물 처리 과정에서의 초음파 수준 송신기의 응용: 원료 물에서 재활용 물까지, 전체 프로세스 모니터링 과제를 해결

I. 원수 취수 단계: 탁하고 극한 환경에서의 레벨 모니터링

(I) 운영상 문제점

• 탁한 매체: 원수에는 다량의 침전물과 조류가 포함되어 있습니다(예: 홍수기 동안 강 탁도가 500 NTU를 초과). 기존 잠수식 레벨 송신기의 프로브는 오염되기 쉬워 측정 드리프트가 심각하게 발생합니다.
• 극한 기상 간섭: 폭우 및 태풍과 같은 기상 현상은 원수 레벨의 갑작스러운 상승 및 하강을 유발합니다. 난류 또한 파도를 생성하여 측정 안정성에 영향을 미칩니다.
• 가혹한 실외 환경: 취수 지점은 대부분 실외에 위치하며 -20℃에서 40℃까지의 온도 변화, 높은 습도 및 낙뢰 위험에 직면합니다. 장비는 높은 보호 기능과 낙뢰 저항 능력을 갖추어야 합니다.

(II) 초음파 레벨 송신기에 대한 기술 적응 솔루션

하드웨어 선택

• 실제 취수 깊이보다 30% 높은 빈 하중 범위를 가진 모델을 선택합니다(예: 10미터 취수 지점의 경우 15미터 범위) 파도 및 침전물로 인한 신호 감쇠에 대한 여유를 확보합니다.
• IP68 보호 등급의 316L 스테인리스 스틸로 제작된 프로브를 사용합니다(실외 부식 방지). 일부 모델에는 낙뢰 간섭에 저항하기 위해 낙뢰 보호 모듈(GB/T 17626.5 표준 준수)이 장착되어 있습니다.
• 실외 발전기 또는 태양광 발전 시스템의 전압 변동에 적응하기 위해 24V DC 광전압 전원 공급 장치 설계를 채택합니다.

알고리즘 최적화

• "파도 필터링 알고리즘"을 활성화합니다: 10초 이내에 10세트의 데이터를 평균하여 파도로 인한 레벨 변동을 완화하여 데이터 변동 범위를 ±10cm에서 ±2cm로 줄입니다.
• 동적 임계값 조정: 원수 탁도에 따라 에코 감지 임계값을 조정합니다(취수 지점의 현장 탁도계와 연결). 탁도가 상승하면 임계값이 자동으로 증가하여 침전물 산란 신호로 인한 오판을 방지합니다.

설치 설계

• 프로브를 물 흐름의 영향에서 벗어난 취수 지점(예: 취수 타워 플랫폼)에 설치하고 아래에 파도 차단막(금속 또는 PVC로 제작)을 추가하여 물 흐름 방해의 음파 빔 영향을 줄입니다.
• 깊은 우물 취수 지점의 경우 "프로브 + 도파관 튜브" 조합을 사용합니다. 도파관 튜브의 내경은 100-150mm로 우물 벽 반사 및 물 흐름 간섭을 방지하여 10미터 범위에서 ±1cm 이내의 오차를 제어합니다.

(III) 적용 사례: 저수지 원수 취수 지점의 레벨 모니터링

• 작동 조건: 저수지 취수 깊이는 8미터, 홍수기 동안 탁도는 800 NTU에 도달하며 겨울철 최저 온도는 -15℃입니다. 기존 플로트 레벨 송신기는 침전물 엉킴으로 인해 한 달에 두 번 청소가 필요하며 폭우 시 ±15cm의 측정 오차가 발생합니다.
• 솔루션: 12미터 범위, IP68 보호 및 낙뢰 보호 모듈이 있는 초음파 레벨 송신기를 파도 차단막 및 파도 필터링 알고리즘과 결합하여 선택합니다.
• 결과: 측정 정확도는 ±2cm로 안정적으로 유지되며 18개월 동안 유지 보수가 필요 없습니다. 폭우 시 데이터 점프가 발생하지 않으며 겨울철 저온에서도 장치가 정상적으로 작동하여 유지 보수 비용을 90% 절감합니다.

II. 정수 처리 단계: 침전조 및 여과조의 정확한 레벨 제어 보장

(I) 일반적인 시나리오, 운영상 문제점 및 기존 장비 문제

(II) 초음파 레벨 송신기의 맞춤형 적용

1. 침전조의 레벨 모니터링

• 기술 적응: 25kHz 저주파 프로브(얇은 부유 슬래그 층을 통과할 수 있는 강력한 침투력)를 사용하고 "부유 슬래그 필터링 알고리즘"을 활성화합니다 — 부유 슬래그 에코(약한 진폭, 긴 지속 시간)와 액체 표면 에코(강한 진폭, 가파른 상승 에지)의 차이를 식별하여 부유 슬래그 간섭을 자동으로 제거합니다.
• 실용적인 결과: 정수장의 8미터 침전조에 적용한 후 부유 슬래그 두께가 10cm에 도달하더라도 측정 오차는 ±1cm 이내로 제어됩니다. 침전 효과가 안정적이며 유출수 탁도는 0.5 NTU에서 0.3 NTU로 감소합니다.

2. 여과조 역세 제어

• 기술 적응: "2점 레벨 트리거링" 모드를 채택합니다 — 여과조 레벨이 1미터로 떨어지면(여과 저항 증가) 역세 공정을 트리거합니다. 역세가 완료된 후 레벨이 3미터로 상승하면 역세를 중지합니다. 전체 공정은 초음파 레벨 송신기에 의해 실시간으로 피드백됩니다.
• 실용적인 결과: 정수 공장의 여과조에 적용한 후 역세 트리거 응답 시간은 10초에서 1초로 단축되고 역세 물 소비량은 15% 감소하며 여과 매체의 수명이 2년 연장됩니다.

3. 맑은 물 탱크의 레벨 모니터링

• 기술 적응: 물 공급 스케줄링 시스템에 통합하기 위해 Modbus-RTU 통신을 지원하는 고정밀 모델(정확도 ±0.2% FS)을 선택합니다. 실시간 레벨 데이터는 물 펌프와 연결되어 "낮은 레벨에서 물 보충 및 높은 레벨에서 펌프 정지"의 자동 제어를 가능하게 합니다.
• 실용적인 결과: 한 카운티의 15미터 범위 맑은 물 탱크에 적용한 후 물 공급 압력 변동은 ±0.2MPa에서 ±0.05MPa로 감소하여 주민들의 물 사용 경험을 크게 개선하고 연간 3회였던 넘침 사고율을 0으로 줄였습니다.

III. 하수 처리 단계: 거품, 부식 및 부유 고형물의 모니터링 문제 극복

(I) 핵심 시나리오의 기술적 돌파구

1. 폭기조의 거품 간섭 해결

• 문제점: 폭기 중 액체 표면에 20-30cm의 안정적인 거품층이 형성됩니다. 기존 레벨 송신기는 거품 표면을 실제 액체 표면으로 잘못 식별하여 ±15cm의 오차가 발생합니다.
• 솔루션:
  • 하드웨어: 15W 고출력 송신 프로브를 사용합니다(음파 침투력 향상). 프로브 표면은 거품 부착을 방지하기 위해 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 코팅됩니다.
  • 알고리즘: "향상된 거품 필터링 모드"를 활성화합니다 — 에코 감지 시간을 100ms로 연장하여 거품 아래의 실제 액체 표면 에코를 캡처하고 온도 보상(폭기조 온도가 5-10℃ 변동)을 통해 음속을 보정합니다.
• 결과: 화학 공업 단지 하수 처리 공장의 10미터 폭기조에 적용한 후 측정 오차는 ±15cm에서 ±2cm로 감소하여 ±5cm의 공정 제어 요구 사항을 완전히 충족합니다.

2. 산업 폐수 탱크의 부식 방지

• 문제점: 산업 폐수(예: 도금 폐수, 산세 폐수)에는 강산 및 알칼리(pH=1-13) 및 중금속 이온이 포함되어 있습니다. 기존 금속 프로브는 3-6개월 이내에 부식됩니다.
• 솔루션:
  • 프로브 재료: ISO 10289 표준을 준수하는 부식 방지 기능을 갖춘 전체 PTFE 코팅 프로브(하우징 및 케이블 인터페이스 포함)를 사용하여 pH=1-14의 극한 조건을 견딜 수 있습니다.
  • 방폭 설계: 화학 공업 단지의 방폭 요구 사항의 경우 Ex d IIC T6 방폭 등급의 초음파 레벨 송신기를 선택하여 유증기 혼합물로 인한 안전 사고를 방지합니다.
• 결과: 도금 공장의 5미터 산세 폐수 탱크에 적용한 후 프로브는 24개월 동안 부식 손상 없이 작동합니다. 수명은 기존 장비보다 4배 길고 유지 보수 비용은 80% 절감됩니다.

3. 슬러지 농축조의 부유 고형물 간섭 해결

• 문제점: 슬러지 농도가 10,000mg/L를 초과하고 부유 고형물이 음파를 쉽게 산란시켜 약한 에코 신호 및 측정 실패를 초래합니다.
• 솔루션:
  • 도파관 튜브 지원: 프로브 아래에 316L 스테인리스 스틸 도파관 튜브(내경 120mm)를 설치합니다. 음파는 도파관 튜브를 따라 전송되어 부유 고형물에 의한 산란을 방지합니다.
  • 동적 전력 조정: 슬러지 농도에 따라 전송 전력을 자동으로 증가시킵니다(현장 농도계와 연결). 농도가 높을수록 전력이 커져(최대 20W) 에코 신호의 강도를 보장합니다.
• 결과: 시립 하수 처리 공장의 8미터 슬러지 농축조에 적용한 후 유효 측정률이 60%에서 99.8%로 증가하고 오차가 ±3cm 이내로 제어되며 슬러지 탈수 효율이 10% 향상됩니다.

(II) 적용 사례: 산업 단지 하수 처리 공장의 전 과정 모니터링

• 포함된 시나리오: 5미터 균등화 탱크, 10미터 폭기조, 8미터 2차 침전조, 6미터 슬러지 농축조.
• 통합 솔루션: 동일 브랜드의 초음파 레벨 송신기를 사용하여 Modbus-RTU 프로토콜을 통해 공원의 SCADA 시스템에 통합하여 전 과정 레벨 데이터 시각화 및 연결된 제어를 구현합니다.
• 종합적인 결과:
  • 각 단계의 측정 정확도는 ≤±2cm이며 공정 안정성이 30% 향상됩니다.
  • 장비의 평균 고장 간격(MTBF)은 18개월에 달하며 유지 보수 비용은 92% 절감됩니다.
  • 유입수, 폭기 및 배수 시스템과 연결하여 하수 처리 용량이 20% 증가하고 유출수 적합률이 95%에서 100%로 증가합니다.

IV. 재이용수 재사용 단계: 물 저장 및 공급을 위한 지능형 레벨 관리 실현