土壤清洗系统及方法与流程

技术领域

本发明的技术领域涉及一种土壤清洗系统及方法，尤其涉及一种以复合性的方式执行离子化及基于颗粒活性炭（GAC，granular activated carbon）处理的地下水清洗工序或基于表面活性剂的清洗工序，从而使受到污染的土壤及地下水复原的土壤清洗系统及方法。

背景技术：

抽出处理（pump-and-treat）技术作为使污染物质溶解于地下水来进行清除的技术，用于净化受到污染的土壤和地下水，而在疏水性污染物质的情况下，在对此进行清除方面存在很大的局限性。由于疏水性污染物质在特性上无法很好地溶解于水，因此，当适用抽出处理技术时，需要长的处理时间，最终需要大笔费用。为了对此进行完善，作为提高疏水性污染物质的溶解度的方案，适用利用表面活性剂的土壤清洗方法，而为了防止清洗后产生的流出水污染周边地下水，并为了更加有效地净化受到污染的地下水，适用在电解反应中产生的电浮选（elecetoflotation）。

韩国授权专利第10-0492766号（2005年05月24日授权）公开了利用土壤清洗及地下电浮选混合工序的油类污染土壤及地下水处理装置及方法，油类污染土壤及地下水处理，上述油类污染土壤及地下水处理装置包括：土壤清洗单元，用于清洗被油类污染的土壤；以及电浮选单元，设置于土壤清洗单元的下流侧，用于处理在清洗受到污染的地下水及土壤后流出的清洗流出水，土壤清洗单元包括：混合器，用于混合清洗液，上述清洗液包含表面活性剂，上述表面活性剂注入于油类污染土壤的上部，用于清洗上述污染土壤；移送泵，用于通过移送管来移送混合器内的清洗液；第一沟槽，通过阀与移送管相连接；以及观测井，用于持续确认净化，电浮选单元包括：电源供给装置，用于维持恒定的电压及电流；电极，包括与电源供给装置电连接的多对阳极及阴极；第二沟槽，在上述第二沟槽的内部收容有多对电极，并提供用于进行电反应的空间；以及不透水膜，用于在第二沟槽聚集被污染的地下水及清洗液。根据所公开的技术，可以节约高浓度油类污染土壤的复原所需的时间和费用，并可以一边适用土壤清洗技术，一边在地下水下游方向的地下设置并运营电反应墙，从而可以同时处理污染土壤/地下水及清洗流出水。

韩国授权专利第10-1410905号（2014年6月17日授权）公开了若包含通过不具有地下水的流动的不饱和带土壤清洗来注入的水或清洗液的注入水与残留相污染物质（NAPL）发生反应，来形成污染云（plume），则在下游的抽水井中进行抽水来进行去除，从而可以有效地去除不饱和带的残留相污染物质的不饱和带残留相污染物质的去除系统及去除方法。根据所公开的技术，其特征在于，包括：箱，用于收容包含水或清洗液的注入水；注入井，插入于地表面的下方的不饱和带；抽水井，插入于不饱和带的下方的饱和带；注入泵，以与分布于地下水面上部的不饱和带的氯有机溶剂残留相非水相液体（NAPL）发生反应的方式向注入井注入被收容于箱中的注入水，并为了评价地下水内的土壤清洗效率而向注入井注入追踪物；水中泵，配置于抽水井的下部，用于向外部的水处理设施抽取污染地下水，上述污染地下水与通过注入井来注入的注入水和氯有机溶剂发生反应而成的污染云相对应；浓度计算部，用于计算注入并溶解后的污染物质的浓度；以及控制器，根据由污染物质浓度计算部所计算的污染物质的浓度来控制注入泵的工作。

如上所述的现有的土壤清洗系统在适用于被高浓度的油类等污染的污染土壤及地下水的情况下，随着时间的经过，挥发性低的油类成分比率增加，很难处理至非常低的浓度，需要对抽取气体进行二次处理，并且，具有很难适用于饱和层的问题。

如上所述的现有的土壤清洗系统还因毛细管现象而使污染物质残留于不饱和层土壤的孔隙之间，因此，不仅具有以残留饱和（residual saturation）状态起到地下水的长期污染源作用的问题，而且还具有很难对这种污染物质进行处理的问题。

现有技术文献

专利文献

韩国授权专利第10-0492766号

韩国授权专利第10-1410905号

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述缺点，即提供以复合性的方式执行离子化及基于颗粒活性炭（GAC，granular activated carbon）处理的地下水清洗工序或基于表面活性剂的清洗工序，从而使受到污染的土壤及地下水复原的土壤清洗系统及方法。

解决上述问题的方法在于提供土壤清洗系统，根据本发明的一特征，其包括：颗粒活性炭调节装置，当进行颗粒活性炭处理时，用于对颗粒活性炭的量进行控制；离子化装置，向所流入的地下水施加电力，用于实现离子化；以及反应槽，根据基于上述颗粒活性炭调节装置及上述离子化装置的选择性的控制，在上述反应槽的内部执行基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序。

一实施例中，上述土壤清洗系统特征在于，还包括：自动温度调节装置，用于调节上述反应槽内的温度为预设的最佳温度；pH调节装置，用于调节上述反应槽内的 pH为预设的最佳pH；以及浓度调节装置，用于调节上述反应槽内的氢氧化钠浓度为预设的最佳浓度。

一实施例中，上述反应槽特征在于，基于上述自动温度调节装置、上述pH调节装置、上述浓度调节装置、上述颗粒活性炭调节装置、上述离子化装置中的至少一种或者一种以上的选择性的控制来在内部执行基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序和基于表面活性剂的清洗工序。

一实施例中，上述离子化装置特征在于，在地下水放入实现负极和正极的铂金镀敷的钛，使得直流的电流动。

解决上述问题的方法在于提供土壤清洗方法，根据本发明的另一特征，该方法包括：当颗粒活性炭调节装置进行颗粒活性炭处理时，对反应槽内的颗粒活性炭的量执行控制的步骤；离子化装置向所流入的地下水施加电力，来实现离子化的步骤；以及上述反应槽根据基于上述颗粒活性炭调节装置及上述离子化装置的选择性的控制来在内部执行基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序的步骤。

本发明的效果如下：提供给以复合性的方式执行离子化及基于颗粒活性炭（GAC，granular activated carbon）处理的地下水清洗工序或基于表面活性剂的清洗工序，从而使受到污染的土壤及地下水复原的土壤清洗系统及方法，即使在适用于基于高浓度的油类等的污染土壤及地下水的情况下，连挥发性低的油类也一并进行处理，从而也可以减少挥发性低的油类成分比率，由此也可以适用于饱和层，并且，还可以去除残留于不饱和层土壤的孔隙之间的污染物质，有利于污染的去除。

根据本发明，还具有如下效果：根据污染程度，可以无需进行基于表面活性剂的清洗工序而仅通过基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序来去除脏污物质，并且，当构成系统时，可以提供用于呈现出去除污染的最大效果及节约经费的表面活性剂变数的最佳组合，由此可以提高不同于普通系统的效率性和经济性。

根据本发明，提供如下效果：当进行基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序时，可以在颗粒活性炭附着生物降解来增强吸附效率性。

附图说明

图1为对本发明实施例的土壤清洗系统进行说明的图；

图2为对图1所示的反应槽进行说明的图；

图3至图5为表示图2所示的第二腔室中的表面活性剂变数的最佳组合的试验结果的曲线图；

图6为表示利用图2所示的第一腔室中的母膨润土来增强吸附效率性的效果的试验结果的曲线图；

图7为对本发明实施例的土壤清洗方法进行说明的图；

图8为表示在图7所示的基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗步骤中利用印度传统辣木的母膨润土的准备步骤的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细的说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易地实施。但与本发明相关的说明仅为用于进行结构性说明乃至功能性姓名的实施例，因此，本发明的保护范围不应被解释为局限于本文所述的实施例。

以下，参照附图对本发明实施例的土壤清洗系统及方法进行详细说明。

图1为对本发明实施例的土壤清洗系统进行说明的图。图2为对图1所示的反应槽进行说明的图。图3至图5为表示图2所示的第二腔室中的表面活性剂变数的最佳组合的试验结果的曲线图。图6为表示利用图2所示的第一腔室中的母膨润土（Mom-Bentonite）来增强吸附效率性的效果的试验结果的曲线图。

参照图1至图6，土壤清洗系统100作为用于恢复污染土壤及地下水的系统，包括自动温度调节装置110、pH调节装置120（或者，浓度调节装置130）、颗粒活性炭（GAC，granular activated carbon）调节装置140、离子化装置150及反应槽C。

反应槽C受到自动温度调节装置110、pH调节装置120（或者，浓度调节装置130）、颗粒活性炭调节装置140、离子化装置150中的至少一种或者一种以上的选择性的控制，根据相应的控制来在内部执行基于如图2所示的离子化及颗粒活性炭处理的地下水（groundwater）清洗工序A（或者，基于表面活性剂（surfactant）的清洗工序B）。在此，根据污染程度，只要是可以只通过基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A来进行处理的水准，就可以无需执行基于表面活性剂的清洗工序B，并且，也可以不驱动自动温度调节装置110、pH调节装置120（或者，浓度调节装置130），由此具有可以节约总费用的效果。

一实施例中，反应槽C在由无定形碳组成的原料中主要使用木材、椰子壳等作为植物类，并主要使用褐煤、煤球、烟煤、无烟煤等作为矿物类，从而可以使用在碳化和活性化过程中以分子大小程度使微细孔发达，并增加吸附能力的粒状活性炭作为颗粒活性炭。

一实施例中，反应槽C可以使用直链烷基苯磺酸盐、甲砜钠、α-烯烃砜钠、乙氧基化烷基硫酸钠、聚氧乙基烷基醚盐、月桂醇聚醚硫酸酯钠、十二烷基硫酸盐、硫酸盐等合成化学表面活性剂和皂素、可可甜菜碱、卵磷脂、增溶剂、黄原胶、乳化蜡、蜜蜡、硼砂、乳化蜡、橄榄乳化蜡、磺基琥珀酸酯、丝兰、烷基多聚葡萄糖苷、橄榄液等天然表面活性剂作为表面活性剂。

一实施例中 ，反应槽C可以通过自动温度调节装置110、pH调节装置120（或者，浓度调节装置130）、颗粒活性炭调节装置140、离子化装置150中的至少一种或者一种以上，并根据预设的时间来变化为流入槽、呼气槽、厌氧槽及沉淀槽的作用。

一实施例中，优选地，反应槽C以被污染的土壤及地下水的流入方式分为多个，并利用泵、软管等运输单元来使所预设的流入时间变得互不相同，由此， 使所流入的被污染的土壤及地下水尽可能连续注入。

一实施例中，反应槽C可以在内部设置有2个腔室（Chamber），当进行基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A 时，可以在第一腔室中清洗被污染的地下水。此时，第一腔室的内部可以包括规定的空间部，上述规定的空间部包括流入口和排出口，上述流入口用于流入被污染的地下水（或者，被污染的土壤），上述排出口用于排出所清洗的地下水（或者，土壤）。而且，可以在空间部的内部设置有介质层及毛管网。优选地，形成如下结构：介质层使得通过流入口来流入的污染地下水（或者，污染土壤）经过，毛管网以倾斜的方式固定于介质层的下部，经过介质层的土壤覆盖毛管网。此时，排出口可以形成两个，一个可以用于排出覆盖在以倾斜的方式形成的毛管网的土壤的用途，另一个可以用于排出经过毛管网的地下水的用途。

一实施例中，当进行基于表面活性剂的清洗工序B时，反应槽C可以在第二腔室中清洗被污染的地下水。此时，基于表面活性剂的清洗工序B使用针对表面活性剂变数的最佳组合。

自动温度调节装置110利用设置于反应槽C内的摄氏温度计等来测定反应槽C内的温度，并根据所测定的相应的温度来驱动控制制冷制热装置、暖风机、冷风机等，从而通过相应的制冷制热装置、暖风机、冷风机等的驱动来在基于表面活性剂的清洗工序B中调节反应槽C 内的温度为预设的最佳温度（例如，摄氏25度至摄氏30度）。

一实施例中，自动温度调节装置110调节第二腔室的内部的温度为摄氏25度至摄氏30度，此时，利用设置于第二腔室的内部的摄氏温度计等来测定第二腔室的内部的温度，并根据所测定的相应的第二腔室的内部的温度来驱动控制制冷制热装置、暖风机、冷风机等，从而通过相应的制冷制热装置、暖风机、冷风机等的驱动来在基于表面活性剂的清洗工序B中调节第二腔室的内部的温度为预设的最佳温度（例如，摄氏25度至摄氏30度）。如图3的曲线图中的试验结果所示，可知在基于表面活性剂的清洗工序B中相对于最佳温度的污染去除效果。

pH调节装置120利用设置于反应槽C内的pH测定仪等来测定反应槽C内的pH，并利用电磁阀等供给设备来根据所测定的相应的反应槽C内的pH调节作为强碱性的氢氧化钠（NaOH）的量，并附加于反应槽C内，从而在基于表面活性剂的清洗工序B中调节反应槽C内的pH为预设的最佳pH（例如，7.5）。

一实施例中 ，pH调节装置120利用氢氧化钠（NaOH）来调节第二腔室的pH为7.5，此时，可以利用设置于第二腔室的pH测定仪等来测定第二腔室的pH，并可以利用电磁阀等供给设备来根据所测定的相应的第二腔室的pH调节氧化钠（NaOH）的量，并附加于第二腔室，从而可以在基于表面活性剂的清洗工序B中调节第二腔室的pH为预设的最佳pH（例如，7.5）。如图4的曲线图中的试验结果所示，可知在基于表面活性剂的清洗工序B中相对于最佳pH的污染去除效果。

浓度调节装置130利用设置于反应槽C内的浓度测定仪等来测定反应槽C内的氢氧化钠（NaOH）的浓度，并利用电磁阀等供给设备来根据所测定的相应的反应槽C内的氢氧化钠（NaOH）的浓度调节氢氧化钠（NaOH）的量，并附加于反应槽C内，从而在基于表面活性剂的清洗工序B中调节反应槽C内的氢氧化钠（NaOH）的浓度为预设的最佳浓度（例如，4%（V/V））。

一实施例中，浓度调节装置130利用氢氧化钠（NaOH）来调节相对于第二腔室内的氢氧化钠（NaOH）的浓度为4%（V/V），此时，可以利用设置于第二腔室内的浓度测定仪等来测定第二腔室内的氢氧化钠（NaOH）的浓度，并利用电磁阀等供给设备来根据所测定的相应的第二腔室内的氢氧化钠（NaOH）的浓度调节氢氧化钠（NaOH）的量，并附加于第二腔室内，从而在基于表面活性剂的清洗工序B中调节第二腔室内的氢氧化钠（NaOH）的浓度为预设的最佳浓度（例如，4%（V/V））。如图5的曲线图中的试验结果所示，可知在基于表面活性剂的清洗工序B中相对于最佳浓度的污染去除效果。

当在基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A中进行颗粒活性炭处理时，颗粒活性炭调节装置140对反应槽C内的颗粒活性炭的量执行控制。

一实施例中，颗粒活性炭调节装置140可以根据需要执行颗粒活性炭处理的地下水的量（或者，根据运用人员的需求等）来调节插入于反应槽C内的颗粒活性炭包的数量，从而可以对反应槽C内的颗粒活性炭的量执行控制，由此，可以容易地更换老旧或效率下降的颗粒活性炭包。在此，颗粒活性炭以包（Pack）单位得到填充，所填充的相应的颗粒活性炭包能够以多个层结构插入于反应槽C内。

当在基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A中进行离子化处理时，离子化装置150向流入于反应槽C内的地下水施加电力，来实现离子化。

一实施例中，离子化装置150可以在地下水中放入实现负极和正极的铂金镀敷的钛，使得直流的电流动，从而使溶解于地下水的正离子聚集在正极侧，来形成酸性离子水，并使溶解于地下水的负离子聚集在负极侧，来形成碱性离子水，由此，使水分子变小，从而可以提高吸附力，去除污染物质。

具有如上所述的结构的土壤清洗系统100根据基于自动温度调节装置110、pH调节装置120（或者，浓度调节装置130）、颗粒活性炭调节装置140、离子化装置150中的至少一种或者一种以上的选择性的控制来在反应槽C的内部以复合性的方式执行离子化及基于颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A（或基于表面活性剂的清洗工序B），从而使受到污染的土壤及地下水复原，即使在适用于基于高浓度的油类等的污染土壤及地下水的情况下，连挥发性低的油类也一并进行处理，从而也可以减少挥发性低的油类成分比率，由此也可以适用于饱和层，并且，还可以去除残留于不饱和层土壤的孔隙之间的污染物质，有利于污染的去除。

具有如上所述的结构的土壤清洗系统100包括颗粒活性炭调节装置140、离子化装置150及反应槽C，根据污染程度，可以无需进行基于表面活性剂的清洗工序而仅通过基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序来去除脏污物质，并且，当构成系统时，可以提供用于呈现出去除污染的最大效果及节约经费的表面活性剂变数的最佳组合，由此可以提高不同于普通系统的效率性和经济性。

具有如上所述的结构的土壤清洗系统100在进行基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序时，可以在颗粒活性炭附着生物降解来增强吸附效率性。

具有如上所述的结构的土壤清洗系统100还可以包括在基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A之前执行的预处理工序（为了便于说明，未在附图中示出）和在基于表面活性剂的清洗工序B之后执行的后处理工序（为了便于说明，未在附图中示出）。

在预处理工序中，可以去除存在于被污染的土壤及地下水中的杂质和浮游物质（SS），在生物学的高度处理中，也可以利用微生物来去除化学需氧量（COD，Chemical Oxygen Demand）、生化需氧量（BOD ，Biochemical Oxygen Demand）、浮游物质、氮及磷。

更具体地，预处理工序可以通过在利用杂质处理器等来去除杂质后，分离固体成分和液体的机械装置（例如，固液分离器）来去除固体成分。

在后处理工序中，可以处理在进行基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A（或者，基于表面活性剂的清洗工序B）之后得到清洗的土壤及地下水中所残留的浮游物质、化学需氧量、氮及磷为放流水质标准以下。而且，经过这种工序的得到清洗的土壤及地下水可以通过软管之类的运输单元来向现有的土壤层的下方放流，或者可以通过废水共同处理来实现。更具体地，后处理工序可以利用光催化剂氧化反应器等，并通过光催化剂氧化作用来去除经过基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A（或者，基于表面活性剂的清洗工序B）的得到清洗的土壤及地下水所包含的剩余有机物，之后，泵、软管等运输单元可以执行向现有的土壤层的下部放流得到后处理工序的土壤及地下水，或者执行与地下水相连接来进行排出的放流工序，从而可以执行为绿色天然型施工法（土壤净化法）。

具有如上所述的结构的土壤清洗系统100除了基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A（或者，基于表面活性剂的清洗工序B）之外，还可以利用针对放置有反应槽C的土壤层的自然净化功能。

具有如上所述的结构的土壤清洗系统100还可以为了提高表面活性剂的重新使用效率而利用通过对基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗工序A的变形来在颗粒活性炭中混合生物降解并进行填充的多个包，或者利用粘结剂等来使生物降解和颗粒活性炭相附着，并利用被相互附着的相应的生物降解和颗粒活性炭填充的多个包来增强吸附效率性。在此，优选地，生物降解使用作为利用印度传统辣木（Moringa Oleifera Mass：Mom）来形成的新物质的母膨润土。如图6的曲线图中的试验结果所示，可知与使用普通膨润土的情况相比，使用母膨润土的情况下的吸附效率性的增强效果卓越。

图7为对本发明实施例的土壤清洗方法进行说明的图。图8为表示在图7所示的基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗步骤中利用印度传统辣木的母膨润土的准备步骤的图。

参照图7及图8，土壤清洗方法包括预处理步骤S10、基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗步骤S20、基于表面活性剂的清洗步骤S30及后处理步骤S40。

在基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗步骤S20中，在执行预处理步骤S10后，一同执行针对放置有反应槽C的土壤层的自然净化功能。在此，自然净化功能作为向放置有反应槽C的土壤层投入土壤微生物，来去除土壤层内的化学需氧量、生化需氧量、浮游物质、氮及磷的功能，可以执行对污染物质进行处理的辅助功能的作用，从而可以相对应地提高处理效率。

在基于离子化及颗粒活性炭处理的地下水清洗步骤S20中，颗粒活性炭调节装置140可以根据需要进行颗粒活性炭处理的被污染的地下水的量（或者，根据运用人员的需求等）来调节颗粒活性炭包的数量，从而以与所调节的相应的数量相对应地使颗粒活性炭包插入于反应槽C内，从而可以控制反应槽C内的颗粒活性炭的量。在此，为了使吸附效率性得到增强，并提高表面活性剂的重新使用，当形成颗粒活性炭包时，在颗粒活性炭混合生物降解来构成，或者利用粘结剂等来使生物降解和颗粒活性炭相附着，从而由相附着的相应的生物降解和颗粒活性炭构成，此时，优选地，生物降解使用作为利用印度传统辣木来形成的新物质的母膨润土。

优选地，利用印度传统辣木的母膨润土的准备步骤以如图8所示的方式执行。此时，可以在使10g的印度传统辣木粉末与200ml的OSE原液相混合来生成Na-膨润土后，在24小时内摇晃（shaking）所生成的相应的Na-膨润土，并在以1000rpm的速度通过离心分离机（centrifuge）来进行10分钟的离心分离后，经过清洗（washing）、烘箱干燥（oven drying）及研磨（grinding），之后进行总有机碳量（TOC，total organic carbon）及X射线衍射（XRD，X-ray diffection）分析（analysis）来准备母膨润土。

在基于表面活性剂的清洗步骤S30中，通过pH调节装置120来调节第二腔室的pH为7.5，或者通过浓度调节装置130来调节第二腔室内的氢氧化钠（NaOH）的浓度为4%（V/V），或者通过自动温度调节装置110来调节第二腔室的内部的温度为摄氏25度至摄氏30度。

在执行后处理步骤S40后，对土壤及地下水执行放流或废水共同处理。

以上，本发明的实施例并不只通过上述的装置和/或运用方法来体现，也可以通过用于实现与本发明的实施例的结构相对应的功能的程序、记录有上述程序的记录介质等来体现，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可以从上述所述的实施例的记载中容易地实施这种体现。以上虽然对本发明的实施例进行了详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此，利用发明要求保护范围所定义的本发明的基本概念的普通技术人员的多种变形及改良形态也同样属于本发明的保护范围。