WO2012070806A2 - 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법 및 장치 - Google Patents

아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법 및 장치 Download PDF

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WO2012070806A2
WO2012070806A2 PCT/KR2011/008822 KR2011008822W WO2012070806A2 WO 2012070806 A2 WO2012070806 A2 WO 2012070806A2 KR 2011008822 W KR2011008822 W KR 2011008822W WO 2012070806 A2 WO2012070806 A2 WO 2012070806A2
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subcritical
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Inventor
박정훈
이광춘
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전남대학교산학협력단
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/02—Extraction using liquids, e.g. washing, leaching, flotation

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for purifying contaminated soil, and more specifically, to soil contaminated with oils, heavy metals, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), gunpowder, pesticides, etc.
  • Subcritical water called the ideal low-cost "green” solvent
  • the ideal low-cost “green” solvent has a wide range of temperatures and pressures, and the water properties vary widely under these conditions. For example, the polarity, viscosity, surface tension and the like of the water can be changed rapidly. By using these various characteristics, there is a great advantage that the effect of extracting and removing contaminants from soil without using a conventional chemical solvent.
  • the water has a boiling point of 100 ° C at 1 atmosphere. However, at high pressures, the liquid state is maintained even at elevated temperatures. This state of water is called subcritical water. If the temperature is raised above 374 °C, it becomes supercritical water.
  • Subcritical water used in the present invention is water in the temperature range 100 ⁇ 374 °C, pressure 4 ⁇ 400bar.
  • Conventional techniques for treating organic pollutants from contaminated soil include soil washing, steam extraction, etc. They use techniques to separate and treat harmful organic pollutants bound to soil particles using appropriate cleaning agents. It is a restoration technology that removes volatile and semi-volatile contaminants from soil by use or by vacuuming soil in unsaturated aquifer with vacuum pump. Soil physicochemical properties affect the desorption rate and bioavailability of pollutants, and also affect the purification and restoration of contaminated soils. The application of these techniques requires the selection of an appropriate cleaning agent, and can incur secondary treatment costs for dissolved contaminants. In the case of semi-volatile contaminants, the treatment time is long and inefficient. In addition, these treatment methods are limited in treating high-contaminated soils, and high-contaminated soils are generally incinerated. Incineration is expensive and requires complex treatment facilities to prevent air pollution after incineration.
  • oxidation reaction can be maximized by adding oxygen, hydrogen peroxide, etc. in the supercritical fluid.
  • oxidation reactions in supercritical fluids can increase the corrosiveness of the oxidation reaction apparatus, which can cause the extraction and reaction vessels to break, and increase the cost of the apparatus for corrosion prevention.
  • this method can significantly reduce the amount of organic solvent used to extract pollutants in the environment, minimize the decomposition of organic contaminants, and is a soil purification method with a simple post-treatment process.
  • Korean Patent Registration No. 10-0820169 discloses an apparatus for treating complex household wastes and aromatic organic chlorine compounds having a benzene ring and a chlorine atom among organic wastes using subcritical water.
  • the detoxification treatment apparatus of the hardly decomposable organic wastes according to this patent document collides nanodroplets of subcritical water with the organic wastes to strongly activate the solubility of the liquid and the diffusion of the gases, thereby rapidly oxidizing the organic wastes and simultaneously oxidizing them.
  • Increasing the strength of the reactivity allows the aromatic organic chlorine compounds of the hardly decomposable organic waste to be decomposed. It is expected that it will be impossible to rise to 1200 ° C.
  • Subcritical water can be used to overcome the limitations of existing methods to restore the environment contaminated with organic contaminants, remove contaminants using pure water, improve the efficiency of removing contaminant contaminants, and treat them economically. There is still a need for the development of a soil purification method and a device capable of operating the same.
  • the present invention has been made to overcome the limitations of the prior art and to improve the purification efficiency in purifying contaminated soil
  • the object of the present invention is petroleum-based organic pollutants (gasoline, diesel, bunker oil, engine oil, etc.)
  • the present invention provides a method and apparatus for purifying contaminated soil which can economically and efficiently purify contaminated soil with high concentrations of polycyclic aromatic compounds (PAHs), heavy metals, gunpowder, and pesticides.
  • PAHs polycyclic aromatic compounds
  • step (c) purifying the subcritical water generated from the step (a) by passing it at a high pressure with the aid of the high pressure pump from the step (a) through the contaminated soil to be cleaned loaded in the reactor of the step (b). Removing contaminants from the contaminated soil;
  • step (d) cooling the hot contaminant-containing treated water from step (c) by a heat exchanger
  • step (e) separating the pollutants in the treated water containing pollutants cooled by the heat exchanger of step (d) by specific gravity by a separator; and providing a method for purifying contaminated soil using subcritical water.
  • step (c) the pressure of the subcritical water of the reactor is regulated by a back pressure regulator provided downstream of the separator.
  • the contaminated soil to be cleaned is a metal basket provided separately inside the reactor, and the inside and upstream and downstream portions of the inner or upper portion have a pore having a diameter of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the filters are loaded in metal baskets, each provided. More preferably, a filter having pores having a diameter of 0.5 to 2 ⁇ m in part or in whole is also provided in the reactor outside the filter, in parallel with the filter.
  • the metal basket is preferably configured to be detachable from the reactor.
  • the upstream, downstream or both of the reactor is provided with a safety valve and a pressure gauge that can be adjusted so as not to exceed the allowable pressure limit due to clogging caused by foreign matter.
  • the preheater and the reactor are temperature controlled by a preheater side thermocouple and a reactor side thermocouple, respectively.
  • the reactor after treatment with subcritical water is cooled by a cooling fan.
  • the high specific gravity material from the separator is discharged by a high pressure valve.
  • the water reservoir is supplied with water from which dissolved oxygen has been removed by a purging system including a gas cylinder and an acid pipe.
  • the mixed contaminants from the rear pressure regulator are separated into water and an oil layer through an oil / water separator.
  • Some or all of the water recovered from the oil / water separator 23 is preferably circulated to step (a).
  • a high pressure pump for pressurizing water from the water reservoir (4 bar to 400 bar) and a preheater for heating (100 ° C. to 374 ° C.) water from the high pressure pump to produce water in a subcritical state (subcritical water);
  • a reactor configured to remove contaminants from the contaminated soil to be cleaned by loading the contaminated soil to be purified and passing subcritical water from the preheater at high pressure with the help of the high pressure pump;
  • a contaminated soil purification apparatus using a subcritical water comprising; a rear pressure regulator for adjusting the pressure of the subcritical water of the reactor.
  • the reactor is provided with a separate metal basket on which the contaminated soil to be purified is loaded, and the inside or upstream and downstream portions of the metal basket are partially or entirely formed with pores having a diameter of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • Each filter having a filter is provided, and a filter having pores having a diameter of 0.5 to 2 ⁇ m in part or in whole is provided inside the reactor outside the filter.
  • the metal basket is preferably configured to be detachable from the reactor.
  • the upstream, downstream or both of the reactor is provided with a safety valve and a pressure gauge that can be adjusted so as not to exceed the allowable pressure limit due to clogging caused by foreign matter.
  • thermocouple and a reactor side thermocouple, respectively, which are provided to control the temperature of the preheater and the reactor.
  • the reactor is provided with a cooling fan provided to lower the temperature of the reactor after treatment with subcritical water.
  • a high pressure valve is connected to the bottom of the separator for the discharge of high specific gravity materials.
  • the water reservoir includes a purging system including a gas cylinder and an acid pipe for removing oxygen dissolved in water.
  • the contaminated soil purification method and apparatus of the present invention can treat not only a single type of contaminant but also soil contaminated with complex contaminants.
  • the method and apparatus for purifying contaminated soil of the present invention is not demanding because the requirements for satisfying time and place, microbial application conditions, etc., such as biological treatment, are not demanding, and unlike the long biological treatment time, the soil can be efficiently cleaned in a short time.
  • incineration requires a complex aftertreatment process for purifying exhaust gas after incineration, but the method and apparatus for purifying contaminated soil of the present invention is simple because the aftertreatment process uses water in a subcritical state as treated water and is separated. The removed pollutants provide an environmentally friendly process that can be recycled.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an experimental system of subcritical water used to purify contaminated soil of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the pollution soil purification apparatus according to the process according to the present invention.
  • FIG. 3 is a chromatogram of petroleum-based hydrocarbons in soil extracts contaminated with diesel (5 times dilution).
  • Figure 4 is a petroleum-based total hydrocarbon chromatogram of the soil extract (double dilution) after treating the soil contaminated with subcritical water at 250 °C, 220 bar conditions.
  • cooling fan 20 gas cylinder
  • upstream and downstream should be understood to be based on the direction in which the fluid, such as water, applied, proceeds in the process.
  • the upstream portion of the reactor means the lower portion of the diagram shown in FIG. 1 in which the subcritical water is applied to the reactor and the downstream portion is the direction in which the treated water containing contaminants is discharged from the reactor after the contaminated soil is treated by the subcritical water. It means the upper part in the drawing shown in FIG.
  • the present invention injects the subcritical water generated by the high pressure pump and the preheater into a reactor loaded with the contaminated soil to be purified to extract contaminants contained in the contaminated soil to be subcritical water having properties similar to those of the organic solvent. Thereby providing a method of purifying contaminated soil in a reactor.
  • the oxygen dissolved in water is removed with gas such as helium, hydrogen, nitrogen, and the necessary pressure is supplied with a high pressure pump.
  • the regulator adjusts the pressure of the water in the whole system to maintain the pressure required for the treatment.
  • the preheater is then heated to obtain hot water. This continuously supplies the hot water required for extraction and reaction of the contaminated soil and maintains the reactor high temperature so that the water in the reactor is always in subcritical water.
  • the contaminants of the complex contaminated soil by the subcritical water are first removed through a single treatment, and 100% of the soil contaminated with light oil is removed.
  • the polluted soil purifying apparatus is suitable for purifying soil contaminated with organic compounds, and is an eco-friendly purifying method capable of removing pollutants in a short time without secondary pollution by removing pollutants with water of a subcritical state. To provide.
  • the contaminated soil 13 to be treated is placed in the metal basket 6 in the reactor 5, and the contaminated soil flows out during the subcritical water treatment so that the reactor connection tube is not blocked.
  • a filter 11 having pores of 10 ⁇ m, in particular about 7 ⁇ m, which blocks both the upstream and downstream parts of the metal basket 6 and also has pores of 0.5 ⁇ m to 2 ⁇ m in diameter and especially 0.5 ⁇ m in both sides of the reactor 5. (12) is used to close the inner upstream and downstream of the metal basket 6.
  • the gas cylinder 20 containing helium gas is connected to the diffuser 21 to implement the purging system 22. Purging system 22 was run for a period of time to remove dissolved oxygen in the water.
  • Water is injected into the preheater (3) using a high pressure pump (2) in the water reservoir (1).
  • the preheater 3 is to increase the temperature of the water injected into the reactor (5).
  • the rear pressure regulator (10) is adjusted to a pressure suitable for the treatment conditions.
  • the temperature of the preheater side heater 14 and the reactor side heater 15 is raised to reach the temperature corresponding to the processing conditions of the temperature of the preheater 3 and the reactor 5.
  • the contaminated soil 13 in the reactor 5 can be treated with subcritical water in which a constant pressure and temperature are maintained.
  • the metal basket 6 in the reactor 5 is for placing contaminated soil 13 into the reactor or for facilitating recovery.
  • the high temperature subcritical water passing through the contaminated soil 13 is lowered to a temperature of room temperature via the heat exchanger 8.
  • the water lowered to room temperature is separated into a material having a high specific gravity and a material having a small specific gravity through the separator (9). After the material is finished, the material is discharged through the high pressure valve 18 and the material is discharged through the rear pressure regulator 10.
  • upstream and downstream portions of the reactor 5 are provided with (primary) safety valves and pressure gauges 4 and (secondary) safety valves and pressure gauges 7, respectively.
  • the clogging phenomenon of the filters 11 and 12 of the reactor 5 due to (13) prevents the risk of explosion which may occur due to the rapid increase in the pressure in the reactor 5.
  • the pressure in the reactor 5 is equal to the ambient atmospheric pressure.
  • the purification of the contaminated soil is then terminated by taking out the treated contaminated soil 13 in the metal basket 6.
  • the mixed contaminants from the rear pressure regulator 10 is separated into water and an oil layer through the oil / water separator 23 as shown.
  • the water recovered from the oil / water separator 23 may be supplied to the supply line between the water reservoir 1 and the high pressure pump 2 through the circulation line with the help of the circulation pump 24 to be recycled.
  • the present invention injects the subcritical water generated by the high pressure pump and the preheater into the reactor loaded on the contaminated soil to extract the contaminants contained in the contaminated soil to be subcritical water having properties similar to those of the organic solvent. Thereby providing an apparatus (or system) for purifying contaminated soil in the reactor.
  • the oxygen dissolved in water is removed with gas such as helium, hydrogen, nitrogen, and the necessary pressure is supplied with a high pressure pump.
  • the regulator adjusts the pressure of the water in the whole system to maintain the pressure required for the treatment.
  • the preheater is then heated to obtain hot water. This continuously supplies the hot water required for extraction and reaction of the contaminated soil and maintains the reactor high temperature so that the water in the reactor is always in subcritical water.
  • the contaminants of the complex contaminated soil by the subcritical water are first removed through a single treatment, and 100% of the soil contaminated with light oil is removed.
  • the polluted soil purifying apparatus is suitable for purifying soil contaminated with organic compounds, and is an eco-friendly purifying method capable of removing pollutants in a short time without secondary pollution by removing pollutants with water of a subcritical state. To provide.
  • the contaminated soil 13 to be treated is placed in the metal basket 6 in the reactor 5, and the contaminated soil flows out during the subcritical water treatment so that the reactor connection tube is not blocked.
  • a filter 11 having pores of 10 ⁇ m, in particular about 7 ⁇ m, which blocks both the upstream and downstream parts of the metal basket 6 and also has pores of 0.5 ⁇ m to 2 ⁇ m in diameter and especially 0.5 ⁇ m in both sides of the reactor 5. (12) is used to close the inner upstream and downstream of the metal basket 6.
  • the gas cylinder 20 containing helium gas is connected to the diffuser 21 to implement the purging system 22. Purging system 22 was run for a period of time to remove dissolved oxygen in the water.
  • Water is injected into the preheater (3) using a high pressure pump (2) in the water reservoir (1).
  • the preheater 3 is to increase the temperature of the water injected into the reactor (5).
  • the rear pressure regulator (10) is adjusted to a pressure suitable for the treatment conditions.
  • the temperature of the preheater side heater 14 and the reactor side heater 15 is raised to reach the temperature corresponding to the processing conditions of the temperature of the preheater 3 and the reactor 5.
  • the contaminated soil 13 in the reactor 5 can be treated with subcritical water in which a constant pressure and temperature are maintained.
  • the metal basket 6 in the reactor 5 is for placing contaminated soil 13 into the reactor or for facilitating recovery.
  • the high temperature subcritical water passing through the contaminated soil 13 is lowered to a temperature of room temperature via the heat exchanger 8.
  • the water lowered to room temperature is separated into a material having a high specific gravity and a material having a small specific gravity through the separator (9). After the material is finished, the material is discharged through the high pressure valve 18 and the material is discharged through the rear pressure regulator 10.
  • upstream and downstream portions of the reactor 5 are provided with (primary) safety valves and pressure gauges 4 and (secondary) safety valves and pressure gauges 7, respectively.
  • the clogging phenomenon of the filters 11 and 12 of the reactor 5 due to (13) prevents the risk of explosion which may occur due to the rapid increase in the pressure in the reactor 5.
  • the pressure in the reactor 5 is equal to the ambient atmospheric pressure.
  • the purification of the contaminated soil is then terminated by taking out the treated contaminated soil 13 in the metal basket 6.
  • the residual petroleum total hydrocarbon concentration of the contaminated soil was measured as follows. Transfer the treated soil sample (about 10 g) to a 250 ml beaker, add enough sodium sulfate, mix well, and add 100 ml of dichloromethane for GC analysis. Extract for 3 minutes using an ultrasonic extractor and filter the extract with a 5B funnel. Concentrate the extract obtained by repeating this procedure twice with a rotary evaporator until it reaches 2 ml, add 0.3 g of silica gel to the concentrated extract to remove the interfering substances, shake and leave for 5 minutes, and then place the supernatant in a 2 ml vial. Transfer was performed by gas chromatography. Analysis conditions of gas chromatography are as follows.
  • Detector flame ionization detector (FID); Column: DB-5 (30mx 0.32 mm ⁇ 0.25 ⁇ m); Temperature: 45 ° C. (2 min)-> [10 ° C./min]->310° C. (25 min); Sample inlet temperature: 280 ° C; Detector temperature: 300 ° C .; Carrier gas (helium): 2 ml / min.
  • the present invention relates to a method and apparatus for purifying contaminated soil, and is highly applicable to environmental industries, in particular, a soil pollution purifying treatment company.
  • a soil pollution purifying treatment company Several types of persistent pollutants can economically and ecologically treat high-contaminated soils.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 오염 토양 정화 방법은 (a) 물 저장조로부터의 물을 고압 펌프에 의해 가압시키고 상기 고압 펌프로부터의 가압된 물을 예열기를 통해 가열하여 아임계 상태의 물(아임계수)을 생성시키는 단계; (b) 반응기의 내부에 정화 대상 오염 토양을 적재하는 단계; (c) 상기 단계 (a)로부터 생성된 아임계수를 상기 단계 (b)의 반응기의 내부에 적재되어 있는 정화 대상 오염 토양에 상기 단계 (a)로부터의 고압 펌프의 도움으로 고압으로 가하여 통과시킴으로써 정화 대상 오염 토양으로부터 오염물질을 제거하는 단계; (d) 상기 단계 (c)로부터의 고온의 오염물질 포함 처리수를 열교환기에 의해 냉각시키는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)의 열교환기에 의해 냉각된 오염 물질 포함 처리수 중의 오염물질을 분리기에 의해 비중별로 분리하는 단계를 포함한다.

Description

아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법 및 장치
본 발명은 오염된 토양을 정화시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 예를 들어 유류, 중금속류, 다환방향족탄화수소류(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs), 화약류, 농약류 등으로 오염된 토양을 아임계수를 이용하여 정화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이상적인 녹색용매(ideal low-cost "green" solvent)로 불리우는 아임계수(subcritical water)는 넓은 범위의 온도와 압력을 가지고 있으며, 이들 조건에서 물의 특성은 다양하게 변화한다. 예를 들어, 물의 극성, 점성, 표면장력 등의 특성을 급격히 변화시킬 수 있다. 이들 다양한 특성을 이용하여 기존의 화학용매를 사용하지 않고 토양으로부터 오염물질의 추출 제거효과를 가져올 수 있는 큰 장점이 있다.
일반적으로 물은 1 대기압에서의 끓는점은 100℃이다. 그러나 고압에서는 온도를 올려도 액체상태를 유지한다. 이러한 상태의 물을 아임계수라고 한다. 온도를 374℃이상으로 올리면 초임계수 상태로 된다. 본 발명에서 사용되는 아임계수(subcritical water)란 온도 100 ~ 374℃, 압력 4 ~ 400bar 범위의 물이다. 또한, 아임계수의 온도에 따른 유전상수(ε)가 15 ~ 50 범위 이내로 메탄올(ε= 32) 및 에탄올(ε= 24) 등 유기용매와 비슷하기 때문에 유기용매와 비슷한 용해특성을 갖는다. 상온 상압상태 물의 유전상수는 ε= 79로 상온 상압의 물에 용해되지 않는 물질도 아임계수 상태에서 용해, 추출될 수 있다.
해상에서의 원유유출과 선박전복사고로 인한 기름유출과 전국 주유소 및 유류저장탱크의 유출로 인한 토양오염이 빈번히 발생하고 있다. 이러한 오염 토양에서 분자량이 크고 휘발성이 없는 고분자성 유류 및 벤젠고리가 두 개 이상으로 이루어진 화합물인 다환방향족탄화수소는 잔류성과 축적성을 가지고 있으며 난분해성 물질이다. 유류 및 PAHs로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원하기 위해서 생물학적인 방법과 물리화학적 방법이 많이 활용되고 있다.
종래 오염된 토양으로부터 유기 오염물질을 처리하는 기술에는 토양세척, 증기추출 등의 방법이 있는데 이들은 오염된 토양을 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합되어 있는 유해 유기오염물질을 분리시켜 처리하는 기법을 사용하거나 불포화 대수층에서 토양을 진공펌프로 진공상태로 만들어 토양으로부터 휘발성, 준휘발성 오염물질을 제거하는 복원기술이다. 토양의 물리화학적 특성이 오염물질의 탈착속도, 생물학적 이용성 등에 영향을 미치며, 또한 오염 토양의 정화 및 복원에도 영향을 미친다. 이러한 기술들을 적용 할 경우 적절한 세척제의 선택이 필요하며, 용해된 오염물질의 2차 처리 비용이 발생할 수 있으며, 준 휘발성 오염물질들인 경우 처리시간이 길어지고 비효율적인 단점이 있다. 또한 이들 처리방법들은 고농도로 오염된 토양처리에 한계가 있으며, 고농도 오염 토양은 일반적으로 소각처리를 한다. 소각처리의 경우 고비용으로 처리가 되며, 소각 후 대기 오염 방지를 위한 복잡한 처리시설이 요구된다.
국내외의 대학, 연구소, 산업체에서는 식품가공, 고분자 물질의 분해, 폐기물을 처리하기 위한 초(아)임계 유체에 의한 산화반응에 대한 연구가 많이 진행되었다. 초(아)임계 유체 내에 산소, 과산화수소 등을 첨가함으로써 산화반응을 극대화시킬 수 있다. 그러나 초(아)임계 유체 내에서 산화반응은 산화반응 장치에 대한 부식성이 증가하여 추출 및 반응 용기가 파괴되는 요인이 될 수 있고 부식방지를 위한 장치의 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 산화분해 반응에서 생성된 물질들로 인한 2차 처리도 필요한 상황이다. 반면에 산화반응을 억제한 아임계수에 의한 추출에서는 일정 압력을 유지하는 조건에서 물을 고온으로 증가시켜 유전상수 및 극성이 감소된 아임계수를 이용하여 토양의 오염물질들을 효과적으로 추출한다. 이는 산화반응과 달리 환경중의 오염물질을 추출하는데 있어 사용되는 유기용매량을 획기적으로 줄일 수 있고, 유기오염물의 분해를 최소화시키고, 처리후 과정이 단순한 특징이 있는 토양 정화 방법이다.
한국등록특허 제10-0820169호(2008년 4월 1일 등록)에는 유기계 폐기물 중 복합생활 폐기물 및 벤젠환과 염소 원자를 갖고 있는 방향족계 유기 염소 화합물을 아임계수를 이용하여 처리하는 장치가 개시되어 있다. 이 특허문헌에 따른 난분해성 유기계 폐기물의 무해화 처리 장치는 아임계수의 나노 수적을 유기계 폐기물에 충돌시켜 액체의 용해도와 기체의 확산도를 강력하게 활성화시켜 유기계 폐기물이 가속적으로 가수분해 되게 하는 동시에 산화반응도의 강도를 증가시켜 난분해성 유기계 폐기물의 방향족계 유기 염소 화합물도 분해되게 한다. 이 특허문헌에 제시되어 있는 반응기내 국부적인 온도로서 1200℃까지 올라가는 것은 불가능할 것으로 예상되며, 이 특허문헌에는 그러한 실험 결과도 제시되어 있지 않다. 또한, 이 특허문헌에 제시되어 있는 반응기에서는 산화반응에 의해 유기물질을 산화하여 제거하는 방법으로 유기오염물을 회수하여 재활용할 수 없으며, 산화반응에 의한 이산화탄소가 과다하게 발생하게 된다. 산화 반응시 부분산화반응에 의한 특히 염소계 화합물이 포함된 경우 다이옥신과 같은 유독가스가 발생하게 된다. 반응기를 통과하여 나온 생성물에서 가스는 정화처리를 하여 대기로 배출해야하므로 장치 후단에 가스정화시스템이 요구되며, 강한 산화 반응이 반응용기 내에서 발생하므로 용기의 산화 가능성이 있으며, 용기 산화시 장치의 폭발로 이어지게 되는 단점이 있다.
유기성 오염물질로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원하기 위해서 기존 방법들의 한계를 극복하고, 순수한 물을 이용하여 오염물질을 제거하고, 잔류성 오염물질의 제거 효율을 높이고, 경제적으로 처리할 수 있도록 아임계수를 이용한 토양 정화 방법 및 이를 운용할 수 있는 장치에 대한 개발이 여전히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 오염된 토양을 정화시키는 데에 있어서 종래 기술의 한계를 극복하고 정화 효율을 향상시키기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 석유계 유기오염물질(가솔린, 경유, 벙커시유, 엔진오일 등), 다환방향족화합물(PAHs), 중금속류, 화약류, 농약류 등이 고농도로 오염된 토양을 경제적이고 효율적으로 정화시킬 수 있는 오염 토양 정화 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
(a) 물 저장조로부터의 물을 고압 펌프에 의해 가압시키고 상기 고압 펌프로부터의 가압된 물을 예열기를 통해 가열하여 아임계 상태의 물(아임계수)을 생성시키는 단계;
(b) 반응기의 내부에 정화 대상 오염 토양을 적재하는 단계;
(c) 상기 단계 (a)로부터 생성된 아임계수를 상기 단계 (b)의 반응기의 내부에 적재되어 있는 정화 대상 오염 토양에 상기 단계 (a)로부터의 고압 펌프의 도움으로 고압으로 가하여 통과시킴으로써 정화 대상 오염 토양으로부터 오염물질을 제거하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)로부터의 고온의 오염물질 포함 처리수를 열교환기에 의해 냉각시키는 단계; 및
(e) 상기 단계 (d)의 열교환기에 의해 냉각된 오염 물질 포함 처리수 중의 오염물질을 분리기에 의해 비중별로 분리하는 단계;를 포함하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법을 제공한다.
상기 단계 (c)에서, 반응기의 아임계수의 압력은 상기 분리기의 하류부에 제공되어 있는 후방압력조절기에 의해 조절된다.
본 발명의 바람직한 구현에 있어, 상기 단계 (b)에서, 정화 대상 오염 토양은 상기 반응기의 내부에 별도로 마련된 금속 바스켓으로서 내측 상류부와 하류부에는 일부 또는 전체가 직경 5㎛ 내지 10㎛의 기공을 갖는 필터가 각각 제공되어 있는 금속 바스켓에 적재된다. 보다 바람직하게는, 상기 필터 외측의 반응기 내부에도 상기 필터와 나란하게 일부 또는 전체가 직경 0.5 내지 2㎛의 기공을 갖는 필터가 각각 제공된다. 상기 금속 바스켓은 상기 반응기로부터 탈착 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 있어, 상기 반응기의 상류부, 하류부 또는 이 둘 모두에는 이물질에 의한 막힘 현상에 의하여 허용 압력 한계치를 초과하지 못하도록 조절할 수 있는 안전밸브 및 압력 게이지가 구비된다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 구현 예에 있어, 상기 예열기 및 상기 반응기는 각각 예열기측 열전대 및 반응기측 열전대에 의해 온도 조절된다. 아임계수에 의한 처리 후의 상기 반응기는 냉각팬에 의해 냉각된다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 구현 예에 있어, 상기 분리기로부터의 비중이 높은 물질은 고압 밸브에 의해 배출된다.
또한, 본 발명에 있어, 상기 물 저장조에는 가스실린더 및 산기관을 포함한 퍼징 시스템에 의해 용존 산소가 제거된 물이 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 후방압력조절기로부터의 혼합 오염 물질은 유수분리기를 통하여 물과 기름층으로 분리된다. 상기 유수분리기(23)로부터 회수된 물의 일부 또는 전부는 바람직하게는 상기 단계 (a)로 순환된다.
상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
물, 특히 100℃ 미만의 물이 저장되는 물 저장조;
상기 물 저장조로부터의 물을 가압(4bar 내지 400bar)시키기 위한 고압 펌프 및 상기 고압 펌프로부터의 물을 가열(100℃ 내지 374℃)하여 아임계 상태의 물(아임계수)를 생성시키기 위한 예열기;
내부에 정화 대상 오염 토양이 적재되며, 상기 예열기로 부터의 아임계수를 상기 정화 대상 오염 토양에 상기 고압 펌프의 도움으로 고압으로 가하여 통과시킴으로써 정화 대상 오염 토양으로부터 오염물질을 제거하기 위한 반응기;
상기 반응기로부터 배출되는 고온의 오염물질 포함 처리수를 냉각시키기 위한 열 교환기;
상기 열 교환기를 거친 후 냉각된 오염 물질 포함 처리수 중의 오염물질을 비중별로 분리하기 위한 분리기; 및
상기 분리기와 연통되어 있고 상기 반응기의 아임계수의 압력을 조절하기 위한 후방 압력조절기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현 예에 있어, 상기 반응기에는 정화 대상 오염 토양이 적재되는 별도의 금속 바스켓이 구비되며, 상기 금속 바스켓의 내측 상류부와 하류부에는 일부 또는 전체가 직경 5㎛ 내지 10㎛의 기공을 갖는 필터가 각각 제공되고, 상기 필터 외측의 반응기 내부에는 상기 필터와 나란하게 일부 또는 전체가 직경 0.5 내지 2㎛의 기공을 갖는 필터가 각각 제공된다. 상기 금속 바스켓은 상기 반응기로부터 탈착 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 보다 바람직한 구현 예에 있어, 상기 반응기의 상류부, 하류부 또는 이 둘 모두에는 이물질에 의한 막힘 현상에 의하여 허용 압력 한계치를 초과하지 못하도록 조절할 수 있는 안전밸브 및 압력 게이지가 구비된다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 구현 예에 있어, 상기 예열기와 상기 반응기의 온도를 제어하도록 제공되는 예열기측 열전대 및 반응기측 열전대가 각각 제공된다. 상기 반응기에는 아임계수에 의한 처리 후 상기 반응기의 온도를 낮추기 위하여 제공되는 냉각팬이 구비된다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 구현 예에 있어, 비중이 높은 물질의 배출을 위해 상기 분리기의 하단에 고압 밸브가 연결되어 있다.
또한, 본 발명에 있어, 상기 물 저장조에는 물에 용해된 산소를 제거하기 위한 가스실린더 및 산기관을 포함한 퍼징 시스템이 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 오염 토양 정화 방법 및 장치는 단일 종류의 오염물질 뿐만 아니라 복합적인 오염물질로 오염된 토양도 처리할 수 있다. 또한, 본 발명의 오염 토양 정화 방법 및 장치는 생물학적 처리와 같이 시간과 장소, 미생물의 적용 조건 등을 만족하여야 하는 요건이 적용되지 않아 까다롭지 않으며, 긴 생물학적 처리 시간과 달리 단시간에 효율적으로 토양을 정화할 수 있는 장점을 갖는다. 더욱이, 소각의 경우 소각후 배기가스 정화를 위한 복잡한 후처리 공정이 필요하나 본 발명의 오염 토양 정화 방법 및 장치의 경우 아임계 상태의 물을 처리수로 사용하기 때문에 후처리 공정이 단순하며, 분리 제거된 오염물질은 재활용이 가능한 친환경적인 공정을 제공한다.
도 1은 본 발명의 오염 토양 정화에 사용된 아임계수의 실험 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 오염 토양 정화 장치를 공정별로 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 경유로 오염된 토양 추출액(5배 희석)의 석유계총탄화수소의 크로마토그램이다.
도 4는 250℃, 220bar의 조건의 아임계수로 오염된 토양을 처리한 후 토양 추출액(2배 희석)의 석유계총탄화수소 크로마토그램이다.
도 5는 300℃, 100bar의 조건의 아임계수로 오염된 토양을 처리한 후 토양 추출액(원액)의 석유계총탄화수소 크로마토그램이다.
*부호의 설명*
1 : 물 저장조 2 : 고압 펌프
3 : 예열기 4 : (1차) 안전밸브 및 압력게이지
5 : 반응기 6 : 금속 바스켓
7 : (2차) 안전밸브 및 압력게이지8 : 열 교환기
9 : 분리기 10 : 후방 압력조절기
11 : (금속 바스켓측) 필터 12 : (반응기측) 필터
13 : 오염 토양 14 : 예열기측 히터
15 : 반응기측 히터 16 : 예열기측 열전대
17 : 반응기측 열전대 18 : 고압밸브
19 : 냉각팬 20 : 가스 실린더
21 : 산기관 22 : 퍼징 시스템
23 : 유수분리기 24 : 순환펌프
본원에서 사용되는 용어 "상류부(upstream)"와 "하류부(downstream)"는 적용되는 물 등의 유체가 공정 중에 진행하는 방향을 기준으로 한 것으로 이해되어야 한다. 가령, 반응기에서의 상류부는 아임계수가 반응기에 가해지는 도 1에 도시된 도면상 하부를 의미하고 하류부는 오염 토양이 아임계수에 의해 처리된 후 오염 물질이 포함된 처리수가 반응기로부터 배출되는 방향인 도 1에 도시된 도면상 상부를 의미한다.
본 발명은 고압 펌프와 예열기에 의해 생성된 아임계수를 정화 대상 오염 토양이 적재되어 있는 반응기에 주입하여 정화 대상 오염 토양에 포함되어 있는 오염물질을 유기용매와 유사한 성질을 갖는 아임계 상태의 물로 추출함으로써 반응기 내의 오염 토양을 정화하는 방법을 제공한다.
우선 물을 고온(100 ~ 374℃) 및 고압(4 ~ 400bar)의 아임계 상태로 만들기 위하여 헬륨, 수소, 질소 등의 기체로 물에 용해된 산소를 제거하고 고압 펌프로 필요한 압력을 공급하고 압력조절기로 전체 시스템내의 물의 압력을 조절하여 처리에 필요한 압력으로 유지시킨다. 그런 다음, 예열기로 물의 온도를 높여서 고온의 물을 얻는다. 이는 오염 토양의 추출 및 반응에 필요한 고온의 물을 연속적으로 공급하고 반응기도 고온을 유지시켜서 반응기내의 물이 항상 아임계수 상태를 유지하게 한다. 이때 아임계수를 거친 오염 토양 내의 다량의 휘발성유기화합물, 준휘발성유기화합물 및 비휘발성유기화합물은 차례로 탈착 및 휘발되어 제거되며, 아임계수에 용해된 오염물질들은 연속적으로 반응기로 공급되는 아임계수에 의하여 토양으로부터 희석 및 제거된다. 본 발명에 의하면, 이러한 아임계수에 의한 복합적으로 오염된 토양의 오염물질은 일차적으로 1회의 처리를 거쳐 제거되고, 경유로 오염된 토양의 경우 100% 제거된다.
따라서 본 발명에 따른 오염 토양 정화 장치는 유기화합물로 오염된 토양 정화에 적합하며, 아임계 상태의 물로 오염물질을 제거함으로써 2차 오염이 없고 빠른 시간 내에 오염물질을 제거할 수 있는 친환경적인 정화방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 오염 토양 정화 방법이 설명된다. 그 내용은 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 반응기(5) 내의 금속 바스켓(6)에 처리하고자 하는 오염 토양(13)을 넣고 아임계수 처리과정 동안에 오염된 토양이 흘러나와 반응기 연결관이 막히지 않도록 직경 5μm 내지 10μm, 특히 약 7μm의 기공을 갖는 필터(11)로 금속 바스켓(6)의 외측 상류부와 하류부를 모두 막고 반응기(5) 내의 양쪽 안에도 직경 0.5μm 내지 2μm, 특히 0.5μm의 기공을 갖는 필터(12)를 이용하여 금속 바스켓(6)의 내측 상류부와 하류부를 막는다. 물에 용해된 산소를 제거하기 위하여 헬륨가스가 들어있는 가스 실린더(20)를 산기관(21)과 연결하여 퍼징 시스템(22)을 구현하였다. 퍼징 시스템(22)을 일정 시간 동안 가동하여 물의 용존산소를 제거하였다. 물 저장조(1)에서 고압펌프(2)를 이용하여 예열기(3)로 물을 주입한다. 예열기(3)는 반응기(5)에 주입되는 물의 온도를 높이기 위함이다. 아임계수 상태로 만들기 위하여 고압펌프(2)로 물을 주입과 동시에 후방 압력조절기(10)로 처리 조건에 맞는 압력으로 조절을 한다. 압력 조절이 끝나면 예열기(3)와 반응기(5)의 온도를 처리 조건에 맞는 온도에 도달되게끔 예열기측 히터(14)와 반응기측 히터(15)의 온도를 상승시킨다. 예열기(3)와 반응기(5)의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 예열기측 히터(14)의 온도와 반응기측 히터(15)의 온도를 제어할 수 있게끔 예열기측 열전대(16)과 반응기측 열전대(17)를 구비한다.
따라서 반응기(5)내의 오염 토양(13)을 일정한 압력과 온도가 유지되는 아임계수로 처리할 수 있다. 반응기(5) 내의 금속 바스켓(6)은 오염 토양(13)을 반응기내에 넣거나 회수를 용이하게 하기 위한 것이다. 오염 토양(13)을 거친 고온의 아임계수는 열 교환기(8)를 거쳐서 상온의 온도로 낮아진다. 상온의 온도로 낮아진 물은 분리기(9)를 거쳐서 비중이 큰 물질과 비중이 작은 물질로 분리된다. 아래로 내려온 물질은 처리가 끝나고 고압밸브(18)를 통하여 배출시키고 위의 물질은 후방 압력조절기(10)를 통하여 배출시킨다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 반응기(5)의 상류부와 하류부에는 (1차) 안전밸브 및 압력게이지(4)와 (2차) 안전밸브 및 압력게이지(7)를 각각 설치하여 오염 토양(13)으로 인한 반응기(5)의 필터(11, 12)의 막힘 현상으로 반응기(5) 내의 압력이 급격히 상승함으로써 발생할 수 있는 폭발의 위험을 방지하게 된다. 반응이 끝난 후 고압 펌프(2)의 물의 주입을 중단시키고 냉각팬(19)을 이용하여 반응기(5)의 온도를 상온으로 낮추어 주고 온도가 상온으로 낮아진 다음 후방 압력조절기(10)를 완전히 개폐하여 반응기(5)의 압력을 주변의 대기압과 같게 한다. 그런 다음, 금속 바스켓(6) 내의 처리된 오염 토양(13)을 꺼내는 것으로 오염 토양의 정화가 종료된다. 한편, 후방압력조절기(10)로부터의 혼합 오염 물질은 도시된 바와 같이 유수분리기(23)를 통해 물과 기름층으로 분리되게 한다. 유수분리기(23)로부터 회수된 물은 순환펌프(24)의 도움으로 순환라인을 거쳐 다시 물 저장조(1)와 고압펌프(2) 사이의 공급 라인으로 공급되어 재순환되게 할 수 있다.
본 발명은 고압 펌프와 예열기에 의해 생성된 아임계수를 정화 대상 오염 토양에 적재되어 있는 반응기에 주입하여 정화 대상 오염 토양에 포함되어 있는 오염물질을 유기용매와 유사한 성질을 갖는 아임계 상태의 물로 추출함으로써 반응기 내의 오염 토양을 정화시키는 장치(또는 시스템)를 제공한다.
우선 물을 고온(100 ~ 374℃) 및 고압(4 ~ 400bar)의 아임계 상태로 만들기 위하여 헬륨, 수소, 질소 등의 기체로 물에 용해된 산소를 제거하고 고압 펌프로 필요한 압력을 공급하고 압력조절기로 전체 시스템내의 물의 압력을 조절하여 처리에 필요한 압력으로 유지시킨다. 그런 다음, 예열기로 물의 온도를 높여서 고온의 물을 얻는다. 이는 오염 토양의 추출 및 반응에 필요한 고온의 물을 연속적으로 공급하고 반응기도 고온을 유지시켜서 반응기내의 물이 항상 아임계수 상태를 유지하게 한다. 이때 아임계수를 거친 오염 토양 내의 다량의 휘발성유기화합물, 준휘발성유기화합물 및 비휘발성유기화합물은 차례로 탈착 및 휘발되어 제거되며, 아임계수에 용해된 오염물질들은 연속적으로 반응기로 공급되는 아임계수에 의하여 토양으로부터 희석 및 제거된다. 본 발명에 의하면, 이러한 아임계수에 의한 복합적으로 오염된 토양의 오염물질은 일차적으로 1회의 처리를 거쳐 제거되고, 경유로 오염된 토양의 경우 100% 제거된다.
따라서 본 발명에 따른 오염 토양 정화 장치는 유기화합물로 오염된 토양 정화에 적합하며, 아임계 상태의 물로 오염물질을 제거함으로써 2차 오염이 없고 빠른 시간 내에 오염물질을 제거할 수 있는 친환경적인 정화방법을 제공한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 반응기(5) 내의 금속 바스켓(6)에 처리하고자 하는 오염 토양(13)을 넣고 아임계수 처리과정 동안에 오염된 토양이 흘러나와 반응기 연결관이 막히지 않도록 직경 5μm 내지 10μm, 특히 약 7μm의 기공을 갖는 필터(11)로 금속 바스켓(6)의 외측 상류부와 하류부를 모두 막고 반응기(5) 내의 양쪽 안에도 직경 0.5μm 내지 2μm, 특히 0.5μm의 기공을 갖는 필터(12)를 이용하여 금속 바스켓(6)의 내측 상류부와 하류부를 막는다. 물에 용해된 산소를 제거하기 위하여 헬륨가스가 들어있는 가스 실린더(20)를 산기관(21)과 연결하여 퍼징 시스템(22)을 구현하였다. 퍼징 시스템(22)을 일정 시간 동안 가동하여 물의 용존산소를 제거하였다. 물 저장조(1)에서 고압펌프(2)를 이용하여 예열기(3)로 물을 주입한다. 예열기(3)는 반응기(5)에 주입되는 물의 온도를 높이기 위함이다. 아임계수 상태로 만들기 위하여 고압펌프(2)로 물을 주입과 동시에 후방 압력조절기(10)로 처리 조건에 맞는 압력으로 조절을 한다. 압력 조절이 끝나면 예열기(3)와 반응기(5)의 온도를 처리 조건에 맞는 온도에 도달되게끔 예열기측 히터(14)와 반응기측 히터(15)의 온도를 상승시킨다. 예열기(3)와 반응기(5)의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 예열기측 히터(14)의 온도와 반응기측 히터(15)의 온도를 제어할 수 있게끔 예열기측 열전대(16)과 반응기측 열전대(17)를 구비한다.
따라서 반응기(5)내의 오염 토양(13)을 일정한 압력과 온도가 유지되는 아임계수로 처리할 수 있다. 반응기(5) 내의 금속 바스켓(6)은 오염 토양(13)을 반응기내에 넣거나 회수를 용이하게 하기 위한 것이다. 오염 토양(13)을 거친 고온의 아임계수는 열 교환기(8)를 거쳐서 상온의 온도로 낮아진다. 상온의 온도로 낮아진 물은 분리기(9)를 거쳐서 비중이 큰 물질과 비중이 작은 물질로 분리된다. 아래로 내려온 물질은 처리가 끝나고 고압밸브(18)를 통하여 배출시키고 위의 물질은 후방 압력조절기(10)를 통하여 배출시킨다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 반응기(5)의 상류부와 하류부에는 (1차) 안전밸브 및 압력게이지(4)와 (2차) 안전밸브 및 압력게이지(7)를 각각 설치하여 오염 토양(13)으로 인한 반응기(5)의 필터(11, 12)의 막힘 현상으로 반응기(5) 내의 압력이 급격히 상승함으로써 발생할 수 있는 폭발의 위험을 방지하게 된다. 반응이 끝난 후 고압 펌프(2)의 물의 주입을 중단시키고 냉각팬(19)을 이용하여 반응기(5)의 온도를 상온으로 낮추어 주고 온도가 상온으로 낮아진 다음 후방 압력조절기(10)를 완전히 개폐하여 반응기(5)의 압력을 주변의 대기압과 같게 한다. 그런 다음, 금속 바스켓(6) 내의 처리된 오염 토양(13)을 꺼내는 것으로 오염 토양의 정화가 종료된다.
이하, 본 발명은 하기의 실시예로 설명된다. 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(오염물질의 측정방법)
토양을 아임계수 처리 장치로 처리한 후 오염된 토양의 잔류 석유계총탄화수소 농도는 다음과 같이 측정하였다. 처리장치에서 처리된 토양 시료(약 10g)를 250ml의 비이커에 옮긴 후 충분량의 무수황산나트륨을 넣어 잘 섞은 다음, GC분석용 디클로로메탄 100ml를 넣는다. 초음파추출기를 이용하여 3분간 추출을 하고 추출액을 5B여지를 깐 깔때기로 걸러낸다. 이런 조작을 2회 반복하여 얻은 추출액을 회전증발농축기로 2ml이 될 때까지 농축하고 방해물질의 제거를 위하여 농축된 추출액에 실리카겔 0.3g을 넣고 5분간 진탕하고 정치시킨 후 상등액을 2ml의 바이얼에 옮겨 기체크로마토그래피로 분석을 하였다. 기체크로마토그래피의 분석조건은 다음과 같다.
검출기: 불꽃이온화검출기(FID); 컬럼: DB-5(30mx0.32mmx0.25μm); 온도: 45℃(2분)->[10℃/분]->310℃(25분); 시료주입구 온도: 280℃; 검출기 온도: 300℃; 운반가스(헬륨): 2ml/분.
(비교예 1)
초기 경유로 오염된 토양을 준비하여 토양 오염물질을 추출하여 석유계 총탄화수소(TPH) 농도를 측정하고, 계산된 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 도 3에는 고농도로 오염된 토양추출액(5배 희석)의 석유계총탄화수소 기체 크로마토그램을 나타내었다.
(실시예 1)
준비된 오염 토양 10g을 금속 바스켓에 넣고 압력을 220bar로 조절하고 반응기의 온도를 250℃로 30분간 유지하였다. 이와 동시에 고압펌프로 물을 2ml/분의 속도로 예열기에 주입하였다. 반응이 끝난 후 온도와 압력을 모두 상온, 상압으로 조절한 다음 금속 바스켓의 토양에 잔류된 오염물질의 농도를 계산한 결과를 표 1에 나타내었다. 도 4에는 처리된 오염 토양 추출액(2배 희석)의 석유계총탄화수소 기체 크로마토그램을 나타내었다.
(실시예 2)
준비된 오염 토양 10g을 금속 바스켓에 넣고 압력을 100bar로 조절하고 반응기의 온도를 300℃로 30분간 유지하였다. 고압펌프로 물을 2ml/분의 속도로 예열기에 주입하였다. 반응이 끝난 후 온도와 압력을 모두 상온, 상압으로 조절한 다음 금속 바스켓의 토양에 잔류된 오염물질의 농도를 계산한 결과를 표 1에 나타내었다. 도 5에는 처리된 오염 토양 추출액(원액)의 석유계 총탄화수소의 기체 크로마토그램을 나타내었다.
(표 1)
Figure PCTKR2011008822-appb-I000001
상기 표 1을 통해 확인되는 바와 같이, 경유 오염 토양은 아임계수로 처리한 후 최고 100% 제거되었다. 이는 고온 고압의 아임계수 추출에 의해 제거된 것으로 판단된다.
본 발명은 첨부된 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 기술적 보호범위는 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 오염 토양 정화 방법 및 장치에 관한 것으로, 환경관련 산업체, 특히 토양오염 정화 처리 업체에서 활용 가능성이 높다. 여러 종류의 지속성 오염물질이 고농도 오염된 토양을 경제적이고 친환경적으로 처리할 수 있다.

Claims (21)

  1. a) 물 저장조(1)로부터의 물을 고압 펌프(2)에 의해 가압시키고 상기 고압 펌프(2)로부터의 가압된 물을 예열기(3)를 통해 가열하여 아임계 상태의 물(아임계수)을 생성시키는 단계;(b) 반응기(5)의 내부에 정화 대상 오염 토양을 적재하는 단계;(c) 상기 단계 (a)로부터 생성된 아임계수를 상기 단계 (b)의 반응기(5)의 내부에 적재되어 있는 정화 대상 오염 토양에 상기 단계 (a)로부터의 고압 펌프(2)의 도움으로 고압으로 가하여 통과시킴으로써 정화 대상 오염 토양으로부터 오염물질을 제거하는 단계;(d) 상기 단계 (c)로부터의 고온의 오염물질 포함 처리수를 열교환기(8)에 의해 냉각시키는 단계; 및(e) 상기 단계 (d)의 열교환기(8)에 의해 냉각된 오염 물질 포함 처리수 중의 오염물질을 분리기(9)에 의해 비중별로 분리하는 단계;를 포함하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (c)에서, 반응기(5)의 아임계수의 압력은 상기 분리기(9)의 하류부에 제공되어 있는 후방압력조절기(10)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 단계 (b)에서, 정화 대상 오염 토양은 상기 반응기(5)의 내부에 별도로 마련된 금속 바스켓(6)으로서 내측 상류부와 하류부에는 일부 또는 전체가 직경 5㎛ 내지 10㎛의 기공을 갖는 필터(11)가 각각 제공되어 있는 금속 바스켓(6)에 적재되며, 상기 필터(11) 외측의 반응기(5) 내부에는 상기 필터(11)와 나란하게 일부 또는 전체가 직경 0.5 내지 2㎛의 기공을 갖는 필터(12)가 각각 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 금속 바스켓(6)은 상기 반응기(5)로부터 탈착 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  5. 제 4항에 있어서,상기 반응기(5)의 상류부, 하류부 또는 이 둘 모두에는 이물질에 의한 막힘 현상에 의하여 허용 압력 한계치를 초과하지 못하도록 조절할 수 있는 안전밸브 및 압력 게이지(4, 7)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  6. 제 5항에 있어서,상기 예열기(3) 및 상기 반응기(5)는 각각 예열기측 열전대(16) 및 반응기측 열전대(17)에 의해 온도 조절되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 아임계수에 의한 처리 후의 상기 반응기(5)는 냉각팬(19)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 분리기(9)로부터의 비중이 높은 물질은 고압 밸브(18)에 의해 배출되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 물 저장조(1)에는 가스실린더(20) 및 산기관(21)을 포함한 퍼징 시스템(22)에 의해 용존 산소가 제거된 물이 공급되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 고압 펌프(2)와 상기 예열기(3)에 의해 각각 4bar 내지 400bar의 압력 및 100℃ 내지 374℃의 온도 범위의 아임계수가 생성되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 방법.
  11. 제 2항에 있어서, 상기 후방압력조절기(10)로부터의 혼합 오염 물질은 유수분리기(23)를 통하여 물과 기름층으로 분리되는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 유수분리기(23)로부터 회수된 물의 일부 또는 전부를 상기 단계 (a)로 순환시키는 것을 특징으로 하는 오염 토양 정화 방법.
  13. 물이 저장되는 물 저장조(1);상기 물 저장조(1)로부터의 물을 가압시키기 위한 고압 펌프(2) 및 상기 고압 펌프(2)로부터의 물을 가열하여 아임계 상태의 물(아임계수)를 생성시키기 위한 예열기(3);내부에 정화 대상 오염 토양이 적재되며, 상기 예열기(3)로부터의 아임계수를 상기 정화 대상 오염 토양에 상기 고압 펌프(2)의 도움으로 고압으로 가하여 통과시킴으로써 정화 대상 오염 토양으로부터 오염물질을 제거하기 위한 반응기(5);상기 반응기(5)로부터 배출되는 고온의 오염물질 포함 처리수를 냉각시키기 위한 열 교환기(8);상기 열 교환기(8)를 거친 후 냉각된 오염 물질 포함 처리수 중의 오염물질을 비중별로 분리하기 위한 분리기(9); 및상기 분리기(9)와 연통되어 있고 상기 반응기(5)의 아임계수의 압력을 조절하기 위한 후방 압력조절기(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 반응기(5)에는 정화 대상 오염 토양이 적재되는 별도의 금속 바스켓(6)이 구비되어 있으며, 상기 금속 바스켓(6)의 내측 상류부와 하류부에는 일부 또는 전체가 직경 5㎛ 내지 10㎛의 기공을 갖는 필터(11)가 각각 제공되고, 상기 필터(11) 외측의 반응기(5) 내부에는 상기 필터(11)와 나란하게 일부 또는 전체가 직경 0.5 내지 2㎛의 기공을 갖는 필터(12)가 각각 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 금속 바스켓(6)은 상기 반응기(5)로부터 탈착 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 반응기(5)의 상류부, 하류부 또는 이 둘 모두에는 이물질에 의한 막힘 현상에 의하여 허용 압력 한계치를 초과하지 못하도록 조절할 수 있는 안전밸브 및 압력 게이지(4, 7)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  17. 제 14항 또는 제16항에 있어서, 상기 예열기(3)와 상기 반응기(5)의 온도를 제어하도록 제공되는 각각의 예열기측 열전대(16) 및 반응기측 열전대(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 반응기(5)에는 아임계수에 의한 처리 후 상기 반응기(5)의 온도를 낮추기 위하여 제공되는 냉각팬(19)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  19. 제 13항에 있어서, 상기 분리기(9)의 하단에 고압 밸브(18)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  20. 제 13항에 있어서, 상기 물 저장조(1)에는 물에 용해된 산소를 제거하기 위한 가스실린더(20) 및 산기관(21)을 포함한 퍼징 시스템(22)이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
  21. 제 13항에 있어서, 상기 고압 펌프(2)와 상기 예열기(3)에 의해 각각 4bar 내지 400bar의 압력 및 100℃ 내지 374℃의 온도 범위의 아임계수가 생성되게 하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염 토양 정화 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103831291A (zh) * 2014-02-19 2014-06-04 江苏日升环保工程有限公司 一种淋洗法土壤修复用初筛分离机
CN104117531A (zh) * 2014-06-06 2014-10-29 浙江省环境保护科学设计研究院 一种利用亚临界水萃取修复石油烃污染土壤的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980065317A (ko) * 1995-11-30 1998-10-15 구마모토마사히로 폐기물의 분해방법 및 장치
KR20060022743A (ko) * 2004-09-07 2006-03-13 한화석유화학 주식회사 유기물 함유 폐액의 초임계수 산화 분해 공정
KR100578607B1 (ko) * 2003-06-09 2006-05-10 한화석유화학 주식회사 톨루엔디이소시아네이트 제조공정에서 배출되는 고비점 타르 잔류물로부터 톨루엔디아민을 회수하는 방법
KR20060135693A (ko) * 2004-02-13 2006-12-29 재단법인 오사카산업진흥기구 아임계수 분해 처리물의 생산방법 및 아임계수 분해 처리물생산장치
KR20080023363A (ko) * 2005-07-12 2008-03-13 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 아이소사이아네이트계 화합물의 분해회수 방법 및 그의분해회수 설비
KR100820169B1 (ko) * 2007-07-06 2008-04-08 주식회사 도하인더스트리 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계폐기물의 무해화 처리 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980065317A (ko) * 1995-11-30 1998-10-15 구마모토마사히로 폐기물의 분해방법 및 장치
KR100578607B1 (ko) * 2003-06-09 2006-05-10 한화석유화학 주식회사 톨루엔디이소시아네이트 제조공정에서 배출되는 고비점 타르 잔류물로부터 톨루엔디아민을 회수하는 방법
KR20060135693A (ko) * 2004-02-13 2006-12-29 재단법인 오사카산업진흥기구 아임계수 분해 처리물의 생산방법 및 아임계수 분해 처리물생산장치
KR20060022743A (ko) * 2004-09-07 2006-03-13 한화석유화학 주식회사 유기물 함유 폐액의 초임계수 산화 분해 공정
KR20080023363A (ko) * 2005-07-12 2008-03-13 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 아이소사이아네이트계 화합물의 분해회수 방법 및 그의분해회수 설비
KR100820169B1 (ko) * 2007-07-06 2008-04-08 주식회사 도하인더스트리 아임계수(亞臨界水)에 의한 난분해성(難分解性) 유기계폐기물의 무해화 처리 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103831291A (zh) * 2014-02-19 2014-06-04 江苏日升环保工程有限公司 一种淋洗法土壤修复用初筛分离机
CN104117531A (zh) * 2014-06-06 2014-10-29 浙江省环境保护科学设计研究院 一种利用亚临界水萃取修复石油烃污染土壤的方法
CN104117531B (zh) * 2014-06-06 2016-02-03 浙江省环境保护科学设计研究院 一种利用亚临界水萃取修复石油烃污染土壤的方法

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