KR20060109083A - 상수도 관로 감시 방법 및 감시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상수도 관로에 비정상적으로 형성되는 적수(녹물), 흑수(녹물), 탁도를 감시할 수 있는 방법 및 그 감시장치에 관한 것이다. 본 발명의 상수도 관로 감시 방법 및 감시장치는 분광광도계(Spectrophotometer)의 원리를 응용한 것으로 흐르는 수돗물에 특정 파장의 빛을 조사시킨후 빛의 흡광도 변화를 측정함으로써 적수, 흑수 및 탁도를 측정하는 것이 특징이다.

수돗물(Tab water), 감시(Monitering), 흡광도(Absorbance), 적수(Red water), 탁도(Trubidity)

Description

상수도 관로 감시 방법 및 감시장치{The Method and Instrument for Monitering Tap water}

1. 펌프 2. 솔레노이드밸브(하부) 3. 감지장치 4. 솔레노이드밸브(상부) 5. 청수조 6. 오염수조

수돗물은 정수장으로부터 급수될 때는 오염이 없는 깨끗한 물이다. 그러나 관로의 노후, 공사중 파손 등 여러 가지 이유로 수요부에 급수될때 적수(녹물) 또는 흑수(검은 물) 또는 청수(파란 물) 또는 탁도가 높은 수돗물이 공급되는 경우가 발생한다. 그러나 현재 상수관로에서 직접 수돗물의 적수, 흑수, 탁도를 감시할 수 있는 수단이 없어 수요부로 오염된 물이 공급되는 경우가 있다. 따라서 적수, 흑수, 청수, 탁도가 높은 물 등이 발생할 경우 최종 사용자에게 수돗물이 공급되기 전에 감시하여 차단할 필요가 있다.

현재 알려진 감시 방법으로는 "상수도 관로 녹물 감시 및 경보장치"(대한민국 특허 등록번호 10-0372833)가 있다. 이 방법은 발광부와 수광부를 마주보게 하고 발광부에서 조사된 빛을 수광부에서 측정하도록 한 감시장치이다. 즉 이 발명의 기본 원리는 적수 등이 발생할 경우 광량의 변화가 발생한다는데 착안한 것으로 광량의 변화를 측정하는 것이다. 그러나 수돗물의 적수, 흑수, 청수, 탁도가 높은 물은 실제로 농도를 측정하여 보면 먹는물로는 부적합하지만 높은 농도는 아니다. 그러므로 이런 물과 깨끗한 물의 광량 차이는 매우 작다. 따라서 측정시에 오차가 발생할 확률이 높으며 낮은 농도에서는 작동되지 않을 가능성이 높다. 실제로 이 방법은 실용화되지 못하고 있다.

"건물용 취수탱크의 수질감지 경보장치"(대한민국 실용신안 출원번호 20-2000-0021838)에서는 건물용 취수탱크의 오염정도를 감시하는 발명을 하였다. 그러나 이 발명은 기존 상용화된 용존산소감지센서, 탁도감지센서, 산성도감지센서를 단순히 취수탱크에 설치한 것에 지나지 않으며 상수도 관로에 직접 부착하여 이용할 수 없다. 또한 이러한 각 센서 들은 농도가 매우 높은 경우에만 감지될 수 있는 센서들이다.

본 발명은 정확성이 높고, 기존 관로에 부착이 용이하며, 운전과 유지관리가 용이한 상수도 관로 감시 방법과 그 장치를 개발하고자 하였다. 그러기 위해서 본 발명자들은 분광광도계의 원리를 응용하였다. 본 발명의 감시장치는 낮은 농도에서 정확한 측정이 가능하여야 하며 또한 재현성 및 정밀성이 높아야 한다. 또한 상수도 관로에 부착되므로 장치의 크기도 작아야 하며 유지관리가 용이하여야 한다.

본 발명자들은 다년간 분광광도계와 수중에 함유되어있는 각종 오염물질을 분석하는 분석기술을 개발해왔다. 분광광도계는 특정 파장의 빛을 만들어 낼 수 있는 장치로 발광부, 수광부, 광학계, 소프트웨어로 구성된다. 분광광도계의 원리는 발광부에서 빛을 발광하면 광학부에서 원하는 특정 파장만을 선택하여 단일파장의 빛을 변환시키고 단일파장의 빛이 측정하고자 하는 물질을 투과한 후 수광부에서 검지되는 것이다. 공기를 기준으로 100% 투과도로 하고 측정하고자 하는 물질을 통과한 빛을 분석하면 투과도는 0내지 100%로 측정된다. 여기서 측정값을 투과도로 그냥 사용하여도 되지만 일반적으로는 흡광도로 연산하여 사용한다.

본 발명자들은 분광광도계의 원리를 이용하여 적수, 흑수, 청수, 탁도가 있는 수돗물과 깨끗한 수돗물을 구분할 수 있지 않을까 하는 아이디어로 190나노미터에서 1100나노미터 사이의 빛으로 10나노미터 씩 조절하면서 흡광도를 분석하여 보았다. 그 결과 적수의 경우 250나노미터내지 480나노미터에서, 흑수의 경우 측정한 전파장에서, 청수의 경우 500내지 900나노미터에서, 탁도의 경우 400내지 900나노미터에서 깨끗한 수돗물과 비교하여 확연하게 흡광도의 차이를 나타내는 것을 알게 되었다.

분광광도계의 경우 여러 파장의 빛이 섞여 나오는 광을 분광해서 단일 파장을 만들어야 하며 그러기 위해서는 분광장치가 필요하다. 또한 광원으로 사용되는 램프도 매우 부피가 크므로 현장에 부착시키기 어려운 단점이 있었다. 또한 일반적인 텅스텐 램프나 할로겐 램프는 수명이 약 3,000시간 이하로 매우 짧아 사후관리가 용이하지 않은 단점이 있었다. 따라서 본 발명자들은 광원으로 파장이 정해져 있는 발광다이오드(LED, Light Emitted Diode) 소자를 이용하고자 하였다. 발광다 이오드는 10만시간의 수명을 보증한다. 그림 1과 같은 장치를 구성하여 발광다이오드를 교체하면서 실험하였다. 그림 1의 장치는 전원을 공급하고 펌프를 켜면 원수조의 깨끗한 수돗물이 순환되도록 되어있다. 이때 오염수조의 밸브를 열면 적수 또는 흑수 또는 청수 또는 탁도가 있는 수돗물이 흐르게 되고 감시장치에서 정해준 흡광도값 이상으로 흡광도가 감지되면 원수조 쪽의 솔레노이드밸드가 닫히고 오염수조 쪽의 솔레노이드밸브가 열려 차단되도록 되어 있다. 실제 일반적으로 판매되는 발광다이오드의 파장은 365나노미터, 405나노미터, 525나노미터, 605나노미터, 670나노미터, 850나노미터, 880나노미터 등이다. 본 발명자들은 적수의 경우 365나노미터와 405나노미터의 발광다이오드를 흑수의 경우 7개 종류 모두를, 탁도의 경우 880나노미터의 발광다이오드를 사용하여 보았다. 그 결과 농도 1피피엠 일때 적수의 경우 흡광도를 기준으로 365나노미터에서는 0.120A이상의 차이를, 405나노미터에서는 0.080A의 차이를 나타내었다. 또한 흑수의 경우 880나노미터에서 흡광도 차이가 0.220A로 나타나 충분히 깨끗한 수돗물과 차이가 있는 것으로 나타났다. 청수의 경우 880나노미터에서 0.250A의 차이를 나타내었고, 탁도의 경우도 880나노미터에서 0.125A의 차이를 나타내었다. 감시장치는 일반적인 수도관에 구멍을 뚫고 오링으로 방수처리한 후 발광다이오드와 수광센서를 직접 삽입하였다. 발광다이오드와 수광센서는 일직선상에 있다 그러나 탁도를 측정할 경우는 발광다이오드에 대해 90도 내지 120도로 수광 각도를 조절할 수 도 있다. 이렇게 하는 것은 직접 투과된 빛을 측정하지 않고 산란광을 측정할 수도 있게 하기 위함이다.

수광센서는 실리콘포토다이오드를 이용한다. 수광센서에 읽히는 신호는 전류 값으로 매우 미세한 신호이다. 이 신호는 증폭기로 증폭시켜 이용하여야 한다. 증폭기로 신호를 증폭시키거나 흡광도로 연산하는 등의 과정은 전자회로 구성의 기본으로 어려움이 없다.

본 발명은 상수도 관로를 흐르는 물의 흡광도를 측정하는 것으로 수돗물의 속도에 따라 흡광도가 변화할 것이 예상되었다. 그러나 본 발명에서 구성한 장치에 수돗물 압력을 0.2내지 12kgf/㎠으로 변화시켜보아도 흡광도의 차이는 보이지 않았다.

본 발명의 장치는 오염된 수돗물의 흡광도 값을 설정할 수 있게 하여 설정치 이상으로 흡광도가 측정될 경우 전기신호를 발생하게 하였다. 전기신호는 부저를 울려 경보를 낼 수도 있으며, 솔레노이드밸브에 연결하면 수돗물을 차단할 수 도 있다. 또한 온라인 통신도 가능하다.

[도1]은 본 발명의 장치를 시현하기 위해 본 발명자들이 제작한 감시 장치에 대한 것이다. [도1]에서 5번은 깨끗한 수돗물이 담겨있는 청수조이고 6번은 오염된 수돗물이 담겨있는 오염수조이다. 통상적으로는 깨끗한 수돗물이 흐르는 것이 보통이다. 본 장치에서도 정상상태일때는 2번의 솔레노이드밸드가 청수조쪽이 열려있고 오염수조쪽이 잠겨있고 또한 4번 솔레노이드밸브도 청수조 쪽이 열려있고 오염수조 쪽이 잠겨있다. 따라서 깨끗한 수돗물은 청수조에서 솔레노이드밸브를 통과하고 3번 감지장치를 통과하고 다시 상부의 솔레노이드밸브를 통과하여 다시 원수조로 순환하게 되어있다. 여기서 임의적으로 오염된 수돗물을 흘려줄수 있게 하였다. 즉 2번 솔레노이드밸브를 청수조 쪽을 닫고 오염수조쪽을 열수 있도록 전기적 장치를 하였다. 오염수조 쪽의 솔레노이드밸브가 열리면 오염된 수돗물이 3번 감지장치로 통과되게 된다. 감지장치로 오염된 수돗물이 통과되면 수돗물의 흡광도 값이 변화되기 때문에 즉시 알람을 울리면서 자동으로 상부 솔레노이드배브의 청수조쪽 밸브를 닫고 오염수조 쪽의 밸브를 연다. 이렇게 하여 오염된 물을 배제시키는 것이다. 반대로 다시 깨끗한 수돗물을 흘리면 감지장치에서 흡광도 값을 인신하고 상부 솔레노이드밸브의 오염수조 쪽을 닫고 청수조 쪽을 열게 되어 있다. 이러한 원리는 현장에 수도관에 그대로 이용된다. 또한 감지장치에서 통신 등을 통해 중앙제어실로 신호를 보낼 수 도 있다.

본 발명은 상수도 관로의 적수, 흑수, 청수, 탁도가 높은 물을 감시할 수 있는 방법에 대한 것으로 본 발명이 이용되면 최종 수요부에 오염된 물이 공급될 가능성을 대폭 낮출 수 있어 국민 건강에 기여할 수 있고 또한 수돗물 불신도 해소할 수 있다. 본 발명을 이용하면 기존의 상수도 관로에 큰 변형없이 감시장치를 연결할 수 있어 경제적이다. 본 발명의 장치가 상수도 관로에 부착되면 오염된 물이 감지될 경우 수돗물을 차단하거나 회송시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 수돗물의 관로에서 발생할 수 있는 적수, 흑수, 청수, 탁도가 높은 물을 감시하는 데 있어서

   특정 파장을 갖는 빛을 상수도 관로로 흐르는 수돗물에 조사시켜 깨끗한 수돗물과 적수, 흑수, 청수 또는 탁도로 오염된 수돗물의 흡광도 차이를 측정하므로써 수돗물의 오염 상태를 감시하는 방법
2. 제1항에 있어서 적수의 경우 250나노미터내지 480나노미터, 흑수의 경우 190내지 1,100나노미터, 청수의 경우 500내지 900나노미터, 탁도의 경우 400내지 900나노미터 파장의 빛을 상수도 관로로 흐르는 수돗물에 조사시켜 흡광도를 측정하는 방법.
3. 제1항에 있어서 특정 파장의 발광다이오드와 수광센서로 구성되며 상수도 관로의 수돗물의 흡광도를 측정할 수 있고 오염된 수돗물의 흡광도 값을 설정할 수 있어 설정치 이상의 흡광도가 측정될 경우 전기신호를 낼 수 있는 장치

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