KR101270819B1 - 소프트웨어 센서를 이용한 총질소 모니터링 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정 확보가 가능한 수질 농도를 이용하여 총질소 농도를 간접적으로 예측할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 LOC 기반의 수질측정장치에서 NH₄ ⁺, NO₃ ^-, NO₂ ^-의 분석데이타와 일반수질항목 측정장치에서 탁도, pH, 전기전도도, 기타 수질 항목 등의 분석데이타를 이용하여 항목간 상관관계를 도출하여 총질소를 예측(모니터링)하는 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 발명이다.
본 발명은 정보처리장치를 구비하고, 일반수질항목 측정데이터와 특정수질항목 측정데이터를 해석, 분석 또는 가공할 프로그램이 탑재되어 총질소의 농도를 예측하는 TN 소프트웨어 센서를 제공한다.
또한 상기의 일반수질항목 측정데이터는 탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, BOD, COD, 온도, 잔류 염소의 농도 중 하나 또는 둘 이상의 측정 데이터이고,
상기의 특정수질항목 측정데이터는 NO2-, NO3-, NH4+ 중 하나 또는 둘 이상의 측정 데이터인 것을 특징으로 하는 총질소의 농도를 예측하는 TN 소프트웨어 센서를 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 TN 소프트웨어센서를 구비하고,
일반수질항목측정부 및 특정수질항목을 측정하는 LOC기반의 수질측정부,
상기의 측정부에서 측정한 측정 데이터를 수집하고 TN 소프트웨어센서에 전송하는 데이터통합수집장치를 구비한 총질소의 농도를 예측하는 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 일반수질항목측정부 및 특정수질항목을 측정하는 LOC기반의 수질측정부는 측정하는 수질항목을 자동으로 인식하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 총질소의 농도를 예측하는 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 총질소 농도를 예측하는 시스템을 구비하고, 상기 시스템은 TN 소프트웨어센서를 포함하는 종합데이터처리방치를 구비한 것에 특징이 있는 수처리 시스템을 제공한다.

Description

소프트웨어 센서를 이용한 총질소 모니터링 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템{Developed TN analysis system using software sensor and the water treatment system using thereof}

본 발명은 측정 확보가 가능한 수질 농도를 이용하여 총질소 농도를 간접적으로 예측할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LOC 기반의 수질측정장치에서 NH₄ ⁺, NO₃ ^-, NO₂ ^-의 분석데이타와 일반수질항목 측정장치에서 탁도, pH, 전기전도도, 기타 수질 항목 등의 분석데이타를 이용하여 항목간 상관관계를 도출하여 총질소를 예측(모니터링)하는 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 발명이다.

총질소는 무기성질소와 유기성질소의 총합을 의미한다.

따라서 일반적으로 총질소를 측정하는 방법은 무기성질소인 NO₂ ^-(nitrite), NO₃ ^-(nitrate), NH₄ ⁺(ammonia ion)를 실험실에서 각각 측정하여 총질소 농도를 예측하는 방법을 시행한다.

NO₂ ^-(nitrite) 농도 측정은 디아조화법을 이용하는데 수질오염공정시험법에 개시되어 있는 흡광광도법은 아질산 이온을 슬퍼닐아미드와 반응시켜 디아조화하고 α-나프틸 에틸렌디아민이 염산염과 반응시켜 생성된 아조화합물의 홍색의 흡광도를 540㎚에서 측정하는 방법을 이용한다.

NO₃ ^-(nitrate)는 대표적인 흡광광도법으로 부루신법과 자외선 흡광광도법을 사용하고 있다.

NH₄ ⁺(ammonia ion)의 측정 방법은 일명 인도페놀법이라고 불리는 흡광광도법을 이용하고 있다.

상기한 종래의 각각의 질소 측정 방법은 전처리 및 과도한 시간이 소요되어 정확한 총질소의 농도를 측정하기 어렵게 하고 있다.

상기한 각각의 NO₂ ^-(nitrite), NO₃ ^-(nitrate), NH₄ ⁺(ammonia ion)를 측정하고합산하여 총질소를 예측하는 방법이 시행되고 있다.

또는 총질소를 직접적으로 측정하는 방법으로 다음과 같은 방법을 제시하고 있다.

<자외선 흡광도법>

시료 중 질소화합물을 알칼리성 과황산칼륨의 존재하에 120℃에서 유기물과함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음, 산성에서 자외부 흡광도를 측정하여 질소를 정량하는 방법이다.

<카드뮴 환원법>

시료 중 질소화합물을 알칼리성 과황산칼륨 존재하에 120℃에서 유기물과 함 께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음 질산이온을 다시 카드뮴-구리 환원 칼럼을 통과시켜 아질산이온으로 환원시키고 아질산성 질소의 양을 구하여 질소로 환산하는 방법이다.

<환원증류-킬달법(합산법)>

시료에 데발다합금을 넣고 알칼리성에서 증류하여 시료 중의 무기질소를 암모니아로 환원유출시키고, 다시 잔류시료중의 유기질소를 킬달분해 한 다음 증류하여 암모니아로 유출시켜 각각의 암모니아성 질소의 양을 구하고 이들을 합하여 총질소를 정량하는 방법이다.

따라서 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위해, 실험실 습식분석과정을 현장에서 시행할 수 있는 총질소 온라인 분석장비가 사용되고 있으나, 이 장비는 1시간 이상의 분석시간을 필요로 함으로 실시간 분석이 어려우며, 특히 저농도 영역에서 측정의 정확도가 현저히 낮으며, 부피가 커 설치 공간 확보가 어려우며, 고가인 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 복잡한 총질소 농도 측정 방법을 혁신적으로 개선한 것으로서, 측정 확보가 가능한 수질 농도를 이용하여 총질소 농도를 간접적으로 예측(또는 모니터링)할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.

특히, 본 발명은 수처리 현장에서 직접 측정하고 활용할 수 있도록, TN 소프트웨어 센서를 이용한 LOC(lab on a chip) 기반의 총질소 예측 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 일반수질항목측정부와 특정수질항목에 대한 LOC기반 수질측정부를 이용하여 정확한 총질소 예측 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점과 요구를 해결하기 위하여,

정보처리장치를 구비하고, 일반수질항목 측정데이터와 특정수질항목 측정데이터를 해석, 분석 또는 가공할 프로그램이 탑재되어 총질소의 농도를 예측하는 TN 소프트웨어 센서를 제공한다.

또한 상기의 일반수질항목 측정데이터는 탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, BOD, COD, 온도, 잔류 염소의 농도 중 하나 또는 둘 이상의 측정 데이터이고,

상기의 특정수질항목 측정데이터는 NO2-, NO3-, NH4+ 중 하나 또는 둘 이상의 측정 데이터인 것을 특징으로 하는 총질소의 농도를 예측하는 TN 소프트웨어 센서를 제공한다.

또한 본 발명은 상기의 TN 소프트웨어센서를 구비하고,

일반수질항목측정부 및 특정수질항목을 측정하는 LOC기반의 수질측정부,

상기의 측정부에서 측정한 측정 데이터를 수집하고 TN 소프트웨어센서에 전송하는 데이터통합수집장치를 구비한 총질소의 농도를 예측하는 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 일반수질항목측정부 및 특정수질항목을 측정하는 LOC기반의 수질측정부는 측정하는 수질항목을 자동으로 인식하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 총질소의 농도를 예측하는 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 상기의 총질소 농도를 예측하는 시스템을 구비하고, 상기 시스템은 TN 소프트웨어센서를 포함하는 종합데이터처리방치를 구비한 것에 특징이 있는 수처리 시스템을 제공한다.

본 발명은 종래의 총질소를 측정하거나 예측하는 방법에서 시간이 많이 소요되고 과도한 장비가 드는 문제점을 완전히 해소한 효과가 있다.

또한 본 발명은 LOC 기반의 TN 소프트웨어센서를 이용함으로써 그 장비가 간소화되고 설치가 용이하며 수처리 시스템 현장에서 직접 총질소의 농도를 예측할 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한 본 발명은 TN 소프트웨어 센서를 이용하여 총질소를 간접적으로 빠른 시간 내에 알아낼 수 있으므로, 실시간으로 통합 수질환경정보를 알 수 있는데에 도움을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 수처리 시스템을 운영하는 하, 폐수처리장 등을 운영하는데 경제적이고 효율적으로 시설을 운영관리 할 수 있도록 도움을 준다.

또한 본 발명은 또한 본 발명은 온도, pH, 탁도, 잔류염소, 용존산소, 전기전도도 등의 단일항목 수질수집부를 종합데이터처리장치에서 자동인식함으로써 획일화된 항목이 아닌 현장에 맞는 항목을 측정할 수 있으므로 어떠한 조건에서도 임의로 수질측정 항목을 설정할 수 있는 특별한 효과가 있다

또한 본 발명은 어떤 특정의 장소 예컨대, 정수처리장, 하수처리장, 호수, 호소, 하천, 댐 등의 각각의 수질측정항목에 대한 특성이 다른 장소에 필요한 수질측정항목을 사용자의 필요에 따라 매우 쉽고 간편하게 선택하고 교환하여 측정할 수 있는 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 소프트웨어 센서를 이용한 총질소 모니터링 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 일반수질항목부의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 일반수질항목 또는 특정수질항목에 대한 측정 장치의 일예.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 총질소를 예측하는 시스템으로 TN 소프트웨어 센서를 이용하여 총질소를 예측하는 시스템을 제공한다.

본 발명은 정보처리장치를 구비하고, 일반수질항목 측정데이터와 특정수질항목 측정데이터를 해석, 분석 또는 가공할 프로그램이 탑재되어 있는 TN 소프트웨어 센서로 구성되어 있는 총질소 예측 시스템이다.

상기한 본 발명의 TN 소프트웨어 센서는 chip, 반도체회로, 전자회로 등으로 구성될 수 있으며 입력된 데이터를 처리할 수 있는 정보처리장치가 구성되어 있다.

정보처리장치는 통상의 CPU, MCU(Micro controller unit), RAM 또는 ROM 등이 최소한도로 구비되어 정보처리를 구동할 수 있도록 해주는 수단 또는 장치의 총체적 의미로서 사용된다.

본 발명은 TN 소프트웨어 센서가 가동되기 위하여 상기한 일반수질항목 측정데이터와 특정수질항목 측정데이터를 전송해 주는 장치 또는 수단을 구비한다.

본 발명에서 일반수질항목 측정 데이터는 탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, BOD, COD, 온도, 잔류 염소의 농도 등의 측정데이터를 의미한다.

또한 특정수질항목 측정데이터는 NO2-, NO3-, NH4+ 의 농도 등의 측정데이터를 의미한다.

본 발명에서 일반수질항목 측정 데이터는 일반수질항목측정부에서 측정되어 진다.

본 발명의 일반수질항목측정부는 탁도, PH, 전기전도도, 잔류염소, 용존산소, 온도, BOD, COD 등과 같은 일반수질항목을 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 장치 또는 수단을 의미한다.

따라서 여러 가지 수질항목을 동시에 측정하거나, 또는 동일한 수질항목을 다수의 위치에서 동시에 측정할 수 있는 다채널 수질분석장치가 개발되어 능률적으로 수질을 분석할 수 있다.

즉 본 발명의 일반수질항목 측정부는 단일 항목만 측정할 수 있는 개별 측정기 또는 2개 이상의 측정항목이 고정되어 있는 다항목 측정기로 구성되어 있는 것을 들 수 있다.

따라서 예를 들어 pH, 전기전도도, 용존산소 등의 다수의 측정기를 단순히 하나의 조합 형태로 장치하여 수질측정대상에 설치한 경우를 들 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 일반수질항목측정부로 구성할 수 있다.

그러나 본 발명은 상기와 같은 조합 형태의 일반수질항목 측정부는 측정하고자 하는 항목이 고정되어서 설치 후 측정하고자 하는 항목 변경이 불가능한 단점이 있으며, 이와 같은 일반수질항목측정부에 구성된 다항목의 측정기의 대부분 외국의 기술로 제작되어 판매되는 것으로, 이상발생 및 고장으로 인한 수리가 어려운 점이 있다.

따라서 본 발명은 수질측정항목이 자동으로 인식되는 일반수질항목측정부로 구성된 점이 기술적 특징이다.

본 발명의 일반수질항목측정부는 상기한 각각의 일반수질항목에 대한 센서부가 있어서 상기한 탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, 온도, BOD, COD 등과 같은 수질항목을 센싱할 수 있는 구조로 되어 있다.

본 발명의 일반수질항목측정부는 수시로 또는 연속적으로 상기의 수질측정항목에 대한 측정을 할 수 있는 수질측정센서로 이루어진 구조로 되어 있다.

본 발명의 일반수질항목측정부는 상기한 탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, 온도, BOD, COD 등을 측정할 수 있는 센서를 사용자의 필요에 따라 다수로 배치하여 측정하고자 하는 수처리 시스템의 수질을 측정할 수 있게 된다.

즉, 측정하고자하는 수질항목에 대한 센서부를 하나의 케이스에 탈부착할 수 있는 구조로 하여 사용자가 요구하는 수질측정항목에 대한 센서부를 케이스에 탈착하여 수질측정을 할 수가 있다.

예를 들어, 어떤 수처리 시스템에 대하여 사용자가 탁도, PH, 전기전도도 측정값을 원하는 경우 탁도, PH, 전기전도도 측정장치를 하나의 케이스에 단순히 부착하여 탁도, PH, 전기전도도 측정값을 인지할 수 있게 해 주는 것이다.

이와 같은 일반수질항목측정부는 다수의 수질측정항목을 측정할 수 있고 또한 이 측정값을 인식하게 해주는 장치를 의미하는 것이다.

본 발명에서 일반수질항목측정부는 다수의 또는/및 다종의 수질측정센서가 연결되어 있다. 이와 같은 이유로 일반수질항목측정부는 연결된 수질측정센서가 어떤 수질측정센서인지 자동으로 인식하는 것이 매우 중요하다.

상기와 같은 이유로 본 발명은 더욱 바람직하게는 상기한 일반수질항목측정부가 각각의 수질측정항목 센서부(이를 "단일항목 수질수집부"라 한다)를 자동으로 인식할 수 있는 구성으로 되어 있는 것에 기술적 특징이 있다.

본 발명의 일반수질항목측정부는 측정케이스(10)와, 측정케이스에 탈부착이 가능한 수질을 측정하는 센서(20) 등이 연결되는 단일항목 수질수집부(30)와, 측정케이스에 삽입 부착된 단일항목 수질수집부에 대하여 어떤 측정항목인지를 자동으로 인식하는 측정항목 자동인식부(40)로 이루어진 것에 기술적 특징이 있다.

또한 본 발명의 일반수질항목측정부에서 측정한 수질측정항목 데이터는 데이터통합수집장치에 연결되어 정보가 수집된다.

본 발명에서 데이터통합수집장치는 다시 설명한 특정수질항목을 측정하는 LOC기반의 수질측정부에서 측정한 데이터도 함께 수집하는 기능을 수행한다.

따라서 본 발명의 일반수질항목측정부는 상기한 기술적 구성으로 인하여 다수 또는 다종의 수질측정항목의 종류와 그 측정값을 TN 소프트웨어센서에서 자동으로 인식할 수 있도록 하게 해 주는 것이다.

본 발명의 측정케이스는 통상적인 어떤 장치의 측정케이스를 의미한다. 다만 측정케이스는 단일항목 수질수집부가 삽입 또는 부착할 수 있는 구조를 갖는 특성을 가지고 있으며, 단일항목 수질수집부를 하나 또는 다수를 수용할 수 있는 구조를 갖고 있다.

이런 특성으로 인하여 측정하고자 하는 수질항목을 여러 개로 할 수 있으며, 또한 측정하고자 하는 수질항목에 대한 수질수집부를 여러 개로 선택하여 측정케이스에 삽입 또는 부착할 수 있게 된다.

또한 동일한 수질항목에 대한 수질수집부를 여러 개 수용할 수 있어 다른 샘플들에 대한 동일한 수질항목을 동시에 측정할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

측정케이스에 탈부착이 가능한 수질을 측정하는 센서 등이 연결되는 단일항목 수질수집부는 다음과 같이 구성된다.

단일항목 수질수집부는 상기한 바와 같이 온도, pH, 탁도, 용존산소, 전기전도도, BOD, COD 등의 수질항목을 탐지할 수 있는 센서 등이 연결될 수 있는 구조로 이루어져 있다. 또한 각각의 센서 등에서 탐지한 데이타를 각각의 수질측정항목에 맞도록 인식, 해석, 검량, 측정할 수 있는 프로그램이 탑재되어 있다.

예컨대, 대부분의 수질측정항목은 전기전도도를 통하여 그 농도를 측정하게 되는데 각각의 수질측정항목별로 전기전도도에 따른 검량선의 구조가 다르게 형성된다. 즉, 선형, 곡선형, log scale 형 등 다양하게 나타날 수 있는데, 따라서 각각의 수질측정항목에 대한 검량선을 작성하기 위해서는 이미 그 수질항목에 대한 농도별, 샘플별, 방해성분에 대한 오차 등을 고려하여 미리 프로그램되어 있어야 한다. 이러한 프로그램은 통상의 컴퓨터 프로그램으로 구현할 수 있다.

하나의 예로 DO 측정기의 경우 용매의 역할을 하는 전해액에 음극과 양극에 해당하는 각각의 금속을 담구고 앞부분을 산소가 통할 수 있는 얇은 격막(Membrane)으로 막으면 산소가 통과하여 들어왔을때 화학반응으로 인해 기전력이 발생하게 된다. 이 기전력을 계량화하여 용존산소의 농도를 측정하게 되는데 이렇게 기전력의 계량화에 필요한 기능과 구조는 DO에 대한 단일항목 수질수집부에 포함되어 구성되어 있다.

또한 다른 예로 pH 측정기의 경우,유리전극(Glass Electrode)과 비교전극(Reference Electrode)이 필요하며, 이 두 전극사이에서 발생하는 전위차(Potential)를 전압계로 측정함으로써 pH값을 얻을 수 있다. 이와 같은 전위차에 대한 해석을 통하여 pH값을 구할 수가 있고, 이렇게 전위차에 대한 계량화에 필요한 기능과 구조는 상기한 pH에 대한 단일항목 수질수집부에 포함되어 구성되어 있다.

따라서 본 발명의 단일항목 수질수집부는 상기와 같은 이유로 각각의 수질측정항목에 대한 측정기준이 프로그램되어 탑재되어 있는 chip, 전자회로 또는 반도체회로가 포함되어 구성되어 있다.

그리고, 본 발명의 단일항목 수질수집부는 각각의 수질항목 측정에 대한 온도, 압력, 염분, 방해물질 등에 대한 교정 및 보정을 할 수 있는 기능이 구성되어 있다. 또한 이런 교정 및 보정을 할 수 있는 기능은 아래에서 설명할 장치제어부와 연동되어 있어 간단하고 쉽게 교정 및 보정을 수행할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 단일항목 수질수집부는 상기한 측정항목 자동인식부에서 이 수질수집부가 어떠한 수질측정항목을 인식하고 있는지 알 수 있도록 정보를 주는 수질항목전달부를 포함하여 구성할 수 있다.

측정항목 자동인식부는 수질항목전달부에서 전송하는 정보를 통하여 이 수질수집부가 어떠한 수질측정항목을 측정하여 데이터를 보내는지를 알게 해주는 기능을 한다.

즉, 측정항목 자동인식부는 측정케이스에 삽입 부착된 단일항목 수질수집부에 대하여 어떤 수질측정항목인지를 자동으로 인식하게 해주는 장치 또는 수단을 의미하는 것이다.

본 발명의 일반수질항목측정부는 측정을 필요로 하는 여러 개의 수질측정항목을 사용자의 요구 또는 편의에 따라 다양하게 선택하여 여러 수질항목을 측정할 수 있는 수질측정센싱부인 것으로 상기한 단일항목 수질수집부를 다양한 방식 또는 다양한 개수로 측정케이스에 장치한다고 하더라도 그 장치된 단일항목 수질수집부가 무엇을 측정하는 것인지를 자동으로 인식하게 하는 것이다.

이런 작용에 의하여 측정케이스의 특정한 부분에 그 특정된 항목의 수질수집부를 삽입 부착하여야 하는 것이 아니라 측정케이스의 그 어떤 부분이라도 수질수집부를 장치할 수 있는 공간에 단일항목 수질수집부를 삽입부착하면 자동적으로 그 수질수집부가 어떤 수질항목에 대한 수질수집부인지 인식할 수 있도록 만들어 주는 것이다.

이와 같이 측정항목 자동인식부는 측정케이스에 장착되는 단일항목 수질수집부가 어떤 수질항목에 대한 수질수집부인지 정확하게 인식하게 해 주게 한다.

측정항목 자동인식부는 어떤 단일항목 수질수집부가 측정케이스에 연결되었을 때 그 단일항목 수질수집부 자기만의 특징적인 개별적인 신호(전기적, 전자기적, 음파, 진동 등의 다양한 신호)를 발생하고 이를 본 발명의 데이터통합수집장치에서 그 개별적인 신호를 인식하는 기능을 수행하여 그것이 어떤 수질항목에 대한 수질수집부인지를 알 수 있게 해 줄 수 있는 구성을 취하여 달성할 수 있다.

따라서 이와 같은 단일항목 수질수집부의 특징적인 자기만의 신호는 단일항목 수질수집부에 장치되어 있는 전자회로, 반도체회로 또는 chip 등에서 발생한다거나 또는 개별 단일항목 수질수집부의 물리적인 또는 화학적인 특성에 의한 신호로도 발생할 수 있다.

상기와 같이 발생한 단일항목 수질수집부의 자기만의 특징적인 신호를 데이터통합수집장치에서 감지 또는 인식하여 그 단일항목 수질수집부에서 측정한 수질데이터를 TN 소프트웨어센서에 전송하여 분석 및 처리 등을 할 수 있게 한다.

상기의 측정항목 자동인식부에서 인식된 신호는 상기한 데이터통합수집장치를 거쳐 TN 소프트웨어센서로 전송하고, 이 전송된 신호는 TN 소프트웨어센서에서 인식하여 그 수질 측정 항목에 대한 정보를 정확하게 인식하고 그 측정 데이터에 대한 해석, 분석 또는 평가 등의 절차를 진행할 수 있게 된다.

하나의 예로서, 단일항목 수질수집부에 고유코드가 내장되어 그 단일항목 수질수집부가 측정케이스에 연결되어 동작전원이 들어온 상태가 되면 단일항목 수질수집부가 결합되었다는 검지신호를 출력하게 된다.

이 검지신호는 데이터통합수집장치에 의해 어떤 종류의 단일항목 수질수집부가 장착되었다는 것을 인지하게 해준다.

단일항목 수질수집부에는 상기의 약정된 고유코드의 신호를 출력하는 인터페이스회로부가 구성되어 있다. 데이터통합수집장치는 상기의 인터페이스회로부에서 발생하는 신호를 인가받아 그 신호를 판독하는 마이크로프로세서를 구비하여 어떤 단일항목 수질수집부인지를 인식하게 되는 것이다.

본 발명에서 데이터통합수집장치는 상기한 바와 같이 단일항목 수질수집부의 종류를 인식할 뿐만 아니라 일반수질항목측정부에서 측정한 여러 종류의 데이터를 수집하고 그 측정정보를 분류하여 TN 소프트웨어센서로 보내주는 기능을 수행하는 장치 또는 수단을 의미한다.

따라서 데이터통합수집장치는 데이터를 분류하여 전송하는 기능 또는/및 데이터를 임시 수집하여 저장하고 전송해주는 기능을 수행할 수 있음을 의미한다.

본 발명에서 특정수질항목을 측정하는 LOC 기반 수질측정부는 상기한 바와 같이 NO2-, NO3-, NH4+ 의 농도를 측정할 수 있는 측정장치를 의미한다.

따라서 상기한 일반수질항목수집부와 마찬가지로 LOC 기반 수질측정부도 어떤 수질측정항목인지를 자동으로 인식하게 하는 자동 인식 시스템으로 될 수 있다.

따라서 LOC 기반 수질측정부도 측정케이스와, 측정케이스에 탈부착이 가능한 수질을 측정하는 센서 등이 연결되는 단일특정항목 수질수집부와, 측정케이스에 삽입 부착된 단일특정항목 수질수집부에 대하여 어떤 측정항목인지를 자동으로 인식하는 측정항목 자동인식부로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 LOC(lab on a chip) 기반의 수질측정부라 함은 단어 그대로 칩 하나에 실험실을 올려놓았다는 것과 같은 측정장치를 의미하며, 상기한 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 를 종래 실험실에서 시약을 이용하여 시험하던 것을 수처리 시스템 또는 반응조 등에서 직접 실험하여 측정할 수 있는 장치 또는 시스템을 의미한다.

환경공학실험에서 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 의 시험은 수질측정대상을 샘플링을 하여 실험실에서 하는 것이 일반적이었는데, 최근에는 다양한 시약의 개발로 상기한 측정대상항목을 현장에서 직접 실험하여 그 측정값을 바로 알 수 있도록 개발되었다.

따라서 수처리 현장 또는 반응조에서 수시로 또는 연속적으로 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 를 측정할 수 있게 되었다.

그 예로 상기한 측정대상항목 각각에 대한 발색시약을 샘플에 투입하여 그 발색하는 정도에 따라 측정대상항목의 농도 등을 측정할 수 있다.

즉, 상기한 측정대상항목의 표준액에 대하여 발색시약을 투입하고 그 발색정도에에 대한 검량선을 설정하고, 실제로 측정하는 측정시료의 발색하는 정도를 대비하는 방법을 사용할 수 있다. 이 경우 사용할 수 있는 것은 흡광광도법에서 이용하는 UV 등과 같은 특정한 파장을 흡수하는 정도를 활용할 수 있다.

이와 같은 구성은 시료주입부, 발색시약투입부, 광원부, 측정부, 비교판단부 , 시료유출부 등으로 구성하여 표준액과의 비교를 통하여 연속적으로 질산염 이온의 농도를 측정할 수 있게 된다. 따라서 비교판단부는 표준액에 대한 검량선과 측정시료와의 발색정도를 비교 판단하여 측정대상항목의 농도를 추정하는 것을 의미한다.

더불어 전기전도도, 이온전위, 막투과율 등을 이용하여도 측정항목의 농도를 측정할 수 있다.

이와 같은 측정방법은 상기한 일반수질항목측정부의 단일항목 수질수집부와 마찬가지로 각각의 수질측정항목에 대한 측정기준이 프로그램되어 탑재되어 있는 chip, 전자회로 또는 반도체회로가 포함되어 구성되어 있을 수가 있다.

본 발명의 LOC 기반 수질측정부에서 측정된 데이터는 상기한 데이터통합수집장치로 보내주게 된다.

본 발명에서 상기의 TN 소프트웨어센서는 다음과 같은 기능과 작용으로 총질소의 농도를 예측하며 이에 기술적 특징이 있다.

본 발명은 상기한 일반수질항목측정부의 측정항목인 탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, BOD, COD, 온도, 잔류 염소의 농도를 각각의 변수로 지정한다.

따라서 탁도 = f(a), PH = f(b), 전기전도도 = f(c), 용존산소 = f(d), BOD = f(e), COD = f(f), 온도 = f(g), 잔류 염소 = f(h)의 함수로 지정할 수 있다.

또한 LOC 기반 수질측정부의 측정항목인 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 의 농도도 각각의 변수로 지정한다.

따라서 NO₂ ^- = f(i), NO₃ ^- = f(j), NH₄ ⁺ = f(k)의 함수로 지정할 수 있다.

상기의 함수를 이용하여 총질소(TN) = {if(i) + jf(j) + kf(k)} + {af(a) + bf(b) + cf(c) + df(d) + ef(e) + ff(f) + gf(g) + hf(h)+.........} + x라는 함수를 설정할 수 있다.

다만 이러한 함수는 상기한 모든 함수를 모두 포함하여야 하는 것이 아니라 사용자의 편의에 따라 LOC 기반 수질측정부의 함수{if(i), jf(j), kf(k)} 중 어느 하나 이상을 선택하여 할 수 있고, 또한 일반수질항목측정부의 함수{af(a), bf(b), cf(c), df(d), ef(e), ff(f) , gf(g), hf(h)} 중 어느 하나 이상을 선택하여 함수를 설정할 수 있다.

따라서 상기한 일반수질항목측정부의 측정데이터와 LOC 기반 수질측정부의 측정데이터의 많은 데이터를 대입하고 그 경우에 측정된 총질소의 대입하면, 상기한 함수 앞의 계수의 수치 및 절편값을 알 수 있게 된다.

상기의 식은 총질소값을 구하기 위한 하나의 예이며 본 발명의 기술적 내용을 한정하는 것이 아니다.

따라서 총질소(TN) = x{f(i)ⁱf(j)^jf(k)^k} * {f(a)^af(b)^bf(c)^c........}의 식으로 나타낼 수 있으며, 양변에 로그를 취하면 상기한 선형의 방정식이 나타나게 된다.

따라서 log(TN) = log(x) + ilog(f(i)) + jlog(f(j)) + klog(f(k)) + alog(f(a)) + blog(f(b)) + clog(f(c)) 와 같은 선형의 방정식이 만들어 지게 된다.

이와 같은 선형의 방정식이 만들어 지면 각각의 함수에 대한 지수를 알 수 있게 되며 이 지수를 이용하여 총질소의 농도를 예측할 수 있게 된다.

이와 같은 방법은 일반적인 OPTIMIZATION 모델 또는 선형 수치해석 방법과 동일 또는 유사한 방법을 채용하여 개발한 것에 해당한다.

따라서 상기한 각 측정항목에 대한 함수의 계수(또는 지수)를 구하여 기설정하고 이와 같은 수식에 대한 프로그램을 TN 소프트웨어센서에 탑재한다. 그리고 실제 수처리시스템에서 TN 소프트웨어센서에 일반수질항목측정부의 측정데이터와 LOC 기반 수질측정부의 측정데이터가 입력되면 총질소의 농도를 예측할 수가 있게 되는 것이다.

본 발명은 이와 같은 구성으로 TN 소프트웨어센서를 이용하여 총질소의 농도를 예측하는 시스템을 구성하게 된다.

본 발명은 또한 상기한 TN 소프트웨어센서를 포함하는 종합데이터처리장치를 구비하는 총질소 예측 시스템 및 수처리 시스템을 제공한다.

본 발명의 종합데이터처리장치는 상기한 TN 소프트웨어센서에서 제공받는 총질소 데이터와 데이터통합수집장치에서 제공받은 일반수질항목 데이터와 특정수질항목 측정데이터를 해석, 분석 또는 가공하여 수처리 장치 제어시스템으로 정보를 전달해 주는 기능을 수행할 수 있는 것을 의미한다.

또한 본 발명의 종합데이터처리장치는 상기한 TN 소프트웨어센서에서 제공받는 총질소 데이터와 데이터통합수집장치에서 제공받은 일반수질항목 데이터와 특정수질항목 측정데이터를 온라인 또는 오프라인으로 데이터를 전송할 수 있는 기능을 구비하는 것을 의미한다.

또한 본 발명의 종합데이터처리장치는 데이터구조, 데이터 파일, MCU 또는 CPU 등과 같은 정보처리장치, 응용 프로그램을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체를 포함할 수 있다.

컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 총질소의 농도를 예측할 수 있고 각각의 수질측정항목을 알 수 있는바, 수처리 시스템의 반응조 등에 설치된 약품주입장장치, 폭기장치, 여과장치, 교반기 운용장치, 처리수 반송장치 등에 연동되어 있어 약품주입량, 폭기량, 여과량, 교반기 운용량, 처리수량 등을 자동으로 제어하는 수처리 장치 제어시스템으로 정보를 줘서 제어하게 된다.

수처리 장치 제어시스템은 상기한 종합데이터처리장치에서 분석, 해석 또는 평가한 자료를 배경으로 하여 수처리시스템의 단위조작에 필요한 데이터를 제공하게 되고 이와 같은 제공 정보를 통하여 상기한 약품주입량, 폭기량, 여과량, 교반기 운용량, 처리수량 등을 자동으로 제어하게 된다.

본 발명은 또한 상기와 같은 TN 소프트웨어센서를 이용한 총질소의 농도를 예측하는 시스템을 수처리 시스템에 장착하여 효율적인 수처리 시스템을 제공하게 된다.

본 발명에서 수처리 시스템이라 함은 하천, 호소, 정수장, 하수처리장, 폐수처리장에서 운용되는 물리, 화학, 생물학적 처리를 통한 정수처리, 하수처리,오폐수처리 시스템을 의미한다.

따라서 이러한 수처리 시스템은 물리, 화학, 생물학적 처리 반응조를 구비하고 있으며 이에 따라 본 발명의 일반수질항목측정 데이터 및 특정수질항목 데이터 예측된 총질소에 따라 주입할 약품량, 수처리량, 반송량, 교반조 운용상태 등을 제어하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성으로 TN 소프트웨어센서를 포함하는 종합데이터처리장치를 구비한 것에 특징이 있는 수처리 시스템을 제공한다.

본 발명은 정수, 하수, 폐수 처리장 등의 수처리 시스템에 매우 유용한 발명이다.

본 발명은 정수, 하수, 폐수 처리장 수질측정 기구 산업 및 정수 처리 수질측정기구 산업에 매우 유용한 발명이다.

또한 본 발명은 하천, 호소 등의 수질을 측정하는 기구 및 장치를 제조, 판매, 용역하는 산업에 매우 효과적인 발명이다.

더불어, 민간기업, 공기업, 관공서의 환경영향평가 및 환경계획 정책, 수립, 시행하는 산업에도 매우 유익한 발명이다.

10 : 측정케이스 20 : 수질측정센서
30 : 단일항목 수질수집부 40 : 측정항목 자동인식부

Claims (5)

1. 정보처리장치를 구비하고,
   탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, BOD, COD, 온도 또는 잔류 염소와 같은 일반수질항목의 측정데이터와 NO2-, NO3- 또는 NH4+와 같은 특정수질항목의 측정데이터를 해석, 분석 또는 가공할 프로그램이 탑재되어 총질소의 농도를 예측하는 TN(총질소) 소프트웨어 센서.
   
2. 제1항에 있어,
   일반수질항목 측정데이터는 탁도, PH, 전기전도도, 용존산소, BOD, COD, 온도, 잔류 염소의 농도 중 하나 또는 둘 이상의 측정 데이터를 이용하고,
   특정수질항목 측정데이터는 NO2-, NO3-, NH4+ 중 하나 또는 둘 이상의 측정 데이터를 이용한 것을 특징으로 하는 총질소의 농도를 예측하는 TN(총질소) 소프트웨어 센서.
   
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항을 포함하여 구비하는 TN(총질소) 소프트웨어센서를 구비하고,
   일반수질항목측정부 및 특정수질항목 수질측정부와,
   상기의 일반수질항목측정부 및 특정수질항목 수질측정부에서 측정한 측정 데이터를 수집하여 TN(총질소) 소프트웨어센서에 전송하는 데이터통합수집장치를 구비한 총질소의 농도를 예측하는 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   일반수질항목측정부 및 특정수질항목 수질측정부는 측정하는 수질항목을 자동으로 인식하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 총질소의 농도를 예측하는 시스템.
   
5. 제3항의 총질소 농도를 예측하는 시스템을 구비하고,
   상기 시스템은 종합데이터처리장치를 구비하되,
   상기 종합데이터처리장치에서는 상기한 TN(총질소) 소프트웨어센서에서 예측한한 총질소 데이터와 일반수질항목측정부 및 특정수질항목 수질측정부에서 측정한 일반수질항목 데이터 및 특정수질항목 측정데이터를 해석, 분석 또는 가공하여 수처리 장치 제어시스템으로 정보를 전달해 주는 기능을 수행하며,
   상기 수처리 장치 제어시스템은 상기 종합데이터처리장치에서 전송받은 총질소 데이터와 일반수질항목 측정데이터 및 특정수질항목 측정데이터를 이용하여 약품주입량, 폭기량, 여과량, 교반기 운용량 또는 처리수량을 자동으로 제어하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
   
   

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