KR20210076374A - 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치 - Google Patents

수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치는, 수처리 시설에서 채취한 액체샘플로부터 휘발성유기화합물을 추출하는 추출기; 물을 수용하여 상기 추출기의 적어도 일부를 침수시키는 수조; 및 상기 추출기에 부착된 이물을 탈거시키도록 상기 수조의 물에 초음파를 제공하는 초음파발생부를 포함한다.

Description

수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치{ACCELERATOR FOR EXTRACTING VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS IN WATER USING ULTRASONIC WAVES INSTALLED IN WATER TREATMENT FACILITY}
본 발명은 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치에 관한 것이다.
산업이 고도화됨에 따라 세계적으로 많은 화학물질들이 개발되고 널리 사용됨에 따라 신종 오염물질도 급속히 증가하고 있다. 상하수에서 다양한 오염물질들이 보통은 ug/L에서 ng/L 수준의 미량 농도로 존재하고 있다. 이런 상하수에서 다양한 오염물질들을 분석하기 위해 다양한 분석 방법이 사용되고 있다.
오염물질의 한 종류로서, 휘발성유기화합물(Volatiile Organic Compounds: VOC)은 비점(끊는 점)이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물이다. 휘발성유기화합물은 산업체에서 많이 사용하는 용매에서 화학 및 제약공장이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하며 끓는점이 낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수소류가 거의 해당된다.
VOC는 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하기도 하고, 벤젠과 같은 물질은 발암성물질로서 인체에 매우 유해하며, 스티렌을 포함하여 대부분의 VOC는 악취를 일으키는 물질로 분류할 수 있다.
수처리 시설의 수질 분석은 상술한 휘발성유기화합물의 분석을 포함할 수 있다. 휘발성유기화합물은 실온에서 기화, 증발 또는 승화되어 대기로 흩어질 수 있다. 따라서, 수질 분석은 휘발성유기화합물을 추출하는 전처리 단계를 포함할 수 있다.
수질 분석 장치가 수처리 시설의 현장에 설치되기 위해서는 상술한 전처리 단계도 현장에서 이루어져야 하는 경우가 발생하는데, 종래의 전처리 단계는 현장 상황에 적용되기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 발명자는 상술한 전처리 단계와 관련하여 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치를 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 수처리 시설의 현장 상황에 대응할 수 있는, 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수처리 시설에서 채취한 액체샘플로부터 휘발성유기화합물을 추출하는 추출기; 물을 수용하여 상기 추출기의 적어도 일부를 침수시키는 수조; 및 상기 추출기에 부착된 이물을 탈거시키도록 상기 수조의 물에 초음파를 제공하는 초음파발생부를 포함하는, 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치가 제공된다.
상기 수조에 열을 가하는 열공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 추출기는, 비활성기체를 이용하여 상기 액체샘플로부터 휘발성유기화합물을 탈기시키는 퍼지 스파저(purge sparger); 및 탈기된 휘발성유기화합물을 흡착하는 트랩(trap)을 포함하고, 상기 퍼지 스파저가 상기 수조의 물에 침수될 수 있다.
상기 초음파발생부가 발생한 초음파에 의해, 상기 퍼지 스파저 내면에 부착된 이물이 탈거될 수 있다.
상기 퍼지 스파저는 내면에서 탈거된 이물을 배출하기 위해 하단에 이물배출부를 구비할 수 있다.
상기 수조는, 물을 수용하는 제1 공간부; 및 상기 제1 공간부의 하부에 형성되는 제2 공간부를 포함하고, 상기 초음파발생부는 상기 제2 공간부 내에 위치할 수 있다.
상기 수조에 설치되어 상기 수조의 물의 온도를 측정하는 수온센서를 더 포함하고, 상기 열공급부는, 상기 수온센서에서 측정되는 상기 수조의 물의 온도에 따라 제어될 수 있다.
상기 수조의 일측면에 물을 유입시키는 유입부가 구비되고, 상기 수조의 타측면에 물을 유출시키는 유출부가 구비될 수 있다.
상기 수조에 설치되어 상기 수조의 물의 수위를 측정하는 수위센서를 더 포함하고, 상기 수위센서에서 측정되는 상기 수조의 물의 수위에 따라, 물의 유입량과 물의 유출량 중 적어도 하나가 조절될 수 있다.
수처리 시설에서 배출되는 배출수를 이송시키는 이송라인을 더 포함하고, 상기 이송라인은, 상기 액체샘플로 사용하기 위하여 상기 배출수를 상기 추출기로 이송시키는 제1 라인; 및 상기 수조의 물로 사용하기 위하여 상기 배출수를 상기 수조로 이송시키는 제2 라인으로 분기될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수질 분석 전처리 단계에서 사용되는 기구에 부착된 이물을 용이하게 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수질 분석 전처리 단계 에서의 온도가 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치를 나타낸 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수질 분석 장치는, 수처리 시설(현장)(1)에 설치되어 수처리 시설(1)의 수질을 실시간으로 분석할 수 있다. 수처리 시설(1)은 상, 하수 시설을 포함할 수 있다.
종래에는 수질 분석 장치가 실험실에 구비되었고 관리자가 물을 채취하여 실험실로 가져온 후 수질 분석을 진행하였다면, 본 발명에서는 수질 분석 장치가 수처리 시설(1)에 직접 설치되어 수처리 시설(1)의 물을 실시간으로 자동으로 분석할 수 있다. 관리자는 원격으로 수질을 모니터링할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설(1)에 설치가능한 실시간 수질 분석 장치는, 추출기(100), 수조(200), 초음파발생부(300)를 포함하고, 열공급부(400)를 더 포함할 수 있다.
추출기(100)는 수처리 시설(1)에서 채취한 액체샘플(SP)로부터 휘발성유기화합물을 추출할 수 있다. 추출기(100)는 액체샘플(SP)에 함유된 물질 중 휘발성유기화합물을 선택적으로 추출할 수 있다. 액체샘플(SP)은 수처리 시설(1)의 상수 또는 하수일 수 있으나, 제한되는 것은 아니다.
추출기(100)는 퍼지 스파저(purge sparger)(110) 및 트랩(trap)(150)을 포함할 수 있다.
퍼지 스파저(110)는 비활성기체(퍼지 가스라고 부를 수 있음)를 이용하여 액체샘플(SP)로부터 휘발성유기화합물을 탈기시키는 기구이다. 액체샘플(SP)은 퍼지 스파저(110)로 유입되어 퍼지 스파저(110) 내부에서 탈기된다.
퍼지 스파저(110)는 수직으로 연장된 유리관으로서, 액체샘플 유입로(120), 비활성기체 분사노즐(130), 가스 유출로(140)를 구비할 수 있다.
퍼지 스파저(110)는 전체적으로 폭이 좁고 세로로 길게 연장되며, 상부측에 상대적으로 넓은 공간이 마련될 수 있다. 이러한 넓은 공간은 구형상을 가질 수 있다.
액체샘플 유입로(120)는 액체샘플(SP)이 유입되는 통로이며 외측으로 돌출된 형태로 구현될 수 있다. 액체샘플 유입로(120)는 상술한 넓은 공간과 연결될 수 있다. 유입된 액체샘플(SP)은 퍼지 스파저(110)에 수용된다.
비활성기체 분사노즐(130)은 퍼지 스파저(110) 하측에 설치될 수 있다. 비활성기체 분사노즐(130)은 프릿(frit)으로 구현될 수 있다. 비활성기체는 고순도의 기체로서, 질소, 헬륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비활성기체 분사노즐(130)은 퍼지 스파저(110) 내부로 분사되면서 액체샘플(SP)에서 미세기포를 발생시킨다. 이에 따라 액체샘플(SP)에 함유되어 있던 휘발성유기화합물이 탈기될 수 있다. 이러한 탈기 과정은 5~10분동안 이루어질 수 있다.
한편, 비활성기체 분사노즐(130)은 분사라인(G1)의 단부에 형성될 수 있다. 퍼지 스파저(110)의 상측에는 라인 유입로(135)가 구비될 수 있다. 라인 유입로(135)는 외측으로 돌출된 형태로 구현될 수 있다. 라인 유입로(135)는 퍼지 스파저(110)의 상술한 넓은 공간과 연결될 수 있다. 분사라인(G1)은 라인 유입로(135)를 통해 퍼지 스파저(110) 내부로 삽입될 수 있다. 또한, 분사라인(G1)에는 유량계(F2)가 설치될 수 있다.
가스 유출로(140)는 액체샘플(SP)로부터 탈기된 휘발성유기화합물이 배출되는 통로이며 외측으로 돌출된 형태로 구현될 수 있다. 가스 유출로(140)는 퍼지 스파저(110)의 상술한 넓은 공간과 연결될 수 있다. 즉, 액체샘플 유입로(120), 라인 유입로(135), 가스 유출로(140)가 모두 상기 넓은 공간과 인접하여 구비된다. 휘발성유기화합물은 비활성기체와 함께 가스 유출로(140)를 통해 배출될 수 있다.
트랩(150)은 가스 유출로(140)로 배출된 휘발성유기화합물을 흡착한다. 퍼지 스파저(110)의 가스 유출로(140)는 트랩(150)과 연결된다. 가스 유출로(140)와 트랩(150)은 가스라인(G2)으로 연결될 수 있다. 가스라인(G2) 상에는 밸브(V5)가 설치될 수 있다. 밸브(V5)가 개방되면, 가스라인(G2)을 통해 휘발성유기화합물과 비활성가스가 트랩(150)으로 이송될 수 있다.
트랩(150)은 Tenax, Charcoal 재질로 이루어질 수 있고, 비활성가스와 함께 트랩(150)으로 옮겨진 휘발성유기화합물을 흡착시키는데 유리한 특성을 가지고 있다. 휘발성유기화합물에 따라 흡착에 유리한 온도가 달라질 수 있다. 트랩(150)으로 흡착된 휘발성유기화합물에 건조한 가스(비활성가스)를 접촉시킴으로써 수분을 제거한 후 트랩(150)에 순간적으로 고온의 열을 가하여 휘발성유기화합물을 열탈착시킬 수 있다. 이후에 캐리어 가스(carrier gas)에 의해 휘발성유기화합물은 분석기(10)로 유입될 수 있다. 휘발성유기화합물은 분석라인(L6)을 통해 분석기(10)로 유입될 수 있다.
분석기(10)는 트랩(150)에 연결되어 휘발성유기화합물을 종류, 양 등에 대해 분석할 수 있다. 분석기(10)는 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography; GC)를 포함할 수 있다. 기체 크로마토그래피는 복합 성분의 액체샘플이 이동상(mobile phase)에 의해 이동하면서 칼럼(column)의 고정상(stationary phase)과의 상호 물리 화학적인 작용에 의하여 각각의 단일 성분으로 분리되는 현상을 이용하여 분석하는 장치이다. 칼럼은 모세관 칼럼 또는 밀봉된 칼럼을 이용할 수 있다. 두 칼럼은 모두 비흡착성이고 화학적으로 활성이 없는 물질로 만들어졌다. 밀봉 칼럼(packed column)은 보통 스테인레스 철이나 유리로 만들며, 모세관 칼럼(capillary column)은 석영이나 용융 실리카로 만들 수 있다.
수조(200)는 물을 수용하여 추출기(100)의 적어도 일부를 침수시킬 수 있다. 따라서, 추출기(100)는 수조(200)의 물과 접촉된 상태로 작동될 수 있다. 특히, 수조(200)의 물에는 추출기(100)의 퍼지 스파저(110)가 침수될 수 있다. 특히, 퍼지 스파저(110)의 수직으로 연장된 부분이 침수될 수 있다. 퍼지 스파저(110) 내부의 액체샘플(SP)은 수조(200)의 수면 아래에 위치할 수 있다.
상기 수조(200)의 일측면에 물을 유입시키는 유입부(210)가 구비되고, 상기 수조(200)의 타측면에 물을 유출시키는 유출부(220)가 구비될 수 있다. 물은 유입부(210)로 유입되어 수조(200)에 수용된다. 수조(200)에 수용된 물이 지나치게 많거나, 물의 교체가 필요하거나, 기타의 이유로 물이 유출될 필요가 있는 경우 물은 유출부(220)로 유출된다. 유입부(210)와 유출부(220)는 각각 관으로 구현될 수 있다. 유입부(210)와 유출부(220)는 서로 마주보는 면에 구비될 수 있다. 유입부(210)는 수조(200)의 일측면의 상측에 구비될 수 있다. 유출부(220)는 수조(200)의 타측면의 상측에 구비될 수 있다.
유입부(210)와 유출부(220) 각각에는 밸브(V2, V3)가 설치되고, 밸브(V2, V3)의 작동에 따라 유입부(210)의 물 유입량, 유출부(220)의 물 유출량이 조절될 수 있다.
수조(200)는 물을 수용하는 제1 공간부(200W)와 상기 제1 공간부(200W)의 하부에 형성되는 제2 공간부(200A)를 포함할 수 있다. 즉, 수조(200)는 상하로 배치된 제1 공간부(200W)와 제2 공간부(200A)로 구획될 수 있다. 제1 공간부(200W)와 제2 공간부(200A) 사이에는 바닥부(200B)가 개재되며, 바닥부(200B)에 의하여 제1 공간부(200W)와 제2 공간부(200A)가 구획될 수 있다.
제1 공간부(200W)에는 추출기(100)가 침수되기 위한 물(W)이 수용된다. 제2 공간부(200A)에는 초음파발생부(300) 등이 구비될 수 있다.
초음파발생부(300)는 초음파를 발생하여 수조(200)의 물(W)에 초음파를 제공할 수 있다. 이러한 초음파에 의해 추출기(100)에 부착된 이물이 탈거될 수 있다. 특히, 퍼지 스파저(110)의 내면에 부착된 이물이 초음파에 의해 탈거될 수 있다. 초음파에 의한 물의 진동은 퍼지 스파저(110)로 전달되고, 이러한 진동에 의하여 이물이 탈거될 수 있다.
초음파발생부(300)는 주기적으로 초음파를 발생할 수 있다. 예를 들어, 10분마다 10분 동안 초음파를 발생할 수 있다.
초음파발생부(300)에서 발생되는 초음파는 15kHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 초음파발생부(300)는 울트라소닉(ultrasonic) 타입으로, 20kHz 이상의 주파수의 초음파를 발생할 수 있다. 예를 들어, 초음파발생부(300)는 40kHz 주파수의 초음파를 발생할 수 있다. 초음파는 캐비테이션효과에 의해 이물을 탈거시킬 수 있다.
액체샘플(SP)이 수처리 시설(1)에서 채취된 경우, 액체샘플(SP)은 부유물, 이끼 등을 포함할 수 있는데, 액체샘플(SP)이 퍼지 스파저(110) 내부로 수용되면, 이러한 부유물, 이끼 등이 퍼지 스파저(110) 내면에 부착될 수 있다. 초음파발생부(300)에서 발생한 초음파에 의해 이러한 퍼지 스파저(110) 내면에 부착된 부유물, 이끼 등의 이물이 탈거될 수 있다. 이에 따라, 퍼지 스파저(110)의 연속적인 사용이 가능할 수 있다.
또한, 초음파에 의해서 휘발성유기화합물의 탈기 효율이 높아질 수 있다.
초음파발생부(300)는 수조(200)의 제2 공간부(200A)에 설치될 수 있다. 초음파발생부(300)는 제1 공간부(200W)의 바닥부(200B)를 향해 초음파를 방사할 수 있다. 초음파발생부(300)는 제1 공간부(200W)의 바닥부(200B)에 접촉되거나, 이격되게 설치될 수 있다. 초음파발생부(300)는 복수로 형성될 수 있다.
퍼지 스파저(110)는 내면에서 탈거된 이물을 배출하기 위해 하단에 이물배출부를 구비할 수 있다. 구체적으로 퍼지 스파저(110)에는 초음파에 의해 탈거된 이물이 배출되는 배출라인(160)이 결합될 수 있다. 배출라인(160)은 퍼지 스파저(110)의 하단에 결합될 수 있다. 이물배출부는 밸브(V4)를 포함할 수 있다. 즉, 배출라인(160)에는 밸브(V4)가 구비되고, 밸브(V4)는 배출라인(160)으로의 이물 배출을 조절할 수 있다.
열공급부(400)는 수조(200)에 열을 가하여 수조(200)의 물(W)의 온도를 조절할 수 있다. 열공급부(400)는 수조(200)의 제2 공간부(200A)에 설치될 수 있다. 열공급부(400)는 제1 공간부(200W)의 바닥부(200B)를 향해 열을 방사할 수 있다. 열공급부(400)는 제1 공간부(200W)의 바닥부(200B)에 접촉되거나 이격되게 설치될 수 있다. 열공급부(400)는 복수로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설(1)에 설치가능한 실시간 수질 분석 장치는 수온센서(510)를 더 포함할 수 있다.
수온센서(510)는 수조(200)에 설치되어 상기 수조(200)의 물(W)의 온도를 측정할 수 있다. 이 경우, 상기 열공급부(400)는, 상기 수온센서(510)에서 측정되는 상기 수조(200)의 물(W)의 온도에 따라 제어될 수 있다. 즉, 측정된 수조(200)의 물(W)의 온도가 기준값 이하(또는 미만)인 경우 열공급부(400)가 작동될 수 있다. 열공급부(400)에 의하면 수조(200)의 물(W)의 온도는 일정하게 유지될 수 있다. 결과적으로 수조(200)의 물(W)에 침수된 추출기(100), 그리고 추출기(100)에 수용된 액체샘플(SP)의 온도가 일정하게 유지될 수 있다.
수질 분석 장치가 수처리 시설(1)(현장)에 직접 설치되는 경우, 수질 분석 장치는 실외 온도 환경에 대응할 수 있어야 한다. 특히, 우리나라의 경우 사계절의 온도 차가 극심하며, 여름과 겨울의 온도차는 30도 이상이 될 수도 있다. 이러한 온도 차는 휘발성유기화합물 탈기 효율에 영향을 줄 수 있다. 특히 겨울의 경우 액체샘플(SP)이 어는 현상이 발생할 수 있으므로 휘발성유기화합물 탈기 효율에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
열공급부(400)는 수조(200)에 열을 가하여 수조(200)의 물(W)의 온도를 조절함으로써 추출기(100)의 온도를 조절할 수 있다. 특히, 수온센서(510)의 측정값에 따라 열공급부(400)는 수조(200)에 가하는 열을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설(1)에 설치가능한 실시간 수질 분석 장치는 수위센서(520)를 더 포함할 수 있다.
수위센서(520)는 수조(200)에 설치되어 상기 수조(200)의 물(W) 수위를 측정할 수 있다. 이 경우, 수위센서(520)에서 측정되는 상기 수조(200)의 물(W) 수위에 따라, 수조(200)의 유입부(210)를 통한 물의 유입량과 수조(200)의 유출부(220)를 통한 물의 유출량 중 적어도 하나가 조절될 수 있다.
구체적으로, 초음파발생부(300)에서 초음파가 발생하면 수조(200)의 물(W) 일부는 기화될 수 있고, 수조(200)의 물(W) 양은 점점 줄어들 수 있다. 즉, 수조(200)의 물(W) 수위가 낮아질 수 있다. 수조(200) 물(W) 양이 지나치게 줄어들면 초음파발생부(300) 및/또는 열공급부(400)에 따른 효과가 작아질 수 있다. 물의 수위가 기준값 이하(미만)인 경우 유입부(210)의 밸브가 작동하여 유입부(210)를 개방하고 유입부(210)를 통해 물이 수조(200)로 유입될 수 있다. 이에 따라 수위는 기준값까지 높아질 수 있다.
또 다른 예로서, 수위가 지나치게 높아진 경우, 수위를 낮추기 위해 유출부(220)의 밸브가 작동하여 유출부(220)를 개방하고 유출부(220)를 통해 물이 외부로 유출될 수 있다. 이에 따라 수위는 기준값까지 낮아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설(1)에 설치가능한 실시간 수질 분석 장치는 수처리 시설(1)과 연결된 이송라인(L1)을 더 포함할 수 있다. 수처리 시설(1)에서 배출되는 배출수는 이송라인(L1)을 통해 이송될 수 있다. 여기서, 배출수는 수처리 시설(1)에서 배출되는 물이라면 모두 포함될 수 있고, 물의 종류가 제한되지 않는다.
이송라인(L1)은 제1 라인(L3)과 제2 라인(L2)으로 분기된다. 따라서, 배출수는 이송라인(L1)을 통해 이송되다가 제1 라인(L3)과 제2 라인(L2) 각각으로 분기되어 이송된다.
상기 이송라인(L1)은, 상기 액체샘플(SP)로 사용하기 위하여 상기 배출수를 상기 추출기(100)로 이송시키는 제1 라인(L3); 및 상기 수조(200)의 물(W)로 사용하기 위하여 상기 배출수를 상기 수조(200)로 이송시키는 제2 라인(L2)으로 분기된다.
즉, 배출수는 제1 라인(L3)을 통해 추출기(100)로 유입되어 액체샘플(SP)이 되고, 제2 라인(L2)을 통해 수조(200)로 유입되어 수조(200)의 물(W)로서 작용한다.
이송라인(L1)이 제1 라인(L3) 및 제2 라인(L2)으로 분기되는 지점에 펌프(P1)가 구비될 수 있다. 펌프(P1)는 수처리 시설(1)로부터 배출수를 배출시키는 동력을 제공할 수 있다. 또한, 펌프는 배출수를 제1 라인(L3) 및 제2 라인(L2) 각각으로 분기시키는 동력도 제공할 수 있다.
제1 라인(L3)은 본라인(L4)과 배기라인(L5)으로 또 다시 분기될 수 있다. 분기 지점에는 밸브(V1)가 설치될 수 있고, 밸브(V1)는 3way 밸브일 수 있다. 배출수는 본라인(L4)을 따라 추출기(100)까지 도달할 수 있고, 본라인(L4) 상에는 루프(LP)가 설치될 수 있다. 배기라인(L5)으로는 배출수의 일부, 또는 배출수에 함유된 가스가 배출될 수 있다.
제2 라인(L2)은 수조(200)의 유입부(210)와 연결될 수 있다. 배출수는 제2 라인(L2)을 따라 수조(200)까지 도달할 수 있다. 제2 라인(L2) 상에는 유량계(F1)가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시설(1)에 설치가능한 실시간 수질 분석 장치는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다.
제어부(500)는 초음파발생부(300), 열공급부(400)와 연결되어 이들을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 수온센서(510)와 연결되어 수온에 따라 열공급부(400)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 수위센서(520)와 연결되어 수위에 따라 유입부(210)의 밸브(V2)와 유출부(220)의 밸브(V3) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 그 밖에 모든 펌프, 밸브 등을 제어, 관리할 수 있다.
도 1을 참조하면, 수처리 시설(1)에서 펌프(P1)의 작동에 의해 배출되는 배출수가 이송라인(L1)을 통해 이송될 수 있다. 배출수는 제1 라인(L3)으로 분기되어 추출기(100)의 퍼지 스파저(110)까지 이동할 수 있다. 특히, 배출수는 제1 라인(L3) 및 본라인(L4)을 통해 이동하면서, 본라인(L4)의 루프(LP)를 통과할 수 있다. 배출수는 퍼지 스파저(110)의 액체샘플 유입로(120)를 통해 퍼지 스파저(110) 내부로 유입되며, 액체샘플(SP)이 된다.
퍼지 스파저(110) 내에서 액체샘플(SP)로 비활성기체가 분사되는데, 비활성기체 분사노즐(130)을 통해 비활성기체가 분사된다. 비활성기체는 액체샘플(SP) 내에서 미세 기포를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 액체샘플(SP)에 함유된 휘발성유기화합물이 탈기된다. 휘발성유기화합물과 비활성기체는 가스 유출로(140)를 통해 유출될 수 있다.
휘발성유기화합물과 비활성기체는 가스라인(G2)을 통해 트랩(150)으로 이동하며, 트랩(150)에서 휘발성유기화합물이 흡착되어 최종적으로 추출될 수 있다. 추출된 휘발성유기화합물은 분석기(10)로 이송되어 분석된다.
퍼지 스파저(110)는 수처리 시설(1)에 설치되므로 외부 환경에 노출된다. 퍼지 스파저(110)는 외부 환경 속에서 자동으로 세척될 수 있다. 또한, 외부 온도 환경에 대응하여 자동으로 퍼지 스파저(110)의 온도가 조절될 수 있다. 이를 위해, 퍼지 스파저(110)는 수조(200)의 물(W)에 침수된다.
세척과 관련하여, 초음파발생부(300)가 수조(200)의 물(W)에 제공하는 초음파는 퍼지 스파저(110) 내면에 부착된 이물을 탈거시킬 수 있다. 온도 조절과 관련하여 열공급부(400)가 수조(200)와 물(W)을 가열하여 퍼지 스파저(110)를 중탕할 수 있다.
퍼지 스파저(110)의 이물은 휘발성유기화합물 탈기 효율을 저하시킬 수 있다. 초음파발생부(300)의 작동에 의해 퍼지 스파저(110)의 이물이 제거될 수 있으므로 휘발성유기화합물 탈기 효율 극대화될 수 있다.
외부 온도 환경은 휘발성유기화합물 탈기 효율을 저하시킬 수 있다. 특히 외부의 낮은 온도는 액체샘플(SP)을 얼게하는 등의 이유로 휘발성유기화합물 탈기 효율을 저하시킬 수 있다. 열공급부(400)의 작동에 의해 퍼지 스파저(110)의 온도는 일정하게 유지될 수 있고, 휘발성유기화합물 탈기 효율 극대화될 수 있다.
한편, 수조(200)의 물(W)은 이송라인(L1)에서 분기되는 제2 라인(L2)을 통해 이동한 배출수로 제공될 수 있다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 다른 다양한 실시예에 따른 수처리 시설(1)에 설치가능한 실시간 수질 분석 장치를 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 8은 서로 다른 실시예를 도시하고 있지만, 각 실시예는 서로 조합될 수도 있다. 또한 이들 실시예에는 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 설명도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 수조(200)의 제2 공간부(200A)에 초음파발생부(300)와 열공급부(400)가 모두 설치되는데, 제2 공간부(200A)는 초음파발생부(300) 설치공간과 열공급부(400) 설치공간으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 초음파발생부(300) 주변에 격벽이 설치될 수 있다. 이에 따라, 열공급부(400)에서 발생하는 열이 초음파발생부(300)로 전달되지 않을 수 있다.
도 4(a)를 참조하면, 초음파발생부(300)는 수조(200)의 제1 공간부(200W)에 위치하거나, 제1 공간부(200W)로 돌출될 수 있다. 이 경우, 초음파발생부(300)는 수조(200)의 물(W)에 노출될 수 있다. 한편, 이 경우, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 초음파발생부(300)를 둘러싼 커버(200C)가 더 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면 열공급부(400)는 코일(410)을 포함할 수 있다. 수조(200)가 철을 포함하는 재질로 형성되는 경우, 예를 들어, 수조(200)가 스테인리스 재질로 이루어지는 경우, 열공급부(400)의 코일(410)에 전류가 흐르게 되면, 코일(410)과 수조(200) 사이의 상호작용에 의해 수조(200)에서 열이 발생할 수 있다.
도 6을 참조하면, 열공급부(400)는 제1 공간부(200W)에 위치할 수 있다. 예를 들어, 열공급부(400)는 제1 공간부(200W)의 바닥부(200B)에 설치될 수 있다. 이 경우, 열공급부(400)는 수조(200)의 물(W)을 직접 가열할 수 있다.
도 7을 참조하면, 열공급부(400)는 수조(200)의 측면이나 제1 공간부(200W)의 바닥부(200B)에 내장될 수 있다. 이 경우, 열공급부(400)가 차지하는 부피가 작기 때문에 초음파발생부(300)에 할당될 수 있는 공간이 커진다. 초음파발생부(300)는 그만큼 더 많은 개수로 구현될 수 있다.
도 8을 참조하면, 열공급부(400)는 수조(200)로 유입되는 물을 가열할 수 있다. 이 경우, 열공급부(400)는 수조(200)의 유입부(210)에 설치될 수 있다. 또는 열공급부(400)는 수조(200)의 제1 라인(L2)에 설치될 수 있다. 한편, 열공급부(400)는 수조(200)에도 형성되고, 수조(200)의 유입부(210)(또는 제1 라인(L2))에도 형성될 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
100: 추출기
110: 퍼지 스파저
150: 트랩
200: 수조
300: 초음파발생부
400: 열공급부
500: 제어부

Claims (10)

  1. 수처리 시설에서 채취한 액체샘플로부터 휘발성유기화합물을 추출하는 추출기;
    물을 수용하여 상기 추출기의 적어도 일부를 침수시키는 수조; 및
    상기 추출기에 부착된 이물을 탈거시키도록 상기 수조의 물에 초음파를 제공하는 초음파발생부를 포함하는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수조에 열을 가하는 열공급부를 더 포함하는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추출기는,
    비활성기체를 이용하여 상기 액체샘플로부터 휘발성유기화합물을 탈기시키는 퍼지 스파저(purge sparger); 및
    탈기된 휘발성유기화합물을 흡착하는 트랩(trap)을 포함하고,
    상기 퍼지 스파저가 상기 수조의 물에 침수되는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초음파발생부가 발생한 초음파에 의해, 상기 퍼지 스파저 내면에 부착된 이물이 탈거되는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 퍼지 스파저는 내면에서 탈거된 이물을 배출하기 위해 하단에 이물배출부를 구비하는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수조는,
    물을 수용하는 제1 공간부; 및
    상기 제1 공간부의 하부에 형성되는 제2 공간부를 포함하고,
    상기 초음파발생부는 상기 제2 공간부 내에 위치하는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 수조에 설치되어 상기 수조의 물의 온도를 측정하는 수온센서를 더 포함하고,
    상기 열공급부는, 상기 수온센서에서 측정되는 상기 수조의 물의 온도에 따라 제어되는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수조의 일측면에 물을 유입시키는 유입부가 구비되고,
    상기 수조의 타측면에 물을 유출시키는 유출부가 구비되는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수조에 설치되어 상기 수조의 물의 수위를 측정하는 수위센서를 더 포함하고,
    상기 수위센서에서 측정되는 상기 수조의 물의 수위에 따라, 물의 유입량과 물의 유출량 중 적어도 하나가 조절되는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    수처리 시설에서 배출되는 배출수를 이송시키는 이송라인을 더 포함하고,
    상기 이송라인은,
    상기 액체샘플로 사용하기 위하여 상기 배출수를 상기 추출기로 이송시키는 제1 라인; 및
    상기 수조의 물로 사용하기 위하여 상기 배출수를 상기 수조로 이송시키는 제2 라인으로 분기되는,
    수처리 시설에 설치할 수 있는 초음파를 이용한 물 중의 휘발성 유기화합물 추출 가속 장치.
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