KR102279819B1 - Toc 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TOC 측정 시스템으로서, 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템은 중앙 유로를 구비하는 플란자가 상부에 구비되는 실린지, 실린지의 하부에서 정 방향 또는 역 방향으로 36도씩 회전 가능하게 형성되고, 각 회전 위치마다 10개의 포트 중 하나와 연결되어 상기 실린지의 상하 이동에 따라 시료, 인산, 산소가스, 과황산나트륨을 포함한 서로 다른 유체를 하나씩 상기 실린지의 내부로 이송시키는 제1 밸브, 제1 밸브를 향해 산소가스를 공급하는 라인에 구비되며 상기 실린지의 내부로 산소가스를 공급하여 무기탄소를 제거하는 제2 밸브, 플란자의 중앙 유로를 연결하는 라인에 구비되며, 상기 제2 밸브의 개방 시 개방되어 상기 실린지의 내부로 산소가스를 유입시키는 제3 밸브, 제1 밸브의 회전에 의해 상기 실린지의 내부에 수용된 유체를 공급받아, 무기탄소가 제거되고 남은 유기탄소를 산화시켜 이산화탄소를 발생시키는 UV-전처리 시스템, 및 UV-전처리 시스템(500)에서 발생된 이산화탄소를 검출하는 NDIR 검출기를 포함한다.
Description
본 발명은 TOC 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 UV 습식산화방식을 이용하여 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC)를 측정할 수 있는 TOC 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 물 속의 유기물을 측정하는 대표적인 지표 중에는 생물학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD), 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD), 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC) 등이 소개되어 있다.
물 속의 유기물을 측정하는 대표적인 지표를 자동화된 방식으로 연속 측정하기 위한 장치로서, BOD 측정기, COD 측정기, TOC 측정기 등 다양한 수질연속자동측정기가 알려져 있다.
그런데 BOD 측정기는 미생물을 센서로 이용하기 때문에 독성물질에 의해 성능이 저하될 수 있으며, 난분해성 물질이 존재할 경우 정확한 유기물 측정이 어려운 단점이 있다. COD 측정기는 오염물질의 성상에 따라 분석오차가 큰 편이며, 염소 등의 간섭물질에 의해 측정에 영향을 받는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 수중에 함유된 유기탄소 양을 측정하여 오염 정도를 분석하는 TOC 측정기(이하, TOC 측정 시스템이라 함)가 주로 이용된다.
TOC 측정 시스템은 보일러수, 발전소 냉각수, 반도체 공정, 정수장 및 하·폐수처리장 처리수의 유기물을 모니터링 하는데 사용된다.
TOC를 측정하기 위해서는 시료수에 인산을 첨가하고 pH를 낮춘 후 캐리어 가스(질소 또는 산소) 또는 에어로 버블링하여 무기 탄소를 제거하고 남은 유기탄소를 산화시켜 발생되는 이산화탄소(CO2)를 비분산적외선(Non Dispersive Infra Red, NDIR) 검출기를 통해서 검출하여 TOC로 산출하거나, 유기탄소가 산화 시 변화되는 전도도를 측정하여 TOC를 측정하는 방법이 있다.
NDIR 검출기를 사용하여 CO2를 검출하는 TOC 측정 시스템은 국내 성능시험기준의 검출한계가 0.1mg/L 수준으로 하천수, 하/폐수처리장 처리수 및 정수장 등의 유기물을 모니터링 하는데 적합하다.
이와 달리, 전도도를 이용하여 TOC를 측정하는 TOC 측정 시스템은 ug/L 수준까지 측정이 가능하므로, 반도체 공정 등의 초저농도의 TOC 측정이 요구되는 곳에 적용된다.
한편, 일반적으로 알려진 유기물을 산화하는 방식에는 습식산화방식과 열연소산화방식이 있다.
습식산화방식은 액체 상태의 시료 내에 존재하는 유기물을 산화시켜 발생되는 CO2를 NDIR 검출기로 측정하는 방식으로, UV 단독산화, UV 산화 + 과황산나트륨, 가열-과황산나트륨, 오존/OH 라디칼 산화 방식이 있는데, 주로 UV 산화 + 과황산나트륨 방식이 사용된다.
열연소산화방식은 액체 시료를 완전히 산화 증발시켜 이때 유기물이 산화되어 발생되는 CO2를 NDIR 검출기로 측정하는 방식으로, 고온연소와 촉매연소법이 있다.
고온연소는 1,200℃에서 가열산화 하며, 촉매연소법은 산화 코발트와 같은 촉매를 사용하여 유기물의 산화를 촉진하고 680℃에서 가열산화 하여 유기물을 산화하여 CO2로 전환된다.
그런데, 종래의 TOC 측정 시스템은 대부분 연동펌프를 사용하여 시약, 시료 및 표준용액 등을 이송하기 때문에 이송 유체의 수만큼의 연동펌프를 필요로 한다. 또한, 종래의 TOC 측정 시스템은 무기탄소를 제거하기 위해 별도의 무기탄소 제거 반응조를 필요로 한다. 이와 같이 종래의 TOC 측정 시스템은 필요한 부품이 많아서 제품 단가 상승 및 유지관리 비용 증가의 문제가 있었다. 나아가, 종래의 TOC 측정 시스템은 구조가 복잡하여 유지관리에 어려움이 있었다.
게다가, 종래의 TOC 측정 시스템은 습식산화방식에 있어 UV 단독산화, UV 산화 + 과황산나트륨, 가열-과황산나트륨, 오존/OH 라디칼 산화 방식의 다양한 방식이 적용되고 있지만, 유기물을 CO2로 완전 산화시키는데 어려움이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 UV 습식산화방식을 이용하여 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC)를 측정할 수 있는 TOC 측정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 실린지 내부를 산소 가스로 버블링하여 무기탄소를 제거할 수 있는 무기탄소 제거 일체형 유체 이송 시스템을 이용한 TOC 측정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 UV 전처리 장치가 유리관 내부에 UV 램프가 삽입된 듀얼관 구조로 이루어져 유리관의 세척 등의 유지관리 작업이 손쉬운 TOC 측정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 TOC 측정 시스템은 중앙 유로를 구비하는 플란자(110)가 상부에 구비되는 실린지(100); 상기 실린지(100)의 하부에서 정 방향 또는 역 방향으로 36도씩 회전 가능하게 형성되고, 각 회전 위치마다 10개의 포트 중 하나와 연결되어 상기 실린지(100)의 상하 이동에 따라 시료, 인산, 산소가스, 과황산나트륨을 포함한 서로 다른 유체를 하나씩 상기 실린지(100)의 내부로 이송시키는 제1 밸브(200); 상기 제1 밸브(200)를 향해 산소가스를 공급하는 라인에 구비되며 상기 실린지(100)의 내부로 산소가스를 공급하여 무기탄소를 제거하는 제2 밸브(310); 상기 플란자(110)의 중앙 유로를 연결하는 라인에 구비되며, 상기 제2 밸브(310)의 개방 시 개방되어 상기 실린지(100)의 내부로 산소가스를 유입시키는 제3 밸브(320); 상기 제1 밸브(200)의 회전에 의해 상기 실린지(100)의 내부에 수용된 유체를 공급받아, 무기탄소가 제거되고 남은 유기탄소를 산화시켜 이산화탄소를 발생시키는 UV-전처리 시스템(500); 및 상기 UV-전처리 시스템(500)에서 발생된 이산화탄소를 검출하는 NDIR 검출기(700);를 포함한다.
또한, 상기 제1 밸브(200)와 상기 제2 밸브(310) 사이를 연결하는 라인에 구비되며 상기 실린지(100)의 내부로 공급되는 산소가스량을 조절하는 니들 밸브(330);를 더 포함한다.
또한, 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 시료를 공급하는 시료 공급부(210);를 더 포함한다.
또한, 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 인산을 공급하는 인산 공급부(220);를 더 포함한다.
또한, 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 과황산나트륨을 공급하는 과황산나트륨 공급부(230);를 더 포함한다.
또한, 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 표준액을 공급하는 표준액 공급부(240); 및 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 증류수를 공급하는 증류수 공급부(250);를 더 포함한다.
또한, 상기 제2 밸브(310)를 향하여 산소가스가 공급되는 라인과, 상기 제1 밸브(200)와 상기 UV-전처리 시스템(500) 사이를 연결하는 라인을 바이패스 하는 라인에 구비되는 MFC(400);를 더 포함한다.
또한, 상기 UV-전처리 시스템(500)은, 이중 유리 구조로 형성되는 듀얼관(520); 및 상기 듀얼관(520)의 내부로 탈부착 가능하게 형성되며, 서로 다른 파장을 갖는 제1, 2 광원부(531, 533)를 구비하는 UV 램프(530);를 포함한다.
또한, 상기 듀얼관(520)은, 상기 UV 램프(530)가 상하로 삽입 가능하도록 상부가 개방 형성된 UV 램프 삽입부(521)와, 상기 UV 램프 삽입부(521)를 통과하여 상기 듀얼관(520)의 내부로 장착된 상기 UV 램프(530)를 수용하도록, 상기 UV 램프(530)에 대응하는 길이를 갖는 UV 램프 수용부(523)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 UV-전처리 시스템(500)에서 발생된 이산화탄소 내의 수분을 제거하는 수분제거장치(600);를 더 포함하며, 상기 수분제거장치(600)는, 상부 일측에 가스유입구(621)가 형성되고, 상기 가스유입구(623)와 설정 간격을 두고 가스유출구(623)가 형성되고, 내부에 설정수위로 증류수를 수용하여 보관하는 원통형의 하우징(610); 상기 원통형의 하우징(610)의 측면 일측에 형성되며, 증류수가 주입되는 증류수 주입부(613); 상기 원통형의 하우징(610)의 측면 타측에 형성되되, 상기 증류수 주입부(613)보다 낮은 높이로 형성되며, 증류수가 오버플로우 되는 증류수 오버플로우 배출부(615); 및 상기 증류수 주입부(613)와 상기 증류수 오버플로우 배출부(615)와 연결되는 측면 유로(614)를 형성하도록, 상기 원통형의 하우징(610)의 내부 공간을 구획하는 내부 구획부(617);를 포함한다.
본 발명에 의하면 UV 습식산화방식을 이용하여 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC)를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 무기탄소 제거 일체형 유체 이송 시스템 방식을 이용한다. 무기탄소 제거 일체형 유체 이송 시스템은 실린지, 다채널밸브, 및 혼합기를 포함하며, 실린지 및 다채널 밸브를 통해 유체의 이송이 가능하고, 혼합기를 이용하여 실린지 내부의 유체를 혼합할 수 있으며, 실린지 상부에는 별도의 유로가 형성되어 실린지 내부를 산소 가스로 버블링하여 무기탄소의 제거가 가능한 장점이 있다. 이로써, 본 발명에 의하면 종래의 방식에서의 문제, 예를 들어, 이송 유체의 수만큼의 연동펌프가 요구되었던 문제, 및 무기탄소를 제거하기 위해 별도의 무기탄소 제거 반응조를 필요로 하였던 문제를 해결할 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 의하면 종래의 TOC 측정 시스템에서의 부품 개수 증가로 인한 제품 단가 상승 및 유지관리 비용 증가의 문제, 및 복잡한 구조로 인한 유지관리의 어려움을 해결할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 산화 시약을 사용한 가열-UV 전처리 시스템을 이용하는데, 유기물을 산화시키기 위해 실린지에서 27.8% 과황산나트륨을 시료와 혼합하여 가열-UV 전처리 시스템으로 이송하고, UV-전처리 시스템 외부에 러버 히터(Rubber Heater)를 설치하여 과황산나트륨의 산화 효율을 높일 수 있다. 나아가, UV 전처리 시스템은 듀얼관 구조로 유리관 내부에 UV 램프가 삽입된 구조로 이루어짐에 따라, 유리관의 세척 등의 유지관리를 위해 탈부착이 가능한 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 일반적은 전처리 일체형 다채널 실린지 펌프의 측면도 및 정면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템을 간략히 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 UV-전처리 시스템을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 UV 램프 및 듀얼관 구조를 보여주는 도면과, 듀얼관 개념도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 수분제거장치를 간략히 도시한 평면도 및 측 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템에서의 무기탄소 제거율 확인을 위한 실험 결과 표 및 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템에서의 산화율 확인을 위한 실험 결과 표.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템을 간략히 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 UV-전처리 시스템을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 UV 램프 및 듀얼관 구조를 보여주는 도면과, 듀얼관 개념도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 수분제거장치를 간략히 도시한 평면도 및 측 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템에서의 무기탄소 제거율 확인을 위한 실험 결과 표 및 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템에서의 산화율 확인을 위한 실험 결과 표.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1의 (a)와 (b)는 전처리 일체형 다채널 실린지 펌프의 측면도 및 정면도이다.
도시된 바와 같이, 일체형 다채널 실린지 펌프는, 제1, 2스테핑모터(11, 12), 다채널 밸브(13), 전처리 일체형 실린지(14), 슬라이드 나사축(15), 모터 풀리(16), 혼합기 모터(17), 냉각팬(18)을 포함한다.
제1 스테핑모터(12)는 다채널 밸브(13)의 개폐를 조절하도록 구동된다. 제1 스테핑모터(12)는 시료는 물론, 전처리 시약이 밸브를 통해 전처리 일체형 실린지(이하, 실린지라 함)(14) 로 이송될 수 있도록 한다.
제2 스테핑모터(11)는 제어기에서 지령된 제어신호를 통해 구동된다. 제2 스테핑모터(11)는 입력 펄스 수에 따라 실린지(14)를 정밀하게 구동하여 시료 및 전 처리에 사용되는 시약을 실린지(14)의 내부로 이송시킨다.
또한, 제2 스테핑모터(11)의 후면 모터 축에는 펌프 작동 오류 체크 펄스가 장착되어 있어 제2 스테핑모터(11)의 오작동 여부를 사용자가 신속하게 파악할 수 있도록 구성되어 있다.
다채널 밸브(13)는 8개의 유체 이송 포트를 구비한다. 이에 따라, 다채널 밸브(13)는 제1 스테핑모터(12)의 회전에 연동하여 각각의 밸브가 온/오프 개폐 조절되도록 구성된다. 이에 더하여, 다채널 밸브(13)는 유체 이송 포트 이외에, 공기 주입 포트와 막힘 포트를 더 구비할 수 있다.
실린지(14)는 시약이나 열에 의한 손상을 최소화할 수 있도록 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 종래의 실린지(14)의 외부에는 특수 제작된 러버 히터와 온도센서가 구비될 수 있다. 실린지(14)는 소정 온도(예: 120℃ 등)까지 가열되도록 가열 온도 제어가 가능하도록 구성된다.
슬라이드 나사축(15)은 모터 폴리(16)를 통해 전달된 제2 스테핑모터(11)의 출력을 전달받아 실린지(14)를 상하로 이동 가능하게 구성된다. 이를 위해, 슬라이드 나사축(15)은 실린지(14)와 나사 결합되어 실린지(14)를 상하로 이동 가능하게 형성될 수 있다.
모터 폴리(16)는 제2 스테핑모터(11)의 회전력을 수평 방향으로 전달하여 슬라이드 나사축(15)을 이용하여 실린지(14)를 상하로 이동시키도록 동력을 전달한다. 혼합기 모터(17)는 구동 축에 장착된 롤러, 및 이와 맞물러 움직이는 회전 롤러를 포함한다. 냉각팬(18)은 고열로 전 처리된 시료를 분석하기 전에 신속하게 냉각시켜주는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 TOC 측정 시스템은 전술한 전처리 다채널 실린지 펌프(10)에서, 실린지(14)의 외부에 특수 제작된 러버 히터가 배제된 구성으로 이루어지며, 냉각팬(18)도 배제되어 있다. 그리고 실린지(14), 더 구체적으로는 실린지(14)의 플란자 상단에 별도의 유로가 형성된 구성을 갖는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템(1000)은 실린지(100), 제1 밸브(200), 제2 밸브(310), 제3 밸브(320), 니들 밸브(330), MFC(400), UV-전처리 시스템(500), 수분제거장치(600), NDIR 검출기(700)를 포함한다.
실린지(100)는 시약이나 열에 의한 손상을 최소화할 수 있도록 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
종래의 실린지(14, 도 1 참조)는 러버 히터와 온도센서를 구비하고, 그리고 냉각팬(18)을 구비하였다. 이와 달리, 본 발명의 실시예에 따른 실린지(100)는 히터, 및 냉각팬(18, 도 1 참조)의 구성이 제외되어 있다. 그리고 실린지(100)는 중앙 유로를 구비하는 플란자(110)가 상부에 구비될 수 있다. 다시 말해, 실린지(100)는 플란자(110)를 통해 별도의 유로를 가질 수 있다.
플란자(110)는 피크 재질로 이루어질 수 있다. 플란자(110)의 상단에는 피크 재질의 피팅을 연결할 수 있도록 구성되어 있으며, 피팅에는 테플론 재질의 튜브가 연결되어 후술할 제3 밸브(320)와 연결된다. 여기서, 피크란 내열성/내약품성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱 소재를 말한다. 다만, 통상의 기술자에게 자명한 피크와 유사한 소재를 이용하여도 무방하다.
제1 밸브(200)는 상기 실린지(100)의 하부에서 정 방향 또는 역 방향으로 36도씩 회전 가능하게 형성된다.
구체적으로는 제1 밸브(200)는 36도씩 회전 가능하게 형성되되, 각 회전 위치마다 10개의 포트 중 하나와 연결 가능한 형태로 이루어진다. 10개의 포트는, 막힘 포트, UV-전처리 시스템 연결 포트, 시료 포트, 인산 포트, 과황산나트륨 포트, 표준액 포트, 증류수 포트, 에어 포트를 비롯한 다양한 유체의 이송을 위한 포트로 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 밸브(200)는 상기 실린지(100)의 상하 이동에 따라 시료, 인산, 산소가스, 과황산나트륨을 포함한 서로 다른 유체를 하나씩 상기 실린지(100)의 내부로 이송시킬 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따르는 TOC 측정 시스템(1000)은 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 시료를 공급하는 시료 공급부(210)와, 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 인산을 공급하는 인산 공급부(220)와, 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 과황산나트륨을 공급하는 과황산나트륨 공급부(230)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 표준액을 공급하는 표준액 공급부(240)와 상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 증류수를 공급하는 증류수 공급부(250)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 밸브(200)의 작동 관계를 살펴보면 다음과 같다.
제1 밸브(200)는 초기 구동 시 막힘 위치에 배치되고, 정 방향 또는 역 방향으로 36°씩 회전하게 되며, 총 10개의 port로 이동할 수 있어 각 포트 에 해당되는 유체와 실린지가 연결되어, 실린지 상하 운동에 의해 각 유체를 이송할 수 있다.
측정이 시작되면 초기화 단계에서 제1 밸브(200)는 막힘 위치로 실린지는 "0"점 위치로 이동하게 된다.
제1 밸브(200)가 정 방향(예: 시계방향 등)으로 108°이동하면 시료 공급부(210)와 연결되고, 실린지(100)가 상부로 이동하여 실린지(10)의 내부로 시료를 이송시킬 수 있다.
또한, 제1 밸브(200)가 시료 공급부(210)와 연결된 위치에서 정 방향으로 140°이동하면 인산 공급부(220)와 연결되고, 실린지(100)가 상부로 이동하여 13.2% 인산을 실린지(100)의 내부로 이송시킬 수 있다.
이때, 실린지(100)에 구비된 혼합기가 가동되어 실린지(100)의 내부에서 시료와 인산이 혼합될 수 있다.
한편, 시료와 인산이 혼합되는 과정 중에 무기탄소를 제거하기 위해 제1 밸브(200)는 정 방향으로 72°이동한다. 그리고 제2 밸브(310)와 제3 밸브(320)가 개방되면 실린지(100)의 내부로 산소가스가 유입될 수 있다.
제2 밸브(310)는 상기 제1 밸브(200)를 향해 산소가스를 공급하는 라인에 구비되며 상기 실린지(100)의 내부로 산소가스를 공급하여 무기탄소를 제거하는 역할을 한다.
제3 밸브(320)는 상기 플란자(110)의 중앙 유로를 연결하는 라인에 구비되며, 상기 제2 밸브(310)의 개방 시 개방되어 상기 실린지(100)의 내부로 산소가스를 유입시킨다.
이때, 산소가스 공급부, 예를 들어 산소가스통의 출측 압력이 0.3MPa일 수 있는데, 추가적으로 제1 밸브(200)와 상기 제2 밸브(310) 사이를 연결하는 라인에 니들 밸브(330)를 구비하여 상기 실린지(100)의 내부로 공급되는 산소가스량을 조절할 수 있다.
이때, MFC(Mass Flow Controller)(400)가 온(On) 되어, 라인을 통해 형성된 유로 내부에 존재하는 이산화탄소를 제거할 수 있다. TOC 측정 작업이 완료된 이후에 MFC(400)은 오프(OFF)될 수 있다.
구체적인 예로서, MFC(400)는 제2 밸브(310)를 향하여 산소가스가 공급되는 라인과, 제1 밸브(200)와 UV-전처리 시스템(500) 사이를 연결하는 라인을 사이를 바이패스 하는 라인에 구비될 수 있다.
한편, 무기탄소가 제거된 다음, 제1 밸브(200)는 역 방향으로 36°회전하고, 27.8% 과황산나트륨 공급부(230)와 연결된다. 이와 함께, 실린지(10)가 상부로 이동하고, 제1 밸브(200)는 정 방향으로 72°회전하여 막힘 위치에 위치한 후 수용된 유체를 혼합한다.
혼합 작업이 진행되면, 제1 밸브(200)는 다시 정 방향으로 36°이동하고, 실린지(100)는 하부로 이동하여 실린지(100)의 내부에서 혼합된 유체를 UV-전처리 시스템(500)으로 이동시킬 수 있다.
UV-전처리 시스템(500)은 상기 제1 밸브(200)의 회전에 의해 상기 실린지(100)의 내부에 수용된 유체를 공급받아, 무기탄소가 제거되고 남은 유기탄소를 산화시켜 이산화탄소를 발생시킨다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 UV-전처리 시스템(500)을 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 UV-전처리 시스템을 보여주는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 UV 램프 및 듀얼관 구조를 보여주는 도면이다.
도시된 바와 같이, UV-전처리 시스템(500)은 이중 유리 구조로 형성되는 듀얼관(520)과, 상기 듀얼관(520)의 내부로 탈부착 가능하게 형성되며, 서로 다른 파장을 갖는 제1, 2 광원부(531, 533)를 구비하는 UV 램프(530)를 포함한다.
UV-전처리 시스템(500)은 상부에 가스 유출부(501)가 위치하고 하부에 시료 유입부(503)가 위치한다. 그리고 내측 중앙보다 하부 방향에 치우친 위치에 러버 히터(505)를 구비한다.
듀얼관(520)은 이중의 유리구조로 되어 있다. 다만, 듀얼관(520)의 외형은 반드시 도시된 형상에 한정되지 않으며, 통상의 기술자에게 자명한 다양한 형상으로 변경되어도 무방하다.
UV 램프(530)는 듀얼관(520)의 내부 탈부착 가능하게 구성될 수 있다.
UV 램프(530)는 서로 다른 파장의 듀얼 광원, 즉 제1 광원부(531)와, 제2 광원부(533)를 포함한다. 제1 광원부(531)는 185nm 파장의 광원을 이용하며, 제2 광원부(533)는 254nm 파장의 광원을 이용할 수 있다.
제1 광원부(531)의 185nm 파장의 광원은 시료 내의 용존산소와 반응하여 산화제인 오존을 발생할 수 있으며, 이를 이용하여 유기물 분해를 촉진할 수 있다.
제2 광원부(533)의 254nm 파장의 광원은 직접적으로 유기물을 분해할 수 있다.
러버 히터(505)는 듀얼관(520)의 하단에는 장착될 수 있다. 러버 히터(505)는 듀얼관(520)의 내부에 수용된 시료를 소정 온도(예: 90 ~ 100℃ 등)로 유지하도록 온도 제어기능을 가질 수 있다. 그 결과, 과황산나트륨에 의한 유기물의 산화율을 높일 수 있다.
듀얼관(520)은 상기 UV 램프(530)가 상하로 삽입 가능하도록 상부가 개방 형성된 UV 램프 삽입부(521)와, 상기 UV 램프 삽입부(521)를 통과하여 상기 듀얼관(520)의 내부로 장착된 상기 UV 램프(530)를 수용하도록, 상기 UV 램프(530)에 대응하는 길이를 갖는 UV 램프 수용부(523)를 구비할 수 있다.
한편, UV-전처리 시스템(500)에서 유기탄소는 분해되어 이산화탄소를 발생시킨다. 이때 발생된 이산화탄소는 MFC(400)에서 산소 가스 제어를 통해 125cc/min 유속으로 수분제거장치(600)를 통과하며 수분이 제거된다. 이후, 이산화탄소는 NDIR 검출기(700)로 이송되어 TOC 측정 값으로 환산된다. NDIR 검출기(700)는 비분산적외선을 이용하여 상기 UV-전처리 시스템(500)에서 발생된 이산화탄소를 검출하는 장치이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 수분제거장치를 간략히 도시한 평면도 및 측 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템의 수분제거장치(600)는 NDIR 검출기(700, 도 2 참조)로 유입되는 가스의 수분을 제거한다. 이로써, 비분산적외선 센서(즉, NDIR 센서)를 보호할 수 있다.
구체적인 예로서, 수분제거장치(600)는 상부 일측에 가스유입구(621)가 형성되고, 상기 가스유입구(623)와 설정 간격을 두고 가스유출구(623)가 형성되고, 내부에 설정수위로 증류수를 수용하여 보관하는 원통형의 하우징(610)을 포함한다.
원통형의 하우징(610)의 측면 일측에는 증류수가 주입되는 증류수 주입부(613)가 구비된다.
또한, 원통형의 하우징(610)의 측면 타측에는 증류수 오버플로우 배출부(615)가 구비된다. 이는 증류수 주입부(613)보다 낮은 높이로 형성되며, 증류수를 오버플로우 배출시키는 역할을 한다.
또한, 증류수 주입부(613)와 증류수 오버플로우 배출부(615)와 연결되는 측면 유로(614)가 마련되는데, 관형의 내부 구획부(617)에 의해 원통형의 하우징(610)의 측면, 즉 내부 둘레 면을 따라 환형의 측면 유로(614)가 제공된다.
수분제거장치(600)는 전체적으로 유리 재질로 이루어질 수 있다.
UV-전처리 시스템(500)에서 발생된 이산화탄소 가스가 가스유입구(621)로 유입되고 가스유출부(623)로 유출되어, 이산화탄소 가스에 포함된 수분이 수분제거장치(600)의 내부에 보관된 증류수로 트랩 될 수 있다. 증류수는 증류수 주입부(613)를 통해 주입될 수 있다. 이때, 증류수의 수위(h)는 MFC(400)에서 발생되는 가스 압력에 밀리지 않고, 유입되는 이산화탄소 가스에 의해 가스유출부(623)로 유출이 안 될 정도의 수위인 것이 좋다.
바람직하게는, 증류수의 수위(h)는 수분제거장치(600)의 높이에 비해 1/2 높이로 설정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템에서의 무기탄소 제거율 확인을 위한 실험 결과 표 및 그래프이다. 도 6을 참조하면, 무기탄소인 탄산나트륨으로 농도 별로 제조하여 TOC 측정 시스템(1000, 도 2 참조)으로 운영하여 검출되는 이산화탄소 농도를 확인할 수 있다. 이와 같이, 무기탄소를 제거하지 않았을 때 검출되는 총 유기탄소(TOC)와 무기탄소를 제거하였을 때 검출되는 총 유기탄소(TOC)를 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 TOC 측정 시스템에서의 산화율 확인을 위한 실험 결과 표이다. 도 7을 참조하면, UV-전처리 시스템의 산화율을 확인하기 위해 프탈산수소칼륨(Potassium Hydrogen Phthalate, KHP)을 농도 별로 측정하여 산화율을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, UV 습식산화방식을 이용하여 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC)를 측정할 수 있다.
본 발명에 의하면 무기탄소 제거 일체형 유체 이송 시스템 방식을 이용한다.
무기탄소 제거 일체형 유체 이송 시스템은 실린지, 다채널밸브, 및 혼합기를 포함하며, 실린지 및 다채널 밸브를 통해 유체의 이송이 가능하고, 혼합기를 이용하여 실린지 내부의 유체를 혼합할 수 있으며, 실린지 상부에는 별도의 유로가 형성되어 실린지 내부를 산소 가스로 버블링하여 무기탄소의 제거가 가능한 장점이 있다.
이로써, 본 발명에 의하면 종래의 방식에서의 문제, 예를 들어, 이송 유체의 수만큼의 연동펌프가 요구되었던 문제, 및 무기탄소를 제거하기 위해 별도의 무기탄소 제거 반응조를 필요로 하였던 문제를 해결할 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 의하면 종래의 TOC 측정 시스템에서의 부품 개수 증가로 인한 제품 단가 상승 및 유지관리 비용 증가의 문제, 및 복잡한 구조로 인한 유지관리의 어려움을 해결할 수 있는 유리한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 산화 시약을 사용한 가열-UV 전처리 시스템을 이용하는데, 유기물을 산화시키기 위해 실린지에서 27.8% 과황산나트륨을 시료와 혼합하여 가열-UV 전처리 시스템으로 이송하고, UV-전처리 시스템 외부에 러버 히터(Rubber Heater)를 설치하여 과황산나트륨의 산화 효율을 높일 수 있다.
나아가, UV 전처리 시스템은 듀얼관 구조로 유리관 내부에 UV 램프가 삽입된 구조로 이루어짐에 따라, 유리관의 세척 등의 유지관리를 위해 탈부착이 가능한 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 기존의 실린지 펌프
11: 제2 스테핑모터
12: 제1 스테핑모터
13: 밸브
14: 실린지
15: 슬라이드 나사축
16: 모터 폴리
17: 혼합기 모터
18: 냉각팬
100: 실린지
110: 플란자
200: 제1 밸브
210: 시료 공급부
220: 인산 공급부
230: 과황산나트륨 공급부
240: 표준액 공급부
250: 증류수 공급부
310: 제2 밸브
320: 제3 밸브
330: 니들 밸브
400: MFC
500: UV-전처리 시스템
501: 가스 유출부
503: 시료 유입부
505: 러버 히터
520: 듀얼관
521: UV 램프 삽입부
523: UV 램프 수용부
530: UV 램프
531: 제1 광원부
533: 제2 광원부
600: 수분제거장치
610: 하우징
613: 증류수 주입부
614: 측면 유로
615: 증류수 오버플로우 배출부
617: 내부 구획부
621: 가스유입구
623: 가스유출구
700: NDIR 검출기
1000: TOC 검출 시스템
11: 제2 스테핑모터
12: 제1 스테핑모터
13: 밸브
14: 실린지
15: 슬라이드 나사축
16: 모터 폴리
17: 혼합기 모터
18: 냉각팬
100: 실린지
110: 플란자
200: 제1 밸브
210: 시료 공급부
220: 인산 공급부
230: 과황산나트륨 공급부
240: 표준액 공급부
250: 증류수 공급부
310: 제2 밸브
320: 제3 밸브
330: 니들 밸브
400: MFC
500: UV-전처리 시스템
501: 가스 유출부
503: 시료 유입부
505: 러버 히터
520: 듀얼관
521: UV 램프 삽입부
523: UV 램프 수용부
530: UV 램프
531: 제1 광원부
533: 제2 광원부
600: 수분제거장치
610: 하우징
613: 증류수 주입부
614: 측면 유로
615: 증류수 오버플로우 배출부
617: 내부 구획부
621: 가스유입구
623: 가스유출구
700: NDIR 검출기
1000: TOC 검출 시스템
Claims (10)
- 중앙 유로를 구비하는 플란자(110)가 상부에 구비되는 실린지(100);
상기 실린지(100)의 하부에서 정 방향 또는 역 방향으로 36도씩 회전 가능하게 형성되고, 각 회전 위치마다 10개의 포트 중 하나와 연결되어 상기 실린지(100)의 상하 이동에 따라 시료, 인산, 산소가스, 과황산나트륨 모두와 서로 다른 유체가 각각 순차적으로 상기 실린지(100)의 내부로 이송시키는 제1 밸브(200);
상기 제1 밸브(200)를 향해 산소가스를 공급하는 라인에 구비되며 상기 실린지(100)의 내부로 산소가스를 공급하여 무기탄소를 제거하는 제2 밸브(310);
상기 플란자(110)의 중앙 유로를 연결하는 라인에 구비되며, 상기 제2 밸브(310)의 개방 시 개방되어 상기 실린지(100)의 내부로 산소가스를 유입시키는 제3 밸브(320);
상기 제1 밸브(200)의 회전에 의해 상기 실린지(100)의 내부에 수용된 유체를 공급받아, 무기탄소가 제거되고 남은 유기탄소를 산화시켜 이산화탄소를 발생시키는 UV-전처리 시스템(500); 및
상기 UV-전처리 시스템(500)에서 발생된 이산화탄소를 검출하는 NDIR 검출기(700);를 포함하고,
상기 UV-전처리 시스템(500)은 상부에 가스 유출부(501)가 위치하고 하부에 시료 유입부(503)가 위치되며, 내측 중앙보다 하부 방향에 치우친 위치에 러버 히터(505)가 더 포함되며,
상기 제1 밸브(200)와 상기 제2 밸브(310) 사이를 연결하는 라인에 구비되며 상기 실린지(100)의 내부로 공급되는 산소가스량을 조절하는 니들 밸브(330);
를 더 포함하는 TOC 측정 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 시료를 공급하는 시료 공급부(210);
를 더 포함하는 TOC 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 인산을 공급하는 인산 공급부(220);
를 더 포함하는 TOC 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 밸브(200)와 10개의 포트 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 실린지(100)로 과황산나트륨을 공급하는 과황산나트륨 공급부(230);
를 더 포함하는 TOC 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 밸브(310)를 향하여 산소가스가 공급되는 라인과, 상기 제1 밸브(200)와 상기 UV-전처리 시스템(500) 사이를 연결하는 라인을 바이패스 하는 라인에 구비되는 MFC(400);
를 더 포함하는 TOC 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 UV-전처리 시스템(500)은,
이중 유리 구조로 형성되는 듀얼관(520); 및
상기 듀얼관(520)의 내부로 탈부착 가능하게 형성되며, 서로 다른 파장을 갖는 제1, 2 광원부(531, 533)를 구비하는 UV 램프(530);
를 포함하는 TOC 측정 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 듀얼관(520)은,
상기 UV 램프(530)가 상하로 삽입 가능하도록 상부가 개방 형성된 UV 램프 삽입부(521)와,
상기 UV 램프 삽입부(521)를 통과하여 상기 듀얼관(520)의 내부로 장착된 상기 UV 램프(530)를 수용하도록, 상기 UV 램프(530)에 대응하는 길이를 갖는 UV 램프 수용부(523)를 구비하는 것을 특징으로 하는
TOC 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 UV-전처리 시스템(500)에서 발생된 이산화탄소 내의 수분을 제거하는 수분제거장치(600);
를 더 포함하는 TOC 측정 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 수분제거장치(600)는,
상부 일측에 가스유입구(621)가 형성되고, 상기 가스유입구(621)와 설정 간격을 두고 가스유출구(623)가 형성되고, 내부에 설정수위로 증류수를 수용하여 보관하는 원통형의 하우징(610);
상기 원통형의 하우징(610)의 측면 일측에 형성되며, 증류수가 주입되는 증류수 주입부(613);
상기 원통형의 하우징(610)의 측면 타측에 형성되되, 상기 증류수 주입부(613)보다 낮은 높이로 형성되며, 증류수가 오버플로우 되는 증류수 오버플로우 배출부(615); 및
상기 증류수 주입부(613)와 상기 증류수 오버플로우 배출부(615)와 연결되는 측면 유로(614)를 형성하도록, 상기 원통형의 하우징(610)의 내부 공간을 구획하는 내부 구획부(617);
를 포함하는 TOC 측정 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190122332A KR102279819B1 (ko) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Toc 측정 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190122332A KR102279819B1 (ko) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Toc 측정 시스템 |
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|---|---|
| KR20210039734A KR20210039734A (ko) | 2021-04-12 |
| KR102279819B1 true KR102279819B1 (ko) | 2021-07-20 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190122332A KR102279819B1 (ko) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Toc 측정 시스템 |
Country Status (1)
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| KR102396696B1 (ko) * | 2022-03-10 | 2022-05-12 | (주)아이티에이 | 초음파 진동을 이용한 toc 측정장치 및 toc 측정방법 |
Citations (4)
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-
2019
- 2019-10-02 KR KR1020190122332A patent/KR102279819B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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