KR100428952B1 - 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화탈질 자동제어 시스템 - Google Patents

암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화탈질 자동제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화 탈질 자동제어 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 수처리시설 반응조의 암모니아성 질소(Ammonia, NH3-N)농도, 질산성 질소(Nitrate, NO3-N)농도, 아질산성 질소(Nitrite, NO2-N)농도, 수소이온농도(pH) 및 용존산소(DO)농도를 검출하여 유기물 산화, 질산화 및 탈질에 필요한 최적의 용존산소 농도, 교반(Mixing) 및 송풍조건을 자동제어하는 시스템에 관한 것으로서, 실시간으로 가변되는 반응조(102) 처리수의 암모니아성 질소농도, 질산성 질소농도 및 아질산성 질소농도를 각종 온라인 수질분석기(103)로 측정, 분석하여 질산화 및 탈질 정도를 지식기반부(307)에 기억된 메모리와 비교, 판단하고, 수질정보에 따라 자동제어되는 컨트롤러(100)로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

Description

암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화 탈질 자동제어 시스템{Automatic Nitrification And Denitrification Control System}
본 발명은 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화 탈질 자동제어 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 수처리시설 반응조의 암모니아성 질소(Ammonia, NH3-N)농도, 질산성 질소(Nitrate, NO3-N)농도, 아질산성 질소(Nitrite, NO2-N)농도, 수소이온농도(pH) 및 용존산소(DO)농도를 검출하여 유기물 산화, 질산화 및 탈질에 필요한 최적의 용존산소 농도, 교반(Mixing) 및 송풍조건을 자동제어하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 활성슬러지(Activated Sludge Process) 공정은 하수 및 폐수처리를 위하여 국내외에서 널리 운전되는 수처리공법으로써 안정적이고 우수한 처리효율이 특징이다.
그러나, 최근 수처리시설들은 대규모 집중식 처리방식에서 소규모의 시설로 분산하여 처리하는 방식으로 전환되는 추세에 있으며, 이에 따라 유지관리에 더욱많은 전문 인력이 소요되어 경제적 비용이 증가하는 문제점이 있다.
그리고, 활성슬러지 공정제어를 위하여 일부시설에 송풍량 제어설비가 설치되어 운전되고 있으나, 실제 운영에 있어서는 현장 운전자의 수동조작에 의해 운전되고 있는 것이 현실이다.
이와 같은 이유는 처리수의 유입량, 수질변화에 따른 적합한 처리 운전이 이루어져야 함에도 불구하고, 이에 대응하여 가변운전이 안되기 때문이다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 처리수의 수질성상 및 수질가변을 실시간으로 분석 모니터링 하여 그에 대응하는 최적운전조건을 부여하는 가동 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 넓은 지역에 분산 설치되어 있는 수처리 설비의 자동제어를 일정장소에서 모니터링 컨트롤 할 수 있도록 하는 시스템을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 암모니아성 질소농도, 질산성 질소농도, 아질산성 질소농도, 수소이온농도 및 용존산소 농도를 실시간으로 측정, 분석하고, 이를 이용하여 수처리에 필요한 최적 용존산소농도 및 송풍조건으로 자동제어 컨트롤하고, 또한 상기 자동제어 컨트롤러에 내장된 운전로직에 의하여 수처리시설이 자동제어되도록 운전자가 임의 설정이 가능토록 함에 있다.
또한, 본 발명의 자동제어 로직에는 온라인 수질계측기로부터 발생하는 센서신호를 실시간으로 처리, 각종 수처리설비를 제어하기 위한 동적 모사 프로그램(Dynamic Simulation Program)과 운전상태를 검사하여 운전에 필요한 각종 조치를 취할 수 있도록 도움을 주는 진단시스템이 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시 블록 계통도.
도 2는 본 발명에 따른 자동제어 시스템 컨트롤러의 기기 구성 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 자동제어 로직 구성 블록도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 컨트롤러 101 : 유량조정조
102 : 반응조 103 : 온라인 수질분석기
104 : 교반기 105 : 송풍기
106 : 산기장치 201 : 중앙처리장치
202 : 그래픽 처리보드 203 : 디스플레이부
204 : 통신부 205 : 키보드
206 : 저장부 207 : 전원부
208 : 프린터 출력부 209 : 신호 입력부
210 : 신호 출력부 300 : 사용자 정의부
301 : 계측신호 처리부 302 : 질산화 가능량 분석부
303 : 운전조건 분석부 304 : 제어신호 출력부
305 : 운전일정부 306 : 알람신호 분석부
307 : 지식기반부
이하, 본 발명을 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 블록 계통도로서 도시된 바와 같이 컨트롤러(100), 유량조정조(101), 반응조(102), 온라인 수질분석기(103), 교반기(104), 송풍기(105), 산기장치(106) 및 각종 펌프, 밸브류를 포함하여 이루어져 있다.
상기 각각의 처리설비 및 구성은 설치되는 장소의 수질 및 유량조건에 따라 단일 구조물로, 또는 다수개의 구조물로 구성할 수도 있는 것으로서,
상기 컨트롤러부(100)는 내장되어 있는 시뮬레이션부에 의해 실시간으로 가변되는 반응조(102)의 암모니아성 질소농도, 질산성 질소농도 및 아질산성 질소 농도를 측정, 분석하여 질산화 및 탈질 정도를 지식기반부(307)에 기억된 메모리와 비교, 판단하여 산기장치(106) 및 교반기(104)의 작동상태를 자동으로 제어한다.
상기 온라인 수질분석기(106) 즉, 센서부는 수중의 수소이온농도, 용존산소, 암모니아성 질소농도, 질산성 질소농도, 아질산성 질소농도를 측정하여 전기신호를 발생한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동제어 시스템 컨트롤러의 기기 구성 블록도로서 도시된 바와 같이, 중앙처리장치(201)는 통신, 연산 및 자료저장 등 자동제어를 위한 각종 처리를 담당하며, 온라인 수질분석기(103)로부터 입력받은 신호를 농도 값으로 실시간으로 변환하고 자동보정하는 트랜스미터(Transmitter) 기능을 수행한다.
그래픽 처리보드(202)는 자료의 입력 및 결과 출력을 위한 신호처리를, 디스플레이부(203)는 자료의 입력 및 결과를 운전자가 확인 할 수 있도록 CRT 또는 LCD에 표시를, 통신부(204)는 자동제어 기기와 타 기기 간의 통신을 위한 기능과 상기 중앙처리장치(201)에서 상위 시스템으로의 운전정보를 제공을, 키보드(205)는 운전자가 자동제어기기의 운전조건을 변경하고 결과의 출력 등 기기의 수동제어를 포함한 각종 정보를 입력하는데 사용을, 저장부(206)는 온라인 수질측정결과, 분석결과 및 관련정보들을 저장하는 기능을, 전원부(207)는 자동제어 기기의 전원을 공급하고 정전시 일정시간 동안 작동할 수 있는 축전지 기능을, 프린터 출력부(208)는 분석결과 및 기기작동과 관련된 정보를 프린터로 출력하기 위한 신호를 처리하는 기능을, 신호 입력부(209)는 수질분석기(103)로부터 발생하는 아날로그(Analog) 신호를 온라인으로 입력받아 디지털 신호로 처리하는 기능을, 신호 출력부(210)는 분석된 제어신호를 MCC 또는 PLC로 제어신호를 출력하는 기능을 각각 담당한다.
도 3은 본 발명에 따른 자동제어로직 구성 블록도로서, 도시된 바와 같이, 계측신호 처리부(301)는 수질분석기(103)로부터 입력받은 전기신호를 수질농도 값으로 변환하고 노이즈 억제를 위하여 통계학적 기법을 이용한 필터링 기능을, 사용자 정의부(300)는 자동제어를 위한 기본설정 및 운전자가 수처리시설 상태에 따라 설정치를 변화 할 수 있도록 제어하는 값을 입력받는 기능을, 질산화 가능량 분석부(302)에서는 유입수의 농도를 분석하여 생물학적 수처리시설에서 질산화 가능한 양을 수학적인 방법으로 분석하여 운전조건 분석을 위한 정보로 사용하는 기능을, 운전조건 분석부(303)에서는 반응조(102)의 용존산소 농도와 계측된 질산성 질소농도 및 아질산성 질소농도를 분석하여 산기장치(106) 및 교반기(104)의 작동상태를 결정하는 기능을, 알람신호 분석부(306)는 수소이온농도가 기 설정된 값 이하로 저하할 경우에 약품주입을 요청하는 경보신호를 출력하고, 용존산소농도를 측정하여 설정된 범위를 초과할 경우 산기장치(106) 작동제어를 위한 경보신호 및 제어신호를 출력하는 기능을, 운전일정부(305)는 센서의 보정 등으로 인하여 자동제어가 이루어지지 않는 경우에 수처리시설이 정상적으로 운전되기 위한 운전일정이 내장되어 비상시에 대처하는 기능을, 제어신호 출력부(304)에서는 분석된 제어신호를 MCC 또는 PLC로 신호를 변환하여 전달하는 기능을, 지식기반부(307)에서는 측정, 분석 및 출력된 결과를 뉴로-퍼지(Neuro-Fuzzy) 제어로직을 통하여 새로운 신호 입력시 보다 효율적인 운전제어를 수행하기 위한 정보로 활용하기 위한 기능을 각각 포함한다.
이와 같이 이루어져 구성되고, 운전되는 본 발명 자동제어 로직을 생물학적 회분식 반응조에 적용하여 운전, 작동되는 일 실시 예는 다음과 같다.
1-실시예
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 반응조(102)의 수질성상 및 수질가변을 실시간으로 분석 모니터링 하여 그에 대응하는 최적 운전조건을 부여하는 가동 시스템을 제공하고, 넓은 지역에 분산 설치되어 있는 수처리 설비의 자동제어를 일정장소에서 모니터링 컨트롤 할 수 있도록 한 것이므로, 수처리에 대한 전문인력을 획기적으로 줄 일 수 있어 유지관리에 경제적 효과가 있고, 유입수량 및 수질 가변에 능동적으로 대처, 처리효율을 향상시키고 안정적인 방류수질을 확보하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 하수 및 폐수를 생물학적으로 처리함에 있어서, 실시간으로 가변되는 반응조(102)의 암모니아성 질소농도, 질산성 질소농도 및 아질산성 질소농도를 각종 수질 분석기(103)로 측정, 분석하여 질산화 및 탈질 정도를 지식기반부(307)에 기억된 메모리와 비교, 판단하며, 분석 정보에 따라 자동제어되는 컨트롤러(100)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화 탈질 수처리 자동제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러(100)는 반응조(102)의 수질 측정 결과를 분석하여 질산화 탈질 조건에 따른 운전상태를 제어하기 위한 제어로직과, 이를 실시간으로 제어하기 위한 뉴로-퍼지 제어로직과 지식기반부(307)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화 탈질 수처리 자동제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러(100)에 내장되어 있는 계측신호 처리부(301)는 수질분석기(103)의 수소이온농도, 용존산소 농도, 암모니아성 질소농도, 질산성 질소농도 및 아질산성 질소농도의 전기신호를 농도 값으로 실시간 변환하고 자동보정하여 주는 트랜스미터 기능을 특징으로 하는 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화 탈질 수처리 자동제어 시스템.
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