KR101424758B1 - 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 및 이를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법 - Google Patents

광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 및 이를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 및 이를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법에 관한 것으로, 광산 지역 등으로 용이하게 운반하여 현장에서 손쉽게 지하수의 오염도를 검출함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치는, 휴대용 케이스와; 상기 휴대용 케이스에 장착되며 내부에 광산배수를 포함하는 지하수의 샘플이 저장되는 샘플 탱크와; 상기 휴대용 케이스에 장착되며 내부에 세정액이 저장되는 세정액 탱크와; 작업 전극(working electrode), 기준 전극(reference electrode), 상대 전극(counter electrode) 및 상기 작업 전극과 기준 전극 및 상대 전극과 각각 전기적으로 접속되는 제1 내지 제3접촉패드로 이루어진 다수의 센서가 장착되어 이루어지며, 상기 휴대용 케이스에 분리 가능하게 설치되는 센서모듈과; 상기 샘플 탱크의 샘플을 상기 센서모듈의 센서에 분사하거나 상기 세정액 탱크에 의해 세정되는 분사수단과; 상기 세정액 탱크에서부터 공급되어 상기 분사수단을 경유한 드레인수를 집수하는 드레인탱크와; 상기 작업 전극과 기준 전극 사이의 전위차 또는 작업 전극과 상대 전극 사이의 전류를 측정 및 제어하는 검출기와; 상기 센서모듈의 센서의 작업 전극과 기준 전극과 상대 전극에 각각 전위를 인가하고 상기 검출기를 통해 검출된 전류를 감지하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러의 제어를 통해 감지값을 디스플레이하는 디스플레이패널과; 상기 검출기, 컨트롤러, 디스플레이패널을 포함하는 구성에 전원을 인가하는 전원부로 구성된다.

Description

광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 및 이를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법{PORTABLE HEAVY METAL DETECTOR OF GROUND WATER WITH MINE DRAINAGE AND METHOD FOR MEASURING POLLUTION LEVEL OF GROUDWATER WITH MINE DRAINAGE THEREOF}
본 발명은 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광산 지역 등으로 용이하게 운반하여 현장에서 손쉽게 지하수의 오염도를 검출할 수 있는 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 및 이를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법에 관한 것이다.
산업용지, 특히 공장, 저장시설, 광산, 일반폐기물매립지, 산업폐기물매립지, 도로 등이나 인간이 생활하는 택지, 공원 등 생활용지 등은 산업적 생산 및 처리 또는 인간의 거주에 따른 오염원 배출로 인해 본래의 토양 물성이 훼손되고 유기 또는 무기오염원에 의해 토양 및 하부 지하수가 오염되어 토양이나 지하수를 재활용하고자 할 경우 심각한 어려움을 겪게 되는 경우가 빈번하다.
그 중에서도 지질학적 풍화작용, 광산 및 제련활동, 산업 활동 뿐만 아니라 휴/폐광산 갱내폐수, 광미, 폐석 등에 의한 중금속오염이 사회적인 문제로 대두되고 있다. 이러한 중금속들은 자연적으로 분해되지 않을 뿐만 아니라 토양 속에 잠재해 있다가 식물이나 지하수를 통해 인체와 동식물에 섭취되어 독성을 나타낼 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 중금속은 전 세계적으로 지하수에 가장 보편적으로 악영향을 주는 것 중 하나이다. 중금속의 독성이 인간과 다른 생명체에 미치는 영향은 많은 연구가 이루어졌고 다양한 질병의 원인임이 밝혀졌다. 따라서 환경보호와 질병 예방측면에서 중금속 화합물을 탐지하는 것이 우선시 되어가고 있다.
그리하여 경제성 있고 지속가능하며 좀 더 효율적으로 지하수를 모니터링하는 방법을 찾기 위해 노력하였다.
지하수를 효과적으로 관리하는 첫 번째 단계는 오염지역에서 채취한 독성화합물을 탐지하기 위한 현장 모니터링(간단하고, 값싸고, 빠른)이다. 독성 화합물은 현재 atomic absorption spectroscopy (AAS)와 inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS)와 같은 분석기술을 통해 분석된다. 그러나 샘플과 샘플을 통한 분석은 시간소모가 많고 인력이 필요하며 비쌀 수 있으며 정해진 시간과 예산에서 분석할 수 있는 샘플수에 한계가 있다. 게다가, 실험실 분석의 다른 단점은 현장 모니터링에 대하여 적용가능성이 없으며, 이는 그것들이 현장에서는 만만치 않은 큰 부피와 정교한 기기, 자동화부품, 데이터 시스템을 요구하기 때문이다.
등록특허 제10-0565687호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광산 지역 등으로 용이하게 운반하여 현장에서 손쉽게 지하수의 오염도를 검출할 수 있는 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 및 이를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치는, 휴대용 케이스와; 상기 휴대용 케이스에 장착되며 내부에 광산배수를 포함하는 지하수의 샘플이 저장되는 샘플 탱크와; 상기 휴대용 케이스에 장착되며 내부에 세정액이 저장되는 세정액 탱크와; 작업 전극(working electrode), 기준 전극(reference electrode), 상대 전극(counter electrode) 및 상기 작업 전극과 기준 전극 및 상대 전극과 각각 전기적으로 접속되는 제1 내지 제3접촉패드로 이루어진 다수의 센서가 장착되어 이루어지며, 상기 휴대용 케이스에 분리 가능하게 설치되는 센서모듈과; 상기 샘플 탱크의 샘플을 상기 센서모듈의 센서에 분사하거나 상기 세정액 탱크에 의해 세정되는 분사수단과; 상기 세정액 탱크에서부터 공급되어 상기 분사수단을 경유한 드레인수를 집수하는 드레인탱크와; 상기 작업 전극과 기준 전극 사이의 전위차 또는 작업 전극과 상대 전극 사이의 전류를 측정 및 제어하는 검출기와; 상기 센서모듈의 센서의 작업 전극과 기준 전극과 상대 전극에 각각 전위를 인가하고 상기 검출기를 통해 검출된 전류를 감지하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러의 제어를 통해 감지값을 디스플레이하는 디스플레이패널과; 상기 검출기, 컨트롤러, 디스플레이패널을 포함하는 구성에 전원을 인가하는 전원부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 및 이를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법에 의하면, 샘플의 오염도 측정을 위한 센서 등의 모든 구성요소가 휴대용 케이스에 패키지되어 관리자가 별도의 운반장비를 이용하지 않고 손쉽게 광산 지역 등으로 운반 및 현장에서 손쉽게 샘플의 오염도를 검출할 수 있으므로 지리적 여건 상 수질 관리가 이루어지지 않던 광산 지역의 수질 관리가 현실화되고 결과적으로 지하수의 수질 관리를 통해 환경오염을 해결할 수 있다.
그리고, 샘플링과 샘플전처리 기술이 완전 통합 및 소형의 기기에서 자동화를 통해 샘플의 오염도를 검출함으로써 짧은 시간동안 많은 수의 분석결과를 생산할 수 있으므로 효용성이 매우 크다.
도 1은 본 발명에 의한 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치에 적용된 센서모듈의 구성도.
도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치는, 광산 지역으로 간편하게 휴대되어 광산 지역 현장에서 사용되는 것으로, 모든 구성은 휴대용 케이스(10)에 수납된다.
휴대용 케이스(10)는 수납공간을 갖는 개폐식 케이스로서 휴대를 위한 손잡이, 광산 지역 현장에 설치하기 위한 다리(길이 조정도 포함)가 구비될 수 있다.
휴대용 케이스(10)에는 샘플 탱크(20), 세정액 탱크(30), 중금속의 오염을 검출하는 센서모듈(40), 센서모듈(40)에 샘플을 분사하고 세정액을 통해 세정되는 분사수단(50), 분사수단(50)을 세정한 드레인수를 저장하는 드레인탱크(60), 센서모듈(40)을 통해 샘플의 오염도를 검출하는 검출기(potentiostat)(70), 구성요소를 제어하는 컨트롤러(80)(통신모듈 포함), 전원을 공급하는 전원부(90), 샘플의 오염도를 디스플레이하는 디스플레이패널(100)이 각각 내부와 외부에 선택적으로 구비되며, 이하 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.
샘플 탱크(20)에는 광산배수를 포함하는 지하수의 중금속 오염도를 검출하기 위한 샘플이 담기는 곳이며, 샘플의 주입과 배출이 가능한 구조이고 휴대용 케이스(10)에 분리 가능하게 장착될 수 있다.
세정액 탱크(30)는 분사수단(50)을 세척하기 위한 세정액이 저장되며, 세정액의 보충과 배출이 가능한 구조이고 휴대용 케이스(10)에 분리 가능하게 장착될 수 있다. 왜냐하면, 샘플의 오염으로 인해 샘플을 센서모듈(40)에 분사하는 분사수단은 샘플과 동일하게 오염될 것이며, 이와 같이 오염된 상태에서 다른 샘플의 중금속 오염도를 검출할 때 검출값이 신뢰도가 떨어지기 때문이다. 즉, 샘플의 1회 테스트 후 세정액을 통해 분사수단(50)을 깨끗하게 세정하도록 세정액을 공급한다.
도 2에서 보이는 바와 같이, 센서모듈(40)은 다수의 센서(전기화학센서)(41)로 구성된다.
센서(41)는 각각 동일한 구성으로서, 작업 전극(working electrode)(42), 기준 전극(reference electrode)(43), 상대 전극(counter electrode)(44) 및 작업 전극(42)과 기준 전극(43) 및 상대 전극(44)과 각각 전기적으로 접속 및 검출기(70)와 접속되는 제1 내지 제3접촉패드(42a,43a,44a)로 이루어진다.
센서모듈(40)은 원판으로 형성되어 휴대용 케이스(10)에 제자리 회전 가능하게 장착되면서 둘레부에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 센서(41)들이 배치된다.
이와 같은 구성의 센서모듈(40)은 구동수단 예컨대 스텝모터(45)와 동력전달 가능하게 연결(벨트 등)되어 일정 스텝식 회전하면서 각각의 센서(41)가 샘플을 공급받을 수 있는 위치로 셋팅된다.
분사수단(50)은 샘플 탱크(20)에 저장된 샘플을 펌핑하여 공급하거나 세정액 탱크(30)에 저장된 세정액을 펌핑하여 공급하는 펌프(51), 샘플 탱크(20)와 세정액 탱크(30) 및 펌프(51)를 연결하는 3웨이 밸브(52), 펌프(51)로부터 공급되는 샘플을 센서모듈(40)의 센서(41)에 분사하는 분사 노즐(53)로 구성된다. 물론, 3웨이 밸브(52)를 사용하지 않고 각각의 펌프를 통해 샘플 탱크(20)와 세정액 탱크(30)에 저장된 샘플과 세정액을 공급할 수도 있지만, 제조비용과 유지관리 비용이 많이 소요되므로 3웨이 밸브(52)를 이용하여 하나의 펌프(51)만을 사용한다.
펌프(51)와 3웨이 밸브(52)는 각각 컨트롤러(80)의 제어[예를 들어 관리자의 스위치 조작을 통한 컨트롤러(80)의 제어]를 받아 펌핑 구동 또는 유로를 연결[샘플 탱크(20)와 펌프(51), 세정액 탱크(30)와 펌프(51)]한다.
펌프(51)에 의한 샘플의 분사량과 세정액의 분사량은 서로 다를 것이며, 예를 들어 샘플은 센서(41)의 작동을 위한 양이기 때문에 매우 소량이고 반면에 세정액은 분사수단(50)의 모든 경로를 세정하여야 하기 때문에 상대적으로 대량이다. E따라서, 샘플의 분사량과 세정액의 분사량은 관리자의 조작에 의해 조정된다.
펌프(51), 샘플 탱크(20), 세정액 탱크(30), 3웨이 밸브(52) 및 분사 노즐(53)은 샘플 또는 세정액의 펌핑 및 분사가 가능하도록 호스 등을 통해 연결된다.
분사 노즐(53)은 샘플을 센서(41)에 분사하고 또한 세정액이 드레인되도록 2가지 위치에 셋팅되며, 이는 노즐 셋팅모터(예컨대 서보모터)(54)에 의해 이루어진다. 노즐 셋팅모터(54)는 로터(54a)가 연결되어 있으며, 분사노즐(53)은 로터(54a)에 예를 들어 끼움 결합되어 로터(54a)에 의해 샘플 분사 위치와 드레인 위치로 이동한다.
드레인탱크(60)는 분사수단(50)을 세척한 드레인수가 저장되는 곳이며, 분사 노즐(53)에서 분사되는 드레인수를 집수 및 집수된 드레인수를 배출할 수 있는 구조로 구성되고, 휴대용 케이스(10)에 분리 가능하게 장착되는 것이 바람직하다.
검출기(70)는 작업 전극(42)과 기준 전극(43) 사이의 전위차 또는 작업 전극(42)과 상대 전극(44) 사이의 전류를 측정한다.
컨트롤러(80)는 검출기(70)에 검출된 검출 값을 메모리에 저장, 디스플레이 패널(100)에 화면 출력 또는 프린트 등을 제어한다. 또한, 검출값과 컨트롤러는 오염되지 않은 청정수의 값을 함께 표시하도록 제어하여 오염 정도를 알려줄 수도 있다.
아울러, 본 발명은 컨트롤러(80)의 메모리에 저장된 데이터를 외부 기기에 옮길 수 있도록 USB 단자가 갖추어지고, 원거리의 중앙통제소에 전송할 수 있도록 통신모듈이 갖추어진다.
전원부(90)는 전원의 공급을 필요로 하는 구성[스텝모터(45), 분사수단(50), 검출기(70), 컨트롤러(80), 디스플레이 패널(100) 등]에 전원을 인가하며, 본 발명의 특성상 배터리가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염 검출 방법은 다음과 같다.
1. 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치 셋팅.
본 발명의 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치를 광산 지역으로 운반 및 비치한 후, 일정량의 샘플을 채취하여 샘플 탱크(20)에 주입하고, 세정액을 세정액 탱크(30)에 주입하며, 분사 노즐(53)을 샘플의 분사 위치로 셋팅하고, 센서모듈(40)을 셋팅하여 테스트를 준비한다.
2. 샘플 테스트.
준비 단계를 거친 후 예를 들어 샘플 테스트 모드 스위치를 선택하면, 분사수단(50)의 펌프(51)에 의해 샘플 탱크(20)에 저장된 일정량의 샘플이 펌핑되어 분사노즐(53)을 통해 센서(41)에 주입된다.
3. 오염도 검출.
검출기(70)는 센서(41)의 작업 전극(42)과 기준 전극(43) 사이의 전위차 또는 작업 전극(42)과 상대 전극(44) 사이의 전류를 검출하여 샘플의 오염도를 검출한다.
4. 오염도 저장 및 디스플레이.
컨트롤러(80)는 검출기(70)를 통해 검출된 값을 메모리에 저장하고, 디스플레이 패널(100)에 검출 값을 수치, 그래프 등으로 디스플레이한다.
5. 분사수단 세정.
분사수단(50)에 의해 샘플을 센서(41)에 주입한 후 분사수단(50)의 분사노즐(51)은 세정 위치로 이동한다(관리자의 세정 모드 스위치 선택, 또는 자동).
3웨이 밸브(52)에 의해 세정액 탱크(30)와 펌프(51)가 연결되며, 펌프(51)의 펌핑에 의해 세정액 탱크(30)에 저장된 세정액이 3웨이 밸브(52)와 펌프(51)를 경유한 후 분사노즐(53)에 공급되며, 이 과정에서 세정액은 이들(51,52,53)에 있는 오염물을 세척한 후 드레인탱크(60)에 집수된다.
본 발명의 센서모듈(40)에는 다수의 센서(41)가 구비되어 있으며, 샘플의 테스트를 거친 센서(41)의 오염 등을 감안하여 센서(41)를 1회용으로 사용할 수 있고, 한 번 사용된 센서(41)를 교체하지 않고 다음 위치의 센서(41)가 테스트 위치에 셋팅된다. 센서(41)의 셋팅은 센서모듈(40)의 회전에 의해 이루어지며, 스텝모터(45)에 의해 센서모듈(40)이 일정 스텝만큼 회전하여 다음 위치의 센서(41)가 테스트 위치로 이동 셋팅된다.
10 : 휴대용 케이스, 20 : 샘플 탱크
30 : 세정액 탱크, 40 : 센서모듈
41 : 센서, 50 : 분사수단
51 : 펌프, 52 : 3웨이 밸브
53 : 분사 노즐, 60 : 드레인탱크
70 : 검출기, 80 : 컨트롤러
90 : 전원부, 100 : 디스플레이 패널

Claims (5)

  1. 휴대용 케이스(10)와;
    상기 휴대용 케이스에 장착되며 내부에 광산배수를 포함하는 지하수의 샘플이 저장되는 샘플 탱크(20)와;
    상기 휴대용 케이스에 장착되며 내부에 세정액이 저장되는 세정액 탱크(30)와;
    작업 전극(working electrode)(42), 기준 전극(reference electrode)(43), 상대 전극(counter electrode)(44) 및 상기 작업 전극과 기준 전극 및 상대 전극과 각각 전기적으로 접속되는 제1 내지 제3접촉패드(42a,43a,44a)로 이루어진 다수의 센서(41)가 장착되어 이루어지며, 상기 휴대용 케이스에 분리 가능하게 설치되는 센서모듈(40)과;
    상기 샘플 탱크의 샘플을 상기 센서모듈의 센서에 분사하거나 상기 세정액 탱크에 저장된 세정액에 의해 세정되는 분사수단(50)과;
    상기 세정액 탱크에서부터 공급되어 상기 분사수단을 경유한 드레인수를 집수하는 드레인탱크(60)와;
    상기 센서의 제1 내지 제3접촉패드(42a,43a,44a)와 각각 연결되어 상기 작업 전극과 기준 전극 사이의 전위차 또는 작업 전극과 상대 전극 사이의 전류를 측정 및 제어하는 검출기(70)와;
    상기 센서모듈의 센서의 작업 전극과 기준 전극과 상대 전극에 각각 전위를 인가하고 상기 검출기를 통해 검출된 전류를 감지하는 컨트롤러(80)와;
    상기 컨트롤러의 제어를 통해 감지값을 디스플레이하는 디스플레이패널(100)과;
    상기 검출기, 컨트롤러, 디스플레이패널을 포함하는 구성에 전원을 인가하는 전원부(90)를 포함하고,
    상기 센서모듈은 원판으로 형성되어 상기 휴대용 케이스에 제자리 회전 가능하게 장착되면서 둘레부에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 센서가 형성되며, 구동수단을 통해 상기 다수의 센서가 각각 상기 분사수단에 의한 분사 위치에 셋팅되도록 회전하며,
    상기 분사수단은, 상기 샘플 탱크에 저장된 샘플을 펌핑하여 공급하거나 상기 세정액 탱크에 저장된 세정액을 펌핑하여 공급하는 펌프(51), 상기 샘플 탱크와 세정액 탱크 및 펌프를 연결하는 3웨이 밸브(52), 상기 펌프로부터 공급되는 샘플을 상기 센서모듈의 센서에 분사하는 분사 노즐(53), 상기 분사 노즐을 상기 센서모듈의 분사 위치 또는 상기 세정액의 드레인 위치에 셋팅하는 노즐 셋팅모터(54)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 의한 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치를 광산 지역으로 운반 및 비치한 후, 상기 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치의 샘플 탱크(20)에 광산배수를 포함하는 지하수의 샘플을 주입하고, 세정액 탱크(30)에 세정액을 주입 저장하며, 분사수단(50)을 샘플의 분사 위치로 셋팅하고, 센서모듈(40)을 셋팅하여 준비하는 제1단계와;
    상기 제1단계 이후 샘플 테스트 스위치를 선택하여 상기 샘플 탱크에 저장된 샘플이 상기 분사수단을 통해 상기 센서모듈의 센서(41)에 분사되도록 하되, 상기 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치의 센서모듈을 일정 각도만큼 회전시켜 다수의 센서 중에서 샘플을 테스트하기 위한 센서를 상기 분사수단의 분사 위치에 셋팅한 후 상기 샘플을 분사하는 제2단계와;
    상기 제2단계를 통해 샘플이 분사된 센서의 작업 전극과 기준 전극 사이의 전위차 또는 작업 전극과 상대 전극 사이의 전류를 검출하여 샘플의 오염도를 검출하는 제3단계와;
    상기 제3단계를 통해 검출된 샘플의 오염도를 저장 및 디스플레이하는 제4단계와;
    상기 제2단계를 통해 상기 센서에 샘플을 분사한 후 상기 분사수단을 세정 위치로 셋팅 및 상기 분사수단에 세정액을 공급하여 상기 분사수단을 세정하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광산배수를 포함하는 지하수의 휴대용 중금속 검출 장치를 이용한 광산배수를 포함하는 지하수의 오염도 검출 방법.
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