KR20040038037A - 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투수성반응벽체에 관한 것으로, 그 목적은 투수성반응벽체에 오염된 지하수를 통과시켜 오염된 지하수를 정화할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽에 의하면, 오염된 지하수의 흐름을 한 곳으로 모으도록 좌우로 연장된 벽체로 이루어진 불투수벽과, 상기 불투성벽을 따라 모여진 오염된 지하수를 통과시키는 반응벽으로 되어 있다. 따라서 본 발명에 따른 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽에 의하면, 각각의 반응물질의 특장점으로 인해 오염된 지하수를 정화시킬 수 있는 효과와 지반 즉, 토양의 정화기능도 월등하게 향상되는 작용효과가 있다.

Description

오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽{The water transmission characteristic interception wall which purifies the underground water which be imbrued}

본 발명은 투수성반응벽에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축산폐수등으로 오염된 지하수를 정화시키고, 지반의 오염을 방지하는 투수성차단벽에 관한 것이다.

일반적으로 축산단지 주변이나 축산폐기물의 정화시설, 축산폐기물의 처리장주변은 축산폐기물에 기인한 축산폐수로 토양과 지표수, 지하수 등이 오염된다.

특히, 지하수의 오염은 지하수의 흐름으로 오염지역이 광범위하게 확대되고, 지하수의 오염으로 인한 식수원의 오염 등을 유발하여 매우 심각한 환경문제를 야기시키는 치명적인 문제점이 발생되었다.

현재, 축산단지나 축산폐기물의 정화시설, 축산폐기물의 처리장에서 유출되는 축산폐수는 지하수의 오염을 방지하기 위하여 축산폐수의 흐름을 차단하여 고이게 하거나 다른 흐름을 유도하도록 하는 불투수성 차단벽을 설치한다.

그러나, 불투수성 차단벽은 차단벽을 따라 흐르거나 고이는 축산폐수를 완전히 밀폐시키기 어렵고, 축산폐수의 흐름에 따라 지반으로 흡수되어 지하수로 유입되어 일시적인 오염방지의 방편에 불과한 문제점이 발생된다.

또한, 축산단지나 축산폐기물의 정화시설, 축산폐기물의 처리장으로 흐르는 지하수를 차단할 수도 있으나 지하수의 흐름을 차단한다는 것은 근본적으로 불가능하고, 차단한다 하더라도 지하수는 다른 방향으로 흘러 근원적인 지하수의 오염을 예방하는 것은 아니다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 공지된 한국특허출원번호 2000-0067997호 "황철광, 영가형 철 및 흑연을 반응벽체의 반응물질로 이용한 오염물의 정화방법"이 개시되어 있다.

이것은 반응물질로서 팔라듐이 코팅된 철을 포함하여 이루어지는 반응벽체를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계; 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

개시된 바와 같이 위 특허는 오염된 축산폐수를 통과시켜 오염물질을 물리화학적으로 제거하는 투수성인 반응벽체가 적용된다.

이러한 반응벽체는 오염된 축산폐수를 완전히 차단하는 것이 아니라, 오염된 축산폐수를 통과시키면서 오염된 축산폐수 내의 오염물질을 거르는 작용을 한다.

즉, 축산폐수가 흐르도록 도랑을 파고, 그 도랑안에 팔라듐이 코팅된 철과 흙과 굴착토를 혼합하여 직접적으로 도랑에 부어 넣는다.

그러나, 이것은 단순히 축산폐수가 흐르는 길목에 도랑을 설치하고, 그 도랑에 반응벽체를 설치하여 오염물질을 거르는 방법에 지나지 않아 도랑에 축산폐수가 고인다거나, 장마철 등에 있어서 축산폐수가 도랑이 아닌 우사의 다른 곳으로 축산폐수를 흐르게 하는 경우 상기 반응벽체는 무용지물이 되어 버리는 단점과, 고랑에 고이거나 다른 곳으로 흐르는 축산폐수는 자연히 지반에 흡수되어 지하수를 오염시키는 치명적인 문제점이 발생하였다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 하나의 바람직한 실시 양태에 있어서, 본 발명에 따른 투수성차단벽은 전술한 문제를 모두 해소하고, 근본적인 축산폐수에 의한 지하수의 오염을 방지할 수 있는 투수성차단벽을 제공한다.

본 발명에 따른 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽에 있어서는, 오염된 지하수를 투수성반응벽으로 유도하기 위한 불투수벽을 깔대기 형상으로 설치하고, 불투수벽을 통하여 모여진 오염된 지하수는 반응처리셀시스템(Funnel and system)을 설치하며, 오염된 지하수는 반응처리셀시스템을 통과하면서 정화된다.

따라서, 본 발명의 목적은 축사 등의 오염 발생이 예상되는 장소에 투수성반응벽을 설치하여 지하수를 흘려보냄으로서 자연의 질서를 깨뜨리지 않도록 하여 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 본 발명에 적용되는 투수성차단벽의 재료를 천연의 재료로 대체하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽을 도시한 개략적인 개념도이고, 도 2는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 성능을 실험하기 위한 모형실험장치 개념도이고, 도 3a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 PH실험결과를 보인 것이고, 도 4a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 COD실험결과를 보인 것이고, 도 5a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 SS실험결과를 보인 것이고, 도 6a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 T-P실험결과를 보인 것이고, 도 5a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 T-N실험결과를 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 투수성차단벽20: 불투수벽

30: 반응벽40: 모형실험장치

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 오염된 지하수를 통과시켜 정화시키는 투수성차단벽은, 오염된 지하수의 흐름을 한 곳으로 모으도록 좌우로 연장된 벽체로 이루어진 불투수벽과, 상기 불투성벽을 따라 모여진 오염된 지하수를 통과시키는 반응벽으로 구성되므로서 달성된다.

또한, 상기 불투수벽은 지하수의 흐름 방향과 대각선이 되도록 설치되고, 그 형상은 깔대기 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응벽은 모래 20-80%의 비율, 반응물질 80-20%의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모래는 그 입경이 0.5mm-5mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응물질은 황토, 조개껍질, 숯, 영가철, 생석회로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽을 도시한 개략적인 개념도이고, 도 2는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 성능을 실험하기 위한 모형실험장치 개념도이고, 도 3a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 PH실험결과를 보인 것이고, 도 4a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 COD실험결과를 보인 것이고, 도 5a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 SS실험결과를 보인 것이고, 도 6a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 T-P실험결과를 보인 것이고, 도 5a,b는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽의 T-N실험결과를 보인 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 투수성차단벽(10)은 오염된 지하수의 흐름을 한 곳으로 모으도록 좌우로 연장된 벽체(20a)로 이루어진 불투수벽(20)과, 상기 불투수벽(20)을 따라 모여진 오염된 지하수를 통과시켜 정화시키는 반응벽(30)을 포함한다.

먼저, 축산단지 주변이나 축산폐기물 정화시설, 축산폐기물 처리장 주변등 축산폐수에 의해서 지하수 또는 지반이 오염될 가능성이 있는 곳에 본 발명에 따른 투수성차단벽(10)을 설치한다.

이것은 근원적인 오염을 제거시키기 위한 것이므로, 위 오염될 가능성이 있는 장소, 바람직하게는 지하수가 흐르는 곳에 설치됨을 가장 큰 특징으로 하지만 이에 한정되지 아니하고, 도랑등 축산폐수가 흐르는 곳에 설치하여도 된다.

또한, 그 시공방법은 통상의 슬러리월 시공방법과 유사하나 오염이 예상되는 지역을 선정하여 굴착시 슬러시로서 생폴리머와 물의 혼합물이 적용되고, 슬러시 굴착 후에는 후술할 본 발명에 따른 투수성 및 흡착성 재료를 뒷채움하여 반응벽(30)을 완성시킨다.

한편, 반응벽(30)을 따라 오염된 지하수가 흐르도록 하기 위해서 흐르는 지하수를 일정한 방향, 즉 반응벽(30)으로 흐르도록 유도하는 역할을 하는 불투수벽(20)을 설치하며, 그 설치되는 위치는 오염된 지하수의 흐름과 대각선 방향이다.

또한, 불투수벽(20)의 선단(20a)은 깔대기모양으로 좌우로 연장되어 있고, 후단(20b)은 반응벽(30)과 일체로 형성된다.

따라서, 오염된 지하수는 불투수벽(20)을 따라 흐르게 되고, 흘러 고인 지하수는 다시 반응벽(30)을 통과하면서 오염된 물질이 흡착 제거된다.

여기에서 반응벽(30)에 적용되어 지하수의 오염물질을 제거하는 반응물질에 대하여 설명해두고 싶다. 이러한 반응물질은 전술한 바와 같이 반응벽(30)에 뒷채움 재료로 사용되고, 제거하고자 하는 오염물질에 따라 사용하여야 하며, 반응벽(30)의 주요기작은 탈염반응으로 난분해성이어야 한다. 또한, 발암성물질을 분해가능하게 하여 무해한 물질로 전환시켜야 한다. 한편, 이러한 반응은 철(Fe)과 같은 영가금속이며, 이외에도 오염물질에 따라 실험연구를 거친 후 사용한다.

다음은 전술한 영가형 철에 의한 반응기작은 다음과 같은 작용을 한다.

1. 염화유기화합물과 철의 반응

염화유기화합물은 철의 탈염반응에 의해 제거된다. 염화유기물이 철과 접촉하면 철의 표면을 부식 또는 산화시키며, 이때 전자를 발생시킨다. 철에 의한 순수반응(식1)은 철의 표면에서 일어나는 양극반응(식2)과 음극반응(식3)에 의해 일어나며, 이러한 반응을 통하여 탈염작용이 일어난다.

(식 1)

(식 2)

(식 3)

이와 같은 반응에 있어 제거율과 관련된 주요인자는 비표면적과 간극수의 단위부피당 철의 표면적으로 표현할 수 있는데, 이는 반응벽(30) 설계에 있어 반응물질과 오염물의 반응시간을 산정하는데 매우 중요한 인자이다. 일반적으로 반응벽(30)은 오염물 자체와 오염물질이 반응물질과 반응하는 동안 발생시키는 부산물이 반응지역 내에서 제거될 때까지 충분히 유지될 수 있는 접촉시간을 고려하여 설계한다. 또한, 오염물질이 복합물질로 구성되어 있는 경우 일반적으로 반응성이 가장 낮은 물질에 대하여 설계한다.

2. 무기음이온과 철의 반응

음이온, 산화음이온 및 양이온의 가수분해에 의해 형성되는 루이스산의 분해부산물 등은 중요한 지하수 오염원이다. 이러한 대표적인 물질인은 일반적인 지하수의 PH, EH(Redox potential)상태에서 주로 크롬산염의 형태로 존재한다. 이미 지하 대수층의 물질들은 음전하로 대전되어 있기 때문에 크롬산염과 같은 음이온성 물질들을 흡착하지 않아 유독성을 높인다. 지하수에 존재하는의 제거는로 환원시키고, 불용성수산화 침전물을 생성시킴으로서 제거한다.

더하여, 반응벽(30)의 뒷채움 재료에 적용되는 반응물질의 모델은 표 1에 에 나타낸 바와 같다.

표 1 반응벽의 뒷채움에 적용되는 반응물질 모델

모델	재료	비고
제 1모델	황토	충남 서해안 황토
제 2모델	조개껍질	가루로 만들어 사용
제 3모델	숯	참나무 숯
제 4모델	영가철	철
제 5모델	생석회	일반재료

계속하여, 표 1에 개시된 반응재료를 이용하여 반응벽(30)의 투수 작용을 본 발명에 따른 일실시예를 통하여 설명한다. 그러나. 후술하는 일실시예는 단지 하나의 예에 지나지 아니함을 먼저 밝혀둔다.

실시예 1

먼저, 본 실험을 위하여 도 2에 도시된 바와 같은 모형실험장치(40)가 구비된다.

모형실험장치(40)는 실험대상이 되는 축산폐수(41)의 변질을 방지하기 위한 냉각장치(42)와 축산폐수(41)를 공급하기 위한 소형펌프(43), 소형펌프(43)를 통하여 유입된 축산폐수(41)를 모아두되, 역시 그 변질을 방지하기 위하여 일정한 온도를 유지시키도록 냉각수를 채워넣은 폐수공급기(44), 폐수공급기(44)를 통하여 토출된 축산폐수(41)를 일정한 유량으로 조절하는 유량조절기(45), 유량조절기(45)를 통하여 유입된 축산폐수(41)를 정화시키기 위하여 표 1에 나타낸 바와 같이 각각의 반응물질을 채워넣은 반응기(46), 반응기(46)를 통하여 정화된 축산폐수(41)를 모아둔 시험병(47)으로 이루어진다.

이러한, 모형실험장치(40)의 실험 조건은 다음과 같다.

조건 1. 반응기(46)의 내경을 6cm, 높이를 20cm인 원통형으로 제작하고, 그 사이에 입경이 0.5mm-5mm인 모래를 20-80%의 비율로 구성시키고 표 1의 각각의 반응물질을 80-20%의 비율로 혼합시킨다.

조건 2. 반응기(46)의 하단부에는 모래를 채워 유입수와 유출수의 흐름을 원활하도록 한다.

조건 3. 유량조절기(45)를 이용해 하루에 2L 정도의 주입속도로 반응기(46)로 축산폐수(41)를 유입시킨다.

위 실험 조건을 만족시킨 후 PH, COD, SS, 질소, 인의 변화에 대한 실험결과도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b와 같은 결과를 얻었다.

가. PH의 변화

도 3a, 도 3b에 나타낸 바와 같이 PH의 변화는 실험전 축산폐수(41)의 원액의 PH는 7.9로서 약 알칼리성 이었다.

각각의 반응물질이 수용된 반응기(46)를 통과한 후 축산폐수의 PH는 제 1모델인 황토의 경우 조금 낮아졌고, 제 5모델인 생석회의 경우 PH가 많이 높아졌으며, 나머지 모델의 경우는 변화가 거의 없었다.

나. COD의 변화

도 4a, 도 4b에 나타낸 바와 같이 COD의 변화는 실험전 축산폐수(41)의 원액의 COD는 2560이었다.

실험결과 COD는 제 1모델 황토와 제 4모델 영가철, 제 5모델 생석회에서 두두러지게 낮아짐을 알 수 있었다.

다. SS의 변화

도 5a, 도 5b에 나타낸 바와 같이 SS의 변화는 실험전 축산폐수(41)의 원액의 SS는 0.26 g/ml이었다.

실험결과 SS는 제 5모델 생석회의 경우 0.16 g/ml로 낮아 졌으나 나머지 모델의 경우에는 변화가 없음을 알 수 있다.

라, 총인(T-P)의 변화

도 6a, 도 6b에 나타낸 바와 같이 T-P의 변화는 실험전 축산폐수(41)의 원액의 T-P는 32PPM 이었다.

실험결과 전체적으로 T-P가 낮아짐을 알 수 있다. 그러나, 특히 제 1모델 황토와 제 4모델 영가철, 제 5모델 생석회의 경우 현격히 낮아짐을 알 수 있다.

마. 총질소(T-N)의 변화

도 7a, 도 7b에 나타낸 바와 같이 T-N의 변화는 실험전 축산폐수(41)의 원액의 T-N는 12.38PPM 이었다.

실험결과 제 1모델 황토와 제 4모델 영가철, 제 5모델 생석회의 경우 낮아짐을 알 수 있다. 특히 제 4모델 영가철의 경우 9.44PPM으로 가장 낮은 변화를 보임을 알 수 있다.

바. 결론

(1) 황토재료의 경우 COD와 인, 질소의 성분을 크게 낮출 수 있는 효과가 있었다.

(2) 조개껍질의 경우 COD와 인의 성분을 낮출 수 있는 효과가 있었다.

(3) 숯재료의 경우 COD를 낮추는 효과가 있었으며, 인을 조금 낮추는 효과가 있었다.

(4) 영가철의 경우 COD와 인,질소의 성분을 크게 낮출 수 있는 효과가 있었다.

(5) 생석회의 경우 COD와 SS, 인, 질 성분을 크게 낮출 수 있는 효과가 있었다.

위 실험결과와 같이 총 5개의 모델의 재료를 이용하여 축산폐수(41)를 통과시키게 되면 반응물질에 의한 2차 오염이 거의 없음을 알 수 있고, 특히 인과 질소의 제거에 매우 효과적임을 알 수 있다.

따라서, 위 모델들을 혼합하여 사용하는 경우에는 축산폐수(41)의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오염된 지하수를 정화하는 투수성차다벽에 의하면, 각각의 반응물질의 특장점으로 인해 오염된 지하수를 정화시킬 수 있는 효과와 지반 즉, 토양의 정화기능도 월등하게 향상되는 작용효과가 있다.

Claims (5)

1. 오염된 지하수를 통과시켜 정화시키는 투수성차단벽은, 오염된 지하수의 흐름을 한 곳으로 모으도록 좌우로 연장된 벽체로 이루어진 불투수벽과, 상기 불투성벽을 따라 모여진 오염된 지하수를 통과시키는 반응벽으로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 불투수벽은 지하수의 흐름 방향과 대각선이 되도록 설치되고, 그 형상은 깔대기 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 반응벽은 모래 20-80%의 비율, 반응물질 80-20%의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 모래는 그 입경이 0.5mm-5mm인 것을 특징으로 하는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 반응물질은 황토, 조개껍질, 숯, 영가철, 생석회로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염된 지하수를 정화하는 투수성차단벽.