KR20050095371A - 광학센서를 이용한 수질측정 방법 및 장치 - Google Patents

광학센서를 이용한 수질측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 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 장치에 관한 것으로, 본 발명의 광학 센서를 이용한 수질 측정 장치는 대상 시료에 자외선과 가시광선의 빛을 조사한 후 얻어지는 여기, 방출에 따른 형광과 산란광을 광학센서로 측정하여 얻어진 형광강도를 컴퓨터로 분석함으로써, 시료의 화학적 산소 요구량(COD)과 부유고형물(SS)의 농도를 계측할 수 있으며, 실시간으로 신속하게 시료를 측정한 결과를 제공하는 이점이 있어, 하천 혹은 하수처리 시설의 원수 및 처리수 등에 적용하여 종합적인 수질관리를 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

광학센서를 이용한 수질측정 방법 및 장치{Method and system for measurement of water qualities by using optical sensor}
본 발명은 광학센서를 이용한 수질 측정 장치에 관한 것으로서, 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 장치에 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.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 기술로는 실시간 수질의 측정 및 모니터링이 어려운 것을 해결하기 위하여 광학센서를 이용한 수질 측정 장치를 이용하여 실시간 수질의 변화를 빠르게 측정할 뿐만 아니라, 지속적인 모니터링을 통하여 수질의 변화에 신속하게 대응할 수 있는 장치를 제공함에 있다. 좀더 구체적으로, 본 발명의 목적은 수질 중의 화학적 산소 요구량(COD)과 부유고형물(SS)에 대하여 하나의 광학센서를 사용하여 동시 측정하고, 이를 컴퓨터에서 실시간으로 분석 및 출력하여 모니터링 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 광학센서로부터 얻어지는 형광 및 산란광의 강도를 중회기 분석(Multiple Liner Regression; MLR)에 의하여 컴퓨터에서 광학 계측 장치를 구동하는 계수를 찾는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광학센서를 이용한 실시간 수질 측정 장치를 제공한다. 좀 더 구체적으로 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 장치를 제공한다.
위와 같이 이루어진 본 발명은 광원으로부터 나온 빛을 집광부를 통하여 측정하려는 시료가 흐르는 플로우 셀에 조사하여 생성되는 형광과 산란광을 광학센서를 이용하여 측정하고, 측정된 결과를 컴퓨터에서 수질인자인 화학적 산소 요구량(COD)과 부유고형물(SS)의 농도로 나타내게 함으로써 수질을 측정할 수 있다.
또한, 상기 광학센서를 이용한 수질 측정 장치를 이용하여 화학적 산소 요구량(COD)과 부유고형물(SS)의 농도 외에 컴퓨터 연산 또는 습식 분석 방법을 조절하여 다른 수질지표 인자 즉, 총질소(TN) 및 TP(총인) 등도 측정할 수 있다.
또한, 상기 장치의 측정 시료로는 하천수, 하수처리 시설의 원수, 하수처리 시설의 처리수 등이 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 발명의 권리범위가 하기 도면으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 광학센서를 이용한 수질측정 장치를 나타낸 블록구성도로, 상기 광학센서를 이용한 실시한 수질 측정 장치는 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 한다.
상기 광원(1)은 시료에 자외선 및 가시광선 영역의 빛(380 nm ~ 740 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, 전력(power)은 최대 200 W(Watts-maximum, range 150-200 W), 평균 수명(Average Life)은 1000 시간(hours), 광대역 출력(broadband output) 250-1100 nm 임을 특징으로 한다.
상기 크세논 램프는 크세논가스 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.
상기 집광부(2)는 광원으로부터 나온 빛을 플로우 셀로 집광하기 위한 것으로, 사용 가능한 렌즈는 투과도가 1에 가까운 유리를 사용한 렌즈로, 바람직하게는, PAUV(Protected Aluminum Ultra Violet) 코팅을 한, 두 개의 거울을 이용한 수렴렌즈를 사용함을 특징으로 한다.
상기와 같이 거울에 PAUV 코팅을 한 이유는 집광을 위한 가이드(guide)관의 소재가 알루미늄(aluminum)이기 때문에 광원(light source)으로부터 오는 광의 알루미늄의 특성을 최소화하기 위해서이다.
상기 측정부(3)에서는 집광렌즈를 통과하여 집광된 빛이 시료가 든 플로우 셀을 통과하면서 산란광과 형광이 발생한다.
이 때, 플로우 셀의 재질로는 석영, 플라스틱, 유리 등이 사용가능하나, 석영이 물의 투과도(1.0)와 가장 비슷한 것(1.1)으로 알려져 있으므로, 바람직하게는 석영플로우 셀을 사용한다.
상기 분광장치(4)는 광학센서를 이용하여 측정부에서 생성된 산란광과 형광을 측정하고, 측정된 결과를 컴퓨터로 전송함을 특징으로 한다. 이 때, 분광장치의 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 있음을 특징으로 한다.
상기 광원(1)과 집광부(2)는 직선상으로 배열되어 있고, 측정부(3)와 분광장치(4)도 직선상으로 배열되어 있으며, 광원(1) 및 집광부(2)와 측정부(3) 및 분광장치(4)는 집광되는 점으로부터 분광장치가 수직의 형태로 놓이도록 배열되는 것이 바람직하다.
상기 컴퓨터(5)에는 광학센서로부터 측정된 빛의 세기가 전기적인 신호로 변환되어 전송되며, 컴퓨터(5)는 분광장치의 광학센서에 의해 측정된 데이터의 행렬연산을 통하여 수질을 분석하고 그 결과를 화면에 출력 및 저장함을 특징으로 한다. 한편, 컴퓨터는 랩뷰 6i(LabVIEW6i) 등의 프로그램을 사용하여 연속측정의 결과를 자동으로 기록할 수 있다.
상기 시료주입 모타(6)는 측정 시료를 주입하는 역할을 하며, 상기 컴퓨터(5) 및 시료주입 모타(6)의 위치는 변형이 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 광학센서를 이용한 수질 측정 장치를 이용하여 실시간으로 하수의 화학적 산소 요구량(COD) 및 부유고형물(SS)의 농도를 계측하여 수질을 측정하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 광학센서로부터 얻어지는 형광강도를 중회기분석(MLR)에 의하여 컴퓨터에서 광학 계측 장치를 구동하는 계수를 찾는 방법을 제공한다.
이 때, 하기에 기재된 방법을 통하여 얻어진 계수를 컴퓨터에 입력하고, 컴퓨터는 광학센서로부터 전달된 데이터를 받아 행렬연산을 수행하여 수질분석결과를 화면에 출력하게 된다. 이 때, 얻어진 계수를 컴퓨터에 입력하는 방법은 랩뷰6i(LabVIEW6i) 에서 txt 파일로 만들어진 계수를 입력한다.
광학센서로 측정 시 얻어지는 스펙트럼은 중회기 분석(Multiple Linear Regression; MLR)을 통하여 측정에 필요한 계수를 얻는다. 중회기 분석은 통계학적인 방법으로 독립변수와 종속변수와의 선형이나 1차 관계를 구하는데 사용되는 것이다.
본 발명은 중회기 분석 시 종속변수로 습식법에 의하여 얻어진 각 수질인자의 측정농도를, 매개변수로 광학센서로부터 출력되는 각 파장에서의 스펙트럼, 즉 형광 강도를 하기 수학식 1에서와 같이 설정하여 계측장치 구동에 필요한 계수를 구한다.
(상기 수학식에서, Y = 습식법에 의하여 얻어진 화학적 산소 요구량(COD) 혹은 부유고형물(SS)의 측정농도, X 1 , X 2 , X 3 , ........, X n = 광학센서로부터 얻어지는 각 파장에서의 형광강도, a 1 , a 2 , a 3 , ......., a n = 중회기 분석을 수행하여 얻어지는 계수임)
즉, 상기의 방법을 통하여 얻어진 계측 장치 구동에 필요한 계수는 광학센서로부터 전달된 데이터를 컴퓨터가 읽을 시에 행렬연산을 통하여 수질측정값으로 읽어지게 되고, 이를 화면에 출력하게 된다.
또한, 상기 계수는 광학측정값과 습식측정 결과를 사스(SAS)와 매트랩(MATLAB) 등의 수학적 도구 프로그램을 통하여 중회기 분석을 수행하여 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 광학센서를 이용한 수질 측정 장치를 이용하여 수질을 측정하는 방법은 상기에서 설명한 것과 같은 광학센서를 이용한 수질 측정 장치에 측정하고자 하는 시료를 유입시키는 단계(a);
시료가 흐르는 플로우 셀로 집광된 빛을 조사시키는 단계(b);
상기 단계(b)의 빛 조사 후 생성된 형광과 산란광을 광학센서를 이용하여 측정하고, 광학센서로부터 얻어지는 형광강도와 습식법에 의하여 얻어진 수질인자의 측정 농도를 하기 수학식 1에 대입하여 수질 측정 장치를 구동하는 데 필요한 계수를 얻는 중회기 분석(Multiple Liner Regression; MLR) 단계(c); 및
분광장치의 광학센서로부터 전달된 데이터를 컴퓨터가 읽을 시에 상기 단계(c)에서 구한 계수를 이용하여 행렬연산을 수행함으로써 하수의 화학적 산소 요구량(COD) 및 부유고형물(SS)의 농도를 계측하여 수질을 분석하는 단계(d)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하지만, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 광학센서 및 습식법을 이용한 수질 측정
1-1.완전 연속 혼합조의 설계
수질을 측정하기 위하여, 먼저, 하기와 같이 완전 연속 혼합조를 설계하였으며, 이 때, 완전 연속 혼합조는 4 ℓ의 부피를 갖고 2 ㎖/초의 유속으로 유입과 유출이 생기는 구조로 설계하였으며, 최초의 혼합이 일어나기 전에는 4 ℓ의 하수처리장의 처리수가 들어있으며, 혼합이 시작되면 하수처리장 유입 원수가 2 ㎖/초로 공급되었다.
1-2. 광학센서를 이용한 수질 측정
광학센서를 이용한 수질 측정을 위해 상기 발명의 구성에서 설명한 도 1의 장치를 이용하였으며, 이 때, 광원으로는 크세논램프(Xenon fiber optic source, CERMAX?)를 사용하였고, 분광장치로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)를 장착한 광섬유 분광광도계(fiber optic CCD spectrometer, CVI Laser Co.)를 사용하였다.
또한, 수질 측정시 상기 실시예 1-1의 완전 연속 혼합조로부터 흘러나온 유출수를 광학센서를 이용한 수질 측정 장치 내의 측정부에 위치한 플로우 셀(flow cell)로 통과시키고, 이때 광학센서를 이용한 분광장치로부터 광학측정 데이터를 얻었으며, 이 데이터는 매 1.5 초마다 컴퓨터에 기록되었다, 한편, 광학센서를 이용한 분광장치로부터 얻어진 광학측정 데이터는 도 2a와 같다.
1-3. 습식법을 이용한 수질 측정
습식법을 이용하여 수질을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1-2의 광학센서로부터 측정되고 나오는 유출수를 8분간 240 ㎖를 모아서 시료로 이용하였다. 이 때, 상기 습식분석시, 화학적 산소 요구량(COD)은 Mn을 이용한 방법(공정시험법, 환경부)으로 측정하였고, 부유고형물(SS)은 유리섬유여과지를 사용하여 일정량을 여과하고 105 ℃에서 2시간 건조시켜 무게를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1 및 도 2b 및 2c에 나타내었다.
또한, 상기의 습식분석 결과는 하기 수학식 2와 같이 표현되며, 상기 실시예 1-2의 광학측정 결과도 같은 결과를 보인다.
(상기 수학식에서, Y = 시간 t 에서의 농도, C i , C f = 각각 초기와 최종 농도임)
시간(분) COD의 농도(㎎/ℓ) SS의 농도(㎎/ℓ) 시간(분) COD의 농도(㎎/ℓ) SS의 농도(㎎/ℓ)
0 2 1 80 93 26.4
8 23 5 88 90 27.2
16 37 7 96 94 27.6
24 50 10 104 97 29.8
32 55 12.8 112 97 31.4
40 59 18.2 120 99 29.8
48 71 22.4 128 99 31.6
56 74 23.7 136 98 31.8
64 85 24.2 144 99 35
72 86 24.6
실시예 2. 광학측정 결과 및 습식측정 결과의 중회기 분석을 통한 분석
상기 실시예 1-2 및 1-3으로부터 얻어진 광학측정 결과와 습식측정 결과는 행렬식(또는 MATLAB의 수학적 도구 프로그램)을 이용하여 중회기 분석(MLR)을 수행하여 분석하였으며, 이를 통해 각 파장에서의 계수를 구하고, 두 값 사이의 상관관계를 알아보았다.
그 결과, 이 계수를 사용한 광학측정 결과와 상기의 습식측정 결과의 상관관계를 나타내는 결정계수(R2)는 화학적 산소 요구량(COD)과 부유고형물(SS)에 대하여 R2값으로 각각 0.9830, 0.9928로 매우 높게 나타났다(도 3a 및 3b 참조). 참고로, R2값이 1에 가까울수록 두 값 사이의 상관관계가 높은 것으로 판정한다.
이 때, MLR로 구한 계수를 사용해 두 값 사이의 상관관계를 알아보기 위해서는 직선의 상관관계를 구하게 되면, 결정계수(R2)를 얻게 된다. 즉, MLR을 통하여 얻어진 계수를 이용하여 광학측정 값을 Y로 놓고, 실측값을 통하여 얻어진 결과를 X로 놓고 결정계수(R2)를 구하게 된다. 이 때, 실제로는 실측값을 통하여 상기 수학식 2의 각 계수를 파악하게 되고, 이로부터 습식값을 추정하게 된다. 또한, 결정계수(R2)를 구하기 위해서는 종속변수와 독립변수의 수가 같아야 하는데, 실제 습식측정값을 광학측정값 만큼 얻는 것은 불가능하기 때문에 일정간격의 습식측정 결과로부터 식을 유도해낸 다음에 광학측정 결과와 대칭시키게 된다.
본 실험에서는 실험을 통해서 시그마플롯(Sigmaplot)의 선형회귀(linear regression)함수를 사용하였으며, 최소자승법으로 연산이 되는 것으로 알려져 있다.
또한, 도 4a 및 4b에서 나타난 것처럼, 광학측정 결과와 습식측정 결과는 큰 차이가 없었다.
그러나, 실제 측정시 광학센서를 이용한 장치를 이용시는 상기 실시예에서 매 1.5초마다 결과를 얻을 있을 정도로 신속하나, 습식법을 이용시는 시료채취에 소요되는 시간과 처리시간이 긴 단점이 있다.
실시예 3. 시간에 따라 변하는 농도의 연속측정
3-1. 광학센서를 이용한 수질 측정
상기 실시예 1-1에서와 같이 설치된 4 ℓ의 완전연속 혼합조에 유입되는 하수를 하수처리장 유입수와 처리수로 번갈아 가며 상기 실시예 1-2의 광학센서를 이용한 수질 측정 장치를 이용하여 화학적 산소 요구량(COD)와 부유고형물(SS)의 농도를 측정하였다. 이 때, 플로우 셀에 공급되는 하수는 120 ㎖/분의 유속으로 공급되었고, 광학장치의 측정 간격은 15 초로 정하였으며, 분광광도계의 적산(integration) 타임은 150 ms로 고정되어 측정하였다. 또한, 상기 실시예 2를 통하여 얻은 계수를 컴퓨터에 입력하였고, 그 컴퓨터는 광학센서로부터 전달된 데이터를 받아 행렬연산을 수행하여 화학적 산소요구량(COD)과 부유고형물(SS)에 대하여 농도를 계측하였고, 그 결과를 자동으로 기록하였다. 이 때, 컴퓨터는 랩뷰 6i(LabVIEW 6i) 프로그램을 사용하였으며, 계측된 농도는 컴퓨터에 txt 파일(file) 형태로 저장되었다.
3-2. 습식법을 이용한 수질 측정
습식법을 이용하여 수질을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1-1에서와 같이 설치된 4 ℓ의 완전연속 혼합조에 유입되는 하수를 하수처리장 유입수와 처리수로 번갈아 가며, 상기 실시예 1-3에서와 같은 방법으로 습식법을 수행하였다. 이 때, 샘플링 시간은 8 분(960 ㎖)간격이었다.
3-3. 결과 분석
그 결과, 도 5a 및 5b에서 볼 수 있는 것처럼, 광학측정 결과와 습식측정 결과에 큰 차이가 없음을 알 수 있었다.
이와 같은 결과로, 수질 측정시 광학측정 결과와 습식측정 결과는 큰 차이가 없으나, 실제 측정시 광학센서를 이용한 장치로 측정하였을 때는 상기 실시예와 같이 매 30초 간격으로 신속하게 연속측정을 하는 것이 가능하나, 습식법을 이용시는 시료채취에 소요되는 시간과 처리시간이 길어 결과를 얻기까지 소요되는 시간이 길며, 수작업으로 과 약품이 요구되는 등의 이유로 인력이 많이 소요되고, 실시간으로 현장에서 검사하기가 어려운 단점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학센서를 이용한 수질 측정 장치는 시료에 자외선과 가시광선의 빛을 조사하여 생성된 산란광과 형광을 광학센서를 이용하여 측정하고, 측정된 데이터를 컴퓨터로 전송하여 처리함으로써 수질을 분석 즉, 시료의 화학적 산소 요구량(COD)과 부유고형물(SS)의 농도를 측정하며, 연속적으로 시료를 측정함으로써 실시간으로 신속하게 수질의 변동을 알 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 장치를 이용함으로서 시료의 화학적 산소 요구량(COD)과 부유고형물(SS)의 농도 외에 컴퓨터 연산 또는 습식 분석 방법을 조절하여 총질소(TN), TP(총인) 등과 같은 다른 수질지표 인자에 대한 측정도 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 광학센서를 이용한 수질측정 장치를 나타낸 블록 구성도이고,
도 2a는 본 발명에 의한 광학센서를 이용한 수질측정 장치로부터 실시간으로 얻은 결과의 예를 나타낸 그래프이고, 도 2b 및 2c는 습식법을 이용하여 수질을 측정한 결과에 관한 것으로, 도 2b는 수질의 화학적 산소 요구량(COD)에 관한 그래프이고, 도 2c는 부유고형물(SS)의 농도에 관한 그래프이고,
도 3a 및 3b는 본 발명에 의한 광학센서를 이용한 수질측정 장치 및 습식법을 이용하여 수질을 측정한 결과를 중회기 분석을 통하여 얻은 각 파장에서의 계수를 사용하여 양 결과의 상관관계를 나타낸 것으로, 도 3a는 수질의 화학적 산소 요구량(COD)에 대한 R2값에 관한 그래프이고, 도 3b는 부유고형물(SS)의 농도에 대한 R2값에 관한 그래프이며,
도 4a 및 4b는 본 발명에 의한 광학센서를 이용한 수질측정 장치 및 습식법을 이용하여 수질을 측정한 결과로, 도 4a는 수질의 화학적 산소 요구량(COD)에 관한 그래프이고, 도 4b는 부유고형물(SS)의 농도에 관한 그래프이고,
도 5a 및 5b는 본 발명에 의한 광학센서를 이용한 수질측정 장치 및 습식법을 이용하여 실시간으로 시간에 따라 변하는 농도를 연속 측정한 결과로, 도 5a는 수질의 화학적 산소 요구량(COD)에 관한 그래프이고, 도 5b는 부유고형물(SS)의 농도에 관한 그래프이다.

Claims (9)

  1. 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 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광원(1)은 시료에 자외선 및 가시광선 영역의 빛(380 nm ~ 740 nm 영역)을 조사하는 것을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 광원(1)은 크세논(Xenon) 램프인 것을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 집광부(2)는 PAUV(Protected Aluminum Ultra Violet) 코팅을 한, 두 개의 거울을 이용한 수렴렌즈를 사용하는 것을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 분광장치(4)의 광학센서는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)를 장착한 광섬유 분광광도계(fiber optic CCD spectrometer)를 사용함을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 광학센서는 자외선 강화(Ultra Violet Enhanced; UVE) 코팅처리를 하였음을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 컴퓨터(5)는 분광장치의 광학센서에 의해 측정된 데이터의 행렬연산을 통하여 수질을 분석하고 그 결과를 화면에 출력 및 저장함을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항의 광학센서를 이용한 수질 측정 장치를 이용하여 실시간으로 하수의 화학적 산소 요구량(COD) 및 부유고형물(SS)의 농도를 계측하여 수질을 측정하는 광학센서를 이용한 수질 측정 방법.
  9. 제 1항 내지 제 7항의 광학센서를 이용한 수질 측정 장치에 측정하고자 하는 시료를 유입시키는 단계(a);
    시료가 흐르는 플로우 셀로 집광된 빛을 조사시키는 단계(b);
    상기 단계(b)의 빛 조사 후 생성된 형광과 산란광을 광학센서를 이용하여 측정하고, 광학센서로부터 얻어지는 형광강도와 습식법에 의하여 얻어진 수질인자의 측정 농도를 하기 수학식 1에 대입하여 수질 측정 장치를 구동하는 데 필요한 계수를 얻는 중회기 분석(Multiple Liner Regression; MLR) 단계(c); 및
    분광장치의 광학센서로부터 전달된 데이터를 컴퓨터가 읽을 시에 상기 단계(c)에서 구한 계수를 이용하여 행렬연산을 수행함으로써 하수의 화학적 산소 요구량(COD) 및 부유고형물(SS)의 농도를 계측하여 수질을 분석하는 단계(d)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학센서를 이용한 수질 측정 방법.
    [수학식 1]
    (상기 수학식에서, Y = 습식법에 의하여 얻어진 화학적 산소 요구량(COD) 혹은 부유고형물(SS)의 측정농도, X 1 , X 2 , X 3 , ........, X n = 광학센서로부터 얻어지는 각 파장에서의 형광강도, a 1 , a 2 , a 3 , ......., a n = 중회기 분석을 수행하여 얻어지는 계수임)
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100809629B1 (ko) * 2006-08-31 2008-03-05 한국과학기술원 조합화학적 기법에 의한 신촉매, 재료 및 바이오분자구조분석용 공초점 라만／자외선-가시광／형광 분광기
KR101273572B1 (ko) * 2012-03-06 2013-06-11 충북대학교 산학협력단 마이크로플레이트를 이용한 ｔｂａｒｓ의 농도 측정 방법
KR101305993B1 (ko) * 2011-08-22 2013-09-12 (주)백년기술 유기물 정성, 정량분석을 이용한 ｂｏｄ 측정방법
CN105004687A (zh) * 2015-07-16 2015-10-28 江苏大学 一种用于cod检测的定容进液计量方法与装置
KR20180055689A (ko) * 2016-11-17 2018-05-25 하이테콘 아게 Uv 살균 설비를 모니터링하기 위한 작동 방법 및 장치
US10739244B2 (en) 2018-03-29 2020-08-11 DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD System and method for monitoring contaminants in fluid passing through pipe in gas turbine
CN112414957A (zh) * 2019-10-18 2021-02-26 湖南国天电子科技有限公司 海洋测试***、方法和装置
KR20210065686A (ko) 2019-11-27 2021-06-04 주식회사 조인트리 광학식 비율 척도 기반 수질측정장치
CN114486801A (zh) * 2022-01-13 2022-05-13 云鲸智能(深圳)有限公司 水质检测方法、设备及存储介质
CN116559122A (zh) * 2023-06-01 2023-08-08 上海勘测设计研究院有限公司 一种快速判定水体透明度影响因素的试验装置及方法
CN112414957B (zh) * 2019-10-18 2024-07-16 湖南国天电子科技有限公司 海洋测试***、方法和装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101293695B1 (ko) 2013-06-14 2013-08-06 한국해양과학기술원 용존산소 및 수소이온농도 동시측정용 광섬유다발 광센서장치
KR101580894B1 (ko) 2014-06-16 2016-01-11 동양하이테크산업주식회사 다파장 분석법을 이용한 cod 측정 방법
KR101692677B1 (ko) 2016-07-06 2017-01-03 손창식 유동압력차를 이용한 다중 회절유로형 기포제거부를 갖는 지능형 탁도 측정 장치
KR102453440B1 (ko) 2020-12-30 2022-10-12 한국건설기술연구원 Uv-vis 스펙트럼 분석을 이용한 처리수 내 유기물 저감 모니터링 시스템

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100809629B1 (ko) * 2006-08-31 2008-03-05 한국과학기술원 조합화학적 기법에 의한 신촉매, 재료 및 바이오분자구조분석용 공초점 라만／자외선-가시광／형광 분광기
KR101305993B1 (ko) * 2011-08-22 2013-09-12 (주)백년기술 유기물 정성, 정량분석을 이용한 ｂｏｄ 측정방법
KR101273572B1 (ko) * 2012-03-06 2013-06-11 충북대학교 산학협력단 마이크로플레이트를 이용한 ｔｂａｒｓ의 농도 측정 방법
CN105004687A (zh) * 2015-07-16 2015-10-28 江苏大学 一种用于cod检测的定容进液计量方法与装置
KR20180055689A (ko) * 2016-11-17 2018-05-25 하이테콘 아게 Uv 살균 설비를 모니터링하기 위한 작동 방법 및 장치
US10739244B2 (en) 2018-03-29 2020-08-11 DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD System and method for monitoring contaminants in fluid passing through pipe in gas turbine
CN112414957A (zh) * 2019-10-18 2021-02-26 湖南国天电子科技有限公司 海洋测试***、方法和装置
CN112414957B (zh) * 2019-10-18 2024-07-16 湖南国天电子科技有限公司 海洋测试***、方法和装置
KR20210065686A (ko) 2019-11-27 2021-06-04 주식회사 조인트리 광학식 비율 척도 기반 수질측정장치
CN114486801A (zh) * 2022-01-13 2022-05-13 云鲸智能(深圳)有限公司 水质检测方法、设备及存储介质
CN116559122A (zh) * 2023-06-01 2023-08-08 上海勘测设计研究院有限公司 一种快速判定水体透明度影响因素的试验装置及方法
CN116559122B (zh) * 2023-06-01 2024-03-29 上海勘测设计研究院有限公司 一种快速判定水体透明度影响因素的试验装置及方法

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