KR20190034955A - 잔류 염소 농도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정셀에 시료를 유입시키고, 광원으로부터 측정셀을 통과하여 수광부에 도달하도록 소정 파장의 광을 조사한 후, 0점 값을 측정하는 단계; 0점 값이 측정된 시료를 상기 측정셀로부터 배출하고, 새로운 시료를 상기 측정셀에 유입시키는 단계; 상기 측정셀에 발색 시약을 투입하고, 광원으로부터 측정셀을 통과하여 수광부에 소정 파장의 광이 도달하도록 한 후, 스팬 값을 측정하는 단계; 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도 수치로 환산하여 잔류 염소 농도를 계산하는 단계; 및 스팬 값이 측정된 시료를 상기 측정셀로부터 배출하는 단계를 포함하는 잔류 염소 농도 측정 방법에 관한 것이다.

Description

잔류 염소 농도 측정 방법{Method for measuring of total residual oxidant}

본 발명은 DPD 비색법을 이용한 잔류 염소 농도 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 해상에서 운송하는 화물 선박은 유사한 화물의 상호 교환을 위하여 왕복 항해하는 선박을 제외하고는 대부분 편도 운항을 한다. 그리고, 편도 운항을 만재 상태로 항해한 후 귀환 항해 시에는 선박의 균형, 안전성 및 조종 성능 향상 등을 위하여 밸러스트 수(평형수; ballast water)를 선내로 유입하여 밸러스트 상태로 항해를 하게 된다.

이때, 밸러스트 수는 밸러스팅 작업(ballasting operation)을 통해 한 항구에서 채워져서 다른 곳으로 이송되고, 디밸러스팅 작업(deballasting operation)을 통해 새로운 항구 내에 배출된다. 이와 같이, 먼 위치로부터 실려져 온 밸러스트 수에 포함된 해양 생물 및 병원균의 방출은 새로운 환경에 유해할 뿐만 아니라, 새로운 항구에서도 사람과 동물 모두에게 위험할 수 있다.

비-천연적인 해양 생물을 신규 생태계로 도입시키면, 신규 종에 대해 자연적인 방어체계를 지니고 있지 않을 수 있는 천연 식물군 및 동물군에게 파괴적인 효과를 미칠 수 있다. 또한, 콜레라와 같은 해로운 세균성 병원균이 원래의 항구에 존재할 수 있다. 이러한 병원균은 시간이 지남에 따라 밸러스트 탱크 내에서 증식되어, 이들이 방출되는 영역에서 질병을 발생시킬 수 있다.

최근 세계선박의 65%가 기항하는 미국에서는 국제해사기구(IMO : International Maritime Organization)에서 합의된 기준보다 1,000배 강화된 선박평형수 처리기술을 요구하고 자국만의 규제기준(USCG Phase)을 제정하여 자국의 해양환경 보호를 위한 움직임을 보이고 있다.

이러한 해양 생물 및 병원균에 의해 제기되는 위험을 제거하기 위해, 밸러스트 수를 전기분해하거나, 밸러스트 탱크 내에 화학약품을 주입하여 밸러스트 수를 살균 처리하는 방식의 밸러스트수 처리 장치를 사용한다.

여기서, 밸러스트 수를 전기분해하거나 밸러스트 수에 화학약품을 주입하여 밸러스트 수를 살균처리하는 경우, 밸러스트 수 처리 장치가 정상적으로 동작하여 밸러스트 수를 배출하는지를, 즉 밸러스트 수가 상기 IMO의 기준에 부합하도록 처리되었는지를 검사할 필요가 있다.

종래의 밸러스트 수 처리 장치를 검사하는 방법은, 배출되는 밸러스트 수의 잔류 산화물(TRO)의 농도를 측정하여 배출되는 밸러스트 수가 IMO의 기준치에 부합하는지를 판단하는 방법이다. 이 방법에서 TRO 농도의 측정은 일반적으로 DPD(N, N-Diethyl-p-Phenylenediamine) 법을 이용하였다. DPD 법은 통상적으로 채취한 샘플에 DPD 시약을 혼합하고, 혼합물의 색상과 색상표(색 계조에 따라 염소 레벨을 나타낸 표)를 비교하여 TRO 농도를 측정하는 방법이다.

구체적으로, DPD 비색법을 사용하는 TRO 농도 측정 원리는 시료를 통과하는 빛의 특정 파장의 강도를 측정하고, 그 흡광도 차이를 이용하여 TRO 값으로 환산하는 방식이다. 다시 말해, DPD 비색법은 임의의 TRO 농도를 가진 시료를 DPD 시약을 섞지 않은 상태에서 특정 파장을 이용하여 빛의 강도를 측정(0점 측정)하고, 같은 시료를 DPD 시약을 섞은 상태에서 동일한 파장을 이용하여 빛의 강도를 측정(스팬 측정)한 후, 측정된 두 가지의 빛의 강도 값의 차이를 이용하여 TRO 농도로 환산하는 것이다.

여기서, TRO 농도가 고농도일수록 DPD 시약을 섞어서 빛의 강도를 측정하였을 때 그 값이 점점 작아진다. 하지만, 선형적으로 값이 계속 작아지는 것은 아니며, 특정 농도를 기점으로 일정한 값으로 점차 수렴하는 특성을 갖는다.

현재 상용되는 TRO 측정 센서의 경우, 녹색 파장(510 ~ 515nm)을 사용한 잔류염소 측정 장치가 대부분인데, 이 경우 고농도(10mg/L 이상)의 TRO 측정 시에 TRO 농도가 증가하여도 빛의 강도 변화가 거의 없어 고농도의 구분이 어렵다는 문제가 있다. 도 1은 10 ~ 15mg/L의 TRO 농도를 0점 측정한 후 스팬 측정한 값의 차이를 나타낸 그래프이다. 그래프 위쪽의 파란색 계열의 선이 청색 파장의 빛을 이용하여 측정한 값이고, 아래쪽 녹색 계열의 그래프가 녹색 파장의 빛을 이용하여 측정한 값이다, 또한, 빛의 강도 측정은 빛의 강도에 따라 주파수로 환산되는 반도체 센서를 이용하였다.

이 그래프에서, TRO 농도 측정값이 10.1ppm과 12.8ppm의 두 값을 볼 때, 청색 파장의 그래프는 대략 3,000Hz의 차이를 보이고, 녹색 파장의 프래프는 대략 1,500Hz의 차이를 보인다. 즉, 청색 파장을 이용하여 TRO 농도를 측정하는 것이 녹색 파장을 이용하는 것에 비해 대략 2배의 정확도를 가진다는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 고농도의 TRO인 경우, 그래프의 분리 폭이 녹색 파장에 비해 청색 파장에서 더 확실하게 구분된다는 것을 확인할 수 있으며, 이를 이용하여 고농도의 TRO를 정확하게 측정할 수 있다.

선행기술문헌 1: 등록특허 제10-1108561호(2012.01.30. 공고)

선행기술문헌 2: 등록특허 제10-1395637호(2014.05.16. 공고)

본 발명은 고농도 시료의 잔류 염소 농도를 정확하게 측정할 수 있는 잔류 염소 농도 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 측정셀에 시료를 유입시키고, 광원으로부터 측정셀을 통과하여 수광부에 도달하도록 소정 파장의 광을 조사한 후, 0점 값을 측정하는 단계; 0점 값이 측정된 시료를 상기 측정셀로부터 배출하고, 새로운 시료를 상기 측정셀에 유입시키는 단계; 상기 측정셀에 발색 시약을 투입하고, 광원으로부터 측정셀을 통과하여 수광부에 소정 파장의 광이 도달하도록 한 후, 스팬 값을 측정하는 단계; 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도 수치로 환산하여 잔류 염소 농도를 계산하는 단계; 및 스팬 값이 측정된 시료를 상기 측정셀로부터 배출하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 0점 값을 측정하는 단계에서, 상기 광원은 청색 파장의 광과 녹색 파장의 광을 조사하고, 상기 수광부는 녹색 파장에서의 0점 값과 청색 파장에서의 0점 값을 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스팬 값을 측정하는 단계에서, 상기 광원은 청색 파장의 광과 녹색 파장의 광을 조사하고, 상기 수광부는 녹색 파장에서의 스팬 값과 청색 파장에서의 스팬 값을 측정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 잔류 염소 농도를 계산하는 단계에서, 녹색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이가 10mg/L를 초과하는 경우, 청색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도로 환산하고, 녹색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이가 10mg/L 이하인 경우, 녹색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도로 환산하는 것을 특징으로 한다.

추가적으로, 상기 측정셀에 측정 대상 시료를 유입시키기 전에 세정수를 이용하여 측정셀의 내부를 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 광원은 백색광을 조사하는 LED이고, 상기 수광부는 RGB 센서인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 고농도의 시료를 측정하는 경우 흡광도에 따른 주파수 기울기가 크게 나타나는 청색 파장의 광을 이용하여 TRO 농도를 계산하므로, 고농도의 시료를 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 청색 파장과 녹색 파장을 이용하여, 고농도의 TRO를 0점 측정한 후 스팬 측정한 값의 차이를 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 잔류 염소 농도 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 잔류 염소 농도 측정 방법을 개략적으로 나타낸 플로우차트,
도 4는 고농도의 TRO에서, 녹색 파장과 청색 파장의 측정 기울기를 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 잔류 염소 농도 측정 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

본 발명에 따른 잔류 염소 측정 방법은 고농도의 시료를 정확하게 측정하기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 잔류 염소 측정 장치를 이용하여 수행된다.

먼저, 도 2를 참조하면, 잔류 염소 농도 측정 장치는 측정 대상 시료, 예를 들면 밸러스트 수가 유입 및 배출되는 측정셀(100), 측정셀(100)의 일측에 구비되는 광원(200), 측정셀(100)의 타측에 구비되는 수광부(300), 그리고 광원(200) 및 수광부(300)와 연결된 제어부(400)를 포함한다.

측정셀(100)은 측정 대상 시료가 유입 및 배출될 수 있도록 일측에는 유입구를 구비하고 타측에는 배출구를 구비한다. 이 측정셀(100)은 광원(200)으로부터 조사된 광이 측정셀(100) 내부의 시료를 거쳐 수광부(300)에 도달할 수 있도록 투명 소재로 이루어진다. 또한, 측정셀(100)은 내부에 시료가 수용되고, 수용된 시료가 고르게 섞일 수 있도록, 예를 들면 혼합 수단을 구비할 수 있다.

광원(200)은 백색광을 조사하는 백색 LED일 수 있다. 여기서, 광원(200)은 510 ~ 515nm의 녹색 파장의 광 그리고 460 ~ 480nm의 청색 파장의 광을 조사할 수 있도록 구성된다. 또한, 수광부(300)는 적색, 녹색, 청색 파장의 광을 흡수하여 흡광도를 측정할 수 있는 RGB 센서일 수 있다. 그리고, 제어부(400)는 광원(200)으로부터 조사되는 파장을 제어하고, 수광부(300)로부터 측정된 흡광도를 기초로 TRO 농도를 환산하도록 구성된다.

도 3과 4를 참조하여, 본 발명에 따른 잔류 염소 농도 측정 방법을 설명한다.

먼저, 측정셀(100)의 내부를 세정하기 위해, 측정셀(100)의 내부에 세정수를 유입시킨 후 배출한다(S100). 측정셀(100)을 세정하는 단계는 후술하는 시료 유입 단계들 이전에 항상 수행되는 것이 바람직하다.

이어서, 측정셀(100)의 유입구를 통해 측정셀(100)에 측정 대상 시료, 예를 들면 밸러스트 수를 유입시킨다(S200).

그리고, 광원(200)으로부터 광을 조사시켜 조사된 광이 측정셀(100)을 통과한 후 수광부(300)에 도달하도록 한 후, 시료에 대한 0점 값을 측정한다(S300). 이 0점 값 측정 단계에서, 제어부(400)는 광원(200)을 제어하여 소정 파장의 광이 조사되도록 하고, 수광부(300)는 광원(200)으로부터 측정셀(100)의 시료를 거쳐 수광부(300)에 도달한 광을 흡수하여, 흡광도를 측정한다. 그러면, 제어부(400)는 수광부(300)의 흡광도를 검량선과 비교하여 TRO 농도의 0점 값, 즉 기준값을 측정한다. 여기서, 제어부(400)는 광원(200)으로부터 녹색 파장(510 ~ 515nm)의 광이 조사되도록 광원을 제어한 후, 다시 광원(200)으로부터 청색 파장(460 ~ 480nm)의 광이 조사되도록 광원을 제어한다. 그리고, 수광부(300)는 광원(200)으로부터 조사된 광의 녹색 파장에서의 0점 값과 청색 파장에서의 0점 값을 각각 측정한다.

시료에 대한 TRO 농도의 0점 값이 측정되면, 측정셀(100)의 배출구를 통해 측정이 완료된 시료를 배출하고(S400), 새로운 측정 대상 시료를 다시 측정셀(100)에 유입시킨다(S500). 물론, 새로운 측정 대상 시료를 측정셀(100)에 유입시키기 전에 측정셀(100)에 세정수를 유입 및 배출시켜 측정셀(100)의 내부를 세척할 수 있다.

이어서, 측정셀(100)에 발색 시약을 투입한다(S600). 그리고 나서, 광원(200)으로부터 광을 조사시켜 조사된 광이 측정셀(100)을 통과한 후 수광부(300)에 도달하도록 한 후, 시료에 대한 스팬 값을 측정한다(S700). 이 스팬 값 측정 단계에서, 제어부(400)는 광원(200)을 제어하여 소정 파장의 광이 조사되도록 하고, 수광부(300)는 광원(200)으로부터 측정셀(100)의 시료를 거쳐 수광부(300)에 도달한 광을 흡수하여, 흡광도를 측정한다. 그러면, 제어부(400)는 수광부(300)의 흡광도를 검량선과 비교하여 TRO 농도의 스팬 값을 측정한다. 여기서, 제어부(400)는 광원(200)으로부터 녹색 파장(510 ~ 515nm)의 광이 조사되도록 광원을 제어한 후, 다시 광원(200)으로부터 청색 파장(460 ~ 480nm)의 광이 조사되도록 광원을 제어한다. 그리고, 수광부(300)는 광원(200)으로부터 조사된 광의 녹색 파장에서의 스팬 값과 청색 파장에서의 스팬 값을 각각 측정한다.

시료에 대한 TRO 농도의 스팬 값이 측정되면, 제어부(400)는 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도 수치로 환산하여 잔류 염소 농도를 계산한다. 먼저, 제어부(400)는 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이값을 기 설정된 농도값과 비교한다(S800). 이어서, 제어부(400)는 녹색 파장에서 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이가 10mg/L를 초과하는 경우, 청색 파장에서 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도로 환산한다(S910). 반면, 녹색 파장에서 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이가 10mg/L 이하인 경우, 제어부(400)는 녹색 파장에서 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도로 환산한다(S920). 즉, 제어부(400)는 녹색 파장에서 측정된 0점 값과 스팬 값의 차이가 소정값을 초과하면, 측정된 시료가 고농도라 판단하고, 측정의 정확도가 더 높은 청색 파장에서의 측정값들을 이용하여 TRO 농도를 계산한다.

실제로, 도 4에 도시된 그래프를 통해 알 수 있듯이, 고농도의, 예를 들면 10mg/L 이상의 TRO 농도를 갖는 시료의 경우, 청색 파장 및 녹색 파장에서의 측정값의 차이에 따른 주파수 분리폭을 보면, 청색 파장의 기울기가 녹색 파장의 기울기보다 대략 2배 가량 더 크다. 이는 고농도의 시료의 경우, 청색 파장을 이용하여 농도를 측정하는 것이 더욱 정확하다는 것을 의미한다.

마지막으로, 시료의 농도 측정이 완료되면, 스팬 값이 측정된 시료를 측정셀(100)로부터 배출한다(S1000)

이와 같이, 본 발명에 따른 잔류 염소 농도 측정 방법은 고농도의 시료를 측정하는 경우에는 흡광도에 따른 주파수 기울기가 크게 나타나는 청색 파장의 광을 이용하여 TRO 농도를 계산하므로, 고농도의 시료도 정확하게 측정이 가능하다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 측정셀에 시료를 유입시키고, 광원으로부터 측정셀을 통과하여 수광부에 도달하도록 소정 파장의 광을 조사한 후, 0점 값을 측정하는 단계;
   0점 값이 측정된 시료를 상기 측정셀로부터 배출하고, 새로운 시료를 상기 측정셀에 유입시키는 단계;
   상기 측정셀에 발색 시약을 투입하고, 광원으로부터 측정셀을 통과하여 수광부에 소정 파장의 광이 도달하도록 한 후, 스팬 값을 측정하는 단계;
   측정된 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도 수치로 환산하여 잔류 염소 농도를 계산하는 단계; 및
   스팬 값이 측정된 시료를 상기 측정셀로부터 배출하는 단계를 포함하는 잔류 염소 농도 측정 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 0점 값을 측정하는 단계에서, 상기 광원은 청색 파장의 광과 녹색 파장의 광을 조사하고, 상기 수광부는 녹색 파장에서의 0점 값과 청색 파장에서의 0점 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 잔류 염소 농도 측정 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 스팬 값을 측정하는 단계에서, 상기 광원은 청색 파장의 광과 녹색 파장의 광을 조사하고, 상기 수광부는 녹색 파장에서의 스팬 값과 청색 파장에서의 스팬 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 잔류 염소 농도 측정 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 잔류 염소 농도를 계산하는 단계에서, 녹색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이가 10mg/L를 초과하는 경우, 청색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도로 환산하고, 녹색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이가 10mg/L 이하인 경우, 녹색 파장에서의 0점 값과 스팬 값의 차이를 TRO 농도로 환산하는 것을 특징으로 하는 잔류 염소 농도 측정 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 측정셀에 측정 대상 시료를 유입시키기 전에 세정수를 이용하여 측정셀의 내부를 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 염소 농도 측정 방법.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광원은 백색광을 조사하는 LED이고, 상기 수광부는 RGB 센서인 것을 특징으로 하는 잔류 염소 농도 측정 방법.

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