KR101615364B1 - 지중의 토양오염 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 누출이 예상되는 지중 시설 주변에 매설된 다공관; 상기 다공관에 연결되고 지상으로 연장된 튜브; 상기 튜브를 통해 상기 다공관에 음압을 제공함으로써 지중 기체를 흡입하도록 지상에 설치된 흡입 펌프; 및, 상기 흡입 펌프에 의해 제공되는 지중 기체를 분석하는 기체 분석 기기;를 구비하는 지중의 토양오염 검출 장치가 제공된다.

Description

지중의 토양오염 검출 장치{Apparatus For Detecting Soil Pollution In Subsurface}

본 발명은 지중의 토양오염 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하 시설로부터 토양을 오염시키는 물질의 누출시에 지중 기체의 변화를 검출할 수 있는 장치에 관한 것이다.

지하에 매설 또는 설치되어 있는 지하 시설물 및 지하 시설물이 포함하는 물질은 지중 환경을 교란할 수 있는 잠재적인 토양 오염 물질이라고 할 수 있다. 예를 들어 지하에 매설된 주유소의 유류 저장 탱크 및 배관으로부터 유류 누출은 지중 환경을 교란하고 토양을 직접적으로 오염시키는 원인이 된다.

또한 지하 시설물의 부식 및 노후화에 기인하여 토양 및 지하수가 오염될 수 있고, 지하에서 연장되는 배수관, 오수관, 도시 가스관, 전기 배선관, 광 케이블관등의 파손 및 노후화에 의해서도 지하 환경이 교란될 수 있다.

통상적으로 유류나 유해 물질이 지하에서 누출되기 시작하면 누출에 의해 감소된 유량을 측정하거나 또는 해당 오염 물질을 직접적으로 감지할 수 있는 경우에만 누출 사실을 인지할 수 있다. 예를 들어 주유소의 지하 저장 탱크 또는 배관에서 유류가 누출되면 저장 탱크의 유류 저장량의 감소를 측정하거나 또는 누출되어 토양으로 스며든 누출 유류를 지중에 매설된 감지 장치를 통해 감지한다.

그러나 상기와 같은 감지 방식에 의해서는 종종 유류 누출이 정확하게 감지될 수 없는 경우가 발생된다. 예를 들어 저장 탱크로부터의 유류 누출이 장기간에 걸쳐 소량으로 발생되는 경우에, 토양 오염의 정도는 점진적으로 누적됨으로써 심각해지는 반면에, 저장 탱크의 유류 감소량은 상대적으로 미미하므로 이를 정확하게 측정하는 것은 용이하지 않다.

한편, 유류 누출이 지중의 특정 영역에서 집중적으로 발생됨에도 불구하고 해당 영역에 유류 누출 감지 센서가 배치되어 있지 않다면 토양 오염 및 지하수 오염을 감지할 수 없게 된다.

위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 대안으로서, 토양에 포함된 기체의 변화를 측정할 수 있다. 토양 오염을 일으키는 유류 또는 유해 물질이 지하 시설물에서 유출되기 시작하면 지중 기체의 양상이 변화하므로, 지중 기체를 검출함으로써 유류 또는 유해 물질의 누출을 유추할 수 있다.

종래 기술에는 다양한 유형의 기체 감지기 또는 기체 검출기가 개시되어 있다. 예를 들어, 특허 공개 공보 제 10-2008-0009548 호에는 기체 농도 감지기 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.

도 1 에는 상기 특허 공개 공보에 개시된 기체 농도 감지기의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 기체 농도 감지기는 감지기의 몸체(101)를 일체형으로 사출 제조하고 각 구성부품을 그 안에 조립하여 구성된다. 반응셀부(102)는 실린더형 벽체의 상하 개구부가 기체 투과막(103, 104)으로 봉해진 형태이며, 상기 봉해진 공간 내에는 측정 기체와 반응을 일으키고 전자를 이동시키기 위한 액체 전해질(105)과 촉매(106, 107) 및 전극(110 및 111)이 구비된다.

전극(110 및 111)은 도선(108 및 109)으로 연장되어 단자(115)로 연결된다. 전해질이 반응셀부(102)에서 누출되지 않도록 하기 위하여 기체 투과막(103, 104)과 벽체의 상하 개구부 사이, 그리고 도선이 통과되는 구멍(112,113)은 접착제를 사용하여 완전히 밀봉되도록 하고 있다. 감지기의 제조시 극세사 도선을 반응셀부의 벽체에 뚫린 작은 구멍(112 , 113)을 통하여 외부로 유도한 후, 단자설치판(114) 위에 설치된 단자(115)와 용접 또는 용착방법 등을 사용하여 접속한다.

도 1 에 도시된 기체 농도 감지기는 액체 전해질(105)과 반응을 일으키는 특정 기체를 감지할 수 있으나, 액체 전해질과 반응하지 않는 기체를 감지할 수 없다는 문제점이 있다. 또한 기체의 감지는 전기 신호로서 전달되므로 기체 자체를 분석함으로써 토양 오염의 상태를 직접적으로 분석할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 지중의 토양오염 검출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지중 기체를 직접적으로 수집함으로써 지중의 기체 상태를 실시간 감시할 수 있는 지중의 토양오염 검출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지중 기체를 검출함으로써 지하 시설물에 의한 토양 및 지하수의 오염을 방지할 수 있는 지중의 토양오염 검출 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면,

누출이 예상되는 지중 시설 주변에 매설된 다공관;

상기 다공관에 연결되고 지상으로 연장된 튜브;

상기 튜브를 통해 상기 다공관에 음압을 제공함으로써 지중 기체를 흡입하도록 지상에 설치된 흡입 펌프; 및,

상기 흡입 펌프에 의해 제공되는 지중 기체를 분석하는 기체 분석 기기;를 구비하는 지중의 토양오염 검출 장치가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 다공관은 원통형 파이프에 미세한 구멍을 다수 형성하여 구성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 다공관은 길이 방향에서 중간으로 갈수록 두께가 얇아지거나, 또는 일 단부에서 다른 단부로 갈수록 두께가 얇아진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 다공관의 외표면 전부 또는 일부는 기체 투과막으로 감싸인다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 기체 분석 기기는 지중 기체의 농도 변화를 분석함으로써 상기 지중 시설로부터의 토양 오염 물질 누출 여부를 판단한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 튜브의 직경보다 상기 다공관의 직경이 더 크다.

본 발명에 따른 지중의 토양오염 검출 장치는 지중에 설치되어 지중의 기체를 수집하고 분석함으로써 지중의 환경 변화를 상시적으로 또는 주기적으로 감시할 수 있는 장점을 가진다. 특히 토양이나 지하수를 오염시킬 수 있는 유류 또는 유해 물질의 누출시에 토양내 기체의 미세한 변화를 직접적으로 검출할 수 있다. 또한 기존의 기체 감지 장치와는 다르게 지중의 기체를 지상으로 끌어올림으로써, 누출 여부의 판단을 매우 신속하고 정확하게 수행할 수 있게 한다.

한편, 본 발명에 따른 지중의 토양오염 검출 장치는 토양층에 존재하는 기체를 실시간으로 검출할 수 있게 하므로, 저장 탱크, 기체 및 액체 배송관, 오폐수관등 모든 종류의 지중 시설물 주변에 적용될 수 있다. 본 발명에서는 기체 분석을 통하여 토양 오염 상태 및 누출 위치등을 정확하게 탐지할 수 있고, 관정을 시공하여 감시하는 종래의 방식보다 저렴한 비용으로 구현될 수 있는 장점을 가진다.

도 1 은 종래 기술에 따른 기체 농도 감지기의 개략적인 구성도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 지중의 토양오염 검출 장치의 개략적인 전체 구성도이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 지중의 토양오염 검출 장치에서 다공관의 구성을 예시한 설명도이다.
도 4 는 다공관의 단면 구조를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 지중의 토양오염 검출 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 지중의 토양오염 검출 장치는 누출이 예상되는 지중 시설 주변에 매설된 다공관(21)과, 상기 다공관(21)에 연결된 튜브(T)와, 지상에 설치되고 상기 튜브(T)로부터 기체를 흡입하는 흡입 펌프(P)와, 상기 흡입 펌프(P)에 의해 수집된 기체를 분석하는 기체 분석 기기(23)를 구비한다.

도면에 도시된 실시예에서 배송관(20)은 예를 들어 주유소의 저장 탱크(미도시)로부터의 파이프이거나 또는 오폐수가 유동하는 도관일 수 있으며, 배송관(20)은 지면(G) 아래에서 연장된다. 배송관(20)은 지중에 묻혀 있거나 또는 맨홀 뚜껑(27)으로 닫혀 있는 맨홀(28)을 통과할 수 있다.

다공관(21)은 지중에서 유류 또는 유해 물질의 누출이 예상되는 그 어떤 곳이라도 배치될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서, 다공관(21)은 배송관(20)의 연결부(25)에 인접하여 매설되는데, 이는 경험에 비추어 누출이 배송관(20)의 연결부에서 빈번하게 발생되기 때문이다.

그러나 다른 예에서는 연결부(25) 뿐만 아니라 그 어떤 곳에라도 다공관(21)이 배치될 수 있다. 맨홀(28)의 내부에도 다공관(21)이 배치될 수 있다.

다공관(21)은 튜브(T)를 통해 직렬 및 병렬로 연결될 수 있다. 튜브(T)는 예를 들어 우레탄 튜브인 것이 바람직스럽다. 우레탄 튜브의 경우에 토압을 견딜 수 지중 환경의 변화에도 부식되거나 파손되지 않으며, 설치 및 취급이 간편하다.

펌프(P)는 지상에 배치되며, 튜브(T)를 통해 각각의 다공관(21)에 음압을 제공한다. 다공관(21)에서 흡입된 지중 기체는 펌프(P)에서 제공되는 음압에 의해 튜브(T)를 통해 수집된다. 수집된 기체는 기체 분석 기기(23)로 보내진다.

펌프(P)의 용량은 다공관(21)의 개수를 고려하여 정해진다. 다공관(21)에는 미세한 구멍이 다수 뚫려 있고, 하나 이상의 다공관(21)이 직렬 또는 병렬로 흡입 펌프(P)에 연결되고, 다공관(21)은 기체가 상대적으로 희박한 지중에 매설되된다는 점을 감안하여 모든 다공관(21)에 적절한 음압을 제공하도록 펌프(P)의 용량이 정해질 필요가 있다.

도 3 은 도 2 에 도시된 지중 기체 감지 장치에 구비되는 다공관의 구조를 도시하는 분해 사시도이다.

도면을 참조하면, 다공관(21)은 외부에서 보았을 때 원통형 파이프의 형상을 가지도록 구성되는 것이 바람직스럽다.

다공관(21)은 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 다공관(21)이 금속, 합성수지, 세라믹, 도기 재료의 파이프에 미세한 구멍(21a)을 다수 형성하는 형태를 가진다. 우레탄으로 파이프를 형성하고 미세한 구멍(21a)을 형성할 수 있다. 구멍(21a)의 크기는 유체의 통과를 허용하지만 가장 작은 크기를 가진 토양 입자의 통과를 허용하지 않을 정도로 작은 것이 바람직스럽다. 예를 들어 0.01 mm 내지 0.5 mm 크기의 직경을 가지는 구멍(21a)을 형성하는 것이 바람직스럽다.

다공관(21)의 구멍이 미세한 입자 상태의 토양을 통과시킬 정도로 크다면, 다공관(21)을 지중에 시공할 때 다공관(21) 주변에 구멍(21a)의 크기보다 큰 자갈이나 잡석을 배치함으로써 토양의 유입을 방지할 수 있다. 실제에 있어서, 토양이 다공관(21)의 내부로 유입되더라도, 흡입 펌프(P)의 흡입 압력에 의해 토양은 제거될 수 있다.

한편, 미세한 구멍을 별도의 과정을 통해 형성하지 않을지라도, 토압을 견디면서 통기성을 가진 재료로 다공관(21)을 형성함으로써 지중 기체의 유입 및 토양과 액체의 유입 억제를 구현할 수 있다. 예를 들어, 황토를 이용하여 항아리를 제작하는 경우에 특유의 통기성을 가진다는 점이 공지되어 있으며, 동일한 방식으로 다공관(21)을 구현할 수 있다.

다공관(21)은 결합관(31)을 통하여 튜브(T)와 연결되는 것이 바람직스럽다. 결합관(31)은 우레탄으로 제작될 수 있으며, 결합관(31)의 일측은 상대적으로 직경이 큰 다공관(21)의 단부에 연결되고, 결합관(31)의 다른 일측은 튜브(T)에 연결된다.

다공관(21)의 직경이 클수록 토양과 접하는 면적이 넓어지므로 기체 흡입에 유리한 반면에, 튜브(T)의 직경은 흡입 압력을 유지할 수 있도록 작은 것이 바람직스럽다. 따라서 결합관(31)을 이용함으로써 작은 직경의 튜브(T)와 큰 직경의 다공관(21)을 연결하는 것이 바람직스럽다.

다공관(21)의 외표면 또는 내표면에 전체 또는 일부에 걸쳐서 기체 투과막(42)이 씌워질 수 있다. 기체 투과막(42)은 기체를 통과시키지만 액체나 고체를 통과시키지 않으므로 다공관(21)의 내부로 빗물과 같은 액체가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

기체 투과막(21)이 씌워질 경우에 다공관(21)에 형성되는 구멍(21a)의 크기를 상대적으로 크게함으로써 기체가 다공관(21)의 내부로 진입할 수 있는 면적을 확장시킬 수 있다. 다공관(21)의 표면을 감싸는 기체 투과막(미도시)은 구멍(21a)이 형성되지 않은 다공관(21)의 원주면에 의해 떠받쳐지므로, 어느 정도의 토압을 견딜 수 있다.

도 4 는 도 3 에 도시된 다공관을 단면도로 도시한다.

도면을 참조하면, 다공관(21)에는 다수의 구멍(21a)이 형성되고, 다공관(21)의 내표면은 길이 방향 중간을 향하여 테이퍼지는 경사면(41)으로서 형성된다. 즉, 상기 경사면(41)은 다공관(21)의 내부에 2 개의 맞닿은 절두 원추형을 형성한다.

다공관(21)의 내표면에 형성된 경사면(41)은 다공관(21)의 내부로 유입되는 액체를 중간 부분으로 집적시켜서 외부로 용이하게 배출할 수 있게 한다. 즉, 다공관(21)의 구멍(21a)을 통하여 빗물과 같은 액체가 진입하더라도, 액체는 중력에 의해 경사면(41)을 따라서 서로 응집되기 쉬우며, 다공관(21)의 중간 부분에 있는 구멍을 통하여 외부로 배출되기에 용이하다. 이를 위하여 다공관(21)의 중간 부분에 있는 구멍을 다른 부분의 구멍보다 상대적으로 크게 형성하는 것이 바람직스럽다.

도면에 도시되지 않은 다른 예에서는 다공관(21)의 내부에 하나의 절두 원추형이 형성되도록 경사면(41)이 형성된다. 즉, 다공관(21)의 일 단부의 두께는 두껍게 형성되고, 다공관(21)의 다른 단부로 갈수록 두께가 얇아지도록 다공관(21)의 내부가 테이퍼진다.

위에 설명된 바와 같은 지중의 토양오염 검출 장치에 의하여 상시적으로 또는 주기적으로 지중 환경의 변화를 감시할 수 있다. 펌프(P)의 가동에 의하여 다공관(21)을 통해 지중 기체는 기체 분석 기기(23)로 제공되며, 기체 분석 기기(23)는 지중 기체의 변화를 분석함으로써 유류 또는 유해 물질의 누출을 검출할 수 있다.

예를 들어 휘발유와 같은 유류가 누출되면 토양내에서 휘발된 유증기의 양이 증가할 것이고, 오수관이 파열됨으로써 오수가 누설되면 토양내 메탄의 양이 증가할 것이다. 기체 분석 기기(23)는 특정 기체 성분의 농도 변화를 분석함으로써 누출 여부를 판단할 수 있다.

20. 배송관 21. 다공관
23. 기체 분석 기기 25. 연결부
P. 펌프 T. 튜브

Claims (6)

1. 누출이 예상되는 지중 시설 주변에 매설된 다공관;
   상기 다공관에 연결되고 지상으로 연장된 튜브;
   상기 튜브를 통해 상기 다공관에 음압을 제공함으로써 지중 기체를 흡입하도록 지상에 설치된 흡입 펌프; 및,
   상기 흡입 펌프에 의해 제공되는 지중 기체를 분석하는 기체 분석 기기;
   를 포함하되,
   상기 다공관은 길이 방향에서 중간으로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 지중의 토양오염 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다공관은 원통형 파이프에 미세한 구멍을 다수 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 지중의 토양오염 검출 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 다공관의 외표면 전부 또는 일부를 기체 투과막으로 감싸는 것을 특징으로 하는 지중의 토양오염 검출 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 기체 분석 기기는 지중 기체의 농도 변화를 분석함으로써 상기 지중 시설로부터의 토양 오염 물질 누출 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 지중의 토양오염 검출 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 튜브의 직경보다 상기 다공관의 직경이 더 큰 것을 특징으로 하는 지중의 토양오염 검출 장치.

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