KR100928739B1

KR100928739B1 - 스팀찜질 공정을 포함하는 오염토양의 처리방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100928739B1
Application number: KR1020090045151A
Authority: KR
Inventors: 유선주
Original assignee: 금광개발 주식회사
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2009-11-27
Also published as: WO2010134775A3; WO2010134775A2

Abstract

본원은 스팀찜질 공정을 포함하는 오염토양의 처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 군부대나 유류저장소가 있는 지역의 유류 오염지역에서 배출되는 오염토양을 양질의 토양으로 회복시키기 위한 복원공정 중에 스팀찜질 공정을 도입하여 오염토양에 부착되어 있는 유류성분의 점도를 낮춰 탈리시켜 상부에 모이도록 하고 강한 공기를 불어줘서 탈리된 유류성분을 상부로 비산시켜 덕트로 배출시키는 오염토양 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본원에서 제공되는 오염토양의 복원수단은 오염토양 복원대상물을 수거하여 스팀가온탈리조에 담아서 처리하되, 상기 스팀가온탈리조는 외통체에 스팀공급수단 및 에어공급수단을 갖고 내부로는 교반수단을 갖도록 제공되어 유입된 오염토양 복원대상물을 교반시키면서 1기압을 1.01325 kgf/㎠ 단위표시로 기준할 때 스팀가온탈리조의 내부압을 1.1~3.5 kgf/㎠의 고온 고압상태로 유지하며 10~30분 정도 고온.고압상태에서 찜질을하여 복원대상물에 부착된 유류성분의 탈리조건을 숙성시킨 후 일시에 에어를 강하게 공급하여 주는 수단으로 복원대상물 중에 포함된 유류성분을 탈리시켜 공기와 함께 외부로 배출시키도록 제공되는 오염토양 복원방법에 관한 기술사상이 개시된다.

오염토양, 스팀공급수단, 에어공급수단, 스팀가온탈리조, 배기가스정화장치.

Description

스팀찜질 공정을 포함하는 오염토양의 처리방법 및 그 장치{treatment method and the apparatus having steam fomentation process for polluted soil }

본원은 유류에 오염된 토양의 복원방법 중에서 스팀찜질 공정을 포함하는 오염토양 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본원은 군부대나 유류저장소가 있는 지역의 유류 오염지역 에서 배출되는 토사석이나 점토질이나 실트층의 오염토양을 양질의 토양으로 회복시키기 위한 복원공정 중에 스팀찜질 공정을 도입하여 오염토양에 부착되어 있는 유류성분의 점도를 낮춰 탈리시켜 상부에 모이도록 하고 강한 공기를 불어줘서 탈리된 유류성분을 상부로 비산시켜 덕트로 배출시키고 배기가스정화장치를 통하여 대기오염원을 잡아주는 오염토양 처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 토양은 그 조성이 복잡하여 유해물질에 대한 반응도 다양하게 나타나며 유해물질의 배출상황과 연계하여 배출시설을 개선하여도 오염상태가 장기간 지속되며 대기오염과 수질오염은 자연현상에 의해 치유 가능하지만 토양은 일단 오염되면 정화하지 않고는 반영구적으로 오염이 지속되게 되며 토양오염은 땅에 오염물질이 축적되는데 끝나지 않고 농작물, 동물로 이행되어 축적되거나 지하수, 지표수의 오염, 오염토양의 비산에 의해 인체건강에 나쁜 영향을 주는 등 파급효과 또 한 크다고 할 수 있다.

오염토양의 실태를 예로 들면, 용산이나 파주의 미군기지가 평택기지로 본거지를 이전하면서 종래 군부대가 있던 지역의 유류저장소 부근의 인근 토지가 크게 오염되어 있는 상황이 매스컴에 보도되면서 그 처리비용을 한국 측에서 부담하는냐 미국 측에서 부담하느냐 하는 논쟁이 이루어지고 있는 상황이다.

본원은 상기와 같은 군부대나 유류저장소 부근의 유류오염 토양으로 점토질이나 실트층을 포함한 토사석을 회복시키기 위한 복원방법 및 그 처리장치에 관한 것이다.

그동안 오염토양을 정화시키기 위해 개시된 선행기술들을 살펴보면, 오염토양 정화방법은 크게 물리화학적처리방법 및 생물학적처리방법으로 대별되고, 물리화학적처리법은 다시 토양증기추출법과 토양세척법, 열탈착법 등으로 분류되어 소개되고 있는바, 토양증기추출법은 지하수의 상부 불포화 대수층 위에 가스추출정을 설치하여 토양을 진공상태로 만들어 휘발성, 준휘발성, 유기화합물을 제거하는 지중처리기술이나 증기압이 낮은 오염물질에는 제거효율이 낮은 문제점, 토양층이 치밀하여 기체흐름이 어려운 곳에서는 사용이 곤란하며, 추출된 기체는 대기오염방지를 위해 후 처리가 필요한 단점을 갖는다.

또한 토양세척법은 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합되어 있는 유해한 오염물질의 표면장력을 약회시키거나 중금속을 액상으로 변화시켜 토양입자로부터 유해한 유기오염물질 및 중금속을 분리시키는 기술이나 계면활성제 등의 화학 약품을 사용하게 됨으로 복원비용이 증가하게 되고, 일정입도 이내(5mm미만)만 복원이 가능하고 큰입자는 세척이 불가하며, 계면활성제 및 화학약품 사용으로 2차 오염우려를 갖고 많은 슬러지를 배출시키는 단점이 있다.

또한 열탈착법은 토양을 일정온도로 가열하여 토양에 흡착된 오염물질을 휘발 및 탈착시키는 기술로 고온 또는 저온에서 휘발성 및 준휘발성 유기물질을 기화하여 탈리시켜 정화하는 기술이나 수분함량이 높거나 점토 및 휴믹산 등을 함유한토양의 경우 반응시간이 길어지고 처리비용이 증가하며 다른 정화기술에 비해 높은 에너지 비용이 소요되는 문제점을 갖는다.

또한 생물학적처리법은 토양경작법, 생물학적통풍법, 자연저감법 등이 소개되고 있는바, 토양경작법은 오염토양을 굴착하여 이동한 후 별도의 처리장에 깔아놓고 정기적으로 뒤집어 줌으로서 공기를 공급하여 미생물에 의해 호기성 생분해조건을 제공해줌으로 유기오염물질을 제거하는 생물학적 정화기술이고, 생물학적통풍법은 불포화대에 존재하는 생분해성 유기오염물질을 토착미생물을 활용하여 제거하는 기술이며, 자연저감법은 토양 및 지하수 내에서 자연적으로 발생하는 물리, 화학, 생물학적 과정들에 의해 오염물질들의 부하, 유량 또는 독성이 감소되는 다양한 과정들의 단일 또는 복합적인 효과를 이용하는 기술이다.

그러나 상기 생물학적처리법은 정화목적을 달성하기 위해 장기간이 소용되고 장기간의 관측과 제어가 필요하고 정보가 부족하면 실패하기 쉬운 문제점을 갖고 실패하는 경우에는 더욱 큰 추가비용이 발생할 수 있다.

출원인이 오염토양을 정화시키기 위해 선출원된 기술로서 등록특허 제59922 호, 제624444호, 제755910호, 제870909호 등의 선행기술에서는 오염토양의 세척방법 및 분리방법 등이 개시되어 있는바, 상기 특허는 주변지역이 유류오염 및 중금속으로 오염되었거나, 또는 하수구나 유수지나 준설토 등에서 중금속으로 오염된 상태로 배출되는 진흙이나 토사나 자갈층을 세척하여 양질의 토사로 복원시키기 위한 기술이 개시되어 있으나, 상기의 종래기술은 대부분 세척수로 물을 사용하는 기술이므로 세척 및 수세과정에서 다량의 공정폐수 및 다량의 슬러지를 배출하는 문제점을 갖고, 또한 폐수를 처리하기 위해 별도의 침전조, 응집조, 필터프레스 및 여과케이크 등을 발생하는 기술이므로 2차적 후속처리에 많은 시간과 노력이 필요한 공정이었다.

본원은 상기의 선행기술에서와 같이 세척수를 사용하는 공정이 아니어서 공정폐수 및 다량의 슬러지 배출 우려가 없는 공법으로, 건식상태로 오염토양을 스팀가온탈리조에 넣고 고온고압의 스팀을 이용하여 오염토양에 일정시간 찜질효과를 부여하여 유류분의 탈리조건을 숙성시킨 후 일시에 배출시켜 복원시키고 하는 기술사상을 갖는다.

본원은 상기의 오염토양 정화방법 중 물리화학적처리법에 해당하며 그 중에서도 토양세척법에 해당하나 종래의 토양세척법에서는 계면활성제 등의 화학약품인 세척제나 세척수가 사용되는 방식이었으나, 본원에서 제공되는 토양세척법은 화학약품이나 별도의 세척수를 사용하지 않고 단순히 고온고압의 스팀공급수단과 에어공급수단만을 갖고 오염토양 중의 유류성분을 탈리시켜 제거하고 복원된 토양은 다시 복원대상위치로 환원시키기 위한 환경친화적 복원방법을 제공하고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.

본원에서는 복원대상물을 스팀가온탈리조에 넣고 찜질처리를 하는 공정인바, 본원에서 제공되는 스팀가온탈리조의 몸체는 스크류타입이나 교반날개를 갖는 교반장치가 내장되어 복원대상물을 교반시켜주면서 먼저 고온고압의 스팀을 공급하여 복원대상물을 가온시킨 후 일정시간을 유지하며 찜질효과를 부여하여 복원대상물에 부착된 유류오염물을 토양입자와 탈리시킨 후 일시에 공기를 강하게 공급하여 복원대상물에서 탈리된 유류오염물이 공기와 함께 외부의 덕트로 배출시켜 배기가스정화공정에서 유해가스를 잡아주는 환경친화적 복원방법을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본원은 유류에 오염된 토양의 복원방 법으로, 오염토양 복원대상물을 수거하여 호퍼저장조에 담고 계량된 양을 스팀가온탈리조로 이송시키는 제1단계; 및 스팀가온탈리조는 외통체에 스팀공급수단 및 에어공급수단을 갖고 내부로는 교반수단을 갖도록 제공되어 유입된 오염토양 복원대상물을 교반하며 대기중 1기압을 1.01325 kgf/㎠ 단위로 기준할 때 스팀가온탈리조의 내부압이 1.1~3.5 kgf/㎠ 범위의 고온 고압상태를 유지하면서 약 10~30분간 찜질공정을 수행하는 제2단계; 및 상기 제2단계 공정을 통하여 복원대상물에 부착된 유류성분이 토양입자와 탈리된 후 에어공급수단을 통하여 가온된 상태의 오염토양 복원대상물에 순간적으로 다량의 공기를 강하게 분사/공급하여 주므로 복원대상물에서 탈리된 유류성분이 공기와 함께 스팀가온탈리조에서 배출시키는 제3단계; 및 상기 제3단계 공정을 통하여 유출되는 배기가스는 배기가스정화장치를 거쳐 배출시키는 제4단계; 공정을 포함하여 이루어지는 오염토양의 복원방법을 통하여 상기 목적을 달성할 수 있다.

일반적으로 군부대가 있던 지역이나 송유배관이 지나는 지역의 인근 토지를 오염시키는 유류는 경유나 방커C유 계통의 연료유인바 이들 중 점도가 낮은 것은 온도에 관계없이 유동성이 좋으며 대기 중에 방출되는 경우 빠른시간 내에 휘발하는 특성을 가지나 정제되지 않은 원유나 중질유는 점도가 높아 쉽게 휘발되지 않고 흙이나 모래, 자갈 등의 토사석에 부착되어 굳어버리는 특성을 갖는다.

현재 군부대 등으로부터 유출되는 기름은 대부분 연료계통의 중질유이고 또한 서해안 유조선 사고에서 방출된 오일류는 정제되지 않은 원유성분으로 이들 기름은 온도가 저하되면 점도가 높아져 유동성이 없어지고 부착된 기름이 탈리되지 않는 특성을 갖게 되므로 이를 탈리시키고자 하는 경우에는 처리대상물의 온도를 높여줘서 점도를 낮춰주는 공정이 필요하게 된다.

따라서, 본원에서 제공되는 스팀가온탈리조는 몸체 내부로 다수개의 스크류타입 교반장치나 교반날개를 갖는 교반장치가 내장되어 복원대상물을 서서히 교반시켜 폐색 구간이 없도록 복원대상물을 서서히 뒤집어 주도록 제공되고, 몸체 측벽으로는 외부의 스팀이나 에어를 공급받기 위한 배관을 갖고 서서히 교반되는 복원대상물에 고온고압의 스팀을 공급하여 복원대상물을 가온시킨 후 예를들어 1기압을 1.01325 kgf/㎠ 단위로 기준하는 경우 내부압을 1.1~3.5 kgf/㎠ 정도를 유지하며 10~30분 정도 일정시간을 고온고압상태를 유지하여 복원대상물에 부착된 유류오염물에 찜질효과를 부여하여 유류성분을 탈리조건을 숙성시킨 후 일시에 에어를 강하게 공급하여 복원대상물에서 탈리된 유류성분이 공기와 함께 외부로 배출시키도록 제공되는 수단을 포함하여 제공되는 오염토양 복원장치를 이용하여 복원대상물 중의 유류성분을 제거할 수 있다.

또한 상기의 스팀가온탈리조에는 내용물을 신속히 가온시키기 위해 전기 히팅코일이 스팀코일이나 적외선가열장치나 탄소코팅 중에서 선택되는 가열수단이 추가로 마련되어 복원대상물을 신속히 가온시켜 유류분의 점도를 낮춰주고 찜질공정을 통하여 오염토양 중 유류분을 완전 탈리시킨 후 강한 공기를 불어주도록 제공될 수 있다.

또한 유류에 오염된 토양을 복원시키기 위해 오염지역의 토양을 수거하여 호퍼저장조에 담을 때 복원대상물 토질의 고유투수계수가 10^-8 이상으로 조절된 후 복 원공정이 실시되어야 오염물 탈리효과를 얻을 수 있는바, 예를들어 복원대상물이 점토질 흙인 경우 그 고유투수계수는 10^-14~10-¹⁶범위이고, 실트 흙인 경우 그 고유투수계수는 10^-10~10^-14범위를 갖는바, 상기 점토층이나 실트층 토질을 복원하고자 하는 경우 본래의 점토나 실트 토립자 상태에서는 투수계수가 낮아서 점토나 실트 속으로 수분이나 공기가 침투하지 못하여 이를 가온시키거나 오염물을 탈리시키는 공정이 원활히 수행되지 않을 수 있으므로 상대적으로 투수계수가 큰 모래(고유투수계수 : 10^-6~ 10^-8)나 자갈(고유투수계수 : 10^-2~ 10^-6범위) 등과 혼합하여 투수계수(intrinsic permeability)를 10^-8 이상으로 조절하여 주는 것이 바람직 한바, 본원에서는 스팀가온탈리조 내부에 스크류 등의 교반수단이 내장되어 있어서 분당 10~30회 정도로 서서히 교반시켜주게 됨으로 오염토양 중에 점토층이나 실트층이 섞여있는 경우에도 일반 토사석과 자연적으로 혼합되면서 자동적으로 투수계수가 조절되는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본원의 스팀가온탈리조를 이용하여 처리공정에 발생되는 휘발성유기화합물(VOCS)이나 석유계탄화수소 등 유해가스는 배관이나 덕트시설을 이용하여 배기가스정화장치로 보내지는바, 본원에서 제공되는 배기가스정화장치는 중심부에 흡착탑(Scrubber)구조에 충진제층을 마련하고 배기가스를 흡착탑 하부에서 보내주고 고도산화처리 용액을 흡착탑 상부에서 공급하는 수단으로 흡착탑(Scrubber) 내부의 충진제층에서 배기가스와 고도산화처리용 용액이 만나서 정화되는 시스템이 적용될 수 있다.

이하, 본원의 기술사상이 구체화되기 위한 더욱 상세한 발명의 실시양태는 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'란 기재에서 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본원의 스팀가온탈리조는 내부에 스크류 등의 교반수단이 내장되어 분당 10~30회 정도로 서서히 교반시켜주게 됨으로 오염토양 중에 점토층이나 실트층이 섞여있는 경우에도 일반 토사석과 자연적으로 혼합되면서 자동적으로 투수계수가 조절될 수 있으며 따라서 정화효율을 높이는 효과를 갖는다.

본원은 화학약품인 세척제나 세척수를 사용하지 않음으로 2차적 오염원을 발생시키지 않고 스팀가온탈리조에 외부의 스팀이나 에어를 공급받기 위한 배관을 갖고 먼저 복원대상물을 교반시키면서 고온고압의 스팀을 공급하여 복원대상물을 가온시킨 후 일정시간을 유지하며 찜질효과를 부여하여 복원대상물에 부착된 유류오염물을 탈리시킨 후 에어를 공급하여 복원대상물에서 탈리된 유류오염물이 공기와 함께 외부로 배출시키도록 제공되며, 배출되는 유해가스는 배기가스정화장치를 통하여 배출시키게 됨으로 수처리로 인한 2차 오염원을 남기지 않는 효과를 갖는다.

본원의 스팀가온탈리조는 물 사용이 없이 수직 직하구조로 복원대상물을 이송받고 유류오염물을 탈리시킨 후에는 다시 직하구조로 정화된 토양을 배출하는 구조로 제공되어 별도의 이송라인이 필요없는 구조로 제공되어 작업장 부지를 절약할 수 있는 효과를 갖는다.

이하 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 구현 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하고자 하는바, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 발명의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 또한 본원 도면에 제시되는 실시양태는 본원의 목적을 달성하기 위한 하나의 적용예에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

도 1에서는 본원의 기술사상이 구현되는 처리시스템의 적용 실시예를 나타내는 공정도를 측면도 형식으로로 도시한 것이다.

도 1을 참조하여 본원의 기술사상이 구체화되는 일 실시예 양태를 설명하여 보면, 유류에 오염된 복원대상물(1)을 포크레인 등을 이용하여 수거하여 호퍼저장조1, 2(10-1, 10-2)담고 호퍼저장조하부에는 유출량을 조절하는 계량부(10a)를 갖고 예를들어 처리용량을 5톤/batch로 정하는 경우 처리용량에 적합한 계량된 복원대상물을 이송콘베이어1(11) 및 이송콘베이어2(12)를 이용하여 스크린조(20)로 보내지며 스크린조(20)에서는 일정입도 이상의 토사석은 이송콘베이어4(22)을 이용하여 별도의 토사석저장고나 또는 파쇄기(23)로 보내서 일정입도로 파쇄된 후 다시 스크린조(20)로 이송되는 시스템을 가질 수 있고, 스크린을 통과한 일정입도 미만의 복원대상물(1)은 이송콘베이어3(21)을 통하여 오염토양저장고(30)로 보내지는 구성으로 적용될 수 있다.

상기의 설명에서 스크린조(20)는 본원에서 필수구성요소는 아니며, 굵은입자

를 포함하지 않은 일정입도의 토양만으로 제공되는 복원대상물(1)을 처리하는 공정에서는 스크린조(20)를 생략하고 호퍼저장조(10)에서 계측된 양을 오염토양저장고

(30)로 직접 이송할 수 있음은 물론이다.

본원의 호퍼저장조1,2(10-1, 10-2)에서의 계량부(10a)기능은 복원대상물 토양의 투수계수(intrinsic permeability)가 10^-8 이상을 갖는 경우에는 문제될 것이 없으나, 예를들어 고유투수계수가 10^-14인 점토층이나 고유투수계수가 10^-10범위인 실트층이 호퍼저장조1(10-1)에 담겨지고 이를 세정해야 되는 경우에는 호퍼저장조2(10-2)에는 상대적으로 투수계수가 큰 모래(고유투수계수 : 10^-6)나 자갈(고유투수계수 : 10^-2)등이 호퍼저장조2에 담겨져서 호퍼저장조1에 저장된 점토질이나 실트층의 토양과 호퍼저장조2에 담겨진 모래층이나 자갈층과 혼합하여 본원의 처리공정에 투입되는 처리대상 토질의 투수계수(intrinsic permeability)가 10^-8 이상의 입도를 갖도록 조절 및 계량하여 이송콘베이어로 이송시켜주는 것이 바람직할 수 있으므로 그 일실시예를 도시하여 나타낸 것이다.

본원에서는 오염토양저장고 및 스팀가온탈리조가 하나의 뱃치공정을 수행하 되 연속공정을 수행하는 효율을 누리기 위해, 계량된 양으로 예를들면 오염토양저장고1이 채워지면 오염토양저장고2에 보내지는 시스템이 적용될 수 있고, 계량된 양으로 오염토양저장고에 보관된 복원대상물(1)은 스팀가온탈리조로 보내져서 처리되는바, 스팀가온탈리조도 다수개로 제공되어 하나의 스팀가온탈리조가 찜질공정을 수행하는 동안 또 다른 스팀가온탈리조는 유입이나 유출의 공정을 수행하면서 연속공정을 수행하는 효율을 누리도록 제공되는 것이 바람직하다.

도 1에 제시된 도면을 참조하여 하나의 작업양태를 예시하여 보면, 먼저 오염토양저장고1(30)에 계량된 양으로 저장된 복원대상물(1)이 뚜껑이 덮이지 않은 스팀가온탈리조(50')로 직하투입될 수 있으며, 스팀가온탈리조(50') 내부로는 스크류타입의 교반장치(52)가 내장되어 복원대상물을 교반시켜 주는 교반기능을 갖고, 몸체 측벽이나 저부로는 외부의 스팀공급배관(54) 및 에어공급배관(55)을 가지며, 저부로는 내용물을 배출하기 위한 배출슈트(53)를 갖는 구조로 제공되어, 오염토양저장고(30)에 1뱃치양으로 저정되었던 복원대상물을 스팀가온탈리조(50')의 내부로 유입받은 후 좌측에 도시된 스팀가온탈리조1(50) 형태와 같이 상부 뚜껑부(56)가 덮여지는 상태를 이루고 난 후 스팀찜질공정이 수행된다.

본원에서 찜질공정은 상압보다는 1.1~3.5 kgf/㎠ 범위의 고압상태에서 찜질공정이 수행되는 것이 유류성분 탈리효율이 높으므로 스팀가온탈리조 몸체(51)와 뚜껑부(56)사이에는 탄성재 패킹이 내삽되어 오토크레이브(autoclave)형태를 이루는 것이 바람직하며, 스팀가온탈리조1(50)의 측부나 저부에 마련된 스팀공급배관(54)을 통하여 복원대상물에 고온고압의 스팀을 공급하여 가온시키고 일정시간동 안 찜질공정을 수행한 후 스팀가온탈리조(50)의 측부나 저부에 마련된 에어공급배관(55)을 통하여 강하게 공기를 불어줘서 복원대상물에서 탈리된 유류성분을 공기와 함께 상부 뚜껑부의 배관이나 덕트(57)시설을 통하여 배기가스정화장치(40)로 보내지고, 유류성분을 탈리시킨 정화된 토양은 스팀가온탈리조의 저부에 마련되는 개방슈트(53)가 열리면서 하부에 대기하는 적재함(60)이나 운반차량에 실려 복원토양 성토지 등으로 운반될 수 있는 시스템의 개략을 나타내고 있다.

도 2에서는 본원에서 적용가능한 스팀가온탈리조(50)의 일 적용양태를 나타내고자 한 것으로, 도 2a는 스팀가온탈리조의 내부 구조를 나타내도록 정면투시도를 나타낸 것이고, 도 2b에서는 측면투시도를 나타낸 것이다.

본원의 일 적용예로 제시되는 스팀가온탈리조(50) 몸체(51)는 스크류타입의 교반축(52a)과 교반날개(52b)가 모터(M)와 감속기(52c)를 포함하는 교반장치(52)를 통하여 복원대상물을 교반시켜 주는 수단을 갖고, 몸체 측벽이나 저부로는 외부의 스팀을 공급하여 주기 위해 몸체(51)외측으로는 스팀공급밸브(54) 몸체(51)내측으로는 스팀공급노즐(54a)을 갖고 동시에 스팀가온탈리조에 공기를 공급하여 주기 위해 몸체(51)외측으로는 공기공급밸브(55) 몸체(51)내측으로는 공기공급노즐(55a)을 가지며, 저부로는 내용물을 배출하기 위한 개방슈트(53)를 갖는 구조로 스팀가온탈리조(50)가 제공될 수 있다.

도 2b에서는 스팀공급노즐(54a) 및 공기공급노즐(55a)이 양측에 각각 하나씩 도시되어 있으나, 도 2a를 통하여 확인할 수 있는바와 같이 스팀공급노즐(54a) 및 공기공급노즐(55a)은 다수개가 서로 교호적으로 제공될 수 있음을 나타내고 있고, 그 작동하는 기능을 상세히 살펴보면, 오염토양저장고(30)에 저정되었던 복원대상물을 스팀가온탈리조(50)의 내부로 유입받은 후 배기가스배출 덕트(57)와 연결된 상부 뚜껑부(56)가 닫히고, 스팀가온탈리조(50) 몸체(51)내부의 교반장치(52)를 이용하여 복원대상물을 서서히 교반시켜 주면서 저부나 측부의 스팀공급밸브(54) 및 스팀노즐(54a)을 통하여 뜨거운 수증기가 공급되며 복원대상물을 가온시키게 되는바 예를들어, 스팀가온탈리조(50) 내의 온도측정지점(58a)에서 측정되는 온도가 온도게이지(58)에 90℃에 이르기까지는 배기가스배출 덕트(57)의 압력조절밸브(57a)가 오픈되어 있다가, 온도측정지점(58a)에서 측정되는 온도가 90℃이상으로 온도게이지(58)에 초과된 것이 확인되면 배기가스배출 덕트(57)의 압력조절밸브(57a)를 잠그고 예를들어 압력게이지(57b)가 1.5 kgf/㎠에 이르도록 가온시킨 후, 스팀공급밸브(54)를 잠그고, 약 10~30분 정도 고온.고압상태를 유지하여 복원대상물에 부착된 유류오염물에 찜질효과를 부여하는 찜질공정이 수행된다.

상기 찜질공정을 통하여 유류분의 탈리조건을 숙성되었다고 판단되면 압력조절밸브(57a)를 오픈시킴과 동시 공기공급밸브(55)도 오픈시켜 에어노즐(55a)을 통하여 공기를 강하게 공급하여 주는 수단으로 복원대상물 중에 붙어있던 유류성분을 탈리시켜 공기와 함께 배기가스정화장치로 보내주는 운전방법으로 적용될 수 있다.

또한 본원의 스팀가온탈리조는 복원대상물량이 많아서 크게 제작될 경우에는 스팀가온탈리조의 측벽이나 내측에 히팅코일이나 적외선가열장치나 탄소코팅 중에서 선택되는 가열수단이 추가되어 유입되는 복원대상물을 신속히 가온시키도록 제공될 수 있는바, 도 2b에서 예시된 바와 같이 스팀가온탈리조조(50) 몸체(51)의 내 부벽에는 히팅코일(51a)이 내장되거나 및/또는 전도성 탄소박막층(51b)이 코팅되어 가열되는 구조를 이룰 수 있으며, 더욱 가열효과를 높이기 위해서는 뚜껑부나 벽면에 적외선가열장치가 추가되어 이들 중에서 선택되는 가열수단이 추가되어 이용될 수 있을 것이다.

도 3은 본원의 오염토양 본원공정 중 스팀가온탈리조에서 발생하는 휘발성유기화합물(VOCS)이나 석유계탄화수소 등 유해가스를 처리하기 위한 배기가스정화장치의 일 적용예를 나타내고자 한 것으로, 본원공정 중 복원대상물 토양에 포함되어 있는 휘발성유기화합물(VOCS)이나 석유계탄화수소 등이 토양과 분리되어 공기와 함께 배출되는 배기가스는 배기덕트를 거쳐 배기가스정화장치를 통과하게 되는바, 본원에 적용가능한 배기가스정화장치(40)는 배기가스가 고도산화처리용 용액에 흡착되어 유해가스를 정화시키는 시스템이 적용될 수 있는바, 흡착탑(41) 내부에는 다공성격벽(42)이 저부로 받침대트레이를 만들어 주고 그 상부로 자갈이나 활성탄여재 등의 충진제층(43)이 적층되는 구성을 이루고, 저부 유입구(S)에는 고도산화처리용 용액(44)이 유입되고, 상부 유입구(G)에는 본원의 스팀가온탈리조의 배기가스배출 덕트(57)부와 연결되는 배기가스가 상부 유입구(G)로 들어가는 구성을 이루어서, 본원의 배기가스정화장치(40)에서 고도산화처리용 용액(44)이 펌프(P)를 이용하여 흡착탑(41) 상부의 노즐분사구(45)로 보내주고 노즐분사구(45)에서는 고도산화처리용액(44)을 분무시켜 주고 스팀가온탈리조에서 발생하는 배기가스가 상부 유입구(G)를 통하여 유입되고 충진제층(43)을 거치면서 상부에서 분무되는 고도산화처리용 용액과 배기가스가 충진제층(43)을 거치면서 고도산화처리용 용액에서 발생 하는 활성 하이드록실라디칼(·OH)에 의해 배기가스 중의 휘발성유기화합물(VOCS)이나 석유계탄화수소 등을 흡착/제거하게 된다.

본원에서 사용가능한 고도산화처리용액(44)은 30~34 중량%의 농도를 갖는 액상과산화수소와 염화철(FeCl2ㆍ4H2O)이나 또는 황산철(FeSO4ㆍ7H2O)을 약 2배정도의 물에 희석하여 과산화수소와 동량으로 혼합하고 산(acid)도를 유지하기 위해 염산이나 황산을 사용하여 pH 3~4범위를 유지하는 상태의 고도산화처리용 용액을 만들어 사용하는 경우 본원에서 제거대상으로 하는 토양오염물 중 발생하는 휘발성유기화합물(VOCS)이나 석유계탄화수소 등이 미세 분무된 고도산화처리용액에 흡착 내지는 접촉하게 되면서 [ Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH- + ㆍOH ]의 반응메카니즘을 통하여 오존보다 강력한 활성 하이드록실라디칼[ㆍOH]에 의해 배기가스에 포함된 유해가스와 반응됨과 동시 매우 빠른 속도로 고도 산화처리되어 유해성가스나 분진의 배출이 없는 정화된 배기가스는 화살표 방향으로 배출되어 굴뚝(46)을 경유하여 배출하게 되는 배기가스 정화시스템이 적용될 수 있음을 나타내고 있다.

본원에서 제공되는 스팀가온탈리조를 이용하여 오염토양의 유류성분 탈리효과를 측정하기 위하여 김해시 주촌면 원지리 주변 밭 토양을 시료로 채취하고, 경유와 윤활유를 5 : 5 비율로 혼합하여 오일성분을 얻고, 토양시료 9.6 ㎏에 오일성분 0.4 ㎏을 혼합하여 원시료를 얻고 원시료를 이용하여 점차적으로 온도를 높여주면서 교반 및 공기를 주입(airation)하는 방법을 수행하며 석유계총탄화수소(TPH)의 잔량실험을 실시하여 하기의 결과를 얻었다.

구분	조건	TPH(㎎/㎏)
찜질공정 없이 가온과 공기만 주입하는 경우	4w% 원시료	25,600
	80℃의 온도까지 가온하며 airation 하는 방법	2580
	100℃의 온도까지 가온하며 airation 하는 방법	1540
	150℃의 온도까지 가온하며 airation 하는 방법	1460
찜질공정을 수행하고 공기를 주입하는 경우	80℃의 온도까지 가온한 후 30분동안 숙성 후 airation 하는 방법	1310
	100℃의 온도까지 가온한 후 30분동안 숙성 후 airation 하는 방법	458
	150℃의 온도까지 가온한 후 30분동안 숙성 후 airation 하는 방법	331

토양오염대책기준을 갖는 관련법에서는 지적법에 의한 지목이 전, 답, 대, 과수원, 목장용지, 임야, 학교용지, 하천, 공원, 체육요지, 유원지, 종교용지 및 사적지인 경우 가지역으로 구분하고, 가지역의 경우 석유계총탄화수소(TPH)의 농도를 500 ㎎/㎏ 이하로 규정하고 있고, 지적법에 의한 지목이 공장용지, 도로, 철도부지 및 잡종지인 경우 나지역으로 구분하고, 나지역의 경우 석유계총탄화수소(TPH)의 농도를 2000 ㎎/㎏ 이하로 규정하고 있는바, 상기의 실험결과로부터 본원의 기술사상을 이용하여 단순히 스팀가온탈리조의 몸체에 스팀공급수단 및 에어공급수단을 갖고 내부로는 교반수단을 갖도록 제공되어 유입된 오염토양 복원대상물을 교반시키면서 고온고압의 스팀으로 가온시켜 일정시간 찜질공정을 수행할 수 있는 스팀가온탈리조만을 이용하는 경우에도 상당한 범위로 관련법의 배출허용 기준을 충족시킬 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

도 1 : 본원의 기술사상이 구현되는 처리시스템의 적용 실시도.

도 2a : 본원에서 적용되는 스팀가온탈리조의 내부 구조를 나타낸 정면투시도.

도 2b : 도 2a의 스팀가온탈리조의 측면투시도.

도 3 : 본원에서 적용되는 배기가스정화장치의 일 적용예시도.

***도면의 주요부호에 대한 설명***

1 : 복원대상물 10 : 호퍼저장조

11 : 이송콘베이어1 12 : 이송콘베이어2

20 : 스크린조 21 : 이송콘베이어3

22 : 이송콘베이어4 23 : 파쇄기

30 : 오염토양저장고 40 : 배기가스정화장치

41 : 흡착탑 42 : 다공성격벽

43 : 충진제층 44 : 고도산화처리용 용액

45 : 노즐분사구 46 : 굴뚝

50 : 스팀가온탈리조 51 : 몸체

52 : 교반장치 53 : 배출슈트

54 : 스팀공급배관 55 : 에어공급배관

56 : 상부 뚜껑부 57 : 덕트

58 : 온도게이지 60 : 적재함

Claims

유류에 오염된 토양의 건식복원방법에 있어서,

오염토양 복원대상물을 수거하여 호퍼저장조에 담고 계량된 양을 스팀가온 탈리조로 이송시키는 제1단계;

스팀가온탈리조는 외통체에 스팀공급수단 및 에어공급수단을 갖고 내부로는 교반수단을 갖도록 제공되어 유입된 오염토양 복원대상물을 교반시키면서 1.1 ~ 3.5kgf/㎠의 고온고압 스팀으로 가온시켜 일정시간 찜질공정을 수행하는 제2단계;

상기 제2단계 찜질공정이 완료된 후 에어공급수단을 통하여 가온된 상태의 오염토양 복원대상물에 다량의 공기를 분사/공급하여 주므로 복원대상물 중 유류성분을 탈리시켜 배출시키는 제3단계;

상기 제3단계 공정을 통하여 배출되는 유체는 배기가스정화장치를 거쳐 배출시키는 제4단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오염토양의 복원방법.
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오염토양에 고온고압의 찜질효과를 줘서 유류성분의 탈리효율을 높이도록 압력 및 온도측정 수단을 갖도록 제공되는 스팀가온탈리조에 있어서,

스팀가온탈리조의 몸체 내부로는 스크류타입이나 교반날개를 갖는 교반장치가 내장되어 복원대상물을 혼합/교반시켜 투수계수를 높여주는 교반수단을 갖고, 몸체 측벽이나 저부로는 외부의 스팀이나 에어를 공급받기 위한 배관을 가지며, 상부로는 뚜껑부를 갖되 뚜껑부는 배기가스정화수단과 연결되기 위한 배관이나 덕트구조와 연결되도록 제공되고, 저부로는 내용물을 배출하기 위한 개방슈트를 갖는 구조로 제공되어, 복원대상물을 스팀가온탈리조의 몸체 내부로 유입받아 뚜껑부가 체결되고 복원대상물을 교반시키면서 고온고압의 스팀을 공급하여 가온시킨 후 일정시간을 유지하며 찜질효과를 부여하여 복원대상물에 부착된 유류성분의 탈리조건을 충족시킨 후 에어를 공급하여 복원대상물에서 탈리된 유류성분이 공기와 함께 상부의 배관이나 덕트로 배출시키고 하부슈트가 열려 내용물을 배출하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 스팀가온탈리조.
제4항에 있어서,

상기 스팀가온탈리조는 측벽이나 내측에 히팅코일이나 적외선가열장치나 탄소코팅 중에서 선택되는 가열수단이 추가되어 유입되는 복원대상물을 신속히 가온시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 스팀가온탈리조.