KR100511225B1 - 수중 침지형 연속식 미생물 활성도 및 용존산소 다목적측정기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원통 형태의 일정 부피를 가진 상, 하부 개, 폐형 독립 구조물에 용존산소측정 센서(DO Sensor)와 부유물질 측정 센서(MLSS Sensor)를 부착하고 활성오니조에 직접 침지하여 평상시에는 타 센서와 마찬가지로 용존산소 및 부유물질을 실시간으로 측정하며 필요시 구조물의 상, 하부를 닫아 별도의 액상시료를 지상부로 채취하지 않고 현장에서 활성오니조 내 오염원의 분해 능력을 나타내는 미생물의 활성도 및 유입되는 오염물질의 독성도 등을 실시간으로 직접 측정하는 분석 장비에 관한 것이다.
본 발명은 수중으로 침지되는 원통형 구조물의 상, 하부에 전동구동모터를 설치하여 전기적으로 개, 폐할 수 있도록 하고 내부에 용존산소 측정센서, 부유물질 측정센서, 교반모터를 부착 고정하고, 측정기 구조물 내부로 공기를 공급해주는 콤프레셔 및 산기관을 연결하여 액상시료를 구조물 내부에 가둔 채 산소소모량에 의한 미생물 활성도를 측정하고, 측정 종료 후 구조물 상, 하부를 열어 액상시료의 연속적인 용존산소 및 부유물질을 측정하도록 하는 다목적 특징을 갖는다.
즉 구조물의 상, 하부가 열린 상태에서는 구조물 내부로 항상 새로운 액상시료가 혼합되기 때문에 다른 종류의 센서와 같은 원리로 용존산소 및 부유물질을 측정한다. 하지만 일정 주기 또는 수질이상을 나타내는 경보 이벤트 발생시에는 구조물의 상, 하부가 닫히면서 활성오니조내의 액상시료를 가두게 되고 교반모터 및 콤프레셔가 일정시간 가동하면서 액의 완전혼합 및 용존산소량의 증가를 가져오고 이때 액상시료의 용존산소 농도가 설정하는 일정한 농도 이상으로 안정적으로 증가되거나 프로그램에서 설정한 시간 이상이 되면 콤프레셔는 중지되고 부유물질(MLSS) 측정 및 용존산소(DO) 감소량을 측정하는 공지의 방법에 따라 미생물 활성도의 지표인 OUR(Oxygen Uptake Rate:산소소모속도) 및 SOUR(Specific Oxygen Uptake Rate:비산소소모속도)를 측정하게 된다. 또한 이 기작이 종료되면 다시 구조물 상, 하부를 전기적인 신호에 의해 열어 새로운 액상시료의 용존산소 및 부유물질의 측정이 계속되도록 하는 것을 그 특징으로 한다.
Description
본 발명은 오, 폐수처리장의 활성오니조 수중에 직접 침지시켜 미생물 활성도(OUR, SOUR)를 측정할 수 있는 것으로 시료를 지상으로 채취하는 번거로움을 제거하고 시료의 외부노출에 의한 변질여부를 사전에 제거하고 센서의 수명 및 정확도를 극대화 할 수 있으며 또한 평상시에는 기존의 용존산소 및 부유물질 측정센서와 같은 기능을 가지고 용존산소 및 부유물질을 측정하다가 일정주기 혹은 경보 등의 이벤트 발생 시 미생물 활성을 측정할 수 있도록 하는 수중 침지형 연속식 미생물 활성도 측정 및 용존산소 다목적 측정기에 관한 것이다.
일반적인 오, 폐수처리장에 유입되는 오염원은 상당히 많은 종류가 있으며, 오염원의 농도 또한 다양하다. 처리장의 효율은 이와 같이 유입된 오염원을 미생물에 의해 효과적으로 분해, 제거하는데 있으며 이는 미생물 활성도 및 유기물 분해 능력에 의해 직, 간접적으로 좌우되며, 이를 가지고 반송오니량 및 송풍기량, 유입수량 등을 조절하여 활성도 대비 적절한 F/M비를 유지하는 것이 중요하다.
그러나 현재까지 미생물 활성도(OUR, SOUR)의 측정 방식은 활성오니조의 액상시료를 채취하여 용존산소 탐침(DO probe) 또는 산소소모량 측정 장비를 가지고 인력이 직접 또는 자동화된 장비로 소모된 용존산소(DO)량 및 폭기조 미생물 농도를 측정한 후로 OUR, SOUR를 산출해내는 일반적인 방식을 채택하고 있다. 이들 측정 장비의 대부분은 일괄(Batch) 형태로 인력에 의해 일일이 시료를 채취하고 가까운 실험실 등에서 측정하는 방식으로 이는 관리에 인력소모가 많고, 연속적인 측정이 불가능하며 또한 시료수집 및 운송과정에서 야기될 수 있는 오차율도 무시할 수는 없다.
최근에는 일정시간 간격으로 자동으로 채취된 액상시료를 일괄(Batch) 방식으로 산소소모량을 자동으로 반복 측정하여 산소소모량을 연속적으로 분석하는 여러 장비도 개발되어 있으나, 이들 장비 역시 지상으로 액상시료를 채취하여야 하는 단점이 있다.
현재까지 개발된 연속식 미생물 활성도 측정기의 경우 폭기조 시료를 반응기로 채취하기 위해 긴 배관을 통해 시료가 채취되고 미생물 활성도 측정시간을 제외한 많은 시간 동안 센서가 공기 중에 노출되어 시료의 변질 및 센서의 수명단축을 야기할 수 있는 요소가 있으며, 또한 낮과 밤의 일교차가 심하거나 온도의 변화가 심한 경우에는 측정이 외부 반응기에서 이루어지므로 온도 보상을 해주어야하고 또한 이 문제를 해결하기 위해 측정부분의 항온조절 장치를 설치해야하는 장비 구성의 복잡함 또는 비용 상승 등의 부담이 있다.
또한 현재 미생물 활성도 측정기 및 용존산소 측정기는 서로 다른 장비로 구분하여 개별적으로 각각 설치하여 사용되어 왔으며 한 개의 장치로 액상물질의 용존산소 및 미생물 활성도를 측정하는 장치는 국내외적으로 개발되거나 상용화되지 않고 있다.
따라서, 상기 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 현장에서 연속적으로 미생물 활성도 및 용존산소를 측정할 수 있는 간편한 장비를 개발했으며 미생물 활성도 및 용존산소, 부유물질(MLSS)의 변화에 따라 폭기조의 반송오니 및 송풍기량을 조절하면서 최적의 운영관리, 이에 따른 침전효율 및 양질의 방류수질 확보를 그 사용목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 액상시료의 용존산소 및 부유물질을 연속적으로 측정하다가 주기별 혹은 이벤트 발생시 미생물 활성도를 측정할 수 있도록 하는 구동장치와 용존산소, 부유물질 및 미생물 활성도 측정을 위한 센서부와 이를 자동으로 구현하고 수치화시키는 컴퓨터 프로그램 제어부로 구성되어진 것이다.
상기 측정기는 우선 측정하려는 액상시료 속에 설치되어 용존산소 측정 및 미생물 활성도 측정을 병행할 수 있도록 하는 상, 하부 전동구동 개, 폐 모터와 액상시료를 구조물 내부에 가둔 후 미생물 활성도 측정을 위해 용존산조 증가 및 완전혼합을 유지하는 콤프레셔 및 교반모터 등이 순차적으로 동작하도록 구성하였고 센서류에 의해 수질 측정값이 나타나도록 구성하였다.
상기 컴퓨터 프로그램 제어부에서는 용존산소 측정 및 미생물 활성도 측정의 반복적인 기작뿐 아니라 소모된 용존산소를 가지고 미생물 활성도를 측정하는 연산 프로그램 및 구동설비 제어부를 내장하여 무인자동으로 연속적인 미생물 활성도 측정 및 용존 산소 측정이 가능하도록 하였다.
또한 경보설정값을 입력하여 평상시 기존 센서처럼 용존산소 및 부유물질을 측정하다가 경보설정값 이하로 떨어지면 미생물 활성도 측정 기작이 자동으로 발생할 수 있도록 프로그램을 구성하였다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 수중 침지형 연속식 미생물 활성도(OUR, SOUR) 및 용존산소(DO) 다목적 측정기 외부구성을 보인 단면 예시도이다.
본 발명은 전기적인 신호에 의해 상ㆍ하부덮개(4,5)가 열리고, 닫힐 수 있는 긴 원통형의 측정기 구조물(1)과;
이 측정기 구조물(1)의 상ㆍ하부덮개(4,5)를 전기적인 신호에 의해 개, 폐시키는 상ㆍ하부 전동구동모터(2,3)와;
상기 측정기 구조물(1)의 덮개(4,5)가 닫혀 있을 때 구조물 내부의 액상시료의 혼합 및 용존산소 증가를 위한 교반모터(9) 및 콤프레셔(11)와;
측정기 구조물(1)내에 구성되어 미세기포를 발생시키는 산기관(10)과;
용존산소 및 미생물 활성도를 측정하는 용존산소 측정센서(7), 부유물질을 측정하는 부유물질(MLSS) 측정센서(6);
이들 센서(6,7)를 주기적으로 세척해주는 센서세척노즐(8)과;
상기의 장치 및 부품들을 작동시키는 전자회로 기판부 구성부품들의 동작을 제어하고 측정데이터를 수집하는 컴퓨터 프로그램 제어부(12);를 포함하여 구성되어진 것이다.
첨부된 도면중 미설명 부호 (13)은 측정기 구조물(1)을 지지하게 되는 지지대이고, (14)는 미생물 활성도 및 용존산소를 측정하게 되는 활성오니조 수면이다.
본 발명은 용존산소, 부유물질(MLSS) 측정부터 미생물 활성도 측정 및 시료의 교체에 이르기까지 프로그램에 의해 순차적으로 자동 작동되도록 구성되며, 측정기의 작동시간은 크게 용존산소 측정시간, 미생물 활성도 측정시간으로 나누며 미생물 활성도 측정에는 다시 산소발생시간, 안정화시간, 측정시간, 센서 세척시간으로 나누고 각각의 시간설정은 프로그램에서 설정된 시간 타이머에 의해 조절된다.
우선 활성오니조 수면(14)의 한 지점에 일정깊이로 측정기 구조물(1)을 침지시키고 전력을 공급하는 것으로 시작한다. 전력이 공급되면 최우선적으로 측정기 구조물(1)내의 상ㆍ하부 전동구동모터(2,3)가 동작하여 상ㆍ하부덮개(4,5)를 열고 센서(6,7)에 의한 용존산소 및 부유물질(MLSS)이 실시간 측정된다.
다음으로 용존산조 및 부유물질의 측정값이 프로그램에 입력된 상, 하한치 경보설정 범위를 일정시간 벗어나거나 또는 프로그램에서 설정한 일정주기별 미생물 활성도 측정시간이 되면 산소발생 타이머가 작동하면서 미생물 활성도 측정이 시작된다.
이와 함께 산소발생 타이머 시간동안 우선 하부 전동구동모터(3)에 의해 측정기 구조물(1)의 하부덮개(5)가 닫히고 콤프레셔(11) 및 교반모터(9)가 작동하면서 측정기 구조물(1) 내부 액상시료의 용존산소 증가 및 완전혼합을 유지한다.
그리하여 액상시료의 용존산소농도가 설정하는 일정한 농도 이상으로 안정적으로 증가되거나 혹은 산소발생 타이머의 설정시간 이상이 되면 안정화시간 타이머가 동작하면서 우선 상부 전동구동모터(2)에 의해 측정기 구조물(1)의 상부덮개(4)를 닫아 내부 시료를 주변 액상 물질로부터 고립시키고 콤프레셔(11)를 중지시켜 내부 산소공급을 중단시킨다.
또한 안정화시간 타이머가 작동할 동안 용존산소와 부유물질(MLSS)의 측정값이 안정화되는 전기신호를 결정하여 데이터 수신부로 송출하고, 다음으로 측정시간 타이머가 동작하면서 용존산소 감소량 및 부유물질을 측정값을 매초마다 저장하고, 저장된 측정값은 미생물 활성도(OUR, SOUR)값을 유추하는데 사용된다.
측정시간 동안 용존산소 농도는 반응기 내부에 증식하는 미생물의 호흡에 의한 대사속도에 비례하여 감소하게 되며 호흡변화속도는 용존산소의 소모속도로 나타나게 되므로 용존산소 측정센서(7)에 의해 시간 경과에 따라 용존산소의 농도감소변화를 측정하고 부유물질 측정도 매초마다 데이터 송출부로 보내주며 평균값을 미생물 활성도 측정에 사용하는(OUR, SOUR) 연산식에 적용한다.
측정타이머가 완료되면 용존산소 감소에 의한 미생물 활성도 및 부유물질(MLSS) 측정이 종료되고 센서세척 타이머가 동작하여 각 센서(6,7)의 측정부분을 센서세척노즐(8)을 통해 배출되는 공기압에 의해 세척해 준다.
또한 교반모터(9)가 중지되고 상ㆍ하부 전동구동모터(2,3)가 동작하여 측정기 구조물(1)의 상ㆍ하부덮개(4,5)를 열어 새로운 액상시료의 계속적인 측정기 유입을 유도하고 다시 용존산소 및 부유물질을 연속적으로 측정한다.
미생물 활성도 측정을 위한 데이터 수신부에서는 반응기 내에서 반응시간이 경과함에 따라 나타나는 용존산소 변화농도와 측정간격에 의한 기울기로부터 산소가 소모되는 속도를 연산식에 의해 계산되도록 하며 이는 특정 지점에서 특정 시간에 나타나는 미생물의 산소소모속도(Oxygen Uptake Rate:OUR)로 표시되며 미리 측정한 부유물질(MLSS)로 나눌 경우 미생물 단위농도 대비 비산소소모속도(Specific Oxygen Uptake rate:SOUR)로 나타내며, 이는 미생물 활성도로 연계하여 본 장비의 최종 분석값으로 출력하도록 한다.
상기의 출력된 분석값은 자체만으로도 활성오니조를 관리하는 곳에 활용하도록 하거나 다른 분석기에 연계하여 활성오니조를 관리하는 데 이용하도록 일예로 RS232 또는 RS485 등의 기타 송수신 모듈에 연결하여 측정값을 활용하도록 한다.
미생물 활성도(OUR)의 연산원리는 측정시간 초기 용존산소 값에서 측정시간 종료시 용존산소값의 차액을 시간 단위로 환산해서 나타내고 그 값을 부유물질(MLSS)값으로 나누어 단위 미생물 당 미생물 활성도(SOUR)를 측정하는 것을 그 원리로 한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 용존산소 및 미생물 활성도를 한 장비에서 측정할 수 있는 다목적 장비로 평상시 용존산소를 측정하다가 필요시 전동구동모터에 의해 상ㆍ하부덮개를 막아 미생물 활성도를 간단하게 측정할 수 장비로 별도의 시료 채취설비가 필요없고 현장 수중에서 미생물의 산소소모특성을 직접 측정하게 함으로써 기존 측정장치 보다 시설면으로 간편하여 초기 설치비용을 줄일 수 있고, 시료의 변질 및 온도 및 성상 변화에 영향을 받지 않으므로 정밀한 측정을 할 수 있다.
또한 용존산소 및 미생물 활성도를 동일 센서에서 측정하므로 2개의 값에서 나타나는 오차를 최소한으로 줄일 수 있고, 한 장비로 2개의 수질측정항목을 동시에 측정할 수 있으므로 초기 설치비용이 저렴하고 센서류의 수명 및 보정기간도 증가하여 관리 및 운영에 도움을 줄 수 있다. 이와 같은 장점으로 용존산소 변화주기 및 미생물 활성도를 평가하여 유기물의 유입 부하량 및 미생물 활성정도를 평가하여 활성오니법 처리장의 폭기조 내에 미생물이 정상적으로 오염원을 분해하는지 등의 여부를 파악, 송풍기, 반송오니량을 조절하여 운전관리를 최적화 시킬 수 있다.
또한 용존산소 및 미생물 활성도의 상, 하한치 경보설정을 두어 용존산소가 낮고, 활성도가 높은 상태에서 유지될 때 송풍기량을 증가시키고 용존산소가 높고 미생물 활성도가 낮은 상태로 유지될 때 송풍기량을 감소시키는 등 처리장의 운영관리상 가장 많은 비용을 차지하는 전력비용의 적절한 제어를 통하여 비용절감을 꾀할 수 있도록 하며, 과부하나 빈부하의 유무 확인과 전력의 공급 유무에 의한 이상현상에 대한 조치를 적시에 수행할 수 있도록 하여 처리시설의 안정화를 유지하고 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 미생물 활성도 및 용존산소 다목적 측정기의 내부 구성을 보인 단면도
도 2a 는 본 발명에 따라 전기적인 신호에 의해 측정기 상ㆍ하부덮개가 닫힌 상태를 보인 예시도
도 2b 는 본 발명에 따라 전기적인 신호에 의해 측정기 상ㆍ하부덮개가 열린 상태를 보인 예시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 측정기 구조물 (2) : 상부 전동구동모터
(3) : 하부 전동구동모터 (4) : 상부덮개
(5) : 하부덮개 (6) : 부유물질 측정센서
(7) : 용존산소 측정센서 (8) : 센서세척노즐
(9) : 교반모터 (10) : 산기관
(11) : 콤프레셔 (12) : 컴퓨터 프로그램 제어부
(13) : 지지대 (14) : 활성오니조 수면
Claims (1)
- 전기적인 신호에 의해 상ㆍ하부덮개(4,5)가 열리고, 닫힐 수 있는 긴 원통형의 측정기 구조물(1)과;상기 측정기 구조물(1)의 상ㆍ하부덮개(4,5)를 전기적인 신호에 의해 개, 폐시키는 상ㆍ하부 전동구동모터(2,3)와;상기 측정기 구조물(1)의 덮개(4,5)가 닫혀 있을 때 구조물(1) 내부의 액상시료의 혼합 및 용존산소 증가를 위한 교반모터(9) 및 콤프레셔(11)와;측정기 구조물(1)내에 구성되어 미세기포를 발생시키는 산기관(10)과;용존산소 및 미생물 활성도를 측정하는 용존산소 측정센서(7), 및 부유물질을 측정하는 부유물질 측정센서(6);이들 센서(6,7)를 주기적으로 세척해주는 센서세척노즐(8)과;상기의 장치 및 부품들을 작동시키는 전자회로 기판부 구성부품들의 동작을 제어하고 측정데이터를 수집하는 컴퓨터 프로그램 제어부(12);를 포함하여 구성되어진 것을 특징으로 하는 수중 침지형 연속식 미생물 활성도 및 용존산소 다목적 측정기.
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| KR1020040066606A KR100511225B1 (ko) | 2004-08-24 | 2004-08-24 | 수중 침지형 연속식 미생물 활성도 및 용존산소 다목적측정기 |
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| KR (1) | KR100511225B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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