KR100490907B1

KR100490907B1 - 총유기탄소를 이용한 오존공정과 고도산화공정의자동제어장치 및 방법

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Publication number: KR100490907B1
Application number: KR10-2002-0067415A
Authority: KR
Inventors: 오현제; 김원재; 정진홍; 김한솔; 황호재; 정근진; 조병옥; 이성재
Original assignee: 한라산업개발 주식회사; (주)원이기공; (주) 팬지아이십일; 주식회사 지오웍스; 한국건설기술연구원
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2005-05-24
Also published as: KR20040038457A

Abstract

본 발명은 유입수의 수질특성에 따라 총유기탄소(TOC, Total Organic Carbon)농도를 공정제어의 지표인자로 사용하여 총유기탄소 측정장치에 의해 실시간 분석을 실시하고, 상기 총유기탄소 측정장치의 분석결과를 이용하여 오존공정과 고도산화공정의 오존주입농도 및 과산화수소 주입농도를 실시간으로 제어할 수 있는 총유기탄소를 이용한 오존공정과 고도산화공정의 자동제어장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 외부로부터 원수를 유도하는 원수유입부; 상기 원수유입부의 일측에 설치되어 유입되는 원수의 유량을 측정하는 유입유량측정장치; 상기 원수유입부의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 및 과산화수소중 적어도 하나를 공급하여 반응시키는 오존/고도산화(AOP, Advanced Oxidation Process)접촉설비; 상기 원수유입부로부터 유입되는 원수의 일부를 공급받아 총유기탄소(TOC)를 측정하는 총유기탄소(TOC)측정장치; 상기 유입유량 측정장치와, 총유기탄소(TOC) 측정장치에서 측정된 원수의 유입유량과, 총유기탄소(TOC) 농도를 전송받아, 오존 및 과산화수소의 주입농도를 산출하여 주입량을 결정하는 총유기탄소(TOC) 콘트롤 유닛; 및 상기 총유기탄소(AOP) 콘트롤 유닛(9)의 제어에 의해 오존을 발생하여 오존/AOP접촉설비에 공급하는 오존발생장치를 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 원수의 유입유량을 측정하는 제1 단계; 상기 원수의 총유기탄소(TOC) 농도를 측정하는 제2 단계; 상기 측정된 현재의 총유기탄소(TOC)와 가장 최근의 이전 총유기탄소(TOC)를 비교하여 그 편차가 설정값 미만인가를 판단하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 측정된 유입수의 총유기탄소(TOC) 농도와 이전의 총유기탄소(TOC) 농도와의 편차가 설정값 미만일 경우, 측정된 총유기탄소(TOC)에 적합한 오존과 과산화수소의 주입량을 결정하는 제4 단계; 결정된 오존 및 과산화수소의 주입량에 따라 오존발생장치와 과산화수소 주입펌프의 구동을 제어하는 제5 단계; 상기 오존발생장치에서 발생되는 오존의 농도를 측정하는 제6 단계; 오존발생량과 결정된 오존주입량을 비교하여 편차가 소정 비율 미만인가를 판단하는 제7 단계; 및 상기 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 소정 비율 미만이면 오존 및 과산화수소를 오존/AOP접촉설비로 공급하는 제8 단계를 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법을 제공한다.

Description

총유기탄소를 이용한 오존공정과 고도산화공정의 자동제어장치 및 방법{Auto control apparatus of ozone process and AOP(Advanced Oxidation Process) using TOC(Total Organic Carbon) and method thereof}

본 발명은 상수처리, 하수처리 및 폐수처리 등 수처리시스템에서 유입원수의 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 유입수의 유입유량과 총유기탄소 농도로부터 오존공정 및 고도산화공정의 핵심적인 운전인자인 오존 및 과산화수소의 주입농도를 산출하여 실시간으로 제어하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP: Advanced Oxidation Process)의 자동제어장치 및 방법에 관한 것이다.

오존(O₃)으로 원수를 처리하는 기술인 오존처리법은 산화력이 강한 오존으로 물 속의 불순물을 제거하는 수처리법이다. 이는 산화력에 기인되는 오존의 특성인 살균·탈취·탈색·유,무기물과의 반응성을 이용하여 처리하는 것이며, 기존의 염소처리등의 산화처리에 비해 수처리효과가 월등히 뛰어나다.

또한, 오존은 공정설치 및 운용과 산화력면에서 염소등과 같은 다른 산화제에 비해 다양한 장점등을 가지고 있을 뿐만 아니라, 특히 철, 망간등 일부 중금속도 제거할 수 있으며, 페놀이나 난분해성 물질과 같은 오염물질의 제거에 우수한 효과가 있고, 수중의 유기물질들에 대한 제거효과도 탁월한 것으로 알려져 있다. 또한, 염소 사용시 생길 수 있는 발암물질인 트리할로메탄(THM)을 생성하지 않는다는 장점이 있으며, 염소에서와 같은 독특한 냄새도 없다.

따라서, 오존의 산화력을 이용하는 수처리기술이 많이 연구되어 오고 있는데, 일반적으로 오존의 산화력을 이용하는 수처리기술은 오존을 단독으로 활용하는 오존 공정과 오존처리시 산화력에 영향을 주는 OH라디칼을 보다 많이 생성시키기 위하여 오존과 동시에 과산화수소(H₂O₂)를 주입하여 산화력을 향상시킨 고도산화공정(AOP)이 대표적으로 널리 활용되고 있으며, 고도산화공정(AOP)에서 OH라디칼을 보다 많이 생성시키기 위한 조절인자로 pH를 조정하거나 자외선(U.V.)을 조사하기도 한다.

이 중에서, 오존공정은 전체 수처리 시스템중에서 설치되는 위치에 따라 크게 전오존공정과 후오존공정으로 구분되어 있으며, 고도산화공정은 전세계적으로 연구가 진행되어 현재 실용화단계에 있는 기술이다.

전오존공정의 경우, 응집·침전효율의 향상과 철·망간의 제거, 조류제거, 맛·냄새유발물질의 제거 및 색도등을 제거하기 위해 도입된 것이며, 후오존공정은 미량유기오염물질의 제거와 난분해성 유기물질의 생분해도 증대, 발암물질인 트리할로메탄전구물질(THMFP) 제거 및 병원성미생물의 소독등을 위해 도입된 것이다.

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 대해 많은 어려움을 호소하고 있으며, 오존의 과다주입으로 인해 발생하는 산화부산물질의 제어방안이 확립되어 있지 않은 문제점이 있다. 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.

일반적으로, 오존공정의 제어방식은 시설 도입시 기본설계 및 실시설계 단계에서 수행하는 파일럿(pilot)실험으로부터 얻어진 결과를 토대로 유입유량에 비례하는 일정농도의 오존을 주입하는 주입농도 일정제어방식과 유출수의 잔류오존농도를 일정하게 유지하는 잔류오존농도 일정제어방식이 이용되고 있으며, 오존주입량은 오존발생장치의 오존발생농도 및 오존화공기의 풍량으로 조절하고 있다.

이와 같은 오존공정과 고도산화공정에서 자동제어시스템의 구축을 위해서는 제어인자의 선정이 매우 중요하며, 현장적용을 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하다. 주입농도 일정제어방식은 운전의 간편성으로 인하여 일반적으로 보급된 제어방식으로서, 현장에서 제어가 간편하다는 이점이 있으나, 최적의 제어를 위해서는 장기간의 파일럿 실험을 수행해야 하므로 시간적, 경제적 손실이 크게 되는 문제점이 있다. 또한, 유입유량에 비례하여 일정량의 오존을 주입하기 때문에 수질변동에 대한 대처가 매우 어려운 단점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 유입유량의 변동이 제어시스템에 반영되어야 하고, 수질을 자동으로 분석하는 실시간 수질분석장치의 도입과 이들 결과로부터 도출된 데이터를 데이터베이스화하여 제어할 수 있는 전문가 시스템의 도입이 요구된다. 그러나, 이와같이 유입유량의 변동을 반영하고, 수질자동분석장치 및 전문가시스템을 도입하여 주입농도 일정제어방식을 최적화한다고 하더라도 이를 위해서는 파일럿 실험을 통한 데이터의 수집이 필수적으로 요구되며, 수질 자동분석장치에 의해서 분석되는 원수의 수질특성을 제어시스템에 반영하는데에 한계가 있으므로 최적의 운전효과를 기대하기에는 힘든 문제가 있어 현재까지 수질 및 유량을 반영하는 자동제어시스탬으로 실용화되지 못하고 있다.

또한, 주입농도 일정제어방식이 원수의 수질변화에 대한 대응이 어려운 단점을 보완하기 위하여 잔류오존농도 일정제어방식이 개발되었으나, 이 제어방식 역시 유입유량의 변화가 반영되지 않고 있어서 일간 유입유량의 변화가 큰 경우에 신속한 잔류오존농도 제어 및 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, 잔류오존농도 일정제어방식은 오존/AOP 접촉설비내의 특정한 지점(보통 처리수 유출부)에서 일정한 잔류오존농도를 유지하도록 제어하기 때문에 오존/AOP 접촉설비 내에서 원수의 체류시간에 따라 발생하는 오존의 소비특성을 총체적으로 반영하지 못하고 있다. 원수중의 다양한 유·무기 인자들에 의해서 오존이 소비되는 속도가 달라지게 되므로 잔류오존농도 일정제어방식은 정확한 CT제어방식이 아니라, 특정지점까지의 CT값만을 부분적으로만 반영하는 제한적인 제어방식이라고 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유입수의 수질특성에 따라 총유기탄소(TOC)농도를 공정제어의 지표인자로 사용하여 총유기탄소 측정장치에 의해 실시간 분석을 실시하고, 상기 총유기탄소 측정장치의 분석결과를 이용하여 오존공정과 고도산화공정의 오존주입농도 및 과산화수소 주입농도를 실시간으로 제어할 수 있는 총유기탄소를 이용한 오존공정과 고도산화공정의 자동제어장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수처리시스템에 있어서, 원수유입부의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 또는 오존과 과산화수소를 공급하여 반응하도록 구성된 오존/AOP접촉설비와; 원수유입부의 일측에 형성된 유입유량측정장치와; 원수와 총유기탄소(TOC)를 측정하도록 원수유입부의 일측에 연결된 총유기탄소(TOC)측정장치와; 과산화수소저장탱크에 저장되어 있는 과산화 수소를 오존/AOP접촉설비에 공급하는 과산화수소 주입펌프와; 오존을 발생하여 오존/AOP 접촉설비에 공급하는 오존발생장치와; 오존/AOP접촉설비에 공급되는 오존의 농도를 측정하도록 오존발생장치에 연결하도록 설치하는 발생오존모니터와; 유입유량측정기, 총유기탄소(TOC) 측정장치, 과산화수소 주입펌프, 오존발생장치 및 발생 오존모니터와 연결되어 각각의 측정값에 따라 오존과 과산화수소의 공급량을 제어하는 총유기탄소(TOC) 콘트롤 유닛을 포함하여 이루어진 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP) 자동제어장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 원수유입부로 유입되는 원수의 유입유량을 측정하는 단계와; 상기 원수유입부로 유입되는 원수의 총유기탄소(TOC)값을 측정하는 단계와; 측정된 총유기탄소(TOC)와 이전 총유기탄소(TOC)를 비교하여 그 편차가 설정값 미만인가를 판단하는 단계와; 상기 총유기탄소(TOC)의 편차가 설정값 미만이면, 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하는 단계와; 결정된 오존 및 과산화수소의 주입량에 따라 오존발생장치와 과산화수소 주입펌프를 조절하는 단계와; 오존발생장치에서 발생되는 발생오존농도를 측정하는 단계와; 발생한 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 설정값 미만이면 오존 및 과산화수소를 주입하는 단계를 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법을 제공한다.

본 발명의 제어방법에서는 측정된 총유기탄소(TOC)와 이전 총유기탄소(TOC)와의 편차가 설정값 이상이면, 측정된 총유기탄소(TOC)에 설정값만큼 가감하여 오존 및 과산화수소주입량을 결정하는 단계와; 소정새로운 주입량으로 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 설정값 이상이면, 상기 오존 및 과산화수소 주입량을 다시 연산하여 오존발생장치와 과산화수소 주입펌프를 조절하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은 수처리시스템의 오존공정 및 고도산화공정(AOP)으로 유입되는 유입수의 유량과 총유기탄소(TOC) 농도를 실시간으로 측정하여 오존과 과산화수소의 적정 주입농도를 산출하고, 오존발생장치와 과산화수소 공급펌프를 제어하여 적정량을 자동 주입하게 되므로 처리되는 수질을 안정적으로 제어할 수 있고, 또 수량과 수질의 변화에도 실시간으로 대응할 수 있어 안전하고 신뢰성이 향상되는 수처리를 하게 되는 것이다.

이하, 첨부된 도1 내지 도5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치의 개략도를 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 수처리시스템으로부터 원수를 유도하는 원수유입부(1)와; 상기 원수유입부(1)의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 또는 오존과 과산화수소를 공급하여 반응하도록 하는 오존/AOP접촉설비(2)와; 상기 원수유입부(1)의 일측에 설치된 유입유량측정장치(3)와; 상기 원수유입부(1)의 일측에 연결되어 원수의 총유기탄소(TOC)를 측정하기 위한 총유기탄소(TOC)측정장치(4)와; 외부의 제어신호에 의해 상기 오존/AOP접촉설비(2)에 과산화 수소를 소정량만큼씩 공급하는 과산화수소 주입펌프(6)와; 상기 과산화수소 주입펌프(6)에 연결된 과산화수소 저장탱크(5)와; 외부의 제어신호에 의해 구동하며, 오존을 발생하여 오존/AOP 접촉설비(2)에 소정량의 오존을 공급하는 오존발생장치(7)와; 상기 오존/AOP접촉설비(2)에 공급되는 오존의 농도를 측정하도록 오존발생장치(7)에 연결된 발생오존모니터(8)와; 유입유량측정장치, 총유기탄소(TOC) 측정장치, 과산화수소 주입펌프, 오존발생장치 및 발생 오존모니터와 연결되며, 측정된 유입유량, 총유기탄소(TOC) 및 발생오존농도를 확인하여, 오존과 과산화수소의 적정 주입농도를 산출하여 주입량을 결정하고, 결정된 주입량을 공급하도록 오존발생장치(7)와 과산화수소 주입펌프(6)를 통해 공급되는 오존과 과산화수소의 공급량을 제어하는 총유기탄소(TOC) 콘트롤 유닛(9)으로 구성된다.

미설명부호 10은 오존/AOP접촉설비의 원수배출구를 나타낸다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 수처리시스템에서 원수는 원수유입부(1)를 통해 유도되어 오존/AOP접촉설비(2)로 공급되며, 이때 상기 원수유입부(1)에 설치된 유입유량측정장치(3)를 통해 유입되는 원수의 유입량을 측정하게 되고, 측정된유량값은 총유기탄소(TOC) 컨트롤 유닛(9)으로 전송된다. 또한, 원수유입부(9)를 통해 오존/AOP접촉설비(2)로 유입되는 원수중 일부는 총유기탄소(TOC) 측정장치(4)로 공급되어 총유기탄소(TOC) 농도를 측정하게 되며, 그 측정값도 총유기탄소(TOC) 컨트롤 유닛(9)에 전송된다.

상기 총유기탄소(TOC) 컨트롤 유닛(9)에서는 유입유량 측정장치(3)와 총유기탄소(TOC) 측정장치(4)에서 전송된 데이터를 이용하여 총유기탄소(TOC)를 기준으로 하기의 [수학식 1]과 [수학식 2]에서와 같이 미리 설정한 총유기탄소(TOC) 대비 주입비를 고려한 오존과 과산화수소 주입량을 산출하게 된다.

[수학식 1]

오존주입농도(mg/L) = 총유기탄소(TOC)농도(mg/L) ×총유기탄소 대비 주입비 + 보정값

여기서, 총유기탄소(TOC) 농도(mg/L) : 총유기탄소(TOC) 측정장치의 실시간 측정값.

총유기탄소 대비 주입비 : 운전자가 설정한 총유기탄소(TOC) 농도 대비 오존 주입농도 주입비율.

보정값 : 운전자가 설정한 오존주입농도 보정값.

[수학식 2]

오존주입량(mg/min) = 유입유량(L/min) ×오존주입농도(mg/L)

유입유량(L/min) : 유입유량측정장치의 실시간 측정값.

오존주입농도(mg/L) : 상기 [수학식 1]에서 결정.

상기 발생 오존모니터(8)에서는 오존발생장치(7)에서 발생되는 오존의 농도를 측정하고, 그 결과를 총유기탄소(TOC) 컨트롤 유닛(9)에 전송하여 발생되는 오존발생농도를 제어하게 되는데, 그 오존발생농도는 하기의 [수학식 3]에 따라 제어하게 된다.

[수학식 3]

오존발생농도(mg/L) = 오존주입량(mg/min) ÷오존주입풍량(L/min)

오존주입량(mg/min) : 상기 [수학식 2]에서 결정.

오존주입풍량(L/min): 실제 오존/AOP 접촉설비(2)에 주입되는 오존주입풍량.

따라서, 총유기탄소(TOC) 컨트롤 유닛(9)의 제어에 의해 오존발생장치(7)에서 발생되는 오존과, 과산화수소 주입펌프(6)를 통해 과산화수소 저장탱크(5)에 저장된 과산화수소를 오존/AOP 접촉설비(2)에 적절히 공급하게 되는 것이다. 이때, 과산화수소 주입량은 오존주입량에 비례하는 소정의 비율로 주입하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 10%를 예시로 설명하고 있다.

과산화 수소 주입농도는 하기의 [수학식 4]를 통해 산출한다.[수학식 4]

과산화수소 주입농도(mg/L) = 오존주입농도(mg/L) ×과산화수소 주입비

오존주입농도(mg/L) : 상기 [수학식 1]에서 결정.

과산화수소 주입비 : 운전자가 설정한 오존주입농도(mg/L) 대비 과산화 수소 주입비.

또한, 상기와 같이 구성된 본 발명의 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법을 도2를 참조하여 설명한다.

먼저, 수처리시스템으로 유입되고, 상기 원수유입부(1)의 유도에 따라 상기 오존/AOP접촉설비(2)로 유입되는 유입수의 유입유량을 유입유량측정장치(3)를 통해 측정한다.(S10)

상기 원수유입부(1)로부터 유입유량측정장치(3)로 유입되는 원수중 일부를 총유기탄소(TOC) 측정장치(4)로 공급하여 총유기탄소(TOC) 농도값을 측정한다(S20). 상기 측정된 현재의 총유기탄소(TOC)와 가장 최근의 이전 총유기탄소(TOC)를 비교하여 그 편차가 설정값 미만인가를 판단한다(S30).

이때, 측정된 유입수의 총유기탄소(TOC) 농도와 이전 총유기탄소(TOC) 농도와의 편차가 설정값 미만이면, 원수의 유입유량과 총유기탄소(TOC) 농도에 따라 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하게 된다(S40).

즉, 이전의 측정값들과 비교하여 변화가 크면, 새로운 측정값을 직접 제어에 활용하지 않고, 설정값 만큼 가감하여 제어에 반영하여 제어의 안정성을 높이게 된다.

그러나, 측정된 유입수의 총유기탄소(TOC) 농도와 이전의 총유기탄소(TOC) 농도와의 편차가 설정값 이상이면, 총유기탄소(TOC) 컨트롤 유닛(9)의 데이타 베이스에서 측정된 총유기탄소(TOC)에 설정값을 가감한 오존 및 과산화수소의 주입량을 산출하고(S50), 원수의 유입유량과 새로운 총유기탄소(TOC) 농도에 적합한 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하게 된다(S40).

상기 S40 단계에서 오존 및 과산화수소의 주입량이 결정되면, 결정된 오존 및 과산화수소의 주입량에 따라 오존발생장치(7)와 과산화수소 주입펌프(6)를 조절하고(S60), 오존발생장치(7)에서 발생되는 오존의 농도를 측정하게 된다(S70).

상기 오존발생장치(7)에서 발생되는 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 설정값 미만인가를 판단하여(S80), 발생한 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 설정값 미만이면 오존 및 과산화수소를 오존/AOP접촉설비(2)로 공급하게 된다(S90).

그러나, 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 설정값 이상이면, 오존 및 과산화수소 주입량을 다시 연산하는 단계(S100)를 수행하여, 다시 오존발생장치(7)와 과산화수소 주입펌프(6)를 조절하게 되는 것이다.

도3은 후오존공정으로 유입되는 유입유량의 급변동시, 본 발명의 총유기탄소(TOC)를 이용한 자동제어장치 및 방법으로 후오존 공정을 운영한 일예를 도시한 것이다. 본 도에서는 유입유량이 4.33㎥/hr에서 2.0㎥/hr로 급감하였을 때, 오존발생농도 역시 40mg/L에서 19mg/L로 유입유량에 비례하여 오존발생량을 증감시킨 것을 나타내고 있으며, 이때 평균 오존주입농도는 약 0.53mg/L로 거의 일정하게 유지되는 것으로 나타났다.

도4는 후오존 공정으로 유입되는 유입수질의 급변동시, 본 발명의 총유기탄소(TOC)를 이용한 자동제어장치 및 방법으로 후오존 공정을 운영한 일예를 도시한 것이다. 유입원수의 총유기탄소(TOC)는 1.602mg/L에서 2.471mg/L로, UV254흡수물질이 0.022 Abs./cm에서 0.043Abs./cm로 수질이 급변했을 경우, 후오존 공정으로 유입되는 총유기탄소(TOC) 농도도 유입수질의 변화를 반영하여 증가하는 것으로 나타났으며, 이때 오존주입농도는 총유기탄소(TOC) 농도에 대응하여 증가하는 것으로 나타났다. 즉, 본 발명의 총유기탄소(TOC)를 이용한 자동제어장치 및 방법으로 후오존 공정을 운영했을 때, 유입유량의 급변동 및 유입수질의 변화에 적절히 대응하여 오존공정을 제어할 수 있게 되는 것이다.

도5는 총유기탄소(TOC)를 종래의 자동제어기법과 본 발명의 자동제어방법으로 운전했을 때의 제거효율울 비교하여 나타낸 것이다.

도6은 과망간산칼륨(KMnO4) 소비물질을 기존 자동제어방법과 본 발명을 비교하여 처리효율을 나타낸 것으로, 본 발명이 종래의 제어방식보다 오존 및 활성탄 조합공정에서 약 13% ∼29% 제거효율이 높은 것으로 분석되었다.

이상의 결과로부터 후오존공정에서는 총유기탄소(TOC)를 이용한 자동제어장치 및 방법으로 운전하였을 때, 수량 및 수질의 대응성이 높고, 미량유기물질 지표인자인 과망간산칼륨(KMnO4) 소비물질 및 총유기탄소(TOC)의 경우 종래의 자동제어방법보다 제거효율이 높은 것으로 나타나므로, 총유기탄소(TOC) 농도를 기준으로 오존을 주입하였을 때, 오존공정 및 활성탄 조합공정에서 처리효율을 극대화할 수 있을 것으로 판단된다.

따라서, 유입되는 원수의 유입유량을 고려하여, 총유기탄소(TOC)를 이용하여 유입되는 원수의 총유기탄소(TOC) 농도를 측정하고, 측정된 총유기탄소(TOC) 농도를 기준으로 오존을 주입하거나 오존과 동시에 소정의 과산화수소를 주입하면, 수량과 수질의 변화에도 실시간으로 대응할 수 있어 처리되는 수질을 일정하게 관리하게 되며, 안전하게 수처리를 하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 수처리 시스템의 오존공정 및 고도산화공정(AOP)으로 유입되는 유입수의 유량과 총유기탄소(TOC) 농도를 실시간으로 측정하면서 오존과 과산화수소의 적정 주입농도를 산출하고, 오존발생장치와 과산화수소 공급펌프를 제어하여 적정량을 자동주입하게 되므로, 수량과 수질의 변화에도 실시간으로 대응하여 처리되는수질을 일정하게 관리할 수 있어서 안전하고 신뢰성이 향상되는 수처리를 하게 되는 것이다.

즉, 수량 및 수질의 계절적 변화가 심한 우리나라의 경우, 수질을 반영하면서 수량변화에 능동적인 오존주입량을 산출하여 제어함으로써 오존발생설비의 에너지 소비 및 과산화수소 주입설비의 운영을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 수처리 시스템의 관리자는 오존과 고도산화공정(AOP)의 오존주입량을 주기적으로 실시하여 확인할 필요없이 총유기탄소(TOC) 농도를 측정하여 적정한 오존주입량을 산출하여 주입함으로써, 관리효율이 증대되고, 오존공정의 자동화를 도모할 수 있는 다른 효과가 있다.

도1은 본 발명에 의한 총유기탄소를 이용한 오존공정과 고도산화공정의 자동제어장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.

도2는 본 발명에 의한 총유기탄소를 이용한 오존공정과 고도산화공정의 자동제어방법을 수행하기 위한 흐름도.

도3은 오존공정과 고도산화공정으로 유입되는 유입유량의 급변동시, 본 발명에 의한 자동제어시스템의 운전의 일예시도.

도4는 오존공정과 고도산화공정으로 유입되는 유입수질의 급변동시, 본 발명에 의한 자동제어시스템의 운전의 일예시도.

도5는 본 발명의 오존공정과 고도산화공정의 운전에 따른 총유기탄소 제거효율의 일예시도.

도6은 본 발명의 오존공정과 고도산화공정의 운전에 따른 과망간산칼륨 소비물질 제거효율의 일예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 원수유입부 2: 오존/AOP접촉설비

3: 유입유량측정장치 4: 총유기탄소(TOC) 측정장치

5: 과산화수소 저장탱크 6: 과산화수소 주입펌프

7: 오존발생장치 8: 발생오존 모니터

9: 총유기탄소(TOC) 콘트롤 유닛 10: 원수배출부

Claims

외부로부터 원수를 유도하는 원수유입부;

상기 원수유입부의 일측에 설치되어 유입되는 원수의 유량을 측정하는 유입유량측정장치;

상기 원수유입부의 유도에 의해 유입되는 원수에 오존 및 과산화수소중 적어도 하나를 공급하여 반응시키는 오존/고도산화(AOP)접촉설비;

상기 원수유입부로부터 유입되는 원수의 일부를 공급받아 총유기탄소(TOC)를 측정하는 총유기탄소(TOC)측정장치;

상기 유입유량 측정장치와, 총유기탄소(TOC) 측정장치에서 측정된 원수의 유입유량과, 총유기탄소(TOC) 농도를 전송받아, 미리 정해진 총유기탄소(TOC)에 따른 오존주입량에 따라 오존주입농도를 결정하고, 이에따라 과산화수소 주입농도를 산출하여 주입량을 결정하는 총유기탄소(TOC) 콘트롤 유닛; 및

상기 총유기탄소(AOP) 콘트롤 유닛의 제어에 의해 오존을 발생하여 오존/AOP접촉설비에 공급하는 오존발생장치

를 포함하되,

상기 총유기탄소(TOC) 콘트롤 유닛에서 결정하는 오존주입농도는 측정된 총유기탄소농도와 총유기탄소 대비 주입비의 곱에 운전자가 설정한 오존주입농도 보정값을 더한것으로 결정되고, 오존주입량은 측정된 유입유량과 오존주입농도의 곱으로 결정되며, 과산화수소 주입농도는 상기 오존주입농도와 운전자가 설정한 오존주입농도 대비 과산화수소 주입비를 곱한 것으로 결정되는

총유기탄소(TOC)를 이용한 오존 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 오존/AOP접촉설비에 과산화 수소를 소정량만큼씩 공급할 수 있도록 총유기탄소(TOC) 콘트롤 유닛의 제어에 의해 구동하는 과산화수소 주입펌프; 및

상기 과산화수소 주입펌프에 연결된 과산화수소 저장탱크

를 더 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 오존/AOP접촉설비에 공급되는 오존의 농도를 측정하도록 오존발생장치에 연결된 발생오존모니터

를 더 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존 및 고도산화공정(AOP)의 자동제어장치.
원수의 유입유량을 측정하는 제1 단계;

상기 원수의 총유기탄소(TOC) 농도를 측정하는 제2 단계;

상기 측정된 현재의 총유기탄소(TOC)와 가장 최근의 이전 총유기탄소(TOC)를 비교하여 그 편차가 소정비율 미만인가를 판단하는 제3 단계;

상기 제3 단계에서 측정된 유입수의 총유기탄소(TOC) 농도와 이전의 총유기탄소(TOC) 농도와의 편차가 소정비율 미만일 경우, 측정된 총유기탄소(TOC)에 적합한 오존과 과산화수소의 주입량을 결정하는 제4 단계;

결정된 오존 및 과산화수소의 주입량에 따라 오존발생장치와 과산화수소 주입펌프의 구동을 제어하는 제5 단계;

상기 오존발생장치에서 발생되는 오존의 농도를 측정하는 제6 단계;

오존발생량과 결정된 오존주입량을 비교하여 편차가 소정 비율 미만인가를 판단하는 제7 단계; 및

상기 오존발생량과 결정된 오존주입량의 편차가 소정 비율 미만이면 오존 및 과산화수소를 오존/AOP접촉설비로 공급하는 제8 단계

를 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.
제 4 항에 있어서,

상기 제4 단계에서

측정된 유입수의 총유기탄소(TOC) 농도와 이전 총유기탄소(TOC) 농도와의 편차가 설정값 이상이면, 원수의 유입유량과 총유기탄소(TOC) 농도에 기설정된 설정값을 가감한 총유기탄소(TOC) 농도에 따라 오존 및 과산화수소의 주입량을 결정하는 제9 단계

를 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 제7 단계에서

오존발생량과 결정된 오존발생량의 편차가 설정값 이상이면, 오존 및 과산화수소 주입량을 다시 연산하여 오존발생장치와 과산화수소 주입펌프를 조절하는 제10 단계

를 포함하는 총유기탄소(TOC)를 이용한 오존공정과 고도산화공정(AOP)의 자동제어방법.