KR101894834B1 - Method for optimizing process control variable of advanced oxidation process (aop) using radical index determining apparatus with multi-channel continuous flow reactor - Google Patents

Method for optimizing process control variable of advanced oxidation process (aop) using radical index determining apparatus with multi-channel continuous flow reactor Download PDF

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Abstract

고도산화공정(Advanced Oxidation Process; AOP)을 적용하는 수처리 시스템에서 자동화된 순차적 주입분석 기술과 분광광도계가 장착된 광케이블을 사용하여 원수의 수질특성을 대변하는 라디칼지수를 자동으로 측정함으로써 수질 변화에 따른 라디칼지수 측정을 통해 공정 진단과 산화제 약품제어에 이용할 수 있고, 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출할 수 있고, 또한, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 순차적 주입분석의 라디칼지수 측정장치와 공정에너지 최적화 해석모델을 포함한 공정모사 프로그램을 이용함으로써 수중의 유해물질 제거능을 예측하는 공정 진단을 수행할 수 있으며, 또한, 에너지를 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량을 산출하여 고도산화공정의 공정제어를 수행함으로써 에너지를 절감하고 운전의 편의성을 제공할 수 있고, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치에 의해 실시간 공정진단 및 공정제어가 가능한, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법이 제공된다.Automated sequential injection analysis in water treatment system using Advanced Oxidation Process (AOP) and optical fiber equipped with spectrophotometer automatically measure the radical index representing the water quality of raw water, It can be used for process diagnosis and control of oxidant chemicals through the measurement of radical index, and it can calculate the optimized value of ultraviolet irradiation dose and hydrogen peroxide injection amount. Also, it is possible to measure the radical index of the sequential injection analysis with a multi- By using the process simulation program including the energy optimization analysis model, it is possible to perform the process diagnosis to predict the removal ability of harmful substances in the water, and also to control the process of the high oxidation process by calculating the ultraviolet radiation amount and the hydrogen peroxide injection amount that minimize the energy Energy saving and driving Process control of an advanced oxidation process using a radical index measuring apparatus equipped with a multi-channel continuous flow reactor capable of real time process diagnosis and process control by a radical index measuring apparatus having a multi-channel continuous flow reactor Variable optimization methods are provided.

Description

다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법 {METHOD FOR OPTIMIZING PROCESS CONTROL VARIABLE OF ADVANCED OXIDATION PROCESS (AOP) USING RADICAL INDEX DETERMINING APPARATUS WITH MULTI-CHANNEL CONTINUOUS FLOW REACTOR}METHOD FOR OPTIMIZING PROCESS CONTROL VARIABLE OF ADVANCED OXIDATION PROCESS (AOP) USING RADICAL INDEX DETERMINATION APPARATUS WITH MULTI-CHANNEL CONTINUOUS FLOW REACTOR FIELD OF THE INVENTION [0001]

본 발명은 고도산화공정의 라디칼지수 측정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고도산화공정(Advanced Oxidation Process; AOP)을 적용하는 수처리 시스템에서 자동화된 순차적 주입분석 기술과 자외선분광광도계가 장착된 광케이블로 원수의 수질특성을 대변하는 라디칼지수를 자동으로 측정하고, 측정된 라디칼지수에 따라 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출할 수 있는, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring a radical index of a high oxidation process, and more particularly, to an optical oxidation process using an automated sequential injection analysis technique and an ultraviolet spectrophotometer in a water treatment system using an Advanced Oxidation Process (AOP) An apparatus and method for measuring the degree of oxidation of a radical using a radical index measuring apparatus equipped with a multi-channel continuous flow reactor capable of automatically measuring a radical index representing the water quality of raw water and calculating an optimized value of ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide injection amount according to the measured radical index And a method for optimizing process control parameters of an oxidation process.

국내의 대부분의 정수장은 하천수를 상수원수로 사용하고 있으며, 최근 다양한 오염물질로 인해 상수원의 오염이 심화되고 있기 때문에 안전한 정수 공급을 위한 수처리 기술이 필요한 실정이다.Most of the domestic water treatment plants use river water as the water source. Recently, due to various pollutants, pollution of the water source is getting worse. Therefore, water treatment technology is needed to supply safe water.

기존의 수처리 방법은 응집침전 후 모래여과 및 염소소독 방법을 보편적으로 사용하고 있다. 그러나 종래의 수처리 방법은 신종 의약물질(대표적인 물질: 카바마제핀, 카페인, 이부프로펜) 및 맛냄새 유발물질(대표적인 물질: 지오스민, 2-메틸이소보르네올(2-MIB)) 등의 미량유기물질을 함유한 식수원을 효율적으로 처리하는데 한계성이 있기 때문에 다양한 산화처리 방법이 연구되고 있다.Conventional water treatment methods commonly use sand filtration and chlorine disinfection methods after coagulation sedimentation. However, the conventional water treatment method is a method in which a microorganism such as a new medicinal substance (representative substances: carbamazepine, caffeine, ibuprofen) and a taste odor inducing substance (representative substance: geosmin, 2-methylisoborneol Since there is a limit to the efficient treatment of a drinking water source containing a substance, various oxidation treatment methods are being studied.

이러한 산화처리 방법 중에서, 고도산화공정(AOP)은 오존, 자외선, 과산화수소 등을 이용하여 반응 중간생성물인 수산화라디칼(OH)을 극대화시켜 수중의 난분해성 유기물을 제거하는 기술이다. 여기서, OH 라디칼은 산화력이 가장 높기 때문에 화학적 산화처리에 중요한 작용이 기대되는 물질이다. 이러한 OH 라디칼을 이용하여 유해물질을 제거하는 공정들에는 오존을 이용한 오존/High pH, 오존/과산화수소 및 자외선을 이용한 자외선/오존, 자외선/과산화수소 등이 있으며, 이러한 공정을 모두 고도산화공정(AOP)이라 한다.Among these oxidation treatment methods, the advanced oxidation process (AOP) maximizes the hydroxyl radical (OH), which is a reaction intermediate product, by using ozone, ultraviolet rays, hydrogen peroxide, and the like to remove the hardly decomposable organic substances in water. Here, the OH radical has the highest oxidizing power and is expected to have an important role in the chemical oxidation treatment. Ozone / high pH using ozone, ultraviolet rays / ozone using ozone / hydrogen peroxide and ultraviolet rays, ultraviolet rays / hydrogen peroxide, and the like are processes for removing harmful substances using such OH radicals. Quot;

예를 들면, 오존을 수처리에 응용할 경우, 처리수에 오존 분자와 반응성이 강한 물질이 많이 존재한다면 반응이 직접 경로에 의하여 진행될 수 있도록 산화공정을 제어하고, 또한, 오염물질과 오존의 반응이 상대적으로 느릴 경우에는 간접 경로의 특성을 살려서 OH 라디칼의 생성을 증가시킬 수 있도록 산화공정을 제어하는 것이 효율적이다.For example, when ozone is applied to water treatment, if there are many substances highly reactive with ozone molecules in the treated water, the oxidation process is controlled so that the reaction proceeds by the direct path, and the reaction of the pollutant and ozone is relatively , It is effective to control the oxidation process so as to increase the production of OH radical by taking advantage of the characteristics of the indirect path.

이와 같이 OH 라디칼의 산화력을 이용하여 오존의 단점을 보완하는 방법으로서, 오존에 인위적으로 과산화수소, UV 등을 혼합 사용함으로써 유해물질의 제거속도를 훨씬 향상시킬 수 있다. 또한, 오존만을 사용할 경우에도 pH의 변화에 따라서 OH 라디칼 수율이 달라지므로 오존만으로도 고도산화공정(AOP)의 효과를 볼 수 있다. 이러한 고도산화공정(AOP)의 공통점은 직접 주입한 산화제로부터 처리효과를 기대하기 보다는 중간물질로 생성된 OH 라디칼의 간접 산화에 의존한다는 것이다. 궁극적으로, 이러한 고도산화공정(AOP)은 OH 라디칼의 생성량을 극대화시켜 산화효과를 극대화하는 것이다.As a method for compensating for the disadvantage of ozone using the oxidizing power of OH radicals, it is possible to improve the removal rate of harmful substances by mixing artificial ozone with hydrogen peroxide and UV. In addition, even when ozone alone is used, the OH radical yield is changed according to the change of the pH, so that the effect of the high oxidation process (AOP) can be obtained with only ozone. The common feature of this advanced oxidation process (AOP) is that it relies on the indirect oxidation of the OH radicals generated from the intermediates rather than expecting treatment effects from the directly injected oxidants. Ultimately, this advanced oxidation process (AOP) maximizes the production of OH radicals to maximize the oxidation effect.

또한, 자외선 기술도 오존 기술과 동일한 원리로 수행되며, 자외선 에너지 자체보다는 과산화수소 등의 산화제와 반응시켜 OH 라디칼을 극대화시킨다. 이론적으로, UV 에너지에 의한 과산화수소의 1몰의 분해로 생성되는 2몰의 OH 라디칼이 발생한다. 이때, 상기 OH 라디칼의 산화력은 강력하지만, 상기 OH 라디칼은 수 밀리초 내지 수 초에서 생성되는 즉시 소멸하는 특징이 있으며, 또한, 배경물질(예를 들면, 자연유기물, 알칼리도)의 영향을 많이 받기 때문에 고도산화 반응에서 생성되는 OH 라디칼의 정량화는 매우 어려운 것으로 알려져 있다.In addition, ultraviolet technology is performed on the same principle as ozone technology and maximizes OH radical by reacting with oxidizing agent such as hydrogen peroxide rather than ultraviolet energy itself. Theoretically, two moles of OH radicals are produced which are produced by the decomposition of one mole of hydrogen peroxide by UV energy. At this time, although the oxidizing power of the OH radical is strong, the OH radical disappears as soon as it is formed in a few milliseconds to a few seconds, and is also highly influenced by a background material (e.g., natural organic matter and alkalinity) Therefore, it is known that the quantification of OH radicals generated in the oxidation reaction at high altitudes is very difficult.

이러한 고도산화반응의 정량적 해석, 이러한 정량적 해석에 기반한 공정 진단 및 산화제 약품제어를 위해서는 원수의 복잡한 수질특성을 대변하는 라디칼지수 측정이 필수적이다. 특히, 라디칼지수의 경우, 수중의 총유기탄소의 농도, 알칼리도, pH, 색도 등에 영향을 받는다. 오존을 이용한 고도산화공정이나, 자외선을 이용한 고도산화공정에서 수중의 유기물의 제거능을 해석하거나, 또는, 오존, 자외선 조사량, 과산화수소 등의 주입조건으로 결정하기 위해서는 라디칼의 정량적 해석이 반드시 필요하다.For the quantitative analysis of such high-level oxidation reactions, process diagnosis based on this quantitative analysis and control of oxidant chemicals, it is essential to measure the radical index representing the complex water quality of raw water. In particular, the radical index is affected by the concentration of total organic carbon in the water, alkalinity, pH, and chromaticity. Quantitative analysis of radicals is indispensable in order to analyze the removal ability of organic substances in water in the advanced oxidation process using ozone and the ultraviolet oxidation process using ultraviolet rays, or to determine the injection conditions such as ozone, ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide.

이러한 고도산화공정(AOP)의 제어는 이러한 인자들의 변화에 의해서 파생되는 라디칼지수의 변화를 예측해야만 정확한 공정제어가 가능하며, 이러한 접근을 위해서 다양한 공정모사모델 등을 통한 여러 연구들이 시도되어 왔다.To control the AOP, precise process control can be achieved by predicting the change of the radical index derived from the change of these factors. For this approach, various studies using various process simulation models have been tried.

그러나 이러한 공정모사모델들은 서로 일치하지 않고 각각 다른 양상을 보이며, 또한 정확한 공정모사모델이 완성되었다고 하더라도 정확한 공정제어를 위해서는 pH, 온도, 유기물 농도 등이 항상 측정되어야 하므로, 실제 공정제어 방식의 완성은 상당히 복잡하고 어려워질 수밖에 없다.However, these process simulation models do not correspond to each other and show different patterns. Even when the accurate process simulation model is completed, the pH, temperature, and organic concentration must always be measured for accurate process control. It is very complicated and difficult.

또한, 자외선 조사량과 과산화수소 등 산화제 주입량에 비례하여 공정에서 사용되는 에너지는 비례하여 증가하기 때문에 목표 대상물질의 처리수준과 공정에서 사용가능한 에너지 비용을 고려한 운전변수를 최적화하여 조절하여야 한다. 이때, 모델예측제어는 공정의 모델을 이용하여 미래 출력치를 예측하고, 이를 최적화하여 얻어지는 제어입력을 사용하는 제어기법으로서, 유한구간 개루프(Open loop) 최적제어 입력을 폐루프(Closed loop) 제어 형태로 구현하는 기법이다. 이렇게 복잡한 원수 수질특성과 공정모델의 변수 조절에 있어서 실용적인 측면에서 접근하려면, 고도산화공정의 적용을 위한 수중의 라디칼지수를 측정하여 복잡한 원수의 특성을 규명하고, 에너지를 절감하는 최적화된 공정제어를 수행하는 방법이 유용하게 된다.In addition, since the energy used in the process increases proportionally to the amount of ultraviolet irradiation and the amount of oxidizing agent such as hydrogen peroxide, the operating parameters should be adjusted and optimized considering the treatment level of the target material and the energy cost available in the process. In this case, the model predictive control is a control technique using a control input obtained by predicting a future output value by using a process model and optimizing the output value. The closed loop open loop optimal control input is controlled by a closed loop control . In order to approach these complex water quality characteristics and control variables of the process model in a practical way, it is necessary to determine the characteristics of complex water by measuring the radical index in water for application of the advanced oxidation process, The method of doing is useful.

한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1169877호에는 "고도산화 수처리 공정의 운전 조건 설정 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.On the other hand, Korean Patent Registration No. 10-1169877 discloses an invention entitled " Method for setting the operating condition of the advanced oxidation water treatment process "as prior art.

종래의 기술에 따른 고도산화 수처리 공정의 운전 조건 설정 방법의 경우, UV/H2O2 고도산화 수처리 공정에서 처리된 처리수에 포함되는 난분해성 유해 오염물질이 극히 미량이어서 정량분석이 어렵거나 불가능한 경우에 목표로 하는 처리농도까지 처리할 수 있는 고도산화 수처리 공정조건을 OH 라디칼과의 반응 결과를 나타내는 지표물질인 파라-클로로벤조산(p-Chlorobenzoic acid: pCBA)의 농도 변화를 측정함으로써, 극히 미량의 난분해성 유해 오염물질의 목표처리농도까지 처리할 수 있다.In the case of the method of setting the operating conditions of the highly oxidized water treatment process according to the prior art, the amount of the poorly decomposable harmful pollutants contained in the treated water in the UV / H 2 O 2 advanced oxidation water treatment process is extremely small, The concentration of p-chlorobenzoic acid (pCBA), which is an indicator of the reaction with OH radicals, was measured by using a highly oxidative water treatment process condition that can treat up to the target treatment concentration, Of the hazardous pollutants of the present invention.

그러나 종래의 기술에 따른 고도산화 수처리 공정의 운전 조건 설정 방법의 경우, 원수의 수질특성을 지수화할 수 있는 방법을 pCBA(p-Chlorobenzoic acid)라는 화학물질을 이용하되, 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용한 수동분석에 의하여 분석하는 방법이지만, 공정제어를 위한 응답시간이 많이 소요된다는 문제점이 있다. 다시 말하면, 종래의 기술에 따른 고도산화 수처리 공정의 운전 조건 설정 방법의 경우, 실시간으로 변화하는 유입수의 OH 라디칼 방해인자의 반응성을 정량화할 수 없으며, 또한, pCBA 물질 자체가 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 회분식(Batch)으로 분석해야 하기 때문에 공정제어 및 진단인자로 적용하기 어렵고, 또한 실시간 공정 최적화를 위한 실시간 계측도 어렵다는 문제점이 있다.However, in the case of the method of setting the operating conditions of the advanced oxidation water treatment process according to the prior art, a method of expelling the water quality of the raw water is a high performance liquid chromatography (HPLC) method using a chemical substance called pCBA (p-Chlorobenzoic acid) However, there is a problem that a response time for process control is long. In other words, it is impossible to quantify the reactivity of the OH radical interfering factor of the inflow water changing in real time in the case of the operating condition setting method of the advanced oxidation water treatment process according to the prior art, and the pCBA material itself is subjected to high performance liquid chromatography ), It is difficult to apply them as process control and diagnostic factors, and it is also difficult to perform real-time measurement for real-time process optimization.

한편, 전술한 대한민국 등록특허번호 제10-1169877호에 개시된 고도산화 수처리 공정의 운전 조건 설정 방법의 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 출원되어 특허등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1306155호에는 "라디칼 방해인자 및 라디칼 반응지수를 이용한 고도산화공정의 자동제어장치 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.On the other hand, as a prior art for solving the problem of the operating condition setting method of the advanced oxidation water treatment process disclosed in Korean Patent No. 10-1169877 mentioned above, 10-1306155 discloses an invention titled " Automatic control apparatus and method for an advanced oxidation process using radical inhibiting factors and radical reaction indices ", which will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 1은 종래의 기술에 따른 수산화라디칼 방해인자 및 라디칼 반응지수를 이용한 고도산화공정의 자동제어장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 측정 유닛의 구체적인 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram showing an automatic control apparatus for an advanced oxidation process using a hydroxyl radical scavenger and a radical reaction index according to a conventional technique, and FIG. 2 is a specific configuration diagram of the measurement unit shown in FIG.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 수산화라디칼 방해인자 및 라디칼 반응지수를 이용한 고도산화공정의 자동제어장치는, 원수에 자외선과 과산화수소를 공급하여 상기 원수를 산화 처리하는 고도산화 수처리 시스템의 고도산화공정을 제어하기 위한 자동제어장치로서, 모니터링 유닛(10), 데이터베이스(20), 측정 유닛(30), 산출 유닛(40) 및 제어 유닛(50)을 포함한다.Referring to FIG. 1, an automatic control apparatus for an advanced oxidation process using a radical scavenging factor and a radical reaction index according to the related art includes an altitude oxidation water treatment system for oxidizing the raw water by supplying ultraviolet rays and hydrogen peroxide to raw water The automatic control device for controlling the oxidation process includes a monitoring unit 10, a database 20, a measurement unit 30, a calculation unit 40, and a control unit 50.

모니터링 유닛(10)은 원수 유입부 일측에 설치되어 UV254 흡광도를 포함하는 원수의 수질인자를 측정하여 모니터링한다.The monitoring unit 10 is installed at one side of the raw water inlet to measure and monitor the water quality factor of the raw water including the UV254 absorbance.

데이터베이스(20)는 제거 대상 오염물질에 대한 화학반응 정보와 지표물질에 대한 화학반응 정보를 포함하는 정보가 저장된다.The database 20 stores information including chemical reaction information on the contaminant to be removed and chemical reaction information on the indicator material.

측정 유닛(30)은 상기 지표물질로 로다민-B를 이용하여 수산화라디칼(OH) 생성 억제 화학종의 반응성을 고려한 OH 라디칼 생성 억제 반응지수를 측정한다.The measurement unit 30 measures the OH radical generation inhibition response index taking into consideration the reactivity of a hydroxyl radical (OH) production inhibiting species using rhodamine-B as the indicator substance.

구체적으로, 상기 측정 유닛(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 자외선램프(31), 자외선 광반응기(35), 과산화수소 저장조(36), 시료 저장조(33), 지표물질 저장조(지표물질인 로다민-B를 수용하여 저장), 이들 저장조와 광반응기를 연결하는 밸브가 구비된 배관(34)을 포함한다. 또한, 할로겐 광원소스 공급장치(39)와 이로부터 연결되어 반응조 내부 측면에 프로브 팁이 고정되도록 한 광섬유(41) 및 반응조의 프로브 팁 사이로 흐르는 유체를 통과하고, 팁의 아래에 설치된 반사거울에 의해서 유체를 통해 광섬유(41)로 전송되어 분광광도계(37)로 검출하고, 지표물질인 로다민-B의 투과도 또는 흡광도를 측정함으로써 제거율을 연속적으로 측정한다. 2, the measuring unit 30 includes an ultraviolet lamp 31, an ultraviolet light reactor 35, a hydrogen peroxide storage tank 36, a sample storage tank 33, an indicator material storage tank B), and a pipe 34 having a valve for connecting the storage tank and the photoreactor. An optical fiber 41 connected to the halogen light source supply device 39 and connected to the optical fiber 41 so as to fix the probe tip to the inner side of the reaction tank, and a reflection mirror installed under the tip through the fluid flowing between the probe tips of the reaction tank Is transmitted to the optical fiber 41 through the fluid and detected by the spectrophotometer 37, and the removal rate is continuously measured by measuring the permeability or the absorbance of the indicator substance rhodamine-B.

상기 측정 유닛(30)은, 상기 광반응기에 시료를 채우고 일정 농도가 유지되는 로다민-B를 지표물질로 주입하고 과산화수소를 주입하지 않은 상태에서, 자외선램프를 가동시켜 실시간으로 광섬유 형태의 분광광도계(37)를 이용하여 광반응기 내부의 로다민-B의 감소속도, 즉, 직접 광분해속도를 측정하고, 이후, 과산화수소를 투입하여 간접 광분해속도를 측정하는데, 이때, 과산화수소 주입농도를 3단계 이상으로 나누어 간접 광분해속도를 3회 이상 측정한다.The measurement unit (30) is a measurement unit (30), in which a sample is filled in the photoreactor, and Rhodamine-B, which is maintained at a predetermined concentration, is injected as an indicator material and an ultraviolet lamp is operated without injecting hydrogen peroxide. (37) is used to measure the rate of decrease of rhodamine-B in the photoreactor, that is, the direct photodegradation rate, and then the hydrogen peroxide is added to measure the indirect photodegradation rate. At this time, Separately, the indirect photodegradation rate is measured three times or more.

산출 유닛(40)은 상기 원수에 포함된 제거 대상 오염물질에 대한 상기 수처리 시스템의 제거능을 산출하고, 상기 제거 대상 오염물질의 목표제거율에 따른 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량을 산출한다.The calculation unit 40 calculates the removal ability of the water treatment system for the contaminant to be removed contained in the raw water and calculates the ultraviolet ray irradiation amount and the hydrogen peroxide injection amount according to the target removal rate of the contaminant to be removed.

제어 유닛(50)은 상기 산출 유닛(40)에서 산출된 제거능, 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량에 따라 고도산화 접촉설비(60)에서 요구되는 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량을 보정 및 제어한다.The control unit 50 corrects and controls the ultraviolet radiation amount and the hydrogen peroxide injection amount required in the advanced oxidation contact facility 60 according to the removal power, the ultraviolet radiation amount, and the hydrogen peroxide injection amount calculated by the calculation unit 40.

대한민국 등록특허번호 제10-1306155호에 개시된 수산화라디칼 방해인자 및 라디칼 반응지수를 이용한 고도산화공정의 자동제어장치에 따르면, 수산화라디칼(OH)의 생성을 억제하는 화학종들의 총 반응성을 고려한 라디칼 반응지수를 제어인자로 산출하여 대상 원수에 존재하는 신종 의약물질 및 맛냄새물질 등의 유기오염물질의 목표제거율에 따른 자외선 조사량, 과산화수소 주입 농도를 자동 제어할 수 있다.According to an automatic control apparatus for an advanced oxidation process using a hydroxyl radical inhibitor and a radical reaction index disclosed in Korean Patent No. 10-1306155, a radical reaction in consideration of the total reactivity of chemical species inhibiting the formation of hydroxyl radical (OH) It is possible to automatically control ultraviolet irradiation dose and hydrogen peroxide injection concentration according to the target removal rate of organic pollutants such as new medicinal substances and taste odor substances present in the target water.

그러나 이러한 OH 라디칼 방해인자 및 라디칼 반응지수를 이용한 고도산화공정의 자동제어장치의 경우, 지표물질로 로다민-B를 이용하여 수산화라디칼 생성을 억제하는 총 화학종들의 반응성을 고려하여 OH 라디칼 생성 방해인자 및 반응지수를 측정하며, 자외선조사 설비의 조사 강도를 자동으로 제어할 수 없다는 문제점이 있고, 이로 인해 유체의 연속흐름 조건에서는 실시간으로 분석이 불가능하고, 이에 따라 회분식으로 직접 측정해야 하는 불편함이 있었다. However, in the case of the automatic control system for the advanced oxidation process using the OH radical inhibitor and the radical reaction index, the use of rhodamine-B as the indicator material is considered as an inhibitor of OH radical formation, considering the reactivity of the total chemical species inhibiting the generation of hydroxyl radicals There is a problem in that the irradiation intensity of the ultraviolet ray irradiation equipment can not be automatically controlled and thus the analysis can not be performed in real time under the continuous flow condition of the fluid and therefore it is inconvenient to directly measure the batch .

한편, 전술한 대한민국 등록특허번호 제10-1306155호에 개시된 고도산화 수처리 공정의 운전 조건 설정 방법의 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 본 발명의 출원인 및 발명자에 의해 출원되어 특허등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1617822호에는 "고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.As a prior art for solving the problem of the operating condition setting method of the advanced oxidation water treatment process disclosed in Korean Patent No. 10-1306155 mentioned above, No. 10-1617822 discloses an invention titled " Apparatus and method for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor index of an advanced oxidation process ", which will be described with reference to Fig.

도 3은 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 구성도이다.3 is a block diagram of an apparatus for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor of an advanced oxidation process according to the prior art.

도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치(100)는, 크게, 시료부(110), 시약부(120), 자외선 반응부(130), 지표물질 검출부(140) 및 데이터 분석부(150)를 포함한다.3, an apparatus 100 for real-time measurement of the radical scavenging factor of a high-level oxidation process according to the related art includes a sample unit 110, a reagent unit 120, an ultraviolet ray reaction unit 130, A material detecting unit 140 and a data analyzing unit 150.

시료부(110)는 수처리 대상원수를 연속흐름주입 관로(160) 상에 공급한다.The sample part 110 supplies the raw water to be water-treated on the continuous flow injection pipe 160.

시약부(120)는 지표물질(Indicator)인 로다민-B(Rhodamine-B)(121), 과산화수소(122) 및 증류수(123)로 이루어진 시약을 연속흐름주입 관로(160) 상에 공급한다. 이때, 상기 지표물질(Indicator)로는 로다민-B를 사용하며, 이때, 상기 로다민-B는 염색물질이기 때문에 시료(110)가 이동되는 튜브에 흡착될 수 있다. 따라서 염색이 덜 되고 쉽게 축적되어 튜브에 의한 제거가 적은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.The reagent part 120 supplies a reagent composed of Rhodamine-B 121, hydrogen peroxide 122 and distilled water 123, which are indicator materials, onto the continuous flow injection channel 160. At this time, Rhodamine-B is used as the indicator, and the rhodamine-B is adsorbed to the moving tube because it is a dye. Therefore, it is preferable to use a material which is less stained and easily accumulated and is less likely to be removed by the tube.

자외선 반응부(130)는 석영셀(131) 및 자외선램프(132)를 포함하며, 상기 시료부(110)와 시약부(120)가 연속흐름주입 방식으로 연결된 연속흐름주입 관로(160) 상에 연결된다.The ultraviolet ray reaction unit 130 includes a quartz cell 131 and an ultraviolet lamp 132. The ultraviolet ray reaction unit 130 includes a quartz cell 131 and an ultraviolet lamp 132. The sample unit 110 and the reagent unit 120 are connected to each other through a continuous flow injection channel 160 .

지표물질 검출부(140)는 분광광도계를 사용하며, 상기 자외선 반응부(130)에서의 반응 이후에 상기 지표물질인 로다민-B의 농도를 측정한다.The indicator material detection unit 140 uses a spectrophotometer and measures the concentration of the indicator substance rhodamine-B after the reaction in the ultraviolet ray reaction unit 130.

데이터 분석부(150)는 데이터 수집 및 신호처리를 위한 수치계산 알고리즘이 내장된다.The data analysis unit 150 includes a numerical calculation algorithm for data collection and signal processing.

대한민국 등록특허번호 제10-1617822호에 개시된 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, OH 라디칼을 주요 기작으로 유해물질을 처리하는데 적용되는 자외선/과산화수소 고도산화공정에서 단일 연속흐름주입 관로 상에서 시료의 유속을 변경하고 자외선 강도를 일정하게 유지하는 연속흐름주입 방식을 적용함으로써, 증류수로 희석배율이 조정된 과산화수소의 농도 및 지표물질인 로다민-B를 실시간으로 측정할 수 있다.In the case of the apparatus for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor index in the advanced oxidation process disclosed in Korean Patent No. 10-1617822, in the ultraviolet / hydrogen peroxide high-level oxidation process applied to treat harmful substances with the OH radical as a main mechanism, The concentration of hydrogen peroxide diluted with distilled water and Rhodamine-B, an indicator substance, can be measured in real time by changing the flow rate of the sample on the pipeline and applying a continuous flow injection method that keeps the ultraviolet intensity constant.

또한, 이러한 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 상수 고도처리나 하수방류수에서 미량 유기오염물질을 제거하기 위하여 적용되는 고도산화공정에서 수산화라디칼 소모인자 지수를 실시간 측정함으로써, 자외선/과산화수소 고도산화공정을 통해서 제거되는 유해물질의 정량적 제거능, 자외선 조사량 및 과산화수소 투입량을 정확하게 산출할 수 있다.In the case of the apparatus for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor of the high-level oxidation process, the hydroxyl radical scavenging factor index is measured in the high-level oxidation process applied to remove trace organic pollutants in the water treatment or sewage effluent, / Quantitative elimination of harmful substances, ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide input amount can be accurately calculated through the hydrogen peroxide high-level oxidation process.

또한, 이러한 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 자외선/과산화수소 고도산화공정에 대한 실시간 자가진단 및 공정 최적화가 가능하므로, 수산화라디칼을 극대화시키는 기술로 실용화할 수 있다.Also, in the case of the apparatus for real-time measurement of the radical scavenging factor of the high-level oxidation process, it is possible to real-time self-diagnosis and process optimization for the ultraviolet / hydrogen peroxide high-level oxidation process, and thus can be put to practical use as a technique for maximizing the hydroxyl radical.

따라서 이러한 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 로다민-B라는 지표물질을 연속흐름주입 방법에 의하여 측정하는 방법과 장치를 개시함으로써, 전술한 종래의 기술에 따른 고도산화 수처리 공정의 운전 조건 설정 방법에서 제시한 pCBA(p-Chlorobenzoic acid)를 사용하는 경우의 문제점을 해소하였다.Accordingly, in the case of the apparatus for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor of such an advanced oxidation process, a method and an apparatus for measuring an indicator substance called rhodamine-B by a continuous flow injection method are disclosed, The problem of using p-Chlorobenzoic acid (pCBA) proposed in the method of setting the operating conditions of the process is solved.

그러나 대한민국 등록특허번호 제10-1617822호에 개시된 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 연속흐름 반응기의 형태를 구체적으로 제시하지 않았고, 반응기 구조가 단일 반응기로서, 단계별 유량비율을 각각 다르게 설정해야 하는 문제점이 있다.However, in the case of the apparatus for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor of the advanced oxidation process disclosed in Korean Patent No. 10-1617822, the shape of the continuous flow reactor is not specifically shown, and the reactor structure is a single reactor, There is a problem that they must be set differently from each other.

한편, 다른 선행기술로서, 본 발명의 출원인 및 발명자에 의해 출원되어 특허등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1640416호에는 "조류-기인 유해물질을 제거하기 위한 염소-자외선 복합산화 수처리장치 및 이를 이용한 염소 주입량과 자외선 강도 가변제어 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.As another prior art, Korean Patent No. 10-1640416, filed and filed by the applicant and inventor of the present invention, discloses a chlorine-ultraviolet complex oxidation water treatment apparatus for removing harmful substances from algae Quot; chlorine injection amount and ultraviolet intensity variable control method ".

대한민국 등록특허번호 제10-1640416호에 개시된 염소-자외선 복합산화 수처리장치는, 정수장 유입원수 내의 이취미(맛냄새) 유발물질, 조류 독성물질, 의약물질 등의 유해물질(Noxious Substance)을 제거하기 위하여 과산화수소-자외선(Hydrogen Peroxide-UV) 공정 및 염소-자외선(Chlorine-UV) 공정을 순차적으로 조합한 2단 자외선 산화 공정을 이용하는 복합산화 수처리장치로서, 라디칼지수에 따른 자외선 조사량과 과산화수소 주입량을 산출하는 것을 개시하고 있다.The Korean Patent No. 10-1640416 discloses a chlorine-ultraviolet complex oxidizing water treatment apparatus that removes noxious substances such as tastes, flavor-causing substances, A combined oxidation water treatment system that uses a two-stage ultraviolet oxidation process in which a hydrogen peroxide-ultraviolet process and a chlorine-UV process are sequentially combined to calculate ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide injection dose depending on the radical index .

하지만, 이러한 염소-자외선 복합산화 수처리장치의 경우, 라디칼지수를 가지고 자외선 조사량과 과산화수소주입량을 산출할 때 공정 에너지 함수 모델의 최적해를 구하는 연산모델이 구체화되지 않았다는 문제점이 있다.However, in the case of such a chlorine-ultraviolet complex oxidation water treatment apparatus, there is a problem that a calculation model for obtaining the optimum solution of the process energy function model is not realized when calculating the ultraviolet irradiation dose and the hydrogen peroxide injection dose with the radical index.

대한민국 등록특허번호 제10-1617822호(출원일: 2014년 11월 14일), 발명의 명칭: "고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치 및 그 방법"Korean Patent No. 10-1617822 filed on November 14, 2014, entitled " Device and method for real-time measurement of hydroxyl radical scavenging factor index in advanced oxidation process " 대한민국 등록특허번호 제10-1459376호(출원일: 2012년 11월 20일), 발명의 명칭: "제어시스템을 갖춘 고도산화 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 공정"Korean Patent No. 10-1459376 filed on November 20, 2012, entitled "Advanced oxidation water treatment apparatus equipped with a control system and water treatment process using the same" 대한민국 등록특허번호 제10-1306155호(출원일: 2012년 6월 14일), 발명의 명칭: "라디칼 방해인자 및 라디칼 반응지수를 이용한 고도산화 공정의 자동제어장치 및 방법"Korean Patent No. 10-1306155 filed on June 14, 2012, entitled " Automatic Control Apparatus and Method for Advanced Oxidation Process Using Radical Inhibitor and Radical Reaction Index " 대한민국 등록특허번호 제10-1169877호(출원일: 2010년 11월 3일), 발명의 명칭: "고도산화 수처리 공정의 운전조건 설정 방법"Korean Patent No. 10-1169877 filed on Nov. 3, 2010, entitled "Method of setting operating conditions for advanced oxidation water treatment process" 대한민국 등록특허번호 제10-1640416호(출원일: 2014년 4월 23일), 발명의 명칭: "조류-기인 유해물질을 제거하기 위한 염소-자외선 복합산화 수처리장치 및 이를 이용한 염소주입량과 자외선 강도 가변제어 방법"Korean Patent No. 10-1640416 filed on Apr. 23, 2014, entitled "Chlorine-ultraviolet complex oxidizing water treatment apparatus for removing algae-causing harmful substances and chlorine injection amount and ultraviolet intensity variable using the same Control method "

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고도산화공정(Advanced Oxidation Process; AOP)을 적용하는 수처리 시스템에서 자동화된 순차적 주입분석 기술과 분광광도계가 장착된 광케이블을 사용하여 원수의 수질특성을 대변하는 라디칼지수를 자동으로 측정함으로써 수질 변화에 따른 라디칼지수 측정을 통해 공정 진단과 산화제 약품제어에 이용할 수 있고, 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출할 수 있는, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법을 제공하기 위한 것이다.In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a water treatment system using an Advanced Oxidation Process (AOP), an automated sequential injection analysis technique and an optical fiber equipped with a spectrophotometer, It can be used for process diagnosis and control of oxidant chemicals by measuring the radical index according to the water quality change by automatically measuring the radical index representing the water quality, and it is possible to calculate optimized values of ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide injection amount, And a method for optimizing process control parameters of a high-level oxidation process using a radical index measuring apparatus having a reactor.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 에너지를 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량을 산출하여 고도산화공정의 공정제어를 수행함으로써 에너지를 절감하고 운전의 편의성을 제공할 수 있는, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법을 제공하기 위한 것이다.A further object of the present invention is to provide a multi-channel continuous flow reactor capable of reducing energy and providing ease of operation by calculating ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide injection amount that minimize energy and performing process control of the advanced oxidation process And a method for optimizing process control parameters of a high-level oxidation process using the apparatus for measuring a radical index.

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전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법은, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 있어서, a) 고도산화공정의 공정 에너지 최적화 해석모델에 따라 공정 에너지를 설정하는 단계; b) 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용하여 라디칼지수를 측정하고, 유해물질에 대한 목표제거율을 설정하는 단계; c) 유해물질 제거율에 필요한 자외선 조사량, 과산화수소 주입량 및 총 전력 에너지 소비량을 산출하는 단계; d) 뉴턴 최적화 수치모델에 따라 상기 산출된 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량에 대응하는 최적해를 도출하는 단계; e) 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 큰지 여부를 확인하는 단계; f) 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 크지 않은 경우, 목표제거율을 재조정하는 단계; g) 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준인지 판단하는 단계; 및 h) 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준인 경우, 에너지를 모니터링하고, 상기 최적해에 대응하는 공정을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 b) 단계의 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치에 의해 측정된 라디칼지수를 이용하여 고도산화공정에서 사용되는 에너지를 최소화시키면서 대상 오염물질을 제거하기 위한 제어변수인 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above technical object, there is provided a method for optimizing a process control parameter in an advanced oxidation process using a radical index measuring apparatus equipped with a multi-channel continuous flow reactor, comprising the steps of: A method for optimizing a process control parameter of an advanced oxidation process using a measuring device, comprising the steps of: a) setting a process energy according to a process energy optimization analysis model of an advanced oxidation process; b) measuring a radical index using a radical index measuring apparatus having a multi-channel continuous flow reactor, and setting a target removal rate for a harmful substance; c) calculating ultraviolet radiation dose, hydrogen peroxide injection amount, and total power energy consumption required for the harmful substance removal rate; d) deriving an optimal solution corresponding to the calculated ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide injection amount according to a Newton-optimized numerical model; e) determining whether the set process energy is greater than the calculated total power energy consumption; f) re-adjusting the target removal rate if the set process energy is not greater than the calculated total power energy consumption; g) determining whether the derived optimal solution is satisfactory; And h) monitoring the energy and controlling the process corresponding to the optimal solution if the derived optimal solution is a satisfactory level, wherein the radical index measuring device with the multi-channel continuous flow reactor of step b) The ultraviolet irradiation dose and the hydrogen peroxide injection dose are optimized for removing the target contaminants while minimizing the energy used in the advanced oxidation process by using the radical index measured by the method.

본 발명에 따르면, 자외선을 이용한 고도산화공정(AOP)이 적용된 수처리 시스템에 있어서, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 순차적 주입분석의 라디칼지수 측정장치와 공정에너지 최적화 해석모델을 포함한 공정모사 프로그램을 이용함으로써 수중의 유해물질 제거능을 예측하는 공정 진단을 수행할 수 있다.According to the present invention, in a water treatment system to which an advanced oxidation process using ultraviolet (AOP) is applied, a process simulating program including a radical index measuring apparatus for sequential injection analysis with a multi-channel continuous flow reactor and a process energy optimization analysis model It is possible to perform a process diagnosis that predicts the ability to remove harmful substances in the water.

본 발명에 따르면, 에너지를 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량을 산출하여 고도산화공정의 공정제어를 수행함으로써 에너지를 절감하고 운전의 편의성을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the energy and provide the convenience of operation by calculating the ultraviolet radiation dose and the hydrogen peroxide injection amount that minimize the energy and performing the process control of the advanced oxidation process.

본 발명에 따르면, 유해성 유기오염물질을 제거하도록 수산화라디칼(OH)을 극대화시킴으로써 자외선을 이용한 고도산화공정의 공정에너지를 최소화시키면서 공정 성능을 극대화시킬 수 있다.According to the present invention, maximizing the hydroxyl radical (OH) to remove harmful organic contaminants can maximize the process performance while minimizing the process energy of the ultraviolet oxidation process using ultraviolet rays.

본 발명에 따르면, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치에 의해 실시간 공정진단 및 공정제어가 가능하다.According to the present invention, it is possible to perform real-time process diagnosis and process control by means of a radical index measuring apparatus equipped with a multi-channel continuous flow reactor.

도 1은 종래의 기술에 따른 수산화라디칼 방해인자 및 라디칼 반응지수를 이용한 고도산화공정의 자동제어장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 측정 유닛의 구체적인 구성도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치의 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 석영재질의 다채널 연속흐름 반응기를 예시하는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 석영재질의 다채널 연속흐름 반응기를 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 자동측정장치에 적용되는 뉴턴 최적화 수치모델에 따라 최적화 해를 찾는 것을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법의 동작흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 적용되는 자외선을 이용한 고도산화공정의 공정모사 프로그램을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에서 뉴턴 최적화 수치모델에 의해 산출된 최적화된 자외선 강도와 과산화수소 주입농도의 계산 범위를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에서 조류 독성물질인 마이크로시스틴(Microcystin)을 제거수준별 자외선 조사량과 과산화수소 최적 주입량을 예시하는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an automatic control apparatus for an advanced oxidation process using a radical scavenger and a radical reaction index according to a conventional technique.
2 is a specific configuration diagram of the measurement unit shown in Fig.
3 is a block diagram of an apparatus for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor of an advanced oxidation process according to the prior art.
4 is a block diagram of an apparatus for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a quartz multi-channel continuous flow reactor shown in FIG.
6 is a photograph showing the quartz multi-channel continuous flow reactor shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating finding an optimal solution according to a Newton-optimized numerical model applied to an apparatus for automatically measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of optimizing a process control parameter of an advanced oxidation process using a radical index measuring apparatus having a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a process simulation program for an advanced oxidation process using ultraviolet rays, which is applied to a process control parameter optimization method for an advanced oxidation process according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating the calculation range of the optimized ultraviolet intensity and the hydrogen peroxide injection concentration calculated by the Newton-optimized numerical model in the process control parameter optimization method of the elevation oxidation process according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph illustrating an ultraviolet ray dose and an optimal amount of hydrogen peroxide injection according to the removal level of microcystin, which is an algae toxic substance, in the process control parameter optimization method of the elevated oxidation process according to the embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

먼저, 본 발명의 출원인 및 발명자에 의해 출원되어 특허등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1617822호에는 "고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.First, Korean Patent No. 10-1617822 filed and filed by the applicant and inventors of the present invention discloses an invention titled " Apparatus and method for real-time measurement of the hydroxyl radical scavenging factor index in the high oxidation process " , Which is incorporated herein by reference.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 설명하고, 도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 대해 설명한다.4 to 6, an apparatus for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 11, A method for optimizing process control parameters of a high-level oxidation process using a radical index measuring apparatus equipped with a channel continuous flow reactor will be described.

[다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)][Radius index measuring apparatus (200) equipped with a multi-channel continuous flow reactor]

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치의 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 석영재질의 다채널 연속흐름 반응기를 예시하는 도면이고, 도 6은 도 4에 도시된 석영재질의 다채널 연속흐름 반응기를 나타내는 사진이다.FIG. 4 is a schematic view of an apparatus for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view illustrating a quartz multi-channel continuous flow reactor shown in FIG. 4, 6 is a photograph showing the quartz multi-channel continuous flow reactor shown in FIG.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)는, 자외선을 이용한 고도산화공정이 적용된 수처리 기술에서 자동화된 순차적 주입분석 방식의 라디칼지수 측정장치로서, 시료 공급부(210), 시약 공급부(220), 자외선 반응부(230), 지표물질 검출부(240), 및 데이터 분석 및 공정제어부(250)를 포함하고, 상기 자외선 반응부(230)는 다채널 연속흐름 반응기(231), 자동분배기(232), 반응기 셀(233) 및 자외선램프(234)를 포함한다.Referring to FIG. 4, an apparatus 200 for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention is characterized in that, in a water treatment technique using an ultraviolet oxidation process using an ultraviolet ray, The ultraviolet reaction unit 230 includes a sample supply unit 210, a reagent supply unit 220, an ultraviolet ray reaction unit 230, a surface material detection unit 240, and a data analysis and process control unit 250. Channel continuous flow reactor 231, an automatic dispenser 232, a reactor cell 233, and an ultraviolet lamp 234. The multi-

시료 공급부(210)는 시료 공급펌프(271)를 통해 수처리 대상원수를 연속흐름주입 관로(260) 상에 공급한다.The sample supply unit 210 supplies the raw water to be treated through the sample supply pump 271 onto the continuous flow injection channel 260.

시약 공급부(220)는 각각의 시약 공급펌프(272, 273, 274)를 통해 지표물질(Indicator)인 로다민-B(Rhodamine-B)(221), 과산화수소(222) 및 증류수(223)로 이루어진 시약을 연속흐름주입 관로(260) 상에 공급한다. 이때, 상기 지표물질(Indicator)로는 로다민-B를 사용하며, 이때, 상기 로다민-B는 염색물질이기 때문에 시료(210)가 이동되는 튜브에 흡착될 수 있다.The reagent supply unit 220 is connected to the reagent supply pump 272 through the reagent supply pumps 272, 273 and 274 and is made up of indicator materials such as Rhodamine-B 221, hydrogen peroxide 222 and distilled water 223. The reagent is supplied on the continuous flow injection conduit (260). At this time, Rhodamine-B is used as the indicator, and Rhodamine-B is adsorbed to the moving tube because the sample is a dye.

자외선 반응부(230)는 다채널 연속흐름 반응기(231), 자동분배기(232), 반응기 셀(233) 및 자외선램프(234)를 포함하며, 상기 시료 공급부(210)와 시약 공급부(220)가 연속흐름주입 방식으로 연결된 연속흐름주입 관로(260) 상에 연결된다.The ultraviolet ray reactor 230 includes a multichannel continuous flow reactor 231, an automatic dispenser 232, a reactor cell 233 and an ultraviolet lamp 234. The sample supply unit 210 and the reagent supply unit 220 Is connected on a continuous flow injection conduit (260) connected in a continuous flow injection manner.

지표물질 검출부(240)는 광케이블로 구현되는 분광광도계를 사용하며, 상기 자외선 반응부(230)에서의 반응 이후에 상기 지표물질인 로다민-B(221)의 농도를 측정한다.The surface material detection unit 240 uses a spectrophotometer implemented as an optical cable and measures the concentration of the indicator material Rhodamine-B 221 after the reaction in the ultraviolet ray reaction unit 230.

데이터 분석 및 공정제어부(250)는, 예를 들면 컴퓨터로 구현될 수 있고, 상기 지표물질 검출부(240)로부터 데이터를 수집하여 분석하고, 측정된 라디칼지수를 이용하여 고도산화공정에서 사용되는 공정에너지를 최소화시키면서 대상 오염물질을 제거하기 위한 제어변수인 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출한다.The data analysis and process control unit 250 may be implemented, for example, by a computer. The data analysis and process control unit 250 collects and analyzes data from the surface material detection unit 240, and uses the measured radical index to measure the process energy And the optimum values of the ultraviolet radiation dose and the hydrogen peroxide injection amount, which are control variables for removing the target contaminants, are calculated.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)는 대상원수인 시료의 라디칼지수를 측정하기 위하여 지표물질인 로다민-B(221)를 일정 농도 주입하고, 자외선 조사강도 및 과산화수소의 농도조건을 수차례에 걸친 단계별 수동분석에 의해 로다민-B(221)의 감소속도를 측정한다.Specifically, the apparatus 200 for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention measures a radical index of a target raw material, such as Rhodamine-B (221) And the decrease rate of Rhodamine-B (221) is measured by a stepwise passive analysis several times over the conditions of ultraviolet irradiation intensity and concentration of hydrogen peroxide.

전술한 대한민국 등록특허번호 제10-1617822호의 경우, 라디칼지수를 측정하기 위해서는 수동방식의 단계별 측정 분석을 수행해야 하고, 특히, 자외선 조사량의 변동을 위해서 시료 주입의 반응비율을 유지하면서 펌프의 유량을 변경함으로써 조절하여야 한다. 이것은 자외선 조사량(mJ/㎠)이 자외선의 강도(㎽/㎠)와 접촉시간(sec)으로부터 계산되는 인자이기 때문이다.In the case of Korean Patent No. 10-1617822 mentioned above, it is necessary to carry out a stepwise measurement analysis by a manual method in order to measure a radical index. In particular, in order to fluctuate ultraviolet radiation dose, . This is because the ultraviolet irradiation dose (mJ / cm 2) is a factor calculated from the intensity (mW / cm 2) of the ultraviolet ray and the contact time (sec).

또한, 전술한 대한민국 등록특허번호 제10-1617822호의 경우, 반응기의 형태가 구체화되지 않은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)의 경우, 우선 반응기 구조는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 석영재질의 다채널 연속흐름 반응기(231)로 구성한다. 또한, 상기 다채널 연속흐름 반응기(231)의 일측에 체류시간별 자동 분취 및 흐름방향을 변환하는 자동분배기(232)를 설치함으로써 설정된 시간에 따라 시료를 자동으로 분배하고, 이때, 분배된 시료는 일정 용기의 반응기 셀(233)에 저장함으로써 별도의 유량 변동 없이 라디칼지수를 측정할 수 있는 구조가 된다. 이때, 도 5는 라디칼지수 측정장치(200)에 적용된 다채널 구조의 연속흐름 반응기(231)의 실제 구조를 나타낸다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 가시광 영역의 광케이블로 구현되는 지표물질 검출부(240), 예를 들면, 분광광도계에 의해 로다민-B(221)를 연속적으로 측정하고, 측정된 로다민-B(221)의 감소속도를 고려하여 후술하는 수학식 5에 따라 원수 수질특성의 반영하는 라디칼지수를 자동으로 측정한다.In order to solve the problem that the shape of the reactor is not specified in the case of the above-mentioned Korean Patent No. 10-1617822, in the apparatus 200 for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to the embodiment of the present invention, , The reactor structure is composed of a quartz multi-channel continuous flow reactor 231 as shown in Figs. 5 and 6. In addition, an automatic dispenser 232 is installed at one side of the multichannel continuous flow reactor 231 to change the flow direction automatically by the residence time so that the sample is automatically distributed according to the set time. At this time, By storing it in the reactor cell 233 of the vessel, it becomes a structure capable of measuring the radical index without any fluctuation of the flow rate. 5 shows an actual structure of the continuous flow reactor 231 of the multi-channel structure applied to the apparatus 200 for measuring a radical index. As shown in FIG. 4, the indicator material detector 240 implemented as an optical cable in the visible light region, for example, continuously measures Rhodamine-B 221 by a spectrophotometer, and the measured rhodamine- B (221), a radical index to be reflected in the water quality of raw water is automatically measured according to the following equation (5).

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)는, 대상원수 시료를 튜브로 구현되는 연속흐름주입 관로(260)에 일정 유속으로 공급하고, 이를 지표물질인 로다민-B(221)와 일차적으로 혼합시켜 일정 유속으로 자외선 반응부(230)로 전달한다. 이후, 상기 대상원수 시료와 혼합된 지표물질의 유속의 변동 없이 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량을 최적화시킴으로써 지표물질인 로다민-B(221)의 반응성을 분광광도계인 지표물질 검출기(240)로 검출한다.Specifically, the apparatus 200 for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention supplies a target raw water sample to a continuous flow injection conduit 260, B (221), which is an indicator substance, and transfers the mixture to the ultraviolet ray reaction unit (230) at a constant flow rate. Then, the reactivity of the indicator material, Rhodamine-B 221, is detected by the indicator material detector 240, which is a spectrophotometer, by optimizing ultraviolet irradiation dose and hydrogen peroxide injection amount without fluctuation of the flow rate of the indicator material mixed with the target raw water sample.

연속흐름 관로(260) 상에서 라디칼지수를 구하기 위한 대상원수, 지표물질인 로다민-B(221), 산화제인 과산화수소(222) 및 증류수(223)가 혼합된다. 이때, 대상원수 내에 로다민-B(221)와 과산화수소(222)가 각각 설정된 농도로 주입되어야 하며, 이를 조절하기 위해 시료 공급펌프(271) 및 시약 공급펌프(272, 273, 274)가 마련된다. 이때, 주입되는 대상원수 시료는 혼합되는 다른 시약들(221, 222, 223)에 의한 오차를 최소화하기 위해 전체 유량의 95% 이상이 되도록 설정된다.On the continuous flow pipe 260, a target raw water for obtaining a radical index, Rhodamine-B 221 as an index substance, hydrogen peroxide 222 as an oxidizing agent, and distilled water 223 are mixed. At this time, the Rhodamine-B 221 and the hydrogen peroxide 222 are injected into the target raw water at a predetermined concentration, and a sample supply pump 271 and reagent supply pumps 272, 273 and 274 are provided . At this time, the target raw water sample to be injected is set to be 95% or more of the total flow rate in order to minimize the error caused by the other reagents 221, 222, and 223 to be mixed.

또한, 로다민-B(221)는 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)가 운전되는 동안에 초기 농도가 1uM로 일정하게 유지되도록 주입되며, 전체 유량의 약 2.5% 이하가 유입되도록 설정된다.Also, the Rhodamine-B 221 is injected so that the initial concentration remains constant at 1 uM while the apparatus 200 for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to the embodiment of the present invention is operated, About 2.5% or less of the total amount is introduced.

이때, 과산화수소(222)는 농도조건에 따라 최소 0㎎/L에서 최대 150㎎/L로 농도를 변경할 수 있고, 전체 유량의 약 2.5% 이하가 유입되도록 설정된다. 이와 같이 설정된 전체 유량을 유지하면서 과산화수소 농도(H2O2)를 변경하기 위하여 조건별로 주입되는 과산화수소의 농도를 변경한다. 이때, 주입되는 과산화수소(222)의 농도 변화는 과산화수소 주입 시 고농도의 과산화수소 농축액(222)과 증류수(223)의 주입비율을 조절하여 제어한다.At this time, the concentration of the hydrogen peroxide 222 can be changed from a minimum of 0 mg / L to a maximum of 150 mg / L according to the concentration condition, and about 2.5% or less of the total flow rate is set to flow. In order to change the hydrogen peroxide concentration (H 2 O 2 ) while maintaining the total flow rate thus set, the concentration of hydrogen peroxide injected per condition is changed. At this time, the concentration of the hydrogen peroxide 222 to be injected is controlled by adjusting the injection ratio of the hydrogen peroxide concentrate 222 and the distilled water 223 at the high concentration during the hydrogen peroxide injection.

자외선 반응부(230)는 혼합된 시료가 자외선 광입자와의 물리적 반응에 의해 생성되는 수산화라디칼(OH)의 화학적 반응이 일어나는 구간으로서, 주입된 로다민-B(221)가 자외선과 OH 라디칼에 의해 제거되는 구간이다. 이때, 상기 자외선 반응부(230)의 다채널 연속흐름 반응기(231)는 자외선램프(234)로부터 조사되는 자외선을 투과할 수 있도록 석영재질로 형성되는 것이 바람직하다.The ultraviolet ray reacting unit 230 is a section in which the chemical reaction of the hydroxyl radical (OH) generated by the physical reaction of the mixed sample with the ultraviolet ray irradiator occurs and the injected rhodamine-B 221 is irradiated with ultraviolet rays and OH radicals This is the section to be removed. In this case, the multi-channel continuous flow reactor 231 of the ultraviolet ray reactor 230 may be formed of a quartz material so as to transmit the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet lamp 234.

구체적으로, 상기 자외선램프(234)는 상기 다채널 연속흐름 반응기(231) 상부에 고정되어 일정한 거리와 강도로 자외선을 조사한다. 이때, 상기 자외선램프(234)가 일정한 강도의 자외선을 조사하기 위해서는 일정한 시간이 필요하기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)를 운전하기 전에 안정화 시간이 필요하다.Specifically, the ultraviolet lamp 234 is fixed on the upper portion of the multi-channel continuous flow reactor 231 to emit ultraviolet rays at a predetermined distance and intensity. Since the ultraviolet lamp 234 requires a certain time to irradiate ultraviolet rays of a certain intensity, the apparatus for measuring a radical index 200 having a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention Stabilization time is required.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정방법은, 먼저, 자외선램프(234)를 통해 조사되는 자외선 조사량을 설정하고, 시료 공급부(210)에서 공급되는 대상원수 및 시약 공급부(220)에서 공급되는 로다민-B(221) 및 과산화수소(222)가 포함된 전체 유량을 설정한다. 다음으로, 상기 대상원수 및 로다민-B(221)를 연속흐름주입 관로(260) 상에 주입하여 혼합하고, 또한, 과산화수소(222)의 농도를 설정하여 상기 연속흐름주입 관로(260) 상에 주입한다.In the method of measuring a radical index having a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention, first, an ultraviolet ray irradiation amount to be irradiated through the ultraviolet lamp 234 is set, B 221 and hydrogen peroxide 222 supplied from the reagent supply unit 220 are set. Next, the target raw water and Rhodamine-B 221 are injected and mixed on the continuous flow injection conduit 260, and the concentration of the hydrogen peroxide 222 is set to be applied to the continuous flow injection conduit 260 Inject.

다음으로, 지표물질 검출부(240)가 지표물질인 로다민-B(221)의 농도를 측정하고, 이때, 상기 과산화수소(222) 농도조건별로 반복하여 수행한다.Next, the index substance detection unit 240 measures the concentration of rhodamine-B 221, which is an index substance, and repeatedly performs the measurement according to the hydrogen peroxide concentration conditions.

다음으로, 자외선 조사량 조건별로 전술한 과정을 반복하여 수행하고, 상기 지표물질 검출부(240)가 검출된 데이터를 데이터 분석 및 공정제어부(250)로 전송하면, 상기 데이터 분석 및 공정제어부(250)가 수신된 데이터를 분석하여 수산화라디칼 소모인자 지수를 도출하게 된다.Next, the above-described process is repeatedly performed according to ultraviolet irradiation dose conditions. When the index material detection unit 240 transmits the detected data to the data analysis and process control unit 250, the data analysis and process control unit 250 The received data is analyzed to derive the hydroxyl radical scavenger index.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치에 따르면, 자외선을 이용한 고도산화공정(AOP)이 적용된 수처리 시스템에 있어서, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 순차적 주입분석의 라디칼지수 측정장치와 공정에너지 최적화 해석모델을 포함한 공정모사 프로그램을 이용함으로써 수중의 유해물질 제거능을 예측하는 공정 진단을 수행할 수 있다. 또한, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치에 의해 실시간 공정진단 및 공정제어가 가능하며, 또한, 유해성 유기오염물질을 제거하도록 수산화라디칼(OH)을 극대화시킴으로써 자외선을 이용한 고도산화공정의 공정에너지를 최소화시키면서 공정 성능을 극대화시킬 수 있다.As a result, according to the apparatus for measuring a radical index having a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention, in a water treatment system to which an AOP is applied using ultraviolet rays, By using the process simulator program including the radical index measuring device and the process energy optimization analysis model, it is possible to perform the process diagnosis to predict the removal ability of harmful substances in the water. In addition, it is possible to perform real-time process diagnosis and process control by using a radical index measuring apparatus equipped with a multi-channel continuous flow reactor, and to maximize the hydroxyl radical (OH) so as to remove harmful organic pollutants, Maximizing process performance while minimizing process energy.

한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)에 의해 측정된 라디칼지수를 이용하여 고도산화공정에서 사용되는 공정에너지를 최소화시키면서 대상 오염물질을 제거하기 위한 제어변수인 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출하여야 한다.Meanwhile, by using the radical index measured by the apparatus 200 for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention, it is possible to minimize the process energy used in the high- Optimization values of ultraviolet irradiation dose and hydrogen peroxide injection amount, which are control variables for removal, should be calculated.

[라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법][Method for Optimizing Process Control Variables in Advanced Oxidation Process using Radical Index Measuring Apparatus]

먼저, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 자동측정장치에 적용되는 뉴턴 최적화 수치모델에 따라 최적화 해를 찾는 것을 예시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating finding an optimal solution according to a Newton's optimization numerical model applied to an apparatus for automatically measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 뉴턴 최적화 수치모델은 일반적인 함수의 근사 값이나 실제 값을 찾는데 매우 효율적인 방법이다. 이러한 뉴턴 최적화 수치모델을 이용하여 근을 구하는 방법은, 도 7에 도시된 바와 같이, 그래프

Figure 112016082322019-pat00001
를 그려 그래프 상에 임의의
Figure 112016082322019-pat00002
값을 지정하고, 이 값을
Figure 112016082322019-pat00003
라 한다. 다음 단계로서,
Figure 112016082322019-pat00004
에서 접선을 그린 후, 이러한 접선과
Figure 112016082322019-pat00005
축이 만나는 점을
Figure 112016082322019-pat00006
이라고 하며, 이때, 접선에 해당하는 식은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 7, the Newton-optimized numerical model is a very efficient method for finding an approximate value or an actual value of a general function. As shown in FIG. 7, a method of obtaining a root using the Newton-optimized numerical model is as follows.
Figure 112016082322019-pat00001
On the graph.
Figure 112016082322019-pat00002
Specify a value, and
Figure 112016082322019-pat00003
. As a next step,
Figure 112016082322019-pat00004
After drawing the tangent line,
Figure 112016082322019-pat00005
The point where the axis meets
Figure 112016082322019-pat00006
Here, the equation corresponding to the tangent can be expressed by the following equation (1).

Figure 112016082322019-pat00007
Figure 112016082322019-pat00007

이러한 뉴턴 최적화 수치모델에 대한 일반 모델식은 다음의 수학식 2와 같다. The general model equation for this Newton-optimized numerical model is shown in Equation 2 below.

Figure 112016082322019-pat00008
Figure 112016082322019-pat00008

수학식 3은 반응기에서 수중의 유해물질의 제거율(R%) 제거를 위한 자외선 조사량을 의미하고, 과산화수소 약품량은 수학식 4를 사용한다. 그러나 자외선을 이용하는 고도산화공정(AOP)에 소모되는 에너지는 수학식 5에 도시된 바와 같이 자외선 조사량과 과산화수소 주입량에 비례하게 된다.Equation (3) means ultraviolet radiation dose for removing the removal rate (R%) of harmful substances in water in the reactor and Equation (4) is used for the amount of hydrogen peroxide drug. However, the energy consumed in the high-level oxidation process (AOP) using ultraviolet rays is proportional to the dose of ultraviolet radiation and the amount of hydrogen peroxide injected as shown in Equation (5).

구체적으로, 유해물질 제거율(

Figure 112016082322019-pat00009
)에 필요한 자외선(UV) 조사량인
Figure 112016082322019-pat00010
(단위는 mJ/㎠)는 다음의 수학식 3과 같이 구할 수 있다.Specifically, the harmful substance removal rate (
Figure 112016082322019-pat00009
), Which is the ultraviolet (UV)
Figure 112016082322019-pat00010
(Unit: mJ / cm < 2 >) can be obtained by the following equation (3).

Figure 112016082322019-pat00011
Figure 112016082322019-pat00011

여기서,

Figure 112016082322019-pat00012
는 자외선 강도(단위는 W/㎠)를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00013
는 조사 시간(단위는 분(min))을 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00014
는 유해물질 제거율(단위는 %)을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00015
Figure 112016082322019-pat00016
는 각각 254㎚ 몰흡광계수(단위는 M-1-1)를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00017
Figure 112016082322019-pat00018
는 각각 양자수득률(단위는 mol/einstein)을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00019
는 254㎚ 자외선의 흡광도(단위는 ㎝-1)를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00020
는 분광광도계를 이용하여 254㎚에서 측정한 UV 흡수물질 측정값인 광에너지 단위변환상수(단위는 J/einstein-1)를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00021
는 과산화수소와 OH 라디칼의 이차반응속도상수(단위는 M-1s-1)를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00022
는 과산화수소 주입량(단위는 ㎎/L)을 나타낸다.here,
Figure 112016082322019-pat00012
(Unit: W / cm < 2 >),
Figure 112016082322019-pat00013
Represents the irradiation time (unit: min)
Figure 112016082322019-pat00014
Represents the removal rate of harmful substances (unit is%),
Figure 112016082322019-pat00015
And
Figure 112016082322019-pat00016
(Unit: M < -1 > cm <" 1 &
Figure 112016082322019-pat00017
And
Figure 112016082322019-pat00018
Represents the quantum yield (unit: mol / einstein), respectively,
Figure 112016082322019-pat00019
Represents the absorbance (unit: cm -1 ) of 254 nm ultraviolet light,
Figure 112016082322019-pat00020
Represents a light energy unit conversion constant (unit: J / einstein -1 ), which is a UV absorbing material measurement value measured at 254 nm using a spectrophotometer,
Figure 112016082322019-pat00021
Represents the secondary reaction rate constant (unit: M -1 s -1 ) of hydrogen peroxide and OH radical,
Figure 112016082322019-pat00022
Represents the amount of hydrogen peroxide injected (unit: mg / L).

다음으로, 과산화수소 주입량인

Figure 112016082322019-pat00023
(단위는 ㎎/L)은 다음의 수학식 4와 같이 구할 수 있다.Next, the hydrogen peroxide injection amount
Figure 112016082322019-pat00023
(Unit: mg / L) can be obtained by the following equation (4).

Figure 112016082322019-pat00024
Figure 112016082322019-pat00024

여기서,

Figure 112016082322019-pat00025
는 OH 라디칼지수(단위는 sec-1)를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00026
는 유해물질 제거율(단위는 %)을 나타내고, 또한,
Figure 112016082322019-pat00027
는 254㎚ 자외선의 흡광도(단위는 ㎝-1)를 각각 나타낸다.here,
Figure 112016082322019-pat00025
Represents an OH radical index (unit: sec -1 )
Figure 112016082322019-pat00026
Represents the removal rate of harmful substances (unit is%),
Figure 112016082322019-pat00027
Represents the absorbance (unit: cm -1 ) of 254 nm ultraviolet light.

이때, 상기 OH 라디칼지수(

Figure 112016082322019-pat00028
)는 다음의 수학식 5와 같이 구할 수 있다.At this time, the OH radical index (
Figure 112016082322019-pat00028
) Can be obtained by the following equation (5).

Figure 112016082322019-pat00029
Figure 112016082322019-pat00029

여기서,

Figure 112016082322019-pat00030
는 OH 라디칼과 과산화수소의 이차반응속도상수를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00031
은 채널별 측정된 로다민-B 감소속도 함수의 기울기를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00032
는 채널별로 측정된 로다민-B 함수의 절편을 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00033
는 OH 라디칼과 로다민-B의 이차반응 속도상수를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00034
는 로다민-B의 초기농도를 나타낸다.here,
Figure 112016082322019-pat00030
Represents the secondary reaction rate constant of the OH radical and hydrogen peroxide,
Figure 112016082322019-pat00031
Represents the slope of the measured rhodamine-B decay rate function for each channel,
Figure 112016082322019-pat00032
Represents a segment of a rhodamine-B function measured for each channel,
Figure 112016082322019-pat00033
Represents the secondary reaction rate constant of the OH radical and rhodamine-B,
Figure 112016082322019-pat00034
Indicates the initial concentration of rhodamine-B.

한편, 자외선을 이용한 고도산화기술에서 공정에 사용되는 주요한 에너지는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량이다. 따라서 공정상 사용되는 에너지를 최소화시키면서 대상 오염물질을 제거하기 위한 제어변수인 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출하여야 한다. 따라서 공정상 사용되는 에너지는 다음의의 수학식 6과 같이 자외선 조사량과 과산화수소 약품 주입량에 비례하게 된다.On the other hand, the ultraviolet irradiation dose and hydrogen peroxide injection amount are the main energy used in the process in the ultraviolet oxidation technique. Therefore, it is necessary to calculate the optimized values of the ultraviolet irradiation dose and the hydrogen peroxide injection amount, which are control variables for removing the target contaminants while minimizing the energy used in the process. Therefore, the energy used in the process is proportional to the dose of ultraviolet radiation and the dose of hydrogen peroxide drug as shown in Equation (6) below.

즉, 총 전력에너지 소비량인

Figure 112016082322019-pat00035
(단위는 ㎾h/㎥)는 다음의 수학식 6과 같이 구할 수 있다.That is, the total power energy consumption
Figure 112016082322019-pat00035
(Unit: kWh / m < 3 >) can be obtained by the following Equation (6).

Figure 112016082322019-pat00036
Figure 112016082322019-pat00036

여기서,

Figure 112016082322019-pat00037
는 자외선(UV)에 의한 전력 소비량(단위는 ㎾h/㎥)을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00038
는 과산화수소(
Figure 112016082322019-pat00039
)에 의한 전력 소비량(단위는 ㎾h/㎥)을 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00040
는 대상원수 시료에 적용된 UV 조사량(단위는 J/㎡)을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00041
는 반응기 광조사 길이(단위는 m)를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00042
는 자외선램프 효율(단위는 %)을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00043
는 과산화수소(
Figure 112016082322019-pat00044
) 주입농도(단위는 ㎏/㎥)를 각각 나타낸다.here,
Figure 112016082322019-pat00037
(Unit: kWh / m < 3 >) by ultraviolet (UV)
Figure 112016082322019-pat00038
Hydrogen peroxide
Figure 112016082322019-pat00039
(Unit: kWh / m < 3 >),
Figure 112016082322019-pat00040
(Unit: J / m < 2 >) applied to the target raw water sample,
Figure 112016082322019-pat00041
(Unit: m) of the reactor,
Figure 112016082322019-pat00042
Represents the ultraviolet lamp efficiency (unit:%)
Figure 112016082322019-pat00043
Hydrogen peroxide
Figure 112016082322019-pat00044
) Injection concentration (unit: kg / m < 3 >).

다시 말하면, 전술한 수학식 3과 수학식 4를 고려한 수학식 6에서 목적함수인

Figure 112016082322019-pat00045
함수값을 최적화(최소화)시키는 공정제어변수의 조합을 찾아야 한다. 이때, 상기 최적화된 공정제어변수의 조합인 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 조합은 전술한 뉴턴(Newton) 최적화 수치모델이 구현된 공정모사 프로그램으로 최적화된 공정제어변수를 도출할 수 있다.In other words, in Equation (6), which takes Equations (3) and (4)
Figure 112016082322019-pat00045
You should find a combination of process control variables that optimize (minimize) the function value. At this time, the combination of the ultraviolet radiation dose and the hydrogen peroxide injection dose, which is a combination of the optimized process control variables, can obtain an optimized process control variable by the process simulation program implementing the Newton optimization numerical model described above.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법의 동작흐름도이다.Meanwhile, FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of optimizing a process control parameter in a high-level oxidation process using a radical index measuring apparatus having a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법은, 먼저, 고도산화공정의 공정 에너지 최적화 해석모델에 따라 공정 에너지를 설정한다(S201). 여기서, 상기 고도산화공정의 공정 에너지 최적화 해석모델은, 전술한 바와 같이, 데이터 분석 및 공정제어부(250)에 내장된다.Referring to FIG. 8, a method for optimizing process control parameters of a high-level oxidation process using a radical index measuring apparatus having a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention includes: Then, the process energy is set (S201). Here, the process energy optimization analysis model of the advanced oxidation process is embedded in the data analysis and process control unit 250 as described above.

다음으로, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용하여 라디칼지수를 측정하고, 유해물질에 대한 목표제거율을 설정한다(S202).Next, a radical index is measured using a radical index measuring apparatus equipped with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention, and a target removal rate for harmful substances is set (S202).

다음으로, 전술한 수학식 3에 의해 자외선 조사량을 산출하고, 수학식 4에 의해 과산화수소 주입량을 산출하며, 수학식 6에 의해 총 전력 에너지 소비량을 산출한다(S203).Next, the ultraviolet radiation dose is calculated by the above-described equation (3), the hydrogen peroxide injection amount is calculated by the equation (4), and the total power energy consumption is calculated by the equation (6) (S203).

다음으로, 전술한 수학식 1 및 2에 따른 뉴턴 최적화 수치모델에 따라 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량에 대응하는 최적해를 도출한다(S204).Next, an optimal solution corresponding to the ultraviolet radiation amount and the hydrogen peroxide injection amount is derived according to the Newton-optimized numerical model according to the above-described Equations 1 and 2 (S204).

다음으로, 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 큰지 여부를 확인한다(S205).Next, it is determined whether the set process energy is greater than the calculated total power energy consumption (S205).

다음으로, 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 크지 않은 경우, 목표제거율을 재조정한다(S206). 이때, 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 큰 경우, 상기 도출된 최적해에 대응하는 공정을 제어한다.Next, if the set process energy is not greater than the calculated total power energy consumption, the target removal rate is readjusted (S206). At this time, when the set process energy is larger than the calculated total power energy consumption, the process corresponding to the derived optimal solution is controlled.

다음으로, 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준인지 판단한다(S207). 이때, 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준이 아닌 경우, 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준이 될 때까지 상기 목표제거율을 재조정한다.Next, it is determined whether the derived optimal solution is satisfactory (S207). At this time, if the derived optimal solution is not satisfactory, the target removal rate is readjusted until the derived optimal solution reaches a satisfactory level.

다음으로, 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준인 경우, 에너지를 모니터링하고(S208), 최적해에 대응하는 공정을 제어한다(S209).Next, if the derived optimal solution is satisfactory, the energy is monitored (S208) and the process corresponding to the optimal solution is controlled (S209).

따라서 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 따르면, 자외선을 이용한 고도산화기술이 적용된 수처리 기술에서, 라디칼지수를 측정하고, 이를 라디칼 공정에너지를 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 조합이 계산될 수 있다.Therefore, according to the method of optimizing the process control parameters of the advanced oxidation process using the apparatus for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to the embodiment of the present invention, in the water treatment technique using the ultraviolet oxidation technique, And the combination of the ultraviolet radiation dose and the hydrogen peroxide injection amount that minimizes the radical processing energy can be calculated.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 적용되는 자외선을 이용한 고도산화공정의 공정모사 프로그램을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining a process simulation program for an advanced oxidation process using ultraviolet rays, which is applied to a process control parameter optimization method for an advanced oxidation process according to an embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 적용되는 자외선을 이용한 고도산화공정의 공정모사 프로그램은 최적화 모델인 뉴턴 최적화 수치모델이 내재되어 최적화 함수를 결정하는 공정모사 프로그램으로서, 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량에 대응하는 최적해를 도출할 수 있다.As shown in FIG. 9, the process simulation program of the ultraviolet oxidation process using ultraviolet rays, which is applied to the process control variable optimization method of the advanced oxidation process according to the embodiment of the present invention, The optimum solution corresponding to the ultraviolet irradiation dose and the hydrogen peroxide injection dose can be derived.

한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에서 뉴턴 최적화 수치모델에 의해 산출된 최적화된 자외선 강도와 과산화수소 주입농도의 계산 범위를 예시하는 도면이다.10 is a diagram illustrating the calculation range of the optimized ultraviolet intensity and the hydrogen peroxide injection concentration calculated by the Newton-optimized numerical model in the process control parameter optimization method of the altitude oxidation process according to the embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, 제거 대상 오염물질을 대상으로 뉴턴 최적화 수치모델에 의해 산출된 최적화된 자외선 강도와 과산화수소 주입농도의 계산된 범위에 따라 최적 운전조건을 점선으로 나타내었다.As shown in FIG. 10, the optimum operating conditions are shown by dotted lines according to the calculated range of the ultraviolet intensity and the hydrogen peroxide injection concentration calculated by the Newton-optimized numerical model for the contaminants to be removed.

한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에서 조류 독성물질인 마이크로시스틴(Microcystin)을 제거수준별 자외선 조사량과 과산화수소 최적 주입량을 예시하는 도면이다.FIG. 11 is a graph illustrating an ultraviolet irradiation amount and an optimal amount of hydrogen peroxide injection according to the removal level of microcystin, which is an alga toxic substance, in the process control parameter optimization method of the elevation oxidation process according to the embodiment of the present invention.

도 11에 도시된 바와 같이, 수중의 마이크로시스틴의 농도가 100㎍/L로 유입하는 경우, 99%의 마이크로시스틴을 제거하기 위해 처리수 농도 4㎍/L로 최적화된 자외선 조사량은 885mJ/㎠이고, 과산화수소 주입량은 약 2㎎/L로 산출되었고, 90%의 마이크로시스틴을 제거하기 위한 처리수 농도 40㎍/L로 최적화된 자외선 조사량은 575 mJ/㎠이고, 과산화수소 주입량은 약 1㎎/L로 산출된다.As shown in FIG. 11, when the concentration of microcystin in water is 100 μg / L, the ultraviolet radiation dose optimized to a treatment water concentration of 4 μg / L is 885 mJ / cm 2 to remove 99% microcystin , The amount of hydrogen peroxide injection was calculated to be about 2 mg / L, the ultraviolet radiation dose optimized to 40 μg / L of treatment water concentration to remove 90% of microcystin was 575 mJ / cm 2, and the amount of hydrogen peroxide injection was about 1 mg / .

결국, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 따르면, 에너지를 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량을 산출하여 고도산화공정의 공정제어를 수행함으로써 에너지를 절감하고 운전의 편의성을 제공할 수 있고, 또한, 유해성 유기오염물질을 제거하도록 수산화라디칼(OH)을 극대화시킴으로써 자외선을 이용한 고도산화공정의 공정에너지를 최소화시키면서 공정 성능을 극대화시킬 수 있다.As a result, according to the method for optimizing the process control parameters of the advanced oxidation process using the apparatus for measuring radical index with a multi-channel continuous flow reactor according to an embodiment of the present invention, the ultraviolet radiation dose and the hydrogen peroxide injection amount, (OH) to maximize the removal of harmful organic pollutants, thereby minimizing the process energy of the high-level oxidation process using ultraviolet rays, and improving the process performance Can be maximized.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

200: 라디칼지수 측정장치
210: 시료 공급부
220: 시약 공급부
230: 자외선 반응부
240: 지표물질 검출부
250: 데이터 분석 및 공정제어부
260: 연속흐름주입 관로
221: 로다민-B
222: 과산화수소
223: 증류수
231: 다채널 연속흐름 반응기
232: 자동분배기
233: 반응기 셀
234: 자외선램프
271: 시료 공급펌프
272, 273, 274: 시약 공급펌프
200: Measuring instrument of radical index
210:
220: reagent supply unit
230: ultraviolet ray reaction part
240:
250: Data analysis and process control unit
260: continuous flow injection pipe
221: Rhodamine-B
222: hydrogen peroxide
223: distilled water
231: Multi-channel continuous flow reactor
232: Automatic dispenser
233: reactor cell
234: ultraviolet lamp
271: Sample supply pump
272, 273, 274: Reagent supply pump

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법에 있어서,
a) 고도산화공정의 공정 에너지 최적화 해석모델에 따라 공정 에너지를 설정하는 단계;
b) 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)를 이용하여 라디칼지수를 측정하고, 유해물질에 대한 목표제거율을 설정하는 단계;
c) 유해물질 제거율(
Figure 112018062429208-pat00053
)에 필요한 자외선 조사량, 과산화수소 주입량 및 총 전력 에너지 소비량을 산출하는 단계;
d) 뉴턴 최적화 수치모델에 따라 상기 산출된 자외선 조사량 및 과산화수소 주입량에 대응하는 최적해를 도출하는 단계;
e) 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 큰지 여부를 확인하는 단계;
f) 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 크지 않은 경우, 목표제거율을 재조정하는 단계;
g) 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준인지 판단하는 단계; 및
h) 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준인 경우, 에너지를 모니터링하고, 상기 최적해에 대응하는 공정을 제어하는 단계
를 포함하되,
상기 b) 단계의 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)에 의해 측정된 라디칼지수를 이용하여 고도산화공정에서 사용되는 에너지를 최소화시키면서 대상 오염물질을 제거하기 위한 제어변수인 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
A method for optimizing process control parameters of a high-level oxidation process using a radical index measuring apparatus having a multi-channel continuous flow reactor,
a) setting the process energy according to a process energy optimization analysis model of the high-level oxidation process;
b) measuring a radical index using a radical index measuring apparatus (200) equipped with a multi-channel continuous flow reactor, and setting a target removal rate for a harmful substance;
c) Removal rate of harmful substances (
Figure 112018062429208-pat00053
), A hydrogen peroxide injection amount, and a total power energy consumption;
d) deriving an optimal solution corresponding to the calculated ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide injection amount according to a Newton-optimized numerical model;
e) determining whether the set process energy is greater than the calculated total power energy consumption;
f) re-adjusting the target removal rate if the set process energy is not greater than the calculated total power energy consumption;
g) determining whether the derived optimal solution is satisfactory; And
h) monitoring the energy and controlling the process corresponding to the optimal solution if the derived optimal solution is at a satisfactory level
, ≪ / RTI &
The radical index measured by the radical index measuring apparatus 200 having the multi-channel continuous flow reactor of the step b) is used to minimize the energy used in the high-level oxidation process, Wherein the optimum value of the irradiation dose and the hydrogen peroxide injection amount is calculated. The method of optimizing the process control parameters of the advanced oxidation process using the apparatus for measuring a radical index with a multi-channel continuous flow reactor.
제6항에 있어서,
상기 b) 단계에서 상기 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(200)에 의해 측정되는 라디칼지수(
Figure 112016082322019-pat00054
)는,
Figure 112016082322019-pat00055
로 주어지고, 여기서,
Figure 112016082322019-pat00056
는 OH 라디칼과 과산화수소의 이차반응속도상수를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00057
은 채널별 측정된 로다민-B 감소속도 함수의 기울기를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00058
는 채널별로 측정된 로다민-B 함수의 절편을 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00059
는 OH 라디칼과 로다민-B의 이차반응 속도상수를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00060
는 로다민-B의 초기농도를 나타내는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
The method according to claim 6,
In the step b), the radical index measured by the apparatus for measuring a radical index (200) having the multi-channel continuous flow reactor
Figure 112016082322019-pat00054
),
Figure 112016082322019-pat00055
Lt; / RTI >
Figure 112016082322019-pat00056
Represents the secondary reaction rate constant of the OH radical and hydrogen peroxide,
Figure 112016082322019-pat00057
Represents the slope of the measured rhodamine-B decay rate function for each channel,
Figure 112016082322019-pat00058
Represents a segment of a rhodamine-B function measured for each channel,
Figure 112016082322019-pat00059
Represents the secondary reaction rate constant of the OH radical and rhodamine-B,
Figure 112016082322019-pat00060
Characterized in that the initial concentration of rhodamine-B is the initial concentration of rhodamine-B.
제6항에 있어서,
상기 c) 단계에서 유해물질을 원하는 목표제거율 수준으로 제거하기 위하여 에너지를 최소화시키도록, 총 전력에너지 소비량(
Figure 112016082322019-pat00061
)을 목적함수로 하여,
Figure 112016082322019-pat00062
함수값을 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 조합을 산출하며, 뉴턴 최적화 수치모델이 구현된 공정모사 프로그램으로 유해물질의 제거율을 예측하여 공정 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
The method according to claim 6,
In order to minimize the energy to remove the harmful substances at a desired target removal rate level in the step c), the total power energy consumption amount (
Figure 112016082322019-pat00061
) As an objective function,
Figure 112016082322019-pat00062
Channel continuous flow reactor, characterized in that the combination of ultraviolet radiation dose and hydrogen peroxide injection dose that minimizes the function value is calculated, and the process diagnosis is performed by predicting the removal rate of toxic substances by a process simulation program implementing the Newton-optimized numerical model A Method for Optimizing Process Control Variables for Advanced Oxidation Processes Using a Radical Index Measuring Device.
제6항에 있어서,
상기 c) 단계에서 유해물질 제거율(
Figure 112016082322019-pat00063
)에 필요한 자외선 조사량(
Figure 112016082322019-pat00064
)은,
Figure 112016082322019-pat00065
로 주어지고, 여기서,
Figure 112016082322019-pat00066
는 자외선 강도를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00067
는 조사 시간을 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00068
는 유해물질 제거율을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00069
Figure 112016082322019-pat00070
는 각각 254㎚ 몰흡광계수를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00071
Figure 112016082322019-pat00072
는 각각 양자수득률을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00073
는 254㎚ 자외선의 흡광도를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00074
는 분광광도계를 이용하여 254㎚에서 측정한 UV 흡수물질 측정값인 광에너지 단위변환상수를 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00075
는 과산화수소와 OH 라디칼의 이차반응속도상수를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00076
는 과산화수소 주입량을 나타내는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
The method according to claim 6,
In step c), the removal rate of harmful substances
Figure 112016082322019-pat00063
) Required for ultraviolet irradiation (
Figure 112016082322019-pat00064
)silver,
Figure 112016082322019-pat00065
Lt; / RTI >
Figure 112016082322019-pat00066
Indicates ultraviolet light intensity,
Figure 112016082322019-pat00067
Represents the irradiation time,
Figure 112016082322019-pat00068
Represents the removal rate of harmful substances,
Figure 112016082322019-pat00069
And
Figure 112016082322019-pat00070
Respectively, exhibit a molar extinction coefficient of 254 nm,
Figure 112016082322019-pat00071
And
Figure 112016082322019-pat00072
Respectively represent the quantum yield,
Figure 112016082322019-pat00073
Represents the absorbance of ultraviolet light of 254 nm,
Figure 112016082322019-pat00074
Represents a light energy unit conversion constant, which is a UV absorbing material measurement value measured at 254 nm using a spectrophotometer,
Figure 112016082322019-pat00075
Represents the secondary reaction rate constant of hydrogen peroxide and OH radical,
Figure 112016082322019-pat00076
Characterized in that the concentration of hydrogen peroxide is expressed as the amount of hydrogen peroxide injected.
제9항에 있어서,
상기 c) 단계의 과산화수소 주입량(
Figure 112016082322019-pat00077
)은,
Figure 112016082322019-pat00078
로 주어지고, 여기서,
Figure 112016082322019-pat00079
는 OH 라디칼지수를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00080
는 유해물질 제거율을 나타내고, 또한,
Figure 112016082322019-pat00081
는 254㎚ 자외선의 흡광도를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
10. The method of claim 9,
The amount of hydrogen peroxide injected in step c)
Figure 112016082322019-pat00077
)silver,
Figure 112016082322019-pat00078
Lt; / RTI >
Figure 112016082322019-pat00079
Represents an OH radical index,
Figure 112016082322019-pat00080
Represents the removal rate of harmful substances,
Figure 112016082322019-pat00081
And the absorbance of ultraviolet ray of 254 nm, respectively, in a high-frequency oxidation process.
제6항에 있어서,
상기 c) 단계의 총 전력에너지 소비량(
Figure 112016082322019-pat00082
)는,
Figure 112016082322019-pat00083
로 주어지고, 여기서,
Figure 112016082322019-pat00084
는 자외선(UV)에 의한 전력 소비량을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00085
는 과산화수소에 의한 전력 소비량을 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00086
는 대상원수 시료에 적용된 UV 조사량을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00087
는 반응기 광조사 길이를 나타내며,
Figure 112016082322019-pat00088
는 자외선램프 효율을 나타내고,
Figure 112016082322019-pat00089
는 과산화수소 주입농도를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
The method according to claim 6,
The total power energy consumption in step c)
Figure 112016082322019-pat00082
),
Figure 112016082322019-pat00083
Lt; / RTI >
Figure 112016082322019-pat00084
Represents the power consumption by ultraviolet (UV) light,
Figure 112016082322019-pat00085
Represents the power consumption by hydrogen peroxide,
Figure 112016082322019-pat00086
Represents the UV irradiation amount applied to the target raw water sample,
Figure 112016082322019-pat00087
Lt; / RTI > represents the reactor light irradiation length,
Figure 112016082322019-pat00088
Represents the ultraviolet lamp efficiency,
Figure 112016082322019-pat00089
Wherein the concentration of hydrogen peroxide is expressed as a concentration of hydrogen peroxide.
제6항에 있어서,
상기 f) 단계에서 상기 설정된 공정 에너지가 상기 산출된 총 전력 에너지 소비량보다 큰 경우, 상기 도출된 최적해에 대응하는 공정을 제어하는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
The method according to claim 6,
Wherein in the step (f), when the set process energy is greater than the calculated total power energy consumption, the process corresponding to the derived optimal solution is controlled. A Method for Optimizing Process Control Variables for Advanced Oxidation Processes.
제6항에 있어서,
상기 g) 단계에서, 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준이 아닌 경우, 상기 도출된 최적해가 만족할만한 수준이 될 때까지 상기 목표제거율을 재조정하는 것을 특징으로 하는 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the target removal rate is readjusted until the derived optimal solution becomes a satisfactory level, when the derived optimal solution is not satisfactory in step g). ≪ RTI ID = 0.0 > A Method for Optimizing Process Control Variables in Advanced Oxidation Process using Measuring Device.
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