KR20180074194A

KR20180074194A - 토양정화장치

Info

Publication number: KR20180074194A
Application number: KR1020160178037A
Authority: KR
Inventors: 김지훈
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-07-03
Also published as: KR101908817B1

Abstract

본 발명의 토양정화장치는 지중에 배치되고, 반경 방향으로 과산화수소를 포함하는 정화물질을 배출하기 위한 배출구멍이 형성되는 배출관; 상기 배출관과 연결되고, 상기 배출관 및 지중으로부터 발생하는 가스를 저장하도록 구성되는 가스 저장실; 및 상기 가스 저장실에 배치되어 상기 가스 저장실의 내부 압력을 조절하도록 구성되도록 압력조절밸브;를 포함한다.

Description

토양정화장치{Soil Remediation Device}

본 발명은 과산화수소를 이용한 토양정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과산화수소를 통한 정화영역을 극대화시킬 수 있도록 구성된 토양정화장치에 관한 것이다.

주유소, 저유소 및 송유관 등의 주변 지역은 BTEX, 디젤, 가솔린과 같은 유류물질에 의해 오염되기 쉽다. 유류에 의해 오염된 토양은 생물학적 처리, 물리적 처리, 화학적 처리 등의 여러 방법을 통해 처리될 수 있다.

생물학적 처리공법은 미생물의 대사활동을 이용한 처리 기술이다. 이러한 생물학적 처리공법은 비용이 저렴하나, 오염물질의 처리기간이 길고 고농도 오염지역에서의 효용성이 떨어진다.

물리적 처리기술은 오염물의 분자량 및 화학적 구조에 의해 영향을 크게 받다. 예를 들어, 물리적 처리기술의 하나인 토양증기추출공법(soil vapor extraction, SVE)은 휘발성 유기화합물만 제거할 수 있다. 즉, 물리적 처리기술은 가솔린 등의 유류물질을 제거할 수 있으나, 분자량이 크고 휘발도가 낮은 디젤 등의 유류물질을 제거하기가 어렵다. 부가적으로, 물리적 처리기술은 공기를 인위적으로 투입하여 오염물질을 제거하는 방식이므로, 공기의 투입이 어려운 점토질의 토양에서는 이용이 불가능하다.

열처리 방법은 고온열탈착법(high temperature thermal desorption), 소각법(incineration), 유리화법 (vitrification) 등이 있다. 고온열탈착법은 폐기물 내의 수분 및 유기오염물질을 휘발시키기 위해 315∼538℃로 가열한 후 가스 처리 시스템으로 이송하여 처리하는 방법이다. 소각법은 산소가 존재하는 상태에서 871∼1024℃의 고온으로 유해성 폐기물 내의 유기오염물질을 소각분해하는 방법이다. 유리화법은 굴착된 오염토양 및 슬러지를 전기적으로 용융시킴으로써 용출특성이 매우 적은 결정구조로 만드는 방법이다.

열처리 방법은 처리 효율면에서 매우 효과적이다. 그러나 열처리 방법은 장치의 내부를 항상 고온으로 유지해야 하므로, 연료소비량이 많아 경제성이 떨어진다. 또한, 열처리 방법은 토양의 굴착이 선행되어야 하므로, 초기 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

화학적 지중 산화방법은 전술된 기술들의 단점을 보완하기 위해 제안된 기술이다. 예를 들어, 화학적 지중 산화방법은 대체로 처리 시간이 짧고 처리효율도 높아 최근 각광받고 있다. 화학적 지중 산화방법은 과산화수소, 과황산 등의 산화제를 토양에 인위적으로 주입하여 오염물질을 물과 이산화탄소로 완전 산화시켜 제거하는 방식이다. 산화제로는 과산화수소(hydrogen peroxide)가 주로 사용되어 왔으며, 이를 이용한 히드록실라디칼(hydroxyl radical)을 이용한 유기화합물 분해에 관해서는 많은 연구가 진행되고 있다.

한편, 과산화수소는 화학 구조적 불안정성에 의해 산소와 물로 쉽게 분해될 수 있으므로 토양에 잔존하는 시간이 매우 짧다. 과산화수소의 짧은 잔존시간은 과산화수소의 반응반경을 축소시키고, 단위 토양당 소모되는 과산화수소의 양을 증대시킬 뿐만 아니라 정화비용을 상승시키는 문제점이 있다. 또한, 과산화수소를 이용한 지중 산화방법은 과산화수소가 분해되면서 발생하는 산소에 의해 안전사고의 우려가 있으며, 지중으로 과산화수소를 주입하는데 어려움이 있다.

참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 내지 3이 있다.

KR

10-1474308

B1

KR

10-0367293

B1

KR

2004-0106910

A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과산화수소의 잔존시간 및 반응반경을 증대시킬 수 있는 토양정화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치는 지중에 배치되고, 반경 방향으로 과산화수소를 포함하는 정화물질을 배출하기 위한 배출구멍이 형성되는 배출관; 상기 배출관과 연결되고, 상기 배출관 및 지중으로부터 발생하는 가스를 저장하도록 구성되는 가스 저장실; 및 상기 가스 저장실에 배치되어 상기 가스 저장실의 내부 압력을 조절하도록 구성되도록 압력조절밸브;를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치에서 상기 배출관은 지중방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 구성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치에서 상기 가스 저장실의 최소 단면은 상기 배출관의 최대 단면보다 크게 형성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치에서 상기 가스 저장실은 지중방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 구성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치는 상기 가스 저장실의 압력을 측정하도록 구성되는 압력계를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치에서 상기 압력조절밸브는 상기 압력계와 연결되고, 상기 압력계로부터 수신된 측정값이 설정된 값을 초과하면 개방되도록 구성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치는 상기 가스 저장실과 저장탱크를 연결하는 연결배관에 배치되고, 상기 가스 저장실의 가스가 상기 저장탱크로 역류하는 것을 차단하도록 구성되는 체크밸브를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치는 상기 연결배관과 상기 저장탱크를 연결하는 회수배관; 및 상기 연결배관 및 상기 회수배관에 각각 배치되는 조절밸브;를 더 포함한다.

본 발명은 과산화수소의 잔존시간 및 반응반경을 증대시킬 수 있으므로, 오염 토양의 정화에 필요한 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 토양정화장치의 구성도
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 토양정화장치의 구성도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 토양정화장치의 구성도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하여 일 실시 예에 따른 토양정화장치를 설명한다.

본 실시 예에 따른 토양정화장치(100)는 화학적 지중 산화방법을 수행할 수 있도록 구성된다. 부연 설명하면, 토양정화장치(100)는 산화제를 저장하기 위한 구성 및 산화제를 지중으로 주입하기 위한 구성을 포함한다. 예를 들어, 토양정화장치(100)는 과산화수소를 저장하는 저장탱크(110) 및 과산화수소를 토양(200)으로 주입하기 위한 배출관(140)을 포함한다.

저장탱크(110)는 오염된 토양(200)을 정화하는데 필요한 산화제(예를 들어, 과산화수소)를 충분히 저장할 수 있도록 구성된다. 이를 위해 저장탱크(110)는 상당한 체적을 갖도록 구성될 수 있으며 복수로 구성될 수 있다.

배출관(140)은 저장탱크(110)에 저장된 산화제를 토양(200)에 주입할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 배출관(140)은 토양(200)의 표면으로부터 소정의 깊이로 배치되어, 토양(200)의 내부로부터 산화제를 배출시킬 수 있다. 배출관(140)은 산화제를 사방으로 배출하기 위한 구성을 포함한다. 예를 들어, 배출관(140)의 둘레에는 다수의 배출 구멍(142)이 형성될 수 있다.

배출관(140)은 저장탱크(110)와 연결된다. 예를 들어, 배출관(140)은 연결배관(122)에 의해 저장탱크(110)와 연결될 수 있다. 저장탱크(110)의 과산화수소는 배출관(140)으로 공급된다. 예를 들어, 하나 이상의 펌프(120)는 저장탱크(110)의 과산화수소를 배출관(140)에 공급될 수 있다.

위와 같은 구성들을 포함하는 토양정화장치(100)는 배출관(140)을 통해 다량의 산화제를 토양(200)에 살포 및 주입하여 토양의 오염물질을 정화시킬 수 있다.

본 실시 예에 따른 토양정화장치(100)는 산화제의 화학적 반응 시 발생하는 가스를 저장하기 위한 구성을 포함한다. 예를 들어, 토양정화장치(100)는 배출관(140)과 연결되는 가스저장실(130)을 포함한다. 아울러, 토양정화장치(100)는 가스저장실(130)의 압력을 일정하게 유지하기 위한 구성을 포함한다. 예를 들어, 토양정화장치(100)는 압력조절밸브(150)를 포함한다. 아울러, 토양정화장치(100)는 가스저장실(130)의 압력을 측정하도록 구성된 압력계(180)를 포함한다.

가스저장실(130)은 산화제의 화학반응 시 발생하는 가스를 저장하도록 구성된다. 예를 들어, 가스저장실(130)은 배출관(140)의 상단부에 배치되어, 산화제의 배출과정에서 발생하는 가스(300)를 그대로 수용할 수 있다. 가스저장실(130)은 가스의 발생으로 인한 압력손실을 최소화할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 가스저장실(130)의 체적은 산화제의 배출량에 따라 증감될 수 있다.

압력조절밸브(150)는 전술한 바와 같이 가스저장실(130)의 압력을 일정하게 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 압력조절밸브(150)는 압력계(180)를 통해 측정된 가스저장실(130)의 압력이 기 설정된 값 이하이면 폐쇄상태로 유지되고, 가스저장실(130)의 압력이 기 설정된 값을 초과하면 개방되도록 작동할 수 있다.

위와 같은 구성들을 포함하는 토양정화장치(100)는 가스저장실(130) 및 압력조절밸브(150)를 통해 배출관(140)에 가해지는 압력을 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 토양에 주입되는 산화제의 양을 일정하게 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라 산화제에 의한 토양정화능력을 향상시킬 수 있다.

본 실시 예에 따른 토양정화장치(100)는 산화제의 공급효율을 증대시킬 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 토양정화장치(100)는 가스 또는 기포에 의해 펌프(120)의 성능이 저하되는 현상을 경감시킬 수 있도록 구성된다. 이를 위해 토양정화장치(100)는 회수배관(124) 및 복수의 조절밸브(160, 162)를 포함한다.

회수배관(124)은 연결배관(122)과 저장탱크(110)를 연결하도록 구성된다. 부연 설명하면, 회수배관(124)의 일 단은 펌프(120)의 배출구 측에 연결되고, 타 단은 저장탱크(110)와 연결된다. 이와 같이 구성된 회수배관(124)은 저장탱크(110)로부터 배출되는 산화제가 펌프(120)를 통해 다시 저장탱크(110)로 회수되도록 유도할 수 있다.

조절밸브(160, 162)는 연결배관(122) 및 회수배관(124)의 유동을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 제1조절밸브(160)는 연결배관(122)에 배치되어 연결배관(122)을 통한 산화제의 유동을 제어하고, 제2조절밸브(162)는 회수배관(124)에 배치되어 회수배관(124)을 통한 산화제의 유동을 제어할 수 있다.

위와 같은 구성들을 포함하는 토양정화장치(100)는 가스 및 기포로 인한 펌프(110)의 성능저하 현상을 경감시킬 수 있다. 예를 들어, 토양정화장치(100)는 펌프(110) 배출단의 압력이 설정기준 이하로 떨어지면, 제1조절밸브(160)를 폐쇄하고 제2조절밸브(162)를 개방시켜 가스 및 기포를 제거함과 동시에 저장탱크(110) 측의 압력이 높아지도록 유도할 수 있다.

본 실시 예에 따른 토양정화장치(100)는 산화제의 역류를 방지하도록 구성된다. 예를 들어, 토양정화장치(100)는 연결배관(122)에 배치되는 체크밸브(164)를 포함할 수 있다. 이와 같이 구성된 체크밸브(164)는 산화제가 저장탱크(110)로부터 배출관(140) 측으로만 이동되도록 유도하여, 산화제의 역류에 의한 압력저하 현상을 경감시킬 수 있다.

본 실시 예에 따른 토양정화장치(100)는 이물질을 제거하도록 구성된다. 예를 들어, 토양정화장치(100)는 연결배관(122)에 배치되는 여과필터(170)를 포함할 수 있다. 여과필터(170)는 체크밸브(164)와 가스저장실(130) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같이 구성된 여과필터(170)는 산화제의 역류와 함께 유입되는 토양(200)의 모래, 점토 등을 걸러내어, 이들 이물질로 인한 체크밸브(164)의 막힘 현상을 예방할 수 있다.

위와 같이 구성된 토양정화장치(100)는 과산화수소 등의 산화제로부터 발생하는 가스(예를 들어, 산소가스)에 의한 배출관(140) 내부의 압력저하 현상을 효과적으로 경감시킬 수 있으므로, 산화제의 과대한 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 산화제를 넓은 영역으로 배출시킬 수 있으며, 이를 통해 오염토양의 정화효율을 향상시킬 수 있다.

다음에서는 다른 실시 예에 따른 토양정화장치를 설명한다. 참고로, 이하의 실시 예에 대한 설명에서 전술된 실시 예와 동일한 구성요소는 전술된 실시 예와 동일한 도면부호를 사용하고, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하여 다른 실시 예에 따른 토양정화장치를 설명한다.

본 실시 예에 따른 토양정화장치(102)는 가스저장실(130) 및 배출관(140)의 형태에 있어서 전술된 실시 예와 구별된다. 부연 설명하면, 본 실시 예에 따른 토양정화장치(102)에서 가스저장실(130) 및 배출관(140)은 토양(300)의 하방으로 갈수록 단면이 감소하는 형태일 수 있다.

가스저장실(130)은 배출관(140)보다 큰 단면을 갖도록 구성된다. 부연 설명하면, 가스저장실(130)의 최소 지름(D1)은 배출관(140)의 최대 지름(D2)보다 클 수 있다. 그러나 가스저장실(130)의 최소 지름(D1)이 배출관(140)의 최대 지름(D2)보다 반드시 커야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 가스저장실(130)의 최소 지름(D1)은 배출관(140)의 최대 지름(D2)과 대체로 동일할 수도 있다.

이와 같이 구성된 토양정화장치(102)는 배출관(140)의 하방으로 갈수록 압력이 증가하므로, 토양(300) 깊숙이 침투한 오염물질을 정화하는데 효과적일 수 있다.

도 3을 참조하여 또 다른 실시 예에 따른 토양정화장치를 설명한다.

본 실시 예에 따른 토양정화장치(104)는 가스저장실(130)과 배출관(140)의 배치형태에 있어서 전술된 실시 예들과 구별된다. 부연 설명하면, 가스저장실(130)은 복수의 배출관(140)과 연결된다. 예를 들어, 하나의 가스저장실(130)은 2개의 배출관(140)과 연결될 수 있다. 그러나 가스저장실(130)과 연결되는 배출관(140)의 수가 2개로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 가스저장실(130)은 3개 이상의 배출관(140)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다.

이와 같이 구성된 토양정화장치(104)는 다수의 배출관(140)으로부터 발생하는 가스에 의해 가스저장실(130)이 채워지므로, 가스저장실(130)의 내부가 항상 고압상태로 유지될 수 있으며, 이를 통해 배출관(140)을 통한 산화제의 배출효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.

100 토양정화장치
110 저장탱크
120 펌프
130 가스저장실
140 배출관
142 배출 구멍
150 압력조절밸브
160, 162 조절밸브
164 체크밸브
170 여과필터
180 압력계

Claims

지중에 배치되고, 반경 방향으로 과산화수소를 포함하는 정화물질을 배출하기 위한 배출구멍이 형성되는 배출관;
상기 배출관과 연결되고, 상기 배출관 및 지중으로부터 발생하는 가스를 저장하도록 구성되는 가스 저장실; 및
상기 가스 저장실에 배치되어 상기 가스 저장실의 내부 압력을 조절하도록 구성되도록 압력조절밸브;
를 포함하는 토양정화장치.
제1항에 있어서,
상기 배출관은 지중방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 구성되는 토양정화장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 저장실의 최소 단면은 상기 배출관의 최대 단면보다 크게 형성되는 토양정화장치
제1항에 있어서,
상기 가스 저장실은 지중방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 구성되는 토양정화장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 저장실의 압력을 측정하도록 구성되는 압력계를 더 포함하는 토양정화장치.
제5항에 있어서,
상기 압력조절밸브는 상기 압력계와 연결되고, 상기 압력계로부터 수신된 측정값이 설정된 값을 초과하면 개방되도록 구성되는 토양정화장치.
제1항에 있어서,
상기 가스 저장실과 저장탱크를 연결하는 연결배관에 배치되고, 상기 가스 저장실의 가스가 상기 저장탱크로 역류하는 것을 차단하도록 구성되는 체크밸브를 더 포함하는 토양정화장치.
제7항에 있어서,
상기 연결배관과 상기 저장탱크를 연결하는 회수배관; 및
상기 연결배관 및 상기 회수배관에 각각 배치되는 조절밸브;
를 더 포함하는 토양정화장치.