KR100642974B1 - 활성 슬러지 공정을 이용한 폐수 처리의 개선 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정화 단계로부터 생물학적 탱크들로 활성 슬러지를 재순환하여 이루어지는 단계를 포함하는 활성 슬러지를 사용하여 폐수를 처리하는 공정에서, 슬러지 정화의 체류 시간을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 재순환 슬러지(Cr)의 일정한 농축을 얻도록 슬러지(Qr)의 재순환율을 조절하여 이루어지고, 동시에 슬러지 정화의 체류 시간(TS)을 임계값(TSmax) 이하로 보장하는 것을 특징으로 한다.
체류 시간, 활성 슬러지, 주파수 변환기, 정화기

Description

활성 슬러지 공정을 이용한 폐수 처리의 개선{Improvements to waste water treatment using activated sludge process}
본 발명은 활성 슬러지(activated sludge) 공정들을 이용한 폐수 처리의 개선에 관한 것이다. 특히, 정화 스테이지로부터 포화 스테이지(aeration stage)로의 활성 슬러지의 재순환을 포함하는 활성 슬러지에 의해 폐수를 처리하는 공정에서 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간을 제어하는 방법 및 플랜트에 관한 것이다.
이러한 활성 슬러지 공정들에서, 슬러지의 재순환은 전체의 정화 플랜트들 작동에 있어서 중요한 구성요소로 알려져 있다. 이차적인 정화기들의 역할은 슬러지를 처리된 물로부터 분리하는 데에 있고, 이를 하기 위해 슬러지 농축 스테이지가 구조에 있어서 필수적이다. 이 농축 단계는 정화기 내의 슬러지에 체류 시간을 부과하는 것을 요구하고, 이 체류 시간이 제어되지 않으면, 공정은 기능부전(malfunction) 논리에 빠진다.
지나치게 긴 체류 시간은 첫째로, 잠재적인 탈질작용(denitrification)의 직접 효과와 정화기들의 표면상 거품 출현으로 인해, 산소결핍(anoxia) 상태를 야기한다. 둘째로, 슬러지가 혐기성(anaerobic) 상태들에 들어가고, 그 영향은 수계(水系)와 슬러지의 처리에 종종 피해를 준다. 왜냐하면, 섬질의 미생물들(filamentous microorganisms)의 발달이 촉진되어, 전체 플랜트에 걸쳐 거품 문제들 및 조잡한 솜 모양의 침전물(poor flock settling)의 문제들(몰만 지수(Molhman index)의 상승)을 일으키기 때문이다. 그 다음, 수압이 동요되는 경우에, 슬러지 배출의 위험이 증가한다. 게다가, 혐기성 상태들은 생물학적 탈인산염 공정들(biological dephosphatizing processes)과 완전히 양립하지 않으며, 이 경우에 정화기로의 인(phosphorous)의 방출은 명세서에서 즉시 벗어나는 해제를 야기한다. 따라서, 이러한 사건들은 수계의 주요 기능부전의 특징이다. 병행하여, 직접적인 경제의 견지에서, 솜 모양의 침전물의 특성들이 조잡할 때, 처리 시스템이 포함한 것이 무엇이든지, 슬러지 처리는 최적화될 수 없다. 슬러지 처리 시스템의 장비의 작동 시간들이 연장되고, 고체 내용물들이 감소되어, 추출된 슬러지의 용량들은 처리된 건조물에 대해 동일 양만큼 증가된다.
그러므로, 정화 스테이지에서, 슬러지의 체류 시간은 물 처리에서 기능부전을 초래하는 위험이 제한된 상태여야 한다. 연장된 포화로 작동하는 활성 슬러지 공정들의 경우에, 이 제한은 약 2 시간이 된다. 이는 적당하거나 높은 부하(load) 상태들의 경우에는 더 적다.
다른 한편, 정화중인 슬러지를 위한 지나치게 짧거나 가변적인 체류 시간은 슬러지 처리 시스템들의 경우에 있어서 제한 요인이 될 수도 있다. 슬러지가 재순환 라인에서 추출될 때, 어떤 농밀화(thickening) 및 탈수화(dehydrating) 구조들에 적당하지 않은 슬러지 농축을 일으키기 때문이다. 이는 일반적으로 배수작용(draining)에 의해 농밀화되는 구조들을 갖춘 소형 및 중형 크기 플랜트들의 경우에서 발생한다. 이 유형의 장비로 착수된 슬러지의 희석은 봉쇄(blockage)의 위험들을 야기하면서, 불충분한 포획율들(capture rates) 또는 농축 폴리머(flocculating polymer)를 과도하게 합성시킬 필요성을 야기한다. 이들 조절 장치들에 대한 부하의 변동들은 초기 셋업 작동들 동안 미리정해진 작동 상태들의 변형들과 접속되는, 서행(creep) 또는 봉쇄 등의 기능부전을 야기한다. 배수 스크린 또는 테이블에 있어 최소 허용된 농축은 약 6 g/l이다. 이 유형의 장비로 견디는 부하들의 변동들은 약 10 내지 20%이다. 슬러지 웰에서 조우된(encountered) 농축에 대응하는, 농축에 대한 이 상태들은 강제적으로 정화 스테이지에서 최소한의 체류 시간에 직접 접속된다. 이 최소한의 체류 시간 자체는 슬러지 침전력 특성들에 의거한다.
그러므로, 정화를 거치는 슬러지의 평균 체류 시간을 유지하고 제어하는 것은 양질, 신뢰도, 및 경제적인 처리를 확보하는데 있어 매우 중요하다. 이는 본 발명이 해결하려고 하는 기술적인 문제이다.
활성 슬러지 재순환 기능에 관련된 물 처리의 기술에 있어서, 정화 플랜트에서의 두 유형의 재순환이 확인될 수 있다.
- 슬러지를 정화기로부터 포화지로 복귀시키는 재순환 : 이 목적은 포화지의 정화량을 메마르게 하지 않도록 생물학적 슬러지의 일부를 순환시키는 것이다.
- 산소결핍지 및 포화지를 갖는 플랜트들에 존재하는 혼합된 알코올들의 재순환 : 이 혼합된 알코올들은 탈질작용이 방출의 내용들을 감소시킬 수 있도록 산소결핍 영역으로 가져오기 위하여, 슬러지를 포화지로부터 풍부한 질산염들로 복구시킨다.
본 발명의 내용을 이루는 공정은 정화기로부터 포화지로의 활성 슬러지의 재순환에 관한 것이다. 정화기로부터 포화지으로 재순환될 활성 슬러지를 위한 여러 가지의 배치들이 물 처리 기술 분야에 있어서 숙련된 기술자의 종래 기술적 지식의 부분을 형성한다고 생각했다면, 그들은 기술하지 않았을 것이다. 독자는 이러한 목적을 위하여 "Mmento Technique de l'Eau, Ninth Edition(1989)"을 참조할 수도 있다. 물 처리에서 활성 슬러지의 재순환을 유지하는 일반적인 원리가 이제 설명될 것이다.
슬러지 재순환에 적당한 관리 목적들은 이하의 기준을 충족해야 한다.
- 어떤 기능부전의 위험도 감소시키기 위하여 정화기의 슬러지가 산소결핍상태를 거치는 것을 방지한다.
- 특히 슬러지 노반 배출(sludge bed egress)을 방지하기 위하여, 플랜트의 작동 모드를 작동시 조우된 상태들(시스템의 슬러지량, 슬러지 침전 특성들, 소나기 등)에 적응시킨다.
- 신뢰성 있는 생물학적 처리를 하기 위하여, 생물학적 분지와 정화기 사이의 총 슬러지량의 분포를 관리한다.
이에 대한 참조로는 슬러지 흐름 균형의 구조를 설명하는 도면인 첨부된 도면들의 도 1로 이루어지고, 이 도면에서, 포화지는 1로 표시되며, 정화기는 2로 표시된다.
정화기(2)로부터 포화지(1)로의 슬러지의 재순환량은 플랜트의 처리량에 대한 재순환율의 한정비에 의거한다.
τrec = Qr/Qt
여기서, τrec는 재순환율을 나타내고,
(0 < τrec <1)
Qr은 재순환율(m3/h)을 나타내며,
Qt는 처리량(m3/h)을 나타낸다.
이 재순환량은 대지상에 조우된 상태들에 의해 정의된다. 정화기 속으로와 밖으로의 슬러지 흐름 사이의 총체적인 균형이 있음은 자명하다.
(Qt +Qr) x Cas = Qr x Cr
여기서, Cas 은 포화지 내의 슬러지 농축(g/l)이고,
Cr 은 재순환 라인에서의 슬러지 농축(g/l)이다.
저장 기간은 처리된 물 방출 유출량과 같지만, 여기서는 무시된다.
이 등식은 재순환의 정도(τrec)를 계산하는데 사용된다.
τrec = Qr/Qt = Cas/(Cr - Cas).
Cas 은 포화지에서 직접 측정될 수 있는 작동상의 파라미터가다. Cr 에 대하여, 이것은 실험적으로, 슬러지 체류 시간이 슬러지 침전 및 슬러지 농밀화 특성들을 나타내는 몰만 지수(Mohlman index)와, 포화지와 재순환 라인 내의 슬러지 농축들에 연결되어 있음이 발견되고 있으므로, 정화기 내의 슬러지의 체류 시간에 필요요건들을 부합하도록 제어되어야 한다. 다음 상호 관계는 이 변수들 사이에 성립되어 왔다.
RT/60 = (CrMI/1000)3 - (CasMI/1000)3
여기서, RT는 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간(분)이고, MI는 몰만 지수(ml/g)이다.
이 공식은 자동화 재순환 관리 논리 툴을 위한 참조 관계이다. 이 공식은 ATV ( ATV 표준, A 131. (1991), "Dimensioning of single-stage activated sludge plants upwards from 5000 total inhabitants and population equivalents" Abwassertechnische Vereinigung e.V., St. Augustin)에서 출판된 것과 같은 유형의 공식에 의거한다.
Figure 112001007803812-pct00001
몰만 지수의 측정이 슬러지 침전의 부족 사실을 나타내지 않으면, 안전성 보호를 위해 침전 지수(Is)가 정의될 수도 있고, 그 다음 이들 공식에 사용된다.
Is는 희석되지 않은 침전 지수(ml/g)이다.
실제, 정화를 거치는 슬러지의 최대 허용된 체류 시간은 플랜트의 용량 충전에만 의존한다. 지시에 따라, 이 체류 시간은 낮은 충전에 대해서는 약 120 분이다. 이 체류 시간은 높은 충전들에 대해서는 40 분까지 감소될 수 있다.
주어진 충전에 대하여, 포화지 내의 침전 지수 및 슬러지 농축이 파라미터들로 작동하기 때문에, 그리하여 전체가 정화기에서 최대 허용된 체류 시간에 관하여 신뢰성 있는 물 처리를 하는 것에 연관된 제약을 만족할 수 있는 재순환 라인의 슬러지 농축의 셋포인트를 정의할 수 있다.
그리므로, 정의된 재순환량은 포하지 내의 슬러지 농축의 함수, 간접적으로는 대지상에 조우된 작동 상태들을 말하는, 플랜트의 용량 충전 및 슬러지 침전 지수의 함수가 될 것이다.
τrec = Qr / Qt = Cas / (Cr,set - Cas)
여기서, Cr,set = 1000/MI(RTmax / 60 + (CasMI / 1000 )3)1/3;
Cr,set 는 재순환 라인 내의 슬러지 농축의 셋포인트이고,
RTmax 는 정화를 거치는 슬러지의 최대 허용된 체류 시간(분)이다.
사실상, 정확하게 위해, 균형 식을 슬러지 처리 시스템으로 추출된 슬러지의 흐름으로 완료시키는 것이 필요할 것이다. 이 품질은 때때로 소형 플랜트들의 유출량들에 있어서 유력할 수도 있다.
(Qt + Qr) x Cas = (Qr + Qext) x Cr,set
여기서, Qext는 추출 흐름율(m3/h)이다.
계산된 재순환율은 다음과 같다.
Qr = [(Qt x Cas) - (Qext X Cr,set)] / (Cr,set - Cas).
활성 슬러지에 의한 물 처리의 분야에서 재순환 슬러지에 대한 오늘날 알려진 관리 방법들을 설명할 것이다.
일반적으로, 두 관리 방법들이 사용된다.
- 재순환된 흐름율은 일정하고, 매일 의도된 플랜트의 폐수 처리량을 100 내지 150% 로 나타낸다. 제한하는 처리량 임계치 이상, 재순환 장비는 강행해야 할 수도 있다.
- 재순환율은 인입하는 흐름율에 대한 비례 방식으로 슬레이브된다.
재순환율들을 조절하기 위하여, 장비의 작동은 고정율로 연속적이거나, 시계 또는 주기적인 미터링 장치로 작동함으로써 생략된다.
대형 플랜트들에서, 처리량을 위한 센서들의 결합, 재순환율, 포화지와 재순환 라인 내의 슬러지의 중량, 슬러지 브랭킷(blanket)의 높이 및 산출물의 탁도(turbidity)를 사용하는 특정한 규정이 존재한다.
잘 관리된 재순환은 슬러지의 양질 및 물의 정화에 조력한다. 슬러지는 동요를 방지하기 위하여 정화기에 저장되지 않아야 한다. 작동 기간들은 항상 정화기의 스크레이퍼 브릿지(scraper bridge)의 회전 시간보다 더 길거나, 적어도 비조화의 주파수들에 기초하여 관리되어야 한다.
슬러지 농축이 적합하고, 재순환이 잘 관리되면, 슬러지 브랭킷는 육안으로 볼 수 없으며, 세치 디스크(Scechi disc)로 검출될 수 없다. 슬러지 브랭킷은 깊이가 기껏해야 1m이다.
종래 기술에 따른 이들 관리 방법들은 다음의 결점들을 가진다.
1 - 종래의 재순환 관리 방법들 - 고정되거나 슬레이브된 흐름율 - 은 평균 재순환량의 정의 및 그 결과 작동 상태들에 연결된 제어 설정에 의거한 상태가 된다. 지나치게 자주 플랜트들을 설계하고 의뢰할 때, 실제 재순환량들이 한정된다. 기능부전 기간들을 제외하고는, 실제 재순환량들은 좀처럼 재조절되지 않는다(전형적인 예 : 슬러지 노반에서의 누설이 관찰되면, 즉각적인 반응은 재순환을 증가시키는 것이다. 불행히도, 이 작동 반응은 지나치게 늦게 발생한다.). 기본적인 관리 규칙들 중 하나는 몰만 지수 및/또는 슬러지 농축 측정이 포화지에서 이루질 때, 재순환량을 다시 갱신하고, 결과로서 설정들을 변경해야 한다. 이 주요 결함은 별개로 하고, 고정된 흐름율에 기초하여 재순환을 관리하는 것은 조우된 수압의 사건들을 고려할 때에 좋지 않은 결점을 가진다. 최고의 관리는 매일의 체제들(일하는 날 또는 주)에 따라 좀처럼 변경되지 않고, 여러 계절의 체제에서는 같은 방법(여름 기간, 장마 기간, 임시 활동기(포도 수확기, 등))으로 처리되며, 우천에 의해 작용되는 강요된 작동들은 사건(갑작스럽거나 일정한, 짧거나 계속되는 강우)의 유래 및 환경을 알지 못한다.
2 - 흐름율에 슬레이브된 관리 방법은 이 분야에 더 적절한 듯하다. 그러나, 엄밀한 견지에서, 포화지/정화기 시스템에서 슬러지 전송의 동력은 지금까지 고려하지 않은 것처럼 보인다. 이는 시스템의 응답이 느리고, 버퍼 효과들에 의해 완충되기 때문에, 급한 사건에 대한 반응은 자극에 비례하는 행동에 의해 간단히 제어될 수 없다.
3 - 마지막으로, 재순환 장비를 제어하는 방법은 대개 생략되고, 설정들에 대한 변경들은 종종 정화기의 스크레이퍼 브릿지의 회전 시간으로 주파수들을 생략할 때 현상 지연(phase lag)을 야기한다. 알려져 있는 대로 비조화의 주파수들은 더 이상 중시되지 않으며, 재순환된 슬러지는 항상 정화기의 하부와 같은 영역들에서 나온다. 이는 스크레이퍼가 슬러지 블랭킷의 상대적인 압축이 슬러지 웰 쪽으로의 흡입에 의해 슬러지의 균일한 복구를 제한한 이래 주로 파괴적인 행동을 갖고 있기 때문이다. 스크레이퍼의 통과는 국부적으로 슬러지 블랭킷을 유동화하고, 재순환 펌프들을 활성화하여 새롭게 파괴된 슬러지의 복구를 조장한다. 조화의 주파수들(예컨대, 30 분의 브릿지 회전 시간을 위해 15분 작동, 15분 정지)에 대하여, 슬러지 복구는 정화기의 일부에서만 효과적이다.
슬러지 재순환의 적절치 않은 관리는 이하 언급된 위험들을 행하게 한다.
a) 과도한 재순환 :
과도한 재순환에 의해 진행된 위험들은 처리될 유동(flux)의 분배자로서 작용하는 침전기("클립포드(clifford)")의 내부 "스커트(skirt)"에서 속도(velocity) 및 물/슬러지 인터페이스에서 불균형을 지나치게 높인다 : 슬러지 펌핑율은 극소의 침전 속도보다 훨씬 높아지므로, 수압의 짧은 회전을 생성시킨다. 더욱이, 과도하게 높은 재순환율은 재순환 라인에서 슬러지 농축을 감소시키고, 상기 재순환 라인은 슬러지 처리 시스템을 위해 급수(feed)에 대한 제한을 둘 수도 있다.
b) 불충분한 재순환 :
불충분한 재순환의 결과로서 행해지는 이 위험들은 가능한 방치된 탈질작용과 정화기에서 혐기성 상태들(인의 방출, 섬질의 미생물과 거품의 발달을 촉진, 등)로 이동하는 슬러지에 연결된다. 정화기는 주기적으로 저장 장치 및 농축 장치로 전환된다.
c) 비조화의 주파수로 생략된 재순환 :
이 위험들은 슬러지의 비복구된 지대들 또는 지역들을 생성하여, 체류 시간의 어느 것이 긴, 덜 두드러진 방식 외에, 불충분한 재순환의 방식들과 동일하다.
흡수된 브릿지들을 갖는 정화기들의 경우에서, 순환율은
- 사이펀(siphon)의 흡수율보다 결코 작지 않고,
- 부하 손실들에서 흡입관들(suction tubes) 상에 불균형이 있게(이는 직접적으로 하부상에 있는 슬러지 농축들의 분포에 의존한다.)하지 않는다.
활성 슬러지의 재순환을 관리하기 위한 기존의 방책들이 만족스럽지 않다라고 하는 사실이 주어지면서, 본 발명의 목적은 활성 슬러지 공정들에서 2차 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간을 제어하는 목적을 위해, 이 재순환의 자동화 관리를 위한 공정을 제공하는 것이다. 이것의 1차 목적은 신뢰성 있는 물 처리를 하는 목적을 위해, 정화기에서의 슬러지의 체류 시간을 최대 제한 이하로 제한하는 것이다. 이것의 2차 목적은 재순환 라인에서 일정한 농축을 유지하여, 예컨대 배수 장비를 사용하는 슬러지 처리 시스템들의 관리를 용이하게 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 주제는 정화 스테이지에서 생물학적 분지들로의 활성 슬러지의 재순환을 포함하는 활성 슬러지에 의해 폐수를 처리하는 공정에서, 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간을 제어하는 방법에 있어서, 일정한 재순환된 슬러지 농축(Cr)을 유지하도록 슬러지 재순환율(Qr)이 변경되며, 동시에 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간(RT)을 임계값(RTmax) 이하로 보장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 구현하는 한 방법에 따르면, 슬러지 재순환율(Qr)은 정화 스테이지 내의 슬러지의 체류 시간을 제한하도록, 플랜트를 통과하는 물의 처리량(Qt)을 나타내는 신호에 따라 변경된다.
구현의 다른 방법에 따르면, 플랜트를 통과하는 물의 처리량을 나타내는 신호의 타당성이 인식되지 않은 경우, 슬러지의 재순환은 물 처리 플랜트를 관리하는 폴드-백 방법(fold-back method)에 따라 제어된다.
본 발명에 따른 공정을 구현하는 다른 방법에 따르면, 슬러지 재순환율(Qr)은 재순환 라인에 배치된 센서로부터 얻어진, 재순환 라인 내의 슬러지 농축(Cr)을 나타내는 신호에 따라 변경되며, 이 신호는 재순환 라인 내의 슬러지 농축(Cr)을 일정하게 유지하도록, 수신된 신호의 변경에 따라 재순환율(Qr)을 변경하는 자동화 논리 툴(automated logic tool)에 전달되며, 상기 신호의 대표성(representativeness)이 의심되는 경우에, 슬러지 재순환은 정화 스테이지 내의 슬러지의 체류 시간을 제한하는 것이 목적인 슬레이브 관리 방법(slaved management method)에 따라 자동적으로 제어되며, 상기 슬레이브 관리 방법은 생물학적 분지 내의 슬러지 농축(Cas)의 값들의 분석 및 플랜트를 통과하는 물의 처리량(Qt)에 기초하여 조정된다.
상기 규정된 본 발명에 따른 방법의 다른 특징에 따르면, 생물학적 분지 내의 슬러지 농축과 슬러지 침전 지수(Is)를 평가하여 관리 제어기를 위한 셋포인트 값들을 결정하도록, 침전된 슬러지의 용량이 주기적으로 측정된다.
본 발명에 따라서, 슬러지 재순환을 관리하는 자동화 논리 툴은:
- 포화지(aeration basin) 내의 슬러지 농축(Cas)의 값 및 다시 갱신된 침전 지수(Is)에 기초하여, 처리 플랜트의 조건들에 부합되도록 슬러지 재순환의 평균량(τrec)을 주기적으로 갱신하고;
- 처리량(Qt)의 변경에 기초함으로써 정화기/포화지 시스템의 응답 시간에 따라 수압의 사건들에 일정하게 응답하는 반응 지연들을 관리하고;
- 재순환 라인 내의 슬러지 농축(Cr)을 일정하게 유지하도록 설계된다.
본 발명은 또한 상기 규정된 방법을 구현하는 장치들에 관한 것이다.
제 1 실시예에 따르면, 상기 장치는,
- 처리량(Qt)을 각각 측정하기 위한 센서들;
- 활성 슬러지 재순환율(Qr)의 조정된 제어를 확보하는 수단;
- 침전된 상기 슬러지의 용량을 측정하여 생물학적 분지 내의 침전 지수(Is) 및 슬러지 농축(Cas)을 평가하는 수단;
- 공통 신호-입력 스테이지에 의해 실행되는, 2개의 주 모듈들을 포함하는, 재순환의 자동 제어를 확보하는 제어기로서, 상기 2개의 주 모듈들은:
- 사용자와 상기 제어기 사이에 인터페이스를 제공하고 농축 셋포인트(Cr)를 표시할 수 있는 제 1 모듈; 및
- 재순환율들을 제어하기 위한 유닛을 형성하는 제 2 모듈로서, 상기 제 2 모듈은:
- 재순환율(Qr)을 제어하는 신호를 계산하도록, 처리량(Qt)에 기초하여 정화기 내의 슬러지의 체류 시간을 제어하는 제어 논리 툴;
- 재순환 수단을 관리하는 논리 툴의 안전한 동작들을 조정하는 모듈을 포함하는, 상기 제 2 모듈을 구비한, 상기 제어기; 및
- 상기 모듈들을 공급하도록 장비 작동의 논리 지시기들 및 센서들로부터 나오는 신호들의 파라미터화, 수신, 처리, 분석 및 타당성을 구비한 스테이지를 포함한다.
제 2 실시예에 따르면, 상기 장치는:
- 각각 측정할 수 있는 센서들;
- 활성 슬러지를 정화기로부터 포화 공간으로 재순환시키는 상기 라인내의 슬러지 농축(Cr);
- 포화지 내의 슬러지 농축(Cas);
- 처리량(Qt);
- 활성 슬러지 재순환율(Qr)의 조정된 제어를 확보하는 수단;
- 침전된 슬러지의 용량을 측정하여 침전 지수(Is)를 평가할 수 있는 수단; 및
- 공통 신호-입력 스테이지에 의해 실행되는, 3개의 주 모듈들을 포함하는, 재순환의 자동화 관리를 확보하는 제어기로서, 상기 3개의 주 모듈들은:
- 사용자와 제어기 사이에 인터페이스를 제공하고, 농축 셋포인트(Cr)를 표시할 수 있는 제1 모듈;
- 재순환율들을 제어하는 유닛을 형성하는 제 2 모듈로서, 상기 제 2 모듈은:
- 재순환 농축을 일정하게 유지하도록, 슬러지 농축(Cr)의 측정에 기초하여 재순환율(Qr)의 제어 및 조절을 확보하는 제어 논리 툴;
- 재순환율(Qr)을 제어하기 위한 신호를 계산하도록, 포화지 내의 슬러지 농축(Cas)의 측정 및 처리량(Qt)에 기초하여 정화기 내의 슬러지의 체류 시간의 제어를 확보하는 제어 논리 툴; 및
- 재순환 수단을 관리하는 논리 툴의 안전한 동작들을 관리하는 모듈을 포함하는, 상기 제 2 모듈; 및
- 슬러지의 추출율을 고정하고 설정하기 위해, 정화기/생물학적 분지 시스템 내에 존재하는 슬러지의 용량을 계산하는 제 3 모듈을 포함하는, 상기 제어기; 및
- 모듈들을 공급하도록 장비 작동의 논리 지시기들 및 상기 센서들로부터 나오는 신호들의 파라미터화, 수신, 처리, 분석 및 타당성을 구비한 스테이지를 포함한다.
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이해되는 바와 같이, 본 발명의 내용을 이루는 공정은 재순환 슬러지의 농축을 일정하게 유지하도록 재순환율이 변경되는 것을 허용하며, 동시에 체류 시간을 임계값 이하로 보장한다. 더욱이, 그 기능들 중 한 기능은 추출의 관리를 보조하기 위해, 시스템에 존재하는 슬러지의 총량을 평가할 수 있게 한다. 마지막으로, 제어기에 의해 제공된 안전 검출은 슬러지의 품질 또는 재순환 기능을 제공하는 구성요소에서의 어떤 표류 가능성을 방지하고, 예외적인 지속 동작들이 실행될 때를 알려준다.
본 발명의 내용을 이루는 공정은 특별히 이차적인 정화기들을 관리하는 유일한 사실에서 나타나는 섬유질의 박테리아의 위험을 제거하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 슬러지의 품질을 유지함으로써 신뢰성 있는 물 처리 시스템을 만들고, 슬러지 시스템의 성능을 최적화할 수 있다. 마지막으로, 추출 농축의 일정함 및 미리정해진 침전들을 갱신하거나 장비를 언제라도 작동하게 할 가능성은 배수에 의해 농밀화되는 것에 관련된 작동들을 보조할 수 있다. 이 자동화 관리를 적용하는 이점은 작동 비용면에서 나타날 수도 있다.
- 낮은 몰만 지수로 표시되는, 슬러지 품질의 개선 또는 유지(용량의 증가 및 슬러지 처리 장비의 작동 시간의 감소, 고체 내용물의 개량 및 생산된 슬러지를 추출하는 비용 및 용량의 감소, 반응물 미터링, 상부로의 복귀 감소, 등).
- 슬러지 처리의 보조 및 배수 기능부전의 제거(작동 일의 조직).
- 방출의 부합(물 대리 협정 및 프리미엄)
- 특히, 극단적인 작동 조건들 및 소나기 동안의 기능부전의 방지.(기능부전 처리 비용의 제거 및 노동의 조직).
- 정화기의 시각적 출현.
또한, 본 발명의 특징 및 장점은 실행 및 실시예들의 변경 방법들을 설명하는, 첨부된 도면을 참조로 하여 이하 주어진 기술의 판독으로 명백해질 것이다.
도 1은 슬러지 재순환 관리의 일반적인 원리의 설명에 관해서 상기 서론의 일부로 사용되는, 본 발명이 적용하는 물 처리 플랜트를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 공정에 의해 사용된 관리 논리 툴을 작동시키는 방법을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 의해 사용된 슬러지 재순환 관리 논리 툴의 구조를 개략적으로 설명하는 블록도.
도 4는 공급될 관리 논리 툴의 여러 모듈들을 허용하는 본 발명에 따라 플랜트의 스테이지를 개략적으로 설명하는 도면.
도 5는 작동 상태들의 기능으로서 슬러지 재순환율의 변동을 설명하는 그래프.
도 6은 정화를 거치는 슬러지량에서의 변동의 동력을 설명하는 그래프.
도 7은 소나기가 온 후 방출을 위해 높은 재순환율을 유지하는 동작을 설명하는 그래프.
도 8은 비가 오는 상태에서 일정한 슬러지 농축을 재순환 라인에서 유지하는 동작을 설명하는 그래프.
도 9 내지 12 는 여러 상태들 하에 본 발명에 따라 공정을 작동하는 여러 방법들을 설명하는 기록들인 그래프.
도 2를 참조하면, 본 발명의 내용을 이루는 공정 및 장치에 의해 사용된 제어기의 동작은 재순환 장비의 동작에 의해 슬러지 재순환율(Qr)을 변경하는 데에 있고, 이는 활성 슬러지를 재순환시키기 위해 설계된 펌프들을 말한다. 이들 펌프들은 변환기에 의해 가변 주파수에 공급되거나, 본관들에 의해 고정된 주파수들에 공급될 수도 있다. 바람직하게는, 주파수 변환기가 사용될 것이다.
이러한 동작은 대지의 작동 상태들에 의존하는 농축 셋포인트 값(Cr,set)을 획득할 수 있게 한다. 본 발명에 따른 공정은 플랜트의 슬러지 웰에 위치한 센서로부터 전해지는 "재순환 슬러지 중량" 신호(Cr)에 따라 재순한율(Qr)을 변경한다. 수신된 신호의 변경에 의존하여, 자동화 논리 툴은 재순환 농축을 가능한 일정하게 유지하기 위하여 재순환율을 변경할 것이다.
상기 센서에 의해 전달된 신호의 대표성에 대하여 의혹이 발생할 때, 제어기는 슬레이브 관리 모드(slaved management mode)로 즉시 전환한다. 이 안전하게 보호된 논리 툴의 신호는 정화기 내의 슬러지 체류 시간을 제한하는 것을 목적으로 한다. 재순환 농축의 일정함은 더 이상 보장되지 않는다. 이러한 슬레이브 모드는 포화지(Cas) 내의 슬러지의 중량값 및 플랜트를 통해 통과되는 흐름값을 분석함으로써 관리되며, 이는 처리량(Qt)만을 말한다.
모든 센서들로부터의 측정에 대한 타당성이 더 이상 인식되지 않을 경우, 제어기는 "하락(degraded)" 모드가 되고, 재순환은 플랜트를 관리하는 폴드-백 방법에 따른다.
그러므로, 본 발명에 따른 슬러지 재순환의 자동화 관리를 위한 논리 툴은 센서들 및 슬러지 침전 지수(Is)를 나타내는 주기의 작동에 의존한다.
본 발명에 따르는 이유는, 침전된 슬러지의 용량이 예컨대 많아야 8일에 한번 정도 정기적으로 측정되고, 재순환율을 가장 정확히 조절하기 위하여 이 침전 지수를 평가하여, 제어기의 셋포인트 값들을 결정할 수 있다는 것에 있다.
이제, 발명의 내용을 이루는 공정 및 장치에서 사용되는 자동화 논리 툴의 구조를 개략적으로 설명하는 첨부된 도면들에서의 도 3 및 4를 참조로 한다.
본 발명에 따른 자동화 재순환 관리 논리 툴은 공통의 신호-입력 스테이지에 의해 공급되는, 3개의 주 모듈들로 이루어진다.
모듈(A)은 사용자와 제어기 사이의 인터페이스이고, 이는 측정들 및 원하는 침전들에 관한 수동 정보, 공정 제약들 및 원하는 침전들 사이의 호환성의 확인 및 제어기로부터의 작동 데이터 및 정보의 표시를 허용한다.
모듈(B)은 재순환율들을 제어하기 위한 유닛이다. 정보 소스들 및 재순환 장비를 제어하기 위해 동작들(B3)을 실행하는 일반 모드의 유용성에 따라 활성화되는, 2개의 제어 논리 툴들(B1, B2)로 이루어진다.
- 제어 논리 툴(B1)은 조절 모드로 작동한다. 이 조절 모드의 목표는 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간을 보장하고, 추출들의 관리를 용이하게 하기 위하여, 셋포인트 값에 대하여 ± 1 g/l 이내에 재순환 농축(Cr)을 유지하는 것이다. 여기서, 재순환 라인 내의 슬러지 농축의 측정은 재순환율(Qr)을 제어하고 조절하는데 사용된다. 이 조절은 이하 설명될 본 발명에 따른 공정을 관리하는 논리 툴의 3가지 원리들의 자동 확인, 즉, 재순환의 총량과 작동 상태들과의 정합, 수압의 사건들에 반응하는 지연들의 관리, 및 재순환 라인에서 안정된 농축의 유지를 허용한다. 이는 본 발명의 관리 모드를 바람직하게 한다.
- 논리 툴(B2)은 슬레이브 모드로 작동한다. 여기서, 포화지 내의 슬러지 농축(Cas) 및 처리량(Qt)의 측정들은 재순환율(Qr)을 제어하는 신호를 계산하는데 사용된다. 가동하는 동작의 제어가 없으므로, 순수 슬레이브 모드가 있다. 이 순수 슬레이브 모드의 이점은 재순환량(τrec)을 작동 상태 및 주요한 수압의 사건들에 대한 반응 지연들의 관리에 적용시킨다. 흐름 평형 원리에 의하면, 슬레이빙에 의한 관리 모드는 재순환 라인의 슬러지 농축(Cr)이 변경의 제한 범위내에서 유지되는 것을 허용해야 한다. 이 슬레이브 관리 모드는 본 발명의 공정을 관리하는 안전 보호 모드를 구성하고, 정화기 내의 체류 시간을 제어하는 목적에 대응한다.
- 동작들(B3)을 실행하는 모드는 사용될 장비의 조합들을 정의할 수 있어야 하고, 상기 보여진 바와 같이, 슬러지를 정화기로부터 포화지로 재순환하기 위해 사용된 펌프들은 가변 주파수(변환기) 또는 고정 주파수(본관)에서 공급될 수도 있다. 변환기는 한번에 단 하나의 펌프에 공급하고, 다른 것들은 고정 공급되거나 차단된다. 논리 툴들로부터의 흐름 제어 신호의 값은 ㎥/h로 표현되고, 재순환율 셋포인트를 획득하기 위하여 장비의 조합 및 공급 주파수에 변형되어야 한다. 또한, 모듈(B3)은 관리될 재순환 관리 논리 툴의 안전 보호 동작들을 허용한다.
마지막으로, 모듈(C)은 포화지/정화기 시스템에 존재하는 슬러지의 용량을 추정할 수 있고, 그 값은 작동을 위해 자동적으로 갱신된다. 이 정보는 플랜트 내의 슬러지 추출율들을 모니터링하고 고정할 수 있다. 정화기에 포함된 슬러지의 용량이 평등 계산에 의해 무시되거나 얻어질 수 있음을 제공하는 포화지 내의 슬러지 농축(Cas)의 값으로부터 빠른 추정이 이루질 수 있다. 그러나, 이로한 추측들이 확인되지 않고 있기 때문에, 이러한 추정을 어느 날 확실하게 하기는 어렵다. 한편, 정화기 내의 슬러지의 용량은 주간 기간들, 특히 주요한 수압의 사건 동안 무시해도 좋을 정도로 아니다. 다른 한편, 평형 흐름이 도달될 때까지 그 평가를 할 수 없고, 낮 동안의 흐름율의 주기적인 변경들은 빈번한 변경 체제로 플랜트를 움직인다. 평형 흐름이 규정되었을 때, 모듈(C)는 자동적으로 갱신되는 안정 상태 시스템 내의 슬러지의 용량을 계산하려고 한다.
마지막으로, 본 발명에 따른 장치는 센서들로부터 나오는 신호들의 파라미터화, 수신, 분석, 처리 및 타당성을 구비한 스테이지(도 4)를 포함하고, 그 동작의 복귀들은 여러 모듈들을 공급할 수 있게 한다. 제어기는 사용된 여러 센서들로부터 아날로그 정보(재순환 라인 내의 슬러지 농축(Cr)에 관한 신호, 포화지 내의 슬러지 농축(Cas)을 나타내는 신호, 처리량(Qt)을 나타내는 신호) 및 재순환 펌프들, 추출 펌프들, 변환기, 및 포화 장비와 같은 장비의 작동에 관한 논리 정보를 수신한다.
2차 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간의 제어 및 추출의 보조를 충족시키기 위하여, 본 발명에 따른 자동화 슬러지 재순환 관리 논리 툴은 다음의 3개의 주요한 원리들을 따라야 함을 위에서 명시하였다.
- 플랜트에서 조우된 상태들에 재순환 평균량을 주기적으로 일치. 이는 몰만 지수나 슬러지 총량이 대지상에서 변화하기 때문에, 50 내지 400% 이상의 범위에 걸친 변동이 1년간 쉽게 조우될 수 있기 때문이다.
- 정화기/포화지 시스템의 반응 시간에 의존하여, 수압의 사건들에 동시적 응답 및 반응 지연들의 관리. 이 양상은 정화기들에 슬러지를 저장하고 상기 슬러지를 그로부터 방출시키는 현상을 조화시키고 혐기성 상태들을 야기하는 지나치게 긴 슬러지 누적을 방지하기 위해 중요하다.
- 재순환 라인내 일정한 슬러지 농축 유지. 이 규칙성(regulartity)은, 재순환 및 추출 라인들이 결합되는 경우에, 연장된 흐름으로 작동하는 슬러지 시스템의 특정한 장비 작동을 최적화할 수 있게 한다.
이들 3가지 원리들은 이하에 설명할 것이다.
1. - 플랜트에서 조우되는 상태들에 재순환량을 일치.
신뢰성 있는 물 처리를 할 수 있게 하기 위해, 작동 상태들에 적당한 방식으로 재순환량(τrec)에 관한 셋포인트를 주기적으로 갱신하는 것이 중요하다.
사건들(탄화수소의 유입, 염분성 용액의 유입 등)은 별문제로 하고, 침전 지수(Is)의 변동의 동력은 낮은 충전의 경우에 주당 거의 약 50ml/g이다. 포화지 내의 슬러지 농축(Cas)은 추출 라인의 차단 또는 슬러지 처리 시스템의 경우에, 플랜트의 충전에 따라 일(day)당 0.2에서 0.6g/l로 매우 빨리 변할 수 있다.
이러한 유형의 상태들의 변호는 주로 제한적인 상태들(높은 Cas 및 높은 Is)의 경우에, 재순환량을 현저하고 신속하게 증가시키는 것을 요구하게 된다. 그렇지 않으면, 슬러지 재순환량은 지나치게 낮아지고, 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간은 물 처리 시스템에서 기능부전을 일으키거나 유지하는 위험에 따라 증가할 것이다.
도 5는 일정한 용량 충전(정화를 거치는 슬러지의 체류 시간 : RT = 120분)을 위한 작동 상태들 Cas 및 Is의 함수로서 필요한 재순환량(τrec)의 변동을 예시한다.
작동 상태들에 관한 정보는 한편으로 농축(Cas)을 위한 센서에 의해, 다른 한편으로 공정의 모니터링 및 자기 검사 테스트들의 주파수에 및 공정의 모니터링에 일치하여 조작기들에 의해 Is 측정의 갱신 결과로서 수신된다. 그 다음, 슬러지 재순환량은 제어기에서 자동적으로 갱신되고, 상기 제어기는 수동 침전들을 위한 셋포인트가 필요한 경우에 관찰에 의해서는 거의 실행되지 않는다.
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2. - 수압의 사건들에 응답 및 반응 지연들의 관리
플랜트 내의 수압의 상태들에 주요한 변화가 있는 경우에, 취해지든 동작들의 반응 시간들을 수정할 필요가 있다. 균형의 개념에 기초한 계산은 동시적인 값들이나 한 시간 지연된 값들에 대해 더 이상 유효하지 않다. 여러 구조들 간의 슬러지 전송의 동력들이 고려되어야 한다.
처리량(Qt)의 현저한 증가는 2차 정화기로의 슬러지의 점진적인 전송을 초래한다. 정화를 거치는 슬러지의 흐름들 내의 저장 기간은 더 이상 무시해도 좋을 정도가 아니다. 포화지의 현저한 용량은 버퍼 효과를 발생시키고, 2차 정화기 내의 슬러지의 저장율에 대한 제동(damping) 역할이 있다. 균형의 개념으로부터 계산된, 정화를 거치는 슬러지의 대용량은, 높은 수압의 흐름이 수시간 동안 유지되는 경우에만 존재할 것이다.
도 6은 정화(Mclar)를 거치는 슬러지의 용량의 시간에 걸친 변동의 동력을 예시하는 그래프이다.
이 안정 상태가 확립되었다면, 처리량(Qt)의 갑작스런 감소는 포화지로의 즉각적인 슬러지의 전송을 허용하지 않는다. 정화를 거치는 슬러지의 흐름들과 균형에서 방출 기간은 여기서 어느 쪽도 무시해도 좋을 정도는 아니다. 2차 정화기에 침전된 슬러지는 최대 재순환율에서 가장 양호하게 복구되고, 따라서 수시간 동안 점진적으로 방출된다.
수학적 견지에서, 정화기로의 슬러지의 유입 흐름 및 그로부터의 슬러지의 유출 흐름의 균형을 대한 등식들을 설정할 수 있다. 남은 것이 무엇이든 침강 모델들이 슬러지의 분배 및 슬러지 블랭킷의 농축에서의 공간적 및 시간적 변동을 시뮬레이트하기 위하여 침강 모델들이 사용되어야 한다. 그러나, 단순화를 위하여, 정화기에 포함된 슬러지의 용량의 변동을 나타내는 1차 미분 방정식을 구할 수 있다. 이 등식은 시스템의 응답 시간들을 규정할 수 있고, 이들은 생물학적 스테이지 내의 슬러지의 용량을 분포하는 경우에 안정 상태 확립의 특징을 나타낸다.
따라서, 수압의 흐름을 증가시킨 후에, 저장 시간(ST)은 어떠하든지 정화기 내의 슬러지의 균형 용량을 누적하는데 필요한 시간을 나타낸다. 반대로, 방출 시간(DT)은 슬러지 일부를 방출하여 보다 낮은 수압의 흐름을 통과한 후에 균형을 이루는데 필요한 시간의 특징을 나타낸다. 규정에 의하여, 이들 값, 즉 (ST) 및 (DT)는 대지에 고정될 수 없다. 그들은 재순환 장비의 유용성에 따라, 또한 (DT)의 경우에는 포화지 내의 슬러지 농축에 따라, 플랜트 내의 흐름율에 의존한다.
실제 기간들에서, 시스템의 동력의 이 개념의 결과는 수압의 흐름에서의 주요한 변화의 사건(주로 비)에서 재순환 관리의 반응 시간들을 변경할 필요가 있다는 것이다.
- 처리량의 갑작스런 증가가 검출되는 경우에, 재순환율를 증가시키기 위해 지나치게 길게 대기하는 것은 바람직하지 못하며, 그 중 어떤 것은 정화기에 슬러지를 저장하는 공정을 가속시킬 것이다. 따라서, 관리 논리 툴에 의한 즉각적인 응답이 바람직하다.
- 강우 후에, 처리량의 감소가 점진적인 경우, 재순환율의 자동 갱신은 현재 정화를 거치는 슬러지가 스스로 점진적으로 방출되는 것을 허용한다. 반대로, 이러한 감소가 갑작스러운 경우, 많은 양의 슬러지가 여전히 정화를 거치더라도, 갱신된 계산은 저속의 재순환율을 야기한다. 그 다음, 방출은 지나치게 길어져, 슬러지의 실제 체류 시간은 약 12시간을 쉽게 초과할 것이다. 그러므로, 강우 동안에는 초기화된 높은 순환 동작들을 지속하고, 정화기 내에 존재하는 모든 슬러지의 실제 방출까지 그들을 유지할 필요가 있다. 이러한 강압적인 동작은 시스템의 현재 상태들에 의존하는 시간 동안 지속된다. - 이 강제 시간은 일반적으로 1 내지 8 시간이다.
첨부 도면 중, 도 7은 순환율(Qr) 및 처리량(Qt)의 시간에 대한 변동을 도시하고 있는데, 도 7은 강우 후의 방출을 위해 높은 재순환율을 유지하는 동작(조절 모드)을 예시한다. 처리량이 감소하는 경우에, 응답하는데 4시간의 실제 지연이 필요하다.
3. 재순환 라인 내의 일정한 슬러지 농축 유지
제순환된 슬러지의 일정한 농축를 유지하는 것은, 슬러지 처리 시스템이 재순환 라인을 통해 공급되는 경우에 동작들을 도와줄 수 있게 한다. 배수 테이블이나 스크린 등과 같은 슬러지 처리 시스템을 기동시키는 특정 장비에 의해서 주로 안정화기(stabilizer)나 응집 용제(flocculating agent)를 첨가하는 설정 이유 및 이유 때문에 충전을 규칙적으로 제한받게 된다.
플랜트의 수압의 흐름에 재순환율을 비동시적으로 일치시키는 것은 정화를 거치는 슬러지를 재순환시키는 파이프를 통해 스크레니터 브릿지을 통과하는 결과를 완만하게 이끌어내도록 하고 처리량의 피크 및 골의 효과에 의해 야기된 재순환된 슬러지 농축의 변동을 제거할 수 있게 한다.
또한, 재순환 펌프들의 생략은 두껍게 하는 장비의 성능을 제한시키는 농축의 큰 변동을 초래한다. 재순환 펌프를 공급하는 주파수 변환기의 사용은 다른 한편으로는 발생된 흐름율을 변경하는 반면, 재순환된 슬러지의 흐름을 여전히 계속 유지한다. 따라서, 처리 시스템을 위한 공급은 장비의 계속적이면서 일정한 충전의 유용성에 의해 맞춰진다.
도 8은 재순환 라인 내의 슬러지 농축(Cr), 처리량(Qt) 및 재순환율(Qr)의 시간에 따른 변경을 도시하며, 이러한 곡선들은 우천시의 상태하에서 재순환 라인 내의 일정한 슬러지 농축의 유지를 보여준다.
도 9 내지 도 12을 참조하면, 공정의 동작을 설명하는 기록들 및 각각의 상태하에서 본 발명에 따른 장치를 볼 수 있다.
- 건조한 기후, 조절 모드(도 9 및 10)
- 우천 기후, 조절 모드(도 11 및 12)
이러한 다양한 기록들의 설명은 본 발명에 의해 제공된 결과들이 명확하게 이해되도록 하며, 이하에 설명될 것이다.
우천 기후-조절 모드에서의 전형적인 기록들.
도 9는 재순환 라인 내의 슬러지 농축(Cr), 처리량(Qt) 및 건조한 기후에서의 전형적인 수압의 흐름에 대한 재순환율(Qr)의 시간에 따른 변경을 도시한다. 이 도면은 플랜트에 인가되는 흐름량에 있어서 하루동안에 걸친 통상적인 변경을 도시한다. 8 g/l의 재순환 농축 셋포인트는 낮시간 동안 유지되지만, 실제 농축은 밤사이에는 느리다. 재순환 농축의 주기적인 진동들은 정화기의 회전 브릿지의 회전 시간에 대응하는 25분의 그의 주파수를 감지할 수 있다. 사실, 슬러지가 더 많이 또는 더 적은 양으로 존재하는 정화 구조에서 영역들이 있음이 증명된다. 따라서, 브릿지가 슬러지 웰로부터 복구를 위한 영역 위에 배치될 때, 기록된 농축이 증가하고, 블릿지가 이 영역으로부터 떨어져 있을 때 감소한다.
그러므로, 이는 관찰된 농축 변경의 원인이 된다.
밤동안, 주①에 대응하여, 농축은 셋포인트 농축에 더 이상 도달할 수 없다. 최소 재순환율은 셋포인트 값에 도달하기에는 너무 높아서, 4 내지 7 g/l 만큼 변환된다.
흐름율이 더 높아지면, 8h에서의 피크동안(주②), 농축은 7과 9g/l사이에서 변하고, 따라서 제어기는 이러한 수압 상태하에서, ± 1g/l의 변경으로 셋포인트 농축 사이의 재순환 농축을 조절한다.
낮시간 동안, 12시부터 pm 10 까지의 시간동안(주③), 흐름율이 낮아지면, 재순환 농축은 6.5 내지 9.5 g/l에서 변한다. 제어기는 ±1.5g/l에서 변경 범위가 증가한다.
낮시간 동안의 10 내지 20%의 이러한 변경은 전적으로 수용할 수 있다.
언급된 농축 변경은 정화기를 배수한 이후 사라진다. 컴팩트 슬러지의 무게는 구조물 바닥에 배치된 대부분의 슬러지 복구 웰을 채우는 것을 알 수 있다. 이 웰에 대한 스크레이퍼는 또한 멀리 떨어져야한다. 응결된 슬러지가 제거되고, 새로운 스크레이퍼를 갖춘다. 브릿지의 회전으로 인한 농축 변경은 그 뒤 더 이상 명백하지 않다. 대응하는 기록은 도 10에 설명되어 있다. 이 도면은 건조한 기후에서, 전형적인 수압 흐름량에 대한 조절 모드의 슬러지 복구를 위한 이상적인 구조와 일치한다. 그러나, 밤사이의 흐름량은, 최소 농축율에 도달하는 경우, 셋포인트에 비해 슬러지 농축에서의 감소를 유발할 수 있음을 알아야 한다.
우천 기후-조절 모드에서의 전형적인 기록들.
도 11은 재순환 라인의 슬러지 농축(Cr), 처리량(Qt) 및 우천 기후에서의 수압의 흐름량에 대한 조절 모드에서의 슬러지 재순환율(Qr)의 시간에 따른 변경을 도시한다. 이 도면은 이틀에 걸친 우천시의 농축 변경을 도시하며, 상태하의 첫 번째 날은 건조한 기간에 대하여 다소 수정되었고, 두 번째 날은 높은 수압 흐름하에서이다. 첫 번째 동안, pm 2.00시쯤에 150m3/h까지 흐름율의 적은 증가가 결과적으로 재순환율을 수정하도록 제어기에 의한 규정을 강화하여, 원하는 셋포인트에서 슬러지 농축을 유지한다. 다시 이 기간에 걸쳐, 농축 변경의 진폭 감소가 있고, 정화기가 슬러지로 충전될 때 조절이 더 쉬워짐을 알 수 있다. 두 번째날은 극도의 수압의 흐름량의 특징을 갖는다. 제어기는 조절 모드로 유지되며, 포화상태까지 재순환율의 증가와 함께, am 3.00시쯤에 처리량의 큰 증가를 수반한다. 이 외에, 재순환 라인의 슬러지 농축은 더 이상 제어될 수 없고, 셋포인트 위에 설정된다. 이 상황은 처리량에서의 갑작스런 감소이후 다시 안정화되고, 재순환율은 재순환 라인의 농축 셋포인트를 유지하기 위해 높게 유지된다. 12시 정오쯤에 제 2 수압의 사건은 제어기의 동일한 동작을 보여준다. 처리량과 점차 감소하는 바와 같은 재순환율 사이의 상 지체가 존재함을 알 수 있는데, 정화기에서의 고정된 슬러지 및 다양한 구조물들 사이에서 운송된 슬러지의 동적 현상을 설명한다.
도 12에 설명된 제2예는 도 1에서 설명된 것과 유사한 곡선을 도시하며, 다른 기간동안의 이상적인 크기의 2개의 수압의 사건에 대한 관리 모드에서의 제어기의 동작을 도시한다. 재순환율은 동일한 값까지 증가하고, 제어기의 응답은 소나기가 내리는 동안에 일치되며, 이 둘은 상 지체를 발생시키는 원인이 된다. 수압의 사건이 기간이 완전하게 안정한 상태로 플랜트를 가져오기 때문에, 첫 번째 소나기에 비해, 두 번째 사건에 대한 방출 시간이 더 긴 것처럼 보임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 자동 슬러지 재순환 관리 장치 및 처리 방법은 활성 슬러지 처리를 사용하고, 슬러지 재순환율에서의 상당한 변경을 가능하게 하는 정화기를 갖는 임의의 정화 플랜트에 응용될 수 있다. 다른 그 밖의 기술적 구속이 물 처리 시스템의 경우에 언급되지 않는다
실행 방법 중 하나에 따라, 포화지의 일치성은 활발하게 포화를 분리함으로써 제공된다. 이러한 일치성이 달성될 수 없는 경우, 상술한 논리 툴에 의해 슬러지 재순환을 처리하는 것이 항상 가능하고, 포화지의 슬러지 농축에 대한 정보가 정화기내의 슬러지의 유입량을 나타내어, 이 구조물의 슬러지의 유입과 유출 무게사이의 균형을 계산한다. 또한, 포화지의 슬러지 농축(Cas)의 값을 고려하지 않음으로써, 포화를 배제하고, 시스템의 슬러지의 전체 무게를 추정할 수 있다.
본 발명은, 정화기로 흐르는 슬러지의 무게와 그 밖으로 흐르는 슬러지의 용량 사이의 균형에 대한 방정식을 재설정하고, 어떤 구조의 회소 및 회대 흐름 구속을 가능하게 통합한다는 조건으로, 단일 탱크 포화구조 또는 생물학적 상태의 다중 탱크 플랜트 구조에서 실시될 수 있다. 포화, 산소결핍 또는 내생적인(endogenous) 조건하에서 동작하는 특정 구조의 압력은 본 발명을 실시함에 있어서, 기능부전을 구성하지 않는다. 슬러지 흐름율 및 농축을 측정하기 위한 센서들 및 미터들의 첨가는 다중의 생물학적인 탱크들의 경우에 필수적일 수 있다.
마찬가지로, 본 발명은 슬러지 재순환 라인 모두에서 센서들 및 제어소자들을 제공함으로써, 하나의 부차적인 정화기 또는 몇몇 정화기들을 갖는 플랜트에 적용될 수 있다. 물 처리 라인의 균형이 확실한 경우, 이상적인 모드에서의 조정이 수용될 수 있다.
또한, 재순환율의 제어는 상술한 바와 같이, 주파수 변하기에 의해 공급된 재순환 펌프들을 이용하여 처리될 수 있다. 그러나, 다른 장비(리프팅 스크루, 자동 밸브 등)의 사용도 가능하다.
마지막으로, 슬러지 처리 시스템에서의 기술적 구속이 존재하지 않는다. 이 시스템에서, 이것은, 본 발명을 실시하는 장점이 재순환 라인(배수 테이블들 및 스크린들)으로부터 직접, 장비에 연장된 흐름을 제공함에 대한 장점이 존재하는 경우에 유지된다.
본 발명에 의해 제공된 장점들 중에, 다음과 같은 특별한 것들이 언급된다;
- 몰만 지수의 평균값의 감소를 갖는 슬러지의 품질이 개선된다. 이 개선은 슬러지 시스템에서, 농밀화 및 탈수화에 대한 최적의 결과를 유발한다(구조들 및 설비의 동작 시간에서의 용량 및 감소면에서 증가, 산출된 슬러지의 용량면에서의 감소 및 고체 내용물에서 및 이를 제거하기 위한 비용면에서 개선되어, 반응물들의 소비 절감, 상단에서의 복귀에 대한 감소 등이 개선된다.). 잠재적으로, 이것은, 동작 비용 감소면에서 주요한 면이 된다.
- 슬러지 처리의 보조 및 배수 기능부전의 제거(작동 일의 조직).
- 방출의 부합(물 대리 협정 및 프리미엄).
- 특히, 극단적인 작동 조건들 및 소나기 동안의 기능부전의 방지.(기능부전 처리 비용의 제거 및 노동의 조직).
- 정화기의 시각적 출현(동작의 이미지 관리).
물론, 본 발명은 여기에 설명 및/또는 도시된 실시예들에 제한되지 않으며, 더욱이, 모든 가능한 변경을 포함한다.

Claims (12)

  1. 정화 스테이지(clarification stage)로부터 생물학적 분지들(biological basins)로의 활성 슬러지의 재순환을 포함하는 상기 활성 슬러지에 의해 폐수를 처리하는 공정에서, 정화를 거치는 슬러지의 체류 시간을 제어하는 방법에 있어서,
    일정한 재순환된 슬러지 농축(Cr)을 유지하도록 슬러지 재순환율(Qr)이 변경되며, 동시에 정화를 거치는 상기 슬러지의 체류 시간(RT)을 임계값(RTmax) 이하로 보장하는 것을 특징으로 하는, 슬러지의 체류 시간 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러지 재순환율(Qr)은 상기 정화 스테이지 내의 상기 슬러지의 체류 시간을 제한하도록, 플랜트를 통과하는 물의 처리량(Qt)을 나타내는 신호에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 슬러지의 체류 시간 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호의 타당성이 인식되지 않은 경우, 상기 재순환은 물 처리 플랜트를 관리하는 폴드-백 방법(fold-back method)에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는, 슬러지의 체류 시간 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러지 재순환율(Qr)은 재순환 라인에 배치된 센서로부터 얻어진, 상기 재순환 라인 내의 상기 슬러지 농축(Cr)을 나타내는 신호에 따라 변경되며, 이 신호는 상기 재순환 라인 내의 상기 슬러지 농축(Cr)을 일정하게 유지하도록, 수신된 상기 신호의 변경에 따라 상기 재순환율(Qr)을 변경하는 자동화 논리 툴(automated logic tool)에 전달되며, 상기 신호의 대표성(representativeness)이 의심되는 경우에, 상기 슬러지 재순환은 상기 정화 스테이지 내의 상기 슬러지의 체류 시간을 제한하는 것이 목적인 슬레이브 관리 방법(slaved management method)에 따라 자동적으로 제어되며, 상기 슬레이브 관리 방법은 상기 생물학적 분지 내의 상기 슬러지 농축(Cas)의 값들의 분석 및 상기 플랜트를 통과하는 상기 물의 처리량(Qt)에 기초하여 관리되는 것을 특징으로 하는, 슬러지의 체류 시간 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서에 의해 전달된 상기 신호의 타당성이 인식되지 않은 경우, 상기 재순환은 상기 물 처리 플랜트를 관리하는 폴드-백 방법에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는, 슬러지의 체류 시간 제어 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생물학적 분지 내의 상기 슬러지 농축(Cas) 및 슬러지 침전 지수(Is)를 평가하여 관리 제어기를 위한 셋포인트 값들을 결정하도록, 상기 침전된 슬러지의 용량이 주기적으로 측정되는 것을 특징으로 하는, 슬러지의 체류 시간 제어 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러지 재순환을 관리하는 상기 자동화 논리 툴은:
    - 포화지(aeration basin) 내의 상기 슬러지 농축(Cas)의 값 및 다시 갱신된 침전 지수(Is)에 기초하여, 상기 처리 플랜트의 조건들에 부합되도록 상기 슬러지 재순환의 평균량(τrec)을 주기적으로 갱신하고;
    - 상기 처리량(Qt)의 변경에 기초함으로써 상기 정화기/포화지 시스템의 응답 시간에 따라 수압의 사건들(hydraulic events)에 일정하게 응답하는 반응 지연들을 관리하고;
    - 상기 재순환 라인 내의 상기 슬러지 농축(Cr)을 일정하게 유지하도록 설계된 것을 특징으로 하는, 슬러지의 체류 시간 제어 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 장치에 있어서:
    - 상기 처리량(Qt)을 각각 측정할 수 있는 센서들;
    - 상기 활성 슬러지 재순환율(Qr)의 조정된 제어를 확보하는 수단;
    - 침전된 상기 슬러지의 용량을 측정하여 상기 생물학적 분지 내의 상기 침전 지수(Is) 및 상기 슬러지 농축(Cas)을 평가하는 수단;
    - 공통 신호-입력 스테이지에 의해 실행되는, 2개의 주 모듈들을 포함하는, 상기 재순환의 자동화 제어를 확보하는 제어기로서, 상기 2개의 주 모듈들은:
    - 사용자와 상기 제어기 사이에 인터페이스를 제공하고 농축 셋포인트(Cr)를 표시할 수 있는 제 1 모듈(A); 및
    - 상기 재순환율들을 제어하기 위한 유닛을 형성하는 제 2 모듈(B)로서, 상기 제 2 모듈(B)은:
    - 상기 재순환율(Qr)을 제어하는 신호를 계산하도록, 상기 처리량(Qt)에 기초하여 상기 정화기 내의 상기 슬러지의 체류 시간을 제어하는 제어 논리 툴(B2); 및
    - 재순환 수단을 관리하는 상기 논리 툴의 안전한 동작들을 관리하는 모듈(B3)을 포함하는, 상기 제 2 모듈(B)을 구비한, 상기 제어기; 및
    - 상기 모듈들을 공급하도록 장비 작동의 논리 지시기들 및 상기 센서들로부터 나오는 신호들의 파라미터화, 수신, 처리, 분석 및 타당성을 구비한 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 장치에 있어서:
    - 각각 측정할 수 있는 센서들;
    - 상기 활성 슬러지를 상기 정화기로부터 포화 공간으로 재순환시키는 상기 라인내의 상기 슬러지 농축(Cr);
    - 상기 포화지 내의 상기 슬러지 농축(Cas);
    - 상기 처리량(Qt);
    - 상기 활성 슬러지 재순환율(Qr)의 조정된 제어를 확보하는 수단;
    - 침전된 상기 슬러지의 용량을 측정하여 상기 침전 지수(Is)를 평가할 수 있는 수단; 및
    - 공통 신호-입력 스테이지에 의해 실행되는, 3개의 주 모듈들을 포함하는, 상기 재순환의 자동화 관리를 확보하는 제어기로서, 상기 3개의 주 모듈들은:
    - 사용자와 상기 제어기 사이에 인터페이스를 제공하고, 농축 셋포인트(Cr)를 표시할 수 있는 제1 모듈(A);
    - 상기 재순환율들을 제어하는 유닛을 형성하는 제 2 모듈(B)로서, 상기 제 2 모듈은:
    - 상기 재순환 농축을 일정하게 유지하도록, 상기 슬러지 농축(Cr)의 측정에 기초하여 상기 재순환율(Qr)의 제어 및 조절을 확보하는 제어 논리 툴(B1);
    - 상기 재순환율(Qr)을 제어하기 위한 신호를 계산하도록, 상기 포화지 내의 상기 슬러지 농축(Cas)의 측정 및 상기 처리량(Qt)에 기초하여 상기 정화기 내의 상기 슬러지의 체류 시간의 제어를 확보하는 제어 논리 툴(B2); 및
    - 재순환 수단을 관리하는 상기 논리 툴의 안전한 동작들을 관리하는 모듈(B3)을 포함하는, 상기 제 2 모듈(B); 및
    - 상기 슬러지의 추출율을 고정하고 설정하기 위해, 상기 정화기/생물학적 분지 시스템 내에 존재하는 슬러지의 용량을 계산하는 제 3 모듈(C)을 포함하는, 상기 제어기; 및
    - 상기 모듈들을 공급하도록 장비 작동의 논리 지시기들 및 상기 센서들로부터 나오는 상기 신호들의 파라미터화, 수신, 처리, 분석 및 타당성을 구비한 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모듈(A)은 상기 제어기로부터 나오는 작동 데이터 및 정보를 표시함과 함께, 측정치들과 원하는 셋포인트들에 관한 수동 정보, 처리 공정 및 상기 원하는 셋포인트들에 대한 제한들 간의 호환성 확인을 허용하도록 설계된 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 신호들의 파라미터화, 수신, 분석, 처리 및 타당성을 구비한 스테이지는, 한편으로 사용된 여러 센서들로부터 아날로그 정보를 수신하고, 다른 한편으로 재순환 펌프들과 같은 장비, 그의 제어 시스템들 및 그의 포화 장비의 작동에 관한 논리 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 슬러지를 재순환하기 위한 상기 펌프들의 출력은 주파수 변환기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 장치.
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