KR101494083B1 - Method for determining residual ozone decay kinetic constant in ozone water treatment system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오존 접촉조를 포함하는 오존 수처리 시스템에서의 두 지점 이상에서 오존농도를 측정하여, 신뢰성 높은 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
종래 오존 접촉조에서의 오존분해속도상수를 구하기 위해서는 많은 비용과 복잡한 방법이 필요할 뿐만 아니라 신뢰도가 낮다는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에서는 오존 접촉조 내의 임의의 수개 지점에서 오존농도를 측정함에도 불구하고, 간단하고 용이하게 신뢰성 높은 오존분해속도상수를 구할 수 있으며, 이에 따라 실제 오존 접촉조에 매우 근접한 ADR 모델을 시뮬레이션 할 수 있다. 상기 ADR 모델 시뮬레이션을 통하여, 오존 수처리 시스템에서의 목적하는 CT값을 용이하게 제어하고, 나아가 C. parvum oocyst의 불활성화 및 브로메이트(bromate) 생성 제어를 신뢰도 높게 구현할 수 있다는 특징이 있다.
The present invention is to provide a method for determining reliable ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D by measuring ozone concentration at two or more points in an ozone water treatment system including an ozone contact tank.
There has been a problem that not only a cost and a complicated method are required but also the reliability is low in order to obtain the ozone decomposition rate constant in the conventional ozone contact tank. However, in the present invention, although the ozone concentration is measured at arbitrary several points in the ozone contact tank, it is possible to easily and reliably obtain the reliable ozone decomposition rate constant, and thereby to simulate the ADR model very close to the actual ozone contact tank have. Through the ADR model simulation, and easily control the CT value desired in the ozone water treatment system, and even C. parvum oocyst deactivation and bromate generation control can be implemented with high reliability.

Description

오존 수처리 시스템에서의 오존분해속도상수를 구하는 방법{Method for determining residual ozone decay kinetic constant in ozone water treatment system}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for determining an ozone decomposition rate constant in an ozone water treatment system,

본 발명은 오존 접촉조를 포함하는 오존 수처리 시스템에서의 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하는 방법 및 이를 이용한 오존투입량을 제어하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for obtaining ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D in an ozone water treatment system including an ozone contact tank, and a method for controlling ozone doses using the same.

오존은, 염소나 클로라민과 같이 통상 살균과 같은 수처리에 사용되는 산화제들보다 더 강한 산화 잠재력을 가지고 있는 물질이다. 특히 오존은 C. parvum oocyst와 같은 미생물에 대하여, 염소 기반의 소독물질보다 더 높은 살균력을 발휘하므로, 최근 미국에서는 정수장에 많은 보급이 이루어졌다.Ozone is a substance that has a stronger oxidizing potential than oxidants used in water treatment, such as chlorine or chloramine. Especially, ozone has a higher bactericidal power against microorganisms such as C. parvum oocyst than chlorine - based disinfectants, and in recent years, it has been widely used in water treatment plants in the United States.

일반적으로, 정수장에 설치되는 오존 수처리 공정은, 산소가스에 고전압을 방전시켜 오존을 발생시키고, 발생한 오존을 오존 접촉조에 유입되는 처리수에 용해시켜, 처리수에 포함된 미량 오염물질 및 미생물 등을 산화 분해시키는 공정으로 이루어진다. 이때, 오존은 처리수에 용해되어 오존 접촉조 내에서 산소와 물로 분해되는데, 이와 같이 분해되는 오존의 속도는 여러 인자들에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, 오존의 분해 속도는 수온, 오염물질 농도, pH, 알칼리도, 중금속 농도 등의 여러 인자에 영향을 받으며, 이러한 분해 특성을 고려하여 최근 정수장에 설치되는 오존 접촉조에서의 체류시간은 약 15~30분이 되도록 설계한다. 여기서, 오존 접촉조의 체류시간은, 처리수가 오존 접촉조 내에서 흘러가며 머물게 되는 시간을 의미하며, 오존 접촉조 내에서 오존의 분해가 일어나는 시간과도 같고, 이는 오존 접촉조로의 처리수 유입 유량에 따라 결정된다.Generally, the ozone water treatment process installed in a water purification plant generates ozone by discharging a high voltage to oxygen gas, dissolves generated ozone into the treatment water flowing into the ozone contact tank, and accumulates trace pollutants and microorganisms Oxidative decomposition step. At this time, the ozone is dissolved in the treated water and decomposed into oxygen and water in the ozone contact tank. The rate of ozone decomposition in this way is influenced by various factors. For example, the decomposition rate of ozone is influenced by various factors such as water temperature, pollutant concentration, pH, alkalinity, and heavy metal concentration. Considering such decomposition characteristics, the residence time in the ozone contact tank Design for 15 to 30 minutes. Here, the residence time of the ozone contact tank means the time during which the treated water flows in the ozone contact tank and is the same as the time when ozone decomposition occurs in the ozone contact tank. This is the time required for the treatment water to flow into the ozone contact tank .

오존의 소독 공정, 즉 수처리 공정은 CT(오존농도×접촉시간)값을 기반으로 하여 소독능을 결정하는데, 특히 앞서 언급한 C. parvum oocyst의 불활성화율 제어는 CT값의 제어를 통해 이루어진다. 상기 CT는 오존 접촉조 내를 통과하는 처리수를 소독시키는 능력, 즉 체류시간에 대한 잔류 오존농도의 그래프에서 총 체류시간 동안의 잔류 오존농도를 적분한 값으로 결정될 수 있다. 따라서, CT값은 처리수에 투입되는 오존량이 많을수록, 처리수의 접촉시간이 길어질수록 증가한다 볼 수 있다. CT값이 증가할수록 소독능이 증가하여 C. parvum oocyst의 불활성화율이 증가하지만, 이를 위해 투입하는 오존량을 증가시키면 오존 접촉조에서 방출된 처리수에 잔류 오존이 과도하게 포함되어 후처리 공정에서 사용되는 미생물을 사멸시키거나, 공기 중으로 휘발되어 인체에 해를 끼치는 문제가 발생할 수 있다. 나아가 오존이 Br-가 풍부한 원수에 사용될 경우, 브로메이트(BrO3 -)라는 발암성이 의심되는 물질이 소독 부산물로 생성되고, 상기 브로메이트는 CT값이 커질수록 생성되는 양이 증가한다는 문제점이 있다. 따라서, C. parvum oocyst의 불활성화를 효율적으로 수행하면서, 브로메이트의 과도한 생성을 막을 수 있는 적절한 CT값의 결정 및 제어가 중요하다.The disinfection process of ozone, that is, the water treatment process, determines the disinfecting ability based on the value of CT (ozone concentration x contact time), and in particular, C. parvum Control of the deactivation rate of the oocyst is achieved by controlling the CT value. The CT can be determined by integrating the residual ozone concentration during the total residence time in the graph of the residual ozone concentration versus residence time, i.e., the ability to disinfect treated water passing through the ozone contact tank. Therefore, it can be seen that the CT value increases as the amount of ozone supplied to the treated water increases and the contact time of the treated water increases. As the CT value increases, the disinfection ability increases and C. parvum increasing the deactivation rate of the oocyst but increasing the amount of ozone to inject for this purpose the residual ozone is excessively contained to be processed discharged from crude ozone contact to kill the microorganism that is used in the post-treatment process, or volatilized into the air to the human body It can cause harmful problems. Furthermore, when ozone is used in raw water rich in Br -, there is a problem that a substance suspected of being carcinogenic to bromate (BrO 3 - ) is produced as a disinfection by-product, and the amount of bromate increases as the CT value increases have. Therefore, C. parvum it is important to determine and control the appropriate CT value to prevent excessive production of bromate while effectively performing inactivation of the oocyst .

그러나 CT값의 결정 및 제어는 경험이 풍부한 오존 접촉조 운전자에게도 매우 어려운 일이다. 이는 실제 오존 접촉조에서의 처리수 오존 농도들을 모든 지점에 대해 정확히 파악할 수 없으며, 상기 오존의 분해 속도는 여러 변수에 의해 영향을 받기 때문에, 상기 체류시간에 대한 잔류 오존농도를 실시간으로 예측하는 것은 매우 힘든 일이다. However, the determination and control of CT values is very difficult for experienced ozone contactors. This is because it is not possible to accurately grasp the concentrations of the treated water ozone in the actual ozone contact tank at all points and to estimate the residual ozone concentration with respect to the residence time in real time since the decomposition rate of the ozone is influenced by various variables It is very hard work.

상기 CT값을 예측하고 제어하는 방법으로, 오존 접촉조의 수리학적 특성을 반영하여 오존 분해를 설명할 수 있는 반응 속도 모델들이 제안되어 왔다. 최근엔 이러한 반응 속도 모델을 컴퓨터를 이용한 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 할 수 있는데, 대표적으로 OCM 소프트웨어가 사용되고 있다. OCM 소프트웨어는 오존 분해 모델식을 입력하고, 오존분해속도상수와 관련된 파라미터들을 입력함으로써, 간편하게 잔류 오존농도에 대한 그래프와 같은 시뮬레이션을 자동적으로 수행해줄 수 있다.As a method for predicting and controlling the CT value, a reaction rate model has been proposed that can account for ozone decomposition reflecting the hydraulic characteristics of an ozone contact tank. Recently, this reaction rate model can be simulated using computer-based software, typically OCM software. The OCM software can automatically perform simulations such as graphs of residual ozone concentration simply by entering the ozone decomposition model equation and entering parameters related to the ozone decomposition rate constant.

한편 상기 반응 속도 모델 중 종래 대표적으로 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor) 모델이 사용되어 왔다. 이는 오존 접촉조를 다수의 균일한 부피를 갖는 셀(cell)로 이루어져 있다고 이상화하여, 수개의 연속적인 교반 회분 반응기들로 구성됨과 같이 모델링 한 것이다. 이러한 CSTR 모델은 사용되는 파라미터, 즉 오존분해속도상수가 적어 이를 구하기가 용이하고, 시뮬레이션이 간편하다는 장점이 있다. 그러나 실제 오존 접촉조는 셀의 부피가 서로 상이하고, 그 안에서 처리수는 이상적 CSTR이 아닌 비이상적인 흐름을 보이며, 오존요구량감소 2차속도상수인 KR값이 반영되지 않으므로, 실제 오존 접촉조에서의 오존 분해를 신뢰도 높게 시뮬레이션 하여 예측할 수 없다는 문제점이 있다.
On the other hand, CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) model has conventionally been used as the reaction velocity model. This is modeled as an ozone contact tank composed of several successive stirred batch reactors, idealized to be composed of cells having a plurality of uniform volumes. This CSTR model has advantages such that it is easy to obtain the parameters to be used, i.e., the ozone decomposition rate constant, and that the simulation is simple. However, since the actual ozone contact volume is different from each other in the cell volume, the treated water exhibits a non-ideal flow rather than an ideal CSTR, and the K R value as the second-order rate constant is not reflected. There is a problem that ozone decomposition can not be predicted with high reliability.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 ADR 모델(축방향 분산모델, Axial Dispersion Reactor Model)이 종래의 모델보다, 수평류 곡류 등의 비이상성을 나타내는 오존 접촉조의 수리학적 특성을 더욱 잘 반영하고 있으며, 상기 ADR 모델식을 반영한 시뮬레이션을 통해 신뢰성 높은 CT값의 예측 및 제어할 수 있음을 확인하였고, 나아가 ADR 모델을 시뮬레이션 하기 위해 필요한 세 개의 파라미터(KR, [D0] 및 KD)를 결정함에 있어, KR값은 그 중요성이 크지 않아 상수로 고정시키고, 나머지 오존분해속도상수인 [D0] 및 KD값을 신뢰성 높게 구할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
Under these circumstances, the present inventors more fully reflect the hydraulic characteristics of the ozone contact tank, which exhibits non-idealities such as horizontal flow cereals, and the ADR model (Axial Dispersion Reactor Model) It was confirmed that reliable CT values can be predicted and controlled through simulation that reflects the model equation. Furthermore, in determining the three parameters (K R , [D 0 ] and K D ) necessary to simulate the ADR model, K R value is fixed as a constant and not large in importance, by identifying the remaining available ozone decomposition rate constant of [D 0], and can reliably obtain the K D value, the present invention has been completed.

본 발명은 오존 접촉조를 포함하는 오존 수처리 시스템에서의 두 지점 이상에서 오존농도를 측정하여, 수치해석적인 방법을 이용하여 신뢰성 높은 오존분해속도상수들인 초기오존농도 감소량([D0]) 및 오존분해속도상수(KD)를 구하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
The present invention measures the ozone concentration at two or more points in an ozone water treatment system including an ozone contact tank, and estimates the initial ozone concentration reduction amount ([D 0 ]), which is reliable ozone decomposition rate constants To obtain a decomposition rate constant (K D ).

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하는 방법을 제공한다:In order to solve the above problems, the present invention provides a method for determining an ozone decomposition rate constant [D 0 ] and K D comprising the steps of:

1) 처리수가 유입되는 유입구;1) an inlet through which treated water flows;

상기 유입구에 설치되어 처리수에 오존을 공급하기 위한 오존 투입부;An ozone input unit installed at the inlet to supply ozone to the treated water;

상기 유입구와 연결되며, 처리수가 곡류를 형성하며 흐르는 통과수로를 포함하는 오존 접촉조;An ozone contact tank connected to the inlet and including a passage through which the treated water flows and forms a cereal;

오존 접촉조 내 통과수로의 임의의 거리(Li)에 설치된 두 개 이상의 오존센서;Two or more ozone sensors provided at an arbitrary distance ( Li ) of the passage channels in the ozone contact tank;

통과수로를 통해 오존 접촉조를 통과한 처리수가 배출되는 배출구; 및A discharge port through which the treated water passing through the ozone contact tank is discharged through the passage channel; And

상기 오존센서를 통해 측정된 오존 농도를 분석하는 중앙처리시스템을 포함하는 오존 수처리 시스템을 이용하여,Using an ozone water treatment system including a central processing system for analyzing the ozone concentration measured through the ozone sensor,

유입구의 오존농도 [O3]0 및 i번째 오존센서를 통해 거리 Li에서의 오존농도 [O3]i를 각각 측정하는 단계; 및The ozone concentration of the inlet [O 3] 0, and the ozone concentration in the i-th through the ozone sensor distance L i [O 3] measuring a i, respectively; And

2) 하기 수학식 1로 표시되는 식에서 m의 값이 최소값을 나타내는 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하는 단계;2) obtaining an ozone decomposition rate constant [D 0 ] and a K D , in which the value of m is the minimum value in the equation represented by the following equation (1);

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013049815982-pat00001
Figure 112013049815982-pat00001

여기서 m은, 상기 수학식 1에서 i번째 오존센서에 해당하는 x=Li 일 때의 실제 오존농도([O3]i)와 수학식에 따른 오존농도([O3])의 차이 값의 제곱인 ([O3]-[O3]i)2의 총 합을 나타내며,Where m is the difference between the actual ozone concentration ([O 3 ] i ) at x = L i corresponding to the i-th ozone sensor in Equation 1 and the ozone concentration ([O 3 ] the square ([O 3] - [O 3] i) represents the sum of the two,

상기 식에서, E는 분산 계수이며, U는 처리수의 유속이고, [O3]는 오존농도이며, KR은 오존요구량감소 2차속도상수이다. 상수처리공정에서 후오존처리 (전오존 -> 응집 -> 침전 -> 여과 -> 후오존)를 하는 경우 이 값은 일정하게 결정된 상수이다.
Where E is the dispersion coefficient, U is the flow rate of the treated water, [O 3 ] is the ozone concentration, and K R is the second order rate constant with reduced ozone requirement. In the case of post-ozone treatment (total ozone->coagulation->precipitation->filtration-> post-ozone) in the water treatment process, this value is a constant determined constantly.

본 발명은 처리수가 수평류 및 곡류의 비이상적 흐름을 나타내는 오존 접촉조에 가장 적합한 모델인 ADR 모델(축방향 분산모델, Axial Dispersion Reactor Model)을 이용하여, 이를 시뮬레이션 하기 위한 오존분해속도상수들을 간단하고 효율적으로 구할 수 있는 특징이 있다. 구체적으로, ADR 모델에서 필요한 총 세 개의 오존분해속도상수들(KR, [D0] 및 KD) 중 [D0] 및 KD 두 개만을 결정하여 이를 시뮬레이션 할 수 있고, 이로써 오존 접촉조의 CT를 높은 신뢰도로 예측하고, 최적의 CT를 용이하게 제어할 수 있다.
The present invention uses the ADR model (Axial Dispersion Reactor Model), which is the most suitable model for the ozone contact tank in which the treated water exhibits a non-ideal flow of horizontal currents and cereals, and simplifies the ozone decomposition rate constants There is a feature that can be obtained efficiently. Specifically, it is possible to simulate and determine only two [D 0 ] and K D out of the total three ozone decomposition rate constants (K R , [D 0 ] and K D ) required in the ADR model, The CT can be predicted with high reliability and the optimal CT can be easily controlled.

이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 구현예에 관한 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 오존분해속도상수를 구하는 방법은 오존 수처리 시스템을 이용하여 수행될 수 있다.As shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention, the method for determining the ozone decomposition rate constant of the present invention can be performed using an ozone water treatment system.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오존 수처리 시스템의 주요 구성인 오존 접촉조는 유입구를 통해 유입되는 처리수를 통과수로에 따라 통과시킨 후에 배출구를 통해 외부로 유출되도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the ozone contact tank, which is a main constituent of the ozone water treatment system according to the present invention, may be formed so as to allow the treated water flowing through the inlet port to flow out through the outlet port after passing through the passage channel.

상기와 같이 형성된 오존 접촉조를 포함하는 본 발명의 오존 수처리 시스템은, 상기 유입구에 설치되는 오존 투입부, 상기 통과수로 내에 설치되는 오존센서 및 오존센서를 통해 측정된 정보를 전달받아 분석하는 중앙처리시스템을 추가로 포함할 수 있다.
The ozone water treatment system of the present invention including the ozone contact tank formed as described above is characterized in that it comprises an ozone injection unit installed at the inlet, an ozone sensor installed in the passage water passage, and a center Processing system may be further included.

상기 오존 투입부는, 유입구측에 설치되어 오존 접촉조로 유입되기 전의 처리수에 오존을 원수에 투입시킨다. 상기 투입되는 오존은 외부에 설치되는 별도의 오존공급장치 및 오존저장 탱크로부터 공급받을 수 있다.The ozone input unit is provided on the inlet side and feeds ozone into the raw water before the water is introduced into the ozone contact tank. The supplied ozone may be supplied from an ozone supply device and an ozone storage tank provided outside.

본 발명의 바람직한 일 구현예로, 상기 오존 투입부는 오존 주입용 벤츄리관일 수 있으며, 이 경우 처리수의 일부가 벤츄리관에 유입될 수 있다. 그리고 벤츄리관의 목부에서 압력이 낮아지는 현상에 의해서 벤츄리관에 유입된 처리수의 일부에 기체 상의 오존이 주입되고, 벤츄리관을 유동하는 처리수의 일부에 기체 상의 오존이 용해되어 함유될 수 있다. 이후, 오존이 함유된 처리수의 일부는 나머지 처리수와 합쳐진 후 유입구를 통해 오존 접촉조에 유입될 수 있다. 그리고, 오존이 함유된 처리수는 소정의 접촉시간 동안 오존 접촉조 내의 통과수로를 유동하면서 오존과 접촉, 즉 반응하여 처리될 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the ozone input unit may be a venturi pipe for ozone injection, in which case a part of the treated water may be introduced into the venturi pipe. Ozone is injected into a part of the treatment water flowing into the venturi tube due to the phenomenon that the pressure in the neck portion of the venturi tube is lowered and the gaseous ozone is dissolved and contained in a part of the treatment water flowing in the venturi tube . Then, a part of the treated water containing ozone may be introduced into the ozone contact vessel through the inlet after combining with the remaining treated water. Then, the treated water containing ozone can be treated in contact with, i.e., reacted with, ozone while flowing through the passage channel in the ozone contact tank for a predetermined contact time.

상기 오존 투입부는 앞서 설명한 바와 같이 벤츄리관일 수 있으나, 그 외 오존 주입용 버블 디퓨져 등 일 수 있으며, 이러한 오존 투입수단이 특별히 제한되는 것은 아니다.
The ozone input unit may be a venturi as described above, but may be a bubble diffuser for ozone injection, and the ozone input unit is not particularly limited.

상기 오존 접촉조는 내부에 처리수가 곡류를 형성하며 흐를 수 있는 통과수로를 포함한다.The ozone contact tank includes a passage through which the process water can flow while forming a cereal.

본 발명의 일 구현예로, 오존 접촉조는 미로형태로 처리수의 유로가 곡류 및 수평류 등으로 가변 되도록 내부에 수개의 격벽이 설치될 수 있다. 이러한 격벽은 오존 접촉조 몸체의 좌우 내벽 및 상하 내벽에 연결되어 설치되며, 상기 격벽으로 분리된 공간은 일종의 셀(cell)을 구성하게 된다. 처리수는 이러한 격벽으로 분리된 셀을 따라 상하방향 또는 좌우방향으로 흘러가며, 다양한 형태의 흐름을 형성할 수 있다. 상기 통과수로는 처리수가 흐르는, 즉 내벽으로 분리된 공간인 셀들의 집합으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ozone contact vessel may be provided with several partition walls in the form of a labyrinth so that the flow channel of the treatment water is changed to cereal flow, horizontal flow, or the like. These partition walls are connected to the left and right inner walls and the upper and lower inner walls of the ozone contact tank body, and the space separated by the partition walls constitutes a cell. The treated water flows vertically or horizontally along the cells separated by these partitions and can form various types of flows. The passage channel may be formed as a set of cells that are space in which the process water flows, that is, a space separated into inner walls.

본 발명의 도 2에는 오존 접촉조 및 통과수로의 일 예로써, 격벽이 오존 접촉조 내벽에 설치되어 통과수로를 형성하는 모식도가 나타나 있으며, 여기에서는 격벽으로 인해 총 8개의 분리된 공간, 즉 셀이 구성되어 있다.FIG. 2 is a schematic view showing an example of the ozone contact tank and the passage passage in which the partition wall is provided on the inner wall of the ozone contact tank to form a passage water passage. In this case, .

상기 격벽으로 분리된 셀 중, 첫 번째 셀(통과수로의 상부)은 상기 유입구와 연결되어 처리수가 처음으로 공급되는 영역이며, 마지막 셀(통과수로의 말단)은 상기 배출구와 연결되어 오존이 반응하여 분해된 처리수가 배출되는 영역이다.Of the cells separated by the barrier ribs, the first cell (the upper part of the passage channel) is connected to the inlet to supply the treated water for the first time, and the last cell (the end of the passage channel) And is the area where the disassembled treated water is discharged.

상기 설명한 오존 접촉조 및 통과수로는 그 형태가 특별히 제한되는 것은 아니며, 당업계에 일반적으로 알려진 곡류가 형성되며 흐를 수 있는 모든 종류의 통과수로 및 오존 접촉조를 포함한다.
The shape of the ozone contact tank and the passage passage described above are not particularly limited, and include all kinds of passing water channels and ozone contact vessels which are formed and flowable with cereals generally known in the art.

상기 오존 접촉조 내 통과수로에는 두 개 이상의 오존센서가 설치될 수 있다. 상기 오존센서는 처리수 내의 오존의 농도를 검출할 수 있는 센서로서, 특별히 제한되지 않는다.At least two ozone sensors may be installed in the passage through the ozone contact tank. The ozone sensor is a sensor capable of detecting the concentration of ozone in the treated water, and is not particularly limited.

상기 오존센서는 두 개 이상 설치되어 총 i개의 오존센서가 설치될 수 있으며, 이러한 오존센서의 개수는 특별히 제한되지 않으나, 신뢰도가 높은 오존분해속도상수의 결정 및 시뮬레이션 결과와 동시에 경제성을 고려하여 2개 내지 5개가 바람직하다. 가장 바람직하기로, 상기 오존센서는 3개가 설치될 수 있다.
The number of the ozone sensors is not particularly limited. However, the ozone decomposition rate constant is determined and the simulation result is concurrent with the reliability. To 5 is preferable. Most preferably, three ozone sensors may be installed.

상기 오존센서는 통과수로 내의 임의의 지점, 즉 서로 다른 임의의 거리(Li)에 설치될 수 있다. 상기 Li는 상기 유입구와 연결되는 통과수로의 상부로부터 i번째 센서가 설치된 지점까지의 수로상의 거리, 즉 처리수가 통과수로의 상부에서부터 i번째 센서가 설치된 지점까지 통과수로 내에서 이동하는 거리를 의미하며, 그 단위는 m(미터)이다.The ozone sensor can be installed at any point in the passage waterway, that is, at any arbitrary distance L i . The distance L i is a distance in the water channel from the upper portion of the passage through which the inlet is connected to the point where the i-th sensor is installed, that is, the distance that the process water travels from the upper portion of the passage passage to the point where the i- , And the unit is m (meters).

바람직하기로, 상기 오존센서 중 마지막 센서는 배출구와 연결되는 통과수로의 말단부에 설치될 수 있다. 이때 오존센서가 설치된 거리는 통과수로의 길이인 L의 80% 내지 100%에 해당되며, 바람직하게는 통과수로의 길이인 L의 80% 내지 90%이다. 이와 같이 마지막 센서가 통과수로의 말단부에 설치됨으로써, 배출구에서 배출되는 최종적인 처리수 내의 오존 농도를 검출할 수 있다.
Preferably, the last of the ozone sensors may be located at the distal end of the passageway that is connected to the outlet. The distance at which the ozone sensor is installed corresponds to 80% to 100% of L, which is the length of the passage, and preferably 80% to 90% of the length L of the passage. Thus, the final sensor is installed at the distal end of the passage passage, so that the concentration of ozone in the final treated water discharged from the discharge port can be detected.

상기 오존센서를 통해 측정된 오존 농도 데이터를 전달받아 분석하는 중앙처리시스템은, 구체적으로 오존 투입량 및 유입구의 처리수 오존 농도를 제어하고 이를 감시할 수 있도록 하는 오존량 계산기록 및 디스플레이 하는 표시부와; 오존의 화학분해속도를 고려하여 소독효과를 정량적 평가 및 예측할 수 있는 모델예측식인 상기 수학식 1에 따른 ADR 모델 알고리즘이 탑재되며, 상기 유입구의 처리수 유량, 유입구의 처리수 오존 농도, 유입구의 처리수 pH 및 온도, 통과수로 내 오존센서를 통한 지점별 오존농도([O3]i) 데이터를 전달받아 ADR 모델에 따른 정량적 해석 및 시뮬레이션을 위한 수치연산부와; 오존 투입량을 자동산출할 수 있는 모델예측 제어부를 포함한다. 구체적으로, 상기의 수치연산부는 수정된 OCM 소프트웨어를 이용하여 보다 용이하게 수치연산 및 시뮬레이션을 수행할 수 있다.A central processing system for receiving and analyzing the ozone concentration data measured through the ozone sensor includes a display unit for recording and displaying an ozone amount calculation so as to control and monitor the ozone concentration of the ozone input amount and the inlet ozone concentration; The ADR model algorithm according to Equation (1), which is a model prediction equation capable of quantitatively estimating and predicting the disinfection effect in consideration of the chemical decomposition rate of ozone, is installed. The treatment water flow rate at the inlet, the treatment water ozone concentration at the inlet, A numerical operation unit for quantitative analysis and simulation according to the ADR model by receiving the ozone concentration ([O 3 ] i ) data by the ozone sensor through the ozone sensor in the water pH and temperature and the passing water; And a model prediction control unit capable of automatically calculating an ozone input amount. Specifically, the numerical operation unit can more easily perform numerical computation and simulation using the modified OCM software.

상기 OCM 소프트웨어는 해당 업계의 통상의 기술자들이 오존 농도 시뮬레이션을 위하여 보편적으로 사용하는 프로그램이므로, 당업자는 이를 적절히 응용하여 상기 수치연산과 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 나아가 수정된 OCM 소프트웨어의 구체적인 내용은 이미 본 발명자의 논문인 [Kim, D., Hasan, S., Tang, G., Marinas, B.J., Couillard, L., Shukairy, H. and Kim J. (2006a) Simulaneous simulation of pathogen inactivation and bromate formation in full scale ozone contactors. Journal AWWA 99(8), 77-91]에 상세히 기재되어 있고, 이를 참조로서 본 발명에 포함한다.Since the OCM software is a program that is commonly used by ordinary engineers in the industry for ozone concentration simulation, a person skilled in the art can appropriately apply the numerical computation and the simulation. Further details of the modified OCM software have already been described by the inventor's paper [Kim, D., Hasan, S., Tang, G., Marinas, BJ, Couillard, L., Shukairy, ) Simulaneous simulation of pathogen inactivation and bromate formation in full scale ozone contactors. Journal AWWA 99 (8), 77-91, which is incorporated herein by reference.

상기 수치연산부를 통해, 오존 접촉조 내의 ADR 모델에서의 최적의 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구할 수 있다.
The optimum ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D in the ADR model in the ozone contact tank can be obtained through the numerical calculator.

상기와 같이 구성된 오존 수처리 시스템에서, 후술할 수학식 1의 소독모델식인 ADR 모델에 의해 시뮬레이션하고, 최적의 오존분해속도상수를 구해 모델예측제어를 적용하는 이유는, 처리수의 수질과 수량의 변동이 심한 지표수를 정수장 유입원수로 사용하고 있는 대부분의 정수장에서 수질과 수량의 변동에 따라 제거 대상물질의 제거해야 할 요구 수준이 달라질 수 있고, 오존의 경우 처리수인 원수 특성에 따라 반감기가 수십분 미만의 매우 빠른 분해속도상수를 가지며 오존 접촉조 내에서 복잡한 흐름을 나타내기 때문에, 이러한 현실의 시스템 및 반응속도이론이 잘 반영된 ADR 모델에 대입하여 제거 대상물질의 불활성화를 계산할 수 있고, 이를 근거로 투입해야 하는 오존의 양을 계산할 수 있기 때문이다.
In the ozone water treatment system configured as described above, the reason why the model predictive control is applied by simulating by the ADR model, which is the disinfection model equation, which will be described later, and the optimum ozone decomposition rate constant, In most of the water purification plants that use this severe surface water as the inflow source of the water purification plant, the demand level of the substance to be removed may be changed according to the variation of the water quality and the quantity. In the case of ozone, , It is possible to calculate the deactivation of the substance to be removed by substituting it into the ADR model that reflects the system and the reaction rate theory of the real system because it shows a complex flow in the ozone contact tank. This is because the amount of ozone to be injected can be calculated.

본 발명에 있어서, 상기 설명한 오존 수처리 시스템을 이용하여 ADR 모델식에 적용되는 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구할 수 있다. 이하, 이러한 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
In the present invention, the ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D applied to the ADR model equation can be obtained by using the above-described ozone water treatment system. Hereinafter, this method will be described in more detail.

본 발명은 상기 설명한 오존 수처리 시스템을 이용하여 오존 투입부를 통해 처리수에 투입되는 오존량을 통하여 오존 접촉조에 유입되는 처리수의 오존농도([O3]0, mg/ℓ)를 측정 또는 결정할 수 있다. 나아가, 통과수로에 설치된 두 개 이상의 오존센서를 통하여, 각각의 오존센서가 위치하는 통과수로의 임의의 거리(Li)에서 오존농도 [O3]i(mg/ℓ)를 측정할 수 있다.The present invention can measure or determine the ozone concentration ([O 3 ] 0 , mg / ℓ) of the treated water flowing into the ozone contact vessel through the amount of ozone injected into the treated water through the ozone input unit using the above-described ozone water treatment system . Furthermore, the ozone concentration [O 3 ] i (mg / l) can be measured at any distance ( Li ) of the passage through which each ozone sensor is located, through two or more ozone sensors installed in the passage channel.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013049815982-pat00002
Figure 112013049815982-pat00002

상기 식에서, x는 무차원화된 거리, 즉 상기 통과수로의 길이인 L에 대응되는 개념이며, E는 분산 계수(m2/sec)이며, U는 처리수의 유속(m/sec)이고, [O3]는 오존농도(mg/ℓ)에 해당한다.Wherein, x is a concept corresponding to the length of the dimensionless distance, that is, the passage channels L, E is the dispersion coefficient (m 2 / sec), U is the flow velocity (m / sec) of the treated water, [ O 3 ] corresponds to the ozone concentration (mg / l).

나아가 상기 세 개의 오존분해속도상수 KR (ℓ/mg/min), [D0] (mg/ℓ) 및 KD (min-1) 는 각각 오존요구량감소 2차속도상수, 초기순간오존요구량, 오존분해 1차속도상수이다. 특히 본 발명은 상기 KR의 값이 일정하게 결정된 상수임에 특징이 있다. 따라서, [D0] 및 KD 값을 구하면 실제와 거의 일치하는 ADR 모델을 시뮬레이션 할 수 있다.
Further, the three ozone decomposition rate constants K R (l / mg / min), [D 0 ] (mg / l) and K D (min -1 ) are the second order rate constant, the initial instantaneous ozone demand, and the ozone decomposition primary rate constant, respectively. In particular, the present invention is characterized in that the value of K R is a constant determined constantly. Therefore, the [D 0 ] and K D values can be calculated to simulate an ADR model that is almost identical to the actual model.

상기에서 먼저 오존 접촉조 내 통과수로의 두 지점 간에 샘플링 포트를 만들어 Tracer test를 수행하여 dispersion number(d)를 결정해야 한다. 이 과정은 한번만 수행하면 반복 수행이 필요하지 않으며, 비슷한 조건이라면 기존의 실험값을 신규 오존 접촉조에 적용하는 것도 가능하다. Tracer test는 통과수로의 상부 지점에서 인체에 무해한 NaF 등을 투입한 후, 하류지점에서 샘플을 시간대별로 채수하여 F-의 농도를 측정한다. 이 농도를 무차원화하여 도시한 후, 상기 ADR 모델식인 수학식 1에 상응하는 미분방정식을 수치해석을 이용하여 그래프를 풀어, 가장 실험치와 근사하게 Fitting 되는 dispersion number를 구하면 된다.The dispersion number (d) must be determined by performing a tracer test by creating a sampling port between two points of the passage in the ozone contact tank. This process does not require repetition if it is performed only once, and it is also possible to apply existing experimental values to the new ozone contact group if similar conditions are met. The Tracer test measures the concentration of F - in the upper part of the passage by injecting NaF, which is harmless to the human body, and sampling the sample at the downstream point in time. After plotting the concentration as non-dimensional, the differential equation corresponding to Equation 1, which is the ADR model equation, is solved using a numerical analysis to find the dispersion number fitted to the most experimental value.

본 발명에서는, 상기의 Tracer test를 통하여 ADR 모델이 기존의 CSTR 모델보다, 수리학적으로 본 발명에서 개시하는 오존 접촉조에 더욱 잘 맞아떨어짐을 확인하였으며, 나아가 이러한 ADR 모델에서의 적합한 dispersion number(d)는 0.03임을 확인하였다. 상기와 같이 구해진 dispersion number(d)를 통해 상기 수학식 1의 분산 계수(E)를 결정할 수 있으며, 식 d = E/UL 으로 계산할 수 있다.
In the present invention, the above Tracer test confirmed that the ADR model matched the ozone contact group mathematically disclosed by the present invention, more satisfactorily than the conventional CSTR model. Further, the appropriate dispersion number (d) Was 0.03. The dispersion coefficient (E) of the equation (1) can be determined through the dispersion number (d) obtained as described above, and can be calculated by the equation d = E / UL.

그 다음 단계는, 임의의 간격으로 떨어진 통과수로의 상부 및 임의의 지점에서 오존 농도 [O3]0 및 [O3]i을 측정하여 상기 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하는 단계이다.The next step is to determine the ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D by measuring ozone concentrations [O 3 ] 0 and [O 3 ] i at the top and at any point of the passage, to be.

상기의 [O3]0 및 [O3]i를 다양한 [D0] 및 KD을 대입하여, 상기 수학식 1의 모델링을 통해 구한 값을 Trial and Error(시행착오법) 방법으로 비교하게 되는데, 이때 가장 잘 맞는, 즉 최적의 [D0] 및 KD 값을 구하면 된다. 상기 식은 다양한 수치해석 툴을 이용하여 풀 수 있는데, 대표적인 방법은 유한요소법(Finite Element Method)이다. 가장 적합한 [D0] 및 KD는 실험치와 모델링에 의한 예측치의 차의 합이 가장 작을 때의 [D0] 및 KD 값으로 한다.The [O 3 ] 0 and [O 3 ] i are multiplied by various values [D 0 ] and K D , and the values obtained through the modeling of Equation (1) are compared by a trial and error method , Then the best fit [D 0 ] and K D values are obtained. The above equation can be solved using various numerical analysis tools. A typical method is Finite Element Method. The most suitable values [D 0 ] and K D are [D 0 ] and K D values when the sum of the difference between the experimental value and the predicted value by modeling is the smallest.

즉,

Figure 112013049815982-pat00003
이 가장 작은 값이다(여기서 i는 통과수로 내에 설치된 첫 번째 센서(i=1)부터 i번째 센서까지의 모든 센서를 나타냄).In other words,
Figure 112013049815982-pat00003
(Where i represents all the sensors from the first sensor (i = 1) to the i-th sensor installed in the pass-through channel).

구체적으로, 만약 통과수로 내에 오존센서가 3개 설치되고, 그 중 마지막 오존센서는 통과수로의 말단에 설치되었을 때의 상기 m은, 상기 수학식 1에서 상기 그래프에서 x=L1일 때의 오존농도([O3])와 이에 대응하는 첫 번째 센서에서의 오존농도 [O3]1의 차이 값을 제곱한 ([O3]-[O3]1)2와, 상기 그래프에서 x=L2일 때의 오존농도([O3])와 이에 대응하는 두 번째 센서에서의 오존농도 [O3]2의 차이 값을 제곱한 ([O3]-[O3]2)2와, 상기 그래프에서 x=L3일 때의 오존농도([O3])와 이에 대응하는 세 번째 센서에서의 오존농도 [O3]3의 차이 값을 제곱한 ([O3]-[O3]3)2의 합을 나타낸다.Specifically, if being the ozone sensor fitting 3 in a number of passes, when the m is, the equation 1 x = L 1 in the graph in one of the last ozone sensor of which is installed at the terminal of the passage channel ([O 3 ] - [O 3 ] 1 ) 2 obtained by squaring the difference between the ozone concentration ([O 3 ]) and the corresponding ozone concentration [O 3 ] 1 in the first sensor, L 2 il ozone concentration ([O 3]) and a corresponding two ozone concentration in the second sensor for [O 3] by squaring the difference between the value of 2 ([O 3] - [ O 3] 2) when the second and, ozone concentration when in the graph x = L 3 ([O 3 ]) and its corresponding square the three difference values of the ozone concentration [O 3] 3 of the second sensor for ([O 3] - [O 3] 3 ) 2 .

본 발명에서는 상기 식에서 [D0] 및 KD 값을 변화시켜가면서, 가장 최소의 m값을 가지는 [D0] 및 KD 값을 결정할 수 있다. 상기 식에 따른 그래프의 일례를 도 6 및 도 7에 나타내었다.In the present invention, going by changing the above formula [D 0] and K D values, it can be determined with the minimum value of m [D 0] and K D values. An example of the graph according to the above formula is shown in Figs. 6 and 7. Fig.

이때 상기 식의 최소값을 찾는 과정에서, 초기의 [D0] 및 KD 값은 MC-SFR 시스템(Multi-Channel Stopped-Flow Reactor)을 통하여 얻어질 수 있다. 상기 MC-SFR 시스템은 자동적으로 회분(batch) 반응조에 대한 오존분해속도상수를 도출해줄 수 있다. 간단하게, 상기 MC-SFR 시스템은 서로 다른 반응 시간을 갖는 6개의 관형 반응기를 포함하며, 각각의 관형 반응기 내의 흐름은 반응기 양쪽 사이드에 있는 솔레노이드 밸브에 의해서 반응 동안 고립될 수 있다. 각각의 관형 반응기에서 나온 반응된 오존 수용액은 혼합된 뒤 인디고 시약과 함께 분광 광도계를 통과하며 분석되고, 이를 통해 상기 회분(batch) 반응조에 대한 오존분해속도상수를 구할 수 있다.At this time, in the process of finding the minimum value of the above equation, the initial [D 0 ] and K D values can be obtained through the MC-SFR system (Multi-Channel Stopped-Flow Reactor). The MC-SFR system can automatically derive the ozone decomposition rate constant for a batch reactor. Briefly, the MC-SFR system comprises six tubular reactors with different reaction times, and the flow in each tubular reactor can be isolated during the reaction by a solenoid valve on either side of the reactor. The reacted ozone aqueous solution from each of the tubular reactors is mixed and then passed through a spectrophotometer together with the indigo reagent and analyzed to obtain the ozone decomposition rate constant for the batch reactor.

이러한 MC-SFR 시스템의 구체적인 내용은 이미 본 발명자의 논문인 [Kim, D., Fortner, J.D. and Kim, J.-H. (2006) A multi-channel stopped-flow reactor for measuring ozone decay rate: Instrument development and application. ozone science and engineering 29, 121-129.]에 상세히 기재되어 있고, 이를 참조로서 본 발명에 포함한다.The specific contents of such MC-SFR system have already been described by the present inventor's paper [Kim, D., Fortner, J. D. and Kim, J.-H. (2006) A multi-channel stopped-flow reactor for measuring ozone decay rate: Instrument development and application. ozone science and engineering 29, 121-129., which is incorporated herein by reference.

단 상기 MC-SFR 시스템에 의해 구해진 오존분해속도상수는 회분 반응조에 적합한 상수로써, 일종의 Plug 모델에선 잘 적용될 수 있지만, 본 발명의 ADR 모델에서는 적합한 상수로 사용되기 어렵다. 따라서, 상기 식의 최소값을 찾는 과정에서 [D0] 및 KD의 초기 추측 값으로 사용되는 것이다.
However, the ozone decomposition rate constant obtained by the MC-SFR system is a suitable constant for a batch reactor, and can be applied to a plug model of a kind, but it is difficult to use it as a suitable constant in the ADR model of the present invention. Therefore, [D 0 ] and K D are used as initial guess values in the process of finding the minimum value of the above equation.

상기 오존분해속도상수 중 오존요구량감소 2차속도상수인 KR은, 오존 주입 직전 매우 빠르게 일어나는 오존요구량의 감소와 관련이 있기 때문에, 매우 구하기 어려운 상수이다. 이 상수는 반드시 고가의 장비를 현장에 설치해야만 구할 수 있으며, 본 발명의 오존 수처리 시스템 및 이에 포함된 오존센서를 통해서는 바로 구해질 수 없다. 그러나 본 발명의 일 실시예에서는, 민감도 분석(sensitivity analysis)을 통해 상기 KR은 ADR 모델을 통한 시뮬레이션 결과에 미치는 영향이 매우 미비하기 때문에, 이를 일률적으로 값이 일정하게 결정된 상수로 취급할 수 있음을 확인하였다. 이를 통해, 상기 각 지점에서 측정된 오존농도([O3]0 및 [O3]i)를 다수의 ADR 모델 시뮬레이션 결과와 비교하여, 역으로 상기 [D0] 및 KD 값을 특별한 고가의 장비가 필요 없이 간단하고 빠르게 구할 수 있다는 특징이 있다.The second-order rate constant, K R, which is the reduced ozone requirement of the ozone decomposition rate constant, is a very difficult constant to obtain because it is associated with a very rapid decrease in ozone requirement just prior to ozone injection. This constant can only be obtained if expensive equipment is installed on site and can not be immediately obtained through the ozone water treatment system of the present invention and the ozone sensor included therein. However, in the embodiment of the present invention, since the sensitivity of the K R to the simulation result through the ADR model is insignificant through the sensitivity analysis, it can be treated as a constant constantly determined value Respectively. This allows the subject to the ozone concentration ([O 3] 0 and [O 3] i) measured at each point compared to the number of ADR model simulation results, the station with the [D 0], and special expensive and the K D value There is a feature that you can get it easily and quickly without the need for equipment.

바람직하기로, 상기 KR은 1 내지 15 ℓ/mg/min에서 결정된 어느 한 값일 수 있으며, 가장 바람직하기로 13 ℓ/mg/min일 수 있다.
Preferably, K R is an integer from 1 to 15 l / mg / min, and most preferably 13 l / mg / min.

상기, 오존 농도 [O3]0 및 [O3]i을 측정하여 상기 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하는 단계는 앞서 언급한 바와 같이, 오존 수처리 시스템 내 중앙처리시스템을 통하여 용이하게 구해질 수 있다. 중앙처리시스템의 수치연산부는, 앞서 언급한 실시간 오존 농도 데이터 등을 전달받아 다수의 ADR 모델 시뮬레이션 결과와 비교하여, 역으로 상기 [D0] 및 KD 값을 구할 수 있다.
The step of measuring the ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D by measuring the ozone concentrations [O 3 ] 0 and [O 3 ] i is performed through the central processing system in the ozone water treatment system . The numerical operation unit of the central processing system receives the above-mentioned real-time ozone concentration data and the like and compares the results with a plurality of ADR model simulation results, and conversely, the [D 0 ] and K D values can be obtained.

상기 오존 접촉조 내 통과수로의 거리 L은 이론적으로 제한되는 것은 아니나, 오존의 적절한 분해 및 소독효과를 위하여, 바람직하게는 10 내지 200 m일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The distance L to the passage in the ozone contact tank is theoretically not limited, but may be, for example, 10 to 200 m, but is not limited thereto, for proper decomposition and disinfection of ozone.

이상의 과정을 통하여, 다소 구현하기 까다롭지만, 실제 오존 접촉조를 거의 정확히 구현할 수 있는 ADR 모델에 따른 시뮬레이션을 가능하게 하는 신뢰성 높은 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구할 수 있다.
Through the above process, reliable ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D that can be simulated according to the ADR model, which is somewhat difficult to implement but which can actually implement the actual ozone contact set, can be obtained.

또한 본 발명은 상기의 방법을 구해진 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 통해 CT(오존농도×접촉시간)값을 산출하여 오존 수처리 시스템의 오존투입량을 제어하는 방법을 제공한다.
In another aspect, the present invention provides a method of controlling the amount of ozone in the ozone water treatment system and calculating the ozone decomposition rate constant determined by the method of [D 0], and CT (ozone concentration × contact time) through the K D value.

이때, 상기 CT(오존농도×접촉시간)값은, 상기의 방법을 통해 구해진 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 통해 수학식 1에 따른 ADR 모델의 시뮬레이션이 가능하며, 여기에 나타나는 오존농도값을 오존 접촉조 내 총 접촉시간까지 적분하여 얻을 수 있는 값이다. 상기 오존 접촉조 내 총 접촉시간은 처리수의 체류시간을 의미하는 것으로, 처리수가 유입구를 통해 통과수로에 유입되는 순간부터 최종적으로 배출구를 통해 배출되는 순간까지의 시간을 의미하며, 이는 상기 수학식 1의 무차원화된 거리 x값과 대응하는 값이다. 이러한 CT값은 일반적으로 오존 접촉조에 의한 소독능을 나타내는 대표적인 값이다.In this case, the value of CT (ozone concentration × contact time), and can be simulated in the ADR model according to Equation 1 through the ozone decomposition rate constant [D 0] and K D obtained by the above method, ozone appears here And the concentration value is obtained by integrating up to the total contact time in the ozone contact tank. The total contact time in the ozone contact tank means the residence time of the treated water, which means the time from the moment the treated water flows into the passage through the inlet to the moment the treated water is finally discharged through the outlet, 1 < / RTI > These CT values are typically representative values indicating the ability to disinfect by the ozone contact bath.

상기 CT값은 앞서 설명한 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하여 ADR 모델을 알맞게 시뮬레이션 하면 쉽게 구할 수 있는 값으로, 당업계의 통상의 기술자는 이를 용이하게 이해할 수 있다.
The CT value can be easily obtained by appropriately simulating the ADR model by obtaining the above-described ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D , and those skilled in the art can easily understand it.

본 발명에 있어서, 상기 수치연산부를 통해 오존분해속도상수 [D0] 및 KD가 결정되고, 이를 이용해 ADR 모델을 시뮬레이션 하여 CT값을 산출한 뒤, 상기 모델예측 제어부에서는 목적으로 하는 CT값에 도달하기 위한 오존 투입량을 자동산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 모델예측 제어부는 상기 산출한 CT값에서 미리 설정된 목적하는 CT값을 감산하여 CT값의 오차를 산출하고, 산출한 CT값의 오차를 보정할 수 있는 처리수 농도(C)를 산출하고, 산출한 농도(C)에 오존 접촉시간(t)을 곱산하여 오존 투입량을 획득하는 것이다. 즉, 상기 수학식 1에서 [D0] 및 KD는 오존접촉조에 유입수질이 일정하게 유지되는 한 변경 없이 동일하게 적용되므로 미리 설정된 CT값에 맞는 오존 투입 농도값([O3]0)을 산출할 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에서, 오존 투입 농도값([O3]0)에 따라 결정된 오존분해속도상수가, 다른 유량(Q)에서도 신뢰성 높게 일치함을 확인하였다.
In the present invention, the ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D are determined through the numerical calculator, and the ADR model is simulated to calculate the CT value, and then the model predictive controller It is possible to automatically calculate the amount of ozone to be reached. More specifically, the model prediction control unit calculates an error of the CT value by subtracting a predetermined CT value set in advance from the calculated CT value, and calculates a treatment water concentration (C) capable of correcting the error of the calculated CT value And the ozone contact time (t) is multiplied by the calculated concentration (C) to obtain an ozone input amount. In the equation (1), [D 0 ] and K D are applied equally to the ozone contact tank as long as the inflow water quality is kept constant. Therefore, the ozone input concentration value ([O 3 ] 0 ) Can be calculated. It was confirmed that, in one embodiment of the present invention, the ozone decomposition rate constant determined according to the ozone input concentration value ([O 3 ] 0 ) is highly reliable even at the other flow rate Q.

나아가 본 발명은 C. parvum oocyst의 불활성화 성능을 예측할 수 있다. 상기 설명한 수치연산을 통한 ADR 모델예측제어 방법을 통해, 오존 수처리 시스템에서 C. parvum oocyst와 같은 선택된 제거 대상 미생물에 대한 소독값, 즉 CT를 알고 있을 경우, 별도의 미생물 실험 없이도 오존 접촉조 유입 처리수의 수질 특성에 따른 오존분해속도상수 값만을 가지고도 제거 대상 미생물의 불활성화 수준을 정확하게 평가할 수 있는 장점이 있다.Further, the present invention relates to a method for producing C. parvum the deactivation performance of the oocyst can be predicted. Through the ADR model predictive control method based on the numerical calculation described above, the C. parvum oocyst , that is, when CT is known, the deactivation rate of the microorganisms to be removed even if only the ozone decomposition rate constant value according to the water quality of the ozone contact inflow treatment water Can be accurately evaluated.

구체적으로, 목적하는 살균률이 2log(99% 불활성화율)인 경우, C. parvum oocyst의 불활성화에 관한 ADR 모델식인 하기 수학식 2에 따라 필요한 CT값을 계산할 수 있고, 이를 상기 시뮬레이션을 통해 목적하는 CT값에 맞도록 오존 투입량을 조절할 수 있고, 이와 같이 C. parvum oocyst의 불활성화를 용이하고 신뢰도 높게 제어할 수 있다.Specifically, when the desired sterilization rate is 2 log (99% inactivation ratio), a necessary CT value can be calculated according to Equation (2), which is an ADR model relating to the inactivation of C. parvum oocyst , The amount of ozone supplied can be adjusted to meet the CT value of C. parvum the deactivation of the oocyst can be easily and reliably controlled.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112013049815982-pat00004
Figure 112013049815982-pat00004

상기 식에서, x, E, U, [O3]는 앞서 설명한 수학식 1의 경우와 동일하며, N은 미생물의 개수밀도(number density)를 의미하며, KN은 불활성화 2차속도상수이다.
In the above equation, x, E, U, and [O 3 ] are the same as in Equation 1, where N is the number density of the microorganisms and K N is the inactivated secondary rate constant.

나아가 본 발명은 브로메이트(bromate) 생성을 예측할 수 있다. 이는 상기 설명한 C. parvum oocyst의 불활성화 성능 예측과 동일한 원리이며, 하기 수학식 3에 따라 브로메이트 생성 상한선에 따른 CT값을 계산할 수 있고, 이를 상기 시뮬레이션을 통해 목적하는 CT값에 맞도록 오존 투입량을 조절할 수 있고, 이와 같이 브로메이트의 생성을 용이하고 신뢰도 높게 제어할 수 있다.Further, the present invention can predict bromate production. This is because the C. parvum oocyst. The CT value according to the upper limit of bromate generation can be calculated according to the following equation (3), and the amount of ozone injected can be adjusted according to the desired CT value through the simulation. It is possible to control the generation of bromate easily and reliably.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112013049815982-pat00005
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상기 식에서, x, E, U, [O3]는 앞서 설명한 수학식 1의 경우와 동일하며, [BrO3]는 브로메이트 농도이고, kBrO3는 브로메이트생성 1차속도상수이다.
Same as that of the above formula, x, E, U, [ O 3] is a formula (1) described above, and, [BrO 3] is bromo and formate concentration, k BrO3 is a bromate generating first order rate constant.

종래 오존 접촉조에서의 오존분해속도상수를 구하기 위해서는 많은 비용과 복잡한 방법이 필요할 뿐만 아니라 신뢰도가 낮다는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에서는 오존 접촉조 내의 임의의 수개 지점에서 오존농도를 측정함에도 불구하고, 간단하고 용이하게 신뢰성 높은 오존분해속도상수를 구할 수 있으며, 이에 따라 실제 오존 접촉조에 매우 근접한 ADR 모델을 시뮬레이션 할 수 있다. 상기 ADR 모델 시뮬레이션을 통하여, 오존 수처리 시스템에서의 목적하는 CT값을 용이하게 제어하고, 나아가 C. parvum oocyst의 불활성화 및 브로메이트(bromate) 생성 제어를 신뢰도 높게 구현할 수 있다는 특징이 있다.
There has been a problem that not only a cost and a complicated method are required but also the reliability is low in order to obtain the ozone decomposition rate constant in the conventional ozone contact tank. However, in the present invention, although the ozone concentration is measured at arbitrary several points in the ozone contact tank, it is possible to easily and reliably obtain the reliable ozone decomposition rate constant, and thereby to simulate the ADR model very close to the actual ozone contact tank have. Through the ADR model simulation, it is possible to easily control the desired CT value in the ozone water treatment system,C. parvum oocystAnd control of bromate generation can be realized with high reliability.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 오존 수처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 접촉조의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MC-SFR 시스템의 모식도이다.
도 4는 유량 Q=158,000 m3/day인 오존 접촉조에서의 ADR 모델 및 CSTR 모델의 tracer test 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 pH 8.0 및 25℃에서, 0 내지 15 ℓ/mg/min의 범위에서 변화되는 KR값에 따른 오존농도를 실험값과 비교한 그래프이다.
도 6은 초기 투입 오존농도 [O3]0=1.2 mg/ℓ, 유량 Q=3,000 m3/hr 및 온도 21℃인 경우에 있어서, (a) ADR 모델식과 오존센서에서 측정된 오존농도값과의 Fitting 그래프를 나타내고, (b) 유한요소법에 따른 squared residual의 합을 [D0] 및 KD에 대하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 초기 투입 오존농도 [O3]0=0.85 mg/ℓ, 유량 Q=1,760 m3/hr 및 온도 21℃인 경우에 있어서, (a) ADR 모델식과 오존센서에서 측정된 오존농도값과의 Fitting 그래프를 나타내고, (b) 유한요소법에 따른 squared residual의 합을 [D0] 및 KD에 대하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 [O3]0=1.2 mg/ℓ인 경우에 있어서, 유량의 변화에 따른 ADR 모델을 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 [O3]0=0.85 mg/ℓ인 경우에 있어서, 유량의 변화에 따른 ADR 모델을 시뮬레이션 한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 [O3]0=1.2 mg/ℓ 및 [O3]0=0.85 mg/ℓ인 경우에 있어서, CSTR 모델 및 ADR 모델의 시뮬레이션 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.
1 is a configuration diagram of an ozone water treatment system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of an ozone contact tank according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of an MC-SFR system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the tracer test results of the ADR model and the CSTR model in the ozone contact tank with the flow rate Q = 158,000 m 3 / day.
5 is a graph comparing the ozone concentration according to the K R value varying between 0 and 15 / / mg / min at pH 8.0 and 25 캜 with experimental values.
6 is a graph showing the relationship between (a) the ADR model equation and the ozone concentration value measured by the ozone sensor, and (b) the initial input ozone concentration [O 3 ] 0 = 1.2 mg / l, the flow rate Q = 3,000 m 3 / And (b) the sum of squared residuals according to the finite element method with respect to [D 0 ] and K D.
7 is a graph showing the relationship between (a) the ADR model equation and the ozone concentration measured by the ozone sensor, and (b) the initial input ozone concentration [O 3 ] 0 = 0.85 mg / l, the flow rate Q = 1,760 m 3 / And (b) the sum of squared residuals according to the finite element method with respect to [D 0 ] and K D.
FIG. 8 is a graph showing a result of simulating an ADR model according to a change in flow rate when [O 3 ] 0 = 1.2 mg / liter.
9 is a graph showing a simulation result of an ADR model according to a change in flow rate when [O 3 ] 0 = 0.85 mg / l.
10 is a graph comparing the simulation results of the CSTR model and the ADR model when [O 3 ] 0 = 1.2 mg / l and [O 3 ] 0 = 0.85 mg / l.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 만으로 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1: 오존 수처리 시스템의 오존  1: ozone in the ozone water treatment system 접촉조Contact tank

처리수를 350,000 m3/day 만큼 처리할 수 있고, 수리학적 체류시간이 15.4분으로 디자인된 풀 스케일(full scale) 오존 접촉조를 준비하였다. 상기 오존 접촉조를 구성하는 각 셀에 대한 데이터와 처리수 흐름 방향을 하기 표 1에 나타내었고, 오존 접촉조의 모식도를 도 2에 도시하였다. 오존은 0.5 mg/ℓ 내지 2.0 mg/ℓ의 농도로 투입되었으며, 이는 SVI(side-stream venturi injector)를 이용하여 처리수에 투입되었다. 오존 접촉조의 통과수로는 총 9.0m의 길이 및 0.65m의 내경을 가졌다. 모래 여과된(sand-filtered) 처리수가 오존 접촉조로 투입되었다.A full scale ozone contact tank was designed, which was capable of treating the treated water by 350,000 m 3 / day and designed for a hydraulic retention time of 15.4 minutes. The data for each cell constituting the ozone contact tank and the flow direction of the treated water are shown in Table 1, and a schematic diagram of the ozone contact tank is shown in Fig. Ozone was injected at a concentration of 0.5 mg / l to 2.0 mg / l, which was injected into the treated water using a side-stream venturi injector (SVI). The ozone contact tank had a total length of 9.0 m and an inner diameter of 0.65 m. The sand-filtered treated water was put into the ozone contact tank.

셀 번호Cell number 첫번째first 두번째second 세번째third 네번째fourth 다섯번째Fifth 여섯번째sixth 일곱번째Seventh 여덟번째Eighth 부피 (m3)Volume (m 3 ) 8787 8787 459459 164164 164164 164164 164164 362362 폭 (m)Width (m) 3.53.5 3.53.5 18.218.2 14.414.4 14.414.4 14.414.4 14.414.4 14.414.4 깊이 (m)Depth (m) 4.24.2 4.24.2 4.24.2 1.91.9 1.91.9 1.91.9 1.91.9 4.24.2 높이 (m)Height (m) 66 66 66 66 66 66 66 66 흐름방향Flow direction ↑↓↑ ↓ ↑↓↑ ↓

실시예Example 2:  2: MCMC -- SFRSFR 시스템을 이용한 오존분해속도상수 측정 Measurement of rate constant of ozone decomposition using system

실험적인 오존분해속도상수 값을 도출하기 위해서, 아래 도 3에 도시한 MC-SFR 시스템(Multi-Channel Stopped-Flow Reactor)을 통하여 도출하였다. 이로써 구해지는 오존분해속도상수는 회분 반응조 모델에 관한 상수에 가까워서, 본 발명에 따른 ADR 모델에 곧바로 사용될 순 없다.In order to derive an experimental ozone decomposition rate constant value, it was derived through the MC-SFR system (Multi-Channel Stopped-Flow Reactor) shown in Fig. 3 below. The ozone decomposition rate constants thus obtained are close to constants for the batch reactor model and can not be used directly in the ADR model according to the present invention.

처리수 샘플은 2005년 4월 1일에 팔당댐에서 수득한 물을 모래 여과하여 준비하였다. 이를 상기 시스템에 주입하여, 1차 미분방정식과 측정된 오존 농도 데이터를 조합하여, 오존분해속도상수를 측정하였다. 구체적으로, 측정된 오존 농도에 대한 ln([O3])를 선형적으로 회귀분석하여, [D0] 및 KD를 얻을 수 있었다. 나아가 KR은 실험값과 계산된 오존 농도와의 차이를 최소 자승법에 따라 결정할 수 있었다.The treated water samples were prepared by sand filtration of water obtained from Paldang Dam on April 1, This was injected into the system, and the ozone decomposition rate constant was measured by combining the first-order differential equation and the measured ozone concentration data. Specifically, by regression analysis, the ln ([O 3]) for the measured ozone concentration linearly, was obtained [D 0] and K D. Furthermore, K R was able to determine the difference between the experimental value and the calculated ozone concentration according to the least squares method.

나아가 장치적으로, 상기 MC-SFR 시스템은 서로 다른 반응 시간을 갖는 6개의 관형 반응기를 포함하며, 각각의 관형 반응기 내의 흐름은 반응기 양쪽 사이드에 있는 솔레노이드 밸브에 의해서 반응 동안 고립된다. 각각의 관형 반응기에서 나온 반응된 오존 수용액은 혼합된 뒤 인디고 시약과 함께 분광 광도계를 통과하며 분석되고, 이를 통해 상기의 원리에 따라 상기 회분(batch) 반응조에 대한 오존분해속도상수를 얻었다.Furthermore, the MC-SFR system comprises six tubular reactors with different reaction times, and the flow in each tubular reactor is isolated during the reaction by a solenoid valve on either side of the reactor. The reacted ozone aqueous solution from each tubular reactor was mixed and analyzed with an Indigo reagent through a spectrophotometer to obtain the ozone decomposition rate constant for the batch reactor according to the above principle.

상기를 각각 세 가지 온도(각각 5, 15 및 25℃) 및 세 가지 pH값(각각 6.0, 7.0 및 8.0)에 따라 총 9번의 실험을 하였고, 그 결과 구해진 오존분해속도상수를 아래 표 2에 나타내었다.A total of 9 experiments were performed according to the three temperatures (5, 15 and 25 ° C respectively) and three pH values (6.0, 7.0 and 8.0, respectively), and the resulting ozone decomposition rate constants are shown in Table 2 below .

온도Temperature pH 6.0pH 6.0 pH 7.0pH 7.0 pH 8.0pH 8.0 KD
1/min
K D
1 / min
D0
mg/ℓ
D 0
mg / l
KR
ℓ/mg/min
K R
ℓ / mg / min
KD
1/min
K D
1 / min
D0
mg/ℓ
D 0
mg / l
KR
ℓ/mg/min
K R
ℓ / mg / min
KD
1/min
K D
1 / min
D0
mg/ℓ
D 0
mg / l
KR
ℓ/mg/min
K R
ℓ / mg / min
5 ℃5 ℃ 0.0240.024 0.160.16 0.9710.971 0.0380.038 0.100.10 1.9181.918 0.0470.047 0.170.17 1.4391.439 15 ℃15 ℃ 0.0340.034 0.240.24 1.5011.501 0.0650.065 0.380.38 2.1392.139 0.0730.073 0.590.59 1.9151.915 25 ℃25 ℃ 0.0540.054 0.480.48 2.2382.238 0.1120.112 0.680.68 2.5722.572 0.1520.152 0.840.84 9.0009.000

실시예Example 3: 수평류 곡류를 갖는 오존  3: ozone with horizontal currents 접촉조의Contact 수리학적 특성 분석 Analysis of hydraulic characteristics

실시예 1의 오존 접촉조의 수리학적 특성을 알아보기 위하여, tracer test를 수행하였다.In order to investigate the hydraulic characteristics of the ozone contact tank of Example 1, a tracer test was performed.

Tracer test는 통과수로의 상부 지점에서 인체에 무해한 NaF 등을 투입한 후, 하류지점에서 샘플을 시간대별로 채수하여 F-의 농도를 측정하였다. 이 농도를 무차원화 시켜 도시한 후, 각각의 모델식에 상응하는 미분방정식을 수치해석을 이용하여 그래프를 풀어, 실험치와 Fitting하였다.Tracer test was performed by injecting NaF which is harmless to the human body at the upper part of the passage channel, and the concentration of F - was measured by sampling the sample at the downstream point in time. After plotting these concentrations as non-dimensional, the differential equations corresponding to each model equation were solved using numerical analysis and fitted with experimental values.

상기 모델식은 앞서 언급한 본 발명의 수학식 1에 따른 ADR 모델식, 및 종래에 흔히 사용되던 CSTR 모델식과 비교하였다. CSTR 모델식은 하기의 식과 같다.The model equation is compared with the ADR model equation according to Equation 1 of the present invention mentioned above and the CSTR model equation conventionally used. The CSTR model equation is as follows.

Figure 112013049815982-pat00006
Figure 112013049815982-pat00006

상기 식에서, E는 θ는 정규화된 농도이고Where E is the normalized concentration < RTI ID = 0.0 >

Tracer test의 결과는 하기 도 4에 도시하였다. Tracer test의 결과를 통하여, 본 발명의 수평류 곡류를 갖는 오존 접촉조는 CSTR 모델보다는 ADR 모델에 훨씬 가깝게 일치됨을 확인할 수 있으며, 구체적으로 이때 ADR 모델은 dispersion number(d) 값이 0.03일 때 가장 잘 일치됨을 확인할 수 있었다.The results of the tracer test are shown in FIG. From the results of the Tracer test, it can be seen that the ozone contact group having the horizontal flow of the present invention is much closer to the ADR model than the CSTR model. Specifically, the ADR model is best when the dispersion number (d) value is 0.03 It was confirmed that they were matched.

상기와 같이 구해진 dispersion number(d)를 통해 상기 수학식 1의 분산 계수(E)를 결정할 수 있었다.
The dispersion coefficient (E) of Equation (1) can be determined through the dispersion number (d) obtained as described above.

실시예Example 4:  4: ADRADR 모델에 있어서의  In the model KK RR (( 오존요구량감소Reduced ozone requirement 2차속도상수Secondary rate constant )값의 영향 및 결정) Influence and determination of value

앞서 설명한 바와 같이, KR값은 오존 투입 직전에 매우 빠르게 일어나는 오존요구량의 감소와 관련이 있기 때문에, 구하기가 매우 어려운 상수이다. 그러나, 만약 일률적인 KR값이 결정될 수 있다면, 보다 용이하면서 유연성 있는 시뮬레이션 및 제어가 가능하다.
As mentioned earlier, the K R value is a very difficult constant to obtain because it relates to a very rapid decrease in ozone demand that occurs immediately before ozone injection. However, if a uniform K R value can be determined, more flexible and flexible simulation and control is possible.

먼저 KR값을 결정해보기 위하여, KR을 0 내지 15 ℓ/mg/min의 범위에서 변화시키면서 상기 실시예 2의 pH 8.0 및 25℃에서 측정된 실험적인 [D0] 및 KD값을 가지고 실험 데이터 값(시간에 따른 오존 농도)과 비교하였다.First, to determine the K R value, the experimental [D 0 ] and K D values measured at pH 8.0 and 25 ° C of Example 2 above, while varying the K R in the range of 0-15 l / mg / min And compared with experimental data (ozone concentration over time).

그 결과를 하기 도 5에 도시하였다.The results are shown in Fig.

결과 그래프에 따르면, KR값이 증가하면서 오존농도는 보다 급격하게 감소하는 경향을 나타내었다. 나아가 KR값이 13 ℓ/mg/min인 경우, 오존 분해의 첫 단계부터 급격히 오존 농도가 떨어짐과 동시에, 실험 데이터와 잘 일치하는 경향을 보임을 확인하였다. 따라서, 회분(batch) 반응조에 대한 바람직한 KR값으로써, 13 ℓ/mg/min를 결정할 수 있었다.
According to the result graph, the ozone concentration tended to decrease more rapidly as the K R value increased. Furthermore, it was confirmed that when the K R value was 13 ℓ / mg / min, the ozone concentration rapidly dropped from the first stage of ozone decomposition and the trend was in good agreement with the experimental data. Therefore, the desired K R value for the batch reactor was determined to be 13 l / mg / min.

나아가 상기 회분(batch) 반응조에 관한 모델이 아닌, ADR 모델에 있어서는 KR값이 어떠한 의미를 갖는지 분석하였다. 이는 민감도 분석(sensitivity analysis)을 통해 이루어졌다.Furthermore, we analyzed the meaning of K R in the ADR model, not the model for the batch reactor. This was done through sensitivity analysis.

구체적으로, ADR 모델식 및 알고리즘이 입력된 수정된 OCM 소프트웨어를 이용하여, 상기 실시예 2에서 구해진 실험적인 KR값과 상기 구해진 KR = 13 ℓ/mg/min인 경우를 가지고, 각각 세 가지 온도(각각 5, 15 및 25℃) 및 세 가지 pH값(각각 6.0, 7.0 및 8.0)에 따라 CT값, 오존농도, C. parvum oocyst의 불활성화, 및 브로메이트(bromate) 생성을 시뮬레이션 하였다. 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.Specifically, with the modified K R value obtained in the second embodiment and the obtained K R = 13 L / mg / min using the modified OCM software in which the ADR model formula and algorithm are input, Depending on the temperature (5, 15 and 25 ° C respectively) and the three pH values (6.0, 7.0 and 8.0 respectively), the CT value, ozone concentration, C. parvum deactivation of oocyst , and bromate generation were simulated. The results are shown in Table 3 below.

온도Temperature pH 6.0pH 6.0 pH 7.0pH 7.0 pH 8.0pH 8.0 experimental kR experimental k R kR = 13 ℓ/mg/mink R = 13 l / mg / min experimental kR experimental k R kR = 13 ℓ/mg/mink R = 13 l / mg / min experimental kR experimental k R kR = 13 ℓ/mg/mink R = 13 l / mg / min CT
(min·mgO3/ℓ)
CT
(min · mgO 3 / l)
5 ℃5 ℃ 17.717.7 17.617.6 16.516.5 16.516.5 14.814.8 14.714.7
15 ℃15 ℃ 15.415.4 15.315.3 11.011.0 11.011.0 8.58.5 8.48.4 25 ℃25 ℃ 10.810.8 10.710.7 6.16.1 6.06.0 3.93.9 3.93.9 오존농도
(mgO3/ℓ)
Ozone concentration
(mgO 3 / l)
5 ℃5 ℃ 0.92 0.92 0.92 0.92 0.77 0.77 0.77 0.77 0.64 0.64 0.65 0.65
15 ℃15 ℃ 0.74 0.74 0.74 0.74 0.41 0.41 0.42 0.42 0.29 0.29 0.30 0.30 25 ℃25 ℃ 0.44 0.44 0.44 0.44 0.15 0.15 0.15 0.15 0.07 0.07 0.07 0.07 C. parvum oocyst 불활성화(log)C. parvum oocyst inactivation (log) 5 ℃5 ℃ 1.011.01 1.011.01 0.950.95 0.950.95 0.850.85 0.850.85 15 ℃15 ℃ 2.072.07 2.062.06 1.531.53 1.521.52 1.211.21 1.201.20 25 ℃25 ℃ 3.363.36 3.343.34 2.012.01 2.012.01 1.621.62 1.621.62 브롬메이트 생성
(㎍ BrO3 -/ℓ)
Bromate generation
(Ug BrO < 3 > - / l)
5 ℃5 ℃ 1.94 1.94 1.94 1.94 2.66 2.66 2.66 2.66 2.93 2.93 2.93 2.93
15 ℃15 ℃ 1.80 1.80 1.80 1.80 2.50 2.50 2.50 2.50 2.67 2.67 2.66 2.66 25 ℃25 ℃ 1.92 1.92 1.92 1.92 1.98 1.98 1.98 1.98 2.30 2.30 2.30 2.30

상기 표 3에 나타난 결과와 같이, 실시예 2의 실험값인 KR을 통해 구해진 CT값, 오존농도, C. parvum oocyst의 불활성화, 및 브로메이트(bromate) 생성 시뮬레이션 결과와, 일률적으로 결정한 KR = 13 ℓ/mg/min값에 대한 결과를 비교해보면, 유의적인 차이가 드러나지 않으며, 따라서 KR을 엄밀히 결정할 필요 없이도 신뢰성 높은 시뮬레이션이 가능함을 확인할 수 있었다.
Table 3 as the results shown in Example 2 CT values of the experimental data obtained through the K R of the concentration of ozone, C. parvum Comparison of the results of simulated oocyst inactivation and bromate generation with that of uniformly determined K R = 13 ℓ / mg / min reveals no significant difference, and therefore K R needs to be strictly determined It is confirmed that the simulation can be performed reliably without the need for the simulation.

또한 pH 8.0 및 15℃에서 수정된 OCM 소프트웨어를 통해, KR값의 민감도를 보다 더 분석해 보았다. 오존 투입농도 [O3]0=1.5 mg/ℓ이고 유량 Q=150,000m3/day 인 경우에 있어서, 해당 조건에서의 실험적인 KR값은 1.915 ℓ/mg/min임은 상기 표 2에서 확인할 수 있다.We further analyzed the sensitivity of K R values through modified OCM software at pH 8.0 and 15 ° C. In the case of ozone input concentration [O 3 ] 0 = 1.5 mg / ℓ and flow rate Q = 150,000 m 3 / day, the experimental K R value under the condition is 1.915 ℓ / mg / min. .

이러한 실험적인 KR값과, 0.600 내지 13 ℓ/mg/min의 범위에서 변화시킨 KR값에 대한 시뮬레이션 결과 및 양자의 차이를 하기 표 4에 나타내었다.These experimental K R values and the K R values varied in the range of 0.600 to 13 L / mg / min are shown in Table 4 below.

kR
ℓ/mg/min
k R
ℓ / mg / min
CT
min·mgO3/ℓ
CT
min · mgO 3 / ℓ
%
차이
%
Difference
O3
mg/ℓ
O 3
mg / l
%
차이
%
Difference
C. parvum oocyst 불활성화(log) C. parvum oocyst inactivation (log) %
차이
%
Difference
BrO3 -
mg/ℓ
BrO 3 -
mg / l
%
차이
%
Difference
0.6000.600 8.888.88 4.084.08 0.270.27 -6.31-6.31 1.251.25 3.113.11 2.712.71 1.431.43 0.9000.900 8.708.70 1.891.89 0.280.28 -3.61-3.61 1.231.23 1.371.37 2.692.69 0.670.67 1.2001.200 8.628.62 0.940.94 0.290.29 -1.91-1.91 1.221.22 0.660.66 2.682.68 0.330.33 1.5001.500 8.578.57 0.420.42 0.290.29 -0.87-0.87 1.211.21 0.290.29 2.672.67 0.150.15 1.9151.915 8.548.54 0.000.00 0.290.29 0.000.00 1.211.21 0.000.00 2.672.67 0.000.00 3.0003.000 8.548.54 0.000.00 0.290.29 1.061.06 1.201.20 -0.36-0.36 2.662.66 -0.17-0.17 6.0006.000 8.468.46 -0.92-0.92 0.300.30 1.951.95 1.201.20 -0.66-0.66 2.662.66 -0.32-0.32 9.0009.000 8.458.45 -1.05-1.05 0.300.30 2.252.25 1.201.20 -0.76-0.76 2.662.66 -0.37-0.37 13.00013,000 8.448.44 -1.14-1.14 0.300.30 2.432.43 1.201.20 -0.84-0.84 2.662.66 -0.40-0.40

상기 결과에서 다시 확인할 수 있듯이, 실험적으로 구해진 KR=1.915 ℓ/mg/min과, 일률적으로 결정해본 KR=13 ℓ/mg/min 과의 각각의 결과값의 차이는 각각 -1.14% (CT), 2.43% (O3), -0.84% (C. parvum oocyst), 및 -0.40% (BrO3 -)를 보임으로써, 유의적인 차이가 없음을 확인할 수 있었다.
As can be seen from the above results, the difference of the results obtained between experimentally obtained K R = 1.915 ℓ / mg / min and uniformly determined K R = 13 ℓ / mg / min was -1.14% ), 2.43% (O 3) , -0.84% (C. parvum oocyst ) and -0.40% (BrO 3 - ), respectively.

결론적으로, 상기의 민감도 분석을 통하여, 상기 KR은 ADR 모델을 통한 시뮬레이션 결과에 미치는 영향이 매우 미비하기 때문에, 이를 일률적으로 값이 일정하게 결정된 상수로 취급할 수 있으며, 그 값은 13 ℓ/mg/min이 적절함을 확인하였다.
As a result, through the above sensitivity analysis, the K R has little effect on the simulation result through the ADR model, so it can be uniformly treated as a constant determined as a constant value, and the value is 13 L / mg / min was appropriate.

실시예Example 5: 오존  5: Ozone 접촉조에In contact group 대한  About ADRADR 모델을 통하여 오존분해속도상수 [ Through the model, the ozone decomposition rate constant [ DD 00 ] 및 K] And K DD 를 구함Wanted

상기 실시예 4를 통해 결정된 KR=13 ℓ/mg/min을 이용하여, ADR 모델식인 상기 수학식 1에 단지 두 개의 오존분해속도상수 [D0] 및 KD만을 파라미터로 하여 오존 접촉조의 실시간 시뮬레이션을 수행하였다.Using only the two ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D in Equation 1, which is an ADR model equation, using K R = 13 ℓ / mg / min determined in Example 4, Simulation was performed.

구체적으로, 도 2에 따른 오존 접촉조에, 세 개의 지점에 오존센서를 설치하였고, 이를 통해 얻어진 실시간 오존농도를 가지고 수학식 1의 시뮬레이션 커브와 Fitting 해가면서 Trial and Error 방법으로 비교하였다. 이때 시뮬레이션을 위한 [D0] 및 KD의 초기 추측 값은 상기 실시예 2에서 구해진 MC-SFR 시스템을 이용한 회분(batch) 반응조에 대한 오존분해속도상수 값을 사용하였다.Specifically, an ozone sensor was installed at three points in the ozone contact tank shown in Fig. 2, and the real-time ozone concentration obtained through the comparison was compared with the simulation curve of Equation 1 using the trial and error method while fitting. At this time, the initial guess values of [D 0 ] and K D for the simulation were the values of the ozone decomposition rate constants for the batch reactor using the MC-SFR system obtained in Example 2. [

여기서 최종적인 [D0] 및 KD의 결정은 유한요소법(Finite Element Method)을 사용하였다. 가장 적합한 [D0] 및 KD는 실험치와 모델링에 의한 예측치의 차의 합이 가장 작을 때의 [D0] 및 KD 값으로 한다.Here, the finite element method was used to determine the final [D 0 ] and K D. The most suitable values [D 0 ] and K D are [D 0 ] and K D values when the sum of the difference between the experimental value and the predicted value by modeling is the smallest.

즉,

Figure 112013049815982-pat00007
이 가장 작은 값이다(여기서 i는 유입구와 연결되는 통과수로의 상부를 0으로 놓고, i번째 센서까지의 모든 센서를 나타낸다). In other words,
Figure 112013049815982-pat00007
Is the smallest value (where i represents zero for all of the sensors up to the i-th sensor, with the top of the pass waterway connected to the inlet port set to zero).

초기 투입 오존농도 [O3]0=1.2 mg/ℓ, 유량 Q=3,000 m3/hr 및 온도 21℃인 경우에 있어서, 상기 설명한 오존센서를 통해 구해진 오존농도와 ADR 모델식과의 Fitting을 수행하였고, 그 결과를 도 6에 도시하였다. 도 6에 의하면, KD 및 [D0]가 각각 0.12 min-1 및 0.4 mg/ℓ일 때 상기 m값이 최소가 됨을 확인할 수 있었고, 이로써 ADR 모델에 대한 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 결정할 수 있었다.Fitting between the ozone concentration obtained through the above-described ozone sensor and the ADR model equation was performed in the case of the initial input ozone concentration [O 3 ] 0 = 1.2 mg / l, the flow rate Q = 3,000 m 3 / hr and the temperature 21 ° C , And the results are shown in Fig. 6, it can be seen that the value of m becomes minimum when K D and [D 0 ] are 0.12 min -1 and 0.4 mg / l, respectively, whereby the ozone decomposition rate constant [D 0 ] and K D was determined.

나아가 초기 투입 오존농도 [O3]0=0.85 mg/ℓ, 유량 Q=1,760 m3/hr 및 온도 21℃인 경우에 있어서도, 동일하게 Fitting을 수행하여, 그 결과를 도 7에 도시하였다. 도 7에 의하면, KD 및 [D0]가 각각 0.102 min-1 및 0.02 mg/ℓ일 때 상기 m값이 최소가 됨을 확인할 수 있었고, 이로써 ADR 모델에 대한 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 결정할 수 있었다.
Fitting was carried out in the same manner also in the case of the initial input ozone concentration [O 3 ] 0 = 0.85 mg / l, the flow rate Q = 1,760 m 3 / hr and the temperature of 21 ° C, and the results are shown in FIG. 7, it can be seen that the value of m is minimized when K D and [D 0 ] are 0.102 min -1 and 0.02 mg / l, respectively, whereby ozone decomposition rate constants [D 0 ] and K D was determined.

또한, 상기 [O3]0=1.2 mg/ℓ인 경우 및 [O3]0=0.85 mg/ℓ인 경우에 구해진[D0] 및 KD 값을 그대로 적용하여, 유량이 증가된 경우로 ADR 모델을 시뮬레이션 하였다. 각각에 대하여 시뮬레이션 결과를 도 8 및 도 9에 도시하였다.Also, when [O 3 ] 0 = 1.2 mg / ℓ and [O 3 ] 0 = 0.85 mg / ℓ, the values of [D 0 ] and K D are applied as they are, The model was simulated. The simulation results are shown in Figs. 8 and 9, respectively.

이를 살펴보면, 유량이 변화하여도 상기 오존분해속도상수가 실제 센서에서 측정된 오존농도와 잘 일치함을 살펴볼 수 있다. 즉, 초기 투입 농도값 [O3]0에 대하여 오존분해속도상수를 결정하면, 유량이 변동되어도 이를 이용한 시뮬레이션은 높은 신뢰성을 가질 수 있음을 확인하였다.
As a result, it can be seen that the ozone decomposition rate constant is in good agreement with the measured ozone concentration in the actual sensor even if the flow rate is changed. That is, if the ozone decomposition rate constant is determined with respect to the initial injection concentration value [O 3 ] 0 , the simulation using the ozone decomposition rate constant can be highly reliable even if the flow rate fluctuates.

실시예Example 6: 오존  6: Ozone 접촉조에In contact group 대한  About ADRADR 모델과  Model and CSTRCSTR 모델의 비교 Comparison of models

상기 실시예 3의 tracer test를 통하여, 본 발명의 오존 접촉조에 대해서는 CSTR 모델보다 ADR 모델이 훨씬 신뢰도가 높게 일치함을 확인하였다. 나아가 구체적으로, 이 양자의 시뮬레이션을 통한 비교를 통하여, 오존분해 1차속도상수인 KD값의 차이 및 CT 값의 차이를 살펴보았다.Through the tracer test of Example 3, it was confirmed that the ADR model is much more reliable than the CSTR model for the ozone contact tank of the present invention. More specifically, the differences between the K D values and the CT values of the ozone decomposition primary rate constant were examined through comparison between these two simulations.

먼저, [O3]0=1.2 mg/ℓ인 경우에 있어서, 종래의 CSTR 모델을 통해 구해진 KD값은 0.142 min-1이지만, 실시예 4에서 ADR 모델식이 탑재된 수정된 OCM 소프트웨어를 이용해 구해진 KD값은 0.12 min-1이었다. 양자는 약 16%의 유의적인 차이를 나타내었다. 나아가 CT 값의 경우, CSTR 모델 시뮬레이션을 통해 얻어진 CT 값은 5.23 mg·min/ℓ인 반면, ADR 모델 시뮬레이션을 통해 얻어진 CT 값은 6.53 mg·min/ℓ으로써, 약 20%의 차이가 있음을 확인할 수 있었다.First, in the case of [O 3 ] 0 = 1.2 mg / l, the K D value obtained through the conventional CSTR model is 0.142 min -1, but the corrected OCM software equipped with the ADR model formula in Example 4 The K D value was 0.12 min -1 . Both of them showed a significant difference of about 16%. Furthermore, in the case of the CT value, the CT value obtained from the CSTR model simulation is 5.23 mg · min / ℓ, whereas the CT value obtained from the ADR model simulation is 6.53 mg · min / ℓ, which is about 20% I could.

다음으로, [O3]0=0.85 mg/ℓ인 경우에 있어서, 상기와 동일한 비교를 수행하였다. KD값의 경우, CSTR 모델 및 ADR 모델 각각은 0.0912 min-1 및 0.102 min- 1으로 약 12%의 차이를 보였고, 나아가 CT 값의 경우, CSTR 모델 및 ADR 모델 각각은 9.06 mg·min/ℓ 및 8.11 mg·min/ℓ로써 10.5%의 차이를 보임을 확인할 수 있었다.Next, in the case of [O 3 ] 0 = 0.85 mg / l, the same comparison as above was carried out. If the K D value, CSTR model and model ADR each of 0.0912 min -1 and 0.102 min - 1 showed a difference of about 12%, and even if the CT value, CSTR model and model ADR each of 9.06 mg · min / ℓ And 8.11 mg · min / ℓ, respectively.

이에 대한 비교 그래프를 도 10에 도시하였다.A comparison graph is shown in Fig.

결론적으로, 수평류 곡류를 갖는 본 발명의 오존 접촉조의 경우에는, ADR 모델 시뮬레이션을 이용하는 것이 더욱 신뢰성 높은 모델제어를 가능하게 하는 수단이 되며, 나아가 종래의 CSTR 모델은 이와 유의적인 오차를 기록하므로, 그 정확성이 상당히 떨어짐을 확인할 수 있었다.
In conclusion, in the case of the ozone contact tank of the present invention having a horizontal flow cereal, using the ADR model simulation is a means for enabling more reliable model control, and furthermore, since the conventional CSTR model records a significant error therebetween, And it was confirmed that the accuracy was significantly lowered.

Claims (6)

처리수가 유입되는 유입구;
상기 유입구에 설치되어 처리수에 오존을 공급하기 위한 오존 투입부;
상기 유입구와 연결되며, 처리수가 곡류를 형성하며 흐르는 통과수로를 포함하는 오존 접촉조;
오존 접촉조 내 통과수로의 임의의 거리(Li)에 설치된 두 개 이상의 오존센서;
통과수로를 통해 오존 접촉조를 통과한 처리수가 배출되는 배출구; 및
상기 오존센서를 통해 측정된 오존 농도를 분석하는 중앙처리시스템을 포함하는 오존 수처리 시스템이 오존속도분해상수 [D0] 및 KD를 구하는 방법에 있어서,
1) 상기 오존센서가 거리 Li에서의 오존농도 [O3]i를 측정하는 단계; 및
2) 상기 중앙처리시스템이, 유입구의 오존농도 [O3]0 및 상기 측정된 [O3]i를 이용하여, 하기 수학식 1로 표시되는 식에서 m의 값이 최소값을 나타내는 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 구하는 단계를 포함하는, 오존속도분해상수 [D0] 및 KD를 구하는 방법:
[수학식 1]
Figure 112014120542508-pat00008

여기서 m은, 상기 수학식 1에서 i번째 오존센서에 해당하는 x=Li 일 때의 실제 오존농도([O3]i)와 수학식에 따른 오존농도([O3])의 차이 값의 제곱인 ([O3]-[O3]i)2의 총 합을 나타내며,
상기 식에서, E는 분산 계수이며, U는 상기 처리수의 유속이고, [O3]는 오존농도이며, KR은 오존요구량감소 2차속도상수로서 값이 일정하게 결정된 상수이다.
An inlet through which treated water flows;
An ozone input unit installed at the inlet to supply ozone to the treated water;
An ozone contact tank connected to the inlet and including a passage through which the treated water flows and forms a cereal;
Two or more ozone sensors provided at an arbitrary distance ( Li ) of the passage channels in the ozone contact tank;
A discharge port through which the treated water passing through the ozone contact tank is discharged through the passage channel; And
A method for determining ozone rate decomposition constants [D 0 ] and K D by an ozone water treatment system including a central processing system for analyzing ozone concentration measured through the ozone sensor,
1) measuring the ozone concentration [O 3 ] i at the distance L i by the ozone sensor; And
2) the central processing system, the ozone concentration in the inlet [O 3] 0, and the measured [O 3] by using a i, to ozone degradation rate constant indicating the value of the equation m minimum value represented by the equation (1) [ D 0] and a method comprising the step of obtaining the K D, the ozone decomposition rate constant to obtain a [D 0] and K D:
[Equation 1]
Figure 112014120542508-pat00008

Where m is the difference between the actual ozone concentration ([O 3 ] i ) at x = L i corresponding to the i-th ozone sensor in Equation 1 and the ozone concentration ([O 3 ] the square ([O 3] - [O 3] i) represents the sum of the two,
Wherein O is the dispersion coefficient, U is the flow rate of the treated water, [O 3 ] is the ozone concentration, and K R is a constant that is constantly determined as a secondary rate constant with reduced ozone demand.
제1항에 있어서, 상기 오존분해속도상수 [D0] 및 KD의 초기 추측 값은 MC-SFR 시스템을 통하여 얻어진 실험값인 것인 방법.
The method of claim 1, wherein the initial estimated values of the ozone decomposition rate constant [D 0 ] and K D are experimental values obtained through an MC-SFR system.
제1항에 있어서, 상기 KR은 1 내지 15 ℓ/mg/min에서 결정된 어느 한 값인 방법.
The method of claim 1, wherein K R is from 1 to 15 l / mg / min. < / RTI >
제1항에 있어서, 상기 유입구의 오존농도 [O3]0는 0.5 mg/ℓ 내지 2.0 mg/ℓ인 것인 방법.
The method according to claim 1, wherein the ozone concentration [O 3 ] 0 of the inlet is 0.5 mg / l to 2.0 mg / l.
제1항에 있어서, 상기 통과수로의 길이는 10 내지 200 m인 것인 방법.
2. The method of claim 1, wherein the length of the passage channel is 10 to 200 m.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 오존농도를 측정하는 단계, 오존분해속도상수를 구하는 단계를 포함하고, 중앙처리시스템이 상기 구해진 오존분해속도상수 [D0] 및 KD를 통해 CT(오존농도×접촉시간)값을 산출하는 단계 및 상기 산출된 CT값을 활용하여 오존 수처리 시스템의 오존투입량을 제어하는 단계를 더 포함하는, 오존 수처리 시스템의 오존투입량을 제어하는 방법.
Claim 1 to claim 5 further comprising: measuring the concentration of ozone according to any one of items, comprising: a step of obtaining an ozone decomposition rate constant, via the central processing system to the calculated ozone decomposition rate constant [D 0] and K D Calculating a value of CT (ozone concentration x contact time), and controlling an ozone input amount of the ozone water treatment system using the calculated CT value.
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