KR20010100445A - 원거리 수질오염원의 실시간 수질관리 및 자동시료채취통합시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질오염도를 직접 또는 간접적으로 측정하는 수질오염계측기를 이용하여 수용액상에 용존되어 있거나 부유되어 있는 유기물 또는 부유물질의 농도 및 함량을 실시간으로 측정하며, 측정된 전기적 신호 또는 자료를 신호전송제어장치로 전송하고, 일정한 농도 및 함량을 초과하는 기준을 설정하여 설정된 기준치를 초과한 오염원을 배출할 때 배출되는 시료가 실시간으로 시료보관함에 자동 채취되도록 하여 상온 또는 저온으로 보존되도록 하며, 수계에 배출되는 배출수의 이상상태를 실시간으로 확인하도록 일반관리자에게 자료를 송신함으로서 저비용으로 현장인력의 배치없이 원거리에서 배출수질을 감시하고 관리하는 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 수계로 무작위로 배출되는 오염원을 수질오염계측기로 상시적으로 감시하고 오염원의 배출시 시료채취를 수행함으로서 오염원 배출자에 대한 수질규제준수를 위한 감시를 실시할 수 있고, 현장의 상황을 상시 감시하기 위한 인력의 상주가 불필요하게 되므로 오염원 감시에 지출되는 비용을 현저히 줄일 수 있고, 오염원 배출행위에 대한 불필요한 법적 분쟁을 줄이는 효과적인 관리기법으로 활용될 수 있다.

Description

원거리 수질오염원의 실시간 수질관리 및 자동시료채취 통합 시스템{Integrated water management system for real-time monitoring and automatic sampling of wastewater in remote sites}

본 발명은 수계로 배출되는 폐수의 수질을 상시적으로 감시하고 오염원의 배출시 시료채취를 수행하고, 배출수의 이상상태를 실시간으로 확인함으로써 수질을 관리하는 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템에 관한 것으로서, 현장의 상황을 상시 감시하기 위한 인력의 상주가 불필요하여 오염원 감시에 지출되는 비용을 현저히 줄일 수 있는 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템에 관한 것이다.

일반적으로 오,폐수처리장이나 일반 하수처리장 또는 소규모 취락단지 등의 일정한 처리시설규모를 가진 수질오염 배출원에서 오염된 물을 물리화학적 또는 생물학적으로 처리하여 최종 방류구를 통하여 일반 수계로 배출할 때는 방류구에서 방류되는 물의 수질은 상시적으로 관리되어야 하며 방류수질을 나타내는 오염원의농도에 대해 측정하는 것이 필요하다.

이에 하천 또는 수계의 수질오염을 방지하기 위해 농도규제에 의한 관리를 하도록 되어있으므로 항시 일정한 규제농도 이하로 수질을 유지하는 것이 필요하다. 따라서 수질관리는 오염원 처리시설을 운전하고 유지관리하는 시설적인 측면에서 뿐만 아니라 처리된 방류수에 대해 수질을 측정하는 모든 평가작업이 객관적인 기준에 의해 이루어져야만 한다.

특히, 방류되는 수질의 오염정도를 확인하는 작업에 대해 객관성을 확보하기 위해서는 변동되는 수질의 속성상 오염도를 측정하는 수질오염계측기의 정확성 및 경제성이 요구되며, 시료채취 및 시료분석에 이르기까지 오염원 배출원과 수질 관리인들 간의 평가결과에 대한 강한 신뢰성 및 객관성이 요구된다.

일반적으로는 방류수의 수질을 측정하기 위해 방류구에서 배출되는 물을 현장에서 관리하는 일반인력에 의존하여 채취하여야 하며 국가 공인의 공정시험법에 따라 자체적으로 관리항목을 측정하여 기록하도록 하고 있다.

그러나 이러한 자체적인 관리방법은 시료채취 단계에서부터 신뢰성과 객관성을 인정받기 어려우므로 정부가 인정하는 공인기관에서 임의적 또는 상시적으로 방문하여 방류구의 물을 채취함으로서 수질을 관리하도록 하고 있다.

이러한 인위적 시료채취에 의한 관리방식은 시료채취 시점을 맞추고 시료채취 시에 발생되는 각종 주관적인 해석을 없애기 위해 별도의 관리가 필요하게되어 시간과 관리비용의 낭비적인 요인이 발생하여 왔으며 관리의 실효성을 가지기 어렵게 한다.

최근에는 BOD, 질소, 인 및 COD 그리고 탁도 등의 연속수질오염계측기를 사용함으로서 시료를 인력에 의해 직접 채취함이 없이 수질오염계측기로 하여금 자동으로 방류수질을 연속적으로 계측하여 관리실에서 측정값을 관리하도록 하게 함으로서 방류수질의 객관성을 확보하도록 하고 있다.

상기 연속수질오염계측기를 사용하여 방류수질을 관리하는 경우에는 수질오염계측기의 출력된 측정값을 관리하는 동시에 현장의 수질을 직접 채취하여 실험실에서 공정시험법에 의거하여 실험을 수행하도록 하고 있다. 이것은 연속수질오염계측기의 기계상의 오차에 따라 수질 측정치의 신뢰에 대한 의문이 발생할 수 있음에 따른 것으로 기계적인 계측값과 현장채취에 따른 실측값이 다르게 나올 수 있기 때문이다.

그러나, 이들 대부분의 연속수질오염계측기는 연속측정에 따른 약품의 조제 및 주기적인 관리를 필요로 하며 가격이 고가이므로 일반적인 소규모 오염원 배출시설에 설치하기 어렵다. 또한, 오염원 배출시설이 분산되어 있는 경우이거나 원거리에 설치되는 경우 환경관리전문인의 현장 상주가 어려우며 시설의 관리가 어려워 장비유지나 처리장의 방류수질을 확보하기 위한 관리적인 목적을 달성하기 어려운 것이 사실이다.

따라서 방류구에서 배출되는 방류수질을 전문관리인의 도움 없이 관리되도록 하며 무단 오염방류 또는 부적절한 처리에 의한 오염방류와 같은 문제가 발생하거나 방류수질의 평균적인 오염처리농도를 확인하고자 하는 경우 시료채취 시 인위적인 인력에 의한 시료채취를 배제하고 채취방법의 객관성을 확보하고 채취된 시료의적정성을 확보할 필요성이 있는 것이다.

이에 본 발명에서는 다양 다종한 오염배출원에 대해 방류수질을 수질오염계측기에 의해 무인으로 감시하게 하며, 방류수 또는 배출수의 수질이 악화되는 정확한 시점을 측정하게 함으로써 수질배출원의 오염원 방류를 무인의 조건하에 감시하게 하고, 방류 시 규정된 수질을 확보하기 위해 방류되는 시료를 현장에서 실시간에 채취하도록 함으로써 오염원 배출자와 오염배출 관리자 간의 상호 검증을 확인할 수 있으며 객관적인 자료를 확보할 수 있도록 하는 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템을 제공하고자 하는 목적이 있다.

특히, 오염배출원으로부터 방류되는 시료를 임의의 시간에 무작위로 일정량씩 실시간으로 채취하여 장시간동안 저장용기에 보관하도록 함으로써, 오염배출원의 방류수질 측정을 위한 채취시료의 수거체계를 혁신적으로 개선하고자 하는 목적이 있다.

이에따라 본 발명에서는 수질오염을 초래하는 오염배출원의 배출수질을 무인의 상태에서 감시하고 오염원의 무단 배출 시 방류수를 실시간으로 확보하며, 오염배출원의 방류수질을 상시 평가하기 위해서 주기적으로 방류수를 채집하도록 하기 위한 효과적인 수질감시장치 및 실시간으로 작동되는 방류수 채취장치 그리고 그의 연계된 주변관련장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명에서는 수계로 배출되는 수질이 일정한 오염농도 이상을 초과할 경우 자동으로 오염초과 사실을 원거리 또는 현장에서 자동으로 확인하게 하며 실시간으로 시료를 채취하여 관리할 수 있도록 하는 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템을 제공하고자 한다.

도1은 본 발명의 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템의 구성도.

도2는 본 발명에서 신호전송 제어장치의 구성도.

이하 본 발명의 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템을 첨부한 도면을 참조로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도1은 본 발명을 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도2는 본 발명에서의 신호전송 제어장치의 구성도로서, 본 발명은 방류수의 수질오염을 연속으로 측정하는 수질오염계측기와, 이 수질오염계측기에 의해 측정된 배출수의 수질이 설정값을 초과하면 상기 수질오염계측기로부터 전기적인 신호를 받아 작동되는 시료채취기, 그리고 채취된 시료를 장기간 저장하기 위한 시료보관함으로 구성되어 있으며, 각각의 구성품은 전기신호에 의해 제어를 받거나 구동되도록 하는 신호전송제어장치에 연결되어 있다.

특히, 본 발명의 수질의 오염도를 나타내는 수질오염계측기는 측정된 출력신호가 4∼20 mA 또는 -10∼+10mV 등의 전기적 신호로 나타나는 장치이거나 실제 오염농도인 ppm 또는 g/l등의 단위로 직접 나타내는 장치에 의해 일정한 측정치를 갖도록 보정이 가능한 장치로 구성되며, 수질오염계측기의 오염농도에 대한 측정값이 디지털 또는 아날로그 타입의 출력신호로 하여 전기적으로 전송되도록 하여 단일 또는 다중의 다양한 작동이나 제어가 되도록 하는 자동제어로직을 갖는 신호전송제어장치로 보내어 지며 이는 곧바로 시료채취기 및 기타 구동장치에 연결된다.

신호전송제어장치는 수질오염계측기와 시료채취기 그리고 각종 구동모터 및펌핑장치들을 연결하는 신호처리기로서, 인터페이스카드를 사용하여 마이크로프로세서에 연결하며 미리 설정된 운영로직을 바탕으로 각종 구성품을 제어하며 수질오염계측기로부터 출력된 신호에 의해 제어되도록 하는 기능을 갖도록 모든 신호가 4 ∼ 20 mA 또는 RS232 그리고 RS485의 통신링크에 연결되며 PC에 상응하는 컴퓨터 또는 PLC에 의해 화상으로 출력되며 운영되도록 구성하였다.

상기 시료채취기는 수질오염계측기와는 독립된 단위구성품으로 제작되며 수질오염계측기로부터 보내어진 전기적 신호에 따라 신호전송제어장치에 의해 작동되거나 또는 일정한 작동모드를 갖도록 컴퓨터 또는 PLC의 프로그램에 미리 입력된 신호에 따라 펌핑장치 및 전동교반모터 그리고 개폐밸브가 작동되도록 하며 채취장치의 모든 작동원리는 현장에서 채취하고자 하는 수질시료를 원하는 시간에 정량의 시료를 채취하도록 하는 기본 논리를 갖고 있다.

상기 시료채취기는 시료를 저장하는 수 리터에서 수 천 리터에 이르는 단일 용기 또는 다중의 용기가 들어있는 시료보관함과, 이에 연결되는 시료분배기로 구성되며, 시료분배기는 실시간으로 방류수를 저장하기 위해 배출원 수로 또는 측정하고자 하는 수로의 주요위치에 설치된 펌핑장치에 연결되거나 화학반응이 없는 수질오염계측기의 경우에는 수질오염계측기 배출부에 설치된다.

특히, 시료분배기는 시간적으로 채취 단위마다 저장용기를 달리하여 시료간에 오염이 되지 않도록 각각으로 시료를 저장하는 기능을 가지며, 연결된 저장용기의 수량에 따라 분배기의 저장단위 회전율 또는 개폐율을 달리하도록 구성된다. 상기 시료분배기의 회전율 및 개폐율을 제어하는 전동교반모터는 일차적으로 수질오염계측기에 연결되며 수질오염계측기의 전기적인 신호에 의해 저장단위마다 회전 또는 개폐되도록 하거나 일정한 회전 또는 개폐기능을 갖도록 입력된 제어신호에 의해 구동되도록 하여 임의의 시간에 시료가 채취할 수 있도록 하였다.

상기 펌핑장치는 측정하고자 하는 방류수를 연속으로 이송하는 연속가동펌프와, 필요시에만 구동되어 시료분배기로 방류수를 이송하는 불연속가동펌프로 구성된다. 또는 수질계측에 연결된 하나의 연속펌핑장치에 두 개의 이송경로를 갖는 제어밸브를 설치하고 필요에 따라 개폐함으로서 시료분배기에 시료를 운송하도록 하는 방식을 채택할 수 있다. 이들 펌핑장치 및 개폐밸브는 신호전송제어장치에 의해 미리 구성된 일정한 로직에 따라 제어받도록 구성된다.

상기 시료분배기에 연결된 저장용기는 저장용기 내부의 내용물을 교체하거나 희석하지 못하도록 역류 방지기능을 갖도록 구성되며 필요한 수량에 따라 최소 1개에서 수 십개 까지 설치할 수 있다.

아울러 채취된 시료의 저온보관을 위해 필요에 따라 냉동장치가 부착되는 일체형과 상온에서 관리되는 분리형의 시료보관함으로 구성되는 것도 가능하다. 이때, 저장용기의 온도는 신호전송제어장치에 연결되어 온도변화의 추이가 기록되도록 한다. 저장용기는 채취시료를 장시간 동안 저장하여도 수질오염 측정시 불순물이 추출되지 않도록 하는 PVC, PE, 유리, 스테인레스 등의 다양 다종한 제품으로 만들어지며 시료보관함에 보관된다.

상기 시료보관함은 수십 밀리리터에서 수십 리터의 용량을 갖는 다양한 크기의 저장용기를 하나 이상 보관할 수 있도록 공간을 가지도록 구성되며 시료보관함의 개폐 시에 개폐유무를 확인하고 통제가 되도록 하는 시건장치를 하도록 한다. 물론 시건장치의 임의 개폐시에는 개폐유무가 자동으로 신호전송제어장치에 전달되어 확인되도록 하였다.

이상과 같은 장치에 의해 구성된 수질오염계측기와 시료채취기는 실시간으로 현장을 감시하는 역할을 하며 오염배출원에서 오염원이 배출되었을 때 수질오염계측기의 신호가 다양한 원격관리장치에 접속되어 경보장치 또는 전화망 그리고 초고속 인터넷 등의 각종 통신망을 통하여 관리실의 관리자에게 전달되어 진다. 이에 따라 오염배출 현장으로부터 배출시간과 오염농도초과에 대한 오염배출 사실을 신호 또는 자료로 송신함과 동시에 현장에서 배출되는 오염원을 실시간으로 채취되게 함으로서 현장의 수질오염 배출상태를 무인으로 감시하고 관리할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 수계에 배출되는 오염원을 배출원에서부터 실시간적으로 감시하여 오염원의 배출시점과 농도를 확인하고 처리된 수질을 실험실적으로 분석하기 위한 객관적인 시료를 자동으로 확보함으로써, 오염원 배출자에 대한 수질규제준수를 위한 감시를 무인시스템으로 할 수 있는 효과가 있다.

이에 따라 시료채취를 위한 시간과 관리비용을 줄일 수 있으며 수질관리의 객관성을 달성할 수 있게 될 뿐 아니라 임의의 시료채취나 분석기기의 오차에 의한 분쟁의 소지를 막을 수 있게 한다.

따라서 본 발명의 관리시스템은 오염원의 무단방류를 차단하고 오염원 배출업소 및 수계의 수질관리를 효과적으로 수행할 수 있게 된다.

특히, 현장으로부터 멀리 떨어진 원거리에서 수질오염도을 관리할 경우에도 수질오염계측기에 의한 원격관리망과 실제 현장시료 확보에 따른 비교분석을 통한 객관성 확보를 가능하게 함으로서 원거리에서의 수질관리가 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 수계의 수질오염도를 측정하는 수질오염계측기와, 시료를 자동으로 채취하여 보관하기 위한 시료채취기와, 상기 수질오염계측기와 시료채취기를 포함하는 전 구성품을 제어하기 위한 신호전송제어장치를 포함하여 구성되며, 상기 시료채취기는 시료를 채취하기 위한 펌핑장치와, 채취된 시료를 각각의 저장용기에 분배하는 시료분배기와, 이 시료분배기에 연결되어 시료를 저장하는 저장용기가 구비된 시료보관함으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원거리 수질오염원의 실시간 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 수질오염계측기에서 측정된 배출수의 수질이 일정한 오염농도 이상을 초과한 경우 상기 신호전송제어장치를 통해 상기 시료채취기가 전기적인 신호를 전달받아 수계의 시료를 채취하도록 구동됨을 특징으로 하는 원거리 수질오염원의 실시간 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 시료채취기는 임의의 시간대를 설정하여 설정된 시간마다 일정량의 시료를 자동으로 채취하도록 하는 것을 특징으로 하는 원거리 수질오염원의 실시간 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템.
4. 제1항에 있어서, 수질오염계측기의 측정값에 따라 시료채취기가 구동되는 신호처리방식과, 임의의 시간마다 시료채취기가 구동되어 일정량의 시료를 자동으로 채취하도록 하는 신호처리방식을 결합하여 운영되는 것을 특징으로 하는 원거리 수질오염원의 실시간 수질관리 및 자동시료채취 통합시스템.