KR102338915B1 - 토양 및 지하수 오염탐지 시스템 - Google Patents

토양 및 지하수 오염탐지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 형태는 토양층과 지하수층을 관통하도록 수직으로 삽입된 오염감지 파이프관; 오염감지 파이프관의 내부 통로의 토양층에 위치하며, 토양층에서의 기체 오염물질을 감지하는 기체오염 감지센서; 오염감지 파이프관의 내부 통로를 따라서 설치된 센서로서, 토양층 및 지하수층에서의 액체 오염물질을 감지하는 액체오염 감지센서; 상기 기체오염 감지센서를 통해 감지되는 기체 오염물질에 대한 정보와 상기 액체오염 감지센서를 통해 감지되는 액체 오염물질에 대한 정보를 이용하여 지중 오염도를 판정하는 콘솔 단말;을 포함할 수 있다.

Description

토양 및 지하수 오염탐지 시스템{System for detecting soil/underground water pollution}
본 발명은 토양 및 지하수 오염탐지 시스템으로서, 토양 및 지하수의 오염을 동시에 측정하여 오염 정도를 탐지하는 토양 및 지하수 오염탐지 시스템에 관한 것이다.
지하수는 지구상 물의 1%이하로서, 기반암과 토양의 공간에 들어 있다. 대부분의 지하수의 근원은 강우인데, 이러한 강우는 땅속으로 스며들어 지하수계의 일부분이 되고, 나머지는 땅속을 경유하거나 지면을 흘러내려 바다로 유입된다. 지하에 있는 물을 모두 지하수라 정의 내리진 않는데, 우리나라 지하수 법에서도 지하수를 '지하의 지층이나 암석 사이의 빈틈을 채우고 있는 물'로 정의 내리고 있다. 이러한 지하수는 호수나 해저를 향하여 흐르고 있으며, 그 흐름은 지질의 구성성분에 의해 영향을 받는다. 그 예로서, 석회암 지역의 지하수는 시속 수(m/h)의 속도로 빠르게 이동하는 반면, 대부분의 다른 지역에서는 연간 수m 정도의 느린 속도로 이동한다.
한편, 산업이 발전함에 따라서 저장탱크, 배송시설, 취수시설 등의 다양한 시설들이 설치되어 이용되고 있다. 이러한 저장탱크, 배송시설, 취급시설 등의 오염유발시설로 인하여, 토양 및 지하수 오염이 확산되는 문제가 있다. 지중에 매설 또는 지상에 설치되어 있는 유체의 배송시설은 시설의 노후 및 외부충격, 관리실수 등으로 오염유발물질을 누출시킬 수 있다.
이러한 지중환경 오염유발시설 주변의 토양 및 지하수 오염을 탐지하기 위하여 제도적으로는 오염유발시설 주변토양에 대하여 정기적으로 오염농도 검사를 실시하고 있으나, 토양 및 지하수 오염농도 지속적으로 발생하고 있다.
따라서 저장탱크, 배송시설, 취급시설 등의 오염유발시설로 인한 토양/지하수 오염 확산을 효율적으로 방지할 수 있도록 토양 및 지하수의 오염을 동시에 센싱하여 모니터링하여 정확하게 분석할 수 있는 수단의 필요성이 증대하고 있다.
한국공개특허 제10-2015-0146036호
본 발명의 기술적 과제는 토양 및 지하수의 오염농도를 동시에 센싱하여 모니터링하여 토양/지하수 오염 확산을 효율적으로 방지할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 토양층과 지하수층을 관통하도록 수직으로 삽입된 오염감지 파이프관; 오염감지 파이프관의 내부 통로의 토양층에 위치하며, 토양층에서의 기체 오염물질을 감지하는 기체오염 감지센서; 오염감지 파이프관의 내부 통로를 따라서 설치된 센서로서, 토양층 및 지하수층에서의 액체 오염물질을 감지하는 액체오염 감지센서; 상기 기체오염 감지센서를 통해 감지되는 기체 오염물질에 대한 정보와 상기 액체오염 감지센서를 통해 감지되는 액체 오염물질에 대한 정보를 이용하여 지중 오염도를 판정하는 콘솔 단말;을 포함할 수 있다.
상기 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은, 일단이 오염감지 파이프관의 내부 통로에 위치하고 타단이 오염감지 파이프관이 외부에 위치하도록, 상기 오염감지 파이프관의 측벽을 관통하여 설치되는 신호전달 파이프관; 신호전달 파이프관의 내부 통로에 설치되어, 기체오염 감지센서와 콘솔 단말을 연결하는 제1신호선; 신호전달 파이프관의 내부 통로에 설치되어, 액체오염 감지센서와 콘솔 단말을 연결하는 제2신호선;을 포함할 수 있다.
상기 기체오염 감지센서는, 오염감지 파이프관의 내부 통로에 위치한 신호전달 파이프관의 외부면에서 돌출되어 설치되며, 상기 액체오염 감지센서는, 오염감지 파이프관의 내부 통로에 위치한 신호전달 파이프관의 일단에서 오염감지 파이프관의 내부 통로를 따라 수직으로 케이블 형태로 설치됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은, 케이블로 된 액체오염 감지센서의 둘레를 감싸는 부력체;를 포함할 수 있다.
상기 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은, 지표면 영역에 있는 신호전달 파이프관의 외벽 둘레에 설치된 충전재;를 포함하며, 상기 신호전달 파이프관은, 상기 충전재를 관통하여 오염감지 파이프관의 내부 통로에 도달하도록 설치됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 콘솔 단말은, 상기 기체오염 감지센서를 통해 감지되는 기체 오염물질의 질량과, 상기 액체오염 감지센서를 통해 감지되는 액체 오염물질의 질량을 파악한 후, 파악된 기체 오염물질의 질량과 액체 오염물질의 질량을 비교하여 지역별로 지중 오염도를 다르게 판정함을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 수직관정 PVC 오염감지 파이프관 내부에 기체오염 감지센서와 액체오염 감지센서를 동시에 적용함으로써, 토양에서 발생하는 기체의 오염과 지하수에서 발생하는 액체 오염을 비교 분석하여 오염을 판정함으로써 오염판정의 정확도를 고도화할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 부력체를 수면에 설치하여, 액체오염 감지센서를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 토양 및 지하수 오염탐지 시스템의 개념도.
도 2는 지하수층의 구조를 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오염감지 파이프관의 예시 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 토양 및 지하수 오염탐지 시스템의 상세 구성도 그림.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 토양 및 지하수 오염탐지 시스템의 개념도이며, 도 2는 지하수층의 구조를 도시한 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오염감지 파이프관의 예시 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 토양 및 지하수 오염탐지 시스템의 상세 구성도 그림이다.
본 발명은, 토양층에서 발생하는 오염기체를 감지하는 Sensor와 지하수에 혼합되어 있는 오염물질을 감지하는 센서를 동시에 적용하는 방법으로 ① 수직관정 PVC 오염감지 파이프관 내부에 기체오염 감지센서와 액체오염 감지센서를 설치하고 ② 센서를 보호 하기 위한 Float를 수면에 설치하고 ③ 토양에서 발생하는 기체의 오염과 지하수에서 발생하는 액체 오염을 비교 분석하여 오염을 판정함으로써 오염판정의 정확도를 고도화할 수 있다.
즉, 토양층 구간에서는 오염발생시 오염기체가 발생하고 오염가스농도를 측정 할 수 있으며, 지하수층 구간에서는 지하수의 오염이 발생 시 오염물질이 지하수에 혼입되어 지하수 유동에 따라서 관정으로 유입되게 되며 오염감지센서를 활용하여 오염을 감지할 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이 토양층과 지하수층을 관통하도록 수직으로 삽입된 오염감지 파이프관(10)과, 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로의 토양층에 위치하며 토양층에서의 기체 오염물질을 감지하는 기체오염 감지센서(100)와, 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로를 따라서 설치된 센서로서, 토양층 및 지하수층에서의 액체 오염물질을 감지하는 액체오염 감지센서(200)와, 상기 기체오염 감지센서(100)를 통해 감지되는 기체 오염물질에 대한 정보와 상기 액체오염 감지센서(200)를 통해 감지되는 액체 오염물질에 대한 정보를 이용하여 지중 오염도를 판정하는 콘솔 단말(300)을 포함할 수 있다. 이하 상술하기로 한다.
오염감지 파이프관(10)은, 토양층과 지하수층을 관통하도록 수직으로 삽입된 PVC 파이프관이다. 오염감지 파이프관(10)은, 토양층을 거쳐서 지하수층의 위치까지 도달하도록 설치된다.
토양을 굴착하게 되면 지표면에는 토양이 존재하지만 굴착 깊이가 깊어지면서 지하수가 혼입되어 있는데, 토양이 있는 구간을 토양층이라 하고 지하수가 혼입되어 있는 구간을 지하수층이라 한다.
알려진 바와 같이 지하수는, 지표면과 암반 사이의 공간에 들어 있는데, 지하수는 지표면으로부터 750m 이내에서 산출된다. 도 2에 도시한 바와 같이 지표면에서 암반 사이의 공간은 물이 포함된 양에 따라 위에서부터 아래로 지표면, 토양, 통기대(通氣帶,불포화대), 지하수면, 포화대(飽和帶), 암반으로 구분된다. 이중 통기대(通氣帶)는 지하의 흙이나 암석 내의 공극이 주로 공기로 채워진 공간이다. 이 공간은 물이 일부분 포함되어 있지만 그 양이 매우 적어 해당 공간을 완전히 포화시키지는 못한다고 해서 불포화대라고도 불린다. 포화대(飽和帶)는 흙이나 암석 내의 모든 공극이 물로 채워져 있는 공간이며, 포화대에 놓여 있는 투수성이 높은 암석 또는 토양을 대수층이라 한다. 통기대(通氣帶)와 포화대(飽和帶)의 경계면은 지하수면이라 한다. 본 발명에서는 포화대를 지하수층이라 부르기로 한다.
오염감지 파이프관(10)은, 도 3에 도시한 바와 같이 측벽에 복수개의 구멍이 배열된 유공관이 일체형으로 연결된 구조를 가진다. 참고로, 유공관(有孔管, Perforated Drain Pipe)이라 함은, 지하에 매설하는 관체에 다수의 구멍이 있는 배수용 관으로서, 집수, 배수하는 경우에 사용한다.
기체오염 감지센서(100)는, 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로의 토양층에 위치하며, 토양층에서의 기체 오염물질을 감지하는 센서이다. 오염감지 파이프관(10)의 측벽에 배열된 구멍을 통해 토양층의 가스의 기체 오염물질이 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로로 유입되는데, 이러한 토양층의 기체 오염물질을 감지하는 것이다. 기체오염 감지센서(100)는 CO2, VOCs 등 오염유발시설 취급물질 또는 예상 발생물질을 감지 할 수 있는 센서를 복수 또는 개별로 설치하여 오염물질의 농도를 측정할 수 있다. 이렇게 탐지되는 기체 오염물질에 대한 정보는, 이더넷(Ethernet), 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus), IEEE 1394, 직렬통신(serial communication) 및 병렬 통신(parallel communication)과 같은 유선 통신을 통하여 콘솔 단말(300)로 전송된다.
액체오염 감지센서(200)는, 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로를 따라서 설치된 센서로서, 토양층 및 지하수층에서의 액체 오염물질을 감지하는 센서이다. 지하수층에 있는 지하수에 존재하는 오염물질을 감지하며, 토양층 역시 토양뿐만 아니라 물과같은 액체가 함께 존재할 수 있으므로 토양층에 존재하는 물에 들어있는 오염물질을 감지하는 것이다. 액체오염 감지센서(200)는 오염유무를 감지하는 센서와 오염농도를 감지하는 센서를 현장의 특성에 적합하게 적용 가능하다. 탐지된 액체오염물질에 대한 정보는, 직렬통신(serial communication) 및 병렬 통신(parallel communication)과 같은 유선 통신을 통하여 콘솔 단말(300)로 전송된다.
참고로, 이러한 기체오염 감지센서(100)와 액체오염 감지센서(200)는, 오염물질에 화학적 반응을 통하여 센싱하거나, 또는 오염물질에 물리적 반응을 통하여 센싱할 수 있는 등 다양한 방식의 센싱을 하는 감지 센서가 사용될 수 있다.
콘솔 단말(300)은, 오염물질을 측정하고 관리하는 관리자가 사용하는 단말이 해당될 수 있다. 서버(Server), 데스크탑 PC(desktop PC), 태블릿 PC(tablet PC), 슬레이트 PC(slate PC), 노트북 컴퓨터(notebook computer) 등이 해당될 수 있다. 물론, 본 발명이 적용 가능한 단말기는 상술한 종류에 한정되지 않고, 외부 장치와 통신이 가능한 단말기를 모두 포함할 수 있음은 당연하다.
오염 감지센서와 콘솔 단말(300) 사이에는 중계기가 추가로 구비될 수 있다. 중계기는 유선 라인을 통하여 수집되는 오염 감지정보를 수집하여 RS485 통신 등을 통하여 외부의 콘솔 단말(300)로 전송할 수 있다. 중계기와 콘솔 단말(300)은 필요한 데이터를 송수신하도록 알고리즘(소프트웨어)이 적용될 수 있다.
콘솔 단말(300)은, 기체오염 감지센서(100)를 통해 감지되는 기체 오염물질에 대한 정보와 액체오염 감지센서(200)를 통해 감지되는 액체 오염물질에 대한 정보를 이용하여 지중 오염도(토양/지하수의 종합 오염농도)를 판정한다. 즉, 기체 오염물질에 대한 정보와 액체 오염물질에 대한 정도를 비교 분석하여, 토양 및 지하수의 종합 오염농도를 정확하게 판정할 수 있다.
이러한 지중 오염도 비교 분석 방법은, 기체오염 감지센서(100)를 통해 감지되는 기체 오염물질의 질량과, 액체오염 감지센서(200)를 통해 감지되는 액체 오염물질의 질량을 파악한 후, 파악된 기체 오염물질의 질량과 액체 오염물질의 질량을 비교 분석하여 지역별로 지중 오염도를 다르게 판정할 수 있다.
예컨대, 제1지역의 토양 및 지하수 오염을 측정한 결과, 기체 오염물질의 질량이 액체 오염물질의 질량보다 더 높은 경우에 지중 오염도를 기준치보다 더 높게 판정하며, 반면에, 제2지역의 토양 및 지하수 오염을 측정한 결과, 기체 오염물질의 질량이 액체 오염물질의 질량보다 더 높은 경우에 지중 오염도를 기준치 더 낮게 판정할 수 있다.
이는, 지역별로 토양층의 오염도가 중요시되거나, 또는 지하수의 오염도가 중요시 때문에, 지역별로 오염도 가중치를 다르게 하여 최종적인 지중 오염도를 판정하기 위함이다.
한편, 이러한 기체오염 감지센서(100) 및 액체오염 감지센서(200)는, 토양층과 지하수층을 수직으로 관통하여 삽입되어 설치된 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로에 설치되어 감지정보를 콘솔 단말(300)로 전송하는데, 이러한 설치 위치 및 신호 전달 수단에 대하여 도 4와 함께 상술한다.
센서에서 감지되는 감지 정보가 콘솔 단말(300)로 전송되는데, 이를 위하여 신호전달 파이프관(20)이 구비된다.
신호전달 파이프관(20)은, 신호전달 일단이 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로에 위치하고 타단이 오염감지 파이프관(10)이 외부에 위치하도록, 오염감지 파이프관(10)의 측벽을 관통하여 설치되는 파이프관이다.
지표면 영역에 있는 신호전달 파이프관(20)의 외벽 둘레에는 그라우팅(grouting) 공법으로 충전재(30)가 위치한다. 따라서 신호전달 파이프관(20)은, 상기 충전재(30)를 관통하여 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로에 도달하도록 설치된다. 참고로, 그라우팅(grouting)은, 시멘트와 같은 충전재(30)를 건축물이나 석축의 틈, 암석의 균열, 투수성 지층 등에 강제로 주입하는 공법을 말하는 것으로서, 지반의 고정, 지지력 증가, 투수성 감소, 지반과 구조물의 일체화 등 목적으로 구조물 주변 및 내부에 시멘트, 모르타르, 기타물질을 주입하여 완성한다.
신호전달 파이프관(20)에는 신호 전달을 위한 신호선이 설치된다. 즉, 신호전달 파이프관(20)의 내부 통로에 설치되어 기체오염 감지센서(100)와 콘솔 단말(300)을 연결하는 제1신호선(21)과, 신호전달 파이프관(20)의 내부 통로에 설치되어 액체오염 감지센서(200)와 콘솔 단말(300)을 연결하는 제2신호선(22)이 설치된다. 따라서 제1,2신호선이 신호전달 파이프관(20)에 의해 보호되므로 외부 물리적인 파손을 예방할 수 있다.
또한 기체오염 감지센서(100)는, 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로에 위치한 신호전달 파이프관(20)의 외부면에서 돌출되어 설치된다. 기체오염 감지센서(100)를 통해서 감지되는 정보는 제1신호선(21)을 통하여 콘솔 단말(300)로 전달된다.
액체오염 감지센서(200)는, 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로에 위치한 신호전달 파이프관(20)의 일단에서 오염감지 파이프관(10)의 내부 통로를 따라 수직으로 케이블 형태로 설치된다. 액체오염 감지센서(200)를 통해서 감지되는 정보는 제2신호선(22)을 통하여 콘솔 단말(300)로 전달된다.
나아가, 본 발명의 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은, 케이블로 된 액체오염 감지센서(200)의 둘레를 감싸는 부력체(40)(float)를 구비할 수 있다. 부력체(40)(float)가 지하수층의 상부면에서 뜰 수 있게 되기 때문에 액체오염 감지센서(200)를 보호할 수 있다. 나아가, 부력체(40)에 다른 오염 감지센서를 추가로 구비할 수 있게 되어 탐지 확장성을 가지게 된다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10:오염감지 파이프관 20:신호전달 파이프관
100:기체오염 감지센서 200:액체오염 감지센서
300:콘솔 단말

Claims (6)

  1. 토양층과 지하수층을 관통하도록 수직으로 삽입된 오염감지 파이프관;
    오염감지 파이프관의 내부 통로의 토양층에 위치하며, 토양층에서의 기체 오염물질을 감지하는 기체오염 감지센서;
    오염감지 파이프관의 내부 통로를 따라서 설치된 센서로서, 토양층 및 지하수층에서의 액체 오염물질을 감지하는 액체오염 감지센서;
    상기 기체오염 감지센서를 통해 감지되는 기체 오염물질에 대한 정보와 상기 액체오염 감지센서를 통해 감지되는 액체 오염물질에 대한 정보를 이용하여 지중 오염도를 판정하는 콘솔 단말;
    을 포함하고,
    상기 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은,
    케이블로 된 액체오염 감지센서의 둘레를 감싸는 부력체;를 포함하고
    상기 부력체(float)가 지하수층의 상부면에서 뜰 수 있게 되기 때문에 액체오염 감지센서를 보호할 수 있고, 부력체에 다른 오염 감지센서를 추가로 구비할 수 있게 되어 탐지 확장성을 가지게 되는 토양 및 지하수 오염탐지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은,
    일단이 오염감지 파이프관의 내부 통로에 위치하고 타단이 오염감지 파이프관이 외부에 위치하도록, 상기 오염감지 파이프관의 측벽을 관통하여 설치되는 신호전달 파이프관;
    신호전달 파이프관의 내부 통로에 설치되어, 기체오염 감지센서와 콘솔 단말을 연결하는 제1신호선;
    신호전달 파이프관의 내부 통로에 설치되어, 액체오염 감지센서와 콘솔 단말을 연결하는 제2신호선;
    을 포함하는 토양 및 지하수 오염탐지 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기체오염 감지센서는, 오염감지 파이프관의 내부 통로에 위치한 신호전달 파이프관의 외부면에서 돌출되어 설치되며,
    상기 액체오염 감지센서는, 오염감지 파이프관의 내부 통로에 위치한 신호전달 파이프관의 일단에서 오염감지 파이프관의 내부 통로를 따라 수직으로 케이블 형태로 설치됨을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염탐지 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 토양 및 지하수 오염탐지 시스템은,
    지표면 영역에 있는 신호전달 파이프관의 외벽 둘레에 설치된 충전재;를 포함하며,
    상기 신호전달 파이프관은, 상기 충전재를 관통하여 오염감지 파이프관의 내부 통로에 도달하도록 설치됨을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염탐지 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 콘솔 단말은,
    상기 기체오염 감지센서를 통해 감지되는 기체 오염물질의 질량과, 상기 액체오염 감지센서를 통해 감지되는 액체 오염물질의 질량을 파악한 후, 파악된 기체 오염물질의 질량과 액체 오염물질의 질량을 비교하여 지역별로 지중 오염도를 다르게 판정함을 특징으로 하는 토양 및 지하수 오염탐지 시스템.
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