KR102355766B1 - 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치 - Google Patents

선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정 대상 시료와 시약이 흐를 수 있도록 유로가 형성되고, 시료와 시약의 혼합물에 광을 조사하여 흡광도를 측정하는 측정 셀 모듈; 상기 측정 셀 모듈에 버퍼 시약 및 인디케이터 시약을 공급하도록 배관을 통해 상기 측정 셀 모듈과 연결된 시약 공급부; 및 상기 측정 셀 모듈 및 상기 시약 공급부의 작동을 제어하고, 상기 측정 셀 모듈로부터 측정된 흡광도에 기초하여 시료의 TRO 농도를 측정하는 제어부를 포함하여, 시료(해수)에 존재하는 각종 부유물질들로 인해 측정 셀 모듈의 유로의 막힘 현상을 방지할 수 있고, 시료와 시약의 혼합력이 증가하여 시약의 발색력을 높임으로써 TRO 농도값의 측정 정확도 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치에 관한 것이다.

Description

선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치{TRO concentration measuring apparatus for ballast water treatment system}
본 발명은 선박 평형수의 총 잔류산화제 농도를 측정하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치에 관한 것이다.
선박 평형수(ballast water)는 선박의 화물을 하역한 후 운항할 때, 선박의 균형을 유지하기 위하여 선박 내에 채우는 물로서, 일정 지역에서 화물을 싣지 않은 상태로 선박 평형수를 저장탱크 내에 취수한 다음 화물을 적재한 후 적하의 진행에 따라 선박 평형수 저장탱크로부터 선박 평형수를 배출시키는데, 보통 취수지와는 전혀 다른 생태 환경을 갖는 지역에 배수를 하게 된다. 이때, 취수하는 선박 평형수 내에 함유된 일정 지역의 해양 생물이 다른 지역으로 이동하여 새로운 환경에 노출될 수 있는 우려가 있으며 토착종에 외래종이 유입됨으로써 해양생태계가 파괴되어 환경적, 경제적인 손실을 유발하고 각종 병원균에 의한 인체 유해성도 내포하게 된다.
이러한 이유로 2004년 국제해사기구(IMO : International Maritime Organization)에서는 생태계 파괴 및 오염을 방지하기 위해 선박 내의 선박 평형수와 침전물의 관리에 관한 협약을 제정하였고, 2017년 9월 선박 평형수 관리 협약이 발효되었으며, 2년의 유예기간이 지난 2019년 9월부터는 모든 선박에 선박 평형수 처리 시스템을 의무적으로 장착하여야 한다.
일반적으로, 선박 평형수 처리 시스템은 산화제를 이용하여 선박 평형수에 포함된 미생물을 사멸시키는데, 산화제의 농도는 생물 사멸에 필요한 농도(대략 2 ~ 15ppm)로 유지되어야 함과 동시에 선박 평형수 배출시에 환경에 무해한 농도(대략 0.1ppm 이하)로 유지되어야 한다. 이를 위해, 선박 평형수 처리 시스템은 총 잔류산화제(TRO; Total Residual Oxidant)의 농도를 모니터링하여 총 잔류산화제의 농도를 적정 수준으로 유지하기 위한 TRO 농도 측정 장치를 구비한다.
이러한 TRO 농도 측정 장치는 대부분 용액에 흡수되는 빛의 양과 용액의 농도와의 상관관계를 이용하여 용액의 농도를 정량화하는 흡광광도법(Absortion Photometry)을 사용하는 DPD 비색법을 이용하여 TRO 농도를 측정한다.
대한민국 공개특허공보 제10-1998-082125호는 정화조 유출수에 포함된 유기 오염물을 자외선 흡광도를 이용하여 측정함으로써 유기 오염물을 현지에서 연속적으로 측정할 수 있는 유출수 유기 오염물 측정 방법 및 장치를 개시한다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0053551호는 해수 또는 밸러스트수를 복수의 흡광도 측정부에 시간 간격을 두고 순차적으로 주입하여 해소 또는 밸러스트수에 함유된 살균수의 농도를 측정하는 살균수 농도 측정 유닛을 포함하여 정확하게 연속적으로 살균수의 농도를 측정할 수 있는 수처리 장치를 개시한다.
여기서, 종래의 흡광광도법을 이용한 농도 측정 장치들은 정수장이나 육상용으로 제작되어 시료의 탁도나 색도가 상대적으로 높거나 산화제의 농도의 높은 경우, 시료 투입구가 막히거나 발색 유도가 잘 이루어지지 않아 정확한 농도 측정이 어려웠다.
특히, 선박 평형수 처리 시스템은 항구에서 하역 또는 적하 시에만 가동되기 때문에 선박 항해 중에는 가동을 중지하고, 이로 인해서 TRO 농도 측정 장치들 역시 가동되지 않아 시약이 경화되는 현상이 발생함으로써 시약 공급관이 막혀 고정의 원인이 되기도 하였다.
또한, 해수에 포함된 이물질(진흙, 모래, 해조류)이 TRO 센서에 유입되면, 산화제 농도 측정시 이물질에 의해 광 산란이 발생하여 정확한 농도 측정이 어려웠고, 세계 각 지역의 항구 수질이 매우 다양하여 정확한 산화제 측정이 더욱 어려웠다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 시료 공급시 물리적으로 유체 흐름에 변화를 주어 다양한 이물질이 포함된 해수 시료의 막힘없이 정확한 TRO 농도 측정이 가능한 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 장기간 가동이 중단되더라도 시약이 산화되거나 경화되어 시약 공급부가 막히지 않도록 할 수 있는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 측정 대상 시료와 시약이 흐를 수 있도록 유로가 형성되고, 시료와 시약의 혼합물에 광을 조사하여 흡광도를 측정하는 측정 셀 모듈; 상기 측정 셀 모듈에 버퍼 시약 및 인디케이터 시약을 공급하도록 배관을 통해 상기 측정 셀 모듈과 연결된 시약 공급부; 및 상기 측정 셀 모듈 및 상기 시약 공급부의 작동을 제어하고, 상기 측정 셀 모듈로부터 측정된 흡광도에 기초하여 시료의 TRO 농도를 측정하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 측정 셀 모듈은, 일측 하부에 배치되어 수평방향으로 연장되고, 유체 흐름 방향을 따라 단면적이 점진적으로 감소하는 형상을 갖는 유입로; 중심측에 배치되어 상기 유입로와 연결되고, 수직방향으로 연장되는 유출로; 상기 유출로의 내부에 배치된 투명 소재의 측정 셀; 상기 측정 셀의 일측에 배치되어 상기 측정 셀 내부의 시료에 광을 조사하는 광원; 및 상기 측정 셀을 중심으로 상기 측정 셀의 타측에 배치되고, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 측정 셀을 통과한 광을 수광하여 투과도를 측정하는 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 측정 셀 모듈의 유출로는 일단이 상기 유입로와 동일한 높이에 배치되고 타단이 상기 측정 셀 모듈의 상단으로 연장되며, 상기 측정 셀의 상부에는 오버 플로우 배관이 구비되어 상기 측정 셀 모듈 내부에서 오버 플로우 방식으로 세척수가 흐르는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 유출로의 내부에서 상기 측정 셀의 하부에는 상기 측정 셀 내부의 유체를 외부로 배출하기 위한 드레인이 형성되고, 상기 드레인은 배출 배관과 연결되고, 상기 배출 배관에는 배출 밸브가 구비되며, 상기 오버 플로우 배관은 상기 배출 밸브의 하류측에서 상기 배출 배관과 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 측정 셀 모듈의 유입로에는 상기 시약 공급부의 버퍼 시약 및 인디케이터 시약이 상기 유입로 측으로 공급되도록 하는 2개의 주입 펌프가 구비되고, 상기 주입 펌프는 수직 하방으로 상기 유입로에 시약을 공급하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시약 공급부는 버퍼 시약이 저장된 버퍼 시약 파우치 및 인디케이터 시약이 저장된 인디케이터 시약 파우치를 포함하고, 각각의 시약 파우치는 자중에 의해 시약이 하방으로 배출되도록 하단에 배출구가 구비되고, 각각의 시약 파우치는 시약 배출시에 압축되도록 연질 소재로 이루어지며, 상기 배출구, 상기 주입 펌프 및 상기 배출구와 주입 펌프를 연결하는 배관은 밀폐되도록 형성되고, 상기 배출구와 주입 펌프를 연결하는 배관에는 온/오프 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 광원은 LED 광원이고, 상기 측정 센서는 상기 측정 셀을 중심으로 상기 LED 광원의 맞은편에 상기 LED 광원과 나란하게 배치되고, 상기 LED 광원의 인근에는 상기 측정 셀을 통과하기 전의 상기 LED 광원으로부터 조사되는 광량을 검출하는 기준 센서가 배치되고, 상기 측정 센서 및 상기 기준 센서는 3채널의 RGB 신호를 검출하는 RGB 센서이고, 상기 측정 센서는 Green 파장을 이용하여 TRO 농도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기준 센서는 상기 LED 광원과 상기 측정 센서 사이의 수평방향 가상선으로부터 45도 각도로 편향된 위치에 배치되고, 상기 측정 센서로부터 측정된 RGB 신호는 상기 기준 센서로부터 측정된 RGB 신호에 의해 정규화되어 최종 RGB 신호로 보정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 측정 셀 모듈의 유속 및 압력 증가에 의해, 시료(해수)에 존재하는 각종 부유물질들로 인해 측정 셀 모듈의 유로의 막힘 현상을 방지할 수 있고, 시료와 시약의 혼합력이 증가하여 시약의 발색력을 높임으로써 TRO 농도값의 측정 정확도 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 측정 셀 내부에 잔존하는 시약이 모두 오버 플로우 배관을 통해 측정 셀의 외부로 배출되기 때문에, 차후 시료 측정 과정에서 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 파우치로부터 주입 펌프 측으로 시약이 공급되는 부분과 주입 펌프에서 측정 셀 모듈로 시약이 공급되는 부분에서 수두차가 발생하더라도, 파우치에 저장된 시약의 자중 및 유입로 측에서 측정 셀 측으로 흐르는 시료의 증가된 유속 및 압력에 의해 주입 펌프의 역방향으로 시료가 역류하는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기준 센서를 이용하여 측정 센서의 측정값을 보정하여 TRO 농도를 정량하기 때문에 저농도의 시료에서 안정화된 정밀한 농도 측정이 가능할 뿐 아니라 고농도의 시료에서의 측정 한계값 역시 기존 대비 대폭 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치의 측정 셀 모듈을 개략적으로 도시한 도면,
도 3a는 저농도의 시료에서 측정 셀 모듈의 유입로의 형상에 따른 TRO 농도 측정값을 나타낸 그래프,
도 3b는 고농도의 시료에서 측정 셀 모듈의 유입로의 형상에 따른 TRO 농도 측정값을 나타낸 그래프,
도 4a는 종래 구조의 다운 플로우(down flow) 방식의 세척 구조를 갖는 측정 셀 모듈을 도시한 도면,
도 4b는 본 발명에 따른 오버 플로우(over flow) 방식의 세척 구조를 갖는 측정 셀 모듈을 도시한 도면,
도 5a는 저농도의 시료에서 측정 셀 모듈에서의 세척 구조에 따른 TRO 농도 측정값을 나타낸 그래프,
도 5b는 고농도의 시료에서 측정 셀 모듈에서의 세척 구조에 따른 TRO 농도 측정값을 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치의 측정 셀 모듈 및 이와 연결된 시약 공급부를 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치의 측정 셀 모듈을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1과 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치는 측정 대상 시료와 시약이 통과하는 측정 셀 모듈(100), 측정 셀 모듈(100)에 시약을 공급하는 시약 공급부(200) 및 측정 셀 모듈(100)과 시약 공급부(200)의 작동을 제어하는 제어부(300)를 포함한다.
측정 셀 모듈(100)은 측정 대상 시료, 즉 선박 평형수(ballast water)와 시약이 유입되어 흐를 수 있도록 내부에 유로가 형성되어 있다. 이 측정 셀 모듈(100)은 측정 셀 모듈(100)로 유입된 시료와 시약의 혼합물에 광을 조사하여 흡광도를 측정하는 역할을 한다.
시약 공급부(200)는 버퍼(buffer) 시약 및 인디케이터(indicator) 시약을 공급하도록 배관(210)을 통해 측정 셀 모듈(100)과 연결된다. 여기서, 버퍼 시약은 시료의 pH를 안정화시키는 기능을 수행하며, 인디케이터 시약은 할로젠 원소, 예를 들어 Cl(염소)이나 Br(브롬) 등의 원소를 만나면 특정 색상을 발현하는 인디케이터(Indicator) 기능을 수행한다.
제어부(300)는 측정 셀 모듈(100)로부터 측정된 시료의 흡광도에 기초하여 시료의 TRO 농도를 정량하여 TRO 농도를 측정하는 역할을 한다. 또한, 제어부(300)는 설정된 알고리즘에 따라 그리고 측정 셀 모듈(100)의 측정값에 따라 측정 셀 모듈(100) 및 시약 공급부(200)의 작동을 제어한다.
여기서, 측정 셀 모듈(100)은 시료 및 시약이 유입되는 유입로(110), 측정 셀 모듈(100)로 유입된 시료 및 시약이 배출되는 유출로(120), 측정 셀(130), 측정 셀(130)에 광을 조사하는 광원(140) 및 광원(140)으로부터 조사된 광을 수광하여 투과도를 측정하는 센서부(150)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 측정 셀 모듈(100)의 유입로(110)는 측정 셀 모듈(100)의 일측 하부에 배치되어 수평방향으로 연장된다. 유출로(120)는 측정 셀 모듈(100)의 중심측에 배치되어 유입로(110)와 연결되고, 수직방향으로 연장된 형상을 갖는다. 즉, 유입로(110)와 유출로(120)는 전체적으로 'ㄴ'자 형상을 갖는다.
측정 셀(130)은 수직방향으로 연장된 유출로(120)의 내부에 배치되고, 광이 투과되도록 투명 소재로 이루어진다. 예를 들면, 측정 셀(130)은 가시광선, 적외선, 자외선 등을 통과시킬 수 있는 유리, 석영과 같은 광 투과성 소재로 이루어질 수 있다.
광원(140)은 측정 셀(130)의 일측에 배치되어 측정 셀(130) 내부의 시료에 광을 조사한다. 이 광원(140)은 측정 셀(130)을 관통하는 수평방향의 광 조사 경로(A)의 일측에 배치되고, 광 조사 경로(A)의 일측으로부터 타측을 향하여 광을 조사하며, 조사된 광은 광 조사 경로(A)를 따라 측정 셀(130)을 통과하게 된다. 여기서, 광원(140)은 적(R),녹(G),청(B)의 3개의 파장 대역의 광을 조사하는 LED 광원일 수 있다.
측정 센서(150)는 측정 셀(130)을 중심으로 측정 셀(130)의 타측에 배치된다. 도면에서 측정 센서(150)는 측정 셀(130)과 이격되어 광 조사 경로(A)의 좌측에 배치된다. 즉, 측정 센서(150)는 측정 셀(130)을 중심으로 광원(140)의 맞은편에 배치된다. 이 측정 센서(150)는 광원(140)으로부터 조사되어 측정 셀(130)을 통과한 광을 수광하여 투과도를 측정한다. 여기서, 측정 센서(150)는 적(R),녹(G),청(B)의 3개의 파장 대역의 채널을 갖는 RGB 센서일 수 있다.
바람직하게는, 전술한 측정 셀 모듈(100)의 유입로(110)는 유입되는 시료 및 시약의 유속과 압력이 증가되도록 유체 흐름 방향(도 2의 수평방향의 화살표 참조)을 따라 단면적이 점진적으로 감소하는 형상을 갖는다.
유입로(110)의 단면적 감소 형상에 따른 유체의 속도와 압력을 계산하면 다음과 같다.
먼저, 선박 평형수 배관(10)으로부터 분기되어 유입로(110) 측으로 연결된 샘플링 배관(11)에는 입구 솔레노이드 밸브(111)가 설치되는데, 이 입구 솔레노이드 밸브(111)의 스펙에 따른 배수량은 다음과 같다.
유량
Figure 112020001737385-pat00001
압력
Figure 112020001737385-pat00002
지름
Figure 112020001737385-pat00003
그리고, 측정 셀 모듈(100)의 유입로(110)의 입구의 지름(①)을 dA, 유입로(110)의 출구의 지름(②)을 dB라 하고, 이때 dA = 4.5mm = 0.0045m이고, dB = 3.59mm = 0.00359m이라 가정한다.
위 설정값을 유량공식 Q = AV에 대입하면, 유입로(110)의 입구의 유속(④) VA은 다음과 같다.
Figure 112020001737385-pat00004
Figure 112020001737385-pat00005
=
Figure 112020001737385-pat00006
Figure 112020001737385-pat00007
그리고, 유입로(110)의 출구의 유속(③) VB는 다음과 같다.
Figure 112020001737385-pat00008
Figure 112020001737385-pat00009
여기서, 유입로(110)의 입구의 압력을 PA라 하고, 출구의 압력을 PB로 하여 압력차를 계산하면, 다음과 같다.
Figure 112020001737385-pat00010
(전압 공식)
Figure 112020001737385-pat00011
Figure 112020001737385-pat00012
Figure 112020001737385-pat00013
/
Figure 112020001737385-pat00014
전술한 바와 같이, 유입로(110)의 단면적 감소 형상에 의해 유속은 62.8760m/s에서 98.7919m/s로 증가하고, 압력은 2.1kgf/cm2 에서 2.4kgf/cm2로 증가함을 알 수 있다.
이와 같은, 유입로(110)의 유속 및 압력 증가에 의해, 시료(해수)에 존재하는 각종 부유물질들로 인해 측정 셀 모듈(100)의 유로의 막힘 현상을 방지할 수 있다. 더욱이, 유입로(110)의 유속 및 압력 증가로 인해 시료와 시약의 혼합력이 증가하여 시약의 발색력이 높아져 TRO 농도값의 측정 정확도 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.
전술한 측정 셀 모듈(100)의 유입로(110)의 유속 및 압력 증가를 위한 유입로(110)의 형상 변경(배관 라인 개선)에 따른 TRO 농도 측정 결과가 도 3a 및 3b에 도시되어 있다.
도 3a는 저농도의 산화제를 포함하는 시료(대략 2mg/L)를 대상으로 배관 라인 개선 전(유입로(110)가 일정한 단면적을 갖는 형상)의 TRO 농도 측정 결과, 배관 라인 개선 후(유입로(110)의 단면적이 감소되는 형상)의 TRO 농도 측정 결과 및 요오드 적정법을 통한 실제 TRO 농도 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 또한, 도 3b는 고농도의 산화제를 포함하는 시료(대략 10mg/L)를 대상으로 배관 라인 개선 전(유입로(110)가 일정한 단면적을 갖는 형상)의 TRO 농도 측정 결과, 배관 라인 개선 후(유입로(110)의 단면적이 감소되는 형상)의 TRO 농도 측정 결과 및 요오드 적정법을 통한 실제 TRO 농도 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
두 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 저농도의 시료에서, 배관 라인 개선 전에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.03mg/L의 평균값의 차이가 발생하였고, 표준편차는 0.0283으로 확인되었다. 그러나, 배관 라인 개선 후에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.00mg/L의 평균값의 차이가 발생하였고, 표준편차는 0.00094로 확인되었다. 또한, 고농도의 시료에서, 배관 라인 개선 전에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.00mg/L의 평균값의 차이가 발생하였으나, 표준편차는 0.0742으로 확인되었다. 그러나, 배관 라인 개선 후에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.08mg/L의 평균값의 차이가 발생하였고, 표준편차는 0.0114로 확인되었다.
이와 같이, 저농도 및 고농도의 시료 모두, 배관 라인이 개선된 유입로(110)를 갖는 측정 셀 모듈(100)이 배관 라인이 개선되지 않은 측정 셀 모듈에 비해 표준편차 수치가 낮게 나타났고, 이에 따라 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치는 보다 안정적이고 일정한 측정값을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치는 세척수가 하부에서 상부를 향하여 흐르는 오버 플로우(over flow) 방식의 세척 구조를 갖는 측정 셀 모듈(100)로 구성된다.
도 4a는 종래의 다운 플로우(down flow) 방식의 세척 구조를 갖는 측정 셀 모듈(100')을 나타낸 도면으로서, 세척수는 유입로(110')를 통해 유출로(120') 측으로 진입한 후 측정 셀(130')의 하측 일부만을 세척한 후, 유출로(110')의 하부에 구비된 드레인(160')을 통해 외부로 배출된다. 이러한 경우, 측정 셀(130') 내부에는 잔존 시약이 완전하게 세척되지 못하여, 차후 시료 측정 과정에서 측정 결과에 영향을 미치게 된다.
도 4b는 본 발명에 따른 오버 플로우(over flow) 방식의 세척 구조를 갖는 측정 셀 모듈을 나타낸 도면으로서, 측정 셀 모듈(100)의 유출로(120)는 일단이 유입로(110)와 동일한 높이에 배치되고 타단은 측정 셀 모듈(100)의 상단으로 연장되며, 측정 셀 모듈(100)의 상단에는 오버 플로우 배관(170)이 구비된다. 그리고, 세척수는 유입로(110)를 통해 유출로(120) 측으로 진입한 후 측정 셀(130)을 통과하여 상부의 오버 플로우 배관(170)으로 배출된다. 이때, 유출로(120)의 하부에 구비된 드레인(160)은 폐쇄된 상태이다. 이러한 경우, 측정 셀(130) 내부에 잔존하는 시약은 모두 오버 플로우 배관(170)을 통해 측정 셀(130)의 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 차후 시료 측정 과정에서 보다 정확한 측정 결과를 얻을 수 있다.
도 5a는 저농도의 산화제를 포함하는 시료(대략 2mg/L)를 대상으로 배관 라인 개선 전(다운 플로우 방식의 세척 구조)의 TRO 농도 측정 결과, 배관 라인 개선 후(오버 플로우 방식의 세척 구조)의 TRO 농도 측정 결과 및 요오드 적정법을 통한 실제 TRO 농도 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 또한, 도 5b는 고농도의 산화제를 포함하는 시료(대략 10mg/L)를 대상으로 배관 라인 개선 전(다운 플로우 방식의 세척 구조)의 TRO 농도 측정 결과, 배관 라인 개선 후(오버 플로우 방식의 세척 구조)의 TRO 농도 측정 결과 및 요오드 적정법을 통한 실제 TRO 농도 측정 결과를 그래프로 나타낸 것이다.
두 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 저농도의 시료에서, 배관 라인 개선 전에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.07mg/L의 평균값의 차이가 발생하였고, 표준편차는 0.0386으로 확인되었다. 그러나, 배관 라인 개선 후에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.02mg/L의 평균값의 차이가 발생하였고, 표준편차는 0.0135로 확인되었다. 또한, 고농도의 시료에서, 배관 라인 개선 전에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.00mg/L의 평균값의 차이가 발생하였으나, 표준편차는 0.0430으로 확인되었다. 그러나, 배관 라인 개선 후에는 요오드 적정법의 측정 결과와 대략 0.05mg/L의 평균값의 차이가 발생하였고, 표준편차는 0.0104로 확인되었다.
이와 같이, 저농도 및 고농도의 시료 모두, 배관 라인이 개선된 오버 플로우 배관(170)을 갖는 측정 셀 모듈(100)이 배관 라인이 개선되지 않은 다운 플로우 방식의 측정 셀 모듈(100')에 비해 표준편차 수치가 현격하게 낮게 나타났고, 이에 따라 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치는 보다 안정적이고 일정한 TRO 측정값을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 전술한 드레인(160)은 측정 셀 모듈(100)의 유출로(120)의 내부에서 측정 셀(130)의 하부에 형성되어 측정 셀(130) 내부의 유체를 외부로 배출하도록 형성되고, 이 드레인(160)은 배출 배관(180)과 연결된다. 또한, 배출 배관(180)에는 배출 밸브(181)가 구비되어, 세척 모드시에 제어부(300)에 의해 온/오프 제어된다. 한편, 전술한 오버 플로우 배관(170)은 배출 밸브(181)의 하류측에서 배출 배관(180)과 연결되어 오버 플로우 방식으로 배출되는 세척수는 오버 플로우 배관(170) 및 배출 배관(180)을 거쳐 외부로 배출된다.
도 6을 참조하면, 측정 셀 모듈(100)의 유입로(110)에는 시약 공급부(200)의 버퍼 시약 및 인디케이터 시약이 각각 유입로(110) 내부로 공급되도록 하는 2개의 주입 펌프(220, 230)가 구비된다. 바람직하게는, 주입 펌프들(220, 230)은 수직 하방으로 유입로(110) 내부에 시약을 공급하도록 수직 하방으로 형성된 주입구를 갖는다.
또한, 시약 공급부(200)는 버퍼 시약이 저장된 버퍼 시약 파우치(240) 및 인디케이터 시약이 저장된 인디케이터 시약 파우치(250)를 포함한다. 바람직하게는, 각각의 시약 파우치(240, 250)는 자중에 의해 시약이 하방으로 배출될 수 있도록 하단에 배출구(241, 251)가 구비되고, 시약 배출시에 압축될 수 있도록 연질 소재로 이루어진다. 그리고, 파우치(240, 250)의 배출구(241, 251), 주입 펌프(220, 230) 및 배출구(241, 251)와 주입 펌프(220, 230)를 연결하는 각각의 배관(20)은 밀폐된 구조를 가지며, 이 배관(20)에는 각각 온/오프 밸브(21, 22)가 설치된다.
이러한 구성에 의해, 파우치(240, 250)로부터 주입 펌프(220, 230) 측으로 시약이 공급되는 부분과 주입 펌프(220, 230)에서 측정 셀 모듈(100)로 시약이 공급되는 부분에서 수두차가 발생하더라도, 파우치(240, 250)에 저장된 시약의 자중 및 유입로(110) 측에서 측정 셀(130) 측으로 흐르는 시료의 증가된 유속 및 압력에 의해 주입 펌프(220, 230)의 역방향으로 시료 및 시약이 역류하는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치는 LED 광량, 시료의 탁도, 시료 및 시약의 주입량 등의 변화에 관계없이 정확한 TRO 농도 측정이 가능하도록 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 측정 센서(150)는 측정 셀(130)을 중심으로 LED 광원(140)의 맞은편에 LED 광원(140)과 나란하게 배치된다. 또한, LED 광원(140)의 인근에는 측정 셀(130)을 통과하기 전의 LED 광원(140)으로부터 조사되는 광량을 검출하는 기준 센서(190)가 배치된다. 구체적으로, 기준 센서(190)는 LED 광원(140)과 측정 센서(150) 사이의 수평방향 가상선(광 조사 경로(A))으로부터 45도 각도로 편향된 위치에 배치된다. 이 기준 센서(190)는 측정 센서(150)와 마찬가지로 적(R),녹(G),청(B) 3개의 파장 대역의 채널을 갖는 RGB 센서이다.
여기서, 측정 센서(150)는 적(R),녹(G),청(B) 3개의 파장 중 Green 파장을 이용하여 TRO 농도를 측정하도록 구성된다. 또한, 측정 센서(150)로부터 측정된 RGB 신호는 기준 센서(190)로부터 측정된 RGB 신호에 의해 정규화되어 최종 RGB 신호로 보정된 후, TRO 농도 측정값을 얻게 된다.
여기서, 기준 센서(190)는 LED 광량 변화를 기초로 하여 측정 센서(150)로부터 측정된 RGB 신호를 정규화함으로써, 측정 센서(150)의 RGB 신호를 최종 RGB 신호로 보정하기 위한 파라미터로서의 역할을 한다. 즉, 기준 센서(190)는 측정 센서(150)의 레퍼런스 센서(reference sensor)의 역할을 한다.
예를 들면, 농도 측정장치 주변의 온도 변화폭이 큰 선박 환경에서는 주변의 온도 변화에 의해 LED 광원(140)의 광량이 민감하게 반응하여 광량의 변화가 매우 크다. 이러한 광량 변화는 측정 센서(150)의 측정값에 부정적인 영향을 미친다. 이러한 LED 광원(140)의 광량 변화를 보상하기 위해, 기준 센서(190)는 LED 광량을 실시간 측정하고 이를 측정 센서(150)의 측정값에 반영하여 측정 결과를 안정화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치는 저농도의 시료에서 안정화된 정밀한 농도 측정이 가능할 뿐 아니라 고농도의 시료에서의 측정 한계값 역시 기존 대비 대폭 향상시킬 수 있다.
부가적으로, 제어부(300)에는 보조 전원 장치(310; 도 1 참조)가 연결되어 장기간 항해하는 선박의 경우에도 일정기간마다 주기적으로 측정 셀 모듈(100)을 통한 TRO 농도 측정이 가능하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 시약 공급부(200)의 시약이 경화되어 배관 막힘 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 측정 대상 시료와 시약이 흐를 수 있도록 유로가 형성되고, 시료와 시약의 혼합물에 광을 조사하여 흡광도를 측정하는 측정 셀 모듈; 상기 측정 셀 모듈에 버퍼 시약 및 인디케이터 시약을 공급하도록 배관을 통해 상기 측정 셀 모듈과 연결된 시약 공급부; 및 상기 측정 셀 모듈 및 상기 시약 공급부의 작동을 제어하고, 상기 측정 셀 모듈로부터 측정된 흡광도에 기초하여 시료의 TRO 농도를 측정하는 제어부를 포함하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치로서,
    상기 측정 셀 모듈은,
    일측 하부에 배치되어 수평방향으로 연장되고, 유체 흐름 방향을 따라 단면적이 점진적으로 감소하는 형상을 갖는 유입로;
    중심측에 배치되어 상기 유입로와 연결되고, 수직방향으로 연장되는 유출로;
    상기 유출로의 내부에 배치된 투명 소재의 측정 셀;
    상기 측정 셀의 일측에 배치되어 상기 측정 셀 내부의 시료에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 측정 셀을 중심으로 상기 측정 셀의 타측에 배치되고, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 측정 셀을 통과한 광을 수광하여 투과도를 측정하는 측정 센서를 포함하고,
    상기 광원은 LED 광원이고, 상기 측정 센서는 상기 측정 셀을 중심으로 상기 LED 광원의 맞은편에 상기 LED 광원과 나란하게 배치되고,
    상기 LED 광원의 인근에는 상기 측정 셀을 통과하기 전의 상기 LED 광원으로부터 조사되는 광량을 검출하는 기준 센서가 배치되고,
    상기 측정 센서 및 상기 기준 센서는 3채널의 RGB 신호를 검출하는 RGB 센서이고, 상기 측정 센서는 Green 파장을 이용하여 TRO 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 셀 모듈의 유출로는 일단이 상기 유입로와 동일한 높이에 배치되고 타단이 상기 측정 셀 모듈의 상단으로 연장되며, 상기 측정 셀의 상부에는 오버 플로우 배관이 구비되어 상기 측정 셀 모듈 내부에서 오버 플로우 방식으로 세척수가 흐르는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유출로의 내부에서 상기 측정 셀의 하부에는 상기 측정 셀 내부의 유체를 외부로 배출하기 위한 드레인이 형성되고, 상기 드레인은 배출 배관과 연결되고, 상기 배출 배관에는 배출 밸브가 구비되며, 상기 오버 플로우 배관은 상기 배출 밸브의 하류측에서 상기 배출 배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정 셀 모듈의 유입로에는 상기 시약 공급부의 버퍼 시약 및 인디케이터 시약이 상기 유입로 측으로 공급되도록 하는 2개의 주입 펌프가 구비되고, 상기 주입 펌프는 수직 하방으로 상기 유입로에 시약을 공급하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시약 공급부는 버퍼 시약이 저장된 버퍼 시약 파우치 및 인디케이터 시약이 저장된 인디케이터 시약 파우치를 포함하고, 각각의 시약 파우치는 자중에 의해 시약이 하방으로 배출되도록 하단에 배출구가 구비되고, 각각의 시약 파우치는 시약 배출시에 압축되도록 연질 소재로 이루어지며, 상기 배출구, 상기 주입 펌프 및 상기 배출구와 주입 펌프를 연결하는 배관은 밀폐되도록 형성되고, 상기 배출구와 주입 펌프를 연결하는 배관에는 온/오프 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준 센서는 상기 LED 광원과 상기 측정 센서 사이의 수평방향 가상선으로부터 45도 각도로 편향된 위치에 배치되고, 상기 측정 센서로부터 측정된 RGB 신호는 상기 기준 센서로부터 측정된 RGB 신호에 의해 정규화되어 최종 RGB 신호로 보정되는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템용 총 잔류산화제 농도 측정 장치.
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