자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치 및 방법{Method and Treatment Apparatus of Dredged Sediment}
본 발명은 퇴적 준설토 중의 골재를 침적물과 분리하고, 오염된 침적물을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하천 및 호소에 퇴적되어 있는 준설토를 준설한 후 골재, 자갈, 모래, 슬러지로 분리하며 이들을 자기 충돌시켜 물리적 충돌력에 의해 슬러지를 선별함으로써 선별된 제품의 품질을 고품위로 유지하고 여액을 재활용하는 자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 하천 및 상수원의 수질 보호 차원에서 팔당호 등 상수원에 대한 퇴적토의 준설이 계획되고 있으며, 하천 하구에서 발생한 수해의 원인 규명에 따른 대책으로 하천 퇴적 토사 준설을 통한 해결방안이 제시되고 있다. 또한, 이들 유역 외에도 우리나라 하천의 대부분이 퇴적 토사로 인한 문제를 가지고 있어서, 퇴적 토사의 준설을 통한 해결 방법이 널리 요구되고 있다. 한편, 준설 토사는 골재 성분과 다량의 오염 물질을 함유한 토사 성분으로 이루어져 있다. 그런데, 우리나라의 건설현장에서는 골재 성분이 모자라기 때문에 염분이 많은 해사를 이용하고 있는 실정에 있어서, 하천의 하상에 존재하는 상기 준설 토사 중의 골재 성분을 적절히 분리하여 골재로 이용한다면 국가적인 차원에서 얻는 효과는 매우 크다고 아니할 수 없다. 또한, 하천 유역의 상류 및 지천에서 유입되는 공장 폐수와 축산 폐수 등으로 인하여 하천 퇴적 토사의 오염 물질 함유량은 날이 갈수록 높아지고 있으며, 이로 인한 하천의 오염도가 나날이 악화되고 있는 실정인 바, 퇴적 토사의 준설을 통한 수질 오염 개선이 절실히 요구되고 있다. 따라서, 향후 수환경의 개선과 친수환경 조성을 위하여 하천의 퇴적물에 대한 준설 사업이 지속적으로 실시될 것이라고 보이지만, 현재 이들 퇴적토들은 준설 후 재처리 또는 재활용 과정 없이 그대로 매립되고 있어서, 매립장의 수명 단축과 유가 자원의 폐기라는 문제점을 안고 있다. 그러므로, 현재 준설 퇴적 토사에 대한 재활용 시스템이 계속적으로 연구되고 있으며, 외국에서도 하천이나 호수 및 해안의 퇴적토에 대한 전체 오염도의 비중이 커짐에 따라 준설 기술 및 퇴적 준설토에 대한 재활용 시스템이 계속적으로 연구, 개발되고 있다. 특히, 미국, 유럽 등지에서는 오염 퇴적물의 위해성을 인식 하고, 이에 대한 처리처분 시스템을 개발 중이거나, 개발 후 시험 중에 있다. 국내의 상황을 살펴보면, 준설 기술에 대해서는 퇴적물의 재부유와 이동에 의해 발생하는 이차 오염을 최소화하는 상태에서의 준설 기술에 대하여 이미 건설 교통부에서 인정한 신기술을 2개 회사에서 보유하고 있고, 외국에서 최근 도입해 온 이차오염방지 준설선을 보유한 업체도 있을 정도로 준설 장비나 준설 기술면에서 외국의 기술에 비해 그리 뒤떨어지지 않는 수준에 와 있으나, 오염퇴적물 처리 기술수준에 대해서 살펴보면, 현재 국내에서 특허 또는 신기술로 인정받고 있는 것은 양이온, 음이온 고분자 응집제를 이용한 응집침전기술과 준설토의 여과에 의한 탈수 처리 후 매립하는 방식 정도가 있을 뿐, 이들 처리법은 오염 토양과 비 오염토양을 구분하지 않고 처리하는 것이어서 매립 처분량의 과다로 인한 비경제적인 측면, 매립지 남용, 그리고 오염 물질의 특성에 따라 응집이 효과적으로 일어날 수 없는 문제점이 발생할 수 있는 바, 이에 대한 대체 기술 개발이 절실히 요구된다고 할 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하천 바닥에 퇴적된 준설토를 골재와 모래 등의 재사용 가능한 제품으로 선별하여 하천의 오염을 줄이고 폐자원의 활용에 따른 경제적 이익을 창출할 수 있으며, 준설토를 세척 후 서로 충돌시켜 물리적 충돌력에 의해 모래로 슬러지를 분리하고, 준설토의 분산 및 세척을 위한 세척수를 재사용할 수 있도록 한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치와 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치는, 하천 바닥에서 골재와 자갈을 채취하여 선별하는 진동스크린, 상기 진동스크린에 의해 선별된 자갈, 모래, 오니에서 자갈을 선별하는 트롬멜, 트롬멜을 통과한 준설토를 세척수와 함께 공급받아 자기 충돌시켜 파쇄 및 분산시키는 분산 세척수단, 트롬멜을 통과한 준설토에서 모래를 선별하는 모래 선별기, 모래가 선별된 슬러지 혼합물에서 슬러지를 구하는 침전수단과, 상기 침전수단에 의해 침전된 슬러지를 탈수하는 탈수기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 준설토 처리방법은, 하천 바닥에서 골재와 자갈을 채취한 후 골재를 선별하는 단계; 상기 단계를 거친 자갈, 모래, 오니 중 자갈을 선별하는 단계; 자갈이 선별된 준설토를 서로 충돌시켜 자기 충돌력 및 분산조의 내벽면에 대한 충돌력에 의해 파쇄 및 분산시키는 단계; 슬러지와 세척수를 분리하는 단계; 슬러지를 탈수하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치와 방법에 의하면, 하천 바닥에 퇴적된 준설토 중 골재와 자갈, 모래와 오니를 서로 분리 준설하여 각각의 제품에 적합한 방법에 의해 골재, 자갈, 모래를 선별할 수 있고, 서로 점착력이 큰 모래와 오니를 자기 충돌력에 의해 분산시켜 이물질을 깨끗하게 제거함으로써 이물질이 혼합되지 않은 양질의 제품을 획득할 수 있으므로 자원 재활용 기술로서 신뢰 성을 향상할 수 있다. 그리고, 제품의 선별시 사용되는 세척수를 순환에 의해 반복 사용하여 유지비용을 절감할 수 있다.
도 1에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치는, 하천 바닥에서 준설한 준설토에 진동을 가하여 골재를 선별하는 진동스크린(1)과; 진동스크린(1)에 의해 골재가 선별된 준설토(자갈, 모래, 슬러지) 중 자갈을 선별하는 트롬멜(2)과; 트롬멜(2)에서 자갈이 선별된 준설토를 세척수로 세척하는 세척조(3)와; 세척조(3)에 의해 세척된 준설토(모래, 슬러지)와 세척수를 공급받아 준설토를 파쇄 및 분산시키는 분산 세척수단(10)과; 세척조(3)에서 세척수가 혼합된 준설토를 공급받아 모래를 선별하는 모래 선별기(4)와; 모래 선별기(4)를 통과하여 모래가 선별된 슬러지 혼합물 중 고형의 슬러지를 응집하는 응집수단(5)과; 응집수단(5)에 의해 고형물이 응집된 슬러지 혼합물 중 고형물을 침전에 의해 분리하는 침전조(6)와; 침전조(6)에 침전된 고형의 슬러지를 가압하여 탈수하는 필터 프레스(7)와; PH조절조(8)를 포함하여 구성된다. 진동스크린(1)은 다수의 선별공을 갖는 평평한 판상이며 진동모터(미도시)에 의해 진동하면서 집게(C)에 의해 준설된 준설토(자갈, 골재 등) 중 상기 선별공 보다 작은 입도의 골재를 선별한다. 트롬멜(2)은 다수의 선별공이 구비된 원통형이며, 구동모터에 의해 제자리 회전한다. 트롬멜(2)은 제자리 회전하는 중에 진동스크린(1)에 의해 선별된 자갈, 모래, 오니를 공급받아 이들을 뒤섞으면서 분산시킨다. 트롬멜(2)에 의하면, 상기 선별공보다 작은 입도의 모래와 오니 및 물은 상기 선별공을 통과하고 상기 선별공보다 큰 입도의 자갈은 상기 선별공을 통과하지 못하고 내부에 잔류함으로써 자갈을 선별할 수 있는 것이다. 세척조(3)는 내부에 공간이 형성된 탱크 구조로서 상기 내부의 공간에 자갈이 선별된 준설토(모래, 슬러지)와 세척수가 함께 저장되어, 상기 세척수에 의해 준설토(모래, 슬러지) 표면에 묻은 이물질이 세척되도록 한다. 분산 세척수단(10)은 도 2에서 보이는 것처럼, 내부가 중공이며 하부에 배출구가 형성된 분산조(11), 분산조(11)의 내부 상하부에서 각각 마주하는 방향을 향해 형성되며 세척조(3)에서 세척된 준설토(모래, 슬러지)와 세척수를 분사하여 자기 충돌에 의해 회전시키는 제1,2분사관(12,13)으로 구성될 수 있다. 제1,2분사관(12,13)은 준설토의 유속을 빠르게 하기 위하여 토출단(12a,13a)은 벤투리관(venturi-pipe) 형태일 수 있다. 즉, 제1,2분사관(12,13)의 단면적이 좁아지다가 확장되어 준설토의 유속이 빨라짐으로써 더 큰 힘에 의해 서로 충돌하여 분산 효과를 더욱 크게 할 수 있다. 모래 선별기(4)는 세척조(3)로부터 세척수가 혼합된 준설토를 공급받아 모래만을 선별할 수 있는 선별스크린이 갖추어진 것일 수 있다. 모래 선별기(4)는 현재 출시되어 있는 것이 그대로 사용될 수 있으므로 구체적인 설명과 도면을 생략하였다. 모래 선별기(4)를 거쳐 모래가 선별되면 슬러지와 세척수가 남게 되며, 응집수단(5)은 고형의 슬러지를 쉽게 선별할 수 있도록 작은 슬러지들을 서로 응집시키는 것이다. 응집수단(5)은 슬러지, 세척수가 담기는 수조 형태이며, 응집제가 첨가 되어 슬러지를 고형화함으로써 응집한다. 응집제는 기존에 사용되고 있는 제품이 사용되며 첨가량은 준설토의 처리 용량에 따라 조절될 것이다. 침전조(6)는 고형의 슬러지와 세척수를 구분하기 위한 것으로, 슬러지와 세척수가 담길 수 있는 탱크구조이다. 물론, 슬러지의 침전효율을 높일 수 있도록 침전조(6)는 슬러지와 세척수의 체류시간을 길게 구성될 수 있고 침전된 슬러지의 준설이 용이하도록 바닥부가 일측을 향해 경사질 수도 있다. 이와 같은 구성의 침전조(6)는 1개 이상이 직렬 방식으로 연결될 수 있다. 필터 프레스(7)는 침전조(6)에서 준설한 슬러지를 처리하기 위한 것으로, 포크레인이나 이송스크류 등에 의해 공급된 슬러지를 가압하여 슬러지에 포함된 물을 탈수한다. 필터 프레스(7)는 다수의 탈수구멍을 갖는 판재가 하강하면서 대상물(슬러지)을 가압하여 탈수하는 것일 수 있다. PH 조절조(8)는 침전조(6)에 잔류한 세척수와 필터 프레스(7)의 탈수시 탈수된 세척수에 PH 조절제를 첨가하여 PH를 중성으로 조절하는 것으로, 세척수가 저장되는 탱크 구조이며, 수작업으로 PH 조절제를 투입하거나 투입장치를 통해 PH 조절제를 투입할 수 있다. PH 조절조(8)는 세척수를 하천에 방류하는 경우에만 선택적으로 적용될 수 있다. 본 발명에 의한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 방법은 다음과 같다. (S10) 준설토 채취. 집게(C)나 포크레인 등을 이용하여 하천 바닥에서 준설토(자갈, 골재, 모래, 슬러지를 말하며, 이들의 크기는 골재>자갈>모래>슬러지 순이다)를 준설한다. (S20) 골재 선별. 진동스크린(1)을 가동하는 중에 (S10) 공정시 준설한 준설토를 진동스크린(1)에 공급하여, 진동스크린(1)의 진동에 의해 준설토에 충격을 가함으로써 이들 을 분산시키며, 이때, 선별공보다 작은 입도의 골재는 선별공을 통과하고 선별공보다 큰 입도의 나머지는 진동스크린(1)에 남게 되어 골재를 선별할 수 있다. (S30) 자갈 선별. 진동스크린(1)에 의해 골재가 선별된 준설토(자갈, 모래, 슬러지)는 트롬멜(2)을 통과하게 되며, 트롬멜(2)의 선별공보다 작은 입도의 모래와 슬러지 및 물은 상기 선별공을 통과하고 상기 선별공보다 큰 입도의 자갈은 상기 선별공을 통과하지 못하여 트롬멜(2) 내부에 잔류하게 된다. 이로써, 자갈을 선별할 수 있는 것이다. (S40) 세척. 자갈이 선별된 모래, 슬러지와 세척수를 혼합하여 모래와 슬러지를 세척한다. 세척조(3)에서 세척된 준설토(모래, 슬러지)는 제1,2분사관(12,13)을 통하여 분산조(11)의 내부에 수직방향으로 분사되는데, 제1,2분사관(12,13)의 분사 방향이 서로 마주하는 방향을 유지하기 때문에 제1,2분사관(12,13)에서 분사되는 준설토는 서로 충돌하게 된다. 준설토가 제1,2분사관(12,13)의 토출관(12a,13a)을 통과할 때 유속이 빨라지기 때문에 가속에 따른 큰 힘이 발생되어 상호간의 충돌력이 커지게 된다. 제1,2분사관(12,13)에서 분사되는 준설토는 서로 충돌하여 파쇄됨과 아울러 분산되고, 아울러, 표면에 묻은 슬러지들이 떨어지고, 이어서, 원주를 가로지르는 방향으로 방향으로 방향 전환되어 분산조(11)의 내벽면에 충돌함으로써 파쇄되거나 분산 및 표면에 묻은 이물질이 제거될 수 있다. (S50) 모래 선별. 세척수에 의해 모래와 슬러지를 세척한 후, 이들을 모래 선별기에 투입하며, 모래 선별기에서는 입도에 의해 모래와 슬러지를 선별한다. 이 공정에서 슬러지로부터 모래를 선별하는 것이다. (S60) 슬러지 응집. 이상의 공정을 거쳐 모래가 선별되면 슬러지와 물만 남게 되며, 이하에서는 재사용될 수 없는 슬러지와 물을 처리하는 것이다. 고형의 슬러지와 액상의 물을 선별을 위해서 슬러지를 응집한다. 슬러지의 응집은 응집제에 의해 이루어질 수 있으며, 슬러지에 적정량의 응집제를 혼합하여 슬러지를 응집한다. 슬러지의 응집은 다음 공정인 침전 효율을 높이기 위한 것이라 할 수 있다. (S70) 침전. 응집된 슬러지와 세척수는 침전조에 유입되어 흐르게 되며, 이 과정 중에 고형의 슬러지는 침전조(6) 바닥을 향해 서서히 침전하게 된다. 침전은 단일 공정만으로 이루어질 수도 있지만, 슬러지의 선별 효율을 높이기 위하여 1차 - 2차 침전으로 이루어질 수도 있다. 침전조(6)에 침전된 슬러지와 세척수는 이후에는 다른 공정을 거치게 되며, 슬러지는 매립되고 세척수는 세척 공정에서 재사용될 수 있다. (S80) 탈수. 침전조(6)에 침전된 슬러지를 퍼내어 필터 프레스(7)에 공급하고, 필터 프레 스(7)의 프레싱에 의해 슬러지를 가압함으로써 슬러지를 탈수한다. (S90) 슬러지 매립. 필터 프레스(7)에는 세척수가 탈수된 고형의 슬러지가 남게 되며, 이 슬러지는 재사용될 수 없으므로 매립장에 매립된다. (S100) PH 조절. 침전조(6)에 잔류하는 세척수와 필터 프레스(7)에서 탈수된 세척수는 PH 조절조(8)에 집수되어 PH 조절제에 의해 PH가 조절된다. PH 조절조(8)에서 PH가 조절된 세척수를 전술한 (S40) 세척공정의 세척조(5)에 공급하여 준설토의 세척시 재사용한다(S110).
도 1은 본 발명에 의한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치의 개략적인 구성도. 도 2는 본 발명에 의한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 장치에 적용된 분산 세척수단의 구성도. 도 3은 본 발명에 의한 자기 충돌에 의한 준설토 처리 방법의 공정도. < 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명> 1 : 진동스크린, 2 : 트롬멜 3 : 세척조, 4 : 모래 선별기 5 : 응집수단, 6 : 침전조 7 : 필터 프레스, 8 : PH 조절조 10 : 분산 세척수단, 21 : 분산조 22,23 : 분사관 |
