KR20150047884A - Apparatus and Method for Sample Collection from Groundwater with Dissolved Gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 용존가스를 포함하는 장심도 지하수용 시료채취장치 및 채취방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원위치에 가까운 수질측정이 가능하고, 양수 중의 탈기에 의한 가스 성분의 손실을 억제하여 정확한 심부환경의 자료를 획득할 수 있는 용존가스를 포함하는 장심도 지하수용 시료채취장치 및 채취방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to an apparatus and method for collecting underground water, including a dissolved gas, and more particularly, to a method and apparatus for measuring water quality close to the original position, And a sampling method and apparatus for collecting underground water.
지하수의 개발 및 연구를 위한 지하수 시추공에서 지하수의 수질측정 및 용존가스의 채취를 위하여 현재까지는 펌프를 사용하여 양수(pumping) 후 수집된 지하수를 이용하여 작업이 수행되었다. 하지만 지하 원위치(해당 심도의 압력수준)에서 양수과정을 통해 지표로 상승하는 지하수는 이미 감압(decompression)되어 탈기(degassing)에 의한 용존가스의 손실 및 pH, 용존산소(dissolved oxygen: DO) 값의 변이가 발생하게 된다.In order to measure groundwater quality and to collect dissolved gas in groundwater boreholes for the development and research of groundwater, work has been carried out using pumping and groundwater collected after pumping. However, the groundwater that ascends to the surface through the amphibious process in the in situ original (pressure level at the depth) is already decompressed and the dissolved gas loss due to degassing, pH, dissolved oxygen (DO) Mutation occurs.
이를 해결하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 10K PSI(지하 1km에 한함)의 수압까지 견딜수 있는 지하수 채취용기가 상용화되었지만, 지하수 수질측정이나 용존가스의 채취를 위한 특별한 장치가 개발된 바 없어, 원위치(in-situ) 상태를 구현하는 화학분석이 어려운 실정이다.
In order to solve this problem, as shown in FIG. 1, a groundwater collecting container capable of enduring a water pressure of 10 K PSI (1 km underground) was commercialized. However, no special device for measuring groundwater quality or collecting dissolved gas has been developed, Chemical analysis that implements the in-situ state is difficult.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 지하수 시료의 원위치 압력을 그대로 유지하며 지하수를 지표까지 운반하여 폐쇄계상태에서 탈기에 의한 용존가스의 손실을 막고 정확한 수질측정 및 용존가스의 채취 및 분석이 가능하도록 한 장심도 지하수 내 용존가스 채취장치 및 채취방법을 제공하는 데에 있다.
It is an object of the present invention, which is devised to solve the above-mentioned problems, to provide a method of controlling the flow of ground water to an earth surface by maintaining the original pressure of a ground water sample and preventing the loss of dissolved gas by deaeration in a closed system, And to provide an apparatus for collecting dissolved gas in a groundwater and a collecting method.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원위치에서 수집된 지하수를 공급하는 지하수 채취용기; 선택수단에 의해 상기 지하수 채취용기에 선택적으로 연결되는 지하수를 채수하는 지하수 채수용기와 지하수 및 용존가스를 채취하고 간이수질측정이 가능한 화학측정챔버; 및 상기 선택수단에 연결돼서 부압을 제공하는 진공펌프 가지는 용존가스를 포함하는 장심도 지하수용 시료채취장치이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a groundwater collecting vessel for supplying groundwater collected at an original site; A chemical measurement chamber capable of collecting groundwater and a dissolved gas and collecting the ground water and the dissolved gas and collecting the groundwater selectively connected to the groundwater collection container by the selection means; And a dissolved gas connected to the selecting means and having a vacuum pump for providing a negative pressure.
상기 화학측정챔버는 내부에 공간을 가지는 챔버본체와, 상기 챔버본체에 연결되어 지하수 또는 가스가 유입되는 유입관과, 상기 챔버본체에 설치되어 간이수질항목을 측정하기 위한 전극주입포트와, 상기 챔버본체에서 배출되는 가스를 포집하는 가스샘플링백에 연결되는 가스유출관과, 상기 챔버본체 내의 지하수를 배출하는 지하수유출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the chemical measurement chamber comprises a chamber body having a space therein, an inlet pipe connected to the chamber body for introducing groundwater or gas, an electrode injection port provided in the chamber body for measuring a simple water quality item, A gas outlet pipe connected to a gas sampling bag collecting gas discharged from the main body, and a groundwater outlet pipe for discharging groundwater in the chamber main body.
또 다른 발명은, 상기 시료채취장치를 이용한 용존가스를 포함하는 장심도 지하수용 시료채취방법에 있어서, 지하수 채취용기를 연결조인트에 연결하는 단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of collecting underground water in a groundwater including a dissolved gas using the sampling device, comprising: connecting a groundwater collecting container to a connection joint;
상기 선택수단에 의해 지하수 채취용기에 지하수 채수용기와 화학측정챔버 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 단계; 상기 진공펌프를 작동시켜 부압을 제공하는 단계; 및 상기 지하수 채수용기를 개방하여 상기 선택수단에 의해 선택된 지하수 채수용기와 화학측정챔버 중 어느 하나에 지하수를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Selecting one of the groundwater collection vessel and the chemical measurement chamber to connect to the groundwater collection container by the selection means; Operating the vacuum pump to provide a negative pressure; And opening the groundwater collection vessel to supply the groundwater to one of the groundwater collection vessel and the chemical measurement chamber selected by the selection means.
상기 선택수단이 지하수 채취용기에 지하수 채수용기를 선택하여 연결한 경우에는, 채수용기에 지하수를 공급하는 단계 이후에, 상기 선택수단에 의해 지하수 채취용기에 화학측정챔버를 연결하는 단계와, 상기 화학측정챔버에 지하수를 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
Connecting the chemical measurement chamber to the groundwater collection container by the selection means after the groundwater is supplied to the water collection container when the selection means selectively connects the groundwater collection container to the groundwater collection container, Further comprising the step of supplying groundwater to the measurement chamber.
본 발명을 통하여, 원위치에 가까운 수질측정이 가능하고, 양수 중의 탈기에 의한 가스 성분의 손실을 억제하여 정확한 심부환경의 자료를 획득할 수 있다.According to the present invention, it is possible to measure the water quality close to the original position, and to suppress the loss of the gas component due to the deaeration in the amniotic water, thereby obtaining accurate deep environment data.
도 1은 지하수 채취용기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 지하수 채취용기에서 보호캡이 분리된 상태의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시료채취장치의 개략도이다.
도 4는 도 3에서 화학측정챔버의 개략도이다.1 is a perspective view of a groundwater collecting container.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the groundwater collecting container of FIG. 1 with the protective cap removed.
3 is a schematic diagram of a sample collection device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic view of the chemical measurement chamber in Figure 3;
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.
도 1 및 도 2는 지하수 채취용기(100)를 도시한다. 상기 지하수 채취용기(100)는 지하수 채취용기는 나공(open borehole) 상태의 시추공에서 지하수 시료의 원위치(in-situ) 압력을 그대로 유지하며 지하수를 지표까지 운반할 수 있다.1 and 2 illustrate a
상기 지하수 채취용기(100)는 케이블(116)과 연결되고 지하수를 채취하는 채취포트(104)가 형성되는 상부바디(102)와, 상기 상부바디(102)와 연결되고 내부에 저장공간을 가지며 상기 저장공간과 연통되는 배출포트(110)가 형성되는 하부바디(106)와, 상기 하부바디(106)의 단부에 체결되어 상기 배출포트(110)를 커버하는 보호캡(108)을 포함하여 이루어진다.The
상기 배출포트(110)에는 배출관(112)과, 상기 배출관(112)의 배출을 제어하는 배출밸브(114)가 형성된다. 그리고, 상기 보호캡(108)은 나사결합 등의 공지의 결합수단을 통해 상기 하부바디(106)와 연결된다.The
상기 케이블(116)은 도시되지 않은 케이블윈치(cable winch)와 연결되며, 전기신호를 통해 상기 채취포트(104)의 개폐를 수행한다. 그리고, 상기 채취포트(104)를 통해 채취된 지하수는 채취지점의 해당 심도의 수압을 그대로 유지한 채 지표로 운반이 가능하다. 지표로 운반된 지하수 채취용기(100)의 상기 보호캡(108)을 분리하고, 상기 배출포트(110)의 배출관(112)을 시료채취장치(101)에 연결한다.The
상기 시료채취장치(101)는 도 3에 도시된 바와 같이, 크게 부압을 제공하는 진공펌프(120), 지하수를 채수하는 지하수 채수용기(124), 및 화학측정챔버(128)와, 상기 진공펌프(120), 상기 지하수 채수용기(124), 및 상기 지하수 채취용기(100)를 서로 연결하는 연결조인트(154)를 포함하여 이루어지며, 여기서 상기 지하수 채수용기(124)는 생략될 수 있다.3, the
상기 진공펌프(120)는 공지의 장치이므로 자세한 설명은 생략한다. 상기 연결조인트(154)와 상기 진공펌프(120)를 연결하는 펌프연결관(158)에는 진공제어밸브(122)가 설치되어 진공의 공급을 제어한다.Since the
또, 상기 연결조인트(154)에는 지하수 채취용기(100)가 연결되며, 상기 연결조인트(154)와 상기 지하수 채취용기(100) 사이에 용기연결관(156)이 개재될 수 있다.A
상기 지하수 채수용기(124)는 용존가스 분석을 위해 지하수를 채수하는 공간을 가진다. 상기 연결조인트(154)와 상기 지하수 채수용기(124)를 연결하는 채수연결관(160)에는 채수제어밸브(126)가 설치되어 지하수 또는 가스의 이동을 제어한다.The
그리고, 상기 화학측정챔버(128)는 도 3에서는 개략적으로 도시하였으며, 도 4에 자세히 도시된 바와 같다. 마찬가지로, 상기 연결조인트(154)와 상기 화학측정챔버(128)를 연결하는 측정연결관(162)에는 측정제어밸브(130)가 설치되어 상기 화학측정챔버로 지하수 또는 가스의 이동을 제어한다.The
이 결과, 상기 채수제어밸브(126)와 측정제어밸브(130)는 상기 지하수 채수용기(124)와 상기 화학측정챔버(128)룰 상기 연결조인트(154)에 대하여 선택적으로 연결하는 선택수단으로써의 역할을 한다. 이 기능은 하나의 방향전활밸브로 수행하는 것도 가능하다.As a result, the water
상기 화학측정챔버(128)는 내부에 공간을 가지는 챔버본체(132)와, 상기 챔버본체(132)에 연결되어 지하수 또는 가스가 유입되는 유입관(134)과, 상기 챔버본체(132)에 설치되어 간이수질항목을 측정하기 위한 전극주입포트(144,146,148,150)과, 상기 챔버본체(132)에서 배출되는 가스를 포집하는 가스샘플링백(152)에 연결되는 가스유출관(140)과, 지하수가 배출되는 지하수유출관(146)을 포함한다.The
최초 상기 화학측정챔버(128) 내로 유입되는 지하수는 챔버본체(132) 내에서 급감압에 의해 그 유동이 격렬하여 유입관(134)은 상기 챔버본체(132)의 하부에 배치하고, 용존가스 채취를 위한 가스유출관(140)은 상기 챔버본체(132)의 상부에 설치한다.The groundwater initially flowing into the
상기 지하수유출관(136)에는 지하수유출밸브(138)가 설치되고, 상기 가스유출관(140)에는 가스유출밸브(142)가 설치된다.A
상기 전극주입구(144,146,148,150)를 통하여 얻을 수 있는 간이수질항목은 DO, pH, Eh, EC 등이며, 이는 공지의 기술이므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다. The simplified water quality items obtained through the
상기 가스샘플링백(152)으로는 테드라 가스 샘플링백(tedlar bag)을 사용할 수 있다.
As the
기본적으로 본 발명의 실시예에 따른 시료채취장치(101)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 시료채취장치(101)에 의하여 용존가스 및 샘플링 지하수를 채취하는 방법에 대하여 설명한다.Basically, the
가스의 성분 분석은 가스크로마토그래피(Gas Chromatography: GC)에서 이루어진다. 일반적으로 채집된 가스(gas) 상의 형태로 분석기기에 주입하여 가스성분 분석을 실시하지만, GC에 전처리 퍼지 앤 트랩(purge and trap) 장치를 부착하게 되면 액체(liquid) 상의 용존가스를 포함한 지하수를 주입하는 것으로 가스성분 분석을 실시할 수 있다. 따라서 장심도 지하수 내 용존가스의 분석을 위하여 가스시료를 채집하는 경우와 액체시료를 채집하는 경우로 나누어 수행할 수 있다.
The composition of the gas is analyzed by gas chromatography (GC). Generally, a gas component analysis is performed by injecting into a gas analyzer in the form of a collected gas. However, when a pretreatment purge and trap device is attached to GC, groundwater containing dissolved gas on a liquid The gas component analysis can be performed by injection. Therefore, for the analysis of the dissolved gas in the groundwater, it can be divided into the case of collecting the gas sample and the case of collecting the liquid sample.
[가스시료를 채집하는 경우][When collecting gas samples]
먼저, 상기 지하수 채취용기(100)를 측정하고자 하는 지하 원위치(해당 심도의 압력수준)에 삽입하고, 케이블(116)을 통해 채취포트(104)를 조작하여 지하 원위치의 지하수를 채취한다.First, the
지하수가 장입된 상태의 상기 지하수 채취용기(100)를 상기 연결조인트(154)에 연결한다. 이 상태에서 상기 배출밸브(114)는 폐쇄된 상태이다. 또, 가스샘플링백(152)을 상기 가스유출관(140)에 설치하고, 간이수질항목을 측정하기 위한 전극주입포트(144,146,148,150)에 측정전극(미도시)을 삽입하여 고정한다.The
그리고, 상기 채수제어밸브(126)은 닫은 상태에서, 상기 진공제어밸브(122) 및 상기 측정제어밸브(130)를 열고, 상기 진공펌프(120)를 작동시켜 관(158,160,162)의 내부, 상기 연결조인트(154), 상기 화학측정챔버(128), 상기 가스샘플링백(152) 내부를 진공상태로 한다.The water
도시되지 않은 압력게이지를 이용하여 진공상태를 확인한 후, 상기 진공제어밸브(122)를 닫고, 상기 진공펌프(120)의 작동을 종료한다.After confirming the vacuum state using a pressure gauge (not shown), the
그리고, 상기 지하수 채취용기(100)의 배출밸브(114)를 천천히 열면, 용기 내 지하수의 자체 수압에 의해 유동이 시작되어, 연결조인트(154) 및 측정연결관(152)를 통해 상기 화학측정챔버(128) 안으로 지하수 유입이 시작된다.When the
동시에 부피팽창과 감압으로 인하여 탈기된 용존가스는 상기 가스유출관(140)을 따라 상기 가스샘플링백(152)으로 이동한다.At the same time, the dissolved gas which has been degassed due to the volume expansion and decompression moves to the
상기 가스샘플링백(152)의 부피 팽창으로 용존가스 시료의 채취를 확인한 후, 상기 가스유출관(140)을 닫는다. 이때, 지하수가 가스샘플링백(152)으로 들어가지 않도록 유의하며 작업을 실시한다.After the collection of the dissolved gas sample is confirmed by the volume expansion of the
그리고, 상기 화학측정챔버(128) 내로 유입된 지하수의 양이 간이수질측정이 가능할 정도가 되면, 상기 측정제어밸브(130)와, 상기 배출밸브(114)를 순차적으로 닫는다.The
이후, 간이수질측정 항목의 수치가 평형을 이루면, 그 값을 기록한다. Thereafter, if the numerical values of the simple water quality measurement items are balanced, the values are recorded.
또, 실내 분석용 지하수 시료가 필요하다면, 지하수 채취용기 및 화학측정챔버 내 잔류 지하수를 이용하여 목적에 맞게 전처리 후 실험실로 신속하게 운반하여 분석한다.
If a groundwater sample for analysis is needed, the groundwater collection container and residual groundwater in the chemical measurement chamber should be used for pretreatment and transported to the laboratory.
[지하수 시료를 직접 채집하는 경우][When collecting ground water samples directly]
먼저, 상기 지하수 채취용기(100)를 측정하고자 하는 지하 원위치(해당 심도의 압력수준)에 삽입하고, 케이블(116)을 통해 채취포트(104)를 조작하여 지하 원위치의 지하수를 채취한다.First, the
지하수가 장입된 상태의 상기 지하수 채취용기(100)를 상기 연결조인트(154)에 연결한다. 이 상태에서 상기 배출밸브(114)는 폐쇄된 상태이다. 상기 지하수 채수용기(124)을 용기연결관(124)에 설치하고, 상기 간이수질항목을 측정하기 위한 전극주입포트(144,146,148,150)에 측정전극(미도시)을 삽입하여 고정한다. 이때, 상기 가스샘플링백(152)은 설치할 필요 없다.The
그리고, 상기 채수제어밸브, 상기 진공제어밸브(122) 및 상기 측정제어밸브(130)를 열고, 상기 진공펌프(120)를 작동시켜 관(158,160,162)의 내부, 상기 연결조인트(154), 상기 화학측정챔버(128), 상기 지하수 채수용기(124), 상기 가스샘플링백(152) 내부를 진공상태로 한다. Then, the water supply control valve, the
도시되지 않은 압력게이지를 이용하여 진공상태를 확인한 후, 상기 진공제어밸브(122)를 닫고, 상기 진공펌프(120)의 작동을 종료한다. After confirming the vacuum state using a pressure gauge (not shown), the
그리고, 상기 측정제어밸브(130)를 잠그고, 상기 지하수 채취용기(100)의 배출밸브(114)를 천천히 열면, 용기 내 지하수의 자체 수압에 의해 유동이 시작되어, 연결조인트(154) 및 채수제어밸브(126)를 통해 상기 지하수 채수용기(124) 안으로 지하수 유입이 시작된다.When the
상기 지하수 채수용기(124)가 채워지면, 상기 채수제어밸브(126)를 닫는다. 이렇게 얻어지는 지하수는 용존가스 분석을 위하여 사용한다.When the
그리고, 상기 측정제어밸브(130)를 열면, 상기 화학측정챔버(128) 내로 지하수 유입이 시작되며, 유압된 지하수의 양이 간이수질측정이 가능할 정도가 되면, 상기 측정제어밸브(130)와 상기 배출밸브(114)를 순차적으로 닫는다. When the
이후, 간이수질측정 항목의 수치가 평형을 이루면, 그 값을 기록한다. Thereafter, if the numerical values of the simple water quality measurement items are balanced, the values are recorded.
또, 실내 분석용 지하수 시료가 필요하다면, 상기 지하수 채수용기(124) 및 상기 화학측정챔버(128) 내 잔류 지하수를 이용하여 목적에 맞게 전처리 후 실험실로 신속하게 운반하여 분석한다.
If an in-ground analytical groundwater sample is required, the
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that
100: 지하수 채취용기
101: 시료채취장치
102: 상부바디
104: 채취포트
106: 하부바디
108: 보호캡
110: 배출포트
112: 배출관
114: 배출밸브
116: 케이블
120: 진공펌프
122: 진공제어밸브
124: 지하수 채수용기
126: 채수제어밸브
128: 화학측정챔버
130: 측정제어밸브
132: 챔버본체
134: 유입관
136: 지하수유출관
138: 지하수유출밸브
140: 가스유출관
142: 가스유출밸브
144,146,148,150: 전극주입구
152: 가스샘플링백
154: 연결조인트
158: 펌프연결관100: Groundwater collection vessel 101: Sampling device
102: upper body 104: collection port
106: lower body 108: protective cap
110: exhaust port 112: exhaust pipe
114: discharge valve 116: cable
120: Vacuum pump 122: Vacuum control valve
124: groundwater collection vessel 126: water supply control valve
128: Chemical measurement chamber 130: Measurement control valve
132: chamber body 134: inlet pipe
136: groundwater outflow pipe 138: groundwater outflow valve
140: gas outlet pipe 142: gas outlet valve
144, 146, 148, 150: Electrode inlet 152: Gas sampling bag
154: connecting joint 158: pump connector
Claims (4)
선택수단에 의해 상기 지하수 채취용기에 선택적으로 연결되는 지하수를 채수하는 지하수 채수용기와 지하수 및 용존가스를 채취하고 간이수질측정이 가능한 화학측정챔버; 및
상기 선택수단에 연결돼서 부압을 제공하는 진공펌프 가지는 용존가스를 포함하는 장심도 지하수용 시료채취장치.
A groundwater collection vessel for supplying groundwater collected from the in situ;
A chemical measurement chamber capable of collecting groundwater and a dissolved gas and collecting the ground water and the dissolved gas and collecting the groundwater selectively connected to the groundwater collection container by the selection means; And
And a dissolved gas connected to the selecting means and having a vacuum pump for providing a negative pressure.
2. The apparatus according to claim 1, wherein the chemical measurement chamber comprises: a chamber body having a space therein; an inlet pipe connected to the chamber body for introducing groundwater or gas; An inlet port, a gas outlet pipe connected to a gas sampling bag collecting gas discharged from the chamber body, and a groundwater outlet pipe for discharging groundwater in the chamber main body. Underground storage sampling device.
지하수 채취용기를 연결조인트에 연결하는 단계;
상기 선택수단에 의해 지하수 채취용기에 지하수 채수용기와 화학측정챔버 중 어느 하나를 선택하여 연결하는 단계;
상기 진공펌프를 작동시켜 부압을 제공하는 단계; 및
상기 지하수 채수용기를 개방하여 상기 선택수단에 의해 선택된 지하수 채수용기와 화학측정챔버 중 어느 하나에 지하수를 공급하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 용존가스를 포함하는 장심도 지하수용 시료채취방법,
A method for collecting underground water in an atmospheric environment including dissolved gas using the sampling device according to claim 1 or 2,
Connecting the groundwater collection vessel to the connection joint;
Selecting one of the groundwater collection vessel and the chemical measurement chamber to connect to the groundwater collection container by the selection means;
Operating the vacuum pump to provide a negative pressure; And
The method comprising the steps of: opening the groundwater collection vessel to supply groundwater to one of the groundwater collection vessel and the chemical measurement chamber selected by the selection means;
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