KR101060188B1

KR101060188B1 - 열탈착식 오염토양 복원장치

Info

Publication number: KR101060188B1
Application number: KR1020110031339A
Authority: KR
Inventors: 송현도
Original assignee: 주식회사 윈텍에이티에스
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2011-08-29

Abstract

본 발명은 고정된 외통 안쪽으로 회전되는 내통을 마련하되 상기 내통의 외주면과 내주면에는 나사산의 회전방향이 서로 반대인 스크류를 형성하여 오염토양이 상기 외통과 내통의 사이로 공급된 뒤 상기 내통 내부로 흘러가도록 하고 상기 내통 안쪽은 버너로 가열함으로써, 오염토양이 상기 내통과 외통의 사이에서 간접가열된 뒤 상기 내통 내부에서 직접 가열되므로 오염토양의 예열시간이 확보되어 유류성분의 휘발이 적극적으로 일어나고 또한 오염토양의 이동경로가 왕복식으로 겹쳐지므로 일직선일때 보다 장치의 길이를 줄일 수 있는 열탈착식 오염토양 복원장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 투입구를 갖는 고정된 외통, 상기 외통 내부로 들어가 한방향으로만 회전되는 내통 및 상기 내통의 개방된 끝단에 배치되어 버너로 상기 내통 내부의 직접가열실을 가열하는 고정된 버너하우징으로 구성되고, 상기 외통과 내통의 사이에는 상기 투입구와 통하는 간접가열실이 마련되며, 상기 내통은 상기 간접가열실과 직접가열실을 연결하는 연결구가 상기 투입구 반대측에 형성되며, 상기 내통의 외주면과 내주면에는 나사산의 방향이 서로 반대인 외부 이송스크류 및 내부 이송스크류가 간접가열실 및 직접가열실에 각각 구비되어 오염토양이 상기 투입구에서 연결구를 거쳐 상기 버너하우징의 배출구 쪽으로 이송되도록 하며, 상기 외통의 상부에는 오염토양의 열탈착과정에서 발생되는 오염성분 및 상기 버너의 배기가스를 흡입하는 배기관이 구비된 특징이 있다.

Description

열탈착식 오염토양 복원장치{Thermal desorption type soil restore apparatus}

본 발명은 열탈착식 오염토양 복원장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고정된 외통 안쪽으로 회전되는 내통을 마련하되 상기 내통의 외주면과 내주면에는 나사산의 회전방향이 서로 반대인 스크류를 형성하여 오염토양이 상기 외통과 내통의 사이로 공급된 뒤 상기 내통 내부로 흘러가도록 하고 상기 내통 안쪽은 버너로 가열함으로써, 오염토양이 상기 내통과 외통의 사이에서 간접가열된 뒤 상기 내통 내부에서 직접 가열되므로 오염토양의 예열시간이 확보되어 유류성분의 휘발이 적극적으로 일어나고 또한 오염토양의 이동경로가 왕복식으로 겹쳐지므로 일직선일때 보다 장치의 길이를 줄일 수 있는 열탈착식 오염토양 복원장치에 관한 것이다.

일반적으로 주유소, 유류저장탱크 및 화학설비를 갖춘 공장 지대는 지반 내부로 기름이나 중금속이 유출되어 토양이 오염되는 실정이다. 오염토양을 정화시키는 방법으로 화학적처리, 증기추출법 및 열분해 처리법 등이 있다. 화학적처리란 계면활성제 및 산화제 등의 약품을 이용하여 토양으로 부터 오염원을 분리 제거하는 기술이다. 이 과정에서 흡착기를 이용하여 유증기 등의 유해가스를 흡착 제거하는 증기추출법이 병행 시행된다.

또한 오염 토양중에는 미세 분말 형태의 중금속이 포함되어 있는데, 이러한 중금속 또는 중질유는 산화제 및 계면활성제 같은 중화제로 화학적 처리를 하더라도 제거되지 않고 토양에 계속 남게 된다. 특히 납, 수은 및 카드뮴 같은 중금속은 미량이더도 인체에는 치명적이므로 오염토양을 정화시킬 때 필수적으로 제거해야된다.

중금속을 효과적으로 제거하는 방법으로는 토양을 직접 또는 간접적으로 가열시켜 오염성분을 탈착시킨 뒤 이를 포집하여 고온으로 산화시키거나 또는 흡착 제거하는 방법이 있다. 미국특허 제5,302,118호는 회전가마인 로터리킬른(rotary kiln) 타입으로써 오염토양을 복원하기 위한 직접가열방식이다. 한쪽으로 기울어진 회전통의 내부로 오염토양을 투입하고 반대쪽에서 버너로 회전통 내부를 가열시키면 오염토양이 버너쪽으로 흘러 배출되는 과정에서 직접 가열되고 이때 오염성분이 휘발되는데, 오염성분은 따로 포집하여 흡착 제거하거나 또는 고열로 재차 가열시켜 산화시킨다.

그러나 상기 종래의 특허는 오염토양이 흘러가면서 열기와 최대한 접촉되도록 상기 회전통을 길게 형성해야 되므로 설치공간을 많이 차지하고 또한 회전통이 직접 가열되므로 열손실이 발생되는 등의 문제점이 있었다.

미국특허 제5,927,970호는 내부의 회전통 외측으로 외통을 감싸고 상기 외통과 회전통 사이 공간을 버너로 가열하여 회전통 내부의 오염토양이 열탈착되도록 한 간접가열방식의 복원장치가 제안된 바 있다.

그러나 이것은 오염토양이 간접적으로 가열되기 때문에 오염토양이 회전통 내부에서 충분히 가열되어야 하므로 체류시간이 길게 되어 하루에 복원할수 있는 오염토양이 한정되는 문제가 있었다.

국내특허 제807772호 역시 간접가열 방식으로 오염토양을 복원하는 장치이나, 이것 역시 오염토양이 직접가열되지 못하므로 예열 및 가열하는데 충분한 시간이 필요하므로 운전시간이 길어지는 단점이 있으며, 또한 외통과 회전통 사이에서 버너를 작동시키므로 외통이 간접가열되어 외통을 단열시키는 장치가 추가로 필요한 등의 기술적인 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 고정된 외통 안쪽으로 회전되는 내통을 마련하되 상기 내통의 외주면과 내주면에는 나사산의 회전방향이 서로 반대인 스크류를 형성하여 오염토양이 상기 외통과 내통의 사이로 공급된 뒤 상기 내통 내부로 흘러가도록 하고 상기 내통 안쪽은 버너로 가열함으로써, 오염토양이 상기 내통과 외통의 사이에서 간접가열된 뒤 상기 내통 내부에서 직접 가열되므로 오염토양의 예열시간이 확보되어 유류성분의 휘발이 적극적으로 일어나고 또한 오염토양의 이동경로가 왕복식으로 겹쳐지므로 일직선일때 보다 장치의 길이를 줄일 수 있는 열탈착식 오염토양 복원장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 외통을 감싸는 커버를 마련하고 상기 커버의 하부에는 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄 같은 값싼 연료를 직접 연소시켜 외통 및 내통을 간접가열함으로써, 상기 버너를 사용하지 않고 오염토양을 직접 열탈착 시키거나 또는 버너와 병행하여 열탈착할 수 있으므로 고가의 연료를 이용하는 버너의 사용을 줄일 수 있는 열탈착식 오염토양 복원장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투입구를 갖는 고정된 외통, 상기 외통 내부로 들어가 한방향으로만 회전되는 내통 및 상기 내통의 개방된 끝단에 배치되어 버너로 상기 내통 내부의 직접가열실을 가열하는 버너하우징으로 구성되고, 상기 외통과 내통의 사이에는 상기 투입구와 통하는 간접가열실이 마련되며, 상기 내통은 상기 간접가열실과 직접가열실을 연결하는 연결구가 상기 투입구 반대측에 형성되며, 상기 내통의 외주면과 내주면에는 나사산의 방향이 서로 반대인 외부 이송스크류 및 내부 이송스크류가 간접가열실 및 직접가열실에 각각 구비되어 오염토양이 상기 투입구에서 연결구를 거쳐 상기 버너하우징의 배출구 쪽으로 이송되도록 하며, 상기 외통의 상부에는 오염토양의 열탈착과정에서 발생되는 오염성분 및 상기 버너의 배기가스를 흡입하는 배기관이 구비된 특징이 있다.

본 발명은 고정식 외통과 회전식 내통으로 구성되는데, 상기 내통은 외주면에 외부 이송스크류가 형성되고 내주면에는 내부 이송스크류가 형성된다. 상기 내통은 한방향으로만 회전되는데, 상기 외통과 내통 사이로 오염토양이 공급되면 이들 사이 공간에 마련되는 상기 외부 이송스크류에 의해 오염토양이 이송되어 상기 내통 내부로 공급된다.

상기 내통은 내부의 배출구 쪽에 버너가 마련되어 내부 공간이 직접 가열되는데, 상기 내통의 표면이 열기에 의해 가열되면 내통의 외주면과 접한 상태로 이송되는 오염토양이 간접가열되어 이송중에 충분히 예열된다.

황토성분이 많은 토양의 경우 유류에 오염되면 뭉쳐지는데, 이러한 뭉쳐진 흙은 잘게 부숴 내부의 오염성분이 충분히 가열되도록 해야된다. 그러나 종래의 직접 또는 간접가열방식의 복원장치들은 뭉쳐진 흙이 흘러가는 동안 이를 잘게 부숴 해체시키는 수단이 마련되지 않았으므로 복원효율이 떨어지는 문제가 있었다. 본 발명은 토양의 흐름이 왕복식으로 왼쪽으로 흐른뒤 오른쪽으로 흐르는 교차의 형태를 가지면서 간접가열과 직접가열이 병행되는 것이므로 뭉쳐진 흙이 간접가열에 의해 건조되는 과정을 거친다. 그리고 상기 내통에는 토양을 분쇄하는 수단이 마련되어 뭉쳐진 흙이 이송과정에서 분쇄되어 잘게 흐터지도록 하기 때문에 토양의 내부까지 균일하게 가열되어 오염성분의 휘발성이 향상된다.

또한 본 발명은 내통 내부의 버너 열기가 외통으로 인하여 차단되어 단열효과가 있으며, 그 차단된 열기는 오염토양을 간접가열하는데 사용하기 때문에 에너지 절약 측면에서 우수하며, 토양이 왕복교차되는 방향으로 이송되므로 일직선으로 이송시킬때보다 장치의 길이를 절반으로 줄일 수 있는 등의 이점이 있다.

그리고 상기 외통에는 커버가 마련되고 상기 커버 하부에는 가격이 저렴한 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄 등을 연소시키는 연소실이 마련되므로 상기 외통을 직접 가열하여 상기 외통과 내통의 사이로 이송되는 토양을 적극적으로 가열 건조시킬 수 있다. 따라서 오염토양의 복원성이 향상되며 특히 고가의 연료를 사용하는 버너의 이용을 줄일 수 있으므로 경제적인 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 복원장치의 분리 사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 복원장치의 일부 확대 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 복원장치의 정단면도
도 4는 도 3의 A - A선 단면도
도 5는 본 발명 다른 실시예의 복원장치의 정단면도
도 6은 도 5의 B - B선 단면도

본 발명 한 실시예의 복원장치는 고정된 외통(10), 상기 외통(10) 내부에서 회전되는 내통(20)으로 구성되는데, 상기 내통(20)의 외주연과 외통(10)의 내주연 사이에는 오염토양이 흘러가는 간접가열실(12)이 마련되고, 상기 내통(20)은 개방된 한쪽 끝단에 마련된 버너하우징(30)의 버너(31)에 의해 가열되는 직접가열실(22)이 내부에 구성된다.

상기 외통(10)은 한쪽 끝단 상부에 오염토양을 투입하는 투입구(11)가 마련되고, 상기 버너하우징(30)의 하부에는 정화된 오염토양을 배출하는 배출구(32)가 마련되며, 상기 내통(20)에는 상기 투입구(11)와 반대쪽에 연결구(21)가 형성되어 상기 간접가열실(12)과 직접가열실(22)을 연결한다.

상기 내통(20)은 외주면에 외부 이송스크류(23)가 형성되고, 내주면에는 내부 이송스크류(24)가 형성되는데, 상기 외부 이송스크류(23)는 상기 외통(10)의 내주연과 근접되게 형성되고 상기 내부 이송스크류(24)는 상기 내통(20) 내부 바닥에서 약간 돌출된 형태로 형성된다. 상기 외부 이송스크류(23) 및 내부 이송스크류(24)는 나사산이 서로 반대로 형성되는데, 상기 내통(20)이 오른나사 방향으로 회전될 경우 상기 외부 이송스크류(23)는 왼나사 방향으로 형성하고 상기 내부 이송스크류(24)는 오른나사 방향으로 형성한다. 이처럼 구성하면 오염토양이 상기 투입구(11)에서 연결구(21) 쪽으로 외부 이송스크류(23)를 타고 이송된 뒤 내통(20) 내부로 떨어지고 이후 내부 이송스크류(24)를 타고 상기 배출구(32) 쪽으로 이송된다.

상기 내통(20)의 연결구(21)에는 버킷(25)이 구비되는데, 오염토양이 상기 간접가열실(12)에서 상기 외부 이송스크류(23)를 타고 이송되면 상기 연결구(21)를 따라 상기 내통(20) 내부로 흘러가도록 안내하는 역할을 한다.

상기 내통(20)에는 상기 버너(31)가 설치되지 않은 반대측면 중심으로 노즐관(40)이 마련된다. 상기 노즐관(40)은 내통(20) 외부에서 별도의 구조물에 의해 고정되며, 베어링(43)을 통하여 상기 내통(20) 측면과 결합되므로 상기 내통(20)이 회전되더라도 노즐관(40)은 고정된다. 그리고 상기 노즐관(40)의 외주면에는 다수개의 노즐(42)이 구비되어 고압의 공기 또는 스팀이 오염토양으로 분사되어 토양을 분쇄 시킨다. 상기 노즐관(40)은 고압공기 뿐만 아니라 오염토양의 종류에 따라 화학적 처리를 위한 약품이 상기 노즐(42)에서 분사될 수 도 있다. 또한 상기 노즐관(40)의 외주면에는 빗살 형태의 고정분쇄날(41)이 방사상으로 다수개 구비되는데, 이들 고정분쇄날(41)의 끝단은 상기 내부 이송스크류(24)의 끝단과 간섭되지 않는 높이로 돌출된다. 상기 내통(20)의 내주면에도 상기 고정분쇄날(41)과 교차되는 빗살형태의 회전분쇄날(26)이 방사상으로 다수개 구비되어 이들 분쇄날(26)(41)의 사이로 오염토양이 통과되면서 분쇄된다.

그리고 상기 외통(10)의 상부에는 오염토양의 열탈착 과정에서 배출되는 휘발성 가스 성분과 버너의 연소가스를 배출하기 위한 배기관(50)이 마련되는데, 상기 외통(10)에는 상기 배기관(50)과 통하는 배기구멍(51)이 천공된다. 상기 배기관(50)으로 포집된 가스는 고온으로 소각하여 환경호르몬인 다이옥신을 제거하거나 또는 진공흡착방식으로 제거한다. 미설명부호 20a는 상기 내통(20)의 양단에서 롤러를 이용하여 회전지지하는 회전지지체, 20b는 상기 버너하우징(30)과 내통(20)의 사이 틈새를 막아 열손실을 줄이되 상기 내통(20)의 회전이 가능하도록 해주는 밀폐부재를 나타낸다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 1차 분쇄 및 이물질 선별과정을 거친 오염토양이 상기 투입구(11)로 공급된다. 상기 내통(20)은 한방향으로만 회전되는데, 상기 내통(20)의 외주면에 형성된 외부 이송스크류(23)들에 의해 오염토양이 간접가열실(12)을 지나 연결구(21) 쪽으로 이송된다.

상기 버너(31)는 상기 내통(20)의 내부를 약 300℃ 내외로 가열시키는데, 이때 내통(20)의 내부 열기에 의해 상기 간접가열실(12)이 간접가열되므로 이를 지나는 오염토양이 충분히 예열된다. 상기 간접가열실(12)에서 이송되는 오염토양은 버킷(25)에 의해 연결구(21)를 통하여 내통(20) 내부로 떨어지는데, 상기 내통(20) 내주연에는 내부 이송스크류(24)들이 형성되어 있으므로 오염토양이 배출구(32) 쪽으로 이송되면서 버너(31)에 의해 직접 가열된다.

상기 내통(20) 내부에 형성된 내부 이송스크류(24)들은 그 높이가 낮기 때문에 이송중인 오염토양이 내부 이송스크류(24)들에 의해 위쪽으로 들리면서 이송되다가 내통(20) 바닥으로 떨어지는 과정을 반복하면서 배출구(32) 쪽으로 흘러간다. 또한 내부 이송스크류(24)들의 사이사이로 회전분쇄날(26)이 다수개 구비되고 또한 내통(20) 중앙의 노즐관(40)에는 고정분쇄날(41)이 교차 형성되기 때문에 오염토양이 이들 고정분쇄날(41)과 회전분쇄날(26)의 사이를 반복해서 지나가는 과정에서 뭉쳐진 흙이 분해되어 오염성분이 열기에 의해 적극적으로 가열되어 휘발되며, 이때 휘발된 오염원은 직접가열실(22)에서 연결구(21) 쪽으로 흐른뒤 간접가열실(12)을 거쳐 외통(10)의 배기구멍(51)을 통하여 배기관(50)으로 흡입된다. 그리고 흡착수단에서 제거되거나 또는 고열의 가열장치에서 1000℃ 이상으로 가열되어 산화 제거된다.

유류에 오염된 지역이 황토성분의 토양일 경우 대부분 찰흙처럼 뭉쳐진 상태가 되는데, 이같은 뭉친흙의 경우 상기 간접가열실(12)을 지나는 동안 예열에 의해 반건조 상태가 된 뒤 내통(20) 내부로 공급되므로 직접가열실(22)에서 빠르게 건조되는 이점이 있으며, 특히 고정분쇄날(41) 및 회전분쇄날(26)에 의해 건조된 토양이 잘게 분쇄되므로 토양 내부의 오염원이 쉽게 제거된다. 또한 노즐관(40)의 노즐(42)에서 고압의 공기 또는 스팀이 분사되어 분쇄날(26)(41)들의 사이에 끼인 오염토양을 떨어뜨리거나 또는 유동성을 높여 보다 잘 분쇄되도록 해준다.

그리고 상기 내통(20) 내부에서 내부 이송스크류(24)들에 의해 이송중인 오염토양은 버너(31) 쪽으로 계속 흘러가기 때문에 적극적으로 가열된 뒤 버너(31) 직 하부의 배출구(32)로 배출되면서 오염성분이 제거된다.

도 5 내지 도 6은 본 발명 다른 실시예로써, 본 발명 한 실시예와 동일 구성을 갖는다. 단지 외통(10)을 감싸는 커버(60)가 구비되고, 상기 커버(60)의 하부에는 외통(10) 표면을 직접 가열하는 연소실(61)이 구비된다. 그리고 상기 커버(60)의 상부에는 연도(62)가 마련되는데, 상기 연소실(61)에서 태워지는 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄의 연소과정에서 발생되는 연기 및 가스를 배출외부로 배출한다.

이처럼 구성된 본 발명 다른 실시예는 상기 연소실(61)에 목재, 목탄 갈탄 및 무연탄을 직접 태우면 그 화력이 상기 커버(60) 안쪽으로 퍼지면서 상기 외통(10)을 감싸고 돌기 때문에 상기 간접가열실(12)을 지나는 오염토양이 간접가열된다. 따라서 상기 버너(31)의 화력을 약하게 하여도 되므로 버너(31)의 연료사용량을 줄일 수 있다. 상기 버너(31)는 고가의 경유를 사용하므로 장기간 오염토양을 복원해야되는 현장의 경우 복원비용이 증가되므로 현장 주변의 버려진 목재 또는 값싼 갈탄이나 무연탄으로 상기 간접가열실(12) 내부 온도를 높일 수 있다.

10 : 외통 11 : 투입구
12 : 간접가열실 20 : 내통
21 : 연결구 22 : 직접가열실
23 : 외부 이송스크류 24 : 내부 이송스크류
25 : 버킷 26 : 회전분쇄날
30 : 버너하우징 31 : 버너
40 : 노즐관 41 : 고정분쇄날
42 : 노즐 50 : 배기관
51 : 배기구멍 60 : 커버
61 : 연소실 62 : 연도

Claims

투입구(11)를 갖는 고정된 외통(10), 상기 외통(10) 내부로 들어가 한방향으로만 회전되는 내통(20) 및 상기 내통(20)의 개방된 끝단에 배치되어 버너(31)로 상기 내통(20) 내부의 직접가열실(22)을 가열하는 고정된 버너하우징(30)으로 구성되고,
상기 외통(10)과 내통(20)의 사이에는 상기 투입구(11)와 통하는 간접가열실(12)이 마련되고, 상기 내통(20)은 상기 간접가열실(12)과 상기 직접가열실(22)을 연결하는 연결구(21)가 상기 투입구(11) 반대측에 형성되며,
상기 내통(20)의 외주면과 내주면에는 나사 방향이 서로 반대인 외부 이송스크류(23) 및 내부 이송스크류(24)가 상기 간접가열실(12) 및 직접가열실(22)에 각각 구비되어 오염토양이 상기 투입구(11)에서 연결구(21)를 거쳐 상기 버너하우징(30)의 배출구(32) 쪽으로 이송되도록 하며,
상기 외통(10)의 상부에는 오염토양의 열탈착과정에서 발생되는 오염성분 및 상기 버너(31)의 배기가스를 흡입하는 배기관(50)이 구비된 것을 특징으로 하는 열탈착식 오염토양 복원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 내통(20)의 연결구(21)에는 버킷(25)이 구비되어 상기 간접가열실(12)에서 이송되는 오염토양이 상기 연결구(21)를 통하여 상기 내통(20) 내부로 떨어지도록 한 것을 특징으로하는 열탈착식 오염토양 복원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 외통(10)의 외주연을 감싸는 커버(60)가 구비되고,
상기 커버(60)의 하부에는 목재, 목탄, 갈탄 및 무연탄 같은 연료를 직접 연소시키는 연소실(61)이 구비되어 상기 외통(10) 내부의 간접가열실(12)을 가열하도록 구성되며,
상기 커버(60)의 상부에는 상기 연소실(61)의 연소과정에서 발생되는 연기를 배출하는 연도(62)가 구비됨을 특징으로 하는 열탈착식 오염토양 복원장치.
제 1 항 또는 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
상기 내통(20)의 중앙에는 고정된 노즐관(40)이 구비되고, 상기 노즐관(40)의 외주면에는 빗살 형태의 고정분쇄날(41)이 방사상으로 다수개 돌출 구비되는데, 상기 고정분쇄날(41)의 끝단은 상기 내부 이송스크류(24)들과 닿지 않는 높이로 구비되며,
상기 내통(20)의 내부 이송스크류(24)들의 사이사이에는 상기 고정분쇄날(41)과 교차되는 빗살 형태의 회전분쇄날(26)이 방사상으로 다수개 돌출 구비되어 뭉쳐진 오염토양이 이들 분쇄날(26)(41)들에서 분쇄되도록 한 것을 특징으로 하는 열탈착식 오염토양 복원장치.
제 4 항에 있어서,
상기 노즐관(40)에는 다수개의 노즐(42)이 구비되어 고압공기 및 스팀을 상기 분쇄날(26)(41)들로 분사하여 뭉쳐진 오염토양이 분쇄되도록 한 것을 특징으로 하는 열탈착식 오염토양 복원장치.