KR20210072280A - 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용하여 수중의 수산화라디칼 요구량 지수를 모니터링함으로써, 기존의 지표물질인 로다민 B를 사용하지 않고도, 대상수내 유기물질의 특성을 연속흐름 분석방식으로 모니터링할 수 있으며, 또한, 오존, 자외선, 과산화수소 등을 조합한 고도산화공정(AOP)이 적용된 수처리 시스템에 있어서, 실시간 형광분석을 통한 수중의 유기물 특성 구조를 병렬요인(PARAFAC) 모델에 의해 분류된 컴포넌트별 유기물 특성지수를 통해 대상수의 수산화라디칼 요구량 지수를 간편하게 산출할 수 있고, 이에 따라, 공정 제어변수인 약품주입량과 자외선 조사량을 제어할 수 있으며, 주어진 운전변수 조건에서 수중의 대상물질의 제거율을 예측함으로써 고도산화공정의 공정평가 진단도구로도 활용할 수 있고, 또한, 대상물질의 종류 및 원수 수질특성이 변하더라도 고도산화공정에서 소모하는 전력소모량을 절감시키면서 공정제어가 가능한 운전 편의성을 제공할 수 있는, 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 상수 또는 하수 방류수 내의 미량 유해물질을 고도처리하기 위하여 자외선/과산화수소 등을 적용하는 수처리 시스템의 고도산화공정(Advanced Oxidation Process: AOP)에 있어서, 수산화라디칼(Hydroxyl Radical) 요구량 지수(Scavenging Index)를 실시간으로 측정하여 분석할 수 있는, 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
국내의 대부분의 정수장은 하천수를 상수원수로 사용하고 있으며, 최근 다양한 오염물질로 인해 상수원의 오염이 심화되고 있기 때문에 안전한 정수 공급을 위한 수처리 기술이 필요한 실정이다.
기존의 수처리 방법은 응집침전 후 모래여과 및 염소소독 방법을 보편적으로 사용하고 있다. 그러나 종래의 수처리 방법은 신종 의약물질(대표적인 물질: 카바마제핀, 카페인, 이부프로펜) 및 맛냄새 유발물질(대표적인 물질: 지오스민, 2-메틸이소보르네올(2-MIB)) 등의 미량유기물질을 함유한 식수원을 효율적으로 처리하는데 한계성이 있기 때문에 다양한 산화처리 방법이 연구되고 있다.
이러한 산화처리 방법 중에서, 고도산화공정(AOP)은 오존, 자외선, 과산화수소 등을 이용하여 반응 중간생성물인 수산화라디칼(OH Radical; OH·)을 극대화시켜 수중의 난분해성 유기물을 제거하는 기술이다. 이러한 수산화라디칼(OH Radical; OH·)은 산화력이 가장 높아 화학적 산화처리에 중요한 작용이 기대되는 물질이다. 이러한 수산화라디칼은 다른 산화제와 달리 미리 만들어 보관할 수 없고, 현장에서 직접 생성시켜야 한다.
다시 말하면, 오존 또는 자외선 기술이 과산화수소 등의 약품과 반응해서 중간 분해되는 과정에서 중간물질로 생성된 수산화라디칼이 수처리에서 매우 중요한 역할을 할 수 있고, 오존/과산화수소, 오존/자외선 또는 자외선/과산화수소의 분해 메커니즘에 따라 수산화라디칼의 생성을 증가시킴으로써 유기물 분해를 촉진시킬 수 있는 방법을 개발하게 되었으며, 그 방법을 고도산화공정(AOP)이라고 한다.
이러한 오존/과산화수소, 오존/자외선 또는 자외선/과산화수소 등과 같은 고도산화기술을 이용한 정수처리 및 하수방류수 처리에 적용하는 경우, 원수 성상이 다르고, 전력소모량을 줄이기 위해서는 대상 처리수에서 발생할 수 있는 수산화라디칼의 요구량을 해석할 수 있으면, 대상 물질의 제거율 예측뿐만 아니라 상기 고도산화기술의 적정 약품주입조건 및 자외선 조사량을 제어할 수 있다.
이러한 고도산화기술에서 생성되는 수산화라디칼은 산화력이 강력하지만 수 밀리초 내지 수 초 이내에 생성되는 즉시 소멸하는 특징이 있으며, 자연유기물(NOM), 알칼리도 등의 배경물질의 영향을 많이 받기 때문에 고도산화 반응에서 생성되는 수산화라디칼의 정량을 해야 한다. 하지만, 총유기탄소의 농도, 알칼리도, 질산성 질소 등과 같은 유입수질의 특성에 따라 수산화라디칼의 생성능이 다르기 때문에, 이를 간접적인 방법으로 정확하게 모니터링하는 방법은 공정 해석 및 제어 측면에서 중요하다.
한편, 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1617822호에는 "고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치(10)는, 크게, 시료부(11), 시약부(12), 자외선 반응부(13), 지표물질 검출부(14) 및 데이터 분석부(15)를 포함한다.
시료부(11)는 수처리 대상원수를 연속흐름주입 관로(16) 상에 공급한다.
시약부(12)는 지표물질(Indicator)인 로다민-B(Rhodamine-B)(12a), 과산화수소(12b) 및 증류수(12c)로 이루어진 시약을 연속흐름주입 관로(16) 상에 공급한다. 이때, 지표물질(Indicator)로는 로다민-B를 사용하며, 이때, 로다민-B는 염색물질이기 때문에 시료(11)가 이동되는 튜브에 흡착될 수 있다. 따라서 염색이 덜 되고 쉽게 축적되어 튜브에 의한 제거가 적은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
자외선 반응부(13)는 석영셀(13a) 및 자외선램프(13b)를 포함하며, 시료부(11)와 시약부(12)가 연속흐름주입 방식으로 연결된 연속흐름주입 관로(16) 상에 연결된다.
지표물질 검출부(14)는 분광광도계를 사용하며, 상기 자외선 반응부(13)에서의 반응 이후에 지표물질인 로다민-B의 농도를 측정한다.
데이터 분석부(15)는 데이터 수집 및 신호처리를 위한 수치계산 알고리즘이 내장된다.
종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 수산화라디칼을 주요 기작으로 유해물질을 처리하는데 적용되는 자외선/과산화수소 고도산화공정에서 단일 연속흐름주입 관로 상에서 시료의 유속을 변경하고 자외선 강도를 일정하게 유지하는 연속흐름주입 방식을 적용함으로써, 증류수로 희석배율이 조정된 과산화수소의 농도 및 지표물질인 로다민-B를 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 상수 고도처리나 하수방류수에서 미량 유기오염물질을 제거하기 위하여 적용되는 고도산화공정에서 수산화라디칼 소모인자 지수를 실시간 측정함으로써, 자외선/과산화수소 고도산화공정을 통해서 제거되는 유해물질의 정량적 제거능, 자외선 조사량 및 과산화수소 투입량을 정확하게 산출할 수 있다.
종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 지표물질인 로다민 B를 이용하여 연속흐름 주입 분석방법(FIA, Flow Injection Analysis) 원리를 적용하여 반응관내에서 자외선/과산화수소 반응을 시켜 수산화라디칼 소모인자를 측정할 수 있다.
종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 경우, 자외선/과산화수소 공정에 국한된 수 처리 기술에서 연속흐름 주입 분석 방법에 의한 지표물질인 로다민 B(Rhodamin B)을 이용하는 새로운 방법이지만, 반응기 구조가 단일 반응기일 경우 측정 단계별 유량비율로 측정하여 1시간당 1회씩 측정되므로, 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
전술한 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 문제점을 해결하기 위한 다른 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1894834호에는 "다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(20)는, 자외선을 이용한 고도산화공정이 적용된 수처리 기술에서 자동화된 순차적 주입분석 방식의 라디칼지수 측정장치로서, 시료 공급부(21), 시약 공급부(22), 자외선 반응부(23), 지표물질 검출부(24), 및 데이터 분석 및 공정제어부(25)를 포함한다.
시료 공급부(21)는 시료 공급펌프(27a)를 통해 수처리 대상원수를 연속흐름주입 관로(26) 상에 공급한다.
시약 공급부(22)는 각각의 시약 공급펌프(27b, 27c, 27d)를 통해 지표물질인 로다민-B((22a), 과산화수소(22b) 및 증류수(22c)로 이루어진 시약을 연속흐름주입 관로(26) 상에 공급한다. 이때, 상기 지표물질로는 로다민-B를 사용하며, 이때, 상기 로다민-B는 염색물질이기 때문에 시료(210)가 이동되는 튜브에 흡착될 수 있다.
자외선 반응부(23)는 다채널 연속흐름 반응기(23a), 자동분배기(23b), 반응기 셀(23c) 및 자외선램프(23d)를 포함하며, 상기 시료 공급부(21)와 시약 공급부(22)가 연속흐름주입 방식으로 연결된 연속흐름주입 관로(26) 상에 연결된다.
지표물질 검출부(24)는 광케이블로 구현되는 분광광도계를 사용하며, 상기 자외선 반응부(23)에서의 반응 이후에 상기 지표물질인 로다민-B(22a)의 농도를 측정한다.
데이터 분석 및 공정제어부(25)는, 예를 들면 컴퓨터로 구현될 수 있고, 상기 지표물질 검출부(24)로부터 데이터를 수집하여 분석하고, 측정된 라디칼지수를 이용하여 고도산화공정에서 사용되는 공정에너지를 최소화시키면서 대상 오염물질을 제거하기 위한 제어변수인 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 최적화 값을 산출한다.
구체적으로, 종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치(20)는 대상원수인 시료의 라디칼지수를 측정하기 위하여 지표물질인 로다민-B(22a)를 일정 농도 주입하고, 자외선 조사강도 및 과산화수소의 농도조건을 수차례에 걸친 단계별 수동분석에 의해 로다민-B(22a)의 감소속도를 측정한다.
이에 따라, 종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법의 경우, 단일 흐름관이 아닌 다채널 연속흐름반응관이 장착된 순차적 주입분석의 라디칼지수 측정장치를 통해 라디칼지수를 측정하고, 이를 라디칼 공정에너지를 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량의 조합이 계산될 수 있다.
종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법의 경우, 자외선을 이용한 고도산화공정(AOP)이 적용된 수처리 시스템에 있어서, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 순차적 주입분석의 라디칼지수 측정장치와 공정에너지 최적화 해석모델을 포함한 공정모사 프로그램을 이용함으로써 수중의 유해물질 제거능을 예측하는 공정 진단을 수행할 수 있다. 또한, 에너지를 최소화시키는 자외선 조사량과 과산화수소 주입량을 산출하여 고도산화공정의 공정제어를 수행함으로써 에너지를 절감하고 운전의 편의성을 제공할 수 있다.
종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법의 경우, 유해성 유기오염물질을 제거하도록 수산화라디칼(OH)을 극대화시킴으로써 자외선을 이용한 고도산화공정의 공정에너지를 최소화시키면서 공정 성능을 극대화시킬 수 있고, 또한, 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치에 의해 실시간 공정진단 및 공정제어가 가능하다.
하지만, 종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치를 이용한 고도산화공정의 공정제어변수 최적화 방법의 경우, 지표물질인 로다민 B를 장기 사용시 발색시약이 반응관내 흡착되어 이를 주기적으로 세척해야 하는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용하여 수중의 수산화라디칼 요구량 지수를 모니터링함으로써, 기존의 지표물질인 로다민 B를 사용하지 않고도, 대상수내 유기물질의 특성을 연속흐름 분석방식으로 모니터링할 수 있는, 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 오존, 자외선, 과산화수소 등을 조합한 고도산화공정(AOP)이 적용된 수처리 시스템에 있어서, 실시간 형광분석을 통한 수중의 유기물 특성 구조를 병렬요인(PARAFAC) 모델에 의해 분류된 컴포넌트별 유기물 특성지수를 통해 대상수의 수산화라디칼 요구량 지수를 간편하게 산출할 수 있는, 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대상물질의 종류 및 원수 수질특성이 변하더라도 고도산화공정에서 소모하는 전력소모량을 절감시키면서 공정제어가 가능한 운전 편의성을 제공할 수 있는, 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템은, 고도산화공정(AOP)으로 수처리하는 대상수를 공급하는 대상수 공급부; 다채널로 구성되고, 상기 대상수 내의 자연유기물질을 형광 측정하여 EEM(Excitation-Emission Matrix) 데이터를 생성하는 실시간 다중형광 분석기; 상기 EEM 데이터의 다중 형광분석을 위해 컴포넌트별로 분류하는 병렬요인 분석장치; 컴포넌트별 유기물 특성지수를 도출하는 유기물 특성지수 도출부; 상기 컴포넌트별 유기물 특성지수에 대응하는 대상수 내의 수산화라디칼 요구량 지수를 산출하는 수산화라디칼 요구량 지수 산출부; 및 반응속도모델을 이용하여 공정 제어변수를 모니터링하는 공정 제어변수 모니터링부를 포함하되, 상기 대상수내 유기물질의 특성은 연속흐름 분석방식으로 모니터링되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 대상수는 고도산화공정으로 수처리할 원수이거나 고도산화공정으로 수처리한 처리수일 수 있다.
여기서, 상기 실시간 다중형광 분석기는 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하도록 3개의 파장대를 방출하는 다수의 형광분석기를 사용하여 EEM(Excitation-Emission Matrix) 데이터를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 병렬요인 분석장치는 병렬요인 모델링(FARAFAC Modelling)에 의해 상기 EEM 데이터를 제1, 제2 및 제3 컴포넌트로 분류하되, 상기 제1 컴포넌트는 250~260㎚의 여기파장(Excitation wavelength)과 380~480㎚의 방출파장(Emission wavelength)을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이고, 상기 제2 컴포넌트는 330~350㎚의 여기파장과 420~480㎚의 방출파장을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이며, 상기 제3 컴포넌트는 270~280㎚의 여기파장과 320~350㎚의 방출파장을 사용 EEM 데이터를 분류한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 병렬요인 모델링은 상기 EEM 데이터를 a, b, c 각각의 3가지 요소로 구분하여 3차원적으로 분석하는 3D-PARAFAC 모델을 적용하되, 상기 3D-PARAFAC 모델의 EEM 데이터 어레이(
)는 
로 주어지고, 이때, 원소 
,
및 
를 갖는 3개의 행렬 A, B 및 C로 나타내고, 에러성분(
)의 합이 최소가 될 때 성립하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공정 제어변수 모니터링부는 상기 고도산화공정에 적용되는 약품 주입량 또는 자외선 조사량을 산출 및 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템은, 상기 고도산화공정의 공정평가 진단을 위해 수중의 대상물질 제거율을 예측하는 대상물질 제거율 예측부를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법은, a) 고도산화공정으로 수처리하는 대상수를 공급하는 단계; b) 다채널로 구성된 실시간 다중 형광 분석기를 통해 대상수 내의 자연유기물질을 형광 측정하여 EEM 데이터를 생성하는 단계; c) 병렬요인 분석장치를 통해 EEM 데이터를 다중 형광분석하고, 컴포넌트별로 분류하는 단계; d) 컴포넌트별 유기물 특성지수를 도출하는 단계; e) 상기 컴포넌트별 유기물 특성지수에 대응하는 대상수 내의 수산화라디칼 요구량 지수를 산출하는 단계; 및 f) 반응속도모델을 이용하여 공정 제어변수를 모니터링하는 단계를 포함하되, 상기 대상수내 유기물질의 특성은 연속흐름 분석방식으로 모니터링되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용하여 수중의 수산화라디칼 요구량 지수를 모니터링함으로써, 기존의 지표물질인 로다민 B를 사용하지 않고도, 대상수내 유기물질의 특성을 연속흐름 분석방식으로 모니터링할 수 있다. 이에 따라, 반응관내 흡착된 지표물질을 주기적으로 세척해야 하는 번거로움을 회피할 수 있기 때문에 자동화된 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링을 위한 실시간 다중형광 분석 및 측정장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 오존, 자외선, 과산화수소 등을 조합한 고도산화공정(AOP)이 적용된 수처리 시스템에 있어서, 실시간 형광분석을 통한 수중의 유기물 특성 구조를 병렬요인(PARAFAC) 모델에 의해 분류된 컴포넌트(Component)별 유기물 특성지수(형광지수)를 통해 대상수의 수산화라디칼 요구량 지수를 간편하게 산출할 수 있고, 이에 따라, 공정 제어변수인 약품주입량과 자외선 조사량을 제어할 수 있고, 또한, 주어진 운전변수 조건에서 수중의 대상물질의 제거율을 예측함으로써 고도산화공정의 공정평가 진단도구로도 활용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 대상물질의 종류 및 원수 수질특성이 변하더라도 고도산화공정에서 소모하는 전력소모량을 절감시키면서 공정제어가 가능한 운전 편의성을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 고도산화공정의 수산화라디칼 소모인자 지수 실시간 측정장치의 구성도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 병렬요인 분석 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 대상수에 포함된 자연유기물질(NOM)을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 실시간 다중 형광분석기에서 측정되는 EEM 데이터를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에 적용되는 3D-병렬요인(FARAFAC) 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 12는 각각 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 병렬요인 분석장치의 병렬요인(FARAFAC) 모델링 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 다채널 연속흐름 반응기를 구비한 라디칼지수 측정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 병렬요인 분석 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 대상수에 포함된 자연유기물질(NOM)을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 실시간 다중 형광분석기에서 측정되는 EEM 데이터를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에 적용되는 3D-병렬요인(FARAFAC) 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 12는 각각 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 병렬요인 분석장치의 병렬요인(FARAFAC) 모델링 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템(100)]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템(100)은, 대상수 공급부(110), 실시간 다중형광 분석기(120), 병렬요인 분석장치(130), 유기물 특성지수 도출부(140), 수산화라디칼 요구량 지수 산출부(150), 공정 제어변수 모니터링부(160) 및 대상물질 제거율 예측부(170)를 포함한다.
대상수 공급부(110)는 고도산화공정(AOP)으로 수처리하는 대상수를 공급한다. 이때, 상기 대상수는 고도산화공정(AOP)으로 수처리할 원수이거나 고도산화공정(AOP)으로 수처리한 처리수일 수 있다.
실시간 다중형광 분석기(120)는 수중의 수산화라디칼 요구량 지수를 연속적으로 모니터링할 수 있는 제1 내지 제n 형광분석기의 다채널로 구성되고, 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하여 EEM(Excitation- Emission Matrix) 데이터를 생성한다. 예를 들면, 상기 실시간 다중형광 분석기(120)는 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하도록 3개의 파장대를 방출하는 다수의 형광분석기를 사용하여 EEM 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 상기 실시간 다중형광 분석기(120)는 유입원수 및 처리수 각각에 대해 상기 파장대에서 다중 형광분석을 실시할 수 있다.
병렬요인 분석장치(130)는 상기 EEM 데이터의 다중 형광분석을 위해 컴포넌트별로 분류한다. 이때, 상기 병렬요인 분석장치(130)는 병렬요인 모델링(FARAFAC Modelling)에 의해 상기 EEM 데이터를 제1, 제2 및 제3 컴포넌트로 분류하되, 상기 제1 컴포넌트는 250~260㎚의 여기파장(Excitation wavelength)과 380~480㎚의 방출파장(Emission wavelength)을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이고, 상기 제2 컴포넌트는 330~350㎚의 여기파장과 420~480㎚의 방출파장을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이며, 상기 제3 컴포넌트는 270~280㎚의 여기파장과 320~350㎚의 방출파장을 사용 EEM 데이터를 분류한 것이다.
유기물 특성지수 도출부(140)는 컴포넌트별 유기물 특성지수(형광지수)를 도출한다.
수산화라디칼 요구량 지수 산출부(150)는 상기 컴포넌트별 유기물 특성지수에 대응하는 대상수 내의 수산화라디칼 요구량 지수를 산출한다.
공정 제어변수 모니터링부(160)는 반응속도모델을 이용하여 공정 제어변수를 모니터링한다. 이때, 상기 공정 제어변수 모니터링부(160)는 상기 고도산화공정(AOP)에 적용되는 약품 주입량 또는 자외선 조사량을 산출 및 제어할 수 있다.
대상물질 제거율 예측부(170)는 상기 고도산화공정(AOP)의 공정평가 진단을 위해 수중의 대상물질 제거율을 예측한다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 병렬요인 분석 원리를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 용존유기물은 복잡한 화학구조로 이루어진 비균질성 복합체이기 때문에 이들의 유형별 정보를 보다 정확하게 파악하기 위해서는 3D-EEM 상에서 나타나는 중첩된 형광세기를 특정 여기방출 파장영역으로 구분하여 고찰할 필요가 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템의 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 병렬요인 분석장치(130)를 이용하여 병렬요인 모델링을 수행한다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 대상수에 포함된 자연유기물질(NOM)을 예시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 실시간 다중 형광분석기에서 측정되는 EEM 데이터를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같은 자연유기물질(NOM)은 동식물 등이 부패하여 형성되는 자연생성물로서，부패 혹은 미생물 분해 생성과정 등 다른 경로를 통하여 생성되며, 지역별, 계절별, 수계별，국가별로 매우 다른 특성을 나타내게 된다. 예를 들면, 특정지역의 자연유기물질은 소수성(hydrophobicity)이 매우 높은 반면(대표적 예，휴믹산)，다른 지역 의 자연유기물질은 친수성(hydrophilicity)이 높고 미생물 분해능이 높을 수도 있기 때문이다.
이러한 자연유기물질 속에 포함된 영양염류(특히，질소와 인)들은 미생물의 성장을 제어하는 제한인자로써 여름철 호소와 같은 수계에서 발생하는 부영양화 현상 에도 영향을 미친다. 수계에 존재하는 자연유기물질들은 수생태계의 유기물 순 환과 기후변화 등에 중요한 역할을 수행하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 실시간 다중형광 분석기(120)는 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하여 EEM(Excitation- Emission Matrix) 데이터를 생성한다.
이때, 상기 실시간 다중형광 분석기(120)는 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하도록 3개의 파장대를 방출하는 다수의 형광분석기를 사용하여 EEM 데이터를 생성할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에 적용되는 3D-병렬요인(FARAFAC) 모델링을 설명하기 위한 도면이고, 도 8 내지 도 12는 각각 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서 병렬요인 분석장치의 병렬요인(FARAFAC) 모델링 결과를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템에서, 병렬요인 분석장치(130)는 상기 EEM 데이터의 다중 형광분석을 위해 컴포넌트별로 분류한다. 이때, 상기 병렬요인 분석장치(130)는 병렬요인 모델링(FARAFAC Modelling)에 의해 상기 EEM 데이터를 제1, 제2 및 제3 컴포넌트로 분류하되, 상기 제1 컴포넌트는 250~260㎚의 여기파장(Excitation wavelength)과 380~480㎚의 방출파장(Emission wavelength)을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이고, 상기 제2 컴포넌트는 330~350㎚의 여기파장과 420~480㎚의 방출파장을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이며, 상기 제3 컴포넌트는 270~280㎚의 여기파장과 320~350㎚의 방출파장을 사용 EEM 데이터를 분류한 것이다.
자연유기물(NOM)을 분석하는 방법으로서, Fluorescence Excitation-Emission Matrices(F-EEM)을 사용하며, 이것은 자연유기물(NOM)에 자극을 주면 빛을 방출하는 형광의 원리를 이용하여 파장을 측정하고 그로부터 각각의 자연유기물(NOM) 성분을 구별해내는 방법이다. 이렇게 작은 숫자로 나타나는 형광(fluorescence) 성분들은 병렬요인(Parallel factor: PARAFAC) 모델링을 이용하여 수학적으로 분석해낼 수 있다.
구체적으로, 도 7은 3D-PARAFAC 모델을 간단히 도형화한 것으로, 도 7을 참조하면, 상기 병렬요인 모델링은 상기 EEM 데이터를 a, b, c 각각의 3가지 요소로 구분하여 3차원적으로 분석하는 3D-PARAFAC 모델을 적용하되, 상기 3D-PARAFAC 모델의 EEM 데이터 어레이(
)는 
로 주어지고, 이때, 원소 
,
및 
를 갖는 3개의 행렬 A, B 및 C로 나타내고, 에러성분(
)의 합이 최소가 될 때 성립하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템은, 도 8 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 병렬요인 분석장치의 병렬요인(FARAFAC) 모델링 결과를 각각 나타낼 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템의 경우, 기존의 지표물질인 로다민 B를 사용하지 않고도, 대상수내 유기물질의 특성을 연속흐름 분석방식으로 모니터링할 수 있다. 이에 따라, 반응관내 흡착된 지표물질을 주기적으로 세척해야 하는 번거로움을 회피할 수 있기 때문에 자동화된 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링을 위한 실시간 다중형광 분석 및 측정장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 오존, 자외선, 과산화수소 등을 조합한 고도산화공정(AOP)이 적용된 수처리 시스템에 있어서, 실시간 형광분석을 통한 수중의 유기물 특성 구조를 병렬요인(PARAFAC) 모델에 의해 분류된 컴포넌트(Component)별 유기물 특성지수(형광지수)를 통해 대상수의 수산화라디칼 요구량 지수를 간편하게 산출할 수 있고, 이에 따라, 공정 제어변수인 약품주입량과 자외선 조사량을 제어할 수 있다. 이와 동시에, 주어진 운전변수 조건에서 수중의 대상물질의 제거율을 예측함으로써 고도산화공정의 공정평가 진단도구로도 활용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 대상물질의 종류 및 원수 수질특성이 변하더라도 고도산화공정에서 소모하는 전력소모량을 절감시키면서 공정제어가 가능한 운전 편의성을 제공할 수 있다.
[실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법]
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법의 동작흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법은, 먼저, 고도산화공정(AOP)으로 수처리하는 대상수를 공급한다(S110). 이때, 상기 대상수는 고도산화공정(AOP)으로 수처리할 원수이거나 고도산화공정(AOP)으로 수처리한 처리수일 수 있다.
다음으로, 다채널로 구성된 실시간 다중 형광 분석기(120)를 통해 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하여 EEM(Excitation-Emission Matrix) 데이터를 생성한다(S120). 즉, 상기 실시간 다중형광 분석기(120)는 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하도록 3개의 파장대를 방출하는 다수의 형광분석기를 사용하여 EEM 데이터를 생성한다.
다음으로, 병렬요인 분석장치(130)를 통해 EEM 데이터를 다중 형광분석하고, 컴포넌트별로 분류한다(S130). 이때, 상기 병렬요인 분석장치(130)는 병렬요인 모델링(FARAFAC Modelling)에 의해 상기 EEM 데이터를 제1, 제2 및 제3 컴포넌트로 분류하되, 상기 제1 컴포넌트는 250~260㎚의 여기파장(Excitation wavelength)과 380~480㎚의 방출파장(Emission wavelength)을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이고, 상기 제2 컴포넌트는 330~350㎚의 여기파장과 420~480㎚의 방출파장을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이며, 상기 제3 컴포넌트는 270~280㎚의 여기파장과 320~350㎚의 방출파장을 사용 EEM 데이터를 분류할 수 있다.
구체적으로, 상기 병렬요인 모델링은 상기 EEM 데이터를 a, b, c 각각의 3가지 요소로 구분하여 3차원적으로 분석하는 3D-PARAFAC 모델을 적용하되, 상기 3D-PARAFAC 모델의 EEM 데이터 어레이(
)는 
로 주어지고, 이때, 원소 
,
및 
를 갖는 3개의 행렬 A, B 및 C로 나타내고, 에러성분(
)의 합이 최소가 될 때 성립하게 된다.
다음으로, 컴포넌트별 유기물 특성지수(형광지수)를 도출한다(S140).
다음으로, 상기 컴포넌트별 유기물 특성지수에 대응하는 대상수 내의 수산화라디칼 요구량 지수를 산출한다(S150).
다음으로, 반응속도모델을 이용하여 공정 제어변수를 모니터링한다(S160). 이때, 상기 고도산화공정(AOP)에 적용되는 약품 주입량 또는 자외선 조사량을 산출 및 제어할 수 있다.
다음으로, 고도산화공정의 공정평가 진단을 위해 수중의 대상물질 제거율을 예측한다(S170).
본 발명의 실시예에 따른 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법에 따르면, 상기 대상수내 유기물질의 특성을 연속흐름 분석방식으로 모니터링할 수 있고, 이때, 지표물질인 로다민-A를 사용하지 않고도, 다채널로 구성된 다중 파장대의 형광 EEM(F-EEM) 및 병렬요인(PARAFAC) 모델에 따른 측정 및 해석을 통해서 도출된 컴포넌트별 유기물 특성지수에 따라 수중의 수산화라디칼 요구량 지수를 직접적으로 측정하고, 이를 반응속도 모델을 통해 공정 제어변수인 약품 주입량 또는 자외선 조사량을 산출하여 제어할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 실시간으로 수산화라디칼 요구량을 측정하는 방법으로서, 고도산화공정에서 소모하는 전력소모량을 절감하면서 공정제어가 가능한 운전 편의성을 제공할 수 있고, 또한, 라디칼을 생성하는 고도산화공정의 약품제어에 정량적으로 활용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템
110: 대상수 공급부
120: 실시간 다중형광 분석기
130: 병렬요인 분석장치
140: 유기물 특성지수 도출부
150: 수산화라디칼 요구량 지수 산출부
160: 공정 제어변수 모니터링부
170: 대상물질 제거율 예측부
110: 대상수 공급부
120: 실시간 다중형광 분석기
130: 병렬요인 분석장치
140: 유기물 특성지수 도출부
150: 수산화라디칼 요구량 지수 산출부
160: 공정 제어변수 모니터링부
170: 대상물질 제거율 예측부
Claims (14)
- 고도산화공정(AOP)으로 수처리하는 대상수를 공급하는 대상수 공급부(110);
다채널로 구성되고, 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하여 EEM(Excitation-Emission Matrix) 데이터를 생성하는 실시간 다중형광 분석기(120);
상기 EEM 데이터의 다중 형광분석을 위해 컴포넌트별로 분류하는 병렬요인 분석장치(130);
컴포넌트별 유기물 특성지수(형광지수)를 도출하는 유기물 특성지수 도출부(140);
상기 컴포넌트별 유기물 특성지수에 대응하는 대상수 내의 수산화라디칼 요구량 지수를 산출하는 수산화라디칼 요구량 지수 산출부(150); 및
반응속도모델을 이용하여 공정 제어변수를 모니터링하는 공정 제어변수 모니터링부(160)를 포함하되,
상기 대상수내 유기물질의 특성은 연속흐름 분석방식으로 모니터링되는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 대상수는 고도산화공정(AOP)으로 수처리할 원수이거나 고도산화공정(AOP)으로 수처리한 처리수인 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 실시간 다중형광 분석기(120)는 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하도록 3개의 파장대를 방출하는 다수의 형광분석기를 사용하여 EEM(Excitation-Emission Matrix) 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 병렬요인 분석장치(130)는 병렬요인 모델링(FARAFAC Modelling)에 의해 상기 EEM 데이터를 제1, 제2 및 제3 컴포넌트로 분류하되, 상기 제1 컴포넌트는 250~260㎚의 여기파장(Excitation wavelength)과 380~480㎚의 방출파장(Emission wavelength)을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이고, 상기 제2 컴포넌트는 330~350㎚의 여기파장과 420~480㎚의 방출파장을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이며, 상기 제3 컴포넌트는 270~280㎚의 여기파장과 320~350㎚의 방출파장을 사용 EEM 데이터를 분류한 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 병렬요인 모델링은 상기 EEM 데이터를 a, b, c 각각의 3가지 요소로 구분하여 3차원적으로 분석하는 3D-PARAFAC 모델을 적용하되, 상기 3D-PARAFAC 모델의 EEM 데이터 어레이()는
로 주어지고, 이때, 원소
,
및
를 갖는 3개의 행렬 A, B 및 C로 나타내고, 에러성분(
)의 합이 최소가 될 때 성립하는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 공정 제어변수 모니터링부(160)는 상기 고도산화공정(AOP)에 적용되는 약품 주입량 또는 자외선 조사량을 산출 및 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 고도산화공정(AOP)의 공정평가 진단을 위해 수중의 대상물질 제거율을 예측하는 대상물질 제거율 예측부(170)를 추가로 포함하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템. - 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법에 있어서,
a) 고도산화공정(AOP)으로 수처리하는 대상수를 공급하는 단계;
b) 다채널로 구성된 실시간 다중 형광 분석기(120)를 통해 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하여 EEM 데이터를 생성하는 단계;
c) 병렬요인 분석장치(130)를 통해 EEM 데이터를 다중 형광분석하고, 컴포넌트별로 분류하는 단계;
d) 컴포넌트별 유기물 특성지수(형광지수)를 도출하는 단계;
e) 상기 컴포넌트별 유기물 특성지수에 대응하는 대상수 내의 수산화라디칼 요구량 지수를 산출하는 단계; 및
f) 반응속도모델을 이용하여 공정 제어변수를 모니터링하는 단계를 포함하되,
상기 대상수내 유기물질의 특성은 연속흐름 분석방식으로 모니터링되는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법. - 제8항에 있어서,
g) 고도산화공정의 공정평가 진단을 위해 수중의 대상물질 제거율을 예측하는 단계를 추가로 포함하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법. - 제8항에 있어서,
상기 f) 단계에서 상기 고도산화공정(AOP)에 적용되는 약품 주입량 또는 자외선 조사량을 산출 및 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법. - 제8항에 있어서,
상기 a) 단계의 대상수는 고도산화공정(AOP)으로 수처리할 원수이거나 고도산화공정(AOP)으로 수처리한 처리수인 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법. - 제8항에 있어서,
상기 b) 단계의 실시간 다중형광 분석기(120)는 상기 대상수 내의 자연유기물질(NOM)을 형광 측정하도록 3개의 파장대를 방출하는 다수의 형광분석기를 사용하여 EEM(Excitation-Emission Matrix) 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법. - 제12항에 있어서,
상기 d) 단계의 병렬요인 분석장치(130)는 병렬요인 모델링(FARAFAC Modelling)에 의해 상기 EEM 데이터를 제1, 제2 및 제3 컴포넌트로 분류하되, 상기 제1 컴포넌트는 250~260㎚의 여기파장(Excitation wavelength)과 380~480㎚의 방출파장(Emission wavelength)을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이고, 상기 제2 컴포넌트는 330~350㎚의 여기파장과 420~480㎚의 방출파장을 사용한 EEM 데이터를 분류한 것이며, 상기 제3 컴포넌트는 270~280㎚의 여기파장과 320~350㎚의 방출파장을 사용 EEM 데이터를 분류한 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법. - 제13항에 있어서,
상기 병렬요인 모델링은 상기 EEM 데이터를 a, b, c 각각의 3가지 요소로 구분하여 3차원적으로 분석하는 3D-PARAFAC 모델을 적용하되, 상기 3D-PARAFAC 모델의 EEM 데이터 어레이()는
로 주어지고, 이때, 원소
,
및
를 갖는 3개의 행렬 A, B 및 C로 나타내고, 에러성분(
)의 합이 최소가 될 때 성립하는 것을 특징으로 하는 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 방법.
Priority Applications (3)
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| KR1020190162387A KR102292074B1 (ko) | 2019-12-09 | 2019-12-09 | 실시간 다중 형광분석기와 병렬요인 분석장치를 이용한 수중의 수산화라디칼 요구량 지수 모니터링 시스템 및 그 방법 |
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