KR101579241B1 - 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은, 수평정을 기반으로 수직정을 혼합하여 TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합오염된 토양을 효율적으로 정화할 수 있는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템은, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 양극 수평 주입정들이 포함된 양극 수평정과, 토양에서 양극 수평 주입정들과 직교하는 수직방향으로 매설되는 다수의 양극 수직 주입정들이 포함된 양극 수직정을 구비하는 양극부;와, 토양의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 음극 수평 추출정들이 포함된 음극 수평정을 구비하는 음극부;와, 양극 수평정 및 양극 수직정으로 과산화수소가 포함된 처리약품을 제공하기 위한 주입 탱크;와, 음극 수평정에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수 저장하기 위한 회수 탱크;와, 양극부와 음극부에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 포함된 처리약품이 양극부에서 음극부을 향하여 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하며 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극부에서 트리트먼트 영역으로 이동되게 함과 동시에 음극부에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 전원공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극 수평정과 양극 수직정이 포함된 양극부에서 토양 상측으로 주입되는 과산화수소가 포함된 처리약품에 의해 유류 오염물의 산화 분해가 유도되는 트리트먼트 영역을 형성하면서 음극 수평정이 포함된 음극부에서 유류 오염물이 트리트먼트 영역으로 이동되게 하여 유류 오염물이 산화 분해되게 함과 동시에 음극 수평정에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 복합오염 토양의 정화 효율을 향상시키는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법에 관한 것이다.
산업화에 따른 유류 소비의 비약적인 증가와 다양한 종류의 유기합성물질이 개발되고, 그 사용량이 지속적으로 증가함에 따라 이들 물질들은 생산, 운반, 저장 등의 과정에서 사고나 고의적인 방류 등으로 인해 자연환경에 유출되어 심각한 환경오염을 야기해 왔다. 이에 따라 최근 들어 오염 토양의 복원 기술의 개발이 절실히 요구되고 있으며, 종래의 오염토양의 정화방법에는 화학적 산화법, 토양세정법, 동전기 정화 등의 방법이 있다.
화학적 산화법은 과산화수소와 같은 산화제를 토양에 인위적으로 주입하여 오염물질을 물과 이산화탄소로 완전 산화시켜 제거하는 방식이다. 처리 시간이 짧고 처리효율도 높아 최근 각광받고 있지만, 산화를 위해서는 산화제를 토양에 공급해 주어 오염물질과 접촉시켜야 하나 점토질 토양은 수리전도도가 너무 낮아 화학적 산화제를 주입하거나 접촉시켜 주는 것이 어렵다.
토양세정법은 물 또는 오염물질 용해도를 증대시키기 위한 첨가제가 함유된 물을 관정을 통하여 토양 공극 내에 주입함으로써 토양에 흡착된 오염물질을 탈착시켜 지상으로 추출하여 처리하는 기술에 속한다. 주입관정을 통하여 유입된 세정용액은 지하의 오염지역을 통과하면서 토양자에 흡착된 오염물질의 용해도를 높여 토양입자로부터 탈착시키고 이를 추출정을 통하여 양수함으로써 오염지역의 토양을 정화한다. 토양세정법은 생분해 과정이 불가능한 중금속의 경우 활용도가 높지만 살충제, 휘발성 유기화합물, 준휘발성 유기화합물질의 처리시 높은 세정제 비용으로인해 타공정에 비하여 경제성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 또한 투수성이 낮은 토양의 경우 세정용액의 이동에 제약을 받기 때문에 처리효율이 떨어지며 계면활성제와 같은 세정용액에 의해 2차 오염이 발생될 가능성이 있을 뿐만 아니라 오염물질의 이동성을 증가시켜 비오염지역 특히 포화지역으로의 오염물질 확산을 초래하기도 한다.
동전기 정화기술은 토양 내에 전극을 설치하고 전류를 흐르게 하여 전기적, 화학적, 수리학적 전도현상을 유발시켜 토양 내의 유체가 이동함으로써 오염물이 제거되는 방법으로, 공급된 전기장에 의한 이온 이동('이후 전기장에 의한 이온 이동은 전기 이온 이동으로 지칭함')과 전기삼투의 복합 효과에 의하여 토양 및 지하수로부터 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 수평정을 기반으로 수직정을 혼합하여 TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합오염된 토양을 효율적으로 정화할 수 있는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 측면은, 양극 수평정과 음극 수평정과 같이 관정이 수평방향으로 매설됨에 따라서 관정의 개수에 비하여 지중의 넓은 오염 공간에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 지하 매설물 등 지중 간섭대상이 많은 경우 양극 수직정의 개수를 최소로 하면서 그 간섭 대상을 회피하여 적용할 수 있으므로 안전하게 오염 토양을 정화할 수 있는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 토양 상측 양극부에서 주입되는 과산화수소가 포함된 처리약품에 의해 TPH 오염물의 산화 분해가 유도되는 트리트먼트 영역을 형성하면서 토양 하측 음극부에서 전기 이온이동에 의해 TPH 오염물을 트리트먼트 영역으로 이동되게 하여 TPH 오염물이 산화 분해되게 함으로써 복합오염 토양의 정화 효율을 향상시키는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 음극부에 OH- 완충능이 큰 유기산을 이용하여 전기분해에 의해 발생하는 OH- 이온의 음극부 내 유입을 억제하여 음극부 근처에서 중금속 이온의 수산화 침전에 따른 세정효율 감소를 방지할 수 있는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 음극부에 계면활성제를 추가적으로 주입하여 음극부 쪽에서 세정작용과 산화 분해작용에 의해 오염물질이 효율적으로 분해될 수 있도록 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템은, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 양극 수평 주입정들이 포함된 양극 수평정과, 토양에서 양극 수평 주입정들과 직교하는 수직방향으로 매설되는 다수의 양극 수직 주입정들이 포함된 양극 수직정을 구비하는 양극부;와, 토양의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 음극 수평 추출정들이 포함된 음극 수평정을 구비하는 음극부;와, 양극 수평정 및 양극 수직정으로 과산화수소가 포함된 처리약품을 제공하기 위한 주입 탱크;와, 음극 수평정에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수 저장하기 위한 회수 탱크;와, 양극부와 음극부에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 포함된 처리약품이 양극부에서 음극부을 향하여 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하며 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극부에서 트리트먼트 영역으로 이동되게 함과 동시에 음극부에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 전원공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 양극 수평정은, 주입 탱크와 제1공급펌프를 통하여 연결되는 제1수평정 분배 헤더;와, 과산화수소가 포함된 처리약품을 지중 오염공간으로 공급하기 위하여 제1수평정 분배 헤더에 연결되되 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수평 주입정들;과, 양극 수평 주입정들과 나란한 방향으로 양극 수평 주입정들 각각에 설치되어 전원공급장치에 의해 양극전압이 인가되는 양전극들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 양극 수직정은, 주입 탱크와 제2공급펌프를 통하여 연결되는 수직정 분배 헤더;와, 과산화수소가 포함된 처리약품을 지중 오염공간에 공급하기 위하여 수직정 분배 헤더에 연결되되 양극 수평 주입정들과 교번적으로 배치되도록 지중 수직방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 음극 수평정은, 지중 오염공간에서 중금속이 포함된 오염물질을 추출하기 위하여 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 나란하게 설치되는 다수의 음극 수평 추출정들;과, 음극 수평 추출정들과 나란한 방향으로 음극 수평 추출정들 각각에 설치되어 전원공급장치에 의해 음극전압이 인가되는 음전극들;과, 음극 수평 추출정들에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수하기 위하여 제3공급펌프를 통하여 회수 탱크와 연결되는 제2수평정 분배 헤더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 음극부 쪽으로 OH- 이온을 중화 처리하기 위한 pH 조절제를 제공하는 pH 조절제 공급 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 과산화수소가 포함된 처리약품은, 구연산(Citric Acid), 휴믹산(Humic Acid), 플보산(Fulvic Acid) 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 과산화수소가 포함된 처리약품은, 나트륨 도데실 설페이트(SDS)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1수평정 분배 헤더에는 양극 수평 주입정들에 대응되게 다수의 제1결합부가 소정 간격으로 이격 형성되며, 제1결합부에는 제1밸브와 제1연결튜브가 차례대로 설치되어 양극 수평 주입정들에 과산화수소가 포함된 처리약품을 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 회수 탱크와 음극부의 사이에 구비되어 중금속이 포함된 오염물질을 일시적으로 저장하는 회수 피트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 양극 수직 주입정들의 일단부는 지상에 위치하며 타단부는 양극 수평 주입정들이 매설된 제1깊이에 비해 깊은 지역에 위치되도록 매설되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 다른 측면에서 본다면, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 삽입되는 다수의 양극 수평 주입정들이 포함된 양극 수평정과, 토양에서 양극 수평정들이 설치된 다음 토양에 수직방향으로 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들이 포함된 양극 수직정을 구비하는 양극부;와, 제1깊이에 비해 깊은 토양의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 삽입되는 다수의 음극 수평 추출정들이 포함된 음극 수평정을 구비하는 음극부;와, 양극 수평정 및 양극 수직정으로 과산화수소와 구연산이 포함된 처리약품을 제공하기 위한 주입 탱크;와, 음극 수평정에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수 저장하기 위한 회수 탱크;와, 양극부와 음극부에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소와 구연산이 포함된 처리약품이 양극부에서 음극부을 향하여 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하며 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극부에서 트리트먼트 영역으로 이동되게 함과 동시에 음극부에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 전원공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 양극 수평정은, 주입 탱크와 제1공급펌프를 통하여 연결되는 제1수평정 분배 헤더;와, 과산화수소가 포함된 처리약품을 지중 오염공간으로 공급하기 위하여 제1수평정 분배 헤더에 연결되되 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수평 주입정들;과, 양극 수평 주입정들과 나란한 방향으로 양극 수평 주입정들 각각에 설치되어 전원공급장치에 의해 양극전압이 인가되는 양전극들;을 포함하며, 양극 수직정은, 주입 탱크와 제2공급펌프를 통하여 연결되는 수직정 분배 헤더;와, 과산화수소가 포함된 처리약품을 지중 오염공간에 공급하기 위하여 수직정 분배 헤더에 연결되되 지중 수직방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들;을 포함하며, 음극 수평정은, 지중 오염공간에서 중금속이 포함된 오염물질을 추출하기 위하여 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 나란하게 설치되는 다수의 음극 수평 추출정들;과, 음극 수평 추출정들과 나란한 방향으로 음극 수평 추출정들 각각에 설치되어 전원공급장치에 의해 음극전압이 인가되는 음전극들;과, 음극 수평 추출정들에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수하기 위하여 제3공급펌프를 통하여 회수 탱크와 연결되는 제2수평정 분배 헤더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화방법은, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 오염 토양 내에 양극 수평정과 음극 수평정 및 양극 수직정을 차례대로 매설하는 단계;와, 양극 수평정 및 양극 수직정 쪽에 과산화수소가 포함된 처리약품을 주입하는 단계;와, 양극 수평정과 음극 수평정에 전원을 인가하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 포함된 처리약품이 양극 수평정 및 양극 수직정에서 소정 범위에 걸쳐 이동되면서 토양 내의 철분과 반응하여 생성된 수산화라디칼에 의해 TPH 오염물이 산화 분해되는 영역으로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하면서 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극 수평정에서 트리트먼트 영역으로 이동되어 수산화라디칼에 의해 산화 분해되게 함과 동시에 음극 수평정에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화방법을 다른 측면에서 본다면, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 오염 토양 내에 양극 수평정과 음극 수평정을 차례대로 매설하는 단계;와, 양극 수평정과 서로 교번적으로 위치하도록 양극 수직정을 매설하는 단계;와, 양극 수평정 및 양극 수직정 쪽에 과산화수소가 포함된 처리약품을 주입하는 단계;와, 양극 수평정과 음극 수평정에 전원을 인가하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 포함된 처리약품이 양극 수평정 및 양극 수직정에서 소정 범위에 걸쳐 이동되면서 토양 내의 철분과 반응하여 생성된 수산화라디칼에 의해 TPH 오염물이 산화 분해되는 영역으로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하면서 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극 수평정에서 트리트먼트 영역으로 이동되어 수산화라디칼에 의해 산화 분해되게 함과 동시에 음극 수평정에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법은, 수평정을 기반으로 수직정을 혼합하여 TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합오염된 토양을 효율적으로 정화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법은, 양극 수평정과 음극 수평정과 같이 관정이 수평방향으로 매설됨에 따라서 관정의 개수에 비하여 지중의 넓은 오염 공간에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 지하 매설물 등 지중 간섭대상이 많은 경우 양극 수직정의 개수를 최소로 하면서 그 간섭 대상을 회피하여 적용할 수 있으므로 안전하게 오염 토양을 정화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법은, 토양 상측 양극부에서 주입되는 과산화수소가 포함된 처리약품에 의해 TPH 오염물의 산화 분해가 유도되는 트리트먼트 영역을 형성하면서 토양 하측 음극부에서 전기 이온이동에 의해 TPH 오염물을 트리트먼트 영역으로 이동되게 하여 TPH 오염물이 산화 분해되게 함으로써 복합오염 토양의 정화 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법은, 음극부에 OH- 완충능이 큰 유기산을 이용하여 전기분해에 의해 발생하는 OH- 이온의 음극부 내 유입을 억제하여 음극부 근처에서 중금속 이온의 수산화 침전에 따른 세정효율 감소를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법은, 양극부에 음이온 계면활성제를 추가적으로 주입하여 과산화수소가 안정적으로 분해될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 상부 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 하부 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템에서 유류 오염물이 정화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템에서 중금속 오염물이 정화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 추출된 중금속 존재형태 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 A지역의 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 B지역의 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 A지역과 B지역의 모델링 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 상부 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 하부 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템에서 유류 오염물이 정화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템에서 중금속 오염물이 정화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연속 추출된 중금속 존재형태 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 A지역의 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 B지역의 검증 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 A지역과 B지역의 모델링 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 상부 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 하부 평면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템에서 유류 오염물이 정화되는 과정을 도시한 도면이며, 도 5는 도 1에 도시된 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템에서 중금속 오염물이 정화되는 과정을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10a)은, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양(20)의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 양극 수평 주입정들(112)이 포함된 양극 수평정(110)과, 토양(20)에서 양극 수평 주입정들(112)과 직교하는 수직방향으로 매설되는 다수의 양극 수직 주입정들(122)이 포함된 양극 수직정(120)을 구비하는 양극부(100);와, 토양(20)의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 음극 수평 추출정들(211)이 포함된 음극 수평정(210)을 구비하는 음극부(200);와, 양극 수평정(110) 및 양극 수직정(120)으로 과산화수소가 포함된 처리약품을 제공하기 위한 주입 탱크(300);와, 음극 수평정(210)에서 추출된 오염물질을 회수하여 정화 처리하기 위한 회수 탱크(400);와, 양극부(100)와 음극부(200)에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 양극부(100)에서 음극부(200)을 향하여 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역(Treatment zone)을 형성하며 전기 이온 이동에 의해 음극부(200)에서 TPH 오염물이 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동되게 함과 동시에 음극부(200)에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 전원공급장치(500);를 포함하여 구성된다.
토양(20)에는 유류 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양이 채워져 있다. 여기서, 유류 오염물은 TPH(Total Petroleum Hydrocarbon)로 오염된 물질을 포함할 수 있으며, 중금속 오염물은 아연, 구리, 납으로 오염된 물질을 포함할 수 있다.
주입 탱크(300)는, 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 양극부(100)로 제공한다. 주입 탱크(300)는 양극부(100)에 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 공급함으로써, 수산화라디칼에 의해 토양(20)에 존재하는 TPH 오염물의 직접적인 산화 분해가 유도되는 트리트먼트 영역(Treatment zone)이 형성된다.
여기서, 과산화수소가 포함된 처리약품(310)은 과산화수소 이외에 킬레이트제 또는 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
킬레이트제는 구연산(Citric Acid), 휴믹산(Humic Acid), 플보산(Fulvic Acid) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
계면활성제는, 과산화수소의 안정성이 증가될 수 있도록 양극부(100)와 연결되어 토양(20)의 상측으로 제공되어 과산화수소의 분해 속도를 지연시키는 역할을 한다.
즉, 계면활성제는 펜턴 산화반응에 의해 과산화수소가 생존기간이 짧은 수산화라디칼로 급격하게 분해되는 것을 방지하는 계면활성제를 포함할 수 있다. 이러한 계면활성제는 나트륨 도데실 설페이트(SDS), 나트륨 도데실 벤젠 설포네이트(SDBS)로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 나트륨 도데실 설페이트(SDS)가 선택될 수 있다.
복합오염된 토양(20)에 투입된 과산화수소가 포함된 처리약품(310)은 토양(20)의 금속염과 반응하여 수산화 라디칼과금속산화물을 생성하는데, 이때 생성된 금속산화물은 나트륨 도데실 설페티드(SDS)와 반응하여 착화합물을 형성하게 된다.
이렇듯, 금속산화물과 나트륨 도데실 설페이트(SDS)로부터 형성된 착화합물은 과산화수소의 분해 속도를 지연시키는 안정제 역할을 하게 되어 소량의 과산화수소를 처리하는 경우에도 트리트먼트 영역(Treatment zone)에서 지속적인 정화 효과를 달성할 수 있다.
양극부(100)는, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양(20)의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 양극 수평 주입정들(112)이 포함된 양극 수평정(110)과, 토양(20)에서 양극 수평 주입정들(112)과 직교하는 수직방향으로 매설되는 다수의 양극 수직 주입정들(122)이 포함된 양극 수직정(120)을 구비한다.
양극 수평정(110)은, 주입 탱크(300)와 제1공급펌프(114)를 통하여 연결되는 제1수평정 분배 헤더(111)와, 지중 오염공간에 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 공급하기 위하여 제1수평정 분배 헤더(111)에 연결되되 지중에 수평방향으로 소정 간격을 두고 이격되어서 설치되는 다수의 양극 수평 주입정들(112)과, 양극 수평 주입정들(112)과 나란한 방향으로 양극 수평 주입정들(112) 각각에 설치되는 양전극들(113)을 포함하여 구성된다.
제1공급펌프(114)는 주입 탱크(300)에 저장된 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 제1수평정 분배 헤더(111)로 제공한다.
제1수평정 분배 헤더(111)는, 주입 탱크(300)에 인접한 지상에 설치되어 주입 탱크(300)에 저장된 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 다수의 양극 수평 주입정들(112)에 제공하게 되는데, 이러한 제1수평정 분배 헤더(111)는 양측 단부에 설치되는 받침대들에 의해 지상에서 수평방향으로 길게 고정 설치될 수 있다.
제1수평정 분배 헤더(111)는 내부에 중공을 갖는 원형, 타원 또는 다각형 형상일 수 있으며, 이러한 제1수평정 분배 헤더(111)에는 길이방향을 따라서 다수의 양극 수평 주입정들(112)에 대응되게 다수의 제1결합부(115)가 소정 간격을 두고 이격 형성되어 있다.
제1수평정 분배 헤더(111)의 다수의 제1결합부(115)에는 각각 제1밸브(116)와 제1연결튜브(117)가 차례대로 설치되어 양극 수평 주입정들(112)에 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 선택적으로 제공될 수 있도록 한다.
다수의 양극 수평 주입정들(112)은, 각각 지중 오염공간에 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 공급하기 위하여 제1수평정 분배 헤더(111)와 제1연결튜브들(117)을 통하여 연결되되 지중에 수평방향으로 소정 간격을 두고 이격되어서 설치된다.
각 양극 수평 주입정들(112)은 지면과 동일 수평선상에 위치하도록 토양(20)의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설된다.
이렇게 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 양극 수평 주입정들(112)을 이용하여 관정을 개수에 비하여 상대적으로 지중의 넓은 오염 공간에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 건물의 하부 등 굴착이 불가능한 지중의 오염 공간에서 손쉽게 오염 물질을 추출할 수 있게 된다.
각 양극 수평 주입정들(112)에는 양전극들(113)이 구비되는데, 이러한 양전극들(113)은 양극 수평 주입정(112)과 나란한 방향으로 각 양극 수평 주입정(112)의 양측에서 한 쌍으로 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 양전극들(113)로는 화학적으로 불활성이면서 도전성을 지닌 흑연, 스테인리스강, 티타늄 등의 도체를 사용할 수 있다.
양극 수직정(120)은, 주입 탱크(300)와 제2공급펌프(123)를 통하여 연결되는 수직정 분배 헤더(121)와, 지중 오염공간에 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 공급하기 위하여 수직정 분배 헤더(121)에 연결되어 지중에 수직방향으로 소정 간격을 두고서 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들(122)을 포함하여 구성된다.
제2공급펌프(123)는, 주입 탱크(300)에 저장된 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 수직정 분배 헤더(121)로 공급한다.
수직정 분배 헤더(121)는, 주입 탱크(300)에 인접한 지상에 설치되어 주입 탱크(300)에 저장된 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 다수의 양극 수직 주입정들(122)에 제공하게 되는데, 이러한 수직정 분배 헤더(121)는 양측 단부에 설치되는 받침대들에 의해 지상에 고정 설치된다.
수직정 분배 헤더(121)는 내부에 중공을 갖는 원형, 타원 또는 다각형 형상일 수 있으며, 이러한 수직정 분배 헤더(121)에는 길이방향을 따라서 다수의 양극 수직 주입정들에 대응되게 다수의 제2결합부(124)가 소정 간격을 두고 이격 형성되어 있다.
수직정 분배 헤더(121)의 다수의 제2결합부(124)에는 각각 제2밸브(125) 및 제2연결튜브(126)가 차례대로 설치되어 양극 수직 주입정들(122)에 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 선택적으로 제공될 수 있도록 한다.
다수의 양극 수직 주입정들(122)은, 각각 지중 오염공간에 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 공급하기 위하여 수직정 분배 헤더(121)와 제2연결튜브들(126)을 통하여 연결되되 지중에 수직방향으로 소정 간격을 두고 이격되어서 설치된다.
각 양극 수직 주입정들(122)은 지중에 수직방향으로 나란하게 직선형으로 매설된다. 이러한 양극 수직 주입정들(122)의 일단부는 지상에 위치하며 타단부는 효율적인 정화를 위하여 양극 수평 주입정들(112)이 매설된 제1깊이에 비해 깊은 지역에 위치되도록 매설될 수 있다.
여기서, 각 양극 수직 주입정들(122)과 각 양극 수평 주입정들(112)은 서로 교번적으로 배치되는 것이 바람직한데, 이는 관정의 개수를 줄이면서도 상대적으로 넓은 오염 공간에 효율적으로 적용할 수 있도록 하기 위함이다. 다만, 지하 매설물 등 지중 간섭대상이 많은 경우 양극 수직 주입정들(122)의 개수는 조절하면서 그 간섭 대상을 회피하여 적용할 수 있음은 물론이다.
음극부(200)는, 토양(20)의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 음극 수평 추출정들(211)이 포함된 음극 수평정(210)을 포함하여 구성된다.
음극 수평정(210)은, 지중 오염공간에서 중금속을 포함한 오염물질을 추출하기 위하여 지중에 수평방향으로 소정 간격을 두고서 나란하게 설치되는 다수의 음극 수평 추출정들(211)과, 음극 수평 추출정들(211)과 나란한 방향으로 배치되게 음극 수평 추출정들(211) 각각에 설치되어 음극전압이 인가되는 음전극들(212)과, 다수의 음극 수평 추출정들(211)에서 추출된 오염물질을 회수 처리하기 위하여 제3공급펌프(214)를 통하여 회수 탱크(400)와 연결되는 제2수평정 분배 헤더(213)를 포함하여 구성된다.
다수의 음극 수평 추출정들(211)은, 지중 오염공간에서 중금속이 포함된 오염물질을 추출하기 위하여 지중에 수평방향으로 소정 간격을 두고서 나란하게 매설된다.
각 음극 수평 추출정들(211)은 지면과 동일 수평선상에 위치하도록 토양(20)의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설된다.
각 음극 수평 추출정들(211)에는 음전극들(212)이 구비되는데, 이러한 음전극들(212)은 음극 수평 추출정(211)과 나란한 방향으로 각 음극 수평 추출정(211)의 양측에서 한 쌍으로 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 음전극들(212)로는 화학적으로 불활성이면서 도전성을 지닌 흑연, 스테인리스강, 티타늄 등의 도체를 사용할 수 있다.
제2수평정 분배 헤더(213)는, 내부에 중공을 갖는 원형, 타원 또는 다각형 형상일 수 있으며, 이러한 제2수평정 분배 헤더(213)에는 길이방향을 따라서 다수의 음극 수평 추출정들(211)에 대응되게 다수의 제3결합부(215)가 소정 간격을 두고 이격 형성되어 있다.
제2수평정 분배 헤더(213)의 다수의 제3결합부(215)에는 각각 제3밸브(216) 및 제3연결튜브(217)가 차례대로 설치되어 음극 수평 추출정들(211)에서 제공된 중금속이 포함된 오염물질이 선택적으로 제공될 수 있도록 한다.
이러한 제2수평정 분배 헤더(213)를 통하여 회수된 중금속이 포함된 오염물질은 회수 피트(PIT, 218)에 일시적으로 저장될 수 있으며, 제3공급펌프(214)는, 제2수평정 분배 헤더(213)를 통하여 회수 피트(218)에 저장된 중금속이 포함된 오염물질을 회수 탱크(400)로 공급하기 위한 동력을 제공한다.
회수 탱크(400)는, 음극부(200)에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수 정화 처리하는데, 이러한 회수 탱크(400)에는 중금속이 포함된 오염물질을 세정하기 위한 세정제가 투입될 수 있음은 물론이다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10a)에서는 양극 수평정(110)과 음극 수평정(210)에 의해 TPH 오염물이 처리되는 트리트먼트 영역(Treatment zone)이 형성되는데, 이러한 트리트먼트 영역(Treatment zone)은 양극 수평정(110)의 양전극들(113)과 음극 수평정(210)의 음전극들(212)에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 양전극들(113)에서 음전극들(212)을 향하여 이동되면서 TPH 오염물의 산화 분해가 유도되도록 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 이동되는 유동 거리로 정의된다.
전원공급장치(500)는 정류장치(510)를 거쳐 양극 수평정(110)의 양전극(113)과 음극 수평정(210)의 음전극(212)에 대한 전원공급을 하는 것으로, 직류전원뿐만 아니라, 펄스전원도 공급할 수 있다.
펄스 동전기 기술은 직류전원 대신 순간적인 펄스전원으로 다양한 물리ㆍ전기화학 효과를 일으켜 TPH 오염물 및 중금속 오염물로 복합오염된 토양을 정화하는 기술로서, 오염정화 처리가 어려웠던 점토질의 토양에 적용성이 우수할 수 있다.
이러한 전원공급장치(500)는 양극 수평정의 양전극(113)과 음극 수평정의 음전극(212)에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 양전극(113)에서 음전극(212)을 향하여 이동되면서 TPH 오염물의 산화 분해가 유도되도록 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역(Treatment zone)을 형성함과 동시에 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극부(200)에서 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동되게 한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10a)은, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양(20) 상측과 하측을 천공하여 양극 수평정(110)과 음극 수평정(210)을 각각 양극부(100)과 음극부(200)로 하여 삽입한 다음 양극 수직정(120)을 양극 수평정(110)과 교번적으로 위치하도록 삽입하여, 이에 전원공급장치(500)를 연결하여 전원을 공급하여 전기 삼투을 일으키게 하고, 양극부(100)에 연결된 주입 탱크(300)에서 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 투입하여 양극부(100)을 통해 토양(20)의 상측에 주입되게 하고, 음극부(200)에 연결된 회수 탱크(400)를 통하여 토양(20)의 중금속이 포함된 오염물질이 추출되도록 한다.
이렇게 제1수평정 분배 헤더(111)와 양극 수평 주입정들(112)를 거쳐 토양(20) 상측으로 공급되는 과산화수소가 포함된 처리약품(310)은 전기 삼투에 의해 양극부(100)에서 토양(20) 하측의 음극부(200)로 이동하면서 그 사이에 존재하는 TPH 오염물을 산화 분해시키는 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 유동시키게 되며, 전기 이동에 의해 TPH 오염물이 토양(20) 하측의 음극부(200)에서 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동하면서 그 사이에 존재하는 TPH 오염물이 산화 분해될 수 있도록 한다. 동시에, 아연, 구리, 납과 같이 중금속으로 오염된 물질은 음극부(200)의 음극 수평 추출정들(211)과 제2수평정 분배 헤더(213)를 거쳐 회수 탱크(400)로 회수되어 정화 처리될 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10a)은 양극 수평 주입정들(112)과 음극 수평 추출정들(211)과 같이 관정이 지중의 수평방향으로 매설됨에 따라서 관정의 개수에 비하여 지중의 넓은 오염 공간에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 지하 매설물 등 지중 간섭대상이 많은 경우 양극 수직 주입정들(122)의 개수를 조절하면서 그 간섭 대상을 회피하여 적용할 수 있으므로 복합 오염 토양을 안전하면서도 매우 효율적으로 정화할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화방법을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화방법은, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 오염 토양 내에 양극 수평정 및 양극 수직정과 음극 수평정을 삽입하는 단계(S10);와, 양극 수평정 및 양극 수직정 쪽에 과산화수소가 포함된 처리약품을 주입하는 단계(S20);와, 양극 수평정과 음극 수평정에 전원을 인가하여 전기 삼투에 의해 상기 과산화수소가 포함된 처리약품이 양극 수평정 및 양극 수직정에서 소정 범위에 걸쳐 이동되면서 토양 내의 철분과 반응하여 생성된 수산화라디칼에 의해 TPH 오염물이 산화 분해되는 영역으로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하면서 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극 수평정에서 트리트먼트 영역으로 이동되어 수산화라디칼에 의해 산화 분해되게 함과 동시에 음극 수평정에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 단계(S30);를 포함하여 구성될 수 있다.
다음, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템의 작용에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10a)은, 복합 오염된 토양(20) 내에 TPH 오염물과 중금속 오염물이 존재하는 부위로 산화제인 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 주입하고 토양(20)에 양극 수평정(110)과 음극 수평정(210) 및 양극 수직정(120)을 차례대로 매설하고 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 양극 수평정(110)과 양극 수직정(120)에서 음극 수평정(210)을 향하여 이동하게 된다.
이때, 과산화수소는 양극 수평정(110) 및 양극 수직정(120)에서 TPH 오염물의 산화 분해가 유도되도록 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 이동되는 유동 거리에 의해 정의되는 양극 수평정(110) 및 양극 수직정(120)에 인접한 범위의 트리트먼트 영역(Treatment zone)에서는 과산화수소에 의해 토양(20) 상측 TPH 오염물의 산화 분해 작용을 거치고, 토양(20) 하측 TPH 오염물을 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동시켜 산화 분해시킨다.
즉, 과산화수소가 포함된 처리약품(310)은 복합 오염된 토양(20) 내로 이동할 때 토양(20) 내에 존재하는 철성분(Fe2 +)과 같은 금속염과 반응하여 펜턴 산화반응을 일으켜 수산화라디칼을 생성하게 된다.
이렇게 펜턴 산화반응은 TPH 오염물을 산화 분해하는 고급 산화공정의 하나로, 과산화수소가 포함된 처리약품(310)과 금속염이 반응하여 생성된 수산화라디칼에 의해 TPH 오염물이 분해된다. 실제 토양의 처리에 있어서는 토양 내에 미네랄로써 철과 같은 금속염이 존재하기 때문에 별도로 철과 같은 금속염을 공급하여 주지 않아도 펜턴 산화반응이 일어난다.
이러한 펜턴 산화반응에 의해 생성된 수산화라디칼(·OH)은 강력한 산화력을 가지며 TPH 오염물을 산화시켜 분해하고 중금속 오염물 등과도 반응하여 무해한 화합물로 변화시키는 성질이 있다.
이와 같이, 양극 수평정(110) 및 음극 수평정(210)에 전원을 공급하면서 토양(20) 상측으로 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 계속하여 주입하면 위와 같은 반응을 거쳐 수산화라디칼이 생성되면서 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 정의되는 소정 범위에서 TPH 오염물이 산화 분해되고, 토양(20) 하측에서 TPH 오염물이 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동되어 TPH 오염물이 산화 분해될 수 있도록 한다. 동시에, 중금속 오염물은 토양 하측의 음극 수평정(210)을 통하여 회수 탱크(400)로 추출될 수 있게 된다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10a)은, 수평정(110,210) 기반에 수직정(120)을 혼합 적용함으로써 전기 삼투를 이용하여 과산화수소가 포함된 처리약품(310)의 이동성을 향상시켜 이로부터 생성된 수산화라디칼이 토양(20)에 분포된 TPH 오염물과 반응하게 하여 트리트먼트 영역(Treatment zone)을 상대적으로 지중의 넓은 공간에 형성하며 전기 이동에 의해 TPH 오염물이 음전극(212)에서 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동되게 함과 동시에 음극부(200)에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출될 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10a)은, 수평정(110,210)을 기반으로 수직정(120)을 혼합하여 TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합오염된 토양을 매우 효율적으로 정화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예를 도 8을 참조하여 설명한다. 전술한 일 실시예와 동일한 구성 요소를 나타내는 경우에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템을 나타낸 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10b)은, TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양(20)의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 삽입되는 다수의 양극 수평 주입정들(112)이 포함된 양극 수평정(110)과, 토양(20)에서 양극 수평 주입정들(112)과 직교하는 수직방향으로 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들(122)이 포함된 양극 수직정(120)을 구비하는 양극부(100);와, 토양(20)의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 삽입되는 다수의 음극 수평 추출정들(211)이 포함된 음극 수평정(210)을 구비하는 음극부(200);와, 양극 수평정(110) 및 양극 수직정(120)으로 과산화수소가 포함된 처리약품(310)을 제공하기 위한 주입 탱크(300);와, 음극부(200)에 계면활성제를 제공하기 위한 계면활성제 공급 탱크(600);와, 음극부(200)에 OH-이온을 중화 처리하기 위한 pH 조절제를 제공하는 pH 조절제 공급 탱크(700);와, 음극 수평정(210)에서 추출된 오염물질을 회수 저장하기 위한 회수 탱크(400);와, 양극부(100)와 음극부(200)에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 과산화수소가 포함된 처리약품(310)이 양극부(100)에서 음극부(200)를 향하여 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하며 전기 이온 이동에 의해 TPH 오염물이 음극부에서 트리트먼트 영역으로 이동되게 함과 동시에 음극부(200)에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 전원공급장치(500);를 포함하여 구성된다.
음극부(200)에는 계면활성제 공급 탱크(600)가 연결되어 있다. 계면활성제 공급 탱크(600)는 음극부(200)에 계면활성제를 공급함으로써, 토양에 존재하는 TPH 오염물을 세정 흡착하여 전기 이동에 의해 음극부(200)에서 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동되게 한다.
또한, 음극부(200)에서 주입되는 계면활성제는 용액 내에서 단량체로 존재하지만, 계면활성제의 농도가 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC) 이상이 되면 미셀을 형성하게 되는데, 이러한 미셀의 유화작용에 의해 토양에 흡착되어 있는 TPH 오염물 및 중금속 오염물의 표면장력을 감소시켜 토양으로부터 분리시키고 용해도를 증가시켜 제거효율을 높일 수 있다.
결국, 음극부(200)에서 주입되는 계면활성제는 세정 흡착과 전기 이동에 의해 TPH 오염물이 효율적으로 제거됨과 동시에 유화 작용에 의해 중금속 오염물을 매우 효율적으로 제거될 수 있도록 한다.
이러한 계면활성제는 나트륨 도데실 설페이트(SDS: Sodium dodecyl sulfate), 나트륨 도데실 벤젠 설포네이트(SDBS: Sodium dodecyl benzene sulfonate)로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 나트륨 도데실 설페이트(SDS)가 선택될 수 있다.
전기 삼투란 토양의 표면은 음전하를 띠고 있으므로 토양에 아주 가까운 주변에는 그 인력에 의해 양이온이 밀집되어 전극들에 전류를 걸어 주었을 경우 양극부(100) 쪽에서 음극부(200) 쪽으로 양이온들이 이동하면서 같은 방향으로 물의 흐름이 생기는 현상이다. 이렇게 전기 삼투현상이 물의 흐름에 의해 과산화수소를 음극부(200) 쪽으로 이동시켜 오염물을 토양 내에서 산화 분해되도록 한다.
여기서, 토양(20) 내 오염물의 산화 분해는 과산화수소가 주입되는 주입부분, 즉 양극부(100) 쪽인 토양(20) 상측에서는 활발히 진행되어 오염물의 제거효율이 높은 반면 주입부분으로부터 멀어질수록 제거효율은 감소하게 되는데, 본 발명의 다른 실시예에서는 이러한 단점을 보완하기 위해서 과산화수소가 주입되지 않는 음극부(200)에 계면활성제를 주입하여 계면활성제가 TPH 오염물을 세정 흡착하여 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로 이동시켜 수산화라디칼에 의해 산화 분해될 수 있도록 한다.
이에 의해, 전에 오염물의 제거율이 떨어졌던 음극부(200) 쪽에서는 계면활성제의 세정 작용과 전기 이동에 의해 트리트먼트 영역(Treatment zone)으로의 이동을 통한 산화 분해 작용에 의해 토양(20)의 전 구간에서 균일하게 제거될 수 있도록 한다.
여기서, 트리트먼트 영역(Treatment zone)의 형성을 위한 과산화수소의 농도는 토양(20)의 함수율 및 오염물 농도 그리고 다른 유기물 함량 등을 고려하여 결정될 수 있는데, 트리트먼트 영역(Treatment zone)은, 음전극(212)과 양전극(113) 사이 간격의 40~60% 범위로 조절되어 토양(20)의 전 구간에서 보다 효율적이면서도 균일한 정화 효율을 얻을 수 있도록 한다.
또한, 음극부(200)에서는 중금속 오염물의 정화 처리시 음극부(200)에서 전기분해에 의해 발생하는 OH-이온이 전기적 인력에 의한 전기 이동과 농도차에 의한 확산으로 토양(20)의 하측에 배치된 음극부(200) 부근에서 이동 중인 중금속 오염물과 결합하여 수산화 침전물이 발생하여 정화 효율이 감소될 수 있는데, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10b)에서는 음극부(200)에 pH 조절제를 주입하여 이러한 OH-이온의 유입이 억제될 수 있도록 한다.
여기서, pH 조절제 공급 탱크(700)에서 주입되는 pH 조절제는 구연산, 초산, 수산 및 호박산 중 어느 하나 이상으로 이루어진 유기산을 포함할 수 있다. 또한, pH 조절제 공급 탱크(700)에서 주입되는 pH 조절제는 유기산에 질산, 황산, 염산 중 어느 하나를 더 첨가할 수 있음은 물론이다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템(10b)은 계면활성제 공급 탱크(600)와 pH 조절제 공급 탱크(700)를 더 포함하여 유류 오염물뿐만 아니라 중금속 오염물을 더욱 효율적으로 정화 처리할 수 있도록 한다.
실시예
1. 인-
시츄
하이브리드
쏘일
플러싱을
이용한 복합오염 토양의 정화시스템 운전조건
| 구분 | 세척제 | 세척제 농도 | 유량 | 전류 | 영향반경 | 정화기간 |
|
실증운전
|
Citric
acid
+
과산화수소 |
Citric
acid
: 0.1M
과산화수소: 10% |
5L/ hr | 3v/ cm | 40 cm | 6개월 |
2. 인-
시츄
하이브리드
쏘일
플러싱을
이용한 복합오염 토양의 정화시스템 현장실증
모니터링
용산 복합오염부지 현장 실증평가를 위해 한국환경산업기술원에서 선정한 한국기술정책연구원에서 검증을 실시하였다. 초기 현장 분석결과를 바탕으로 고농도 지역 2지점을 선정하여 1심도 0~0.3m, 2심도 0.4~0.6m. 3심도 0.6~0.9m 로 3군데 깊이로 토양을 샘플링하여 중금속(Cu, Zn, Pb), 유류(TPH) 농도를 분석하였다.
정화검증 모니터링은 정화기간에 따른 중금속 및 유류의 이동과 제거율을 확인하기 위해 정화운전 초기는 주 1회 토양을 5회 채취하여 분석하였으며, 이후는 월 1회 샘플링을(6개월) 계획하였다. 또한 경제성 분석을 위해 전력소모량, 약품소모량 등 확인하였다.
3. 인-
시츄
하이브리드
쏘일
플러싱을
이용한 복합오염 토양의 정화시스템 현장실증
모니터링
결과
용산 철도부지 토양은 Sand 75 %, Silt 16%, Clay 8% 로 초기 평균 Ph 7.8, 유기물함량 6~12%, CEC 약 15 cmol/kg을 나타났다. 토양 초기평균농도는 A지역 TPH 1,240mg/kg, Cu 429mg/kg, Pb 1,276mg/kg, Zn 1,142mg/kg이며, B지역은 TPH 1,168mg/kg, Cu 639mg/kg, Pb 2,465mg/kg, Zn 2,769mg/kg 이었다.
토양 내에 중금속의 존재 형태를 분석한 연속추출 결과 도 9와 같이 3, 4, 5단계의 형태를 주로 나타내었다. 전류 변화는 초기부터 일정하게 매우 안정하였다.
토양의 깊이별 중금속 및 유류 제거율을 확인하기 위하여 한국환경산업기술원에서 고농도 A 지역 및 B지역을 3심도별로 초기와 주 1회 5주를 시료를 채취하여 유류 및 중금속을 심도별로 분석하였다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 A지역의 검증 결과를 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 B지역의 검증 결과를 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 A지역과 B지역의 모델링 결과를 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, TPH와 Zn의 복합오염은 유사한 패턴의 정화 효율을 나타내고 있었다.
구체적으로, TPH 오염물은 A지역에서 52%, 61%, 42%의 정화효율을 나타냈으며, B지역 30%, 82%, 46%의 정화효율을 나타냈으며, Zn 오염물은 A지역 18%, 39%, 21%의 정화효율을 나타냈으며, B지역 38%, 39%, 36%의 정화효율을 나타냈다.
다만, Pb, Cu는 현장의 중금속의 존재형태가 residual(고착화)되어 있어, 장기간의 운전접근이 필요한 것으로 나타났다. 전체적으로 Zn의 제거율이 Pb에 비해 높았으며 이는 Pb 중금속의 흡착성이 다른 금속에 비해 크기 때문인 것으로 보인다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법은 TPH와 Zn 오염의 유류 및 중금속 복합오염은 일정한 정화 저감효율을 보이고 있으며, Pb, Cu는 residual (고착화) 되어 있어 추가적 시간투입과 모니터링이 필요한 것으로 나타났다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템 및 이를 이용한 정화 방법은 수평정을 기반으로 수직정을 혼합하여 TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합오염된 토양이 효율적으로 정화시키기 위하여 과산화수소에 의해 TPH 오염물의 산화 분해가 유도되는 트리트먼트 영역을 형성하면서 음극부에서 TPH 오염물이 트리트먼트 영역으로 이동되게 하여 TPH 오염물이 산화 분해되게 함과 동시에 중금속 오염물은 음극부를 통하여 추출될 수 있도록 하여 복합오염 토양의 정화 효율을 향상시키는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.
10a, 10b...복합오염 토양의 정화 시스템 20..토양
100...양극부 110...양극 수평정
111...제1수평정 분배 헤더 112...다수의 양극 수평 주입정들
113...양전극들 120...양극 수직정
121...수직정 분배 헤더 122...다수의 양극 수직 주입정들
200...음극부 210...음극 수평정
211...다수의 음극 수평 추출정들 212...음전극들
213...제2수평정 분배 헤더 300...주입 탱크
400...회수 탱크 500...전원공급장치
600...계면활성제 공급 탱크 700...pH 조절제 공급 탱크
100...양극부 110...양극 수평정
111...제1수평정 분배 헤더 112...다수의 양극 수평 주입정들
113...양전극들 120...양극 수직정
121...수직정 분배 헤더 122...다수의 양극 수직 주입정들
200...음극부 210...음극 수평정
211...다수의 음극 수평 추출정들 212...음전극들
213...제2수평정 분배 헤더 300...주입 탱크
400...회수 탱크 500...전원공급장치
600...계면활성제 공급 탱크 700...pH 조절제 공급 탱크
Claims (14)
- TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 양극 수평 주입정들이 포함된 양극 수평정과, 상기 토양에서 상기 양극 수평 주입정들과 직교하는 수직방향으로 매설되는 다수의 양극 수직 주입정들이 포함된 양극 수직정을 구비하는 양극부;와, 상기 토양의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 직선형으로 매설되는 다수의 음극 수평 추출정들이 포함된 음극 수평정을 구비하는 음극부;와, 상기 양극 수평정 및 양극 수직정으로 과산화수소가 포함된 처리약품을 제공하기 위한 주입 탱크;와, 상기 음극 수평정에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수 저장하기 위한 회수 탱크;와, 상기 양극부와 음극부에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 상기 과산화수소가 포함된 처리약품이 상기 양극부에서 음극부을 향하여 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하며 전기 이온 이동에 의해 상기 TPH 오염물이 상기 음극부에서 상기 트리트먼트 영역으로 이동되게 함과 동시에 상기 음극부에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 전원공급장치;를 포함하며,
상기 양극 수평정은, 상기 주입 탱크와 제1공급펌프를 통하여 연결되는 제1수평정 분배 헤더;와, 상기 과산화수소가 포함된 처리약품을 상기 지중 오염공간으로 공급하기 위하여 상기 제1수평정 분배 헤더에 연결되되 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수평 주입정들;과, 상기 양극 수평 주입정들과 나란한 방향으로 상기 양극 수평 주입정들 각각에 설치되어 상기 전원공급장치에 의해 양극전압이 인가되는 양전극들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 양극 수직정은,
상기 주입 탱크와 제2공급펌프를 통하여 연결되는 수직정 분배 헤더;와,
상기 과산화수소가 포함된 처리약품을 상기 지중 오염공간에 공급하기 위하여 상기 수직정 분배 헤더에 연결되되 상기 양극 수평 주입정들과 교번적으로 배치되도록 지중 수직방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들;을
포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 제1항에 있어서,
상기 음극 수평정은,
상기 지중 오염공간에서 중금속이 포함된 오염물질을 추출하기 위하여 상기 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 나란하게 설치되는 다수의 음극 수평 추출정들;과,
상기 음극 수평 추출정들과 나란한 방향으로 상기 음극 수평 추출정들 각각에 설치되어 상기 전원공급장치에 의해 음극전압이 인가되는 음전극들;과,
상기 음극 수평 추출정들에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수하기 위하여 제3공급펌프를 통하여 상기 회수 탱크와 연결되는 제2수평정 분배 헤더;를
포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 제1항에 있어서,
상기 음극부 쪽으로 OH- 이온을 중화 처리하기 위한 pH 조절제를 제공하는 pH 조절제 공급 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 제1항에 있어서,
상기 과산화수소가 포함된 처리약품은,
구연산(Citric Acid), 휴믹산(Humic Acid), 플보산(Fulvic Acid) 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 제1항에 있어서,
상기 과산화수소가 포함된 처리약품은,
나트륨 도데실 설페이트(SDS)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1수평정 분배 헤더에는 상기 양극 수평 주입정들에 대응되게 다수의 제1결합부가 소정 간격으로 이격 형성되며,
상기 제1결합부에는 제1밸브와 제1연결튜브가 차례대로 설치되어 상기 양극 수평 주입정들에 과산화수소가 포함된 처리약품을 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 제1항에 있어서,
상기 회수 탱크와 음극부의 사이에 구비되어 중금속이 포함된 오염물질을 일시적으로 저장하는 회수 피트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 제1항에 있어서,
상기 양극 수직 주입정들의 일단부는 지상에 위치하며 타단부는 상기 양극 수평 주입정들이 매설된 제1깊이에 비해 깊은 지역에 위치되도록 매설되는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - TPH 오염물과 중금속 오염물로 복합 오염된 토양의 제1깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 삽입되는 다수의 양극 수평 주입정들이 포함된 양극 수평정과, 상기 토양에서 상기 양극 수평정들이 설치된 다음 상기 토양에 수직방향으로 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들이 포함된 양극 수직정을 구비하는 양극부;와,
상기 제1깊이에 비해 깊은 상기 토양의 제2깊이에서 지중에 수평방향으로 나란하게 삽입되는 다수의 음극 수평 추출정들이 포함된 음극 수평정을 구비하는 음극부;와,
상기 양극 수평정 및 양극 수직정으로 과산화수소와 구연산이 포함된 처리약품을 제공하기 위한 주입 탱크;와,
상기 음극 수평정에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수 저장하기 위한 회수 탱크;와,
상기 양극부와 음극부에 전원을 공급하여 전기 삼투에 의해 상기 과산화수소와 구연산이 포함된 처리약품이 상기 양극부에서 음극부을 향하여 이동되는 유동 거리로 정의되는 트리트먼트 영역을 형성하며 전기 이온 이동에 의해 상기 TPH 오염물이 상기 음극부에서 상기 트리트먼트 영역으로 이동되게 함과 동시에 상기 음극부에서 중금속이 포함된 오염물질이 추출되게 하는 전원공급장치;를 포함하며,
상기 양극 수평정은, 상기 주입 탱크와 제1공급펌프를 통하여 연결되는 제1수평정 분배 헤더;와, 상기 과산화수소가 포함된 처리약품을 상기 지중 오염공간으로 공급하기 위하여 상기 제1수평정 분배 헤더에 연결되되 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수평 주입정들;과, 상기 양극 수평 주입정들과 나란한 방향으로 상기 양극 수평 주입정들 각각에 설치되어 상기 전원공급장치에 의해 양극전압이 인가되는 양전극들;을 포함하며,
상기 양극 수직정은, 상기 주입 탱크와 제2공급펌프를 통하여 연결되는 수직정 분배 헤더;와, 상기 과산화수소가 포함된 처리약품을 상기 지중 오염공간에 공급하기 위하여 상기 수직정 분배 헤더에 연결되되 지중 수직방향으로 소정 간격을 두고서 이격 설치되는 다수의 양극 수직 주입정들;을 포함하며,
상기 음극 수평정은, 상기 지중 오염공간에서 중금속이 포함된 오염물질을 추출하기 위하여 상기 지중 수평방향으로 소정 간격을 두고서 나란하게 설치되는 다수의 음극 수평 추출정들;과, 상기 음극 수평 추출정들과 나란한 방향으로 상기 음극 수평 추출정들 각각에 설치되어 상기 전원공급장치에 의해 음극전압이 인가되는 음전극들;과, 상기 음극 수평 추출정들에서 추출된 중금속이 포함된 오염물질을 회수하기 위하여 제3공급펌프를 통하여 상기 회수 탱크와 연결되는 제2수평정 분배 헤더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인-시츄 하이브리드 쏘일 플러싱을 이용한 복합오염 토양의 정화시스템. - 삭제
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- 2015-04-28 KR KR1020150059535A patent/KR101579241B1/ko active Active
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