KR20020048397A - 미립 흙, 점토 및 실트로부터 오염 물질을 제거하는 장치및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흙, 침전물, 미세한 모래 및 점토로부터 각종의 오염 물질을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 명세서에는 직경이 약 5mm 이하인 입자로 구성되는 오염된 물질이 하나 또는 다수의 노즐(500)로부터 배출 영역 내로 노즐(231)로부터 주입되는 장치가 기재되어 있다. 이들 노즐(500)은 액체 또는 정화액을 약 2000 psi 내지 약 20,000 psi의 압력으로 배출하도록 위치된다. 다음에 깨끗한 물질이 수집되어 액체 및 고체 상으로 분리된다. 고체는, 상기 장치에 의하여 정화되었을 때, 주위로부터 오염될 위험없이 현장으로 되돌려질 수 있으므로 오염된 흙을 처리하기 위한 처리 비용이 발생하지 않는다.

Description

미립 흙, 점토 및 실트로부터 오염 물질을 제거하는 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR REMOVING CONTAMINANTS FROM FINE GRAINED SOIL, CLAY AND SILT}

본 발명은 산업용 화학 제품, 오일 등으로 오염된 지역의 흙, 점토 및 침전물 미립자로부터 오염 물질을 제거하는 장치에 관한 것이다. 장치는 흙 입자의 표면으로부터 오염 물질을 효과적으로 제거하기 위하여 액체를 사용한다. 장치는 한 지점을 향하는 액체 고압 분사를 대향시킴으로써 심하게 요동치는 영역을 형성한다. 슬러리 입구 장치는 오염된 흙 슬러리를 노즐 장치로부터 배출 영역 내로 주입한다. 오염 물질은 물 분사 및 노즐로부터의 배출 교차 영역을 통과할 때 슬러리의 흙 미립자로부터 제거된다. 이와 같이 하여, 오염 물질은 흙 미립자 표면으로부터 분리된다. 이로써 실질적으로 오염되지 않은 입자가 남게 되고, 오염 물질은 공지된 수단에 의하여 액체로부터 분리된다.

본 발명은 미립 흙, 점토 실트 및 침전물 미립자로부터 오염 물질을 효과적으로 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 오염된 흙을 크기 별로 분리하고, 처리될 슬러리를 준비하고, 그리고 처리를 위해 충돌 챔버를 사용하는 전처리 단계를 도시하는 개략도이며, 정화액의 제거율을 향상시키는 여러 가지 설비(enhancer)를 추가시킬 수 있다.

도 2는 충돌 챔버의 측면도이다.

도 3은 충돌 챔버 뚜껑의 평면도이다.

도 4는 충돌 챔버의 세 부분 중 상단부의 절개도이다.

도 5는 도 2 및 도 4에 도시된 노즐 및 고압 분사 어셈블리의 상세도이다.

흙 및 침전물로부터 오염 물질을 제거하는 문제는 산업계 및 국가적으로 주요한 관심사이다. 재산을 팔고사는 사람은 융자를 얻기 전에 그 재산이 화학 제품 및 오일과 같은 환경 오염 물질이 없음을 확인하는 증명서를 제출해야 하는 경우가 가끔 있다. 또한 환경에 대한 관심으로 효과적인 오염 물질 제거 시스템에 대한 요구가 상당히 높아졌다.

오염되기 쉬운 흙은 임의의 제조 분야에서 발견될 수 있다. 화학 제품 또는 오일을 제조, 사용 또는 저장하는 업체는 저장 탱크에서 누출되거나 또는 수송 도중에 유출되는 경우가 가끔 있다. 지하 저장 탱크를 사용하는 주유소 또는 다른 시설은 탱크를 채울 때 생기는 소량의 누출 또는 유출로 인하여 탱크 주위에 오염 물질이 남아 있는 경우가 종종 있다.

유출로 인해 오염된 흙은 수많은 크기의 입자가 결합되어 있다. 오염된 흙 입자는 그 크기가 커다란 바위로부터 미세한 흙 및 입자가 매우 미세한 점토에까지 이른다.

환경 정화 명제는 오염된 흙을 크기에 따라 분리시키는 것을 필요로 하는 경우가 일반적이다. 이렇게 분리하는 기본 원리는 크기가 보다 큰 흙 입자가 정화하기가 용이하다는 점이다. 따라서, 약 0.6mm 이상되는 크기의 입자를 보다 작은 입자와 분리시킨다.

일반적으로 큰 입자는 당해 기술 분야에 공지된 종래 수단을 사용하여 정화시키게 된다. 오염된 흙 중에서 입자 크기가 작은 부분은 적당한 저장 및 처리 시설로 이송된다.

이 공정은 오염된 흙 입자 전체를 정화하지는 못한다. 오염된 미립자 부분은 이러한 입자가 저장될 시설로 이송하는 것이 일반적인 실행 공정이다. 어떤 경우 오염된 흙은 위험 폐기물로 처리된다.

입자가 0.063mm 이상되는 모래, 자갈 및 돌은 비교적 용이하게 정화될 수 있다. 보다 작은 흙 입자는 정화하는 것이 곤란하므로, 이들 입자는 위험물 또는 특수 폐기물로 처리될 흙으로부터 제거되는 것이 일반적이다. 따라서, 흙 정화는 입자가 큰 흙으로부터 오염 물질을 제거하여 오염된 흙의 전체 체적을 감소시키고 미립자를 분리시켜 처리하는 것을 포함한다.

오염된 흙 및 점토를 이송하고 저장하는데는 처리 비용은 많이 든다. 상기 오염된 흙 및 슬러지를 처리하는 현장은 처리에 적합한 땅의 이용 여부에 따라 제한된다. 처리 및 저장 옵션은 오염 물질이 인근의 상수도에 스며들지 않는 반드시 폐쇄된 시스템 내에 지지되어야 하는 요구에 의하여 또한 제한된다.

계면 활성제, 열 또는 교반과 같은 기계적 공정을 사용하여 입자가 큰 흙을 정화시키는 기술은 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 독자적으로나 또는 결합하여 사용될 수 있는 이들 수단에 의하여, 오염 물질은 액체 내의 화학 물질을 제거 또는 감소시키는 여러 공정을 거쳐 추가로 처리될 수 있는 정화액 내에 용해된다.

흙 정화(침전물, 흙, 미립자, 점토 및 큰 입자 정화)은 특정의 입자 크기 범위로 분리하고 최적으로 처리하는 원리에 따른다. 흙 정화는 오염 물질이 존재하는 광범위한 영역 또는 프로젝트에 적용될 수 있다.

이들 공정은 직경이 약 0.6mm 이하인 입자로부터 오염 물질을 제거하기에는 효과적이지 않다. 따라서 흙 및 침전물로부터 오염 물질을 제거하는 공지된 기술은 입자가 큰 흙에만 효과적이다. 오늘날의 기술은 오염된 흙을 두 개의 독특한 흐름, 즉 큰 입자(직경이 약 0.5mm 이상) 및 미립자와 점토로 분리시키는 것이 필요하다.

큰 입자는 일반적인 방법을 사용하여 효과적으로 정화될 수 있고, 정화된 흙은 처리 후 작업장으로 안전하게 되돌려 보내질 수 있다. 미립자 또는 직경이 약 0.63mm이하인 입자는 일반적인 방법을 사용하여 정화될 수 없다. 이 크기 범위 내의 입자는 오염된 흙 전체로부터 분리된 다음 적당한 시설에서 처리되거나 또는 저장된다.

따라서, 오늘날의 흙 정화 기술은 입자가 큰 흙에만 효과적이다. 작은 입자는 전혀 정화되지 않고 허가된 위험 폐기물 시설같은 저장 시설로 간단히 이송된다. 이것은 현장 소유주 또는 운영자가 오염된 입자를 이송하고 저장하는데 많은 비용을 지불하게 된다. 또한 처리 시설은 현장으로부터 지하수로 누출되는 것을 방지하기 위하여 신중히 건설되고 모니터되어야 한다. 본질적으로, 이것은 본래의 오염 현장의 문제에서 저장 시설이 문제가 된다. 오염된 흙의 처리는 미립자 흙 물질를 정화하는데는 성공적이지 못하였다.

본 발명은 오염된 흙으로부터 오염 물질을 효과적으로 제거하고 미립자 및 점토를 포함하는 오염된 흙을 처리하는 문제를 방지하는 것이다. 이러한 장치를 오염 현장에 응용하면 다량의 오염된 흙을 위험 폐기물로서 처리하는 것이 방지된다.

오염된 흙은 세 가지 전형적인 상태, 즉 자유로운 물질, 표면 흡수된 물질또는 오염 물질이 미립자 흙에 물리적 및 전기 화학적으로 결합된 작은 콜로이드 물질를 갖는 것이 일반적이다. 입자 크기를 분리법을 통하여 흙 오염을 감소시키는 일반적인 방법은 대부분의 유기 또는 무기 오염 물질이 통상적으로 점토 및 실트인 미립자 흙과 결합된다는 사실에 근거한다. 미립자 및 점토를 제거하고 처리하는데는 다량의 오염 물질을 흙으로부터 얻게 된다. 그러나, 이것은 실질적으로 오염된 흙 모두를 정화하지는 못한다.

흙의 오염 물질을 제거하는데는 오염 물질이 결합된 흙 매트릭스의 성질을 이해하는 것이 필요하다. 일반적으로, 주로 입자가 큰 흙으로 구성되는 굵은 흙 매트릭스가 종래의 흙 정화 또는 세척에 이상적이다.

오염된 흙은 크기별로 분리되고 큰 입자를 정화하는 표준 방법에 의하여 처리되는 것이 일반적이다. 종래의 방법에 의하여 제거하기에 적합한 오염 물질은 반 휘발성 유기 혼합물, 농약, 폴리염화 바이페놀(PCB), 금속, 특정의 방사능 물질, 및 폴리아로마 탄화수소 또는 직경이 2mm 이상인 흙이다. 휘발성 유기 혼합물(VOC)은 정화 공정에서 혼합 및 물질 취급이 일반적으로 적극적이어서 VOC가 공기 중으로 배출될 가능성이 있기 때문에 오염 물질 처리 물질로서는 특히 적합하지 않다.

흙 정화 또는 오염 물질 제거는 흙 매트릭스 유형 및 포함된 오염 물질에 따라 제한되는 것이 일반적이다. 오염 물질은 미립자 물질에 보다 큰 비율로 부착되거나 또는 흡수되는 것이 일반적이다. 이것은 미립자 물질에 의하여 가해진 복잡하고 강한 결합력의 결과이다. 굵은 입자 물질는 흡수성의 결합력으로 인하여 오염 물질을 또한 지지할 수 있지만, 입자가 큰 물질은 입자 크기가 증가할 때 흡수성의 결합력이 일반적으로 낮기 때문에 더 용이하게 정화되는 것이 일반적이다.

표 I

표 I은 종래의 크기 분류법에 의하여 분류된 입자의 도면이다. 흙 정화의 표준 방법을 적용하여 미립자 및 점토는 종래의 정화 공정의 제한 때문에 처리 또는 저장 현장으로 이송된다. 따라서 입자가 큰 흙 매트릭스로부터 미립자를 분리시키면 처리할 오염된 흙의 체적이 감소된다. 그러나, 미립자 및 점토를 분리하는 것이 상기 문제를 해소하지는 못한다. 이것은 저장 문제가 발생한다. 오염된 흙을 이송 및 저장시키는데는 오염 물질의 유형에 따라 입방 야드당 20불 내지 200불 범위의 비용을 지불해야 한다.

종래의 공정은 심하게 오염된 미립자로부터 비교적 오염이 덜 된 흙 부분을 분리시킬 수 있다. 얻어진 미립 슬러리는 생물 활성 처리 또는 금속 킬레이트화를 적용함으로써 처리될 수 있다. 점토 미립자는 덜 오염된 슬러지 제품으로 되도록 처리되는 것이 당연하다. 이 공정은 유기 오염 물질을 유기 오염 물질의 대부분을 중량별로 계산할 수 있지만, 초기에는 전체 공정 출력의 보다 작은 부분인 오염된 미립자 슬러리로 수렴시키는 것이 일반적이다. 또한, 이들 미립 물질은 물 및 다른 친수성 오염 물질을 포함하는 다양한 물질를 흡수하는 작은 입자의 친화력 때문에 슬러지 케이크가 형성되도록 탈수시키는 것이 더욱 곤란하다.

표준 흙 정화 처리는 분쇄 및 분리 장치로 전처리를 시작하여 흙 및 침전물을 입자 크기별로 분리한다. 다음에 흙은 입자 현장에 따라 입자를 흐름으로 분리시키는 교반기 스크린으로 향한다. 1mm 내지 2mm 이상되는 물질은 표준의 큰 입자 흙 정화기에서 처리되고, 이 처리에는 열을 가하고, 교반시키고, 그리고 흡수된 물질을 큰 입자로부터 분리시키는 계면 활성제를 포함한다. 보다 작은 입자는 처리된다. 이들 입자는, 필요한 경우, 액체 및 고체 분리용 액체사이클론에서 탈수될 수 있다.

계면 활성제를 정화액에 가하여 공정을 가속화시키고 오염 물질과 오염된 입자 사이의 흡착성 및 흡수성 결합을 파손시키는 공정에 도움을 주는 경우가 종종 있다. 그러나, 계면 활성제는 자체의 독성 때문에 더 곤란할 수 있다. 흙 입자로부터 오염 물질을 제거하는 여러 장치가 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 이들 장치는 미세한 흙 입자, 점토, 실트 등을 오염시키지는 않는다.

크룬에 허여된 미합중국 특허 제4,415,368호에는 물을 커튼 분사시켜 입자를 통과시킴으로써 오염 물질을 이론적으로 제거하는 진공을 형성하도록 제트 파이프를 사용하는 방법이 기재되어 있다. 크룬은 입자가 가장 작은 기본 유닛으로 분리되도록 물 커튼을 사용하므로, 오염된 흙의 덩어리가 붕괴된다. 보다 큰 입자는 상기 방법으로 정화되고, 보다 작은 입자 및 오염 물질은 침전에 의하여 분리된다. NATO 보고서에 따르면, 1993년 2월에 미합중국 환경청에서 발간된Demonstration of Remedial Action Technologies for Contaminated Land and Groundwater, Final Report, 1986-1991에는 직경이 0.03 내지 0.05mm 이하인 작은 입자는 크룬에 의한 구성 및 압력으로는 물 제트에 의하여 효과적으로 정화되지 않는다.

크룬의 방법에서는, 오염 물질은 진공을 형성하는 물 흐름의 적용에 의하여흙 입자로부터 이론적으로 분리된다. 물 흐름의 압력은 대략 3,500 psi(평방 인치당 파운드)인 250바이다. 그러나, 상기 방법으로는 점토 또는 미립자 흙으로부터 오염 물질이 효과적으로 제거되지 않는다.

달리에 허여된 미합중국 특허 제3,764,008호에는 제트 사이클론과 벤츄리 장치의 결합체를 사용하여 모래에서 오일을 제거하는 방법이 기재되어 있다. 달리는 원심력을 사용하여 모래로부터 오일 폐기물을 분리시켰다. 달리의 공정은 오염 물질의 단지 일부분을 제거하기 위하여 장치를 여러 차례 통과하는 것이 필요하다. 그러나, 상기 방법은 본 발명에서 제거되는 바와는 달리 미립자 로부터 오염 물질이 효과적으로 제거되지 못한다. 또한, 기재된 장치로는 일반적으로 경험하게 되고 모래, 점토, 또는 실트로 분류되는 매우 미세한 모래 입자가 효과적으로 처리되지 않는다. 또한, 달리의 공정에서는 본 발명과 유사한 방법, 즉 방법, 구성 또는 결과를 사용하지 않는다.

오염 물질을 휘발시키거나 또는 소각하기 위하여 열을 필연적으로 이용하는 다른 방법이 기재되어 있다. 이들 방법의 단점은 오염 물질이 공기 중으로 배출될 수 있고, 소각 방법에는 상당량의 열 에너지를 필요로 함으로 본 발명 만큼 경제적으로 효과적이지 못하다는 것이다.

본 발명은 흙, 실트, 점토 및 미립자로부터 오염 물질을 기계적으로 제거하기 위하여 장치를 사용한다. 이들 입자는 액체 매체에 혼입되어 슬러리를 형성한다. 액체 매체는 선행하여 위치된 노즐로부터 배출 흐름의 교차 영역으로 주입된다. 배출 흐름은 물 한가지이거나, 또는 계면 활성제와 혼합된 물일 수 있다. 이들 배출 흐름은 두 개 이상의 실질적으로 대향하는 노즐 장치로부터 배출된다. 노즐 장치는 프레임에 부착된다. 프레임은 노즐 수단을 지지하는데 사용되고, 또한 노즐 장치를 적절하게 위치시키는 기능을 한다.

노즐 장치는 2,000 psi 내지 20,000 psi 사이의 바람직한 압력으로 액체를 배출한다. 압력 설정은 처리될 입자 크기 및 입자의 표면으로부터 제거될 오염 물질의 유형에 따라 결정된다. 또한, 노즐로부터 약 10,000 psi 내지 약 20,000 psi 로 배출함으로써 하나의 노즐로 달성될 수 있다.

처리될 흙 흐름은 정화액 흐름이 노즐로부터 배출되는 영역 또는 적어도 두 개의 노즐로부터의 배출이 수렴되는 영역 내에 주입 또는 삽입된다. 이 영역에서, 흙 입자는 사용된 노즐 장치의 개수에 따라 4,000 psi 내지 약 60,000 psi의 전체 힘을 받는다.

후술하는 가장 바람직한 실시예에 있어서, 사용된 노즐 장치의 총 개수는 4개이다. 그러나, 작업자는 크기가 작은 흙, 실트 및 침전물 입자의 표면으로부터 오염 물질을 제거하는데 적절하고 효과적일 수 있는 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯 또는 그 이상의 노즐을 사용할 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은 노즐 장치의 배출 흐름과 슬러리 유입 흐름 사이의 충돌각에 영향을 미치도록 변형될 수 있다. 슬러리는 캐리어 매체, 즉 슬러리를 가진 물을 포함할 수 있다는 점을 기억할 수 있다. 또한 슬러리는 사전 처리 도중이나 또는 충돌 챔버에서의 처리 도중에 이 슬러리에 계면 활성제가 가해질 수 있다.

슬러리 배출물은 노즐로부터 배출점으로 향한다. 하나 이상의 노즐을 사용한 경우, 슬러리 배출은 노즐의 교차점으로 향해야 한다. 이것은 노즐 프레임을 조정하여 노즐을 특정의 방향으로 향하도록 하고, 또는 흙 슬러리의 흐름의 삽입각을 변경시킴으로써 달성될 수 있다.

노즐 장치로부터 흐름이 수렴되는 영역은 상기 영역 내에 주입된 물체 또는 입자가 큰 힘을 받는 영역이다. 상기 영역 내에 삽입된 오염된 입자는 이 입자로부터 제거된 오염 물질을 갖는다. 대부분의 오염 물질은 보다 작은 흙 입자의 표면상에 위치되어 있다. 따라서 오염 물질과 흙 사이의 결합은 흡착성이다. 상기 결합은 이 결합이 주로 약한 전자-기계식 결합에서 처럼 용이하게 분쇄된다. 상기 수단에 의하여, 흙 입자는 오염 물질로부터 기계적으로 분리된다, 오염 물질 입자는 액체 매체 내에 남고 흙 입자는 중력에 의하여 충돌 챔버의 바닥으로 향한다. 여기 챔버로부터, 캐리어, 정화된 흙 입자 및 사용된 정화액은 당해 기술 분야에공지된 바와 같은 배수 설비에 의하여 배출된다.

노즐 장치, 또는 정화될 입자의 표면으로부터 오염 물질을 제거하는 노즐 설비로부터 대향하여 배출이 수렴되는 영역으로부터 배출되는 액체의 힘이다. 이 교란은 충분히 커야 한다. 노즐의 개수가 노즐 장치로부터의 배출 속도를 결정하는 것으로 판명되었다.

하나의 노즐을 사용할 때, 약 10,000 psi 내지 약 20,000 psi로 배출되면 약 85% 내지 약 90% 범위로 오염 물질이 제거되는 것을 알았다. 두 개 이상의 노즐을 사용하면 오염 물질의 제거 속도가 증가된다. 두 개 이상의 노즐을 사용할 때, 노즐로부터의 배출 속도 약 2,000 psi 내지 약 20,000 psi가 오염 물질을 약 90% 이상을 제거하는데 효과적이다.

정화액에 계면 활성제를 가하거나 또는 흙 슬러리 흐름의 캐리어에 계면 활성제를 가함으로서 정화액이 충분히 높은 압력으로 배출될 수 있다. 기계적인 힘과 계면 활성제와 함께 또는 계면 활성제가 없이 상호작용함으로써 오염 물질을 흙 입자로부터 기계적으로 분리시키는데 충분하다.

상기 장치를 응용한 결과 점토, 미립자 및 실트의 슬러리의 오염 물질이 약 89%로부터 약 99%(또는 그 이상)의 범위 내로 정화되었다. 상기 범위로 인하여 처리된 물질이 오염되지 않은 흙으로 사용될 수 있다.

처리된 물질을 정화조 내에 다시 주입하고 사이클을 반복함으로써 복수회의 정화 사이클이 달성될 수 있다.

상기 장치를 사용할 때의 특정의 장점은 상기 장치를 사용하여 시험된 오염물질이 임의의 영역에 사용하기에 적합한 정화된 흙 입자(점토, 미립자 및 실트)가 된다는 점이다. 오염 물질은 이들 물질이 임의의 위험 폐기물 또는 다른 특정의 폐기물 시설에서 처리되지 않도록 완전하게 제거되었다.

따라서, 상기 장치는 이들 미립자를 정화할 뿐만 아니라 처리하는데 추가의 비용이 발생되지 않는다. 상기 장치를 사용하는 입방 야드당 처리 비용은 오염된 흙의 입방 야드당 4불 내지 350불 이상의 범위로 오염 물질을 처리하는 비용보다 실질적으로 적다. 이러한 처리는 허가된 위험 폐기물 또는 특정의 폐기물 시설에서 행해져야 하며 여러 관련 기관에 의하여 물질의 이송이 조절되는 것이 요구된다.

본 발명은 원유, 폴리-아로마 탄화수소, 휘발유 및 디젤을 포함하는 중 탄화수소 오염 물질을 미립자 및 점토를 포함하는 대부분의 매트릭스로부터 정화할 수 있다. 상기 공정은 광범위한 유기물, 무기물 및 금속 혼합물의 오염 물질에 적합하고, 점토 및 실트는 상기 응용을 사용하여 오염 물질이 효과적으로 제거되고 정화될 수 있는 널리 사용되는 매체이다.

본 발명은 흙 정화 기술을 광범위하게 구현하도록 세 가지 과제를 해소한다. 이들 과제는 중 분자 중량 오염 물질의 취급 곤란, 실트 및 점토 입자와 같은 작은 침전물의 정화 곤란 및 흙 정화 기술에 사용된 대형 공정 시설의 막대한 설비 비용 및 상대적인 이동 곤란함이 문제이다.

또한 본 발명은 오염 물질에 따라 사용될 수 있는 합성 생물-계면 활성 화학 제품(위스콘신주 밀워키 소재 바이오제네시스 인코포레이티드사 제품)을 사용할 수있다. 이들 생물-계면 활성 화학 제품은 정화가 완료된 후 개선 작용을 계속할 수 있어 정화된 흙 제품의 오염 물질 레벨을 보다 완전하게 감소시킬 수 있다.

본 발명은 유기 오염 물질 및 금속에 의하여 오염된 모든 흙 유형 용도로 사용될 수 있는 현장 기술이다. 약 0.5mm 이상인 입자는 표준 흙 정화 공정에 의하여 처리되고, 다음에 상기 처리에 사용된 액체는 이 액체로부터 오염 물질을 제거하기 위하여 추가로 처리된다. 약 0.5mm 이하인 입자는 본 발명에 따른 장치, 즉 상기 흙 및 침전물 정화 공정에서 용이하게 처리될 수 있다.

물일 수 있는 정화액은 더 처리되고, 다음에 정화된 흙 및 침전물은 현장으로 되돌려 보내지거나 또는 달리 사용된다.

본 발명은 흙 입자를 정화하기 위하여 물, 열, 혼합 및 마찰과 함께 복잡한 생물-개선 계면 활성제와 결합될 수 있다. 큰 입자 정화 장치는 시간당 80 입방 야드 이상 정화시킬 수 있다는 점이 당해 기술 분야에 공지되어 있다.

본 발명에 있어서, 침전물 및 흙 입자(또한 미립자 및 점토라고도 함)눈 미립자 및 점토를 추가로 처리하지 않고 시간당 80 야드 이상의 속도로 이동식 연속 흐름 장치에서 정화될 수 있다.

시설 요건은 당해 기술 분야에 모두 표준형인 입자 크기 구별 기기, 탱크. 급수 및 물 처리 기기 및 생물-반응로를 포함한다. 본 발명의 주제인 충돌 챔버로 인하여 작업자가 미립자 및 점토를 정화할 수 있다.

침전물 정화 장치는 연속 흐름 장치로 구성될 수 있다.

입자 크기는 웬트워스 분류법 또는 당해 기술 분야에 공지된 다른 시스템을사용하여 분류될 수 있다. 한 가지 요구 조건은 입자 크기가 약 5mm 이하의 직경을 가져야 한다는 점이다.

장치 구성에 대한 설명

도 1 내지 도 4에 장치가 도시되어 있다. 상기 구성은 산업 현장으로 사용되었던 오염 지역으로부터 얻은 다량의 흙을 정화하는 용도에 적합하다. 상기 지역의 오염된 흙은 모래, 자갈, 롬, 미세한 모래 및 점토가 결합되어 있다.

침전물 정화 시스템은 두 개의 기본적인 부분으로 구성된다. 이들 부분 중 Part 1은 침전물 크기 구분 및 처리용 흙의 준비용이며 Part 2는 정화조에서 흙 입자를 정화하는 용도이다.

제1 단계에서, 도 1을 참조하면 침전물이라고 하는 오염 물질은 먼저 입자 크기에 따라 분리된다. 침전물 폰드(10)로부터 얻은 물질은 슬러지 라인(14)를 거쳐 습식 스크린 장치(4)로 이송된다. 사용된 습식 스크린 공급 펌프(11)는 위스콘신주 서머세트에 소재한 리퀴드 웨이스트 테크놀러지사의 Pit Hog 900 유압 펌프이다. 슬러지는 습식 스크린 공급 펌프(11)에 의하여 슬러지 라인(14)을 따라 이동한다. 슬러지 물질이 습식 스크린(4)(켄터키주 플로렌스에 소재한 스웨코 인코포레이티드사의 바이브로 에너지 세퍼레이터 LSZ4S461)을 통해 처리될 때, 약 0.5mm이상의 직경을 가진 물질이 분리된다. 보다 작은 물질은 미세한 점토 호스(49)에 의하여 미세 점토 저장 탱크(50)로 이송된다. 라인에는 믹서를 사용하여 물질이 정착되지 않고 이동할 수 있도록 보조할 수 있다(카나다 토론토 소재 그레이 라이트인사의 모델 50--FT-2 인라이너). 보다 큰 물질은 당해 기술 분야에공지된 종래 수단에 의하여 처리된다.

미세 점토 혼합 챔버(50)에서 물질은 믹서 어셈블리(2)(뉴욕주 로체스터 소재 라이트인 컴퍼니사의 라이트인, 모델 V5P55 VEKTOR Mixer, 터빈 11,8인치)에 의하여 교반된다. 믹서 어셈블리는 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 미세 점토 혼합물에 물을 가하여 슬러리를 형성한다. 다음에 미세 점토 슬러리는 미세 점토 탱크(50)로부터 미세 점토 공급 미터(51)를 통하여 충돌 챔버 공급 펌프(21)로 흘러 여기에서 미세 점토 관통 파이프를 통하여 충돌 챔버(20)로 이송된다.

공정의 단계 2는 오염 물질이 제거되는 충돌 챔버(20)에서 일어난다. 충돌 챔버(1)로 들어갈 때 미세 점토 슬러리는 노즐 장치(24)로부터의 분사가 교차하는 지점을 통과한다. 다음에 처리된 슬러리는 중력에 의하여 충돌 챔버(20)의 처리된 슬러리 지지 탱크(25)로 떨어진다. 다음에 충돌 챔버(20)의 혼합 영역에 있는 슬러리는 믹서 어셈블리(20)로 부드럽게 교반되어 정화된 물질이 이송 액체 내에 현탁 상태로 유지된다. 이것은 믹서(2)(뉴욕주 로체스터 소재 라이트인사의 라이트인, V5P55 VEKTOR)에 의하여 달성된다. 처리된 흙은 중력 또는 보조 공급 펌프(31)에 의하여 충돌 혼합조로부터 제거되어 배수 수단(304)를 통과, 즉 배출 호스(31)를 통과한다.

노즐 장치(24)는 노즐 조정 암(407) 상에 장착된다. 상기 노즐 조정 암(407)은 노즐 칼라(402)에 부착된 노즐 바(401)로 구성된다. 상기 어셈블리는 노즐 프레임(400)에 부착된다. 노즐 바(401)는, 하나 이상의 노즐이 사용되는 경우, 다른 노즐(24) 중 임의의 노즐 레벨을 참조하여 조정될 수 있다. 또한, 노즐장치(24)는 노즐 장치 또는 이들 장치 중 임의의 하나로부터 배출이 슬러리 입구 파이프(231)로부터 배출에 비하여 특정의 각도가 될 수 있도록 조정될 수 있다. 이들 조정 특징부는 작업자가 노즐의 배출 각도를 조정할 수 있도록 설계된다. 노즐 조정 암(407) 및 노즐 앵커 조정 브래킷(341)은 노즐 지지 거싯(342)에 협동가능하게 부착된다. 노즐 지지 수단의 각종 부재는 노즐 바(401)에 조정가능하게 끼워지고, 이것이 노즐 장치를 특정의 각도로 그리고 정화조 내의 원하는 높이에 지지하는 프레임 수단 중 일부를 형성한다.

노즐 조정 설비는 스테인레스강으로 제조된다. 노즐 바는 탄소강으로 제조된다. 본 발명의 정화액 배출용 노즐 헤드는 당해 기술 분야에 공지된 것이다.

정화액 배출용 노즐(500)은 일리노이주 엘름허스트 소재 퀄리티 스프레이 프로덕츠사의 모델 넘버 1/4M6.5-7E Tungston Carbide Spray Nozzle이다. 이것은 노즐(500) 장치의 구성, 제거될 오염 물질 및 상기 장치에서 정화될 오염 물질의 성질에 따라 2000 psi 내지 20,000 psi 사이의 원하는 압력으로 정화액을 배출하는 고압 노즐이다.

노즐 조정 프레임(400)(위치 결정 장치)으로 인하여 작업자는 침전물 유입 배출이 노즐 장치(500)로부터 배출 교차면 상에 위치되도록 장착된 침전물 유입 배출 헤드(231)에 대하여 노즐 장치로부터 적절한 배출 교차각을 선택할 수 있다. 그러나, 작업자는 특정의 한정 및 설계에 따라 장치의 상단으로부터 침전물이 유입되도록 할 수 있다. 침전물 유입 장치의 위치는 침전물 유입 장치로 인하여 작업자가 침전물 유입(23)의 슬러리를 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 노즐장치(500)의 배출로부터 교차면을 통과시킬 수 있는 한 상기 장치의 기능에는 중요하지 않다.

상기 장치의 동작 시, 작업자는 처리된 물질로 추가의 정화 사이클을 실행할 수 있다. 한 번 처리된 물질은 동일한 충돌 챔버(20)를 통해 재처리되거나 또는 제2 또는 제3 장치로 보내져서 추가적으로 처리될 수 있다. 그러나, 정화 처리가 최적으로 된 경우 추가적인 처리는 대부분 필요하지 않다는 점을 알았다.

이러한 최적의 처리는 노즐 프레임 상의 적절한 부재를 조정하고, 슬러리 유입의 온도를 조정함으로써 노즐 장치로부터 배출에 의하여 형성된 평면 각도를 조정함으로써 달성된다. 또한, 정화액의 온도는 제거 효율을 높이기 위하여 조정될 수 있다. 정화액의 온도를 화씨 약 100도까지 상승시킨다는 점을 알았다.

추가적인 처리가 필요하지 않은 경우, 처리된 물질은 처리된 슬러지 파이프(33)에 의하여 액체사이클론(30)으로 보내진다. 액체사이클론은 위스콘신주 케노사에 소재한 엔사이클론 인코포레이티드사의 제품으로 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 액체사이클론(30)에서 물/슬러지가 분리된 후, 얻어진 고체는 고체 수집통(40)으로 보내진 다음 고체 이송 펌프(42) 또는 다른 적절한 설비에 의하여 고체 저장조(44)로 이송된다.

액체사이클론(30)에서 분리된 물은 액체 이송 펌프(41)를 거쳐 액체 저장 탱크(43)로 보내져서 후속하여 처리되거나, 또는 본 발명의 응용에 필요한 요구 사항에 따라 작업자가 제공할 수 있는 추가의 파이프에 의한 고체 정화 공정을 통해 재처리될 수 있다.

상기 예에서, 정화액은 파이프(17)릍 통한 시 또는 자치 단체의 상수원으로부터 공급되는 일반적인 수도물로부터 얻을 수 있는 물이다. 물은 화씨 약 100도 내지 160도까지 가열될 수 있다. 정화액은 0도 이상 임의의 온도로부터 화씨 약 200도 정도까지, 또는 화씨 약 33도로부터 약 200도 정도까지일 수 있다.

또한, 물과 같은 정화액은 계면 활성제 디스펜서(6)로부터의 측정된 양의 선택된 계면 활성제와 함께 결합될 수 있다. 본 발명에 사용된 계면 활성제는 위스콘신주 밀워키에 소재한 바이오제네시스사의 바이오-계면 활성제이다.

계면 활성제/정화액의 결합액은 계면 활성제 공급 파이프(180)를 통해 공급되거나 또는 파이프(18)내의 물에 주입함으로써 추후에 장치 내에 공급될 수 있다. 이로써 물과 결합된 측정된 양의 계면 활성제가 정화액의 정화 효율을 강화시키도록 작용한다.

물 자체 또는 물과 계면 활성제의 혼합물(17)은 고압 피스톤 펌프(9)를 통과하며, 여기에서 압력은 약 2,000 psi 내지 최대 약 20,000 psi 사이의 범위로 상승한다. 고압의 물 또는 물과 계면 활성제의 혼합물은 고압 라인(16)을 거쳐 노즐 어셈블리(24)로 통과한다. 노즐 어셈블리(24)는 수도물 자체 또는 계면 활성제(17)와 결합된 수도물은 충돌 챔버(20)의 슬러리 유입 파이프(23)로부터의 흐름과 충돌하도록 분사된다.

충돌 어셈블리의 정면도인 도 2를 참조하면, 프레임(301)이 충돌 챔버(20)의 몸체를 지지한다. 난간(302)으로 프레임된 통로(303)가 제공되어 작업자가 조정 작업 및 관찰할 수 있다. 충돌 챔버(20)의 상단에는 고압 라인(16)이 플랜지(308)에 의하여 충돌 챔버(307) 내에 협동가능하게 고정되어 삽입된다.

충돌 챔버 뚜껑(7)은 플랜지(306)에 의하여 충돌 챔버(20) 몸체에 협동가능하게 고정된다.

충돌 챔버(20)에는 이 충돌 챔버(20)가 노즐 어셈블리(24)를 최적의 성능을 유지할 수 있는 레벨로 확실하게 유지시키도록 설계된 레벨 센서(303)가 고정된다. 충돌 챔버 장치에는 당해 기술 분야에 표준인 믹서 어셈블리(2)가 고정된다. 믹서 어셈블리(2)는 처리된 고체를 무거운 슬러리와 물 성분으로 분리시키는데 사용된다. 믹서 어셈블리(2)를 사용함으로써 미립자 및 다른 고체가 정착되지 않아 혼합물이 슬러리 상태를 확실하게 유지한다.

처리된 물질은 격리 밸브(304)에 의하여 충돌 챔버 어셈블리(20)의 혼합 챔버(1)로 보내진다. 상기 밸브(304)는 당해 기술 분야에 공지된 유형의 밸브이다. 처리된 슬러리는 펌프 설비(31)를 통과하여 액체사이클론(30)으로 보내지거나 또는 파이프 어셈블리(16)에 의하여 충돌 챔버(20)를 통해 재순환된다. 전기 패널(305)이 제공되어 프레임 부재(301) 상에 간편하게 장착시킬 수 있다. 전기 제어 패널(305)을 사용하여 펌프(31) 등을 제어한다. 배출구 창(330)이 충돌 챔버(20)의 측면에 장착되어 제공된다. 배출구 어셈블리(330)로 인하여 작업자는 계면 활성제 물 혼합물 또는 물 혼합물과 미세한 점토 슬러리가 상호작용하는 공정을 관찰할 수 있다.

도 3은 커버(307)를 나타낸 충돌 챔버의 평면도이다. 고압 라인(16)은 충돌 챔버의 상단에 제공되어 있고, 여기서 고압 라인은 고압 계면 활성제 호스(319)에협동가능하게 접한 소켓 용접부(318)에 의하여 노즐 설비(24)에 연결된다. 계면 활성제 물을 고압 노즐(24)로 공급하는 시스템의 다른 설비를 당업자는 이해할 수 있을 것이다.

충돌 챔버 커버(307)는 장착 플랜지(306)에 의하여 충돌 챔버의 몸체에 부착된다. 상기 설비에 있어서, 노즐(24)은 커버(307)에 부착된다. 도 3에는 충돌 챔버(20)의 뚜껑(307)에 위치된 고압 공급 파이프(319) 설비가 도시되어 있다. 고압 공급 라인(319)의 교차점은 고압 공급 파이프(319)를 제2 고압 공급 파이프(319)에대하여 안정적으로 지지하는 플랜지(320)이다. 작업자는 원하는 경우 단지 두 개의 대향하는 노즐(24) 설비를 사용할 수 있다. 여기에는 단지 하나의 고압 공급 파이프(319)만 필요하다. 고압 공급 파이프(319)는 소켓 용접부(318)에 의하여 노즐 어셈블리에 부착된다. 노즐 어셈블리(24)는 도 4에 또한 도시되어 있다.

도 4는 충돌 챔버(20)의 최상단부의 부분개략도이다. 도 4에는 고정 장착부(340)와, 육각형 너트와 볼트(403)에 의하여 협동가능하게 부착된 지지 거싯(342)에 의하여 충돌 챔버(307) 상의 제 위치에 지지된 밸브 및 노즐 어셈블리(24)가 도시되어 있다. 노즐 어셈블리에는 조정 수단(341)이 고정되어 작업자가 노즐 어셈블리(24)를 수평 위치로 유지할 수 있다. 슬러리는 슬러리 공급 파이프(23)에 의하여 충돌 챔버 내로 보내진다. 슬러리는 챔버 내로 공급된 후 상측으로 보내져서 슬러리 유입 노즐(231)로부터 슬러리 유입 파이프로 배출된 다음 슬러리는 노즐 장치 또는 장치들(24)로부터 배출 교차 영역 내로 보내진다. 슬러리 유입 노즐(231)로부터의 배출이 노즐에 충분하게 근접한 영역에 슬러리를 실질적으로 도달시키기에 충분한 압력으로 충돌 챔버 내로 공급된 슬러리는 정화액이 오염 물질을 슬러리로부터 제거하도록 슬러리 상에 효과적으로 작용할 수 있도록 노즐(24)로부터 배출된다.

상기 유량으로 슬러리는 정화 또는 세정되는 노즐 어셈블리(24)의 배출 교차점 내에 상측으로 주입될 수 있다.

도 4는 작업자가 정화 공정을 관찰하기 위해 충돌 챔버(20)의 측벽(201) 내에 고정되어 제공된 수정유리 창(330)의 도면이다. 슬러리의 특징에도 불구하고, 물 또는 계면 활성제와 물과의 혼합물인 정화액을 연속적으로 주입하여 파이프(23)를 통과한 슬러리가 잠시 중단된 경우, 또는 슬러리가 대부분 액체인 경우 유리를 신속하게 정화하고, 슬러리의 정화 공정으로 충돌 챔버(20)의 측면(201)이 정화된다.

도 5는 가장 바람직한 실시예의 노즐 어셈블리의 도면이다. 상기 어셈블리는 4개의 노즐 바(401) 각각을 지지하는 랙 및 거싯 수단의 상호 작용을 안정화시키는 것을 특징으로 한다. 각각의 노즐 바(401)는 노즐 칼라(402)에 의하여 노즐(500)에 고정된다. 노즐 칼라(402)는 육각형 너트(404)에 의하여 고압 계면 활성제 라인(16)에 협동가능하게 고정된다.

노즐(500)로부터의 흐름을 방해하지 않도록 노즐 거싯 브래킷(342)이 노즐(500)의 배출 레벨 상측에 배열되는다.

노즐 바(401)는 노즐 거싯(343, 342)과 협동하여 노즐 구조체(24)를 충돌 챔버(20) 내에 지지하는 프레임을 형성한다. 노즐 바(401)에는 당해 기술 분야에 널리 알려진 조정 수단이 고정된다. 상기의 경우, 노즐 바(401)는 조정 브래킷(341)을 조정함으로써 용이하게 조정된다.

도 5에 도시된 상기 구조체는 모두 도 4에 도시된 바와 같이 충돌 챔버(20)에 고정된다. 노즐 설비를 위치시키는 다른 설비는 본 발명의 작업자는 이해할 수 있을 것이다. 도시된 장치의 특정 배열은 장치의 효율에 지장을 주지 않고 변형시킬 수 있다.

노즐 어셈블리(24)는 노즐(500) 각각 및 모두로부터의 배출이 임의의 어느 하나 또는 모든 다른 노즐(500)과 대략 수평을 이루는 지점에서 배출되도록 위치된다. 상기 배출이 대략 평면 형상인 물의 층을 형성한다. 배출 영역의 대략 중간 지점에는 노즐로부터 분사되는 물이 교차하는 영역이 형성된다. 이 영역이 슬러리 입구(231)로부터 배출되는 흐름 영역이다. 노즐(500) 및 슬러리 입구(231)로부터의 배출에 의하여 형성된 평면의 각도는 상기 장치의 동작 효율성에 영향을 미친다.

노즐(500)로부터 배출된 정화액은 물, 또는 계면 활성제와 결합된 물, 온수, 또는 수도물과 결합된 온수일 수 있다. 수도물과 결합된 정화액은 혼합물일 수 있거나 또는 계면 활성제는 정화액 파이프(12) 내로 주입될 수 있고, 이 파이프는 정화액을 고압 피스톤 펌프(9)로부터 노즐 공급 라인(319) 즉 노즐(500)로 이송한다.

장치를 응용하는데 있어서 전술한 설명에서의 조건 및 매개변수를 사용하였고, 다음 예에 더 상세하게 설명한다.

예 1

상기 예를 위해 구성된 장치는 미립자 및 점토를 정화하는 연속 흐름 장치이다. 일련의 충돌 챔버에서의 평행 공정을 사용하여 시간당 80 내지 100 입방 야드를 처리하였다.

4000 ppm 이상의 폴리-아로마 탄화수소(PAH)로 오염된 침전물을 선택하여 정화하였다. 오염된 침전물은 입자 평균이 38마이크론 이하인 주로(81%) 중간 실트이었다. 침전물은 큰 입자 물질을 분리시키기 위하여 먼저 처리하였다. 큰 입자 물질은 표준 입자 정화기로 보내 처리하였다. 물질은 슈레더로 회색빛으로 흐른 다음 사전 처리된 탱크를 통과한다. 분리된 물질을 물과 바이오-계면 활성제 화학 제품과 블랜딩, 가열 및 혼합시켰다. 이것이 슬러리를 형성한다.

다음에 슬러리를 두 개의 흐름으로 입자 크기를 분류하는 셰이커 스크린 분리기를 통과시켰다. 직경이 0.5mm 이상인 물질은 입자가 표준형 큰 입자 흙 정화기로 돌렸다. 0.5mm 이하인 물질은 침전물 정화기 공급 호퍼로 연속해서 이송시켰다. 상기 호퍼로부터 슬러리를 침전물 혼합 챔버로 이송시켜 여기에서 2% 바이오-계면 활성제(위스콘신주 밀워키 소재 바이오제네시스사 제품) 및 수도물로 이루어진 용액으로 처리하였다. 이것은 먼저 오염 물질과 입자 사이의 결합을 느슨하게 하였다. 슬러리를 화씨 160도까지 가열시켰다.

슬러리, 물 및 계면 활성제 혼합물을 가열시킨 후, 혼합물(상기 예에서는 슬러리라고 함)을 충돌 챔버로 이송시켜 여기에서 슬러리를 4개의 노즐 장치가 교차하는 영역 내로 주입시켰다.

다음에 처리된 슬러리는, 물질이 처리된 후 충돌 챔버의 바닥으로 낙하하기때문에, 중력에 의하여 충돌 챔버의 하단부에 수집된다.

3개의 충돌 챔버/충돌 정화기 세트를 일렬로 연결시켜 연속적으로 정화하였다. 다음에 처리된 슬러리를 액체사이클론을 통과시켜 고체를 5 내지 10 마이크론크기로 작게 분리시켰다. 자유로운 액체를 원심분리기로 보내 최종적으로 고체-액체를 분리시켰다.

고체는 깨끗한 흙 더미로 보내는 반면, 모든 액체는 폐수 처리 시스템으로 보내 유기 및 무기 오염 물질을 제거시켰다. 오염 물질을 제거시킨 물은 공정을 통해 재생시켰다. 처리된 침전물 및 미립자에 대한 정화 효율을 시험하였다. 정화 효율은 이들 방법을 적용함으로써 90퍼센트를 초과하는 것으로 판명되었다.

예 2 내지 7에서 다음의 일반적인 조건을 채택하였다.

입자 크기는 10, 50, 100 및 200 메시를 통과하는 입자로 선택하였다. 시험 오염 물질은 입자에 가해져서 약 12시간 동안 입자 상에 잔류할 수 있는 윤활유이었다. 윤활유는 중간 정도의 중량인 유기 오염 물질을 대표적인 오염 물질로 선택하였다. 분자 중량이 보다 경량인 오염 물질은 모든 조건 하에서 제거 백분율이 높을 수 있는 반면, 분자 중량이 보다 중량인 오염 물질은 제거 효율이 약간 낮을 수 있다.

그러나, 본 발명을 사용하는 모든 경우에 있어서 상기 장치가 특정의 오염 물질 제거 작업에 최대 효율로 사용되었을 때 정화 효율은 90% 이상될 수 있다.

선택된 정화액은 물이다. 다음 예에서, 장치의 기계적 효율에 영향을 미치지 않도록 사용된 정화액에 계면 활성제 또는 다른 정화 화학 제품을 가하지 않았다. 계면 활성제는 전술한 바와 같이 본 발명의 효율을 증가시키기 위하여 정화액에 가할 수 있다.

예 1에서 알 수 있는 바와 같이, 정화액에 정화 화학 제품을 사용하거나, 또는 흙 및 침전물 슬러리와 혼합시켜 사용하면 오염 물질 제거 효율이 상승된다.

다음 예 각각에 있어서, 정화액을 배출시키는 노즐로부터의 흐름은 당연히 평면을 형성한다. 노즐 각각은 장치의 중앙 지점쪽을 향하는 노즐 배출부를 가진 프레임 부재에 부착된다.

노즐 장치의 배출에 의하여 형성된 평면 각각은 장치의 높이와 실질적으로 동일하며, 다음 예에서 알파로 정의된다. 알파가 0인 경우, 노즐 장치로부터의 배출과 침전물 슬러리의 유입 흐름의 방향에 의하여 형성된 평면은 평행, 즉 동일 방향으로의 흐름이다. 상기 예에서 유입되는 침전물과 노즐 장치로부터 배출 사이에 충돌이 일어나지 않는다. 노즐 장치로부터의 배출과 유입되는 침전물 사이의 각도가 90도인 경우, 노즐 배출 방향 및 이들 배출 내의 침전물은 대략 직각이다. 배출 각도가 증가할 때, 유입 흐름 및 노즐 흐름이 서로 정반대로 대향한다.

노즐 흐름 장치로부터의 배출과 침전물 유입 장치 사이의 각도는 더 조정될 수 있다. 단일 평면 내로 실질적으로 배출되는 노즐 장치로부터의 흐름 각도는 침전물 배출로부터의 유입에 대하여 대략 30도가 가장 바람직하다.

다음 예 각각에 있어서, 노즐 개수는 하나의 배출 노즐과 4개의 배출 노즐 장치 사이로 변경시킬 수 있다. 상기 결과에 따라 노즐 장치로부터의 배출은 4개의 노즐 장치에서 최적이라는 결론을 얻었다. 한 개의 노즐 장치로는 최소의 제거또는 효율성이 달성된다.

다음 예 각각에 있어서, 슬러리 유입 흐름의 배출 방향에 대한 노즐 배출을 한정하는 평면 각도가 본 발명의 효율성을 한정하는데 있어 중요하다는 점이 도시되어 있다. 노즐 배출 및 침전물 유입을 형성하는 평면 사이의 각도가 30도로 증가될 때, 최적의 결과를 얻었다.

전술한 정보를 다음 예 각각 및 모두에 사용하였다.

예 2

상기 예에서, 50 메시 이상 및 50 메시 이하의 입자를 선택하였다. 상기 예에서는, 정화액의 온도를 화씨 100도로 유지시켰다. 사용된 노즐 장치의 개수는 4개이었다. 노즐 배출과 유입 흐름에 의하여 형성된 평면 사이의 교차 각도는 135도로 유지하였다.

각 노즐로부터의 배출을 노즐당 6,000 psi, 8,000 psi 및 12,000 psi에서 압력을 시험하였다. 입자 크기가 50 메시 이하일 때 노즐 장치로부터의 배출은 8,000 psi와 12,000 psi 사이의 범위에서 200 메시를 통과하는 입자 상에서 제거 효율이 99%가 되었다. 표 1을 참조한다.

표 1

예 3

상기 예에서, 사용된 노즐 개수는 4개이었고, 각각의 노즐은 정화액을 6,000 psi로 배출한다. 노즐 장치의 배출과 유입 흐름에 의하여 형성된 평면 사이의 배출 각도는 90도로 유지하였다.

상기 예에서, 정화액의 온도는 화씨 100도 이상과 이하의 범위에서 시험하였다. 이들 온도는 크고 작은 입경 양자 모두에 효과가 높지 않았다(표 2 참조).

표 2

온도는 화씨 100도 내지 160도 사이로 유지되어야 상기 예에서 오일과 같은 오염 물질을 제거할 때 200 메시를 통과하는 입자 상에 99%의 효율을 얻을 수 있다. 장치를 달리 응용하여 오염 물질의 유형 및 슬러리 내의 처리된 입자의 평균 크기에 따라 보다 높거나 낮은 최적의 정화액 온도를 사용할 수 있다.

예 4

상기 예에서 노즐로부터의 배출과 유입 흐름에 의하여 형성된 평면 사이의 교차 각도를 슬러리 흐름에 대하여 45도로 조정하였다. 상기 예에서 각각의 노즐로부터의 배출은 일정한 6,000 psi로 유지시켰다. 정화액의 온도는 화씨 100도로 유지시켰다.

상기 예에서, 노즐 개수를 늘리면 입자 크기에 상관없이 효율을 대략 직선으로 증가시켰다. 그러나, 노즐 장치의 배출과 유입 흐름 사이의 각도는 알파가 45도에서 시험할 입경에 상관없이 약 90%의 제거율을 얻었다. 따라서 45도에서의 배출 각도는 200 메시인 물질에 대하여 효율이 대략 낮을 수 있다. 표 3을 참조한다.

표 3

예 5

상기 에에서, 노즐 장치로부터의 배출을 6,000 psi로 유지시켰다. 정화액의 온도는 화씨 100도로 유지시켰다.

상기 예에서, 노즐 장치로부터의 배출과 유입 흐름의 교차 각도는 45도 내지 90도로 증가시켰다. 이로써 가장 작은 입경에 대한 오염 물질의 제거 효율이 상당히 상승하였다. 상기 예에서, 3개 또는 4개의 노즐을 사용하여 모든 입경에 대하여 약 95% 내지 약 97%의 제거가 달성되었다. 표 4를 참조한다.

표 4

예 6

상기 예에서, 노즐 장치로부터의 배출을 6,000 psi로 또한 유지시켰다. 정화액의 온도를 화씨 100도로 유지시켰다. 상기 예에서, 노즐 장치의 배출점과 유입 흐름 사이의 각도를 90도 내지 135도로 증가시키면 예 5에서 얻은 결과보다 오염 물질의 제거 효율이 크게 개선되지 않았다. 표 5를 참조한다.

표 5

예 7

상기 예에서 노즐 장치로부터의 배출 사이의 각도 및 침전물 유입의 방향과 노즐 장치로부터의 흐름 방향을 정하는 액세스 사이에 정해진 각도를 변경시켰다. 상기 예에서, 노즐 장치로부터의 배출 압력을 6,000 psi로 유지시켰다. 표 8에서알 수 있는 바와 같이 노즐 흐름과 침전물 유입 사이의 각도를 약 30도 증가시키면거의 효과가 없다.

노즐 배출과 침전물 유입을 형성하는 평면 사이의 각도를 30도까지 증가시킬 때, 표 6에 나타낸 바와 같이 최적의 결과를 얻었다.

표 6

표 7

표 8

본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 기재된 장치 및 방법을 여러 가지로 변형 및 조정할 수 있다.

Claims (30)

1. 오염된 미립자를 정화하는 장치에 있어서,

   상기 미립자는 액체 매체 내에 포함되어 슬러리를 형성하는 직경 5밀리미터 이하의 크기를 가지며,

   상기 장치는 실질적으로 둘러싸인 용기 내에 위치되고, 상기 용기에는 상기 용기 내에 부착된 노즐 지지 수단을 갖는 프레임을 부착하는 수단이 고정되며,

   상기 용기는

   a) 상기 프레임에 협동가능하게 부착되며 약 2,000 psi 내지 약 20,000 psi의 액체 배출 용량을 각각 갖는 적어도 하나의 고압 노즐,

   b) 슬러리 유입 흐름을 상기 각각의 노즐로부터 배출 영역 내로 배출하도록 위치되는 슬러리 입구,

   c) 상기 각각의 노즐로부터 배출 흐름을 상기 노즐 사이의 대략 중간점에 위치된 수렴 영역으로 향하게 하는 수단,

   d) 상기 프레임 및 상기 각각의 노즐에 협동가능하게 부착되며, 상기 각각의 노즐의 배출이 슬러리 유입 장치로부터의 배출과 교차하도록 특정 지점으로 향하게할 수 있는 조정 수단,

   e) 노즐 장치로부터 실질적으로 평면 구성으로 배출 흐름을 조정하는 수단,

   f) 상기 슬러리를 상기 배출 영역 내로 주입함으로써 노즐로부터의 배출이 상기 오염된 미립자로부터 오염 물질을 제거하도록 작용하는 수단, 및

   g) 상기 노즐 장치와 슬러리의 교차 각도가 0도와 180도 사이가 되도록 상기 노즐로부터의 배출을 조정하는 수단

   을 포함하는 장치.
2. 제1항에 있어서,

   적어도 2개의 노즐 장치가 프레임 상에 배열되는 장치.
3. 제1항에 있어서,

   3개의 노즐 장치가 대략 서로 등거리로 프레임 상에 배열되는 장치.
4. 제1항에 있어서,

   4개의 노즐 장치가 대략 서로 등거리로 프레임 상에 배열되는 장치.
5. 제1항에 있어서,

   5개의 노즐 장치가 대략 서로 등거리로 프레임 상에 배열되는 장치.
6. 제1항에 있어서,

   6개의 노즐 장치가 대략 서로 등거리로 프레임 상에 배열되는 장치.
7. 제1항에 있어서,

   하나의 노즐 장치가 약 10,000 psi 내지 약 20,000 psi로 액체를 배출하는 장치.
8. 제1항에 있어서,

   하나의 노즐 장치가 슬러리 입구 흐름 배출에 대하여 약 10도 내지 약 180도로 액체를 배출하는 장치.
9. 제1항에 있어서,

   노즐 수단으로부터의 배출과 흙 슬러리 사이의 교차 각도가 30도 내지 90도 사이인 장치.
10. 제1항에 있어서,

    노즐 수단으로부터의 배출과 흙 슬러리 사이의 교차 각도가 약 10도 내지 약 100도 사이인 장치.
11. 제1항에 있어서,

    노즐 수단으로부터의 배출과 슬러리 입구 흐름 사이의 교차 각도가 약 90도인 장치.
12. 제1항에 있어서,

    노즐 수단으로부터의 배출과 슬러리 입구 흐름 사이의 교차 각도가 약 30도인 장치.
13. 제1항에 있어서,

    각각의 노즐이 약 5,000 psi 내지 약 15,000 psi로 액체를 배출하는 장치.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    각각의 노즐이 약 5,000 psi 내지 약 15,000 psi로 액체를 배출하는 장치.
15. 제1항에 있어서,

    상기 노즐 중 적어도 2개 노즐의 배출점 사이의 거리가 약 12cm 내지 약 52cm인 장치.
16. 제1항에 있어서,

    액체가 상기 노즐로부터 화씨 약 35도 내지 약 200도 사이의 온도로 배출되는 장치.
17. 제1항에 있어서,

    액체가 상기 노즐로부터 화씨 약 100도의 온도로 배출되는 장치.
18. 오염된 흙을 정화하는 방법에 있어서,

    a) 흙 입자 크기가 직경 약 5mm 이하인 오염된 흙을 선택하는 단계,

    b) 슬러리를 형성하도록 상기 오염된 흙 입자를 액체 매체와 결합시키는 수단을 제공하는 단계,

    c) 적어도 2개의 정화액 흐름을 충돌시키는 수단을 제공하는 단계, 여기서 상기 각각의 흐름은 노즐 배출 수단으로부터 흐르며, 배출 수단은 상기 흐름이 교차하는 근방에 난류대를 형성하도록 서로 실질적으로 대향하고,

    d) 상기 슬러리를 상기 정화액 배출 흐름의 상기 교차 영역 내로 주입하는 수단을 제공하는 단계, 및

    e) 상기 슬러리가 상기 정화액 흐름의 교차 영역을 통과한 후 상기 슬러리를 수집하고, 미립자가 상기 정화액 흐름의 상기 교차 영역으로부터 배출된 후 상기 슬러리를 액체 및 미립자로 분리시키는 수단을 제공하는 단계

    를 포함하는 방법.
19. 제18항에 있어서,
20. 제18항에 있어서,

    상기 노즐에 의하여 배출된 액체는 물인 방법.
21. 제18항에 있어서,

    상기 노즐에 의하여 배출된 액체는 물과 계면 활성제의 혼합물이고, 상기 액체의 계면 활성제 함유 비율은 약 0.1% 및 약 5%인 방법.
22. 제18항에 있어서,

    상기 슬러리는 중량으로 약 5% 내지 약 50%의 고체를 함유하는 방법.
23. 제18항에 있어서,

    상기 슬러리는 중량으로 약 35%의 고체를 함유하는 방법.
24. 제18항에 있어서,

    상기 슬러리의 온도가 화씨 약 33도 내지 약 200도인 방법.
25. 제18항에 있어서,

    상기 슬러리의 온도가 화씨 약 100도 내지 약 160도인 방법.
26. 제19항에 있어서,

    노즐 개수가 4개인 방법.
27. 제18항에 있어서,

    상기 슬러리가 약 49%의 물, 약 50%의 흙 및 약 1%의 계면 활성제를 함유한계면 활성제와 혼합되는 방법.
28. 오염된 미세한 흙, 점토 및 실트와 점토로부터 오염 물질을 분리시키는 장치에 있어서,

    상기 장치는 실질적으로 폐쇄된 용기 내에 포함되고,

    상기 장치가 고정된 상기 용기는

    a) 상기 용기 내에 협동가능하게 고정되며 적어도 하나의 고압 노즐이 고정된 프레임,

    b) 상기 프레임은 상기 노즐의 배출 각도를 조정하도록 프레임에 부착된 조정 수단을 갖고,

    c) 상기 노즐 수단은 상기 노즐로부터의 배출이 처리될 슬러리의 흐름 방향과 직각이 되도록 위치된 상기 노즐의 배출을 갖고,

    d) 상기 노즐 수단은 액체 소스에 추가로 연결되고,

    e) 상기 액체는 가압 상태로 상기 노즐 수단으로 이송되고,

    f) 이송 액체 내의 직경이 약 5mm인 미립 물질을 함유하는 슬러리를 상기 노즐 수단의 배출 교차점으로 이송하는 수단, 및

    g) 미립 물질이 상기 노즐의 배출점을 통과한 후 상기 미립 물질 및 상기 액체를 수집하는 수단

    을 포함하는 장치.
29. 제28항에 있어서,

    노즐 개수가 적어도 2개인 장치.
30. 제29항에 있어서,

    상기 각각의 노즐로부터의 배출이 약 2,000 psi 내지 약 20,000 psi인 장치.