호수 및 해양을 위한 다중 매개변수 온라인 모니터링

제품 개발 배경

세계 곳곳의 대규모 수역—바다와 호수 모두—는 다양한 정도의 오염에 직면해 있다. 이는 인간이 이러한 광활한 수계의 자정 능력을 과대평가함으로써 발생한 것으로, 잘못된 안도감에서 비롯된 불법 배출이 주요 원인이다. 최근 몇 년간 전 세계 주요 대륙 곳곳에서 전형적인 수질 오염 위기가 빈번히 발생하고 있다.

호주 — 그레이트배리어리프: 2025년 실시된 환경 조사에서 심각한 부영양화가 확인되었다. 질소 및 인과 같은 영양 염류 농도가 치명적으로 높게 측정되어 반복적인 산호 백화 현상과 성게 폭발이 발생하였다. 해저의 산호 군락은 광범위한 피해를 입었다.

나이지리아 – 니제르 강 삼각주: 석유 및 중금속 오염으로 인해 맹그로브가 광범위하게 고사하고 있다. 국가 차원의 어업은 거의 붕괴되었으며, 지역 주민들의 암 발병률이 크게 증가하였다.

유럽 – 발트해: 질소 및 인 오염으로 매년 대규모 조류 번식이 발생하며, 이는 어업 산업에 심각한 영향을 미친다. 그러나 주변 도시에서 유입되는 하수 배출은 여전히 통제되지 않고 있다.

중국에서는 디안치 호수, 타이 호수, 홍 호수 등 주요 수역에서 부영양화로 인한 조류 번식 현상이 모두 발생하였다. 남중국해와 동중국해 또한 폐수 방류 및 유출 사고로 인해 심각한 오염을 겪었으며, 이로 인해 어업, 생태계, 관광 산업에 막대한 경제적 손실이 발생하였다.

대규모 수역의 모니터링 수요 증가에 대응하여, 지더(JIDE)는 해양 및 호수를 위해 특별히 설계된 다중 매개변수 온라인 센서 시스템을 개발하였다. 현재 기술적 한계로 인해 총 인(TP) 및 총 질소(TN)와 같은 매개변수는 센서를 통한 직접 측정이 여전히 어렵다. 따라서 이 시스템은 개방된 해양 및 대규모 호수의 중심부에 대형 부이 정류소에 설치된다.

이 시스템은 다음 핵심 매개변수를 측정할 수 있다:

• 온도

• pH

• ORP(산화-환원 전위)

• 전기 전도도/총 용존 고형물(TDS)

• 용존 산소

• 탁도/부유 고형물(SS)

• 엽록소

• 청록색 조류

• 칼륨 이온(K⁺)

• 암모늄 이온(NH₄⁺)

• 질산 이온(NO₃⁻)

• 염화 이온(Cl⁻)

• 불화 이온(F⁻)

이 측정값들은 과도한 영양염 농도, 부영양화, 조류 번식, 산소 농도 저하에 대한 실시간 모니터링 및 조기 경고 기능을 제공합니다.

JDMPA-6S – 최고 사양

JDMPA-6S 모델은 본 시리즈에서 가장 고사양인 모델입니다. 메인 유닛은 최대 7개의 센서를 장착할 수 있으며, 각 센서는 전기화학적, 광학적, 물리적 검출 원리를 기반으로 해당 파라미터를 측정합니다.

본체의 모든 센서 포트는 범용 인터페이스를 사용합니다. 센서는 임의의 포트에 설치할 수 있으며, 본체가 자동으로 센서 유형을 인식합니다. JDMPA-6S 본체는 센서 데이터를 읽고, 센서 파라미터를 설정하며, 교정 작업을 수행할 수 있습니다. 사용자 설정에 따라 데이터를 로컬에 저장하거나, 데이터 수집 플랫폼으로 전송하거나, PC 또는 모바일 폰으로 직접 전송할 수 있습니다. 데이터 통신은 유선 전송 및 블루투스 무선 전송 모두를 지원합니다.

각 파라미터의 측정 원리

1. 수심

지더(JIDE)는 스테인리스강 주름 다이어프램으로 격리된 압력 센서(압저항식 감지 요소)를 사용하여 수심을 측정합니다. 센서의 한쪽 면은 물을 향해 있고, 다른 쪽 면은 진공 상태에 노출되어 압력을 측정합니다. 수심은 물의 압력에서 대기압을 차감하여 계산됩니다.

깊이 측정에 영향을 주는 요인으로는 기압, 수중 밀도, 온도 등이 있습니다. 공기 중에서 "제로" 교정을 수행하면 현지 대기압을 기준으로 한 기준값을 제공합니다.

2. 전도도

JIDE는 용액의 전도도를 측정하기 위해 4개의 흑연 전극을 사용합니다. 이 중 2개의 전극은 전류를 측정하고, 나머지 2개는 전압을 측정하며, 이 측정값들로부터 전도도를 계산합니다. 산출된 전도도 값은 셀 상수(1/cm 단위)를 곱하여 밀리시emens/센티미터(mS/cm) 단위의 전도도로 변환합니다.

각 센서에는 내장 온도 센서가 포함되어 있습니다. 그러나 이 센서가 측정한 온도 값은 기록되거나 표시되지 않으며, 오직 센서 보정용으로만 사용됩니다. 온도 값의 교정은 전도도 프로브에 장착된 온도 센서를 기준으로 수행됩니다.

3. 용존 산소

지데(JIDE)의 광학 용존산소 센서는 형광 소멸(fluorescence quenching) 원리를 기반으로 한다. 특정 파장의 청색광을 유리 기판에 고정된 형광 물질에 조사하면, 이 물질이 형광을 방출한다. 산소가 존재하지 않을 경우 형광 지속 시간이 가장 길다. 센서 막 상에 산소가 존재하면 형광 지속 시간이 짧아진다.

정확성과 안정성을 보장하기 위해 각 측정 주기마다 형광 물질을 향해 적색광을 방출하여 형광 지속 시간을 결정하는 기준 신호로 사용한다.

산소 농도는 형광 지속 시간에 반비례한다. 이 관계는 슈턴-볼머(Stern-Volmer) 방정식으로 정량적으로 기술할 수 있다.

((T₀/T) – 1) 대 O₂ 분압.

이 관계는 엄격히 선형적이지 않다(특히 높은 산소 압력에서는 더욱 그렇다). 관련 데이터는 다항식 비선형 회귀 분석을 필요로 한다. 이러한 비선형 특성은 시간이 지나도 크게 변화하지 않으며, 장기간에 걸쳐 측정 정확도에 영향을 주지 않는다.

4. pH / ORP / AMMO(암모늄) – 선택 사양

이 시스템은 물의 산성도/알칼리성 측정을 위한 pH 전극과 프론트엔드 회로 모듈, 또는 산화-환원 전위(ORP) 측정을 위한 ORP 전극과 프론트엔드 회로 모듈로 구성된다. ORP는 매체 내에 용해된 모든 물질의 총합적 전위를 나타내는 비화학적 측정값이다.

또는 암모늄(NH₄⁺) 센서를 선택할 수 있다. 이 센서는 암모늄 전극과 프론트엔드 회로 모듈로 구성되며, 암모늄 전극을 기준 전극과 함께 사용할 경우 밀리볼트(mV) 전압을 측정하고, 이를 특정 계산 방법을 통해 이온 농도 값으로 변환한다.

정비를 용이하게 하기 위해 센서는 전극 또는 막 캡을 현장에서 교체할 수 있도록 특별히 설계되었습니다. 상단 회로 모듈과 전극 사이에는 커넥터가 위치해 있습니다. 전극을 교체하려면 기존 전극을 풀어 제거한 후 새 전극을 장착하기만 하면 되며, 추가적인 절차는 필요하지 않습니다.

5. 탁도

탁도는 물 속에 부유하는 고형물의 농도를 간접적으로 측정하는 지표입니다. 탁도 센서는 적외선을 시료에 조사하고, 물 속 입자에 의해 산란된 빛을 측정합니다. 탁도는 수질 평가의 중요한 지표일 뿐만 아니라 환경 변화를 평가하는 기본 파라미터이기도 합니다. 자연수체 내의 부유 고형물은 퇴적물, 점토, 퇴적물, 조류, 유기물 등 다양한 불확실한 출처에서 유입되지만, 모든 입자는 빛의 투과에 영향을 주어 탁도 신호를 발생시킵니다.

6. 총 조류

총 조류 센서는 이중 파장 흥분을 사용하여 엽록소와 청록색 조류의 농도를 동시에 측정합니다.

• 엽록소 분자는 청색광에 노출되면 형광을 발생하며, 이 형광 강도를 이용해 엽록소 농도를 계산합니다.

• 피코시아닌(청록색 조류에 존재하는 색소)은 주황색광에 노출되면 형광을 발생하며, 이 형광 강도를 이용해 청록색 조류 농도를 계산합니다.

현장 적용

지더(JIDE)사의 JDMPA 시리즈 온라인 분석기는 현재 중국 전역의 해양 및 대형 호수에서 널리 사용되고 있습니다. 현장 엔지니어들은 견고하고 내구성이 뛰어난 외함, 간편한 네트워킹을 가능하게 하는 개방형 MODBUS 통신 프로토콜, 그리고 유지보수가 용이하고 모듈을 쉽게 교체할 수 있는 설계를 높이 평가하고 있습니다. 이러한 특성들로 인해 JDMPA 시리즈는 현장 전문가들 사이에서 선호되는 선택이 되었습니다.