KR20100069368A - 무선 통신 및 자동 보정 기능을 갖춘 오폐수 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오폐수를 생물학적으로 정화시키는 오폐수 처리 장치로서, 센서부가 폭기조 내의 용존 산소 농도를 측정하고, 이 측정 결과에 따라 제어부가 블로어의 공기 공급량을 조절하여 폭기조의 용존 산소 농도를 일정하게 유지시키며, 또한, 상기 센서부의 내부 보정과 외부 보정을 자동으로 실행함으로써, 용존 산소 농도를 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 오폐수 처리 장치는 무선통신 유닛을 내장함으로써, 사용자가 원격으로 상기 오폐수 처리 장치를 제어하고 감시할 수 있다.

오폐수 처리, 용존 산소, 센서, 보정, 무선 통신

Description

무선 통신 및 자동 보정 기능을 갖춘 오폐수 처리 장치{Sewage treatment apparatus for implementing automatic calibration and radio communications}

본 발명은 오수 또는 폐수를 처리하는 오폐수 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 오폐수 처리 장치에서 수질을 측정하는 센서를 자동으로 보정할 수 있고, 센서의 측정 결과에 따라 오폐수의 생물학적 처리를 실행하는 장치에 관한 것이다.

산업화 및 도시화에 따라 오수, 폐수, 하수 등의 배출량이 증가하고 있으며, 이러한 오폐수가 적절히 처리되지 않고 배출될 경우, 하천 등에 심각한 오염을 초래하게 된다. 이러한 오폐수의 처리는 법에 의해 강제되고 있으며, 종래부터 여러 가지 처리 방법과 장치가 개발되어 왔다.

오폐수를 처리하는 방법으로서는 고체 액체 분리, 물리화학적 처리, 생물학적 처리 및 열처리 등이 있다. 이들 중에서 생물학적 처리는 미생물을 오폐수에 접촉시켜 처리하는 방법으로서, 산소의 공급 여부에 따라 호기성 처리와 혐기성 처리로 분류된다.

산소를 필요로 하는 호기성 미생물을 이용하는 호기성 처리의 경우, 그 유지 및 보수가 복잡하다는 문제가 있다. 특히, 폭기조(반응조) 내의 산소의 양을 일정하게 유지시키기 위하여, 센서를 이용하여 폭기조 내의 용존 산소(DO: Desolved Oxygen)의 농도를 정확하게 측정해야 하고, 이에 따라 블로어(blower)와 산기관(air diffuser) 등을 이용하여 산소의 공급을 조절해야 한다.

또한, 상기 폭기조 내에 설치된 센서는 장시간 사용한 후에는 감도 변화를 일으킬 수 있으므로, 적절한 주기로 센서를 보정해 주어야 정확한 농도 측정이 가능하다.

종래의 오폐수 처리 장치에서는 상기와 같은 산소 공급량의 조절이나 센서의 보정 공정을 사용자가 일일이 조작해야만 했다. 따라서 처리 작업이 번거롭고 센서의 보정 등에 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 생물학적으로 오폐수를 처리할 때에, 폭기조 내의 용존 산소 농도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 측정 센서의 보정을 자동으로 할 수 있는 오폐수 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 오폐수 처리 장치는 오폐수를 생물학적으로 정화시키는 장치로서, 처리할 오폐수를 수용하고 배출하는 폭기조와, 상기 폭기조 내에 설치되어 기포를 발생시키는 다수의 산기관과, 상기 산기관에 공기를 공급하는 블로어와, 상기 폭기조 내의 용존 산소 농도를 측정하는 센서부와, 상기 센서부의 측정 결과를 표시하고, 상기 센서부의 측정 결과에 따라 상기 블로어의 공기 공급량을 조절하여 상기 폭기조의 용존 산소 농도를 일정하게 유지시키고, 상기 센서부를 주기적으로 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 센서부는, 형광 물질이 코팅된 센서막과, 상기 센서막에 형광을 유발하는 제1 발광부와, 상기 제1 발광부의 주파수와는 다른 주파수의 광을 발생하는 제2 발광부와, 상기 제1 발광부 및 제2 발광부로부터 상기 센서막에 조사된 광을 수광하는 수광부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 발광부의 광에 의해 상기 수광부에서 감지된 광의 측정값과, 상기 제2 발광부의 광에 의해 상기 수광부에서 감지된 광의 측정값을 비교하여, 상기 센서막의 감도 변화를 보정할 수 있다.

상기한 오폐수 처리 장치는, 상기 폭기조로부터 오폐수를 추출하고, 추출된 오폐수의 용존 산소 농도를 상기 센서부와는 별개로 측정하여, 상기 센서부에 의해 측정된 용존 산소 농도와 비교함으로써, 상기 센서부를 외부적으로 보정하는 외부 보정 유닛을 더 포함할 수도 있다.

상기 외부 보정 유닛은, 상기 폭기조로부터 오폐수를 유입하여 저장하는 저장조와, 상기 저장조 내의 용존 산소 농도를 측정하는 보정용 센서와, 주변 대기의 온도 및 습도를 측정하는 온도 및 습도 센서와, 상기 보정용 센서의 초기값을 설정 하기 위하여, 센서 교정액과 공기를 선택적으로 상기 저장조에 유입시키는 밸브 구조를 포함할 수 있다.

또한, 상기한 본 발명의 오폐수 처리 장치에서 상기 제어부는 무선통신 유닛을 내장함으로써, 사용자가 원격으로 상기 오폐수 처리 장치를 제어하고 감시할 수 있다.

본 발명에 따른 오폐수 처리 장치는 생물학적으로 오폐수를 처리할 때에, 폭기조 내의 용존 산소 농도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 측정 센서의 내부 보정과 외부 보정을 모두 자동으로 실행함으로써, 센서가 용존 산소의 농도를 항상 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 무선 통신을 통해 원격으로 제어가 가능하므로, 사용자가 편리하게 오폐수 처리 작업을 제어 및 감시할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리 장치의 기능 블록도이다. 본 발명의 실시예에 다른 오폐수 처리 장치는 산기관(20)을 구비한 폭기조(10)에서 호기성 처리를 실행하는 것이다.

먼저, 폭기조(10)는 처리하고자 하는 오폐수가 수용되는 반응조이며, 여러 가지 전처리 과정을 거친 오폐수가 폭기조(10)에 유입된다. 오폐수는 폭기조(10)에서 미생물에 의해 생물학적으로 처리되어 다음 단계의 처리조로 배출된다.

폭기조(10)에는 다수의 산기관(20)이 설치되어 있으며, 이들 산기관(20)은 블로어(30)로부터 공기를 공급받아 기포를 발생시킨다. 즉, 블로어(30)와 산기관(20)에 의해 폭기조(10) 내에 산소가 공급된다.

센서부(40)는 폭기조(10) 내의 용존 산소(DO)의 농도를 측정한다. 본 실시예에서 센서부(40)는 광학식 센서(Optical sensor)로 구성하였다. 광학식 센서는 발광부, 수광부, 센서막을 포함하고 있으며, 효과적인 측정을 위하여 광 필터나 광 증폭기를 추가로 포함할 수도 있다.

제어부(50)는 센서부(40)로부터 측정된 용존 산소의 농도를 표시하고, 측정된 용존 산소의 농도에 따라 블로어(30)의 동작을 제어하여 산기관(20)에 의해 발생되는 기포의 양을 조절함으로써, 폭기조(10) 내에 적절한 양의 용존 산소가 유지될 수 있도록 한다.

상기 설명한 바와 같이, 폭기조(10) 내에서 용존 산소 농도가 일정하게 유지되게 되면, 폭기조(10) 내의 오폐수에 대한 생물학적 처리가 원활하게 이루어질 수 있다.

한편, 상기 센서부(40)의 표면에는 산소에 민감하게 반응하는 형광물질이 코팅된 센서막이 형성되어 있으며, 발광부로서는 LED를 수광부로서는 포토 다이오드를 사용할 수 있다. 발광부에 의해 450~480nm 대역의 광을 센서막에 조사하면 600nm 대역의 형광이 방출된다. 일반적으로 발광부에서 방출되는 광은 청색이고 형광 물질로부터 발산되어 수광부가 검출하는 광은 적색이다. 상기 센서막에 산소가 접촉하게 되면 형광 신호가 감소하게 되고, 수광부에서 측정되는 광량도 감소하게 된다. 이러한 원리로 센서부(40)가 폭기조(10) 내의 용존 산소 농도를 측정할 수 있다.

상기한 센서부(40)는 일정 기간이 경과하면 검정 또는 교정과 같은 보정이 필요하게 된다. 예를 들어, 센서부(40)의 센서막이 손상되면 형광 물질의 물리적 특성이 변화하게 되어 센서부(40)가 정확하게 용존 산소 농도를 측정할 수 없게 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 오폐수 처리 장치는 센서부(40)를 자체적으로 보정하는 내부 보정 기능을 내장하고 있다. 내부 보정은 센서막에 기인한 측정값의 변화를 보정하는 것으로서, 도 2에 내부 보정 방법을 도시하였다.

내부 보정을 위하여, 도 2에 나타낸 바와 같이, 센서부(40)는 형광을 유발하는 발광부(LS1)(41)와 함께 다른 주파수의 광을 발생하는 보정용 발광부(LS2)(42)를 추가로 구비하고 있다. 형광 유발용 발광부의 주파수를 v₁이라고 하고, 보정용 발광부의 주파수를 v₂라고 한다. 이들 발광부(41, 42)로부터의 광이 형광 물질이 코팅된 센서막(44)에 조사되고 수광부(43)에 의해 감지된다.

보정용 발광부(42)의 주파수(v₂)는, 형광 유발용 발광부(41)에 의해 상기 센서막(44)의 형광 물질에서 유발되는 형광 신호와 거의 유사한 주파수를 갖는다. 이에 따라, 보정용 발광부(42)의 광에 의해 수광부(43)에서 감지되는 신호는 산소의 농도와는 무관하고 센서막(44)의 물리적인 특성, 즉 형광 물질의 특성 변화에 의해서만 달라진다.

상기한 특성을 이용하여 센서부(40)를 내부 보정할 수 있다. 즉, 상기 보정용 광에 의해 감지되는 광의 측정값이 감소되면, 그 감소된 양에 비례하여 상기 형광 유발용 광에 의해 감지된 광의 측정값을 보정한다. 이러한 내부 보정에 의해, 센서막(43)의 감도가 저하되더라도 용존 산소 농도를 정확하게 측정할 수 있다.

상기한 센서부(40)의 내부 보정은 제어부(50)에 의해 조정된다. 제어부(50)는 일정한 주기마다, 예를 들어 매 시간마다, 상기 보정용 광을 센서막(43)에 조사하여 감지되는 광을 측정하고, 이 측정값을 기준으로 센서막(43)의 감도 저하에 따른 측정 광의 변화를 보정하게 한다.

한편, 상기한 센서막(43)의 감도 저하와는 다른 이유로 센서부(40)를 보정해야 하는 경우도 있다. 예를 들어, 상기 형광 유발용 발광부(41)에서 발생하는 광량 자체가 감소되면, 정확한 용존 산소 농도를 측정할 수 없게 된다. 이 경우에는 상기한 내부 보정 방법으로는 보정할 수 없다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 오폐수 처리 장치는 상기한 내부 보정과는 별도로 외부 보정을 실행할 수 있도록 하고 있다. 외부 보정은 상기한 폭기조(10)로부터 오폐수를 추출하고, 추출된 오폐수의 용존 산소 농도를 상기 센서부(40)와는 별개로 측정하여, 센서부(40)에 의해 측정된 용존 산소 농도와 비교함으로써, 센서부(40)를 외부적으로 보정하는 것이다. 외부 보정은 센서부(40)의 광원의 변 화를 보정하는 것으로서, 센서막(44)의 감도 변화를 보정하는 내부 보정과는 보정 내용이 다르다.

본 발명의 실시 예에 따른 오폐수 처리 장치는 외부 보정을 실행하는 외부 보정 유닛(60)을 내장하고 있으며, 도 3에 외부 보정 유닛(60)의 기능 블록도를 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 외부 보정 유닛(60)은 폭기조(10)로부터 오폐수를 유입하여 저장하는 저장조(61)와, 저장조(61) 내의 용존 산소 농도를 측정하는 보정용 센서(62)를 구비하고 있다. 저장조(61)에 오폐수를 유입하기 위해서, 상기 외부 보정 유닛(60)은 제어부(50)에 의해 그 동작이 제어되는 내장 펌프(도시하지 않음)와 밸브(63)를 포함할 수도 있다.

상기 외부 보정 유닛(60)에 의해 상기 오폐수의 용존 산소 농도를 측정하기 전에, 보정용 센서(62)를 자체 교정해야 한다. 즉, 상기 센서부(40)를 외부 보정하기 전에, 보정용 센서(62)의 초기값을 정확하게 설정해야 한다.

본 발명의 실시 예에서는 보정용 센서(62)의 초기값 설정을 위해서 2점 보정 방법을 사용한다. 이러한 2점 보정을 실행하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 외부 보정 유닛(60)은 주변 대기의 온도 및 습도를 측정하는 온도 및 습도 센서와(도시하지 않음), 센서 교정액(64)과 공기를 선택적으로 저장조(61)에 유입시키는 밸브 구조를 갖추고 있다. 이러한 밸브 구조에서 사용되는 밸브(65)는 상기한 오폐수 유입용 밸브(63)와 마찬가지로, 제어부(50)에 의해 그 동작이 제어되며, 이러한 밸브(63, 65)는 솔레노이드 밸브로 구현할 수 있다.

이하에서, 보정용 센서(62)의 2점 보정을 실행하는 방법에 대해 설명한다.

먼저, 내장 펌프를 가동하여 저장조(61)에 공기를 유입시켜 측정하고, 측정값을 현재의 습도 및 온도에 따른 산소 농도에 맞춤으로써 1점의 신호를 구한다 (습도 및 온도에 따른 공기의 포화도를 이용함).

다음으로, 용존 산소 농도가 영(zero)인 아황산나트륨 수용액(Na₂SO₃)을 저장조(61)에 센서 교정액으로서 유입시켜 측정함으로써, 용존 산소 농도가 영인 2점의 신호를 구한다.

상기와 같이 2점 보정을 실행함으로써, 보정용 센서(62)의 초기값을 설정하여 센서 교정이 완료되면, 상기 센서부(40)에 대한 외부 보정을 실행한다.

먼저, 내장 펌프를 사용하여 폭기조(10)로부터 직접 오폐수를 유입한다. 다음으로, 보정용 센서(62)로 용존 산소 농도를 측정하고, 제어부(50)에서 측정값을 기준으로 센서부(40)를 보정한다. 즉, 외부 보정 유닛(60)의 보정용 센서(62)에 의해 측정된 용존 산소 농도와, 폭기조(10)의 센서부(40)에서 측정된 용존 산소 농도를 비교하여, 상기 센서부(40)를 보정하게 된다.

이러한 외부 보정은 상기 제어부(50)에 의해 일정한 주기로, 예를 들어 매주 한 번씩 실행하도록 할 수 있다. 이러한 외부 보정을 실행함으로써, 센서부(40)의 두 광원의 비 균등 변화로 인한 편차가 조정되어, 용존 산소 농도를 정확하게 측정할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 오폐수 처리 장치에서는 내부 보정과 외부 보정을 모두 자동으로 실행함으로써, 항상 센서부(40)가 용존 산소 농도를 정확하게 측정할 수 있도록 하고 있다.

한편, 상기 제어부(50)는 무선통신 유닛을 내장하여, 센서부(40)의 측정 결과 및 보정 결과를 원격으로 송신할 수 있으며, 제어부(50)의 초기 설정 값이나 동작 명령을 사용자로부터 수신할 수 있다. 즉, 상기 오폐수 처리 장치와 멀리 떨어진 곳에 설치된 컴퓨터 등과 제어부(50)가 무선으로 통신함으로써, 사용자가 원격으로 오폐수 처리 장치를 제어하고 처리 상태를 감시할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시 예에서는 용존 산소 농도를 측정하는 센서로서 광학식 센서를 이용하고 있지만, 갈바닉(galvanic)이나 폴라로그래픽(polarographic)식의 센서를 사용할 수도 있다. 또한, 용존 산소 농도 이외에 용존 이산화탄소나 pH 등을 측정하는 것에 본 발명을 응용할 수도 있을 것이다.

본 발명은 상기한 바람직한 실시 예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시 예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시 예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 오폐수 처리 장치의 기능을 나타내는 블록도이다.

도 2는 도 1의 오폐수 처리 장치에서 센서부의 내부 보정 기능을 설명하는 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 외부 보정 유닛을 나타낸 블록도이다.

Claims (5)

1. 오폐수를 생물학적으로 정화시키는 오폐수 처리 장치에 있어서,

   처리할 오폐수를 수용하고 배출하는 폭기조와,

   상기 폭기조 내에 설치되어 기포를 발생시키는 다수의 산기관과,

   상기 산기관에 공기를 공급하는 블로어와,

   상기 폭기조 내의 용존 산소 농도를 측정하는 센서부와,

   상기 센서부의 측정 결과를 표시하고, 상기 센서부의 측정 결과에 따라 상기 블로어의 공기 공급량을 조절하여 상기 폭기조의 용존 산소 농도를 일정하게 유지시키고, 상기 센서부를 주기적으로 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 센서부는

   형광 물질이 코팅된 센서막과,

   상기 센서막에 형광을 유발하는 제1 발광부와,

   상기 제1 발광부의 주파수와는 다른 주파수의 광을 발생하는 제2 발광부와,

   상기 제1 발광부 및 제2 발광부로부터 상기 센서막에 조사된 광을 수광하는 수광부를 포함하고 있으며,

   상기 제1 발광부의 광에 의해 상기 수광부에서 감지된 광의 측정값과, 상기 제2 발광부의 광에 의해 상기 수광부에서 감지된 광의 측정값을 비교하여, 상기 센서부를 내부적으로 보정하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 폭기조로부터 오폐수를 추출하고, 추출된 오폐수의 용존 산소 농도를 상기 센서부와는 별개로 측정하여, 상기 센서부에 의해 측정된 용존 산소 농도와 비교함으로써, 상기 센서부를 외부적으로 보정하는 외부 보정 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 외부 보정 유닛은

   상기 폭기조로부터 오폐수를 유입하여 저장하는 저장조와,

   상기 저장조 내의 용존 산소 농도를 측정하는 보정용 센서와,

   주변 대기의 온도 및 습도를 측정하는 온도 및 습도 센서와,

   상기 보정용 센서의 초기값을 설정하기 위하여, 센서 교정액과 공기를 선택적으로 상기 저장조에 유입시키는 밸브 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어부는 무선통신 유닛을 내장하여, 사용자가 원격으로 상기 오폐수 처리 장치를 제어하고 감시하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리 장치.

Images