KR20090025524A - 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치 및 가열 세정 병용식오염토사 정화공법 - Google Patents

가열 세정 병용식 오염토사 정화장치 및 가열 세정 병용식오염토사 정화공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원유나 석유제품 등의 난수용성 유기화합물로 오염된 토사 및 건설폐기물 처리과정에서 발생하는 건설잔토를 정화, 복원하는 장치 및 공법에 관한 것이다.
본 발명은 오염토사를 수용하고, 내부에 가열장치를 구비한 가열탱크; 계면활성제를 저장하고 희석시키는 공간을 제공하는 저장탱크; 상기 가열탱크에서 배출된 오염토사 및 상기 저장탱크에서 배출된 계면활성제를 수용, 혼합하여 상기 오염토사를 세정하는 세정탱크; 및 상기 가열탱크에서 휘발된 유류 및 상기 세정탱크에서 발생한 배기가스가 정화필터를 통해 배출되도록 구성된 배연설비; 를 포함하여 구성되는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치와 오염토사에 포함된 이물질 및 골재를 제거하는 정리단계; 오염토사를 가열하여 유류를 휘발시키는 가열단계; 및 오염토사에 계면활성제를 혼합하여 세정하는 세정단계; 가 순차적으로 이루어지고, 상기 가열단계에서 휘발된 유류 및 상기 세정단계에서 발생한 배기가스는 정화필터에 의한 필터링단계; 를 거치며 배출되는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법을 제공한다.
오염토사, 가열, 세정, 냉각, 계면활성제, 필터링

Description

가열 세정 병용식 오염토사 정화장치 및 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법{Decontaminater and Decontamination method for contaminated soil using heating process and cleaning process}
본 발명은 원유나 석유제품 등의 난수용성 유기화합물로 오염된 토사 및 건설폐기물 처리과정에서 발생하는 건설잔토를 정화, 복원하는 장치 및 공법에 관한 것이다.
최근 건설구조물의 노후화에 따른 해체가 증가함에 따라 대도시를 시작으로 폐콘크리트와 폐아스콘 및 폐건설자재 등의 건설폐기물이 증가하고 있다. 한편으로는 노후된 유류저장시설 및 주유소 등의 해체도 증가하고 있는 실정이며, 더욱이 최근에는 급발전하는 산업화와 관련하여 에너지 소비량 증가하면서 이를 만족하기 위한 산업오염원도 증가하고 있다. 이에 따라 석유의 저장 및 소비 단계에서 토사 오염문제가 심각해 질 수 있으며, 차후 유류오염 토사의 발생량도 증가할 것으로 예상된다.
이와 관련한 오염토사 정화방법은 처리공정에 따라 크게 생물학적 처리방법, 물리화학적 처리방법, 열적 처리방법 등으로 분류되고, 오염물질의 특성 및 부지의 특성에 따라 상이한 공법을 적용하고 있다.
생물학적 처리방법의 경우 일정한 장소와 시간을 필요로 하는 문제점이 있으며, 물리화학적 처리방법의 대표적인 방법으로 토사세정법은 유류를 제거하는데 드는 비용이 저렴하고 비교적 짧은 시간내에 정화가 가능하다는 장점을 가지고 있지만, 세척된 물을 처리하기 위한 별도의 비용이 소요되는 문제점을 가지고 있다. 또한, 열적 처리방법은 유류오염물질에 열을 가해 유류를 휘발시키는 방법으로서, 비교적 단시간내에 정화가 가능한 방법이나 정화시간이 길어지거나 가열온도가 높아질 경우 소요비용이 높아질 수 있다. 반면, 가열시간이 짧거나 가열온도가 낮은 경우는 충분한 정화가 이루어지지 않기 때문에 국외의 오염토사 정화업체에서는 고열로 오염토사를 소성처리 하는 경우가 많다. 그러나, 고온으로 가열시 토사가 연소될 수 있어 토사가 가지고 있는 기본성질을 잃을 수 있는 문제가 있다
본 발명에서는 종래공법의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유류에 오염된 토사 및 건설잔토를 보다 효율적이고 경제적인 방법으로 복원하면서 토사가 갖는 본래의 성질을 잃지 않도록 하기 위한 정화장치 및 정화공법을 제공함을 그 목적으로 한다.
또한, 유류오염토사 및 건설잔토의 정화과정에서 발생하는 가스 등은 필터링 과정을 거쳐 배출시킬 수 있는 정화장치 및 정화공법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 과제 해결 수단은 다음과 같다.
1) 가열공법과 세정공법을 병용하여, 양 공법의 단점을 보완하고, 장점을 극대화시킨다.
2) 가열단계에서는 가열온도 및 가열시간을 최적화하여 1차적인 유류의 휘발을 도모하면서도 토사가 갖는 본래의 성질은 유지하도록 한다.
3) 세정단계에서는 가열된 오염토사에 계면활성제를 적절히 희석시킨 후 분사하고 혼합하여 남아있는 오염물질이 씻겨지도록 하고, 이 때 냉각수를 함께 분사하여 냉각수의 증발과 함께 씻겨진 오염물질이 증발하도록 한다.
4) 가열단계 및 세정단계에서 발생한 기화된 유류등의 배기가스는 별도의 필 터링단계를 통해 대기의 2차적인 오염을 방지한다.
본 발명은 위와 같은 과제 해결 수단을 구현하기 위한 장치와 구체적인 공법을 제공하는 것으로서, 본 발명의 구현 방법을 간단히 요약하면 다음과 같다.
석유류에 오염된 토양 및 건설잔토를 이물질 및 5㎜이상의 골재를 제거한 후, 유류오염잔토를 향류식 회전통(가열탱크)에 주입하여 200℃정도의 저온가열을 통해 오염토사의 유류를 1차적으로 제거한다. 그리고, 여기서 배출된 오염토사는 2차적으로 세정탱크로 이동되고 냉각수 분사 후 적정온도 조건에서 계면활성제 희석액을 첨가하여 석유성분을 완전히 세정하여 오염된 토양을 토양의 기본 성질을 파괴시키지 않고 원래의 상태로 복원시키는 오염토양 복원기술이다. 아울러, 가열탱크 내부에서의 가열처리 과정 및 세정탱크에서의 냉각과정에서 발생하는 배기가스에는 다이옥신류 등이 함유되어 있을 수 있지만, 배기가스는 2단계의 여과필터에 의해 필터링되므로 2차오염은 방지된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 세정공법 및 가열공법을 병용하므로서, 유류오염토사 및 건설잔토 등의 오염토사를 깨끗하고 효율적으로 정화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 가열공법과 세정공법을 병용하여 2단계에 걸친 정화작업을 수행할 수 있 으므로, 고온가열을 회피할 수 있고, 세척수의 사용량을 줄일 수 있다.
2) 가열단계에서는 200℃가량의 저온가열을 함으로서, 1차적으로 유류를 휘발시킬 수 있고, 고온가열시 문제되었던 토사의 연소문제를 해소할 수 있어 정화작업 후에도 토사가 갖는 본질적 성질을 그대로 유지할 수 있다.
3) 세정단계에서는 가열된 오염토사에 계면활성제와 냉각수를 분사, 혼합하므로 남아있는 오염물질은 계면활성제에 의해 씻겨 냉각수와 함께 증발되므로 세척수 처리에 대한 문제를 해소할 수 있다.
4) 가열단계 및 세정단계에서 발생하는 기화된 유류와 배기가스는 별도의 배연설비를 통해 필터링처리 후 배출되므로 정화작업시 발생하는 다이옥신 등에 의한 대기의 2차적 오염을 근본적으로 방지할 수 있다.
5) 오염토사를 정화하는데 소비되는 시간, 정화의 정도 및 경제적인 측면에서 효율적이다.
본 발명은 주유소, 저유소, 군사시설 등의 유류보관시설 등에서 배출된 유류오염토사 및 건설폐기물 처리공정에서 발생하는 건설잔토 등의 오염토사를 정화시키는 장치로서, 오염토사를 수용하고, 내부에 가열장치를 구비한 가열탱크; 계면활성제를 저장하고 희석시키는 공간을 제공하는 저장탱크; 상기 가열탱크에서 배출된 오염토사 및 상기 저장탱크에서 배출된 계면활성제를 수용, 혼합하여 상기 오염토 사를 세정하는 세정탱크; 및 상기 가열탱크에서 휘발된 유류 및 상기 세정탱크에서 발생한 배기가스가 정화필터를 통해 배출되도록 구성된 배연설비; 를 포함하여 구성되는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 유류보관시설에서 배출된 유류오염토사 및 건설폐기물 처리공정에서 발생하는 건설잔토 등의 오염토사를 정화시키는 공법으로서, 오염토사에 포함된 이물질 및 골재를 제거하는 정리단계; 오염토사를 가열하여 유류를 휘발시키는 가열단계; 및 오염토사에 계면활성제를 혼합하여 세정하는 세정단계; 가 순차적으로 이루어지고, 상기 가열단계에서 휘발된 유류 및 상기 세정단계에서 발생한 배기가스는 정화필터에 의한 필터링단계; 를 거치며 배출되는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법을 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면에 따라 본 발명을 설명하기로 한다.
Ⅰ. 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치
본 발명에 따른 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치는 도 1에 도시된 바와 같이 가열탱크(10); 세정탱크(20); 저장탱크(30); 배연설비(40); 로 구성되며, 장치의 우수한 성능발현을 위해 분사장치(50); 송풍기(70); 등을 부가할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치를 더욱 구체적으로 예시한 도 2를 참조하여 각 구성요소를 상세히 설명한다.
상기 가열탱크(10)는 오염토사를 수용하고, 내부에 가열장치를 구비하여, 오염토사를 가열함으로서 1차적으로 유류를 휘발시키기 위한 구성요소이다.
상기 가열탱크는(10), 원통형으로 구비되어, 축회전함으로서, 내부에 수용된 오염토사가 골고루 가열되도록 하는 것이 바람직하며, 도 3에 도시된 바와 같이 가열장치가 구비된 외측통체(10a)와, 오염토사가 투입되고 축회전하며 내주면에는 나선형의 토사안내날개(11)가 형성된 내측통체(10b)로 구성하여 외측통체(10a)에 구비된 가열장치가 상기 내측통체(10b)를 가열하도록 하고, 내측통체(10b)는 회전기어(14)에 의해 축회전함으로서 수용된 오염토사가 토사안내날개(11)를 따라 이동하면서 가열되도록 구성할 수 있다. 상기 가열장치는 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 버너(12)로 점화하여 불꽃(13)을 일으키는 방식을 택할 수 있음은 물론, 열선 등에 의한 전기적 가열방식 등의 다양한 방식이 적용될 수 있다.
상기 가열탱크(10) 내에서 오염토사를 투입하는 작업은 도2에 도시된 바와 같이 컨베이어벨트에 의해 수행할 수 있으며 컨베이어벨트의 운송속도와 상기 가열탱크(10)의 내측통체(10b) 회전속도를 맞추어 일정량의 오염토사가 연속적으로 가열탱크 내에 투입되며 일정온도로 가열되도록 할 수 있다.
예를들어, 상기 가열탱크(10)에 투입된 토사는 약 1m/min속도로 이송되도록 내측통체(10b)를 회전시키고, 내측통체(10b)의 온도는 200℃를 유지할 수 있도록 열전도가 용이한 재질로 구성하고, 가열탱크(10)는 200℃가 유지되는 내측통체(10b) 내에서 오염토사가 충분히 정화될 수 있도록 오염토사가 5분 내지 6분가량 체류할 수 있는 길이를 가지도록 구성하고, 휘발된 유류의 배출이 용이하게 하고 토사의 체류시간을 연장하기 위하여 경우에 따라 약 5~10도의 경사로 기울이는 것도 가능하도록 구성할 수 있다.
상기 저장탱크(20)는 계면활성제를 저장하고 희석시키는 공간을 제공하는 구성요소이다. 상기 저장탱크(20) 내에서는 계면활성제를 적당한 농도로 희석시켜 둘 수 있으며 상기 세정탱크(30)와는 연결로로 연계시켜 계면활성제가 세정탱크(30)로 유입되도록 할 수 있다.
상기 세정탱크(30)는 상기 가열탱크(10)에서 배출된 오염토사 및 상기 저장탱크(20)에서 배출된 계면활성제를 수용, 혼합하여 상기 오염토사를 세정하기 위한 구성요소이다.
상기 세정탱크(30) 내부에는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 평행하게 이격배치되어 축회전하는 2개의 날개지지축(61) 및 상기 2개의 날개지지축(61)에 상호 엇갈린 형태로 다수개 구비된 교반날개(62)로 구성된 강제혼합기(60)를 구비하여 오염토사와 계면활성제를 강제 혼합시킬 수 있다. 상기 강제혼합기(60)는 날개지지축(61)에 구비된 다수개의 교반날개(62)를 나선형으로 장착하여 오염토사가 방향성을 가지고 이동하며 세척되도록 구성할 수 있으며, 2개의 날개지지축(61)에 구 비된 교반날개(61)는 상호 반대방향의 나선형으로 장착하여, 2개의 날개지지축(61) 사이에서 일어나는 국부 교착(交錯)운동과, 각 날개지지축(61)의 점유영역에서 일어나는 역방향의 나선유동의 상호 반복에 의해 오염토사의 세정효과를 극대화시킬 수 있다.
한편, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 분사장치(50)를 상기 세정탱크 상단에 구비되도록 하여 저장탱크(20)에서 배출되는 계면활성제가 상기 세정탱크(30) 내에 제트분사되도록 할 수 있으며, 상기 분사장치(50)는, 외부에서 끌어들인 냉각수도 상기 세정탱크(30) 내에 분사하도록 구성할 수 있다. 냉각수는 상기 가열탱크(10)에서 1차로 정화된 토사를 적정온도 조건에서 세정할 수 있도록 하는 것으로서, 상기 냉각수의 증발시 세정된 유류도 함께 증발되도록 할 수 있다. 도 4에서는 계면활성제 분사투입구(51)와 냉각수 분사투입구(52)가 교대로 배치된 구성예를 도시하였다.
상기 배연설비(40)는 상기 가열탱크(10)에서 휘발된 유류 및 상기 세정탱크(30)에서 발생한 배기가스가 정화필터(43)를 통해 배출시키기 위한 구성요소이다.
상기 배연설비(40)의 정화필터(43)는, 가열탱크(10)와 연결된 배연로(41) 및 세정탱크(30)와 연결된 배연로(42)가 병합되어 가열탱크(10) 및 세정탱크(20)에서 발생한 유해성 기체가 모두 고성능 필터(HEPA Filter, 43a) 및 활성탄 필 터(Activated Carbon Filter, 43b)에 의한 2단계의 필터링 과정을 거치도록 구성하여 다이옥신 등에 의한 대기의 2차적 오염을 예방할 수 있다.
한편, 상기 배연설비(40)는 휘발된 유류와 배기가스를 강제배연시키는 송풍기(70)가 연동되도록 구성하여 배연성능을 높일 수 있다.
Ⅱ. 가열 세정 병용식 유류오염토사 정화공법
본 발명에 따른 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법은 도 6에 도시된 순서도에서 파악되는 바와 같이 정리단계; 가열단계; 세정단계; 및 필터링단계; 를 통해 오염토사를 정화하고, 오염토사 정화과정에서 배출되는 유해기체를 필터링한다.
상기 정리단계는 오염토사에 포함된 이물질 및 골재를 제거하는 단계로서, 오염토사를 가열 및 세정을 통해 정화하기 전에 진동 스크린, 송풍기, 자력선별기 등을 통해 이물질과 지름 5㎜ 이상의 골재를 우선 분리시켜 둘 수 있다.
상기 가열단계는 오염토사를 가열하여 유류를 휘발시키는 단계로서, 구체적으로는 상기 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치의 가열탱크(10)에서 수행할 수 있다. 본 가열단계에서는 오염토사에 포함되어 있는 유분을 기화, 불용화시켜 1차적인 정화작업을 하는 것으로서, 오염토사를 5 내지 6분간 200℃로 저온가열하여 토사가 갖는 본래의 성질은 파괴되지 않도록 할 수 있다.
상기 세정단계는 오염토사에 계면활성제를 혼합하여 세정하는 단계로서, 토사입자에 결합되어 있는 유분의 표면장력을 약화시켜 유분을 분리시키는 과정이다. 구체적으로는 상기 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치의 세정탱크(30)에서 수행할 수 있고, 계면활성제는 세정탱크(30) 내에 제트분사하여 오염토사와의 혼합을 쉽게 할 수 있으며 토양입자와의 접촉면적을 키워 유분 제거 효율을 높이면서도 분리수의 배출량을 적게 할 수 있다.
본 세정단계에서는 냉각수를 분사하여 가열단계에서 가열된 오염토사의 온도를 낮춘 후 오염토사에 계면활성제를 혼합하여 세정할 수 있다. 냉각수가 가열된 오염토사에 분사되어 증발될 때는 계면활성제에 의해 토사에서 분리된 유류의 일부가 함께 증발된다.
상기 필터링단계는 상기 가열단계에서 휘발된 유류 및 상기 세정단계에서 발생한 배기가스를 정화필터로 필터링처리하는 단계이다.
본 필터링단계에서는 휘발된 유류 및 배기가스가 고성능 필터(HEPA Filter) 및 활성탄 필터(Activated Carbon Filter)에 의한 2단계의 필터링 과정을 거쳐 다이옥신이 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 본 필터링단계는 송풍기에의한 강제배연 작업과 연동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치의 구성 개념도이다.
도 2는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치의 구체적 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 외측통체와 내측통체로 구성된 가열탱크의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 분사장치, 세정탱크 및 강제혼합기를 도시한 것이다.
도 5는 2개의 날개지지축을 구비한 강제혼합기의 단면을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법의 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가열탱크 20 : 저장탱크
30 : 세정탱크 40 : 배연설비
50 : 분사장치 60 : 강제혼합기
70 : 송풍기

Claims (11)

  1. 유류보관시설에서 배출된 유류오염토사 및 건설폐기물 처리공정에서 발생하는 건설잔토 등의 오염토사를 정화시키는 장치로서,
    오염토사를 수용하고, 내부에 가열장치를 구비한 가열탱크(10);
    계면활성제를 저장하고 희석시키는 공간을 제공하는 저장탱크(20);
    상기 가열탱크(10)에서 배출된 오염토사 및 상기 저장탱크(20)에서 배출된 계면활성제를 수용, 혼합하여 상기 오염토사를 세정하는 세정탱크(30); 및
    상기 가열탱크(10)에서 휘발된 유류 및 상기 세정탱크(30)에서 발생한 배기가스가 정화필터(43)를 통해 배출되도록 구성된 배연설비(40); 를 포함하여 구성되는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치.
  2. 제1항에서, 상기 가열탱크는(10),
    원통형으로 구비되고, 가열장치가 구비된 외측통체(10a); 및 오염토사가 투입되고, 축회전하며, 내주면에는 나선형의 토사안내날개(11)가 형성된 내측통체(10b); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치.
  3. 제1항에서, 상기 배연설비(40)의 정화필터(43)는,
    휘발된 유류 및 배기가스가 고성능 필터(43a) 및 활성탄 필터(43b)에 의한 2단계의 필터링 과정을 거치도록 구성된 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치.
  4. 제1항에서,
    상기 저장탱크(20)에서 배출되는 계면활성제를 상기 세정탱크(30)에 제트분사시키는 분사장치(50); 를 더 구비한 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치.
  5. 제4항에서, 상기 분사장치(50)는,
    외부에서 끌어들인 냉각수를 세정탱크 내에 분사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치.
  6. 제1항에서, 상기 세정탱크(30) 내부에는,
    평행하게 이격배치되어 축회전하는 2개의 날개지지축(61); 및 상기 2개의 날개지지축(61)에 상호 엇갈린 형태로 다수개 구비된 교반날개(62); 로 구성된 강제혼합기(60); 가 구비된 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
    상기 배연설비(40)와 연결되어 휘발된 유류와 배기가스를 강제배연시키는 송풍기(70); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화장치.
  8. 유류보관시설에서 배출된 유류오염토사 및 건설폐기물 처리공정에서 발생하는 건설잔토 등의 오염토사를 정화시키는 공법으로서,
    오염토사에 포함된 이물질 및 골재를 제거하는 정리단계;
    오염토사를 가열하여 유류를 휘발시키는 가열단계; 및
    오염토사에 계면활성제를 혼합하여 세정하는 세정단계; 가 순차적으로 이루어지고,
    상기 가열단계에서 휘발된 유류 및 상기 세정단계에서 발생한 배기가스는 정화필터에 의한 필터링단계; 를 거치며 배출되는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법.
  9. 제8항에서, 상기 가열단계에서는,
    오염토사를 5 내지 6분간 200℃로 저온가열하는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법.
  10. 제8항에서, 상기 세정단계에서는,
    냉각수를 분사하여 가열단계에서 가열된 오염토사의 온도를 낮춘 후 오염토사에 계면활성제를 혼합하여 세정하는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에서, 상기 필터링단계에서는,
    휘발된 유류 및 배기가스가 고성능 필터 및 활성탄 필터에 의한 2단계의 필터링 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 가열 세정 병용식 오염토사 정화공법.
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