土壤地下水监测系统及方法与流程

技术领域

本发明的技术领域涉及一种土壤地下水监测系统及方法，尤其涉及一种利用土壤采样装置来监测土壤及地下水的净化，并调查土壤及地下水的污染特性的方式体现的土壤地下水监测系统及方法。

背景技术：

地下水（Ground Water）作为降雨中的一部分从地表向土壤的缝隙渗入，并到达无法渗透水的层后堆积而成的水，虽然地下水面的上部也有水分，但若缝隙小，则成为毛细管水来向表层上升，并被植物的根吸收。但是，这种地下水可以因周围的部队、加油站或工厂等而在短时间内使其污染程度变得严重，因此，同时多发性地使土壤受到污染的区域的地下水必须得到净化处理。作为土壤及地下水的净化处理方法，研发并广泛使用如下方法：挖掘污染土壤来进行搬运处理，并对受到污染的地下水进行抽水处理的方法、在原位设置注入井和抽取井后，提取污染物质，并通过注入化学处理剂等来净化微生物和营养盐的方法等。

韩国授权专利第10-0978939号（2010年08月24日授权）公开了综合污染地下水净化处理远程监测及自动控制装置，上述综合污染地下水净化处理远程监测及自动控制装置在向设置于多个远程区域的土壤污染区域内的综合污染地下水净化处理装置流入的综合污染地下水中利用水质测定器测定水质数据，并与预先设定的允许水质数据相比较来净化处理为满足允许水质的地下水，从而既可以进行稳定的重新注入或放流，又可以为了防止净化处理装置的故障及净化处理装置的有效的运行而远程监控地下水净化处理的全程，并可以自动进行控制。根据所公开的技术，即使无需单独调查地下水的污染程度，也可以对地下水的污染物质进行净化处理，从而不仅可以节约调查地下水所需的人力、时间及费用，而且可以对包括受到污染的地下水的生活废水或有机性污废水进行净化处理。

韩国授权专利第10-0990737号（2010年10月22日授权）公开了地下水净化处理及远程监测自动控制装置，上述地下水净化处理及远程监测自动控制装置的特征在于，包括：集水槽，抽吸挖掘排水或深井排水来以规定的水位维持和管理所流入的地下水，并临时进行储存；横向汽提塔，向从集水槽流入的地下水注入通过低压微气泡发生装置来发生的微气泡，向浮上分离脱气槽的浮上分离部进行扩散来使选自由轻油、灯油、石油类烃（TPH，Total Petroleum Hydrocarbon）组成的组中的一种以上的油分、选自由BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯的总称）、苯酚（Phenol）、三氯乙烯（TCE）、四氯乙烯（PCE）组成的组中的一种以上的挥发性有机化合物质（VOCs）、微细残留的悬浮物质（SS）或正己烷（n-Hexane）提取物质实现浮上分离，并填充有聚丙烯垫（Packing）；浮上分离脱气槽，通过包括除雾器（Demister）的脱气部来使挥发性有机化合物质脱气后，在活性炭塔中利用活性炭对挥发性有机化合物质进行吸附处理；以及无动力过滤槽，填充有过滤介质，上述过滤介质用于去除从浮上分离脱气槽流入的地下水中所包含的微浮游物质。根据所公开的技术，不仅可以通过地下水净化处理装置的方便化及小型化来实现经济性及效率性净化处理，而且可以为了防止地下水净化处理装置的故障及地下水净化处理装置的有效的运行而远程监测地下水净化处理的全程，并且可以进行自动控制，由此可以节约地下水净化处理所需的人力、时间及费用。

在如上所述的现有的土壤地下水监测系统中，作为对土壤及地下水的微生物的调查方法，在对土壤及地下水进行采样后，执行过滤，此时，存在无法反映附着于土壤来栖息的微生物的大部分的问题。并且，在现有技术中，相比于水质的均质的特性，由于土壤所具有的不均质且多样的特性而使荧光反射或吸收由污染物质的过大或过小评价实现，从而也存在无法执行可靠的检测的问题。

现有技术文献

专利文献

韩国授权专利第10-0978939号；

韩国授权专利第10-0990737号。

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述缺点，即提供一种利用土壤采样装置来监测土壤及地下水的净化，并调查土壤及地下水的污染特性的方式体现的土壤地下水监测系统及方法。

解决上述问题的方法在于提供土壤地下水监测系统，根据本发明的一特征，其包括：土壤采样装置，采集土壤或地下水所包含的微生物或污染物质，并在接收激光来输出激光后，检测污染土壤所释放的荧光；以及监测装置，对上述土壤采样装置所采集的微生物或污染物质进行分析，并产生激光来向上述土壤采样装置发送后，接收由上述土壤采样装置所检测的荧光来进行测定。

一实施例中，上述土壤采样装置特征在于，包括：吸附模块，具有收容有吸附材料的内部空间，并从外部向内部空间接收土壤或地下水来吸附微生物或污染物质；光感测模块，接收在上述监测装置产生的激光，并向污染土壤传递激光后，对污染土壤所释放的荧光进行感测，并向上述监测装置发送；以及收发绳，用于向预先指定的深度的钻探孔投入上述吸附模块及上述光感测模块。

一实施例中，上述光感测模块特征在于，检测从油类污染土壤中的污染物质释放的荧光和从油类污染土壤中的土壤散射的漫反射系数，并向上述监测装置传递。

一实施例中，上述收发绳特征在于，在内部或侧部设置有发送光纤维和接收光纤维，上述发送光纤维用于发送在上述监测装置产生的激光，上述接收光纤维用于接收在上述光感测模块感测的荧光。

解决上述问题的方法在于提供土壤地下水监测方法，根据本发明的另一特征，该方法包括：监测装置产生激光，并向土壤采样装置发送的步骤；上述土壤采样装置在接收上述激光并输出激光后，检测从污染土壤释放的荧光的步骤；上述监测装置接收上述土壤采样装置所检测的荧光，并进行测定的步骤；一边执行测定的上述步骤，一边使上述土壤采样装置在预设的期间内采集土壤或地下水所包含的微生物或污染物质的步骤；以及上述监测装置对上述土壤采样装置所采集的微生物或污染物质进行分析的步骤。

本发明效果如下：提供以利用土壤采样装置来监测土壤及地下水的净化，并调查土壤及地下水的污染特性的方式体现的土壤地下水监测系统及方法，从而可以反映吸附于土壤来栖息的微生物的大部分，并且，即使在土壤具有不均质且复杂的特性的情况下，也可以利用激光诱导荧光来进行污染物质的更加准确的评价，从而可以执行可靠的监测。

根据本发明，具有如下效果：提供可以隔开预先指定的间隔，可以按上下罗列的状态以相互进行装拆的方式相结合，并包括分别具有收容有吸附材料的内部空间的多个吸附单元的吸附模块，从而可以相对于吸附模块容易地分离或安装特定的吸附单元，并且，可以利用土壤采样装置来在各个吸附单元收容多种填埋物质。

根据本发明，具有如下效果：针对被包含有多芳烃的油类污染的土壤，可以利用激光诱导荧光技术来在现场中实时检测污染物质，由此，因无需对试样进行预处理而可以节约时间、费用及努力，并且，可以通过利用光纤维来使用于现场的紧凑的设计，来实现方便且迅速的测定。并且，根据本发明，还具有如下效果：针对释放荧光的多芳烃系列的油类污染物质呈现出卓越的选择性，并利用试分析，由此，可以利用各不同的污染物质所具有的分解能来同时在多种混合物中选择污染物质，而且，可以通过持续的测定评价及监视来使污染土壤管理效率极大化。

附图说明

图1为对本发明实施例的土壤地下水监测系统进行说明的图；

图2为对图1中的土壤采样装置进行说明的图；

图3为对图2中的吸附模块进行说明的图；

图4为对图2中的吸附模块的连接进行说明的图；

图5为对图2中的吸附模块的螺纹结合进行说明的图；

图6为对图1中的土壤采样装置的钻探孔内的设置进行说明的图；

图7为对本发明实施例的土壤地下水监测方法进行说明的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细的说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易地实施。但与本发明相关的说明仅为用于进行结构性说明乃至功能性姓名的实施例，因此，本发明的保护范围不应被解释为局限于本文所述的实施例。即，实施例可以进行多种变更，并可以具有多种形态，因此，本发明的保护范围应被理解为可以实现技术思想的等同技术方案。并且，本发明所揭示的目的或效果并非为特定实施例包括这些目的或效果或仅包括这种效果的含义，因而本发明的保护范围不应被理解为因此而受到限制。

以下，参照附图对本发明实施例的土壤地下水监测系统及方法进行详细说明。

图1为对本发明实施例的土壤地下水监测系统进行说明的图，图2为对图1中的土壤采样装置进行说明的图，图3为对图2中的吸附模块进行说明的图，图4为对图2中的吸附模块的连接进行说明的图，图5为对图2中的吸附模块的螺纹结合进行说明的图，图6为对图1中的土壤采样装置的钻探孔内的设置进行说明的图。

参照图1至图6，土壤地下水监测系统1000包括土壤采样装置1100、监测装置1200。

土壤采样装置1100采集土壤G或地下水W所包含的微生物或污染物质之类的被检测物质，并在监测装置1200中进行分析，而且，从监测装置1200接收激光来输出激光后，检测在污染土壤释放的荧光，并向监测装置1200发送。

一实施例中，土壤采样装置1100可以包括吸附模块100、光感测模块200及收发绳300。

吸附模块100作为包括收容有可以吸附被检测物质的吸附材料（未图示）的内部空间S的容器型部件，形成为可以从外部向内部空间S流入土壤或地下水。

一实施例中，吸附模块100被设置成多个（例如，3个），能够以相互隔开预先指定的间隔的状态通过收发绳300来相连接，从而可以进行上下罗列。

一实施例中，吸附模块100可以在2个固定螺纹51全都解开的状态下，沿着收发绳300滑动，并可以进行上下位置移动，若2个固定螺纹51全都紧固，则位置可以紧紧地固定于收发绳300。

一实施例中，吸附模块100可以包括吸附单元10、连接帽20及盖子30。

吸附单元10作为两端部中的至少一个被开放的圆形管形状的部件，设置有多个，并且在外周面形成有与内部空间S相连通的多个贯通孔13。

一实施例中，吸附单元10可以包括：铁氟龙材质或不锈钢材质的圆形管形状的网格11，形成有多个贯通孔13；以及外螺纹想在的第一螺纹部12，形成于网格11的两端部。在此，优选地，贯通孔13的大小被制作成0.0001mm至2.0mm间隔，用于防止被收容于各内部空间S的同种或异种的吸附材料（未图示）向外部脱离。并且，吸附材料作为通过钻探来产生的自然介质或沙子、黏土等等标准物质或吸附及反应性得到公知的污染净化物质等，可以根据采集目的来使用多种物质，并可以包括可以代表原位现场的土壤或地下水之类的现场介质（即，钻探孔H所采集的原位填埋物质或预先人工制备的人工填埋物质中的至少一个）。但在此，只使用原位填埋物质作为吸附材料，并可以使用玻璃或金属材质的颗粒（beads）、玻璃或金属材质的丝线（strands）、玻璃纤维（glass wool）等作为人工填埋物质。

一实施例中，吸附单元10可以成为能够以通过连接帽20来进行装拆的方式相结合的状态。此时，盖子30能够以可进行装拆的方式安装于吸附单元10 中的位于最上端及最下端的吸附单元10。

连接帽20作为用于封闭吸附单元10的开放的两端部中的至少一个的圆盘形部件，以能够进行状态的方式与吸附单元10的开放的两端部中的至少一个相结合。

一实施例中，连接帽20被设置成多个，可以在连接帽20的上下两面的边缘设置有内螺纹形状的第二螺纹部21，上述内螺纹形状的第二螺纹部21以能够进行装拆的方式与形成在网格11的两端部的第一螺纹部12进行螺纹结合。

一实施例中，连接帽20作为用于将吸附模块100的内部空间S分离为相互隔开的多个内部空间S的部件，能够以隔开预先指定的间隔的状态进行上下罗列。此时，可以在连接帽20的中央部形成有收发绳贯通孔22，收发绳300以能够进行滑动的方式贯通上述收发绳贯通孔22。

盖子30作为用于封闭吸附单元10的开放的两端部中的至少一个的圆盘形部件，在上述盖子30的一面的边缘形成有内螺纹形状的第三螺纹部31，上述内螺纹形状的第三螺纹部31以能够进行装拆的方式与形成在网格11的两端部的第一螺纹部12进行螺纹结合。

一实施例中，盖子30虽然为起到与连接帽20相同功能的部件，但在安装于吸附单元10的两端部中的一个方面存在差异。在此，可以在盖子30的中央部形成有收发绳贯通孔32，收发绳300以能够进行滑动的方式贯通上述收发绳贯通孔32。

一实施例中，在盖子30设置有收发绳固定装置50，收发绳300能够以贯通的状态固定于上述收发绳固定装置50。在此，收发绳固定装置50具有可以容易地调节与此相结合的收发绳300的长度的结构，并包括：收发绳贯通孔52，以垂直的方式形成，使得收发绳300能够以进行滑动的方式贯通；以及固定螺纹51，可以进行前后运动，以便可以对被收容于收发绳贯通孔52的收发绳300进行加压，并进行固定。若紧固固定螺纹51，则收发绳固定装置50的位置固定于收发绳300，若解开固定螺纹51，则收发绳固定装置50相对于收发绳300进行滑动，并可以进行相对移动。

光感测模块200接收从监测装置1200发生的激光，并向污染土壤传递激光（即，激发光）后，感测作为从污染土壤释放的光形态的能量的荧光来向监测装置1200发送。

一实施例中 光感测模块200 可以检测从油类污染土壤中的污染物质释放的荧光和从油类污染土壤中的土壤散射的漫反射系数（diffuse reflectance），并可以通过接收光纤维来向监测装置1200传递。

收发绳300作为为了向预先指定的深度的钻探孔H投入吸附模块100及光感测模块200而使用的绳，在上述收发绳300的外周面上设置有沿着长度方向测定投入深度的长度标记。

一实施例中，收发绳300可以包括：发送光纤维（未图示），用于向收发绳300的内部或侧部发送在监测装置1200产生的激光；以及接收光纤维（未图示），用于接收在光感测模块200感测的荧光。

监测装置1200对土壤采样装置1100所采集的被检测物质进行分析，并且，发生激光并通过发送光纤维来向土壤采样装置1100发送后，通过接收光纤维来从土壤采样装置1100接收荧光，并测定所接收的相应的荧光。

一实施例中，监测装置1200可以利用激光诱导荧光技术（Laser Induced Fluorescence；LIF）（即，将污染物质通过激光来到达高能的激发态后产生的剩余能量重新释放为荧光的原理）针对包含被选择性地呈现出高的波长强度的的芳香烃系列的油类物质污染的土壤监测释放被污染及污染信息。

一实施例中，监测装置1200可以在对从土壤采样装置1100接收的荧光的光谱进行试分析后进行积分，并可以将上述积分值校正为漫反射系数（diffuse reflectance），以便使用为了校正每个污染土壤所具有的独特的物理化学或光物理学特性而利用漫反射系数（diffuse reflectance）的土壤特性校正技术来使土壤的特性对激光诱导荧光技术的强度产生的影响最小化。

一实施例中，监测装置1200可以在圆筒形土芯衬管（未图示）收纳通过钻探孔H来获得的圆柱形土芯（未图示），并在预设的温度下进行冷藏保管，并在艳阳培养室内按预先指定的厚度去除冷藏保管的相应的土芯的外皮，从而可以获得土芯的内部内容物。

具有如上所述的结构的土壤地下水监测系统1000以利用土壤采样装置1100来监测土壤及地下水的净化，并调查土壤及地下水的污染特性的方式体现，从而可以反映附着于土壤来栖息的微生物的大部分，并且，即使在土壤所具有的不均质且复杂的特性的情况下，也可以利用激光诱导荧光来进行污染物质的更加准确的评价，从而可以执行可靠的监测。

具有如上所述的结构的土壤地下水监测系统1000提供可以隔开预先指定的间隔，可以按上下罗列的状态以相互进行装拆的方式相结合，并包括分别具有收容有吸附材料的内部空间的多个吸附单元10的吸附模块100，从而可以相对于吸附模块100容易地分离或安装特定的吸附单元10，并且，可以利用土壤采样装置1100来在各个吸附单元10收容多种填埋物质。

具有如上所述的结构的土壤地下水监测系统1000针对被包含有多芳烃的油类污染的土壤，可以利用激光诱导荧光技术来在光感测模块200中实时检测污染物质，由此，因无需对试样进行预处理而可以节约时间、费用及努力，并且，可以通过利用光纤维来使用于现场的紧凑的设计，来实现方便且迅速的测定。并且，在具有如上所述的结构的土壤地下水监测系统1000中，监测装置1200针对释放荧光的多芳烃系列的油类污染物质呈现出卓越的选择性，并利用试分析，由此，可以利用各不同的污染物质所具有的分解能来同时在多种混合物中选择污染物质，而且，可以通过持续的测定评价及监视来使污染土壤管理效率极大化。

图7为对本发明实施例的土壤地下水监测方法进行说明的图。

参照图7，在监测装置1200中，为了以圆形方式保管通过形成于地面G的钻探孔H来获得的圆柱形土芯（未图示），在圆筒形土芯衬管（未图示）收纳土芯，并在3℃至5℃以下的温度中进行冷藏保管（步骤S701）。

在上述的S701中，在对土芯进行冷藏保管后，监测装置1200在厌氧培养室内按预先指定的厚度去除得到冷藏保管的土芯的外皮，从而获得土芯的内部内容物（步骤S702）。

在上述的S702中，在获得土芯的内部内容物后，土壤采样装置1100根据土壤分析的性质或分析目的来确定所需的分析次数，根据所确定的相应的分析次数来确定每一个吸附模块100所包括的吸附单元10的数量，并部分组装吸附模块100（步骤S703）。

在上述的S703中，在对吸附模块100进行部分组装后，土壤采样装置1100在吸附单元10的各内部空间S插入吸附材料，此时，将在上述的S702中获得的土芯的内部内容物作为原位填埋物质来插入于吸附单元10的各内部空间S（步骤S704）。

在上述的S704中，在插入吸附材料的过程中，在吸附材料插入于吸附单元10的各内部空间S之前，可以对土壤采样装置1100及吸附材料进行杀菌处理，并且，在原位填埋物质插入于吸附单元10的各内部空间S之前，可以执行利用筛子之类的额外的工具来按不同的粒度进行筛选，并实施分离的工序。

在上述的S704中，在插入吸附材料后，如图6所示，一边在钻探孔H中按预先指定的深度投入土壤采样装置1100，一边在地面G固定收发绳300的另一端部，并使收发绳300内的光纤维与监测装置1200相连接（步骤S705）。

在上述的步骤S705中，在执行土壤采样装置1100的投入及光纤维连接后，监测装置1200发生激光，并通过发送光纤维来向土壤采样装置1100发送。由此，土壤采样装置1100从监测装置1200接收激光，并向污染土壤输出激光（步骤S706）。

在上述的步骤S706中，在示出激光后，土壤采样装置1100检测从污染土壤释放的荧光，并向监测装置1200发送。由此，监测装置1200从土壤采样装置1100通过接收光纤维来接收荧光，并测定所接收的相应的荧光（步骤S707）。

在上述的步骤S707中，若一边实时执行荧光接收及测定，一边在数日至数年内，在钻探孔H内留有土壤采样装置1100，则土壤采样装置1100在与钻探孔H的周边土壤或地下水相同的条件下培养被收容于吸附单元10的内部空间S的吸附材料（步骤S708）。

在上述的步骤S708中，若结束吸附材料的培养，则从钻探孔H取出土壤采样装置1100来进行回收后，土壤采样装置1100向外部取出被收容于多个吸附单元10中的至少一个的吸附材料来进行回收（步骤S709）。

在上述的步骤S709中，可以在回收吸附材料后，监测装置1200对在吸附材料中培养的微生物或污染物质进行分析，从而可以掌握形成有钻探孔H的地点的土壤、地下水的物理、化学、生物学特性（步骤S710）。

具有如上所述的结构的土壤地下水监测方法可以采集更加准确地代表地下环境的特性的土壤G及地下水W，并可以调节吸附单元10的数量，使得采样次数的调节变得容易，使得采集体积（即，吸附模块100的内部空间S的大小）容易地发生改变，并且，能够以低的成本批量制作吸附单元10，使得吸附单元10的分离及安装变得非常容易。

在具有如上所述的结构的土壤地下水监测方法中，收容于吸附单元10的多个吸附材料可以在相互隔离的环境下得到培养，使吸附模块100通过收发绳300来相连接，从而不仅在所需的特定的深度下进行采集，而且可以容易地在预先指定的多个深度中进行多重深度采集，并且，可以在准确的深度配置吸附模块100，可以在原位（In-situ）土壤污染净化现场中，在不会干扰土壤或地下水环境的情况下执行采集工作。

以上，本发明的实施例并不只通过上述的装置和/或运用方法来体现，也可以通过用于实现与本发明的实施例的结构相对应的功能的程序、记录有上述程序的记录介质等来体现，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可以从上述所述的实施例的记载中容易地实施这种体现。以上虽然对本发明的实施例进行了详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此，利用发明要求保护范围所定义的本发明的基本概念的普通技术人员的多种变形及改良形态也同样属于本发明的保护范围。