KR20120072678A - 마이크로파를 이용한 오염 토양의 정화 장치 및 정화 방법 - Google Patents

마이크로파를 이용한 오염 토양의 정화 장치 및 정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장입된 오염 토양 중의 오염 물질을 증발시키는 챔버; 챔버와 연결되고, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기; 챔버의 외부에 설치되어 챔버 내부를 감압시키는 진공 펌프; 및 챔버의 외부에 설치되어 챔버에서 배출된 오염 물질 가스를 응축 분리시키는 콘덴서를 포함하는 오염 토양의 정화 장치 및 정화 방법에 관한 것이다.
상기 정화 장치를 사용하면, 오염 물질이 액상 형태로 얻어지기 때문에 연소 등에 의한 이차오염의 우려가 없고, 마이크로파 흡수제을 사용함으로써, 오염물질의 신속한 처리가 가능하며, 마이크로파 흡수제을 회수하여 재활용하기 때문에 매우 경제적이다.

Description

마이크로파를 이용한 오염 토양의 정화 장치 및 정화 방법{Polluted soil treatment apparatus using microwave and treatment method}
본 발명은 마이크로파를 이용한 오염 토양의 정화 장치 및 정화 방법에 관한 것이다.
산업이 발달함에 따라 다양한 종류의 화학물질들이 이용되어 왔으며, 이들 중 일부 화합물은 분해가 어렵고 인체에 대한 독성이 강하여 제조 및 사용이 금지되었다. 특히 폴리클로리네이티드비페닐(PCBs), 유기염소계 농약, 헥사클로로벤젠, 다이옥신 및 다환 방향족 탄화수소(PAHs, Poly aromatic hydrocarbons) 등과 같은 잔류성 유기오염물질(POP, persistent organic pollutants)의 처리문제는 2004년 스톡홀름 협약 발효 이후 범지구적인 관심사가 되고 있다. 뿐만 아니라, 방향족 벤젠고리 화합물(클로로벤젠, 니트로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 벤젠, 크레졸, 크실렌, 테트라하이드로 나프탈렌, 테트라하이드로 퓨란, 톨루엔, 페놀, 에틸페놀, 에틸벤젠 및 피리딘 등) 및 할로겐화 유기화합물(TCE: 트리클로로 에틸렌, PCE: 퍼클로로에틸렌 및 테트라클로로에틸렌 등)등 역시 자연계에서 분해속도가 매우 느리거나 전혀 분해가 되지 않는 상태로 잔류하므로 생태계에 영향을 끼치거나 지하수 오염의 원인물질로 작용할 수 있다.
이들 물질들은 현재까지 다양한 형태로 환경을 오염시켜 왔으며 특히 저장원으로부터의 의도하지 않은 누출에 의한 토양 오염은 토양 중 오염물질의 농도가 매우 높기 때문에 생태계에 심각한 영향을 끼칠 수 있다.
이러한 물질들 이외에도 유류 지하저장 탱크에서의 누유로 인한 토양 오염 또한 매우 심각한 실정인 것으로 알려져 있다. 이러한 화합물에 의해 오염된 토양을 무해화하기 위해 종래에는 저온 열탈착법, 열분해법, 토양 세척법 및 토양증기 추출법 등이 사용되어 왔다. 특히 유기성 화합물로 오염된 오염토양을 건조하고, 건조 시 발생한 폐가스를 오염토양과 분리하고 열분해하여 처리하는 과정에서, 오염 토양의 건조 효율을 높이기 위하여 마이크로파를 조사하는 방법이 한국등록특허 제10-0847058호에 제시되어 있다. 또한 오염된 토양 위에 어플리케이터를 덮고 토양위에 직접 마이크로파를 방사하거나 또는 토양 위에 마이크로파 흡수특성이 좋은 SiC, 산화철 또는 제철 더스트 등을 15 mm 이하로 살포하고 마이크로파를 방사하여 오염토양을 무해화 처리하는 방법이 한국공개특허 제10-2004-7013729호에 제시되어 있다.
상기 방법들은 마이크로파를 조사하여 오염토양으로부터 화학물질을 제거한다. 상기 방법을 이용할 경우, 토양의 표면에 존재하는 오염 물질은 효과적으로 증발되지만, 토양 깊숙이 존재하는 오염물질을 처리하는 데는 한계가 있다. 또한, 마이크로파를 조사하는 시간이 비교적 장시간(6시간)이라는 점과, 토양표면의 온도가 1000℃ 이상으로 올라가기 때문에 유기 오염 물질의 열분해 및 연소에 의해 발생하는 다이옥신 등에 대한 2차 오염이 일어날 우려가 있다.
본 발명은 유기화합물 등으로 오염된 오염 토양을 짧은 시간 내에 효율적이고 완벽하게 처리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 장입된 오염 토양을 수용하는 밀폐된 챔버;
챔버에 설치되고, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기;
챔버의 외부에 설치되어 챔버 내부를 감압시키는 진공 펌프; 및
챔버의 외부에 설치되어 챔버에서 배출된 오염 물질 가스를 응축 분리시키는 콘덴서를 포함하는 오염 토양의 정화 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 챔버에는 오염 토양 및 마이크로파 흡수제가 혼합된 혼합물이 장입되며, 상기 챔버 내부를 마이크로파를 이용한 열처리 및 감압처리 함으로써 오염 토양 중의 오염 물질(유기 오염 물질)을 분리할 수 있다.
본 발명에서 챔버의 벽은 내부가 비어있는 이중 벽으로 이루어 질 수 있다. 또한, 상기 내부 공간에는 유체가 순환될 수 있다. 상기 유체의 종류로는 이 분야에서 사용되는 일반적인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물을 사용할 수 있다.
본 발명의 챔버에는 오염 물질을 장입하기 위한 개폐가능한 장입수단이 형성될 수 있으며, 또한, 증발된 오염 물질 및 챔버 내부에서 응축된 응축물을 배출하기 위한 배출구가 형성될 수 있다. 상기 배출구는 하나 이상 형성될 수 있다. 예를 들면, 증발된 유기 오염 물질을 외부로 배출하기 위한 배출구가 챔버 상부에 형성될 수 있으며, 챔버 내부에서 응축된 유기 오염 물질을 배출하기 위한 배출구가 챔버 하부에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로파 발생기는 챔버와 연결되며, 마이크로 파를 발생시켜 챔버 내의 오염 토양에 조사함으로써 상기 오염 토양 중의 오염 물질을 분리(증발)할 수 있다.
본 발명에서 상기 마이크로파 발생기에 의해 발생되는 마이크로파의 주파수대는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 라디오 및 전자레인지 등에서 사용하는 2.54 GHz, 클라이스트론 등에서 사용하는 6 GHz 및 자이라트론에서 사용하는 28 GHz 등의 다양한 주파수대를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 ISM(Industry and Medicine) 주파수대인 2.45GHz를 사용할 수 있다. 상기 마이크로파는 오염 토양 중에 혼합되어있는 마이크로파 흡수제의 발열작용을 일으킴으로써, 상기 오염 토양의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명에서 마이크로파 발생기는 마그네트론 헤드와 연결되어 상기 마이크로파 발생기에서 발생된 마이크로파를 마그네트론 헤드를 통해 오염 토양에 균일하게 입사시킬 수 있다.
본 발명에서 마이크로파 발생기는 인버터와 연결될 수 있다. 상기 인버터는 마이크로파의 입사 전력을 조절하는 역할을 할 수 있다.
본 발명에서 상기 인버터는 오염 토양의 온도에 따라 조사하는 마이크로파의 입사 전력을 조절할 수 있으며, 여기서, 오염 토양의 온도는 열전대를 통하여 측정할 수 있다.
본 발명에서 상기 열전대는 토양에 꽃혀져 온도를 측정할 수 있으며, 인버터에 상기 토양 온도를 제공함으로써, 마이크로파의 입사 전력을 조절할 수 있다. 본 발명에서는 상기 열전대를 하나 이상 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 진공 펌프는 챔버의 외부에 설치되며, 챔버 내부를 감압하기 위해 사용 된다. 구체적으로, 상기 진공 펌프는 마이크로파 조사 시 산소와의 반응을 방지하도록 오염 물질 장입 후 산소를 제거하기 위해 사용할 수 있으며, 또한, 마이크로파 조사와 함께 진공 펌프를 가동, 챔버 내부를 갑압시켜 낮은 온도에서 오염 물질을 증발시키기 위해 사용할 수 있다.
본 발명에서 진공 펌프 및 챔버 사이에는 밸브가 형성되어 있어서, 챔버 내부를 진공 또는 밀폐 상태로 유지시키거나 증발된 오염 물질의 배출량을 조절할 수 있다.
본 발명에서 콘덴서는 챔버의 외부에 설치되며 챔버에서 배출된 가스상 오염 물질을 응축시키기 위하여 사용 된다.
본 발명에서 상기 콘덴서는 챔버 및 진공 펌프 사이에 설치될 수 있다.
본 발명에서 상기 콘덴서에는 콘덴서의 온도를 오염 물질의 응축에 적당한 온도로 유지하기 위한 냉각기를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 냉각기는 콘덴서와 연결되어 있다.
본 발명에 따른 오염 토양의 정화 장치는 챔버 외부에 설치된 기체 저장조를 추가로 포함할 수 있다. 상기 기체 저장조에는 불활성 기체가 저장되어 있으며, 챔버 내부를 불활성 분위기로 만들기 위해 사용할 수 있다.
상기 기체 저장조 및 챔버 사이에는 밸브가 설치되어 있어서, 상기 불활성 기체의 유입량을 조절할 수 있다.
본 발명에서 챔버 내의 불활성 기체의 공급은 오염 토양에 존재하는 오염 물질이 마이크로파에 의한 가열과정에서 진공챔버 내의 산소에 의해 연소되는 것을 방지하기 위한 목적으로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 기체 저장조에 저장되는 기체는 불활성 기체로, 질소(N2), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 아르곤(Ar) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 질소를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 콘덴서에서 배출된 가스의 냄새를 제거하기 위한 흡착탑이 콘덴서의 후단에 형성될 수 있다.
상기 흡착탑은 2 이상의 베드로 구성될 수 있다. 하나의 베드에서는 활성탄 등에 의해 냄새의 흡착이 이루어질 수 있으며, 다른 베드에서는 냄새가 흡착된 활성탄 등의 재생이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 오염 토양의 정화 장치는 챔버 외부에 설치된 회수탱크를 추가로 포함할 수 있다. 상기 회수탱크는 챔버의 배출구 및 콘덴서와 연결될 수 있다.
본 발명에서 상기 회수탱크는 챔버에서 일차 응축된 응축물 및 콘덴서에서 응축된 응축물을 회수하는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명은 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 혼합하는 혼합기;
혼합물을 담을 수 있으며, 챔버 내로 장입될 수 있는 대차;
장입된 오염 토양을 수용하는 밀폐된 챔버;
챔버에 설치되고, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기;
챔버의 외부에 설치되어 챔버 내부를 감압시키는 진공 펌프; 및
챔버의 외부에 설치되어 챔버에서 배출된 오염 물질 가스를 응축 분리시키는 콘덴서;를 포함하는 오염 토양의 정화 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합기는 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 혼합하는 역할을 할 수 있다.
상기 혼합기의 종류는 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 일반적으로 사용되는 혼합기를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 스크루형 혼합기를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 대차는 오염 물질 및 마이크로파 흡수제의 혼합물을 담을 수 있으며, 챔버 내로 장입될 수 있다. 상기 대차에는 바퀴가 형성되어 있으므로, 혼합물(오염 토양 및 마이크로파 흡수제의 혼합물)의 이동을 용이하게 할 수 있다.
상기 대차의 내부에는 혼합기가 추가로 형성될 수 있어서, 마이크로파 조사 시 상기 혼합기를 이용하여 혼합물을 섞어줌으로써 혼합물의 온도 상승 시간을 단축할 수 있다.
본 발명에 따른 챔버, 마이크로파 발생기, 진공 펌프 및 콘덴서는 앞에서 전술한 내용의 챔버, 마이크로파 발생기, 진공 펌프 및 콘덴서를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 오염 토양의 정화 시스템은 앞에서 전술한 인버터, 마그네트론 헤드, 열전대, 냉각기, 기체 저장조, 흡착탑 및 회수탱크를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 함유하는 혼합물이 장입된 챔버의 내부를 감압하면서 마이크로파를 조사하는 단계;
챔버에서 배출된 오염 물질을 챔버 외부에 연결된 콘덴서에서 응축시키는 단계를 포함하는 오염 토양의 정화 방법에 관한 것이다
본 발명에 따른 혼합물이 장입된 챔버의 내부를 감압하면서 마이크로파를 조사하는 단계는
오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 챔버 내부로 장입하는 단계;
혼합물이 장입된 챔버 내부를 불활성 분위기로 만드는 단계;
마이크로파를 조사하는 동시에 챔버 내부를 감압하여 토양 중의 오염 물질을 증발시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계에서 오염 토양은 오염 물질을 포함한다. 본 발명에서 오염 물질로는 이 분야의 일반적인 유기 오염 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리클로리네이티드비페닐(PCBs), 유기염소계 농약, 헥사클로로벤젠, 다이옥신, 다환 방향족 탄화수소(PAHs, Poly aromatic hydrocarbons) 등과 같은 잔류성 유기오염물질(POP, persistent organic pollutants); 방향족 벤젠고리 화합물(클로로벤젠, 니트로벤젠, 데카하이드로나프탈렌, 벤젠, 크레졸, 크실렌, 테트라하이드로 나프탈렌, 테트라 하이드로 퓨란, 톨루엔, 페놀, 에틸페놀, 에틸벤젠 및 피리딘 등); 및 할로겐화 유기화합물(TCE: 트리클로로 에틸렌, PCE: 퍼클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 등) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 마이크로파 흡수제는 산화철, SiC, 제철 더스트, 제철 슬래그, 브라운 알루미나 및 ZrB2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 마이크로파 흡수제로 상기 산화철, SiC, 제철 더스트, 제철 슬래그, 브라운 알루미나 및 ZrB2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 제 1 흡수제와 도석의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 도석은 마이크로파 흡수제 전체 중량에 대하여 5 내지 30 중량% 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 마이크로파 흡수제의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 구형일 수 있다. 여기서, 상기 구형의 의미는 수학적 의미만을 포함하지 않는다.
본 발명에서 마이크로파 흡수제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 오염 토양 100 중량부에 대하여 2 내지 30 중량부 포함할 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다. 상기 마이크로파 흡수제의 함량이 2 중량부 미만이면, 혼합물의 온도를 상승시키는데 많은 시간이 소모될 우려가 있으며, 30 중량부를 초과하면, 상대적으로 오염 토양의 처리량이 감소될 우려가 있다.
본 발명에서 상기 혼합은 혼합기를 사용하여 이루어질 수 있다. 상기 혼합기의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에서 사용되는 일반적인 혼합기를 사용할 수 있고, 바람직하게는 스크루형 혼합기를 사용할 수 있다.
본 발명의 혼합물을 챔버 내부로 장입하는 단계에서, 상기 장입은 대차를 이용하여 수행할 수 있다.
대차에 오염 물질 및 마이크로파 흡수제를 포함하는 혼합물을 담고, 상기 대차를 챔버에 형성된 개폐가능한 장입수단을 통하여 이동시킴으로써, 혼합물을 챔버 내부로 장입시킬 수 있다.
본 발명에서 혼합물이 장입된 챔버 내부를 불활성 분위기로 만드는 단계는 오염 토양에 존재하는 오염 물질이 마이크로파에 의한 가열과정에서 챔버 내의 산소에 의해 연소되는 것을 방지하기 위해 수행할 수 있다.
본 발명에서 상기 단계는 진공 펌프를 사용하여 챔버 내부의 압력을 0.5 내지 10 torr로 유지시키는 단계; 및
챔버 내로 불활성 기체를 공급하여 챔버 내부의 압력을 550 내지 650 torr로 유지시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 불활성 기체를 공급하여 챔버 내부의 압력을 550 내지 650 torr로 유지시키는 단계에서, 불활성 기체는 기체 저장조를 통하여 공급될 수 있다. 여기서, 사용되는 불활성 기체의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 앞에서 전술한 종류를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 질소를 사용할 수 있다.
본 발명의 마이크로파를 조사하는 동시에 챔버 내부를 감압하여 오염 물질을 증발시키는 단계에서, 마이크로파의 조사는 마이크로파 발생기를 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명에서 상기 마이크로파의 주파수대는 특별히 제한되지 않으며, 앞에서 전술한 주파수대를 사용할 수 있고, 바람직하게는 ISM(Industry and Medicine) 주파수대인 2.45 GHz를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 처리하고자 하는 오염 물질의 종류에 따라 오염 토양의 온도를 다르게 할 수 있으며, 인버터를 사용하여 오염 토양이 적정 온도를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 상기 인버터는 마이크로파의 입사 전력을 조절함으로써, 오염 토양의 온도를 적절하게 유지시킬 수 있다. 상기 인버터는 열전대와 연결되어 있어서, 열전대에서 측정한 토양 온도를 바탕으로 마이크로파의 입사 전력을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 마이크로파 조사의 함께 챔버 내부를 감압시킬 수 있다. 상기 챔버 내부의 감압은 진공 펌프를 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명에서 도 4는 각종 탄화수소화합물의 증기압 곡선을 나타낸다. 상기 도 4에 나타난 바와 같이, 압력이 낮아질수록 오염 물질의 끓는점 역시 낮아지기 때문에, 낮은 압력 조건에서는 낮은 온도에서 오염 토양으로부터 오염 물질의 분리가 용이하다.
예를 들면, Heptacosane(C27H56)은 상압 하에서의 끓는점이 약 410℃ 이지만 압력을 1 torr까지 낮추면 끓는점이 약 210℃로 낮아지게 된다.
따라서 처리하고자 하는 오염 물질의 종류에 따라서 처리에 적정한 온도와 압력을 결정하고, 마이크로파를 오염 토양에 조사하면 오염 토양에 포함되어 있는 마이크로파 흡수제의 발열작용에 의해 오염 토양의 온도가 급속하게 상승하며, 동시에 진공 챔버 내의 압력을 감압하면, 낮은 온도 조건에서 유기 오염 물질을 증발시킬 수 있다.
즉, 마이크로파 조사 및 챔버 내부 감압에 의하여 오염 토양 중의 오염 물질이 증발하게 된다.
본 발명에 따른 챔버에서 배출된 오염 물질을 챔버 외부에 연결된 콘덴서에서 응축시키는 단계에서, 오염 물질에 의해 온도가 상승한 콘덴서는 냉매를 사용하여 냉각될 수 있다.
본 발명에서 상기 냉매로는 당 업계에서 일반적으로 사용하는 중온용 냉매를 사용할 수 있다. 상기 냉매의 온도는 처리하고자 하는 오염 물질의 종류에 따라 차이가 있지만, -10 내지 10℃인 것이 좋다.
본 발명의 콘덴서 에서 응축된 오염 물질은 회수 탱크로 이동 된다.
본 발명에 따른 정화 방법은 챔버에서 배출된 오염 물질을 챔버 외부에 연결된 콘덴서에서 응축시키는 단계 이전에 챔버 내부에서 증발된 오염 물질을 챔버 내벽에서 응축시키는 단계를 수행 할 수 있다.
상기 단계를 수행하기 위해서는 챔버는 내부가 비어있는 이중 벽으로 구성되어 있고, 상기 이중벽의 내부에는 유체가 흐르는 구조로 구성되어야 한다. 상기 챔버의 구조로 인해 증발된 오염 물질은 유체가 흐르는 내벽면 부근에서 응축하여 오염 물질의 응축물을 생성하게 된다. 상기 생성된 응축물은 챔버 하부에 형성된 배출구를 통하여 회수 탱크로 이동 한다.
본 발명에서는 증발된 오염 물질 중 일부는 챔버 내부에서 응측되며, 나머지 미처리된 오염 물질은 챔버 외부의 콘덴서에서 응축될 수 있다.
본 발명에서 회수된 오염 물질은 종류에 따라 재활용하거나 처리 후 폐기 처분할 수 있다.
본 발명에 따른 정화 방법에서는 콘덴서에서 배출된 기체의 냄새 등을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 냄새의 제거는 흡착탑에서 수행될 수 있다. 상기 냄새가 제거된 기체는 대기로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 처리가 완료된 후 혼합물을 토양 및 마이크로파 흡수제로 분리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서는 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 포함하는 혼합물을 대차에 담은 후, 마이크로 조사 등을 수행하므로, 처리가 완료된 후, 상기 대차를 챔버 밖으로 이동시킴으로써, 간단하게 처리가 완료된 혼합물을 챔버 외부로 이동시킬 수 있다.
본 발명에서 토양 및 마이크로파 흡수제의 분리는 이 분야에서 사용되는 분리 방법을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 스크린을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 분리된 마이크로파 흡수제는 재사용될 수 있다.
본 발명에서는 오염 물질이 액상 형태로 얻어지기 때문에 연소 등에 의한 이차오염의 우려가 없고, 마이크로파 흡수제를 사용함으로써, 오염물질의 신속한 처리가 가능하며, 마이크로파 흡수제를 회수하여 재활용하기 때문에 매우 경제적이다. 또한, 처리가 끝난 토양은 추가적인 처리 없이 그대로 원래의 위치에 메우는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치를 나타낸다.
도 4는 각종 탄화수소화합물의 증기압 곡선을 나타낸다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치의 개략적인 구성도로서, 이 실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치는 챔버(10), 마이크로파 발생기(20), 진공 펌프(30), 벨브(31), 콘덴서(40), 냉각기(41), 회수 장치(42) 및 대차(70) 등으로 구성된다.
챔버(10)는 밀폐되는 것이 바람직하며, 장입된 혼합물(오염 토양 및 마이크로파 흡수제의 혼합물)에 마이크로파를 조사시키는 동시에 챔버 내부를 감압시킴으로서 오염 토양 중의 오염 물질을 증발시킬 수 있다.
마이크로파 발생기(20)는 챔버(10)에 설치되어 있으며, 마이크로 파를 발생시켜 챔버 내의 오염 토양에 조사함으로써 상기 오염 토양 중의 오염 물질을 분리(증발) 시킬 수 있다. 상기 마이크로파의 주파수대는 특별히 제한되지 않으며, ISM(Industry and Medicine) 주파수대인 2.45GHz를 사용할 수 있다.
진공 펌프(30)는 챔버(10)외부에 설치되며, 마이크로파 조사와 함께 상기 진공 펌프를 가동하여 챔버(10) 내부를 갑압시킴으로써, 낮은 온도에서 오염 물질을 증발시킬 수 있다.
상기 진공 펌프(30) 및 챔버(10) 사이에는 벨브(31)가 형성되어 있다.
콘덴서(40)는 챔버(10)의 외부, 바람직하게는 챔버(10) 및 진공 펌프(30) 사이에 설치되며, 챔버(10)에서 배출된 가스상 오염 물질을 응축시킬 수 있다.
상기 콘덴서(40)는 냉각기(41)가 연결되어 있어서, 고온의 오염 물질에 의해 온도가 상승된 콘덴서(40)를 냉각에 알맞은 온도로 유지시킬 수 있다.
회수 장치(42)는 콘덴서(40)와 연결되어 있으며, 응축된 응축물을 회수할 수 있다.
대차(70)는 오염 토양 및 마이크로파 흡수제의 혼합물을 담을 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치의 개략적인 구성도로서, 이 실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치는 챔버(10), 마이크로파 발생기(20), 진공 펌프(30), 벨브(31), 콘덴서(40), 냉각기(41), 회수 장치(42), 혼합기(60) 및 대차(70) 등으로 구성된다.
혼합기(60)는 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 균일하게 섞는 역할을 하며, 상기 혼합기(60)로는 바람직하게 스크류형 혼합기를 사용할 수 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 오염 토양의 정화 장치의 개략적인 구성도로서, 도 2의 구성에서 챔버의 이중 벽(11), 인버터(21), 마그네트론 헤드(22), 열전대(23), 질소 저장조(50), 벨브(51) 및 흡착탑(43) 등이 추가된 것이다.
제 3 실시형태에서 챔버(10)는 이중 벽(11)으로 구성되고, 이중 벽(11) 내부에는 유체가 흐름으로써, 상기 챔버(10)의 내부에서 증발된 오염 물질이 응축될 수 있다.
따라서, 제 3 실시형태에서는 회수 장치(42)는 콘덴서 뿐 아니라 챔버(10)와도 연결 된다.
인버터(21)는 마이크로파 발생기(20)와 연결되어, 마이크로파의 입사 전력을 조절할 수 있다. 또한, 상기 인버터(21)는 열전대(23)와 연결되어, 열전대(23)를 통하여 토양의 온도를 측정하고, 이를 바탕으로 상기 입사 전력을 조절할 수 있다.
마그네트론 헤드(22)는 마이크로파 발생기(20)와 연결되고, 챔버(10) 내부에 설치된다. 상기 마그네트론 헤드(22)를 통하여 혼합물 내에 마이크로파를 균일하게 입사시킬 수 있다.
질소 저장조(50)는 챔버(10) 외부에 설치되며, 챔버 내부를 불활성 분위기로 만들 수 있다. 상기 질소 저장조(50)에는 불활성 기체가 저장되며, 불활성 기체로는 질소 등을 사용할 수 있다. 또한, 질소 저장조(50) 및 챔버(10) 사이에는 벨브(51)가 형성 될 수 있다.
흡착탑(43)은 콘덴서(40)에서 배출된 가스의 냄새 등을 제거하기 위해 사용 된다. 상기 흡착탑(53)은 2 이상의 베드로 형성될 수 있다.
10: 챔버 11: 이중 벽
20: 마이크로파 발생기 21: 인버터
22: 마크네트론 헤드 23: 열전대
30: 진공 펌프 31: 밸브
40: 콘덴서 41: 냉각기
42: 회수 장치 43: 흡착탑
50: 기체 저장조 51: 밸브
60: 혼합기 70: 대차

Claims (28)

  1. 장입된 오염 토양을 수용하는 밀폐된 챔버;
    챔버에 설치되고, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기;
    챔버의 외부에 설치되고, 챔버 내부를 감압시키는 진공 펌프; 및
    챔버의 외부에 설치되고, 챔버에서 배출된 오염 물질 가스를 응축 분리시키는 콘덴서를 포함하는 오염 토양의 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    챔버의 외벽은 내부가 비어있는 이중 벽으로 이루어지는 오염 토양의 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    이중 벽 내부는 유체가 순환되는 오염토양의 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    마이크로파 발생기와 연결되고, 마이크로파의 입사 전력을 제어하는 인버터를 추가로 포함하는 오염토양의 정화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    인버터와 연결되고, 장입된 오염 토양의 온도를 측정하는 열전대를 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    마이크로파 발생기와 연결되고, 마이크로파를 오염 토양에 입사시키는 마그네트론 헤드를 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    콘덴서와 연결되고, 콘덴서의 온도를 오염물의 응축에 적당한 온도로 유지시키는 냉각기를 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    콘덴서와 연결되고, 콘덴서에서 응축된 응축물을 회수하는 회수탱크를 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    챔버 외부에 설치되고, 챔버 내부를 불활성 분위기로 만드는 기체 저장조를 추가로 포함하는 오염토양의 정화 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    콘덴서와 연결되고, 콘덴서를 통과한 가스의 냄새를 제거하는 흡착탑을 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    흡착탑은 2 이상의 베드로 구성되는 오염 토양의 정화 장치.
  12. 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 혼합하는 혼합기;
    오염 토양 및 마이크로파 흡수제의 혼합물을 담을 수 있으며, 챔버 내로 장입될 수 있는 대차;
    장입된 오염 토양을 수용하는 밀폐된 챔버;
    챔버에 설치되고, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기;
    챔버의 외부에 설치되어 챔버 내부를 감압시키는 진공 펌프; 및
    챔버의 외부에 설치되어 챔버에서 배출된 오염 물질 가스를 응축 분리시키는 콘덴서;를 포함하는 오염 토양의 정화 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    혼합기는 스크류형 혼합기인 오염 토양의 정화 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    대차 내부에는 혼합물을 섞어주는 혼합기가 추가로 형성되는 오염 토양의 정화 시스템.
  15. 오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 함유하는 혼합물이 장입되어있는 밀폐된 챔버의 내부를 감압하면서 마이크로파를 조사하는 단계;
    챔버에서 배출된 오염 물질을 챔버 외부에 연결된 콘덴서에서 응축시키는 단계;를 포함하는 오염 토양의 정화 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    혼합물이 장입된 챔버의 내부를 감압하면서 마이크로파를 조사하는 단계는
    오염 토양 및 마이크로파 흡수제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    혼합물을 챔버 내부로 장입하는 단계;
    혼합물이 장입된 챔버 내부를 불활성 분위기로 만드는 단계;
    마이크로파를 조사하는 동시에 챔버 내부를 감압하여 오염 토양 중의 오염 물질을 증발시키는 단계;를 포함하는 오염 토양의 정화 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    마이크로파 흡수제는 산화철, SiC, 제철 더스트, 제철 슬래그, 브라운 알루미나 및 ZrB2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 오염 토양의 정화 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    마이크로파 흡수제는 산화철, SiC, 제철 더스트, 제철 슬래그, 브라운 알루미나 및 ZrB2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 제 1 흡수제 및 도석의 혼합물인 오염 토양의 정화 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    도석은 마이크로파 흡수제의 전체 중량에 대하여 5 내지 30 중량%인 오염 토양의 정화 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    마이크로파 흡수제는 구형인 오염 토양의 정화 방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    오염 토양 100 중량부에 대하여 마이크로파 흡수제를 2 내지 30 중량부 포함하는 오염 토양의 정화 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    혼합물의 챔버 내부로의 장입은 대차를 이용하여 수행하는 오염 토양의 정화 방법.
  23. 제 15 항에 있어서,
    챔버 내부를 불활성 분위기로 만드는 단계는
    진공 펌프를 사용하여 챔버 내부의 압력을 0.5 내지 10 torr로 유지시키는 단계; 및
    챔버 내로 불활성 기체를 공급하여 챔버 내부의 압력을 550 내지 650 torr로 유지시키는 단계를 포함하는 오염 토양의 정화 방법.
  24. 제 15 항에 있어서,
    마이크로파는 ISM(Industry and Medicine) 주파수대인 2.45 GHz를 사용하는 오염 토양의 정화 방법.
  25. 제 15 항에 있어서,
    혼합물에서 증발된 오염 물질을 챔버 내부에서 응축시키는 단계를 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 방법.
  26. 제 15 항에 있어서,
    냉매를 사용하여 콘덴서를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    냉매의 온도는 -10 내지 10℃인 오염 토양의 정화 방법.
  28. 제 15 항에 있어서,
    처리가 완료된 후 혼합물을 토양 및 마이크로파 흡수제로 분리하는 단계를 추가로 포함하는 오염 토양의 정화 방법.
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