KR101270896B1 - 멀티파라메터센싱 장치를 이용한 총인, 총질소 농도를 예측하는 엘오씨 기반 측정시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티파라메터센싱장치를 이용하여 총인 또는/및 총질소 농도를 예측하는 LOC기반의 측정시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 발명이다.
더욱 구체적으로는 수질의 일반항목인 온도, PH, 용존산소, 탁도, 전기전도도 또는/및 잔류염소 등을 측정할 수 있는 멀티파라메터 센싱장치를 구성하고, NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 또는 PO₄ ^-3 등의 음이온과 양이온을 측정하는 LOC 기반의 수질측정장치를 이용하여 총질소 및 총인의 농도를 측정하는 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 발명이다.
본 발명은 멀티파라미터센싱장치 및 이 멀티파라미터센싱장치에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,
이온농도를 측정할 수 있는 LOC 기반의 수질측정장치 및 이 수질측정장치에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,
상기 멀티파라미터센싱장치의 데이터와 상기 이온농도의 데이터를 전송받아 해석, 분석 또는 가공할 수 있는 프로그램이 탑재된 데이터처리장치를 포함하여 구비된 총인 또는 총질소를 예측할 수 있는 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 제공한다.
또한 상기 멀티파라미터센싱장치는 하나 또는 다수의 수질을 측정하는 센서가 연결되는 단일항목 수질수집부와,
상기의 단일항목 수질수집부를 다수로 탈부착할 수 있는 구조를 갖는 멀티수질측정케이스와,
단일항목 수질수집부를 자동으로 인식하는 측정항목 자동인식부가 더 부가되어 자동인식형 멀티파라미터센싱장치인 것을 특징으로 하는 총인 또는 총질소를 예측할 수 있는 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 제공한다.
또한 상기의 이온농도를 측정하는 장치는 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 또는 PO₄ ^-3 중 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 상기의 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 포함하는 수처리 시스템을 제공한다.

Description

멀티파라메터센싱 장치를 이용한 총인, 총질소 농도를 예측하는 엘오씨 기반 측정시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템{LOC-based TN and TP analysis system using multiparameter sensing device and the water treatment system using thereof}

본 발명은 멀티파라메터센싱장치를 이용하여 총인 또는/및 총질소 농도를 예측하는 LOC기반의 측정시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 발명이다.

더욱 구체적으로는 수질의 일반항목인 온도, PH, 용존산소, 탁도, 전기전도도 또는/및 잔류염소 등을 측정할 수 있는 멀티파라메터 센싱장치를 구성하고, NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 또는 PO₄ ^-3 등의 음이온과 양이온을 측정하는 LOC 기반의 수질측정장치를 이용하여 총질소 및 총인의 농도를 측정하는 시스템 및 이를 이용한 수처리 시스템에 관한 발명이다.

종래의 수처리 시스템에서는 일반수질항목인 탁도, PH, 전기전도도, 잔류염소, 용존산소, 온도, BOD, COD 등을 개별적으로 측정하기 위한 장치만이 설비되어 있었다.

현재 다양한 종류의 수질분석장치가 개발되어 물의 온도, 전기 전도도, 탁도, 잔류염소, COD, 용존산소, 염도, 산도(pH) 등의 수질항목을 측정하고 있다. 특히 최근에는 상기한 여러 가지 수질항목을 동시에 측정하거나, 또는 동일한 수질항목을 다수의 위치에서 동시에 측정할 수 있는 다채널 수질분석장치가 개발되어 능률적으로 수질을 분석할 수 있다.

좀 더 상세히 설명하면, 종래의 수질 측정 장치에는 2가지 유형이 있는데, 첫째는 단일 항목만 측정할 수 있는 개별 측정기와 둘째는 2개 이상의 측정항목이 고정되어 있는 다항목 측정기로 구분할 수 있었다. 상기 첫 번째 경우는 측정하고자 하는 여러 가지 항목에 대하여 개별적으로 측정기를 설치해야 하는 공간적인 문제점이 있으며, 또한 pH, 전기전도도, 용존산소의 경우 온도의 영향을 많이 받는 수질 항목은 개별적 측정기를 사용할 경우 각각의 온도 센서를 필요로 하는 단점이 있다. 두 번째의 경우는 측정하고자 하는 항목이 고정되어서 설치 후 측정하고자 하는 항목 변경이 불가능한 단점이 있으며, 종래의 다항목 측정기의 대부분 외국의 기술로 제작되어 판매되는 것으로, 이상발생 및 고장으로 인한 수리가 어려운 점이 있다.

또한 특정수질항목인 NO₂ ^-(nitrite), NO₃ ^-(nitrate), NH₄ ⁺(ammonia ion) 또는 PO₄ ^-3(phosphate ion) 중 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 LOC(lab on a chip) 기반의 측정장치가 존재하지 않았다.

이런 이유로 수처리 현장에서 직접적으로 총질소 또는 총인의 농도를 예측할 수 없는 문제점이 발생하였고, 이런 예측 시스템이 없어 수처리 시스템을 운영하는데 많은 어려움이 산재하고 있었다.

이에 본 발명은 온도, pH, 전기전도도, 용존산소, 잔류염소, 탁도, BOD, COD 등과 같은 일반수질항목을 개별적으로 제작하고 사용자가 필요에 따라 원하는 항목을 자유롭게 교체할 경우에도 수질측정항목에 대하여 종합데이터처리장치에서 자동인식으로 인식할 수 있는 멀티파라미터센싱장치를 제공하고자 한다.

또한 특정수질항목인 NO₂ ^-(nitrite), NO₃ ^-(nitrate), NH₄ ⁺(ammonia ion) 또는 PO₄ ^-3(phosphate ion) 중 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 LOC(lab on a chip) 기반의 측정장치를 제공하고자 한다.

또한 상기한 멀티파라미터센싱장치와 LOC 기반의 수질측정장치를 이용하여 총질소 또는 총인의 농도를 예측하는 LOC 기반의 수질측정 시스템을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 상기한 멀티파라미터센싱장치와 LOC 기반의 수질측정장치를 이용하여 총질소 또는 총인의 농도를 예측하는 LOC 기반의 수질측정 시스템을 적용한 수처리 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점과 요구를 해결하기 위하여,

멀티파라미터센싱장치 및 이 멀티파라미터센싱장치에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,

이온농도를 측정할 수 있는 LOC 기반의 수질측정장치 및 이 수질측정장치에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,

상기 멀티파라미터센싱장치의 데이터와 상기 이온농도의 데이터를 전송받아 해석, 분석 또는 가공할 수 있는 프로그램이 탑재된 데이터처리장치를 포함하여 구비된 총인 또는 총질소를 예측할 수 있는 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 제공한다.

또한 상기 멀티파라미터센싱장치는 하나 또는 다수의 수질을 측정하는 센서가 연결되는 단일항목 수질수집부와,

상기의 단일항목 수질수집부를 다수로 탈부착할 수 있는 구조를 갖는 멀티수질측정케이스와,

단일항목 수질수집부를 자동으로 인식하는 측정항목 자동인식부가 더 부가되어 자동인식형 멀티파라미터센싱장치인 것을 특징으로 하는 총인 또는 총질소를 예측할 수 있는 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 제공한다.

또한 상기의 이온농도를 측정하는 장치는 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 또는 PO₄ ^-3 중 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 상기의 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 포함하는 수처리 시스템을 제공한다.

본 발명은 총인, 총질소를 예측하는 장치에서 멀티파라메타센싱장치로 일반수질항목을 측정함으로써 LOC기반의 측정 시스템에서 요구되는 일반수질항목 측정데이타를 전송할 수 있으며, 이에 따라 정확한 총인, 총질소 예측값을 얻을수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 특정수질항목을 측정할 수 있는 LOC기반의 수질측정장치를 이용하여 측정한 데이터를 종합데이터처리장치에 제공하여 더욱더 정확한 총인, 총질소 농도를 예측할 수 있는 효과가 있다.

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 멀티파라메터센싱 장치를 이용한 총인, 총질소 농도를 예측하는 LOC기반 측정시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 멀티파라메터센성 장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 일반수질항목 또는 특정수질항목에 대한 측정 장치의 일예.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 멀티파라미터센싱장치 및 이 센싱부에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,

이온농도를 측정할 수 있는 측정장치 및 측정장치에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,

상기 멀티파라미터센싱장치의 데이터와 상기 이온농도의 데이터를 전송받아 해석, 분석 또는 가공할 수 있는 프로그램이 탑재된 데이터처리장치를 포함하여 구성된 총인 또는 총질소를 예측할 수 있는 LOC 기반의 수질 측정 시스템을 제공한다.

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

따라서 멀티파라미터센싱장치는 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 멀티파라미터센싱장치는 수시로 또는 연속적으로 상기의 수질측정항목에 대한 측정을 할 수 있는 수질측정센서로 이루어진 구조로 되어 있다.

본 발명의 멀티파라미터센싱장치는 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 멀티파라미터센싱장치는 다수의 수질측정항목을 측정할 수 있고 또한 이 측정값을 인식하게 해주는 장치를 의미하는 것이다.

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

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

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

또한 본 발명의 멀티파라미터센싱장치는 상기한 수질측정항목 데이터를 전송하기 위한 데이터전송장치가 구성되어 있다.

즉, 본 발명의 멀티파라미터센싱장치는 상기한 수질측정항목 데이터를 전송하기 위한 장치가 구성되어 있고, 데이터 전송장치에서 전송한 수질측정 데이터는 하기할 종합데이터처리장치에서 전송받아 총인 또는/및 총질소를 예측하는 자료로 이용된다.

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

본 발명의 멀티수질측정케이스는 통상적인 어떤 장치의 멀티수질측정케이스를 의미한다. 다만 멀티수질측정케이스는 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 멀티수질측정케이스에 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.

멀티수질측정케이스에 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 멀티수질측정케이스에 삽입 부착된 단일항목 수질수집부에 대하여 어떤 수질측정항목인지를 자동으로 인식하게 해주는 장치 또는 수단을 의미하는 것이다.

본 발명의 멀티파라미터센싱장치는 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 멀티수질측정케이스에 장치한다고 하더라도 그 장치된 단일항목 수질수집부가 무엇을 측정하는 것인지를 자동으로 인식하게 하는 것이다.

이런 작용에 의하여 멀티수질측정케이스의 특정한 부분에 그 특정된 항목의 수질수집부를 삽입 부착하여야 하는 것이 아니라 멀티수질측정케이스의 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 멀티수질측정케이스에 장착되는 단일항목 수질수집부가 어떤 수질항목에 대한 수질수집부인지 정확하게 인식하게 해 줌에 따라, 현재 측정되는 수질항목이 어떤 것이고 어떤 측정데이타를 전송할 것인지를 종합데이터처리장치에서 인식하게 해 줄 수 있어 그 측정데이터를 정확하게 해석, 분석, 평가 또는 가공을 할 수 있도록 해 준다.

측정항목 자동인식부는 어떤 단일항목 수질수집부가 멀티수질측정케이스에 연결되었을 때 그 단일항목 수질수집부 자기만의 특징적인 개별적인 신호(전기적, 전자기적, 음파, 진동 등의 다양한 신호)를 발생하고 이를 본 발명의 종합데이터처리장치에서 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 종합데이터처리장치에서 감지 또는 인식하여 그 단일항목 수질수집부에서 측정한 수질데이터를 인식, 해석, 분석 및 처리 등을 할 수 있게 된다.

상기의 측정항목 자동인식부에서 인식된 신호는 상기한 데이터전송장치에서 종합데이터처리장치로 전송하고, 이 전송된 신호는 종합데이터처리장치에서 인식하여 그 수질 측정 항목에 대한 정보를 정확하게 인식하고 그 데이터에 대한 해석, 분석 또는 평가 등의 절차를 진행할 수 있게 된다.

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

이 검지신호에 의해 종합데이터처리장치는 어떤 종류의 단일항목 수질수집부가 장착되었다는 것을 인지하게 된다.

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

본 발명의 멀티파라미터센싱장치에서 측정한 수질측정항목 데이터를 전송하기 위한 데이터전송장치는 아날로그 또는 디지털 정보를 전송할 수 있는 통상의 전송장치를 의미한다.

따라서 본 발명의 데이터 전송장치는 아날로그 신호를 디지털 신호를 변환해 주는 디지털신호변환기가 탑재되어 있을 수가 있다.

디지털신호변환기는 상기한 아날로그 신호를 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 일반 휴대폰, PDA, 별도의 통신기능을 가지는 계측기 또는 제어 기기 등과 같은 정보처리기능을 가진 장치가 인식할 수 있는 디지털신호(또는 디지털정보)로 변환해주는 수단 또는 장치를 포함하는 포괄적인 개념을 의미한다.

상기와 같은 디지털신호변환기는 통상의 디지털신호처리(DSP, digital signal processing)기능을 가진 DSP chip과 같은 장치 또는 수단을 채용하면 바람직하다

본 발명은 또한 상기한 일반수질항목에 대한 멀티파라메터센싱장치에 의한 일반 수질항목 측정 데이터를 종합데이터처리장치에 전송할 수 있다.

본 발명은 이에 더하여 NO₂ ^-(nitrite), NO₃ ^-(nitrate), NH₄ ⁺(ammonia ion) 또는 PO₄ ^-3(phosphate ion) 중 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 LOC(lab on a chip) 기반의 측정장치를 구비하고, 이 측정장치에는 측정된 데이터를 종합데이터처리장치에 전송할 수 있는 데이터 전송장치가 구비되어 있다.

본 발명에서는 LOC(lab on a chip) 기반의 측정장치에서 측정하는 상기한 질소 및 인의 항목을 특정수질항목이라고 칭한다.

본 발명에서 LOC(lab on a chip) 기반의 측정장치라 함은 단어 그대로 칩 하나에 실험실을 올려놓았다는 것과 같은 측정장치를 의미하며, 상기한 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 또는 PO₄ ^{- 3} 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 ⁺ 또는 PO₄ ^{- 3} 의 시험은 수질측정대상을 샘플링을 하여 실험실에서 하는 것이 일반적이었는데, 최근에는 다양한 시약의 개발로 상기한 측정대상항목을 현장에서 직접 실험을 할 수 있도록 개발되었다.

따라서 수처리 현장 또는 반응조에서 수시로 또는 연속적으로 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 및 PO₄ ^{- 3} 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 등으로 구성하여 표준액과의 비교를 통하여 연속적으로 질산염 이온의 농도를 측정할 수 있게 된다.

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

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

또 다른 예로 공개특허 10-2005-0043159는 질산염 이온 검출용 바이오센서 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 질산염 환원효소(NaR)를 표면에 갖는 작동 전극과 기준 전극 및 상대 전극을 갖는 바이오센서 및 이를 이용하여 시료 중의 질산염 농도를 측정하는 방법 또는 질산염이 아닌 질소 화합물을 질산염으로 전환시킴으로써 총질소의 농도를 측정할 수 있게 하는 질산염 이온화 반응기에 관한 것을 제시한 바 있다.

또 다른 예로 종래기술 등록특허 10-0835640은 인농도 또는 총인 농도를 현장에서 직법 측정하는 방법을 제시하고 있다.

이 기술은 시료수, 인(P) 표준액, 제로(zero) 표준액 중 하나로 이루어지는 측정액(A)과, 분해시약인 알카리성 과황산칼륨 용액과, 측정액을 송액하기 위한 캐리어액인 물 또는 증류수를 혼합하여 가열 분해부로 공급하는 측정액 공급부와; 상기 측정액 공급부로부터 공급된 알카리성 과황산칼륨 함유 측정액(A1)을 가열하여 상기 측정액(A) 내에 함유된 유기상태의 인 성분을 분해하는 가열 분해부와; 상기 가열 분해부로부터 송액된 인 성분이 분해된 측정액(A2)에 몰리브덴산암모늄·황산 혼합시약을 첨가하여 몰리브덴황을 생성시키고, 지시전극과 비교전극을 가진 연마형 플로우 전해셀을 구비하여, 몰리브덴황이 생성된 측정액을 정전위로 설정된 상기 두 전극 사이로 통과시켜 상기 몰리브덴황이 몰리브덴청으로 전기화학적 환원될 때 발생되는 환원 전류를 검출하여 측정액 내의 인 농도를 측정하는 인 측정부를 포함하는 구성으로 현장에서 직접적인 측정이 가능하도록 구성한 것을 볼 수 있다.

상기와 같은 구성으로 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 및 PO₄ ^{- 3} 의 개별적인 농도의 측정값, 또는 전체적인 측정값을 실험실이 아닌 현장에서 직접할 수 있어 LOC 기반을 이루게 되는 것이다.

본 발명에서 일반수질항목에 대한 멀티파라메터센싱장치도 일종의 LOC기반의 측정장치라고 할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 또는 PO₄ ^-3 중 하나 또는 둘이상을 측정할 수 있는 LOC 기반의 측정장치에서 측정한 데이터를 상기한 데이터 전송장치를 통하여 종합데이터처리장치에 전송하게 된다.

여기서 데이터 전송장치는 상기한 멀티파라메타센싱장치의 데이터 전송장치와 동일하게 구성되어 있다.

본 발명은 상기한 멀티파라미터센싱장치에서 전송한 일반수질항목에 대한 측정 데이터와 LOC 기반의 측정시스템에서 전송한 측정 데이터를 종합데이터처리장치에서 해석, 분석 또는 가공하여 총인 또는/및 총질소 농도를 예측하는 시스템으로 되는 것이다.

총질소는 무기질소와 유기질소를 총합하는 개념이다. 따라서 상기한 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 등과 같은 무기질소 및 유기질소를 총합하는 것이다.

따라서 일반적으로 총질소 농도의 예측 방법은 상기한 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 의 농도를 측정하여 대략적으로 총질소를 예측하거나 예를 들어 총질소는 상기한 NO₂ ^-, NO₃ ^-, NH₄ ⁺ 의 농도의 (100/70)정도이다 라는 개념적인 수준으로 예측하는 방법이었다.

또는 질소화합물을 유기물과 함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨다음 자외선 흡광도법으로 정량하는 방법, 또는 카드뮴 환원법, 환원증류 -킬달법 등을 이용하여 측정하였는바 공정이 복잡하고 어렵다는 문제점이 있었다.

또한 총인도 마찬가지로 무기인과 유기인을 총합하는 개념이다. 따라서 상기한 PO₄ ^-3 와 유기인을 총합하는 개념이다.

따라서 총인도 상기한 무기인인 PO₄ ^{- 3} 의 농도를 산정하여 총인의 양을 예측하거나 유기인을 전부 무기인인 인산염(PO₄ ^-3 )의 형태로 바꾸어 PO₄ ^{- 3} 의 농도를 측정하는 방식을 이용한다.

그러나 총질소와 총인은 유기질소와 유기인을 포함하는 것으로서, 이와 같은 유기물의 산정은 상기한 멀티파라미터센싱장치에서 측정하는 온도, pH, 탁도, 잔류염소, 전기전도도, 용존산소 등과 밀접한 관계가 형성되고 있다.

따라서 상기한 멀티파라미터센싱장치에서 전송받은 데이터와 LOC 기반의 수질측정장치에서 전송받은 데이터와의 관계를 정립하면 총인 또는/및 총질소의 농도를 예측할 수 있는 것이다.

즉, 다양한 수질에 대한 상기한 멀티파라미터센싱장치에서 측정하고자 하는 온도, pH, 탁도, 잔류염소, 전기전도도, 용존산소 등과 같은 일반수질항목과 LOC 기반의 수질측정장치에서 측정한 특정수질항목과의 관계를 기설정한 프로그램을 종합데이터처리장치에 탑재하여 총질소 또는 총인의 농도를 구할 수 있는 것이다.

그 예로 일반수질항목인 탁도, 잔류염소, 전기전도도의 측정 데이터와 특정수질항목인 NO₂ ^- 측정데이터와의 관계를 통하여 총질소 또는 총인의 농도를 예측할 수 있게 된다. 이 경우 PO₄ ^{- 3} 의 농도의 측정 데이터가 없어도 상기한 항목들에 의한 기설정 데이터를 통하여 총인의 농도를 예측할 수 있는 것이다.

또 다른 예로, 일반수질항목인 pH, 탁도, 잔류염소, 전기전도도, 용존산소의 측정데이터와 특정수질항목인 NO₃ ^-, NH₄ ^+, PO₄ ^{- 3} 의 측정데이터의 관계를 통하여 총질소 또는 총인의 농도를 구할 수 있는 것이다.

본 발명에서 상기한 종합데이터처리장치는 통상의 중앙처리장치가 구비되어 있으며, 컴퓨터 프로그램, 애플리케이션 프로그램 등과 같은 소프트웨어를 구동할 수 있는 OS(operationg system) 기반이 되어 있을 수가 있다.

상기한 중앙처리장치의 의미는 CPU, MCU(Micro controller unit), RAM 또는 ROM 등이 구비되어 상기한 소프트웨어를 구동할 수 있도록 해주는 수단 또는 장치의 총체적 의미로서 사용된다.

따라서 본 발명은 종합데이터처리장치에서 일반수질항목과 특정수질항목과의 관계에 대한 자료가 기설정되어 있는 프로그램 등이 운용되고, 실제 현장의 수처리 시스템에서 전송된 일반수질항목 및 특정수질항목에 대한 데이터를 전송받아 이 데이터와 기설정 데이터와의 관계를 통하여 총질소 또는/및 총인의 농도를 예측할 수가 있는 것이다.

본 발명은 또한 종합데이터처리장치에 제어부가 부가 구성될 수 있다. 이와 같은 제어부는 상기한 총질소 또는/및 총인의 농도의 예측이 가능함에 따라 수처리 시스템의 반응조 등에 설치된 약품주입장장치, 폭기장치, 여과장치, 교반기 운용장치, 처리수 반송장치 등에 연동되어 있어 약품주입량, 폭기량, 여과량, 교반기 운용량, 처리수량 등을 자동으로 제어하게 된다.

이와 같은 제어부는 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 상기한 멀티파라미터센싱장치와 특정수질항목에 대한 LOC 기반의 수질측정장치를 통하여 총질소 또는/및 총인의 농도를 측정할 수 있으며, 또한 상기한 멀티파라미터센싱장치와 LOC 기반의 수질측정장치를 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 일반수질항목 측정 및 특정수질항목을 측정하여 주입할 약품량, 수처리량, 반송량, 교반조 운용상태 등을 제어하게 된다.

또한 본 발명은 이와 같은 수처리시스템에 적용되어 사용하는 멀티파라미터센싱장치와 LOC 기반의 수질측정장치의 배치에 기술적 특징이 있다.

본 발명은 바람직하게는 도 1에서 보는 바와 같이 멀티파라미터센싱장치는 측정대상 반응조에서 처리되는 상태를 측정하고 LOC 기반의 수질측정장치는 반응조에서 유출되는 처리수에 대하여 측정할 수 있도록 배치한 것이 좋다.

이와 같은 이유는 수처리에서 총질소와 총인은 유기물이 반응되면서 이온화 하는 경향이 발생하므로 이런 배치를 통하여 더욱 정확한 총질소 또는 총인 예측 시스템을 제공하게 되며 이를 이용한 수처리 시스템을 제공하게 된다.

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 : 멀티수질측정케이스 20 : 수질측정센서
30 : 단일항목 수질수집부 40 : 측정항목 자동인식부

Claims (4)

1. 탁도, PH, 전기전도도, 잔류염소, 용존산소, 온도, BOD 또는 COD 와 같은 일반수질항목을 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 멀티파라미터센싱장치 및 이 멀티파라미터센싱장치에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,
   NO₂ ^-(nitrite), NO₃ ^-(nitrate), NH₄ ⁺(ammonia ion) 또는 PO₄ ^-3(phosphate ion) 중 하나 또는 둘 이상을 측정할 수 있는 수질측정장치 및 이 수질측정장치에서 측정한 데이터를 전송하는 전송장치,
   상기 멀티파라미터센싱장치의 데이터와 상기 수질측정장치의 데이터를 전송받아 해석, 분석 또는 가공할 수 있는 프로그램이 탑재된 종합데이터처리장치를 포함하여 구비된 총인 또는 총질소를 예측할 수 있는 수질 측정 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   멀티파라미터센싱장치는 하나 또는 다수의 수질을 측정하는 센서가 연결되는 단일항목 수질수집부와,
   상기의 단일항목 수질수집부를 다수로 탈부착할 수 있는 구조를 갖는 멀티수질측정케이스와,
   단일항목 수질수집부를 자동으로 인식하는 측정항목 자동인식부가 더 부가되어 자동인식형 멀티파라미터센싱장치인 것을 특징으로 하는 총인 또는 총질소를 예측할 수 있는 수질 측정 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기한 종합데이터처리장치에 제어부가 부가 구성되어 수처리 시스템에서 약품주입량, 폭기량, 여과량, 교반기 운용량 또는 처리수량 등을 자동으로 제어하는 것에 특징이 있는 수질 측정 시스템.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 수질 측정 시스템을 포함하는 수처리 시스템.
   

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