KR101182810B1 - 수질 측정장치 - Google Patents

Abstract

저가의 장비로 학습기자재처럼 구현하고, 현장에서 편리하면서도 신속하게 수질오염(水質汚染)을 확인할 수 있도록 한 수질 측정장치가 개시된다.
개시된 수질 측정장치는, 수질 측정 대상용 물이 저장되는 용기와; 상기 용기 내의 물에 직접 접촉하고, 물에 함유된 이온 량에 따라 가변하는 전류를 측정하기 위한 전류 측정기와; 상기 전류 측정기에서 측정한 전류 량을 수질측정 값으로 표시해주는 수질 표시기를 구비함으로써, 소형화 및 경량화가 가능하여 휴대가 용이하며, 현장에서 실시간으로 수질오염을 측정할 수 있게 되는 것이다.

Description

수질 측정장치{Water measuring equipment}

본 발명은 수질(水質) 측정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저가의 장비로 학습기자재처럼 구현하고, 현장에서 편리하면서도 신속하게 수질을 확인할 수 있도록 한 수질 측정장치에 관한 것이다.

물은 생명체에게 가장 중요한 물질이다. 물이 없다면 지구의 모든 생물들이 살아가지 못하기 때문이다. 인간 역시 하루에 수분배설로 1~2L, 불감증산으로 1L해서 총 2~3L 정도의 물을 물질대사, 물질 순환의 용매, 체온 유지 등의 중요한 일에 사용하고 있다. 그러나 수질오염으로 인해 물고기들이 뛰놀고 사람들이 마음껏 마실 수 있는 물은 점점 더 줄어들고 있다.

여기서 수질오염이란 어떤 물질이 수중으로 유입되어 물이 사용목적에 맞지 않게 변하고 수중 생물에 악영향을 미쳐 수중생태계의 균형을 깨는 것을 의미한다.

수질오염의 종류는 유류의 의한 수질오염, 고형 폐기물에 의한 수질오염, 독성 유기물에 의한 수질오염, 방사성 오염물질에 의한 수질오염, 기타 오염원에 의한 수질오염으로 나눌 수 있으며, 각각은 오염원의 종류와 밀접한 관계를 가진다.

이러한 수질오염을 확인하는 데에는 여러 가지 방법이 사용되는데 탁도, 냄새와 맛, 색도, 온도, 고형물 등을 측정하는 물리적 방법과 수소 이온농도, 경도, 전기전도도, 산소 요구량, 용존 산소, 총유기 탄소, 여러 무기물질과 독성물질의 양을 측정하는 화학적 방법, 미생물의 양, 대장균군집 조사, 엽록소 조사 등 생물학적 방법으로 나누어 볼 수 있다. 확인 방법은 주로 오염원이나 오염원의 영향으로 변한 수중생태계의 성질을 측정한다.

이를 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

1) 물리적인 수질 오염 확인 방법 - 물은 외관상 색을 띠지 않고, 특별한 맛이 없으며 냄새가 나지 않는다. 물의 물리적 성상이란 물의 이러한 외관적 성상이라 할 수 있는데, 이 범주의 항목은 냄새, 맛, 온도, 탁도, 색도 등으로 이러한 항목들의 분석에는 복잡한 장비나 시약이 필요하지 않다.

오염물질이 용해되어 있지 않고 입자상태로 존재하면 물이 탁해 보이며 이 탁한 정도를 탁도라 한다. 탁도의 분석에는 탁도 계나 백토 토를 증류수에 포화시킨 표준용액과 비교하여 판단하는 방법 등을 사용한다.

물에서 냄새가 나는 이유는 물속에서 유기물질이 부패하고 있거나, 화학 물질이 미생물에 의해 H2S 가스를 발생시키는 경우가 대부분이다. 물에서 맛이 느껴지는 이유는 독특한 맛을 가진 중금속, 무기물질, 부패성 유기물질이 또는 용해성 가스가 함유되어 있기 때문이다. 냄새와 맛은 주로 직접 인간의 후각과 미각에 의해 측정한다.

물의 색도는 물속에 유기성 물질과 철, 망간 등이 용해되거나 콜로이드나 입자성 물질이 혼탁 액을 이루기 때문에 생겨난다. 색도는 nessler tube로 표준액을 만들어 시료와 비교하거나 색도 분석기로 분석한다.

수온은 물질이 물에 용해되는 정도나 이들 물질이 수중에서 변화하거나 각 물질간의 반응에도 영향을 미친다. 또한, 수서생물의 광합성 작용이나 호흡 작용에도 큰 영향을 미치며, 이에 따라 용존산소의 농도변화에도 영향을 미친다. 수온의 변화는 수중에서의 화학반응이나 생물의 활동에도 영향을 미치기 때문에 열 폐수나 온도가 비정상적으로 낮은 폐수도 오염물질로 간주한다.

2) 화학적 방법 - 물에 함유되어 있는 일반 수질 지표 항목, 영양염류, 금속류 및 기타 물질들을 측정할 때는 오염물질의 화학적인 분석방법을 통하여 성분 및 농도를 파악하기 때문에 화학적 방법에 들어간다.

분석항목으로서 물의 산성 또는 염기성 정도의 조사를 위한 pH, 물의 산을 중화시킬 수 있는 능력 조사를 위한 알칼리도, 물의 염기를 중화시킬 수 있는 능력 조사를 위한 산도, 물의 스케일 형성 가능성 및 비누의 소모량 조사를 위한 경도, 물에 함유된 용존성 고형물 함량 조사를 위한 전기전도도, 폐수의 농업용수로의 재활용 가능성 조사를 위한 염화물, 물의 정해진 목적에 적합성 여부 및 이온성 물질 분석을 위한 용존성 양이온, 슬러지의 처리 정도 조사를 위한 황산염, 폐수의 처리 정도 평가 및 영양분의 존재 여부 조사를 위한 질소, 폐수의 처리 정도 평가 및 영양분의 존재 여부 조사를 위한 인, 물에 용해된 산소의 양 및 포기 장치의 성능 조사를 위한 용존산소, 물에 함유된 유기물질을 미생물이 안정화하는 데 필요한 산소의 양 조사를 위한 생화학적 산소요구량(BOD), 물에 함유된 유기물질을 완전히 산화시키는 데 필요한 산소의 양 조사를 위한 화학적 산소 요구량(COD), 물의 유기물질 농도 조사를 위한 총유기탄소(TOC)를 분석하게 된다.

3) 생물학적 방법 - 물의 생물학적 성상은 수질에 영향을 미치는 수중 미생물의 존재 여부와 관련된다. 수중에 미생물이 존재함으로써 발생하는 문제들은 인체나 동물/식물에 수인성 질병을 유발시키거나 물에서 냄새나 맛을 발생시키는 것이다.

용수나 폐수에서 생태계에 영향을 미치는 미생물은 박테리아류, 조류, worm, rotifer, 갑각류 그리고 바이러스 등이 있으며 이들의 개체군을 조사하여 물의 성상을 알아볼 수 있다.

한편, 상기와 같은 수질오염 측정방법을 이용하는 종래의 수질 측정장비는, pH, 유기물질, 총 질소, 총인, 부유물질 등의 검사를 통해 수질을 측정하기 때문에, 다양한 장비를 갖추어야 하므로 장비의 사이즈가 거대함은 물론 매우 고가여서 일반인들이 쉽게 사용하기에는 어려움이 따랐다.

특히, 사이즈와 가격 때문에 학생(초등학생, 중학생, 고등학생)들이 실습장비로 사용하기에는 매우 어려웠다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 수질 측정장비에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저가의 장비로 수질 측정장비를 구현토록 하여 학습기자재로 사용할 수 있도록 한 수질 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 학습현장에서 편리하면서도 신속하게 수질오염을 확인할 수 있도록 한 수질 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 간편하게 휴대하면서도 현장에서 즉시 수질오염을 측정할 수 있도록 한 수질 측정장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 "수질 측정장치"는,

수질 측정 대상용 물이 저장되는 용기와;

상기 용기 내의 물에 직접 접촉하고, 물에 함유된 이온 량에 따라 달라지는 전류를 측정하기 위한 전류 측정기와;

상기 전류 측정기에서 측정한 전류 량을 수질측정 값으로 표시해주는 수질 표시기를 포함한다.

상기 전류 측정기는 양극과 음극 역할을 하는 2개의 금속판으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 2개의 금속판은 아연판과 구리판으로 구현하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 수질 표시기는 상기 전류 측정기에서 측정한 전류를 아날로그 전류 값으로 표시해주는 아날로그 전류 표시기를 포함한다.

또한, 상기 수질 표시기는 상기 전류 측정기에서 측정한 전류를 그에 상응하는 디지털 수질측정 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와;

상기 아날로그/디지털 변환기에서 표시된 디지털 수질측정 신호를 시각적으로 표시해주는 디지털 표시기를 포함한다.

본 발명에 따르면, 저가의 장비로 수질 측정장비를 구현할 수 있으므로, 학생들이 학습기자재로 쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 수질 측정장치를 소형화하고, 경량화가 가능하므로, 휴대가 용이하다는 장점도 있다.

또한, 학습현장에서 편리하면서도 신속하게 수질오염을 확인할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수질 측정장치의 제1실시 예 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 수질 측정장치의 제1실시 예 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 수질 측정장치의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 수질 측정장치의 제2실시 예 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 수질 측정장치의 제2실시 예 구성도.
도 6a 내지 도 6h는 본 발명을 적용하여 실험한 결과 그래프.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

<실시 예1>

도 1은 본 발명에 따른 수질 측정장치(100)의 제1 실시 예 사시도이고, 도 2는 분해 사시도이며, 도 3은 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수질 측정장치(100)는 용기(110), 전류 측정기(121)(122), 뚜껑(130), 수질 표시기(140), 가변볼륨(150)으로 구성된다.

용기(110)는 수질 측정 대상용 물을 저장하기 위한 용기로서, 투명 플라스틱 재질로 구현하는 것이 바람직하고, 세로 측에는 저장된 물의 양을 확인하기 위한 표시기(111)를 구비하는 것이 바람직하다. 실제 수질오염 측정시 전류에 영향을 미치는 것이 이온인데, 이러한 이온은 측정하고자 하는 물의 양에 따라 달라질 수 있으므로, 정확한 수질 오염의 측정을 위해서 표시기(111)를 통해 일정한 량의 물을 용기(110)에 저장하게 된다.

전류 측정기(121)(122)는 상기 용기(110) 내의 물에 직접 접촉하고, 물에 함유된 이온 량에 따라 달라지는 전류를 측정하는 기능을 수행하는 것으로서, 이러한 전류 측정기(121)(122)는 양극(+)과 음극(-) 역할을 하는 2개의 금속판으로 구현하는 것이 바람직하며, 상기 2개의 금속판은 아연판과 구리판으로 구현하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 전류 측정기(121)(122)는 용기(110)의 바닥면과는 간격을 떨어뜨려 설치하는 것이 바람직하다.

아연판과 구리판으로 이루어진 전류 측정기(121)(122)는 공지의 물 전지에 사용되는 금속판과 동일하게 작용하여 전류를 측정(또는, 전류를 수집)하는 역할을 하므로, 자세한 설명은 생략한다.

뚜껑(130)은 상기 용기(110)에 저장되는 물이 밖으로 새는 것을 방지하는 기능과 수질 표시기(140)를 설치하기 위한 용도, 그리고 상기 2개의 금속판인 아연판과 구리판을 고정하기 위한 용도로 사용된다.

뚜껑(130)의 내측에는 상기 아연판과 구리판을 고정하기 위한 고정단자(131)(132)가 구비되며, 이러한 고정 단자(131)(132)는 내측으로 탄성력을 갖고 억지 끼움으로 삽입되는 아연판과 구리판을 고정하게 된다.

또한, 뚜껑(130)에는 수질측정 값을 표시해주는 수질 표시기(140)가 내장되는 데, 이러한 수질 표시기(140)는 별도의 전원이 없이 인가되는 전류에 따라 동작하여 전류를 지시하는 아날로그 전류 표시기를 이용하는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명의 바람직한 제1 실시 예는, 부가적으로 외부에서 사용자가 저항값을 조절하기 위한 가변볼륨(150)을 구비하고, 상기 가변볼륨(150)을 조작하면 상기 수질 표시기(140)와 상기 전류 측정기(121)(122)의 사이에 게재된 가변저항의 저항값이 달라져 상기 수질 표시기(140)에 인가되는 전류량을 가변시키게 된다. 이것은 측정하고자 하는 물에 전류량이 많이 포함될 경우, 상기 수질 표시기(140)의 전류 표시 범위를 초과할 경우도 발생할 수 있다. 따라서 이러한 경우에도 현장에서 수질오염을 측정할 수 있도록 전류량을 조절하는 역할을 하기 위함이다.

여기서 뚜껑(13)과 용기(110)는 일반적인 나사결합 방식으로 결합 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 바람직한 제1 실시 예는, 수질 측정장치(100)를 휴대하고 수질오염을 측정하고자 하는 현장에 가서, 뚜껑(13)을 열고 용기(110)에 오염을 측정하고자 하는 물을 적당량 채운다. 이때 물은 표시기(111)를 통해 확인하면서 채우는 것이 바람직하다. 이것은 물량에 따라 이온이 달라질 수 있기 때문에, 정확성을 위해서 검사 대상의 여러 종류의 물을 동일한 양으로 맞추기 위함이다.

이후 뚜껑(130)을 닫게 되면, 전류 측정기(121)(122)의 아연판 및 구리판에 물속에 포함된 이온이 접촉되어 전류량으로 변화가 된다. 여기서 수질 측정시 이온에 의해 전기전도도가 달라지는 것은 공지의 기술이며, 이러한 전기전도도 즉, 전류가 수질을 구분하는 하나의 요소라는 것은 배경기술 및 수리학에서는 주지 관용 기술이므로, 자세한 설명은 생략한다.

전류 측정기(121)(122)에 의해 측정된 전류는 수질 표시기(140)인 아날로그 전류 표시기에 의해 전류 값이 표시되는 데, 이때 필요에 따라 사용자는 가변볼륨(150)을 조정하여 가변저항의 저항값을 가변시켜 측정하고자 하는 수질의 전류 범위를 설정할 수 있다.

여기서 수질 표시기(140)는 일반적인 전류 표시기로서, 별도의 전원 없이 구동하며, 인가되는 전류에 따라 지시자가 움직여 전류 값을 표시해주는 전류 메타를 의미한다.

도 6a 내지 도 6h는 본 발명을 적용하여 실제 다양한 물의 수질을 측정한 결과 그래프로서, 도 6a는 정수기 물의 전류량 측정 결과 그래프이고, 도 6b는 지하수의 전류량 측정 결과 그래프이며, 도 6c는 시중에서 판매되는 일반 생수의 전류량 측정 결과 그래프이고, 도 6d는 수돗물의 전류량 측정 결과 그래프이며, 도 6e는 오수의 전류량 측정 결과 그래프이고, 도 6f는 폐수의 전류량 측정 결과 그래프이고, 6g는 공장폐수의 전류량 측정 결과 그래프이며, 6h는 상기 각각의 전류량 측정 결과를 하나의 그래프에 집약하여 표시한 그래프이다.

이러한 실험 결과를 토대로 본 발명에 따른 수질 측정장치를 이용하여 각각의 수질을 쉽게 확인할 수 있는 것이다. 예컨대, 수질 표시기(140)에 표시되는 전류 값과 측정 대상용 물 별로 상기 도 6a 내지 도6h의 그래프를 비교하여, 측정한 전류 값이 상기 그래프에 표시된 전류 값보다 큰지 아니면 작은지를 비교하여 수질 상태를 판단할 수 있게 되는 것이다. 또 다른 방법으로서 각각의 물(정수기물, 지하수, 생수, 수돗물, 오수, 폐수, 공장 폐수, 기타 등)에 대한 기준 전류 값을 갖고, 수질 표시기(140)에 표시되는 전류 값과 상기 기준 전류 값을 비교하여 대소여부로 수질 오염 상태를 판단하는 것도 가능하다. 이러한 방법은 수질을 판단하기 위한 통상적인 방법이다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시 예는 수질오염에 따라 달라지는 전기전도도를 전류 값으로 측정하여, 이를 표시해줌으로써, 저가의 장비로 수질오염을 측정할 수 있으며, 경량화 및 소형화가 가능하므로, 휴대가 용이하다는 장점이 있다.

삭제

따라서 학생들이 쉽게 구입하여 학습기자재로 사용이 가능하고, 현장에서 즉시 수질오염의 측정이 가능하므로, 교육적인 측면에서도 상당한 효과가 있다.

<실시 예2>

도 4는 본 발명에 따른 수질 측정장치의 다른 실시 예(제2 실시 예)의 사시도이고, 도 5는 블록 구성도이다.

이러한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수질 측정장치(200)는, 용기(210), 전류 측정기(221)(222), 뚜껑(230), 수질 표시기(240), 가변볼륨(250)으로 구성된다.

여기서 용기, 전류 측정기, 뚜껑, 가변볼륨은 도 1에 도시된 제1 실시 예의 수질 측정장치(100)와 동일한 명칭의 구성 요소와 동일하며, 작용효과 또한 동일하며, 단지 구분을 위해 구성 요소의 부호만 달리한 것에 불과하다. 따라서 상기 용기, 전류 측정기, 뚜껑, 가변볼륨에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 제1 실시 예를 참조하기로 한다.

본 발명의 다른 실시 예는, 수질오염 측정시 전류 측정기(221)(222)에서 측정된 전류가 가변저항(251)에 의해 조절되고, 이후 아날로그/디지털 변환기(260)에 의해 디지털 신호로 변환된다.

이후 수질 표시기(240)의 디지털 표시기(241)를 통해 디지털 숫자로 표시됨으로써, 사용자가 아날로그 표시기에 비해 더 편리하게 수질오염 상태를 인지할 수 있게 되는 것이다.

이렇게 수질오염 측정 정보를 디지털로 표시할 경우에는, 디지털 신호 변환 및 표시를 위한 전원이 필요하며, 따라서 내장용 배터리(270)를 이용하여 상기 디지털 신호 변환 및 표시를 위한 장치에 구동용 전원을 공급해주는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 다른 실시 예는 측정된 수질오염 상태를 디지털 수치로 보여줌으로써, 아날로그 표시에 비해 확인이 용이하다는 장점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100, 200… 수질 측정장치
110, 210… 용기
121, 122, 221, 222… 전류 측정기
111, 211… 표시기
130, 230… 뚜껑
140, 240… 수질 표시기
150, 250… 가변볼륨
260… 아날로그/디지털 변환기
270… 배터리

Claims (6)

1. 수질을 측정하는 장치에 있어서,
   수질 측정 대상용 물이 저장되는 용기와;
   상기 용기 내의 물에 직접 접촉하고, 물에 함유된 이온 량에 따라 가변하는 전류를 측정하기 위한 전류 측정기와;
   상기 전류 측정기에서 측정한 전류 량을 수질측정 값으로 표시해주는 수질 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 측정장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 전류 측정기는 양극과 음극 역할을 하는 2개의 금속판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수질 측정장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 2개의 금속판은 아연판과 구리판으로 각각 구현하는 것을 특징으로 하는 수질 측정장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 수질 표시기는 상기 전류 측정기에서 측정한 전류를 아날로그 전류 값으로 표시해주는 아날로그 전류 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 측정장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 수질 표시기는 상기 전류 측정기에서 측정한 전류를 그에 상응하는 디지털 수질측정 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와;
   상기 아날로그/디지털 변환기에서 표시된 디지털 수질측정 신호를 시각적으로 표시해주는 디지털 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 측정장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 전류측정기와 상기 수질 표시기의 사이에 게재되며, 사용자가 전류 측정 범위의 조정을 위해 가변볼륨을 조정하면 그에 대응하게 상기 전류 측정기에서 측정한 전류를 조절하여 상기 수질 표시기에 전달하는 가변저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 측정장치.
   
   

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