KR20120032148A - 정수 시스템의 여과 공정관리를 최적화하기 위한 미세입자 계수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수 시스템에서 여과 공정의 수질을 측정하는 방법에 있어서 세분화된 입자개수 및 잔류 염소, pH 및 온도를 측정하여 여과 공정의 관리를 계량화함으로서 여과지의 역세척 주기 결정, 막파과 감지 및 침전지의 응집제 투여량 결정을 통한 수질 공정수율을 향상하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 0.5㎛에서 400㎛까지의 입자를 세분화하여 개수하고, 잔류 염소, pH 그리고 온도를 실시간 온라인으로 측정한 후 데이터 융합을 통한 데이터 처리 과정을 통하여 상기의 목적을 실현 가능하게 함이 목적이다.
상기의 목적을 실현하기 위한 입자 계수 센서는 Light Extinction Detecting 기술과 Light Scattering Detecting 기술을 이용하여 0.5㎛부터 400㎛까지의 입자를 측정하고, AD 변환기와 DSP 프로세서를 이용하여 입자의 크기를 세분화한다. 그리고 시료 유속 제어기 (Sample Flow Controller)는 입자 계수 센서로 유입되는 여과수의 량을 정량화하여 입자 계수의 정확성을 확보한다.
또한, 잔류 염소, pH 및 온도를 상기의 입자 계수를 실시간 온라인으로 통합 측정하며, 측정된 데이터는 아날로그 출력 방식과 TCP/IP 통신을 이용하여 정수 시스템에 실시간으로 전송하여 입자 계수 시스템에 의한 여과 공정의 관리를 가능하게 한다.
센서의 오염에 의한 측정 데이터의 오차를 방지하기 위하여 Air 발생기와 초음파 발생기에 의한 클리닝 시스템을 채택하여, 주기적인 센서의 클리닝을 실시한다.
또한, 여과수 채수 장치는 여과 공정의 이상인한 Alarm 발생시 여과수를 채수하여 여과수의 정밀 분석 및 정확한 알람 발생의 원인 파악을 가능하게 한다.
[색인어]
정수 시스템, 여과 공정, 고도정수처리시스템, 막여과 공정, 활성탄, 미세입자, 미세입자 계수 시스템

Description

정수 시스템의 여과 공정관리를 최적화하기 위한 미세입자 계수 시스템{The Micro Particle Sizing ＆ Counter System for Improving Filtration Efficiency of Water Treatment Plant}

본 발명은 정수 시스템의 여과 공정관리를 최적화하기 위한 미세입자 계수 시스템에 관한 것으로, 여과 공정 중에 발생하는 원생 동물 및 유기물을 입자 계수기를 사용하여 검출 및 관리 하며, 여과 공정 이전 단계인 침전공정 단계에 투입된 응집제 투여량에 따른 pH 변화와 염소소독 후 발생하는 잔류 염소 그리고 수온의 변화를 측정하여 여과 공정을 관리 및 최적화하는 방법에 관한 것이다.

정수처리의 여과 공정은 물속의 현탁성 부유물질을 다공질층을 통하여 고액(固液) 분리하는 것으로 안정적인 정수처리를 위해 실시간으로 세밀한 수질모니터링이 요구된다. 과거 대부분 국내 정수장에서 여과수질관리를 위해 탁도계가 사용되고 있다.

정수처리 기술은 완속여과법과 급속여과법이 있으며, 현재는 완속여과법에서 급속여과법으로 그 기술이 발전하고 있다. 완속여과법에는 일반 정수 시스템과 고도 정수 시스템이 있으며, 급속여과법에는 막여과등이 있다. 급속여과법인 막여과는 0.1㎛가량의 구멍이 무수히 뚫려있는 1.3mm 두께의 합성수지 관을 통해 현탁물질과 병원성 미생물을 99.9％까지 제거하며, 막여과는 기존의 여과 공정보다 100배 이상 작은 물질도 걸러낼 수 있다.

최근 고시된 정수처리에 관한 기준에 따라 바이러스나 지아디아등 병원성 미생물의 누출 여부를 확인하기 위해 탁도계나 입자 계수기의 설치를 강화하고 있다. 그러나 탁도계는 수중의 탁질에 대한 정량적 모니터링에 불과하여 새로운 대처방법으로 입자 계수기가 사용되고 있는데, 입자분석은 입자의 크기와 개수를 측정하는 것으로 원생 동물 등 관심대상물질의 누출여부를 확인?판단하고 탁도보다 정밀하게 신뢰할 수 있는 자료를 제공한다.

또한 정수처리수의 살균방법으로, 정수처리수에는 물 속의 각종 세균 및 바이러스 등 불순물을 살균처리하기 위하여 소독을 하는데 우리나라에선 비용관계로 '염소소독법'을 사용하고 있다. 하지만, 염소소독은 Trihalomethanes (THMs) 및 기타 염소화합물을 생성시킬 소지가 많으며 이 염소화합물은 발암성이 인정되었으며 인간에게서도 발암가능성이 밝혀져 잔류 염소의 모니터링도 중요한 항목이다.

이외에, 응집제의 투여에 따른 pH의 변화와 강수량등 원수의 변화에 따른 수온은 여과수질 저하의 원인으로 정수 시스템의 여과 공정을 관리하기 위한 중요한 항목이다.

본 발명은 상기에 명시한 입자 계수, 잔류 염소, pH 그리고 수온에 대한 자료를 비교?평가하고, 분석 활용하여 응집제 투입에 따른 정수처리효율과 입자수에 비례한 역세척 주기설정에 관한 기초자료를 제공하여 병원성미생물에 대한 안전성을 보장하며, 막여과 공정중 발생하는 막파괴를 감지할 수 있다. 또한, 미세입자 계수 시스템에서 정수 시스템으로 자료를 전송하여 여과 공정의 관리 및 최적화에 기여한다.

본 발명의 입자 계수기는 입자의 크기 분포를 기존 장비의 32 채널 (Channel_에서 512 채널로 세분화하여 여과 공정중 발생하는 지아디아 및 바이러스등 관심대상물질의 누출여부를 확인?판단할 수 있는 자료를 제공함은 물론, 여과 공정의 발전에 따른 검출 능력 한계를 2㎛ 이상에서 0.5㎛ 이상으로 함에 목적이 있다.

또한, 입자 계수 데이터의 정확성 및 현장에서의 센서 관리를 용이하게 하기 위한 센서자동보정기능을 제공함은 물론 입자 계수, 잔류 염소, pH 그리고 수온을 실시간으로 온라인으로 분석, 통합?관리하는 기능 및 측정 데이터를 정수 시스템으로 전송하여 여과 공정의 제어가 가능함을 목적으로 한다.

본 발명의 입자 계수기에 사용되는 센서는 기존의 검출 (Detecting) 방식 중, Extinction 방식과 Scattering 방식을 이용한 Summation 기술을 사용하여 0.5㎛까지의 입자의 크기를 분석하며, PHA (Pulse Height Analyzer)와 DSP 프로세서를 사용하여 512 채널까지 입자의 분포를 세분화하며, 또한 센서의 자동보정을 가능하게 한다.

입자 계수기의 센서에 사용되는 레이저는 He-Ne 레이저 다이오드를 사용하여 센서를 소형화 및 세기 (Intensity)를 높여 데이터의 정확성을 확보한다.

아날로그-디지털 변환기 (Analog to Digital Converter)를 이용하여 입자 계수, 잔류 염소, pH 그리고 수온의 데이터의 포맷을 통일하여, 각 데이터를 통합 관리할 수 있게 한다.

여과 공정을 제어하기 위한 신호는 20 채널의 아날로그 출력 (Analog Output)과 이더넷 (Ethernet) 방식을 동시에 제공함으로써, 각 정수 시스템의 환경에 상관없이 데이터를 미세 입자 계수 시스템에서 정수 시스템으로 전송할 수 있게 하며, 정수 시스템은 전송된 데이터를 활용하여 여과 공정을 제어할 수 있다.

또한, 알람 기능을 제공하여 알람 발생 시점의 여과수를 정밀 분석할 수 있도록, 여과수를 채취?보관할 수 있도록 한다.

본 발명은 정수 시스템의 여과 공정관리를 최적화하기 위한 미세입자 계수 시스템으로 분석 제어함으로써 수질 저하 요인 파악 및 사전 인지를 특징으로 한다. 또한 인라인 모니터링 시스템으로 실시간 여과수 품질 관리를 통해 정수 시스템의 수질 및 정수 비용 절감 효과가 있다.

도 1은 입자 계수 시스템의 개략도이다.
도 2는 입자 계수 시스템의 구성 및 신호 처리도이다.
도 3는 광차단법과 광산란법을 병합한 Summation 측정 방식을 나타내는 도이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정수 시스템의 여과 공정관리를 최적화하기 위한 미세 입자 계수 시스템은 정수 시스템의 여과 공정관리를 최적화하기 위한 미세입자 계수 시스템으로 여과 공정에 온라인으로 연결하여 여과수질을 상시 실시간으로 모니터링하며, 측정된 입자 계수, 잔류 염소, 그리고 온도로 여과 공정을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징을 구현할 수 있는 정수 시스템의 여과 공정은 모래여과 공정, 활성탄여과 공정 그리고 막여과 공정으로서 각 여과 공정에서 분기된 샘플링 라인을 가지며, 샘플링 라인을 통해 상기 여과수의 입자 계수, pH, 잔류 염소 그리고 온도를 실시간으로 온라인 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기의 여과수 내의 미세버블을 제거하는 미세버블 제거장치, ③ 입자 계수 센서 (Particle Count Sensor)와 ⑨ 시료 유속 제어기 (Sample Flow Controller)에 의한 입자의 크기와 개수 측정, 염소소독 후의 잔류 염소를 측정하는 ⑥ 잔류 염소 센서, 침전공정에서 사용된 응집제의 투여량에 의한 pH변화를 측정하는 ⑤ pH전극, 그리고 여과수의 수온을 측정하는 ④온도 센서를 포함한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 잔류 염소 센서, pH전극 그리고 온도 센서의 오염을 방지하기 위해 ⑧ 초음파 발생기, ⑪ 에어 (air) 발생기, ⑫ 에어 밸브 그리고 ⑬ 에어 클리닝 밸브를 이용하여 각 전극의 클리닝을 주기적으로 실시하여 전극 오염에 의한 데이터 오차를 줄이는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 여과수 내의 입자의 크기 및 개수를 측정하는 센서는 도 3과 같이 Light Extinction과 Light Scattering Detector의 신호를 융합 (Summation)하여 0.5㎛에서 400㎛까지 측정하는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, Sizing Resolution은 512 채널로서 원생 동물 등 관심 대상 물질의 누출 여부를 확인 및 판단을 가능하게 함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 입자개수 측정의 정확성을 기하기 위해, 도 1에 도시된 ⑨ 시료 유속 제어기를 사용하여 ③ 입자 계수 센서로 유입되는 여과수의 유속을 일정하게 유지하는 것을 특징 으로 한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 각 센서들의 신호는 도 2의 AD 변환기와 DSP 프로세서를 이용하여 디지털화 하여 데이터 융합을 실현하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 도 2의 신호출력은 20 채널의 아날로그 출력과 TCP/IP 통신 규약을 이용한 출력을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 측정된 입자개수, 잔류 염소, pH 그리고 온도값을 이용한 여과지의 역세척 주기 결정, 막파괴 감지 및 침전지의 응집제 투여량 결정을 할 수 있는 데이터 제공을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치에 있어서 도 2의 알람 및 여과수 채수를 통한 정밀 분석용 여과수 샘플의 샘플링 장치의 제공을 특징으로 한다.

도 1은 정수 시스템의 여과 공정관리를 최적화하기 위한 미세입자 계수 시스템의 요약도로서, ① 여과수 IN을 통하여 유입된 여과수를 ② 미세 버블 제거 장치를 거치면서 여과수 내의 미세 버블을 제거한 후, ③ 입자 계수 센서와 ⑦ 교반 베셀 (Stirring Vessel)로 분기되어 ③ 입자 계수 센서에서는 입자의 크기와 개수에 대한 데이터를 취합하고, ⑦ 교반 베셀로 분기된 여과수는 그 베셀에서 잔류 염소, pH 그리고 수온에 대한 데이터를 취합하게 된다.

입자 계수, 잔류 염소, pH 그리고 수온의 측정값은 AD 변환기와 DSP 프로세서에 의해 디지털화 된 후, 데이터 융합 과정을 거쳐 정수 시스템으로 전송된다.

정수 시스템으로 전송되는 방식은 4에서 20 미리암페어로 전송하는 아날로그 출력 방식과 TCP/IC 통신 규약을 이용한 디지털 전송 방식으로 전송되며, 전송된 측정값을 활용하여 여과지의 역세척 주기 결정과 막파괴 감지 그리고 침전지의 응집제 투여량을 결정한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 입자 계수 시스템을 이용하여 여과수의 입자 계수, 잔류 염소, pH 및 온도를 실시간 온라인으로 측정하여, 그 측정값에 의한 역세척 주기 결정, 침전지의 응집제 투여량 결정 및 막파괴 감지 등을 통한 정수 시스템의 여과 공정 제어를 가능하게 함으로써 수질 및 정수비용절감을 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. Light Extinction 방식과 Light Scattering 방식을 채택한 입자 계수 센서.
2. 여과 공정 제어용 입자 계수 시스템.
3. 입자 계수, 잔류 염소, pH 및 온도에 의한 여과 공정 제어.

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