토양환경기술사시험자료집 - 오염확산방지 및 정화기술Ⅰ(24)

※ 열처리기술 - 열탈착(Thermal Desorption)

 

1. 공정원리

      산소 또는 무산소조건의 통제된 환경에서 토양을 일정온도로 가열하여 토양에 흡착된

      오염물질을 휘발 및 탈착시키는 지상(Ex-situ)처리기술로서, 오염지역의 굴착된 오염

      토양을 열탈착장치에 투입하여 처리하는 방법이다.    

      (1) 고온열탈착(400℃~800℃) : 물과 유기오염물질을 휘발 및 분해시킴

      (2) 저온열탈착(약 400℃ 이하) : 유기물질을 분해하지 않는 물리적인 분리과정

2. 영향요인

              저온열탈착법의 주요 영향인자

토양특성	오염물질특성	열탈착공정운영조건
토양 가소성 입도분포 수분함량 겉보기밀도 열용량 유기물질농도 중금속농도	농도 끓는점 증기압 KOW 수용성 다이옥신 생성	탈착장비의 종류 배출가스처리 처리온도 체류시간

      (1) 토양의 특성

              1) 점착력(가소성) : 점착력이 커지면 오염물질의 흡착력이 증가하므로 처리효율이

                                           감소한다.

              2) 입자크기 : 2inch(5Cm) 이상 입자 또는 미세입자는 처리효율이 저하된다.

              3) 함수비 : 처리효율과 반비례 관계(수분은 토양속의 유기물과 경쟁흡착관계에 있다)

              4) 유기물질 농도 : 유기물질은 간섭효과로 탈착을 어렵게 한다.

              5) 열용적률 : 열량 결정후 열탈착을 시행함으로써 적절한 작업이 가능토록 한다.

      (2) 오염물의 특성

              1) 농도 : 높은 농도의 오염물 처리에는 높은 열량이 필요하다.

              2) 비등점, 증기압력 : 적정 가열온도를 결정하는 요소.

              3) Kow : Kow 값이 높을수록 탈착이 힘들다.

3. 장점

      (1) 무기물질 및 방사성물질을 제외한 대부분의 석유계화합물의 처리에 효과가 탁월하다.

      (2) 토양의 형태나 특성, 오염물질의 농도 등에 관계없이 공정의 적용범위가 매우 넓다.

      (3) 처리효율이 높고, 단기간에 처리가 가능하다.

      (4) 소각공정에 비해 배출가스량이 적으므로 비산먼지입자가 저감되고 대기오염방지시설의 

           용량축소가 가능하다.

      (5) 공정 중 다이옥신(Dioxin)류 및 퓨란(Furan)을 생성하지 않는다.

      (6) 검출한계 이하로 VOCs, 유기염소, 유기인, 살충제의 제거가 가능하다.

4. 단점

      (1) 휘발성중금속(Pb, Cd, Hg, As)을 제외한 중금속은 정화가 불가능하다.

      (2) 수분함량이 높거나 점토나 휴믹산 등을 많이 함유한 토양의 경우

           반응시간이 길어지고 처리비용이 증가한다.

      (3) 다른 정화기술에 비해 높은 에너지비용이 소요되어 경제성이 낮다.    

5. 제약조건

      (1) 가열에너지를 줄이기 위하여 사전에 탈수가 필요하다.

      (2) 토양의 입경이 5Cm 이상일 때는 적용성이나 비용에 부정적인 영향을 준다.

      (3) 큰 입경의 토양을 장기적으로 운전하면 시설손상의 가능성이 있다.

      (4) 거친 입자는 공정을 손상시킬 가능성이 있다.

      (5) 찰흙, 점토, 휴믹산을 함유한 토양은 오염물질과 단단히 결합되어 있으므로

           반응시간이 길어진다.

      (6) 휘발성 중금속을 제외하고 일반적으로 중금속은 정화가 불가하다. 

      ◎ 저온열탁착공법 적용 시 고함수율 대처방안 :  전처리 및 탈착기의 폐열을 이용한 건조 수행

6. 설계시 고려사항

      (1) 열건조기 설치 : 오염물질을 직접 가열하여 수분과 유기물질을 휘발시킨다.

      (2) 고에너지스크레버 설치 : 입자와 용해성 가스를 제거한다.

      (3) 열교환기 설치(응축장치) : 가스상오염물질이 냉각, 응축되어 액체상이나 슬러리상으로  

                                                  회수된다.

      (4) 후연소가스처리시스템 : 가스상 유기오염물질을 파괴, 제거하기 위해 연소실을 운용한다.

7. 운전시 고려사항

      현장상태에 따른 열처리조작에 필요한 정보

      (1) 수분함유량

      (2) 분류

      (3) 오염물질의 끓는점

      (4) 열탈착의 효과

8. 토양 열처리프로세스의 종류

      (1) 로타리탈착장치(Rotary Desorber)

              로타리킬른(회전하면서 열을 전달하는 수평식 원통형로)이 회전함에 따라 

              킬른내 고형물이 가스열과 접촉한다.

      (2) 열스크류(Heated Screws)

              여러개의 스크류(나사시스템)로 되어 있으며, 고온기름이 외부를 순환하며

              열을 공급한다(용융염, 전기저항체 등 다른 열원의 사용 가능)

      (3) 유동상탈착장치(Fluidized Bed Desorber)

              1) 수직방향으로된 용기안의 뜨거운 가스가 바닥에서 상부로 순환한다.

              2) 용기에 주입된 오염토양은 가스의 흐름에 의해 유동한다.

      (4) 마이크로파탈착장치(Microwave Desorber)

              1) 가정의 마이크로오븐과 유사하다.

              2) 마이크로파 또는 무선주파복사에 의해 가열된다.

              3) 마이크로파발생기에 연결된 반응기와 가이드로 구성된다.

      (5) 스팀주입(고온증기주입,Steam Injection)

              1) 원위치(In-situ)처리기술

              2) 스팀과 뜨거운 공기가 수직공으로 주입된다.