实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统
阅读说明：本技术 实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统 (Real-time underground volatile organic compound leakage detection system ) 是由 赵诚国 安正洙 崔喆淳 赵诚喜 吴明光 李相懽 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统,并且更具体地涉及这样一种实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统,所述系统用于通过预先实时检测污染在土壤和地下水中的扩散来使污染最小化并且允许快速响应,所述污染来自于由于从待监测设施的地面和地下储存罐泄漏油、溢出油等而引起的环境事故,所述待监测设施用于油和包括挥发性有机化合物(VOC)的有害化学品物质。所述系统包括：监测井,所述监测井设置在待监测设施附近,用于收集从待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块,所述气体传感器模块设置在监测井内部并且用于检测挥发性有机化合物(VOC)并测量浓度；通信模块,所述通信模块用于无线地传输使用气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器,所述控制中心服务器用于显示从通信模块接收的检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。(The present invention relates to a real-time underground volatile organic compound leakage detecting system, and more particularly, to a real-time underground volatile organic compound leakage detecting system for minimizing pollution from environmental accidents caused by leakage of oil, spilled oil, and the like from ground and underground storage tanks of a facility to be monitored for oil and harmful chemical substances including Volatile Organic Compounds (VOCs) and allowing rapid response by detecting in real time the diffusion of the pollution in soil and underground water in advance. The system comprises: a monitoring well disposed adjacent to a facility to be monitored for collecting Volatile Organic Compounds (VOCs) leaking from the facility to be monitored; a gas sensor module disposed inside the monitoring well and configured to detect Volatile Organic Compounds (VOCs) and measure concentration; a communication module for wirelessly transmitting detection and concentration sensor data measured using a gas sensor module; and a control center server for displaying the detection and concentration sensor data received from the communication module and outputting a monitoring screen.)
技术领域
本发明涉及一种实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统，并且更具体地涉及这样一种实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统，所述系统用于通过抢先地实时检测污染在土壤和地下水中的扩散来使污染最小化并且允许快速响应，所述污染来自于由于从待监测设施的表面和地下储存罐泄漏油、溢出油等而引起的环境事故，所述待监测设施用于油和包括挥发性有机化合物(VOC)的有害化学品，所述系统包括：监测井，所述监测井设置在待监测设施附近并且被配置为收集从待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块，所述气体传感器模块设置在监测井内部并且被配置为检测挥发性有机化合物(VOC)并测量挥发性有机化合物(VOC)的浓度；通信模块，所述通信模块被配置为无线地传输使用气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器，所述控制中心服务器被配置为显示从通信模块接收的检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。
背景技术
通常，储存在埋藏于地下或设置在地面上的设施的表面或地下储存罐中的油或化学品以及土壤污染物被认为是可能污染地下环境的潜在土壤和地下水污染物，监测所述设施以寻找有害化学品，包括挥发性有机化合物(VOC)等。
例如，来自地下埋藏的加油站的储油罐或有害化学品储罐和管道的油或有害化学品的泄漏会损害地下环境并引起土壤或地下水的直接污染，此外，土壤和地下水可能由于地下设施的腐蚀、老化或破损引起的泄漏而被污染。
通常，当油或有害化学品开始泄漏到地下时，仅可通过测量由于其损失的油量或直接检测此类污染物来识别泄漏。例如，当油从加油站的地下储存罐或管道泄漏时，可以通过测量储存在储存罐中的油量的减少来检测泄漏，或者可以使用埋在地下的检测装置来检测泄漏和渗入土壤中的泄漏油。
然而，经常存在使用这种检测装置不能可靠地检测漏油的情况。例如，在长时间内油从储油罐少量泄漏的情况下，土壤污染的程度累积并逐渐变得更加严重，但是从储油罐损失的油量相对不明显，因此不容易精确测量该量。
因此，已经研发了能够实时检测污染物泄漏的各种技术。在这方面，韩国专利No.10-0467835(注册日期：2005年1月13日)公开了一种使用栅格网电阻测量方法的污染物泄漏检测系统，该系统包括：网格型线，所述网格型线布置在地面内的关注污染物泄漏的位置处；电阻测量传感器，所述电阻测量传感器包括连接到所述网格型线的每个交叉点的两个电极和被配置为恒定地固定所述两个电极的支撑件；电流供给装置，所述电流供给装置被配置为向所述网格型线供给电流；以及电位差测量装置，所述电位差测量装置被配置为测量流过传感器的电流的电位差，其中通过所述电位差的测量获得的电阻的降低点被确定为污染物泄漏点。
另外，韩国实用新型No.20-0453056(注册日期：2011年3月29日)公开了一种用于检测环境空气中所含的挥发性有机化合物的挥发性有机化合物检测器，该挥发性有机化合物检测器包括：气体入口10，含有挥发性有机化合物的预定环境空气从外部引入到所述气体入口10中；空气入口20，不含挥发性有机化合物的预定清洁空气从单独的罐或从外部引入到所述空气入口20中；阀30，其被配置为打开和关闭气体入口10和空气入口20；传感器阵列40，其被配置为检测通过打开和关闭阀30而引入的环境空气中包含的挥发性有机化合物；循环泵50，其被配置为使引入到罐41中的传感器阵列40中的环境空气或清洁空气强制循环；排放口60，其设置在所述循环泵50的下游并被配置为将环境空气或清洁空气排放到外部；传感器放大器70，其被配置为放大从传感器阵列40获得的数据信号；传感器CPU 80，其被配置为基于由所述传感器放大器70放大后的数据信号来计算参考电压；主控制器90，其被配置为接收传感器CPU 80计算出的数据信号，控制阀30和循环泵50，并基于计算出的数据值来控制画面显示或音频输出信号；LCD单元100，其由主控制器90控制并被配置为以文本、图或图形的形式显示环境空气的分析数据；以及音频输出单元110，其由主控制器90控制并被配置为当测量值超过预设参考值时输出音频，其中，传感器阵列40包括由不锈钢制成的直型罐41，使得环境空气或清洁空气平稳地流动，并且其中，温度传感器、湿度传感器和七个嗅觉传感器42左右或上下成对并彼此平行地布置在罐41的外表面上。
另外，韩国专利No.10-1692926(注册日期：2016年12月29日)公开了一种有害化学品泄漏检测和响应系统，用于检测和响应从携带有害化学品的车辆泄漏的有害化学品，该系统包括：至少一个传感器单元，其安装在携带有害化学品的车辆上并且被配置为检测在距安装区域的预定范围内的有害化学品的存在和浓度；以及服务器，其被配置为从所述传感器单元接收检测信息并分析安装有相应的传感器单元的区域中的有害化学品的泄漏，所述传感器单元包括被配置为获得相应的传感器单元的位置信息的GPS模块和被配置为与所述服务器通信的通信模块。这里，当检测到有害化学品的浓度高于预设数值时，通过通信模块将从GPS模块获得的传感器单元的位置信息及其有害化学品泄漏信息传输到服务器。在有害化学品泄漏检测和响应系统中，服务器包括：通信单元，其被配置为与通信模块通信，并向相关机构发送关于传感器单元的位置信息的周围地理信息和天气信息的传输请求；第一处理单元，其被配置为通过分析和处理从相关机构传输的周围地理信息和天气信息以及从传感器单元传输的有害化学品泄漏信息，并计算排放的有害化学品的浓度，来执行有害化学品扩散建模；以及第二处理单元，其被配置为将从第一处理单元获得的有害化学品扩散建模结果绘制为地图上的等浓度曲线，并在显示器上输出绘制结果。通信单元将包括位置信息的有害化学品泄漏信息以及从第一处理单元和第二处理单元获得的有害化学品扩散建模结果传输到相应的机构。
另外，韩国专利No.10-1767258(注册日期：2017年8月4日)公开了一种化学品泄漏报警系统，该化学品泄漏报警系统包括：泄漏检测装置，其包括被配置为检测化学品泄漏的多个化学品泄漏检测传感器；信号转换装置，其被配置为从所述泄漏检测装置的特定化学品泄漏检测传感器接收化学品泄漏的泄漏检测信号，并将所接收的泄漏检测信号转换为标准信号；周期性检查装置，其被配置为通过检查化学品处理设施的状态来生成和提供关于化学品处理设施的设施状态信息；以及化学品管理装置，其被配置为响应于从所述信号转换装置接收的标准信号来确定是否存在泄漏，搜索并提供针对每种化学品的事故响应手册，并且基于从所述周期性检查装置接收的所述设施状态信息来管理所述化学品处理设施的状态。所述信号转换装置包括：第一通信单元，其被配置为接收所述泄漏检测信号或提供泄漏报警信息；标准信号转换器，其被配置为将所接收的泄漏检测信号转换为标准数字信号；设施信息DB，其被配置为存储每个化学品泄漏检测传感器的化学品处理设施信息；以及泄漏报警信息生成器，其被配置为通过从设施信息DB提取对应于特定化学品泄漏传感器的化学品处理设施信息，然后组合标准信号和提取的化学品处理设施信息，来生成泄漏报警信息，所述化学品处理设施信息包括化学品信息和处理设施信息。
另外，韩国专利No.10-1802734(注册日期：2017年11月23日)公开了一种土壤和地下水污染物检测系统，该土壤和地下水污染物检测系统包括：埋设在要检测污染物的地下饱和区(含水层)中的饱和区埋管100；埋设在要检测污染物的地下不饱和区(土层)中的不饱和区埋管200；一组相同类型的气体检测器300、300'，其嵌入并埋设在饱和区埋管100和不饱和区埋管200中的每一个中，并被配置为使用电流从饱和区和不饱和区提取和分析污染物；地面电源400，其被配置为提供所述气体检测器300、300'中的每一个的操作所需的电力；地面抽吸泵500，其经由抽吸管510连接到气体检测器300、300'中的每一者，并且被配置为在气体检测器300、300'中的每一者内提供负压；以及地面控制台600，其安装在地面上并且被配置为在控制整个配置的同时通过与气体检测器300、300'中的每一个进行RS-485通信来接收和监测由气体检测器300、300'分析的数据。这里，气体检测器300和300'中的每一个包括：气体检测器本体310，其具有中空内部，底部敞开，并且包括由无纺布过滤器311分隔使气体通过并过滤异物的下部气体提取单元312和上部气体分析单元313，其中，在气体提取单元312的周围形成有多个通孔312a、312a'，与其内部连通，使水和土壤通过，并且其中，气体分析单元313通过抽吸管510与抽吸泵500连接，以在向气体分析单元313施加负压时使从气体提取单元312提取的气体移动；气体提取器320，其设置在气体提取单元312中并且被配置为从电源400接收电力并且将地下水提取成气体；以及气体分析器330，其设置在气体分析单元313中，并被配置为接收从气体提取单元312提取的气体，分析气体组分，并将分析结果传输到控制台600。
然而，在韩国专利No.10-0467835中公开的栅格网电阻测量方法将通过电位差测量获得的电阻值的降低点确定为污染物泄漏点，并且因此可以仅应用于液体污染物的泄漏，使得可以测量大量的液体污染物，但是不能测量细微的泄漏。
此外，在韩国实用新型No.20-0453056中公开的挥发性有机化合物检测器、在韩国专利No.10-1692926中公开的有害化学品检测系统、以及在韩国专利No.10-1767258中公开的化学品泄漏报警方法和系统对于检测地面上的污染物泄漏是有效的，但是不能检测地下污染物泄漏。
相反，在韩国专利No.10-1802734中公开的土壤和地下水污染物检测系统能够进行地下污染物泄漏检测，但是由于使用强制蒸发泄漏的污染物并测量蒸发的气体的气体分析器，整个系统昂贵且体积大，使得在技术上和经济上难以使其商业化。
发明内容
技术问题
考虑到在现有技术中遇到的问题而做出本发明，并且本发明的目的是提供一种实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统，所述系统用于通过抢先地实时检测污染在土壤和地下水中的扩散来使污染最小化并且允许快速响应，所述污染来自于由于从待监测设施的表面和地下储存罐泄漏油、溢出油等而引起的环境事故，所述待监测设施用于油和包括挥发性有机化合物(VOC)的有害化学品，所述系统包括：监测井，所述监测井设置在待监测设施附近并且被配置为收集从待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块，所述气体传感器模块设置在监测井内部并且被配置为检测挥发性有机化合物(VOC)并测量挥发性有机化合物(VOC)的浓度；通信模块，所述通信模块被配置为无线地传输使用气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器，所述控制中心服务器被配置为显示从通信模块接收的检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了一种实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统，所述实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统包括：监测井，所述监测井设置在用于油和包括挥发性有机化合物(VOC)的有害化学品的待监测设施附近并且被配置为收集从所述待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块，所述气体传感器模块设置在所述监测井内部并且被配置为检测所述挥发性有机化合物(VOC)并测量所述挥发性有机化合物(VOC)的浓度；通信模块，所述通信模块被配置为无线地传输使用所述气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器，所述控制中心服务器被配置为显示从所述通信模块接收的所述检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。
所述气体传感器模块可以根据在与所述挥发性有机化合物(VOC)接触时电阻值的变化来检测所述挥发性有机化合物(VOC)，并且可以测量所述挥发性有机化合物(VOC)的浓度。
所述气体传感器模块可以包括绝缘基板、形成在所述绝缘基板上的一对薄膜电极、配置为连接所述一对薄膜电极的导电碳粉、以及施加在所述一对薄膜电极和所述导电碳粉上的可渗透聚合物薄膜。
所述控制中心服务器的所述监测画面可以包括泄漏检测地图画面，在所述泄漏检测地图画面上，针对每个监测井在地图上显示使用所述监测井的所述气体传感器模块测量的所述检测和浓度传感器数据，在所述地图上标记设置在所述待监测设施附近的监测井的位置。
所述泄漏检测地图画面可以单独输出：指示针对每个监测井显示的传感器数据值等于或小于预设容许值的正常数据、指示检测到超过正常数据范围的异常的异常检测数据、以及指示超过异常检测数据范围的泄漏检测的泄漏检测数据。
所述控制中心服务器的所述监测画面还可以包括检测状态画面，在所述检测状态画面上显示所述待监测设施的位置、每个监测井的传感器数据值、每个监测井的正常状态、异常检测状态或泄漏检测状态、每个监测井的所述气体传感器模块、所述通信模块、电池维护或更换请求以及动作状态。
有利效果
根据本发明，实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统包括：监测井，所述监测井设置在用于包括挥发性有机化合物(VOC)等的有害化学品和土壤污染物的待监测设施附近并且被配置为收集从所述待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块，所述气体传感器模块设置在所述监测井内部并且被配置为检测所述挥发性有机化合物(VOC)并测量所述挥发性有机化合物(VOC)的浓度；通信模块，所述通信模块被配置为无线地传输使用所述气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器，所述控制中心服务器被配置为显示从所述通信模块接收的所述检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。由此，可以使用气体传感器测量包括挥发性有机化合物(VOC)等的有害化学品，特别是挥发性有机化合物(VOC)气体，因此甚至可以检测到细微的泄漏，而且，可以减小系统的尺寸，从而从技术和经济方面有效地使得可以实现尺寸减小和低成本。
附图说明
图1示出了根据本发明的泄漏检测系统的整体配置；
图2示出了根据本发明的气体传感器模块的结构；
图3示出了根据本发明的气体传感器模块的传感器测量原理；
图4示出了根据本发明的控制中心服务器的监测画面上的泄漏检测地图；以及
图5示出了根据本发明的控制中心服务器的监测画面上的检测状态画面。
具体实施方式
本发明涉及一种实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统，所述实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统包括：监测井，所述监测井设置在用于油和包括挥发性有机化合物(VOC)的有害化学品的待监测设施附近并且被配置为收集从所述待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块，所述气体传感器模块设置在所述监测井内部并且被配置为检测所述挥发性有机化合物(VOC)并测量所述挥发性有机化合物(VOC)的浓度；通信模块，所述通信模块被配置为无线地传输使用所述气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器，所述控制中心服务器被配置为显示从所述通信模块接收的所述检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。
所述气体传感器模块根据在与所述挥发性有机化合物(VOC)接触时电阻值的变化来检测所述挥发性有机化合物(VOC)，并且测量所述挥发性有机化合物(VOC)的浓度。
所述气体传感器模块包括绝缘基板、形成在所述绝缘基板上的一对薄膜电极、配置为连接所述一对薄膜电极的导电碳粉、以及施加在所述一对薄膜电极和所述导电碳粉上的可渗透聚合物薄膜。
所述控制中心服务器的所述监测画面包括泄漏检测地图画面，在所述泄漏检测地图画面上，针对每个监测井在地图上显示使用所述监测井的所述气体传感器模块测量的所述检测和浓度传感器数据，在所述地图上标记设置在所述待监测设施附近的监测井的位置。
所述泄漏检测地图画面单独输出：指示针对每个监测井显示的传感器数据值等于或小于预设容许值的正常数据、指示检测到超过正常数据范围的异常的异常检测数据、以及指示超过异常检测数据范围的泄漏检测的泄漏检测数据。
所述控制中心服务器的所述监测画面还包括检测状态画面，在所述检测状态画面上显示所述待监测设施的位置、每个监测井的传感器数据值、每个监测井的正常状态、异常检测状态或泄漏检测状态、每个监测井的所述气体传感器模块、所述通信模块、电池维护或更换请求以及动作状态。
在下文中，将结合附图给出本发明的实施方式的详细描述，使得本领域普通技术人员可以容易地实现本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式实施，并且不限于这里描述的实施方式和附图。
具体地，参照图1，根据本发明的实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统包括：监测井，所述监测井设置在用于油和包括挥发性有机化合物(VOC)的有害化学品的待监测设施附近并且被配置为收集从所述待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块，所述气体传感器模块设置在所述监测井内部并且被配置为检测所述挥发性有机化合物(VOC)并测量所述挥发性有机化合物(VOC)的浓度；通信模块，所述通信模块被配置为无线地传输使用所述气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器，所述控制中心服务器被配置为显示从所述通信模块接收的所述检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。
这里，气体传感器模块是能够检测和感测VOC气体的气体传感器，并且传统的气体传感器包括例如：在韩国专利申请公开No.10-2016-0001369(公开日：2016年1月6日)中公开的用于检测气体或挥发性有机化合物(VOC)的复杂的传感器阵列，其包括多个传感器阵列，每个传感器阵列包括被配置为检测气体或挥发性有机化合物(VOC)的多个气体传感器，所述传感器包括基板、设置在所述基板上的下电极、设置在所述下电极上的压电层、设置在所述压电层上的上电极、以及设置在所述上电极上的气体感测层，其中每个传感器的气体感测层的受体(敏感材料)是碳纳米管的多个传感器和其中每个传感器的受体是聚合物的多个传感器布置在单个芯片上；以及韩国专利申请公开No.10-2018-0135258(公开日：2018年12月20日)中公开的复杂的气体检测传感器，其包括支撑基板和设置在所述支撑基板上的气体检测单元室，所述气体检测单元室包括电极层和气体检测结构，所述电极层包括多个电极，所述气体检测结构具有多孔结构并且包括层压在所述电极层上的多个单元图案层。然而，气体感测层必须涂覆有碳纳米管(CNT)－聚合物复合物作为气体受体，并且气体检测结构必须包含昂贵的金属例如氧化锡(SnOx)、氧化钛(TiOx)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO)等作为检测材料，这是不期望的。
因此，根据本发明的气体传感器模块能够根据在与挥发性有机化合物(VOC)接触时电阻值的变化来检测挥发性有机化合物(VOC)，并且测量挥发性有机化合物(VOC)的浓度。
如图2至图3所示，气体传感器模块包括绝缘基板、形成在绝缘基板上的一对薄膜电极、配置为连接一对薄膜电极的导电碳粉、以及施加在一对薄膜电极和导电碳粉上的可渗透聚合物薄膜。
这里，彼此间隔开的一对薄膜电极之间的距离可以被设计为1mm或更小的窄宽度，并且本发明的气体传感器模块优选地设置有包括以精细宽度彼此间隔开的一对薄膜电极的多个阵列。
下面描述使用气体传感器模块检测挥发性有机化合物(VOC)并测量其浓度的过程。当气体传感器模块暴露于挥发性有机化合物(VOC)时，挥发性有机化合物(VOC)穿过可渗透聚合物薄膜并与导电碳粉混合。这样，改变导电碳粉的电阻值，从而根据改变的值检测挥发性有机化合物(VOC)，并测量其浓度。
同时，如图4所示，控制中心服务器的监测画面包括泄漏检测地图画面，在泄漏检测地图画面上，针对每个监测井在地图上显示使用监测井的气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据，在地图上标记设置在待监测设施附近的监测井的位置。
这里，泄漏检测地图画面可以单独输出：指示针对每个监测井显示的传感器数据值等于或小于预设容许值的正常数据、指示检测到超过正常数据范围的异常的异常检测数据、以及指示超过异常检测数据范围的泄漏检测的泄漏检测数据。
此外，如图5所示，控制中心服务器的监测画面还可以包括检测状态画面，在检测状态画面上显示待监测设施的位置、每个监测井的传感器数据值、每个监测井的正常状态、异常检测状态或泄漏检测状态、每个监测井的气体传感器模块、通信模块、电池维护或更换请求以及动作状态。
以上描述仅仅是对本发明的技术精神的说明，并且本发明所属领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的基本特征的情况下，各种修改和变化是可能的。因此，在本发明中公开的实施方式和附图不旨在限制本发明的技术精神，而仅仅是解释本发明的技术精神，并且本发明的技术精神的范围不受这些实施方式和附图的限制。本发明的范围将基于所附权利要求来确定，并且在与其等同的范围内的所有技术精神将被解释为包括在本发明的范围内。
工业实用性
根据本发明，实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统包括：监测井，所述监测井设置在用于包括挥发性有机化合物(VOC)等的有害化学品和土壤污染物的待监测设施附近并且被配置为收集从所述待监测设施泄漏的挥发性有机化合物(VOC)；气体传感器模块，所述气体传感器模块设置在所述监测井内部并且被配置为检测所述挥发性有机化合物(VOC)并测量所述挥发性有机化合物(VOC)的浓度；通信模块，所述通信模块被配置为无线地传输使用所述气体传感器模块测量的检测和浓度传感器数据；以及控制中心服务器，所述控制中心服务器被配置为显示从所述通信模块接收的所述检测和浓度传感器数据并且输出监测画面。由此，可以使用气体传感器测量包括挥发性有机化合物(VOC)等的有害化学品，特别是挥发性有机化合物(VOC)气体，因此甚至可以检测到细微的泄漏，而且，可以减小系统的尺寸，从而从技术和经济方面有效地使得可以实现尺寸减小和低成本，由此本发明的实时地下挥发性有机化合物泄漏检测系统具有工业实用性。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：校正磁共振成像中的磁滞