KR102556365B1 - 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템 및 검출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 정수지 내에서 채널 형태로 구비되어 정수처리된 물이 흘러가는 채널부(100); 상기 채널부의 전방에 구비되고 물속 이물질을 검출하여 신호를 발생시키는 검출 및 신호송출부(200); 상기 검출 및 신호송출부에서 일정 거리 이격되어 상기 채널부의 후방에 구비되고 물속 이물질의 영상을 획득하는 이물질 영상 획득부(300); 상기 이물질 영상 획득부의 영상을 실시간 분석함으로써 이물질 특성을 도출하여 이물질의 종류를 판단하는 판단부;를 포함하는 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 수돗물을 생산하는 정수처리 공정에서 이물질을 검출하는 시스템으로 초음파 및 영상처리장치로 이물질을 확인하고, 입자 가시화 기법으로 획득된 영상으로 이물질을 판별하고, DB로 구축된 이미지를 바탕으로 이물질 특성을 도출하고 이물질 종류를 판정하는 기술에 대한 것이다.
기존 수돗물 생산공정은 최종적으로 이물질(유충, 금속산화물, 미세플라스틱) 및 미생물의 번식을 막는 여과, 소독의 공정을 거치게 된다. 최종 생산단계에서 이물질의 유입되었을 때, 수용가(사용자)로 공급되기 전까지 별도의 이물질을 감시할 수 있는 시스템이 갖춰져 있지 않음에 따라, 최근에 수돗물 깔따구 유충, 금속산화물로 인한 적수, 미세플라스틱이 각 가정에서 확인되는 등의 수돗물에 대한 불신이 이어지는 문제가 있다. 특히 최근 가정의 수돗물에서 깔따구의 유충이 발생하여 민원이 발생하고 있으며, 이러한 유충의 발생 근원지는 정수장의 활성탄 여과지인 것으로 밝혀졌다. 유충의 유입경로는 개방된 활성탄지에 깔따구 성충이 산란한 것으로 파악되며, 실제로 물이 느리게 흐르는 완속 여과지의 경우 깔따구가 살기에 이상적인 조건을 갖춘 것으로 파악되고 있다.
이와 같은 가정용 수돗물에서 발견되는 깔따구 유충은 그로 인한 잠재적 유해성은 차치하더라도, 유충이 수돗물에서 나왔다는 사실만으로도 국민들로 하여금 정수 공급 시스템에 대한 크나큰 실망감과 수돗물에 대한 신뢰도 하락시키는 등 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로 수돗물을 생산하는 정수처리 공정에서 깔따구 유충과 같은 이물질을 감시하는 시스템을 구축하여 사전에 이물질이 수돗물 공급되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 정수장에서의 수돗물 생산과정이 후, 특히 여과지 이후에서의 이물질(유충, 미세플라스틱)이 각 수용가(가정)로 공급되는 문제를 해소하기 위한 것으로, 수돗물 생산이후 정수지로 공급되고 배수지로 송수되기 전에 이물질을 감시하고 이물질이 발견된 수돗물을 제거하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 여과과정(최종 정수처리 공정) 이후 이물질의 유입 시 빠른 대응을 위해 실시간에 준하는 감시 방안을 구축하고, 발생 빈도가 작은 이물질의 경우 일반적인 방법으로 검출하기 어렵기 때문에 전체 수돗물을 관찰할 수 있는 새로운 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 정수지 내에서 채널 형태로 구비되어 정수처리된 물이 흘러가는 채널부(100); 상기 채널부의 전방에 구비되고 물속 이물질을 검출하여 신호를 발생시키는 검출 및 신호송출부(200); 상기 검출 및 신호송출부에서 일정 거리 이격되어 상기 채널부의 후방에 구비되고 물속 이물질의 영상을 획득하는 이물질 영상 획득부(300); 상기 이물질 영상 획득부의 영상을 실시간 분석함으로써 이물질 특성을 도출하여 이물질의 종류를 판단하는 판단부;를 포함하는 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템을 제공한다.
상기 검출 및 신호송출부는, 초음파센서 또는 라이다 센서를 이용하여 이물질을 검출한다.
상기 이물질 영상 획득부는, PIV 입자영상유속계를 이용한 입자 가시화 기법을 통해 이물질의 영상을 획득하거나, 상기 이물질 영상 획득부는, 홀로그래픽(Holographic) PIV를 이용한 이물질의 3차원 정보를 획득하는 입자 가시화 기법을 통해 이물질의 영상을 획득한다.
상기 이물질 영상 획득부는, 레이저 광원을 통해 평면광 조사와 CCD 카메라를 이용해서 이물질의 영상을 획득할 수 있다.
상기 CCD 카메라는 상기 채널부 내부에서 물의 흐름 방향에 수직한 단면 상에 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 CCD 카메라 각각은 물의 흐름 방향에 수직한 면을 복수 개의 면으로 구획하여 그 중 하나의 구획된 면을 촬영하는 것이 좋다.
상기 판단부는, CCD 카메라를 이용하여 정수처리된 물 속에 존재하는 다양한 이물질의 영상 정보를 DB에 구축하고, 상기 이물질 영상 획득부에서 획득한 영상을 DB에 구축된 이미지와 비교 분석하여 이물질의 정보를 도출한다.
또한, 본 발명은, 이물질 검출시스템을 이용한 이물질 검출방법으로서, 정수처리된 물의 흐름방향 전방의 검출 및 신호송출부에서 물속의 이물질을 검출하여 검출 신호를 송신하는 1단계; 상기 이물질 검출시스템의 제어부가, 상기 검출 및 신호송출부에서 송신된 검출 신호를 수신하면, 물의 흐름 속도와, 상기 검출 및 신호송출부와 이물질 영상 획득부 사이의 거리를 고려하여, 상기 이물질이 상기 이물질 영상 획득부에 도달하는 도달시간을 계산하는 2단계; 상기 도달시간이 경과한 후 상기 이물질 영상 획득부에서 물속 이물질의 영상을 획득하는 3단계; 상기 판단부가 상기 이물질 영상 획득부의 영상을 실시간 분석함으로써 이물질의 종류를 판단하는 4단계;를 포함하는 검출방법을 제공한다.
그리고, 정수처리된 물 속에 존재하는 다양한 이물질의 영상 정보를 DB에 구축하는 1-1단계; 상기 이물질 검출시스템이 정수처리된 물 속에 존재하는 상기 이물질의 종류를 학습하는 1-2단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 이물질은 깔다구 유충이거나 미세플라스틱이거나 금속산화물로 인한 적수 등이다.
본 발명은 상기 초음파 센서와 영상장치라는 구성에 의해서 수돗물을 생산하는 정수처리 공정에서 깔따구 유충과 같은 이물질을 효과적으로 감지하여 이를 제거할 수 있게 되므로 이물질이 수돗물에 공급되는 것을 사전에 방지할 수 있게 됨으로써, 위생적인 수돗물 공급 뿐아니라 정수 공급 시스템에 대한 국민들의 신뢰를 제고시키는 등의 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템의 개략적인 단면도이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템의 일부로서 정수된 물이 흘러가는 채널의 개면도이며,
도 3은 도 2의 채널의 종단면도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출시스템에서 활용하는 초음파 센서의 작동원리이며,
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출시스템에서 활용하는 PIV 입자영상유속계를 이용한 입자 가시화 기법 및 홀로그래픽(Holographic) PIV를 이용한 이물질의 3차원 정보를 획득하는 개념적인 내용을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템의 일부로서 정수된 물이 흘러가는 채널의 개면도이며,
도 3은 도 2의 채널의 종단면도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출시스템에서 활용하는 초음파 센서의 작동원리이며,
도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물질 검출시스템에서 활용하는 PIV 입자영상유속계를 이용한 입자 가시화 기법 및 홀로그래픽(Holographic) PIV를 이용한 이물질의 3차원 정보를 획득하는 개념적인 내용을 예시적으로 도시한 것이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들이며 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 크게 보아, i) 초음파 및/또는 라이다 센서를 이용한 이물질 검출 (신호 송출) 시스템을 구축하고, ii) 다양한 입자 가시화 기법을 이용한 영상 획득 및 이물질을 검출하고, iii) 구축된 이미지로 실시간 분석을 통한 특성 도출하는 것으로 이루어집니다. 정수처리된 수돗물은 소독을 위해 정수지로 모이게 되는데, 정수지 내에서 채널 형태로 일정한 속도로 흐르게 하면서 이물질을 검출하게 됩니다.
채널 내부를 흐르는 수돗물 내부에 존재하는 이물질을 감시하는 시스템은 유충, 미세플라스틱 등을 포함한 100μm 이상의 이물질 검출을 위해 분해능, 응답시간, 측정 범위를 고려한 초음파 및 라이다 센서 선정하는 것이 좋으며, 초음파 및 라이다 센서를 이용하여, 관로 상류에서의 이물질을 확인하고 그 곳의 위치정보 획득한 후, 이물질에 대한 구체적인 특성 분석을 위해, 2단계 영상 획득 시스템으로 트리거(trigger)를 송출하게 됩니다. 영상획득 시스템은 수로 전체 범위에 대해 측정이 가능하도록 격자 구조로 초음파 및 라이다 센서를 설치하여 시스템으로 구축하는 것이 좋다.
이하 도면을 참조하여 본 발명인 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템(이하, 간단히 '검출시스템'이라고 함)을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 먼저 정수지 내에서 채널 형태로 구비되어 정수처리된 물이 흘러가는 채널부(100)와, 상기 채널부의 전방에 구비되고 물속 이물질을 검출하여 신호를 발생시키는 검출 및 신호송출부(200)와, 상기 검출 및 신호송출부에서 일정 거리 이격되어 상기 채널부의 후방에 구비되고 물속 이물질의 영상을 획득하는 이물질 영상 획득부(300)를 포함하고 있다.
본 발명의 검출시스템은 분석하고 판단하는 영역인 판단부(미도시)를 더 구비하여서, 상기 이물질 영상 획득부의 영상을 실시간 분석함으로써 이물질 특성을 도출하여 이물질의 종류를 판단하게 된다.
상기 검출 및 신호송출부(200)는, 1차적으로 이물질을 발견하는 장치이며, 초음파센서를 활용할 수 있고, 또한 라이다 센서 등의 레이저를 기반으로 한 감지장치를 이용하여 이물질을 검출하는 장치이다.
그리고, 상기 이물질 영상 획득부(300)는, PIV(Particle Image Velocimetry) 입자영상유속계를 이용한 입자 가시화 기법을 통해 이물질의 영상을 획득하거나, 홀로그래픽(Holographic) PIV를 이용한 이물질의 3차원 정보를 획득하는 입자 가시화 기법을 통해 이물질의 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 이물질 영상 획득부(300)는, 레이저 광원을 통해 평면광 조사와 CCD 카메라를 이용해서 이물질의 영상을 획득할 수도 있다. 그런데, 물 속에서는 빛이 투과되는 양에 제한이 있기 때문에 조명을 활용하여 빛을 비추게 되고 또한 각각의 카메라가 촬영하는 영역을 분할하여 촬영하는 것이 좋다. 즉, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 CCD 카메라(310,320,330,340)는 상기 채널부 내부에서 물의 흐름 방향에 수직한 단면 상에 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 CCD 카메라 각각은 물의 흐름 방향에 수직한 면을 복수 개의 면(315,325,335,345)으로 구획하여 그 중 하나의 구획된 면을 촬영하는 것이 좋다.
상기 판단부는, CCD 카메라를 이용하여 정수처리된 물 속에 존재하는 다양한 이물질의 영상 정보를 DB에 구축하고, 상기 이물질 영상 획득부에서 획득한 영상을 DB에 구축된 이미지와 비교 분석하여 이물질의 정보를 도출하는 것으로, 특정 이물질의 영상을 미리 학습하여 둠으로써 실시간으로 파악이 가능하도록 한다. 이를 위해서는, 측정 기법에 적합한 correlation 알고리즘을 선정하여 이물질을 분석하는 것이 좋다.
즉, 본 발명은 정수장에서 정수처리된 물의 내부에 존재하는 이물질을 검출하는 것으로 먼저, 초음파센서에 의한 1단계 감지단계와, CCD 카메라 등에 의한 2단계 감지단계로 이루어지는 것이 특징이다. 2단계 감지단계는 1단계 감지단계에서 이물질을 감지한 후 송신하는 신호를 트리거로 하여 작동하게 되는 것이 특징이다.
이러한 단계를 구체적으로 보면, 본 발명의 이물질 검출방법은, 정수처리된 물의 흐름방향 전방의 검출 및 신호송출부에서 물속의 이물질을 검출하여 검출 신호를 송신하는 1단계; 상기 이물질 검출시스템의 제어부가, 상기 검출 및 신호송출부에서 송신된 검출 신호를 수신하면, 물의 흐름 속도와, 상기 검출 및 신호송출부와 이물질 영상 획득부 사이의 거리를 고려하여, 상기 이물질이 상기 이물질 영상 획득부에 도달하는 도달시간을 계산하는 2단계; 상기 도달시간이 경과한 후 상기 이물질 영상 획득부에서 물속 이물질의 영상을 획득하는 3단계; 상기 판단부가 상기 이물질 영상 획득부의 영상을 실시간 분석함으로써 이물질의 종류를 판단하는 4단계;를 포함하는 검출방법을 제공한다.
그리고, 정수처리된 물 속에 존재하는 다양한 이물질의 영상 정보를 DB에 구축하는 1-1단계; 상기 이물질 검출시스템이 정수처리된 물 속에 존재하는 상기 이물질의 종류를 학습하는 1-2단계;를 더 포함하여 이물질들의 특정적인 형상에 대해 미리 학습하여 둠으로써 실시간으로 이물질 판단이 가능하게 한다.
본 발명에서 검출하는 이물질은 주로 깔따구 등의 유충을 고려하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 미세플라스틱이거나 금속산화물로 인한 적수 등의 이물질도 검출가능하다. 본 발명에 따른 시스템을 활용하여 정수지에서 깔따구 유충이 발견된 경우 정수지의 해당 영역을 특정 시간대에 통과한 정수물은 가정으로 공급하지 않고 외부로 배출하는 등의 과정이 필요하다. 즉, 이물질이 검출 영역의 물은 수돗물로 공급하지 않고 외부로 배출하여 가정으로 이물질이 전해지는 것을 차단하는 것이다.
본 발명은 상기 i)초음파 센서와 ii)영상장치라는 2단계의 구성에 의해서 수돗물을 생산하는 정수처리 공정에서 깔따구 유충과 같은 이물질을 효과적으로 감지하여 이를 제거할 수 있게 된다. 이를 통해, 위생적인 수돗물을 공급 뿐아니라 정수시스템에 대한 국민들의 신뢰를 높이는 기능을 발휘하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (10)
- 정수지 내에서 채널 형태로 구비되어 정수처리된 물이 흘러가는 채널부(100); 상기 채널부의 전방에 구비되고 라이다 센서를 이용하여 물속 이물질을 검출하여 신호를 발생시키는 검출 및 신호송출부(200); 상기 검출 및 신호송출부에서 일정 거리 이격되어 상기 채널부의 후방에 구비되고 물속 이물질의 영상을 획득하는 이물질 영상 획득부(300); 상기 이물질 영상 획득부의 영상을 실시간 분석함으로써 이물질 특성을 도출하여 이물질의 종류를 판단하는 판단부;를 포함하고,
상기 이물질 영상 획득부는, 레이저 광원을 통해 평면광 조사와 CCD 카메라를 이용해서 이물질의 영상을 획득하고,
상기 CCD 카메라는 상기 채널부 내부에서 물의 흐름 방향에 수직한 단면 상에 복수 개가 구비되고,
상기 복수 개의 CCD 카메라 각각은 물의 흐름 방향에 수직한 면을 복수 개의 면으로 구획하여 그 중 하나의 구획된 면을 촬영하고,
상기 판단부는,
CCD 카메라를 이용하여 정수처리된 물 속에 존재하는 다양한 이물질의 영상 정보를 DB에 구축하고, 상기 이물질 영상 획득부에서 획득한 영상을 DB에 구축된 이미지와 비교 분석하여 이물질의 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 이물질 영상 획득부는, PIV 입자영상유속계를 이용한 입자 가시화 기법을 통해 이물질의 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템. - 제1항에 있어서,
상기 이물질 영상 획득부는, 홀로그래픽(Holographic) PIV를 이용한 이물질의 3차원 정보를 획득하는 입자 가시화 기법을 통해 이물질의 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항의 이물질 검출시스템을 이용한 이물질 검출방법으로서,
정수처리된 물의 흐름방향 전방의 검출 및 신호송출부에서 물속의 이물질을 검출하여 검출 신호를 송신하는 1단계;
상기 이물질 검출시스템의 제어부가, 상기 검출 및 신호송출부에서 송신된 검출 신호를 수신하면, 물의 흐름 속도와, 상기 검출 및 신호송출부와 이물질 영상 획득부 사이의 거리를 고려하여, 상기 이물질이 상기 이물질 영상 획득부에 도달하는 도달시간을 계산하는 2단계;
상기 도달시간이 경과한 후 상기 이물질 영상 획득부에서 물속 이물질의 영상을 획득하는 3단계;
상기 판단부가 상기 이물질 영상 획득부의 영상을 실시간 분석함으로써 이물질의 종류를 판단하는 4단계;를 포함하는 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출방법. - 제8항에 있어서,
정수처리된 물 속에 존재하는 다양한 이물질의 영상 정보를 DB에 구축하는 1-1단계; 상기 이물질 검출시스템이 정수처리된 물 속에 존재하는 상기 이물질의 종류를 학습하는 1-2단계;를 더 포함하고,
상기 이물질은 깔다구 유충인 것을 특징으로 하는 수돗물 정수처리장에서의 이물질 검출방법. - 삭제
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