KR20100131677A

KR20100131677A - 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치 및 그 통합정화방법

Info

Publication number: KR20100131677A
Application number: KR1020090050390A
Authority: KR
Inventors: 김주엽; 김학엽; 한창완; 전민하; 박찬상
Original assignee: 주식회사 대일이앤씨
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2010-12-16

Abstract

주입정을 통해 정화 에어를 오염된 토양 및 지하수에 투입하고 추출정을 통해 오염 물질을 회수하는 통합정화장치 및 그 통합정화방법이 소개된다. 통합정화장치는 정화 에어를 투입하거나 오염 물질을 회수하기 위한 압력을 제공하는 블로워, 블로워와 주입정 및 추출정 사이의 연결배관에 설치되는 개폐밸브, 회수된 오염 물질을 비중차를 이용해 오염 가스와 오염 지하수로 분리하는 기액분리조, 기액분리조로부터 배출된 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하는 유수분리기, 기액분리조로부터 배출된 오염 가스에서 잔류 오염물을 흡착하는 흡착조, 및 블로워가 주입정 또는 추출정에 선택적으로 연결되도록 개폐밸브를 제어하는 제어기를 포함하여 구성된다.

스팀발생기, 블로워, 개폐밸브, 기액분리조, 유수분리기

Description

오염 토양 및 지하수의 통합정화장치 및 그 통합정화방법{APPARATUS FOR SYNTHETICALLY PURIFYING THE POLLUTION OF SOIL AND UNDERGROUND WATER AND METHOD THEREOF}

본 발명은 주입정을 통해 정화 에어를 투입하고 추출정을 통해 오염된 토양 및 지하수를 회수하여 정화하는 통합정화장치 및 그 통합정화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염된 지하수 및 가스를 정화하는 모드를 통합 적용하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치 및 그 통합정화방법에 관한 것이다.

산업화가 가속화되고 유류 소비가 급증함에 따라, 유류 저장시설 및 운송 취급량 또한 이에 비례하여 증가하면서 유류에 의한 토양 오염이 심각한 환경문제로 대두되고 있다.

유류에 의해 오염된 토양을 복원하는 기술은 복원 방법에 따라 물리적, 화학적, 생물학적 기술로 분류된다. 그리고 복원하는 위치에 따라 지중 처리(In-situ)와 지상처리(Ex-situ) 기술로 분류된다.

지중 처리 기술 중에서 주로 사용되는 기술로는, 토양 사이의 공기를 대기압보다 낮은 압력구배로 형성시켜 토양을 진공상태로 만들어 줌으로써, 공기를 외부 로 추출시킬 때 토양의 공극 사이에 존재하는 휘발성, 준휘발성 오염 물질이 기화되어 공기와 함께 배출되는 원리를 이용하는 토양증기 추출법(SVE:Soil Vapor Extraction)과, 토양에 공기를 강제적으로 주입하여 토양의 산소농도를 증대시킴으로써 미생물의 활성도를 높이는 생물학적통풍법(BV:Bio Ventiong) 등이 있다.

그러나 토양증기 추출법은 상대적으로 설치가 용이하고 소요 비용이 저렴하고, 광법위하게 오염된 토양의 복원에 적합하나, 포화된 지반 또는 지하수의 오염원을 정화할 수 없고, 생물학적통풍법은 많은 정화시간이 요구된다는 단점이 있었다.

특히, 오염 물질이 다양하게 존재하는 오염지역을 조사해 보면, 하나 이상의 정화방법을 복합적으로 사용해야 할 경우가 종종 발생하는데, 상술한 각각의 정화법을 구현하기 위해서는 별도로 제작된 각각의 장치가 필요하므로, 이들 장치들을 각각 사용하는데 있어서 많은 번거로움이 있었다.

이에, 각각의 정화법에 따른 단점을 보완하면서 이들 정화법을 통합적으로 운영할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 토양증기추출 모드, 생물학적통풍 모드, 에어스파징 모드, 및 다중상추출 모드를 선택적 또는 복합적으로 적용하여 토양/지하수의 오염물질을 효과적으로 정화할 수 있는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치 및 그 통합정화방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치는, 주입정을 통해 정화 에어를 오염된 토양 및 지하수에 투입하고 추출정을 통해 오염 물질을 회수하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치로서, 블로워, 개폐밸브, 기액분리조, 유수분리기, 흡착조, 및 제어기를 포함한다. 블로워는 상기 주입정 및 추출정의 연결배관에 설치되어 상기 정화 에어를 투입하거나 오염 물질을 회수하기 위한 압력을 제공하고, 개폐밸브는 상기 블로워와 상기 주입정 및 추출정 사이의 연결배관에 설치되고, 기액분리조는 상기 추출정의 연결배관과 연통되게 설치되어 상기 회수된 오염 물질을 비중차를 이용해 오염 가스와 오염 지하수로 분리하고, 유수분리기는 상기 기액분리조의 일측에 연결되어 상기 기액분리조로부터 배출된 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하고, 흡착조는 상기 기액분리조의 타측에 연결되어 상기 기액분리조로부터 배출된 오염 가스에서 잔류 오염물을 흡착하며, 제어기는 토양 및 지하수의 오염 상태를 모니터링하고, 상기 블로워가 상기 주입정 또는 추출정에 선택적으로 연결되도록 상기 개폐밸브를 제어한다.

또한, 본 발명은 상기 블로워에 연결되어 저농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 공기와, 고농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 스팀을 생성하는 스팀발생기, 상기 유수분리기에 연결되어 상기 유수분리기의 오염 지하수에서 유류가 제거된 지하수를 저장하는 방류수저장조, 상기 스팀발생기와 블로워 사이에 설치되어 미생물 또는 계면활성제가 저장되는 보조제 저장조, 상기 블로워, 개폐밸브, 기액분리조, 유수분리기, 흡착조, 제어기, 및 스팀발생기가 설치되는 통합하우징을 더 포함할 수 있고, 상기 통합하우징은 이동가능한 운송수단에 탈착가능하게 설치될 수 있다.

이때, 상기 유수분리기는 오염 지하수가 수용되는 유수분리조, 상기 유수분리조 하부에 장착되어 기포를 발생하는 산기관, 상기 유수분리조의 상측에 복수개 장착되어 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하는 유류제거분리판, 상기 유수분리조의 일측에 설치되어 상기 유류제거분리판에서 분리된 유류를 모아 외부로 배출하기 위한 유류집수조, 및 유류가 분리된 지하수를 외부로 배출하기 위한 지하수 배출관을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법은, 주입정을 통해 정화 에어를 오염된 토양 및 지하수에 투입하고 추출정을 통해 오염 물질을 회수하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법으로서, 토양 및 지하수의 오염 상태를 모니터링하는 단계와, 모니터링된 오염 상태에 따라 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드 중 적어도 어느 하나가 사용자에 의해 선택되면, 선택된 모드에 따라 블로워를 상기 주입정 또는 추출정에 선택적으로 연 결하여 정화 에어를 투입하거나 오염 물질을 회수하여 모드를 구현하는 단계와, 오염 물질이 회수되면 회수된 오염 물질을 비중차를 통해 오염 가스와 오염 지하수로 분리하는 단계와, 분리된 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하고 분리된 오염 가스에서 잔류 오염물을 흡착하는 하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 토양증기 추출 모드를 구현하는 단계는, 불포화 토양층에 설치된 주입정을 통해 정화 에어를 투입하고 추출정을 통해 오염 물질이 포함된 가스를 회수하며, 상기 에어스파징 모드를 구현하는 단계는, 지하수층 및 포화 토양층에 설치된 주입정을 통해 정화 에어를 투입하고 추출정을 통해 오염 물질이 포함된 가스를 회수하며, 상기 다중상 추출 모드를 구현하는 단계는, 지하수층에 설치된 추출정을 통해 오염된 가스 및 지하수를 회수하고, 상기 생물학적 통풍 모드를 구현하는 단계는, 불포화 토양층에 설치된 주입정을 통해 정화 에어, 미생물, 및 영양분을 공급하고 추출정을 통해 오염된 가스 및 지하수를 회수하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 생물학적 통풍 모드를 구현하는 단계는, 상기 주입정을 통해 정화 에어, 미생물, 및 영양분을 공급하기 전에, 지하수층 및 포화 토양층에 정화 에어를 주입하여 오염물질을 먼저 휘발시켜 불포화 토양층으로 이동되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 모드를 구현하는 단계에서 정화 에어는, 상온 공기와, 저농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 공기와, 고농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 스팀을 포함하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 분리된 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하는 단계는, 오염 지하수에 기포를 발생시켜 오염 지하 수에 혼합되어 있는 잔존 유류 오염물질을 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 토양 및 지하수의 오염 정도나 상태 등에 따라 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드를 독립 또는 복합 운영함으로써, 해당 오염 지역에서 오염 토양 및 지하수의 정화를 효과적으로 구현할 수 있다는 이점이 있다. 특히, 정화하려는 지역이 포화 토양층, 불포화 토양층, 또는 지하수층인지에 구애받지 아니하고 오염 지역을 신속하고 효과적으로 정화할 수 있다.

또한, 본 발명은 오염 지역을 정화하기 위한 장치들이 통합되어 하나로 모듈화되므로, 오염지역의 특성에 따라 조합하여 사용이 가능하고, 이 모듈화된 장치가 이송차에 장착되어 이동이 가능하므로, 설치 및 이동이 용이하다는 이점이 있다.

아울러, 본 발명은 지하수층 및 포화 토양층에 정화 에어를 투입하기 전 사전에 계면활성제와 같은 화학적 보조제를 투입할 수 있으므로, 표면장력 감소에 따라 모세관 압력이 낮아져 공극에 대한 정화 에어의 침투가 가능하여 오염물질의 처리 효율이 현저하게 증가될 수 있다는 이점이 있다.

게다가, 본 발명은 고온 공기와 고온 스팀을 정화 에어로 사용함으로써, 고농도 준 휘발성 오염물질뿐만 아니라, 저농도 준 휘발성 오염물질을 휘발하여 처리할 수 있다는 이점이 있다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소 들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치의 개념을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드가 하나의 시스템을 통해 구현된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

이를 구현하기 위해, 본 발명에 따른 통합정화장치는 주입정(910)을 통해 정화 에어를 오염 지대에 투입하거나 추출정(920)을 통해 오염 물질을 회수하기 위해 압력을 제공하는 블로워(200), 주입정(910)/추출정(920)의 연결배관 유로를 단속하는 개폐밸브(310), 추출정(920)을 통해 회수된 오염 물질에서 오염 가스와 오염 지하수를 분리하는 기액분리조(400), 오염 지하수에서 유류를 분리하는 유수분리기(500), 오염 가스에서 잔류 오염물을 흡착하는 흡착조(600), 및 개폐밸브(310)를 단속하는 제어기(700)를 포함하여 구성된다.

블로워(200)는 주입정(910) 및 추출정(920)의 연결배관에 연결되며, 주입정(910)을 통해 외부의 정화 에어를 오염 지대에 투입시키거나, 추출정(920)을 통 해 오염 물질을 회수되도록 공기압을 제공한다. 여기서, 정화 에어는 상온의 공기와, 스팀발생기(100)에서 생성된 고온 공기 또는 고온 스팀을 포함하는 개념으로 정의한다. 스팀발생기(100)는 블로워(200)에 연결되어 저농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 공기와, 고농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 스팀을 생성한다.

본 실시예에서는 하나의 블로워(200)를 통해 주입정(910)을 통한 정화 에어의 공급과, 추출정(920)을 통한 오염 물질의 회수가 이루어질 수 있는데, 이를 위해, 주입정(910)/추출정(920)의 연결배관에는 블로워(200)의 공기압이 주입정(910) 또는 추출정(920)에 선택적으로 제공되도록 하는 개폐밸브(310)가 마련된다.

개폐밸브(310)는 블로워(200)의 공기압이 선택적으로 주입정(910) 또는 추출정(920)에 전달되도록 하며, 나아가 후술하는 보조제 저장조(810)의 연결배관에 설치되어 보조제 저장물에 저장된 저장물, 예를 들어 미생물 또는 계면활성제가 선택적으로 주입정(910)에 유입되도록 할 수 있다. 이 개폐밸브(310)의 개폐 작동은 제어기(700)를 통해 단속되며 이 제어기(700)에 대한 자세한 설명은 후술한다.

개폐밸브(310)는 복수로 이루어지고, 각각의 개폐밸브(310)는 해당 연결배관의 유로를 개폐한다. 즉, 주입정(910)의 연결배관을 단속하는 개폐밸브(310)가 개방되면, 주입정(910)과 블로워(200)가 서로 연통되면서 정화 에어가 주입정(910)을 통해 토양 및 지하수로 주입될 수 있고, 추출정(920)의 연결배관을 단속하는 개폐밸브(310)가 개방되면, 추출정(920)과 블로워(200)가 서로 연통되면서 오염물질이 추출정(920)을 통해 회수되어 기액분리조(400)로 이동될 수 있다.

기액분리조(400)는 추출정(920)의 연결배관과 연통되게 설치되는 수조 형태로 구성되며, 기액분리조(400)의 내부 상측에 오염 물질 중에서 비중이 작은 오염 가스가 모이고, 기액분리조(400)의 내부 하측에 오염 물질 중에서 비중이 큰 오염 지하수가 모이는 구조이다.

기액분리조(400)에는 유수분리기(500)와 흡착조(600)가 각각 연결되는데, 특히, 기액분리조(400)의 상부측에는 수조 상부에 모인 오염 가스가 이동되도록 흡착조(600)가 연통되게 연결되고, 기액분리조(400)의 하부측에는 수조 하부에 모인 오염 지하수가 이동되도록 유수분리조(500)가 연통되게 연결된다. 아울러, 기액분리조(400)에는 제어기(700)에 모니터링될 정보 데이터를 제공하는 압력계 및 진공계가 추가 장착되고, 분리된 오염 가스를 흡착조(600)로 공급하기 위한 예비 펌프가 추가 장착될 수 있다.

기액분리조(400)의 상부측에 연결되는 흡착조(600)는, 기액분리조(400)에서 분리된 오염 가스로부터 잔류 오염물을 흡착하여 정화하고, 정화된 가스를 외부로 배출하는 역활을 한다. 본 실시에에서는 A/C 흡착탑이 흡착조(600)로 사용되었으나, 이 외에 오염 가스로부터 오염 물질을 흡착할 수 있는 다른 흡착 장치가 흡착조(600)로 사용될 수 있다.

기액분리조(400)의 하부측에 연결되는 유수분리기(500)는, 기액분리조(400)에서 분리된 오염 지하수로부터 유류를 분리하는데, 특히 비중차를 이용하여 오염 지하수의 상면에 부유된 유류를 분리하는 구조이다.

도 3a은 본 발명에 따른 통합정화장치의 유수분리기 평면을 나타낸 도면이 고, 도 3b는 본 발명에 따른 통합정화장치의 유수분리기 측면을 나타낸 도면이다.

즉, 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 유수분리기(500)는 오염 지하수가 유입되도록 기액분리조(400)에 연통되는 지하수 유입관(560)과, 지하수 유입관(560)을 통해 유입된 오염 지하수가 수용되는 유수분리조(500)와, 유수분리조(500) 하부에 장착되어 기포를 발생하는 산기관(530)과, 오염 지하수에서 부유된 유류가 분리되도록 유수분리조(500)의 상측에 장착되는 복수의 유류제거분리판(541)과, 복수의 유류제거분리판(541)에 연결되어 유류제거분리판(541)에서 모은 유류를 일시 저장하는 유류집수조(540), 유류가 분리된 지하수를 외부로 배출하기 위해 기액분리조(400)의 하부에 관통 설치되는 지하수 배출관(550), 및 유수분리조(500)내 잔류 지하수를 배출하기 위해 기액분리조(400)의 하부에 형성된 배출공(520)을 포함한다. 이때, 산기관(530)에서 발생된 기포는 비중차로 분리되지 못하여 오염 지하수에 잔존하고 있는 유류 오염물질을 추가적으로 분리할 수 있는 바, 분리된 유류는 지하수 상면에 부유되어 유류제거분리판(541)을 통해 분리되고, 분리된 오염 가스는 흡착조(600)로 이동된 후 정화되어 배출될 수 있다.

따라서, 유수분리기(500)의 유수분리조(500) 내로 오염 지하수가 유입되면, 산기관(530)의 기포에 의해 오염 지하수에 잔존하고 있는 오염물질이 지하수에서 분리되고, 오염 지하수의 상면에 부유된 유류는 유류제거분리판(541)를 통해 분리하고, 분리된 유류는 유류집수조(540)에 일시 저장되며, 유류가 제거된 지하수는 지하수 배출관(550)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

지하수 배출관(550)에는 방류수저장조(820)가 연결될 수 있다. 이 방류수저 장조(820)는 지하수를 저장하기 위한 탱크로, 지하수 배출관(550)에 선택적으로 연결될 수 있도록 탈착이 가능한 구조이다.

상술한 구성들은 제어기(700)에 의해 제어가 이루어진다. 이 제어기(700)는 정화할 대상부지의 오염현황을 모니터링하여 해당 지역의 수리 지질학적 특성에 적합한 정화 단위 공정이 선정되어 운영될 수 있도록 한다. 즉, 제어기(700)는 주입 및 추출정(920)에 마련된 개별적인 모니터링 센서를 통해 투입 혼합유체 및 흡입되는 기액상 물질량을 모니터링하고, 유수분리기(500)의 오염지하수, 기액분리조(400)의 가스상 오염물질의 처리량 등을 파악함으로써, 사용자로 하여금 손쉽게 개폐밸브(310)를 선택하여 장치가 운영될 수 있도록 하는 것이다.

예컨대, 제어기(700)에 의해 주입정(910)의 연결배관에 설치된 개폐밸브(310)가 개방되면, 블로워(200)에 의해 정화 에어가 주입정(910)으로 이동되며, 주입정(910)에 이동된 정화 에어는 오염된 토양 또는 지하수로 배출된다. 그리고 제어기(700)에 의해 추출정(920)의 연결배관에 설치된 개폐밸브(310)가 개방되면, 블로워(200)에 의해 토양 또는 지하수내 오염 물질이 추출정(920)으로 유입되며, 추출정(920)에 유입된 오염 물질은 추출정(920)의 연결배관을 따라 기액분리조(400)로 이동될 수 있다.

한편, 스팀발생기(100)와 블로워(200) 사이에는 미생물 또는 계면활성제(SDS, SDBS...)가 저장되는 보조제 저장조(810)가 설치될 수 있다. 보조제 저장조(810)에는 미생물 및 계면활성제가 분리되어 저장될 수 있으며, 보조제 저장조(810)는 주입정(910)의 연결배관에 선택적으로 연결 가능한 구조로, 필요한 경우 저장된 미생물 또는 계면활성제를 주입정(910)을 통해 오염 지역에 투입할 수 있다.

특히, 보조제 저장조(810)의 계면활성제가 사전에 오염 지역에 투입되는 경우, 표면장력이 낮아진 조건에서 정화에어가 주입되어 정화에어의 포화율과 침투영역이 확대되어 지하수층 및 포화 토양층내에 오염물질의 휘발 제거효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 스팀발생기(100)에서 발생된 고온 스팀을 오염 지역에 주입하면 증기압이 낮은 준 휘발성 물질도 효과적으로 휘발 제거할 수 있다.

보조제 저장조(810)의 미생물이 오염 지역에 주입되는 경우, 통상적으로 온도가 10도 증가되면 미생물의 활성도는 2배 이상 증가하는 것으로 알려져 있는 바, 외부 공기 및 고온 스팀을 토양에 주입하여 미생물의 활성도를 높이고, 주요 유류 오염물질의 증기압을 증가시키므로 고농도 준 휘발성 오염물질도 휘발, 제거할 수 있다. 오염 지역에 미생물을 주입하면서 고온 스팀을 토양에 주입하는 시험 결과, 종래 대비 효율을 30%가량 증가시킬 수 있었으며 휘발성분의 휘발화는 물론, 저농도 및 고농도의 준 휘발성 성분들까지도 신속히 휘발시켜 정화할 수 있었다.

상술한 구성들, 예컨대, 블로워(200), 개폐밸브(310), 기액분리조(400), 유수분리기(500), 흡착조(600), 제어기(700), 스팀발생기(100), 및 보조제 저장조(810) 등은 하나의 통합하우징(830)에 설치될 수 있다. 이 통합하우징(830)은 상기 장치가 공간 집약적으로 배치가능한 공간을 가지며, 운송수단에 탈착가능하게 설치가 가능한 구조이다. 따라서, 오염 지역에 이들 장치의 설치가 요구되는 경우, 상기 장치가 장착된 통합하우징(830)을 적용하면, 상기 장치를 해당 지역으로 손쉽 게 이동할 수 있고 편리하게 설치할 수 있다.

이하, 상술한 통합정화장치를 이용하여 오염된 토양 및 지하수를 정화하는 통합정화방법을 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법은, 토양 및 지하수의 오염 상태를 모니터링하고, 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드 중에서 선택된 모드에 따라 정화 에어를 투입하고 오염 물질을 회수하고, 오염 물질이 회수되면 회수된 오염 물질을 오염 가스와 오염 지하수로 분리하고, 오염 지하수에서 유류를 분리하고 오염 가스에서 잔류 오염물을 흡착한다.

구체적으로, 오염된 토양 및 지하수를 정화하기 위해서는, 먼저, 정화 에어를 주입하기 위한 주입정(910)과 오염 물질을 회수하기 위한 추출정(920)을 오염 지역에 복수개 이격 배치한다. 그리고 본 발명에 따른 통합정화장치를 주입정(910)과 추출정(920)의 연결배관에 연결함으로써 오염 지역 정화를 위한 준비 작업을 완료한다.

통합정화장치의 준비 작업이 완료되면, 통합정화장치의 제어기(700)를 통해 해당 지역의 토양과 지하수의 오염 상태를 모니터링한다. 이때, 사용자는 제어기(700)를 통해 오염 지역내 투입된 혼합유체 및 흡입되는 기액상 물질량을 모니터링할 수 있고, 유수분리기(500)의 오염 지하수, 기액분리조(400)의 가스상 오염물질의 처리량 등을 파악할 수 있다.

이후, 사용자는 제어기(700)에서 모니터링된 오염 상태에 따라 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드 중 적어도 어느 하나를 선택하고, 블로워(200)를 주입정(910) 또는 추출정(920)에 선택적으로 연결하여 정화 에어를 투입하거나 오염 물질을 회수할 수 있다. 즉, 주입정(910)의 연결배관에 설치된 개폐밸브(310)를 개방시키면, 블로워(200)의 공기압에 의해 정화 에어를 오염 지역에 배출할 수 있고, 추출정(920)의 연결배관에 설치된 개폐밸브(310)를 개방시키면, 블로워(200)에 의해 오염 물질을 회수할 수 있다.

여기서, 사용자는 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드 중에서 하나 또는 복수로 선택하여 오염 지역에 정화 에어를 주입하거나 오염 물질을 회수할 수 있다.

예를 들어, 토양증기 추출 모드에 따르면, 불포화 토양층에 설치된 주입정(910)에 정화 에어를 투입하고, 일정 시간 경과 후 추출정(920)을 통해 오염 물질이 포함된 가스를 회수한다. 이때, 스팀발생기(100)의 고온 스팀과 고온 공기를 선택적으로 주입함으로써, 불포화 토양층의 저농도 및 고농도의 준 휘발성 유류오염토양의 효율적인 정화가 가능하다.

에어스파징 모드에 따르면, 지하수층 및 포화 토양층에 설치된 주입정(910)을 통해 정화 에어 및 보조제 저장조(810)의 수용성 계면활성제를 투입하고, 일정 시간 경과 후 추출정(920)을 통해 오염 물질이 포함된 가스를 회수한다. 사전에 계면 활성제가 투입된 조건에서 정화 에어를 주입하면, 공기가 공극을 통과하는데 필요로 하는 모세관 압력이 표면장력이 감소한 만큼 낮아지므로 동일한 공기압을 적 용하였을 때 손쉽게 공기를 미세한 공극까지 침투시킬 수 있으며, 추가로, 고온 공기를 주입하면 증기압이 낮은 준 휘발성 물질을 효과적으로 휘발 제거할 수 있다. 이와 같이, 지하수층 및 포화 토양층에 사전에 수용성 계면활성제를 투입하면, 지하수층 및 포화 토양층의 표면 장력이 감소되어 주입된 정화 에어가 미세 공극까지 침투할 수 있어 넓은 폭기 영역을 통한 휘발성 오염물질을 제거할 수 있는 것이다. 이때 정화 에어는 상온 공기뿐만 아니라 고온 공기와 고온 스팀이 선택적으로 주입될 수 있음은 물론이다.

다중상 추출 모드에 따르면, 포화 토양층에 설치된 추출정(920)을 통해 오염된 가스 및 지하수를 회수한다. 이 모드는 지중에 존재하는 유동상 및 잔류성 유분(LNAPL)과 탄화수소증기 혼합물을 추출 및 분리하는 기술로, 지하수면이 깊은 지역에서도 적용가능하다.

생물학적 통풍 모드에 따르면, 불포화 토양층에 설치된 주입정(910)을 통해 정화 에어, 미생물, 및 영양분을 공급함으로써, 미생물 분해를 통한 오염물의 생분해가 가능하며, 일정 시간이 경과한 후 추출정(920)을 통해 오염된 가스 및 지하수를 회수할 수도 있다. 통상적인 생물학적 통풍법은 불포화 토양층에서만 적용되므로 지하수위 하부의 오염을 제거할 수 없는 단점이 있었으나, 본 발명에 따른 생물학적 통풍 모드에서는 이를 보완하기 위하여 에어스파징 모드를 생물학적 통풍 모드와 결합하여, 지하수층 및 포화 토양층내에 휘발성 오염물질을 불포화 토양층으로 휘발제거하고, 미생물에 의한 생물학적 분해에 의해 오염물질을 제거한다. 이때, 정화 효율을 높이기 위해 계면활성제 및 영양염류와 기타 제재가 주입될 수 있 다.

상술한 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드를 통해 오염 물질이 회수되면, 회수된 오염 물질은 기액분리조(400)에서 비중차를 통해 오염 가스와 오염 지하수로 분리된다.

즉, 기액분리조(400)에 오염물질이 유입되면, 이 오염물질 중에서 비중이 작은 오염 가스는 기액분리조(400) 상측에 모여 흡착조(600)로 이동되고, 비중이 큰 오염 지하수는 기액분리조(400) 하측에 모여 유수분리기(500)로 이동된다.

기액분리조(400)에서 흡착조(600)로 오염 가스가 이동되면, 흡착조(600)의 오염가스는 잔류 오염물이 흡착되면서 정화되어 외부로 배기되고, 기액분리조(400)에서 유수분리기(500)로 오염 지하수가 이동되면, 오염 지하수의 잔존 오염물질은 산기관(530)의 기포를 통해 분리되고, 오염 지하수의 유류는 유류제거분리판(541)을 통해 분리되므로, 유류가 제거된 지하수는 방류수저장조(820)에 이동되어 저장될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기상 및 확인이 어려운 지중 내 환경변화에 따라 정화 단위공정을 전환하는데 있어서 별도의 추가 시설이나 조정이 필요 없는 방식으로, 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드를 구현할 수 있다는 점에서 장점이 있다.

특히, 고온 공기, 고온 스팀, 계면활성제를 추가한 물리 화학적 보조공정이 추가됨에 따라 단위 공정을 극대화함은 물론 통합적용이 가능하다. 아울러, 종래 기술에 비하여 장치의 설치 및 이동이 간편하고, 오염부지 특성에 따라 필요한 장 치들을 조합하여 사용할 수 있게 함으로써 기술적, 비용적, 용이성, 이동성이 향상된다는 장점이 있다.

상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치를 도시한 개념도.

도 2는 본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치를 도시한 구성도.

도 3a은 본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치의 유수분리기를 도시한 평면도.

도 3b는 본 발명에 따른 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치의 유수분리기를 도시한 측면도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호설명※

100 :스팀발생기 200 :블로워

310 :개폐밸브 400 :기액분리조

500 :유수분리기 600 :흡착조

700 :제어기

Claims

주입정(910)을 통해 정화 에어를 오염된 토양 및 지하수에 투입하고 추출정(920)을 통해 오염 물질을 회수하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치로서,

상기 주입정(910) 및 추출정(920)의 연결배관에 설치되어 상기 정화 에어를 투입하거나 오염 물질을 회수하기 위한 압력을 제공하는 블로워(200);

상기 블로워(200)와 상기 주입정(910) 및 추출정(920) 사이의 연결배관에 설치되는 개폐밸브(310);

상기 추출정(920)의 연결배관과 연통되게 설치되어 상기 회수된 오염 물질을 비중차를 이용해 오염 가스와 오염 지하수로 분리하는 기액분리조(400);

상기 기액분리조(400)의 일측에 연결되어 상기 기액분리조(400)로부터 배출된 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하는 유수분리기(500);

상기 기액분리조(400)의 타측에 연결되어 상기 기액분리조(400)로부터 배출된 오염 가스에서 잔류 오염물을 흡착하는 흡착조(600); 및

토양 및 지하수의 오염 상태를 모니터링하고, 상기 블로워(200)가 상기 주입정(910) 또는 추출정(920)에 선택적으로 연결되도록 상기 개폐밸브(310)를 제어하는 제어기(700);를 포함하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치.
청구항 1에 있어서,

상기 블로워(200)에 연결되어 저농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 공기와, 고농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 스팀을 생성하는 스팀발생기(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치.
청구항 1에 있어서,

상기 유수분리기(500)에 연결되어 상기 유수분리기(500)의 오염 지하수에서 유류가 제거된 지하수를 저장하는 방류수저장조(820)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치.
청구항 1에 있어서,

상기 유수분리기(500)는 오염 지하수가 수용되는 유수분리조(500), 이 유수분리조(500) 하부에 장착되어 기포를 발생하는 산기관(530), 상기 유수분리조(500)의 상측에 복수개 장착되어 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하는 유류제거분리판(541), 상기 유수분리조(500)의 일측에 설치되어 상기 유류제거분리판(541)에서 분리된 유류를 모아 외부로 배출하기 위한 유류집수조(540), 및 유류가 분리된 지하수를 외부로 배출하기 위한 지하수 배출관(550)을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치.
청구항 2에 있어서,

상기 스팀발생기(100)와 블로워(200) 사이에 설치되어 미생물 또는 계면활성 제가 저장되는 보조제 저장조(810)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치.
청구항 2에 있어서,

상기 블로워(200), 개폐밸브(310), 기액분리조(400), 유수분리기(500), 흡착조(600), 제어기(700), 및 스팀발생기(100)가 설치되는 통합하우징(830)을 더 포함하고,

상기 통합하우징(830)은 이동가능한 운송수단에 탈착가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화장치.
주입정을 통해 정화 에어를 오염된 토양 및 지하수에 투입하고 추출정을 통해 오염 물질을 회수하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법으로서,

토양 및 지하수의 오염 상태를 모니터링하는 단계;

모니터링된 오염 상태에 따라 토양증기 추출 모드, 에어스파징 모드, 다중상 추출 모드, 및 생물학적 통풍 모드 중 적어도 어느 하나가 사용자에 의해 선택되면, 선택된 모드에 따라 블로워를 상기 주입정 또는 추출정에 선택적으로 연결하여 정화 에어를 투입하거나 오염 물질을 회수하여 모드를 구현하는 단계;

오염 물질이 회수되면 회수된 오염 물질을 비중차를 통해 오염 가스와 오염 지하수로 분리하는 단계; 및

상기 분리된 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하고, 상기 분리된 오염 가 스에서 잔류 오염물을 흡착하는 단계;를 포함하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법.
청구항 7에 있어서,

상기 토양증기 추출 모드를 구현하는 단계는, 불포화 토양층에 설치된 주입정을 통해 정화 에어를 투입하고 추출정을 통해 오염 물질이 포함된 가스를 회수하며,

상기 에어스파징 모드를 구현하는 단계는, 지하수층 및 포화 토양층에 설치된 주입정을 통해 정화 에어를 투입하고 추출정을 통해 오염 물질이 포함된 가스를 회수하며,

상기 다중상 추출 모드를 구현하는 단계는, 지하수층에 설치된 추출정을 통해 오염된 가스 및 지하수를 회수하고,

상기 생물학적 통풍 모드를 구현하는 단계는, 불포화 토양층에 설치된 주입정을 통해 정화 에어, 미생물, 및 영양분을 공급하고 추출정을 통해 오염된 가스 및 지하수를 회수하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법.
청구항 8에 있어서,

상기 생물학적 통풍 모드를 구현하는 단계는,

상기 주입정을 통해 정화 에어, 미생물, 및 영양분을 공급하기 전에, 지하수층 및 포화 토양층에 정화 에어를 주입하여 오염물질을 먼저 휘발시켜 불포화 토양 층으로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법.
청구항 8에 있어서,

상기 모드를 구현하는 단계에서 정화 에어는, 상온 공기와, 저농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 공기와, 고농도 준 휘발성 오염물질을 처리하기 위한 고온 스팀을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법.
청구항 8에 있어서,

상기 분리된 오염 지하수에서 부유된 유류를 분리하는 단계는, 오염 지하수에 기포를 발생시켜 오염 지하수에 혼합되어 있는 잔존 유류 오염물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 오염 토양 및 지하수의 통합정화방법.