KR100549170B1 - 수처리용 응집플럭 성장 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수/오수/하수/폐수 처리장 등에서 수처리를 위해 행해지고 있는 응집과정에서 응집제에 의해 플럭이 생성되고 성장하는 과정을 연속적으로 모니터링함으로써, 최적의 응집제 선정, 최적의 응집제 투입량 및 최적의 혼화조건 등을 유도하여 응집제 사용량을 최소화할 수 있고 수처리효율을 최대로 증대시키는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 성장 측정장치는, 원수를 유입하고 이 원수에 응집제를 투입한 후 교반하여 플럭을 생성하는 응집반응장치(10)와, 응집반응장치(10)에서 생성된 플럭이 물과 함께 순환되는 플럭순환관(20)과, 플럭순환관(20)을 통해 플럭을 강제 순환시키는 플럭순환펌프(30)와, 플럭순환관(20)을 순환하는 플럭의 성장상태를 측정하여 분석하는 응집플럭분석기(40), 및 응집플럭분석기(40)에서 분석된 데이터를 저장하는 데이터 저장수단(60)을 포함하여 이루어진다.

응집반응장치, 플럭순환관, 플럭순환펌프, 응집플럭분석기

Description

수처리용 응집플럭 성장 측정장치{Floc growth measurement system for water treatment}

도 1은 일반적인 플럭의 성장과 입자의 표면특성관계를 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 플럭의 성장과 깨어짐 현상을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 성장 측정장치를 개략적으로 나타낸 개략도.

도 4는 도 3에 도시된 응집플럭분석기를 나타낸 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 응집플럭분석기의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도.

도 6은 도 4에 도시된 광주사장치의 평단면도.

도 7은 도 6에 도시된 관 고정부재의 사시도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 응집반응시간과 R과의 관계를 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 응집반응시간과 R과의 관계를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 응집반응장치 11 : 반응용기

12 : 교반기 13 : 교반속도조정기

20 : 플럭순환관 30 : 플럭순환펌프

40 : 응집플럭분석기 41 : 분석기 본체

42 : 광주사장치 43 : 광분석장치

44 : 연산장치 50 : 응집플럭이미지분석기

60 : 데이터 저장수단

본 발명은 수처리과정에서 물속에 함유된 각종 미립자가 응집되면서 성장하는 플럭(Floc)의 성장특성을 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정수, 오수, 하수 및 폐수처리시 응집제에 의해 응집되면서 성장하는 플럭의 성장특성을 연속적으로 측정하여 최적의 플럭성장 조건을 도출함으로써, 응집제의 투여량을 최적화하고 침전성 개선을 통해 수처리효율을 증대시키도록 된 수처리용 응집플럭 성장 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 수처리시설은 원수를 취수한 후, 응집·침전·여과하는 공정을 거치게 된다. 이 가운데 응집공정은 물속에 응집제를 투입하여 물속의 현탁물질이나 유기물, 미생물 등의 미립자까지도 덩어리 상태 즉, 플럭상태로 응집하는 공정으로서, 응집공정의 효율에 따라 후속공정 및 처리수질에까지 중요한 영향을 미친다.

이와 같은 응집공정에 사용되는 응집제로는 대개 염으로써 알루미늄(Al)계 응집제와 철(Fe)계 응집제가 주로 사용되는데, 이들 응집제들은 물속에서 용해도가 낮으므로 수처리응집제로서 가장 널리 사용되고 있다.

그리고, 처리하고자 하는 원수의 특성에 따라 응집제의 종류, 투입농도 및 교반강도 등이 정해지는데, 정수처리에서는 주로 알루미늄계통의 응집제가 사용되고 있고, 하수처리 및 폐수처리에서는 주로 철계통의 응집제가 사용되고 있다.

정수처리에 사용되는 알루미늄계통의 응집제로는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 폴리염화수산화알루미늄 등이 있고, 하수처리 및 폐수처리에 사용되는 철계통의 응집제로는 폴리황산철 및 염화철 등이 있다.

한편, 응집제를 투입하여 플럭을 생성하는 원리를 설명하면 다음과 같다.

즉, 물속에 부유하는 입자의 표면은 대부분 음(-)전하를 띄고 있는 바, 여기에 양(+)전하를 띄는 금속을 첨가하면 표면입자의 중성화가 일어나게 되며 입자의 표면 퍼텐셜이 0에 도달하게 되면 입자간에 서로 반발하는 힘이 떨어지고 인력이 발생하여 입자가 큰 플럭으로 성장하기 시작한다.

이 때, 입자간 상호 유도되는 힘은 세 가지로 요약할 수 있다. 첫 째 정전기적 힘(Electrostatic force)으로써 인력 혹은 반발력의 작용, 둘 째 반데르발스힘(Van der Waals force)으로써 인력의 작용, 셋 째 화학적 상호작용의 힘으로 Al(OH)₃에 의한 가교(Al-OH-Al) 결합 등으로 볼 수 있다.

수처리 과정에서 가장 중요한 것은 가장 우수한 플럭현상을 유도하는 것인데, 플럭성장이 제대로 이루어지지 않으면 응집공정 후 침전불량으로 연계되어 수 처리효율이 크게 저하될 수 밖에 없다.

수처리 과정에서 플럭이 성장하는 모습을 도1과 도2에 나타내었다. 도1에는 플럭의 성장과 입자의 표면특성관계를 나타내었으며, 도2에는 플럭이 성장하거나 깨지는 상호관계를 나타내었다.

도1과 도2에서 보는 바와 같이 초기에는 분산되어 있는 안정된 상태의 입자들이 불안정한 상태가 되면서 서로 응집하게 된다. 즉, 전술한 바와 같이 표면에 음전하를 띄고 있는 입자를 중화시키기 위해 양전하를 띄는 응집제를 투입하면, 표면 퍼텐셜이 0에 가깝게 되며, 입자의 전기 이중층 두께가 감속되어 입자끼리 상호인력이 작용하게 되고 입자끼리 뭉치는 현상 즉, 플럭이 성장하게 되는 현상이 나타나게 된다.

한편, 수처리효율을 증대시키기 위해서는 응집공정중에서 투입되는 응집제의 종류, 응집제의 투입량 및 교반강도 등이 결정적인 요인으로 작용하는 바, 투입되는 응집제의 효율 및 교반강도 등을 알기 위해서는 플럭의 성장과정을 분석하는 과정이 절대적으로 필요하다.

그러나, 종래에는 플럭 성장과정의 분석이 대부분 육안이나 간단히 조작할 수 있는 현미경 등으로 이루어졌는바, 육안으로 분석하는 방법은 정확도가 매우 떨어지는 단점이 있으며, 현미경에 의한 분석방법은 플럭의 성장상태를 육안으로 정밀하게 볼 수 있는 장점이 있기는 하나 성장과정을 수치 등으로 데이터하는데는 어려움이 있었다. 또한, 각종 실험실이나 연구실 등에서는 플럭의 성장과정에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 이는 대부분 침전효과나 여과상태를 테스트하여 간접적으로 플럭의 특성을 평가하는 수준에 그치고 있다.

이에 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 정수/오수/하수/폐수 처리장 등에서 수처리를 위해 행해지고 있는 응집과정에서 응집제에 의해 플럭이 생성되고 성장하는 과정을 연속적으로 모니터링함으로써, 최적의 응집제 선정, 최적의 응집제 투입량 및 최적의 혼화조건 등을 유도하여 응집제 사용량을 최소화할 수 있고 수처리효율을 최대로 증대시킬 수 있는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 플럭의 성장상태를 정량적으로 평가할 수 있어 효율적으로 수중에 포함된 오염물질을 제거할 수 있는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치를 제공하는 목적도 있다.

아울러, 본 발명은 실시간 응집플럭데이터를 산출할 수 있어 응집제의 투입량 조절이 용이하며 수처리효과를 월등히 상승시킬 수 있는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치를 제공하는 목적도 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 성장 측정장치는, 원수를 유입하고 이 원수에 응집제를 투입한 후 교반하여 플럭을 생성하는 응집반응장치와, 응집반응장치에서 생성된 플럭이 물과 함께 순환되는 플럭순환관과, 플럭순환관을 통해 플럭을 강제 순환시키는 플럭순환펌프와, 플럭순환관을 순환하는 플럭의 성장상태를 측정하여 분석하는 응집플럭분석기, 및 응집플럭분석기 에서 분석된 데이터를 저장하는 데이터 저장수단을 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에 있어서, 응집플럭분석기는, 골격을 형성하는 분석기 본체와, 분석기 본체의 외측에 설치되어 플럭순환관을 통과시키면서 플럭순환관으로 일정 파장의 광을 주사하는 광주사장치와, 분석기 본체 내에 설치되어 플럭순환관을 통과한 빛을 증폭한 후 여과하여 분석하는 광분석장치, 및 분석기 본체 내에 설치되어 광분석장치에 의해 분석된 값을 연산하는 연산장치를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에 있어서, 광주사장치는, 분석기 본체의 외측에 장착되고 전면에 플럭순환관이 상하로 삽입되는 관 삽입홈이 형성된 광주사 본체와, 분석기 본체의 전면부 일측에 좌우 슬라이딩 가능하게 설치되어 광주사 본체의 관 삽입홈에 삽입되는 플럭순환관으로 광을 주사하는 발광부와, 분석기 본체의 전면부 타측에 설치되어 발광부로부터 주사된 빛을 받는 수광부와, 광주사 본체의 관 삽입홈에 탈거 가능하게 삽입되고 일단부에는 플럭순환관이 삽입 고정되는 관 고정홈이 형성되며 발광부의 선단이 슬라이딩가능하게 관통되는 중공의 관 고정부재, 및 외력이 작용하지 않는 한 발광부가 수광부쪽으로 슬라이딩된 상태로 유지되도록 하는 탄성부재를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에 있어서, 발광부는, 분석기 본체의 전면부 일측에 좌우 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되고 일단에는 관 고정부재의 중심부에 삽입되는 삽입돌부가 형성된 중공의 발광관과, 발광관의 타단에 연결되며 광원으로부터 발광관으로 광을 전송하는 전송하는 광케이블, 및 분석기 본체의 전면부에 좌우로 길게 형성된 슬롯을 관통하여 중공의 발광관에 착탈 가능하게 결합되는 손잡이를 포함하여 이루어진 다.

전술한 구성에 있어서, 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 성장 측정장치는, 플럭순환관을 순환하는 플럭의 이미지를 영상화하여 분석하는 응집플럭이미지분석기를 더 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 성장 측정장치의 바람직한 실시예들을 통하여 전술한 바와 같은 구성들의 특징과 그 작용을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 성장 측정장치는, 원수를 유입하고 이 원수에 응집제를 투입한 후 교반하여 플럭을 생성하는 응집반응장치(10)와, 응집반응장치(10)에서 생성된 플럭이 물과 함께 순환되는 플럭순환관(20)과, 플럭순환관(20)을 통해 플럭을 강제 순환시키는 플럭순환펌프(30), 플럭순환관(20)을 순환하는 플럭의 성장상태를 측정하여 분석하는 응집플럭분석기(40)와, 플럭순환관(20)을 순환하는 플럭의 이미지를 영상화하여 분석하는 응집플럭이미지분석기(50), 그리고 응집플럭분석기(40)로부터 분석된 데이터를 저장하는 데이터 저장수단(60)을 포함하여 이루어진다.

전술한 응집반응장치(10)는, 외부로부터 원수와 응집제가 투입된 후 교반되는 반응용기(11)와, 반응용기(11)의 입구에 설치되며 반응용기(11) 내에 저수된 원수와 응집제를 교반하는 교반날개(121)가 회전 가능하게 장착된 교반기(12), 및 교 반기(12)에 연결되어 교반속도를 조정하는 교반속도조정기(13)로 구성된다.

이 때, 교반속도조정기(13)는 응집제 투입후 초기급속교반, 완속교반 그리고 정지상태가 순차적으로 이루어질 수 있도록 교반기(12)의 교반속도를 조정하게 된다.

전술한 플럭순환관(20)은 빛이 투과할 수 있도록 투명관으로 형성된 것으로, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 테라프탈레이트, 폴리이미드, 폴리부틸렌 및 폴리살폰 등과 같은 재질로 제작된다.

이러한 플럭순환관(20)의 양단부는 응집반응장치(10)의 반응용기(11) 내에 삽입되되 교반날개(121)의 회전에 방해가 되지 않도록 설치되며, 그 토출측 단부는 반응용기(11) 내의 2/3 지점에 위치되는 샘플채취판(21)에 연결되어 반응용기(11)내에 있는 플럭과 물을 반응용기(11)의 외부로 토출하게 된다.

전술한 플럭순환펌프(30)는 응집반응장치(10)에서 연속적으로 생성되는 플럭의 성장상태를 응집플럭분석기(40)에서 연속적으로 측정할 수 있도록 플럭과 물을 강제 순환시킨다.

전술한 응집플럭분석기(40)는 플럭순환관(20)을 통해 순환하는 플럭을 측정 분석하여 플럭의 성장상태를 관찰하는 기기로서, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 기기의 골격을 형성하는 분석기 본체(41)와, 분석기 본체(41)의 외측에 설치되어 플럭순환관(20)을 통과시키면서 플럭순환관(20)으로 일정 파장의 빛을 주사하는 광주사장치(42)와, 분석기 본체(41) 내에 설치되어 플럭순환관(20)을 통과한 빛을 증폭한 후 여과하여 분석하는 광분석장치(43), 및 분석기 본체(41) 내에 설치되어 광 분석장치(43)에 의해 분석된 값을 연산하는 연산장치(44)로 구성된다.

광주사장치(42)는 도 6에 도시된 바와 같이, 분석기 본체(41)의 외측에 장착되고 전면부에 플럭순환관(20)이 상하로 삽입되는 관 삽입홈(421a)이 형성된 광주사 본체(421)와, 광주사 본체(421)의 전면부 일측에 좌우 슬라이딩 가능하게 설치되어 플럭순환관(20)으로 광을 주사하는 발광부(422)와, 광주사 본체(421)의 전면부 타측에 설치되어 발광부(422)로부터 조사된 빛을 받는 수광부(424), 및 광주사 본체(421)의 관 삽입홈(421a)에 탈거 가능하게 삽입되어 플럭순환관(20)을 고정하는 관 고정부재(425)로 구성된다.

이 때, 발광부(422)는, 광주사 본체(421)의 일측에 형성된 슬라이딩홈(421b)에 슬라이딩 가능하게 설치되며 일단에 관 고정부재(425)에 삽입되는 삽입돌부(4221a)가 형성된 중공의 발광관(4221)과, 발광관(4221)의 타단에 연결되어 광원으로부터 빛을 전달하는 광케이블(4222), 및 광주사 본체(421)의 일측 전면부에 좌우로 길게 형성된 슬롯(421c)을 관통하여 발광관(4221)의 측부에 나사 결합되는 손잡이(4223)로 구성된다.

여기서, 발광관(4221)은 외부로부터 힘이 작용하지 않는 한 슬라이딩홈(421b)에 개재되는 스프링(423)에 의해 항상 수광부(424) 쪽으로 슬라이딩된 상태를 유지하며, 관 삽입홈(421a)에 플럭순환관(20)을 삽입하기 위해 사용자가 손잡이(4223)를 잡고 슬라이딩시켜야만 도면상 우측으로 이동된다.

그리고, 수광부(424)는 광주사 본체(421)의 타측에 내장되는 중공의 수광관(4241)과, 이 수광관(4241)의 단부에 연결되어 수광관(4241)으로 유입된 빛 을 광분석장치(43)로 전송하는 광케이블(4242)로 구성된다.

한편, 관 고정부재(425)는 도 7에 도시된 바와 같이 발광관(4221)의 삽입돌부(4221a)가 관통되도록 중공으로 형성되며 그 일단부에는 플럭순환관(20)이 삽입 고정되는 관 고정홈(425a)이 형성된다. 따라서, 손잡이(4223)를 잡고 발광부(422)를 도면상 우측으로 슬라이딩시킨 후, 관 고정부재(425)의 관 고정홈(425a)에 플럭순환관(20)을 삽입한 채로 관 고정부재(425)를 광주사 본체(421)의 관 삽입홈(421a)에 삽입하고, 손잡이(4223)를 놓으면 스프링(423)의 탄성력에 의해 발광부(422)는 원상태로 복귀되고 발광부(422)의 삽입돌부(4221a)가 관 고정부재(425)의 중심에 삽입되므로, 플럭순환관(20)은 관 삽입홈(421a) 내에 고정된다.

이 때, 관 고정홈(425a)은 플럭순환관(20)의 직경에 따라 다양한 크기로 형성된다.

광분석장치(43)는 도 5에 도시된 바와 같이, 수광부(424)의 광케이블(4242)과 연결되어 플럭순환관(20)을 통과한 빛을 전기적인 신호로 변환시키는 변환기(431)와, 변환기(431)로부터 전송되는 전기적인 신호로부터 직류전압을 증폭시키는 직류증폭기(432)와, 증폭된 직류전압을 걸러주는 직류필터(433)와, 변환기(431)로부터 전송되는 전기적인 신호로부터 교류전압을 증폭시키는 교류증폭기(434) 및 교류증폭기(434)를 통과한 교류전압을 걸러주는 교류필터(435)로 구성된다.

이 때, 플럭순환관(20)을 통과한 빛의 파형은 두 가지 형태로 변환기(431)에 서 감지된 후 전기적인 신호로 변환된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 플럭순환관(20)을 통과한 빛의 세기를 나타내는 신호파형과 플럭 입자들의 불규칙한 변동을 나타내는 신호파형은 별도로 감지되어 변환기(431)를 통과하면서 직류전압(V_DC)과 교류전압(V_AC)으로 각각 변환된다.

연산장치(44)는 광분석장치(43)의 교류필터(435)를 통해 걸러지는 교류전압(V_AC)의 실효치 즉, 변동된 빛의 평균 제곱근 값(V_RMS, RMS; Root Mean Square)을 구하고, 직류필터(433)를 통해 걸러지는 직류전압(V_DC)값을 각각 구한 후, 그 비율(R;Ratio)을 계산하게 된다.

한편, 연산장치(44)에서 연산된 값들은 데이터 저장수단(60)에 저장된다.

전술한 응집플럭이미지분석기(50)는 플럭순환관(20)을 순환하는 플럭의 이미지를 분석하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 플럭순환관(20)으로부터 분기되는 분기관(51)과, 분기관(51)을 통해 유입되는 플럭을 채취하여 샘플링하는 샘플채취판(52), 및 샘플채취판(52)의 이미지를 영상화하는 촬영장치(53) 및 촬영된 이미지를 데이터화하여 저정하는 이미지 저장장치(54)로 구성된다.

한편, 미설명부호 411, 412는 분석기 본체(41)의 상부에 설치되어 측정 초기에 V_RMS값과 V_DC값을 설정해주는 RMS다이얼과 DC 다이얼이며, 미설명부호 413은 분석기 본체(41)의 상부에 설치된 표시창(414)을 통해 측정되고 있는 RMS값을 표시하도록 하는 RMS버튼이고, 미설명부호 415는 표시창(414)에 RATIO값을 표시하도록 하는 RATIO버튼이며, 미설명부호 416은 표시창(414)에 DC값을 표시하도록 하는 DC버튼이 고, 미설명부호 417은 플럭순환관(20)을 통과하는 물 속에 규정보다 많은 기포가 포함된 경우 기포를 저감시켜주기 위해 선택되는 LIMIT버튼이며, 미설명부호 418은 광분석장치(43)에서 직류전압과 교류전압을 여과시키기 위해 선택되는 여과버튼이고, 미설명부호 419는 각 기기들에 전원을 인가하는 전원버튼이다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 측정장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 응집반응장치(10), 플럭순환관(20), 플럭순환펌프(30), 응집플럭분석기(40), 응집플럭이미지분석기(50), 데이터 저장수단(60)을 셋팅한다.

이 때, 플럭순환관(20)을 응집플럭분석기(40)에 셋팅하기 위해서는, 발광부(422)의 손잡이(4223)를 잡고 도면상 우측으로 슬라이딩시킨 다음, 관 고정부재(425)의 관 고정홈(425a)에 플럭순환관(20)의 일부를 삽입한 상태에서 관 고정부재(425)를 광주사 본체(421)의 관 삽입홈(421a)에 삽입한 후, 손잡이(4223)를 놓으면 된다. 손잡이(4223)를 놓으면 스프링(423)의 탄성력에 의해 발광부(422)가 자동으로 도면상 좌측으로 슬라이딩되면서 발광부(422)의 삽입돌부(4221a)가 관 고정부재(425)의 중심부에 삽입됨으로써, 관 고정부재(425) 및 플럭순환관(20)은 관 삽입홈(421a)에 고정된다.

이처럼, 각 구성요소들의 셋팅이 완료되면 응집플럭분석기(40)의 전원버튼(419)를 온시켜 응집플럭분석기(40)를 작동시키고, 응집교반장치(10)의 반응용기(11)에 순수한 맑은 물을 1리터 투입한 후, 플럭순환펌프(30)를 작동시켜 맑 은 물을 플럭순환관(20)을 통해 순환시키면서 R값을 영점 교정한다.

응집플럭분석기(40)의 영점을 교정한 다음에는, 응집반응장치(10)의 반응용기(11)에 1리터의 원수를 주입하여 저수하고, 원수에 응집제를 투입한 후, 교반기(12)를 작동시키면 교반기(12)의 교반날개(121)가 회전하면서 원수와 응집제를 교반하게 된다. 이러한 교반과정에서 원수에 함유된 현탁물질들은 응집되어 플럭을 생성하게 된다.

그리고, 응집반응장치(10)에서 플럭이 생성됨과 동시에 반응용기(11) 내의 물은 플럭순환펌프(30)의 펌핑에 의해 플럭순환관(20)을 계속해서 순환하게 된다.

반응용기(11) 내의 물이 플럭순환관(20)을 순환하는 동안 응집플럭분석기(40)에서는 플럭순환관(20)에 빛을 주사하여 투과되는 빛을 감지하여 분석함으로써 플럭의 성장상태를 측정하게 된다.

즉, 발광부(422)로부터 주사되는 빛은 플럭순환관(20)을 통과하여 수광부(424)로 전달된다. 이 때, 발광부(422)를 통해 플럭순환관(20)으로 주사되는 빛의 파장 범위는 550~900nm일 때가 입자들의 분석효과가 우수한데, 응집플럭의 응집농도가 낮을 때는 550~800nm의 빛을 주사하게 되고, 응집플럭의 응집농도가 높을 때는 800~900nm의 빛을 주사하게 된다.

수광부(424)에서 감지되는 신호파형은 두 종류로 감지된다. 즉, 플럭순환관(20)을 통과한 빛의 세기를 나타내는 신호파형과 플럭 입자들의 불규칙한 변동을 나타내는 신호파형으로 구분된다.

이처럼, 수광부(424)에서는 두 종류의 신호파형을 감지하여 광분석장치(43) 의 변환기(431)로 전달해주며, 변환기(431)에서는 두 종류의 신호파형이 각각 전기적인 신호 즉, 빛의 세기를 나타내는 직류전압(V_DC)과 입자들의 불규칙한 변동을 나타내는 교류전압(V_AC)으로 변환되며, 직류전압(V_DC)과 교류전압(V_AC)으로 변환된 전기적인 신호들은 증폭기(432)(434)를 통과하면서 증폭된 후 필터(433)(435)에 의해 걸러진다.

그리고, 광분석장치(43)의 필터(433)(435)를 통과하면서 걸러진 전기적인 신호들은 연산장치(44)로 전달되며, 연산장치(44)에서는 교류전압(V_AC)의 실효치 즉, 변동된 빛의 평균 제곱근 값(V_RMS)을 구하고, 직류필터(433)를 통해 걸러지는 직류전압(V_DC)값을 각각 구한 후, 그 비율(R;Ratio)을 계산하게 된다.

이 때, 플럭순환관(20)을 통과하는 플럭의 크기가 크고 그 갯수가 증가할수록 변화하는 V_RMS값이 증가하게 되며, 플럭이 미소할수록 그 값이 작게 나타난다. 그리고, V_DC값은 플럭의 갯수가 증가할수록 계속 감소하는 경향을 나타내는데, 이는 통과되는 빛이 플럭농도 증가에 따라 감소하기 때문이다.

따라서, V_RMS값과 V_DC값을 각각 구한 후 그 비율을 구함으로써, 플럭의 크기와 특성을 판단할 수 있다.

한편, 응집플럭이미지분석기(50)에서는 응집반응 초기의 영상이미지와 응집반응이 급속히 일어나는 중기상태에서의 영상이미지와 플럭성장이 완전히 일어났을 때의 영상이미지를 촬영하여 상호 검토하게 되는데, 플럭성장 모양을 3차원으로 해 석하므로 플럭의 성장특성을 현상학적으로 분석할 수 있다.

이러한 응집플럭이미지분석기(50)를 통해 플럭의 모양이 3차원인 경우 구형에 가까운 구조를 가지는 반면, 2차원인 경우 타원형에 가까운 구조를 가지며, 1차원인 경우 막대기 형태의 구조로 성장한다는 것을 알 수 있다.

(실시예1)

본 실시예에서는 응집반응장치의 반응용기 내에 탁도가 17NTU인 원수를 담고, 원수가 담겨진 반응용기 내에 염기도가 65%인 응집제 PAC를 20ppm의 농도로 첨가한 후 40~400rpm의 범위 내에서 교반하여 플럭을 생성하였다. 그리고, 반응용기 내에 응집제를 주입하기 전부터 플럭순환관을 통해 반응용기 내의 물을 계속 순환시키면서 응집플럭분석기에서 R(V_RMS/V_DC)값을 측정하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8의 X축은 응집반응시간을 표시하며, Y축은 전압값을 나타낸다.

도 8에서 보는 바와 같이, 응집제를 주입하지 않을 때 R값은 X축에 평행하게 진행되며, 응집제를 주입하게 되면(약 100초경) 임의의 시간에서부터 R값이 증가하게 되는데, 응집반응시간이 증가할수록 R값이 증가하다가 최적크기로 플럭이 성장하게 되면 즉, V_RMS의 상승폭이 적어지면 완만히 증가하는 경향을 알 수 있다.

(실시예2)

본 실시예에서는 응집반응장치의 반응용기 내에 탁도가 25NTU인 원수를 담 고, 원수가 담겨진 반응용기 내에 염기도가 65%인 응집제 PAC를 20ppm의 농도로 첨가한 후 40~400rpm의 범위 내에서 교반하여 플럭을 생성하였다. 그리고, 반응용기 내에 응집제를 주입하기 전부터 플럭순환관을 통해 반응용기 내의 물을 계속 순환시키면서 R(V_RMS/V_DC)값을 측정하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9의 X축은 응집반응시간을 표시하며, Y축은 전압값을 나타낸다. 이 때, Y축의 전압값은 mV로 세팅하였다.

도시된 바와 같이, 응집제 주입 후 100초가 지나면서 응집플럭이 성장하는 것을 알 수 있다. 그리고, 응집플럭이 400초를 경과하면서는 변동폭이 아주 커지는 것을 볼 수 있으며, 변동폭이 크다는 것은 응집플럭이 우수하다는 것을 의미한다. 한편, 응집플럭이 성장한 후 2차 급속교반을 할 경우 생성된 플럭이 깨어지나 다시 서서히 성장하는 것을 볼 수 있는데, 재성장 기울기 분석으로부터 강도를 간접적으로 평가할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 수처리용 응집플럭 측정장치를 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 명세서에 상세히 설명된 실시예들과 도면에 한정되지 아니하며, 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명 수처리용 응집플럭 성장 측정장치에 따르면, 정수/오수/하수/폐수 처리장 등에서 수처리를 위해 행해지고 있는 응집과정에서 응집제 에 의해 플럭이 생성되고 성장하는 과정을 실시간 모니터링함으로써, 최적의 응집제 선정, 최적의 응집제 투입량 및 최적의 혼화조건 등을 유도하여 응집제 사용량을 최소화할 수 있고 수처리효율을 최대로 증대시킬 수 있다.

특히, 원수의 부하변동이 심한 경우에도 응집처리의 효율을 저하시키지 않고 적정 응집제의 투입량을 산술할 수 있다.

또한, 플럭의 성장상태를 정량적으로 평가할 수 있어 효율적으로 수중에 포함된 오염물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 실시간 응집플럭데이터를 산출할 수 있어 응집제의 투입량 조절이 용이하며 수처리효과를 월등히 상승시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 수처리과정에서 응집제의 투입으로 인해 생성되는 플럭의 성장상태를 측정하기 위한 응집플럭 측정장치에 있어서,

   원수를 유입하고 이 원수에 응집제를 투입한 후 교반하여 플럭을 생성하는 응집반응장치;

   상기 응집반응장치에서 생성된 플럭이 물과 함께 순환되는 플럭순환관;

   상기 플럭순환관을 통해 플럭을 강제 순환시키는 플럭순환펌프;

   상기 플럭순환관을 순환하는 플럭의 성장상태를 측정하여 분석하는 응집플럭분석기; 및

   상기 응집플럭분석기에서 분석된 데이터를 저장하는 데이터 저장수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 응집플럭분석기는,

   골격을 형성하는 분석기 본체;

   상기 분석기 본체의 외측에 설치되어, 상기 플럭순환관을 통과시키면서 플럭순환관으로 550~900nm의 파장을 갖는 광을 주사하는 광주사장치;

   상기 분석기 본체 내에 설치되어, 상기 플럭순환관을 통과한 빛을 증폭한 후 여과하여 분석하는 광분석장치; 및

   상기 분석기 본체 내에 설치되어, 상기 광분석장치에 의해 분석된 값을 연산하는 연산장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광주사장치는,

   상기 분석기 본체의 외측에 장착되고, 전면에 상기 플럭순환관이 상하로 삽입되는 관 삽입홈이 형성된 광주사 본체;

   상기 분석기 본체의 전면부 일측에 좌우 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 광주사 본체의 관 삽입홈에 삽입되는 상기 플럭순환관으로 광을 주사하는 발광부;

   상기 분석기 본체의 전면부 타측에 설치되어 발광부로부터 주사된 빛을 받는 수광부;

   상기 광주사 본체의 관 삽입홈에 탈거 가능하게 삽입되고, 일단부에는 상기 플럭순환관이 삽입 고정되는 관 고정홈이 형성되며, 상기 발광부의 선단이 슬라이딩가능하게 관통되는 중공의 관 고정부재; 및

   외력이 작용하지 않는 한 상기 발광부가 상기 수광부쪽으로 슬라이딩된 상태로 유지되도록 하는 탄성부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 발광부는,

   상기 분석기 본체의 전면부 일측에 좌우 슬라이딩 가능하게 삽입 설치되고, 일단에는 상기 관 고정부재의 중심부에 삽입되는 삽입돌부가 형성된 중공의 발광관;

   상기 발광관의 타단에 연결되며 광원으로부터 상기 발광관으로 광을 전송하는 광케이블;

   상기 분석기 본체의 전면부에 좌우로 길게 형성된 슬롯을 관통하여 상기 중공의 발광관에 착탈 가능하게 결합되는 손잡이를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플럭순환관을 순환하는 플럭의 이미지를 영상화하여 분석하는 응집플럭이미지분석기를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 응집플럭 성장 측정장치.

Images