본 연구에서는 오염된 자갈을 정화하기 위해서 새로운 방식의 건식세척장치를 제작하여 석유계총탄화수소(TPH) 및 산화철의 저감 성능을 알아보았다. 기존 연구에서는 회분식 처리 방식이 적용되었으나, 본 연구에서는 정화 성능 및 처리 효율 향상을 위하여 연속식 처리 방식을 적용하였다. 또한 오염자갈의 전처리를 위하여 건조기 및 선별기를 적용하였다. 본 실험에서는 총 12개의 노즐을 통해 약 $5-6kg/cm^2$의 압력으로 20-30분 동안 연마재를 자갈에 분사하여 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철의 저감 성능을 확인하였다. 실험결과 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철 모두 약 80-90%의 높은 처리효율을 나타냈다. 본 연구에서는 향후 추가 연구를 통해 정화효율을 높일 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 오염된 자갈을 정화하기 위해서 새로운 방식의 건식세척장치를 제작하여 석유계총탄화수소(TPH) 및 산화철의 저감 성능을 알아보았다. 기존 연구에서는 회분식 처리 방식이 적용되었으나, 본 연구에서는 정화 성능 및 처리 효율 향상을 위하여 연속식 처리 방식을 적용하였다. 또한 오염자갈의 전처리를 위하여 건조기 및 선별기를 적용하였다. 본 실험에서는 총 12개의 노즐을 통해 약 $5-6kg/cm^2$의 압력으로 20-30분 동안 연마재를 자갈에 분사하여 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철의 저감 성능을 확인하였다. 실험결과 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철 모두 약 80-90%의 높은 처리효율을 나타냈다. 본 연구에서는 향후 추가 연구를 통해 정화효율을 높일 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
This study proposes a newly developed dry washing method for removing pollutants such as total petroleum hydrocarbon (TPH) and oxidized iron from the surface of ballast gravel. A batch-type dry washing method showed a good performance in a previous study. In this study, a continuous-type dry washing...
This study proposes a newly developed dry washing method for removing pollutants such as total petroleum hydrocarbon (TPH) and oxidized iron from the surface of ballast gravel. A batch-type dry washing method showed a good performance in a previous study. In this study, a continuous-type dry washing system, instead of a batch-type system, was prepared to improve the efficiency of the system. A drier and a separator were also applied to this system as pre-treatment process, and the performance of this system was evaluated. In this experiment, blasting media was blasted on the polluted gravels through 12 nozzles by a pressure of $5-6kg/cm^2$ for 20-30 mins to remove TPH and oxidized iron. It was found to be possible to remove 80-90% of TPH and oxidized iron by using this system. Several ways to improve the performance were suggested in this study.
This study proposes a newly developed dry washing method for removing pollutants such as total petroleum hydrocarbon (TPH) and oxidized iron from the surface of ballast gravel. A batch-type dry washing method showed a good performance in a previous study. In this study, a continuous-type dry washing system, instead of a batch-type system, was prepared to improve the efficiency of the system. A drier and a separator were also applied to this system as pre-treatment process, and the performance of this system was evaluated. In this experiment, blasting media was blasted on the polluted gravels through 12 nozzles by a pressure of $5-6kg/cm^2$ for 20-30 mins to remove TPH and oxidized iron. It was found to be possible to remove 80-90% of TPH and oxidized iron by using this system. Several ways to improve the performance were suggested in this study.
그러나, 기존의 오염자갈 건식 처리 기술은 규모가 작아 현장에 적용이 가능한 사업화 단계에는 이르지 못한 실정이었다[4,5]. 이에 본 연구에서는 기존의 회분식 처리 방법의 문제점을 보완한 연속식 처리 장치를 제작하였다. 여기에 기존 건식 처리 기술의 문제점인 습기가 많은 자갈의 처리효율 저하와 이물질 등에 의한 운전시 문제점 등을 보완할 수 있도록 건조장치와 선별기를 적용하였다.
제안 방법
실험에서는 기존의 회분식 방식이 아닌 연속식 방식의 오염자갈 건식세척장치를 개발하고, 여기에 처리효율을 높일 수 있도록 선별기와 건조기를 설치한 후 시간당 5ton의 처리속도로 대량의 자갈을 연속식으로 처리하면서 오염자갈의 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철 정화성능을 알아보았다. 실험 결과 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철 모두 80% 이상 정화할 수 있음을 확인하였다.
대상 데이터
본 실험에서 사용된 연마재는 금강사(Alumina Oxide)로 화학조성은 Al2O3 96.5%, Fe2O3 0.14%, TiO2 0.20%, SiO2 0.67%, CaO 0.18%, ZrO2 0.14%이고, 크기는 0.088-0.125mm였다. 연마재 사용량은 105-150kg 범위에서 투입하여 실험을 수행하였는데, Table 1에 나타낸 바와 같이 연마재 150kg을 투입하여 7시간 동안 실험을 진행하였을 때 12kg 가량의 연마재가 손실되는 것으로 나타나, 향후 연구에서의 연마재 초기 투입량은 135kg으로 실험을 진행하였다.
연구에 사용된 오염자갈은 철도부지의 분기기 및 선로 주변에서 채취하여 실험에 사용하였다. 분기기 주변에서 채취한 자갈은 석유계총탄화수소(TPH)의 정화효율 실험에 사용하였고, 선로 주변에서 채취한 자갈은 산화철의 정화효율 실험에 사용하였다.
데이터처리
건조기 내부에서 석유계총탄화수소 (TPH)로 오염된 자갈을 건조할 경우 발생할 가능성이 있는 휘발성 가스 등의 연소성 가스는 축열식 연소장치(RTO)를 통하여 600ºC 이상의 온도에서 처리 후 배출되도록 하였다. 분진 및 배가스 처리효율 실험은 축열식 연소장치 및 건식세척장치의 운전 전과 운전 후를 비교하였다. Benzene, toluene, xylene의 경우에는 축열식 연소장치의 말단 부분인 굴뚝 상단에서 배출되는 공기를 포집하여 측정하였으며, 비산먼지의 경우에는 건식세척장치의 집진기 말단인 블로어 배출부에서 공기를 포집하여 측정하였다.
성능/효과
건식세척장치의 최적 운전 조건은 체류시간 30분, 압력조건 6bar로 나타났으며 이 조건에서는 90% 이상의 매우 높은 정화효율을 나타냈다. 건식세척장치만 이용하여 세척을 하였을 때도 충분히 높은 효율을 보였으나, 건조기와 선별기를 이용하였을 때에는 정화효율이 95% 이상으로 더 높일 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 기존의 회분식 처리 방법 대신에 연속식 처리 방법과 선별기술, 건조기술을 추가함으로써 대량의 오염자갈 처리가 가능함을 확인할 수 있었다. 또한, 처리 중 발생하는 분진 및 배가스의 처리 및 사용한 연마재의 지속적 재활용 등을 통하여 환경친화적으로 오염자갈을 처리할 수 있음도 확인할 수 있었다.
건식세척장치만 이용하여 세척을 하였을 때도 충분히 높은 효율을 보였으나, 건조기와 선별기를 이용하였을 때에는 정화효율이 95% 이상으로 더 높일 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 기존의 회분식 처리 방법 대신에 연속식 처리 방법과 선별기술, 건조기술을 추가함으로써 대량의 오염자갈 처리가 가능함을 확인할 수 있었다. 또한, 처리 중 발생하는 분진 및 배가스의 처리 및 사용한 연마재의 지속적 재활용 등을 통하여 환경친화적으로 오염자갈을 처리할 수 있음도 확인할 수 있었다. 향후 경제성 향상을 위한 선별기, 건조기, 건식세척장치의 운전조건 및 운전 순서 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
실험에서는 기존의 회분식 방식이 아닌 연속식 방식의 오염자갈 건식세척장치를 개발하고, 여기에 처리효율을 높일 수 있도록 선별기와 건조기를 설치한 후 시간당 5ton의 처리속도로 대량의 자갈을 연속식으로 처리하면서 오염자갈의 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철 정화성능을 알아보았다. 실험 결과 석유계총탄화수소(TPH)와 산화철 모두 80% 이상 정화할 수 있음을 확인하였다. 건식세척장치의 최적 운전 조건은 체류시간 30분, 압력조건 6bar로 나타났으며 이 조건에서는 90% 이상의 매우 높은 정화효율을 나타냈다. 건식세척장치만 이용하여 세척을 하였을 때도 충분히 높은 효율을 보였으나, 건조기와 선별기를 이용하였을 때에는 정화효율이 95% 이상으로 더 높일 수 있음을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 기존의 회분식 처리 방법 대신에 연속식 처리 방법과 선별기술, 건조기술을 추가함으로써 대량의 오염자갈 처리가 가능함을 확인할 수 있었다.
후속연구
그러나, 7bar에서는 오히려 정화효율이 다소 저하되는 것으로 나타났는데, 이는 기존 Cho [5]의 결과에서도 유사한 경향이 관찰되었다. 7bar에서 정화효율이 감소하는 이유를 본 연구에서는 명확히 규명할 수 없었으나, 노즐의 연마재 분사가 원활하지 않았기 때문인 것으로 보이며, 이를 해결하기 위해서는 고압에서도 분사가 가능하도록 노즐 설계의 변경이 필요할 것으로 보인다. 본 연구에서는 위의 실험 결과를 바탕으로 처리량 5ton/h, 체류시간 30분, 압력 6bar을 최적의 운전조건으로 결정하였다.
또한, 처리 중 발생하는 분진 및 배가스의 처리 및 사용한 연마재의 지속적 재활용 등을 통하여 환경친화적으로 오염자갈을 처리할 수 있음도 확인할 수 있었다. 향후 경제성 향상을 위한 선별기, 건조기, 건식세척장치의 운전조건 및 운전 순서 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존 오염자갈의 처리 방법은 무엇이 있나
기존 오염자갈의 처리 방법으로는 물과 계면활성제를 사용하는 수세척 처리 방법과 과산화수소와 같은 화학적 산화제를 이용하는 화학적 처리 방법이 있다[3]. 수세척 처리 방법의 경우 처리효율이 낮고, 2차 오염물질인 폐세척수가 다량으로 발생되기 때문에 경제성이 매우 낮다.
최근 철도토양오염 및 복원문제가 크게 부각되는 이유는?
토양환경오염에 대한 규제가 점차 강화되면서 철도부지의 토양오염 문제가 크게 부각되고 있는데, 이는 철도부지에 폐연료나 폐윤활유 및 기타 중금속 등의 다양한 오염물질이 누적되어왔기 때문이다. 특히, 최근에는 철도부지를 대규모 건축개발사업이나 공원화 사업 등으로 활용하고자 하는 노력들이 이어지면서 철도토양오염 및 복원문제가 크게 부각되고 있다[1]. 철도부지에서도 도상자갈은 궤도의 최상단에 부설되므로 오염도가 가장 심한데, 주요 오염물질로는 철도차량의 누유와 낙유 및 윤활유 등에 의한 석유계총탄화수소(TPH)와 차륜과 선로 사이의 마찰 등에 의하여 발생하는 산화된 철가루 등이 있다[1,2].
기존 오염자갈의 처리 방법에서 수세척 처리를 했을때 단점은?
기존 오염자갈의 처리 방법으로는 물과 계면활성제를 사용하는 수세척 처리 방법과 과산화수소와 같은 화학적 산화제를 이용하는 화학적 처리 방법이 있다[3]. 수세척 처리 방법의 경우 처리효율이 낮고, 2차 오염물질인 폐세척수가 다량으로 발생되기 때문에 경제성이 매우 낮다. 또한 화학적 처리 방법의 경우 가격이 비싼 과산화수소 등의 화학적 처리제를 다량으로 사용하기 때문에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 처리 과정 중에 유독물질 발생 및 2차 토양오염의 우려가 있다.
참고문헌 (13)
B. Wilkomirski, B. Sudnik-Wojcikowska, H. Galera, M. Wierzbicka, M. Malawska (2011) Railway transportation as a serious source of organic and inorganic pollution, Water, Air, and Soil Pollution, 218 (1-4), p. 333-345.
S.W. Oa, T.G. Lee (2009) Investigation of soil pollution status for railroad depot, Journal of the Korean Society for Railway, 12(5). pp. 788-792.
L. Di Palma, E. Petrucci (2014) Treatment and recovery of contaminated railway ballast, Turkish Journal of Engineering & Environmental Sciences, 38, pp. 248-255.
Y. Cho, D. Park, T.-S. Kwon, J.-Y. Lee (2015) Study of the performance of a dry cleaning method for polluted ballast gravel of railroad fields, Journal of the Korean Society for Railway, 18(6), pp. 552-557.
Y. Cho, D. Park, Y. Choi, J-I. Lim, K-H. Kim (2005) Remediation of contaminated ballast by blasting technology, Proceedings of Korean Society for Railway, Uiwang, Korea, pp. 100-106.
I.-H. Lee (2010) Improvement of Dry-blasting efficiency for ballast used as aggregate of paved track, Journal of the Korean Society for Railway, 13(1), pp. 78-83.
C.-D. Nam (2004) A study of the technical treatment within an environmental appetency for the ballast water, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, 28(8), pp. 129-139.
S.-W. Oa, T.-G. Lee (2009) Investigation of soil pollution status for railroad depot, Journal of the Korean Society for Railway, 12(5), pp. 788-792.
I.-H. Lee (2009) Aggregate criterion for paved track considering recycling of railway ballast, Journal of the Korean Society for Railway, 12(4), pp. 481-487.
Y. Cho, J.-Y Lee, C.-G. Lee, W.-S. Jung, et al. (2009) Study on the pilot-scale remediation system for polluted railroad ballast gravels, Proceedings of Korean Society for Railway, Jeju, Korea, pp. 3236-3241.
I.-W. Lee, J.-I. Lim, S.-G. Lee (2009) The dry cleaning machine to recycling the used ballast as a aggregate of the paved track, Proceedings of Korean Society for Railway, Gyeongju, Korea, pp. 1525-1529.
Y. Cho, J.-Y Lee, T.-S. Kown, W.-S. Jung, et al. (2012) Field application of dry washing technology for polluted railroad ballast gravel, Proceedings of Korean Society for Railway, Gyeongju, Korea, pp. 819-824.
I.H. Lee, S.I. Kim, Y.J. Kim, T.H. Kim, C.S. Jeong (2015) A Study on the development of waterless gravel cleaning equipment for high-speed train rapid-hardening track, Proceedings of The Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Daejeon, Korea, p. 7.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.