KR100747085B1

KR100747085B1 - 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100747085B1
Application number: KR1020070002160A
Authority: KR
Inventors: 곽정필; 현욱; 정경선; 김유종; 오홍수; 나경주
Original assignee: 곽정필; 환경관리공단
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2007-08-07

Abstract

본 발명은 오폐수 처리조 내부의 슬러지의 농도를 측정하는 농도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치는 오폐수 처리조에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 오폐수 처리조 내에서 상하방향으로 승강하면서 슬러지 농도를 수위별로 측정하는 농도센싱유닛과; 상기 농도측정센서를 상하로 승강시키는 승강유닛을 포함하여 구성되며; 상기 농도센싱유닛은, 하부면이 개방된 통형태로 이루어지며, 내부 공간에 가스가 충전된 상태로 오폐수 처리조 내부의 오폐수에 잠겨지는 컨테이너와; 상기 컨테이너의 내부 공간에 설치되어 오폐수 처리조 내의 오폐수와는 비접촉 상태로 슬러지 농도를 측정하는 센서로 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 따르면, 슬러지 농도를 측정하는 농도센싱유닛이 오폐수 처리조의 상하방향으로 단계적으로 이동하면서 각 수위별로 슬러지 농도를 정확하게 측정할 수 있으므로, 오폐수 처리조의 전체 슬러지 농도 상태를 정확하게 파악할 수 있고, 더욱 정확한 슬러지 처리를 수행할 수 있다.

오폐수 처리조, 슬러지, 농도, 농도 측정장치, 농도 측정센서

Description

오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정 장치 및 방법{Apparatus for Sensing Precipitation Density of Sludge in Waste Water Treatment Tank and Method for Sensing Precipitation Density of Sludge}

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 농도 측정장치가 적용되는 오폐수 처리 시스템의 일 실시예를 나타낸 단면도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치를 나타낸 요부 단면도

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치를 나타낸 요부 단면도

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치를 나타낸 요부 단면도

도 5는 본 발명에 따른 슬러지 농도 측정 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도

도 6은 오폐수 처리조에서 슬러지 농도 측정과정에서 수광부로 입사되는 신호 형태를 보여주는 그래프

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 오폐수 처리조 2 : 유입관

3 : 물배출관 4 : 슬러지 배출관

5 : 인발펌프 6 : 밸브

10 : 농도 측정장치 20 : 콘트롤러

30 : 승강유닛 31 : 가이드프레임

32 : 상부풀리 33 : 하부풀리

34 : 벨트 35 : 모터

101 : 컨테이너 102 : 센서

103 : 발광부 104 : 수광부

105 : 가스주입관 106 : 밸브

107 : 광차단막 108 : 진동차단판

본 발명은 오폐수 처리조의 슬러지의 농도를 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오폐수 처리조에 침전되는 슬러지에 의해 오염되지 않고 슬러지의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 각종 생활하수나 산업폐수에 포함된 유기물들은 하천이나 호수 등의 수질을 오염시키는 환경 오염원이다. 따라서, 근래에는 이러한 수질 오염을 줄이기 위하여 각종 오폐수들을 오폐수 처리 시스템에서 적절하게 정수 처리하여 생물학적 산소요구량(BOD)을 최대한 낮춘 후 수질 배출 허용기준 이하로만 방류시키고 있다.

일반적으로, 오폐수 처리 시스템에서 이루어지는 처리 단계는 1차 전처리단계와, 2차 본처리단계, 3차 고도처리단계로 구분할 수 있다. 1차 전처리단계에서는 부유 고형물이나 현탁물을 스크린과 침전부상에 의해 처리한다. 그리고, 2차 본처리단계에서는 불용, 난용 콜로이드 물질 및 유해유기물(BOD, COD)을 응집침강, 전해응집, 중화, 여과, 활성슬러지, 살수여과, 안정지, 산화지에 의해 처리한다. 상기 3차 고도처리단계에서는 질소, 인, 미세고형물, 유기물, 무기염 등을 탈질조와 응집침전, 여과, 규조토, 활성탄, 증발, 등결, 추출, 역삼투, 전기투석, 이온교환 등에 의해 처리한다.

이러한 오폐수 처리 시스템은 1~3차 처리단계 모두 오폐수 처리조 내에서 응집 침전이라는 단위 조작이 필수적이다. 그리고, 대부분의 수질 오염 물질들은 물리 화학적, 생물화학적, 기타 방법 등으로 처리 전환된 후 응집침전 및 농축조를 거치면서 침전되고, 침전된 오염물질은 탈수기로 배출되어 탈수된 후 소각 매립 또는 해양투기하는 방법으로 처리된다.

통상적으로 오폐수 처리 시스템의 오폐수 처리조에는 응집 침전된 슬러지의 농도를 측정하는 복수개의 농도측정센서들이 서로 다른 높이에 설치된다. 또한, 오폐수 처리조의 하단부에는 상기 농도측정센서들에 의해 측정된 슬러지 농도가 소정치 이상되었을 때 침전된 슬러지를 외부로 배출시키기 위한 슬러지 배출장치가 구 성된다.

상기 농도측정센서들은 빛을 방출하는 발광부와, 상기 발광부로부터 방출된 후 슬러지 입자에 의해 반사된 빛이 입사되는 수광부로 이루어져, 상기 수광부에 흡광되는 광량에 의해 농도를 측정하는 광센서가 주로 적용된다.

그러나, 상기와 같은 오폐수 처리 시스템에서 슬러지 농도를 측정하는 종래의 농도측정센서들은 오폐수 처리조의 특정 위치에 고정된 상태로 슬러지 농도를 측정하도록 되어 있다. 따라서, 오폐수 처리조 내의 전체 슬러지 상태를 정확하게 파악하기가 어렵고, 오폐수 처리조 내에서 교반작용 등으로 인하여 상층과 하층의 슬러지 농도의 역전이 발생할 경우 정확한 슬러지 농도에서 슬러지를 인발하지 못하는 현상이 발생하게 된다.

또한, 종래의 농도측정센서는 발광부 및 수광부가 오폐수 처리조 내에서 오폐수에 직접 접촉되도록 설치되므로, 센서의 발광부 및 수광부에 슬러지가 고착하여 성장하게 되고, 이러한 센서 표면에 고착된 슬러지에 의해 흡광이 제대로 이루어지지 않아 농도 측정이 부정확하게 이루어지게 되는 문제가 있다.

따라서, 종래에는 주기적으로 슬러지 농도를 측정하는 센서들을 오폐수 처리조에서 꺼내어 표면에 뭍은 슬러지들을 깨끗이 제거한 다음, 다시 센서들을 오폐수 처리조 내에 재설치하고 있었다.

하지만, 이처럼 오폐수 처리조에서 센서를 분리하고 재설치하는 작업은 매우 어렵고 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 작업자가 더러운 슬러지층을 헤치고 작업을 해야 하므로 작업 기피의 대상이 되었다. 이러한 문제로 침전지 내에서 자동세 척이 되도록 센서부 표면에 회전식 와이퍼를 부착한 센서가 개발되었으나, 이 센서 또한 장기간 가동시 오염의 누적을 피할 수 없다.

또한, 종래의 슬러지 농도를 측정하는 또 다른 방법으로, 오폐수 처리조의 소정 깊이에 침전된 슬러지 샘플을 직접 채취하여 그 농도를 분석하는 방식도 이용되고 있으나, 이러한 샘플 추출 방식은 시간이 많이 걸리고, 추출관과 시료용기의 오염 때문에 실시간의 농도 측정을 정확하게 할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 오폐수 처리조의 상부에서부터 하부까지의 각 수위별로 슬러지 농도를 정확하게 측정하여 실제 오폐수 처리조 전체의 슬러지 상태를 정확하게 감지하고 슬러지를 처리할 수 있도록 하는 슬러지 농도 측정 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 오폐수 처리조 내에서 슬러지 농도를 측정하는 센서의 발광부 및 수광부에 슬러지가 뭍지 않도록 하여 정확한 슬러지 농도 측정이 이루어지고, 센서의 세척이 필요없도록 한 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 관점에 따르면, 오폐수 처리조에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 오폐수 처리조 내에서 상하방향으로 승강하면서 슬러지 농도를 수위별로 측정하는 농도센싱유닛과; 상기 농도측정센서를 상하로 승강시키는 승강유닛을 포함하여 구성된 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장 치가 제공된다.

여기서, 상기 농도센싱유닛은, 하부면이 개방된 통형태로 이루어지며, 내부 공간에 가스가 충전된 상태로 오폐수 처리조 내부의 오폐수에 잠겨지는 컨테이너와; 상기 컨테이너의 내부 공간에 설치되어 오폐수 처리조 내의 오폐수와는 비접촉 상태로 슬러지 농도를 측정하는 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 한 형태에 의하면, 상기 농도센싱유닛은, 하부면이 개방된 통형태로 이루어지며, 내부 공간에 가스가 충전된 상태로 오폐수 처리조 내부의 오폐수에 잠겨지는 상부 컨테이너와; 상기 상부 컨테이너의 하부에 소정 거리 이격되어 결합되며, 전면(全面)이 폐쇄되어 내부 공간이 밀폐되도록 형성된 하부 컨테이너와; 상기 하부 컨테이너의 내부 공간에 설치되어 상측으로 빛을 방출하는 발광부와, 상기 상부 컨테이너의 내부 공간에 설치되어 상기 발광부로부터 방출되는 빛이 입사되는 수광부로 이루어진 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 한 관점에 따르면, 농도센싱유닛을 오폐수 처리조의 상측에서 하측으로 일정 거리만큼 이동시켜 농도센싱유닛을 오폐수 처리조의 소정의 측정수위에 위치시키는 이동단계와; 농도센싱유닛이 측정수위에 도착한 시점으로부터 설정 시간동안 대기하는 안정화단계와; 설정 시간 경과 후 농도센싱유닛이 해당 측정수위에서의 슬러지 농도를 측정하는 측정단계를 포함하며; 상기 농도센싱유닛이 오폐수 처리조의 하측의 최종 측정 위치에 도달할 때까지 상기 이동단계와 안정화단계 및 측정단계를 순차적으로 반복하며 오폐수 처리조의 각 수위별로 슬러지 농도를 측정하도록 된 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정방법이 제공된다.

이러한 본 발명에 의하면, 슬러지 농도를 측정하는 농도센싱유닛이 오폐수 처리조의 상하방향으로 이동하면서 각 수위별로 슬러지 농도를 정확하게 측정할 수 있으므로, 오폐수 처리조의 전체 슬러지 농도 상태를 정확하게 파악할 수 있고, 더욱 정확한 슬러지 처리를 수행할 수 있다.

또한, 슬러지 농도를 측정하는 센서의 발광부 및 수광부가 오폐수와 직접 접촉하지 않은 상태로 슬러지 농도를 측정할 수 있으므로 슬러지가 센서의 발광부 및 수광부에 고착되지 않아 오염이 방지된다. 따라서, 센서에 의한 슬러지 농도 측정이 정확하게 이루어질 수 있으며, 장시간 사용후에도 센서를 세척할 필요가 없는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 농도 측정장치가 적용되는 오폐수 처리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 오폐수 처리조(1)의 일측 상부에는 오폐수가 유입되는 유입관(2)이 형성되고 다른 일측 상부에는 오폐수 처리조(1)에서 정화된 상징수(上澄水)가 배출되는 물배출관(3)이 형성된다. 그리고, 오폐수 처리조(1)의 일측 하단부에 침전된 슬러지를 외부로 배출하기 위한 슬러지 배출관(4)과 인발펌프(5) 및 밸브(6)가 설치된다.

오폐수 처리조(1) 내부는 크게 슬러지가 침전되고 난 상측의 맑은 물이 이루는 상징수층(W1)과, 완전히 침전되지 않은 슬러지들이 부유하고 있는 중간의 부상 층(W2), 침전된 슬러지가 모여진 하측의 침전 슬러지층(W3)으로 이루어진다.

그리고, 상기 오폐수 처리조(1)의 일측에는 슬러지 농도를 측정하기 위한 농도센싱유닛(10)과, 이 농도센싱유닛(10)을 상하로 승강시키는 승강유닛(30)이 설치된다. 상기 농도센싱유닛(10)은 콘트롤러(20)와 전기적으로 연결되어 측정값을 실시간으로 전송한다.

상기 농도센싱유닛(10)은 상기 승강유닛(30)에 의해 오폐수 처리조(1)에서 상하로 이동하면서 각 수위별로 슬러지 농도를 측정한다. 이 때, 상기 농도센싱유닛(10)은 광센서의 수광부로 입사되는 광량에 의해 슬러지 농도를 측정한다.

상기 승강유닛(30)은 농도센싱유닛(10)을 오폐수 처리조(10)의 임의의 수위 레벨로 단계적으로 이동시키도록 구성된다. 이 실시예에서 상기 승강유닛(30)은 오폐수 처리조(1)에 상하방향으로 수직하게 설치되는 가이드프레임(31)과, 상기 가이드프레임(31)의 상부와 하부에 각각 설치되는 상부풀리(32) 및 하부풀리(33)와, 상기 상부풀리(31)와 하부풀리(32)에 소정의 장력이 가해진 채로 걸쳐져 회전하는 벨트(34)와, 상기 벨트(34)와 상기 농도센싱유닛(10)을 연결하는 연결편(36)과, 상기 상부풀리(31)를 원하는 임의의 양만큼 회전시키는 모터(35) 및, 상기 모터(35)의 회전량을 감지하여 농도센싱유닛(10)의 이동 거리를 제어하는 엔코더(미도시)로 구성된다.

물론, 상기 승강유닛(30)은 이와 다른 공지의 선형운동장치를 이용하여 다양하게 구성될 수 있을 것이다.

상기 승강유닛(30)은 물속에 잠겨지게 되므로 내식성이 우수한 스테인레스스 틸, 또는 테프론과 같은 수지물로 제작되는 것이 바람직하다.

도 2는 상기 농도센싱유닛(10)의 구성의 일 실시예를 나타낸 것으로, 농도센싱유닛(10)은 하부면이 개방된 통형태의 컨테이너(101)와, 상기 컨테이너(101)의 내부 공간에 고정되게 설치되는 센서(102)와, 상기 컨테이너(101) 내부에 공기와 같은 가스를 주입하여 내부 압력을 일정하게 유지하는 압력유지수단을 포함하여 구성된다.

상기 컨테이너(101)는 내측 공간에 가스가 채워진 상태로 오폐수 처리조(1) 내의 오폐수에 잠겨진다. 따라서, 컨테이너(101) 내부는 가스 압력에 의해 소정의 공간이 형성되고, 컨테이너(101) 하부에 소정 높이로 수면이 형성된다.

상기 센서(102)는 컨테이너(101) 내부 공간에 고정되어 컨테이너(101)의 하부에 형성된 수면을 향해 빛을 방출하는 발광부(103)와, 상기 발광부(103)로부터 방출된 후 하부의 슬러지에 부딪혀 반사되는 빛이 입사되는 수광부(104)로 이루어진 광센서이다. 상기 센서(102)는 상기 콘트롤러(20)(도 1참조)에 전기적으로 연결되며, 콘트롤러(20)는 상기 수광부(104)로 입사된 광량에 의해 슬러지 농도를 계측한다.

상기 발광부(103)는 수광부(104)에 대해 소정 각도 기울어지게 설치되는 것이 바람직한데, 이는 발광부(103)를 통해 방출된 후 슬러지 입자(S)에 부딪히지 않고 수면에 부딪혀 반사되는 빛이 수광부(104)로 입사되는 현상을 최소화하기 위해서이다.

구체적으로 설명하면, 발광부(103)를 통해 방출된 빛이 수면과 같은 계면에 부딪히게 되면 빛은 입사각과 동일한 각으로 반사된다. 따라서, 발광부(103)와 수광부(104)가 나란하게 설치되면, 발광부(103)를 통해 거의 수직하게 방출되는 빛이 수면에 의해 반사된 후 수광부(104)로 입사될 가능성이 높다. 하지만, 발광부(103)와 수광부(104)가 소정의 각도를 이루게 되면, 발광부(103)를 통해 비스듬하게 방출된 빛이 수면에 의해 반사된 후 수광부(104)로 입사될 가능성이 현저히 줄어들게 된다.

또한, 상기 수광부(104)에는 측방에서부터 반사되어 입사되는 빛을 차단하기 위한 광차단막(107)이 하측으로 연장되게 설치될 수 있다.

이와 같이 상기 센서(102)는 발광부(103)를 통해 방출된 후 반사된 빛 중 수면과 컨테이너(101)의 내벽면에 부딪혀 반사되는 빛이 수광부(104)로 입사되는 현상을 최소화하고, 슬러지에 부딪혀 반사되는 빛이 선별적으로 수광부(104)로 입사될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

상기 센서(102)는 발광다이오드(LED), 포토다이오드(photodiode) 등을 이용하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 센서(102)는 사용된 광원의 파장이 적외선 또는 자외선영역일 경우에는 외부광원의 영향을 배제할 수 있다. 또한 사용 광원의 종류가 일반 LED 또는 할로겐 램프와 같은 확산형 전구를 사용할 경우 슬러지에 의한 광원의 반사면은 증가되나 상대적으로 물 표면에서의 반사면도 커지게 되어 상대적으로 작은 수면의 요동에 의해서도 반사된 빛이 직접 수광부의 센서로 입사될 가능성이 높아지는 단점이 있다. 반면에, 레이져계열의 광원을 사용할 경우, 광원의 높은 투과성과 균일한 방향성으로 인하여 수면반사에 의한 신호의 외란을 억제할 수 있다. 결과적으로 적외선 혹은 자외선계 레이져 광원으로 구성될 경우 외부광원의 영향과 수면반사에 의한 외란을 감소시켜 슬러지의 농도 측정을 더욱 정확하게 수행할 수 있는 이점이 있다. 이 실시예에서는 상기 센서(102)로서 LED 광원이 사용된 것으로 가정한다.

상기 컨테이너(101)는 외부의 빛이 센서(102)에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 검은색과 같은 짙은 색채를 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 컨테이너(101)의 내벽면에 반사율이 낮거나 전혀 반사가 일어나지 않는 물질이 코팅되거나, 컨테이너(101) 자체가 이러한 물질로 만들어질 수도 있을 것이다.

한편, 상기 컨테이너(101) 내부의 가스는 시간이 지남에 따라 물에 녹기 때문에 컨테이너(101) 내부의 압력은 점차로 낮아지게 된다. 따라서, 컨테이너(101) 내부의 수면이 상승하게 되고, 동일한 슬러지 농도라도 그 측정치가 달라질 수 있다.

따라서, 상기 압력유지수단을 통해 컨테이너(101) 내부에 주기적으로 또는 간헐적으로 가스를 공급함으로써 컨테이너(101) 내부 압력을 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 압력유지수단은 상기 컨테이너(101)에 연통되게 연결되는 가스주입관(105)과, 상기 가스주입관(105)을 개폐하는 밸브(106)와, 상기 가스주입관(105)을 통해 강제로 가스를 공급하는 가스공급유닛(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 가스공급유닛은 예컨대 송풍기 또는 에어펌프 등을 이용하여 구성할 수 있을 것이다.

또한, 상기 컨테이너(101)의 내벽면에는 컨테이너(101) 내측의 수위를 감지하여 상기 밸브(106)의 개폐 작동을 제어하기 위한 수위감지센서(109)가 설치될 수 있다. 따라서, 상기 컨테이너(101) 내부의 압력이 저하되어 수위가 높아지게 되면, 상기 수위감지센서(109)가 수위 변화를 감지하게 되고, 이에 따라 상기 밸브(106)가 개방되면서 컨테이너(101) 내부로 가스가 공급되어 컨테이너(101)의 내부 압력을 높이고 수위를 설정 수위까지 낮추게 된다. 상기와 같이 컨테이너(101) 내부에 수위감지센서(109)가 설치되면, 컨테이너(101) 내측의 수위를 적정 수위로 일정하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 컨테이너(101) 내부로 가스공급이 과도하게 이루어지는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 수위감지센서(109)는 이 기술분야에서 널리 알려진 다양한 센서를 사용하여 구성할 수 있는데, 예를 들어 부력식 수위계를 사용하여 수위 변화를 감지하고, 밸브(106)의 개폐 작동을 제어할 수 있다.

상기와 같이 구성된 농도센싱유닛(10)은 다음과 같이 작용한다.

상기 컨테이너(101)를 오폐수 처리조(1)(도 1참조) 내의 오폐수에 상측에서부터 진입시키면, 컨테이너(101) 내부는 공기와 같은 가스로 충전되어 있으므로 가스 압력에 의해 컨테이너(101) 내부로 물이 들어오지는 않고 컨테이너(101) 하단부에 수면이 형성되게 된다.

이어서, 센서(102)의 발광부(103)를 통해 빛이 방출되고, 방출된 빛은 수면에 부딪혀 반사되거나 물 속의 슬러지 입자(S)에 부딪혀 반사된다. 전술한 것과 같이, 이 때 반사되는 빛 중 수면에 의해 반사되는 빛은 입사각과 반사각이 동일하므 로 대부분 수광부(104)로 입사되지 않고 측방으로 벗어나게 반사되거나 광차단막(107)에 의해 차단되어 수광부(104)로 입사되지 못한다. 반면에, 빛이 슬러지 입자(S)에 부딪히게 되면, 난반사가 일어나 입사각과 동일하지 않은 각도로 반사된다. 이 때, 슬러지 입자(S)들에 의해 반사된 빛 중 대략 수직하게 반사되는 빛이 수광부(104) 하측의 광차단막(107)을 통과하여 수광부(104)로 입사된다.

오폐수 내에 침전된 슬러지 입자(S)가 많을 경우에는 이러한 난반사에 의해 수광부(104)로 입사되는 광량이 많게 되고, 오폐수 내에 침전된 슬러지 입자(S)가 적을 경우에는 난반사에 의해 수광부(104)로 입사되는 광량이 적게 된다. 즉, 수광부(104)로 입사되는 광량은 슬러지 입자의 수에 비례하게 된다.

따라서, 콘트롤러(20)(도 1참조)에서는 상기 수광부(104) 내부로 입사되는 광량에 따라 오폐수 내에서의 슬러지 농도를 계측할 수 있게 된다.

한편, 전술한 것과 같이 농도센싱유닛(10)이 오폐수 내의 슬러지 농도를 측정하는 동안 승강유닛(30)의 진동이나 오폐수 처리조(1)(도 1참조) 내로의 오폐수 유입 등 여러가지 요인으로 인하여 오폐수가 요동치는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 오폐수의 요동은 컨테이너(101) 내부에 형성된 수면으로 전달되어 진동을 발생시키게 된다.

상기 컨테이너(101) 내부의 수면에 진동이 발생하게 되면, 발광부(103)로부터 방출된 빛이 수광부(104)로 입사되는 양에 변화가 발생하여 농도 측정이 정확하게 이루어지지 않을 수 있다.

따라서, 도 3에 농도센싱유닛(10)의 변형례로서 예시된 것과 같이, 컨테이 너(101)의 내측 공간 하부에 컨테이너(101)의 내주면과 일정 거리 이격되게 진동차단판(108)을 형성하여 컨테이너(101) 내부에 형성된 수면으로 진동이 전달되는 것을 최소화시킬 수도 있다.

이러한 본 발명에 따르면, 농도를 측정하는 센서(102)의 발광부(103) 및 수광부(104)가 오폐수가 없는 컨테이너(101)의 빈 공간에 위치하게 되므로 발광부(103) 및 수광부(104)가 오폐수와 직접 접촉하는 현상이 없으며, 따라서 발광부(103) 및 수광부(104)에 슬러지가 뭍는 현상이 전혀 없게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 농도센싱유닛의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 농도센싱유닛(10)은, 하부면이 개방된 통형태로 이루어지며, 내부 공간에 가스가 충전된 상태로 오폐수 처리조 내부의 오폐수에 잠겨지는 상부 컨테이너(111)와; 상기 상부 컨테이너(111)의 하부에 소정 거리 이격되어 결합되며, 전면(全面)이 폐쇄되어 내부 공간이 밀폐되도록 형성된 하부 컨테이너(112)를 포함한다.

상기 하부 컨테이너(112)의 내측 공간 하부에는 상측으로 빛을 방출하는 발광부(103)가 설치되고, 상기 상부 컨테이너(111)의 내측 공간 상부에는 상기 발광부(113)로부터 방출되는 빛이 입사되는 수광부(114)가 설치된다.

그리고, 상기 하부 컨테이너(112)의 상부에는 비중이 1.6 정도로 물보다 비중이 큰 오일(oil)층(118)이 형성된다. 상기 오일층(118)은 광경로인 상부면이 외부로 노출되도록 형성된다. 따라서, 슬러지 입자(S)가 상기 오일층(118)의 상부에 근접하더라도 친수성인 슬러지 입자는 소수성인 오일층(118)에는 들러붙지 않게 되 므로 농도센싱유닛(10)을 세척할 필요가 없다.

상기 오일층(118)은 물보다 비중이 크기 때문에 그 상부면 전체 또는 일부가 개방되더라도 물에 부유되지 않고 하부 컨테이너(112)의 상부에 그대로 얹혀진 상태를 유지하게 된다.

상기 상부 컨테이너(111)와 하부 컨테이너(112)는 와이어 또는 강체로 된 바아(bar) 형태의 연결부재(117)에 의해 상호 결합된다.

또한, 전술한 실시예의 농도센싱유닛와 유사하게 상기 상부 컨테이너(111)에도 상부 컨테이너(111) 내측 공간에 가스를 공급함으로써 압력을 일정하게 유지하는 압력유지수단, 즉 가스주입관(115)과 밸브(116) 및 가스공급유닛(미도시)이 설치된다.

이 실시예의 농도센싱유닛(10)은 다음과 같이 작용한다.

상기 발광부(113)를 통해 대략 수직하게 방출되는 빛은 수광부(114) 쪽으로 진행한다. 이 때, 상부 컨테이너(111)와 하부 컨테이너(112) 사이의 오폐수에 슬러지 입자(S)들이 있으면 발광부(113)에서 방출된 빛 중 일부는 슬러지 입자(S)에 부딪혀 반사되고 수광부(114)로 입사되지 않는다. 따라서, 슬러지 입자의 수가 많을수록, 즉 슬러지 농도가 증가할수록 슬러지 입자에 부딪혀 반사되는 빛의 양이 많아지므로 수광부(114)로 입사되는 광량이 줄어들게 된다.

따라서, 수광부(114)로 입사되는 광량과 슬러지 입자의 수 사이에는 반비례 관계가 성립되고, 콘트롤러(20)(도 1 참조)는 이와 같이 수광부(114)로 입사되는 광량에 따라 슬러지 농도를 계측할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 1과 도 5를 참조하여 본 발명의 농도 측정장치를 이용하여 오폐수 처리조 내의 슬러지 농도를 측정하는 방법에 대해 설명한다.

농도센싱유닛(10)을 오폐수 처리조(1)의 상부에 위치시키고, 승강유닛(30)의 모터(35)에 제어신호를 인가하면, 모터(35)의 작동에 의해 상부풀리(32)가 회동하게 되고, 이에 따라 벨트(34)가 회동하여 농도센싱유닛(10)이 일정 거리만큼 하강하게 된다.

상기 농도센싱유닛(10)이 소정 거리, 예를 들어 30㎝만큼 하강하게 되면, 모터(35)의 작동이 중지되고, 농도센싱유닛(10)은 이 위치에서 정지한다(단계 S1).

이어서 농도센싱유닛(10)은 설정 시간(t)동안 전혀 농도 측정을 하지 않거나 컨트롤러(20)가 농도 측정 신호를 무시하며 대기한다(단계 S2).

상기 설정 시간(t)이 경과하면, 농도센싱유닛(10)은 농도 측정을 수행하기 시작하고, 컨트롤러(20)는 이 수위에서의 슬러지 농도를 검출하여 저장한다(단계 S3).

이 수위에서의 슬러지 농도 검출이 완료되면, 승강유닛(30)의 모터(35)에 다시 제어신호가 인가되어 모터(35)가 작동하고, 농도센싱유닛(10)이 설정 거리만큼 하강하여 다음 측정 위치에서 슬러지 농도를 측정한다.

이와 같이 농도측정장치는 농도센싱유닛(10)이 최종 측정 수위에 도달할 때까지 전술한 것과 같은 과정을 반복 수행하며 오폐수 처리조(1) 내의 각 수위별로 슬러지 농도를 검출하여 저장하고, 소정 수위 레벨에서의 슬러지 농도가 설정값에 도달하면 인발펌프(5)를 가동하여 슬러지를 인발하는 등 적절한 처리를 수행한다.

상기와 같이 농도센싱유닛(10)을 설정 거리만큼 단계적으로 이동시키며 각 수위별로 농도를 측정하는 과정에서, 농도센싱유닛(10)의 컨테이너(101) 내부로 주기적으로 또는 간헐적으로 공기와 같은 가스를 공급하여 컨테이너(101) 하측에 형성되는 수위 레벨이 항상 일정하도록 유지함이 바람직하다.

한편, 상술한 것처럼 상기 농도센싱유닛(10)을 설정 거리만큼 한 스텝씩 하강시키면서 각 수위에서의 슬러지 농도를 측정할 때, 농도센싱유닛(10)이 소정 수위에 도달하더라도 바로 슬러지 농도 측정을 실시하지 않고 설정 시간(t)동안 대기하는 이유는, 농도센싱유닛(10)의 이동 과정에서 발생하는 컨테이너(101)(도 2참조) 하부의 수면의 진동이 안정화되어, 농도센싱유닛(10)에 의해 안정화된 측정 신호값을 얻도록 하기 위함이다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 농도센싱유닛(10)이 승강유닛(30)의 작동에 의해 하강하는 동안 승강유닛(30)의 구동원에 의해 발생하는 진동 등에 의해 농도센싱유닛(10)의 컨테이너(101)(도 2참조)가 진동하게 되고, 컨테이너(101) 하부에 형성된 수면이 진동하게 된다.

이와 같이 컨테이너(101) 하부의 수면이 진동하게 되면, 센서(102)의 발광부(103)에서 방출된 빛이 수면에 부딪혀 수광부(104)로 입사될 수 있고, 이에 따라 정확한 농도 측정이 이루어지지 않을 수 있다.

도 6은 상기와 같은 측정 과정에서 센서(102)의 수광부(104)로 입사되는 신호 형태를 나타내는 그래프로, 이 그래프를 보면, 초기에 농도센싱유닛(10)이 이동하는 동안에는 수면의 진동이 심하기 때문에 수광부(104)로 입사되는 빛의 양이 매 우 불규칙적이다.

그리고, 농도센싱유닛(10)이 일정 거리만큼 이동하여 정지하면, 진동이 점차적으로 소멸되면서 측정 신호가 점차적으로 안정화된다.

농도센싱유닛(10)이 정지한 시점으로부터 일정 시간(이 그래프에서 5초)이 경과하게 되면, 수면이 안정화되고, 측정 신호는 충분히 안정화된 값을 보이게 된다. 따라서, 컨트롤러(20)는 상기 설정 시간(t)이 경과한 시점 이후부터 입력되는 신호의 평균값을 취하여 슬러지 농도를 산출함으로써 더욱 정확한 슬러지 농도값을 얻는다.

이와 같이 본 발명은 농도센싱유닛(10)을 일정 거리씩 단계적으로 이동시키고, 각 이동 단계후 소정의 시간동안 대기하는 안정화 단계를 거친 다음 슬러지 농도를 측정하므로, 오폐수 처리조(1)의 각 수위별로 정확한 슬러지 농도를 측정할 수 있고, 따라서 오폐수 처리조(1)의 전체 슬러지 농도 상태를 실시간으로 정확하게 파악하여 처리할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 슬러지 농도 측정장치는 전술한 실시예들 외에도 본 발명의 청구범위에 의해 정의되는 발명의 사상과 범위 내에서 다양한 실시 및 변형이 가능할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 슬러지 농도를 측정하는 농도센싱유닛이 오폐수 처리조의 상하방향으로 이동하면서 각 수위별로 슬러지 농도를 정확하게 측정할 수 있으므로, 오폐수 처리조의 전체 슬러지 농도 상태를 정확하게 파악할 수 있고, 더욱 정확한 슬러지 처리를 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 슬러지 농도를 측정하는 센서의 발광부 및 수광부가 오폐수와 직접 접촉하지 않은 상태로 슬러지 농도를 측정할 수 있으므로 슬러지가 센서의 발광부 및 수광부에 고착되지 않아 오염이 방지된다. 따라서, 센서에 의한 슬러지 농도 측정이 정확하게 이루어질 수 있으며, 장시간 사용후에도 센서를 세척할 필요가 없는 이점이 있다.

Claims

하부면이 개방된 통형태로 이루어지며 내부 공간에 가스가 충전된 상태로 오폐수 처리조 내부의 오폐수에 잠겨지는 컨테이너와, 상기 컨테이너의 내부 공간에 설치되어 오폐수 처리조 내의 오폐수와는 비접촉 상태로 슬러지 농도를 측정하는 센서를 포함하여 구성되고, 오폐수 처리조에 상하로 이동 가능하게 설치되어 오폐수 처리조 내에서 상하방향으로 승강하면서 슬러지 농도를 수위별로 측정하는 농도센싱유닛과;

상기 농도센싱유닛을 상하로 승강시키는 승강유닛을 포함하여 구성된 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
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제 1항에 있어서, 상기 센서는 컨테이너의 하부에 형성된 수면을 향해 빛을 방출하는 발광부와, 상기 발광부로부터 방출된 후 상기 수면 아래의 슬러지에 부딪혀 반사된 빛이 입사되는 수광부로 이루어진 센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 컨테이너의 내부 공간이 소정의 압력을 유지하도록 컨테이너 내부에 가스를 주입하는 압력유지수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 4항에 있어서, 상기 압력유지수단은 상기 컨테이너에 연통되게 연결되는 가스주입관과, 상기 가스주입관을 개폐하는 밸브와, 상기 가스주입관을 통해 강제로 가스를 공급하는 가스공급유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 4항에 있어서, 상기 압력유지수단은, 상기 컨테이너 내부의 수위를 감지하여 상기 밸브의 개폐 작동을 제어하는 수위감지센서를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 3항에 있어서, 상기 센서의 상기 발광부는 수광부에 대해 소정 각도 기울어지게 설치된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 3항 또는 제 7항에 있어서, 상기 수광부에 측방에서부터 반사되어 입사되는 빛을 차단하기 위한 광차단막이 하측으로 연장되게 설치된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 컨테이너의 내측 공간 하부에 컨테이너의 내주면과 소정 간격 이격되게 설치되어, 오폐수의 요동에 의해 컨테이너 내측의 수면이 진동하는 것을 방지하는 진동차단판을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 농도센싱유닛은,

하부면이 개방된 통형태로 이루어지며, 내부 공간에 가스가 충전된 상태로 오폐수 처리조 내부의 오폐수에 잠겨지는 상부 컨테이너와;

상기 상부 컨테이너의 하부에 소정 거리 이격되어 결합되며, 전면(全面)이 폐쇄되어 내부 공간이 밀폐되도록 형성된 하부 컨테이너와;

상기 하부 컨테이너의 내부 공간에 설치되어 상측으로 빛을 방출하는 발광부와, 상기 상부 컨테이너의 내부 공간에 설치되어 상기 발광부로부터 방출되는 빛이 입사되는 수광부로 이루어진 센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 10항에 있어서, 상기 상부 컨테이너의 내부 공간이 소정의 압력을 유지하도록 상부 컨테이너 내부에 가스를 주입하는 압력유지수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 11항에 있어서, 상기 압력유지수단은 상기 상부 컨테이너에 연통되게 연결되는 가스주입관과, 상기 가스주입관을 개폐하는 밸브와, 상기 가스주입관을 통 해 강제로 가스를 공급하는 가스공급유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 12항에 있어서, 상기 압력유지수단은, 상기 상부 컨테이너 내부의 수위를 감지하여 상기 밸브의 개폐 작동을 제어하는 수위감지센서를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 10항에 있어서, 상기 상부 컨테이너와 하부 컨테이너를 일체로 연결하는 복수개의 연결부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 10항에 있어서, 상기 하부 컨테이너의 상부에 비중이 물보다 크며, 그 상면이 외부로 노출되는 오일층이 형성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 승강유닛은,

오폐수 처리조에 상하방향으로 수직하게 설치되는 가이드프레임과;

상기 가이드프레임의 상부와 하부에 각각 설치되는 상부풀리 및 하부풀리와;

상기 상부풀리와 하부풀리에 걸쳐져 회전하는 벨트와;

상기 벨트와 상기 농도센싱유닛을 연결하는 연결편과;

상기 상부풀리를 원하는 임의의 양만큼 회전시키는 모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 농도센싱유닛은 오폐수 처리조의 상측에서 하측으로 일정 거리만큼 단계적으로 이동하면서 슬러지 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정장치.
제 1항의 슬러지 농도 측정장치를 이용하여 오폐수 처리조의 슬러지 농도를 측정하는 방법에 있어서,

상기 농도센싱유닛을 오폐수 처리조의 상측에서 하측으로 일정 거리만큼 이동시켜 농도센싱유닛을 오폐수 처리조의 소정의 측정수위에 위치시키는 이동단계와;

농도센싱유닛이 측정수위에 도착한 시점으로부터 설정 시간동안 대기하는 안정화단계와;

설정 시간 경과 후 농도센싱유닛이 해당 측정수위에서의 슬러지 농도를 측정하는 측정단계를 포함하며;

상기 농도센싱유닛이 오폐수 처리조의 하측의 최종 측정 위치에 도달할 때까지 상기 이동단계와 안정화단계 및 측정단계를 순차적으로 반복하며 오폐수 처리조의 각 수위별로 슬러지 농도를 측정하고;

상기 농도센싱유닛이 오폐수 처리조의 상측에서 하측으로 이동하면서 슬러지 농도를 측정하는 동안, 농도센싱유닛에 주기적으로 또는 간헐적으로 가스를 공급하여 농도측정유닛 내의 압력을 일정하게 유지하도록 된 것을 특징으로 하는 오폐수 처리조의 슬러지 농도 측정방법.
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