KR20110084052A - 하수 모니터링 시스템의 센서 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 하수 모니터링 시스템의 센서유닛은 재부에 중공부가 형성되며 이 중공부와 연통되는 용액 보축구가 형성된 센서 본체와, 상기 센서 본체의 내부에 설치된 리드전극과 연결되며 시료 용액의 염와이온 농도에 다라 전위가 변하는 작동전극체와, 상기 센서본체의 중공부에 지지되어 시료에 관계없이 일정한 전위가 인가되는 기준전극을 구비하며, 상기 센서본체의 하부측에 설치되는 촬영카메라와, 상기 작동전극의 표면과 촬영카메라의 렌즈가 하수에 의해 오염되는 것을 방지하는 세척 유닛을 구비한다.

Description

하수 모니터링 시스템의 센서 유닛{senser unit of sewage pipe monitoring system}

본 발명은 하수 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 하수관로의 촬영과 염소이온을 측정하여 하수관 및 이를 흐르는 하수의 상태를 감지할 수 있는 하수 모니터링 시스템의 센서 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 하수관거(下水管渠)는 여러 하수구에서 배출되는 하수를 모아 하수처리장으로 내려 보내는 하수도관을 말한다. 이러한 하수관거는 처리구역의 구배(기울기)에 따른 하수의 자연스런 흐름을 따라 설치되기 때문에 수형 형태로 배치된다. 그리고 하수관거는 지하에 매설되기 때문에 설치가 완료된 후에는 관거의 상태나 하수의 수질을 확인하기 어렵다. 또한, 하수관거내 하수의 수질을 측정하기 위해서는 많은 시간과 노력이 소요된다. 하수처리장은 하수관거의 최하류에 설치되어 하수 중에 포함되어 있는 오염물질을 물리, 화학 및 생물학적 방법으로 처리하여 자연 수계로 방류한다.

하수처리장의 처리효율은 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 오염도와 유량에 영향을 받는데, 특히 미생물을 이용하여 처리하는 경우에는 하수의 오염도가 너무 높은 경우뿐만 아니라 하수의 오염도가 너무 낮은 경우에도 처리효율이 떨어지게 된다. 따라서 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질과 유량은 가능한 한 균일하게 유지되는 것이 바람직하다.

그러나 하수관거를 통해 배출되는 하수는 시간의 경과에 따라 유량이 변동하고, 분류관식 하수관거를 설치한 경우에도 하수관에 하자가 있으면 외부로부터 오수나 지하수 또는 우수가 유입되어 하수의 수질이 변동하게 된다.

특히 하수처리장으로 유입되는 유입 하수의 수질과 유량이 급격히 변동하는 경우에 이를 미리 예측하여 하수처리장치의 운전 조건을 바꾸지 않으면 하수를 제대로 처리하지 못하고 방류하게 된다.

한편, 하수관거의 부실로 인해 발생하는 대표적인 현상은, 침입수와 유입수(Infiltration/Inflow) (또는 불명수)의 발생이다. 침입수란 하수관거에 파손이 생기거나 관 이음부 불량 및 연결관 접속 불량 등 관거 부실을 통하여 관내로 지하수 및 강우수가 침투하는 것을 말한다. 유입수란 맨홀의 봉합불량이나 우수받이, 지붕 홈통, 지하실 배수구 등이 관거 체계로 연결되어 관내로 강우수가 유입되는 것을 의미한다. 이러한 침입수 및 유입수는 하수관거 내의 유량을 증가시켜 통수 능력을 떨어뜨리고, 하수처리장의 하수 농도를 저하시켜 하수처리장치의 처리효율을 떨어뜨린다. 반대로, 누수는 지하수위가 하수관보다 낮게 내려갈 때 관거의 불량 부위로부터 하수가 새는 현상으로 지하수를 오염시키는 원인이 되고 하수처리장으로 유입되는 하수의 유량이 감소시켜 하수처리장의 처리효율을 떨어뜨린다.

이와 같이, 하수관거의 부실로 인한 침입수와 유입수의 유입은 하수의 수질과 유량 변동에 밀접한 관련이 있을 뿐만 아니라 하수처리장의 처리효율과도 밀접한 관계를 갖는다. 예를 들어, 축산폐수나 공장폐수 등 오염물질이 고농도로 포함된 폐수가 하수관거로 유입되면, 하수의 오염 농도가 급격히 증가하고, 지하수나 우수가 유입되면 하수의 오염 농도가 급격히 저하되게 된다. 따라서 하수관거상의 하수의 수질을 실시간으로 측정하여 하수처리장으로 유입되는 하수의 수질을 예측할 수 있는 수단이 요구된다.

종래 하수관거 모니터링 시스템은 하수관거의 처리구역에 강우량계, 유량측정기, 수위계, 전기전도도계 및 지하수위 관측장비와 같은 여러 종류의 현장 계측기를 구비하고 있고, 상기 현장 계측기들은 인터페이스 및 통신망 그리고 관리분석서버를 통하여 DB서버에 연결되어 있다. 이러한 종래의 하수관거 모니터링 시스템은 물 사용 평가방법, 일 최대-최소 유량평가방법, 일 최대유량 평가방법 및 야간생활하수 평가방법 등을 적용하기 위한 것으로서, 주로 하수의 유량 변동을 관측하고 이를 근거로 유입수와 유출수 그리고 누수량을 해석하기 위한 것이다.

그리고 이러한 종래의 하수관거 모니터링 시스템은 부분적으로 하수의 수질을 측정하기 위해서 전기전도도를 사용하였다.

그러나 전기전도도 측정기는 유기성 오염 물질뿐만 아니라 지하수나 우수에 많이 포함되어 있는 다른 이온 물질(Mg, Ca 등)에 민감하게 반응하기 때문에 하수의 수질을 정확하게 평가할 수 없었고, 별도로 하수를 채취하여, BOD나 COD 등 측

정 장비로 측정 분석한 후, 그 수질 분석 자료를 이용하여 전기전도도와 수질과의 관계를 평가하여야만 했다.

한편, 수중에 용해되어 있는 염소 이온(Cl-)은 시간이 지나도 변하지 않고, 일반 강우나 지하수(일부제외)에는 염소 이온이 거의 포함되어 있지 않다. 그러나 일반 강우나 지하수라도 인간 생활에 사용된 물(하수)에는 많은 양의 염소 이온이 포함된다. 즉, 사람(또는 가축)은 생존을 위해 반드시 소금을 섭취하기 때문에 사람이 사용한 물이나 음식물 또는 배설물에는 많은 양의 염소 이온이 포함되게 된다. 그리고 이러한 음식물이나 배설물은 목욕, 설거지, 세척, 청소, 세탁 또는 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 씻겨져서 하수로 흘러들어가게 된다. 따라서 하수 중의 염소 이온 농도는 그 물이 강우나 지하수와 같은 자연수인지 또는 사람이 쓰고 버린 하수인지 구별할 수 있게 한다. 또한, 하수 중의 염소 이온 농도는 하수의 오염도를 보여주는 지표로 사용될 수 있다. 따라서 하수 중의 염소 이온 농도를 실시간으로 측정하면 이를 근거로 하수처리장을 제어할 수 있게 된다.

대한민국 특허 출원 제 2006-0049577호에는 하수 중의 염소 이온농도와 유량을 이용하여 침입수 및 유입수의 종류와 그 위치 및 유량을 분석하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 하수관거상에 일정 거리 떨어져 설치된 유량측정기와, 상기 유량측정기를 통과하는 하수의 염소 이온 농도를 측정하기 위하여 설치된 염소 이온농도측정기를 이용하여, 각 측정지점별로 하수의 유량과 염소 이온농도를 측정하고, 하수의 유량과 염소 이온농도의 관계를 이용하여 침입수 및 유입 수의 종류, 위치 및 그 유량을 분석하는 것이다.

그리고 대한민국 공개특허 제 2002-0017067호에는 난용성 무기염형 염화이온 감응조성물, 이를 이용한 난용성 무기염형 염화이온 감응막의 제조방법 및 난용성 무기염형 염화이온 감응막을 이용한 선택성 전극이 개시되어 있다.

그러나 종래 기술은 침입수 및 유입수의 종류, 위치 및 그 유량를 분석하기 위한 것이고, 하수처리장으로 유입되는 하수의 수질과 유량을 예측하기 위한 시스템은 아니다. 아울러 전체 하수관거 설치지역으로부터 하수의 수질과 유량에 관한 정보를 정확하고 신속하게 측정하기 위해서 하수관거의 각 측정 지점마다 유량측정기와 염소 이온농도측정기를 각각 대응되게 설치하여야 한다.

이러한 이온농도 측정기는 하부관로내의 수위나 염소농도 측정 시 센서가 쉽게 오염되는 문제점이 있으며, 하수관로의 내부를 관찰할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하수관로 내부의 염소이온의 농도를 측정할 수 있으며, 하수관로의 관찰이 가능한 하수모니터링 시스템의 센서 유닛을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 센서 유니트와 촬영을 위한 카메라의 렌즈부위가 하수에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있는 하수 모니터링 시스템의 센서 유닛을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수 모니터링 시스템의 센서유닛은 재부에 중공부가 형성되며 이 중공부와 연통되는 용액 보축구가 형성된 센서 본체와, 상기 센서 본체의 내부에 설치된 리드전극과 연결되며 시료 용액의 염와이온 농도에 다라 전위가 변하는 작동전극체와, 상기 센서본체의 중공부에 지지되어 시료에 관계없이 일정한 전위가 인가되는 기준전극을 구비하며, 상기 센서본체의 하부측에 설치되는 촬영카메라와, 상기 작동전극의 표면과 촬영카메라의 렌즈가 하수에 의해 오염되는 것을 방지하는 세척 유닛을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 세척 유닛는 에어 펌프와, 에어 펌프와 연결되며 전기 접속부와 센서 본체를 통하여 촬영카메라의 렌즈와 작동 전극체의 표면과 대응되는 측으로 연장되는 에어 공급관과, 상기 에어 공급관의 단부에 설치되어 상기 촬영카메라의 렌즈와 작동 전극체의 표면으로 에어를 공급하기 위한 노즐을 구비한다. 상기 노즐은 상기 촬영카메라 렌즈와 작동전극체의 외주면에 설치되는 는 링형의 분기관들을 구비한다. 상기 분기관에는 상기 촬영카메라의 렌즈와 작동전극체로 에어를 공급하기 분사구가 형성된다.

본 발명의 하수 모니터링 시스템의 센서 유닛은 작동전극체와 촬영카메라의 렌즈를 세척할 수 있으므로 센서유닛에 의한 염화 이온의 농도 측정에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 관내를 선명하게 촬영할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하수 모니터링 시스템의 센서유닛을 개략적으로 나타내 보인 도면,
도 2은 본 발명의 노즐을 도시한 사시도.

본 발명에 따른 하수 하수 모니터링 시스템의 센서유닛의 일 실시예를 도 1및 도 2에 나타내 보였다. 도면을 참조하면, 상기 센서 유닛(10)은 중공부(21)가 형성되며 이 중공부(21)와 연통되는 용액 보충구(22)가 형성된 본체(20)와, 상기 본체에 설치되어 염화이온 선택성 전극을 구성하는 것으로, 상기 중공부(21)에 설치되는 기준전극(32)과 상기 본체(20)의 단부측에 설치되는 액체(하수)가 접촉되는 작동전극체(33)를 구비한다.

상기 작동전극체(33)는 시료 용액 중에 존재하는 염화이온의 농도에 따라 전위가 변하는 것으로, 이 작동전극체(33)는 AgNO3 , Na2 S 및 KCl 용액을 3:1:1.3의 몰비로 혼합하여 75℃의 온도를 유지하면서 1시간 정도 침전된 물질의 중량

비가 1.73:1인 Ag 2 S와 AgCl로 조성된 난용성 무기염형 염화이온 감응 조성물을 얻는 단계; 상기 Ag2 S와 AgCl의 난용성 무기염형 염화이온 감응 조성물을 80℃의 물과 아세톤으로 세척하여 여과하는 단계; 상기 여과된 Ag2 S와 AgCl의 난용성 무기염형 염화이온 감응 조성물을 70℃의 온도로 12시간 이상 건조시키는 단계; 및

상기 건조된 Ag2 S와 AgCl의 난용성 무기염형 염화이온 감응 조성물을 분말화시키는 단계; 및 상기 분말 상태의 Ag2 S와 AgCl의 난용성 무기염형 염화이온 감응 조성물을 약 0.5g 취하여 4∼5 ton/cm 2 의 압력으로 소정 형상의 난용성 무기염형 염화이온 감응막을 제조하는 단계를 수행하여 제조할 수 있다.

기준전극(31)은 시료 용액의 조건에 관계없이 항시 일정한 전위를 유지하는 것으로, 이 기준전극(31)은 은 (Ag), 팔라듐 (Pd), 구리 (Cu) 및 백금(Pt) 등의 금속선으로 구성 될 수 있으며, 또는 은/염화은, 수은/산화수은 등과 같이 금속층/난용성 금속층으로 구성될 수도 있다. 상기 은/염화은 전극은 온도에 대한 히스테리시스가 적고 고온까지 전위가 안정하므로 고온에서도 사용이 가능하다는 장점이 있다. 내부 기준용액과 작동전극체(33)은 조성이 다른 두 종류의 전해질 용액을 접촉시키면, 두 상중의 이온 활동도 차에 의해 접촉하고 있는 계면을 통하여 이온종의 확산이 일어난다. 이때, 전하의 기울기가 생겨 전위차가 발생하는데, 이 전위차를 액간접촉전위라 부른다.

용액의 화학 포텐셜이 다른 계 사이의 기전력을 측정할 경우 반드시 액체/액체 접촉이 생기기 때문에 이 전위차는 기전력 측정에서는 피할 수가 없다. 특히, 수용액계와 비수용액계의 액간에서는 이 전위차를 무시 할 수가 없다. 따라서, 가

능한 한 액간접촉전위를 무시할 수 있도록 하기 위하여 다량의 무관계 전해질을 공존시키는 방법으로 내부 기준용액은 양이온과 음이온의 이동도가 거의 유사한 포화염화칼륨 용액을 85∼95 중량%의 글리세롤 수용액에 포화될 때까지 첨가하여 제조한다.

상기 전기접속부(35)는 작동전극체(33) 및 내부 기준전극(31)을 포함하는 염화이온 선택성 전극을 외부의 전기적 측정장치와 전기적으로 연결하는 역할을 하며, 통상의 전선을 사용해 형성 할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 유닛은 하수 모니터링 시스템에 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있음은 물론, 저농도에서부터 고농도의 염화이온에 이르기까지 넓은 농도 범위의 염화이온에 대해 감응함으로 다양한 시료 조건에 대해 사용할 수 있으며, 전기 화학적 성질은 통상의 염화이온 선택성 전극보다 향상된 것이다.

그리고 상기 센서 본체의 하부에는 하수 관로의 내부를 촬영할 수 있는 촬영 카메라가 구비되는데, 이 촬영 카메라 하수에 의해 손상되지 않도록 방수처리되어 있다.

한편, 상기 센서 본체(20)에 설치되는 촬영카메라(40)의 렌즈(40) 부위와 작동전극체(33)는 세척 유닛(50)에 의해 주기적으로 세척된다. 이 세척 유닛(50)은 에어 펌프(51)와 , 에어 펌프(51)와 연결되며 전기 접속부(35)와 센서 본체(20)를 통하여 촬영카메라의 렌즈와 작동 전극체의 표면과 대응되는 측으로 연장되는 에어 공급관(53)과 , 상기 에어 공급관(53)의 단부에 설치되어 상기 촬영카메라의 렌즈와 작동 전극체의 표면으로 에어를 공급하기 위한 노즐(54)을 구비한다. 상기 노즐(54)은 상기 촬영카메라 렌즈와 작동전극체(33)의 외주면에 설치되는 링형의 분기관(54a)들을 구비하고, 이 분기관(54a)에는 상기 촬영카메라의 렌즈와 작동전극체로 에어를 공급하기 분사구(54b)를 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 하수 모니터링 시스템의 센서 유닛은 하수의 염소이온 농도를 정확하게 측정하여 하수관로 내로의 우수 또는 지하수의 유입 여부를 정확하게 모니터링 할 수 있다. 특히 촬영 카메라를 이용하여 하수 관로내부를 측정할 수 있으므로 하수관로 내부의 모니터링이 가능하다.

본 발명은 센서 유닛은 가종 하수가 흐르는 하수 모니터링 시스템 또는 염소 이온농도를 측정하기 위한 각종 산업현장에 널리 적용 가능하다.

Claims (2)

1. 길이 방향으로 중공부가 형성되며 이 중공부와 연통되는 용액 보축구가 형성된 센서 본체와, 상기 센서 본체의 내부에 설치된 리드전극과 연결되며 시료 용액의 염와이온 농도에 따라 전위가 변하는 작동전극체와, 상기 센서본체의 중공부에 지지되어 시료에 관계없이 일정한 전위가 인가되는 기준전극을 구비하며, 상기 센서본체의 하부측에 설치되는 촬영카메라와, 상기 작동전극의 표면과 촬영카메라의 렌즈가 하수에 의해 오염되는 것을 방지하는 세척 유닛을 구비하여 된 것을 특징으로 하수 모니터링 시스템의 센서 유닛.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 세척 유닛는 에어 펌프와, 에어 펌프와 연결되며 전기 접속부와 센서 본체를 통하여 촬영카메라의 렌즈와 작동 전극체의 표면과 대응되는 측으로 연장되는 에어 공급관과, 상기 에어 공급관의 단부에 설치되어 상기 촬영카메라의 렌즈와 작동 전극체의 표면으로 에어를 공급하기 위한 노즐을 구비하며,
   상기 노즐은 상기 촬영카메라 렌즈와 작동전극체의 외주면에 설치되며
   공기의 분사를 위한 분사구가 형성된 링형의 분기관들을 구비 하여 된 것을 특징을 하는 하수 모니터링 시스템의 센서 유닛.

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