초록 ▼

개발 목적 및 필요성
지구온난화와 예측 불가능한 기상으로 인하여 조류의 발생빈도와 범위가 더욱 확산되고 있으며 이는 정수 공정 및 수돗물 품질에 영향을 미치고 있음.
따라서 조류 독성, 이취미 물질, 조류종 및 농도, 수질 일반 항목을 자동으로 분석하여 의사결정 시뮬레이션 통해 최적의 정수 공정 제어 인자를 도출하고 자동으로 공정제어까지 실행할 수 있는 유입조류 대응 정수공정 통합관리 시스템의 개발이 필요함.

연구개발결과
본 연구에서는 조류 유입에 대응하여 정수 공정을 자동 제어할 수 있는 정수공정 통합

개발 목적 및 필요성
지구온난화와 예측 불가능한 기상으로 인하여 조류의 발생빈도와 범위가 더욱 확산되고 있으며 이는 정수 공정 및 수돗물 품질에 영향을 미치고 있음.
따라서 조류 독성, 이취미 물질, 조류종 및 농도, 수질 일반 항목을 자동으로 분석하여 의사결정 시뮬레이션 통해 최적의 정수 공정 제어 인자를 도출하고 자동으로 공정제어까지 실행할 수 있는 유입조류 대응 정수공정 통합관리 시스템의 개발이 필요함.

연구개발결과
본 연구에서는 조류 유입에 대응하여 정수 공정을 자동 제어할 수 있는 정수공정 통합 관리 시스템을 확보하였다. 조류독소(Microcystin), 이취미 유발물질(geosmin, 2-MIB)을 실시간 모니터링 할 수 있는 시스템을 개발하였다. 조류독소의 경우 측방유동형 면역형광 크로마토그래픽법을 이용하였으며 최저 검출농도는 0.072㎍/L, 검출범위는 0.3∼5㎍/L, 15분이내 1계측이 이루어 진다.
이취미 유발물질(geosmin, 2-MIB) 실시간 모니터링 장치는 GC/MS를 이용한 자동분석기로 ppt 수준의 극미량 분석이 가능한 전처리기술인 시료 탈기 및 농축 기술을 적용하여 이취미 유발물질을 분석한다. 또한 자체개발한 온라인 스파저를 통과한 물 중의 극미량의 이취미 성분을 자동으로 농축하여 한 시간에 한번씩 GC/MS로 전달해 자동화된 모니터링 장치를 개발하였다. 시료 도입의 자동화와 장비 cleaning 모듈을 추가로 개발하였으며 전처리 효율 향상을 위한 흡착제 최적화를 통해 정도관리 및 시스템 유지관리 최적화 방법을 개발하였다. 개발결과 이취미 모니터링 장치의 검출범위는 3~400ng/L, 재현성 10%이내, 최저검출농도는 3 ng/L이였다. 세포파쇄 및 시료균질화를 위하여 초음파 파쇄기 및 정밀여과막을 이용한 시료전처리장치를 확보하였다. 시료전처리장치를 이용하여 공정시험법의 염첨가 방법과 상관성이 높은 분석기술을 확보하였다. 본 연구에서는 유입 조류 대응 의사결정 시스템 설계기술 확보하기 위하여 논문조사 및 실험을 통하여 단위공정별, 운영방식 단계별 조류유발물질 지표 및 제거효율 예측식을 확보하다. 조류 처리에 영향을 미치는 pH,탁도, 전기전도도, DO 및 수온을 측정할 수 있는 일반항목 모듈을 개발하였다. 측정된 각 일반 항목의 농도를 의사결정 시스템에 제공하여 최적의 운전조건을 확립할 수 있도록 하였다. 센서 및 측정쳄버, 버블제거장치, 집수조, 안정화조 등으로 구성된 측정모듈을 설계/제작하였으며 각 센서의 신호를 취득하여 처리하고 통합 제어 시스템으로 송신하는 마이크로 컨트롤러를 개발하였다. 조류독소 모니터링 장치, 이취모니터링 장치 및 일반 항목의 데이터 신호 및 상태 신호를 입력하고 입력된 데이터를 이용하여 의사결정을 할 수 있는 통합제어시스템 개발하였으며 각 장치의 신호를 외부장치 및 Control Room으로 송출하는 기능을 가진 제어 Controller를 개발하였다. 경기도 광주 정수장과 청주정수장에 Test bed를 설치하고 장기간 운영하면서 측정데이터를 취득하고 의사결정을 수행하는 기능을 확인하였다. 조류독성 모니터링 장치, 이취미 모니터링 장치, 일반항목 모니터링장치, 시료 전처리장치, PLC system, 의사결정 프로그램으로 구성된 조류대응 정수장 의사결정 지원 시스템은 정수공정의 제어 기능 (약품투입, 외부기기 제어)과 분석결과를 이용한 Early Alarming System 기능을 확보하였다.

성능사양 및 기술개발 수준
본 연구를 통해 개발된 조류독소 모니터링 장치는 최저검출한계가 0.072㎍/l로 목표 0.3㎍/l를 달성하였으며, 측정재현성도 3.5~6.6%로 목표 10%를 달성하였다. 측정시간은 15분 1계측으로 목표 30분의 1/2 수준으로 개발하였다.
또한 이취미분석장치는 최소검출한계 3ng/l로 목표 5ng/l을 초과달성하였다.
정확도 87~110%, 정밀도 10%이내의 성능을 발휘하며 측정범위는 3~400ng/l이다. 1계측 분석시간은 45분이다.

활용계획
본 연구를 통하여 개발된 기술 및 제품은 우리나라 최대 수요기관인 K-water가 주관하는 수도기술 대전에 참여할 계획이며 이를 통해 성과공유제에 참여하여 성공시킨 후 K-water와의 수의 계약을 추진할 예정임. 주관기관 및 참여기업은 또한 서울시, 대전광역시, 광주시, 전주시 등 지자체에 수질자동분석기를 납품한 경험을 가지고 있어 이 경험을 살려 지자체의 정수장 및 취수원에 본 개발 제품을 공급할 계획임.

( 출처 : 요약서 3p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
In this study, we have established a management system for tap water purification when source water include algae. On-line monitoring system was developed for algae toxin(Microcystin), Taste and odor compound(geosmin, 2-MIB). In case of algae toxin,lateral flow immunochromatography was

Ⅳ. Results
In this study, we have established a management system for tap water purification when source water include algae. On-line monitoring system was developed for algae toxin(Microcystin), Taste and odor compound(geosmin, 2-MIB). In case of algae toxin,lateral flow immunochromatography was used and Lowest detection Limit is 0.072㎍/L,detection range is 0.3∼5㎍/L, one measurement takes place in 15 minutes. Inducing substance of Taste and odor compound(geosmin, 2-MIB) on-line monitoring device is to analyze inducing substance of Taste and odor compound by applying sparging, thermal adsorption and thermal desoption, which is a pre-treatment technology capable of ppt-level micro-analysis with an automatic analyzer using GC/MS. In addition,In order to analyze very small amount of taste and odor, on-line sparger was developed and it automatically concentrated and transport the sample to GC/MS once an hour.
Automated sampling device and cleaning module was developed too. We optimized absorbent condition, QC control, maintenance method in order to enhance the efficiency of pre-treatment. Therefore, the detection range of Taste and odor compound monitoring device was 3~400ng/L, reproducibility was within 10%, and the lowest detection concentration was 3ng/L.

We obtained sample treatment device, which is consist of ultra sonic homogenizer and membrane filter module in order to enhance the the relation with that of salt addition method.

In order to design decision-making system of tap water plant operation for incoming algae, we have obtained the indicator of algae inducing materials and the prediction formula of removal according to each unit process and operating method.

In this project, we developed a monitoring device to measure the pH, turbidity, electrical conductivity(ECD), DO and water temperature that affect the algal treatment. The measured value of pH, turbidity, ECD and DO is provided to the decision making system so that the optimal operating conditions for removal of algal substance can be established.

We developed a decision-making system. This system accept the data from water monitoring device, algae toxin monitoring device and the odor monitoring device, and make the decision for tap water process when source water include algae. The signal obtained from decision-making system transport to main control system or external device.

We set up the test bed in Kwangju tap water purification plant and Cheongju tap water purification plant and acquired data and confirm the decision-making function.

Decision-making system for tap water plant operation to prevent algal trouble is composed algal toxin monitoring device, taste and odor monitoring device, water monitoring device, sample treatment device, PLC system, decision-making algorithm. It can assist the tap water plant operation(chemicals addition, external device control) and early alarming.

( 출처 : SUMMARY 11p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 서 ... 3
• 요 약 문 ... 6
• SUMMARY ... 10
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 20
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 34
• 1-1. 연구개발 목적 ... 36
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 37
• 1-3. 연구개발 범위 ... 38
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 40
• 2-1. 해외 기술개발 동향 ... 42
• 2-2. 국내 기술개발 동향 ... 43
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 46
• 3-1. 연구개발내용(범위) 및 최종목표 ... 46
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 51
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 560
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 561
• 4-1. 목표달성도 ... 563
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 566
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 567
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 569
• 5-2. 사업계획 및 효과 ... 570
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 573
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 599
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 603
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실등의 안전조치 이행실적 ... 607
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 611
• 11. 기타사항 ... 615
• 12. 참고문헌 ... 619
• 부 록 ... 627
• 끝페이지 ... 706