KR20150144001A - 다파장 분석법을 이용한 cod 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 원수와 증류수의 혼합비를 달리하여 농도 변화시킨 혼합수를 샘플셀에 공급하고 흡광도를 측정하는 단계에서 흡광도 측정시 시료의 농도 및 종류에 따라 자외선 영역 내의 다수의 파장 성분들을 선택적으로 적용하여 선형성을 나타내는 특정 파장을 이용하여 측정 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 원수와 증류수의 혼합비를 달리하여 농도를 변화시킨 혼합수를 샘플셀에 공급하고 흡광도를 측정하는 단계에서 흡광도 측정시 시료의 농도 및 종류에 따라 자외선 영역 내의 다수의 파장 성분들을 선택적으로 적용하여 선형성을 나타내는 특정 파장을 이용하여 COD를 측정함으로써, 다파장 분석법에 의해 COD 측정 정밀도가 향상될 뿐만 아니라, 지속적인 모니터링을 통하여 수질의 변화에 신속하게 대응하여 효율적인 수질 측정이 가능하다. 또한, 실시간 모니터링하여 설정값 이상으로 오염이 발생할 경우 세정을 자동적으로 수행함으로써 수질 내 유기 오염 물질을 실시간 정밀하게 연속적으로 측정할 수 있고, 균일성이 확보된 하수 및 배출수 뿐만아니라 균일성이 확보되지 않은 시료에서도 다파장 선택이 가능하여 더욱 정확한 COD측정이 가능하다.
Description
본 발명은 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 원수와 증류수의 혼합비를 달리하여 농도 변화시킨 혼합수를 샘플셀에 공급하고 흡광도를 측정하는 단계에서 흡광도 측정시 시료의 농도 및 종류에 따라 자외선 영역 내의 다수의 파장 성분들을 선택적으로 적용하여 선형성을 나타내는 특정 파장을 이용하여 측정 정밀도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법에 관한 것이다.
현재의 주된 수질관리 방법은 하·폐수의 발생을 억제하는 기술보다 발생된 하·폐수를 처리하는 기술에 주로 초점이 맞추어져 있다. 상수원의 보호를 위해서는 하·폐수의 처리도 중요하지만, 상수원의 오염원이 될 수 있는 부분의 실시간 모니터링이 보다 중요한 문제이다.
현재 수질환경 분야에서 하천 등의 수질을 측정하기 위해선 측정하고자 하는 지점의 시료를 채취한 후 분석을 위하여 시료를 연구소 등의 실험기기를 구비한 장소로 운반하여 측정하거나, 제한된 인자들에 대하여서는 센서들을 이용하여 수질조사가 이루어지고 있다.
이러한 기존의 습식법에 의한 수질분석방법은 결과를 얻기까지 소요되는 시간이 길고, 수작업과 약품이 요구되는 등의 이유로 실시간으로 수질을 관리하기는 어렵다. 특히, 화학적 산소 요구량(Chemical oxygen demand; COD), 부유고형물(Suspended solids; SS)의 농도를 검사하는 방법은 시간과 인력을 많이 소모하며, 기존의 습식법으로는 실시간으로 현장에서 검사하기가 어려운 단점을 안고 있다.
따라서, 보다 간편하며 실시간으로 수질의 상태를 확인할 수 있는 장치가 요구되고 있으나, 아직까지 국내의 연구 및 적용사례는 미흡한 실정이다.
광학기술은 화학분석과 수질분석에 이용되어 왔으며, 시료와 빛의 상호작용을 해석하는 것에 기초를 두고 있는데, 최근 온라인으로 측정이 가능한 모니터링에 대한 관심이 높아지고, 온라인 광학장치가 개발되면서 그 화학분석과 수질분석에 광학기술의 이용 가능성이 주목되고 있다. 광학기술의 장점은 빠른 응답속도와 다양한 분석이 가능한 점, 운전비용이 적은 점에 있다.
광학적 방법으로 수중의 용존유기물을 정량하는 방법은 이미 여러 나라에서 연구되어 왔으며, 그 예로 1910년에 디에나트(Dienart)가 지표수를 대상으로 형광특성에 관한 연구를 시작했다. 지표수중의 휴믹물질과 유기물의 총 유기 탄소(Total Organic Carbon; TOC)와 시료의 형광특성사이의 상관관계에 대한 연구가 바우만(Baumann) 등에 의해 진행되었다.
그러나 이와 같이, 종래의 기술로는 수질의 실시간 동시 측정 및 모니터링이 어려우며, 광학기술을 이용하여 수질지표 인자의 다항목을 실시간으로 동시 측정하는 데에는 아직 더 많은 연구가 필요한 실정이다.
이러한 점을 개선하기 위하여, 한국 등록특허 제10-0622,074(2006.09.01)호에는 시료에 빛을 조사하는 광원(1), 광원으로부터 나온 빛을 집광하는 집광부(2), 측정하고자 하는 시료가 흐르는 플로우 셀이 장착된 측정부(3), 측정부에서 생성된 형광과 산란광을 광학센서를 이용하여 측정하고, 측정된 데이터를 컴퓨터로 전송하는 분광 장치(4), 전송된 데이터를 자동연산하여 수질을 분석하는 컴퓨터(5) 및 시료를 주입하는 시료주입 모타 (6)로 이루어짐을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 장치가 개시되어 있다.
이 기술에 의하면 실시간으로 신속하게 시료를 측정한 결과를 제공하는 이점이 있어, 하천 혹은 하수처리 시설의 원수 및 처리수 등에 적용하여 종합적인 수질관리를 효율적으로 수행할 수 있으나, 지속적인 관리와 처리 강도 등이 더 효율적으로 개선될 필요성이 있다.
본 발명자들은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들이 개선되고, 더욱 정확한 COD값을 측정하는 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법을 개발하기 위하여 예의 연구한 결과, 후술하는 바와 같이 원수와 증류수의 혼합비를 달리하여 농도를 변화시켜 샘플셀에 혼합수를 공급하여 상기 흡광도를 측정하는 단계에서 흡광도 측정시 시료의 농도 및 종류에 따라 자외선 영역 내의 다수의 파장 성분들을 선택적으로 적용하여 선형성을 나타내는 특정 파장을 이용하여 COD를 측정해본 결과, 다파장을 이용하여 COD 측정 정밀도가 향상될 뿐만 아니라, 지속적인 모니터링을 통하여 수질의 변화에 신속하게 대응하여 효율적인 수질 측정이 가능함을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은, 일면에 있어서,
다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법에 있어서,
a) 원수 탱크와 증류수 탱크에서 정량펌프를 이용하여 원수와 증류수 양을 조절하여 혼합 탱크로 공급함으로써 혼합수의 농도를 변화시켜 샘플셀에 공급하고, 레퍼런스셀에는 증류수를 공급하는 단계;
b) 더블빔 방식으로 분배된 광원을 샘플셀과 레퍼런스셀에 각각 통과시키는 단계;
c) 듀얼 스위치를 이용하여 광을 선택하고 선택된 광을 광결합 케이블에서 빛을 순차적으로 분광기로 이동시켜 흡광도를 측정하는 단계;
d) 상기 측정된 흡광도를 컴퓨터로 전송하여 특정 샘플에 대한 선형성이 나타나는 특정 파장 영역을 선택하는 단계; 및
e) 선택된 특정 파장 영역을 이용하여 다중회귀분석으로 COD값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 의하면 원수와 증류수의 혼합비를 달리하여 농도를 변화시킨 혼합수를 샘플셀에 공급하고 흡광도를 측정하는 단계에서 흡광도 측정시 시료의 농도 및 종류에 따라 자외선 영역 내의 다수의 파장 성분들을 선택적으로 적용하여 선형성을 나타내는 특정 파장을 이용하여 COD를 측정함으로써, 다파장 분석법에 의해 COD 측정 정밀도가 향상될 뿐만 아니라, 지속적인 모니터링을 통하여 수질의 변화에 신속하게 대응하여 효율적인 수질 측정이 가능하다.
또한, 실시간 모니터링하여 설정값 이상으로 오염이 발생할 경우 세정을 자동적으로 수행함으로써 수질 내 유기 오염 물질을 실시간 정밀하게 연속적으로 측정할 수 있고, 균일성이 확보된 하수 및 배출수 뿐만아니라 균일성이 확보되지 않은 시료에서도 다파장 선택이 가능하여 더욱 정확한 COD측정이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법의 개략도이다.
도 2는 저농도(1~10ppm)의 표준용액을 이용한 농도별 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 고농도(20~300ppm)의 표준용액을 이용한 농도별 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 다파장 분석법을 이용한 표준용액의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 다파장 분석법을 이용한 광주천의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 다파장 분석법을 이용한 전남 나주 승촌보의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 다파장 분석법을 이용한 전남 영암 하수처리장의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 8은 표준용액의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 광주천의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 전남 나주 승촌보의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 전남 영암 하수처리장의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 저농도(1~10ppm)의 표준용액을 이용한 농도별 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 고농도(20~300ppm)의 표준용액을 이용한 농도별 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 다파장 분석법을 이용한 표준용액의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 다파장 분석법을 이용한 광주천의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 다파장 분석법을 이용한 전남 나주 승촌보의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 다파장 분석법을 이용한 전남 영암 하수처리장의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 8은 표준용액의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 광주천의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 전남 나주 승촌보의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 전남 영암 하수처리장의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
본 발명은, 일면에 있어서,
다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법에 있어서,
a) 원수 탱크와 증류수 탱크에서 정량펌프를 이용하여 원수와 증류수 양을 조절하여 혼합 탱크로 공급함으로써 혼합수의 농도를 변화시켜 샘플셀에 공급하고, 레퍼런스셀에는 증류수를 공급하는 단계;;
b) 더블빔 방식으로 분배된 광원을 샘플셀과 레퍼런스셀에 각각 통과시키는 단계;
c) 듀얼 스위치를 이용하여 광을 선택하고 선택된 광을 광결합 케이블에서 빛을 순차적으로 분광기로 이동시켜 흡광도를 측정하는 단계;
d) 상기 측정된 흡광도를 컴퓨터로 전송하여 특정 샘플에 대한 선형성이 나타나는 특정 파장 영역을 선택하는 단계; 및
e) 선택된 특정 파장 영역을 이용하여 다중회귀분석으로 COD값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법은 원수와 증류수의 양을 달리하여 농도를 다양하게 변화시켜 샘플셀에 공급하여 흡광도를 측정하고 선형성을 나타내는 특정 파장을 선택하여 다중회귀분석을 통해 COD 농도값을 산출함으로써 균일성이 확보된 하수 및 배출수뿐만 아니라 균일성이 확보되지 않은 시료에서도 더욱 정확한 COD측정이 가능한 것에 특징이 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 발명의 권리범위가 하기 도면으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법의 개략도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법을 설명하자면,
먼저, a) 단계에서는 원수 탱크와 증류수 탱크에서 정량펌프를 이용하여 원수와 증류수 양을 조절하여 혼합 탱크로 공급함으로써 혼합수의 농도를 변화시켜 샘플셀에 공급하고, 레퍼런스셀에는 증류수를 공급한다.
상기 a) 단계는 각각의 샘플에 대한 농도 및 종류를 다양하게 변화시켜서 특정 농도에 대한 파장에서 시료의 선형성을 탐색하기 위한 단계로서, 다양한 농도의 혼합수를 샘플셀에 공급할 필요가 있다.
구체적인 예로서는 원수와 증류수를 원수 0㎖, 증류수 100㎖; 원수 20㎖, 증류수 80㎖; 원수 80㎖, 증류수 20㎖; 원수 100㎖, 증류수 0㎖로 정량하여 혼합탱크로 보내는 방식으로 농도를 다양하게 변화시켜 선형성을 탐색할 수 있다.
이어서, b) 단계에서는 이와 같이, 지속적으로 또는 특정 시점에서 샘플셀 또는 레퍼런스셀에 시료를 공급한 상태에서, 더블빔 방식으로 분배된 광원을 샘플셀과 레퍼런스셀에 각각 통과시킨다.
이를 위해서는, 먼저 자외선 광원으로부터 나오는 빛을 더블 빔 방식을 이용하여 광량분배수단에 의해 광분리 케이블에서 2 개의 빛으로 분리하는 과정이 필요하다.
이때 사용되는 자외선 광원은 시료에 자외선 영역의 빛(220 ~ 400 nm 영역)을 조사하기 위한 것으로, 크세논(Xenon), 아르곤(Argon) 및 텅스텐(Tungsten) 램프 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 크세논(Xenon) 램프를 사용할 수 있다.
또한, 상기 크세논 램프 광원의 스펙(spec)은 단-아크 크세논 램프(short-arc Xenon lamp)로서, 평균 수명(Average Life)은 109 Pulse(estimated 230 days continuous operation at 50 Hz pulse rate), 광대역 출력(broadband output) 220 ~ 750 nm의 특징을 갖는다.
상기 크세논 램프는 크세논 가스 속에서 일어나는 방전에 의한 발광을 이용한 램프로, 각종 광원 중에서 가장 자연광에 가까운 빛을 내는 것으로 알려져 있다. 석영관 속에 한 쌍의 전극을 넣고 이 전극속에서 방전이 일어나게 한다. 전극간격은 수 mm이고, 관이 공 또는 달걀 모양의 것을 단(短)아크 크세논 램프라고 하며, 석영관을 길게 해서 그 양쪽 끝에 전극을 설치한 것을 장(長)아크 크세논 램프라고 한다.
이어서, c) 단계에서는 듀얼 스위치를 이용하여 광을 선택하고 선택된 광을 광결합 케이블을 통하여 빛을 순차적으로 분광기로 이동시켜 흡광도를 측정한다.
상기 듀얼 스위치는 측정된 광을 선택하는 수단이고, 상기 광결합 케이블은 스위치를 이용하여 선택된 광을 순차적으로 분광기로 전송한다.
상기 분광기는 상기 광결합 케이블로부터 전송된 광을 분석하고, 측정된 데이터를 컴퓨터로 전송하는 장치로서, 광학센서를 이용하여 측정부에서 생성된 흡광도를 측정하고, 측정된 결과를 컴퓨터로 전송한다.
이 때, 분광기의 광학센서로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)를 장착한 광섬유 분광광도계(fiber optic CCD spectrometer, CVI Laser Co.)를 사용함을 특징으로 한다. 또한, 상기 광학센서는 자외선 강화(Ultra Violet Enhanced; UVE) 코팅처리를 하여 자외선 영역에서도 충분한 빛을 받을 수 있는 구조로 이루어져 지는 것이 바람직할 수 있다.
상기 흡광도 측정 단계에서는 추가로 PLC 광센서에 의해 상기 샘플셀 및 레퍼런스셀의 오염도를 모니터링하고 세정하는 단계를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 PLC는 COD를 측정하는 것은 아니고, 샘플부의 오염도를 모니터링하여 샘플부가 오염되었을 경우, 세척 수단(미도시)에 의하여 샘플부를 세척하는 기능을 수행한다.
이러한 세척 기능을 수행하기 위하여 세척액 탱크가 구비될 수 있으며 별도의 정량펌프를 통해 이송되어 레퍼런스셀 및 샘플셀을 세정하는 기능을 수행하는 것이 좋다.
이어서, d) 단계에서는 상기 측정된 흡광도를 컴퓨터로 전송하여 특정 샘플에 대한 선형성이 나타나는 특정 파장 영역을 선택한다.
이러한 과정에서 분광기에 의해 2개 내지 6개의 파장을 선택하여 대상물질을 특정하는 것이 바람직할 수 있다.
측정된 흡광도 데이터로부터 측정시 시료의 농도 및 종류에 따라 자외선 영역 내의 다수의 파장 성분을 대상으로 측정하고자 하는 시료의 선형성을 가장 잘 나타내는 파장을 선택적으로 적용하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 컴퓨터는 정해진 프로그램에 의해 전송된 데이터를 자동연산하여 수질을 분석하고, 사용자가 분석된 자료를 활용할 수 있으며, 이는 원격의 단말기에 접속되어 원격제어 할 수 있으며, 이러한 구성은 통상적인 방식으로 가능하다.
상기 d) 단계에서 샘플셀로 공급된 혼합물에 대한 선형성이 나타나는 특정 파장을 선택하기 위하여 아래와 같은 단계로 유효파장(λ)을 산출할 수 있다.
1단계 : 미리 정해진 220㎚ ~ 300㎚ 사이의 파장과 샘플의 각 희석 농도에 대한 측정값에 대하여, 특이점이 될 수 있는 값으로 흡광도 값의 기울기가 +에서 -로 변화하는 파장을 선택한다.
j : j 분광기에서 획득한 파장의 개수 또는 원수를 희석하여 만든 표준 샘플
Ci : {C0, C1, C2,…, CI}, Ci = 원수의 농도 C0: 0 ppm 표준 샘플, I: 원수를 0ppm에서 알려진 원수의 농도로 균등하게 희석하는 단계의 수, I는 최소 5단계 이상 선택이 가능하다.
구해진 파장 λk = {λ1, λ2,…, λk}, k : 1단계에서 얻어진 파장의 개수
2단계 : 상기 1단계에서 얻어진 각 파장 λk에서, 희석 정도에 따른 농도값을 구한다.
3단계 : 상기 1단계에서 얻어진 각 파장 λk에서, 희석 정도에 따른 농도값 변화율을 구한다.
4단계 : 상기 3단계에서 얻어진 희석 정도에 따른 농도 값 변화율의 최소값이 각 파장에서 희석 정도에 따른 최대 흡광도 값과 최소 흡광도 값의 차를 원수를 동일한 농도 차이로 0 ppm까지 희석한 I개의 개수로 나눈 값의 1/2보다 클 때 유효한 파장으로 선택한다.
마지막으로, e) 단계에서는 선택된 특정 파장 영역을 이용하여 다중회귀분석으로 COD값을 산출한다.
상기 다중회귀분석은 다중회귀모형을 이용하여 종속변수 Y를 설명하기 위한 k개의 독립변수를 도입하고 최소자승법에 근거한 회귀계수를 추정한 후 적합도에 대한 척도인 결정계수 R2를 계산하여 추정 회귀계수를 검증한다.
상기 R2는 0에서 1사이의 값을 가지며, 그 값이 1에 가까울수록 파장의 적합도가 높음을 의미한다.
본 발명에 따른 상기 다중회귀분석은 독립변수가 많이 포함되어 회귀모형의 적합도의 척도로서 R2보다 수정 결정계수인 R2 adj를 사용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 원수와 증류수의 혼합비를 달리하여 농도와 종류를 변화시켜 샘플셀에 혼합수를 공급하여 상기 흡광도를 측정하는 단계에서 흡광도 측정시 시료의 농도 및 종류에 따라 자외선 영역 내의 다수의 파장 성분들을 선택적으로 적용하여 선형성을 타나내는 특정 파장을 이용함으로써 COD 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이하, 다양한 장소에서 상황별로 농도 및 종류를 달리하여 현장별로 본 발명의 방법을 적용하여 COD를 측정한 결과를 실례를 들어 설명한다.
도 2는 특정 지역에서 저농도(1~10ppm)의 표준 용액을 이용한 농도별 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참고하면, 저농도(1~10ppm)의 표준용액 시료의 COD측정시 211.4㎚, 225.0㎚, 232.6㎚ 영역에서 선형성을 확인할 수 있었다.
한편, 도 3은 고농도(20~300ppm)의 표준용액을 이용한 농도별 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참고하면, 고농도(20~300ppm)의 표준용액 시료의 COD를 측정시 245.2㎚, 266.7㎚, 284.8㎚ 영역에서 선형성을 확인되었다.
따라서, 도 2 및 도 3으로부터 샘플의 저농도 또는 고농도 중에서 선택된 하나의 파장에서 선형성을 확보할 수 있으므로 정확한 COD의 측정이 가능할 수 있다. 따라서, 종래의 방식에 의하여 단파장을 선택하여 COD를 측정하는 과정은 필연적으로 낮은 정밀도 또는 신뢰성을 초래할 가능성이 있다.
도 4는 본 발명의 다파장 분석법을 이용한 표준용액의 COD 측정값을 나타낸 그래프이고, 도 5는 다파장 분석법을 이용한 광주천의 COD 측정값을 나타낸 그래프이고, 도 6은 다파장 분석법을 이용한 전남 나주 승촌보의 COD 측정값을 나타낸 그래프이고, 도 7은 다파장 분석법을 이용한 전남 영암 하수처리장의 시료의 COD 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 농도별 표준용액의 COD 측정 시 205.7㎚, 218.6㎚, 230.0㎚ 영역에서 선형성을 확인할 수 있고, 농도별 광주천의 COD 측정 시 205.7㎚, 209.4㎚ 영역에서 선형성을 확인할 수 있고, 농도별 승촌보의 COD 측정 시 206.6㎚, 211.2㎚ 영역에서 선형성을 확인할 수 있으며, 농도별 영암 하수처리장의 COD 측정 시 215.0㎚, 221.7㎚, 229.9㎚ 영역에서 선형성을 확인할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 측정시료의 원수 종류에 따라 COD 측정 시 선형성을 가지는 파장이 다수개 측정되어 측정시료의 농도 및 원수 종류에 따른 최적 파장을 선택할 수 있고, 균일성이 확보된 하수 및 배출 수에 최적 파장을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 균일성이 확보되지 않은 곳에서도 다파장 분석법을 이용하여 COD측정이 가능할 수 있다.
도 8은 표준용액의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이고, 도 9는 광주천의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이며, 도 10은 전남 나주 승촌보의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이고, 도 11은 전남 영암 하수처리장의 농도에 따른 COD 예측값의 정확도를 나타내는 그래프이다.
도 8 내지 11을 참고하면 빨간색으로 표시된 1차 함수 그래프는 다중회귀분석으로 유추된 함수그래프이고, 파란색으로 표시된 점들은 농도에 따라 60회 이상 측정된 실제 COD값이고, 도 9의 표준용액은 R2 adj이 0.9990이고, 도 10의 광주천은 R2 adj이 0.9881이고, 도 11의 나주 승촌보는 R2 adj이 0.9914이고, 도 12의 영암 하수처리장은 R2 adj이 0.99941이므로 다중회귀분석에 따라 분석한 값의 정확도가 우수한 것을 알 수있다.
따라서, 본 발명의 다파장 분석법을 이용한 COD측정 방법으로 균일성이 확보된 하수 및 배출수뿐만 아니라 균일성이 확보되지 않은 시료에서도 다파장 선택이 가능하여 더 정확한 COD측정이 가능할 수 있다.
Claims (3)
- 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법에 있어서,
a) 원수 탱크와 증류수 탱크에서 정량펌프를 이용하여 원수와 증류수 양을 조절하여 혼합 탱크로 공급함으로써 혼합수의 농도를 변화시켜 샘플셀에 공급하고, 레퍼런스셀에는 증류수를 공급하는 단계;
b) 더블빔 방식으로 분배된 광원을 샘플셀과 레퍼런스셀에 각각 통과시키는 단계;
c) 듀얼 스위치를 이용하여 광을 선택하고 선택된 광을 광결합 케이블에서 빛을 순차적으로 분광기로 이동시켜 흡광도를 측정하는 단계;
d) 상기 측정된 흡광도를 컴퓨터로 전송하여 특정 샘플에 대한 선형성이 나타나는 특정 파장 영역을 선택하는 단계; 및
e) 선택된 특정 파장 영역을 이용하여 다중회귀분석으로 COD값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 d) 특정 파장 영역을 선택하는 단계는
미리 정해진 220㎚ ~ 300㎚ 사이의 파장과 샘플의 각 희석 농도에 대한 측정값에 대하여, 흡광도 값의 기울기가 +에서 -로 변화하는 파장(λk)을 선택하는 1 단계;
상기 1 단계에서 얻어진 파장 λk에서, 희석 정도에 따른 농도값을 구하는 2 단계;
상기 1 단계에서 얻어진 파장 λk에서, 희석 정도에 따른 농도값의 변화율을 구하는 3단계; 및
상기 3단계에서 얻어진 희석 정도에 따른 농도 값 변화율의 최소값이 각 파장에서 희석 정도에 따른 최대 흡광도 값과 최소 흡광도 값의 차를 원수를 동일한 농도 차이로 0 ppm까지 희석한 I개의 개수로 나눈 값의 1/2보다 클 때 유효한 파장으로 선택하는 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 분석법을 이용한 COD측정 방법. - 제 1항에 있어서, 상기 d) 단계에서 2개 내지 6개의 파장을 선택하여 COD 값을 결정하는데 사용하는 것을 특징으로 하는 다파장 분석법을 이용한 COD 측정 방법.
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2003245265A (ja) * | 2002-02-25 | 2003-09-02 | Matsushita Electric Works Ltd | 非侵襲血糖計 |
| KR100622074B1 (ko) | 2004-03-26 | 2006-09-14 | 한국과학기술연구원 | 광학센서를 이용한 수질측정 방법 및 장치 |
| KR20110080305A (ko) * | 2010-01-05 | 2011-07-13 | 동양하이테크산업주식회사 | 미생물 활성 측정방법 |
| JP2011158340A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Nippon Steel Corp | 排水中の特定化学物質又は特定排水の濃度測定方法及び検知方法並びに装置 |
| KR20140032109A (ko) * | 2012-09-06 | 2014-03-14 | (주)동양화학 | 수질내 유기오염물의 실시간 검출을 위한 다파장 분석 기반 온라인 수질 측정 시스템 |
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