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2021년 6월 10일 (목) 18:05 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 부유식 수질 측정기구를 통한 개인하수처리시설 등의 IOT 관리체계

영문 : IOT management system for personal sewage treatment facilities through floating water quality measurement equipment

과제 팀명

삼다수조

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2021년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20158900** 이**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20168900** 박**

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 권**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 현재 제주도의 인프라 및 인력의 한계로 지하수의 수질관리가 방치되고 있음에 따라 해결책 필요.
◇ 프로젝트의 목표는 IOT 센서와 연계하여 내부 부유식 수질측정기구를 통한 개인하수처리시설의 수질관리임.
◇ 설비의 전력 확보를 위해, 내장배터리를 이용하여 동력 및 경제성을 확보함.
◇ 하나의 수질 기준을 활용하여 시제품 완성 후, 각 지자체와 연계하여 IOT 모니터링 플랫폼을 구축.

개발 과제의 배경 및 효과

◇ 제주도의 하수처리시설 현황

▷ 현재 제주시에는 3곳, 서귀포시에는 5곳의 공공하수처리장이 위치되어 있으나, 인구 및 관광객 증가시 시설용량이 부족하여 성수기에는 바다에 방류할 수 밖에 없어, 해양생태계 오염문제를 야기하여 플라스틱 쓰레기 문제와 함께 심각한 환경문제로 대두됨.

▷ 최근 고도 200m 이상인 중산간 지역을 중심으로 시설 수가 크게 증가하고 있는 추세로, 중산간 이상 지역은 투수성 지질구조가 발달해 있고 강수량이 많아 여기서 지하수가 오염되면 하류 지역 지하수 또한 오염이 되기 때문에 특별한 관리가 필요함.

▷ 시설 용량이 50m³/day 이상인 개인하수처리시설은 기술관리인을 두어 시설의 유지 관리에 대한 기술업무를 담당하게 하고 있지만, 50m³/day 미만인 개인하수처리시설은 대부분 개인하수처리시설의 필요성에 대한 인식이 부족하고 관리방법을 알지 못해 관리가 부실한 상황임.

◇ 기존 수질관리 방법의 문제점

▷ 현재 한국의 하수처리방식은 관계기간의 정기점검으로 방류수 수질 기준 초과 시 과태료를 부과하는 시스템으로 진행됨. 하지만 시설에 대한 정기점검이 가능한 인력은 제주시에 3명, 서귀포시에 1명으로 확인되나 그 인력들도 다른 업무들을 병행하느라 사실상 점검이 어려운 것으로 확인됨. (2019년 11월 기준)

▷ 제주도는 공공하수처리시설 시설용량이나 하수관로 등 공공인프라가 부족하여 생활하수를 자체적으로 처리하여 방류하는 개인하수처리시설이 2019년 9월 기준 10,400개소가 운영되고 있어 체계적인 하수 모니터링의 어려움을 가짐.

▷ 이에 따라, IOT 센서를 이용해, 센서의 작동유뮤를 데이터센터로 보내 효율적인 개인하수처리시설 관리가 이루어 질 수 있도록 함.

◇ 기대효과

▷ IOT센서는 “제주도 개인하수처리시설 운영 개선을 위한 기초연구” 논문을 통해 확인한 문제점인 인력부족, 관리소홀 문제를 해결하는 효과적.

▷ 부유식으로 수질을 측정하므로 오작동의 가능성이 낮음.

▷ 개인하수처리시설의 쳬계적인 관리가 용이.

개발 과제의 목표와 내용

◇ 본 프로젝트는 IOT 센서를 이용한 통합적인 개인하수처리시설의 수질 관리임.
◇ 수자원공사 디지털워터플랫폼, 제주연구원과의 협력으로 제주도 내 1만개소 개인하수처리시설에 대한 IOT 모니터링 플랫폼을 구축할 계획임.
◇ 국내 개인하수처리시설, 하수처리장에 대해 2차개발을 실시, 수자원공사 테스트베드를 활용하여 실험 진행.
◇ 최종적으로 개인하수처리시설, 하수처리장에 대해 서비스 전국구 확대.

관련 기술의 현황

State of art

◇환경 센서 기술

 센서란 일반적으로 측정 대상물을 감지 또는 측정하여 그 측정량을 전기적인 신호로 변환하는 장치를 의미한다.

▷ 환경 모니터링 분야에서는 센서로 전기화학센서, 반도체식 가스센서, 광학센서, 바이오센서가 사용된다. 본 프로젝트에서는 광학센서 및 바이오 센서가 사용될 예정이다.

▷ 광학센서란 환경요소에 의한 대상들로부터 색 흡광 및 형광 등의 광학적 현상을 전기적 신호와 같은 인식 가능한 신호로 변환해주는 센서를 의미한다.

▷ 수질 분석에서는 형광원리를 활용하여 용존산소량(DO), 화학적산소요구량(COD), 산란원리를 활용하여 탁도, 색깔을 활용하여 pH 측정 등에 사용한다.

▷ 바이오센서: 생물체를 이용한 센서를 총칭한다.

▷ 최근 선택성과 민감도를 동시에 만족할 수 있는 기술로 나노 바이오 센서 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 수질 측정분야에서는 BOD 센서, 세포기반 BOD 센서 등이 속한다.

◇IOT 통신 기술

 IOT란 1999년 케빈 애쉬튼이 처음으로 사용한 용어로 처음에는 RFID 태그를 활용한 근거리 통신 시스템을 의미했지만, 현재에는 유무선 네트워크로 연결된 모든 사물들의 통신 시스템을 의미한다.

▷ IOT 통신 기술은 Sensing –> Network –> Middle-ware -> Application 4가지 계층으로 나누어져 있다. 본 프로젝트는 센싱 계층에 환경센서를 접목하여 진행된다.

▷ 국내 IOT 플랫폼은 삼성 LG, KT, SKT 등의 여러 대기업 및 KETI와 같은 연구소에서 제공하고 있다. 본 프로젝트는 SKT ThingPlug에서 제공하는 LoRA 디바이스를 사용하여 연동한다.

▷ LoRA 무선 네트워크의 형식으로 저전력 광대역, 비면허 sub-GHz 사용을 특징으로 한다.

기술 로드맵

특허조사

내용

특허전략

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용

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 ===개발 과제의 개요===
 ====개발 과제 요약====
-내용
+ ◇ 현재 제주도의 인프라 및 인력의 한계로 지하수의 수질관리가 방치되고 있음에 따라 해결책 필요.
+ ◇ 프로젝트의 목표는 IOT 센서와 연계하여 내부 부유식 수질측정기구를 통한 개인하수처리시설의 수질관리임.
+ ◇ 설비의 전력 확보를 위해, 내장배터리를 이용하여 동력 및 경제성을 확보함.
+ ◇ 하나의 수질 기준을 활용하여 시제품 완성 후, 각 지자체와 연계하여 IOT 모니터링 플랫폼을 구축.
 ====개발 과제의 배경 및 효과====
-내용
+ ◇ 제주도의 하수처리시설 현황
+▷ 현재 제주시에는 3곳, 서귀포시에는 5곳의 공공하수처리장이 위치되어 있으나, 인구 및 관광객 증가시 시설용량이 부족하여 성수기에는 바다에 방류할 수 밖에 없어, 해양생태계 오염문제를 야기하여 플라스틱 쓰레기 문제와 함께 심각한 환경문제로 대두됨.
+▷ 최근 고도 200m 이상인 중산간 지역을 중심으로 시설 수가 크게 증가하고 있는 추세로, 중산간 이상 지역은  투수성 지질구조가 발달해 있고 강수량이 많아 여기서 지하수가 오염되면 하류 지역 지하수 또한 오염이 되기 때문에 특별한 관리가 필요함.
+▷ 시설 용량이 50m³/day 이상인 개인하수처리시설은 기술관리인을 두어 시설의 유지 관리에 대한 기술업무를 담당하게 하고 있지만, 50m³/day 미만인 개인하수처리시설은 대부분 개인하수처리시설의 필요성에 대한 인식이 부족하고 관리방법을 알지 못해 관리가 부실한 상황임.
+ ◇ 기존 수질관리 방법의 문제점
+▷ 현재 한국의 하수처리방식은 관계기간의 정기점검으로 방류수 수질 기준 초과 시 과태료를 부과하는 시스템으로 진행됨. 하지만 시설에 대한 정기점검이 가능한 인력은 제주시에 3명, 서귀포시에 1명으로 확인되나 그 인력들도 다른 업무들을 병행하느라 사실상 점검이 어려운 것으로 확인됨. (2019년 11월 기준)
+▷  제주도는 공공하수처리시설 시설용량이나 하수관로 등 공공인프라가 부족하여 생활하수를 자체적으로 처리하여 방류하는 개인하수처리시설이 2019년 9월 기준 10,400개소가 운영되고 있어 체계적인 하수 모니터링의 어려움을 가짐.
+▷ 이에 따라, IOT 센서를 이용해, 센서의 작동유뮤를 데이터센터로 보내 효율적인 개인하수처리시설 관리가 이루어 질 수 있도록 함.
+ ◇ 기대효과
+▷ IOT센서는 “제주도 개인하수처리시설 운영 개선을 위한 기초연구” 논문을 통해 확인한 문제점인 인력부족, 관리소홀 문제를 해결하는 효과적.
+▷ 부유식으로 수질을 측정하므로 오작동의 가능성이 낮음.
+▷ 개인하수처리시설의 쳬계적인 관리가 용이.
 ====개발 과제의 목표와 내용====
-내용
+ ◇ 본 프로젝트는 IOT 센서를 이용한 통합적인 개인하수처리시설의 수질 관리임.
+ ◇ 수자원공사 디지털워터플랫폼, 제주연구원과의 협력으로 제주도 내 1만개소 개인하수처리시설에 대한 IOT 모니터링 플랫폼을 구축할 계획임.
+ ◇ 국내 개인하수처리시설, 하수처리장에 대해 2차개발을 실시, 수자원공사 테스트베드를 활용하여 실험 진행.
+ ◇ 최종적으로 개인하수처리시설, 하수처리장에 대해 서비스 전국구 확대.
 ===관련 기술의 현황===
 ====State of art====
-내용
+ ◇환경 센서 기술
+  센서란 일반적으로 측정 대상물을 감지 또는 측정하여 그 측정량을 전기적인 신호로 변환하는 장치를 의미한다.
+▷ 환경 모니터링 분야에서는 센서로 전기화학센서, 반도체식 가스센서, 광학센서, 바이오센서가 사용된다. 본 프로젝트에서는 광학센서 및 바이오 센서가 사용될 예정이다.
+▷ 광학센서란 환경요소에 의한 대상들로부터 색 흡광 및 형광 등의 광학적 현상을 전기적 신호와 같은 인식 가능한 신호로 변환해주는 센서를 의미한다.
+▷ 수질 분석에서는 형광원리를 활용하여 용존산소량(DO), 화학적산소요구량(COD), 산란원리를 활용하여 탁도, 색깔을 활용하여 pH 측정 등에 사용한다.
+▷ 바이오센서: 생물체를 이용한 센서를 총칭한다.
+▷ 최근 선택성과 민감도를 동시에 만족할 수 있는 기술로 나노 바이오 센서 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 수질 측정분야에서는 BOD 센서, 세포기반 BOD 센서 등이 속한다.
+◇IOT 통신 기술
+  IOT란 1999년 케빈 애쉬튼이 처음으로 사용한 용어로 처음에는 RFID 태그를 활용한 근거리 통신 시스템을 의미했지만, 현재에는 유무선 네트워크로 연결된 모든 사물들의 통신 시스템을 의미한다.
+▷ IOT 통신 기술은 Sensing –> Network –> Middle-ware -> Application 4가지 계층으로 나누어져 있다. 본 프로젝트는 센싱 계층에 환경센서를 접목하여 진행된다.
+▷ 국내 IOT 플랫폼은 삼성 LG, KT, SKT 등의 여러 대기업 및 KETI와 같은 연구소에서 제공하고 있다. 본 프로젝트는 SKT ThingPlug에서 제공하는 LoRA 디바이스를 사용하여 연동한다.
+▷ LoRA 무선 네트워크의 형식으로 저전력 광대역, 비면허 sub-GHz 사용을 특징으로 한다.
 ====기술 로드맵====
-내용
 ====특허조사====
 내용