KR101236896B1 - 클로로필－ａ 측정을 이용한 조류 제거 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 수중에서 채취한 측정수로부터 조류에 대한 클로로필-a 농도를 설정된 시간범위 동안 측정하는 클로로필-a 측정기와, 상기 수중의 온도를 측정하는 수온 측정기와, 상기 수중에 초음파를 발생시켜 상기 조류를 제거하는 초음파 발생기, 및 상기 클로로필-a 측정기 및 상기 수온 측정기로부터 전송받은 측정정보를 바탕으로 상기 수중의 상황을 예측하여 상기 초음파 발생기의 출력 여부 또는 출력 강도를 제어하는 서버를 포함하는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템을 제공한다.
상기 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템에 따르면, 실시간 측정되는 클로로필-a의 농도와 수중의 온도 정보에 기반하여 수중의 상황을 예측하고 초음파 발생을 제어함으로써 조류 제거 효율을 높일 수 있다. 즉, 조류의 생장 제어에 있어서 수중의 클로로필-a의 농도와 수온 조건을 모두 판단하여, 녹조 등의 급격한 성장이 발생하기 이전 단계에서 미리 초음파를 작동시킴에 따라 최소의 비용으로 녹조의 생장 억제가 가능해지며, 에너지 효율을 높이고 유지 및 관리비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
상기 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템에 따르면, 실시간 측정되는 클로로필-a의 농도와 수중의 온도 정보에 기반하여 수중의 상황을 예측하고 초음파 발생을 제어함으로써 조류 제거 효율을 높일 수 있다. 즉, 조류의 생장 제어에 있어서 수중의 클로로필-a의 농도와 수온 조건을 모두 판단하여, 녹조 등의 급격한 성장이 발생하기 이전 단계에서 미리 초음파를 작동시킴에 따라 최소의 비용으로 녹조의 생장 억제가 가능해지며, 에너지 효율을 높이고 유지 및 관리비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은, 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 클로로필-a 측정을 통해 수중의 상황을 예측하고 조류를 효과적으로 제거할 수 있는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템에 관한 것이다.
산업 발달과 인구의 증가로 생활 수준이 향상되면서 오염 물질의 발생이 증가하고 있으며, 하천의 부영양화도 급속하게 진행되고 있다. 특히, 광량이 많고 수온이 높은 여름철에는 녹조(Green Tide)혹은 수화(水華)라 불리 우는 현상이 매우 빈번하게 발생 된다.
수중에 일정한 영양소가 존재할 때 봄과 가을이 녹조의 생장에 가장 알맞은 기후 조건이다. 하지만, 우리나라 경우는 봄과 가을보다는 장마 후 고온의 기온이 1주일 이상 이어지며 수온이 20℃도 이상 지속될 때 수중의 클로로필-a의 농도가 급속히 증가하면서 녹조 대발생이 일어난다. 그 이유는 장마철 많은 양의 강우로 인해 수중으로 대량의 인이 유입되면서 녹조가 폭발적으로 성장하여 충분한 영양소가 공급이 되기 때문이며, 장마 후에 이어지는 수온의 상승으로 녹조발생의 문제가 더욱 심각해진다. 그리고, 남조류가 급속도로 생장할 경우에는 수표면에 커다란 부유물 덩어리가 형성되는데, 이는 미관상의 문제뿐만 아니라 정수처리 과정에서 침전사를 막히게 하며, 염소처리에 의한 발암물질의 발생 잠재력을 높이는 문제점이 있다.
급속한 녹조의 생장을 제어하기 위한 많은 기술들이 개발되어 왔으며, 심층폭기(hypolimnetic aeration), 인위적 순환(artificial circulation), 저니 준설(sediment removal), 살조제 투여(algicide addition), 인의 불활성화(phosphorus inactivation) 등이 있다.
이 중, 심층폭기나 저니 준설은 국내에서 일반적으로 많이 사용하고 있으나 동력비가 많이 들며 단기간에 효과를 보기가 힘들다. 또한, 살조제 투여나 인의 불활성화는 2차 오염의 문제가 있으며 장기적으로는 실효성이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하여 녹조류의 생장 억제에 뛰어난 효과가 있는 초음파의 활용이 개발되었다. 하지만, 초음파를 이용한 녹조류 생장억제 장비는 대부분 녹조가 발생된 후 그 처리를 목적으로 사용되며, 한번 발생한 녹조류를 억제 하기위해서는 오랜 기간 초음파 장비를 지속적으로 사용해야 하므로, 관리 및 유지 면에서 많은 인력과 비용을 투자해야 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 클로로필-a의 농도와 수중의 온도 정보에 기반하여 수중의 상황을 예측하고 초음파 발생을 제어함으로써 조류 제거 효율을 높일 수 있는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 수중에서 채취한 측정수로부터 조류에 대한 클로로필-a 농도를 설정된 시간범위 동안 측정하는 클로로필-a 측정기와, 상기 수중의 온도를 측정하는 수온 측정기와, 상기 수중에 초음파를 발생시켜 상기 조류를 제거하는 초음파 발생기, 및 상기 클로로필-a 측정기 및 상기 수온 측정기로부터 전송받은 측정정보를 바탕으로 상기 수중의 상황을 예측하여 상기 초음파 발생기의 출력 여부 또는 출력 강도를 제어하는 서버를 포함하는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 초음파 발생기는 상기 수중에 복수 개로 설치되고, 상기 서버는 상기 측정정보를 바탕으로 하여 상기 복수 개의 초음파 발생기들의 개별 출력 여부 및 출력 강도를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 서버는, 상기 클로로필-a의 농도 및 상기 수온이 모두 해당 임계치를 초과하는 경우 상기 초음파 발생기의 출력을 증가시킬 수 있다.
여기서, 상기 시간범위는 시간의 흐름에 따라 복수 개의 시간그룹들로 나뉘고, 상기 서버는, 상기 시간그룹들마다 상기 클로로필-a 농도의 평균치를 환산하며, 상기 평균치가 임계농도를 초과하면서 상기 시간의 흐름에 따라 증가하고, 상기 수온이 상기 시간범위 내의 일정기간 동안 지속적으로 임계온도를 초과하는 경우, 상기 초음파 발생기의 출력을 증가시킬 수 있다.
그리고, 상기 임계농도는 복수 개의 기준치가 존재하고, 상기 서버는, 상기 기준치의 단계별로 상기 초음파 발생기의 출력 크기를 달리 제어할 수 있다.
또한, 상기 서버는, 상기 초음파 발생기의 출력 제어 상황에 대응되는 메시지를 관리자 측 단말기로 전송할 수 있다.
또한, 상기 조류는 남조와 녹조를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템에 따르면, 실시간 측정되는 클로로필-a의 농도와 수중의 온도 정보에 기반하여 수중의 상황을 예측하고 초음파 발생을 제어함으로써 조류 제거 효율을 높일 수 있다.
즉, 조류의 생장 제어에 있어서 수중의 클로로필-a의 농도와 수온 조건을 모두 판단하여, 녹조 등의 급격한 성장이 발생하기 이전 단계에서 미리 초음파를 작동시킴에 따라 최소의 비용으로 녹조의 생장 억제가 가능해지며, 에너지 효율을 높이고 유지 및 관리비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1을 이용한 조류 제거 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1을 이용한 조류 제거 방법의 흐름도이다.
본 발명은 수중의 조류 발생을 예측하여 조류의 생장을 억제하는 시스템을 제공한다. 즉, 수중의 클로로필-a의 농도와 수온을 실시간으로 측정하여 조류가 급속하게 성장하기 전에 조류의 발생을 예측함으로써, 조류의 생장을 억제한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 상기 조류 제거 시스템(100)은 클로로필-a 측정기(110), 수온 측정기(120), 초음파 발생기(140), 서버(130)를 포함한다.
상기 클로로필-a 측정기(110)는 수중에서 채취한 측정수로부터 조류에 대한 클로로필-a 농도를 설정된 시간범위 동안 측정한다. 이러한 클로로필-a 측정기(110)는 수면 아래와 상부에 존재하는 녹조와 남조를 모두 측정할 수 있는 기기를 사용함으로써 조류 측정 효율을 높이도록 한다.
여름철 수중의 클로로필-a의 농도 증가는 녹조의 대발생으로 이어지고, 단기간에 성장하는 녹조는 수계에 많은 악영향을 미치며, 녹조가 한번 발생하면 녹조 제거에 많은 노력과 시간이 필요하다. 또한, 남조는 수표면에 커다란 부유물 덩어리를 형성하여 미관을 해치고 정수처리를 어렵게 한다. 남조와 녹조를 모두 측정할 수 있는 측정 장비는 기존에 다양하게 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 수온 측정기(120)는 상기 수중의 온도를 측정한다. 수온의 상승은 조류의 성장을 돕는 요인이 되기 때문에 온도 조건도 함께 측정된다.
상기 초음파 발생기(140)는 상기 수중에 초음파를 발생시켜 상기 조류의 생장을 억제하고 조류를 제거하는 역할을 한다. 이러한 초음파 발생기(140)는 필요에 따라 수중에 하나 또는 복수 개로 설치된다.
상기 서버(130)는 상기 클로로필-a 측정기(110) 및 상기 수온 측정기(120)로부터 실시간 전송받은 측정정보를 바탕으로 상기 수중의 상황을 예측하여 상기 초음파 발생기(140)의 출력 여부 또는 출력 강도를 제어한다.
초음파 발생기(140)가 여러 개인 경우, 상기 서버(130)는 상기 측정정보를 바탕으로 하여 상기 초음파 발생기(140)들의 개별 출력 여부 및 출력 강도를 제어하도록 한다. 이에 따르면, 초음파 출력 On인 초음파 발생기(140)들의 개수 및 개별 강도의 조절을 통해 조류 생장의 억제 제어가 가능하게 된다.
상기 클로로필-a 측정기(110)와 상기 초음파 발생기(140)는 향후 지속적인 관리가 어려운 장소에 설치된다. 따라서, 상기 클로로필-a 측정기(110)와 서버(130) 사이, 그리고 초음파 발생기(140)와 서버(130) 사이의 통신은 무선 방식을 사용한다. 물론, 상기 수온 측정기(120) 또한 서버(130)와 무선 통신 가능하도록 구현될 수 있다.
이러한 서버(130)는 조류가 대량으로 발생하기 이전에 조류(녹조, 남조)의 클로로필-a 농도와 수온 값을 실시간으로 수신하고, 이를 바탕으로 조류가 급속하게 성장하기 이전의 최적의 시점에 상기 초음파 발생기(140)의 출력을 제어할 수 있게 하여, 단시간 내로 조류의 발생을 억제하고 조류의 생장을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 서버(130)는 상기 초음파 발생기(140)의 출력 제어 상황에 대응되는 메시지를 관리자 측 단말기(150)로 전송함으로써, 관리자로 하여금 현재 상황의 실시간 파악뿐만 아니라 예측되는 문제에 대한 신속한 판단 및 대응이 가능하도록 한다. 상기 단말기(150)는 PDA, 휴대폰, PC 등 관리자가 소지한 다양한 기기가 해당될 수 있다.
여기서, 상기 서버(130)는 상기 클로로필-a의 농도 및 상기 수온이 모두 해당 임계치를 초과하는 경우, 상기 초음파 발생기(140)의 출력을 증가시키는 방향으로 제어한다. 예를 들어, 상기 임계치를 초과하는 정도가 클수록 초음파 발생기(140)의 출력 강도를 증가시키거나, 초음파 출력이 On인 초음파 발생기(140)들의 개수를 증가시키도록 제어한다.
상기 클로로필-a 측정기(110)에서의 상기 시간범위는 시간의 흐름에 따라 복수 개의 시간그룹들로 나뉜다. 예를 들어, 시간범위가 총 3 시간이고 이 중 시간그룹이 1시간 단위로 나뉜다면, 제1시간그룹 내지 제3시간그룹를 포함한 총 3개(n=3)의 시간그룹들이 존재하게 된다.
상기 서버(130)는 상기 시간그룹들마다 상기 클로로필-a 농도의 평균치를 환산한다. 그 한 예로서, 상기 1시간 단위마다 평균치를 구하는데, 즉 각각의 시간그룹 내에서 1시간 동안 10초에 한 번씩 측정된 총 360개의 농도에 관한 평균치를 구한다.
이때, 상기 서버(130)는 상기 평균치가 임계농도를 초과하면서 상기 평균치가 시간의 흐름에 따라 증가하고(제1시간그룹에서 제3시간그룹으로 갈수록 농도의 평균치가 증가하고), 상기 수온이 상기 시간범위 내의 일정기간 동안 지속적으로 임계온도를 초과하는 경우, 상기 초음파 발생기(140)의 출력을 증가시키도록 제어한다.
여기서, 상기 임계농도는 복수 개의 기준치가 존재하는데, 상기 서버(130)는 상기 기준치의 각 단계별로 상기 초음파 발생기의 출력 크기를 달리 제어한다. 즉, 기준치가 올라갈수록 출력 크기가 증가하도록 제어한다.
상기 기준치는 이하의 표 1에 기재된 현재 클로로필-a 농도에 따른 조류의 경보기준치에 관한 법률상 자료를 근거로 한다.
| 경보단계 | 발령·해제 기준 |
| 조류 주의보 | 2회 연속 채취 시 클로로필-a 농도 15㎎/㎥ 이상일때 |
| 조류 경보 | 2회 연속 채취 시 클로로필-a 농도 25㎎/㎥ 이상일때 |
| 조류 대발생 | 2회 연속 채취 시 클로로필-a 농도 100㎎/㎥ 이상일때 |
| 해제 | 2회 연속 채취 시 클로로필-a 농도 15㎎/㎥ 미만일때 |
상기 서버(130)의 동작 실시예는 다음과 같다. 초음파 발생의 1단계로서, 측정된 클로로필-a 농도가 상기 조류 주의보의 임계치인 15㎎/㎥ 이상이면서 해당 시간그룹별 평균 농도가 시간의 흐름에 따라 지속적으로 상승 그래프를 그리고, 20℃ 이상의 수온이 3시간 동안 지속된 경우, 초음파 발생기(140)의 1단계를 발생시킨다. 이때, 관리자의 단말기(150)에 1차 주의메시지를 전송한다.
초음파 발생의 2단계로서, 측정된 클로로필-a 농도가 20㎎/㎥ 이상이며 해당 시간그룹별 평균 농도가 시간의 흐름에 따라 지속적으로 상승 그래프를 그리고, 20℃ 이상의 수온이 3시간 동안 지속된 경우, 초음파 발생기(140)의 2단계를 발생한다. 이때, 관리자의 단말기(150)에 2차 주의메시지를 전송한다.
초음파 발생의 3단계로서, 측정된 클로로필-a 농도가 조류 경보 임계치인 25㎎/㎥ 이상이며 해당 시간그룹별 평균 농도가 시간의 흐름에 따라 지속적으로 상승 그래프를 그리고, 20℃ 이상의 수온이 3시간 동안 지속된 경우, 초음파 발생기의 3단계를 발생한다. 이때, 관리자의 단말기(150)에 3차 주의메시지를 전송한다.
이상과 같은 본 발명의 시스템(100)은 조류의 생장 제어에 있어서 수중의 클로로필-a의 농도와 수온 조건을 모두 판단하여, 녹조 등의 급격한 성장이 발생하기 이전인 조류 주의보 단계에서 미리 초음파를 작동시킴에 따라 최소의 비용으로 녹조의 생장 억제가 가능해진다.
또한, 각 단계별 2가지 조건인 클로로필-a의 농도 임계치와 수온 임계치를 모두 만족한 경우 초음파 발생기(140)가 작동되며, 어느 하나의 조건이라도 만족되지 않는 경우 초음파 발생기(140)는 작동하지 않으므로, 초음파 사용의 효과를 극대화하고 에너지 효율을 높일 수 있으며, 인체에 미치는 영향을 줄일 수 있다. 또한, 서버(130)의 관리자에게 정보를 전송함으로써, 관리자의 판단 여부에 따라 안전하고 효율적인 조류 관리가 가능한 이점이 있다.
도 2는 도 1을 이용한 조류 제거 방법의 흐름도이다. 이하에서는 도 2를 참조로 하여 상기 조류 제거 방법을 알아보기로 한다. 먼저, 시스템(100)을 초기화한다(S110). 이러한 시스템(100)의 초기화는 서버(130)에서 초기화 명령을 전송하여 수행할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음, 측정수를 유입받아(S120), 클로로필-a 측정기(110) 및 수온 측정기(120)를 통해 농도 및 수온을 측정하고(S130), 측정된 데이터는 서버(130)에 저장한다(S140). 그리고, 서버(130)에서는 측정 데이터를 바탕으로 하여 경보 예측을 수행하여 해당 경보 발생이 있는지를 판단하는데(S150), 이때 경보 발생 사항이 없으면 다시 S120 단계로 넘어간다. 여기서, 경보 발생 사항이 있으면 자동 채수 장치(미도시)를 작동시켜 문제가 있는 물을 회수하여 추후 판단을 위한 자료로 저장하게 하며(S160), 상기 경보 발생 사항에 대응되는 초음파 발생기(140)의 출력을 제어하여 조류의 생장을 억제시킨다(S170).
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템
110: 클로로필-a 측정기 120: 수온 측정기
130: 서버 140: 초음파 발생기
150: 단말기
110: 클로로필-a 측정기 120: 수온 측정기
130: 서버 140: 초음파 발생기
150: 단말기
Claims (7)
- 수중에서 채취한 측정수로부터 조류에 대한 클로로필-a 농도를 설정된 시간범위 동안 측정하는 클로로필-a 측정기와, 상기 수중의 온도를 측정하는 수온 측정기와, 상기 수중에 초음파를 발생시켜 상기 조류를 제거하는 초음파 발생기 및 상기 클로로필-a 측정기 및 상기 수온 측정기로부터 전송받은 측정정보를 바탕으로 상기 수중의 상황을 예측하여 상기 초음파 발생기의 출력 여부 또는 출력 강도를 제어하는 서버를 포함하고,
상기 초음파 발생기는 상기 수중에 복수 개로 설치되며, 상기 서버는 상기 측정정보를 바탕으로 하여 상기 복수 개의 초음파 발생기들의 개별 출력 여부 및 출력 강도를 제어하는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 서버는,
상기 클로로필-a의 농도 및 상기 수온이 모두 해당 임계치를 초과하는 경우 상기 초음파 발생기의 출력을 증가시키는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 시간범위는 시간의 흐름에 따라 복수 개의 시간그룹들로 나뉘고,
상기 서버는,
상기 시간그룹들마다 상기 클로로필-a 농도의 평균치를 환산하며, 상기 평균치가 임계농도를 초과하면서 상기 시간의 흐름에 따라 증가하고, 상기 수온이 상기 시간범위 내의 일정기간 동안 지속적으로 임계온도를 초과하는 경우, 상기 초음파 발생기의 출력을 증가시키는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 임계농도는 복수 개의 기준치가 존재하고,
상기 서버는,
상기 기준치의 단계별로 상기 초음파 발생기의 출력 크기를 달리 제어하는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 서버는,
상기 초음파 발생기의 출력 제어 상황에 대응되는 메시지를 관리자 측 단말기로 전송하는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 조류는 남조와 녹조를 포함하는 클로로필-a 측정을 이용한 조류 제거 시스템.
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