KR20030070451A - 토양 및 지하수의 복원을 위한 유기화합물 추출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양 및 지하수의 복원을 위한 유기화합물 추출장치에 관한 것으로서, 지하에 매설되는 부분의 일정구간에 유체유입을 위한 투과스크린이 형성되어 있는 튜브형태의 추출정; 상기 추출정의 중공에 수용되는 추출관; 흡입력을 제공하도록 상기 추출관의 상단과 연통되는 흡입수단; 상기 추출관 하단의 흡입구를 그 내부에 수용한 상태에서 상기 추출관에 결합되며, 내부 수용공간으로 나플이 유입되도록 그 상부 모서리를 따라 톱날형의 웨어가 형성되어 있는 나플용기; 및 상기 나플용기에 설치되어 추출정 내부에 유입된 지하수의 표면에 상기 나플용기가 떠 있도록 부력을 제공하는 플로팅부재;를 포함하며, 지하수의 수위변동에도 상기 나플용기가 지하수 표면에 떠 있는 상태를 유지하도록 상기 추출관이 신축성을 가지는 것을 특징으로 하는 추출장치가 개시된다.

Description

토양 및 지하수의 복원을 위한 유기화합물 추출장치{Apparatus for extracting organic compounds for soil and groundwater remediation}

본 발명은 토양 및 지하수의 복원을 위한 유기화합물 추출장치에 관한 것으로서, 특히 토양내의 증기상 유기화합물(Vapor-phase organic compounds)과 지하수 표면에 유동하는 액상 유기화합물인 LNAPL(Light Nonaqueous Phase Liquid; 이하, 나플이라고 지칭함)을 추출하기 위한 추출장치에 관한 것이다.

오염된 토양 및 지하수에 대한 현장복원을 위해 일반적으로 사용되는 정화기술로는, 토양 내부에 존재하는 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOC)을 진공압력으로 추출하는 SVE기법과, 토양 내에 산소나 영양분을 주입하여 미생물의 생분해 활동을 활성화시킴으로써 유기화합물을 제거하는 BV기법, 지하수 내에 공기를 주입함으로써 지하수에 용존되어 있는 VOC를 기상으로 전이시킨 후 진공추출에 의해 제거하는 AS(Air Sparging)기법 등을 들 수가 있다.

이러한 기술들은 토양 내 불포화지대 또는 지하수에 용존되어 있는 저농도의 VOC 또는 생분해가 가능한 유기화합물을 제거할 수 있으며, 특히 추출기법은 기상의 유기화합물에 대해서만 가능한 것이 일반적인 기술현황이다.

최근에 관심이 모아지고 있는, 토양내의 불포화 층과 지하수 표면에 고농도로 분포되어 있는 유기화합물을 동시에 추출하기 위한 기술로는, 도 1에 부분확대되어 도시된 바와 같이 토양(S) 내의 증기와 지하수층(W)의 지하수가 유입되도록다수의 유입구를 가지는 스크린(1a)을 추출파이프(1)에 형성하고, 그 내부 중공에는 증기추출관(2)을 수용한 후 수분분리기(4)가 구비되어 있는 블로워(5)를 이용해 증기를 추출하는 공정과, 상기 추출파이프(1)의 중공 내에 추가적으로 설치되는 지하수추출관(3)을 통해 지하수를 추출하여 처리하는 공정을 수행함으로써 증기와 지하수를 개별적으로 추출하게 되는 DPE(Dual Phase Extraction)공정을 들 수 있다.

이러한 DPE공정은 지하수 추출공정과 토양증기 추출공정이 상호 독립적으로 수행되므로 각각의 운전 조절이 용이하나, 장치가 복잡하고 설치비용이 많이 들며, 지하수중에 잠겨 있는 수중펌프의 잦은 고장으로 가동이 불안정한 단점이 있으며, 과도한 양의 지하수가 배출되므로 이에 대한 재처리가 용이하지 않은 문제가 있다.

또 다른 추출기술로는, 도 2에 부분확대되어 도시된 바와 같이 스크린(1a)이 형성된 추출파이프(1)의 중공에 흡입파이프(6)를 설치하고, 수분분리기(4)가 구비되어 있는 단일의 펌핑부(5)를 이용하여 토양증기와 지하수를 동시에 추출한 후 배출펌프(7)를 통해 수분을 분리하는 방식으로 분리처리하게 되는 TPE(Two Phase Extraction)공정이 알려져 있다.

그러나, 이러한 TPE공정의 경우 지하수 표면에 떠 있는 나플만을 선택적으로 추출할 수 없으므로 배출되는 지하수의 양이 많아 기상과 액상의 유기화합물을 서로 분리하기 위한 설비비용이 많이 드는 단점이 있다. 특히, 지하수의 수위가 급격히 높아질 경우에는 나플 및 지하수의 과다한 유입으로 토양증기 추출의 성능저하와 추출된 지하수의 재처리 비용이 크게 상승하게 되고, 지하수의 수위가 급격히 낮아질 경우에는 흡입파이프(6)에 유입되는 나플과 지하수의 양이 현저히 줄어들게되므로 펌핑을 위해서 높은 진공압력이 요구되고, 이에 따라 상기 펌핑부(5)로서 송풍기와 같이 소규모의 펌핑수단은 사용할 수 없는 취약점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 지하수의 수위변동에 관계없이 지하수 표면에 떠 있는 나플을 지하수와 선별하여 추출할 수 있도록 하는 추출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 단일의 흡입수단과 단일의 추출관을 통해 나플과 토양내의 증기상 유기화합물을 동시에 추출할 수 있도록 하는 추출장치를 제공하는데 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 DPE 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 종래의 기술에 따른 TPE 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기화합물 추출장치의 구성을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기화합물 추출장치의 구성을 나타내는 도면.

도 5는 도 4에서 흡입수단으로서 2kw의 송풍기를 사용했을 경우의 추출압력에 따른 유기화합물 추출속도의 분포예를 보여주는 그래프.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10...추출정 10a...투과스크린 11...추출관

12...플로팅부재 13...나플용기 13a...웨어

14...수분분리기 15...흡입수단

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 토양 및 지하수의 복원을 위한 유기화합물 추출장치는, 지하에 매설되는 부분의 일정구간에 유체유입을 위한 투과스크린이 형성되어 있는 튜브형태의 추출정; 상기 추출정의 중공에 수용되는 추출관; 흡입력을 제공하도록 상기 추출관의 상단과 연통되는 흡입수단; 상기 추출관 하단의 흡입구를 그 내부에 수용한 상태에서 상기 추출관에 결합되며, 내부 수용공간으로 나플이 유입되도록 그 상부 모서리를 따라 톱날형의 웨어가 형성되어 있는 나플용기; 및 상기 나플용기에 설치되어 추출정 내부에 유입된 지하수의 표면에 상기 나플용기가 떠 있도록 부력을 제공하는 플로팅부재;를 포함하며, 지하수의 수위변동에도 상기 나플용기가 지하수 표면에 떠 있는 상태를 유지하도록 상기 추출관이 신축성을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 추출관은 소정 턴수의 나선형으로 말려지는 유연한 고분자재질로 이루어짐으로써 신축성을 가지게 된다.

본 발명에는 토양 내의 증기상 유기화합물이 상기 추출관 내부로 유입되도록 추출관의 일측에 증기유입구가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 추출관과 흡입수단 사이에는 수분분리기가 개재되어 추출된 유체에서 수분을 분리하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기화합물 추출장치의 구성을 개략적으로 보여주는 측단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명은 토양에 삽입되는 추출정(10)과, 상기 추출정(10) 내부에 수용되는 추출관(11), 상기 추출관(11)의 하단에 설치되는 나플용기(13) 및 상기 추출관(11)의 상단과 연통되며 흡입력을 제공하게 되는 흡입수단(15)을 포함한다.

추출정(10)은 그 하단이 열려있는 튜브형태의 관으로서, 지하에 매설되는 부분의 일정구간에는 토양증기나 지하수와 같은 유체가 상기 추출정(10) 내부의 중공으로 용이하게 유입될 수 있도록 다수의 유입구가 구비되는 투과스크린(10a)이 형성된다.

상기 추출정(10)의 내부 중공에 수용되는 추출관(11)은 그 하단부에 설치되는 나플용기(13)를 신축성을 가지며 지지하는 동시에, 상기 나플용기(13) 내부에 수용된 나플을 흡입하여 지상으로 배출하는 관에 해당한다.

이때, 상기 추출관(11)에 흡입력을 제공하는 흡입수단(15)으로는 송풍기를 비롯하여 진공펌프 등 다양한 수단이 채용가능하다.

한편, 신축되며 나플용기(13)를 지지하기 위해 상기 추출관(11)은 바람직하게, 말림(Rolling)이 용이한 고분자재료로 구성되며, 예컨대 1회 혹은 2회 턴(Turn)수의 나선형 구조를 가짐으로써 나플용기(13)의 높이에 따라 신축이 이루어지게 된다. 여기서, 본 발명이 이러한 구조에 한정되지 않고 나플용기(13)의 상하 위치변화에 따라 신축되며 상기 나플용기(13)를 지지하도록 추출관(11)의 재료와 구조에 다양한 변형이 있을 수 있음은 물론이다.

추출정(10) 내에 유입된 지하수 표면에 떠 있게 되는 나플용기(13)는 예컨대, '컵'과 같은 형상을 가지는 용기로서, 그 상부 모서리에는 바람직하게, 톱날형상의 웨어(Weir)(13a)가 형성되어 지하수 표면에 유동하는 나플만이 상기 웨어(13a)를 통해 용기내부로 유입된다.

나플용기(13)는 추출관(11)의 하단부에 고정설치되며, 그 내부 수용공간의 중심부에는 상기 추출관(11) 하단의 흡입구가 위치하여 수용된 나플을 흡입하게 된다.

전술한 바와 같이 상기 나플용기(13)는 신축성을 가지는 추출관(11)에 의해 지지가 되므로 지하수의 수위변동에 관계없이 지하수 표면에 위치하게 된다. 이때, 상기 나플용기(13) 내부에 나플이 유입됨에 따라 상기 나플용기(13)가 하측으로 가라앉는 것을 방지하도록 부력제공을 위한 플로팅부재(12)가 부착된다. 이때, 상기 플로팅부재(12)로는 적어도 하나 이상의 구형 부레가 바람직하게 채용될 수 있을것이다.

상기 나플용기(13)에 수용되는 나플은 추출관(11)을 경유하여 흡입수단(15) 측으로 흡입된다. 이때, 추출관(11)과 흡입수단(15) 사이에는 수분분리기(14)를 개재하여 추출된 나플에 함유된 수분을 분리하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기 추출관(11)의 일측에 증기유입구를 형성하여 나플과 함께 토양 내의 증기상 유기화합물을 추출하게 되는 추출장치가 제공된다.

도 4는 이를 위한 바람직한 실시예를 나타내고 있다. 도면을 참조하면, 추출관(11)은 상부추출관(11b), 하부추출관(11c) 및 연결관(11a)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상부추출관(11b)은 추출정(10) 상부에 고정되며, 하부추출관(11b)은 상기 상부추출관(11b)의 하부에 삽입된다. 이때, 상부추출관(11b)과 하부추출관(11c) 사이에는 증기의 흐름통로가 되는 빈공간, 즉 증기유입구(H)를 형성하도록 상부추출관(11b)의 내경보다 하부추출관(11c)의 외경이 작도록 구성이 된다. 아울러, 상기 상부추출관(11b)에 대하여 하부추출관(11c)을 고정하도록 연결관(11a)이 더 구비된다. 도면에서 화살표는 상기 증기유입구(H)로 증기상 유기화합물이 유입되는 모습을 나타낸다.

바람직하게, 본 발명에는 흡입수단(15) 후단에 배기가스 처리기(16)가 더 포함되어 추출된 토양증기 중 VOC등과 같은 유해물질에 대한 제거처리를 수행하게 된다.

이와 같은 구성을 통해, 추출정(10) 내부로 유입된 토양증기가 상기 증기유입구(H)를 통해 빠르게 통과되면, 추출관(11) 내부에 압력강하로 인한 흡입력이 발생하게 되므로 추출관(11) 하단부의 나플 흡입력이 증대됨과 더불어 토양 내의 증기상 유기화합물을 추출할 수 있게 된다.

도 5는 이상과 같이 추출장치를 구성하고, 특히 흡입수단(15)으로서 출력 2kw의 소규모 송풍기를 사용한 실시예에 있어서, 추출압력에 따른 물질의 추출속도 분포를 개략적으로 보여주는 도면이다. 본 발명에 의하면, 지하수 표면에서 나플을 선별하여 흡입하며, 이와 동시에 증기상의 유기화합물을 추출하게 되므로 작은 진공압의 송풍기를 사용하더라도 등유, 물, 경유 등의 물질들이 높은 효율로 추출되고 있음을 알 수 있다.

그러면, 상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명의 특징에 따른 동작을 정리하여 설명하기로 한다.

본 발명에 의하면, 나플용기(13)의 상부 모서리를 따라 웨어(13a)가 형성됨으로써 나플만이 선별되어 나플용기(13) 내부에 유입되고, 상기 나플용기(13)의 내부공간에 추출관(11) 하단의 흡입구가 위치하여 흡입수단(15)의 구동시 추출관(11)을 통해 지상으로 나플의 배출이 이루어지게 된다.

특히, 상기 나플용기(13)에는 플로팅부재(12)가 부착되어 지하수 표면에 떠 있는 상태를 유지하게 되고, 상기 나플용기(13)를 지지한 상태에서 나플을 흡입하는 추출관(11)이 바람직하게, 나선형으로 말려 있는 부분을 포함하는 유연한 고분자 재료로 구성되어 나플용기(13)의 움직임에 따라 신축되므로 지하수의 수위변동에 관계없이 나플용기(13)가 지하수 표면에 일정하게 떠 있는 상태를 유지하게 된다.

한편, 본 발명에는 추출관(11)에 유체유입구(H)가 더 형성됨으로써 나플 제거와 함께 토양증기의 추출공정이 수행된다. 즉, 상부추출관(11b)과, 유체의 흐름통로가 되는 유체유입구(H)가 형성되도록 상기 상부추출관(11b)에 삽입되는 하부추출관(11c)을 포함하는 추출관(11)의 구성을 통해, 추출정(10) 내부로 유입된 토양증기가 상기 유체유입구(H)를 통해 추출관(11) 내부로 흡입되고, 이때 추출관(11) 내부에 압력강하로 인한 흡입력이 부가되어 높은 효율로 나플 및 증기상 유기화합물의 추출이 이루어지게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 유기화합물 추출장치에는 웨어가 형성된 나플용기가 구성되므로 지하수로부터 나플을 선별하여 제거할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 이와 같이 나플만을 선별하여 흡입할 수 있으므로 송풍기와 같이 진공압이 작은 흡입수단이나 소규모의 수분분리기를 사용할 수 있게 되어 설비비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 유연하고 신축성을 가지는 추출관을 통해 지하수의 수위변동에 관계없이 나플용기를 지지하며 나플을 추출하게 되므로, 지하수의 변동이 심한 지역의 오염문제를 경제적이고 효과적으로 해결할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 지하에 매설되는 부분의 일정구간에 유체유입을 위한 투과스크린(10a)이 형성되어 있는 튜브형태의 추출정(10);

   상기 추출정(10)의 중공에 수용되는 추출관(11);

   흡입력을 제공하도록 상기 추출관(11)의 상단과 연통되는 흡입수단(15);

   상기 추출관(11) 하단의 흡입구를 그 내부에 수용한 상태에서 상기 추출관(11)에 결합되며, 내부 수용공간으로 나플이 유입되도록 그 상부 모서리를 따라 톱날형의 웨어(13a)가 형성되어 있는 나플용기(13); 및

   상기 나플용기(13)에 설치되어 추출정(10) 내부에 유입된 지하수의 표면에 상기 나플용기(13)가 떠 있도록 부력을 제공하는 플로팅부재(12);를 포함하며,

   지하수의 수위변동에도 상기 나플용기(13)가 지하수 표면에 떠 있는 상태를 유지하도록 상기 추출관(11)이 신축성을 가지는 것을 특징으로 하는 추출장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 추출관(11)은 소정 턴수의 나선형으로 말려지는 유연한 고분자재질로 이루어짐으로써 신축성을 가지게 되는 것을 특징으로 하는 추출장치.
3. 제 1항에 있어서,

   토양 내의 증기상 유기화합물이 상기 추출관(11) 내부로 유입되도록추출관(11)의 일측에 증기유입구(H)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 추출장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 추출관(11)은,

   추출정(10) 상부에 고정되는 상부추출관(11b);

   그 외경과 상기 상부추출관(11b)의 내경 사이에 빈공간을 형성한 상태로 상부추출관(11b)의 하부에 삽입되는 하부추출관(11c); 및

   상기 상부추출관(11b)에 대하여 하부추출관(11c)을 고정하기 위한 연결관(11a);을 포함하며,

   상기 빈공간이 상기 증기유입구(H)에 해당하는 것을 특징으로 하는 추출장치.
5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 추출관(11)과 흡입수단(15) 사이에 개재되어 추출된 유체에서 수분을 분리하기 위한 수분분리기(14);를 더 포함하는 추출장치.