화학적으로 세정하는 세정조; 및 세정조를 거친 토양을 2차 선별하되, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 n개(n은 1 내지 5 사이의 정수이고, m과 n의 합은 3 이상의 정수)의 진동 선별 스크린, 및 진동 선별 스크린 상부에 형성되어 고압 살수하는 분사 노즐을 포함하는 2차 선별 스크린부를 포함한다.

이때, 상기 1차 선별 스크린부를 통과하는 토양의 최대 입경은 15 내지 60 mm 범위일 수 있다.

하나의 예에서, 상기 1차 선별 스크린부는, 1 이하 메쉬 범위의 제1-1 진동 선별 스크린, 및 1 초과 4 이하 메쉬 범위의 제1-2 진동 선별 스크린을 포함하고, 상기 2차 선별 스크린부는, 4 초과 10 이하 메쉬 범위의 제2-1 진동 선별 스크린, 10 초과 18 이하 메쉬 범위의 제2-2 진동 선별 스크린, 및 18 초과 200 이하 메쉬 범위의 제2-3 진동 선별 스크린을 포함한다.

다른 하나의 예에서, 1차 및 2차 선별 스크린부의 분사 노즐을 통한 고압 살수 조건은 하기 조건 1 및 2 중 어느 하나 이상을 만족한다.

[조건 1]

P1 < P2

[조건 2]

S1 > S2

이때, P1은 1차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, P2는 2차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, S1은 1차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이고, S2는 2차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이다.

또 다른 하나의 예에서, 상기 1차 및 2차 선별 스크린부에 포함된 진동 선별 스크린 중 어느 하나 이상은 상부면에 형성된 댐 구조를 포함하고, 상기 댐 구조는, 토양의 이동 방향을 기준으로, 진동 선별 스크린 상부면과 평균 75 내지 150도 범위의 각도를 가진다.

구체적인 예에서, 진동 선별 스크린은, 댐 구조의 전단에 형성된 자력 선별 부재를 더 포함하고, 자력 선별 부재는 댐 구조 전단의 진동 선별 스크린 상부면에 형성되거나 댐 구조 전단면에 밀착되어 형성된 구조이다.

또한, 본 발명은 오염토양 분리세척 방법을 제공한다.

하나의 예에서, 고압 살수 조건하에서 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별 스크린부를 통해 1차 선별하는 1차 선별 단계; 1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물리적 또는 화학적으로 세정하는 세정 단계; 및 세정 단계를 거친 토양을, 고압 살수 조건하에서, 2차 선별 스크린부를 통해 2차 선별하는 2차 선별 단계를 포함하며, 상기 1차 선별 스크린부는 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 m개(m은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린을 포함하고, 상기 2차 선별 스크린부는 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 n개(n은 1 내지 5 사이의 정수이고, m과 n의 합은 3 이상의 정수)의 진동 선별 스크린을 포함한다.

이때, 1차 선별 스크린부를 통과하는 토양의 최대 입경은 15 내지 60 mm 범위일 수 있다.

다른 하나의 예로, 상기 1차 선별 단계에서, 1차 선별 스크린부를 통과하지 않은 토양은 처리 토양으로 분류하고, 상기 2차 선별 단계에서, 2차 선별 스크린부를 통과하지 않은 토양은 처리 토양으로 분류하고, 상기 2차 선별 단계에서, 2차 선별 스크린부를 통과한 토양은 폐기 토양으로 분류한다.

또 다른 하나의 예에서, 1차 및 2차 선별 단계의 고압 살수 조건은 하기 조건 1 및 2 중 어느 하나 이상을 만족한다.

[조건 1]

P1 < P2

[조건 2]

S1 > S2

조건 1에서, P1은 1차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, P2는 2차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, 조건 2에서, S1은 1차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이고, S2는 2차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이다.

구체적인 예에서, 상기 세정 단계는, 1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물, 산(acid) 성분 및 계면 활성제 중 1종 이상을 포함하는 용액에 침지시켜 수행한다.

아울러, 상기 1차 및 2차 선별 스크린부에 포함된 진동 선별 스크린 중 어느 하나 이상은 상부면에 형성되어 토양의 유속을 제어하는 댐 구조를 포함할 수 있다.

나아가, 진동 선별 스크린은, 댐 구조의 전단에 형성된 자력 선별 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 오염토양 분리세척 장치는 입도별 분리와 세척을 동시에 수행하여 토양 세척 공정을 단순화 및 소형화할 수 있다. 또한, 오염 토양의 입도별 세척 공정을 달리함으로써, 세척에 사용되는 물의 사용량을 줄이면서도 세척 효율을 높일 수 있다.

도 1는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 1차 선별 스크린부의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 2차 선별 스크린부의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 진동 선별 스크린의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 진동 선별 스크린의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 진동 선별 스크린의 단면도이다.

본 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.

이하 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명은 오염토양 분리세척 장치를 제공한다. 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별하되, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 m개(m은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린, 및 진동 선별 스크린 상부에 형성되 고압 살수하는 분사 노즐을 포함하는 1차 선별 스크린부; 1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물리적 또는 화학적으로 세정하는 세정조; 및 세정조를 거친 토양을 2차 선별하되, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 n개(n은 1 내지 5 사이의 정수이고, m과 n의 합은 3 이상의 정수)의 진동 선별 스크린, 및 진동 선별 스크린 상부에 형성되어 고압 살수하는 분사 노즐을 포함하는 2차 선별 스크린부를 포함한다.

일반적으로, 종래의 토양 세척장치는 토양의 입도별 분리를 위해서는 별도의 입도선별장치를 설치해야해서 비용문제가 발생했다. 또한, 세척과 분리 공정이 별도로 수행되어, 공정이 복잡해지고 물 사용량도 증가하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명에서는 세척과 분리를 동시에 수행함으로써, 공정을 단순화 및 소형화하면서도 토양의 입도별 세척 공정을 달리하여, 물 사용량을 줄이면서 세척 효율을 높일 수 있는 토양 세척장치를 제공한다.

본 발명의 ＂메쉬 범위＂는 토양의 입자 크기를 표시하는 단위로서 1인치 칸의 구멍의 수를 메시라고 정의한다. 예를 들어, 200 메시라 하면, 가로와 세로의 길이가 2.54 cm(= 1 inch)인 영역 안에 구멍이 200개 들어있는 체를 통과하는 토양 입자의 크기를 의미한다.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 오염토양 분리세척 장치에 대해 상세히 설명한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 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. 예를 들어, 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.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 오염토양 분리세척 장치의 1차 선별 스크린부(100)의 모식도이고 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 오염토양 분리세척 장치의 2차 선별 스크린부(200)의 모식도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 오염토양 분리세척 장치는 1차 선별 스크린부(100), 세정조(미도시), 2차 선별 스크린부(200)를 포함하며, 상기 1차 선별 스크린부(100)는 관통홀(112, 122)을 포함하는 진동 선별 스크린(111, 121) 및 진동 선별 스크린(111, 121) 상부에 형성되 고압 살수하는 분사 노즐(113, 123)을 포함한다.

구체적으로, 1차 선별 스크린부(100)는 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별하되, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 m개(m은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린(111, 121)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 진동 선별 스크린이 2개로서, 제1-1 진동 선별 스크린(111) 및 제1-2 진동 선별 스크린(121)을 포함하고 있는 것을 도시하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 1차 선별 스크린부(100)의 진동 선별 스크린의 개수는 1 내지 5개일 수 있다.

이때, 상기 관통홀들은 원형, 사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 메쉬 범위는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 관통홀들(112, 122, 212, 222, 232)을 포함하여 만족할 수도 있지만, 진동 선별 스크린이 격자형인 것을 특징으로 하여 만족할 수도 있다.

1차 선별 스크린부(100)는 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별하는 역할을 하며, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하도록 진동 선별 스크린(111, 121)을 설치하여, 토양 입자의 입도별로 다단 세척이 가능하도록 한다.

구체적으로, 진동 호퍼 등을 통해 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별 스크린부(100)의 제1-1 진동 선별 스크린(111) 상에 투입하게 되면, 제1-1 진동 선별 스크린(111)이 포함하는 관통홀(112)의 크기보다 입자 크기가 큰 토양은 남아 제1-1 진동 선별 스크린(111) 상부에 형성된 분사 노즐(113)에 의해 세척되고, 작은 것은 제1-1 진동 선별 스크린(111)의 관통홀(112)을 통과하여, 하단에 형성된 제1-2 진동 선별 스크린(121)로 이동하여 제1-2 진동 선별 스크린(121) 상부에 형성된 제1-2 분사 노즐(123)에 의해 별도의 세척 과정을 거치게 된다. 또한, 제1-2 진동 선별 스크린(121)의 관통홀(122)의 크기보다 입자 크기가 작아 제1-2 진동 선별 스크린(121)을 통과한 토양은 1차 선별 스크린부 후단에 형성된 세정조(미도시)로 이동하여, 물리적 또는 화학적 세정 과정을 거치게 된다.

한편, 1차 선별 스크린부의 진동 선별 스크린이 하나만 존재하는 경우, 진동 선별 스크린의 관통홀보다 입자 크기가 작아, 진동 선별 스크린을 통과한 토양은 곧바로 세정조로 이동하게 되고, 1차 선별 스크린부의 진동 선별 스크린이 3 내지 5인 경우, 1차 선별 스크린부에서 가장 큰 메쉬 범위를 가지고, 가장 하단에 형성된 진동 선별 스크린을 통과한 토양이 세정조로 이동하게 된다.

이어서, 세정조를 거친 토양은 2차 선별 스크린부에 투입하게 된다. 도 2를 참조하면, 1차 선별 스크린부와 동일하게, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 n개(n은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린(211, 221, 231), 및 진동 선별 스크린 상부에 형성되어 고압 살수하는 분사 노즐(213, 223, 233)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 진동 선별 스크린은 관통홀들(212, 222, 232)을 포함하여, 상기 메쉬 범위를 만족할 수 있다. 도 2에서는 진동 선별 스크린이 3개로서, 제2-1 진동 선별 스크린(211), 제2-2 진동 선별 스크린(221), 및 제2-3 진동 선별 스크린(231)을 포함하는 것을 도시하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라, 제2 선별 스크린부의 진동 선별 스크린의 개수는 1 내지 5개일 수 있다.

이때, 1차 선별 스크린의 진동 선별 스크린 개수인 m과 2차 선별 스크린의 진동 선별 스크린 개수인 n의 합은 3 이상이 되도록 하여, 입도별 토양 세척을 통해 세척 효율을 더욱 높일 수 있다.

전술한 바와 같이, 1차 선별 스크린부는 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별하고, 입자 크기가 큰 토양을 입도별로 세척하는 역할을 수행하고 2차 선별 스크린부는 1차 선별 스크린부에 의해 선별된 상대적으로 입자 크기가 작은 토양을 입도별로 세척하는 역할을 수행한다. 따라서, 토양의 특성에 따라, 1차 선별 스크린부 및 2차 선별 스크린부의 진동 선별 스크린의 수를 적절하게 설계할 수 있다. 구체적으로, 토양의 평균 입경이 50mm 초과인 경우, 2차 선별 스크린부보다 상대적으로 입자 크기가 큰 토양을 세척하는 1차 선별 스크린부의 진동 선별 스크린 수를 더 많이 배치하여, 세척 효율을 높일 수 있고, 반대로 토양의 평균 입경이 50mm 이하인 경우, 상대적으로 입자 크기가 작은 토양을 세척하는 2차 선별 스크린부의 진동 선별 스크린 수를 더 많이 배치하여, 세척 효율을 높일 수 있다.

하나의 예에서, 1차 선별 스크린부를 통과하는 토양의 최대 입경은 15 내지 60mm 범위일 수 있다. 즉, 1차 선별 스크린부의 가장 상단에 위치하고 가장 작은 메쉬 범위를 가지는 진동 선별 스크린의 관통홀의 크기가 15 내지 60mm 범위로 설계할 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 1차 선별 스크린부는, 1 이하 메쉬 범위의 제1-1 진동 선별 스크린, 및 1 초과 4 이하 메쉬 범위의 제1-2 진동 선별 스크린을 포함하고, 상기 2차 선별 스크린부는, 4 초과 10 이하 메쉬 범위의 제2-1 진동 선별 스크린, 10 초과 18 이하 메쉬 범위의 제2-2 진동 선별 스크린, 및 18 초과 200 이하 메쉬 범위의 제2-3 진동 선별 스크린을 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 1차 선별 스크린부(100)의 제1-1 진동 선별 스크린(111)의 관통홀(112)의 크기를 1이하의 메쉬 범위가 되도록 하고, 제1-2 진동 선별 스크린(121)의 관통홀(122)의 크기를 1 초과 4 이하의 메쉬 범위가 되도록 한다. 한편, 2차 선별 스크린부(200)의 제2-1 진동 선별 스크린(211)은 4 초과 10 이하 메쉬 범위를 만족하는 크기의 관통홀(212), 제2-2 진동 선별 스크린(221)은 10 초과 18 이하 메쉬 범위를 만족하는 크기의 관통홀(222), 및 제2-3 진동 선별 스크린(213)은 18 초과 200 이하 메쉬 범위를 만족하는 크기의 관통홀(232)을 가질 수 있다. 구체적으로, 1이하의 메쉬범위를 갖는 제1-1 진동 선별 스크린(111)은 20 내지 50 mm 범위의 입경을 가지는 토양을 제1-2 진동 선별 스크린(112)으로 보내고, 제1-2 진동 선별 스크린(112)은 4.75 내지 20 mm 범위의 입경을 가지는 토양을 세척조를 거쳐, 제2-1 진동 선별 스크린(211)으로 보낸다. 제2-1 진동 선별 스크린(211)은 2 내지 4.75 mm 범위의 입경을 가지는 토양을 제2-2 진동 선별스크린(221)으로, 제2-2 진동 선별 스크린(221)은 1 내지 2 mm 범위의 토양을 제2-3 진동 선별스크린(231)으로 보낸다. 나아가, 제2-3 진동 선별 스크린(231)은 0.075 내지 1 mm 범위의 토양을 통과시킬 수 있다.

구체적인 예에서, 1차 및 2차 선별 스크린부에서, 분사 노즐을 통한 고압 살수 조건은 하기 조건 1 및 2 중 어느 하나 이상을 만족한다.

[조건 1]

P1 < P2

[조건 2]

S1 > S2

(조건 1에서, P1은 1차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, P2는 2차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, 조건 2에서, S1은 1차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이고, S2는 2차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이다.)

구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 세척 대상이 되는 토양은 진동 선별 스크린상에서 토양 이동 방향(A)으로 이동하는 구조이고, 진동 선별 스크린 상부에 진동 선별 스크린 상에 세척이 대상이 되는 토양을 향하여 물을 고압 살수하는 분사 노즐이 각각 위치한다. 이때, 토양 입자의 사이즈에 따라 분사 노즐에서 분사되는 물의 압력을 달리 함으로써, 세척을 효율적으로 하면서도 절수가 가능하다. 구체적으로, 세척 대상이 되는 토양의 입자 크기가 상대적으로 작은 2차 선별 스크린부(200)가 세척 효율 달성을 위해 높은 살수 압력이 필요하므로, 분사 노즐에서 분사되는 물의 압력이 1차 선별스크린부(100)의 분사 노즐보다 2차 선별스크린부의 분사 노즐의 분사되는 물의 압력이 높게 설계할 수 있다.

또한, 분사 노즐의 살수 압력뿐만 아니라, 분사되는 물의 방사 각도를 조절하여, 토양의 입도별 효율적인 세척을 달성할 수 있다. 구체적으로, 분사 노즐에서 분사되는 물의 방사 방향(B)을 나타내는 토양 이동 방향(A)에 대한 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도(S1, S2)를 토양의 입도별로 달리할 수 있다. 세척 대상이 되는 토양의 입자 크기가 상대적으로 작은 2차 선별 스크린부(200)의 방사 각도(S2)를 1차 선별 스크린부(100)의 방사 각도(S1)보다 작게 하면, 세척 대상이 되는 토양의 이동 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 물을 분사하여, 체류 시간을 조절할 수 있다. 특히, 방사 각도가 90도이하인 경우, 토양 입자의 오염 물질에 대하여 토양 이동 방향(A)에 대해 역방향으로 물을 분사하여, 체류 시간을 증대할 수 있다. 즉, 입자가 작을수록 세척 압력을 높이거나 체류시간을 증가시켜 세척 효율을 높이는 효과를 달성할 수 있다. 상기 방사 각도는 10 내지 170, 20 내지 160, 또는 30 내지 150도일 수 있다. 방사 각도가 10보다 작거나 170도보다 크게 되면, 분사 노즐로부터 토양에 대한 거리가 지나치게 멀어져, 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이 토양에 그대로 적용되기 어렵고, 결과적으로 세척 효율이 저하된다.

구체적인 예에서, 상기 1차 및 2차 선별 스크린부에 포함된 진동 선별 스크린 중 어느 하나 이상은 상부면에 형성된 댐 구조를 포함하고, 상기 댐 구조는, 토양의 이동 방향을 기준으로, 진동 선별 스크린 상부면과 평균 75 내지 150도 범위의 각도를 이루는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 도 3 내지 5를 참조하면, 토양의 이동 방향(A)을 기준으로, 상기 댐 구조(304, 404)와 진동 선별 스크린(301, 401) 상부면의 평균 각도(P)는 75 내지 150도일 수 있다. 상기 범위에서 다양한 각도로 댐 구조(304, 404)를 배치함으로써, 체류 시간을 조절 할 수 있다. 토양의 이동 방향(A)을 기준으로, 댐 구조(304, 404)와 진동 선별 스크린(301, 401)의 평균 각도(P)가 75도인 경우 가장 긴 체류시간 확보를 이룰 수 있고 반대로 150도 인 경우, 가장 적은 체류시간 확보가 가능하다.

한편, 상기 댐 구조(304, 404)는 경질 또는 연질 소재로 형성될 수 있으며, 소재에 따라 토양의 체류시간을 조절하여, 효율적인 세척을 할 수 있다. 구체적으로, 댐 구조를 고무 등 연질 소재로 하여 댐 구조에 의해 이동을 방해 받더라도 댐 구조의 재질에 의한 탄성으로 타고 넘어갈 수 있다. 이로 인해, 댐 구조가 경질 소재인 경우에 비해, 체류 시간이 감소하지만 댐 구조가 없는 경우보다는 체류 시간을 늘릴 수 있다.

또한, 토양의 특성에 따라 요구되는 체류 시간이 다르므로 댐 구조의 개수 또는 형상을 달리하여 설치할 수 있다. 예를 들어, 입자의 크기가 작을수록 세척 효율이 떨어지므로 체류 시간을 충분히 확보하기 위해 댐 구조를 더 많이 형성할 수 있다. 도 3에서는, 댐 구조(304)가 8개 형성된 것을 도시하고 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 토양의 특성에 따라 하나 이상의 댐 구조를 형성할 수 있다.

아울러, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 댐 구조(304)의 형상은 막대형 같은 형상일 수도 있지만 도 5에 도시된 바와 같이, 댐 구조(404)의 형상이 언덕형일 수 있다. 이때, 일정 시간 후 분사 노즐에 의해 살수되는 물 또는 뒤따르는 토양에 의해 막대형보다 쉽게 댐 구조물을 넘어갈 수 있다. 그 결과, 막대형보다는 언덕형의 댐 구조가 있는 경우, 오염 토양의 체류 시간이 짧아지게 된다.

한편, 댐 구조의 높이는 동일할 수도 있지만 진동 선별 스크린의 메쉬 범위가 커질수록 순차적으로 낮아지는 경우 등 다양한 형태의 실시가 가능하다. 구체적으로, 메쉬 범위가 커질수록 세척 대상이 되는 토양의 입자도 작아지므로, 동일한 체류 시간 확보를 위해 필요한 댐 구조의 높이도 낮아지게 된다. 따라서, 메쉬 범위가 커질수록 댐 구조의 높이를 낮게 하여, 토양 세척 장치의 소형화 설계가 가능하다.

구체적인 예에서, 상기 댐 구조의 형성 길이는, 진동 선별 스크린의 폭 방향 너비의 10 내지 100% 범위일 수 있다. 도 3을 참조하면, 댐 구조(304)의 형성 길이가 진동 선별 스크린(301)의 폭 방향 너비의 10% 미만이면, 진동 선별 스크린(301) 상에서 컨베이어 라인을 따라 이동하는 오염 토양 중 댐 구조(304)에 의해 이동이 제약되어 체류 시간이 증가하는 토양의 비율이 적어 전체 오염 토양의 체류 시간이 확보됐다고 보기 어렵다. 한편, 댐 구조(304)의 형성 길이가 진동 선별 스크린(301)의 폭 방향 너비의 80%를 초과하면, 오염 토양의 이동을 지나치게 제약함으로써, 세척 공정이 지연될 수 있으므로 댐 구조(304)의 소재를 연질로 하여, 물 또는 뒤따르는 토양에 의해 댐 구조(304)를 넘어갈 수 있도록 설계함이 바람직하다.

다른 하나의 예에서, 진동 선별 스크린은, 댐 구조의 전단에 형성된 자력 선별 부재를 더 포함하고, 자력 선별 부재는 댐 구조 전단의 진동 선별 스크린 상부면에 형성되거나 댐 구조 전단면에 밀착되어 형성된 구조일 수 있다.

상기 자력 선별 부재는 진동 선별 스크린 상부면에 형성될 수 있지만, 댐 구조와 같이 자력 선별 부재가 토양의 이동을 제한하여 체류 시간을 증가시킬 수 있으므로, 자력 선별 부재를 배치할 때 이를 고려함이 바람직하다.

또한, 상기 자력 선별 부재의 가로 길이는 댐 구조의 가로 길이보다 작거나 같고, 자력 선별 부재의 세로 길이는 댐 구조의 세로 길이보다 작거나 같으며, 자력 선별 부재의 높이는 댐 구조의 높이보다 작거나 같은 것이 바람직하다. 자력 선별 부재의 가로, 세로 또는 높이가 댐 구조보다 큰 경우, 자력 선별 부재가 댐 구조의 역할을 수행하게 되어 바람직하지 않다.

자력 선별 부재를 포함함으로써, 토양 내 미세 철입자, 폐철칩 등 자성을 가지는 오염물질을 선별적 분리가 가능하다. 상기 자력 선별 부재는 소형으로 탈부착이 용이한 구조로 형성되어, 세척 대상이 되는 오염의 속성에 따라 쉽게 자력 선별 부재를 추가하거나 제거할 수 있다. 또한, 주기적으로 자력 선별 부재를 탈착하여 자력 선별 부재에 붙어 있는 자성을 가지는 오염 물질을 제거할 수 있고, 이를 별도 처리하여 재활용할 수도 있다.

한편, 복수의 진동 선별 스크린 상부면에 댐 구조 및 자력 선별 부재를 형성하는 경우, 진동 선별 스크린 별로 자력 선별 부재의 자성의 강도를 달리할 수 있다. 구체적인 예로, 2차 선별 스크린부의 진동 선별 스크린 상부면에 형성된 자력 선별 부재의 자성의 강도를 1차 선별 스크린부의 진동 선별 스크린 상부면에 형성된 자력 선별 부재의 자성의 강도보다 크게 할 수 있다. 2차 선별 스크린부는 1차 선별 스크린부보다 세척의 대상이 되는 토양 및 상기 토양 내에 포함된 자성을 가지는 오염물질의 평균 입경의 크기가 작기 때문에, 상대적으로 큰 자성의 강도를 갖는 자력 선별 부재가 필요할 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 1차 선별 스크린부 또는 2차 선별 스크린부가 포함하는 진동 선별 스크린 중 메쉬 범위가 클수록, 자성의 강도가 큰 자력 선별 부재를 형성하는 것도 가능하다.

구체적으로, 도 4를 참조하면, 댐 구조(304)의 전단에 자력 선별 부재(305)를 포함하고, 댐 구조(304) 전단면에 볼트 및 너트로 구성된 볼트 체결부(306)를 통해, 밀착되어 형성될 수 있다. 자력 선별 부재(305)를 댐 구조(304)의 전단면에 볼트 및 너트로 고정함으로써 탈부착이 용이할 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 댐 구조(404)의 전단에 자력 선별 부재(405)를 포함하고, 진동 선별 스크린(401) 상부면에 형성될 수 있다. 이 경우도, 진동 선별 스크린(401)과 자력 선별 부재(405)를 볼트 및 너트로 구성된 볼트 체결부(406)를 통해 고정함으로써 탈부착이 용이할 수 있다.

도 4 및 도 5에서는 볼트 체결부(306, 406)를 통해 고정된 것만을 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 탈부착이 용이하면서 댐 구조 전단면 또는 진동 선별 스크린 상부면에 고정할 수 있는 구조면 제한되지 않는다. 예를 들어, 나사선 회전에 의해 댐 구조 전단면 또는 진동 선별 스크린 상부면에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명은 오염토양 분리세척 방법을 제공한다.

본 발명의 오염토양 분리세척 장치를 이용한 오염토양 분리세척 방법은 고압 살수 조건하에서 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별 스크린부를 통해 1차 선별하는 1차 선별 단계; 1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물리적 또는 화학적으로 세정하는 세정 단계; 및 세정 단계를 거친 토양을, 고압 살수 조건하에서, 2차 선별 스크린부를 통해 2차 선별하는 2차 선별 단계를 포함하며, 상기 1차 선별 스크린부는 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 m개(m은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린을 포함하고, 상기 2차 선별 스크린부는 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 n개(n은 1 내지 5 사이의 정수이고, m과 n의 합은 3 이상의 정수)의 진동 선별 스크린을 포함한다.

하나의 예에서, 1차 선별 스크린부를 통과하는 토양의 최대 입경은 15 내지 60 mm 범위이다. 즉, 1차 선별 스크린부의 가장 상단에 위치하고 가장 작은 메쉬 범위를 가지는 진동 선별 스크린의 관통홀의 크기가 15 내지 60mm 범위로 설계할 경우, 1차 선별 스크린부를 통과하여 세정 단계 및 2차 선별 단계를 거치는 토양의 최대 입경이 상기 범위일 수 있다.

다른 하나의 예로, 상기 1차 선별 단계에서, 1차 선별 스크린부를 통과하지 않은 토양은 처리 토양으로 분류하고, 상기 2차 선별 단계에서, 2차 선별 스크린부를 통과하지 않은 토양은 처리 토양으로 분류하고, 상기 2차 선별 단계에서, 2차 선별 스크린부를 통과한 토양은 폐기 토양으로 분류하는 것을 특징으로 하는 오염토양 분리세척 방법일 수 있다. 구체적으로, 세척 대상인 토양을 입도별로 살수 압력 및 체류시간 등을 달리하여 별도로 처리함으로써, 효율적인 세척이 가능하다. 한편, 2차 선별 스크린부도 통과한 토양은 폐기 토양으로 처리되지만, 1차 선별 스크린부 및 2차 선별 스크린부가 합하여 3개 이상의 진동 선별스크린을 포함하여, 상기 폐기 토양을 최소화할 수 있다.

또 다른 하나의 예에서, 1차 및 2차 선별 단계의 고압 살수 조건은 하기 조건 1 및 2 중 어느 하나 이상을 만족할 수 있다.

[조건 1]

P1 < P2

[조건 2]

S1 > S2

(조건 1에서, P1은 1차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, P2는 2차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, 조건 2에서, S1은 1차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이고, S2는 2차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이다.)

앞서 설명하였듯이, 세척 대상이 되는 토양의 입자가 상대적으로 작은 2차 선별 단계에서의 살수 압력은 높이거나 방사 각도는 작게 하여 체류시간을 증가함으로써, 효율적인 세척을 달성할 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 세정 단계는 1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물, 산(acid) 성분 및 계면 활성제 중 1종 이상을 포함하는 용액에 침지시켜 수행할 수 있다. 구체적으로, 무기산 성분을 포함하면 낮은 pH 조건을 형성하여 이온치환 가능한 중금속이나 탄산염 형태 및 Fe/Mn 산화 형태의 중금속을 용출시킬 수 있고, 유기산 성분을 포함하면 중금속과 착화합물을 생성하여 중금속의 용해도를 크게 증가시켜 토양으로부터 중금속을 제거할 수도 있다. 한편, 계면 활성제를 포함하는 경우, 토양입자에 결합되어 있는 유기오염물질의 표면장력을 약화시키고 상기 유기오염물질을 계면 활성제의 미셀(micelle) 구조 내부로 분배되는 용해화 과정을 통해 제거할 수 있다. 상기 무기산, 유기산 및 계면 활성제는 공지의 것이면 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 무기산은 염산(HCl), 인산(H₃PO₄), 황산(H₂SO₄) 등을, 유기산은 시트르산(citric acid), 아세트산(acetic acid), 옥살산(oxalic acid), 석신산(succinic acid) 등을 사용할 수 있다.

하나의 예에서, 상기 1차 및 2차 선별 스크린부에 포함된 진동 선별 스크린 중 어느 하나 이상은 상부면에 형성되어 토양의 유속을 제어하는 댐 구조를 포함할 수 있다. 전술하였듯이, 댐 구조를 포함하여, 세척의 대상이 되는 토양의 체류 시간을 조절함으로써 효율적인 세척이 가능하다.

구체적인 예에서, 진동 선별 스크린은, 댐 구조의 전단에 형성된 자력 선별 부재를 더 포함할 수 있다. 이로 인해, 토양 내 미세 철입자, 폐철칩 등 자성을 가지는 오염물질의 선별적 분리가 가능하다. 구체적으로, 자력 선별 부재를 포함하는 진동 선별 스크린을 통과하지 않은 토양의 세척을 완료하고 처리 토양으로 분류한 이후, 상기 자력 선별 부재에 붙어 있는 자성을 가지는 오염물질을 별도로 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해야만 할 것이다.

100: 1차 선별 스크린부
111: 제1-1 진동 선별 스크린
121: 제1-2 진동 선별 스크린
112, 122: 관통홀
113, 123: 분사노즐
200: 2차 선별 스크린부
211: 제2-1 진동 선별 스크린
221: 제2-2 진동 선별 스크린
231: 제2-3 진동 선별 스크린
212, 222, 232: 관통홀
213, 223, 233: 분사 노즐
301, 401: 진동 선별 스크린
302: 관통홀
304, 404: 댐 구조
305, 405: 자력 선별 부재
306, 406: 볼트 체결부

Claims (13)

1. 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별하되, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 m개(m은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린, 및 진동 선별 스크린 상부에 형성되 고압 살수하는 분사 노즐을 포함하는 1차 선별 스크린부;
   1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물리적 또는 화학적으로 세정하는 세정조; 및
   세정조를 거친 토양을 2차 선별하되, 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 n개(n은 1 내지 5 사이의 정수이고, m과 n의 합은 3 이상의 정수)의 진동 선별 스크린, 및 진동 선별 스크린 상부에 형성되어 고압 살수하는 분사 노즐을 포함하는 2차 선별 스크린부를 포함하고,
   상기 1차 및 2차 선별 스크린부에 포함된 진동 선별 스크린 중 어느 하나 이상은 상부면에 형성된 댐 구조를 포함하며,
   상기 댐 구조는 토양의 이동 방향을 기준으로, 진동 선별 스크린 상부면과 평균 75 내지 150도 범위의 각도를 이루며 전단에 자력 선별 부재를 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 1차 및 2차 선별 스크린부에서, 분사 노즐을 통한 고압 살수 조건은 하기 조건 1 및 2중 어느 하나 이상을 만족하는 오염토양 분리세척 장치:
   [조건 1]
   P1 < P2
   [조건 2]
   S1 > S2 (30≤S1≤150)
   조건 1에서, P1은 1차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, P2는 2차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고,
   조건 2에서, S1은 1차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이고, S2는 2차 선별 스크린부의 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이다.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   1차 선별 스크린부를 통과하는 토양의 최대 입경은 15 내지 60 mm 범위인 오염토양 분리세척 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 1차 선별 스크린부는,
   1 이하 메쉬 범위의 제1-1 진동 선별 스크린, 및 1 초과 4 이하 메쉬 범위의 제1-2 진동 선별 스크린을 포함하고,
   상기 2차 선별 스크린부는,
   4 초과 10 이하 메쉬 범위의 제2-1 진동 선별 스크린, 10 초과 18 이하 메쉬 범위의 제2-2 진동 선별 스크린, 및 18 초과 200 이하 메쉬 범위의 제2-3 진동 선별 스크린을 포함하는 오염토양 분리세척 장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 고압 살수 조건하에서 처리 대상이 되는 토양을 1차 선별 스크린부를 통해 1차 선별하는 1차 선별 단계;
   1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물리적 또는 화학적으로 세정하는 세정 단계; 및
   세정 단계를 거친 토양을, 고압 살수 조건하에서, 2차 선별 스크린부를 통해 2차 선별하는 2차 선별 단계를 포함하며,
   상기 1차 선별 스크린부는 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 m개(m은 1 내지 5 사이의 정수)의 진동 선별 스크린을 포함하고,
   상기 2차 선별 스크린부는 메쉬 범위가 순차적으로 증가하는 n개(n은 1 내지 5 사이의 정수이고, m과 n의 합은 3 이상의 정수)의 진동 선별 스크린을 포함하고,
   상기 1차 및 2차 선별 스크린부에 포함된 진동 선별 스크린 중 어느 하나 이상은 상부면에 형성되어 토양의 유속을 제어하는 댐 구조를 포함하며,
   상기 진동 선별 스크린은 댐 구조의 전단에 형성된 자력 선별 부재를 포함하고,
   1차 및 2차 선별 단계의 고압 살수 조건은 하기 조건 1 및 2 중 어느 하나 이상을 만족하는 오염토양 분리세척 방법:
   [조건 1]
   P1 < P2
   [조건 2]
   S1 > S2 (30≤S1≤150)
   조건 1에서, P1은 1차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고, P2는 2차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 압력이고,
   조건 2에서, S1은 1차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이고, S2는 2차 선별 단계에서 분사 노즐로부터 분사되는 물의 방사 각도이다.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   1차 선별 스크린부를 통과하는 토양의 최대 입경은 15 내지 60 mm 범위인 오염토양 분리세척 방법.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 1차 선별 단계에서, 1차 선별 스크린부를 통과하지 않은 토양은 처리 토양으로 분류하고,
   상기 2차 선별 단계에서, 2차 선별 스크린부를 통과하지 않은 토양은 처리 토양으로 분류하고,
   상기 2차 선별 단계에서, 2차 선별 스크린부를 통과한 토양은 폐기 토양으로 분류하는 것을 특징으로 하는 오염토양 분리세척 방법.
   
10. 삭제
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 세정 단계는, 1차 선별 스크린부를 통과한 토양을 물, 산(acid) 성분 및 계면 활성제 중 1종 이상을 포함하는 용액에 침지시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 오염토양 분리세척 방법.
    
12. 삭제
13. 삭제

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