KR100373513B1

KR100373513B1 - 오존소비속도상수를 이용한 오존공정과 고도산화공정의자동제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100373513B1
Application number: KR10-2000-0040567A
Authority: KR
Inventors: 오현제; 김원재; 지재성; 안병성; 강예석; 강준원
Original assignee: (주)우대기술단; 주식회사 경호엔지니어링 종합건축사사무소; 한국건설기술연구원
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2003-02-25
Also published as: KR20020006959A

Abstract

본 발명은 수처리 기술에 관한 것으로, 특히 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP : Advanced Oxidation Process)의 자동제어장치 및 방법에 관한 것이며, 유입수의 유입유량 및 오존소비속도상수(kc)로부터 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 핵심적인 운전인자인 오존 및 과산화수소의 주입농도를 적정 CT(산화능)값을 만족시키도록 산출하여 실시간으로 제어하는 것이다.

따라서, 수질 및 수량의 변화에 대응하여 수처리가 가능하게 되므로, 처리수질의 안정성이 확보되며, 자동제어시스템으로의 연계가 가능할 뿐만 아니라, 기존의 후오존공정에 쉽게 적용시킬 수 있고, 오존 및 과산화수소 주입량을 정확히 산정하여 항상 적정한 농도를 유지하므로 오존발생설비의 에너지 소비와 과산화수소 주입설비의 운영을 최적화할 수 있게되는 것이다.

Description

오존소비속도상수를 이용한 오존공정과 고도산화공정의 자동제어장치 및 방법{Auto control apparatus of ozone process and AOP(Advanced Oxidation Process) using kc(ozone consumption rate) and method thereof}

오존(O₃)으로 원수를 정수하는 기술인 오존처리법은 산화력이 강한 오존으로 물 속의 불순물을 제거하는 정수법으로 이는 산화력에 기인되는 오존의 특성인 살균·탈취·탈색·유,무기물과의 반응성을 이용하는 것이며, 기존의 염소처리법에 비해 정수력이 월등히 뛰어나다.

또한, 오존은 공정설치 및 운용과 산화력 면에서 염소 등과 같은 다른 산화제에 비해 다양한 장점 등을 가지고 있을 뿐만 아니라 특히 철, 망간 등 일부 중금속도 제거하며 페놀이나 난분해성 물질과 같은 오염물질의 제거에 우수한 효과가 있고, 수중의 유기물질들에 대한 제거효과도 탁월한 것으로 알려져 있으며, 무엇보다도 염소사용시 생길 수 있는 발암물질인 트리할로메탄(THM)을 만들지 않는다는 장점이 있으며, 염소에서와 같은 독특한 냄새가 없어서 물맛도 좋다.

따라서, 오존의 산화력을 이용하는 정수기술이 많이 연구되고 있는데, 일반적으로 오존의 산화력을 이용하는 정수기술은 오존을 단독으로 활용하는 오존공정과 오존처리시 산화력에 영향을 주는 OH 라디칼을 보다 많이 생성시키기 위하여 오존과 동시에 과산화수소(H₂O₂)를 주입하여 산화력을 향상시킨 고도산화공정(AOP)이 대표적으로 널리 활용되고 있으며, 고도산화공정(AOP)에서 OH 라디칼을 보다 많이 생성시키기 위한 조절인자로 pH를 조정하거나 자외선(U.V.)을 조사하기도 한다.

이 중에서 오존공정은 전체 정수처리 시스템 중에서 설치되는 위치에 따라 크게 전오존공정과 후오존공정으로 구분되고 있으며, 고도산화공정(AOP)은 전세계적으로 연구가 진행되어 현재 실용화단계에 있는 정수기술이다.

전오존공정의 경우, 응집·침전효율의 향상과 철·망간의 제거, 조류 제거, 맛·냄새유발물질의 제거 및 색도 제거 등을 도입목적으로 하고 있으며, 후오존공정은 미량유기오염물질의 제거와 난분해성 유기물질의 생분해도 증대, 발암물질인 트리할로메탄전구물질(THMFP) 제거 및 병원성미생물의 소독 등을 목적으로 도입하고 있다. 일반적으로 오존제어방식은 파일럿(Pilot) 실험으로부터 얻어진 결과를 토대로 유입유량에 비례하는 일정농도의 오존을 주입하는 수량비례제어방식과 유출수의 잔류오존농도를 일정하게 유지하는 잔류오존제어방식이 이용되고 있으며, 오존주입량은 오존발생장치의 오존발생농도 및 오존화공기의 풍량으로 조절하고 있다.

한편, 후오존공정에서는 유입수질의 변화에 따른 오존주입농도의 실시간 제어가 이루어지지 않고 있으며, 오존처리시의 효율 및 운전성 평가가 어렵기 때문에 처리효율성에 대한 검증이 불충분한 실정이다. 또한, 후오존공정의 후속공정인 생물활성탄(BAC, Biological Activated Carbon)공정에 미치는 영향이 불명확하여 현장 종사자가 적정 주입농도의 설정에 대해서 많은 어려움을 호소하고 있으며, 오존의 과다 주입으로 인해 발생하는 산화부산물질의 제어방안이 확립되어 있지 않다. 또한, 유입유량의 일변화가 반영되고 있지 않아서 유입유량 대 오존주입량의 비가 과다하게 변화하고 있으며, 이로 인한 오존의 과다주입 가능성과 후속공정인 생물활성탄공정에 대한 악영향, 그리고 산화부산물질의 과다생성 가능성도 매우 높은 것으로 나타났다.

이와 같은 오존공정과 고도산화공정(AOP)에서 자동제어시스템의 구축을 위해서는 제어인자의 선정이 매우 중요하며, 현장적용을 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하였다. 수량비례제어방식은 운전의 간편성으로 인하여 일반적으로 보급된 제어방식으로서, 현장에서 제어가 간편하다는 이점이 있으나 최적의 제어를 위해서는 장기간의 파일럿 실험을 수행해야 하므로 시간적, 경제적 손실이 크게 되는 문제가 발생하였다. 또한, 유입유량에 비례하여 일정량의 오존을 주입하기 때문에 수질변동에 대한 대처가 매우 어려운 단점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 유입유량의 변동이 제어시스템에 반영되어야 하며, 자동제어시스템의 구축을 위해서는 수질을 자동으로 분석하는 실시간 수질분석장치의 도입과 이들 결과로부터 도출된 데이터를 데이터베이스화하여 제어할 수 있는 전문가시스템의 도입이 요구된다. 그러나, 이와 같이 유입유량의 변동을 반영하고, 수질자동분석장치 및 전문가시스템을 도입하여 수량비례제어방식을 최적화한다고 하더라도 이를 위해서는 파일럿 실험을 통한 데이터의 수집이 필수적으로 요구되고, 수질자동분석장치에 의해서 분석되는 원수의 수질특성을 제어시스템에 반영하는 데에는 한계가 있으므로 최적의 운전효과를 기대하기는 힘들게 된다는 문제가 있었다.

또한, 잔류오존 제어방식은 수량비례 제어방식이 원수의 수질변화와 유량변화에 대한 대응이 어렵다는 단점을 보완하기 위하여 개발되었으나 이 제어방식 역시 유입유량의 변화가 반영되지 않고 있어서 일간 유입유량의 변화가 큰 경우에 정확한 CT(C : Concentration of disinfectant(mg/L), T : Contact Time : 오존의 산화능, 오존/AOP 접촉설비에서의 원수 체류시간에 따른 잔류오존농도를 적분한 값으로 얻어진다)제어를 구현할 수 없는 단점이 있다. 또한, 최적의 잔류오존농도를 선정하기 위하여 장기간의 파일럿 실험이 요구되는 단점이 있다. 특히, 잔류오존 제어방식은 오존/AOP 접촉설비 내의 특정한 지점(보통 처리수 유출부)에서 일정한 잔류오존농도를 유지하도록 제어하기 때문에 오존/AOP 접촉설비 내에서 원수의 체류시간에 따라 발생하는 오존의 분해특성을 총체적으로 반영하지 못하고 있다. 원수 중의 다양한 유·무기 인자들에 의해서 오존이 소비되는 속도가 달라지게 되므로 잔류오존 제어방식은 정확한 CT제어방식이 아니라 특정지점까지의 CT값만을 부분적으로만 반영하는 제한적인 제어방식이라고 할 수 있으며, 오존/AOP 접촉설비 내의 오존의 소비속도는 오존산화처리시 중요한 지표로 사용될 수 있다.

따라서, 수질 및 수량의 변화에 실시간으로 대응하고, 처리수질의 안전성과 안정성이 확보되며, 자동제어시스템으로의 연계가 가능한 오존공정 및 고도산화공정(AOP) 자동제어장치의 개발이 시급하였다.

본 발명은 유입수의 특성에 따라 수중의 오존이 소비되는 특성을 이용하는 것으로 오존소비속도상수(kc)를 공정제어의 지표인자로 사용하여 kc측정장치에 의해 실시간 분석을 제어하고, 상기 kc측정장치의 분석결과를 이용하는 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치를 이용하여 자동제어가 가능한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP) 자동제어장치의 개략적 구성도이고,

도 2 는 본 발명에 따른 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 제어방법을 나타낸 도면이며,

도 3 은 kc측정장치에 의한 오존소비곡선 및 오존소비속도상수(kc)측정의 일 예를 나타낸 도면이고,

도 4 는 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 CT값에 따른 핵심제거대상물질 제거효율의 일 예를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 원수 유입부 2 : 오존/AOP 접촉설비

3 : 유입유량 측정장치 4 : kc측정장치

5 : 과산화수소저장탱크 6 : 과산화수소주입펌프

7 : 오존발생장치 8 : 발생오존모니터

9 : kc콘트롤 유닛 10 : 처리수 유출부

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 수처리시스템에 있어서, 원수 유입부의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 또는 오존과 과산화수소를 공급하여 반응하도록 다수의 접촉단으로 나뉘어진 오존/AOP접촉설비와; 원수유입부의 일측에 형성한 유입유량측정장치와; 원수의 오존소비속도상수(kc)를 측정하도록 원수유입부의 일측에 연결하여 설치한 kc측정장치와; 과산화수소저장탱크에 저장되어 있는 과산화수소를 오존/AOP접촉설비에 공급하는 과산화수소 주입펌프와; 오존을 발생하여 오존/AOP접촉설비에 공급하는 오존발생장치와; 오존/AOP접촉설비에 공급되는 오존의 농도를 측정하도록 오존발생장치에 연결되도록 설치하는 발생오존모니터와; 유입유량측정기, kc측정장치, 과산화수소 주입펌프, 오존발생장치 및 발생오존모니터와 연결되어 각각의 측정값에 따라 CT값을 산출하고, 오존과 과산화수소의 공급량을 제어하는 kc콘트롤 유닛을 포함하여 이루어진 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP) 자동제어장치를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원수유입부로 유입되는 원수의 유입유량을 측정하는 단계와; 원수유입부로 유입되는 원수의 오존소비속도상수인 kc값을 측정하는 단계와; 측정된 kc값에 의해 CT값을 산출하는 단계와; 설정되어 있는 CT값과 측정된 CT값을 비교하여 그 편차가 소정 비율미만인가를 판단하는 단계와; CT값의 편차가 소정비율미만이면, 유입유량을 고려하여 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하는 단계와; 결정된 오존 및 과산화수소의 주입량에 따라 오존발생장치와 과산화수소 주입 펌프를 조절하는 단계와; 오존발생장치에서 발생되는 발생오존농도를 측정하는 단계와; 측정된 오존발생농도에 의한 CT값과 설정되어 있는 CT값을 비교하여 편차가 소정값 미만인가를 판단하는 단계와; 발생한 오존발생농도에 의한 CT값과 설정되어 있는 CT값의 편차가 소정값 미만이면 오존 및 과산화수소를 주입하는 단계들로 이루어지는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법을 제공한다.

설정되어 있는 CT값과 측정된 CT값의 편차가 소정비율이상이면, 설정된 CT값을 만족하는 오존 및 과산화수소의 주입량을 산출하기 위해서 데이터베이스의 지시에 따라 kc측정장치에서 오존 또는 오존 및 과산화수소의 주입농도를 가감하여 CT값을 재산출하고, 데이터베이스에서 산출한 결과에 따라 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하는 것이 바람직하다.

설정되어 있는 CT값과 측정된 CT값의 편차의 소정비율은 10% 이내인 것이 바람직하다.

또한, 측정된 오존발생량과 설정 CT값을 만족하도록 결정된 오존주입량을 비교하여 편차가 소정비율 이상이면, 오존 및 과산화수소 주입량을 다시 연산하여 오존발생장치와 과산화수소주임펌프를 조절하는 단계로 리턴하게 되며 측정된 오존발생량과 결정된 오존주입량과의 편차에 대한 소정비율은 10% 미만인 것이 바람직하다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은 수처리 시스템의 오존공정 및 고도산화공정 (AOP)으로 유입되는 유입수의 유량과 kc측정장치로부터 CT값을 산출하고, 산출된 CT값을 기준으로하여 오존의 적정주입농도를 산출하고, 오존과 비례하는 과산화수소의 주입량을 산출하여 오존발생장치와 과산화수소 공급펌프를 제어하여 적정량을 자동주입하게 되므로 처리되는 수질을 일정하게 제어하게 되므로 원수의 유입량과 수질의 변화에도 실시간으로 대응할 수 있어서 안전하고 신뢰성이 향상되는 수처리를 하게 되는 것이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한다.

본발명에 의한 오존/AOP공정을 간략하게 설명하면, 유입되는 원수에 오존을 주입하면 순간오존요구량(I.D : Instantaneous Ozone Demand)에 해당하는 오존이 급격하게 소비되고, 이 과정에서 일차적으로 감소된 오존은 시간이 지남에 따라서 서서히 소비된다. 유입수의 특성에 따라 수중의 잔류오존농도의 감소속도에는 차이가 있으며, 이 속도를 측정하여 공정제어의 지표인자로 사용할 수 있는데 이 반응속도상수가 오존소비속도상수(kc)이다. 오존소비속도상수(kc)는 원수수질을 대변하는 오존산화의 특성인자로서 pH, 경도, TOC(Total Organic Carbon : 총유기탄소) 등의 유기물 오염과 브롬이온(Br^-), 철, 망간과 같은 무기물 존재량 등 여러 가지 요인에 의해서 변화된다. 이러한 원수 중의 유·무기 인자들에 의해서 오존이 소비되는 속도가 달라지게 되므로 오존의 소비속도는 오존산화처리시 중요한 지표로 사용될 수 있다.

오존소비속도상수(kc)를 연속적으로 측정하는 오존공정의 자동제어시스템을 구축하면 공정제어가 용이하고, 수시로 변화되는 유입수의 수질변화에 실시간의 운전대처가 가능해진다. 또한, 수질에 따라 요구되는 오존량을 정확히 산정하여 항상 적정한 오존농도를 유지할 수 있으므로 처리수질의 안정성 확보 및 오존발생설비의 에너지 소비를 최적화할 수 있다.

특히, 후오존공정 및 고도산화공정(AOP)은 미량유기오염물질의 산화에 가장 큰 목적이 있으므로 오염물질에 대한 충분한 산화조건을 만족시키기 위해서는 CT제어방식의 도입이 필요하다. 오존소비속도상수(kc)를 이용한 CT제어방식으로 제어하기 위해서는 우선 유입수의 수질특성 및 처리목표를 분석하고 여기에 알맞은 최적 CT를 설정한 다음, 유입수의 오존소비속도상수(kc)를 분석하여 최적CT를 충족하는 오존 및 과산화수소 주입농도를 결정하는 오존소비속도상수(kc)를 이용하는 오존공정 및 고도산화공정(AOP) 자동제어장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP) 자동제어장치의 개략적 구성도로서, 구체적인 구성과 작용을 살펴본다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 수처리시스템에 있어서,

원수유입부(1)의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 또는 오존과 과산화수소를 공급하여 반응하도록 형성한 오존/AOP접촉설비(2)와;

원수유입부(1)의 일측에 형성한 유입유량측정장치(3)와;

원수의 오존소비속도상수(kc)를 측정하도록 원수유입부의 일측에 연결하여 설치한 kc측정장치(4)와;

과산화수소저장탱크(5)에 저장되어 있는 과산화수소를 오존/AOP접촉설비(2)에 공급하는 과산화수소 주입펌프(6)와;

오존을 발생하여 오존/AOP접촉설비(2)에 공급하는 오존발생장치(7)와;

오존/AOP접촉설비(2)에 공급되는 오존의 농도를 측정하도록 오존발생장치(7)에 연결되게 설치하는 발생오존모니터(8)와;

유입유량측정기(3), kc측정장치(4), 과산화수소 주입펌프(6), 오존발생장치 (7) 및 발생오존모니터(8)와 연결되어 각각의 측정값에 따라 CT값을 산출하고, 오존과 과산화수소의 공급량을 제어하는 kc콘트롤 유닛(9)을 포함하여 이루어진다.

미설명부호 10은 처리수 유출부이다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

오존/AOP접촉설비(2)에서는 원수유입부(1)의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 또는 오존과 과산화수소를 공급하여 원수를 처리하게 되며, 유입유량측정장치(3)는 유입되는 원수의 유량을 측정하여 kc콘트롤 유닛(9)으로 측정결과를 전송하게된다.

또한, 원수유입부(1)의 일측에 연결되게 설치한 kc측정장치(4)에서는 원수의 오존소비속도상수(kc)를 측정하여 kc콘트롤 유닛(9)으로 측정결과를 전송하게된다.

kc콘트롤 유닛(9)에서는 유입유량측정장치(3)와 kc측정장치(4)에서 전송된 측정값을 이용하여 체류시간에 대해서 오존소비함수를 적분하여 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 CT값을 산출하게 되고, 운전자에 의해 설정된 CT값과 비교하여 오존 및 과산화수소 주입농도를 결정하여 주입하게 된다.

kc측정장치(4)에서 출력되는 흡광도는 하기의 수학식 1에 따라 계산되며, kc콘크롤 유닛(9)에는 kc측정장치(4)의 측정결과를 시간에 따라 파일에 저장하게된다.

Blank(abs./cm) : 600nm에서 측정된 증류수의 흡광도

Sample(abs./cm) : 600nm에서 측정된 시료수의 흡광도

Indigo Vol.(mL) : 반응에 주입된 Indigo 시약의 부피

Sample Vol.(mL) : 반응에 주입된 시료의 부피

f : factor 값(통상 0.42)

kc콘트롤 유닛(9)은 kc측정장치(4)에서 측정된 잔류오존농도를 Y축의 값으로하고, 시간(min)을 X축의 값으로 하여 하기의 수학식 2를 이용하여 오존소비속도상수(kc)를 산출하여 운전자에게 화면표시장치 등을 통해 안내하고 kc콘트롤 유닛(9) 내의 파일에 저장한다.

a : 초기잔류오존농도(mg/L)

k : kc(오존소비속도상수)

kc콘트롤 유닛(9)은 수학식 2를 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 체류시간에 대해 적분하여 CT값을 산출하고, 산출된 CT값을 운전자가 설정한 CT값과 비교하여 kc측정장치(4)의 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입농도를 자동 조절하여 운전자가 설정한 CT값에 충분히 수렴할 때까지 측정하고, 설정한 CT값을 만족하는 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입농도를 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 주입농도로 설정하여 하기의 수학식 3에 따라 오존주입량을 결정하고, 수학식 4에 따라 오존발생농도를 제어한다.

따라서, 오존발생장치(7)에서는 연산하여 결정된 오존주입량에 따라 kc콘트롤 유닛(9)의 제어에 의해 오존/AOP접촉설비(2)에 오존을 공급하게 되고, 과산화수소 주입펌프(6)는 오존/AOP접촉설비(2)에 공급되는 오존주입량에 비례하여 과산화수소저장탱크(5)에 저장되어 있는 과산화수소를 오존/AOP접촉설비(2)에 공급하게 된다.

이때, 발생오존모니터(8)에서는 오존발생장치(7)에서 발생되어 오존/AOP접촉설비(2)에 공급되는 오존의 농도를 측정하여 kc콘트롤 유닛(9)에 전송하여 설정한 오존량이 공급되는지 확인하게 된다.

첨부된 도2는 본 발명의 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.

수처리시스템으로 유입되고 원수유입부(1)의 유도를 따라 오존/AOP접촉설비 (2)로 유입되는 원수의 유입유량을 유입유량측정장치(3)를 통해 측정하게되고(S10), 원수유입부(1)로 유입되는 원수의 kc값을 kc측정장치(4)에 의해 측정하고, 측정된 kc값에 의해 kc콘트롤 유닛(9)에서 CT값을 산출하게 된다(S20).

수처리시스템의 운전자에 의해 설정되어 있는 CT값과 측정된 kc값에 의한 CT값을 비교하여 그 편차가 소정비율미만인가를 판단(S30)하게 되는데 이때 그 편차의 소정비율은 10%인 것이 바람직하다.

CT값의 편차가 10%의 비율미만이면, 유입유량측정장치(3)에서 측정된 유입유량을 고려하여 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하게 되고(S40), 결정된 오존 및 과산화수소의 주입량에 kc콘트롤 유닛(9)의 제어에 따라 오존발생장치(7)와 과산화수소 주입 펌프(6)를 조절하게 된다(S60),

오존발생장치(7)에서 발생하는 발생오존농도를 측정한 후(S70), 오존발생장치(7)에서 발생한 오존발생량과 결정된 오존주입량을 비교하여 편차가 10% 미만인가를 판단(S80)하게 되며,

발생한 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 소정비율 미만이면 오존 및 과산화수소를 주입(S90)하는 과정들을 통해서 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어가 이루어지게된다.

또한, 발생한 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 소정비율이상이면, 설정된 CT값을 얻기위한 오존 및 과산화수소 주입량을 데이터베이스에 요청하여 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하게 되는데(S50) 이때에는 원수의 수질을 계속적으로 관찰하면서 상황에 적합한 주입량에 대한 데이터를 축적하고 계속적으로 갱신시키기 위하여 설정된 CT값을 만족하는 오존 또는 오존과 과산화수소 주입량을데이터베이스에서 호출함과 동시에 kc측정장치에서 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입농도를 가감하여 CT값을 재산출하도록 지시하고, 오존 또는 오존 과 과산화수소의 주입농도별 오존소비속도상수(kc)값과 CT값을 자동으로 저장하고 참조함으로써 오존 또는 오존과 과산화수소의 적정 주입량을 자동으로 산출하게 된다.

또한, 발생한 오존발생량과 상기 설정되어 있는 CT값을 만족하도록 하는 오존주입량의 편차가 10% 비율 이상이면, 오존 및 과산화수소 주입량을 다시 연산하여 오존발생장치와 과산화수소주임펌프를 조절하는 단계로 리턴하게 되는 것이 바람직하다.

첨부된 도 3은 kc측정장치에 의한 오존소비곡선 및 오존소비속도상수(kc)측정의 일 예로서 유입수에 오존을 주입하였을 때 나타나는 오존소비양상을 나타내고 있다. 오존주입농도를 1.25mg/L로 하였을 때 주입과 동시에 잔류오존농도는 0.51mg/L로 측정되기 시작하여 시간이 지남에 따라서 잔류오존농도가 서서히 감소하는 것으로 나타나는데 이 그래프로부터 오존소비속도상수(kc)를 구할 수 있으며 이 값이 kc이다.

첨부된 도 3의 결과에서 오존소비속도상수(kc)값은 0.5756(min^-1)을 나타내고 있다. 또한, 이렇게 얻어진 잔류오존농도의 감소식을 체류시간에 대하여 적분하여 오존접촉설비 내에서의 CT값을 산출할 수 있으며, 기선정된 각 오염물질의 처리를 위한 적정 CT값과 kc측정장치로부터 얻어진 CT값과 비교하여 오존 및 과산화수소 주입농도를 제어하면 원수의 수질변화에 실시간으로 대응하는 CT제어가 가능하다.

즉, 후오존공정과 고도산화공정(AOP)은 미량유기오염물질의 산화에 가장 큰목적이 있으므로 오염물질에 대한 충분한 산화조건을 만족시키기 위해서는 CT제어방식의 도입이 필요하며, 오존소비특성을 이용한 CT제어방식으로 제어하기 위해서는 우선 원수의 수질특성을 분석하고 여기에 알맞은 최적 CT를 구하는 것이 선행되어야 하므로 이를 위하여 본 발명에서는 kc측정장치를 이용하여 오존주입농도 변화에 따라 나타나는 대상원수의 오존소비속도식으로부터 오존/AOP 접촉설비 내에서의 CT를 산출하였으며, 얻어진 CT값을 기준으로 하여 오염물질 지표인자별 처리효율을 비교하였다.

오염물질 지표인자로는 미량유기오염물질을 대변하는 DOC(Dissolved Organic Carbon : 용존유기탄소)와 KMnO₄소비물질 및 난분해성 유기물질을 대변하는 UV₂₅₄를 선정하여 실험한 것이다.

첨부된 도4는 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 CT값에 따른 핵심제거대상물질 제거효율을 비교한 실험 결과의 일 예를 나타내고 있다. 주입농도에 대한 CT값의 변화를 측정하기 위하여 kc측정장치를 이용하여 모래여과수에 오존의 주입농도를 0.25∼2.0mg/L로 변화시키면서 오존소비속도상수(kc)를 측정하고 여기서 얻어진 결과를 이용하여 CT값을 산출하였다. 이 때의 CT값은 0.68∼2.21mg/L·min으로 나타났다. 또한, CT값에 따른 오염물질 지표인자의 처리효율을 분석하기 위하여 오존/AOP 접촉설비에 오존의 주입농도를 0.25∼2.0mg/L로 변화시키면서 주입하고 이에 따른 후오존공정 및 고도산화공정(AOP)과 생물활성탄공정의 처리수를 분석하였다.

이상의 실험 결과, CT값에 따라서 각 대상오염물질별 처리효율이 다르게 나타났으며, CT값 1.10mg/L·min 이상인 조건에서 DOC(용존유기탄소), UV₂₅₄, KMnO₄소비물질에 대한 최종처리수에서의 제거효율이 80% 이상인 것으로 나타났다. 이상의 실험으로부터 한강수계 상수원수를 대상으로 할 때 CT값은 1.10mg/L·min 이상으로 운전하는 것이 적정한 것으로 판단할 수 있었다. 여기서 80%의 제거효율은 규정된 값이 아니므로 최적 CT값은 처리하고자 하는 대상물질과 처리목표에 따라서 다르게 산정될 수 있음은 명백하다.

전술한 본 발명은 오존공정 및 고도산화공정(AOP)에서 오존소비속도상수(kc) 및 유입유량으로부터 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 적정 CT값을 만족시키는 오존 및 과산화수소의 주입농도를 산출하여 실시간으로 제어할 수 있게 된다.

따라서, 수질 및 수량의 변화에 대응하여 수처리가 가능하게 되므로, 처리수질의 안정성이 확보되며, 자동제어시스템으로의 연계가 가능할 뿐만 아니라, 기도입된 후오존공정에 쉽게 적용시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 수질에 따라 요구되는 오존 및 과산화수소 주입량을 정확히 산정하여 항상 적정한 농도를 유지할 수 있으므로 오존발생설비의 에너지 소비 및 과산화수소 주입설비의 운영을 최적화할 수 있게되는 이점이 있다.

수처리 시스템에 적용하여 최적화된 고도정수공정을 안전하게 자동화시킬 수 있게 되는 것이다.

Claims

수처리시스템에 있어서,

원수유입부(1)의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 또는 오존과 과산화수소를 공급하여 반응하도록 형성한 오존/AOP접촉설비(2)와;

상기 원수유입부(1)의 일측에 형성한 유입유량측정장치(3)와;

원수의 오존소비속도상수(kc)를 측정하도록 원수유입부의 일측에 연결하여 설치한 kc측정장치(4)와;

오존을 발생하여 상기 오존/AOP접촉설비(2)에 공급하는 오존발생장치(7)와;

오존/AOP접촉설비(2)에 공급되는 오존의 농도를 측정하도록 오존발생장치(7)에 연결되게 설치하는 발생오존모니터(8)와;

유입유량측정장치(3), kc측정장치(4), 오존발생장치(7) 및 발생오존모니터(8)와 연결되어 각각의 측정값에 따라 CT값을 산출하고, 오존의 공급량을 제어하는 kc콘트롤 유닛(9)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존 및 고도산화공정(AOP)의 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 오존/AOP접촉설비(2)에 과산화수소를 공급하기 위하여

과산화수소 저장탱크(5)에 저장되어 있는 과산화수소를 오존/AOP접촉설비(2)에 공급하는 과산화수소 주입펌프(6) 설치하되,

과산화수소 주입펌프(6)는 kc콘트롤 유닛(9)의 제어에 따라 오존/AOP접촉설비(2)에 공급되는 오존의 공급량에 따라 과산화수소의 주입량을 소정비율로 제어하는 것을 특징으로 하는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 제어장치.
원수유입부로 유입되는 원수의 유입유량을 측정하는 단계(S10)와;

원수유입부로 유입되는 원수의 오존소비속도상수(kc)값을 측정하고, 측정된 오존소비속도상수(kc)값에 의해 CT값을 산출하는 단계(S20)와;

설정되어 있는 CT값과 측정된 오존소비속도상수(kc)값에 의한 CT값을 비교하여 그 편차가 소정 비율미만인가를 판단하는 단계(S30)와;

CT값의 편차가 소정비율미만이면, 유입유량을 고려하여 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입량을 결정하는 단계(S40)와;

결정된 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입량에 따라 오존발생장치 또는 과산화수소 주입 펌프를 조절하는 단계(S60)와;

오존발생장치에서 발생되는 발생오존농도를 측정하는 단계(S70)와;

발생한 오존발생량과 결정된 오존주입량을 비교하여 편차가 소정량 미만인가를 판단하는 단계(S80)와;

발생한 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 소정량 미만이면 오존 또는 오존과 과산화수소를 주입하는 단계(S90)들로 이루어지는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.
제 3 항에 있어서,

설정되어 있는 CT값과 측정된 오존소비속도상수(kc)값에 의한 CT값의 편차가 소정비율이상이면, 설정된 CT값을 만족하는 오존 또는 오존과 과산화수소 주입량을 데이터베이스에서 호출하는 단계(S50)를 포함하여 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입량을 결정하게되는 것을 특징으로 하는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.
제 4 항에 있어서,

설정되어 있는 CT값과 측정된 오존소비속도상수(kc)값으로부터 산출된 CT값의 편차가 소정비율이상이면,

설정된 CT값을 만족하는 오존 또는 오존과 과산화수소 주입량을 데이터베이스에서 호출함과 동시에 kc측정장치에서 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입농도를 가감하여 CT값을 재산출하도록 지시하고, 오존 또는 오존 과 과산화수소의 주입농도별 오존소비속도상수(kc)값과 CT값을 자동으로 저장하고 참조함으로써 오존 또는 오존과 과산화수소의 적정 주입량을 자동으로 산출하는 것을 특징으로 하는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.
제 3 항 내지 제 5 항중 어느한 항에 있어서, 상기 설정되어 있는 CT값과 측정된 오존소비속도상수(kc)값에 의한 CT값의 편차의 소정비율은 10%인 것을 특징으로 하는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.
제 3 항에 있어서, 측정된 오존발생농도로부터 산출되는 오존발생량과,

유입유량을 고려하여 오존 또는 오존과 과산화수소의 주입량을 결정하는 단계(S40)에서 결정된 오존주입량을 비교하여 편차가 소정값 이상이면,

설정된 CT값과 소정값 이내가 되도록 오존 또는 오존과 과산화수소 주입량을 다시 연산하는 단계(S100)를 포함하여 오존발생장치와 과산화수소 주입펌프를 조절하는 단계로 리턴하게 되는 것을 특징으로 하는 오존소비속도상수(kc)를 이용한 오존공정 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.