압축패커장치는 지하수관정의 지표하부오염방지시설의 개선을 위하여 개발한 장치이다. 이 장치는 안전잠금장치의 해제와 케이싱의 압축조작이 단순하여 시공이 간편하고, $4.5\;kg/cm^2$의 내압성을 갖고 있어 지하수 누출이 없도록 수밀성을 갖추고 있으며, 단일케이싱을 설치하며 그라우팅을 위한 확공은 300 mm로 굴착 가능하므로 시공비를 절약할 수 있다. 압축패커의 재질은 실리콘 고무를 사용하여 신장율이 590%이고 Pb, Cd, 페놀 등의 유해성분이 기준치 이하거나 불검출되어 우수한 환경성을 가지고 있다. 또한 시공비가 기존의 그라우팅 공법의 35~62% 이하, 환경신기술 제 47호인 팽창 패커 공법의 87% 이하로 시공이 가능한 경제적인 방법이며, 지하수 수질보전등에 관한 규칙, 제주도 지하수개발 이용시설 설치 및 관리기준, 환경부와 농림수산식품부의 소규모수도시설 운영관리 방안 지침 등 관련 법령규정에 적합한 제품이다.
압축패커장치는 지하수관정의 지표하부오염방지시설의 개선을 위하여 개발한 장치이다. 이 장치는 안전잠금장치의 해제와 케이싱의 압축조작이 단순하여 시공이 간편하고, $4.5\;kg/cm^2$의 내압성을 갖고 있어 지하수 누출이 없도록 수밀성을 갖추고 있으며, 단일케이싱을 설치하며 그라우팅을 위한 확공은 300 mm로 굴착 가능하므로 시공비를 절약할 수 있다. 압축패커의 재질은 실리콘 고무를 사용하여 신장율이 590%이고 Pb, Cd, 페놀 등의 유해성분이 기준치 이하거나 불검출되어 우수한 환경성을 가지고 있다. 또한 시공비가 기존의 그라우팅 공법의 35~62% 이하, 환경신기술 제 47호인 팽창 패커 공법의 87% 이하로 시공이 가능한 경제적인 방법이며, 지하수 수질보전등에 관한 규칙, 제주도 지하수개발 이용시설 설치 및 관리기준, 환경부와 농림수산식품부의 소규모수도시설 운영관리 방안 지침 등 관련 법령규정에 적합한 제품이다.
The compressed packer device is designed to improve the underground contamination prevention facilities of ground water wells. As for the device, the installation is simple because of the safety lock device and the compression of the casing are simple the installation is simple. There is no leakage ...
The compressed packer device is designed to improve the underground contamination prevention facilities of ground water wells. As for the device, the installation is simple because of the safety lock device and the compression of the casing are simple the installation is simple. There is no leakage of ground water because the pressure resistance with $4.5\;kg/cm^2$ makes it equipped with the watertightness The single casing is installed and the reaming for grouting is possible with 300 mm excavation so that installation cost can be saved. Silicon rubber is used for the compressed packer so that the extension rate is 590%. In terms of environmental pollution, it is an environmental friendly product which does not contain harmful ingredients such as Pb, Cd, and phenol. below the standard or undetectable level Furthermore, the installation costs are 35 to 62% or lower than the conventional grouting construction method and are 87% or lower than the expansion packer construction method, the new environmental technology No.47 Also, the device is designed to meet the relevant regulations such as Rules on Preserving the Ground Water Quality, The Standard on Jeju Island Ground Water Development and Facility Installation and Management, and The Plan and Guideline on Operating and Managing the Small-Scale Tap Water Facilities of Ministry of Environment and Ministry of Food, Agriculture, Forestry and Fisheries.
The compressed packer device is designed to improve the underground contamination prevention facilities of ground water wells. As for the device, the installation is simple because of the safety lock device and the compression of the casing are simple the installation is simple. There is no leakage of ground water because the pressure resistance with $4.5\;kg/cm^2$ makes it equipped with the watertightness The single casing is installed and the reaming for grouting is possible with 300 mm excavation so that installation cost can be saved. Silicon rubber is used for the compressed packer so that the extension rate is 590%. In terms of environmental pollution, it is an environmental friendly product which does not contain harmful ingredients such as Pb, Cd, and phenol. below the standard or undetectable level Furthermore, the installation costs are 35 to 62% or lower than the conventional grouting construction method and are 87% or lower than the expansion packer construction method, the new environmental technology No.47 Also, the device is designed to meet the relevant regulations such as Rules on Preserving the Ground Water Quality, The Standard on Jeju Island Ground Water Development and Facility Installation and Management, and The Plan and Guideline on Operating and Managing the Small-Scale Tap Water Facilities of Ministry of Environment and Ministry of Food, Agriculture, Forestry and Fisheries.
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문제 정의
압축패커장치는 수밀성과 내구성을 증대하였고, 현장에서의 사용 편의성과 안전성을 높였으며, 타 장치나 시설에 비해 비용이 저렴하도록 개발되었다. 또한 현행 지하수 수질보전 관련 규칙과 지침에 적합하도록 하였다.
본 연구의 목적은 누구나 손쉽고 간편하게 시공할 수 있는 보편적인 지하수오염방지장치를 개발하여 위와 같은 문제점을 해결하고자 하였다. 즉, 신규 지하수개발 관정에도 적용 되고, 오염된 기설관정에도 사용하여 수질개선과 관정복원에 사용할 수 있는 장치를 개발하여 실용화하는 것이다.
압축패커장치의 개발 목적은 케이싱과 지하수공벽사이를 차단함으로써 신규개발관정에서는 지하수오염을 방지하고, 오염된 기설관정은 오염물질 유입을 차단하여 재사용할 수 있도록 하는 것이다. 이 장치는 그라우팅 공법이나 팽창패커튜브를 이용한 패커장치의 단점을 보완하여 오염물질의 유입을 완전히 차단할 수 있도록 실리콘 고무를 사용한 압축패커와 이를 수축확장하기 위한 수축관, 패커를 안전하게 작동할 수 있도록 안전잠금장치를 사용하였다.
본 연구의 목적은 누구나 손쉽고 간편하게 시공할 수 있는 보편적인 지하수오염방지장치를 개발하여 위와 같은 문제점을 해결하고자 하였다. 즉, 신규 지하수개발 관정에도 적용 되고, 오염된 기설관정에도 사용하여 수질개선과 관정복원에 사용할 수 있는 장치를 개발하여 실용화하는 것이다. 이를 위하여 기존에 사용하고 있는 지표하부오염방지시설이나 장치의 문제점을 파악하여 새로운 장치를 개발하였고, 개발장치의 시공방법과 안전성, 편의성, 경제성, 내구성, 환경의 적정성, 관련규정이나 법령에 대한 만족성 등을 분석하여 장치의 적합여부를 파악하고, 기존 장치나 공법과 비교하였다.
제안 방법
질산성질소 농도가 음용수기준을 초과하는 지하수관정에 대하여 압축패커장치를 설치하고 난 후의 지하수 수질 상태 변화정도를 확인하기 위하여 관정 내부에 패커장치를 설치하였으며, 패커장치 상부와 하부로 구분하여 질산성질소 농도를 측정하였다. 시료채취 방법은 패커 장치 상부는 채수기를 사용하여 시료를 채취하였고, 패커장치 하부는 수중펌프를 설치하여 48~72시간 정도를 양수한 후 채취하였다. 시료분석결과 패커장치 상부는 질산 성질소의 농도가 10.
압축패커장치의 수밀성을 측정하기 위해서 자체시험 7회와 한국화학시험연구원 시험 3회 등 총 10회의 수압 시험을 실시하였다. 시험은 패커장치의 그라우팅액 누출 방지 기능 확인을 위한 내수밀성시험용 수압시험과 패커 손상 후의 내수밀성시험용 수압시험을 실시하였는데, 환경 신기술 제47호의 팽창패커튜브장치(0.
즉, 신규 지하수개발 관정에도 적용 되고, 오염된 기설관정에도 사용하여 수질개선과 관정복원에 사용할 수 있는 장치를 개발하여 실용화하는 것이다. 이를 위하여 기존에 사용하고 있는 지표하부오염방지시설이나 장치의 문제점을 파악하여 새로운 장치를 개발하였고, 개발장치의 시공방법과 안전성, 편의성, 경제성, 내구성, 환경의 적정성, 관련규정이나 법령에 대한 만족성 등을 분석하여 장치의 적합여부를 파악하고, 기존 장치나 공법과 비교하였다.
질산성질소 농도가 음용수기준을 초과하는 지하수관정에 대하여 압축패커장치를 설치하고 난 후의 지하수 수질 상태 변화정도를 확인하기 위하여 관정 내부에 패커장치를 설치하였으며, 패커장치 상부와 하부로 구분하여 질산성질소 농도를 측정하였다. 시료채취 방법은 패커 장치 상부는 채수기를 사용하여 시료를 채취하였고, 패커장치 하부는 수중펌프를 설치하여 48~72시간 정도를 양수한 후 채취하였다.
대상 데이터
압축패커는 수축과 확장성이 크고 지하수 수질 위해 성분이 검출 혹은 용출되지 않는 실리콘 고무를 사용하였다. 실리콘 고무는 시험결과 인장강도가 96.
압축패커장치의 본체 재질은 내부식성을 갖는 스테인 레스강 304 재질을 사용하여 내구성을 높였으며, 운반과 설치과정에서 표면의 긁힘과 파열 등 약간의 손상이 발 생하더라도 기본적인 기능확보에는 전혀 영향이 없다. 압축패커의 실리콘 고무튜브의 형태는 도너츠 형태, 또는 원통형태 등 현장 여건에 따라 다양한 크기와 형태로 적용할 수 있어 작업편의성 제고가 가능하다.
성능/효과
1. 압축패커장치를 설치한 후 시멘트를 1 m 깊이로 주입하여 시멘트가 양생되기 전까지 관정과 암벽사이에 물이 23.3 m 이내로 채워졌을 경우에는 수압에 의하여 패커의 안정성을 확보할 수 있다.
2. 본 장치는 환경신기술 제47호의 팽창패커튜브장치 보다 6.4배나 큰 4.5 kg/cm2 의 내압성을 갖고 있어 지하수 누출이 없도록 수밀성을 갖추고 있다.
2008년 4월~2009년 8월까지 예천군 신월리 등 4개소에 압축패커장치를 지하수공내에 설치한 결과 팽창패커튜브장치를 설치할 때보다 작업공정이 간단하고 단순하였 으며, 팽창패커튜브처럼 팽창압력 조정 등 복잡한 기능이 없어 삽입과정에 특별한 기술력이 필요 없었으므로, 시공 공정을 이해하는 정도의 인지와 이해력을 갖는 기능인일 경우 시공이 가능하였다. 즉, 압축패커장치는 안전잠금장치의 해제와 케이싱의 압축조작이 단순하여 타장치보다 시공편의성이 매우 높았다.
3. 본 장치는 안전잠금장치의 해제와 케이싱의 압축조작이 단순하여 시공이 간편하다.
4. 본 장치는 단일케이싱을 설치하며 그라우팅을 위한 확공은 300 mm로 굴착 가능하므로 시공비를 절약할 수 있다.
5. 압축패커의 재질은 실리콘 고무를 사용하여 신장율이 590%나 되며, 지하수의 수온에 대한 영향을 받지 않고, Pb, Cd, 페놀 등의 유해성분이 기준치 이하거나 불검출 되어 우수한 환경성을 가지고 있다.
6. 본 장치는 시공비가 그라우팅 공법의 35~62% 이하, 환경신기술 제 47호인 팽창패커튜브 공법의 87% 이하로 시공이 가능한 경제적인 방법이다.
실리콘 고무를 230℃에서 70시간 동안 열화시키는 내열성시험 결과 약 −54%의 인장강도 변화와 −54%의 신장률 변화가 있었으나, 시멘트 경화시의 최대발열온도는 약 45℃ 정도였으므로 시멘트의 경화발열에 따른 실리콘 고무의 손상은 없었다. 또한 실리콘 고무의 환경 위해성을 평가한 결과 모든 항목에서 기준치 이하거나 불검출 되었다(Table 1). 또한, 실리콘 고무는 최종 가수 분해를 통해 Si와 H2O로 분해되기 때문에 우수한 환경성을 가지고 있다.
시료채취 방법은 패커 장치 상부는 채수기를 사용하여 시료를 채취하였고, 패커장치 하부는 수중펌프를 설치하여 48~72시간 정도를 양수한 후 채취하였다. 시료분석결과 패커장치 상부는 질산 성질소의 농도가 10.3~14.6 ppm으로 모두 먹는물 기준을 초과하였으나 패커장치 하부의 지하수는 1.6~8.8 ppm으로 기준치 이하로 측정되었다. 특히 예천군 저우리의 경우 패커 상부 농도는 11.
압축패커장치의 수밀성을 측정하기 위해서 자체시험 7회와 한국화학시험연구원 시험 3회 등 총 10회의 수압 시험을 실시하였다. 시험은 패커장치의 그라우팅액 누출 방지 기능 확인을 위한 내수밀성시험용 수압시험과 패커 손상 후의 내수밀성시험용 수압시험을 실시하였는데, 환경 신기술 제47호의 팽창패커튜브장치(0.7 kg/cm2 )보다 6.4배나 큰 4.5 kg/cm2 의 내압성을 갖고 있는 것으로 나타났다.
압축패커는 수축과 확장성이 크고 지하수 수질 위해 성분이 검출 혹은 용출되지 않는 실리콘 고무를 사용하였다. 실리콘 고무는 시험결과 인장강도가 96.6 kgf/cm2이고, 신장율이 590% 이며, 지하수의 수온에 대한 영향을 받지 않고, Pb, Cd, 페놀 등 유해성분의 검출과 용출이 없었다. 실리콘 고무를 230℃에서 70시간 동안 열화시키는 내열성시험 결과 약 −54%의 인장강도 변화와 −54%의 신장률 변화가 있었으나, 시멘트 경화시의 최대발열온도는 약 45℃ 정도였으므로 시멘트의 경화발열에 따른 실리콘 고무의 손상은 없었다.
실리콘 고무를 230℃에서 70시간 동안 열화시키는 내열성시험 결과 약 −54%의 인장강도 변화와 −54%의 신장률 변화가 있었으나, 시멘트 경화시의 최대발열온도는 약 45℃ 정도였으므로 시멘트의 경화발열에 따른 실리콘 고무의 손상은 없었다.
압축패커장치는 수밀성과 내구성을 증대하였고, 현장에서의 사용 편의성과 안전성을 높였으며, 타 장치나 시설에 비해 비용이 저렴하도록 개발되었다. 또한 현행 지하수 수질보전 관련 규칙과 지침에 적합하도록 하였다.
2008년 4월~2009년 8월까지 예천군 신월리 등 4개소에 압축패커장치를 지하수공내에 설치한 결과 팽창패커튜브장치를 설치할 때보다 작업공정이 간단하고 단순하였 으며, 팽창패커튜브처럼 팽창압력 조정 등 복잡한 기능이 없어 삽입과정에 특별한 기술력이 필요 없었으므로, 시공 공정을 이해하는 정도의 인지와 이해력을 갖는 기능인일 경우 시공이 가능하였다. 즉, 압축패커장치는 안전잠금장치의 해제와 케이싱의 압축조작이 단순하여 타장치보다 시공편의성이 매우 높았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
토양의 오염이 증가함에 따라 어떤 오염이 따라오는가?
최근 들어 지표수는 물론 오염되기 쉬운 충적층지하수의 오염과 함께 토양의 오염도 급속히 증가하고 있으며, 이로 인하여 암반대수층 역시 많은 곳에서 오염에 직면 하고 있다. 암반대수층의 오염요인 중 주요한 원인은 지하수개발 과정에서 오염된 충적층지하수가 여과과정 없이 자연스럽게 암반대수층으로 유입, 충적층지하수를 차단하기 위하여 설치하는 케이싱의 부적정 설치 등에 기인하며, 그 다음으로 지하수 사용과정에서 케이싱의 노후화, 오염물질의 지하수 공내 무단 투기 등이 있다.
지하수관정의 지표하부오염방지시설에는 무엇이 있으며, 각각의 특징은 어떠한가?
지하수관정의 지표하부오염방지시설에는 그라우팅 공법, 수팽창고무를 사용한 오염방지장치(성익환, 1999)와 팽 창패커튜브를 이용한 지하수차폐장치 등이 있다. 그라우팅 공법은 지하수개발 과정에서 암반층 상부의 무너짐과 지하 수 유입을 방지하기 위하여 설치하는 케이싱과 굴착된 지하 수공벽 사이를 시멘트 등으로 그라우팅을 시공하는 방법이나, 그라우팅을 시공하는 과정에서 정밀한 시공이 되지 못하는 경우가 있다. 수팽창고무를 사용한 오염방지장치는 지정된 시간내에 적정한 팽창력을 확보하기 어려워 지하수 누출이 없는 정밀 시공에 어려움이 있으며, 팽창패커튜브를 이용한 지하수차폐장치는 시공이 어렵고 공벽이 매끄럽지 못할 경우 튜브의 파손이 잦은 문제점이 있어 적절한 시공이 되지 못하는 경우가 자주 발생되고 있다.
지하수오염방지 시설을 설치하는 종류에는 어떤 것들이 있는가?
따라서 지하수개발 과정에서 암반대수층 지하수를 오염된 상층 지하수로부터 얼마나 잘 보호할 수 있느냐 하는 것이 매우 중요한 과제이다. 이를 위하여 지하수오염방지 시설을 설치하는데 이에는 지표상부보호공과 지표하부 보호벽 등 두 종류의 오염방지시설이 있다. 지표상부보 호공은 밀폐형보호장치가 개발되어 환경부 인증을 받아 사용되고 있어 문제점이 없다.
참고문헌 (5)
성익환, 1999, 특집 지반 환경 : 대도시 지역 지하수 오염 방지 및 치유 개선 대책, 8(16)
조희남, 2007, 특허 제10-0845973호(지하수심정의 상층 오염지하수 유입방지를 위한 지표하부보호벽 그라우팅 팩카장치 및 그라우팅 방법) 특허등록명세서
제주특별자치도, 2004, 제주도 지하수개발. 이용시설 설치 및 관리기준, 제3조, 별표1, 별표3.
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