KR102135690B1 - Waste water quality monitoring system including water treatment rtu with fine plastic detection - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수처리 RTU를 포함하는 방류구 수질 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히, 미세플라스틱 검출 기능을 갖는 수처리 RTU를 포함하는 방류구 수질 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an outlet water quality monitoring system including a water treatment RTU, and more particularly, to an outlet water quality monitoring system including a water treatment RTU having a microplastic detection function.
수질관리는 주변 생태계에 뿐만 아니라, 인간의 생활영역까지 매우 중요한 문제이다. 이를 위해서, 유해가스나, 유해물질 등을 모니터링하는 기술들이 개발되어 왔다. 그러나, 근래들어 그 심각성이 부각되고 있는 미세플라스틱에 대한 모니터링이 부재한 실정이다.Water quality management is a very important issue not only for the surrounding ecosystem, but also for the human life. To this end, technologies for monitoring harmful gases and harmful substances have been developed. However, in recent years, there has been no monitoring of microplastics whose severity has been highlighted.
생활 속에 산재한 미세한 플라스틱 성분을 가지는 일회용품이나 생활용품의 남용 및 하수처리시설 운영상 미세플라스틱 관리규정의 부재로 인해, 미세플라스틱이 폐수·하수처리장에서 완전히 제거되지 않은 채 유출되고 있다. 이러한 미세플라스틱은 하천 및 해양으로 흘러들어 수자원(어류 등) 생태계를 유해한 성분으로 오염시키고, 이들 해양 식자원이 인체로 다시 환원되어 인체에 유독한 물질로 축적되는 심각한 문제가 사회적, 국제적 문제로 대두됨에 따라서, 이에 대한 근본적인 해결책(측정기술 개발, 진단기술 개발, 통합관리 기술 개발 등)이 국내·외적으로 시급히 요구되고 있다.Due to the misuse of disposable products or micro-plastics scattered in daily life and the absence of micro-plastic management regulations in the operation of sewage treatment facilities, micro-plastics are leaking without being completely removed from wastewater and sewage treatment plants. These microplastics flow into rivers and oceans, polluting water resources (fish, etc.) ecosystems with harmful components, and serious problems that these marine food resources are returned to the human body and accumulate as toxic substances in the human body are emerging as social and international problems. As it becomes possible, a fundamental solution (measurement technology development, diagnostic technology development, integrated management technology development, etc.) is urgently required at home and abroad.
그에 따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 방류구 주변의 유해환경검출 뿐만 아니라, 최근 문제가 대두되고 있는 미세플라스틱을 동시에 검출할 수 있는 방류구 수질 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide an outlet water quality monitoring system capable of simultaneously detecting microplastics that have recently emerged as well as detecting harmful environments around the outlet.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 방류구 수질 모니터링 시스템은, 자동채수부, 미세플라스틱 검출부, 유해환경 검출부, 에지 컴퓨터 및 통합 모니터링 시스템을 포함한다. 상기 자동채수부는, 하수처리장의 방류구에서, 피검사 대상 하수를 취수한다. 상기 미세플라스틱 검출부는, 상기 자동채수부의 피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 분석한다. 상기 유해환경 검출부는 상기 자동채수부의 피검사 대상 하수의 유해가스를 분석한다. 상기 에지 컴퓨터는 상기 미세플라스틱 분석 모듈 및 상기 유해가스 분석 모듈로부터 수신된 분석 데이터를 처리한다. 상기 통합 모니터링 시스템은, 각 하수처리장의 에지 컴퓨터의 분석결과, 미세플라스틱 함량 및 유해가스 함량 중 적어도 어느 하나가 설정치 이상인 경우, 에지 컴퓨터로부터 해당 하수처리장 및 분석 결과를 상기 에지 컴퓨터로부터 수신하여, 하수처리장의 운영정보를 분석하고 진단한다.A water quality monitoring system according to an exemplary embodiment of the present invention for solving this problem includes an automatic collection unit, a microplastic detection unit, a hazardous environment detection unit, an edge computer, and an integrated monitoring system. The automatic water collection unit collects sewage to be inspected at a discharge port of a sewage treatment plant. The microplastic detection unit analyzes microplastics of sewage to be inspected in the automatic collection unit. The hazardous environment detection unit analyzes the harmful gas of the sewage subject to be inspected by the automatic collection unit. The edge computer processes analysis data received from the microplastic analysis module and the harmful gas analysis module. The integrated monitoring system, when at least one of the analysis result of the edge computer of each sewage treatment plant, the microplastic content and the harmful gas content is more than a set value, receives the corresponding sewage treatment plant and analysis results from the edge computer from the edge computer, and sewage Analyze and diagnose the operation information of the treatment plant.
예컨대, 상기 미세플라스틱 검출부는, 샘플 전처리부, 샘플 분리부, 이미지 촬영부 및 FT-IR 분석부를 포함할 수 있다. 상기 샘플 전처리부는, 상기 자동 채수부로부터 수집된 피검사 대상 하수에서, 플랑크톤을 포함한 부유성 물질을 제거할 수 있다. 상기 샘플 분리부는, 상기 샘플 전처리부에 의해서 부유성 물질이 제거된 피검사 대상 하수 내부의 미세플라스틱을 분리할 수 있다. 상기 이미지 촬영부는 분리된 미세플라스틱의 이미지를 캡쳐할 수 있다. 상기 FT-IR 분석부는, 분리된 미세플라스틱의 성분을 분석할 수 있다.For example, the microplastic detection unit may include a sample pre-processing unit, a sample separation unit, an image capturing unit, and an FT-IR analysis unit. The sample pre-processing unit may remove suspended matter including plankton from sewage to be inspected collected from the automatic collection unit. The sample separating part may separate the microplastic inside the sewage to be inspected from which the suspended matter is removed by the sample preprocessing part. The image capturing unit may capture an image of the separated microplastic. The FT-IR analysis unit may analyze the components of the separated microplastic.
예컨대, 상기 샘플 전처리부는, 계량부, 과산화수소 혼합부, 세정부 및 건조부를 포함할 수 있다. 상기 계량부는 피검사 대상 하수의 부피를 측정할 수 있다. 상기 과산화수소 혼합부는 피검사 대상 하수에 과산화수소를 혼합할 수 있다. 상기 세정부는 피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 세정할 수 있다. 상기 건조부는 세정된 미세플라스틱을 건조할 수 있다.For example, the sample pre-processing part may include a metering part, a hydrogen peroxide mixing part, a cleaning part and a drying part. The metering unit may measure the volume of sewage to be inspected. The hydrogen peroxide mixture may mix hydrogen peroxide to the sewage to be tested. The cleaning unit may clean the microplastic of the sewage to be inspected. The drying unit may dry the washed microplastic.
이때, 상기 샘플 전처리부는, 황화철 혼합부를 더 포함할 수 있다.In this case, the sample pre-processing unit may further include an iron sulfide mixing unit.
한편, 상기 이미지 촬영부는, 3D 이미지를 촬영할 수 있다.Meanwhile, the image photographing unit may photograph a 3D image.
예컨대, 상기 샘플 분리부는, 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함할 수 있다. 상기 제1 필터부는 제1 크기 이상의 입자를 걸러낼 수 있다. 상기 제2 필터부는 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기 이상의 입자를 걸러낼 수 있다.For example, the sample separation unit may include a first filter unit and a second filter unit. The first filter unit may filter particles having a first size or more. The second filter unit may filter particles of a second size or more smaller than the first size.
예컨대, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부 중 적어도 어느 하나는, 회전 플레이트, 필터 및 모터를 포함할 수 있다. 상기 회전 플레이트는 적어도 하나의 개구부를 포함한다. 상기 필터는 상기 개구부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 상기 모터는 상기 필터를 회전시킬 수 있다.For example, at least one of the first filter unit and the second filter unit may include a rotating plate, a filter, and a motor. The rotating plate includes at least one opening. The filter may be rotatably disposed in the opening. The motor can rotate the filter.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 방류구 수질 모니터링 시스템은, 미세플라스틱 검출부, 유해환경 검출부, 에지 컴퓨터 및 통합 모니터링 시스템을 포함한다. 상기 미세플라스틱 검출부는 피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 분석한다. 상기 유해환경 검출부는 피검사 대상 하수의 유해가스를 분석한다. 상기 에지 컴퓨터는 상기 미세플라스틱 분석 모듈 및 상기 유해가스 분석 모듈로부터 수신된 분석 데이터를 처리한다. 상기 통합 모니터링 시스템은 각 하수처리장의 에지 컴퓨터의 분석결과, 미세플라스틱 함량 및 유해가스 함량 중 적어도 어느 하나가 설정치 이상인 경우, 에지 컴퓨터로부터 해당 하수처리장 및 분석 결과를 상기 에지 컴퓨터로부터 수신하여, 하수처리장의 운영정보를 분석하고 진단한다. 이때, 상기 미세플라스틱 검출부는, 샘플 전처리부, 샘플 분리부 및 FT-IR 분석부를 포함한다. 상기 샘플 전처리부는, 상기 피검사 대상 하수에서, 플랑크톤을 포함한 부유성 물질을 제거한다. 상기 샘플 분리부는 상기 샘플 전처리부에 의해서 부유성 물질이 제거된 피검사 대상 하수 내부의 미세플라스틱을 분리한다. 상기 FT-IR 분석부는 분리된 미세플라스틱의 성분을 분석한다.The outlet water quality monitoring system according to another exemplary embodiment of the present invention includes a microplastic detection unit, a hazardous environment detection unit, an edge computer, and an integrated monitoring system. The microplastic detection unit analyzes microplastics of sewage to be inspected. The hazardous environment detection unit analyzes the harmful gas of the sewage to be inspected. The edge computer processes analysis data received from the microplastic analysis module and the harmful gas analysis module. The integrated monitoring system receives the corresponding sewage treatment plant and analysis results from the edge computer from the edge computer when at least one of the analysis results of the edge computer of each sewage treatment plant, at least one of the fine plastic content and the harmful gas content is greater than a set value, the sewage treatment plant Analyze and diagnose the operation information. At this time, the microplastic detection unit includes a sample pre-processing unit, a sample separation unit, and an FT-IR analysis unit. The sample pre-processing unit removes suspended substances including plankton from the sewage to be inspected. The sample separating part separates the microplastic inside the sewage to be inspected from which the suspended matter is removed by the sample pre-processing part. The FT-IR analysis unit analyzes the components of the separated microplastic.
예컨대, 상기 샘플 전처리부는, 계량부, 과산화수소 혼합부, 세정부 및 건조부를 포함할 수 있다. 상기 계량부는 피검사 대상 하수의 부피를 측정할 수 있다. 상기 과산화수소 혼합부는 피검사 대상 하수에 과산화수소를 혼합할 수 있다. 상기 세정부는 피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 세정할 수 있다. 상기 건조부는 세정된 미세플라스틱을 건조할 수 있다.For example, the sample pre-processing part may include a metering part, a hydrogen peroxide mixing part, a cleaning part and a drying part. The metering unit may measure the volume of sewage to be inspected. The hydrogen peroxide mixture may mix hydrogen peroxide to the sewage to be tested. The cleaning unit may clean the microplastic of the sewage to be inspected. The drying unit may dry the washed microplastic.
예컨대, 상기 미세플라스틱 검출부는, 분리된 미세플라스틱의 3D 이미지를 캡쳐하는 이미지 촬영부를 더 포함할 수 있다.For example, the microplastic detection unit may further include an image capturing unit capturing a 3D image of the separated microplastic.
이와 같이 본 발명에 의한 방류구 수질 모니터링 시스템은, 종래의 유해가스 분석 외에도 미세플라스틱을 분석할 수 있도록 구성되어, 방류구 수질에 포함된 미세플라스틱을 모니터링 할 수 있다.As described above, the outlet water quality monitoring system according to the present invention is configured to analyze microplastics in addition to the conventional harmful gas analysis, and can monitor the microplastics included in the outlet water quality.
또한, 이러한 방류구 수질 모니터링 시스템은 미세플라스틱에 대한 분석을 진행하기 전에, 식물 및 동물성 플랑크톤, 부유점토 등 미세플라스틱과 유사한 크기분포를 갖는 부유성 입자들을 제거함으로써, 검사의 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, the discharge water quality monitoring system can improve the accuracy of the inspection by removing suspended particles having a size distribution similar to that of microplastics such as plant and animal plankton and suspended clay, before proceeding with the analysis of the microplastics.
또한, 이러한 방류구 수질 모니터링 시스템은 이미지 촬영부와 FT-IR 분석부를 모두 구비하여, 미세플라스틱의 형태적인 특성 및 재질에 대한 분석을 동시에 진행할 수 있다.In addition, the outlet water quality monitoring system is equipped with both an image capture unit and an FT-IR analysis unit, and can simultaneously analyze the morphological characteristics and materials of the microplastic.
또한, 이러한 방류구 수질 모니터링 시스템은 각각의 하수처리장의 방류구에서 수질에 대한 분석이 에지 컴퓨터에서 진행되고, 문제가 발생한 경우에만 통합 모니터링 시스템으로 전송함으로서, 송수신되는 데이터의 양을 저감하고, 보다 신속한 처리가 가능하다.In addition, the water quality monitoring system of these outlets analyzes the water quality at the outlets of each sewage treatment plant, and transmits it to the integrated monitoring system only when a problem occurs, reducing the amount of data transmitted and received, and processing faster Is possible.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 방류구 수질 모니터링 시스템의 블럭도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 샘플 전처리부의 블럭도이다.
도 3은 도 1에서 도시된 샘플 분리부의 블럭도이다.
도 4는 도 3에서 도시된 샘플 분리부의 평면도이다.
도 5a 및 5b는 각각 도 1의 이미지 촬영부가 3D 이미지를 촬영하는 경우, 3D 이미지의 촬영원리를 설명하기 위한 측면도 및 사시도이다.
도 6은 미세플라시틱의 입자별 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 적외선분광광도계(FT-IR)의 출력물을 보여주는 그래프이다.Fig. 1 is a block diagram of an outlet water quality monitoring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of the sample preprocessing unit shown in FIG. 1.
3 is a block diagram of the sample separation unit shown in FIG. 1.
4 is a plan view of the sample separator shown in FIG. 3.
5A and 5B are side views and perspective views for explaining a photographing principle of a 3D image when the image photographing unit of FIG. 1 photographs a 3D image, respectively.
6 is a graph showing the spectral characteristics of each particle of the microplastic.
7 is a graph showing the output of the infrared spectrophotometer (FT-IR) of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다. The present invention may be variously modified and may have various forms, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures may be exaggerated than actual ones for clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, or that one or more other features or It should be understood that the presence or addition possibilities of numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance. Also, A and B are'connected' and'joined' means that other components C are included between A and B in addition to A and B being directly connected or joined, so that A and B are connected or combined. It includes things.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 방법 발명에 대한 특허청구범위에서, 각 단계가 명확하게 순서에 구속되지 않는 한, 각 단계들은 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not. Also, in the claims of a method invention, the order of each step may be interchanged with each other, unless each step is clearly bound to the order.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 방류구 수질 모니터링 시스템의 블럭도이다.Fig. 1 is a block diagram of an outlet water quality monitoring system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 방류구 수질 모니터링 시스템(1000)은, 미세플라스틱 검출부(1100), 유해환경 검출부(1200), 에지 컴퓨터(1400) 및 통합 모니터링 시스템(1500)을 포함한다. 한편, 이러한 방류구 수질 모니터링 시스템(1000)은, 자동채수부(1300)를 더 포함할 수도 있다. Referring to FIG. 1, the outlet water
상기 자동채수부(1300)는, 하수처리장의 방류구에서, 피검사 대상 하수를 취수한다. 상기 자동채수부(1300)는 하수처리장의 방류구에 설치되어, 소형의 펌프를 이용하여 피검사 대상 하수를 펌핑한다.The
상기 미세플라스틱 검출부(1100)은, 상기 자동채수부(1300)의 피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 분석한다. 예컨대, 상기 미세플라스틱 검출부(1100)은, 샘플 전처리부(1110), 샘플 분리부(1120), 및 FT-IR 분석부(1140)를 포함할 수 있다. 상기 미세플라스틱 검출부(1100)은 이미지 촬영부(1130)를 더 포함할 수 있다.The
상기 샘플 전처리부(1110)는, 상기 자동 채수부로부터 수집된 피검사 대상 하수에서, 플랑크톤을 포함한 부유성 물질을 제거할 수 있다. 피검사 대상 하수에는 식물 및 동물성 플랑크톤, 부유점토 등 미세플라스틱과 유사한 크기분포를 갖는 부유성 입자들이 존재할 수 있는데, 이러한 물질들이 미세플라스틱의 정성 및 정량분석을 방해하는 주요 인자로 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 방류구 수질 모티너링 시스템(1000)에서는, 샘플 전처리부(1110)에 의해 미세플라스틱만을 추출하여 분석을 진행함으로써, 검사의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이러한 샘플 전처리부(1110)는 도 2를 참조하여, 보다 상세히 설명될 것이다.The
상기 샘플 분리부(1120)는, 상기 샘플 전처리부(1110)에 의해서 부유성 물질이 제거된 피검사 대상 하수 내부의 미세플라스틱을 분리할 수 있다. 이러한 샘플 분리부(1120)는 도 3 및 도 4를 참조하여, 보다 상세히 설명될 것이다.The
상기 이미지 촬영부(1130)는 분리된 미세플라스틱의 이미지를 캡쳐할 수 있다. 한편, 상기 이미지 촬영부(1130)는, 2D 또는 3D 이미지를 촬영할 수 있다. 미세플라스틱은 형태에 따라서, 패브릭(Fabric), 프래그먼트(Fragment), 펠릿(Pellet), 시트(Sheet) 타입으로 분류될 수 있는데, 상기 이미지 촬영부(1130)는 미세플라스틱의 2D 또는 3D 이미지를 촬영하여 에지 컴퓨터(1400)로 송부하고, 상기 에지 컴퓨터(1400)는 이러한 미세플라스틱의 형태적 특징을 분류할 수 있다. 이를 위해서, 상기 에지 컴퓨터(1400)는 미세플라스틱의 형태별 특징을 저장하는 데이터베이스(도시안됨) 및 형태별 특징을 상기 비교부(1420) 및 판단부(1430)를 통해서 분석할 수 있다.The
한편, 상기 이미지 촬영부(1130)가 3D 이미지를 촬영하기 위해서, 상기 이미지 촬영부(1130)는 선형의 레이저를 조사하는 레이저 조사부(도시안됨) 및 CCD 카메라를 포함할 수 있다.Meanwhile, in order for the
도 5a 및 5b는 각각 도 1의 이미지 촬영부가 3D 이미지를 촬영하는 경우, 3D 이미지의 촬영원리를 설명하기 위한 측면도 및 사시도이다.5A and 5B are side views and perspective views for explaining a photographing principle of a 3D image when the image photographing unit of FIG. 1 photographs a 3D image, respectively.
도 5a 및 5b를 참조하면, 피검사 대상체를 향해서, 선형의 레이저를 기울어지게 조사하는 경우, 피검사 대상체의 높이를 알 수 있게 된다. 예컨대, 지면을 기준으로 θ의 각도로 선형의 레이저를 조사하는 경우, 선형의 레이저가 피검사 대상체에 의해 거리 d 만큼 시프트되므로, 피검사 대상체의 높이 h는 d×tanθ로 연산될 수 있다. 따라서, 선형의 레이저를 일정 방향으로 스캔해가면서, 일정 시간간격으로 이미지를 캡쳐링하면, 피검사 대상체의 3D 이미지를 분석할 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, when a linear laser is inclinedly irradiated toward an object to be inspected, the height of the object to be inspected can be known. For example, when irradiating a linear laser at an angle of θ relative to the ground, the linear laser is shifted by a distance d by the object to be tested, so the height h of the object to be tested can be calculated as d×tanθ. Therefore, when scanning a linear laser in a predetermined direction and capturing an image at a predetermined time interval, a 3D image of the object to be inspected can be analyzed.
다시 도 1을 참조하면, 앞서 설명된 이미지 촬영부(1130)은 미세플라스틱의 형태적 특성분석을 위한 것인 반면, 상기 FT-IR 분석부(1140)는, 분리된 미세플라스틱의 성분을 분석할 수 있다. 미세플라스틱의 경우, 구성 재질에 따라서, 폴리프로필렌(polypropylene: PP), EPS, 폴리에틸렌(polyethylene: PE), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride: PVC), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol: PVA), 폴리비닐설파이트(polyvinylsulfate: PVS) 등으로 분류될 수 있다. 각 고분자들은 IR 스펙트럼이 다르기 때문에 FT-IR 분석결과를 통해 분류된 구성 재질로부터 서로 다른 오염원(예컨대, 어구, 염료, 기타 플라스틱 등) 추적이 가능할 수 있다.Referring to FIG. 1 again, the
도 6은 미세플라시틱의 입자별 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 적외선분광광도계(FT-IR)의 출력물을 보여주는 그래프이다. 이와 같이, 고분자의 종류에 따라서 적외선분광광도가 상이하므로, 본 발명에서는 FT-IR 분석부(1140)를 통해서 미세플라스틱의 구성 재질을 분석할 수 있다. 도 6과 같은 입자별 스펙트럼은 플라스틱 스펙트럼 데이터베이스(1450)에 저장된다.Figure 6 is a graph showing the spectral characteristics of each particle of the microplastic, Figure 7 is a graph showing the output of the infrared spectrophotometer (FT-IR) of the present invention. As described above, since the infrared spectral luminosity varies depending on the type of the polymer, in the present invention, the constituent materials of the microplastic can be analyzed through the FT-
다시 도 1을 참조하면, 상기 유해환경 검출부(1200)은 상기 자동채수부의 피검사 대상 하수의 유해가스를 분석한다. 이러한 유해환경 검출부(1200)은 센서부(1210) 및 RTU(1220, Remote Terminal Unit, 1220)를 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the hazardous
상기 센서부(1210)는, 유해가스를 검출하기 위한 센서를 포함한다. 보다 상세히, 상기 센서부(1210)는 전기화학식(Electrochemical) 가스센서, 접촉연소식(Catalytic) 가스센서, 반도체식 가스센서, 광학식 가스센서와 같은 가스센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
전기화학식 가스센서는 가스와의 반응에 의한 전극간의 기전력 변화에 의해 가스를 감지하는 것으로, CO, CO2, O3, SO2, NO, NO2, VOC 등을 검출할 수 있다. 또한 접촉연소식 가스센서는 가연성 가스와의 발열 반응에 의한 열선의 저항변화에 의해 가스를 감지하는 것으로, H2, CH4, C3H8, C4H10 등과 같은 가연성 가스를 검출할 수 있다. 또한, 반도체식 가스센서는 가스와의 반응에 따른 금속산화물의 저항변화에 의해 가스를 감지하는 것으로, CO, NO2, SO2, H2S, VOC(알콜, HCHO 등)의 가스검출에 적합하고, 광학식 가스센서는 가스에 의한 적외선 흡수도 변화에 의해 가스를 감지하는 것으로, CO, CO2, NO, NO2, SO2, O2, CxHy 등의 가스검출에 적합하다.The electrochemical gas sensor detects gas by changing electromotive force between electrodes due to reaction with gas, and can detect CO, CO 2 , O 3 , SO 2 , NO, NO 2 , and VOC. In addition, the contact-combustion type gas sensor detects gas by changing the resistance of the heating wire by an exothermic reaction with the combustible gas, and can detect flammable gases such as H 2 , CH 4 , C 3 H 8 , and C 4 H 10 . have. In addition, the semiconductor gas sensor detects gas by changing the resistance of the metal oxide according to the reaction with the gas, and is suitable for gas detection of CO, NO 2 , SO 2 , H 2 S, VOC (alcohol, HCHO, etc.) In addition, the optical gas sensor detects gas by changing the infrared absorption by the gas, and is suitable for detecting gases such as CO, CO 2 , NO, NO 2 , SO 2 , O 2 , and C x H y .
상기 RTU(1210)는, 도시되지는 않았으나, CPU, I/O, 통신모듈, IoT연계모듈, 보안모듈 등을 포함하도록 구성될 수 있다.The
상기 에지 컴퓨터(1400)는 상기 미세플라스틱 분석 모듈 및 상기 유해가스 분석 모듈로부터 수신된 분석 데이터를 처리한다. 이를 위하여, 상기 에지 컴퓨터(1400)는 송수신부(1410), 비교부(1420), 판단부(1430), 유해가스 데이터베이스(1440) 및 플라스틱 스펙트럼 데이터베이스(1450)를 포함할 수 있다.The
상기 송수신부(1410)는 상기 이미지 촬영부(1130) 및 FT-IR 분석부(1140)의 데이터를 수신하고, 에지 컴퓨터(1400)에서 분석될 결과를 상기 통합 모니터링 시스템(1500)으로 송신한다.The
상기 비교부(1420)는, 상기 상기 이미지 촬영부(11300 및 FT-IR 분석부(1140)의 데이터 또는 상기 유해환경 검출부(1200)의 유해가스 데이터를 각각 플라스틱 스펙트럼 데이터베이스(1450) 및 유해가스 데이터베이스(1440)에 저장된 데이터와 비교하여, 미세플라스틱의 형태 및 성분과 유해가스의 성분을 순차적으로 비교한다. The
이후, 상기 판단부(1430)는 패턴이 일치하는 데이터를 이용하여, 미세플라스틱의 형태 및 성분가 유해가스의 선분을 판단한다.Subsequently, the
한편, 이러한, 자동 채수부(1300), 미세플라스틱 검출부(1100). 유해환경 검출부(1200) 및 에지 컴퓨터(1400)는, 예컨대, 서울의 중랑 하수처리장, 난지하수처리장, 서남 하수처리장 등과 같은 각각의 하수처리장에 개별적으로 설치되고, 상기 통합 모니터일 시스템(1500)는 모든 하수처리장을 통합관리하기 위한 것이다.On the other hand, such, the
상기 통합 모니터링 시스템(1500)은, 각 하수처리장의 에지 컴퓨터(1400)의 분석결과, 미세플라스틱 함량 및 유해가스 함량 중 적어도 어느 하나가 설정치 이상인 경우, 에지 컴퓨터(1400)로부터 해당 하수처리장 및 분석 결과를 상기 에지 컴퓨터(1400)로부터 수신하여, 하수처리장의 운영정보를 분석하고 진단한다.The
이와 같이, 본 발명에 의한 방류구 수질 모니터링 시스템(1000)은 각각의 하수처리장의 방류구에서 수질에 대한 분석이 에지 컴퓨터(1400)에서 진행되고, 문제가 발생한 경우에만 통합 모니터링 시스템(1500)으로 전송함으로서, 송수신되는 데이터의 양을 저감하고, 보다 신속한 처리가 가능하다.As described above, the water
도 2는 도 1에서 도시된 샘플 전처리부의 블럭도이다.FIG. 2 is a block diagram of the sample preprocessing unit shown in FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예컨대, 상기 샘플 전처리부(1110)는, 계량부(1111), 과산화수소 혼합부(1112), 세정부(1113) 및 건조부(1114)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 샘플 전처리부(1110)는, 황화철 혼합부(1115)를 더 포함할 수 있다.1 and 2, for example, the
상기 계량부(1111)는 피검사 대상 하수의 부피를 측정할 수 있다. 이와 다르게, 상기 계량부(1111)는 피검사 대상 하수의 질량을 측정할 수도 있다. 이와 같이, 계량부(1111)에서 피검사 대상 하수의 부피를 측정함으로써, 이후, 측정될 미세플라스틱의 수량과 함께, 단위 부피당 피검사 대상 하수의 미세플라스틱 함유량을 계산할 수 있다.The
상기 과산화수소 혼합부(1112)는 피검사 대상 하수에 과산화수소(H2O2)를 혼합할 수 있다. 이러한 과산화수소는 유기물을 분해하기 위한 것으로, 대략적으로 30%의 과산화수소수를 혼합할 수 있다. 이때, 황화철 혼합부(1115)는 0.05M의 황화철을 더 포함할 수도 있다.The hydrogen
상기 세정부(1113)는 피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 세정할 수 있다. 이러한 미세플라스틱의 세정은 일반적인 물이 사용될 수 있다.The
상기 건조부(1114)는 세정된 미세플라스틱을 건조할 수 있다. 이러한 건조부(1114)는 공기를 블로잉하여 미세플라스틱을 건조시킬 수 있으며, 보다 신속한 건조를 위해서 열풍을 블로잉할 수도 있다.The
도 3은 도 1에서 도시된 샘플 분리부의 블럭도이고, 도 4는 도 3에서 도시된 샘플 분리부의 평면도이다.3 is a block diagram of the sample separator shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view of the sample separator shown in FIG. 3.
도 3 및 도 4를 참조하면, 예컨대, 상기 샘플 분리부(1120)는, 제1 필터부(1121) 및 제2 필터부(1122)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 두 개의 필터부를 구비하고 있으나, 필요에 따라서, 한개 또는 세개 이상의 필터를 구비할 수도 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, for example, the
상기 제1 필터부(1121)는 제1 크기 이상의 입자를 걸러낼 수 있다.The
상기 제2 필터부(1122)는 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기 이상의 입자를 걸러낼 수 있다.The
이상에서의 제1 크기 및 제2 크기는 임으로 선택할 수 있는데, 1~5mm 범위의 플라스틱과 1mm이하의 플라스틱을 검출할 수 있도록 한다.The first size and the second size above can be arbitrarily selected, so that plastics in the range of 1 to 5 mm and plastics of 1 mm or less can be detected.
예컨대, 상기 제1 필터부(1121) 및 제2 필터부(1122) 중 적어도 어느 하나는, 회전 플레이트(1121b), 필터(1121a) 및 모터(1121c)를 포함할 수 있다.For example, at least one of the
상기 회전 플레이트(1121b)는 적어도 하나의 개구부를 포함한다. 예컨대, 상기 회전 플레이트(1121b)는 원형의 플레이트 형상으로 제조될 수 있다. 예컨대, 상기 개구부 또한 원형으로 형성될 수 있다. 이러한 개구부는 룰렛 형상으로 배열될 수 있다.The
상기 필터(1121a)는 상기 개구부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 상기 모터(1121c)는 상기 필터(1121a)를 회전시킬 수 있다. 상부로부터 예컨대, 3시 방향의 필터(1121a)로 미세플라스틱이 낙하되면, 상기 회전 플레이트(1121b)는 회전축(A)을 중심으로 회전하여, 낙하된 플라스틱을 예컨대 12시 방향으로 회전시키고, 12시 방향 상부의 이미지 촬영부에서 2D 또는 3D 이미지를 촬영하고, 다시 9시 방향으로 화전하여 9시 방향 상부의 FT-IR 분석부에서 적외선 검사를 수행한 후, 6시 방향으로 회전한 이후, 상기 모터(1121c)를 회전시켜 상기 필터(1121a)를 뒤집어서, 상기 필터(1121a) 상부의 미세플라스틱을 버리게 된다. 이때, 미세플라스틱이하부로 보다 용이하게 낙하할 수 있도록 상부에 에어 블로워나 진동을 가해줄 수 있는 모터를 추가로 설치할 수도 있다.The
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above, it has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but those skilled in the art or those skilled in the art will appreciate the spirit of the present invention as set forth in the claims below. And it will be understood that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the technology.
1000: 방류구 수질 모니터링 시스템
1100: 미세플라스틱 검출부 1110: 샘플 전처리부
1111: 계랑부 1112: 과산화수소 혼합부
1113: 세정부 1114: 건조부
1120: 샘플 분리부 1121: 제1 필터부
1121a: 필터 1121b: 회전 플레이트
1121c: 모터 1122: 제2 필터부
1130: 이미지 촬영부 1140: FT-IR 분석부
1200: 유해환경 검출부 1210: 센서부
1220: RTU 1300: 자동 채수부
1400: 에지 컴퓨터 1410: 송수신부
1420: 비교부 1430: 판단부
1440: 유해가스 데이터베이스 450: 플라스틱 스펙트럼 데이터베이스
1500: 통합 모니터링 시스템1000: Outlet water quality monitoring system
1100: microplastic detection unit 1110: sample pre-processing unit
1111: gyerang 1112: hydrogen peroxide mixture
1113: cleaning unit 1114: drying unit
1120: sample separation unit 1121: first filter unit
1121a:
1121c: motor 1122: second filter unit
1130: image capture unit 1140: FT-IR analysis unit
1200: hazardous environment detection unit 1210: sensor unit
1220: RTU 1300: automatic collection unit
1400: edge computer 1410: transceiver
1420: comparison unit 1430: judgment unit
1440: Hazardous Gas Database 450: Plastic Spectrum Database
1500: Integrated monitoring system
Claims (10)
상기 자동채수부의 피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 분석하기 위한 미세플라스틱 검출부;
상기 자동채수부의 피검사 대상 하수의 유해가스를 분석하기 위한 유해환경 검출부;
상기 미세플라스틱 분석 모듈 및 상기 유해가스 분석 모듈로부터 수신된 분석 데이터를 처리하는 에지 컴퓨터; 및
각 하수처리장의 에지 컴퓨터의 분석결과, 미세플라스틱 함량 및 유해가스 함량 중 적어도 어느 하나가 설정치 이상인 경우, 에지 컴퓨터로부터 해당 하수처리장 및 분석 결과를 상기 에지 컴퓨터로부터 수신하여, 하수처리장의 운영정보를 분석하고 진단하는 통합 모니터링 시스템;
을 포함하고,
상기 미세플라스틱 검출부는,
상기 자동 채수부로부터 수집된 피검사 대상 하수에서, 플랑크톤을 포함한 부유성 물질을 제거하기 위한 샘플 전처리부;
상기 샘플 전처리부에 의해서 부유성 물질이 제거된 피검사 대상 하수 내부의 미세플라스틱을 분리하기 위한 샘플 분리부;
분리된 미세플라스틱의 이미지를 캡쳐하는 이미지 촬영부; 및
분리된 미세플라스틱의 성분을 분석하기 위한 FT-IR 분석부;
를 포함하고,
상기 샘플 분리부는,
제1 크기 이상의 입자를 걸러내는 제1 필터부; 및
상기 제1 크기보다 작은 제2 크기 이상의 입자를 걸러내는 제2 필터부;
를 포함하며,
상기 제1 필터부 및 제2 필터부 중 적어도 어느 하나는,
적어도 하나의 개구부를 포함하는 회전 플레이트;
상기 개구부에 회전 가능하게 배치된 필터; 및
상기 필터를 각각 회전시키는 모터;
를 포함하고,
상기 샘플 전처리부에서 전처리된 샘플이 필터에 낙하하면, 상기 회전 플레이트는 1차로 90도 회전하고, 상기 이미지 촬영부에서 샘플의 이미지를 촬영하고, 상기 회전 플레이트는 2차로 90도 회전하고, 상기 FT-IR 분석부에서, 적외선 검사를 수행하고, 상기 회전 플레이트는 3차로 90도 회전하고, 상기 모터는 상기 필터를 180도 회전시켜, 상기 샘플을 하부로 배출하고, 상기 회전 플레이트는 4차로 90도 회전하여 샘플을 수용하는 것을 특징으로 하는 방류구 수질 모니터링 시스템.
An automatic collection unit for collecting sewage to be inspected at a discharge port of a sewage treatment plant;
A microplastic detection unit for analyzing microplastics of sewage to be inspected;
A hazardous environment detection unit for analyzing the harmful gas of sewage to be inspected by the automatic collection unit;
An edge computer processing analysis data received from the microplastic analysis module and the harmful gas analysis module; And
When the analysis results of the edge computer of each sewage treatment plant, at least one of the fine plastic content and the harmful gas content is more than a set value, the corresponding sewage treatment plant and analysis results are received from the edge computer from the edge computer to analyze the operation information of the sewage treatment plant. Monitoring system to diagnose and diagnose;
Including,
The microplastic detection unit,
A sample pre-treatment unit for removing suspended matter including plankton from sewage to be inspected collected from the automatic collection unit;
A sample separating part for separating the microplastic inside the sewage to be inspected from which the suspended matter is removed by the sample pre-processing part;
An image capturing unit capturing an image of the separated microplastic; And
FT-IR analysis unit for analyzing the components of the separated microplastic;
Including,
The sample separation unit,
A first filter unit that filters out particles of a first size or larger; And
A second filter unit to filter particles of a second size or more smaller than the first size;
It includes,
At least one of the first filter unit and the second filter unit,
A rotating plate comprising at least one opening;
A filter rotatably disposed in the opening; And
Motors for rotating the filters, respectively;
Including,
When the sample pre-processed by the sample pre-processing unit falls on a filter, the rotating plate is rotated 90 degrees first, the image of the sample is taken by the image capturing unit, and the rotating plate is rotated 90 degrees second, and the FT In the IR analysis unit, an infrared inspection is performed, the rotating plate rotates 90 degrees three times, the motor rotates the filter 180 degrees, discharges the sample downward, and the rotating plate rotates 90 degrees fourth Outlet water quality monitoring system, characterized by receiving the sample by rotating.
상기 샘플 전처리부는,
피검사 대상 하수의 부피를 측정하는 계량부;
피검사 대상 하수에 과산화수소를 혼합하는 과산화수소 혼합부;
피검사 대상 하수의 미세플라스틱을 세정하는 세정부; 및
세정된 미세플라스틱을 건조하는 건조부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방류구 수질 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The sample pre-processing unit,
A metering unit for measuring the volume of sewage to be inspected;
A hydrogen peroxide mixing unit for mixing hydrogen peroxide with the sewage to be tested;
A cleaning unit for cleaning the microplastics of the sewage to be inspected; And
A drying unit for drying the washed microplastic;
Outlet water quality monitoring system comprising a.
상기 샘플 전처리부는,
황화철 혼합부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방류구 수질 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The sample pre-processing unit,
Iron sulfide mixture;
Outlet water quality monitoring system further comprising a.
상기 이미지 촬영부는,
3D 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 방류구 수질 모니터링 시스템.
According to claim 1,
The image photographing unit,
Outlet water quality monitoring system, characterized by taking a 3D image.
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