KR20170011271A - 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물이 저장된 수조(10); 상기 수조(10)에서 이송된 물을 가압하는 펌프(20); 상기 펌프(20)에서 이송된 물을 저류하는 저류조(30); 상기 저류조(30)에서 이송된 물을 상기 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하는 분배이송기(40); 상기 분배이송기(40)에서 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하는 압력조절기(50); 상기 압력조절기(50)에서 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수를 생성하는 예열기(60); 상기 예열기(60)에서 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 아임계수에 오염토양에 포함된 오염물질이 용출되는 반응기(70); 상기 반응기(70)에서 이송된 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 걸러내는 관입자제거기(80); 상기 관입자제거기(80)에서 이송된 아임계수를 냉각하여 상온의 물을 생성하는 열교환기(90); 상기 열교환기(90)에서 이송된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하는 유속조절기(100); 및 상기 유속조절기(100)에서 이송된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 유류를 유류수집조(120)로 배출하고 상온의 물을 수조(10)로 배출하는 밀도분리기(110);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 오염된 토양을 정화시키기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염토양에 포함된 유류, 다환방족탄화수소, 화약류, 농약류를 포함하는 오염물질을 아임계수로 추출하여 오염토양을 정화하고 오염물질에 포함된 유류를 회수하는 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 등의특성을 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 대기압에서 끓는점이 100도이다. 그러나 고압상태에서는 온도를 올려도 액체 상태를 유지한다. 이러한 상태를 가진 물을 아임계수라고 한다. 온도를 374도 이상으로 올리면 초임계수 상태로 된다. 본 발명에서 사용되는 아임계수(subcritical water)란 온도 100 ~ 374도, 압력 4 내지 400bar 범위의 물이다. 또한, 아임계수의 온도에 따른 유전상수(ε)는 2 내지 50 범위 이내로 메탄올(ε= 32)및 에탄올(ε= 24) 등 유기용매와 비슷하기 때문에 아임계수와 비슷한 용해특성을 갖는다. 상온 상압상태 물의 유전상수는 ε= 79로 이 상태에서 물에 용해되지 않는 물질도 아임계수 상태에서 용해, 추출 될 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 주된 기술에는 토양세척, 증기추출 등의 방법이 있다. 토양세척 기술은 오염된 토양을 적절한 세척제를 사용하여 토양입자에 결합되어 있는 유해 유기오염물질을 분리시켜 처리하는 기법이고, 증기추출은 불포화 수층에서 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 세척제 선택이 필요하며, 용해된 오염물질에 대한 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.
국내대학, 국외대학, 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 토양 내 오염물질들을 효과적으로 추출한다. 이는 산화반응과 달리 환경 내 오염물질을 추출하는데 있어 사용되는 유기용매량을 획기적으로 줄일 수 있고, 유기오염물의 분해를 최소화시키고, 처리후 과정이 단순한 특징이 있는 토양 정화 방법이다. 유기성 오염물질로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원하기 위해서 기존 방법들의 한계를 극복하고, 순수한 물을 이용하여 오염물질을 제거하고, 잔류성 오염물질의 제거 효율을 높이고, 제거된 유류을 회수하는 동시에, 경제적으로 처리할 수 있도록 아임계수를 이용한 토양정화 방법 및 이를 운용할 수 있는 장치에 대한 개발이 여전히 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 출원인은 한국등록특허 제10-1339775호의 아임계수를 이용한 오염토양 정화 장치를 개선하여 상술한 문제점을 해결하려고 하였다.
그러나 종래기술은 반응기가 1개로 구성됨으로써, 반응기의 오염토양 처리량이 많아질수록(반응기 규모가 증대될수록) 물을 아임계수로 변환하기 위하여 물에 열에너지를 공급할 때, 물에 열에너지를 신속하게 공급할 수 없고, 오염토양에 포함된 오염물질이 아임계수로 전달되는 전달효율이 감소하는 문제가 있었다.
또한, 종래기술은 밀도분리기에서 분리된 오염물질과 상온의 물이 외부로 배출되지 않고 통과하면서 유류회수가 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 반응기에서 배출되는 아임계수가 입자와 불순물이 혼합된 상태로 열교환기에 의해 상온으로 환원 되면서, 회수되는 유류에 이들이 포함되는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 아임계수를 반응기의 내부에 적재된 오염토양에 주기적으로 통과시키는 주기모드로 운용할 때, 장치 전체를 주기적으로 반복조작 해야 되는 문제점이 있었다.
따라서 상술한 문제점을 해결하기 위해 개선된 토양정화 및 유류회수장치 구성이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 아임계수의 재활용이 가능한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 아임계수가 오염토양에 포함된 오염물질을 용출 한 후, 아임계수가 추출한 오염물질에 포함된 유류를 용이하게 회수할 수 있는 오염토양 정화 및 유류 회수 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 오염토양 정화 및 유류 회수 장치는 물이 저장된 수조(10); 상기 수조(10)에서 이송된 물을 가압하는 펌프(20); 상기 펌프(20)에서 이송된 물을 저류하는 저류조(30); 상기 저류조(30)에서 이송된 물을 상기 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하는 분배이송기(40); 상기 분배이송기(40)에서 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하는 압력조절기(50); 상기 압력조절기(50)에서 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수를 생성하는 예열기(60); 상기 예열기(60)에서 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에 포함된 오염물질이 아임계수에 용출되는 반응기(70); 상기 반응기(70)에서 이송된 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 걸러내는 관입자제거기(80); 상기 관입자제거기(80)에서 이송된 아임계수를 냉각하여 상온의 물을 생성하는 열교환기(90); 상기 열교환기(90)에서 이송된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하는 유속조절기(100); 및 상기 유속조절기(100)에서 이송된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 유류를 유류수집조(120)로 배출하고 상온의 물을 수조(10)로 배출하는 밀도분리기(110);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응기(70)는 다수로 구성되어 일렬로 병렬 배치되며 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응기(70)는 상기 반응기(70)의 내부에 설치되며 오염토양이 적재되는 토양용기(71)와, 상기 토양용기(71)에 적재된 오염토양이 상기 예열기(60)와 열교환기(90)로 배출되지 않도록 상기 토양용기(71)의 소정 부분을 둘러싸는 토양필터(72)를 포함하며, 상기 토양용기(71)는 상기 반응기(70)에 탈착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응기(70)는 상기 반응기(70)의 상단에 연통되어 오염토양이 건조되도록 오염토양에 스며든 아임계수에 의해 발생하는 증기를 외부로 배출하는 건조밸브(73)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는 상기 다수의 반응기(70)에서 관입자제거기(80)로 각각 이송되는 아임계수의 이송량을 조절하는 다수의 배출조절밸브(130); 및 상기 다수의 배출조절밸브(130)에서 이송된 아임계수를 모아서 상기 관입자제거기(80)로 이송하는 모음관(140);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관입자제거기(80)는 상기 관입자제거기(80)의 내부에 상기 반응기(70)에서 이송된 아임계수를 상기 관입자제거기(80)의 내부 하측으로 유입하는 관입자유입관(81)과, 상기 관입자제거기(80)의 내부에서 수위가 상승하는 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 필터링하는 관입자필터(82)가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수조(10)는 내부에 상기 밀도분리기(110)에서 이송된 상온의 물에 포함된 협잡물을 필터링하는 스크린필터(11)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 오염토양 정화 및 유류 회수 장치는 아임계수의 재활용이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 오염토양 정화 및 유류 회수 장치는 밀도분리기를 이용하여 아임계수가 오염토양에 포함된 오염물질을 추출한 후, 아임계수가 추출한 오염물질에 포함된 유류를 용이하게 회수할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 오염토양 정화 및 유류 회수 장치는 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에 포함된 오염물질을 추출하는 반응기를 다수로 구성함으로써, 오염토양의 정화용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치의 개념도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는 수조(10), 펌프(20), 저류조(30), 분배이송기(40), 압력조절기(50), 예열기(60), 반응기(70), 관입자제거기(80), 열교환기(90), 유속조절기(100), 밀도분리기(110) 및 유류수집조(120)를 포함하여 구성된다.
이때, 아임계수를 생성하는 구성요소는 수조(10), 펌프(20), 저류조(30), 분배이송기(40), 압력조절기(50) 및 예열기(60)이며, 아임계수를 이용하여 오염토양에 포함된 오염물질을 추출하여 정화토양으로 변환하는 구성요소는 반응기(70)이며, 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 불순물, 유류를 추출하여 다시 물로 재활용하는 구성요소는 열교환기(90), 열교환기(90), 유속조절기(100), 밀도분리기(110) 및 유류수집조(120)이다.
수조(10)는 아임계수로 변환하기 위한 상온의 물이 저장된다. 이 때, 상온의 물은 무기물질 함량이 낮은 물 또는 공정 내에서 재활용 되는 물일 수 있다.
펌프(20)는 수조(10)에서 이송된 물을 가압하며, 통상의 산업용 펌프(20)를 사용하므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
저류조(30)는 펌프(20)에서 이송된 물을 저류한다. 좀 더 상세하게, 저류조(30)는 펌프(20)에 의해 가압된 물을 임시적으로 저류(저장)한다.
분배이송기(40)는 저류조(30)에서 이송된 물을 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하며, 3방향 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
이 때, 분배이송기(40)는 물의 분배비율을 제어하는 분배센서(미도시)가 설치 될 수 있다.
분배센서는 분배이송기(40)가 물을 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배하는 비율을 제어하여 압력조절기(50)로 많은 양의 물이 이송되는 것을 방지한다.
압력조절기(50)는 분배이송기(40)에서 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 및 감압한다. 여기에서, 물의 아임계 상태의 압력조건은 4 bar 내지 400 bar 일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 4 bar 내지 100 bar 일 수 있다.
예열기(60)는 압력조절기(50)에서 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수로 변환한다. 여기에서, 물의 아임계 상태의 온도조건은 100도 내지 374도일 수 있다.
반응기(70)는 예열기(60)에서 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 아임계수에 오염토양에 포함된 오염물질이 용출된다. 이 때, 오염토양은 아임계수에 의해 오염토양에 포함된 오염물질이 용출되어 정화토양으로 변환된다.
반응기(70)는 예열기(60)에서 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에서 오염물질을 제거하여 정화토양을 생성하며, 오염물질과 불순물이 혼합된 아임계수를 관입자제거기(80)로 배출한다.
또한, 반응기(70)는 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 연속적으로 통과시키는 연속모드로 작동 될 수 있으나, 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 일정시간간격을 두고 반복적으로 통과시키는 주기모드로 작동될 수도 있다.
관입자제거기(80)는 반응기(70)에서 이송된 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 걸러낸다.
열교환기(90)는 관입자제거기(80)에서 이송된 아임계수를 냉각하여 상온의 물을 생성한다.
유속조절기(100)는 열교환기(90)에서 이송된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하다. 이 때, 유속조절기(100)는 니들밸브로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
밀도분리기(110)는 유속조절기(100)에서 이송된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 상온의 물에 포함된 유류를 유류수집조(120)로 배출하고 상온의 물을 수조(10)로 배출한다. 즉, 아임계수는 관입자제거기(80), 열교환기(90), 유속조절기(100), 밀도분리기(110)를 거쳐서 상온의 물로 재활용된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는 아임계수의 재활용이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는 밀도분리기(110)를 이용하여 아임계수가 오염토양에 포함된 오염물질을 추출한 후, 아임계수가 추출한 오염물질에 포함된 유류를 용이하게 회수할 수 있는 장점이 있다.
한편, 반응기(70)는 오염토양의 처리량을 극대화할 수 있도록 다수로 구성되어 일렬로 병렬 배치되며 서로 연결될 수 있다.
이 때, 다수의 반응기(70)는 예열기(60)에서 이송된 아임계수를 모두 동시에 주입하거나 개별적으로 주입할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염토양에 포함된 오염물질을 용해 추출하는 반응기(70)를 다수로 구성함으로써, 오염토양의 정화용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 반응기(70)는 토양용기(71), 토양필터(72), 건조밸브(73), 냉각코일(74), 냉각수단(75), 냉각팬(76)을 더 포함할 수 있되, 토양용기(71)가 반응기(70)에 탈착 가능하게 설치될 수 있다.
토양용기(71)는 반응기(70)의 내부에 대응하는 구조로 형성되어 내부에 오염토양이 적재되어 반응기(70)의 내부에 설치된다.
또한, 토양용기(71)는 반응기(70)의 일면에 개폐 가능한 설치된 도어를 이용하여 반응기(70)의 내부에 탈착가능하게 설치될 수 있다.
토양필터(72)는 토양용기(71)에 적재된 오염토양이 예열기(60)와 열교환기(90)로 배출되지 않도록 토양용기(71)의 소정 부분을 둘러싼다.
건조밸브(73)는 반응기(70)의 상단과 연통되어 토양용기(71)에 적재된 정화토양에 스며든 아임계수에 의해 발생하는 증기를 외부로 배출하여 정화토양을 건조하는 역할을 한다.
냉각코일(74), 냉각수단(75), 냉각팬(76)은 반응기(70)가 예열기(60)로부터 이송된 아임계수에 의해 과열되는 것을 방지하고, 오염토양의 정화공정 완료 후 고온상태에 있는 반응기(70)를 상온상태로 냉각하기 위한 구성이다.
냉각코일(74)은 반응기(70) 외면에 스프링 형태로 감기며, 파이프형태의 열전도율을 높은 금속재질로 이루어질 수 있다.
냉각수단(75)은 냉각코일(74)의 양단과 연결되어 냉각코일(74)의 양단에 냉열 열전도 또는 냉각수를 공급하여 냉열을 제공한다.
냉각팬(76)은 반응기(70)와 일정간격 이격되게 설치되어 반응기(70)에 냉풍을 제공한다.
한편, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는 다수의 배출조절밸브(130) 및 모음관(140)을 더 포함할 수 있다.
다수의 배출조절밸브(130)는 다수의 반응기(70)에서 관입자제거기(80)로 각각 이송되는 아임계수의 이송량을 조절하여 과도한 양의 아임계수가 관입자제거기(80)로 이송되는 것을 방지하는 역할을 한다.
모음관(140)은 다수의 배출조절밸브(130)에서 이송된 아임계수를 모아서 관입자제거기(80)로 이송하는 삼방변이다.
한편, 관입자제거기(80)는 내부에 관입자유입관(81)과, 관입자필터(82)가 각각 설치될 수 있다.
관입자유입관(81)은 반응기(70)에서 이송된 아임계수를 관입자제거기(80)의 내부 하측으로 유입한다.
관입자필터(82)는 관입자제거기(80)의 내부에서 서서히 수위가 상승하는 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 필터링한다.
즉, 관입자필터(82)는 아임계수의 수위가 상승하면서 아임계수의 수면이 관입자필터(82)에 맞닿는 동안 아임계수의 수면에 부유하는 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 제거함으로써, 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물의 제거 효율을 극대화할 수 있다.
한편, 수조(10)는 내부에 밀도분리기(110)에서 이송된 상온의 물에 포함된 협잡물을 필터링하는 스크린필터(11)가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는 보온기(150)를 더 포함할 수 있다.
보온기(150)는 예열기(60)과 반응기(70)를 둘러싸며, 내부에 설치되는 전기히터(151)를 포함하여 구성되며, 전기히터(151)를 이용하여 예열기(60)와 반응기(70) 열을 제공하여 예열기(60)와 반응기(70)의 내부에 위치하는 아임계수를 아임계 조건의 온도로 유지시킨다.
또한, 보온기(150)는 예열기(60)의 일단에 설치되어 예열기(60)의 내부온도를 측정하는 제1온도센서(152)와, 반응기(70)의 일단에 설치되어 반응기(70)의 내부온도를 측정하는 제2온도센서(153)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제1온도센서(152)와 제2온도센서(153)를 이용하여, 예열기(60)와 반응기(70)의 내부에 위치하는 아임계수를 좀 더 정확하게 아임계 조건의 온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 보온기(150)는 내면과 외면 사이에 보온을 위한 상변화물질(미도시)이 수용될 수 있다.
이 때, 상변화물질은 상변화과정을 통하여 열에너지를 축적하거나 저장된 열에너지를 방출하여 어떤 물질이 고체에서 액체상태, 액체에서 고체상태, 액체에서 기체, 기체에서 액체상태 등으로 변하는 일종의 물리적 변화과정을 이용하여 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하는 물질이다.
또한, 반응기(70)에 초음파진동을 가하는 압전소자(미도시)가 더 설치될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류회수 장치를 이용하여 오염토양을 정화하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
1) 정화대상 오염토양을 토양용기(71)에 적재하고 토양용기(71)의 소정부분을 토양필터(72)로 덮은 다음, 토양용기(71)과 토양필터(72)를 반응기(70) 내부에 설치한다.
2) 수조(10)에 저장된 물을 펌프(20)로 가압하여 순차적으로 저류조(30), 분배이송기(40), 압력조절기(50)로 이송한다. 이때, 분배이송기(40)는 압력조절기(50)에 과부하가 걸리지 않도록 저류조(30)에서 이송된 물 중 일부를 다시 수조(10)로 이송할 수 있다.
3)압력조절기(50)를 이용하여 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하여 예열기(60)로 이송한다.
4)예열기(60)를 이용하여 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수를 생성하여 반응기(70)로 이송한다.
5)반응기(70)를 이용하여 아임계수를 반응기(70) 내부의 토양용기(71)에 적재된 오염토양에 통과시켜 오염물질을 추출하고, 오염물질이 추출된 아임계수를 관입자제거기(80)로 이송한다. 이 때, 반응기(70)는 연속모드나 주기모드로 작동될 수 있다. 또한, 반응기(70)는 아임계수에 의한 과도한 온도상승이 방지될 수 있도록 냉각코일(74), 냉각수단(75), 냉각팬(76)에 의해 냉각될 수 있다.
6)관입자제거기(80)를 이용하여 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 필터링하여 열교환기(90)로 이송한다.
7)열교환기(90)를 이용하여 아임계수를 냉각하여 상온의 물로 변환하여 유속조절기(100)로 이송한다.
8)유속조절기(100)를 이용하여 상온의 물에 유속을 일정하게 조절하여 밀도분리기(110)로 이송한다.
9)밀도분리기(110)를 이용하여 상온의 물에 포함된 유류를 유류수집조(120)로 배출하고 상온의 물을 수조(10)로 배출한다.
이하, 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치를 이용하여 오염토양의 유류 회수를 확인한 실험예를 상세히 설명하기로 한다.
[실험예]
[오염토양의 잔류 유류 측정방법]
유류 오염토양을 본 발명의 장치로 처리한 후 오염토양의 잔류 유류인 석유계총탄화수소 농도는 다음과 같이 측정하였다. 본 발명의 장치에서 처리된 토양 시료(약 10 g)를 250mL의 비이커에 옮긴 후 충분량의 무수황산나트륨을 넣어 잘 섞은 다음, GC분석용 디클로로메탄 100 mL를 넣는다. 초음파추출기를 이용하여 3분간 추출을 하고 추출액을 5B여지를 깐 깔때기로 걸러낸다. 이런 조작을 2회 반복하여 얻은 추출액을 회전증발농축기로 2 mL이 될 때까지 농축하고 방해물질의 제거를 위하여 농축된 추출액에 실리카겔 0.3 g을 넣고 5분간 진탕하고 정치시킨 후 상등액을 2 mL의 바이얼에 옮겨 기체크로마토그래피로 분석을 하였다. 기체크로마토그래피의 분석조건은 다음과 같다.
-분석조건-
검출기: 불꽃이온화검출기(FID);
컬럼: DB-5 (30 m * 32 mm * 0.25 μm);
오븐온도: 45℃(2분) → [10℃/분] → 310℃(25분);
시료료주입구 온도: 280 ℃
검출기 온도: 300 ℃
운반가스(헬륨): 2 mL/분.
[본 발명의 장치에 회수된 유류의 측정방법]
본 발명의 장치에서 회수된 유류의 화학성분과 고위발열량 분석은 원소분석기로 다음과 같이 측정하였다. 본 발명의 장치에서 수집된 유류시료 0.5 g ~ 1 g를 연소관에 투입 후 약 1,000 ℃에서 연소된 시료는 반응관에서 환원되고 GC컬럼을 통과하면서 이동속도에 따라 성분별로 분리되어 열전도도 원소분석기로 검출된다. 사용컬럼은 Porapack PQS (C, H, N, S 성분), SM3A(O 성분)이다. 또한, 각 성분비 자료를 이용하여 고위발열량(HHV)를 산정하였으며, 산정식은 다음과 같다.
-고위발열량 산정식-
HHV (MJ/kg) = 0.3383*C + 1.422*(H??O/8)
[비교예 1]
원유로 오염된 토양을 준비하고, 오염토양 내 오염물질을 추출하여 총석유계 총탄화수소(TPH) 농도를 측정하고, 계산된 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
원유에서 주요 원소성분인 탄소, 수소, 질소, 황, 산소의 원소비율과 고위발열량(HHV)를 측정하고, 계산된 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[오염토양의 잔류 유류 측정방법을 이용한 실시예 1]
원유오염토양을 반응기 내 토양용기에 넣고 압력을 60 bar로 조절하고 펌프로 물을 1 mL/분 속도로 예열기에 주입하였다. 이와 동시에 반응기 온도 275 ℃에서 60분간 유지하였다. 반응이 끝난 후 온도와 압력을 모두 상온, 상압으로 조절한 다음 토양용기 내 토양에 잔류된 오염물질의 농도와 추출수로부터 분리된 회수 유류를 계산한 결과를 표 1 에 나타내었다.
| 원유오염토 | 추출시간 | 추출온도 | TPH농도 (mg/kg) | 제거율(%) | 유류 회수 비율(%) |
| 비교예1 | - | - | 20,549 | - | - |
| 실시예1 | 60 | 275 | 230 | 95 | 91.1 |
[본 발명의 장치에 회수된 유류의 측정방법을 이용한 실시예 2]
본 발명의 장치에서 회수된 유류의 원소비율 및 고위발열량을 계산한 결과를 표 2에 나타내었다.
| 원유 및 회수유 | 구성원소비율(%) | 고위발열량(HHV) | ||||
| C | H | N | S | O | ||
| 비교예2 | 85.14 | 11.88 | 0.75 | 0.02 | 2.21 | 45.30 |
| 실시예2 | 85.97 | 11.14 | 0.84 | 0.16 | 3.45 | 44.31 |
이 때, 원유오염토양은 원유로 오염된 사양토를 이용하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
이에 따라, 본 발명의 장치가 아임계수가 추출한 오염물질에 포함된 유류를 용이하게 회수할 수 있는 점을 확인할 수 있었다.
미설명된 부호 160은 압력게이지이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 시시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 본 발명에 따른 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치
10 : 수조
11 : 스크린필터
20 : 펌프
30 : 저류조
40 : 분배이송기
50 : 압력조절기
60 : 예열기
70 : 반응기
71 : 토양용기
72 : 토양필터
73 : 건조밸브
74 : 냉각코일
75 : 냉각수단
76 : 냉각팬
80 : 관입자제거기
81 : 관입자유입관
82 : 관입자필터
90 : 열교환기
100 : 유속조절기
110 : 밀도분리기
120 : 유류수집조
130 : 배출조절밸브
140 : 모음관
150 : 보온기
151 : 전기히터
152 : 제1온도센서
153 : 제2온도센서
160 : 압력게이지
10 : 수조
11 : 스크린필터
20 : 펌프
30 : 저류조
40 : 분배이송기
50 : 압력조절기
60 : 예열기
70 : 반응기
71 : 토양용기
72 : 토양필터
73 : 건조밸브
74 : 냉각코일
75 : 냉각수단
76 : 냉각팬
80 : 관입자제거기
81 : 관입자유입관
82 : 관입자필터
90 : 열교환기
100 : 유속조절기
110 : 밀도분리기
120 : 유류수집조
130 : 배출조절밸브
140 : 모음관
150 : 보온기
151 : 전기히터
152 : 제1온도센서
153 : 제2온도센서
160 : 압력게이지
Claims (7)
- 물이 저장된 수조(10);
상기 수조(10)에서 이송된 물을 가압하는 펌프(20);
상기 펌프(20)에서 이송된 물을 저류하는 저류조(30);
상기 저류조(30)에서 이송된 물을 상기 수조(10)와 압력조절기(50)로 분배이송하는 분배이송기(40);
상기 분배이송기(40)에서 이송된 물을 아임계 상태의 압력조건으로 가압 또는 감압하는 압력조절기(50);
상기 압력조절기(50)에서 이송된 물을 아임계 상태의 온도조건으로 가열하여 아임계수를 생성하는 예열기(60);
상기 예열기(60)에서 이송된 아임계수를 내부에 적재된 오염토양에 통과시켜 아임계수에 오염토양에 포함된 오염물질이 용출되는 반응기(70);
상기 반응기(70)에서 이송된 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 걸러내는 관입자제거기(80);
상기 관입자제거기(80)에서 이송된 아임계수를 냉각하여 상온의 물을 생성하는 열교환기(90);
상기 열교환기(90)에서 이송된 상온의 물의 유속을 일정하게 조절하는 유속조절기(100); 및
상기 유속조절기(100)에서 이송된 상온의 물을 밀도차이에 의해 선별하여 유류를 유류수집조(120)로 배출하고 상온의 물을 수조(10)로 배출하는 밀도분리기(110);를 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000).
- 제1항에 있어서, 상기 반응기(70)는
다수로 구성되어 일렬로 병렬 배치되며 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000).
- 제1항에 있어서, 상기 반응기(70)는
상기 반응기(70)의 내부에 설치되며 오염토양이 적재되는 토양용기(71)와, 상기 토양용기(71)에 적재된 오염토양이 상기 예열기(60)와 열교환기(90)로 배출되지 않도록 상기 토양용기(71)의 소정 부분을 둘러싸는 토양필터(72)를 포함하며,
상기 토양용기(71)는 상기 반응기(70)에 탈착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000).
- 제1항에 있어서, 상기 반응기(70)는
상기 반응기(70)의 상단에 연통되어 오염토양이 건조되도록 오염토양에 스며든 아임계수에 의해 발생하는 증기를 외부로 배출하는 건조밸브(73)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000).
- 제2항에 있어서, 상기 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000)는
상기 다수의 반응기(70)에서 관입자제거기(80)로 각각 이송되는 아임계수의 이송량을 조절하는 다수의 배출조절밸브(130); 및
상기 다수의 배출조절밸브(130)에서 이송된 아임계수를 모아서 상기 관입자제거기(80)로 이송하는 모음관(140);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000).
- 제1항에 있어서, 상기 관입자제거기(80)는
상기 관입자제거기(80)의 내부에 상기 반응기(70)에서 이송된 아임계수를 상기 관입자제거기(80)의 내부 하측으로 유입하는 관입자유입관(81)과, 상기 관입자제거기(80)의 내부에서 수위가 상승하는 아임계수에 포함된 오염물질의 입자, 부유물, 불순물을 필터링하는 관입자필터(82)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000).
- 제1항에 있어서, 상기 수조(10)는
내부에 상기 밀도분리기(110)에서 이송된 상온의 물에 포함된 협잡물을 필터링하는 스크린필터(11)가 설치되는 것을 특징으로 하는 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치(1000).
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|---|---|---|---|
| KR1020150103610A KR20170011271A (ko) | 2015-07-22 | 2015-07-22 | 아임계수를 이용한 오염토양 정화 및 유류 회수 장치 |
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| KR20170011271A true KR20170011271A (ko) | 2017-02-02 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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