KR20070074881A - 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정수처리과정에서 공정처리시설을 이용하여 상수도관망으로 유입되는 수도수의 CCPP 지수가 부식방지조건에 부합되도록 조절할 수 있는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템에 관한 것이다.
본 발명은 상수도관망으로 수도수가 유입되기 직전에 요구되는 CCPP 조건에 부합되도록 각종 약품투입을 정수처리공정의 전단계 즉 응집공정 이전 단계와 정수처리공정의 마지막 부문인 정수지 이전 단계에서 약품조절이 이루어진다. 먼저 전단계인 소석회와 탄산가스 투입으로 요구되는 CCPP 조건에 부합되도록 칼슘경도를 조절하여 칼슘경도 생성물인 소석회가 수중에서의 낮은 용해도 특성 때문에 미용해된 미세한 입자들이 남게 되어 탁도를 유발할 수 있다. 이러한 미세입자들은 응집공정 이후 침전공정, 사여과 및 활성탄공정을 지나면서 탁도 문제가 자연히 해결된다. 그리고 소석회 주입에 의해 물의 pH가 상승하여 응집제에 의한 응집효과를 저하시킬 수 있기 때문에 탄산가스를 주입하여 pH를 조절하게 된다. 이렇게 조절된 칼슘경도는 상수도관망 유입 직전까지 변화 없이 유지된다. 정수지 이전 단계에서는 CCPP 조건에 부합되도록 하기 위해 마지막으로 pH와 알칼리도를 조절하게 되는데, 탁도문제를 유발하지 않는 소다회와 탄산가스를 사용하게 된다.
상수도관, 소석회, 탄산가스, 소다회, 칼슘경도, 알칼리도, pH, 정수공정, 가성소다, 부식지수(CCPP)

Description

상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템 {System for controlling the quality of water real-time for reducing pipe corrosion in a water supply pipe}
도 1은 본 발명에 따른 수질제어시스템을 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 수질제어시스템의 소석회/소다회 주입장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 수질제어시스템의 탄산가스 주입장치의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 수질제어시스템의 제1약품조에서 약품제어를 위한 개념도,
도 5는 도 4에 따라 약품제어과정을 수질제어시스템에서 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 수질제어시스템의 제1약품조에서 약품주입량의 연산과정을 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 수질제어시스템의 제2약품조에서 약품제어를 위한 개념도,
도 8은 도 7에 따라 약품제어과정을 수질제어시스템에서 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 수질제어시스템의 제2약품조에서 약품주입량의 연산과정을 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 수질제어시스템의 감시제어서버와 연결되는 웹기반 시스템의 구성도,
도 11은 감시제어서버에서 제1단계제어 상태에서 해당 공정의 측정데이터를 그래픽으로 도시한 도면,
도 12는 감시제어서버에서 제1단계제어 상태에서 연산과정과 결과값을 수치로 나타낸 도면,
도 13은 감시제어서버에서 제2단계제어 상태에서 해당 공정상의 측정데이터를 그래픽으로 도시한 도면,
도 14는 감시제어서버에서 제2단계제어 상태에서 연산과정과 결과값을 수치로 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전오존조 20 : 응집조
30 : 침전조 40 : 사여과조
50 : 후오존조 60 : 활성탄조
70 : 정수조 100 : 제1약품조
110 : 소석회주입장치 200 : 제2약품조
210 : 소다회주입장치 PLC : 감시제어기
PC : 감시제어서버
본 발명은 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템에 관한 것으로, 특히 정수처리과정에서 공정처리시설을 이용하여 상수도관망으로 유입되는 수도수의 CCPP 지수가 부식방지조건에 부합되도록 조절할 수 있는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 물의 부식정도를 나타내는 지수로서, 랑겔리아 지수(Langelian Index)와 탄산칼슘침전능(CCPP; Calcium Carbonate Precipitation Potential)을 사용하여 상수도관을 흐르는 물의 부식정도를 확인할 수 있다. 수도관의 부식을 방지하기 위해 수질조절방법은 원수의 특성에 따라 Na2CO3, NaHCO3, NaOH+CO2, CaCO3, CaCO3+CO2+NaOH 등 약품을 달리 적용하고 있다.
수도수의 부식성지수인 CCPP 범위는 0 ~ 4ppm(CaCO3 농도표시)이지만, 국내 수도수의 CCPP는 대략 -10ppm(CaCO3 농도표시)로서 부식성이 매우 강하다. 따라서 CCPP를 부식방지 가능한 CCPP 범위까지 올리기 위해서는 pH, 알칼리도, 칼슘경도 등을 조절하여야 하며, 이를 위해 소석회(Ca(OH)2), 탄산가스(CO2), 소다회(Na2CO3), 혹은 가성소다(NaOH) 등의 약품을 투입하여야 한다.
기존에는 상수도관의 부식을 방지하기 위하여 정수장에서 사용되는 수질조절 방법으로, 최종 정수지에서 탄산가스와 소석회를 투입하여 pH, 알카리도, 칼슘경도를 조절하는 방법을 주로 채택하여 사용하고 있었다.
본 발명자는 계절의 원수수질 변화에 따른 약품주입량을 산정하여 2단계로 약품을 투입하여 수질을 조절하는 발명(특허 10-441169호)을 하였는데, 상기 발명은 정수공정상에서 약품주입에 따른 측정데이타 및 제어데이터를 실시간으로 모니터링하는데 장비가 구비되어 있지 않아서 필요에 따라 약품을 추가로 투입하는 피드백제어 또는 약품의 자동제어하는데 한계가 있었다.
이에 본 발명은 상술한 기존의 상수도관의 부식저감용 수질제어방법을 보다 개선한 것으로, 정수처리과정 상에서 수질변화에 따른 각종 데이타를 실시간으로 모니터링하여 안정된 수질을 유지하면서 원하는 수도수의 부식성지수가 되도록 약품의 자동제어할 수 있는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원수의 유량, pH/수온, 칼슘경도 및 알칼리도 각각의 측정값을 측정하는 제1수질측정수단과, 응집공정 이전에 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)를 제1약품조에 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하는 제1약품공급수단와, 상기 제1약품조에 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)를 주입한 이후 pH, 칼슘경도 및 탁도의 측정값을 측정하는 제2수질측정수단과, 활성탄여과공 정 이후에 유입되는 처리수에서 유량, pH/수온 및 알칼리도 각각의 측정값을 측정하는 제3수질측정수단과, 정수지 직전의 공정에서 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 제2약품조에 주입하여 pH 및 알칼리도를 조절하는 제2약품공급수단와, 상기 제2약품조에 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 주입한 이후 pH, 칼슘경도, 알칼리도, 탁도 및 TDS 각각의 측정값을 측정하는 제4수질측정수단과, 상기 제1수질측정수단에서 유량, pH/수온, 칼슘경도, 알칼리도 각각의 측정값을 전달받아 연산하여 제1약품공급수단에 제어신호를 전송하고, 상기 제3수질측정수단에서 유량, pH/수온 및 알칼리도 각각의 측정값을 전달받아 연산하여 제2약품공급수단에 제어신호를 전송하는 감시제어기 및, 상기 감시제어기에 통신케이블을 통하여 접속되고, 데이터입출력 프로그램과 감시제어기 프로그램을 통하여 상기 감시제어기의 실시간 측정데이터를 수집하고 제어데이터를 전송하면서 동작을 제어하는 감시제어서버를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 수질제어시스템을 첨부한 예시도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 수질제어시스템은 크게 하드웨어와 소프트웨어로 나눌 수 있다. 상기 하드웨어는 감시제어기(PLC), 감시제어서버(PC), 항목별 수질측정기 등으로 이루어져 있고, 상기 소프트웨어는 PLC 프로그램, 데이터입출력 프로그램, 데이 터파일 프로그램 및 HMI(Human Machine Interface) 프로그램으로 이루어져 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 수질제어시스템을 도시한 구성도이다.
본 발명에 따른 수질제어시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 유입수(원수, 활성탄수)의 정수공정 중에서 유량, pH/수온, 칼슘경도, 알칼리도, 탁도, TDS 등의 측정값을 측정하는 제1,2,3,4수질측정수단과, 소석회(Ca(OH)2), 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 공급하는 제1,2약품공급수단과, 제1,2약품공급수단에 제어신호를 전송하는 감시제어기(PLC) 및 감시제어서버(PC)를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 수질제어시스템은 원수가 전오존조(10), 응집조(20), 침전조(30), 사여과조(40), 후오존조(50), 활성탄조(60), 및 정수조(70)로 유입되는 정수설비에서, 상기 전오존조(10)와 응집조(20) 사이에 구비된 제1약품조(100)에 소석회와 탄산가스를 주입하여 칼슘경도와 pH를 1차로 조절하고, 상기 활성탄조(60) 다음에 구비된 제2약품조(200)에 소다회와 탄산가스를 주입하여 알칼리도와 pH를 2차로 조절하도록 되어 있다. 그리고, 감시제어기(PLC)와 감시제어서버(PC)를 통하여 제2수질측정수단에서 칼슘경도 및 pH가 설정기준값에 맞지 않을 경우 추가로 소석회와 탄산가스를 주입하도록 피드백제어 하도록 되어 있다. 또한 제4수질측정수단에서 알칼리도와 pH가 설정기준값에 맞지 않을 경우 추가로 소다회와 탄산가스를 주입하는 피드백제어 하도록 되어 있다.
상기 제1수질측정수단은 전오존조(10)의 공급라인(12)에 차례로 배치되어, 원수의 유량을 측정하는 유량계(Q1), pH을 측정하는 pH미터(pH1), 칼슘경도를 측정 하는 칼슘경도계(Ca1) 및, 알카리도를 측정하는 알칼리도계(Alk1)를 포함하고 있다. 그리고, 원수의 수온을 측정하는 수온계(Temp1)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1수질측정수단은 정수공정의 전단에서 유입되는 원수에 대한 기초데이터로서 유량, pH/수온, 칼슘경도 및 알칼리도를 측정하는 것이다. 상기 유량계(Q1), pH미터(pH1), 수온계(Temp1), 칼슘경도계(Ca1) 및, 알칼리도계(Alk1)에서 측정된 측정값은 감시제어기(PLC)를 통하여 감시제어서버(PC)에서 모니터링 된다.
상기 제1약품공급수단은 제1약품조(100)에 소석회주입장치(110)와 탄산가스주입장치(120)를 통해서 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)를 정량적으로 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하도록 되어 있다.
소석회(Ca(OH)2)를 주입할 경우, 수질은 칼슘경도와 알칼리도 성분이 함께 증가하게 된다. 즉 Ca(OH)2 1mg/L 주입시 칼슘경도와 알칼리도는 각각 1.35 mg CaCO3/L 씩 증가하게 된다.
수질의 변화를 화학식으로 나타내면 아래의 식 (1) 및 (2)로 표시된다.
Ca(OH)2 --> Ca2 + + 2OH- ...............(1)
CaO +H2O --> Ca(OH)2 .................(2)
한편, 알칼리도가 부족한 수질인 경우, 응집효과를 촉진시키기 위해 알칼리도를 보충하게 되면, 수중에 주입된 응집제와 반응하여 Al(OH)3의 양이 증가하게 되 고 이 량이 증가하게 되면 응집효율이 증가하게 된다. 이때의 수질은 아래의 식(3)과 같다.
Al2(SO4)318H2O + 3Ca(HCO3)2 --> 2Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2 +18H2O.........(3)
탄산가스(CO2)를 주입하는 이유는, 소석회(Ca(OH)2)를 주입할 경우 수중의 칼슘경도 및 알칼리도 성분 증가시킬 뿐만 아니라 pH를 동반 상승시키므로, 지나친 pH상승을 방지하기 위함이다.
탄산가스(CO2) 주입시 수질의 변화를 화학식으로 나타내면 식 (4) 및 식 (5)으로 표시된다.
Ca(OH)2 + 2CO2 --> Ca2 + + 2HCO3 -..............(4)
CO2+H2O --> H+ + HCO3 -........................(5)
상기 소석회주입장치(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 용해조(112a)와 교반기(112b)를 구비하여 소석회(Ca(OH)2)분말을 1～5％ 용액으로 유지하는 자동용해부(112)와, 상기 용해조(112a)에 저장된 소석회(Ca(OH)2)용액을 순환시키는 순환펌프(114) 및 순환조(116)와, 상기 순환조(116)로부터 소석회(Ca(OH)2)용액을 일정한 양으로 공급하는 정량펌프(118)로 구성되어 있다. 이러한 소석회주입장치(110)는 감 시제어기(PLC)가 상기 정량펌프(118)를 제어하여 제1약품조(100)에 소석회(Ca(OH)2)용액을 정량적으로 주입하게 된다.
그리고, 상기 탄산가스주입장치(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가스저장용기(122), 압력계(124), 탄산가스유량계(126) 및 신호컨버터(128)로 구성되어 있다. 이러한 탄산가스주입장치(120)는 감시제어기(PLC)가 상기 탄산가스유량계(126)를 제어하여 제1약품조(100)에 탄산가스를 정량적으로 공급하게 된다.
상기 제2수질측정수단은 제1약품조(100)에 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)를 주입한 이후 수질의 pH, 칼슘경도 및 탁도를 측정하기 위하여, 응집조(20)의 공급라인(22)에 설치되어 pH를 측정하는 pH미터(pH1′), 사여과조(40)의 공급라인(42)에 설치되어 칼슘경도를 측정하는 칼슘경도계(Ca1′)와 탁도를 측정하는 탁도계(Turb1) 및, 사여과조(40)의 배출라인(44)에 설치되어 탁도를 측정하는 탁도계(Turb2)를 포함하고 있다. 여기서, 상기 pH미터(pH1′), 칼슘경도계(Ca1′) 및 탁도계(Turb1,Turb2)에서 측정된 측정값은 감시제어기(PLC)를 통하여 감시제어서버(PC)에서 모니터링 된다.
상기 사여과조(40)의 공급/배출라인(42,44)에 각각 탁도계(Turb1,2)를 구비하고 있는데, 제1약품조(100)에 공급되는 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)와, 응집조(20)에 공급되는 응집제의 주입에 따른 수질이 침전조(30), 사여과조(40)를 거치면서 변화되는 것을 정밀하게 측정하기 위함이다.
상기 제3수질측정수단은 활성탄조(60)의 배출라인에서 원수의 유량, pH/수온 및 알카리도 각각을 측정하는 유량계(Q2), pH미터(pH2), 수온계(Temp2) 및 알칼리도계(Alk2)를 포함하고 있다. 여기서, 상기 유량계(Q2), pH미터(pH2) 및, 알칼리도계(Alk2)에서 측정된 측정값은 감시제어기(PLC)를 통하여 감시제어서버(PC)에서 모니터링 된다.
상기 제2약품공급수단은 제2약품조(200)에 소다회주입장치(210)와 탄산가스주입장치(220)를 통해서 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 정량적으로 주입하여 알칼리도와 pH를 조절하도록 되어 있다.
소다회(Na2CO3)를 주입할 경우, 수질은 알칼리도와 Na 성분이 함께 증가하게 된다. 즉 Na2CO3 1mg/L 주입시 알칼리도는 0.94 mg CaCO3/L, Na는 0.4 mg Na/L 증가하게 된다.
수질의 변화를 화학식으로 나타내면 아래의 식 (6)으로 표시된다.
Na2CO3 --> 2Na+ + CO3 2 -....................(6)
한편, 소다회 이외에도 수질의 특성을 고려하여 가성소다나 소석회를 이용하여 주입할 수 있다.
탄산가스(CO2)를 주입하는 이유는, 소다회(Na2CO3)를 주입할 경우 수중의 알칼리도 성분 증가시킬 뿐만 아니라 pH를 동반 상승시키므로, 지나친 pH상승을 방지하기 위함이다. 특히 유입수가 알칼리도가 낮아 소다회 농도가 높을 경우 pH상승이 크게 되므로 탄산가스(CO2)를 주입하여 상승된 pH를 목표값으로 조절하는 것이다.
상기 소다회주입장치(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 용해조(212a)와 교반기(212b)를 구비하여 소다회(Na2CO3)분말을 4～10％ 용액으로 유지하는 자동용해부(212)와, 상기 용해조(212a)에 저장된 소다회(Na2CO3)용액을 순환시키는 순환펌프(214) 및 순환조(216)와, 상기 순환조(216)로부터 소다회(Na2CO3)용액을 일정한 양으로 공급하는 정량펌프(218)로 구성되어 있다. 이러한 소다회주입장치(210)는 감시제어기(PLC)가 상기 정량펌프(218)를 제어하여 제2약품조(200)에 소다회(Na2CO3)용액을 정량적으로 주입하게 된다.
상기 탄산가스주입장치(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가스저장용기(222), 압력계(224), 탄산가스유량계(226) 및 신호컨버터(228)로 구성되어 있다. 이러한 탄산가스주입장치(220)는 감시제어기(PLC)가 상기 탄산가스유량계(226)를 제어하여 제2약품조(200)에 탄산가스를 정량적으로 공급하게 된다.
상기 제4수질측정수단은 상기 제2약품조(200)에 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 주입한 이후 수질의 pH, 칼슘경도, 알칼리도, 탁도 및 TDS를 측정하기 위하여, 정수조(70)의 공급라인(72)에 설치되어 pH를 측정하는 pH미터(pH3), 칼슘경도를 측정하는 칼슘경도계(Ca2), 알칼리도를 측정하는 알칼리도계(Alk3), 탁도를 측정하는 탁도계(Turb3) 및 총용존고형물질을 측정하는 TDS미터(TDS)를 포함하고 있다. 여기서, 상기 pH미터(pH3), 칼슘경도계(Ca2), 알칼리도계(Alk3), 탁도계(Turb3) 및 TDS미터(TDS)에서 측정된 측정값은 감시제어기(PLC)를 통하여 감시제어 서버(PC)에서 모니터링 된다.
상기 감시제어기(PLC)는 칼슘경도, 알칼리도 및 pH에 대한 1차목표값을 설정하고 상기 제1수질측정수단에서 유량, pH/수온, 칼슘경도, 알칼리도 각각의 측정값을 수신하여 목표값으로 조절되도록 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)의 정량적 주입량을 연산하여 제1약품공급수단에 제어신호를 전송하는 1단계제어와, 알칼리도 및 pH에 대한 목표값을 설정하고 상기 제3수질측정수단에서 유량, pH/수온 및 알칼리도 각각의 측정값을 수신하여 2차목표값으로 조절되도록 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)의 정량적 주입량을 연산하여 제2약품공급수단에 제어신호를 전송하는 2단계제어를 하도록 되어 있다.
상기 감시제어기(PLC)는 상기 제2수질측정수단에서 pH 또는 칼슘경도의 측정값이 기댓값과 맞지 않을 경우, 상기 제1약품조(100)에 소석회(Ca(OH)2) 및/또는 탄산가스(CO2)를 추가로 공급하도록 상기 제1약품공급수단에 피드백 제어신호를 전송하도록 되어 있다. 또한, 상기 제4수질측정수단에서 알칼리도 또는 pH의 측정값이 기대값과 맞지 않을 경우, 상기 제2약품조(200)에 소다회(Na2CO3) 및/또는 탄산가스(CO2)를 추가로 공급하도록 상기 제2약품공급수단에 피드백 제어신호를 전송하도록 되어 있다.
상기 감시제어서버(PC)는 상기 감시제어기(PLC)에 통신케이블(RS-232C)을 통하여 접속되어 있고, 상기 감시제어기(PLC)의 동작을 제어하도록 되어 있다.
본 발명에 따른 수질제어시스템의 소프트웨어로서 PLC 프로그림 및 데이터입출력 프로그램을 이용한 제1단계 및 제2단계 약품제어에 관한 연산과정을 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 제1약품수단을 통하여 제1약품조(100)에서 소석회 및 탄산가스가 정량적으로 공급되는 제1단계 약품제어과정을 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 감시제어기(PLC)에서 계절에 따른 유입수(원수)의 칼슘경도와 pH 목표값을 설정하고(스텝①), 제1수질측정수단으로부터 유입수(원수)의 측정값으로 유량, 칼슘경도 및 알칼리도와 pH/수온을 수신 받고(스텝②), 상기 목표값으로 조절하기 위하여 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2) 주입량의 연산을 수행하며(스텝③), 연산결과에 따라 제1약품공급수단으로부터 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)를 정량적으로 주입하며(스텝④), 제1약품조(100)에 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)의 주입에 따른 제2수질측정수단으로부터 유출수(약품처리수)의 칼슘경도 및 pH의 측정값을 수신(스텝⑤)을 받도록 되어 있다. 여기서, 제2수질측정수단에서 pH 또는 칼슘경도의 측정값이 목표값에 맞지 않을 경우에는, 감시제어기(PLC)에서 목표값과 측정값이 동일하도록 피드백제어(스텝⑥)하여 추가적으로 소석회(Ca(OH)2) 및/또는 탄산가스(CO2)를 정량적으로 주입하도록 되어 있다.
도 6을 참조하여 제1약품조(100)에서 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)의 주입량을 결정위한 연산과정을 설명한다.
소석회 및 탄산가스의 주입량을 결정위한 연산과정에 이용되는 항목은 아래의 표 1에 도시되어 있다.
<표 1>
항 목 단 위 표시기호
목표값 칼슘경도 알칼리도 pH mg CaCO3/L mg CaCO3/L - DECa1 DEAlk1 DEpH1
약품농도 소석회 % Ca(OH)2
유입수측정값 pH 칼슘경도 알칼리도 수온 유량 - mg CaCO3/L mg CaCO3/L ℃ ㎥/h pH1 Ca1 Alk1 Temp1 Q1
유출수측정값 칼슘경도 pH mg CaCO3/L - Ca1' pH1'
도 6에 도시된 바와 같이, 감시제어기(PLC)에서 제1수질측정수단으로부터 유입수(원수)의 유량, pH/수온, 칼슘경도 및 알칼리도를 도출하고(스텝①), 유입수(원수)의 칼슘경도, pH 및 소석회용액 농도의 목표값을 설정하며(스텝②), 유입수(원수)의 칼슘경도와 알칼리도, 칼슘경도의 목표값을 이용하여 목표 알칼리도값을 결정한다(스텝③). 여기서, 조건으로 수식 DEAlk1=(Alk-Ca1)+DECa1 에서, DECa1값이 Ca1값보다 클 경우 그대로 DECa1를 사용하고, DECa1값이 Ca1값보다 적을 경우에는 DECa1값은 Ca1값을 사용하도록 되어 있다. 그 후 소석회주입량과 탄산가스주입량을 결정한다(스텝④,⑤). 여기서, DEAlk1값과 Alk1값을 사용하여 소석회 주입농도가 산정되고, 소석회주입양은 약품농도와 유입수(원수)의 유량(Q1)을 사용하여 계산된다. DECt1값과 Ct1값을 이용하여 탄산가스 주입농도가 산정되고, Ct(Total Carbon Carbon)값은 pH값과 Alk값을 이용하여 계산되며, 탄산가스 주입량은 유입수(원수)의 유량(Q1)과 수온(Temp1)을 사용하여 계산된다. 상기 스텝⑤에서 DECt1값 계산식은 DEpH1 및 DEAlk1값이 이용되고, Ct1값에는 pH1 및 Alk1값이 이용된다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 제2약품수단을 통하여 제2약품조(200)에서 소다회 및 탄산가스가 정량적으로 공급되는 제2단계 약품제어과정을 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 감시제어기(PLC)에서 활성단조(60)를 거친 유입수의 알칼리도와 pH 목표값을 설정하고(스텝①), 제3수질측정수단으로부터 유입수의 측정값으로 유량, 알칼리도 및 pH/수온을 수신 받고(스텝②), 상기 목표값으로 조절하기 위하여 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2) 주입량의 연산을 수행하며(스텝③), 연산결과에 따라 제2약품공급수단으로부터 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 정량적으로 주입하며(스텝④), 제2약품조(200)에 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)의 주입에 따른 제4수질측정수단으로부터 유출수(약품처리수)의 알칼리도 및 pH의 측정값을 수신(스텝⑤)을 받도록 되어 있다. 여기서, 제4수질측정수단에서 알칼리도 및 pH의 측정값이 목표값에 맞지 않을 경우에는, 감시제어기(PLC)에서 목표값과 측정값이 동일하도록 피드백제어(스텝⑥)하여 추가적으로 소다회(Na2CO3) 및/또는 탄산가스(CO2)를 정량적으로 주입하도록 되어 있다.
도 9를 참조하여 제2약품조에서 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)의 주입량을 결정위한 연산과정을 설명한다.
소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)의 주입량을 결정위한 연산과정에 이용되는 항목은 아래의 표 2에 표시되어 있다.
<표 2>
항 목 단 위 표시기호
목표값 알칼리도 pH mg CaCO3/L - DEAlk2 DEpH2
약품농도 소다회 % Na2CO3
유입수 측정값 pH 알칼리도 수온 유량 - mg CaCO3/L ℃ ㎥/h pH2 Alk2 Temp2 Q2
유출수 측정값 알칼리도 pH mg CaCO3/L - Alk3 pH3
도 9에 도시된 바와 같이, 감시제어기(PLC)에서 제3수질측정수단으로부터 유입수의 유량, pH/수온 및 알칼리도를 도출하고(스텝①), 유입수의 알칼리도, pH 및 소다회용액 농도의 목표값을 설정하며(스텝②), 소다회주입량과 탄산가스주입량을 결정한다.(스텝③,④). 여기서, DEAlk2값과 Alk2값을 이용하여 소다회 주입농도가 산정되고, 소다회 주입양은 약품농도와 유입수의 유량(Q2)을 사용하여 계산된다. DECt2값과 Ct2값을 이용하여 탄산가스 주입농도가 산정되고, Ct(Total Carbon Carbon)값은 pH값과 Alk값을 이용하여 계산되며, 탄산가스 주입량은 유입수의 유량(Q2)와 수온(Temp2)을 사용하여 계산된다. 상기 스텝④에서 DECt2값 계산식은 DepH2 및 DEAlk2값이 이용되고, Ct2값에는 pH2 및 Alk2값이 이용된다.
본 발명에 따른 수질제어시스템의 전체 입력신호는 통신케이블(RS232)을 통하여 감시제어기(PLC)로부터 입력되는 신호와 총용존 고형물질을 측정하는 TDS미터로부터 입력되는 신호로 구분할 수 있다. 전체 제어용 입력채널과 출력채널은 아래 의 표 3 내지 표 5에 표시되어 있다. 그리고, 소프트웨어와 감시제어기(PLC) 및 TDS미터에 대한 통신설정은 아래의 표 6에 표시되어 있다.
<표 3> PLC 입력채널
입력 채널 PLC Address 입력
Q1 DT510 4~20mA
pH1 DT511 4~20mA
Alk1 DT512 4~20mA
Ca1 DT513 4~20mA
Ca1' DT514 4~20mA
Turb 1 DT515 4~20mA
Turb 2 DT516 4~20mA
pH3 DT517 4~20mA
Alk3 DT520 4~20mA
Alk2 DT521 4~20mA
Q2 DT522 4~20mA
pH2 DT523 4~20mA
Turb 3 DT524 4~20mA
pH1' DT525 4~20mA
Ca2 DT526 4~20mA
Temp 1 DT527 PT-100
Temp 2 DT528 PT-100
<표 4> TDS유니트 입력채널
입력 채널 입력 장비 입력
TDS TDS Unit RS232 ASCII
<표 5> PLC 출력채널
출력 채널 PLC Address 출력
CO2-1 DT540 4~20mA
Ca(OH)2 DT541 4~20mA
CO2-2 DT542 4~20mA
Na2CO3 DT543 4~20mA
COAGULANT DT544 4~20mA
<표 6>
구 분 PLC TDS
COM Port 1 2
Baudrate 19200 9600
Mode ASCII ASCII
Parity ODD EVEN
Stopbit ONE TWO
Flow Control DTR, RTS DTR, RTS
도 10은 본 발명에 따른 수질제어시스템의 감시제어서버와 연결되는 웹기반시스템의 구성도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 감시제어서버(PC)는 감시제어기(PLC)와 통신케이블(RS-232C)을 통하여 접속되어 있고, PLC 프로그램을 통하여 감시제어기(PLC)의 동작을 제어하도록 되어 있다.
그리고, 상기 감시제어서버(PC)는 데이터입출력 프로그램을 통하여 감시제어기(PLC)의 실시간 데이터를 수집하고 제어데이터를 전송하도록 되어 있고, 데이터파일저장 프로그램을 통하여 감시데이터 및 제어데이터를 데이터베이스화하여 저장하도록 되어 있다.
또한, 상기 감시제어서버(PC)는 데이터통신 서버기능을 구비하여, 다른 서버에서 직접 웹기반 관리 프로그램을 통하여 감시데이터 및 제어데이터를 저장한 데이터베이스에 접근 가능하도록 되어 있다.
도 11은 감시제어서버에서 제1단계제어 상태에서 측정데이터를 그래픽으로 도시한 도면이다.
감시제어서버(PC)는 HMI 프로그램을 통하여, 각종 측정데이터, 연산데이타 등을 사용자가 화면을 통하여 쉽게 확인할 수 있도록 수치적으로 표시하고 되어 있다. 즉 도 11과 같이, 감시제어서버(PC)의 MIMIC화면에서 1단계제어에서 측정되는 항목별 수질측량값과 약품주입량이 수치적으로 표시된다.
도 12는 감시제어서버에서 제1단계제어 상태에서 연산과정과 결과값을 수치로 나타낸 도면이다.
감시제어제어서버(PC)에서 사용자가 STAGE1을 선택하면, 감시제어기(PLC)로부터 실시간으로 전달되는 각종 데이터를 기초로 연산결과값을 수치적으로 확인할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, (1)은 입력 파라미터로서 목표 칼슘경도, 목표 pH, 첨가되는 소석회농도, 탄산가스주입비율, 응집제주입농도를 표시하고 있고, (2)는 제1수질측정수단으로부터 측정된 유입수(원수)의 유량, pH/수온, 칼슘경도 및 알칼리도를 표시하고 있으며, (3)은 (1)과 (2)의 데이터를 통해 연산과정을 수행하고 결과값 즉 소석회와 탄산가스 주입농도를 표시하고 있고, (4)는 피드백에 관한 보정값을 표시하고 있으며, (5)는 제2수질측정수단으로부터 측정된 유출수(약품처리수)의 pH 및 칼슘경도, 탁도 측정치를 표시하고 있다.
도 13은 감시제어서버에서 제2단계제어 상태에서 측정데이터를 그래픽으로 도시한 도면으로서, 감시제어서버(PC)의 MIMIC화면에서 2단계제어에서 측정되는 항목별 수질측량값과 약품주입량이 수치적으로 표시된다.
도 14는 감시제어서버에서 제2단계제어 상태에서 연산과정과 결과값을 수치로 나타낸 도면이다.
감시제어제어서버(PC)에서 사용자가 STAGE2을 선택하면, 감시제어기(PLC)로부터 실시간으로 전달되는 각종 데이터를 기초로 연산결과값을 수치적으로 확인할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, (1)은 입력 파라미터로서 목표 알칼리도, 목표 pH, 첨가되는 소다회농도(수질특성을 고려하여 가성소다나 소석회 사용시 용액농도 표시), 탄산가스주입비율을 표시하고 있고, (2)는 제3수질측정수단으로부터 측정된 유입수의 유량, pH/수온 및 알칼리도를 표시하고 있으며, (3)은 (1)과 (2)의 데이터를 통해 연산과정을 수행하고 결과값 즉 소다회와 탄산가스 주입농도를 표시하고 있고, (4)는 피드백에 관한 보정값을 표시하고 있으며, (5)는 제4수질측정수단으로부터 측정된 최종 유출수의 pH, 칼슘경도, 알칼리도, 탁도 및 TDS의 측정값을 표시하고 있으며, (6)은 최종 처리수의 수질 데이터를 이용하여 부식지수인 CCPP와 LI값을 표시하고 있다.
이상에서 설명한 바와 같은, 본 발명에 따른 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템에 의하면, 계절적으로 변경되는 원수의 수질 정수공정 거칠 때 수질변화를 실시간으로 모니터링하여 해당 약품을 자동으로 주입함으로써 안정된 수질을 유지하면서 원하는 부식성 지수인 CCPP 조건을 유지할 수 있게 된다. 또한, 단계별로 약품을 주입하고 또한 필요할 경우 피드백제어를 통하여 추가로 약품을 주입함으로써 해당공정에 미치는 영향을 최소화하면서 정수능력을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템은 각종 하드웨어와 소프트웨어를 이용한 PC기반시스템을 사용함으로써 작업자가 수질제어현장에서 전체 수질변화를 모니터링하면서 필요할 경우 목표값을 변경하여 약품공급량을 자동으로 수정할 수 있다.
또한, 웹기반시스템을 사용함으로써 감시제어서버에서 저장한 데이터베이스화한 정보를 사용자가 장소에 관계없이 인터넷을 통하여 열람할 수 있게 되는 것이다.

Claims (10)

  1. 원수의 유량, pH/수온, 칼슘경도 및 알칼리도 각각의 측정값을 측정하는 제1수질측정수단과,
    응집공정 이전에 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)를 제1약품조에 주입하여 칼슘경도와 pH를 조절하는 제1약품공급수단와,
    상기 제1약품조에 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)를 주입한 이후 pH, 칼슘경도 및 탁도의 측정값을 측정하는 제2수질측정수단과,
    활성탄여과공정 이후에 유입되는 처리수에서 유량, pH/수온 및 알칼리도 각각의 측정값을 측정하는 제3수질측정수단과,
    정수지 직전의 공정에서 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 제2약품조에 주입하여 pH 및 알칼리도를 조절하는 제2약품공급수단와,
    상기 제2약품조에 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)를 주입한 이후 pH, 칼슘경도, 알칼리도, 탁도 및 TDS 각각의 측정값을 측정하는 제4수질측정수단과,
    칼슘경도, 알칼리도 및 pH에 대한 목표값을 설정하고 상기 제1수질측정수단에서 유량, pH/수온, 칼슘경도, 알칼리도 각각의 측정값을 수신하여 목표값으로 조절되도록 소석회(Ca(OH)2) 및 탄산가스(CO2)의 정량적 주입량을 연산하여 제1약품공급수단에 제어신호를 전송하고, 알칼리도 및 pH에 대한 목표값을 설정하고 상기 제 3수질측정수단에서 유량, pH/수온 및 알칼리도 각각의 측정값을 수신하여 목표값으로 조절되도록 소다회(Na2CO3) 및 탄산가스(CO2)의 정량적 주입량을 연산하여 제2약품공급수단에 제어신호를 전송하는 감시제어기 및,
    상기 감시제어기에 통신케이블을 통하여 접속되고, 데이터입출력 프로그램과 감시제어기 프로그램을 통하여 상기 감시제어기의 실시간 측정데이터를 수집하고 제어데이터를 전송하면서 동작을 제어하는 감시제어서버를 포함하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시제어기는, 상기 제2수질측정수단에서 pH 또는 칼슘경도의 측정값이 기댓값에 맞지 않을 경우, 상기 제1약품조에 소석회(Ca(OH)2) 및/또는 탄산가스(CO2)를 추가로 공급하도록 상기 제1약품공급수단에 피드백 제어신호를 전송하도록 된 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시제어기는 상기 제4수질측정수단에서 알칼리도 또는 pH의 측정값이 기대값에 맞지 않을 경우, 상기 제2약품조에 소다회(Na2CO3) 및/또는 탄산가스(CO2) 를 추가로 공급하도록 상기 제2약품공급수단에 피드백 제어신호를 전송하도록 된 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1약품공급수단은,
    용해조와 교반기를 구비하여 소석회(Ca(OH)2)분말을 1～5％ 용액으로 유지하는 자동용해부와, 상기 용해조에 저장된 소석회(Ca(OH)2)용액을 순환시키는 순환펌프 및 순환조와, 상기 순환조로부터 소석회(Ca(OH)2)용액을 일정한 양으로 공급하는 정량펌프로 구성된 소석회주입장치와,
    가스저장용기, 압력계, 탄산가스유량계 및 신호컨버터로 구성된 탄산가스주입장치를 포함하고,
    상기 소석회주입장치 및 탄산가스주입장치는 상기 감시제어기에 의해 각각 제어되는 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2약품공급수단은,
    용해조와 교반기를 구비하여 소다회(Na2CO3)분말을 4～10％ 용액으로 유지하 는 자동용해부와, 상기 용해조에 저장된 소다회(Na2CO3)분말용액을 순환시키는 순환펌프 및 순환조와, 상기 순환조로부터 소다회(Na2CO3)분말용액을 일정한 양으로 공급하는 정량펌프로 구성된 소다회주입장치와,
    가스저장용기, 압력계, 탄산가스유량계 및 신호컨버터로 구성된 탄산가스주입장치를 포함하고,
    상기 소다회주입장치 및 탄산가스주입장치는 상기 감시제어기에 의해 각각 제어되는 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 소석회주입장치와 상기 소다회주입장치는 감시제어기가 정량펌프를 제어하여 약품이 정량적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 탄산가스주입장치는 감시제어기가 탄산가스유량계를 제어하여 탄산가스가 정량적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시제어서버는 HMI 프로그램을 통하여 상기 감시제어기로부터 실시간으로 올라오는 측정데이타 및 연산데이터를 화면에 표시하면서 모니터링가능하고, 필요할 경우 목표값 및 약품조건을 수정하여 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 감시제어서버는 데이터저장 프로그램을 통하여 감시데이타 및 제어데이터를 데이터베이스화하여 저장하도록 된 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 감시제어서버는 데이터통신 서버를 구비하여, 다른 서버에서 직접 웹기반 관리프로그램을 통하여 상기 데이터베이스에 접근 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 상수도관의 부식저감용 실시간 수질제어시스템.
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