KR20040040839A - 부유성 스키밍 파이프 시스템을 포함하는 오염 토양 및지하수의 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염토양 및 지하수의 정화장치에 관한 것으로서, 본 발명의 장치는 기존의 토양증기 추출방법에 사용되는 장치에, 지하수위 변화에 유동적으로 대응하여 지하수면위에 부유하면서 지하수면에 떠있는 저비중-비수용성 유기용매(LNAPL)를 수거하는 부유성 스키밍 부레와, 상기 부레에 부착되어 LNAPL을 추출하는 제 1파이프, 그리고 제 1파이프와는 길이조절이 가능한 연통구조를 가지면서 표면에 스크린이 있어 이를 통해서 토양가스를 추출하는 제 2파이프로 이루어진 부유성 스키밍 파이프 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

부유성 스키밍 파이프 시스템을 포함하는 오염 토양 및 지하수의 정화장치{DEVICE FOR RECOVERY OF POLLUTED SOIL AND LNAPL WITH FLOATING AND SKIMMING PIPE SYSTEM}

본 발명은 오염토양 및 지하수의 정화장치에 관한 것으로서, 본 발명의 장치는 기존의 토양증기 추출장치에, 지하수 변화에 유동적으로 대응하여 지하수면위에 부유하면서 저비중-비수용성 유기용매(Light non-aqueous phase liquid; 이하 'LNAPL'이라고 한다)층을 추출하는 부유성 부레와 부레에 부착된 제 1파이프 및 스크린이 있는 제 2파이프로 이루어진 부유성 스키밍 파이프 시스템(Floating & Skimming Pipe System)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

종래의 오염된 토양을 정화하기 위한 토양증기추출법은 토양에 진공상태를 만들어 토양중의 오염물을 휘발시킴으로써 처리하는 방법이었다. 이 기술은 토양중의 휘발성 오염물 처리에는 뛰어난 효과를 보이지만 지하수의 수위변동이 심하거나, 수위가 높을 때는 효과가 낮게 된다. 또한 오염된 지하수를 동시에 처리하기 위해서는 토양 오염물 추출 및 오염 지하수 추출을 위한 두 대의 펌프를 별도로 설치하여 사용해야 하며, 운전상의 어려움이 따르게 된다.

최근에 오염된 지하수와 토양의 동시 정화를 위한 다중상증기추출법(Multi-phase extraction)이 많이 연구되고 있다. 이는 다음과 같이 크게 두가지 방법으로 나뉘어 지는데, 이러한 기술들도 각각 문제점을 가지고 있다.

첫번째 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 추출관정 시스템(15)에 별도로 분리된 2개의 추출관(12, 14)을 설치하여 지하수(11)와 토양가스(13)를 펌프(16)와 진공 송풍기(17)를 이용하여 각각의 추출관에서 추출하는 방법이다. 그러나 이 방법은 두 대의 펌프시스템(16, 17)을 사용하기 때문에 경비가 증가하게 된다. 뿐만아니라 선별적인 LNAPL추출이 아닌 오염된 지하수(11) 자체를 추출하는 기술로 지하수 추출량이 많기 때문에 유액분리기(미도시)와 처리조(미도시)가 커지게 되어 비용이 많이 소요되어 비경제적이다.

두번째 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 추출관(21)을 통해 지하수(24)와 토양가스(23)를 동시에(25) 추출하는 기술이다. 이는 동일 파이프(21)에서 단일 펌프시스템을 사용하는 기술이다. 그러나, LNAPL을 선택적으로 추출하는 기술이 아직 개발되지 않은 상태이므로 선택적인 추출을 위해서는 인력에 의해 인위적으로 조절되어야 한다. 따라서 지하수위 변동에 적절하게 반응하지 못하게 되므로 지하수위 변동에 의한 추가적인 토양오염발생과 이것으로 인한 토양정화에 추가적인 경비가 지출된다. 또한 높은 진공의 펌프가 사용되기 때문에 이 방법 역시 비용이 많이 소요되어 비경제적이다.

본 발명은 상기와 같이 오염된 토양 및 지하수의 정화를 위한 기존의 증기추출법이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위하여, 지하수위의 변화에 따라 유동하면서 토양가스와 LNAPL층만을 선택적으로 추출하게 하므로써, 추가되는 수처리비용을 최소화하고, 추가적인 토양오염을 최소화하며, 동시에 단일 펌프 시스템으로 하나의 추출관을 이용하여 토양가스와 LNAPL층을 동시에 제거하여 유지관리 및 처리비용을 절감하는 오염토양 및 지하수의 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 기존의 2중상 분리추출관정(Downhole-pump Extraction Well)을 도식화한 도면.

도 2는 기존의 2중상 동시추출관정(Drop-Tube Entrainment Extraction Well)을 도식화한 도면.

도 3은 본 발명에서의 부유성 스키밍 추출관정(Floating & Skimming Extraction Well)의 구조를 도식화한 도면.

도 4는 부유성 스키밍 추출관정(Floating & Skimming Extraction Well) 시스템을 포함하는 토양 및 지하수 정화장치의 모식도를 대략적으로 나타낸 단면도.

도 5는 부유성 스키밍 부레의 확대단면도.

도 6, 7은 블로어 용량에 따른 토양가스 및 LNAPL의 제거량을 나타낸 그래프.

도 8, 9는 토양투과도에 따른 토양가스 및 LNAPL의 제거량을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...부유성 스키밍 부레

2...웨어

3...제 1파이프

4...제 2파이프

5...제 2파이프의 스크린

6...추출관정

7...추출관정의 스크린

본 발명은 오염토양 및 지하수의 정화장치에 관한 것으로서, 기존의 토양증기 추출장치에 부유성 부레와 2중파이프로 이루어진 부유성 스키밍 파이프 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기에서 부유성 스키밍 파이프 시스템은,

수면위에 부유하면서 LNAPL층을 수거할 수 있는, 내부가 오목한 형상의 부유성 스키밍 부레(1);

한쪽 말단은 부유성 부레의 내부의 오목하게 들어간 부분에 부착되어 있고, 부착부에 추출수단이 있어 부레 내부로 흘러들어온 LNAPL층을 수거할 수 있으며, 추출수단 부근에 LNAPL층의 수거를 위한 스크린(51)이 형성되어 있고, 다른쪽 말단은 부유성 스키밍 부레에서 지면까지의 길이가 유동적으로 변할 수 있도록 제 2파이프(4)와 연통되어 있는 제 1파이프(3); 및

한쪽 말단은 제 1파이프(3)와 연통되어 있고, 다른쪽 말단은 수거한 토양증기와 LNAPL을 추출펌프와 기체/액체 분리기로 보내기 위하여 외부로 통해 있으며, 파이프상에는 토양가스 수거를 위한 스크린(5)이 있는 제 2 파이프(4)로 이루어진다.

이하, 본 발명에 의한 토양 및 지하수 정화장치의 부유성 스키밍 파이프 시스템에 대하여 첨부된 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

부유성 스키밍 부레(1)는 수면위에 부유하면서 LNAPL층을 수거하는 기능을 한다. 부유성 스키밍 부레는 지하수위 상부에 위치하여야 하므로 비중을 고려하여 합성수지, 예로서 폴리에틸렌계 수지를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다. 부유성 스키밍 부레에는 LNAPL층의 효과적인 수거를 위하여 상단에 웨어(2)가 만들어져 있다. 이 웨어의 하단 끝이 LNAPL층과 지하수의 경계면에 위치하도록 하는 비중의 부유성 스키밍 부레를 사용할때 본 발명이 목적으로 하는 결과를 얻을 수 있다(도 5).

부유성 스키밍 부레는 흘러들어온 LNAPL층을 효과적으로 수용하기 위하여 중심부위로 갈수록 아래로 내부가 오목한 모양을 하고 있다. 도 5에서는 부유성 스키밍 부레의 모양에 대한 예시적인 모양을 들고 있으나 이에 한정되지는 않는다.

부유성 스키밍 부레의 오목하게 들어간 부분쪽에 제 1파이프(3)의 한쪽 말단이 부착되어 있다. 제 1파이프를 부유성 스키밍 부레(1)에 부착하는 방식에는 큰 제한이 없으므로 본드를 이용하거나 나선형 나사를 이용하여 결합할 수 있다. 제 1파이프(3)가 부유성 스키밍 부레(1)에 부착되어 있는 부분에는 부유성 스키밍 부레의 내부로 수용된 LNAPL을 제 1파이프(3)를 통하여 지상으로 추출되도록 하기위해 제 1파이프 내부로 수거하기위한 설비가 되어있다. 예로서 상기의 부착부위에 구멍을 만들어 이용할 수 있다. 이때 구멍의 모양, 크기, 갯수에는 제한이 없다.

제 1파이프가 부유성 스키밍 부레에 부착되어 있는 곳의 부근에 스크린(51)이 설치되어 있다. 이는 LNAPL을 효과적으로 수거하기 위한 수단으로 특히 부레보다 상부에 위치하는 곳에서 LNAPL을 수거할 때 효과적이다. 이때 스크린이란 당 업계에 알려진 일반적인 용어로, 파이프의 외주를 따라 형성된 것으로 길이에는 제한이 없으며 구멍 또는 긴 홈의 형태등 모든 형태가 가능하다. 스크린의 폭은 2mm이하이다. 일반적으로 1mm가 적당하고, 0.5mm이하가 가장 적당하다. 스크린의 폭이 2mm를 넘어서면 토양입자가 유입될 가능성이 있기 때문에 적합하지 않다.

제 1파이프(3)의 다른쪽 말단은 제 2파이프(4)와 연통되어 있다. 이 연통구조는 제 1파이프의 한쪽 말단에 연결된 부유성 스키밍부레에서부터 지면까지의 거리가 유동적으로 변하여도 제 1파이프와 제 2파이프의 연통구조가 유지되도록 하는 방법으로 연통되어 있다. 예를들면 제 1파이프가 제 2파이프의 내부로 삽입되는 형태의 체결구조가 가능하다.

제 2파이프(4)의 한쪽 말단은 상기와 같은 방식으로 제 1파이프와 연결되어 연통되어 있고, 다른쪽 말단은 수거한 토양증기와 LNAPL을 추출펌프와 기체/액체 분리기로 보내기 위하여 외부로 통해 있다. 제 2파이프에는 토양가스를 수거하기 위해 스크린(5)이 설치되어 있다.

제 1파이프와 제 2파이프의 재질에는 특별한 제한이 없다. 예로서 스테인리스, PVC, 또는 아크릴 파이프가 적당하다.

이러한 부유성 스키밍 파이프 시스템에 의하여 추출된 LNAPL과 가스는 토양증기 추출법의 일반적인 방법에 의하여 처리된다. 이러한 처리의 개괄적인 내용을 도 4에 나타내었다.

전체적인 추출관정(6)의 크기 및 용량은 현장의 상황에 따라 변동될 수 있다. 본 발명에서는 상기한 부유성 스키밍 파이프 시스템이 도 4에서 나타내는 지상의 처리시설과 연결이 유지되면서 지면으로부터 부레까지의 길이가 지하수위의 변화에 따라 유동적으로 변할 수 있다. 또한 적절한 진공을 발생하게 하여 LNAPL을 추출하여야 하므로 제 1파이프(3)와 제 2파이프(4)의 연결은 부유성 스키밍 부레의 이동에 지장을 주지 않도록 이루어져야 한다. 부유성 스키밍 부레는 지하수위 변화에 따라 상하로 이동하면서 웨어(2) 및 스크린(51)을 통하여 LNAPL만을 선택적으로 수거하게 된다.

본 발명의 장치에 의하면, 단일 펌프를 이용하여 LNAPL과 토양가스를 동시에 추출할 수 있다. 본 발명의 부유성 스키밍 파이프 시스템을 포함하는 정화장치를 이용한 LNAPL과 가스의 동시추출은 도 3, 4를 참조하여 설명하면, 우선 추출펌프(41)를 이용해 추출관정(6)에 진공을 걸어주게 되면, 스크린(7)으로 토양가스가 유입되게 되고, 제 2파이프(4)의 스크린(5)을 통해 추출이 된다. 또한 제 2파이프(4)에 진공이 걸리면서 추출관정(6)에 유입된 LNAPL은 부유성 스키밍 부레(1)의 웨어(2)를 통하여 부레내로 유입(도 5)되거나 스크린(51)을 통하여 제 1파이프 안으로 유입(도 5)되어, 제 1파이프(3)를 통해 이동하여 제 2파이프(4)로 추출되게 된다. 추출된 LNAPL과 토양가스는 기체/액체분리기(Vapor/Liquid seperator)를 통해 분리되며, 각각 가스 처리장치와 액체 처리장치로 이동하여 처리 및 처분된다.

이하 본 발명을 하기의 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예

본 실시예에서는 부유성 스키밍 파이프 시스템을 포함하는 지하수 및 오염토양의 정화장치를 토양에 직접 수행하기 전에 물이 담긴 수조를 이용하여 실험하여 보았다. 물과 디젤이 담긴 수조에 추출관정을 설치하고 3마력 진공블로어로 추출을 실시하였다.

추출관정의 직경은 100mm, 길이는 2m의 관을 사용하였으며, 파이프 하부 1m에 20mm간격으로 폭 1mm의 스크린을 제작하였다. 또한 추출관정 내부에서 제 1파이프는 직경 2인치 파이프를, 제 2파이프는 직경 1/4인치 파이프를 사용하였으며, 부유성 스키밍 부레로는 하단에 웨어가 달린 원뿔형의 부레를 설치하였다. 제 2파이프는 부유성 스키밍 부레에 본드로 접착하였고, 부착면 부근에 직경 1/8인치의 구멍을 6개 만들었다.

실험실내에서의 파일롯 실험으로 수행되었기 때문에 공기주입 밸브를 설치하여 블로어의 흡입력과 공기유량을 조절하면서 실험을 실시하였다.

본 실시예에서는 LNAPL과 토양가스의 동시추출 가능성과 블로어의 흡입력과토양특성에 따른 추출능력을 알아보고자 하였다. 도 6은 블로어의 흡입력(진공압력)을 조절하면서 그에 따른 토양가스층과 LNAPL층의 추출되는 유량을 살펴 본 것이다. 도 6에서 나타나듯이 블로어의 흡입력(진공압력)이 높아질수록 추출되는 토양가스의 유량이 증가한다. 또한 도 7에서 보이는 것처럼 블로어의 흡입력(진공압력)이 높아질수록 추출되는 LNAPL의 양이 증가한다. 이는 블로어의 용량의 증가에 따라 오염물의 제거가 효과적인 것을 나타낸다. 하지만 토양투과도가 일정하기 때문에 무한정 증가하는 것은 아니고, 일정 범위에서 증가율이 감소하는 현상을 보인다.

도 8은 추출관정에 공기주입률을 달리하면서 토양투과도에 따른 추출되는 토양가스와 LNAPL의 양을 살펴보았다. 블로어의 흡입력은 일정하게 유지를 시키면서 실시하였다. 도 8에서는 추출정의 진공압력이 높아질수록 추출되는 토양가스의 양이 줄어드는 것을 보인다. 또한 도 9에서는 추출정의 진공압력이 높아질수록 추출되는 LNAPL의 양이 적은 것을 보인다. 이는 공기투과도가 낮은 토양일수록 오염물의 제거에 불리하다는 것을 보여주는 것이다. 반면에 공기투과도가 뛰어난 조립질 토양일 경우에는 오염물의 제거에 효과적인 것을 보여주는 것이다.

본 발명의 장치를 이용할 경우 오염된 토양과 지하수의 LNAPL을 동시에 추출할 수 있으므로, 휘발성유기오염물과 LNAPL로 오염된 토양, 지하수의 정화에 효과적으로 적용할 수 있다. 또한 최근 많이 연구되고 있는 다중상증기추출법등의 종래기술에 비하여 유지관리 및 경제성에 있어서 효과적으로 적용할 수 있다.

Claims (4)

1. 토양증기 추출법에 따라 오염토양과 지하수를 정화하는 장치에 있어서,

   지하수의 수면위에 부유하면서 저비중-비수용성 유기용매(LNAPL)층을 수거할 수 있는, 내부가 오목한 형상의 부유성 스키밍 부레(1);

   한쪽 말단은 부유성 스키밍 부레의 내부의 오목하게 들어간 부분에 부착되어 있고 부착부에 추출수단과 스크린이 설치되어 있어 부레 내부 또는 그 상부의 저비중-비수용성 유기용매(LNAPL)층을 수거할 수 있으며, 다른쪽 말단은 부유성 스키밍 부레에서 지면까지의 길이가 유동적으로 변할 수 있도록 제 2파이프(4)와 연통되어 있는 제 1파이프(3); 및

   한쪽 말단은 상기 제 1파이프(3)와 연통되어 있고, 다른쪽 말단은 수거한 토양증기와 저비중-비수용성 유기용매를 추출펌프와 기체/액체 분리기로 보내기 위하여 외부로 통해 있으며, 파이프상에는 토양가스 수거를 위한 스크린이 있는 제 2 파이프로(4) 이루어진 부유성 스키밍 파이프 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염토양 및 지하수의 정화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부유성 스키밍 부레(1)의 표면에 웨어(2)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 오염토양 및 지하수의 정화장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1파이프(3)가 제 2파이프(4)의 내부로 삽입되는형태로 제 1파이프와 제 2파이프가 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 오염토양 및 지하수 정화장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1파이프(3)의, 부유성 스키밍 부레(1)에 부착된 부착부의 추출수단으로서 복수개의 구멍이 뚫려있는 것을 특징으로 하는 오염토양 및 지하수의 정화장치.