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문제 정의
- 본 논문에서는 현장모형시험을 통하여 격자망 전선 배치에 의한 저항측정기법을 이용한 감지시스템의 침출수 누출감지에 대한 적용성을 평가하였으며, 전기회로 시험을 통하여 격자망 전선배치에서 나타나는 전기회로적 효과를 분석하였다.
- 현장모형시험은 본 연구에서 개발하고자 하는 전기저항 측정에 의한 침출수 누출감지시스템의 적용성을 평가하기 위하여 수행되었다. 실제 매립지에서는 침출수의 누출상황을 조절할 수 없기 때문에 모형현장을 조성하여 실험을 수행하였다.
가설 설정
- . 설치비용과 관리비용이 적절해야 한다.
- . 어떤 유형의 매립지나 침출수에 대해서도 적용 가능해야 한다.
제안 방법
- 본 연구에서 개발하고자 하는 감지시스템은 그림 1과같이 전선을 격자망으로 구성하고 각 전선의 교차 점에 센서를 설치하는 것을 기본형태로 한다. 차수막의 내부와 외부에 전극을 설치하는 기존 방법의 문제점을 개선하기 위하여 매립지 하부에 설치된 센서에 의해서 전류의 공급과 측정 이 동시에 이루어지도록 하였다.
- 설치하는 것을 기본형태로 한다. 차수막의 내부와 외부에 전극을 설치하는 기존 방법의 문제점을 개선하기 위하여 매립지 하부에 설치된 센서에 의해서 전류의 공급과 측정 이 동시에 이루어지도록 하였다. 본 시스템은 격자형 전선의 교차점에 설치된 측정센서에서 측정되는 전기저항(Electrical resistance)과 이의 역수인 전기전도도(Electrical conductance)의 분석을 통하여 누출지점을 감지한다.
- 차수막의 내부와 외부에 전극을 설치하는 기존 방법의 문제점을 개선하기 위하여 매립지 하부에 설치된 센서에 의해서 전류의 공급과 측정 이 동시에 이루어지도록 하였다. 본 시스템은 격자형 전선의 교차점에 설치된 측정센서에서 측정되는 전기저항(Electrical resistance)과 이의 역수인 전기전도도(Electrical conductance)의 분석을 통하여 누출지점을 감지한다. 본 센서에서의 저항측정은 그림 1과같이 전류공급장치와 전위차 측정장치로 구성된 측정시스템을 통하여 이루어진다.
- 위하여 수행되었다. 실제 매립지에서는 침출수의 누출상황을 조절할 수 없기 때문에 모형현장을 조성하여 실험을 수행하였다.
- 현장모형실험을 위해 조성된 부지는 가로 세로 각 11m 크기의 정방형이며, 대상부지를 깊이 Im 정도 굴착한 후 합성수지막을 섵치하여 실험중 침출수가 원지반으로 유입되는 것을 방지하였다. 방수막을 설치한 후 굴착한 흙과 인근 흙을 이용하여 복토하고, 다짐을 수행하여 지반을 조성하였다.
- 유입되는 것을 방지하였다. 방수막을 설치한 후 굴착한 흙과 인근 흙을 이용하여 복토하고, 다짐을 수행하여 지반을 조성하였다. 다짐이 완료된 후 Im 간격으로 가로 1幡, 세로 10줄의 전선을 배치하고 각 전선의 교차점에 두 측정전극 사이의 간격이 7.
- 방수막을 설치한 후 굴착한 흙과 인근 흙을 이용하여 복토하고, 다짐을 수행하여 지반을 조성하였다. 다짐이 완료된 후 Im 간격으로 가로 1幡, 세로 10줄의 전선을 배치하고 각 전선의 교차점에 두 측정전극 사이의 간격이 7.5cm인 전기 저항 측정 센서를 설치하였다. 누출감지시스템의 설치가 완료된 후 합성수지막을 덮어 현장조성을 완료하였다.
- 실험의 수행 절차는 그림 2에 제시한 흐름도와 같다. 먼저 누출이 발생하기 전의 초기 저항값을 모든 지점에 대하여 측정하였다. 측정은 정밀전류원(Keithley 220)으로 1mA의 전류를 공급하고, 이때 발생하는 전위차를 멀티 미터로 측정하였다.
- 먼저 누출이 발생하기 전의 초기 저항값을 모든 지점에 대하여 측정하였다. 측정은 정밀전류원(Keithley 220)으로 1mA의 전류를 공급하고, 이때 발생하는 전위차를 멀티 미터로 측정하였다. 방수막의 임의지점에 인위적으로 핀홀 Orin hole) 형태의 파손과 찢김 형태의 파손 부분을 만들고, 여기에 침출수 주입을 위하여 깔때기형태의 파이프를 접합하여 침출수가 파손부위로 누출되도록 형성하였다.
- 측정은 정밀전류원(Keithley 220)으로 1mA의 전류를 공급하고, 이때 발생하는 전위차를 멀티 미터로 측정하였다. 방수막의 임의지점에 인위적으로 핀홀 Orin hole) 형태의 파손과 찢김 형태의 파손 부분을 만들고, 여기에 침출수 주입을 위하여 깔때기형태의 파이프를 접합하여 침출수가 파손부위로 누출되도록 형성하였다. 그림 3은 합성수지막의 파손으로 인한 침출수 누출실험의 단면도를 나타낸 것이다.
- 그림 3은 합성수지막의 파손으로 인한 침출수 누출실험의 단면도를 나타낸 것이다. 침출수의 누출에 따른 모든 측정센서에서의 저항값을 측정하고 실험이 완료된 후에 합성수지막을 제거하여 실제 침출수에 의한 오염대를 확인하였다. 현장에서 측정된 전기저항자료를 분석하여 추정된 침출수 오염대와 실제 누출에 의한 오염대를 비교하여 누출감지시스템의 정확성을 검증하였다.
- 침출수의 누출에 따른 모든 측정센서에서의 저항값을 측정하고 실험이 완료된 후에 합성수지막을 제거하여 실제 침출수에 의한 오염대를 확인하였다. 현장에서 측정된 전기저항자료를 분석하여 추정된 침출수 오염대와 실제 누출에 의한 오염대를 비교하여 누출감지시스템의 정확성을 검증하였다.
- 현장모형시험을 수행하여 단일지점의 누출과 두 지점에서 동시에 누출이 발생하는 경우 누출지점의 감지정확도를 평가하였다. 현장모형시험의 내용은 표 1에 정리한 바와 같으며, 각 실험에서 인위적으로 조성한 누출지점은 그림 4에 도시하였다.
- 격자망 전선배치에 의한 전기회로의 구성방식에 따른 전기회로적 특성을 파악하기 위하여 전기회로 시험을 수행하였다. 전기회로시험은 흙에서 측정되는 저항값을 실제 저항기 (resistor)로 치환하여 격자형으로 설치된 전선에 연결하여 저항값의 변화에 따른 영향을 평가하였다.
- 수행하였다. 전기회로시험은 흙에서 측정되는 저항값을 실제 저항기 (resistor)로 치환하여 격자형으로 설치된 전선에 연결하여 저항값의 변화에 따른 영향을 평가하였다. 이를 위해 가로 세로로 각 5개의 전선을 배치하고 전선의 교차점에서 전선을 저항소자로 연결하여 본연구에서 고안한 누출감지시스템과 같은 형태를 갖도록 하였다.
- 전기회로시험은 흙에서 측정되는 저항값을 실제 저항기 (resistor)로 치환하여 격자형으로 설치된 전선에 연결하여 저항값의 변화에 따른 영향을 평가하였다. 이를 위해 가로 세로로 각 5개의 전선을 배치하고 전선의 교차점에서 전선을 저항소자로 연결하여 본연구에서 고안한 누출감지시스템과 같은 형태를 갖도록 하였다. 먼저 오염이 되지 않은 지반은 모든 지점에서 거의 일정한 저항값의 분포를 보인다는 가정하에 모든 교차점에 1M盘의 저항을 설치하고, 가로, 세로 전선을 각 하나씩 선택하여 측정기 에 연결하여 모든 교차점에서 저 항값을 측정하였다.
- 이를 위해 가로 세로로 각 5개의 전선을 배치하고 전선의 교차점에서 전선을 저항소자로 연결하여 본연구에서 고안한 누출감지시스템과 같은 형태를 갖도록 하였다. 먼저 오염이 되지 않은 지반은 모든 지점에서 거의 일정한 저항값의 분포를 보인다는 가정하에 모든 교차점에 1M盘의 저항을 설치하고, 가로, 세로 전선을 각 하나씩 선택하여 측정기 에 연결하여 모든 교차점에서 저 항값을 측정하였다. 그 후에 이온성 오염물질이 유입되어 한 지점의 저항이 작게 측정되는 상황을 모사하여 1-A의 저항을 IkQ으로 바꾼 경우, 3-B의 저항을 510으로 바꾼 경우에 대해 실제 측정되는 저항값을 분석하였다.
- 먼저 오염이 되지 않은 지반은 모든 지점에서 거의 일정한 저항값의 분포를 보인다는 가정하에 모든 교차점에 1M盘의 저항을 설치하고, 가로, 세로 전선을 각 하나씩 선택하여 측정기 에 연결하여 모든 교차점에서 저 항값을 측정하였다. 그 후에 이온성 오염물질이 유입되어 한 지점의 저항이 작게 측정되는 상황을 모사하여 1-A의 저항을 IkQ으로 바꾼 경우, 3-B의 저항을 510으로 바꾼 경우에 대해 실제 측정되는 저항값을 분석하였다. 또한 두 지점에서 누출이 발생하여 두 지점의 저항값이 동시에 감소되는 경우를 분석하기 위하여 2-C는 51kQ, 5-D는 20kQ으로 바꾼 경우에 대해서도 분석하였다.
- 그 후에 이온성 오염물질이 유입되어 한 지점의 저항이 작게 측정되는 상황을 모사하여 1-A의 저항을 IkQ으로 바꾼 경우, 3-B의 저항을 510으로 바꾼 경우에 대해 실제 측정되는 저항값을 분석하였다. 또한 두 지점에서 누출이 발생하여 두 지점의 저항값이 동시에 감소되는 경우를 분석하기 위하여 2-C는 51kQ, 5-D는 20kQ으로 바꾼 경우에 대해서도 분석하였다.
- 침출수로 오염되지 않은 조건하에서 측정될 수 있는 값의 범위를 파악하기 위하여 지반을 조성하고 누출 감지실험을 하기 이전에 측정한 저항값들에 대한 분석을 수행하였다. 오염되지 않은 상태에서 저항값을 측정한 결과는 그림 6과 같다.
- 보여준다. 침출수는 전기저항을 감소시키기 때문에 침출수의 누출지점에서 피크(peak)가 발생하도록 표현하기 위하여 전기저항의 역수인 전기전도도로 표현하였다. 100개의 측정센서에서 측정된 저항값은 1.
- 전선의 격자형 배치에 의한 전기저항 측정을 이용한 누출 감지 시스템의 적용가능성을 평가하기 위하여 수행한 현장모형시험과 격자형 전선배치에서의 측정기법에 대한 전기회로시험을 토대로 얻은 결론은 다음과 같다.
성능/효과
- 차수막의 절연성을 이용하여 차수막의 내부와 외부에 전극을 설치하여 전류를 공급하는 방식은 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 첫째, 합성수지 차수막이 설치되지 않은 매립지에 대해서는 적용할 수 없다. 또한 합성수지 차수막이 설치된 곳이라 하더라도 매립지의 경계 부근에서 전류의 이동이 발생할 수 있기 때문에 정확한 모니터링이 용이하지 않다.
- 단일지점에서 누출이 발생한 경우나 두 지점에서 동시에 누출이 발생한 경우에 대한 실험결과에서 누출감지시스템에 의한 즉정값으로부터 추정된 침출수 누출 예측지점과 실제 침출수의 누출지점이 거의 일치하였다. 또한 차수재의 파손 형태와 관계없이 모든 침출수의 누출지점의 감지가 가능함을 알 수 있다. 이는 본 시스템이 차수재의 절연성을 이용한 감지기법이 아니라 침출수의 존재유무에 따라 저항값이 변하는 원리를 이용한 것이므로 침출수의 유입을 모니터링 하는 것이 가능한 것이다.
- 즉, 표 3, 4에서 한 지점의 저항이 다른 지점보다 작은 저항이 연결된 경우 그 지점의 측정값은 실제 저항소자의 값과 비슷하게 측정되었으나 저항이 감소된 지점과 동일한 전선상에 위치한 소자의 측정값이 다른 지점들에 비해 더 작은 값으로 측정되는 경향을 나타내었다. 또한 표 5에서 3-B 지점과 5-D지점에 작은 저항값의 소자를 연결한 경우에 3-B, 5-D 지점을 포함하는 3, 5, B, D 전선에 연결된 소자의 저항측정값이 모두 감소하였으며, 특히 두 지점의 저항 감소 효과가 교차되는 3-D와 5-B 지점에서는 다른 지점보다 더 큰 감소효과를 나타내었다. 전류는 통상적으로 저항이 낮은 쪽으로 많이 흐르는 경향이 있는데, 본 시험의 경우도 같은 전선에 연결된 저항쪽으로도 전류의 흐름이 형성되기 때문에 저항 측정치가 실제 저항값보다 조금 작게 나온 것이라 판단되었다.
- 전기회로시험을 통해 얻은 결과에 의하면 실제 모형실험에서 나타나는 누출지점과 동일한 전선상에서 발생하는 전기전도도의 증가효과 즉, 저항의 감소 효과에 대한 설명이 가능하다. 즉, 침출수의 누출지점은 다른 지점에 비해 작은 저항을 갖게 되므로 그 지점의 저항값이 감소하게 된다.
- 본 실험결과에 의하면 전선의 격자형 배치에 의한 측정기법에서는 측정저항이 실제의 저항보다 작게 측정되는 경향이 있으며 또한 특정 지점의 저항이 감소하면 동일 전선상에 위치한 다른 지점의 저항측정값도 다소 감소하는 경향을 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서, 전기 회로분석을 통하여 측정값에 대한 정량적인 보정기법의 개발도 가능할 것이다.
- 모니터링이 가능하다. 침출수의 누출이 발생하지 않은 오염되지 않은 지반에서의 전기저항 측정값은 특정한 범위의 값을 나타내었으며, 침출수가 누출되는 경우 누출지점에서의 저항 측정값은 다른 지점의 저항값에 비하여 크게 감소하는 경향을 나타내어 저항값의 측정에 의한 침출수의 누출감지가 가능함을 확인하였다.
- 기법이다. 따라서, 누출지점의 개수와 합성수지막의 파손 형태에 관계없이 누출지점을 정확하게 감지할 수 있었으며, 침출수의 누출이 발생한 초기에 이에 대한 감지가 가능하였다.
- (3) 현장모형실험에서 누출지점과 동일한 전선상에 위치한 센서에서의 측정저항값의 감소 즉, 전기전도도의 증가경향은 전기회로적 효과로 설명될 수 있다. 전기회로시험을 통하여 격자형 전선배치에 의한 저항 측정기법에 있어서의 전기회로적 효과를 분석한 결과 실제 저항보다 작게 측정되는 경향을 나타내었다.
- 있다. 전기회로시험을 통하여 격자형 전선배치에 의한 저항 측정기법에 있어서의 전기회로적 효과를 분석한 결과 실제 저항보다 작게 측정되는 경향을 나타내었다. 또한 특정지점의 저항값이 감소하게 되면, 감소된 저항이 연결된 동일전선상에 위치한 저항의 측정값이 다른 지점의 측정값보다 작게 측정되며 이는 전류가 저항이 작은 쪽으로 흐르려는 경향에 기 인한다.
후속연구
- 즉, 차수재의 파손부위를 통해 침출수의 누출이 발생하여 지속되다가 침출수의 지반내로의 유입이 종료되더라도 지반내에 이미 누출된 침출수의 영향으로 인하여 저항값의 감소가 오래 지속되는 것을 알 수 있다. 따라서 본 시스템을 응용하여 침출수의 누출감지 뿐만 아니라 침출수 오염대에 대한 조사도 가능할 것으로 판단된다.
- 경향을 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서, 전기 회로분석을 통하여 측정값에 대한 정량적인 보정기법의 개발도 가능할 것이다.
- 또한 특정지점의 저항값이 감소하게 되면, 감소된 저항이 연결된 동일전선상에 위치한 저항의 측정값이 다른 지점의 측정값보다 작게 측정되며 이는 전류가 저항이 작은 쪽으로 흐르려는 경향에 기 인한다. 전기회로효과의 분석을 통하여 현장에서 전기저항 측정값에 대한 정량적인 보정이 가능할 것으로 판단된다.
- (4) 본 논문에서 제시한 전기저항 측정기법을 이용한 누출 감지 시스템이 현장에서 효과적으로 적용되기 위해서는 계절별 전기저항값의 변화경향과 지하수위 상승에 의한 전기저항값의 감소 효과 등에 대한 추가적 인 고려를 통하여 누출감지에서의 오작동 가능성을 최소화하기 위한 방향의 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 격자망식 전선배치기법에 의한 전기저항 측정기법을 응용하여 다양한 오염물질에 대한 적용성 평가가 이루어진다면 , 지하 저장 탱크에서의 유류 누출감지시스템과 같은 형태로의 개발도 가능할 것으로 사료된다.
- 또한 격자망식 전선배치기법에 의한 전기저항 측정기법을 응용하여 다양한 오염물질에 대한 적용성 평가가 이루어진다면 , 지하 저장 탱크에서의 유류 누출감지시스템과 같은 형태로의 개발도 가능할 것으로 사료된다.
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