토양 세척 장치{Soil washing device}
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 토양 세척 장치를 나타내는 단면도, 도 2는 도 1에 도시된 공기분사장치를 나타내는 사시도, 도 3은 도 1에 도시된 교반기를 나타내는 사시도, 도 4는 도 1에 도시된 이송컨베이어의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. <도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> 100...토양 세척 장치 110...세척조 111...세척액 배출관 112...배출밸브 120...교반기 121...교반모터 122...교반날개 130...노즐부 131...노즐 140...투입호퍼 141...진동스크린 150...공기분사장치 151...블로어 152...중앙배관 153...연결관 160...이송장치 161...배출관 162...이송컨베이어 163...점토 배출망 164...처리토 배출로
본 고안은 토양 세척 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오염된 토양을 정화시키기 위해 오염토를 세척액과 반응시켜 오염물을 탈착시킨 후 처리된 토양을 배출시키는 토양 세척 장치에 관한 것이다. 현행 토양환경보전법에서 정의되는 토양오염이란, '사업활동 기타 인간의 활동에 의해 토양내에 존재하는 특정한 화학물질의 농도가 높아져서 사람의 건강이나 환경에 피해를 주는 상태'를 말하며, 일반적으로는 산업의 고도발전에 따라 환경의 최종 귀착지인 토양이 각종 유해물질로 인해 오염되는 현상을 뜻한다. 이러한 토양오염을 유발시키는 대부분의 오염물질은 오염 배출원으로부터 공기나 물의 경로를 거쳐 토양에 유입되거나, 폐기물매립지의 침출수 및 유독물 저장시설의 유독물 등이 누출되면서 토양에 유입되어 발생하게 된다. 이렇게 오염된 토양은 지하수의 오염, 농작물과 수목의 생육장애 및 오염토양의 비산에 의한 인체 및 생태계의 악영향 등, 수질 및 대기오염의 근원이 되어 생태계의 심각한 위협을 초래할 수 있다. 게다가, 토양오염의 근원이 되는 오염물질은 그 이동과 전달이 느린 관계로, 한번 오염된 토양을 복원하지 않는 경우 복원하는데 많은 비용 및 시간이 소요될 수 있다. 따라서, 오염된 토양은 적시에 정화되는 것이 바람직하다. 이러한 오염된 토양을 정화하는 기술은, 오염토양 내에서 처리하는 In-situ 방식과 오염토양 밖에서 처리하는 Ex-situ 방식으로 구분된다. 여기서, Ex-situ 방 식은 다시 오염토양 부지 위에서 처리하는 On-site 방식과 오염토양을 운반하여 별도의 부지에서 처리하는 Off-site 방식으로 구분된다. 우리나라의 경우 토지이용률이 높아 오염토양을 빠른 시간내에 정화하여 토지를 재이용하는 것이 경제성이 높은데, 상기 Ex-situ 방식이 In-situ 방식에 비해 정화처리기간이 짧고 정화 효율성이 우수한 장점이 있다. 이러한 상기 Ex-situ 방식에는 소각법, 열탈착법, 토양세척법, 고형화/안정화법, 생반응법 등이 있는데, 소각법 및 열탈착법은 정화효율이 우수하나 다른 정화기술에 비해 높은 에너지 처리비용이 소모되며, 특히 소각법에 의하면 토양 고유의 성질이 소실된다는 단점이 있다. 또한, 고형화/안정화법은 고가의 비용이 소요되어 넓은 면적의 오염부지에서는 적용하기 힘든 단점이 있으며, 생반응법은 처리효과를 확인 및 정량화하기 어렵고 유해한 2차 생성물이 생성될 우려가 있으며, 온도, 습도 및 수소이온농도(pH) 등의 적합한 환경조건이 조성되어야 한다는 단점이 있다. 이에 반해, 토양세척법은 우리나라의 토양환경 상황으로 볼 때 단기간 토양 정화처리가 가능함은 물론이며 처리토의 재활용이 가능하다는 장점이 있다.
본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 오염물질을 제거하는 토양세척법을 적용하여 오염토의 정화 처리기간이 단축되며 정화 효율이 우수한 토양 세척 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 본 고안의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 고안의 실시예 에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 고안의 목적 및 장점들은 실용신안등록청구범위에 나타낸 수단과 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 토양 세척 장치는, 투입되는 오염토와 세척액이 상호 교반되면서 오염토가 정화되는 공간으로서, 하부는 호퍼형상을 가지며, 하부 중앙에는 사용된 세척액을 배출시키기 위한 세척액 배출관과 배출밸브가 구비되는 세척조와; 상기 세척조 내에 수직 설치되어, 세척액과 오염토를 교반모터에 의해 상호 교반시키는 복수개의 교반날개가 구비된 교반기와; 외부 저장탱크로부터 공급받은 세척액을 상기 세척조 내부로 분사시키는 적어도 하나 이상의 노즐이 구비된 노즐부와; 상기 세척조 상부와 연통되도록 상기 세척조의 상부 일측에서 상하부가 개구된 상태로 상방 연장되어 상기 세척조 내부로 오염토를 투입시키는 투입호퍼와; 상기 세척조 하부의 둘레를 따라 관통 결합되어 상기 세척조 내로 공기를 공급시켜 오염토의 교반에 따른 세척 효율을 증진시키는 공기분사장치; 및 상기 세척조 내 일측에서 외부로 연장되어, 세척된 오염토인 처리토를 이송시켜 외부로 배출시키는 이송장치를 포함한다. 또한, 상기 투입호퍼는, 내부를 가로지르도록 장착되는 체망이 형성된 판재로서 상부에서 투입되는 오염토를 진동으로 분리시키면서 상기 세척조로 낙하시키는 진동스크린을 포함할 수 있다. 또한, 상기 공기분사장치는, 공기를 흡입하여 배출시키는 블로어와; 상기 블로어와 연결되어, 상기 블로어에서 배출되는 공기의 출입과 배출량을 조절하기 위 한 중앙밸브가 구비된 중앙배관; 및 상기 중앙배관에서 각각 분배된 상태에서 상기 세척조의 하부 둘레방향으로 각각 연결되며 각각의 밸브를 구비하여 상기 중앙배관을 통과한 공기를 상기 세척조에 주입시키는 복수개의 연결관을 포함할 수 있다. 또한, 상기 이송장치는, 상기 세척조의 일측에서 외부를 향해 소정 기울기로 샹향 연장되며, 일측에는 점토 배출망과 처리토 배출로가 구비되는 배출관; 및 일단부가 상기 세척조의 내측에 포함된 상태에서 타단부는 상기 배출관 내부를 향해 길이방향으로 연장 설치되며, 세척된 오염토인 처리토를 이송모터에 의해 상기 배출관의 길이방향을 따라 상향 이송시키는 이송컨베이어를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 이송컨베이어는, 스크류 컨베이어일 수 있다. 또한, 상기 이송컨베이어는, 복수개의 타공망이 형성된 벨트 컨베이어일 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적인 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 토양 세척 장치를 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 공기분사장치를 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 교반기를 나타내는 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 고안의 토양 세척 장치(100)는 세척조(110), 교반기(120), 노즐부(130), 투입호퍼(140), 공기분사장치(150) 및 이송장치(160)를 포함한다. 상기 세척조(110)는 투입되는 오염토와 세척액이 상호 교반되면서 오염토가 정화되는 공간이다. 상기 세척조(110)의 하부는 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 호퍼형상을 가지며, 하부 중앙에는 사용된 세척액을 배출시키기 위해 외부로 연장된 세척액 배출관(111)과, 상기 세척액 배출관(111)에 설치되어 세척액의 배출량과 배출 유무를 조절하기 위한 배출밸브(112)가 구비된다. 상기 세척액 배출관(111)으로 배출되는 세척액은 별도의 침전조(미도시)에 체류시켜 침전물을 제거시킨 후 상기 세척조(110)에 재투입시킴으로써 재활용이 가능하다. 이러한 재활용되는 세척액은 새로운 세척액과 함께 혼합되어 투입될 수도 있다. 상기와 같이 세척액을 재활용함으로써 2차적인 환경오염을 예방하며 정화처리비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 상기 교반기(120)는 상기 세척조(110) 내에 수직 설치되어 상기 세척조(110)에 투입된 세척액과 오염토를 상호 교반시켜 오염토에 포함된 오염물질을 물리적으로 탈착 제거시키는 부분으로써, 교반모터(121)에 의해 구동되는 복수개의 교반날개(122) 및 교반축(123)을 구비한다. 각 상기 교반날개(122)는 상기 세척조(110) 하부의 호퍼 형상에 대응되도록, 교반축(123) 하부로 갈수록 그 직경이 감소되는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 교반날개(122)는 상기 교반축(123)의 길이방향으로 3단으로 설치될 수 있으나 상기 교반날개(122)의 단수는 이에 한정되지 않는다. 한편, 각 상기 교반날개(122)는 교반 효율을 위해 상부 또는 하부에 위치한 다른 교반날개(122)와 상기 교반축(123)의 원주방향을 따라 소정 각도 어긋나도록 배치될 수 있다. 이러한 상기 교반기(120)에 구비된 교반날개(122)의 형상은 도 3에 도시된 형태로 한정되지 않으며, 보다 다양하게 변형될 수 있다. 한편, 상기 교반모터(121)는 외부 교반제어장치(미도시)와 연결되어 교반속도와 시간이 조정되는 것이 바람직하다. 상기 노즐부(130)는 세척액이 저장된 외부 저장탱크(132)로부터 이송배관(133)에 의해 연결된 상태에서 세척액을 공급받아 상기 세척조(110) 내부로 분사시키는 부분으로서, 적어도 하나 이상의 노즐(131)이 구비된 상태로 상기 세척조(110)의 상부에 설치될 수 있다. 이러한 상기 노즐부(130)의 구성 및 형태는 도 1 또는 도 4에 도시된 것으로 한정되지 않으며, 보다 다양한 형태로 변형될 수 있음을 이해해야 한다. 상기 투입호퍼(140)는 상기 세척조(110)의 상부와 연통되도록 상기 세척조(110)의 상부 일측에서 상하부가 개구된 상태로 상방 연장되어 상기 세척조(110) 내부로 오염토를 투입시키는 부분이다. 이러한 상기 투입호퍼(140)의 내부에는 상부에서 투입되는 오염토를 진동에 의해 분리시켜 상기 세척조(110) 내부로 낙하시키는 진동스크린(141)이 구비될 수 있다. 상기 진동스크린(141)은 체망(미도시)이 형성된 판재로서, 상기 투입호퍼(140)의 내부를 가로지르도록 상기 투입호퍼(140)의 내부에 수평하게 또는 도 1에 도시된 바와 같이 경사지게 장착될 수 있다. 이러한 상기 진동스크린(141)은 진동모터(미도시)의 구동에 의해 투입되는 오염토를 진동으로 분리시키며, 분리된 오염토는 체망(미도시)을 통과하면서 상기 세척조(110) 내부로 낙하될 수 있다. 상기와 같이 상기 진동스크린(141)에 의해 오염토를 분리시켜 투입시키면, 상기 세척조(110)에서 오염토가 세척되는 동안 세척액과 접촉되는 표면적이 넓어지게 되어 오염물질에 대한 정화효율이 향상될 수 있다. 한편, 상기 공기분사장치(150)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 세척조(110) 하부의 둘레를 따라 관통 결합되어 상기 세척조(110) 내로 공기를 공급시켜 오염토가 세척액과 교반되는 동안 오염토의 세척 효율을 증진시키는 부분으 로서, 블로어(151), 중앙배관(152) 및 복수개의 연결관(153)을 구비한다. 여기서, 상기 블로어(151)는 외부로부터 공기를 흡입하여 상기 중앙배관(152)으로 배출시키는 부분이다. 상기 중앙배관(152)은 상기 블로어(151)와 연결되어 상기 블로어(151)에서 배출되는 공기를 통과시키며, 유입되는 공기의 출입과 배출량을 조절하기 위한 중앙밸브(154)를 구비한다. 상기 연결관(153)은 상기 중앙배관(152)에서 각각 분배된 상태에서 상기 세척조(110)의 하부 둘레방향으로 각각 연결되는 복수개의 관으로서, 상기 중앙배관(152)을 통과한 공기를 상기 세척조(110)로 주입시킨다. 이러한 각 상기 연결관(153)에는 각각의 밸브(155)가 구비되어 공기의 출입과 배출량이 개별 조절될 수 있다. 그리고, 상기 세척조(110)와 연결되는 상기 연결관(153)의 단부에는 주입되는 공기의 크기를 조절하기 위한 공기분산기(Sparger;스파저)가 구비될 수 있다. 한편, 복수개의 상기 연결관(153)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 세척조(110) 하부 둘레에 총 4개가 연결될 수 있으나, 상기 연결관(153)의 연결 개수는 이에 한정되지 않으며, 세척 효율을 향상시키기 위해서 상기 중앙배관(152)에서 더 많은 개수로 분배되어 상기 세척조(110)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 공기분사장치(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 중앙배관(152) 부분이 상기 세척조(110)의 외부에 볼트로 고정되는 형태로 될 수 있으나 별도의 고정 없이 구현될 수도 있다. 게다가, 상기 공기분사장치(150)가 고정되는 형 태는 도 2에 도시된 형태로 한정되지 않으며, 보다 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이러한 상기 공기분사장치(150)에 의해 상기 세척조(110) 내부로 공기가 투입되면서, 오염토와 세척액이 상기 교반기(120)에 의해 교반되는 동안 주입되는 공기의 기포에 의해 오염토의 입자분산이 증가되면서 세척액과 오염토의 상호 접촉효율이 증가되어 오염물질의 제거효율이 향상되고 정화 처리기간을 단축시킬 수 있다. 이러한 상기 공기분사장치(150), 상기 교반기(120) 및 세척액을 이용한 상기 토양 세척 장치(100)에 의하면, 중금속 오염토양, 유기오염물 오염토양, 광산의 광미, 하천 퇴적토 등의 세척과 정화가 가능하다. 한편, 상기 세척조(110)에 주입되는 공기량은 상기 중앙밸브(154) 및 각 상기 밸브(155)를 이용하여 오염토의 토성, 세척액의 특성과 농도 등에 따라 조절되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 블로어(151)는 상기 중앙밸브(152)와 상호 분리가능하며 상기 중앙밸브(152)와 배선(미도시)으로 연결된 상태에서 공기의 공급이 가능할 수 있다. 상기 이송장치(160)는 상기 세척조(110) 내 일측에서 외부로 연장되어, 세척된 오염토인 처리토를 이송시켜 외부로 배출시키는 부분으로서, 배출관(161) 및 이송컨베이어(162)를 구비한다. 상기 배출관(161)은 상기 세척조(110)의 일측에서 외부를 향해 소정 기울기로 샹향 연장되는 부분으로서, 일측에는 처리토에 포함된 점액질의 점토가 배출되는 점토 배출망(163)과 상기 점토 배출망(163) 보다 상부 일측에 위치하여 처리토 가 배출되는 처리토 배출로(164)가 구비된다. 또한, 상기 이송컨베이어(162)는 일단부가 상기 세척조(110)의 내측 하단에 포함된 상태에서 타단부는 상기 배출관(161) 내부를 향해 길이방향으로 연장 설치되며, 세척된 오염토인 처리토를 이송모터(165)에 의해 상기 배출관(161)의 길이방향을 따라 상향 이송시키는 부분이다. 상기 이송컨베이어(162)에 의해, 상기 세척조(110) 내부에서 정화되어 오염물질이 탈착 제거된 처리토가 이송되면서 처리토는 세척액과 분리될 수 있으며, 이송되는 처리토에 포함된 점토는 상기 점토 배출망(163)을 통해 별도의 점토수거조(166)에서 수거되고, 처리토는 처리토 배출로(164)를 통해 직접 배출시킨다. 이러한 상기 이송컨베이어(162)는 도 1에 도시된 바와 같이 스크류 컨베이어일 수 있으며, 또한 도 4에 도시된 바와 같이 벨트 컨베이어일 수 있다. 도 4는 도 1에 도시된 이송컨베이어의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이송컨베이어(162)가 벨트 컨베이어인 경우, 상기 벨트 컨베이어에는 상하부 표면을 관통시키는 복수개의 타공망(167)이 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 처리토가 상기 벨트 컨베이어 길이방향의 상단부를 통해 이송되는 동안, 처리토에 포함된 점토는 상기 타공망(167)을 통하여 상기 벨트 컨베이어의 하단부로 배출시켜 상기 점토 배출망(163)을 통해 여과 및 낙하시키고, 처리토는 상기 처리토 배출로(164)를 통해 토양표면에 배출시킨다. 한편, 상기 이송컨베이어(162)는 외부 이송제어장치(미도시)와 연결되어 이 송속도와 시간이 조정되는 것이 바람직하다. 이상과 같이 구성되는 토양 세척 장치(100)의 작동을 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 투입호퍼(140)를 통해 오염토를 상기 세척조(110)에 투입시키고, 상기 노즐부(130)를 통해 세척액을 상기 세척조(110)에 투입시킨다. 상기 세척조(110)에 투입된 오염토와 세척액은 상기 교반기(120)에 의해 상호 교반되면서 오염토에 포함되어 있는 오염물질이 물리적 및 화학적 작용으로 탈착 제거된다. 이때, 상기 세척조(110)의 하부 둘레에 설치된 공기분사장치(150)를 통해 상기 세척조(110)의 하부 둘레로 공기가 주입되면서 상기 교반기(120)의 교반 동작에 의한 오염토의 오염물질 탈착 제거 효과가 증대된다. 상기 세척조(110)에서 상기 교반기(120)와 상기 공기분사장치(150)에 의해 오염물질이 탈착 제거된 처리토는 상기 이송컨베이어(162)에 의해 외부로 이송되면서 세척액과 분리되며, 처리토가 이송되는 동안 처리토에 포함된 점토는 점토 배출망(163)에 의해 여과되어 별도의 점토수거조(166)로 수거되고, 점토가 제거된 처리토는 처리토 배출로(164)를 통해 토양 표면상에 직접 배출시킨다. 처리토의 배출이 완료된 후에는, 상기 세척액 배출관(111)을 통해 사용된 세척액을 배출시킨다. 배출된 세척액은 별도의 침전조에 체류시켜 탈착된 오염물이 포함된 침전물을 제거시킨 후 상기 노즐부(130)를 통해 상기 세척조(110)에 재투입시킴으로써 재활용이 가능하다. 한편, 본 고안에 따른 토양 세척 장치(100)는 소형으로 제작됨으로써 차량에 탑재한 상태로 이동이 가능하므로 오염부지로의 이동성이 우수하며, 오염부지 내에서 처리하므로 오염토를 이송할 필요가 없으며 이에 따른 오염토 이송비용이 절감된다. 이상과 같이 본 고안은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 고안은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 고안의 기술 사상과 아래에 기재될 실용신안등록청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 고안에 따른 토양 세척 장치에 따르면 다음과 같은 효과를 제공한다. 첫째, 세척방식에 의해 토양을 정화시키므로 정화효율이 우수하며 세척액을 재활용함으로써 환경오염을 예방하며 정화처리비용을 절감할 수 있다. 둘째, 교반기에 의해 오염토와 세척액을 교반하는 동안 세척조 내부에 공기를 주입시켜 주입되는 공기의 기포에 의해 오염토의 입자분산이 증가되어 오염토에 포함된 오염물질의 제거효율 및 오염토의 정화효율이 우수하며, 정화 처리기간이 단축되는 효과를 제공한다. 셋째, 소형으로 제작됨으로써 차량에 탑재한 상태로 이동이 가능하므로 오염부지로의 이동성이 우수하며, 오염부지 내에서 처리하므로 오염토를 이송할 필요가 없으며 오염토 이송비용이 절감될 수 있다. |
