KR20050038249A - 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템 - Google Patents

태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동전기를 이용한 토양의 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양 에너지를 이용하여 상용 전원이 없는 오지나 독립지역에서도 토양 정화 시스템을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 오염물이 불포화 지역에 얕은 깊이로 분포되어 있을 때 오염물 제거를 보다 효과적으로 수행하고, 음극에서의 추출을 진공을 이용함으로써 음극 전극부에서의 전기분해 결과 생성된 OH-이온으로 인한 토양의 염기성화를 감소시켜 중금속 침전을 억제할 수 있는 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 양극 전극부에서 토양의 건조 현상이 심하게 나타나는 것을 방지함과 아울러 음극 전극부에서의 진공추출을 통해 세척제로 인한 2차 오염을 방지할 수 있고, 특히 상전원이 연결되지 않은 산간오지 및 독립지역 등에서도 토양의 오염물 제거를 용이하게 할 수 있도록 구성된 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템를 제공함에 있다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 토양의 얕은 깊이에 매립되어 서로 수직 상태에서 대응되도록 수평 설치된 양극(+) 전극부(2) 및 음극(-) 전극부(1)와, 상기한 양극 전극부(2)에 세척제(A) 및 첨가제 등을 펌프 등과 같은 주입 장치로 주입하도록 설치된 용액 탱크(4)와, 상기한 음극 전극부(1)에 포집된 오염물 및 처리수 등을 진공압으로 흡입하도록 설치된 진공흡입장치(5)와, 상기한 양극(11) 및 음극(16)에 태양광으로부터 전원을 발전하여 전원을 인가하도록 구성된 태양광 발전장치(6)로 구성함을 특징으로 한다.

Description

태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템{Purification system of horizental dynamic electricity soil using sun energy}
본 발명은 동전기를 이용한 토양의 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양 에너지를 이용하여 상용 전원이 없는 오지에서도 토양 정화 시스템을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 오염물이 불포화된 지역에 얕은 깊이로 분포되어 있을 때 오염물 제거를 보다 효과적으로 수행하고, 음극에서의 오염물 및 처리수를 진공을 이용하여 추출함을써 음극 전극부 부근의 토양의 염기성화를 감소시킬 수 있는 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 광산 지역과 같이 토양이 중금속 등에 의해 오염되거나 또는 주유소 등과 같이 유류에 의해 토양이 오염되거나 또는 비료에 의해 논등과 같은 토양이 오염되면 이를 정화시켜야 한다.
상기한 토양의 정화 처리 기술 중 동전기를 이용한 정화 처리 기술은 오염된 토양에 일정 간격으로 양극(+) 및 음극(-) 전극을 설치한 후, 상기한 토양에 첨가제(또는 세척제)를 투입하고, 상기한 전극에 직류 전류를 가하면 전기 이동 및 전기 삼투 현상에 의해 오염물이 음극으로 모이고 이를 추출할 수 있도록 구성된다.
상기한 동전기 기술은 오염된 토양에 소정 깊이로 삽입됨과 아울러 양극(+)과 음극(-) 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 배치된 다수의 양극 전극부 및 음극 전극부와, 상기한 양극 전극부 및 음극 전극부에 전원을 공급하도록 설치된 전원 공급 장치와, 상기한 양극 전극부에 물을 공급하도록 설치된 물 공급 장치와, 상기한 음극 전극부로 모이는 처리수 및 오염 물질을 추출하여 저장하는 추출 장치 및 저장 탱크로 이루어져 있다.
즉, 토양의 오염된 부분에 양극 전극부와 음극 전극부를 일정 간격으로 배치한 후, 상기한 양극 전극부에 전원을 인가하면 토양에 함유된 중금속 등과 같은 이물질이 전기 이동 및 전기 삼투 작용에 의해 음극으로 모이게 된다.
이때, 상기한 토양으로 물을 공급함과 아울러 오염물에 적합한 세척제를 공급함으로써 상기한 오염물질이 물과 함께 음극으로 이동하여 제거하는 효율을 대폭 향상시킬 수 있게 되는 바, 음극으로 오염물질이 모이게 되면 상기한 음극에서 별도의 추출 장치를 통해 오염물을 제거하게 되는 것이다.
그러나, 상기한 바와 같이 양극 전극부에 전원을 인가하기 위해서는 전선을 통해 공급되는 상전원이 필요하기 때문에 산간오지 및 독립지역과 같이 전원을 직접 공급하기가 어려운 지역에서는 오염물의 제거를 효과적으로 실시할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 상전을 이용할 수 있더라도 교류를 직류로 전환시킬 수 있는 별도의 정류기가 필요하다.
한편, 양극부에 물 또는 세척제가 주입되지 않았을 경우 양극 전극부에서는 전기 이동 및 전기 삼투 작용에 의해 토양이 매우 건조하게 될 뿐만 아니라 물 또는 세척제가 주입되었다 할지라도 세척제 및 오염물이 토양의 심층으로 유입되어 2차 오염이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양극 전극부에서 토양의 건조 현상이 심하게 나타나는 것을 방지함과 아울러 음극 전극부에서의 세척제로 인한 2차 오염을 방지할 수 있고, 특히 상전원이 연결되지 않은 산간오지 및 독립지역 등에서도 토양의 오염물 제거를 용이하게 할 수 있도록 구성된 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템를 제공함에 있다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 토양의 얕은 깊이에 매립되어 서로 수직 상태에서 대응되도록 수평 설치된 양극 전극부 및 음극 전극부와, 상기한 양극 전극부에 세척제 및 첨가제 등을 펌프 등과 같은 주입 장치로 주입하도록 설치된 용액 탱크와, 상기한 음극 전극부에 포집된 오염물 및 세척제 등을 진공압으로 흡입하도록 설치된 진공흡입장치와, 상기한 양극 및 음극에 태양광으로부터 전원을 발전하여 전원을 인가하도록 구성된 태양광 발전장치로 구성함을 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 따른 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템을 도시한 개략도로서, 토양의 얕은 깊이에 매립되어 서로 대응되도록 수평 배열된 양극 전극부(2) 및 음극 전극부(1)와, 상기한 양극 전극부(2)에 세척제(A) 및 첨가제등을 펌프(3) 등과 같은 주입 장치로 주입하도록 설치된 용액 탱크(4)와, 상기한 음극 전극부(1)에 포집된 오염물 및 세척제 등을 진공압으로 흡입하도록 설치된 진공흡입장치(5)와, 상기한 양극 및 음극에 태양광으로부터 전원을 발전하여 전원을 인가하도록 구성된 태양광 발전장치(6)로 이루어져 있다.
상기한 양극(+) 전극부(2)는 도2와 도3에 도시된 바와 같이 PVC 또는 강관으로 형성됨과 아울러 다수의 배출공(7)이 하부에 형성된 원통형의 하우징(8)과, 상기한 하우징(8)의 내면에 밀착되도록 배치되고 충진재(9)보다 투수계수가 큰 필터(10)와, 상기한 하우징(8)의 중앙 부분에 삽입된 양극(+) 전극(11)과, 상기한 하우징(8)에 충진되어 전극(11)을 둘러싸고 있을 뿐만 아니라 토양보다 투수계수가 작은 음으로 대전된 카올린 등과 같은 충진재(9)와, 상기한 충진재(9)의 상부로 일정 이상 높아지도록 용액 탱크(4)에서 공급되는 계면 활성제등과 같은 세척제(A)로 이루어져 있다.
즉, 상기한 전극(11)과 직접 접촉되어 있는 충진재(9) 사이에 전기 삼투 작용이 발생되도록 함과 아울러 상기한 충진재(9)가 토양(정화 대상인 토양)투수 계수보다 작기 때문에 상기한 물 및 세척제(A)가 전기 삼투 작용에 의해 이동할 때 과다하게 토양으로 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다.
물론, 상기한 하우징(8)의 배출공(7)은 세척제(A) 및 물이 빠져나갈 때 받는 저항을 최소화시키도록 충분하게 많은 수로 형성하고 직경도 충분하게 구성하게 된다.
상기한 음극 전극부(1)는 도4에 도시된 바와 같이 전면에 다수의 흡입공(12)이 형성된 원통형 하우징(13)과, 상기한 하우징(13) 내부에 충진되어 있는 모래(14)와, 상기한 모래(14)와 하우징(13) 사이에 개재되어 진공 추출 시 모래(14)는 차단하고 오염물질을 통과시키는 필터(15)와, 상기한 하우징(13) 중앙 부분에 삽입되어 있는 음극(16)으로 이루어져 있다.
상기한 진공 흡입 장치(5)는 음극 전극부(1)에 연결된 집수통(17)과, 상기한 집수통(17)에 밸브(미 도시)로 연결되어 집수통(17)으로 음극 전극부(1)에 포집된 공기, 물, 오염물 등을 흡입하는 진공 탱크(18)와, 상기한 진공 탱크(18)에 진공압을 인가하는 진공펌프(19)로 이루어져 있다.
즉, 상기한 진공압이 진공 탱크(18)에 충진되면 음극 전극부(1)의 오염물이 상기한 집수통(17)으로 흡입되어 저장되도록 하는 것이다.
상기한 태양광 발전 장치(6)는 다수의 셀로 이루어진 태양 전지(20)와, 상기한 태양 전지(20)에서 발생된 전기를 축전지(21)에 충전할 수 있도록 조절하는 충전 조절기(22)와, 상기한 충전 조절기(22)에서 공급된 전류를 양극(11) 및 음극(16)에 전류를 공급하도록 연결된 전원 공급 장치(23)로 이루어져 있는 바, 상기한 태양광 발전 장치는 일반적인 구성을 사용하면 된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 작용 효과를 설명하면 산간오지 및 독립지역의 오염된 토양을 정화하기 위하여 본 발명에 따른 시스템을 설치한 후, 토양의 정화 작업을 실시한 예를 설명하면 태양 전지(20)에 태양광이 비추면서 전원을 생성하게 되면 충전 조절기(22)가 축전지(21)로 또는 전원공급장치(23)로 전원 공급 방향을 조절하게 된다.
예를 들면, 양극(11) 및 음극(16)에 전원을 공급하여 정화 작용을 진행할 때에는 전원공급장치(23)로 발전된 전원을 공급하고, 정화 작용을 정지시키면 축전지(21)로 전원을 공급하여 충전을 하게 된다.
태양광 발전 장치(6)에서 전원을 발생시키게 되면, 전선 케이블을 통해 전원을 공급할 수 없는 산간 오지 및 독립지역에서도 정화 시스템의 양극(11) 및 음극(16)에 전원을 인가할 수 있게 되는 것이다.
양극(11) 및 음극(16)에 50V의 전원이 인가되면, 펌프(3)를 통해 용액 탱크(4)에서 세척제 및 첨가제 예를 들어 50mM 농도의 시트르산 용액(CITRIC ACID)을 양극 전극부(2)에 공급하게 된다.
시트르산 용액이 양극 전극부(2)의 하우징(8) 상부에서 공급되면 하우징(8) 내부에 충진되는 바, 상기한 충진재(9) 및 필터(10)와 토양 사이에서 발생되는 전기 삼투에 의해 세척제(A)가 투입됨으로써, 과다한 량이 토양으로 투입되지는 않게 된다.
양극 전극부(2)에서 토양으로 세척제(A) 및 첨가제가 투입되면 이는 전기 이동 및 전기 삼투 작용에 의해 오염물과 같이 음극(16)으로 이동하게 되는 바, 음극(16)에서는 진공 펌프(19) 및 진공 탱크(18)에 의한 부압(0.5kg/cm2)으로 음극(16)에 포집되는 오염물(중금속 및 유기물)을 진공 흡입하게 된다.
물론, 상기한 진공 흡입 시 음극 하우징(13) 내부에 충진된 모래(14)에 오염물이 균일 분배되고 필터(15)에 의해 모래(14)는 차단되고 오염물만이 흡입되게 된다.
여기서, 상기한 시료(토양)의 포화도는 최적함수비에 해당되는 포화도로 설정하였고 시료의 구성 성분은 하기한 표1에 따른다.
비중 액성한계 USCS분류 초기 pH CEC(meq/100g 건조흙) 유기물함량(%) 카본함량(%) 비표면적(㎡/g)
2.56 25.4 SW 6.6 3.91 3.36 0.18 10.5
상기한 시료에 양극(11)과 음극(16)을 설치하여 실험을 진행하였는 바, 토양(시료)에서의 중금속 제거는 도5에 도시된 바와 같이 이루어졌고 초기 오염도가 37mg/kg으로 측정된 상태에서 10일후, 20일후, 35일후 양극에서부터 정규화된 거리에 따라 측정한 값을 나타내고 있다.
35일후에는 양극(11)에서의 이격 거리에 관계없이 전체적으로 대폭 저하되어 대략 20mg/Kg 내외를 나타내는 것을 볼 수 있다.
또한, 상기한 양극(2) 및 음극 전극부(1)가 설치된 토양의 pH를 보면 산성인 세척제(A)의 2차 오염 여부를 알 수 있는 바, 이를 도6에 나타내었다.
양극 전극부(2)의 토양은 대략 pH 2 정도에서 시간이 지나도 변하지 않는 것을 알 수 있고, 음극 전극부(1)의 토양은 pH 8 정도에서 시간이 지나도 변하지 않는 것을 알 수 있는 바, 이를 통해 보면 세척제(A)의 2차 오염(토양 심층으로의 유입)이 발생되지 않는 것을 알 수 있다.
특히, 음극 전극부(1)에서의 pH가 균일한 것은 진공 추출 가능한 압력에 따라 음극 전극부(1)의 배치를 설정하면 가장 좋은 효과를 얻게 된다.
이상과 같이 본 발명은 동전기를 이용한 토양의 정화 처리 시 전원을 태양광에서 얻을 수 있도록 태양광 발전 장치를 설치하여 산간 오지 및 독립지역에서도 정화 시스템을 작동시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기 삼투 작용을 통해 세척제가 투입되도록 함으로써, 시료인 토양에 과다한 세척제가 투입되지 않도록 하고 음극전극부에서 진공 추출로 세척제 및 오염물을 유효 적절하게 흡입하여 토양의 오염되지 않은 부분으로의 2차 오염을 방지할 수 있는 잇점이 있는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템을 도시한 개략도,
도2는 도1에서 양극 전극부를 도시한 정단면도,
도3은 도2의 측단면도,
도4는 도1에서 음극 전극부를 도시한 단면도,
도5는 실험 후 토양내의 납의 농도를 나타낸 그래프,
도6은 양극과 음극 전극부에서의 pH 측정 그래프,
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 음극 전극부 2: 양극 전극부
3: 펌프 4: 용액 탱크
5: 진공 흡입장치 6: 태양광 발전 장치
7: 배출공 8, 13: 하우징
9: 충진재 10, 15: 필터
11: 양극 12: 흡입공
14: 모래 16: 음극
17: 집수통 18: 진공탱크
19: 진공펌프 20: 태양전지
21: 축전지 22: 충전조절기
23: 전원공급장치

Claims (3)

  1. 토양의 얕은 깊이에 매립되어 서로 수직 상태에서 대응되도록 수평 설치된 양극 전극부 및 음극 전극부와, 상기한 양극 전극부에 세척제 및 첨가제 등을 펌프등과 같은 주입 장치로 주입하도록 설치된 용액 탱크와, 상기한 음극 전극부에 포집된 오염물 및 세척제 등을 진공압으로 흡입하도록 설치된 진공흡입장치와, 상기한 양극 및 음극에 태양광으로부터 전원을 발전하여 전원을 인가하도록 구성된 태양광 발전장치로 구성함을 특징으로 하는 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기한 양극 전극부는 전기 삼투 작용에 의해 토양으로 공급되도록 PVC 또는 강관으로 형성됨과 아울러 다수의 배출공이 하부에 형성된 원통형의 하우징과, 상기한 하우징의 내면에 밀착되도록 배치되고 충진재보다 투수계수가 큰 필터와, 상기한 하우징의 중앙 부분에 삽입된 전극과, 상기한 하우징에 충진되어 전극을 둘러싸고 있을 뿐만 아니라 토양보다 투수계수가 작은 음으로 대전된 충진재와, 상기한 충진재의 상부로 일정 이상 높아지도록 용액 탱크에서 공급되는 세척제로 구성함을 특징으로 하는 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치 동전기 정화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기한 태양광 발전 장치는 다수의 셀로 이루어진 태양 전지와, 상기한 태양 전지에서 발생된 전기를 축전지에 충전할 수 있도록 조절하는 충전 조절기와, 상기한 충전 조절기에서 공급된 전류를 양극 및 음극에 전류를 공급하도록 연결된 전원 공급 장치로 구성함을 특징으로 하는 태양 에너지를 이용한 토양의 수평 전극배치동전기 정화 시스템.
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