KR100562478B1 - 수질오염 연속측정을 위한 혼합시료 자동채취 및 보관장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수계 수질 및 하폐수처리장의 방류수 등 흐르는 물의 수질오염도를 실시간으로 측정하는 동시에 오염도 측정결과에 따라 수질시료를 채취하여 보관하는 장치의 구성함에 있어 시료를 채취하거나 분석하는 동안 수질이 변화하는 경우 채취된 시료가 대표성을 갖도록 하는 보관용 혼합시료 채취장치의 구성과 그 구동방식에 관한 것이다.
본 발명은 수질오염 실시간 측정용 시료에 대해 총량적 개념의 수질오염도를 산출하기 위해서 측정대상의 시료를 분석이나 채취에 필요한 일정 시간 동안 정량 채취하여 혼합시료를 만든 후 채취된 혼합시료의 일부는 측정기에 의해 분석되도록 이송되며 잔류된 혼합시료는 측정된 수질오염도에 따라 폐기되거나 보관되도록 하는 혼합시료의 보관용 시료채취방식을 개선한 것이다.
또한 본 장치는 측정기의 분석용 시료를 측정기의 분석결과에 따라 보관하고자 하는 경우 채취시료가 분석시료와 서로 일치하도록 하고 어떠한 시간에도 시료채취가 누락되지 않은 혼합시료의 대표성을 확보하고자 하는 데 목적이 있다.
본 발명은 수질오염총량제에 있어 수처리장의 방류수질을 수질측정기에 의해 실시간 측정하고 시료증거물의 채취보관에 의한 자동감시관리방법을 도입하고자 할 때 채취시료의 신뢰성을 확보하고 객관적인 평균수질을 취하게 하는 장치로 사용될 수 있다. 또한 용수관련 공정라인의 수질분석 실시간 측정에 따른 시료채취보관장치의 구성 등 다방면에 사용될 수 있다.
본 발명은 수질오염계측기와 시료저장함을 결합하여 수질연속측정기능과 채취시료보관 기능을 연동한 것으로, 측정된 전기적 신호 또는 자료를 신호전송제어장치로 전송하고, 일정한 농도 및 함량을 초과하는 기준을 설정하며 설정된 기준치를 초과한 오염원을 배출할 때 분석된 혼합시료가 시료보관함에 자동 채취되도록 함으로서 원거리에서 배출수질 및 총량을 감시하고 관리하는 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템의 기존 특허(0387362호)를 개량한 것이다.
이와 같은 발명은 수계로 배출되는 점오염원의 오염물질의 실시간 감시뿐만 아니라 배출총량을 감시함으로써 인력의 상주가 불필요하고 방문을 최소화 할 수 있으며 비용절감 및 배출총량규제 시 법적 분쟁을 줄이는 효과적인 관리기법으로 활용될 수 있다.
시료채취, 수질오염총량제, 혼합시료, 원격무인수질감시
Description
도 1은 분석시료의 채취 및 보관용 혼합시료를 채취장치 구성도
도 2는 수질오염 연속측정을 위한 혼합시료 자동채취 및 보관장치의 제어도
도 3은 수질오염 연속측정을 위한 혼합시료 자동채취 및 보관장치의 제어로직도
수계 및 점오염원의 수질오염도 관리와, 무단방류 및 부적정 처리에 의한 수질오염문제의 실시간 감시와 신속한 초기대응을 위한 원격수질 자동계측기가 범용적으로 사용되고 있으며 우수한 품질의 계측기가 지속적으로 개발되어 왔다.
원격수질 자동계측기를 사용하여 수계 및 점오염원의 오염농도를 감시 및 관리하는 경우 측정값의 신뢰도 및 객관성을 높이기 위해 수질오염도를 실시간이며 연속적으로 계측하는 동시에 시료채수장치를 연결하여 정기적인 샘플링 또는 이상상황 시 임의 샘플링을 통하여 계측기 보정 및 필요에 따라 이상상황의 증거물 또 는 원인규명을 위한 근거 데이터를 산출하도록 함으로서 수질자동측정기와 채취시료 자동보관장치를 결합하는 방식이 도입되고 있다.
그러나 지금까지 이러한 수질시료의 오염도 측정 및 채수하는 원격감시관리방식에 있어서, 계측기의 측정은 실시간으로 이루어지며 보관용 시료의 채수방식 역시 분석 후 순간적으로 이루어짐에 따라 계측된 측정값 및 채수된 시료가 측정기의 분석시간이나 전체적인 작동시간 동안 변화하는 수질의 대표성을 갖추지 못하고 있는 것이 현행 계측기의 구동방식이다.
따라서 실질적으로 시료의 측정값이나 보관용 시료에 대해서는 대표성을 갖추기 위해서 주어진 시간동안 채수된 혼합시료를 대상으로 분석하여야 하며 또한 분석이 실시된 혼합시료가 채수되어야 대표성을 가질 수 있는 것이다.
지금까지 순간시료를 측정대상으로 하여온 계측기는 실시간 현장에서의 오염행위에 대한 규제와 단속을 위한 용도로서 충분하였으나 총량적인 개념이 결여되어 향후 수질오염총량제의 실시에 따른 총량관리를 위한 기술지원이 부족한 실정이다.
따라서 본 발명에서는 이러한 순간적인 측정값과 측정 후 시료채취 시 발생되는 신뢰성 및 대표성을 갖추도록 시료채취방식과 시료의 분석 및 저장에 관련한 적정의 방식을 개발하고자 하였으며 그에 필요한 장치를 구성하고자 하였다.
본 발명은 수질오염도 감시관리에 있어 순간의 시료채취에 의한 농도규제가 아닌 총량규제의 실시에 적합한 수질측정기와 결합되어 구성되는 시료채수 및 보관방식에 대한 규격을 제시하여 방류수질의 총량적 접근이 가능하도록 한 것이다.
특히, 기존의 수질오염농도가 기준치를 벗어나는 경우만 실시간으로 경보를 울리는 방식을 벗어나 연속 혼합채수를 통하여 배출수질의 평균농도 및 오염부하를 환산하여 수질오염의 총량적 관리가 가능한 원격자동관리방식을 제공하고자 하는 것이다.
기존의 수질계측 및 시료채수와의 연동체계에 있어서는 선수질계측, 후시료채수의 방식이 주로 사용되어 왔으나 이 경우 계측된 시료와 채수되는 시료와의 시간적 간격으로 인하여 계측당시의 시료와 채수된 시료와의 성상의 차이가 필연적으로 발생될 수 밖에 없으며, 농도측정을 통한 기준치 초과여부만을 판단할 수 있도록 설계되었다. 그러나 수질오염물질 총량제의 확대실시로 인하여 오염총량에 대한 규제가 이루어지기 위해서는 부하량에 대한 규제 및 이를 뒷받침하기 위한 계측방식이 새로이 도입되어야 하는 시점에 이르렀다.
이에 본 발명에서는 농도규제가 아닌 총량규제의 실시에 적합한 수질측정 및 채수방식에 대한 규격을 제시하여 방류수질의 총량적 접근이 가능하도록 하였다. 즉 일정시간별 혼합채수와 유량과의 연산을 통하여 배출오염 총량을 감시하고, 설정기준 초과시에는 시료를 채수, 확인실험 및 증거물로 채택될 수 있는 수질오염의 총량적 관리방식을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명과 관련하여 수질오염원 실시간 연속감시 및 혼합시료의 채취 및 시료보관 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다. 〈도 1〉에서 보는 바와 같이, 수질측정의 관리대상이 되는 분석시료의 채취 및 보관용 혼합시료를 채취장치에 관한 흐름도로서, 1개의 채수펌프, 2개의 임시시료저장용기와 시료보관함, 각각의 수위조절 개폐밸브 및 전기제어장치로 구성되며 수질계측기는 필요한 항목에 따라 시료보관함 내 또는 밖에 설치되어 시료채취 장치와 연동된다.
본 장치는 24시간 가동되는 채수펌프에 의해 〈도 2〉처럼 시료가 시료저장조A로 이송되며, 이때 펌프의 이송유량은 연동되는 계측기기의 분석시간에 따라 미리 정해진 시구간 이내에 시료저장조A에 충진되도록 조절되어진다. 시료저장조의 용량은 채수용량과 분석기에서 채수될 용량의 합이상으로 한다.
일정시간 동안 시료저장조A에 채수된 시료는 균질한 농도를 갖도록 교반되며 계측기로의 정량 이송이 완료되면 시료저장조A에 있는 혼합시료는 하단부의 밸브를 열어 중력 또는 임의의 동력에 의해 시료저장조B로 이송되도록 한다. 시료저장조B는 정량으로 선정된 시료보관함의 시료보관용기의 체적에 맞도록 수위조정 배출구가 상단부에 설치되어 일정량의 시료량이 임시 체류되도록 하며 그 이상의 잉여 시료는 배출되도록 하는 분배용기이다. 이 분배용기로부터 측정분석을 위한 시료이송 및 시료보관을 위한 저장용기로의 이송이 이루어진다.
측정분석기로 이송되어 분석된 시료는 원격모니터링에 필요한 시구간이나 분석에 필요한 시구간을 한 구간으로 채취된 혼합시료이므로 평균농도를 나타내며 여기에 별도의 계측장비에 의해 측정된 유량을 곱할 경우 설정단위시간 동안의 수질오염부하의 총량을 표시하게 된다. 이때의 수질오염 계측기는 BOD(Biochemical Oxygen Demand), COD(Chemical Oxygen Demand), TOC(Total Organic Carbon), TN(Total Nitrogen), TP(Total Phosphorus), NH3-N(Ammonia Nitrogen), NO3-N(Nitrate)등의 분석장치가 채택되는 것이 바람직하며, 실시간 측정이 가능한 pH, EC(Electric Conductivity), UV254nm, SS(Suspended Solid) 등의 계측기기와 연동되는 것도 바람직하다.
이때 단위시간동안 총량의 수질오염도가 시료보관을 위해 임의로 설정한 규제농도(또는 오염총량)를 초과하는 경우, 시료저장조B에 저장된 혼합시료를 하단부 밸브를 열어 시료보관함으로 이송되도록 한다. 또한 보관이 필요하지 않을 경우 배출관에 연결된 하단부 밸브가 열려 폐기되도록 한다.
저장용기는 용기의 내용물을 교체하거나 희석하지 못하도록 역류방지기능을 갖도록 구성되며 필요한 수량에 따라 1개에서 수십 개까지 설치할 수 있다.
아울러 채취된 시료의 저온보관을 위해 필요에 따라 냉동장치가 부착되는 일체형과 상온에서 관리되는 분리형의 시료보관함으로 구성되는 것도 가능하며, 저장용기는 채취시료를 장시간동안 저장하여도 수질오염 측정시 불순물이 추출되지 않도록 PVC, PE, 유리, 스테인레스등의 다양 다종한 제품으로 만들어지며 시료보관함에 보관된다.
상기 시료보관함은 수십밀리리터에서 수십리터의 용량을 갖는 다양한 크기의 저장용기를 하나 이상 보관할 수 있도록 공간을 가지도록 구성되며 시료보관함의 개폐시에 개폐유무를 확인하고 통제가 되도록 하는 시건장치를 하도록 한다. 시건장치의 임의 개폐 시에는 개폐유무가 자동으로 신호전송제어장치에 전달되어 확인 되도록 한다.
첨부한 〈도 2〉는 본 발명 장치의 구동을 개략적으로 나타낸 구성도로서, 방류수의 수질오염을 연속으로 측정하는 수질오염계측기와, 이 혼합시료가 보관되는 시료저장조A와 시료저장조B, 그리고 각각의 구성품은 전기신호에 의해 제어를 받거나 구동되도록 하는 신호전송제어장치에 연결되어 있다.
수질오염도를 분석하는 수질오염 자동계측기는 측정된 출력신호가 4∼20mA 또는 -10∼+ 10mV 등의 전기적 신호로 나타나는 장치이거나 실제 오염농도인 ppm 또는 mg/L 등의 단위로 직접 나타내는 장치에 의해 일정한 측정치를 갖도록 보정이 가능한 별도의 개별 장치로 구성된다. 이러한 수질오염계측기의 오염농도에 대한 측정값이 디지털 또는 아날로그 타입의 출력신호로 하여 전기적으로 독립된 시료채취장치의 신호제어장치로 전송되도록 하며, 〈도 3〉과 같이 신호전송제어장치 내 자동제어로직에 의해 단일 또는 다중의 다양한 작동이나 제어가 되도록 시료채취기의 기타 구동장치에 연결되어진다.
신호전송제어장치는 수질오염계측기와 시료채취 그리고 각종 펌핑장치들을 연결하는 신호처리기로서, 인터페이스카드를 사용하여 각종 구성품을 제어하며 수질오염계측기로부터 출력된 신호에 의해 제어되도록 하는 기능을 갖도록 모든 신호가 4 ∼ 20mA 또는 RS232 그리고 RS485 의 통신링크에 연결되며 PC에 상응하는 컴퓨터 또는 PLC에 의해 화상으로 출력되며 운영되도록 구성하였다.
이상과 같은 장치에 의해 구성된 수질오염계측기와 시료채취기는 배출오염물을 총량적으로 감시하는 역할을 하며, 유량측정과 병행하여 배출오염도를 감시할 경우 오염감시와 아울러 배출총량을 실시간으로 산정할 수 있다.
본 발명은 수계 또는 점오염원등의 배출원에서부터 실시간감시하며, 유량과 함께 시간별로 혼합시료를 측정함으로서 오염총량의 산정이 가능해진다. 이에 따라 무인으로 오염원의 총량감시 및 관리가 가능해지며, 시료채취를 위한 시간과 관리비용을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 관리시스템을 수질오염 배출원 또는 감시지점에 설치할 경우 오염원의 무단방류를 차단하고 오염원 배출업소 및 수계의 수질관리를 효과적으로 수행할 수 있게 된다.
특히, 현장으로부터 멀리 떨어진 원거리에서 수질오염도를 관리할 경우에도 수질오염계측기에 의한 원격관리망과 실제 현장시료 확보에 따른 비교분석을 통한 객관성 확보를 가능하게 함으로서 원거리에서의 수질오염 총량 및 부하량에 따른 수질관리가 가능하게 되는 효과가 있다.
Claims (4)
- 수계 또는 수처리공정 관련시설의 흐르는 물에 대해 수질오염도를 측정하기 위한 수질시료를 채취함에 있어 측정시간이나 채취시간에 관계없이, 항상 평균농도를 갖는 대표성이 있는 균질한 혼합시료를 확보하기 위해, 24시간 상시 정량이송하는 펌프;이송된 시료를 일정한 용량으로 균질하게 혼합하는 한개 이상의 임시 저장조;혼합저장된 시료를 측정분석기로 이송하거나 목적에 따라 별도의 시료용기로 이송하여 보관하도록 하는 1개 이상의 배분용기;채취된 혼합시료들을 보관하기 위한 1개 이상의 저장용기:상기 각 기기들로 구성되어 자동으로 작동을 제어하는 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합시료 자동연속 채취 및 보관장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 채취된 혼합시료에 대해 실시간 측정이 가능한 측정항목에 대해서는 수질계측기가 상기 혼합시료 자동 연속 채취 및 보관장치의 본체에 설치되어 측정되고, 시약이나 반응시간이 요구되는 분석항목에 대해서는 별도로 설치된 수질계측기로 이송되어 측정되며, 측정결과에 따라 상기 배분용기에 저장된 혼합시료를 자동으로 상기 저장용기로 이송할 수 있도록 개폐장치 또는 분배장치가 연동되는 혼합시료 자동연속 채취 및 보관장치.
- 제 1항에 있어서, 상기의 정량이송하는 펌프를 운용함에 있어 분석측정기의 측정구간 및 측정주기 등 임의의 시간 주기를 설정하여 설정된 시간주기에 적합하게 균질한 혼합시료가 확보되도록 유입유량이 임의 또는 자동으로 조절되는 것을 특징으로 하는 혼합시료 자동연속 채취 및 보관장치.
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2005
- 2005-08-10 KR KR1020050073137A patent/KR100562478B1/ko active IP Right Grant
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