KR20140146678A - 토양 정화 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20140146678A
KR20140146678A KR1020130068431A KR20130068431A KR20140146678A KR 20140146678 A KR20140146678 A KR 20140146678A KR 1020130068431 A KR1020130068431 A KR 1020130068431A KR 20130068431 A KR20130068431 A KR 20130068431A KR 20140146678 A KR20140146678 A KR 20140146678A
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최용석
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지에스건설 주식회사
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Abstract

본 발명은 본 발명은 토양 정화 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 기름에 의해 오염된 토양을 정화하는 토양 정화 장치에 있어서, 투입수를 저장하는 물 저장부; 상기 물 저장부와 연결되고, 상기 투입수를 가열하는 가열부; 상기 오염된 토양으로부터 기름을 분리하는 분리제를 저장하는 분리제 저장부; 상기 오염된 토양, 상기 가열된 투입수, 상기 분리제를 제공받아 혼합하는 믹싱부; 및 상기 믹싱부와 연결되고, 상기 믹싱부에서 혼합된 혼합물을 토양, 물 및 유류로 분리하는 분리부를 포함하는 토양 정화 장치를 제공할 수 있다.

Description

토양 정화 장치 및 방법{Soil remediation apparatus and soil remediation method}
본 발명은 토양 정화 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 산업은 거의 전적으로 화석 연료를 기반으로 하여 발전되어 왔으나, 산업의 발전과 함께 수반된 환경 오염 문제가 최근 심각한 사회 문제로 대두되고 있다.
상기와 같은 환경 오염은 크게 대기 오염, 수질 오염 및 토양 오염으로 구분할 수 있다. 특히, 토양 오염 문제는 식량 생산에 매우 심각한 위협이 되고, 지하수 오염을 통한 수질 오염을 유발시킬 뿐만 아니라, 대기 오염이나 수질 오염에 비하여 해결하기가 쉽지 않다.
한편, 화석 연료 중 석유와 같은 유류는 다양한 산업 분야에서 이용될 수 있어 매우 광범위하게 활용되고 있으나, 해양 기름 유출 사고 내지는 운송 및 저장에 있어서의 부주의 등의 여러가지 이유로 인해 상당량의 유류가 토양으로 유출되면서 심각한 토양 오염을 야기할 수 있다.
유류에 의해 오염된 토양이 자연적으로 회복되기 위해서는 상당한 기간을 필요로 하기 때문에, 유류에 의해 오염된 토양을 인위적으로 정화하기 위한 기술들에 대한 관심이 높아지고 있다.
유류에 의해 오염된 토양을 정화하는 기존의 방법들로, 토양 세척법(Soil washing), 열탈착법(Thermal desorption), 바이오 리미디에이션(bio remedation) 등의 기술들이 제안되고 있다.
상기 기술들을 구체적으로 살펴보면, 토양 세척법(Soil washing)은 물 또는 계면활성제(surfactant)를 이용하여 오염물질을 토양의 표면으로부터 분리시키는 기술이다.
이러한 토양 세척법은 중유 또는 원유로 오염된 토양을 처리하는 경우에는 계면활성제의 소모량이 비경제적으로 과다해지는 문제점이 있으며, 물이 중유 또는 원유와 접촉할 경우, 타르 볼(Tar Ball)이 생성되어 타르 볼에 의해 스크린이 막히는 현상 내지는 계면활성제의 접촉면적이 줄어들어 처리 효과가 급격히 줄어드는 현상을 보인다는 문제점이 있다.
열탈착법(Thermal desorption)은 유류에 의해 오염된 토양에 열을 가하여 유류 오염물을 휘발시킨 뒤, 휘발된 오염물을 연소실(burner)에서 태우는 공정에 의해 토양을 정화하는 기술이다. 휘발된 오염물을 연소실에서 태울 때, 분진이 발생하는데, 발생된 분진은 배그 필터(bag filter)로 걸러서 오염물질을 최소화 시킨 후에 대기로 배출하게 된다.
이러한 열탈착법은 오염된 토양으로부터 휘발된 오염물을 소각할 때, 오염물의 탄소수(carbon number)에 비례하여 산소량이 필요하다. 토양을 오염시킨 원인 물질이 탄소수가 비교적 낮은 경유(light oil)인 경우에는 열탈착법에 의해 정화하는 경우 문제될 것이 없으나, 탄소수가 비교적 높은 중유 등에 의해 토양이 오염되는 경우, 이러한 오염 물질을 소각하는 데 필요한 산소량 또한 매우 커지고, 배그 필터도 이에 비례하여 늘어나야 하므로, 후처리 시설이 매우 과다해져 버린다는 문제점이 있다.
바이오 리미디에이션(bio remedation)은 미생물을 이용하는 정화기술로서, US EPA에 따르면 일반적으로 TPH 5,000 mg/kg까지만 처리가 가능하며, 중유 또는 원유로 오염된 토양의 경우 TPH가 5,000 mg/kg를 훨씬 초과하는 경우가 일반적이므로, 미생물에 의한 처리로는 한계가 있다는 문제점이 있다. 여기서, TPH란 Total Petroleum Hydrocarbon의 약자로, 총 석유계 탄화수소를 의미하고, TPH 수치가 높을수록 토양의 오염 정도가 심각함을 나타낸다.
또한, 원유에 의해 오염된 토양이 수십년간 방치되는 경우, 원유에 함유된 탄소수가 비교적 낮은 경유(light oil) 성분은 모두 날라가고, 난분해성 중유(heavy oil) 성분만 남게 되어, 생물학적인 분해가 어려울 수 있고, 건조하고 햇빛이 강한 환경에서는 미생물에 필요한 수분공급 및 통기성 확보가 현실적으로 어려워서, 바이오 리미디에이션 공정을 적용하는 것 자체가 어렵다는 한계점이 있다.
한국공개특허 KR10-2011-0087944
본 발명의 실시예는 유류, 특히, 중유 또는 원유 등으로 오염된 토양을 효과적으로 정화할 수 있는 토양 정화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기름에 의해 오염된 토양을 정화하는 토양 정화 장치에 있어서, 투입수를 저장하는 물 저장부; 상기 물 저장부와 연결되고, 상기 투입수를 가열하는 가열부; 상기 오염된 토양으로부터 기름을 분리하는 분리제를 저장하는 분리제 저장부; 상기 오염된 토양, 상기 가열된 투입수 및 상기 분리제를 제공받아 혼합하는 믹싱부; 및 상기 믹싱부와 연결되고, 상기 믹싱부에서 혼합된 혼합물을 토양, 물 및 유류로 분리하는 분리부를 포함하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 분리부에 연결되고, 상기 분리부에서 분리된 물에 함유된 불순물을 응집 및 침전시키는 응집침전부; 및 상기 응집침전부에 연결되고, 상기 응집침전부에서 침전된 불순물을 가압하여 상기 침전된 불순물에 함유된 물을 분리하는 필터 프레스부를 더 포함하고, 상기 응집침전부에서 불순물이 제거된 물 및 상기 필터 프레스부에서 분리된 물이 상기 물 저장부로 회수되는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 분리부는 물질의 밀도 차이에 따라 혼합물을 분리하는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 믹싱부 및 상기 분리부는 복수 개 제공되는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 믹싱부에 연결되고, 상기 오염된 토양이 상기 믹싱부에 투입되기전에 상기 오염된 토양을 필터링하는 스크린부를 더 포함하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 스크린부는, 최대 폭이 10 cm 이상인 입자를 걸러내는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 믹싱부는, 원통형의 본체를 포함하고, 상기 본체가 회전하는 것에 의해 본체 내부의 물질들을 혼합하는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치 가 제공될 수 있다.
또한, 상기 가열부는, 상기 투입수를 상온 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 분리부는, 상기 분리된 물에 공기의 기포를 제공하고, 제공된 기포에 의해 상기 분리된 물에 함유된 입자들이 상기 분리된 물의 상방으로 부상하고, 상기 분리된 물에서 입자들이 부상하고 남은 물은 상기 물 저장부로 회수되는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 분리제는 경유이고, 상기 분리부에 연결되고, 상기 분리부에서 분리된 유류를 종류별로 분리하는 유류 처리 시설을 더 포함하고, 상기 유류 처리 시설에서 분리된 유류 중 경유는 상기 분리제 저장부로 공급되는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 분리제 저장부에 저장되는 분리제는 경유인 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 경유는 탄소수가 35 이하인 유류인 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 분리제 저장부에 저장되는 분리제는 가솔린(gasoline), 디젤(disel), 케로신(kerosene), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 미네랄 오일(mineral oil), 인산, 황산, 및 염산 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 오염된 토양의 오염 원인이 되는 기름은 탄소수가 35 이상인 유류인 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 분리부로부터 분리된 유류는 상기 분리제 저장부에서 제공된 분리제 및 상기 오염된 토양의 오염 원인이 되는 기름의 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 정화 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 기름에 의해 오염된 토양을 정화하는 토양 정화 장치를 이용한 토양 정화 방법에 있어서, 상기 오염된 토양을 상기 토양 정화 장치에 투입하는 단계; 물 저장부에 저장되었던 투입수를 가열부로 이송하여 가열하는 단계; 상기 가열된 투입수, 상기 오염된 토양 및 분리제 저장부에 저장되었던 분리제를 믹싱부에 투입하여 혼합하는 단계; 및 상기 믹싱부에서 혼합된 혼합물이 분리부로 이송되고, 상기 혼합물이 토양, 물 및 유류로 분리되는 단계를 포함하는 토양 정화 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 투입하는 단계는, 상기 오염된 토양을 스크린부에 투입하여 필터링하는 단계를 더 포함하는 토양 정화 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 토양, 물 및 유류로 분리되는 단계에서 분리된 물에 함유된 불순물을 응집 및 침전시키는 단계; 상기 응집 및 침전시키는 단계에서 침전된 불순물을 가압하여 상기 침전된 불순물에 함유된 물을 분리하는 단계; 및 상기 응집 및 침전시키는 단계에서 불순물이 제거된 물과 상기 물을 분리하는 단계에서 분리된 물을 상기 물 저장부로 회수하는 단계를 더 포함하는 토양 정화 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 토양, 물 및 유류로 분리되는 단계에서 분리된 물에 공기의 기포를 제공하고, 제공된 기포에 의해 상기 분리된 물에 함유된 입자들이 상기 분리된 물의 상방으로 부상하는 단계; 및 상기 분리된 물에서 입자들이 부상하고 남은 물을 상기 물 저장부로 회수하는 단계를 더 포함하는 토양 정화 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 경유 및 고온의 투입수를 이용하여 중유 또는 원유 등 탄소수가 높은 유류에 의해 오염된 토양을 정화함으로써, 효율적으로 토양으로부터 유류를 분리해 제거할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 정화 처리시 투입한 물을 다시 회수함으로써, 정화 처리시 투입되는 물의 양을 대폭 줄일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 토양 분리부 대신 부상 분리부를 사용함으로써, 응집침전부 및 필터 프레스부의 생략이 가능하므로, 장치의 구성이 간단해 진다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토양 정화 장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 토양 정화 장치를 이용한 토양 정화 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토양 정화 장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토양 정화 장치(1)를 개념적으로 도시한 도면이다.
토양 정화 장치(1)는 탄소수가 대략 35 이상인 중유 또는 원유에 의해 오염된 오염토를 제공받을 수 있고, 제공된 오염토에 함유된 중유 또는 원유가 제거되어 정화토를 생성할 수 있다.
본 실시예에서는 토양 정화 장치(1)가 중유 또는 원유에 의해 오염된 오염토를 제공받는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 토양 정화 장치(1)로는 중유 또는 원유뿐만 아니라 다른 종류의 석유(Oil)에 의해 오염된 오염토가 제공될 수도 있다.
토양 정화 장치(1)는 물 저장부(10), 물 저장부(10)로부터 유입된 투입수를 가열하는 가열부(20), 경유를 저장하는 경유 저장부(30), 유입된 오염토의 큰 입자의 알갱이들을 걸러내는 스크린부(40), 가열부(20)에서 제공되는 가열된 투입수와 경유 저장부(30)에서 제공되는 경유와 스크린부(40)에서 걸러진 오염토를 고르게 혼합하는 믹싱부(50), 및 믹싱부(50)에서 혼합된 투입수, 경유, 오염토의 혼합물을 분리하는 토양 분리부(60)를 포함할 수 있다.
물 저장부(10)는 토양 정화시 사용되는 물을 저장하는 탱크일 수 있으며, 물 저장부(10)에 저장된 물이 가열부(20)에 공급될 수 있다.
가열부(20)는 공급된 투입수를 소정의 온도로 가열할 수 있는 보일러일 수 있고, 가열된 투입수는 믹싱부(50)로 공급될 수 있다.
상기 소정의 온도는 바람직하게는 50℃~80℃의 범위 내로 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 가열부(20)에 의해 투입수가 100℃ 이상으로 가열되어 스팀의 형태로 믹싱부(50)에 공급되는 것도 가능하다.
경유 저장부(30)는 흙 알갱이들에 흡착되어 있는 중유 또는 원유를 화학적으로 분리해낼 수 있는 경유(light oil)를 저장할 수 있고, 경유 저장부(30)에 저장된 경유는 믹싱부(50)로 이송될 수 있다.
상기 경유는 가솔린(gasoline), 디젤(disel), 케로신(kerosene), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 미네랄 오일(mineral oil) 등일 수 있으며, 탄소수가 기 설정된 범위 이하인 유류일 수 있고, 일 예로 탄소수가 35 이하인 유류일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 경유가 저장되는 경유 저장부(30)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 인산, 황산 또는 염산 중 어느 하나를 저장하는 저장하는 저장부가 경유 저장부(30) 대신 제공될 수도 있다.
스크린부(40)는 오염토(2)가 유입되는 입구를 포함할 수 있고, 내부에는 오염토(2)에 포함된 입자 크기가 큰 알갱이들을 걸러내는 필터(42)를 더 포함할 수 있다. 필터(42)는 최대 폭이 10 cm 이상의 큰 알갱이들을 걸러내는 필터일 수 있으나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 믹싱부(50) 및 토양 분리부(60)에 무리를 줄 수 있는 정도로 큰 알갱이들을 걸러낼 수 있는 구성이면 어느 것이든 채용될 수 있다.
믹싱부(50)는 내부에 스크류 형상의 홈이 형성된 원통형의 본체를 포함할 수 있고, 오염토, 경유 및 투입수가 유입되었을 때 상기 원통형 본체가 회전함으로써 오염토, 경유 및 투입수가 고르게 혼합될 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 원통형 본체가 아닌 다른 형상의 본체가 채용되는 것도 가능하고, 기타 오염토, 경유 및 투입수를 골고루 혼합할 수 있는 구성이면 어느 것이든 채용 가능하다.
믹싱부(50) 내에서 경유와 투입수가 오염토와 혼합되면, 오염토의 흙 알갱이들에 흡착되어 있던 중유 또는 원유가 높은 온도 하에서 경유와 반응하여 흙 알갱이로부터 분리된다. 중유와 원유의 분리에 대한 구체적인 내용은 후술하겠다.
토양 분리부(60)는 믹싱부(50)와 연결되고, 믹싱부(50)에서 혼합된 혼합물을 제공받을 수 있다. 토양 분리부(60)는 혼합물을 물, 유류, 흙으로 분리할 수 있으며, 각각의 밀도 차이를 이용해 분리할 수 있다. 예를 들면, 토양 분리부(60)는 혼합물을 제공받아 일정 시간 동안 저장할 수 있는 탱크 형태로 제공될 수 있다. 구체적으로 혼합물이 토양 분리부(60)에 제공된 후, 시간이 경과하면 밀도 차이에 따라 유류가 맨 위로 떠오르고, 흙이 아래로 침전하면서, 혼합물이 유류, 물, 흙의 대략 세 개의 층으로 분리될 수 있다. 이때, 상기 유류에는 경유와 반응하여 흙 알갱이들로부터 분리된 중유 또는 원유가 포함될 수 있으며, 경유 저장부로부터 공급된 경유도 포함될 수 있다.
토양 분리부(60)에서 가장 아래로 침전된 흙은 오염토에서 함유된 유류가 모두 제거된 상태이므로 정화토(4)로서 외부로 배출될 수 있다. 또한, 토양 분리부(60) 내에서 위로 떠오른 유류(3)는 토양 분리부(60)의 유류가 떠오르는 위치에 대응되는 부분에 형성되는 배출구를 통해 배출되어, 배출구에 연결된 별도의 유류 처리 시설(미도시)로 이송될 수 있다. 상기 유류 처리 시설로 이송된 유류는 소정의 처리를 거쳐서 재활용될 수 있다. 일 예로, 상기 유류 처리 시설에서 기름은 종류별로 분리될 수 있고, 여기서 분리된 경유는 다시 경유 저장부(30)로 공급되어 재활용 될 수 있다.
토양 정화 장치(1)는 믹싱부(50) 및 토양 분리부(60)를 각각 한 개씩 포함할 수 있으나, 복수 개씩 포함할 수도 있다. 믹싱부(50) 및 토양 분리부(60)가 목수 개씩 포함되는 경우, 각 믹싱부(50) 및 토양 분리부(60)는 교대로 배치될 수 있고, 토양 분리부(60)에서 배출되는 정화토(4)가 해당 토양 분리부(60)의 후부에 배치되는 믹싱부(50)에 유입되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 믹싱부(50) 각각에 가열부(20) 및 경유 저장부(30)가 연결될 수 있으며, 복수 개의 믹싱부(50)에 모두 투입수와 경유가 제공될 수 있다.
한편, 토양 정화 장치(1)는 응집침전부(70) 및 필터 프레스부(80)를 더 포함할 수 있다.
응집침전부(70)는 토양 분리부(60)에 연결되고, 토양 분리부(60)에서 분리된 물이 응집침전부(70)로 유입될 수 있다. 응집침전부(70)로 유입된 물은 미세한 불순물들을 함유하고 있을 수 있으므로, 응집침전부(70) 내에서 상기 불순물이 응집 및 침전되면서 물이 정화될 수 있다. 이때, 응집침전부(70)에는 불순물의 응집을 촉진시킬 수 있도록 통상적으로 사용되는 응집제 및 응집보조제 등이 투입될 수도 있다.
응집침전부(70)에서 불순물이 제거된 물은 바이패스라인(14) 및 물 회수라인(12)를 통해 물 저장부(10)로 회수될 수 있다.
필터 프레스부(80)는 하나 이상의 여과판 및 여과포를 포함하는 일반적인 가압식 여과기일 수 있고, 응집침전부(70)와 연결될 수 있다.
응집침전부(70) 내에서 침전된 불순물은 필터 프레스부(80)로 이송될 수 있고, 이송된 불순물은 필터 프레스부(80)의 여과판에 투입된 후 가압되어 여과포를 통해 여과될 수 있으며, 필터 프레스부(80)의 구성 및 작용은 일반적으로 통용되는 기술이므로, 더 이상의 자세한 설명은 생략하겠다.
필터 프레스부(80)에서 불순물이 여과되는 과정에서 불순물에 함유되어 있던 물이 분리될 수 있고, 분리된 물은 물 회수라인(12)을 통해 물 저장부(10)로 회수될 수 있다. 물이 분리되고 남은 불순물은 슬러지(5)로서 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 응집침전부(70)에서 침전된 불순물이 필터 프레스부(80)에서 한번 더 가압 여과되면서, 불순물에 남아있던 물도 회수되므로, 투입수의 재활용률이 더욱 높아질 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 토양 정화 장치(1)의 작용 및 효과에 대하여 도 2를 참조하여 설명하겠다.
도 2는 도 1의 토양 정화 장치(1)를 이용한 토양 정화 방법을 도시한 순서도이다.
정화를 필요로 하는 오염토(2)는 스크린부(40)에 투입되고(S10), 필터(42)를 거치면서 입자의 크기가 비교적 큰 알갱이들은 1차적으로 걸러질 수 있다(S20).
한편, 물 저장부(10)에 저장된 투입수가 가열부(20)로 이송되어 가열될 수 있고(S30), 가열된 투입수는 믹싱부(50)로 제공될 수 있다. 가열부(20)에서 투입수는 바람직하게는 상온 이상으로 가열될 수 있으나, 본 발명의 사상이 이에 제한되는 것은 아니고, 투입수는 100℃ 이상으로 가열되어 스팀의 형상으로 믹싱부(50)에 제공되는 것도 가능하다.
1차로 걸러진 오염토는, 가열부(20)에 의해 가열된 투입수 및 경유 저장부(30)에 저장된 경유와 함께 믹싱부(50)로 유입되어 균일하게 혼합될 수 있다. 믹싱부(50)에서 혼합되는 과정에서, 경유는 상온보다 높은 온도에서 오염토의 흙 알갱이들에 부착된 중유 또는 원유와 반응하여 흙 알갱이들로부터 중유 또는 원유를 분리시키게 된다(S40). 상온보다 높은 온도 하에서는 흙 알갱이들에 부착된 중유 또는 원유의 점도가 낮아져서, 중유 또는 원유가 흙 알갱이들로부터 용이하게 분리될 수 있다.
본 발명자는 경유가 중유 또는 원유에 의해 오염된 토양을 정화하는 데 효과적이라는 사실을 확인하기 위해, 원유로 오염된 오염토에 케로신 및 약 70℃ 정도로 가열한 투입수를 투입하고, 5분간 혼합한 후 5분간 침전시킨 후의 TPH 수치를 측정하는 실험을 실시하였다.
실험 결과, 케로신 및 투입수를 투입하기 전의 오염토는 TPH 수치가 103296.8이었으나, 케로신 및 투입수를 투입하여 혼합 및 침전 과정을 거치고 나면 TPH 수치가 최대 2119까지 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 여기서, TPH란 Total Petroleum Hydrocarbon의 약자로, 총 석유계 탄화수소를 의미하고, TPH 수치가 높을수록 토양의 오염 정도가 심각함을 나타낸다.
상기 실험을 통해, 상온보다 높은 온도인 약 70℃ 정도의 온도에서 경유를 원유에 의해 오염된 오염토와 혼합하는 경우, 오염토를 효과적으로 정화할 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
한편, 믹싱부(50)에서 혼합된 혼합물은 토양 분리부(60)로 이송될 수 있고, 토양 분리부(60)에서 각 물질들의 밀도차이에 의해 유류-물-흙 순으로 분리될 수 있다(S50).
분리된 흙은 가장 아래로 침전하게 되고, 침전된 흙은 정화토(4)로서 토양 분리부(60)의 외부로 배출될 수 있다. 또한, 토양 분리부(60)에서 분리된 유류(3)는 경유와 오염토로부터 분리된 중유 또는 원유가 혼합된 상태이며, 별도로 마련되는 유류 처리 시설로 이송될 수 있다(S60).
그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 믹싱부(50) 및 토양 분리부(60)가 복수 개씩 교대로 배치되는 것도 가능하며, 이 경우, 오염토는 복수 회에 걸쳐서 혼합 및 침전 과정을 거치게 되므로 오염토에 함유되었던 유류가 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.
또한, 토양 분리부(60)에서 분리된 물은 응집침전부(70) 및 필터 프레스부(80)를 거치면서 정화될 수 있고(S70), 이렇게 정화된 물은 물 회수라인(12)를 통해 물 저장부(10)로 이송되어 재활용될 수 있다(S80).
상술한 바와 같이, 토양 정화 장치(1)에 투입된 오염토(2)는 경유와 고온의 투입수와의 혼합 및 침전 작용에 의해 유류가 효과적으로 제거될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 정화 처리시 투입한 물을 다시 회수함으로써, 정화 처리시 투입되는 물의 양을 대폭 줄일 수 있다는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토양 정화 장치(1’)를 도 3을 참조하여 설명하겠다. 다만, 제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교하여 토양 분리부(60)가 부상 분리부(90)로 대체된다는 점에서 차이가 있으므로, 이러한 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토양 정화 장치(1’)를 개념적으로 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 토양 정화 장치(1’)는 믹싱부(50)에 토양 분리부(60) 대신 부상 분리부(90)가 연결되고, 믹싱부(50)에서 혼합된 혼합물이 부상 분리부(90)로 이송될 수 있다.
부상 분리부(90)는 공기의 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생 장치를 포함할 수 있다. 부상 분리부(90)에 혼합물이 이송되면, 시간이 지남에 따라 물질들의 밀도 차이에 기인하여 유류-물-흙의 순으로 분리되는데, 이때, 미세 기포 발생 장치에서 미세 기포가 분리된 물로 제공될 수 있다.
미세 기포가 분리된 물에 제공되면, 물에 함유되어 있는 미세 입자들이 미세 기포와 응집되면서 부상한다. 이러한 공정을 거치면, 물에 함유되어 있던 미세 입자들이 부상하는데, 이렇게 물에 포함되어 있던 미세 입자들을 미세 기포를 공급하여 부상시킨 후, 부상한 미세 입자들만 걸러내는 수처리 공정을 부상 분리법(Dissolved air floatation)이라고 하며, 수처리 기술 분야에서 일반적으로 쓰이는 방법이다.
부상 분리부(90)는 물 저장부(10)와 연결될 수 있고, 부상 분리부(90)에서 분리된 후 부상 분리법에 의해 미세 입자들이 걸러진 물은 곧바로 물 저장부(10)로 회수될 수 있다.
또한, 부상 분리부(90)에서 분리된 유류(3’)와 정화토(4)는 각각 외부로 배출되어 회수될 수 있다. 부상 분리법에 의해 미세 입자들이 부상하면서 분리된 유류(3’)와 섞일 수 있으므로, 유류(3’)는 별도의 기름 처리 시설로 옮겨져 처리될 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 부상 분리부(90)에서 유류(3’)에 섞여있는 미세 입자들을 걸러내는 필터(미도시)가 유류(3’)가 배출되는 출구 측에 제공되는 것도 가능하다.
본 실시예는 상술한 바와 같이 제 1 실시예에서 토양 분리부(60)를 부상 분리부(90)로 대체함으로써, 응집침전부(70) 및 필터 프레스부(80)와 같은 별도의 수처리 장치를 생략하고도, 정화된 물이 부상 분리부(90)에서 물 저장부(10)로 곧바로 회수될 수 있으므로, 제 1 실시예에 비하여 장치의 구성이 간단해 진다는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 토양 정화 장치의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1, 1’: 토양 정화 장치 10: 물 저장부
20: 가열부 30: 분리제 저장부
40: 스크린부 50: 믹싱부
60: 토양 분리부 70: 응집침전부
80: 필터 프레스부 90: 부상 분리부

Claims (20)

  1. 기름에 의해 오염된 토양을 정화하는 토양 정화 장치에 있어서,
    투입수를 저장하는 물 저장부;
    상기 물 저장부와 연결되고, 상기 투입수를 가열하는 가열부;
    상기 오염된 토양으로부터 기름을 분리하는 분리제를 저장하는 분리제 저장부;
    상기 오염된 토양, 상기 가열된 투입수 및 상기 분리제를 제공받아 혼합하는 믹싱부; 및
    상기 믹싱부와 연결되고, 상기 믹싱부에서 혼합된 혼합물을 토양, 물 및 유류로 분리하는 분리부
    를 포함하는 토양 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리부에 연결되고, 상기 분리부에서 분리된 물에 함유된 불순물을 응집 및 침전시키는 응집침전부; 및
    상기 응집침전부에 연결되고, 상기 응집침전부에서 침전된 불순물을 가압하여 상기 침전된 불순물에 함유된 물을 분리하는 필터 프레스부를 더 포함하고,
    상기 응집침전부에서 불순물이 제거된 물 및 상기 필터 프레스부에서 분리된 물이 상기 물 저장부로 회수되는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리부는 물질의 밀도 차이에 따라 혼합물을 분리하는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹싱부 및 상기 분리부는 복수 개 제공되는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹싱부에 연결되고, 상기 오염된 토양이 상기 믹싱부에 투입되기전에 상기 오염된 토양을 필터링하는 스크린부
    를 더 포함하는 토양 정화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스크린부는,
    최대 폭이 10 cm 이상인 입자를 걸러내는 필터를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹싱부는,
    원통형의 본체를 포함하고,
    상기 본체가 회전하는 것에 의해 본체 내부의 물질들을 혼합하는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 투입수를 상온 이상으로 가열하는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리부는,
    상기 분리된 물에 공기의 기포를 제공하고, 제공된 기포에 의해 상기 분리된 물에 함유된 입자들이 상기 분리된 물의 상방으로 부상하고,
    상기 분리된 물에서 입자들이 부상하고 남은 물은 상기 물 저장부로 회수되는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리제는 경유이고,
    상기 분리부에 연결되고, 상기 분리부에서 분리된 유류를 종류별로 분리하는 유류 처리 시설을 더 포함하고,
    상기 유류 처리 시설에서 분리된 유류 중 경유는 상기 분리제 저장부로 공급되는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리제 저장부에 저장되는 분리제는 경유인 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리제 저장부에 저장되는 분리제는 탄소수가 35 이하인 유류인 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리제 저장부에 저장되는 분리제는 가솔린(gasoline), 디젤(disel), 케로신(kerosene), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 미네랄 오일(mineral oil), 인산, 황산 및 염산 중 어느 하나인 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염된 토양의 오염 원인이 되는 기름은 중유 또는 원유인 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염된 토양의 오염 원인이 되는 기름은 탄소수가 35 이상인 유류인 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리부로부터 분리된 유류는 상기 분리제 저장부에서 제공된 분리제 및 상기 오염된 토양의 오염 원인이 되는 기름의 적어도 일부를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 토양 정화 장치.
  17. 기름에 의해 오염된 토양을 정화하는 토양 정화 장치를 이용한 토양 정화 방법에 있어서,
    상기 오염된 토양을 상기 토양 정화 장치에 투입하는 단계;
    물 저장부에 저장되었던 투입수를 가열부로 이송하여 가열하는 단계;
    상기 가열된 투입수, 상기 오염된 토양 및 분리제 저장부에 저장되었던 분리제를 믹싱부에 투입하여 혼합하는 단계; 및
    상기 믹싱부에서 혼합된 혼합물이 분리부로 이송되고, 상기 혼합물이 토양, 물 및 유류로 분리되는 단계
    를 포함하는 토양 정화 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 투입하는 단계는,
    상기 오염된 토양을 스크린부에 투입하여 필터링하는 단계
    를 더 포함하는 토양 정화 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 토양, 물 및 유류로 분리되는 단계에서 분리된 물에 함유된 불순물을 응집 및 침전시키는 단계;
    상기 응집 및 침전시키는 단계에서 침전된 불순물을 가압하여 상기 침전된 불순물에 함유된 물을 분리하는 단계; 및
    상기 응집 및 침전시키는 단계에서 불순물이 제거된 물과 상기 물을 분리하는 단계에서 분리된 물을 상기 물 저장부로 회수하는 단계
    를 더 포함하는 토양 정화 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 토양, 물 및 유류로 분리되는 단계에서 분리된 물에 공기의 기포를 제공하고, 제공된 기포에 의해 상기 분리된 물에 함유된 입자들이 상기 분리된 물의 상방으로 부상하는 단계; 및
    상기 분리된 물에서 입자들이 부상하고 남은 물을 상기 물 저장부로 회수하는 단계
    를 더 포함하는 토양 정화 방법.
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KR20160129604A (ko) * 2015-04-30 2016-11-09 벽산엔지니어링주식회사 원유오염 토양 정화 시설 및 방법

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