KR100899763B1 - 정수처리공정내 모래여과지 팽창률 실시간 측정장치 및측정방법 - Google Patents

Abstract

정수처리공정 내 모래여과지 팽창률 실시간 측정장치 및 측정방법이 개시된다. 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 팽창률 측정장치는 정수처리시스템에서 여과지의 팽창률을 측정하는 측정장치에 있어서 지지관, 센서부, 화면연산부, 데이터 전달부 및 길이조절부를 구비한다.

지지관은 여과지 일 측부에 고정형으로 설치되거나 탈부착이 가능한 일정한 길이를 갖는다. 센서부는 상기 지지관의 하단부에 장착되며, 여과지의 역세척시 모래 또는 활성탄으로부터 탈리된 탁질의 농도를 측정할 수 있다.

화면연산부는 센서부의 출력에 응답하고, 상기 센서부의 출력 위치와 지지관의 기준점 위치를 비교하여 여과지의 팽창률을 계산하여 저장하고 디스플레이 한다. 데이터 전달부는 지지관의 상단부에 장착되며, 계산된 팽창률 및 센서부의 출력을 외부로 출력한다. 길이 조절부는 지지관의 중앙에 장착되며 지지관의 기준점을 여재의 표면에 고정할 수 있도록 지지관의 길이를 조절한다.

Description

정수처리공정내 모래여과지 팽창률 실시간 측정장치 및 측정방법{Monitoring Method and Apparatus of Filter Bed Expansion in drinking water treatment}

본 발명은 정수처리에 관한 것으로서, 특히, 정수처리 공정 중 모래여과공정 또는 활성탄공정의 역세척시 여과지의 팽창률을 측정하기 위한 실시간 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

여과지는 장시간 여과로 인하여 여과지의 공극에 플록(floc)이 축적됨에 따라 여과손실이 증대하게 된다. 과도한 여과의 지속은 여과손실을 계속 증가시켜 여과층내에 부압이 형성되게 한다. 부압이 형성되면 수중에 용존되어 있던 공기는 여과층 중에서 기포로 유리되어 여과사의 공극을 메우게 되며 이러한 현상은 여과지의 실여과 면적을 감소시켜 여재 공극내의 유속이 증대되고 전단력이 증가되면서 여과층내에 억류되어 있던 플록(floc)이 누출된다.

따라서 과도한 여과지속 시간은 여과수의 수질악화의 원인이 되므로 여과수의 탁도가 정해진 기준을 넘거나 여과지의 수위가 계획수위에 달하면 지체 없이 여과를 중지하고, 정수지 또는 역세척을 위하여 물을 저장하여 놓은 역세척 수조로부터 물을 인입하여 여과지의 하부로 유입시켜 여과방향과 반대로 흐르게 한다. 이러 한 과정을 역세척이라고 한다.

여과공정에서 역세척은 여재내에 집적된 탁질을 제거하기 위한 공정으로서, 효율적인 여과지 운영을 위하여 가장 중요한 인자 중의 하나이다. 역세척 효율에 영향을 미치는 기본적인 요소로는 역세척 속도, 여재의 크기, 형상 및 비중 그리고 원수의 수질 및 수온, 응집제의 사용 여부 등이 있으며, 이러한 요소들의 특성에 맞는 적정한 팽창률이 보장되어야 최대의 수류전단력을 유발하여 최적의 역세척 효율을 달성할 수 있다.

최대의 수류전단력을 얻기 위해서는 역세척시 여재가 적정한 공극율을 유지해야 하며, 일반적으로 최적의 공극율은 역세척속도가 해당 여재에 대한 최소유동화속도 이상이 되어야 한다. 최소 유동화속도란 유동화상태가 시작되는 시점의 속도로서 여재를 팽창시키기 위한 최소의 역세척속도이다. 즉, 여재 입자간의 유효응력이 소멸될 때의 유체의 속도이다.

여과지의 역세척은 역세척 속도를 최소유동화 속도 이상으로 실시하는 것이 일반적이다. 따라서 최소유동화속도는 역세척속도를 결정하는 기준이 되며, 공기역세척을 병용하는 경우에는 공기의 주입율이 물의 최소유동화속도를 기준으로 선정되므로 최소유동화속도는 역세척 공정의 설계 및 운영에 중요한 인자이다.

유동화 시키는 유속이 더 증가하면 매질의 팽창률은 증가하지만, 여과상의 손실수두는 일정하거나 감소한다. 일반적으로 여과지의 효율적 운영을 위하여 허용되는 여과층의 팽창률은 20 ~ 40% 정도이며, 여과층 팽창을 결정하는 변수에는 역세척수의 유속 및 점성, 입자의 직경분포, 형태 및 밀도 등이 있다. 고착미립자들 은 입자간 충돌이 클수록 잘 탈착되는데, 완전히 유동화된 매질에서도 입자간 충돌력은 크지 않으므로 일반적인 유동화 조작에는 보조적인 조작이 필요하다.

여과지 팽창률을 측정하기 위한 종래의 기술로는 크게 여과지 운전자가 역세척시 여과지 내부로 직접 들어가 막대형 줄자로 팽창률을 측정하거나 일정 크기의 막대형 튜브에 역세척시 부유된 탁질을 담을 수 있는 그릇형태의 사발을 이용하여 부유된 모래가 담겨진 높이를 측정하여 팽창률을 측정하는 방식등이 있다.

그런데, 이와같은 종래의 팽창률 측정방법은 사람이 직접 여과지 내부로 들어가서 수행해야하므로 수동적이며, 팽창률 값이 주관적이고 부정확하고 실시간으로 계측을 할 수가 없으며, 측정방법 또한 불편하다는 단점을 가지고 있고 여과층의 팽창률을 정확히 측정하기 어려운 단점이 있다.

특히, 온도에 따른 물의 점성계수에 따라 여재의 팽창률이 계절별로 달라지기 때문에 역세척수 속도나 수량 등을 달리하여야 한다. 또한, 여과지의 성능은 역세척방법과 밀접한 관련이 있으며, 역세척시 여과지의 팽창률은 역세척 효율을 평가할 수 있는 지표로 이용되므로, 여과지의 팽창률을 보다 정확하고 간편하며 실시간으로 감시할 수 있는 여과지 팽창률 측정 모니터링 방법 및 측정장치가 필요하다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 모래여과공정 또는 활성탄공정 역세척시 여과지의 팽창률을 측정하기 위한 실시간 측정장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 모래여과공정 또는 활성탄공정 역세척시 여과지의 팽창률을 측정하기 위한 실시간 측정방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 팽창률 측정장치는 정수처리시스템에서 여과지의 팽창률을 측정하는 측정장치에 있어서 지지관, 센서부, 화면연산부, 데이터 전달부 및 길이조절부를 구비한다.

지지관은 여과지 일 측부에 고정형으로 설치되거나 탈부착이 가능한 일정한 길이를 갖는다. 센서부는 상기 지지관의 하단부에 장착되며, 여과지의 역세척시 모래 또는 활성탄으로부터 탈리된 탁질의 농도를 측정할 수 있다.

화면연산부는 상기 센서부의 출력에 응답하고, 상기 센서부의 출력 위치와 상기 지지관의 기준점 위치를 비교하여 여과지의 팽창률을 계산하여 저장하고 디스플레이 한다. 데이터 전달부는 상기 지지관의 상단부에 장착되며, 상기 계산된 팽창률 및 상기 센서부의 출력을 외부로 출력한다. 길이 조절부는 상기 지지관의 중앙에 장착되며 상기 지지관의 기준점을 여재의 표면에 고정할 수 있도록 상기 지지관의 길이를 조절한다.

상기 센서부는 다회선 산란광 방식의 센서들이 일정한 간격으로 상기 지지관 의 길이방향으로 장착되고, 상기 센서들은 상기 탁질의 농도가 측정되는 순서대로 측정된 값을 출력한다.

상기 화면연산부는 상기 측정된 값을 출력하는 센서들 중에서 가장 높이 장착된 센서의 위치와 상기 기준점의 위치를 비교하여 상기 팽창률을 계산한다. 상기 화면연산부는, 다음 수학식에 의해서 상기 팽창률을 계산하며,

여기서,

S1 = 여재에서 탈리된 탁질을 감지한 센서 지점의 높이

S0 = 기준점

Filter Media Depth : 여재 깊이 이다.

상기 기준점은, 상기 여재의 표면위치를 의미하며, 상기 지지관의 가장 하단부가 상기 여재의 표면에 위치한다. 상기 지지관이 상기 여과지내 고정식으로 부착하여 사용되도록 하는 고정장치부를 더 구비한다. 상기 데이터 전달부는 무선 인터넷의 송수신이 가능한 블루투스 모듈 또는 RF 모듈을 이용한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 팽창률 측정방법은 여과지 일 측부에 고정형으로 설치되거나 탈부착이 가능한 일정한 길이의 지지관, 상기 지지관의 하단부에 장착되며, 여과지의 역세척시 모래 또는 활성탄으로부터 탈리된 탁질의 농도를 측정할 수 있는 센서부, 상기 센서부의 출력에 응답 하고, 상기 센서부의 출력 위치와 상기 지지관의 기준점 위치를 비교하여 여과지의 팽창률을 계산하여 저장하고 디스플레이하는 화면연산부를 구비하는 여과지 팽창률 측정장치를 이용한 여과지 팽창률 측정방법에 있어서,

상기 측정장치의 길이를 조절하여 상기 지지관의 하단부 끝단이 여과지내 여재 표층에 닿도록 하여 여과지 팽창률 측정의 기준점을 설정하는 단계, 상기 측정장치를 여과지에 고정시키고 여과지 역세척을 실시하는 단계, 역세척시 부유된 여재로부터 탈리된 탁질의 농도를 상기 센서부가 구비하는 복수개의 센서들이 순차적으로 측정하여 측정된 값을 송출하는 단계 및 상기 측정된 값을 출력하는 센서들 중에서 가장 높이 장착된 센서의 위치와 상기 기준점의 위치를 비교하여 상기 팽창률을 계산하는 단계를 구비한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정수처리시스템내의 여과지 팽창률 측정장치 및 방법은 종래에 운전자가 직접 여과지내에 들어가 팽창률를 측정함에 따른 부정확성과 불편함을 해결하고, 여과지의 팽창률을 실시간으로 측정할 수 있고, 산란광방식의 센서를 이용함에 따라 보다 정확한 팽창률을 측정할 수 있으며, 사용방법이 간단하고, 측정된 데이터는 기존 제어시스템으로 송출할 수 있어서 역세척수 조절에 이용할 수 있고, 역세척 효율을 평가할 수 있는 지표로도 활용할 수 있어서 여과지 역세척 운영을 보다 효율적이고 과학적인 관리가 가능하도록 한다.

또한, 본 발명을 통하여 여과지의 팽창률을 정확하게 측정하고, 실시간 감시함으로써, 역세척시 역세척수의 온도에 따른 점성계수에 따라 여재의 팽창률이 계 절별로 달라지기 때문에 역세척수 속도나 수량 등을 달리하여야 하는데, 이를 실시간 감시하여 시설기준에 맞도록 역세척수 수량 및 속도를 제어할 수 있도록 하고, 실시간으로 측정된 팽창률은 여과지 역세척 성능평가 지표인자로 활용할 수 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명에 따른 여과지 팽창률 실시간 측정장치(10)는 여과지 운전자가 직접 내부로 들어가 팽창률을 측정하는 종래의 기술과 달리 다회선 산란광 방식의 센서를 이용하여 부유된 여재로부터 탈리된 탁질의 농도를 측정하는 방식으로 팽창률을 측정한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 여과지 팽창률 실시간 측정장치의 구조를 설명하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 여과지 팽창률 실시간 측정장치(10)는 지지관(1), 센서부(2), 데이터 전달부(3) 및 길이조절부(5)를 구비한다.

지지관(1)은 여과지 일 측부에 고정형으로 설치되거나 탈부착이 가능하도록 일정한 길이를 갖는 관이다. 센서부(2)는 지지관(1)의 하단부에 장착되며, 여과지의 역세척시 모래 또는 활성탄으로부터 탈리된 탁질의 농도를 측정할 수 있다.

좀 더 설명하면, 센서부(2)는 다회선 산란광 방식의 센서들(2-1, 2-2, 2-3, 2-4,~ 2-n)이 일정한 간격으로 지지관(1)의 길이방향으로 장착되고, 센서들(2-1, 2-2, 2-3, 2-4,~ 2-n)은 탁질의 농도가 측정되는 순서대로 측정된 값을 출력한다.

센서부(2)는 센서부(2)의 출력에 응답하고, 센서부(2)의 출력 위치와 상기 지지관의 기준점(P) 위치를 비교하여 여과지의 팽창률을 계산하여 저장하고 디스플레이 한다. 센서부(2)는 측정된 값을 출력하는 센서들(2-1, 2-2, 2-3, 2-4,~ 2-n) 중에서 가장 높이 장착된 센서의 위치와 기준점(P)의 위치를 비교하여 상기 팽창률을 계산한다.

기준점(P)은 여재의 표면위치를 의미하며, 지지관(1)의 가장 하단부가 여재의 표면에 위치한다. 데이터 전달부(3)는 지지관(1)의 상단부에 장착되며, 계산된 팽창률 및 센서부(2)의 출력을 외부로 출력한다.

길이 조절부(5)는 지지관(1)의 중앙에 장착되며 지지관(1)의 기준점(P)을 여재의 표면에 고정할 수 있도록 지지관(1)의 길이를 조절한다.

측정장치(10)는 지지관(1)이 여과지내 고정식으로 부착하여 사용되도록 하는 고정장치부(6)를 더 구비한다.

도 2는 도 1의 측정장치를 이용하여 역세척 상태에서의 여과지의 팽창률을 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.

역세척 상태가 아닌 일반적인 상태에서 여과지(20)는 구조물벽(21)의 내부로 인입되는 원수가 쌓인 층(27 및 29)과 여재(25) 및 여재(25)에 의해서 걸러진 물이 쌓인 층(23)으로 구별된다. 역세척상태가 되면 걸러진 물이 쌓인 층(23)에서 위쪽방향으로 물이 흐르게 되고 그러면 여재(25)가 부유되는 층(27)이 생기는 것이다.

측정장치(10)의 고정장치부(6)를 이용하여 여과지(20)에 고정시킨 후 기준점(P)이 여재(25) 표면에 닿도록 길이 조절부(5)를 이용하여 지지관(1)을 여재(25) 방향으로 내린다. 그러면 센서부(2)의 센서들은 여재(25)가 부유되는 층(27)으로부터 탁질의 농도를 측정하여 송출한다.

센서부(2)의 센서는 투과산란광형 방식으로서, 역세척시 부유된 여과지(20)내의 부유되는 층(27)의 시료수에 광을 주사하여 시료수를 통과한 투과광과 입자에 부딪쳐 산란되는 90°산란광을 측정하며 이 두가지 광신호의 비율이 시료수의 탁질 농도에 비례하는 원리를 이용한다.

센서부(2)의 센서들은 탁질의 농도가 측정되는 순서대로 측정된 값을 출력한다. 예를 들어, 부유되는 층(27)의 높이가 4개의 센서(2-1, 2-2, 2-3, 2-4)의 높이에 이르면 4개의 센서(2-1, 2-2, 2-3, 2-4)만 측정된 농도의 값을 출력한다.

센서부(2)는 측정된 값을 출력하는 센서들(2-1, 2-2, 2-3, 2-4) 중에서 가장 높이 장착된 센서(2-4)의 위치와 기준점(P)의 위치를 비교하여 팽창률을 계산한다.

팽창률은 다음 수학식에 의해서 계산되며, 센서부(2)는 다음 수학식의 연산을 수행할 수 있는 프로그램을 구비하는 프로세서(미도시)와 계산된 팽창률을 저장하는 메모리(미도시)를 구비한다.

여기서,

S1 = 여재에서 탈리된 탁질을 감지한 센서 지점의 높이

S0 = 기준점

Filter Media Depth : 여재 깊이 이다.

센서는 광원부 및 수광부를 구비하며, 광원부 및 수광부는 내마모성 성질인 사파이어가 이용되고, 측정된 값은 약 4~20mA 사이의 아날로그값으로 출력된다. 또한, 광원부는 LED 방식으로 880~890nm의 파장대를 사용하여 색상을 함유한 시료의 간섭현상이 적고, 산란광도도 적도록 한다.

데이터 전달부(3)는 계산된 팽창률 및 센서부(2)의 출력을 외부로 출력하기 위하여 무선 인터넷의 송수신이 가능한 블루투스 모듈 또는 RF 모듈로 구성될 수 있다.

역세척시 온도변화에 따른 물의 점성계수에 따라 여재(25)의 팽창율이 계절별로 달라지기 때문에, 데이터 전달부(3)로부터 전송되는 팽창률을 외부에서 실시간으로 모니터링 함으로써 역세척수의 유속이나 수량을 제어할 수도 있다.

도 3은 본 발명이 다른 실시예에 따른 여과지의 팽창률 측정방법(30)을 설명하는 플로우 차트이다.

팽창률 측정방법(30)은 도 1의 여과지 팽창률 측정장치(10)를 이용한다. 측 정방법(30)은 먼저 측정장치의 길이를 조절하여 상기 지지관의 하단부 끝단이 여과지내 여재 표층에 닿도록 하여 여과지 팽창률 측정의 기준점을 설정하는 31 단계, 측정장치를 여과지에 고정시키고 여과지 역세척을 실시하는 33 단계, 역세척시 부유된 여재로부터 탈리된 탁질의 농도를 상기 센서부가 구비하는 복수개의 센서들이 순차적으로 측정하여 측정된 값을 송출하는 35 단계 및 측정된 값을 출력하는 센서들 중에서 가장 높이 장착된 센서의 위치와 상기 기준점의 위치를 비교하여 상기 팽창률을 계산하는 37단계를 구비한다.

도 3의 측정방법(30)은 도 1의 측정장치(10)를 이용하는 것으로서 측정장치(10)의 동작이 앞서 설명된 바 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

지금까지 본 발명에 관한 바람직한 실시 예와 그 실시 예에 따른 실시간 소독부산물 감시 및 제어방법에 관한 결과를 설명하였다. 그러나, 이제까지 설명된 바람직한 실시 예는 단지 예시로서만 받아들여야 한다. 즉, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 다양한 변형을 도출해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적인 권리 범위는 첨부된 청구항에 의해서만 해석되어야 한다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 여과지 팽창률 실시간 측정장치의 구조를 설명하는 도면이다.

도 2는 도 1의 측정장치를 이용하여 역세척 상태에서의 여과지의 팽창률을 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.

도 3은 본 발명이 다른 실시예에 따른 여과지의 팽창률 측정방법(30)을 설명하는 플로우 차트이다.

Claims (8)

1. 정수처리시스템에서 여과지의 팽창률을 측정하는 측정장치에 있어서,

   여과지 일 측부에 고정형으로 설치되거나 탈부착이 가능한 일정한 길이의 지지관 ;

   상기 지지관의 하단부에 장착되며, 여과지의 역세척시 모래 또는 활성탄으로부터 탈리된 탁질의 농도를 측정할 수 있는 센서부 ;

   상기 센서부의 출력에 응답하고, 상기 센서부의 출력 위치와 상기 지지관의 기준점 위치를 비교하여 여과지의 팽창률을 계산하여 저장하고 디스플레이하는 화면연산부 ;

   상기 지지관의 상단부에 장착되며, 상기 계산된 팽창률 및 상기 센서부의 출력을 외부로 출력하는 데이터 전달부 ; 및

   상기 지지관의 중앙에 장착되며 상기 지지관의 기준점을 여재의 표면에 고정할 수 있도록 상기 지지관의 길이를 조절하는 길이 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 여과지 팽창률 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는,

   다회선 산란광 방식의 센서들이 일정한 간격으로 상기 지지관의 길이방향으로 장착되고,

   상기 센서들은 상기 탁질의 농도가 측정되는 순서대로 측정된 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 여과지 팽창률 측정장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 화면연산부는,

   상기 측정된 값을 출력하는 센서들 중에서 가장 높이 장착된 센서의 위치와 상기 기준점의 위치를 비교하여 상기 팽창률을 계산하는 것을 특징으로 하는 여과지 팽창률 측정장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 화면연산부는,

   다음 수학식에 의해서 상기 팽창률을 계산하며,

   

   여기서,

   S1 = 여재에서 탈리된 탁질을 감지한 센서 지점의 높이

   S0 = 기준점

   Filter Media Depth : 여재 깊이

   인 것을 특징으로 하는 여과지 팽창률 측정장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 기준점은,

   상기 여재의 표면위치를 의미하며,

   상기 지지관의 가장 하단부가 상기 여재의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는 여과지 팽창률 측정장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 지지관이 상기 여과지내 고정식으로 부착하여 사용되도록 하는 고정장치부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 여과지 팽창률 측정장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 데이터 전달부는,

   무선 인터넷의 송수신이 가능한 블루투스 모듈 또는 RF 모듈을 이용하는 것을 특징으로 하는 여과지 팽창률 측정장치.
8. 여과지 일 측부에 고정형으로 설치되거나 탈부착이 가능한 일정한 길이의 지지관, 상기 지지관의 하단부에 장착되며, 여과지의 역세척시 모래 또는 활성탄으로부터 탈리된 탁질의 농도를 측정할 수 있는 센서부, 상기 센서부의 출력에 응답하고, 상기 센서부의 출력 위치와 상기 지지관의 기준점 위치를 비교하여 여과지의 팽창률을 계산하여 저장하고 디스플레이하는 화면연산부를 구비하는 여과지 팽창률 측정장치를 이용한 여과지 팽창률 측정방법에 있어서,

   상기 측정장치의 길이를 조절하여 상기 지지관의 하단부 끝단이 여과지내 여재 표층에 닿도록 하여 여과지 팽창률 측정의 기준점을 설정하는 단계 ;

   상기 측정장치를 여과지에 고정시키고 여과지 역세척을 실시하는 단계 ;

   역세척시 부유된 여재로부터 탈리된 탁질의 농도를 상기 센서부가 구비하는 복수개의 센서들이 순차적으로 측정하여 측정된 값을 송출하는 단계 ; 및

   상기 측정된 값을 출력하는 센서들 중에서 가장 높이 장착된 센서의 위치와 상기 기준점의 위치를 비교하여 상기 팽창률을 계산하는 단계를 구비하는 것을 여과지 팽창률 측정방법.

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