WO2012138061A1 - 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템 및 처리방법 - Google Patents

원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템 및 처리방법 Download PDF

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livestock
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landfill
heating rod
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이종열
이석영
최삼룡
박흥원
서승원
강성호
박영도
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아름다운 환경건설(주)
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Definitions

  • the present invention relates to an oxidation treatment system of waste pigs, waste sausages, and waste poultry that has been landfilled, and more particularly, by extracting leachate from landfills in which livestock wastes have been buried and properly sterilizing them,
  • the present invention relates to a stabilization treatment technology for livestock landfills by in situ land oxidation (combustion) which oxidizes flue gas while heating and burying livestock carcass wastes in a short period of time.
  • incineration and hot steam treatment methods can be cost-effective if the method is implemented before landfilling. In other words, the method of extracting the landfilled waste back to the ground through excavation and then incineration or hot steam treatment is not a hygienic, aesthetic and economically suitable method.
  • Patent application No. 10-2011-16745, Feb. 24, 2011 for the stabilization treatment system technology, in addition to this technology stabilization treatment system for livestock landfills by in situ oxidative combustion method And a description of the method.
  • the present invention is to solve the problems of the buried livestock carcass processing apparatus of the prior art and to provide a fast and economical and safe waste carcass processing system and treatment method, first extracting and sterilizing the leachate generated in the landfill and gas Pretreatment through the process and odor removal process, install and heat the heating rod in the ground, and inject and inhale the air to oxidize the dead body to make the heat transfer in the underground soil medium,
  • the purpose of this is to prevent the spread of leachate contamination near the landfill to ensure public hygiene and to treat waste livestock in a short period of time to increase the utilization of landfill sites.
  • thermal insulation film leachate and gas vacuum extraction device (vehicle driven type), dead body oxidation (combustion) treatment device,
  • a stabilization treatment system for livestock landfills by in situ underground oxidation (combustion) characterized in that it consists of a monitoring device and an installation facility support.
  • the pre-treatment step of treating the leachate from the embedded animal mortar, lowering the groundwater level to increase the efficiency of underground combustion process A temperature rising step of continuously supplying heat through a heating rod in the vicinity of the landfill of the animal dead bodies to form a condition for drying the soil pore water and the water retained by the dead bodies; A drying step of allowing combustion to occur effectively by evaporating the water retained by the soil pore water and the dead body; A combustion step in which the dried animal dead bodies are burned through oxygen contained in the air to be injected, so that the animal dead bodies themselves become a heat source, and heat is diffused to the surroundings; And a thermal stabilization step in which the combustion is terminated as the combustion material disappears after the animal carcass is completely burned.
  • the method for stabilizing a domestic landfill by in situ underground oxidation (combustion) is provided.
  • the excellent thermal insulation film is installed to flow the precipitation to the rainwater drainage (ditch) installed around the landfill stabilization work period and is an insulating material (ceramic fiber) to minimize the heat loss of the heating rod Etc.) to block the entire landfill surface.
  • the leachate treatment to extract leachate generated from the dead body and groundwater introduced into the landfill area should be prioritized, and the leachate and gas vacuum extraction apparatus are disclosed in Korean Patent Application Publication No. 10-A filed by the present applicant.
  • an instant hot pasteurizer is used to sterilize pathogenic microorganisms such as viruses.
  • the carcass oxidizing (combustion) device has a plurality of heating rods are installed according to the processing area and is connected to the generator to dry the water, blood, oil, etc. of the carcasses by using electrical energy, oxidize the carcasses, heating rods
  • the outer shell is provided to protect the heating coil.
  • the leachate and the gas vacuum extraction processing device (vehicle driven type) is a device for extracting the gas and liquid generated at the same time under reduced pressure at the same time, the simultaneous extraction of the gas and liquid is a quick rapid oxidation processor and a high temperature connected to the vacuum extraction device, respectively Extraction wells and heating rods for the leachate and gas treatment are sent to the sterilizer and are installed together with the installation support for structural stability in soil settlement.
  • the senor attached to each well is connected to the monitoring device attached to the vehicle-driven purifier so that it can be automatically or manually controlled for driver control.
  • Stabilization treatment technology of livestock landfill by in situ underground oxidation combustion of the present invention configured as described above can prevent groundwater contamination due to leachate discharge by fundamentally eliminating leachate discharge, and stably oxidize and burn waste livestock, so long-term monitoring and maintenance Compared to the leachate treatment technology that requires management and stabilization treatment of livestock landfill by thermal carbonization, it is more economical in terms of cost and does not require excavation process and facilities for incineration of already buried livestock. It can prevent and improve problems such as exposure to infectious viruses.
  • FIG. 2 is a view showing a good thermal insulation film facility according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a mobile leachate and gas vacuum extraction apparatus according to the present invention.
  • Figure 4 is a view showing a dead body oxidation (burning) processing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 shows a rapid oxidation processor in accordance with the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing an installation support according to the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram of the groundwater level control system according to the present invention.
  • Figure 8 is a stabilization process of the domestic landfill by in situ underground oxidation (combustion) according to the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the underground heat treatment effect (temperature rise) around the heating rod after the heater is turned on according to the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the ambient temperature when the heating rod is operated while injecting air into the heating rod and inhaling air into the landfill according to the present invention.
  • clay layer 2 leachate and gas vacuum extraction treatment device
  • heating rod 3-2 generator
  • Ignition Device 3-8 Control Panel
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of a stabilization treatment system for livestock landfill by in situ underground oxidation combustion according to the present invention.
  • the stabilization treatment system for livestock landfills by in situ underground oxidation combustion includes an excellent thermal insulation film 1, a leachate and a gas vacuum extraction apparatus (vehicle driving).
  • Type) (2) dead body oxidation (combustion) treatment device (3), monitoring device (4), installation facility support (5), water curtain facility, leachate treatment process, waste livestock oxidation process, gas liquid vacuum separation
  • the landfilled waste livestock was transformed into a harmless form to enable environmentally friendly purification.
  • the excellent thermal insulation film (1) is installed to flow the precipitation to the rainwater drainage (ditch) installed around the work and is made of an insulating material to minimize the heat loss of the heating rod to block the entire landfill surface.
  • the leachate and gas vacuum extraction apparatus 2 is a simple rapid oxidation processor (2-) in a vehicle-driven contaminated soil restoration apparatus of the Republic of Korea (Patent No. 10-2002-0082974) filed by the inventor of the present application. 6) or the autoclave 2-2 is attached.
  • the dead body oxidation (combustion) processing apparatus 3 has a plurality of heat generating rods 3-1 connected to the generator 3-2 according to the processing area, and uses the electric energy together with the air injected from the outside. Moisture, blood, oil, and the like to oxidize and burn the dead body by heating and drying, and an outer shell 3-3 protecting the heating coil 3-4 is installed outside the heating rod 3-1.
  • the leachate and gas vacuum extraction apparatus (vehicle driven type) (2) is a device for extracting the gas and liquid generated during oxidation under reduced pressure
  • the liquid vacuum extracted through the gas liquid separator (2-1) is a high temperature sterilization It is sent to the treatment unit (2-2), the gas is sent to the simple rapid oxidation processor (2-6), and the extraction well (2-4) and the heating rod (3-1) for treating the leachate and gas are settled in the soil.
  • each extraction well (2-4) is a gauge is installed to be automatically or manually controlled for the operator control.
  • the leachate and gas vacuum extraction treatment apparatus (vehicle driven type) 2 includes an observation well (2-5) (see FIG. 7) for adjusting the groundwater level outside the buried land, a rapid oxidation processor (2-6), and a condenser (2-). 7) and a discharge device 2-8 (see Fig. 3).
  • various sensors are installed to monitor the pressure and temperature of the investment site to ensure the stability of operation in advance.
  • the insulation film (1) facility is composed of a ceramic fiber (1-1) made in the form of a blanket and a sand or clay layer (1-2) for protecting the insulating material and In order to prevent heat dissipation to the ground by installing ceramic fiber (1-1) on the surface of the landfill area of the purification zone, it prevents rainwater penetration during rainfall. Furthermore, a clay layer 1-2 for protecting a heat insulating material of 30 cm or more is provided on the ceramic fiber 1-1 by clay, sand, or the like.
  • the excellent thermal insulation film facility has the effect of preventing rainwater inflow into the landfill and increasing the efficiency of the oxidation process, and at the same time serves to prevent ground exposure or land surface exposure of landfills during the process.
  • the 3 is a vehicle driven with a vacuum pump 2-3 for extracting ground water, a gas liquid separator 2-1, a high temperature sterilizer 2-2, a monitoring device 4 and a discharge device 2-8.
  • the leachate existing in the landfill is pumped through the vacuum pump 2-3 and moved to the gas liquid separator 2-1 mounted in the vehicle.
  • the gas liquid separator is equipped with a sensor and a pump that can measure the amount of water to maintain a constant amount of water, and the mist (cyclone) to separate the gas and liquid using a centrifugal force (mist) on the surface of the plate (mist)
  • It is a separation system incorporating vane plate separation technology that effectively increases the particle size and increases the separation efficiency.
  • the liquid leachate separated through the gas liquid separator is transferred to a high temperature sterilizer, and the leachate treated by sterilization is finally treated through an appropriate water treatment process, and odors and other gaseous substances are collected in a rapid oxidation processor (2-6) installed on site. Oxidized and released in a odorless safe form.
  • FIG. 4 is a view showing a dead body oxidation (combustion) processing apparatus (3), the heating rod (3-1) and the control panel (control) that consumes up to 10kW power and can raise the temperature in the range of 200 ⁇ 850 °C panel) (3-8).
  • the vehicle-mounted vacuum pump (2-3) is operated at the same time as the oxidation (combustion) process operation to go through the process of extracting the air treated in the ground to the ground.
  • the air extraction wells (2-4) used for the extraction process has the advantage that can be used as it is already installed for the leachate treatment and can be easily removed or added as needed.
  • the number of installation of the heating rod 3-1 can be adjusted according to the area and volume of the buried land, and the heating coil 3-4 is mounted from the bottom of the heating rod 3-1 to the height of 2m so that the carbon steel pipe (3-5) Protected by).
  • the heat generated from the heating coil (3-4) is closed by drilling holes (3-6) having a diameter of 4 cm in the carbon steel pipe (3-5) at intervals of 5 cm. Encourage proper supply to livestock.
  • the hot air of about 300 ⁇ 500 °C heated in the heating rod is passed through the pores of the underground medium may have a combustion range of about 80 ⁇ 160cm per one heating rod.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a rapid oxidation processor 2-6, in which exhaust gas and water vapor generated during oxidation treatment are subjected to a rapid high-temperature sterilization treatment apparatus 2 through a gas liquid separator 2-1 installed in a vehicle-driven device. After 2) and condenser (2-7), liver is transferred to rapid oxidation processor for final oxidation of odor, nitrate and sulfur compound.
  • Such rapid oxidation processor (2-6) is a well-known industrial use and is operated at 850 °C and instantaneous complete combustion of the exhaust gas.
  • FIG. 6 is a schematic view of the installation support (5), the heating rod (3-1) and extraction well (2-4) and to prevent the possibility of falling or damage of the purification facility due to soil settling during the process operation To ensure stability.
  • Figure 7 is a schematic diagram of the groundwater level control system, by installing the observation well (2-5) and groundwater extraction well (2-4-1) outside the investment site to reduce the process efficiency due to the inflow of groundwater outside the investment site during the oxidation process To prevent the water level inside the buried land from continuously touching the heating rod.
  • Figure 8 shows the stabilization process of the livestock landfill by in situ underground oxidation (combustion) according to the present invention.
  • the method for stabilizing a livestock landfill by in-situ oxidation (combustion) operates a heating rod installed in a landfill land while simultaneously supplying air or a trace amount through an air inlet formed at the top of the heating rod.
  • An improved technique for injecting pure oxygen and inhaling air into a livestock landfill separately to enable heat transfer to be effectively effected in an underground soil medium comprising: a pretreatment step; Temperature rise step; Drying step; Combustion step; Thermal stabilization step;
  • step by step in order to increase the efficiency of underground combustion process in the pre-treatment step, the groundwater level is treated to treat leachate from the embedded animal mortality, and in the temperature rise step, injecting air while operating the heating rod and Continuously supply heat through the heating rod in the vicinity of the body where the sieve is buried to form a condition ( ⁇ 100 °C) to dry the soil pore water and the water retained by the dead body, and in the drying step while maintaining the 100 °C Evaporation of the pore water and the water retained by the carcass effectively enables combustion to occur, and in the combustion step, injection of a small amount of pure oxygen to increase combustion efficiency or oxygen contained in the air sucked into the surrounding animal carcasses is performed.
  • the combustion is completed in accordance with the post-combustion eopeojim material completely burned body Animal mortality at 100 ⁇ 250 °C.
  • the combustion gas is collected and discharged between the steps to oxidize. Trace amounts of CO, NOx and SOx are discharged between the combustion step and the heat stabilization step.
  • FIG. 9 is an underground heat treatment effect when the air is sucked about 20 hours after the heat source is sufficiently formed near the heating rod by injecting air while maintaining the heating rod surface temperature at 500 to 700 ° C.
  • A shows the heat treatment effect at the position of 40cm away from the heating rod and (b) at the position 60cm away from the heating rod, and air injection (inside the heating rod) and air intake (in the underground landfill) In this case, the temperature rises more rapidly than the air injection alone, and it shows that the oxidized (combustion) effect can be maximized by dry burning and burning the animal mortality embedded in the ground.
  • the graph shows the result of measuring the temperature by operating the system for 4 days while maintaining the heating rod surface temperature at 500 ⁇ 700 °C by using the technology to make it possible.
  • (b) shows the result of the position 80cm away, the closer the distance from the heating rod, the faster the temperature rises with time, the drying, combustion and heat stabilization step is smoothly performed.
  • the temperature rises to 250 ° C.
  • each combustion range is about 40 to 80 cm from the heating rod, that is, between two adjacent heating rods so as to have a combustion range spaced at 80 to 160 cm. It is suitable for treatment.
  • Stabilization treatment technology of livestock landfill by in situ underground oxidation combustion of the present invention fundamentally eliminates the leachate discharge source to prevent groundwater contamination due to leachate runoff, and can stably oxidize combustion of waste livestock, which requires long-term monitoring and maintenance Compared to leachate treatment technology and stabilization treatment of livestock landfill by thermal carbonization, it is more cost-effective and does not require excavation process and facilities for incineration of already buried livestock. Can prevent and improve the problem.

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Abstract

본 발명은 매립 처리되어 있는 폐사돈, 폐사우 및 폐가금류를 산화(연소)처리하기 위한 기술에 관한 것으로, 단열 우수 차수막, 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량구동형), 폐사체 산화처리장치, 모니터링 장치, 설치시설 지지대로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템과, 그리고 상기 안정화 처리시스템을 이용하여 가축 매립지에 설치된 발열봉을 가동함과 동시에 발열봉 상단에 형성된 공기 주입구를 통해 공기를 주입하고 별도로 가축 매립지내에 공기를 흡입하여 열전달이 지하 토양 매질 내에서 효과적으로 이루어질 수 있도록 전처리 단계, 온도상승 단계, 건조 단계, 연소 단계, 및 열안정화 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리방법을 제공한다.

Description

원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템 및 처리방법
본 발명은 매립 처리되어 있는 폐사돈, 폐사우 및 폐가금류의 산화처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 가축 폐사체가 매몰된 매립지에 침출수를 추출하여 적절하게 살균처리한 후 발열봉을 설치하여 가동시킴으로써 매몰 처리된 가축사체 폐기물을 단기간에 가열하여 산화(연소)시키면서 배가스를 산화시켜 위생적이고 친환경적으로 처리하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리기술에 관한 것이다.
최근 각국의 축산업은 조류인플루엔자, 광우병, 돼지콜레라, 구제역과 같은 바이러스성 질병의 빈번한 발생과 전국적인 확산으로 인하여 막대한 피해를 입고 있다. 또한 바이러스성 축산질병으로 판정되면 병원균의 확산 방지를 위해 발생농장 500m 이내의 모든 우제류 가축을 살처분 매몰 또는 소각하여 처리하도록 규제하고 있어 살처분 방법에 따라 침출수 유출, 대기오염물질 방출과 같은 환경문제로 국민건강이 끊임없이 위협받고 있는 실정이다.
대한민국 농림수산식품부 자료에 따르면, 구제역, 광우병, 그리고 조류독감으로 폐사된 가금류의 개체수는 2010 년과 2011 년 현재 소 15만두, 돼지 314만두, AI 545만수가 살처분 되었고 거의 모든 폐사가축 폐기물들은 매몰되어 처리되었으며 매몰지 수는 전국 96개 시군구에 4,632개소에 이르고 있다.
바이러스성 축산질병에 걸린 가축류의 매립/매몰을 통한 살처분이 병원균의 확산을 방지하고 상대적으로 비용경제적인 처리방법이긴 하지만, 미생물에 의한 자연분해를 위해서는 상당한 시간이 요구되고 분해과정이 진행되는 동안 끊임없이 침출수가 유출되기 때문에 2차오염을 유발하는 단점이 있다. 또한 폐사체 매립지의 토양침하 문제로 인하여 부지의 활용성이 제약받는 단점이 있다.
매립 이외에도, 소각, 고온스팀, 및 퇴비화 방법이 있으나 전염성이 높은 바이러스에 의해 폐사된 가축을 퇴비화하기란 병원균 전염의 위험성 때문에 현실적으로 불가능하다. 또한 소각 및 고온스팀 처리방법은 매립 이전에 공법이 실행되어야 비용 경제성을 확보할 수 있다. 즉, 기 매립된 폐기물을 굴착공사를 통해 다시 지상으로 끌어낸 뒤 소각 또는 고온스팀 처리하는 방식은 위생적, 심미적 그리고 경제적으로 적합한 공법이라 할 수 없다.
본 출원인은 이러한 가축 매립지의 안정화 처리와 관련하여 침출수 오염원을 적극적으로 처리함으로써 장기적인 침출수 발생 가능성을 제거하고 단기간에 폐사체를 처리하여 부지 활용성을 높일 수 있는 원위치 지중 열탄화 방법에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템 기술에 대해 대한민국에 특허출원(특허출원 제10-2011-16745호, 2011. 2. 24.출원)한 바 있으며, 이 기술에 더하여 원위치 지중 산화연소방법에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템 및 방법에 대한 기술을 제안하기에 이르렀다.
본 발명은 상기한 종래기술의 매몰된 가축 폐사체 처리장치의 문제점을 해결하고 빠르고 경제적이며 안전한 폐사체 처리시스템 및 처리방법을 제공하기 위한 것으로, 먼저 매립지 내부에 생성된 침출수와 가스를 추출하여 살균공정과 악취제거공정을 통해 선처리하고, 지중에 발열봉을 설치, 가열함과 동시에 공기를 주입 및 흡입하여 열전달이 지하 토양 매질 내에서 이루어지도록 하여 폐사체를 산화시키고, 산화시 발생하는 배출가스를 선택적으로 제거함으로써 매립지 인근의 침출수 오염확산을 방지하여 공공위생을 보장하고 단기간에 폐가축을 처리하여 매립지 부지 활용성을 증대시키는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따르면, 단열 우수 차수막(斷熱 雨水 遮水膜), 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형), 폐사체 산화(연소)처리장치, 모니터링 장치, 설치시설 지지대로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 지중 연소공정 효율을 높이기 위해 지하수위를 낮추며, 매립된 동물 폐사체로부터의 침출수를 처리를 하는 전처리 단계; 상기 동물 폐사체가 매립되어 있는 부근에 발열봉을 통해 지속적으로 열을 공급하여 토양 공극수 및 폐사체가 보유하고 있는 수분을 건조시킬 수 있는 조건을 형성하는 온도상승 단계; 상기 토양 공극수 및 폐사체가 보유하고 있는 수분을 증발시킴으로써 효과적으로 연소가 일어날 수 있도록 하는 건조 단계; 상기 건조된 동물 폐사체들이 주입되는 공기 중에 함유된 산소를 통해 연소되어 동물 폐사체 자체가 열원이 되어 그 주변으로 열이 확산되는 연소단계; 및 동물 폐사체가 완전히 연소된 후 연소물질이 없어짐에 따라 연소가 종료되는 열안정화 단계;를 포함하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 단열 우수 차수막은 매립지 안정화 작업 기간 중 강수를 주변에 설치된 우수배제로(도랑)로 흘려보낼 수 있게 설치되어 있으며 발열봉의 열손실을 최소화시키는 단열성 재질(세라믹 섬유 등)과 함께 구성되어 매립지 표면 전체를 차단 처리한다.
또한, 폐사체에서 발생되는 침출수 및 매립 지역 내에 유입된 지하수를 추출하는 침출수 처리가 우선되어야 하는 바, 상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 공개특허(공개번호 제10-2002-0082974호)인 차량 구동형 오염토양 복원장치에 추가하여 바이러스 등 병원성 미생물의 살균을 위하여 순간 고온살균처리기가 부착된 것을 이용한다.
또한, 상기 폐사체 산화(연소)장치는 처리 면적에 따라 다수의 발열봉이 설치되고 발전기와 연결되어 있어 전기 에너지를 이용하여 폐사체의 수분, 혈액, 유분 등을 건조시키고 폐사체를 산화시키며 발열봉 외부에는 발열코일을 보호하는 외피가 설치되어 있다.
또한, 상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형)는 산화시 발생하는 기체 및 액체를 동시에 감압추출하는 장치이며, 동시 추출된 기체 및 액체는 각각 진공추출장치와 연결된 간이 급속 산화처리기와 고온살균처리기로 보내지고 상기 침출수와 기체 처리를 위한 추출관정과 발열봉 등은 토양 침하시 구조적 안정성을 위한 설치시설 지지대와 함께 설치되어 있다.
또한, 각각의 관정에 부착된 센서는 차량 구동형 정화장치에 부착된 모니터링 장치와 연결되어 있어 운전인자 제어를 위해 자동 혹은 수동으로 컨트롤되도록 되어 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 원위치 지중 산화연소에 의한 가축 매립지의 안정화 처리기술은 침출수 배출원을 근본적으로 제거함으로써 침출수 유출에 따른 지하수 오염을 방지하고, 안정적으로 폐가축을 산화연소시킬 수 있어 장기 모니터링과 유지관리가 요구되는 침출수 처리기술 및 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리기술에 비해 비용면에서 경제적이고, 기 매몰된 폐사가축을 소각하기 위한 굴착공정과 시설물을 필요로 하지 않아 굴착시 동원되는 인력들이 전염성 바이러스에 노출되는 문제점 등을 예방 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템의 전체 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 단열 우수 차수막 시설을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 이동식 침출수 및 가스 진공추출처리장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 폐사체 산화(연소)처리장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 급속 산화처리기를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 설치시설 지지대를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 지하수 수위 조절 시스템에 대한 모식도.
도 8은 본 발명에 따른 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리공정도.
도 9는 본 발명에 따라 히터 전원을 켠 후 발열봉 주변의 지중내 열처리 효과(온도상승)를 보여주는 그래프.
도 10은 본 발명에 따라 발열봉에 공기를 주입하고 매립지에 공기 흡입을 실시하면서 발열봉을 가동한 경우 주변 온도 측정 결과를 보여주는 그래프.
*도면 부호의 설명
1 : 단열 우수 차수막 1-1 : 세라믹섬유
1-2 : 점토층 2 : 침출수 및 가스 진공추출처리장치
2-1 : 기체액체 분리기 2-2 : 고온살균처리기
2-3 : 진공펌프 2-4 : 추출관정
2-4-1 : 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 추출관정
2-5 : 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 관측정
2-6 : 급속 산화처리기 2-7 : 응축기
2-8 : 배출장치 3 : 폐사체 산화(연소)처리장치
3-1 : 발열봉 3-2 : 발전기
3-3 : 외피 3-4 : 발열코일
3-5 : 탄소강파이프 3-6 : 구멍
3-7 : 점화장치 3-8 : 제어판(Control Panel)
4 : 모니터링 장치 5 : 설치시설 지지대
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 원위치 지중 산화연소에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템의 전체 구성을 예시하는 도면이다.
본 발명에 따른 원위치 지중 산화연소에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템은, 도 1에서 보는 바와 같이, 단열 우수 차수막(斷熱雨水 遮水膜)(1), 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형)(2), 폐사체 산화(연소)처리장치(3), 모니터링 장치(4), 설치시설 지지대(5)로 구성되어, 차수막시설, 침출수 처리공정, 폐가축 산화공정, 기체액체 진공 분리처리공정을 아우르는 일련의 산화연소처리장치를 통해 기 매립된 폐가축을 무해한 형태로 변형시켜 친환경적으로 정화처리가 가능하도록 하였다.
다음은 본 발명에 따른 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템을 구성장치별로 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 단열 우수 차수막(1)은 작업시 강수를 주변에 설치된 우수배제로(도랑)로 흘려보낼 수 있게 설치되어 있으며 발열봉의 열손실을 최소화시키는 단열성 재질로 구성되어 매립지 표면 전체를 차단 처리한다.
상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(2)는 본 출원의 발명자에 의해 출원된 대한민국 공개특허(공개번호 제10-2002-0082974호)인 차량 구동형 오염 토양 복원장치에 간이 급속 산화처리기(2-6) 또는 고온살균처리기(2-2)가 부착된 것이다.
상기 폐사체 산화(연소)처리장치(3)는 처리면적에 따라 다수의 발열봉(3-1)이 발전기(3-2)와 연결되어 외부로부터 주입된 공기와 함께 전기 에너지를 이용하여 폐사체의 수분, 혈액, 유분 등을 건조, 가열하여 폐사체를 산화연소시키며 발열봉(3-1) 외부에는 발열코일(3-4)을 보호하는 외피(3-3)가 설치되어 있다.
또한, 상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형)(2)는 산화시 발생하는 기체 및 액체를 감압추출하는 장치이며, 기체액체분리기(2-1)를 통해 진공추출된 액체는 고온살균처리기(2-2)로 보내지고 기체는 간이 급속 산화처리기(2-6)로 보내지며 상기 침출수 및 기체 처리를 위한 추출관정(2-4) 및 발열봉(3-1) 등은 토양 침하시 구조적 안정성을 유지하기 위한 설치시설 지지대(5)와 함께 설치되어 있고, 각각의 추출관정(2-4)은 게이지가 설치되어 운전인자 제어를 위해 자동 혹은 수동으로 콘트롤되도록 되어 있다. 또한, 상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치(차량 구동형)(2)에는 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 관측정(2-5)(도 7 참조), 급속 산화처리기(2-6), 응축기(2-7), 배출장치(2-8)(도 3 참조)도 포함하고 있다.
아울러, 매몰지의 압력 및 온도를 모니터링 할 수 있는 각종 센서들이 설치되어 사전에 운전의 안정성을 확보하도록 한다.
또한, 안정화처리시 사용한 모든 장비와 기기 등은 공정 완료 후 살균처리하여 타 지역으로의 병원균 전염을 사전에 방지한다.
도 2는 본 발명의 단열 우수 차수막(1)을 도시한 도면으로, 상기 차수막(1) 시설은 담요형태로 만든 세라믹섬유(1-1)와 단열재 보호용 모래 또는 점토층(1-2)으로 구성되고, 정화구역 매립지 표면 위에 세라믹섬유(1-1)를 설치하여 지상으로 열이 발산되는 것을 막으며 작업 기간 중 강우가 발생시 우수 침투를 차단한다. 또한, 세라믹 섬유(1-1) 위에 점토나 모래 등으로 30cm 이상의 단열재 보호용의 점토층(1-2)을 설치한다. 상기 단열 우수 차수막 시설은 매립지 내의 우수 유입방지와 산화공정의 효율을 높이는 효과가 있으며 동시에 공정 중 발생하는 지반침하나 매립물의 지상 노출을 일차적으로 방지하는 역할을 한다. 물론, 매립 초기에도 바닥에도 동일한 단열 우수 차수막을 설치할 수도 있다.
도 3은 지하수 추출용 진공펌프(2-3), 기체액체 분리기(2-1), 고온살균처리기(2-2), 모니터링 장치(4) 및 배출장치(2-8)를 장착한 차량 구동형 침출수 및 가스 진공추출처리장치에 대한 도면으로서, 매립지 내부에 존재하는 침출수는 진공펌프(2-3)를 통해 양수되어 차량에 탑재되어 있는 기체액체 분리기(2-1)로 이동한다. 상기 기체액체 분리기 내부에는 수량을 측정할 수 있는 센서와 펌프가 부착되어 있어 일정하게 수량을 유지할 수 있으며, 기체와 액체를 원심력을 이용하여 분리하는 싸이클론(cyclone)과 평판 표면에서 미스트(mist)의 입자크기를 효과적으로 증가시켜 분리효율을 증가시키는 베인 플레이트(Vane Plate) 분리기술이 접목된 형태의 분리시스템이다. 상기 기체액체 분리기를 통해 분리된 액상 침출수는 순간 고온살균처리기로 이송되고 살균처리된 침출수는 적절한 수처리 공정을 거쳐 최종처리되며 악취와 기타 기체상 물질들은 현장에 설치된 급속산화처리기(2-6)에서 산화하여 무취상태의 안전한 형태로 배출된다.
도 4는 폐사체 산화(연소)처리장치(3)를 도시한 도면으로, 최대 10kW 전력을 소비하며 200~850℃의 범위로 온도를 올려 조절할 수 있는 발열봉(3-1)과 제어판(control panel)(3-8)을 포함하고 있다.
특히, 본 발명에서는, 본 출원인이 앞서 출원한 바 있는 열탄화 기술에서 달성하지 못했던, 완전연소를 위해 산화(연소)장치를 추가적으로 제공하였음을 중요한 발명의 착안점으로 인식해야 한다.
즉, 발열봉 가동과 동시에 발열봉 상단에 제공된 공기 주입구(Air Inlet)를 통해 공기를 주입하고 별개로 지중내에 공기를 흡입하여 가열된 열이 지하 토양 매질 내, 즉 토양공극 및 동물 폐사체 사이로 이동하여 상기 동물 폐사체를 산화(연소)시키는 것이다.
상기한 산화(연소)공정의 목적을 달성하기 위하여 산화(연소)공정 운전과 동시에 차량 탑재형 진공펌프(2-3)가 작동하여 지중에서 연소처리된 공기를 지상으로 추출하는 과정을 거치게 된다. 상기 추출공정을 위해 사용되는 공기 추출관정(2-4)은 침출수 처리를 위해 기 설치된 관정을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있으며 필요시 손쉽게 제거 혹은 추가할 수 있다.
발열봉(3-1)의 설치 개수는 매몰지 면적과 부피에 맞게 조절가능하며, 발열봉(3-1) 최하단으로부터 2m 높이까지 발열코일(3-4)이 장착되어 탄소강 파이프(3-5)로 보호를 받는다. 또한 발열봉(3-1)의 열전달력을 극대화시키기 위해 탄소강 파이프(3-5)에 직경 4cm의 구멍(3-6)을 5cm 간격으로 뚫어 발열코일(3-4)에서 발생되는 열이 폐가축에 적절하게 공급될 수 있도록 유도한다.
일반적으로, 발열봉에서 가열된 약 300 ~ 500℃ 정도의 고온의 공기가 지하 매질의 공극을 통해 전달됨으로써 발열봉 1개 당 약 80 ~ 160cm의 연소범위를 가질 수 있다.
도 5는 급속 산화처리기(2-6)를 도시한 도면으로서, 산화처리시 발생하는 배출가스와 수증기는 차량 구동형 장치에 설치된 기체액체 분리기(2-1)를 통해 급속 고온살균처리기(2-2)와 응축기(2-7)를 거쳐 간이 급속 산화처리기로 이송되어 악취 및 질산화물, 황화합물을 최종 산화처리한다. 상기와 같은 급속 산화처리기(2-6)는 이미 산업화된 공지의 것을 사용하고 850℃로 운전되며 배출가스를 순간적으로 완전연소시킨다.
도 6은 설치시설 지지대(5)에 대한 모식도로서, 공정운전시 발생하는 토양침하로 인한 정화시설물의 넘어짐 가능성이나 파손을 예방하기 위해 발열봉(3-1) 및 추출관정(2-4)과 결합하여 안정성을 확보한다.
도 7은 지하수 수위 조절 시스템에 대한 모식도로서, 매몰지 외부에 관측정(2-5)과 지하수 추출관정(2-4-1)을 설치하여 산화공정시 매몰지 외부 지하수 유입으로 인한 공정효율 저하를 막기 위해 매몰지 내부의 수위가 발열봉과 맞닿지 않도록 지속적으로 조절한다.
앞에서는 본 발명의 일 태양에 따른 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템에 대해 설명하였으며, 다음은 상기한 시스템을 이용해 본 발명에 따른 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리방법에 대해 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명에 따른 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리공정도를 보여준다.
도 8에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리방법은 가축 매립지에 설치된 발열봉을 가동함과 동시에 발열봉 상단에 형성된 공기 주입구를 통해 공기 또는 미량의 순수 산소를 주입하고 별도로 가축 매립지내에 공기를 흡입하여 열전달이 지하 토양 매질 내에서 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 개선기술로서, 전처리 단계; 온도상승 단계; 건조 단계; 연소 단계; 열안정화 단계;로 이루어진다.
이를 단계별로 구체적으로 설명한다면, 전처리 단계에서는 지중 연소공정 효율을 높이기 위해 지하수위를 낮추며 매립된 동물 폐사체로부터의 침출수를 처리하고, 온도상승 단계에서는 발열봉을 가동하면서 공기를 주입하고 상기 동물 폐사체가 매립되어 있는 부근에 발열봉을 통해 지속적으로 열을 공급하여 토양 공극수 및 폐사체가 보유하고 있는 수분을 건조시킬 수 있는 조건(~100℃)을 형성하며, 건조 단계에서는 100℃를 유지하면서 상기 토양 공극수 및 폐사체가 보유하고 있는 수분을 증발시킴으로써 효과적으로 연소가 일어날 수 있도록 하고, 연소 단계에서는 상기 건조된 동물 폐사체들이 주변에 흡입되는 공기 중에 함유된 산소 또는 연소효율을 높이기 위한 미량의 순수 산소 주입을 통해 200~850℃ 범위에서 연소되어 동물 폐사체 자체가 열원이 되어 그 주변으로 열이 확산되도록 하고, 마지막으로 열안정화 단계에서는 100~250℃에서 동물 폐사체가 완전히 연소된 후 연소물질이 없어짐에 따라 연소가 종료되도록 한다. 가급적, 상기 각 단계 사이에서는 연소가스를 수집 배출하여 산화처리하도록 하는 것이 좋다. 상기 연소 단계와 열안정화 단계 사이에서 미량의 CO와 NOx, SOx가 배출된다.
도 9는 히터 전원을 켜서 발열봉 표면온도를 500~700℃로 유지한 상태로 공기를 주입하여 발열봉 근처에서 열원이 충분히 형성된 후에 대략 20시간이 지나 공기흡입을 실시한 경우의 지중내 열처리 효과(온도상승)를 보여주는 그래프로써 (a)는 발열봉으로부터 40cm 떨어진 위치, (b)는 60cm 떨어진 위치에서의 열처리 효과를 보여주며, 공기주입(발열봉내)과 공기흡입(지중 매립지내)을 병행하였을 때, 공기주입만을 했을 때보다도 더욱 온도가 빠르게 상승하여 지중에 매립된 동물 폐사체를 건조연소시켜 산화(연소) 효과를 극대화시킬 수 있음을 보여준다.
도 10은 본 발명의 처리방법, 즉 가축 매립지에 설치된 발열봉을 가동함과 동시에 발열봉 상단에 형성된 공기 주입구를 통해 공기를 주입하고 별도로 가축 매립지내에 공기를 흡입하여 열전달이 지하 토양 매질 내에서 효과적으로 이루어질 수 있도록 한 기술을 이용하여 발열봉 표면온도를 500~700℃로 유지한 상태로 4일 동안 시스템을 운전하여 온도를 측정한 결과를 보여주는 그래프로써, (a)는 발열봉으로부터 50cm 떨어진 위치의 결과이고 (b)는 80cm 떨어진 위치의 결과를 나타내는 바, 발열봉으로부터 거리가 가까울수록 시간이 경과함에 따라 온도가 빨리 상승하여 건조, 연소 및 열안정화 단계가 원활하게 이루어지는 것을 알 수 있다. 특히, 발열봉으로부터 50cm 떨어진 위치에서는 30시간 경과 후 250℃ 이상으로 상승하여 연소가 활발하게 진행된 후 70시간이 지나면서 최종 열안정화 단계로 접어드는 모습을 보여준다. 따라서, 경제적인 측면을 고려해 볼 때, 각 연소범위가 발열봉으로부터 40~ 80cm 정도, 즉 서로 인접한 양측 발열봉 사이가 가급적80 ~ 160cm로 이격된 연소범위를 가질 수 있도록 배치하는 것이 산화(연소)처리에 적당하다.
이상과 같이 본 발명을 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 할 것이다.
본 발명의 원위치 지중 산화연소에 의한 가축 매립지의 안정화 처리기술은 침출수 배출원을 근본적으로 제거함으로써 침출수 유출에 따른 지하수 오염을 방지하고, 안정적으로 폐가축을 산화연소시킬 수 있어 장기 모니터링과 유지관리가 요구되는 침출수 처리기술 및 열탄화에 의한 가축 매립지의 안정화 처리기술에 비해 비용면에서 경제적이고, 기 매몰된 폐사가축을 소각하기 위한 굴착공정과 시설물을 필요로 하지 않아 굴착시 동원되는 인력들이 전염성 바이러스에 노출되는 문제점 등을 예방 개선할 수 있다.

Claims (12)

  1. 매립처리된 폐사돈, 폐사우 및 폐가금류를 원위치 산화(연소)처리하기 위한 시스템으로서,
    우수를 차단하기 위한 단열 우수 차수막;
    상기 단열 우수 차수막으로부터 침출수 및 가스를 진공추출처리하기 위한 침출수 및 가스 진공추출처리장치;
    상기 매립처리된 가축 폐사체를 산화(연소)시키는 폐사체 산화(연소)처리장치;
    상기 매립처리된 지중의 가축 폐사체를 모니터하는 모니터링 장치;
    상기 장치들을 안정적으로 지지하기 위한 설치시설 지지대로 구성되고,
    상기 폐사체 산화(연소)처리장치는 처리 면적에 따라 다수개 설치된 발열봉과 이에 연결된 발전기를 포함하여서, 전기 에너지를 이용하여 폐사체의 수분, 혈액, 유분을 건조시키고 폐사체를 산화시키도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열 우수 차단막은 담요형태로 만든 세라믹 섬유와 단열재 보호용 점토층으로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 침출수 및 가스 진공추출처리장치는 산화시 발생하는 기체 및 액체를 감압추출하는 기체액체 분리기, 및 진공추출된 액체를 고온살균처리하는 고온살균처리기, 진공펌프, 상기 침출수 및 기체 처리를 위한 다수의 추출관정, 다수의 매몰지 외부 지하수 수위 조절용 관측정, 급속 산화처리기, 응축기, 배출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐사체 산화(연소)처리장치는 발열봉의 온도를 조절하는 제어판(control panel)을 더 포함하고,
    발열봉 가동과 동시에 발열봉 상단에 제공된 공기 주입구를 통해 공기를 주입한 후 발열봉 내에서 가열된 고온의 공기가 지하 매질의 공극을 통해 전달되어 동물 폐사체를 산화시키는 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발열봉의 외부에는 외피가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 발열봉은 200~850℃ 의 범위로 온도를 올려 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 발열봉은 최하단으로부터 2m 높이까지 발열코일이 장착되어 탄소강 파이프로 보호 받도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발열봉은 발열봉의 열전달력을 극대화시키기 위해 상기 탄소강 파이프에 직경 4cm 의 구멍을 5cm 간격으로 뚫어 발열코일에서 발생되는 열이 폐가축에 적절하게 공급될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 기체액체 진공추출장치의 추출관정 각각에는 게이지가 설치되어 운전인자 제어를 위해 자동 혹은 수동으로 컨트롤되도록 한 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 가축 매립지의 안정화 처리시스템을 이용하여 매립처리된 폐사돈, 폐사우 및 폐가금류를 원위치 산화(연소)처리하기 위한 방법으로서,
    지중 산화(연소)공정의 효율을 높이기 위해 지하수위를 낮추며 매립된 동물 폐사체로부터의 침출수를 처리를 하는 전처리 단계;
    지중 매립지에 설치된 다수의 발열봉을 가동하면서 공기를 주입하고 상기 동물 폐사체가 매립되어 있는 부근을 상기 발열봉을 통해 지속적으로 열을 공급하여 토양 공극수 및 폐사체가 보유하고 있는 수분을 건조시킬 수 있는 조건(~100℃)을 형성하는 온도상승 단계;
    약 100℃를 유지한 상태에서 계속 열을 가하여 상기 토양 공극수 및 폐사체가 보유하고 있는 수분을 증발시킴으로써 효과적으로 연소가 일어날 수 있도록 하는 건조 단계;
    상기 건조된 동물 폐사체들이 주변에 흡입되는 공기 중에 함유된 산소 또는 연소효율을 더욱 높이기 위한 미량의 순수 산소 주입을 통해 200~850℃ 범위에서 연소되어 동물 폐사체 자체가 열원이 되어 그 주변으로 열이 확산되도록 하는 연소 단계; 및
    동물 폐사체가 완전히 연소된 후 연소물질이 없어지면서 100~250℃에서 연소가 종료되는 열안정화 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 각 단계 사이에서 연소가스를 수집 배출하여 산화처리하는 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 발열봉이 서로 80 ~ 160cm의 이격된 범위로 배치된 것을 특징으로 하는 원위치 지중 산화(연소)에 의한 가축 매립지의 안정화 처리방법.
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