KR20040021765A - 유기 화합물로 오염된 토양의 향상된 복합 토양복원 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기화합물로 오염된 토양을 정화처리할 때, 환경친화적이며 영구적인 태양열 에너지를 이용하여 전통적인 토양복원 효율을 향상시키는 복합 토양복원 시스템 개발에 관한 것이다.

오염된 토양의 정화처리는 오염원의 특성과 흙 시스템 내에 오염물이 어떠한 상으로 분포하고 있는가에 따라 다르다. 특히, 오염물의 특성은 토양복원 시스템의 선택이나 효율에 큰 영향을 미친다. 유기화합물로 오염된 토양의 전통적인 원위치 토양복원 시스템은 토양증기추출법과 바이오벤팅(생물주입배출법), 생물학적분해법 등이 있다. 하지만, 단일 토양복원의 한계성과 정화효율을 높이기 위해 복합 토양복원 시스템의 개발이 활발히 연구되고 있다.

이에 본 발명은 환경에 무해하고 영구적인 태양열을 이용하여 휘발성 유기화합물의 국한된 토양증기추출법의 대상 오염물의 범위를 확대하고, 정화효율을 향상시켜며 정화기간을 단축하고, 잔류 화합물의 정화처리를 위해 따뜻한 공기를 주입함으로서 미생물의 활성도를 최적상태로 지중의 온도를 유지하는 환경친화적인 복합 토양복원 시스템의 개발과 설계에 관한 것이다. 이러한, 본 발명의 특성은 ⅰ) 환경에 무해하고, 영구적인 태양열을 이용하여 환경친화적인 복합 토양복원 시스템; ⅱ) 태양열을 이용한 가열토양증기추출법을 적용하여 휘발성 유기 화합물뿐만 아니라 준휘발성물질의 유동을 증가; ⅲ) 토양의 온도를 생물학적 분해에 적절하게유지함으로서 정화를 촉진하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 화합물로 오염된 토양의 향상된 복합 토양복원 시스템{Enhanced Hybrid Soil Remediation System of contaminated soil with organic chemical compound}

토양증기추출법과 바이오벤팅은 유기화합물로 오염된 토양의 복원기술로서 미국에서 이루어지고 있는 슈퍼펀드 프로그램에서 가장 성공적으로 개발된 기술로 인정되고 있으며, 유럽 등지에서도 활발히 적용되고 있다. 특히, 우리나라에서도 최근에 토양오염에 관한 관심이 제고되면서 유류저장시설의 기름 유출이나, 매립지의 조기안정화 기술로 각광받고 있는 기술이다.

토양증기추출법은 불포화 대수층 위에 추출정을 설치하여 토양을 진공상태로 만들어 줌으로써 토양으로부터 유기 화합물을 제거하는 원위치 토양복원 기술이다. 이 기술은 적용하는데, 부작용이 거의 없고 토양의 특성상 발생하는 제한요인은 다른 기술에 비해 적은 편이며 소요비용이 저렴하고 광범위하게 오염된 토양의 복원에 적합한 기법이다. 하지만, 토양증기추출법은 유기화합물 중에서 휘발성이 높은 오염물에 한정된 기술로서 휘발성이 낮은 유기 화합물로 오염된 토양에 적용하는데, 한계점이 있다. 또한, 동절기와 같이 토양의 온도가 낮은 경우 유기화합물의 휘발성이 낮아져 적용하는데, 많은 시간과 노력이 요구된다. 이에 최근 추출을 용이하게 하기 위해 증기 혹은 뜨거운 증기를 주입하거나, 전기나 무선주파수 열을이용한 향상된 토양증기추출법을 개발되어 적용되고 있으나 소요비용이 큰 단점이 있다.

바이오벤팅도 불포화토양 내에서 공기를 매개체로 오염물질을 토양 내에서 제거하는 특징을 가지며, 전반적인 운전시스템은 토양증기추출법과 거의 동일하나 오염물질을 추출하여 토양층 외부에서 처리하는 것이 아니라 대부분의 오염물질을 공기를 주입하여 토양층 자체를 호기성 반응조로 전화시켜 토양 내에서 처리한다는 점에서 다르다. 특히, 바이오벤팅은 휘발성이 큰 유기 화합물 이외에 중간정도의 휘발성을 갖는 분자량이 다소 큰 유기물질도 처리가 되므로 보다 광범위한 범위에서 적용될 수 있다. 하지만, 유류 등에 의해 심하게 오염된 경우에는 미생물에 의한 분해가 방해작용이나 독성을 받아 적용하기 어렵다. 또한, 미생물에 의한 토양 내 유기 화합물을 원위치에서 복원하는 기술이기 때문에 많은 시간이 요구된다.

본 발명은 전통적인 토양증기추출법과 바이오벤팅의 단점을 보완하여 정화효율을 향상시키고, 정화기간을 단축하기 위한 효율적인 복합 토양복원 시스템의 개발에 관한 것이다. 우선, 기존의 토양증기추출법의 한계점인 처리할 수 있는 유기 화합물의 범위를 확대하기 위해 환경친화적이고, 영구적인 태양열을 이용한 가열증기추출법을 고농도의 유기 화합물로 오염된 토양에 적용하여 추출처리하고, 잔류한 오염물은 미생물의 활성을 촉진하기 위해 지중의 온도를 적절하게 유지하는 바이오벤팅을 적용하여 처리한다.

본 발명이 기존 가열증기추출법과의 차이점은 전기나 외부 동력원에 의한 비용상승을 억제하고, 동력원을 얻기 위한 소비하는 에너지원에 의한 2차 오염을 방지한 환경친화적인 토양복원 시스템이라는 점과 초기 설비투자비를 제외한 유지관리비가 거의 요하지 않은 장점을 가지고 있다. 그리고, 본 발명의 바이오벤팅 시스템이 기존 공법과 다른 점은 미생물의 활성을 촉진하기 위해 지중의 온도를 미생물이 오염물을 분해하기 용이하도록 적절한 온도를 유지하는 것이다.

본 발명의 환경친화형 복합 토양복원 시스템은 크게 3 부분으로 나누어져 있다. 태양열을 집열하는 태양열 집열판(1), 팽창탱크(2), 열매체와의 열에너지를 교환하는 열교환기(3), 열에너지를 축열하는 축열탱크(4) 및 냉한기나 악천우 시 축열탱크(4)의 온도가 적정온도 이하일때 열원을 공급하는 보조열원(5) 등으로 구성된 태양열 집열 시스템부분과 따뜻한 공기를 지중에 주입하는 주입정(6), 진공펌프 등을 통해 지중의 오염된 토양가스를 추출하는 추출정(7) 등으로 이루어진 지중 삽입 시스템, 배출가스 중 수분을 분리하는 수분 분리기(8), 수분 분리기(8)에서 분리된 물을 폐수처리하여 방류하기 전에 일시적으로 저장하는 물저장탱크(9) 및 오염된 배출가스의 정화처리하는 배출가스 처리장치(10) 등으로 이루어진 배출가스 처리 시스템 등으로 구성되어 있다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 태양열 집열판2 : 팽창탱크

3 : 열교환기4 : 축열탱크

5 : 보조열원6 : 주입정

7 : 추출정8 : 수분 분리기

9 : 물저장탱크10 : 배출가스 처리장치

본 발명의 작동원리는 도면 1에 의해 자세히 설명한다. 그러나 다음 설명이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 구성은 도면 1과 같이 크게 3부분으로 이루져 있다. 우선, 따뜻한 공기를 만들기 위한 태양열 집열 시스템과 지중의 오염물과 직접 접촉하는 지중 삽입 시스템, 배출가스 처리 시스템 등으로 구성되어 있다.

태양열 집열 시스템의 작동원리는 태양열 집열판(1)에서 태양열에 의해 집열기내 열매체가 가열되고, 여기서 뜨거워진 열매체는 순환펌프에 의해 강제순환을 하며 아래에 위치한 열교환기(3)로 이동하고, 열교환기(3)에서는 축열탱크(4)에서 태양열 집열판(1)에서 오는 열매체가 상호 열교환을 하여 열에너지를 축열하게 된다. 혹한기 및 악천우로 인하여 축열탱크(4)의 온도가 적정온도 이하일 때에는 보조열원(5)에 의해 열원을 공급한다.

지중 삽입 시스템은 오염된 토양 내로 따뜻한 공기를 주입하고, 추출하는 주입정(6)과 추출정(7)으로 이루어져 있으며, 두 정(井)은 도면 2와 같이 모두 주입과 추출이 용이하게 설계되어 있다. 주입정과 추출정은 주입·추출 연결포트가 있는 상부부분(11)과 공기의 유출입이 자유롭고 토립자의 유입을 억제할 수 있게 슬롯을 가진 배관과 필터로 구성된 중간부분(12), 지중에 타입이 용이하도록 일정 강도를 가진 재질로 제작한 밑부분(13) 등으로 구성되어 있다. 또한, 본 발명의 지중 삽입 시스템은 공기와 유기 화합물과의 접속과 정화효율을 높이기 위해 수평배관공법으로 설계할 수 있다. 그리고, 공기 추출과 주입은 연속운전과 간헐적인 운전으로 운영할 수도 있다.

배출가스 처리 시스템은 배출가스 중 수분을 분리하는 수분 분리기(8), 수분 분리기(8)에서 분리된 물을 폐수처리하여 방류하기 전에 일시적으로 저장하는 물저장탱크(9) 및 오염된 배출가스의 정화처리하는 배출가스 처리장치(10) 등으로 구성되어 있다. 배출가스 처리장치(10)는 배출가스의 오염물질 농도에 따라 소각, 저온촉매산화, 활성탄 흡착 및 바이오필터 등과 같이 기존의 대기 오염처리 기법을 적용할 수 있다.

본 발명의 운영은 도면 3과 같다. 먼저, 오염된 토양의 현장조사를 통해 오염원, 오염농도, 현장 공기투과상수, 영향반경, 미생물의 종류 및 군집수, 산소소모율 등을 조사하여 본 시스템의 설계인자를 구한다. 이후, 태양열로 향상된 가열토양증기추출 시스템을 적용하여 고농도의 유기 화합물을 제거한다. 이때, 모니터링을 통해 오염농도 저감율을 평가하여 일정값 이하로 떨어지면, 바이오벤팅 시스템을 적용한다. 이에 미생물의 분해를 촉진하기 위해 상부에서 전자수용체와 영양분, 수분 등을 공급할 수도 있다.

그리고, 본 발명은 도면 4와 같이 차량구동형으로 설계하여 오염된 지역의접근성과 적용이 용이하게 할 수 있다. 도면과 같이 태양열 집열판(1)을 차량의 덥개로 설계하여 태양의 방향에 따라 열원으로 공급받고, 차량 적재함에 태양열 집열 시스템과 배출가스 처리 시스템을 탑재한 일체형으로 구성되어 있다. 또한, 태양열 집열판(1)은 차량에 적재·이동하여 시스템 적용지역에 태양각에 따라 설치할 수 있다.

본 발명은 환경친화적이고 영구적인 태양열을 이용한 가열토양증기추출법과 바이오벤팅을 결합한 복합 토양복원 시스템이다. 이는 기존의 토양증기추출법의 한계점인 휘발성 유기 화합물뿐만 아니라 휘발성이 약한 유기 화합물까지 제거할 수 있는 기술로서 지하유류저장탱크와 같이 단일 유기 화합물이 아닌 복합 유기 화합물로 오염된 토양의 복원에 효율적으로 적용할 수 있다. 또한, 잔류 유기 화합물의 생분해를 촉진하기 위해 태양열을 이용하여 지중의 온도를 미생물의 활성에 적절하게 유지하여 정화효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 차량구동형으로 제작하여 현장 접근성과 이동이 용이하도록 설계할 수 있어 유기 화합물로 오염된 토양의 복원에 적절한 공법이다.

Claims (4)

1. 본 발명은 유기 화합물로 오염된 토양의 복원에 환경친화적이고 영구적인 태양열을 이용하여 정화효율을 향상시키고, 정화기간을 단축하는 복합 토양복원 시스템으로, 태양열을 이용하여 따뜻한 공기를 지중에 주입·추출하는 가열토양증기추출 시스템 단계; 와 잔류 유기 화합물의 생분해를 촉진하기 위해 지중의 온도를 미생물의 활성도를 높이기 위해 적절하게 유지하는 바이오벤팅 시스템; 을 포함하는 방법
2. 제 1 항에 있어서,

   지중 삽입 시스템은 지역적 특성과 정화효율을 높이고, 정화기간을 단축하기 위해 수평배관공법으로 설계할 수 있음.
3. 제 1 항에 있어서,

   바이오벤팅 시스템을 적용할 때, 미생물의 활성을 촉진하기 위해 전자수용체나 영양분, 수분 등을 상부에서 공급할 수 있음.
4. 제 1 항에 있어서,

   본 시스템을 차량에 탑재한 차량구동형으로 제작할 수 있어 오염된 현장에 접근성과 적용을 용이하도록 설계할 수 있음.