KR100744630B1 - Method and system for controling sewage plant by monitoring the concentration of chloride ion in sewage of sewer pipe - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 하수관거 모니터링 시스템을 보여주는 구성도,1 is a block diagram showing a sewage pipe monitoring system according to the prior art,
도 2는 종래 기술에 따른 하수 중의 염소 이온농도와 유량을 이용하여 침입수 및 유입수를 분석하는 방법을 보여주는 개념도,2 is a conceptual diagram showing a method of analyzing invasive water and influent using the chlorine ion concentration and flow rate in sewage according to the prior art;
도 3은 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온 농도를 이용한 하수처리장 제어시스템을 보여주는 전체적인 개략도, 3 is an overall schematic view showing a sewage treatment plant control system using chlorine ion concentration in sewage pipe according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온 농도를 이용한 하수처리장 자동 제어시스템을 보여주는 블록도,Figure 4 is a block diagram showing a sewage treatment plant automatic control system using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 염소 이온측정기를 보여주는 사시도, 5 is a perspective view showing a chlorine ion meter according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 염소 이온측정기의 감지 봉을 보여주는 단면도,6 is a cross-sectional view showing a sensing rod of the chlorine ion meter according to the present invention,
도 7은 본 발명에 따른 전위차계의 내부 구성을 보여주는 블록도, 7 is a block diagram showing an internal configuration of a potentiometer according to the present invention;
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 염소 이온측정기를 하수관에 설치하기 위한 두 가지 방법의 예를 보여주는 개략도,8A and 8B are schematic views showing examples of two methods for installing a chlorine ion meter according to the present invention in a sewer pipe;
도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 염소 이온측정기의 특징을 보여주기 위한 설명도이다.9A and 9B are explanatory diagrams for showing the features of the chlorine ion meter according to the present invention.
****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명******** Description of the symbols for the main parts of the drawings ****
100 : 하수관거 처리구역 110 : 하수처리장100: sewage pipe treatment area 110: sewage treatment plant
120 : 하수처리장치 130 : 하수처리장 관리서버120: sewage treatment device 130: sewage treatment plant management server
140 : 메인서버 150 : 염소 이온측정기140: main server 150: chlorine ion meter
160 : 유량측정기 190 : 데이터베이스160: flow meter 190: database
본 발명은 하수처리장 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수관거상에 설치된 다수 개의 염소 이온측정기를 이용하여 하수 중의 염소 이온농도를 실시간으로 측정하고, 측정된 염소 이온농도를 토대로 하수관거의 최하류에 위치하는 하수처리장으로 유입되는 하수의 수질을 예측하여 유입 하수의 오염도에 따라 하수처리장치의 운전을 자동으로 제어할 수 있는 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어방법 및 그 시스템과 이를 위한 고정식 염소 이온측정기에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a sewage treatment plant, and more particularly, by using a plurality of chlorine ion measuring devices installed on sewage pipes in real time to measure the concentration of chlorine ions in the sewage, and based on the measured chlorine ion concentrations, Sewage treatment plant control method and system and fixed chlorine for sewage treatment plant using chlorine ion concentration in sewage pipe that can automatically control the operation of sewage treatment device according to pollution degree of inflow sewage by predicting the quality of sewage flowing into the sewage treatment plant located It relates to an ion meter.
일반적으로 하수관거(下水管渠)는 여러 하수구에서 배출되는 하수를 모아 하수처리장으로 내려보내는 하수도관을 말한다. 이러한 하수관거는 처리구역의 구배(기울기)에 따른 하수의 자연스런 흐름을 따라 설치되기 때문에 나뭇가지(수형) 형태로 배치된다. 그리고 하수관거는 지하에 매설되기 때문에 설치가 완료된 후에는 관거의 상태나 하수의 수질을 확인하기 어렵다. 또한, 하수관거내 하수의 수질을 측정하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요된다.In general, sewage pipes (下 水管 渠) refers to sewage pipes that collect sewage discharged from various sewers and send them down to the sewage treatment plant. These sewer pipes are arranged in the form of branches (water) because they are installed along the natural flow of sewage according to the gradient of the treatment zone. Since sewer pipes are buried underground, it is difficult to check the condition of the pipes and the quality of the sewage after the installation is completed. In addition, it takes a lot of time and effort to measure the quality of the sewage in the sewage pipe.
하수처리장은 하수관거의 최하류에 설치되어 하수 중에 포함되어 있는 오염물질을 물리, 화학 및 생물학적 방법으로 처리하여 자연 수계로 방류한다. 하수처리장의 처리효율은 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 오염도와 유량에 영향을 받는데, 특히 미생물을 이용하여 처리하는 경우에는 하수의 오염도가 너무 높은 경우뿐만 아니라 하수의 오염도가 너무 낮은 경우에도 처리효율이 떨어지게 된다. 따라서 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질과 유량은 가능한 한 균일하게 유지되는 것이 바람직하다.The sewage treatment plant is installed at the bottom of the sewage pipe and discharges the pollutants contained in the sewage to natural water by physical, chemical and biological methods. The treatment efficiency of the sewage treatment plant is influenced by the contamination and flow rate of the influent sewage flowing into the sewage treatment plant.In particular, when treating with microorganisms, the treatment efficiency is not only high when the sewage is too high, but also when the sewage is too low. Will fall. Therefore, the water quality and flow rate of the influent sewage flowing into the sewage treatment plant is preferably kept as uniform as possible.
그러나 하수관거를 통해 배출되는 하수는 시간의 경과에 따라 유량이 변동하고, 분류관식 하수관거를 설치한 경우에도 하수관에 하자가 있으면 외부로부터 오수나 지하수 또는 우수가 유입되어 하수의 수질이 변동하게 된다. 특히 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질과 유량이 급격히 변동하는 경우에 이를 미리 예측하여 하수처리장치의 운전 조건을 바꾸지 않으면 하수를 제대로 처리하지 못하고 방류하게 된다. However, the amount of sewage discharged through sewage pipe fluctuates with time, and even if a sewer pipe is installed, if there is a fault in the sewage pipe, sewage or groundwater or rainwater flows from the outside, and the quality of the sewage water fluctuates. In particular, when the water quality and flow rate of the influent sewage flowing into the sewage treatment plant fluctuate rapidly, it is not predicted in advance, and the sewage treatment system may not be properly discharged unless the operating conditions of the sewage treatment apparatus are changed.
종래의 하수처리장에서는 유입 하수의 평균 수질과 평균 유량을 토대로 침전조, 생물 반응조, 농축조 등을 설계하고, 유입 하수의 급격한 수질 및 유량 변동은 유량 조정지에서 완충하도록 하였다. 그러나 유량 조정지만으로 수질과 유량을 균일화하는 데는 한계가 있고, 유량 조정지를 설치하기 위해서는 넓은 설치부지가 요구되므로 설치부지 확보가 어려운 문제가 있었다. 이에 따라 최근에는 유량조정지의 크기를 최소화하거나 유량조정지가 없는 하수처리장들이 개발되고 있다. 유량조 정지의 크기가 작아지거나 생략되는 경우에, 유입 하수는 침전조나 생물 반응조로 직접 유입되기 때문에 유입 하수의 수질과 유량 변동에 대한 영향이 더욱 커지게 된다.In the conventional sewage treatment plant, a sedimentation tank, a bioreactor, a concentration tank, etc. were designed based on the average water quality and the average flow rate of the influent sewage, and the sudden water quality and the flow rate fluctuations of the influent sewage were buffered at the flow control pond. However, there is a limit to uniform the water quality and the flow rate only by the flow rate adjustment, and it is difficult to secure the installation site because a wide installation site is required to install the flow rate adjustment site. In recent years, sewage treatment plants have been developed that minimize the size of flow control paper or have no flow control paper. If the size of the flow stop is reduced or omitted, the influent sewage is introduced directly into the sedimentation tank or the bioreactor, so that the influence on the water quality and flow fluctuations of the influent sewage is greater.
한편, 하수관거의 부실로 인해 발생하는 대표적인 현상은, 침입수와 유입수(Infiltration/Inflow)(또는 불명수)의 발생이다. 침입수란 하수관거에 파손이 생기거나 관 이음부 불량 및 연결관 접속 불량 등 관거 부실을 통하여 관내로 지하수 및 강우수가 침투하는 것을 말한다. 유입수란 맨홀의 봉합불량이나 우수받이, 지붕 홈통, 지하실 배수구 등이 관거 체계로 연결되어 관내로 강우수가 유입되는 것을 의미한다. 이러한 침입수 및 유입수는 하수관거 내의 유량을 증가시켜 통수 능력을 떨어뜨리고, 하수처리장의 하수 농도를 저하시켜 하수처리장치의 처리효율을 떨어뜨린다. 반대로, 누수는 지하수위가 하수관보다 낮게 내려갈 때 관거의 불량 부위로부터 하수가 새는 현상으로 지하수를 오염시키는 원인이 되고 하수처리장으로 유입되는 하수의 유량이 감소시켜 하수처리장의 처리효율을 떨어뜨린다.On the other hand, a typical phenomenon that occurs due to poor sewage pipes is the generation of infiltration and inflow (or unknown). Invasive water refers to the penetration of groundwater and rainfall through pipes, such as damage to sewage pipes, poor pipe joints, and poor connection to connecting pipes. Inflow water refers to the inflow of rainwater into the pipe due to poor sealing of manholes, storm drains, roof gutters, basement drains, etc. Such infiltration water and inflow water increases the flow rate in the sewage pipe to reduce the water flow capacity, and lower the sewage concentration of the sewage treatment plant to reduce the treatment efficiency of the sewage treatment device. On the contrary, when the groundwater level is lower than the sewage pipe, the leakage of sewage from the defective part of the conduit causes the groundwater to be contaminated and the flow rate of the sewage flowing into the sewage treatment plant decreases, thereby reducing the treatment efficiency of the sewage treatment plant.
이와 같이, 하수관거의 부실로 인한 침입수와 유입수의 유입은 하수의 수질과 유량 변동에 밀접한 관련이 있을 뿐만 아니라 하수처리장의 처리효율과도 밀접한 관계를 갖는다. 예를 들어, 축산폐수나 공장폐수 등 오염물질이 고농도로 포함된 폐수가 하수관거로 유입되면, 하수의 오염 농도가 급격히 증가하고, 지하수나 우수가 유입되면 하수의 오염 농도가 급격히 저하되게 된다. 따라서 하수관거상의 하수의 수질을 실시간으로 측정하여 하수처리장으로 유입되는 하수의 수질을 예측할 수 있는 수단이 요구된다.As such, the inflow of infiltration and inflow due to the failure of sewage pipe is not only closely related to the fluctuations of water quality and flow rate, but also to the treatment efficiency of the sewage treatment plant. For example, when wastewater containing high concentrations of contaminants such as livestock wastewater and factory wastewater flows into sewage pipes, the pollution concentration of sewage is rapidly increased, and when the groundwater or rainwater is introduced, the pollution concentration of sewage is rapidly dropped. Therefore, a means for predicting the quality of the sewage flowing into the sewage treatment plant by measuring the quality of the sewage in the sewage pipe in real time is required.
도 1은 종래 기술에 따른 하수관거 모니터링 시스템의 일 예를 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 시스템은 하수관거의 처리구역에 강우량계(1), 유량측정기(3), 수위계(5), 전기전도도계(7) 및 지하수위 관측장비(9)와 같은 여러 종류의 현장 계측기를 구비하고 있고, 상기 현장 계측기들은 인터페이스 및 통신망 그리고 관리분석서버(11)를 통하여 DB 서버(15)에 연결되어 있다. 1 is a block diagram showing an example of a sewage pipe monitoring system according to the prior art. As shown, conventional systems have several types of sewerage systems, such as rainfall meters (1), flow meters (3), water meters (5), electrical conductivity meters (7), and groundwater level observation equipment (9). It is equipped with a field instrument, the field instruments are connected to the
이러한 종래의 하수관거 모니터링 시스템은 물 사용 평가방법, 일 최대-최소 유량평가방법, 일 최대유량 평가방법 및 야간생활하수 평가방법 등을 적용하기 위한 것으로서, 주로 하수의 유량 변동을 관측하고 이를 근거로 유입수와 유출수 그리고 누수량을 해석하기 위한 것이다. 그리고 이러한 종래의 하수관거 모니터링 시스템은 부분적으로 하수의 수질을 측정하기 위해서 전기전도도를 사용하였다. The conventional sewage pipe monitoring system is to apply the water usage evaluation method, the daily maximum-minimum flow rate evaluation method, the daily maximum flow rate evaluation method and the night life sewage evaluation method. And to analyze the amount of runoff and leakage. In addition, the conventional sewage pipe monitoring system used electric conductivity to measure the water quality of the sewage.
그러나 전기전도도 측정기는 유기성 오염 물질뿐만 아니라 지하수나 우수에 많이 포함되어 있는 다른 이온 물질(Mg, Ca 등)에 민감하게 반응하기 때문에 하수의 수질을 정확하게 평가할 수 없었고, 별도로 하수를 채취하여, BOD나 COD 등 측정 장비로 측정 분석한 후, 그 수질 분석 자료를 이용하여 전기전도도와 수질과의 관계를 평가하여야만 했다. 따라서 종래의 전기전도도 측정기로는 하수의 수질을 실시간으로 정확하게 측정할 수 없고, 그 결과를 근거로 하수처리장을 제어할 수도 없었다.However, the conductivity meter is sensitive to not only organic pollutants but also groundwater or other ionic substances (Mg, Ca, etc.) that are contained in rainwater, so the sewage water quality cannot be accurately assessed. After measuring and analyzing with measurement equipment such as COD, the water quality analysis data should be used to evaluate the relationship between electrical conductivity and water quality. Therefore, the conventional conductivity meter cannot accurately measure the quality of sewage in real time, and cannot control the sewage treatment plant based on the results.
한편, 수중에 용해되어 있는 염소 이온(Cl-)은 시간이 지나도 변하지 않고, 일반 강우나 지하수(일부제외)에는 염소 이온이 거의 포함되어 있지 않다. 그러나 일반 강우나 지하수라도 인간 생활에 사용된 물(하수)에는 많은 양의 염소 이온이 포함된다. 즉, 사람(또는 가축)은 생존을 위해 반드시 소금을 섭취하기 때문에 사람이 사용한 물이나 음식물 또는 배설물에는 많은 양의 염소 이온이 포함되게 된다. 그리고 이러한 음식물이나 배설물은 목욕, 설거지, 세척, 청소, 세탁 또는 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 씻겨져서 하수로 흘러들어가게 된다. 따라서 하수 중의 염소 이온 농도는 그 물이 강우나 지하수와 같은 자연수인지 또는 사람이 쓰고 버린 하수인지 구별할 수 있게 한다. 또한, 하수 중의 염소 이온 농도는 하수의 오염도를 보여주는 지표로 사용될 수 있다. 따라서 하수 중의 염소 이온 농도를 실시간으로 측정하면 이를 근거로 하수처리장을 제어할 수 있게 된다. On the other hand, chlorine ions (Cl − ) dissolved in water do not change over time, and almost no chlorine ions are contained in general rainfall or groundwater (except for some). However, even in normal rainfall or groundwater, water (sewage) used in human life contains large amounts of chlorine ions. In other words, people (or livestock) must consume salt to survive, so the water, food, or excretions used by humans contain large amounts of chloride ions. These foods and wastes are washed in the process of bathing, washing dishes, washing, cleaning, washing, or processing food waste and flow into sewage. Thus, the concentration of chlorine ions in sewage makes it possible to distinguish whether the water is natural water, such as rainfall or groundwater, or human waste. In addition, the concentration of chlorine ions in the sewage can be used as an indicator showing the pollution degree of the sewage. Therefore, if the chlorine ion concentration in the sewage is measured in real time, it is possible to control the sewage treatment plant based on this.
도 2는 종래 기술에 따른 하수 중의 염소 이온농도와 유량을 이용하여 침입수 및 유입수의 종류와 그 위치 및 유량을 분석하는 방법을 보여준다. 이러한 방법은 본 발명자에 의해서 특허 출원된바 있으며, 선출원된 특허(대한민국 특허출원번호 10-2006-0049577호)에 개시된 바와 같이, 종래의 방법은 하수관거상에 일정 거리 떨어져 설치된 유량측정기(Q)와, 상기 유량측정기(Q)를 통과하는 하수의 염소 이온 농도를 측정하기 위하여 설치된 염소 이온농도측정기(C)를 이용하여, 각 측정지점별로 하수의 유량과 염소 이온농도를 측정하고, 하수의 유량과 염소 이온농도의 관계를 이용하여 침입수 및 유입수의 종류, 위치 및 그 유량을 분석하는 것이다.Figure 2 shows a method of analyzing the type and location and flow rate of infiltration and inflow water using the chlorine ion concentration and the flow rate in the sewage according to the prior art. This method has been patented by the present inventors, and as disclosed in a previously filed patent (Korean Patent Application No. 10-2006-0049577), the conventional method has a flow meter (Q) installed a certain distance away from the sewage pipe Using the chlorine ion concentration measuring device (C) installed to measure the chlorine ion concentration of the sewage passing through the flow meter (Q), the sewage flow rate and chlorine ion concentration are measured at each measuring point, and the flow rate of the sewage and The relationship between chlorine ion concentration is used to analyze the type, location, and flow rate of infiltration and influent.
그러나 종래 기술은 침입수 및 유입수의 종류, 위치 및 그 유량를 분석하기 위한 것이고 하수처리장으로 유입되는 하수의 수질과 유량을 예측하기 위한 시스템 은 아니다. 아울러 전체 하수관거 설치지역으로부터 하수의 수질과 유량에 관한 정보를 정확하고 신속하게 측정하기 위해서 하수관거의 각 측정 지점마다 유량측정기와 염소 이온농도측정기를 각각 대응되게 설치하여야 한다. 특히, 유입 하수의 수질이나 유량 변동에 대응하여 침전조나 생물 반응조를 미리 비우거나 또는 슬러지를 미리 배출하는 등의 사전 조치를 위해서는 상당한 시간이 요구되므로 하수관거의 상류에까지 유량측정기와 염소 이온농도측정기를 설치할 필요가 있다.However, the prior art is to analyze the type, location and flow rate of infiltration and influent, and is not a system for predicting the quality and flow rate of sewage flowing into the sewage treatment plant. In addition, flow meter and chlorine ion concentration meter should be installed at each measuring point of sewage pipe in order to accurately and quickly measure the information about the quality and flow of sewage from the whole sewage pipe installation area. In particular, it takes considerable time to preempt the sedimentation tank or biological reactor or discharge the sludge in advance in response to fluctuations in water quality or flow rate of the influent sewage, so install a flow meter and a chlorine ion concentration meter upstream of the sewage pipe. There is a need.
그러나, 하수의 유량을 측정하는 유량측정기는 매우 고가이어서 하수관거의 상류에서부터 하류까지 설치하기 위해서는 경제적인 부담이 크다. 따라서 현재는 하수관거의 하류 주요 측정지점에만 유량측정기를 설치하고 상류 지역(X:도2)에는 설치하지 못함으로 전체 하수관거의 설치지역에서 하수처리장치로 유입되는 하수의 수질과 유량을 조기에 예측할 수 있는 시스템을 구축할 수 없었다. However, the flow meter for measuring the flow rate of sewage is very expensive, so the economic burden to install from upstream to downstream of the sewer pipe is great. Therefore, at present, the flow meter is installed only at the main downstream measuring points and not at the upstream area (X: Fig. 2), so it is possible to predict the water quality and flow rate of the sewage flowing into the sewage treatment system in the whole sewage pipe installation area early. Could not build the system.
아울러, 종래에는 하수관에 고정시켜 사용하는 고정식 염소 이온농도측정기에 대한 기술이 개시되지 않았다. 또, 최근에는 하수 중의 BOD나 COD를 측정하여 하수의 수질을 평가하고자 하는 노력이 있었으나 하수 중의 BOD나 COD 유발물질은 시간에 따라 변할 뿐만 아니라 하수관의 구조에 따라서는 부분적으로 침전이나 부상이 발생하여 측정 결과가 일정하지 않다는 단점이 있다. 또한 BOD나 COD를 측정하기 위한 측정장비 매우 고가이어서 하수관거의 상류에까지 필요한 만큼 충분하게 설치하기도 어렵다.In addition, in the related art, a technique for fixing a chlorine ion concentration meter which is fixed to a sewer pipe is not disclosed. In recent years, efforts have been made to evaluate the quality of sewage by measuring BOD or COD in sewage, but BOD or COD-inducing substances in sewage not only change with time, but also sedimentation and injury occur depending on the structure of sewage pipes. The disadvantage is that the measurement results are not constant. In addition, the measuring equipment for measuring the BOD or COD is very expensive, it is difficult to install as much as necessary upstream of the sewer pipe.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 하수 중의 염소 이온농도를 실시간으로 측정하는 다수 개의 염소 이온측정기를 하수관로상에 설치하고, 각 염소 이온측정기에서 측정된 염소 이온농도를 토대로 하수처리장으로 유입되는 하수의 오염도를 미리 예측하여 하수처리장을 제어하는 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, the main object of the present invention is to install a plurality of chlorine ion meter on the sewer pipe in real time to measure the concentration of chlorine ion in the sewage, measured by each chlorine ion meter The present invention provides a method and system for controlling a sewage treatment plant using a chlorine ion concentration in a sewage pipe that controls the sewage treatment plant in advance by predicting the pollution level of sewage flowing into the sewage treatment plant based on the chlorine ion concentration.
본 발명의 다른 목적은, 전체 하수관거의 처리구역을 형태적 특성 및 토지이용 특성을 고려하여 다수 개의 감시지역으로 구획하고, 각 감시지역의 하수관로 상에는 하수 중의 염소 이온농도를 연속적으로 측정할 수 있는 염소 이온측정기를 다수개 설치하되, 각 감시지역의 최하류에는 하수의 유량을 측정하는 유량측정기를 하나씩 설치하여, 각 염소 이온측정기에서 측정된 염소 이온농도와 유량측정기에서 측정된 유량을 토대로 하수처리장으로 유입되는 하수의 오염도와 유량을 미리 예측하여 하수처리장치를 제어할 수 있는 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to divide the treatment area of the entire sewage pipe into a plurality of monitoring areas in consideration of morphological characteristics and land-use characteristics, and chlorine which can continuously measure the concentration of chlorine ions in the sewage on the sewer line of each monitoring area. Install a plurality of ion meters, and install one flow meter at the bottom of each monitoring area to measure the flow of sewage, and go to the sewage treatment plant based on the chlorine ion concentration measured at each chlorine ion meter and the flow rate measured at the flow meter. It is to provide a method and a system for controlling a sewage treatment plant using chlorine ion concentration in a sewage pipe that can control the sewage treatment device by predicting the contamination and flow rate of the sewage introduced in advance.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 하수관거상에 고정되어 하수 중의 염소 이온농도를 선택적으로 측정할 수 있고 측정된 염소 이온농도 데이터를 원격지로 전송할 수 있는 고정식 염소 이온측정기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fixed chlorine ion meter which can be fixed on the sewage pipe to selectively measure the concentration of chlorine ions in the sewage and transmit the measured chlorine ion concentration data to a remote location.
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어시스템은, 하수관거의 형태적 특성과 토지이용 특성을 고려하여 구획된 다수 개의 감시지역 내 하수관거상에 설치되어 하수 중의 염소 이온농도를 측정하고 측정된 염소 이온농도 데이터를 유무선 통신수단을 통해 원격지로 전송하는 다수 개의 염소 이온측정기와; 상기 각 감시지역 내 하수관거의 최하류에 설치되어 하수의 유량을 측정하고 측정된 유량 데이터를 유무선 통신수단을 통해 원격지로 전송하는 유량측정기와; 상기 다수 개의 염소 이온측정기 및 유량측정기와 유무선 통신수단을 통해 연결되고, 상기 염소 이온측정기로부터 수신받은 염소 이온농도 데이터를 저장함과 아울러 데이터베이스에 저장되어 있는 비교 염소 이온농도와 대비하여 수질의 변동을 판단하며, 상기 유량측정기로부터 수신받은 유량 데이터를 저장함과 아울러 데이터베이스에 저장되어 있는 비교 유량과 대비하여 유량의 변동을 판단하고, 각 감시지역으로부터 하수처리장까지의 거리를 고려하여 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질 및 유량을 평가하며, 그 결과를 저장, 출력 및 원격지로 전송하는 메인서버와; 상기 메인서버와 유무선 통신수단을 통해 연결되고, 상기 메인서버에서 전송되는 유입 하수의 수질 및 유량에 따라 상기 하수처리장치의 운전을 제어하는 하수처리장 관리서버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above object, the sewage treatment plant control system using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention, is installed on the sewage pipe in a plurality of monitoring areas partitioned in consideration of the morphological characteristics and land use characteristics of the sewage pipe A plurality of chlorine ion measurement devices for measuring chlorine ion concentration in the sewage and transmitting the measured chlorine ion concentration data to a remote site through wired or wireless communication means; A flow rate measuring device installed at the most downstream of the sewage pipe in each monitoring area to measure the flow rate of the sewage and transmit the measured flow rate data to a remote location through a wired or wireless communication means; The chlorine ion meter and the flow meter are connected to each other through wired and wireless communication means, and store the chlorine ion concentration data received from the chlorine ion meter and determine the change in water quality in comparison with the comparative chlorine ion concentration stored in the database. In addition, the flow rate data received from the flow meter is stored and the flow rate is determined in comparison with the comparative flow rate stored in the database, and the inflow sewage flowing into the sewage treatment plant is considered in consideration of the distance from each monitoring area to the sewage treatment plant. A main server for evaluating the water quality and the flow rate of the water, and storing the result and outputting the result to a remote location; The sewage treatment plant management server is connected to the main server through a wired / wireless communication means and controls the operation of the sewage treatment apparatus according to the water quality and flow rate of the inflow sewage transmitted from the main server.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어방법은, 하수관거의 형태와 주거환경 특성을 고려하여 다수 개의 단위 감시구역으로 구분된 각 감시지역 내의 하수관거상에 다수 개의 염소 이온측정기를 설치하고, 각 감시지역의 최하류에는 유량측정기를 설치하는 단계와; 상기 각 감시지역의 염소 이온측정기와 유량측정기에서 측정된 염소 이온농도 데이터와 유량 데이터를 원격지의 메인서버로 전송하고, 상기 메인서버는 상기 염소 이온측정기로부터 수신받은 염소 이온농도 데이터를 저장함과 아 울러 데이터베이스에 저장되어 있는 비교 염소 이온농도와 대비하여 수질 변동을 판단하고, 상기 유량측정기로부터 수신받은 유량 데이터를 저장함과 아울러 데이터베이스에 저장되어 있는 비교 유량과 대비하여 유량 변동을 판단하고, 각 감시지역으로부터 하수처리장까지의 거리를 고려하여 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질 및 유량을 평가하며, 그 결과를 저장, 출력 및 원격지로 전송하는 단계와; 상기 메인서버에서 전송되는 유입 하수의 수질 및 유량에 따라 하수처리장 관리서버에서 하수처리장치를 구성하는 각종 밸브와 펌프의 작동을 제어하여 유입 원수의 수질 및 유량에 적합한 하수처리장치 운전 방식으로 전환하는 단계로 이루어진다.In addition, as a means for achieving the above object, the sewage treatment plant control method using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention, each monitoring area divided into a plurality of unit monitoring zones in consideration of the shape of the sewage pipe and the characteristics of the residential environment Installing a plurality of chlorine ion meters on the sewage pipes in the lower part of the pipes, and installing flowmeters at the most downstream of each monitoring area; The chlorine ion concentration data and the flow rate data measured by the chlorine ion meter and the flow meter of each monitoring area are transmitted to a remote main server, and the main server stores the chlorine ion concentration data received from the chlorine ion meter. The water quality change is judged in comparison with the comparative chlorine ion concentration stored in the database, the flow rate data received from the flow meter is stored, and the flow rate is determined in comparison with the comparative flow rate stored in the database. Evaluating the water quality and flow rate of the influent sewage flowing into the sewage treatment plant in consideration of the distance to the sewage treatment plant, and storing, outputting and transmitting the result to a remote site; According to the water quality and flow rate of the inflow sewage transmitted from the main server to control the operation of various valves and pumps constituting the sewage treatment device in the sewage treatment plant management server to switch to the sewage treatment device operation method suitable for the water quality and flow rate of the incoming raw water Consists of steps.
이어서, 본 발명에 따른 고정식 염소 이온측정기는, 내부에 통신부와 전위차계를 포함하는 케이스로 이루어진 본체와; 상기 본체의 하면에서 수직으로 연장되어 설치되고 그 외주 면에는 하수관이나 맨홀에 고정하기 위한 결합수단이 구비되며 상하 수직으로 가이드 홈이 형성된 원통형의 가이드 관과; 상기 가이드 관의 내부에 설치되어 상기 가이드 홈을 따라 상하로 이동가능하도록 상기 가이드 홈을 관통하여 설치된 레버의 일단이 고정되며, 그 내부에는 상기 본체 내부의 전위차계와 전기적으로 연결된 이온전극, 비교전극 및 온도센서가 각각 구비된 감지 봉과; 상기 가이드 관의 가이드 홈을 관통한 레버의 타 측 하단에 설치되어 하수관 내부의 수면에 따라 상기 감지 봉이 상하로 승·하강하도록 부력을 생성하는 부유체와; 상기 감지 봉의 하단에 돌출되게 설치되어 외부로 노출된 이온전극, 비교전극 및 온도센서를 세척할 수 있도록 공기방울이나 세척액을 분사하는 분사노즐과; 상기 감지 봉의 하단을 감싸도록 설치되어 하수와 함께 떠내려오는 이물질에 의해서 상기 감지 봉의 하단부가 손상되는 것을 방지하는 보호망을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Subsequently, the fixed chlorine ion meter according to the present invention includes a main body made of a case including a communication unit and a potentiometer therein; A cylindrical guide tube extending vertically from the lower surface of the main body and having a coupling means for fixing to a sewer pipe or a manhole on an outer circumferential surface thereof and having guide grooves formed vertically vertically; One end of the lever installed in the guide tube and installed through the guide groove to be movable up and down along the guide groove is fixed therein, and an ion electrode, a comparison electrode, and an electrical electrode electrically connected to a potentiometer inside the body. Sensing rods each having a temperature sensor; A floating body installed at the lower side of the other side of the lever penetrating the guide groove of the guide tube to generate buoyancy so that the sensing rod moves up and down according to the surface of the sewer pipe; A spray nozzle which is installed to protrude at the bottom of the sensing rod and sprays air bubbles or cleaning liquid to clean the ion electrode, the comparative electrode and the temperature sensor exposed to the outside; It is installed to surround the bottom of the sensing rod is characterized in that it comprises a protective net to prevent the lower end of the sensing rod is damaged by foreign matter floating with the sewage.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어방법 및 그 시스템과, 이를 위한 염소 이온측정기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a method and system for controlling the sewage treatment plant using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention, and a preferred embodiment of the chlorine ion meter for this.
먼저, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온 농도를 이용한 하수처리장 제어시스템을 보여주는 개략적인 구성도이다. First, Figures 3 and 4 is a schematic configuration showing a sewage treatment plant control system using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention.
도 3에서 보는 바와 같이, 일반적으로 하수관거는 처리구역(100)의 지형적 특성에 따라 나뭇가지(수형) 형태로 이루어지며, 하나의 처리구역(100)은 상업지구, 주거지역, 공업지역 등 서로 다른 토지이용 특성을 갖는 지역으로 구분될 수 있다. As shown in Figure 3, the sewage pipe is generally made in the form of branches (trees) according to the topographical characteristics of the
본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온 농도를 이용한 하수처리장 자동 제어시스템은, 전체 처리구역(100)으로부터 하수처리장(110)으로 유입되는 유입 하수의 염소 이온농도와 유량을 효율적으로 측정하기 위한 것이다. 따라서 본 발명은 적어도 하나의 하수처리장(110)을 갖는 소정 면적의 하수관거의 처리구역(100)을 그 형태적 특성과 토지이용 특성을 고려하여 다수 개의 감시지역(M)으로 구획하는 것이 바람직하다.The sewage treatment plant automatic control system using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention is to efficiently measure the chlorine ion concentration and the flow rate of the influent sewage flowing into the
상기 감시지역(M)은 전체 하수관거의 처리구역(100)을 형태적 특성과 토지이용 특성을 고려하여 구획할 수 있는 최소 단위로서, 일반적으로 하나의 단위 감시 지역(M)에서 배출하는 하수의 유량은 시계열로 배열할 때 일정한 패턴의 그래프로 표현될 수 있다. 또한, 단위 감시지역(M)에서 배출하는 하수의 염소 이온농도는 일정 범위 내에서 균일하게 유지된다. 그리고 상기 단위 감시지역(M)에서는 배출되는 하수의 염소 이온농도와 그 하수의 수질을 밀접한 상관 관계를 갖는다. 한편, 다수 개의 감시지역(M)은 그 지형적 특성에 따라 보다 큰 면적의 감시구역(G)으로 구획할 수 있고, 이때 각 감시구역(G)의 최하류에도 유량측정기(160)가 설치된다. The monitoring area (M) is the minimum unit that can divide the
본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온 농도를 이용한 하수처리장 제어시스템은, 하수관거의 형태적 특성과 토지이용 특성을 고려하여 구획된 각 감시지역(M)의 하수관거상에 다수 개의 염소 이온측정기(150)를 소정 간격으로 설치하고, 각 감시지역(M)의 최하류에는 하나의 유량측정기(160)를 설치한다. 이때, 상기 유량측정기(160)가 설치되는 측정 지점에는 하수 중의 염소 이온농도를 측정하는 염소 이온측정기(150)를 설치하거나, 하수의 유속을 측정할 수 있는 유속 측정기(도시되지 않음)를 더 설치하는 것이 바람직하다.The sewage treatment plant control system using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention, considering the morphological characteristics and land-use characteristics of the sewage pipe, a plurality of
이와 같이 본 발명은, 비교적 고가인 유량측정기(160)의 설치를 최소화하면서 저가이면서 하수 중의 염소 이온을 선택적으로 측정할 수 있는 염소 이온측정기(150)를 각 감시지역(M)의 지선 상류에까지 골고루 설치함으로써 전체 하수관거 처리구역(100) 내의 하수의 오염도를 실시간으로 측정할 수 있게 된다. As described above, the present invention provides a
즉, 종래에는 하수의 유량 변화를 관측하여 유입수와 침입수의 위치와 그 유량을 분석하는 수준이었으나 본 발명은 하수의 수질 변화를 실시간으로 관측하여 유입수와 침입수의 유무를 판단할 뿐만 아니라 그 변동에 대응하여 하수처리 장(110)으로 유입되는 하수의 수질을 예측하여 하수처리장치(120)를 제어할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명은 각 감시지역(M)과 하수처리장(110)까지의 거리에 대한 데이터 및 유속에 대한 데이터가 구축되면, 각 감시지역(M)에서 배출된 하수가 하수처리장(110)까지 도달하는 시간을 계산할 수 있다. 그리고 각 감시지역(M)에서 방류되는 하수의 염소 이온 농도를 측정하면 일정 시간 후에 하수처리장(110)으로 유입되는 유입 하수의 수질과 유량을 예측할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 하수처리장(110)으로 유입되는 유입 하수의 오염도와 유량을 예측함으로써 유입 하수의 수질과 유량에 대응하여 하수처리장치(120)의 운전을 제어할 수 있다.That is, in the past, the flow rate of the sewage was observed to analyze the location of the influent and the inflow water and the flow rate thereof. However, the present invention not only determines the presence of the influent and the intrusion water by observing changes in the quality of the sewage in real time, but also the variation thereof. In response to the water quality of the sewage flowing into the
이어, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온 농도를 이용한 하수처리장 자동 제어시스템을 보다 구체적으로 살펴본다.3 and 4, the sewage treatment plant automatic control system using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention will be described in more detail.
전체 하수관거의 설치구역(100)은 형태적 특성과 토지이용 특성을 고려하여 다수 개의 감시지역(M)으로 구획되고 각 감시지역(M)내 하수관거에는 하수 중의 염소 이온농도를 측정함과 아울러 측정된 염소 이온농도 데이터를 유무선 통신수단을 통해서 원격지로 전송할 수 있는 다수 개의 염소 이온측정기(150)가 설치된다.The
그리고, 상기 각 감시지역(M)내 하수관거의 최하류에는 해당 감시지역(M)에서 배출되는 하수의 유량을 측정하고 측정된 유량 데이터를 유무선 통신수단을 통해 원격지로 전송하는 하나의 유량 측정기(160)가 각각 설치된다. 더욱 바람직하게, 상기 각 감시지역(M)내 하수관거의 최하류에는 해당 감시지역(M)에서 배출되는 하수의 유속을 측정하기 위한 유속측정기나 염소 이온농도를 측정하기 위한 염소 이온측정기가 더 설치될 수 있다.In addition, one
그리고, 각 감시지역(M)에 설치된 상기 다수 개의 염소 이온측정기(150)와 유량측정기(160)는 유무선 통신수단을 통해서 메인서버(140)와 연결된다. 상기 메인서버(140)는 상기 염소 이온측정기(150)로부터 수신받은 염소 이온농도 데이터를 저장함과 아울러 데이터베이스(190)에 저장되어 있는 비교 염소 이온농도와 대비하여 수질의 변동을 판단하고, 상기 유량측정기(160)로부터 수신받은 유량 데이터를 저장함과 아울러 데이터베이스(190)에 저장되어 있는 비교 유량과 대비하여 유량의 변동을 판단하고, 각 감시지역(M)으로부터 하수처리장(100)까지의 거리를 고려하여 하수처리장(100)으로 유입되는 유입 하수의 수질 및 유량을 평가하고, 그 결과를 저장, 출력 및 원격지로 전송한다.In addition, the plurality of
이를 위해서, 상기 메인서버(140)는 유무선 통신접속을 위한 통신모듈과, 염소 이온농도 데이터와 유량 데이터를 처리하기 위한 데이터 처리부와, 염소 이온농도 데이터(192), 유량 데이터(193) 및 각 감시지역에서부터 하수처리장까지의 거리 데이터(194) 등을 저장하는 데이터베이스(190)와, 상기 데이터 처리부와 데이터베이스를 연동하여 하수의 수질 변동과 유량 변동을 판단함과 아울러 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질과 유량을 연산하는 메인프로세서를 포함한다. 상기 통신모듈, 데이터 처리부에 대한 상세한 설명을 생략한다.To this end, the
즉, 상기 메인서버(140)는 염소 이온측정기(150)와 유량측정기(160)로부터 수신받은 염소 이온농도 데이터와 유량 데이터를 실시간으로 표시함과 아울러, 측정된 시각에 따라 상기 데이터베이스에 저장할 뿐만 아니라 데이터베이스에 이미 저장되어 있는 비교 염소 이온농도 데이터 또는 비교 유량 데이터, 예를 들어 다른 날 동일 시각에 측정된 염소 이온농도 데이터와 유량 데이터, 또는 동일 시각에 측정된 평균 염소 이온농도 데이터 및 평균 유량 데이터를 불러와 비교하여 현재 하수의 수질 변동과 유량 변동을 판단하고, 그 결과를 표시, 저장, 출력 및 전송할 뿐만 아니라, 각 감시지역(M)에서 측정된 염소 이온농도 및 유량과 각 감시지역(M)과 하수처리장 사이의 거리를 토대로 일정 시간 후에 하수처리장(100)으로 유입되는 유입 하수의 오염도와 유량을 예측하고, 그 예측 값을 표시, 저장, 출력 및 전송할 뿐만 아니라, 하수의 수질 및 유량이 급격히 변동하여 한계치를 넘을 경우 상기 하수처리장 관리서버(130)로 경보 신호를 송신한다.That is, the
그리고, 상기 하수처리장(110)에는 상기 메인서버(140)와 정보 교환이 가능하도록 연결된 하수처리장 관리서버(130)가 설치된다. 상기 하수처리장 관리서버(130)는 상기 메인서버(140)에서 송신되는 유입 하수의 오염도와 유량에 따라 하수처리장치(120)를 구성하는 각종 밸브와 펌프의 작동을 제어한다. 예를 들어, 상기 하수처리장 관리서버(130)는 각종 밸브와 펌프의 작동을 개폐하여 하수처리장치(120)의 침전조나 생물 반응조의 체류시간을 조절하거나, 또는 침전조를 생물 반응조로, 생물 반응조를 침전조로 전환하도록 슬러지를 배출하거나 처리수 또는 유입수의 유출입 경로를 차단 또는 변경할 수 있다. 또한, 상기 하수처리장 관리서버(130)는 하수처리장에서 방류되는 방류수의 수질에 따라 각종 밸브와 펌프의 작동을 개폐한다. 즉, 상기 하수처리장 관리서버(130)는 유입 하수와 방류수의 수질 및 유량에 따라서 장치 전반을 제어하여 최적의 운전상태를 유지할 수 있도록 한다. The
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어방법은 아래 공정에 따라 달성된다.As described above, the sewage treatment plant control method using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention is achieved according to the following process.
먼저, 전체 하수관거 설치지역의 형태와 주거환경 특성을 고려하여 다수 개의 감시지역(M)으로 구분하고, 각 감시지역(M) 내의 하수관거상에는 다수 개의 염소 이온측정기(150)를 소정 거리 이격되게 설치하고, 각 감시지역의 하류에는 하나의 유량측정기(160)를 설치하는 단계와;First, in consideration of the shape of the entire sewage pipe installation area and the characteristics of the residential environment, it is divided into a plurality of monitoring areas (M), and a plurality of
상기 각 감시지역의 염소 이온측정기와 유량측정기에서 측정된 염소 이온농도 데이터와 유량 데이터를 원격지의 메인서버(140)로 전송하고, 상기 메인서버는 상기 염소 이온측정기(150)로부터 수신받은 염소 이온농도 데이터를 저장함과 아울러 데이터베이스(190)에 저장되어 있는 비교 염소 이온농도와 대비하여 수질의 변동을 판단하고, 상기 유량측정기(150)로부터 수신받은 유량 데이터를 저장함과 아울러 데이터베이스(190)에 저장되어 있는 비교 유량과 대비하여 유량의 변동을 판단하고, 각 감시지역(M)으로부터 하수처리장(100)까지의 거리를 고려하여 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질 및 유량을 평가하고, 그 결과를 저장, 출력 및 원격지로 전송하는 단계와;The chlorine ion concentration data and the flow rate data measured by the chlorine ion meter and the flow meter of each monitoring area are transmitted to the remote
상기 메인서버(140)에서 전송되는 유입 하수의 수질 및 유량에 따라 하수처리장 관리서버(130)에서 하수처리장치를 구성하는 각종 밸브와 펌프의 작동을 자동으로 제어하여 유입 원수의 수질 및 유량에 대응하도록 하수처리장치를 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.The sewage treatment
이어서, 하수관거상에 고정되어 하수 중의 염소 이온농도를 선택적으로 측정 하는 염소 이온측정기(150)의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Next, a preferred embodiment of the
도 5는 본 발명에 따른 염소 이온측정기를 보여주는 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 염소 이온측정기의 감지 봉을 보여주는 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 전위차계의 내부 구성을 보여주는 블록도이다. 5 is a perspective view showing a chlorine ion meter according to the present invention, Figure 6 is a cross-sectional view showing a sensing rod of the chlorine ion meter according to the present invention, Figure 7 is a block diagram showing the internal configuration of the potentiometer according to the present invention.
먼저, 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 염소 이온측정기(150)는 크게 전위차계, 이온전극, 비교전극 및 온도센서로 이루어지고, 시료 중의 분석대상 이온(염소이온)의 농도(이온활성도)에 감응하여 비교전극과 이온전극 간에 나타나는 전위차를 이용하여 분석대상 이온의 농도를 정량하는 측정 기기이다. First, as shown in FIGS. 5 and 6, the
상기 전위차계(230)는 이온전극(252)과 비교전극(254) 간에 발생하는 전위차를 연속하여 측정하기 위한 것으로 이온전극(252)과 비교전극(254) 간에 발생하는 전위차를 ㎷단위까지 읽을 수 있다. 상기 이온전극(252)은 이온 선택성이 있고, 이온 농도에 비례하여 전위를 발생하는 전극으로, 그 감응막의 구성에 따라 분석대상 이온이 달라진다. 예를 들어, 염소 이온을 측정하기 위해서 고체막전극과 액체막전극이 사용된다. 고체막전극은 난용성 금속염의 단결정 또는 난용성 금속염을 주성분으로 하는 분말을 가압 성형한 막을 감응막으로 한 것이고, 액체막전극은 액상 이온 교환체 등을 극성 유기 용매에 용해시켜 그것을 다공성 융막으로 보존 유지한 것과 고분자 물질에 스며들게 해서 고정시킨 것을 감응막으로 한다.The
상기 비교전극(254)은 이온전극(252)과 조합하여 이온 농도에 대한 전위차를 나타낼 수 있는 것으로 표준 전위가 안정된 전극을 필요로 한다. 일반적으로 내부 전극으로서 염화제일수은전극(칼로멜전극) 또는 은-염화은전극이 많이 사용된다. The
일반적으로 이온전극은 측정대상 이온에 감응하여 Nernst식에 따라 이온 활동도에 비례하는 전위차를 나타낸다.In general, the ion electrode exhibits a potential difference proportional to the ion activity according to the Nernst equation in response to the ion to be measured.
E = E0 + 〔2.303RT/ZF 〕log a ···············⑴E = E 0 + [2.303RT / Z F] log a ·············
여기서, here,
E : 측정용액에서 이온전극과 비교전극 간에 발생하는 전위차(㎷)E: Potential difference generated between the ion electrode and the comparison electrode in the measurement solution
E0 : 표준전위(㎷)(이온전극과 감응막의 조성, 구조 및 비교전극의 종류 구조에 의해 정해지는 고유값)E 0 : Standard potential (intrinsic value determined by the composition, structure, and structure of the comparison electrode and ion electrode and sensitized film)
R : 기체상수(8.314 J/K, mol) R : Gas constant (8.314 J / K, mol)
T : 절대온도(K) 측정용액의 온도가 10℃상승하면 전위구배는 1가이온이 약 2㎷, 2가이온이 약 1㎷변화한다.T: Absolute temperature (K) When the temperature of the measurement solution rises by 10 ℃, the potential gradient changes by about 2㎷ for monovalent ion and about 1㎷ for divalent ion.
zF : 이온전극에 대하여 전위 발생에 관여하는 전자수(이온기)zF: Number of electrons involved in generating potential with respect to the ion electrode (ion group)
F : 페러데이(Faraday) 상수(96480 C(쿨롱))F : Faraday constant (96480 C (Coulomb))
a : 이온 활동도 (mol/1)a: Ion activity (mol / 1)
2.303RT/ZF : 이온 전위 기울기라 하며, 이온 활동도 역수의 상용 대수를 pX로 할 때는 1pX당 전위차를 나타내는 값으로 25℃에서는 1가 이온이 59.16㎷, 2가 이온이 29.58㎷의 값을 가진다.2.303RT / Z F: This is called the ion potential slope, and when the common logarithm of the ionic activity reciprocal is pX, it represents the potential difference per 1 pX. Have
또한 이온 활동도는 활동도 계수(γ)와 이온 농도(C)간에 다음과 같은 관계 가 있다In addition, ion activity has the following relationship between activity coefficient (γ) and ion concentration (C).
a=γ·C a = γC
여기서, a : 이온 활동도 (mol/1)Where a: ionic activity (mol / 1)
γ : 활동도 계수 γ: activity coefficient
C : 이온 농도 (mol/1) C: ion concentration (mol / 1)
따라서 Nernst식은 다음과 같이 이온 농도(C)의 함수가 된다.Therefore, the Nernst equation is a function of ion concentration (C) as follows.
E = E0 + 〔2.303RT/ZF 〕log γ ·C E = E 0 + (2.303RT / Z F) log γC
= γ +〔2.303RT/ZF 〕log ·C = γ + [2.303RT / Z F] logC
따라서 활동도 계수(γ)를 알고 있으면 전위 측정에 의하여 직접 이온농도의 산출이 가능하다.Therefore, if the activity coefficient γ is known, the ion concentration can be calculated directly by the potential measurement.
여기에서, 일정한 값 E0 + 〔2.303RT/ZF 〕log γ를 E0 '로 놓으면, Here, if the constant value E 0 + [2.303RT / Z F] log γ is set to E 0 ' ,
E = E0 '+ 〔2.303RT/ZF 〕log C 가 된다. E = E 0 ' + [2.303RT / Z F] log C
따라서 측정용액 중의 총 이온 강도가 일정할 때 활동도 계수도 일정하게 되며, 미리 표준액을 사용하여 이온 농도와 전위차와의 관계를 구하여 알고 있다면, 미지의 시료용액의 전위차를 측정하여 대상이온의 농도를 구할 수 있게 된다.Therefore, when the total ionic strength in the measurement solution is constant, the activity coefficient is also constant. If the relationship between the ion concentration and the potential difference is known in advance using a standard solution, the concentration of the target ion can be determined by measuring the potential difference of the unknown sample solution. Will be available.
이어서, 도 5 및 도 6을 참조하여 보면, 본 발명에 따른 염소 이온측정기(150)는, 크게 내부에 통신부(238)와 전위차계(230)를 포함하는 케이스(152)로 이루어진 본체(151)와, 상기 본체(151)의 하면에서 수직으로 연장된 가이드 관(153)과, 상기 가이드 관(153)의 내부에 상하로 이동가능하게 설치된 감지 봉(155)과, 하수관 내부의 수면에 따라 상기 감지 봉(155)이 상하로 이동하도록 부력을 제공하는 부유체(158)와, 상기 부유체(158)의 부력을 상기 감지 봉(155)으로 전달함과 아울러 상기 감지 봉(155)이 회동가능하도록 하는 레버(157)로 구성된다. Subsequently, referring to FIGS. 5 and 6, the
본 발명의 염소 이온측정기(150)에 있어서, 상기 가이드 관(153)은 상기 본체(151)의 하면에서 수직으로 연장되어 설치되고 그 외주 면에는 하수관이나 맨홀에 고정하기 위한 결합수단(430)이 구비되며 상하 수직으로 하나 이상의 가이드 홈(321)이 형성된다.In the
상기 가이드 관(153)의 가이드 홈(321)에는 레버(157)가 관통되는데, 상기 가이드 홈(321)을 관통한 레버(157)의 안쪽 단은 상기 감지 봉(155)의 측면에 고정되고 외측 단에는 부유체(158)의 상면에 고정된다. 이때 상기 레버(157)는 하수관의 수면에 부유체(158)가 접촉할 수 있도록 하부로 절곡되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 레버(157)는 전체적으로 "ㄷ" 자 형태를 이룬다. A
그리고 상기 감지 봉(155)은 도 6에서 보는 바와 같이, 원형 금속관 내부(551)에 이온전극(252)과 비교전극(254) 및 온도센서(256)가 설치되고, 그 하단이 외부로 노출되도록 위치한 상태에서 내부에 에폭시(552) 등을 충전하여 밀봉한 것이다. 그리고 상기 감지 봉(155)의 상단에는 상기 이온전극(252), 비교전극(254) 및 온도센서(256)와 전위차계(230)를 연결하는 전선(251)이 구비되는데, 상기 전선(251)은 코일 형태의 코드(253)로 연결되어 상기 감지 봉(155)의 상하이동이 자유롭게 한다.6, the
그리고, 상기 감지 봉(155)의 하단에는 외부로 노출되어 하수 중의 이물질에 의해서 쉽게 오염되는 이온전극(252), 비교전극(254) 및 온도센서(256)의 하단부를 세척할 수 있도록 공기방울이나 세척액을 분사하는 분사노즐(259)이 설치된다. 또한, 상기 감지 봉(155) 내부에는 본체(151)에 설치된 에어 펌프(240)에서 공급하는 고압의 공기나 외부 주입관(241)을 통해서 공급되는 세척액이 흐르는 튜브(258)가 설치된다. 그리고 상기 튜브(258)의 하단에는 상기 분사노즐(259)이 연결되고, 상기 튜브(258)의 상단에는 코일 형태의 튜브(257)가 연결되어 상기 감지 봉(155)의 상하이동이 자유롭게 한다.And, the lower end of the
한편, 상기 감지 봉(155)의 하단부에는 하수와 함께 내려오는 이물질이 상기 감지 봉(155)의 하단부와 충돌하여 이온전극(252), 비교전극(254) 및 온도센서(256)가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호망(159)이 설치된다. 상기 보호망(159)은 하수의 흐름을 방해하지 않도록 다수의 슬릿(592)이 형성되어 있고 그 상단은 감지 봉(155)의 외주면에 단단히 고정된다. On the other hand, at the lower end of the
이어서, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 전위차계(230)는 이온전극(252)과 비교전극(254)에 의해서 감지된 전위차를 증폭하는 증폭기(233), 증폭된 전위차 값을 디지털 값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(234), 상기 전위차 값을 근거로 염소 이온 농도를 연산하고 전위차계 전반을 제어하는 제어부(231)와, 상기 제어부(231)와 연결되어 염소 이온 농도를 외부로 표시하는 디스플레이부(232:도6), 상기 제어부(231)와 연결되어 염소 이온 농도를 그 측정 시각과 함께 저장하는 메모리(235), 이온 농도 측정 시각에 대한 정보를 제공하거나 상술한 에어 펌프(240) 의 구동 시간을 제어하는 타이머(236), 상기 제어부(231)에 외부 신호를 입력하거나 상기 메모리에 기록되어 있는 데이터를 외부로 출력하기 위한 입출력포트(237)와, 상기 측정된 염소 이온 농도 데이터를 메인서버로 송신하거나 메인서버에서 보내는 신호를 수신하는 통신부(238)와, 상기 제어부(231)와 연결되어 하수의 수온을 측정하는 온도센서(256)와, 상기 에어 펌프(240)를 구동하기 위한 에어 펌프 구동부(242), 상기 제어부(231)와 에어 펌프 구동부(242)에 전원을 공급하는 전원부(239)를 포함하여 구성된다. 그리고 미설명부호 261과 262는 통신선 및 전원 선이다.6 and 7, the
이어, 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 고정식 염소 이온측정기를 하수관거에 설치하기 위한 두 가지 방법의 예를 보여주는 개략도이다. 8A and 8B are schematic views showing examples of two methods for installing a fixed chlorine ion meter according to the present invention in a sewer pipe.
먼저, 도 8a는 하수관(400)에 플랜지(410)가 달리 T형 관(420)을 설치하거나, 또는 하수관(400)의 상부에 구멍을 뚫고 그 주위에 플랜지(410)를 설치한 후, 상기 플랜지(410)에 대응하는 결합 플랜지(430)가 설치되어 있는 상기 염소 이온측정기(150)를 나사 체결하여 결합하는 것이다. 그리고 상기 염소 이온측정기(150)의 감지 봉(155)은 T형 관(420)이나 하수관에 형성된 구멍을 통해서 하수관의 내부에 위치하도록 설치된다. 이때 상기 전위차계(230)를 포함하는 본체(151)는 하수관(400)의 외부에 위치하고, 상기 본체(151)의 전위차계(230)는 신호선(261)과 전원선(262)을 통해서 메인서버(140)와 연결된다.First, FIG. 8A shows that the
그리고, 도 8b는 맨홀(450)의 측벽에 상기 염소 이온측정기(150)의 가이드 관(153)을 고정하기 위한 원통형 고정부(460)를 구비한 브래킷(470)을 설치하고, 상기 고정부(460)에 염소 이온측정기(150)의 가이드 관(153)을 고정시켜 상기 가이드 관(153)의 내부에 설치된 감지 봉(155)의 하단부가 맨홀을 흐르는 하수에 잠기도록 한다. 이때 상기 전위차계(230)를 포함하는 본체(151)는 맨홀(450)의 내부에 위치하고, 상기 본체(151)의 일측에는 디스플레이부(232)가 설치된다. 또한, 상기 본체(151)의 타측에는 신호선(261) 및 전원선(262), 그리고 노트북이나 PDA 또는 휴대용 USB 드라이브 등과 같은 휴대용 통신장비가 접속되는 입출력포트(237)와, 세척액이나 고압의 공기를 주입하기 위한 주입관(241)이 설치된다. 8B illustrates a
따라서 본 발명에 따른 염소 이온측정기(150)는 메인서버(140)와의 통신이 두절된 경우에도 휴대용 통신장비를 통해서 데이터를 입출력할 수 있고, 이온전극이나 온도센서에 이물질이 낀 경우에는 휴대용 세척기(도시되지 않음)를 상기 외부 주입관(241)에 연결하여 외부에서 세척액이나 공기를 고압으로 주입하여 세척할 수 있다. Therefore, the chlorine
한편, 도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 염소 이온측정기(150)의 특징을 보여주기 위한 설명도이다. 먼저, 도 9a를 참조하면, 본 발명에 따른 염소 이온측정기(150)에 있어서, 상기 감지 봉(155)은 하수관 수위의 변동에 따라 상기 부유체(158)와 함께 상하로 이동함으로써 상기 감지 봉(155)의 하단이 항상 수면 아래에 잠긴 상태를 유지할 수 있게 한다. 이를 위해서, 상기 감지 봉(155)은 가이드 관(153)의 가이드 홈(321)을 따라 이동하는 레버(157)의 내측단에 고정되어 있고, 상기 레버(157)의 외측 하단에는 소정의 부력을 갖는 부유체(158)가 설치되어 있다. 이때 상기 부유체(158)는 하수의 흐름을 방해하지 않는 형태와 크기로 이루어 진다.9A and 9B are explanatory diagrams for showing the features of the
또한, 도 9b를 참조하면, 본 발명에 따른 염소 이온측정기(150)의 감지 봉(155)은, 하수와 함께 흘러 내려오는 나뭇가지 등과 같은 이물질이 감지 봉(155)의 하단에 부딪힐 때, 감지 봉(155)이 후방으로 회동하여 그 충격력을 흡수할 수 있도록 구성된다. 이를 위해서, 상기 가이드 관(153)에는 두 개의 가이드 홈(321)이 대응하게 설치되고, 상기 가이드 홈(321)을 관통하는 레버(157)의 내측 단은 감지 봉(155)의 양 측면에 고정되고, 상기 레버(157)의 외측 양쪽에는 두 개의 부력체(158)가 대응하게 설치되어 상기 레버(157)의 수평부를 중심으로 회동하도록 한다. 이때, 상기 가이드 관(143)의 직경은 감지 봉(155)에 비해서 충분히 큰 것이 바람직하다.In addition, referring to Figure 9b, the
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 메인서버는 각 감지지역(M)에 설치된 다수 개의 염소 이온측정기(150)와 유량측정기(160)를 통해서 실시간으로 측정된 염소 이온농도와 유량 데이터를 마이크로프로세서에 입력하고, 상기 마이크로프로세서는 프로그램을 구동하여 데이터베이스에 저장되어 있는 기존 염소 이온농도와 유량 데이터, 예를 들어, 다른 날 동일 시각에 측정한 데이터 또는 일정 기간을 누적하여 평균한 평균 데이터를 비교하여, 염소 이온농도나 하수의 유량이 급격히 변동하는지를 판단함과 아울러, 하수 수질과 유량이 급격히 변동한 지점을 추적한다. 이때 유입수 및 침입수의 위치를 정확하게 확인하기 위해서 이동형 염소 이온측정기를 사용할 수 있다. 이어, 상기 마이크로프로세서는 데이터베이스(190)로부터 각 감시지역(M)에서 하수처리장(110)까지의 거리 데이터를 불러와 각 감시 지역(M)에서 배출되는 하수가 어느 시각에 상기 하수처리장(110)에 도달할 것인지를 예측하는 동시에 상기 하수처리장(110)으로 유입되는 유입 하수의 오염도를 예측한다. As described above, the main server according to the present invention is a microcomputer to measure the chlorine ion concentration and flow rate data measured in real time through a plurality of
한편, 상기 메인서버(140)와 통신수단을 통해 연결된 하수처리장 관리서버(13)는, 메인서버(140)에서 예측하여 통보한 유입 하수의 오염도와 유량을 근거로 하수처리장치(120)를 구성하는 각종 밸브와 모터를 작동시켜, 적절한 운전방법을 선택한다. 이와 같이, 본 발명은 하수처리장으로 유입되는 하수의 수질을 다수 개의 염소 이온측정기(150)를 이용하여 측정함으로써 더욱 정밀하게 하수의 오염도를 판단할 수 있고, 급격한 하수의 수질 변동을 통해서 유입수와 침입수의 존부 및 그 위치를 용이하게 파악할 수 있으며, 비교적 고가인 유량측정기(160)의 사용을 최소화하여 수질 모니터 시스템의 구축비용을 절감할 뿐만 아니라 각 감시지역(M)의 상류에까지 염소 이온측정기(150)를 설치하여 하수처리장(110)으로 유입되는 유입 하수의 오염도와 유량을 조기에 정확하게 예측할 수 있다.Meanwhile, the sewage treatment plant management server 13 connected to the
본 발명에 따른 하수관거내 염소 이온농도를 이용한 하수처리장 제어방법 및 그 시스템은, 하수 중의 염소 이온농도를 실시간으로 측정하는 다수 개의 염소 이온측정기를 하수관로상에 설치하고, 각 염소 이온측정기에서 측정된 염소 이온농도를 토대로 하수처리장으로 유입되는 하수의 오염도를 미리 예측하여 하수의 수질 및 유량의 변동에 대응하여 하수처리장을 제어함으로써 하수가 처리되지 않고 배출되거나 처리효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.Sewage treatment plant control method and system using the chlorine ion concentration in the sewage pipe according to the present invention, a plurality of chlorine ion measuring device for measuring the chlorine ion concentration in the sewage in real time on the sewer pipe, the chlorine measured by each chlorine ion meter By predicting the pollution level of sewage flowing into the sewage treatment plant in advance based on the ion concentration, the sewage treatment plant is controlled in response to fluctuations in the water quality and flow rate of sewage, thereby preventing the sewage from being discharged or reducing the treatment efficiency. .
본 발명은 또한, 전체 하수관거의 처리구역을 형태적 특성 및 토지이용 특성을 고려하여 다수 개의 감시지역으로 구획하고, 각 감시지역의 하수관로 상에는 하수 중의 염소 이온농도를 연속적으로 측정할 수 있는 염소 이온측정기를 다수개 설치하되, 각 감시지역의 최하류에는 하수의 유량을 측정하는 유량측정기를 하나씩 설치하여, 고가장비인 유량측정기의 사용을 최소화하면서 하수관거내의 수질을 모니터링할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.The present invention also divides the treatment area of the entire sewage pipe into a plurality of monitoring areas in consideration of morphological characteristics and land use characteristics, and a chlorine ion measuring device capable of continuously measuring the concentration of chlorine ions in the sewage on the sewer line of each monitoring area. It is possible to provide a system that can monitor the water quality in sewage pipes while minimizing the use of expensive equipment. .
또한, 본 발명은 하수관거상에 고정되어 하수 중의 염소 이온농도를 선택적으로 측정할 수 있고 측정된 염소 이온농도 데이터를 원격지로 전송할 수 있으며, 하수관의 수면에 따라 상하로 이동이 자유롭거나 하수에 포함된 이물질과 충돌할 때 회동하여 그 충격력을 완충함으로써 이온전극 등의 손상을 방지할 수 있는 염소 이온측정기를 제공할 수 있다. In addition, the present invention is fixed on the sewage pipe can selectively measure the concentration of chlorine ions in the sewage, and can transmit the measured chlorine ion concentration data to a remote location, free to move up and down depending on the surface of the sewage pipe or contained in the sewage A chlorine ion measuring device capable of preventing damage to an ion electrode or the like by rotating when it collides with a foreign material and buffering its impact force can be provided.
그리고 본 발명에 따른 염소 이온측정기는 고압의 공기나 세척액을 이용하여 감지 봉의 선단을 세척함으로써 감지 센서의 수명을 연장하고 보다 정확하게 수질을 측정할 수 있는 염소 이온측정기를 제공한다.In addition, the chlorine ion meter according to the present invention provides a chlorine ion meter capable of measuring the water quality more accurately and extending the life of the sensing sensor by washing the tip of the sensing rod using high pressure air or a washing liquid.
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