KR20140010612A - 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템 - Google Patents

전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템 Download PDF

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KR20140010612A
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하태현
김두헌
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이유진
이현구
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Abstract

본 발명은 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 단일 전원 공급 장치만으로도 대면적에 전기동력학적 토양 정화 시스템을 용이하게 구현할 수 있는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 오염 토양에 복수 개가 구비되며 각각 상기 오염 토양 내에 미리 결정된 간격으로 복수 개가 삽입되는 양극 및 상기 복수 개의 양극 각각과 대향하도록 복수 개가 상기 오염 토양 내에 삽입되는 음극을 포함하는 전극부; 상기 복수 개의 전극부 측으로 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 전원 공급부로부터 공급되는 전원을 미리 결정된 시간 간격에 따라 상기 전극부 각각에 순차적으로 공급되도록 분배하거나 또는 상기 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 상기 전극부 각각에 공급되도록 분배하는 전원 분배부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 단일 전원 공급 장치로부터 오염 토양에 복수 개가 구비되며 복수 개의 양극 및 음극을 포함하는 전극부 각각에 미리 결정된 시간 간격에 따른 순차적 방식 또는 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 전원을 공급할 수 있으므로 단일 전원 공급 장치만으로도 대면적에 전기동력학적 토양 정화 시스템을 용이하게 구현할 수 있어 전기동력학적 토양 정화 시스템 구현에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템{Electrokinetic soil recovery system functioned power supply distribution}
본 발명은 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 단일 전원 공급 장치만으로도 대면적에 전기동력학적 토양 정화 시스템을 용이하게 구현할 수 있는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템에 관한 것이다.
전기동력학(electrokinetics)이란 토양에 매설된 양극과 음극 간에 직류 전류를 가함으로써 발생하는 전기삼투(electroosmosis), 전기영동(electrophoresis), 및 이온이동(ionic migration) 등의 물리화학적 현상을 이용하는 기술을 의미한다.
도 1은 일반적인 전기동력학적 토양 정화 시스템의 개념도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이 전기동력학에 기반하여 토양에 매설된 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에 직류 전류를 가하게 되면 양극과 음극에서는 각각 전해반응(electrolysis)이 발생하며, 전해반응에 따라 생성되는 H+와 OH-는 두 전극 사이에 생성되는 전위 구배(potential gradient)를 구동력으로 하여 H+는 음극으로, OH-는 양극으로 이동하게 된다.
이때, H+의 이동도(mobility)가 OH-에 비해서 크므로 산 전선(acid front)의 영역 확장이 염기 전선(base front)의 영역 확장보다 빠르게 이루어져 토양이 산성화되는 영역이 넓어지게 되고, 토양 입자 표면에 흡착된 중금속이 용출되어 이온의 형태로 공극수 내부에 존재하고 있으므로 전장(electric field)의 영향에 의해 중금속, 염류 등의 양이온을 쉽게 음극으로 이동시킬 수 있다.
또한, 음극 주변으로 이동하는 중금속, 염류 등의 양이온은 음극 표면에 도금되거나 또는 주변의 OH- 기와 결합하여 수산화물로 석출되므로 음극 전극을 제거하거나 또는 음극 근처의 토양만을 굴착하는 방식으로 중금속, 염류 등의 양이온과 이의 결합물을 용이하게 제거할 수 있으며, 기존의 오염 물질 제거 방법인 굴착처리와 비교시에 매우 경제적인 장점을 갖는다.
따라서, 전기동력학을 이용하여 토양 정화를 실시하는 경우 토양에 포함되어 있는 중금속, 염류, 방사능물질, 및 유기물질 등과 같은 오염 물질들을 개별적으로 제거할 수 있고, 이들이 혼합된 오염토양에서도 효율적으로 활용될 수 있으며, 시설 재배지 또는 간척지 등에 많이 집적되어 있는 염류 및 오염된 콜로이드의 효과적인 제거 또한 가능하다.
이와 같이, 전기동력학을 이용한 토양 정화 기술은 토양의 종류와 무관하게 적용 가능하고, 다양한 종류의 오염 물질에 적용할 수 있으며, 현장 내에서의 오염 물질에 대한 손쉬운 처리에 따라 경제성이 담보되는 등의 장점을 갖는다.
그러나, 종래의 전기동력학을 이용한 토양 정화 기술의 경우 대면적에 적용되는 경우 오염 토양 내에 배치되는 다수의 양극 및 음극에 전원을 공급하기 위한다수의 전원 공급 장치가 요구되므로 전기동력학을 이용한 토양 정화 시스템의 구축에 따른 비용 소모가 커지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 미리 결정된 시간 간격에 따른 순차적 방식 또는 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 전원을 분배함으로써 단일 전원 공급 장치만으로도 대면적에 전기동력학적 토양 정화 시스템을 용이하게 구현할 수 있는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템은 오염 토양에 복수 개가 구비되며 각각 상기 오염 토양 내에 미리 결정된 간격으로 복수 개가 삽입되는 양극 및 상기 복수 개의 양극 각각과 대향하도록 복수 개가 상기 오염 토양 내에 삽입되는 음극을 포함하는 전극부; 상기 복수 개의 전극부 측으로 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 전원 공급부로부터 공급되는 전원을 미리 결정된 시간 간격에 따라 상기 전극부 각각에 순차적으로 공급되도록 분배하거나 또는 상기 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 상기 전극부 각각에 공급되도록 분배하는 전원 분배부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원 분배부는 상기 전원 공급부로부터 공급되는 전원이 입력되는 전원 입력부, 상기 전극부의 개수에 따라 복수 개가 구비되며 상기 전극부 각각으로 상기 입력된 전원을 출력하는 전원 출력부, 및 상기 입력된 전원이 상기 미리 결정된 시간 간격에 따라 순차적으로 또는 상기 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 상기 복수 개의 전원 출력부를 통하여 출력되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 분배부는 상기 전극부 각각에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 오염 토양에 대한 상태 감지 정보를 생성하는 상태 감지부로부터 상기 상태 감지 정보를 전송받은 후 상기 상태 감지 정보를 이용하여 상기 오염 토양의 상태를 판단하는 상태 판단부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 상태 감지 정보는 상기 오염 토양의 전기 전도도, 토양 온도, 수분 함유량, 또는 수소 이온 농도(pH)에 대한 정보일 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 상태 판단부의 판단 결과에 따라 결정되는 순서에 의해 상기 입력된 전원이 상기 복수 개의 전원 출력부를 통하여 출력되도록 스위칭할 수 있다.
또한, 상기 스위칭부는 상기 전원 출력부 개수에 따라 복수 개가 구비되는 MC(Magnetic Conductor), SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부는 상기 전원을 직류, 펄스, 교류, 상기 직류 및 상기 펄스가 혼합된 형태, 또는 상기 교류 및 상기 펄스가 혼합된 형태로 상기 복수 개의 전극부 측으로 공급할 수 있다.
본 발명에 의하면 단일 전원 공급 장치로부터 오염 토양에 복수 개가 구비되며 복수 개의 양극 및 음극을 포함하는 전극부 각각에 미리 결정된 시간 간격에 따른 순차적 방식 또는 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 전원을 공급할 수 있으므로 단일 전원 공급 장치만으로도 대면적에 전기동력학적 토양 정화 시스템을 용이하게 구현할 수 있어 전기동력학적 토양 정화 시스템 구현에 따른 비용을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 일반적인 전기동력학적 토양 정화 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템의 평면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템의 단면도,
도 4는 도 2의 전원 분배부의 상세 블록도,
도 5는 도 2의 전원 분배부의 동작 참고도, 및
도 6은 도 2의 전원 공급부의 출력 전압 파형 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템의 평면도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템의 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템(1)은 전극부(10a,10b,10c), 전원 공급부(20), 전원 분배부(30), 및 상태 감지부(40a,40b,40c)를 포함한다.
전극부(10a,10b,10c)는 오염 토양(S)에 복수 개가 구비되며 각각 오염 토양(S) 내에 미리 결정된 간격으로 복수 개가 삽입되는 양극(12a,12b,12c) 및 복수 개의 양극(12a,12b,12c) 각각과 대향하도록 복수 개가 오염 토양(S) 내에 삽입되는 음극(14a,14b,14c)을 포함한다.
전원 공급부(20)는 복수 개의 전극부(10a,10b,10c) 측으로 전원을 공급한다.
전원 분배부(30)는 전원 공급부(20)로부터 공급되는 전원을 미리 결정된 시간 간격(예를 들어, 0.2ms 내지 1ms)에 따라 전극부(10a,10b,10c) 각각에 순차적으로 공급되도록 분배하거나 또는 오염 토양(S)의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 전극부(10a,10b,10c) 각각에 공급되도록 분배한다.
여기에서, 도 2 및 도 3에서는 오염 토양(S)에 3개의 전극부(10a,10b,10c)가 배치되는 구성을 도시하였으나, 전극부(10a,10b,10c)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며 오염 토양(S)의 면적에 따라 전극부(10a,10b,10c)의 개수가 결정될 수 있다.
이때, 전원 분배부(30)의 상세 구성은 이하 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
상태 감지부(40a,40b,40c)는 전극부(10a,10b,10c) 각각에 적어도 하나 이상 배치되어 오염 토양(S)에 대한 상태 감지 정보를 생성한 후 전원 분배부(30)로 전송한다.
이때, 상기 상태 감지 정보는 오염 토양(S)의 전기 전도도, 토양 온도, 수분 함유량, 또는 수소 이온 농도(pH)에 대한 정보일 수 있고, 상태 감지부(40a,40b,40c)는 오염 토양(S)의 전기 전도도, 토양 온도, 수분 함유량, 또는 수소 이온 농도(pH)를 감지할 수 있는 센서일 수 있다.
도 4는 도 2의 전원 분배부에 대한 상세 블록도, 도 5는 도 2의 전원 분배부의 동작 참고도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 전원 분배부(30)는 전원 입력부(31), 전원 출력부(33a,33b,33c), 스위칭부(35), 및 상태 판단부(37)를 포함한다.
전원 입력부(31)는 전원 공급부(20)로부터 공급되는 전원이 입력되고, 전원 출력부(33a,33b,33c)는 전극부(10a,10b,10c)의 개수에 따라 복수 개가 구비되며 매칭되는 전극부(10a,10b,10c) 각각으로 상기 입력된 전원을 출력한다.
스위칭부(35)는 상기 입력된 전원이 상기 미리 결정된 시간 간격에 따라 순차적으로 전원 출력부(10a,10b,10c)를 통하여 출력되도록 스위칭한다.
다시 말해서, 스위칭부(35)는 도 5에 도시된 바와 같이 미리 결정된 시간 간격에 따라 먼저 전원 공급부(20)로부터 입력되는 전원이 전원 출력부(33a)를 통하여 전원 출력부(33a)와 매칭되는 전극부(10a) 측으로 출력되도록 하고(도 5의 (a)), 다음으로 전원 출력부(33b)를 통하여 전원 출력부(33b)와 매칭되는 전극부(10b) 측으로 출력되도록 하며(도 5의 (b)), 마지막으로 전원 출력부(33c)를 통하여 전원 출력부(33c)와 매칭되는 전극부(10c) 측으로 출력되도록 하며, 상기와 같은 과정을 반복하는 방식으로 상기 입력된 전원이 상기 미리 결정된 시간 간격에 따라 순차적으로 전원 출력부(10a,10b,10c)를 통하여 출력되도록 스위칭할 수 있다.
이때, 스위칭부(35)는 전원 출력부(10a,10b,10c) 개수에 따라 복수 개가 구비되는 MC(Magnetic Conductor), SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함할 수 있으며, 복수 개의 MC(Magnetic Conductor), SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함하는 스위칭 회로의 구성은 공지되어 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상태 판단부(37)는 상태 감지부(40a,40b,40c)로부터 전송되는 상기 상태 감지 정보를 이용하여 오염 토양(S)의 상태를 판단한다.
이에 따라, 스위칭부(37)는 상태 판단부(37)의 판단 결과에 따라 결정되는 순서에 의해(다시 말해서, 오염 토양(S)의 상태에 따라 결정되는 순서) 상기 입력된 전원이 전원 출력부(10a,10b,10c)를 통하여 출력되도록 스위칭할 수 있게 된다.
예를 들어서, 상태 판단부(37)가 상태 감지부(40a,40b,40c)로부터 상기 상태 감지 정보를 전송받은 후 전극부(10a)가 배치되는 오염 토양(S) 측의 토양 온도가 미리 결정된 기준 온도 미만인 경우 스위칭부(37)의 스위칭에 의해 상기 입력된 전원이 전원 출력부(30a)를 통하여 전극부(10a)로 출력되도록 하거나 또는 상태 판단부(37)가 상태 감지부(40a,40b,40c)로부터 상기 상태 감지 정보를 전송받은 후 전극부(10b)가 배치되는 오염 토양(S) 측의 전기 전도도가 미리 결정된 기준 전기 전도도 이상인 경우 스위칭(37)의 스위칭에 의해 상기 입력된 전원이 전원 출력부(30b)를 통하여 전극부(10b)로 출력되도록 할 수 있다.
또한, 전원 공급부(20)는 도 6에 도시된 바와 같이 전극부(10a,10b,10c) 측으로 공급하는 전원을 직류, 펄스, 교류, 상기 직류 및 상기 펄스가 혼합된 형태, 또는 상기 교류와 상기 펄스가 혼합된 형태로 공급할 수 있다.
본 발명의 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템(1)은 전원 공급부(20)로부터 오염 토양(S)에 복수 개가 구비되는 전극부(10a,10b,10c) 측공급되는 전원을 전원 분배부(30)가 미리 결정된 시간 간격에 따라 전극부(10a,10b,10c)에 순차적으로 공급하거나 또는 상태 감지부(40a,40b,40c)에서 감지되는 오염 토양(S)의 상태 감지 정보에 따라 결정되는 순서에 의해 전극부(10a,10b,10c)에 공급할 수 있게 된다.
따라서, 단일 전원 공급 장치만으로도 대면적에 전기동력학적 토양 정화 시스템을 용이하게 구현할 수 있어 전기동력학적 토양 정화 시스템 구현에 따른 비용을 절감할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명이 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템
(10a,10b,10c) : 전극부 (12a,12b,12c) : 양극
(14a,14b,14c) : 음극 (20) : 전원 공급부
(30) : 전원 분배부 (31) : 전원 입력부
(33a,33b,33c) : 전원 출력부 (35) : 스위칭부
(37) : 상태 판단부 (40a,40b,40c) : 상태 감지부

Claims (7)

  1. 오염 토양에 복수 개가 구비되며 각각 상기 오염 토양 내에 미리 결정된 간격으로 복수 개가 삽입되는 양극 및 상기 복수 개의 양극 각각과 대향하도록 복수 개가 상기 오염 토양 내에 삽입되는 음극을 포함하는 전극부;
    상기 복수 개의 전극부 측으로 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
    상기 전원 공급부로부터 공급되는 전원을 미리 결정된 시간 간격에 따라 상기 전극부 각각에 순차적으로 공급되도록 분배하거나 또는 상기 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 상기 전극부 각각에 공급되도록 분배하는 전원 분배부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 분배부는 상기 전원 공급부로부터 공급되는 전원이 입력되는 전원 입력부, 상기 전극부의 개수에 따라 복수 개가 구비되며 상기 전극부 각각으로 상기 입력된 전원을 출력하는 전원 출력부, 및 상기 입력된 전원이 상기 미리 결정된 시간 간격에 따라 순차적으로 또는 상기 오염 토양의 상태에 따라 결정되는 순서에 의해 상기 복수 개의 전원 출력부를 통하여 출력되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전원 분배부는 상기 전극부 각각에 적어도 하나 이상 배치되어 상기 오염 토양에 대한 상태 감지 정보를 생성하는 상태 감지부로부터 상기 상태 감지 정보를 전송받은 후 상기 상태 감지 정보를 이용하여 상기 오염 토양의 상태를 판단하는 상태 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상태 감지 정보는 상기 오염 토양의 전기 전도도, 토양 온도, 수분 함유량, 또는 수소 이온 농도(pH)에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 상태 판단부의 판단 결과에 따라 결정되는 순서에 의해 상기 입력된 전원이 상기 복수 개의 전원 출력부를 통하여 출력되도록 스위칭하는 것을 특징으로 하는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭부는 상기 전원 출력부 개수에 따라 복수 개가 구비되는 MC(Magnetic Conductor), SCR(Silicon Controlled Rectifier), MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 공급부는 상기 전원을 직류, 펄스, 교류, 상기 직류 및 상기 펄스가 혼합된 형태, 또는 상기 교류 및 상기 펄스가 혼합된 형태로 상기 복수 개의 전극부 측으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전원 분배 기능을 갖는 전기동력학적 토양 정화 시스템.
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