KR100796456B1

KR100796456B1 - 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR100796456B1
Application number: KR20070061878A
Authority: KR
Inventors: 문영학
Original assignee: 태화강재산업 주식회사
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2008-01-21
Also published as: US7862722B2; CN101364083B; US20080314841A1; CA2635446A1; CA2635446C; CN101364083A

Abstract

본 발명은 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 하수처리공정에 공통적으로 적용이 가능하고, 최상의 제어조건 수립이 가능하며, 시간, 인력, 예산을 저감시킬 수 있고, 유지관리 인원도 최소화시킬 수 있는 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치는 용수의 특정성분을 검사하는 센서를 갖는 각각의 계측부와, 각각의 계측부와 연결되어 측정된 성분값의 유효성을 판단하는 각각의 유효성검증부와, 각각의 유효성검증부와 연결되어 각각의 계측부에서 측정된 성분값에 대한 목표치를 설정하는 각각의 목표치설정부와, 운영자가 입력하는 성분값에 따라 목표치를 설정하는 수동설정부와, 각각의 목표치설정부 또는 상기 수동설정부 중 어느 하나와 연결하기 위한 신호선택부와, 상기 신호선택부로부터 입력되는 목표치를 비례, 적분 또는 미분하여 제어신호로 환산하는 제어부와, 상기 제어부에서 환산된 제어신호에 따라 하수처리부를 조작하는 조작부를 포함한다.

하수, 오염, 미생물, 반응, 혐기, 호기, 공기, 유효성,

Description

하수처리공정의 제어장치 및 제어방법 {WASTE WATER TREATMENT PROCESS CONTROL APPARATUS AND METHOD}

도 1은 종래 기술에 따른 하수처리공정의 제어장치를 간략하게 도시한 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 하수처리장치를 간략하게 도시한 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치를 간략하게 도시한 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치의 유효성 판단과정을 도시한 플로우 챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20 : 생물 반응조 12, 22 : 유입부

14, 24 : 배출부

30 : 산기관 32 : 주공기 공급배관

34 : 밸브수단 36 : 블로워

80 : 가변웨어

삭제

101 : 계측부 102 :유효성검증부

103 : 목표치설정부 104 : 수동설정부

105 : 선택로직부 106 : 신호선택부

107 : 제어부 108 : 하수처리부

109 : 최종계측부 110 : 비교기

본 발명은 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수질 목표치를 결정하는 계측기의 오작동 또는 고장시 이를 감지하여 다른 계측기를 통해 수질 목표치를 설정하도록 한 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적인 사회가 발전함에 따라 물의 사용량이 증가하고 있으며, 이와 같이 사용된 물을 처리하기 위한 하수처리장치가 사용되고 있다. 이러한 하수처리장치는 생물학적 처리공정이 많이 사용되고 있으며, 최근에는 생물학적 처리공정 외에도 물리화학적인 처리공정이 사용되고 있다.

이러한 생물학적 처리공정은 미생물을 이용하여 오염물을 분해하고 있으며, 미생물이 오염물을 분해하는 과정에서 폐슬러지가 발생한다. 또한, 물리화학적인 공정은 화학약품을 첨가하고, 교반기 등을 사용하여 이를 혼합하는 방법으로 오염 물질을 신속하고, 효과적으로 제거할 수 있으나, 지속적인 약품 투입과 슬러지 발생량의 증가 및 교반작동 등을 위한 처리비용이 증가되어 비경제적이다. 또한, 물리화학적인 공정은 오염물질의 제거를 위해 투입되는 약품의 량이 적을 경우, 오염물질의 제거효율이 저하될 수 있고, 투입되는 약품이 많을 경우, 이 약품의 남용으로 인한 또 다른 오염의 요인이 있어 바람직하지 못하다.

한편, 생물학적인 공정은 오염물질을 신속하게 제거할 수는 없지만, 공정의 안정성과 신뢰성 및 장기적인 안목에서 경제성 측면 및 또 다른 환경오염을 일으키지 않는다는 장점이 있으나, 아직까지는 더 많은 개선의 여지가 있다.

이와 같이 여러 가지 공정에 의해 제어되는 하수처리장치는 유입된 하수의 수질 등에 따라 조건을 달리하여 하수처리공정을 제어함으로서, 하수처리성능을 향상시키며, 경제성 측면 및 또 다른 환경오염을 최소화하고 있다.

앞서 기술된 하수처리공정의 제어장치는 PLC, DCS, 및 PC제어장치에 의하여 정해진 시간동안 On/Off를 반복하는 시간제어방법이나, 일정한 목표치를 설정하여 정량적으로 제어하는 방법, 작업자에 의해 수동으로 목표치를 제어하는 방법 또는 미리 주어진 변동목표치 프로그램에 의해 제어하는 방식 등이 사용되고 있다.

이러한 하수처리공정의 운전제어 방법중 일정 목표치에 의해 운전하는 경우, 외부의 환경변화에 대하여 신속하게 대처할 수 없고, 수동으로 목표치를 결정하는 방법은 작업자의 전문성에 의존하고 있으며, 이에 따라 전문성이 결여된 작업자의 경우 적절한 제어가 불가능할 뿐만 아니라 주관적인 제어조건으로 하수처리공정을 제어할 가능성이 있다.

따라서, 최근에는 수질 부하 및 수질상태에 따라 적절히 목표를 설정하고, 미리 주어진 프로그램에 의해 변동목표치를 설정하여 하수처리공정을 제어하는 방법이 사용되고 있다.

일반적으로 하수처리공정의 운전제어는 크게 유입유량, 유입수의 오염부하량, 생물반응조 내의 미생물 농도 등의 조건에 의하여 크게 좌우되며, 이러한 조건은 유량측정장치, 수질측정장치 및 실험값 등에 의하여 결정된다.

이러한 하수처리공정의 운전조건 중 가장 크게 영향을 미치는 유량 유입부하는 시간, 일, 월, 계절에 따라 그 조건이 매우 유동적이며, 이에 따라 정해진 정량적 제어조건에 의하여 운전할 경우, 정상운전에 많은 시간과 예산의 낭비가 초래되고, 정상운전이 용이하지 않다. 또한 실험값에 의한 운전조건의 변경은 실험과정이 복잡하고 많은 시간이 소요되기 때문에, 실시간으로 변하는 유량 및 오염부하량의 조건에 대처하기가 어려우며, 수동으로 목표치를 결정하는 경우에는 상주관리자가 상황에 따라 조정을 해주어야 하는 문제점이 있다.

최근에는 유량센서 및 수질측정센서에 의한 자동운전제어방법이 많이 개발되고 있으나, 수질센서의 측정감도가 설치초기에 비하여 시간이 지날수록 오차의 범위가 커지고, 센서들의 유지보수 발생빈도 증가 등으로 인한 부품교체 및 주기적 유지보수와 같은 기술적인 문제와 부품교체 및 이중화설치비용과 같은 경제적인 문제가 따르기 때문에 센서에 의존하는 하수처리공정의 운전제어가 현실적으로 이루어지고 있지 않다.

도 1은 종래 기술에 따른 하수처리공정의 제어장치를 간략하게 도시한 블록 도이다. 도 1을 참고하면, 하수처리공정의 제어장치는 용수의 특성성분을 검사하는 센서가 마련된 하나의 계측부(1)가 설치되며, 상기 계측부(1)는 목표치설정부(2)와 연결된다. 상기 목표치설정부(2)는 상기 계측부(1)로부터 측정된 성분값이 입력됨에 따라 하수처리에 필요한 운영조건의 목표치가 설정된다.

한편, 종래의 하수처리공정의 제어장치는 계측부(1)에 측정된 설정값에 의해 자동으로 운영되는 방법이외에도 운영자가 입력하는 성분값에 따라 목표치를 설정하는 수동설정부(3)를 갖는다. 그리고, 상기 하수처리공정의 제어장치는 상기 목표치설정부(2)와 상기 수동설정부(3)를 선택적으로 연결하는 신호선택부(5)가 설치되며, 이를 선택하기 위해 운영자거 자동/수동모드 선택하기 위한 자동/수동모드 선택부(4)가 설치된다. 또한, 상기 신호선택부(5)로부터 입력되는 목표치는 제어부(6)로 전달되어 비례, 적분 또는 미분에 의해 제어신호로 환산된다. 그리고, 상기 제어부(6)는 하수처리부(7)와 연결되며, 환산된 제어신호에 따라 상기 하수처리부(7)를 조작하여 하수를 처리한다.

한편, 상기 하수처리공정의 제어장치는 상기 신호선택부(5)로부터 입력되는 목표치와, 상기 하수처리부(7)를 통과한 용수를 측정한 목표값을 비교하여 상기 제어부(6)로 입력되는 목표치를 보정하는 제어보정부를 포함한다. 상기 제어보정부는 상기 하수처리부(7)의 출구측에 설치되어 용수의 특정성분을 검사하는 센서를 갖는 최종계측부(8)와, 상기 제어부(6)의 입구측에 설치되어 설정된 목표치에 의해 예상되는 특정성분값과 상기 최종계측부(8)로부터 검사된 특정성분값을 비교하여, 상기 예상되는 특정성분값이 상기 검사된 특정성분값에 수렴하도록 상기 목표치를 수정하는 비교기(9)를 포함한다.

이와 같이 구성된 하수처리공정의 제어장치는 통상 하나의 수질계측기에 의해 하나의 특정성분을 측정하고 있으나, 상기 수질계측기를 장시간 운영함에 따라 상기 센서의 감도에 차이가 발생하고, 이에 따라 발생하는 측정오차 및 유지보수 등의 경제적 문제가 발생하고 있다.

이를 해결하기 위해 종래의 하수처리공정의 제어장치는 다수의 수질계측기를 설치하여, 수질계측기간의 측정값을 비교하거나, 하나의 수질계측기가 고장날 경우, 다른 수질계측기를 대체하여 수질을 측정하도록 하는 방안이 제안되었으나, 수질계측기의 비용이 고가로 현실적인 대처방안으로 사용되지 못하고 있다.

따라서, 종래에 국내에서 사용되는 대두분의 하수처리공정의 제어장치는 유지보수의 증가 또는 잦은 센서의 조정 등으로 인해 최초 설치후 장시간 사용하지 못하고 있으며, 미생물의 사멸, 장치고장, 유입수의 유량 및 부하량 변동 등의 외적인 요인에 신속하게 대처하지 못하여 하수처리공정의 기능을 상실하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 계측부의 센서가 오작동함에 따라 발생할 수 있는 측정값의 이상여부를 알 수 있고, 특정 성분을 검사하는 고가의 계측부가 고장날 경우 다른 성분을 계측하는 저가의 계측부를 이용하여 목표치를 환산할 수 있도록 하여 고가의 계측부를 대체할 수 있으며, 이에 따라 계측기의 유지보수가 용이하고, 고장 등의 발생이 최소화되며, 어 느 하나의 계측부가 고장시 다른 계측부를 이용하여 연속적으로 계측이 가능하므로 수동으로 조작할 필요가 없어 항상 안전하고 정확한 하수처리공정이 가능한 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 하수처리공정에 공통적으로 적용이 가능하고, 최상의 제어조건 수립이 가능하며, 시간, 인력, 예산을 저감시킬 수 있고, 유지관리 인원도 최소화시킬 수 있는 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치는 용수의 특정성분을 검사하는 센서를 갖는 각각의 계측부와, 각각의 계측부와 연결되어 측정된 성분값의 유효성을 판단하는 각각의 유효성검증부와, 각각의 유효성검증부와 연결되어 각각의 계측부에서 측정된 성분값에 대한 목표치를 설정하는 각각의 목표치설정부와, 운영자가 입력하는 성분값에 따라 목표치를 설정하는 수동설정부와, 각각의 목표치설정부 또는 상기 수동설정부 중 어느 하나와 연결하기 위한 신호선택부와, 상기 신호선택부로부터 입력되는 목표치를 비례, 적분 또는 미분하여 제어신호로 환산하는 제어부와, 상기 제어부에서 환산된 제어신호에 따라 하수처리부를 조작하는 조작부를 포함한다.

여기에서, 상기 유효성검증부는 측정된 성분값의 신호가 미리 설정된 전압, 변동범위, 변화율 또는 일정시간내의 변화회수를 만족하는지를 비교하여 유효성을 판단할 수 있다. 또한, 상기 목표치는 측정된 성분값에 따라 하수처리하기 위해 설정되는 작동조건일 수 있다. 또한, 상기 신호선택부는 각각의 유효성검증부에서 유효하다고 판단된 성분값을 갖는 목표치설정부 또는 상기 수동설정부 중 어느 하나가 연결되도록 제어하는 선택로직부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 선택로직부는 미리 설정된 우선순위에 따라 목표치설정부를 선택하도록 제어할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어방법은 용수의 특정성분을 검사하는 단계와, 상기 검사단계에서 측정된 성분값의 유효성을 판단하는 단계와, 상기 성분값에 대한 목표치를 설정하는 단계와, 상기 유효성 판단하는 단계에서 유효하다고 판단된 성분값에 대한 목표치를 선택하는 단계와, 상기 목표치 선택단계에서 선택된 목표치를 제어신호로 환산하는 단계와, 상기 제어신호로 환산하는 단계에서 환산된 제어신호에 따라 하수처리부를 조작하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 검사단계는 용수의 특정성분을 검사하는 각각의 센서에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 목표치를 설정하는 단계는 상기 검사단계에서 검사된 특정성분을 하수처리하기 위한 작동조건을 설정할 수 있다. 또한, 상기 유효성을 판단하는 단계는 측정된 성분값의 신호가 미리 설정된 전압, 변동범위, 변화율 또는 일정시간내의 변화회수를 만족하는지를 비교하여 유효성을 판단할 수 있다. 또한, 상기 목표치를 선택하는 단계는 미리 설정된 우선순위에 따라 목표치를 선택할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 하수처리장치를 간략하게 도시한 구성도로서, 하수처리장치는 두 개의 생물 반응조(10, 20)(Bulk liquid)가 마련되고, 두 개의 생물 반응조(10, 20)는 상호 연통되는 유로(16, 26)가 형성되어 상호간의 하수가 유동하게 된다. 또한, 각각의 생물 반응조(10, 20)에는 하수가 유입되는 유입부(12, 22) 및 상기 생물 반응조(10, 20)에서 정화처리된 하수가 배출되는 배출부(14, 24)가 연결된다.

또한, 상기 유입부(12, 22)는 상기 생물 반응조(10, 20)의 상단, 중단, 하단에 각각 설치되며, 상기 유입부(12, 22)의 출구부에는 상기 유입부(12, 22)의 열린 상태를 조절하기 위한 개폐수단이 설치될 수 있다.

또한, 각각의 생물 반응조(10, 20)의 하부에는 공기를 공급하기 위한 산기관(30)이 설치된다. 상기 산기관(30)은 상기 생물 반응조(10, 20)로 선택적으로 공기를 공급하며, 이에 따라 상기 생물 반응조(10, 20)가 혐기 상태, 무산소 상태, 호기 상태 중 어느 하나의 상태로 가변될 수 있다. 또한, 상기 생물 반응조(10, 20)는 상기 산기관(30)으로부터 공급되는 공기를 조절함에 따라 혐기 상태, 무산소 상태, 호기 상태로 공존하는 것도 가능하다.

또한, 상기 산기관(30)은 복수로 설치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 유입부(12, 22)와 대향되게 설치된다. 이에 따라 상기 유입부(12, 22)의 하부에는 각각의 대응되는 산기관(30)이 위치된다.

또한, 상기 산기관(30)에는 공기를 공급하는 주공기 공급배관(32)이 연결되고, 상기 주공기 공급배관(32)에는 블로워(Blower)(36)가 설치되어 공기를 공급한 다. 또한, 상기 산기관(30)과 주공기 공급배관(32)의 연결부에는 공급되는 공기량을 조절하기 위한 밸브수단(34)이 설치된다. 상기 밸브수단(34)은 전동니들밸브 (Electric Needle Value) 또는 전동버터플라이밸브 (Electric Butterfly Value), 전동볼밸브 (Electric Ball Value)로 이루어질 수 있고, 상기 밸브수단(34)의 조절을 통해 각각의 산기관(30)으로 공급되는 공기량을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 하수처리장치는 상기 블로워(Blower)(36)의 작동을 중지하지 않은 상태에서도 상기 산기관(30)을 통해 생물 반응조(10, 20)의 각 부분으로 공급되는 공기의 공급을 차단 또는 조절할 수 있다.

또한, 상기 생물 반응조(10, 20)의 유입부(12, 22)의 입구부에는 하수 원수의 공급되는 유량을 조절하기 위한 (도시되지 않은) 유량 조정조가 설치될 수 있다. 이에 따라 상기 생물 반응조(10, 20)로 항상 일정한 량의 유량이 공급할 수 있다.

또한, 상기 생물 반응조(10, 20)의 배출부(14, 24)에는 유로의 흐름을 변경하기 위해 배출부(14, 24)의 개폐를 조정하는 가변웨어(80)가 설치된다. 따라서, 상기 생물 반응조(10, 20)는 상기 가변웨어(80)의 조정을 통해 질산화된 하수를 무산소(조) 상태로 자연 유하시켜 적은 동력으로 내부반송효과를 얻을 수 있다.

상기 가변웨어(80)는 상기 배출부(14, 24)의 개구된 높이를 조절하여 개폐를 조정하는 것으로서, 상기 배출부(14, 24)를 넘쳐 흘러가는 유량을 조절하여 유로의 흐름을 변경한다. 이를 위해 상기 가변웨어(80)는 그 개구를 막는 차폐수단과, 상기 차폐수단의 높이를 조절하기 위한 높이 조절수단을 포함한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 하수처리장치는 외부 환경과 유입 부하량에 탄력적으로 신속하게 대응하기 위한 제어장치가 구비된다.

도 3은 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치를 간략하게 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치는 용수의 특정성분을 검사하는 각각의 계측부(101)를 포함한다. 상기 계측부(101)는 측정하고자 하는 용수의 특정성분과 대응하는 개수로 마련되며, 각각의 계측부(101)에 마련된 센서가 각각의 특정성분을 개별적으로 검사하게 된다. 일례로, 각각의 계측부(101)는 용존산소(DO), 질산염(NO₃), 암모니아(NH₄), 인산염(PO₄), 혼합액 부유고형물(MLSS : Mixed Liquor Suspended Solid), 공기 유량 및 압력, 수위 또는 슬러지 계면계, 탁도계, pH 농도 등을 계측할 수 있다. 여기에서, 상기 용존산소는 미생물이 하수오염물질을 제거하기 위해 공급되는 산호, 암모니아성 물질을 반응시키기 위한 필요산소량을 측정할 수 있다. 또한, 질산염은 미생물에 의해 처리된 반응물질을 측정할 수 있다. 또한, 혼합액 부유고형물은 처리하는 하수에 포함된 부유고형물이라고 하며, 하수처리공정에서 미생물농도를 측정하는데 활용한다. 이외에도 상기 계측부(101)는 수온, 생물학적 산소요구량(BOD : Biochemical Oxygen Demand), 화학적 산소요구량(COD : Chemical Oxygen Demand), 산화환원전위(ORP) 등을 측정할 수 있다.

또한, 각각의 계측부(101)는 각각의 유효성검증부(102)와 연결된다. 상기 유효성검증부(102)는 상기 계측부(101)에서 측정된 성분값의 유효성을 판단한다.

상기 유효성검증부(102)는 측정된 성분값의 신호가 미리 설정된 전압으로 작동하는지 여부 또는 측정된 성분값의 변동범위가 미리 설정된 범위내에 속하는지 판단한다. 또한, 상기 유효성검증부(102)는 측정된 성분값의 변화율을 판단하며 유효성을 판단하게 되며, 일정시간 동안의 변화회수를 통해 상기 센서가 정상적으로 작동하는지 유무를 판단할 수 있다.

그리고, 각각의 유효성검증부(102)는 각각의 계측부(101)에서 측정된 성분값에 대한 목표치를 설정하는 각각의 목표치설정부(103)와 연결된다.

상기 목표치설정부(103)는 입력되는 성분값에 대한 목표치가 미리 함수관계로 설정되어 있다. 일례로, 상기 목표치설정부(103)는 NH₄(암모니아)에 대한 성분값이 입력될 경우 DO(Dissolved Oxygen : 용존산소)에 대한 목표치를 알 수 있다. 여기에서, NH₄에 대한 목표치 함수는 아래의 [화학식 1]과 같다.

즉, NH₄에 대한 성분값이 입력되면, NO₃(질산화염)으로 화학변화되기 위한 O₂의 성분값을 알 수 있다. 또한, 반대로 NO₃의 성분값이 입력되면, NH₄가 변화되기 위해 필요한 O₂의 성분값을 알 수 있다.

이와 같이, 특정성분에 대한 대체 함수로 사용되는 예는 BOD, MLSS 유입유량 을 이용하여 산소섭취율(OUR : Oxygen Uptake Rate)을 계산할 수 있으며, 이를 통해 DO를 측정하는 것도 가능하다. 또한, 산화환원전위(ORP) 센서에서 측정된 성분값에 의해 질산염(NO₃), 인산염(PO₄) 등을 측정할 수 있으며, 이를 통해 필요한 용존산소(DO)를 계산할 수 있다.

이와 같은 목표치를 대체할 수 있는 설정 원리를 설명하면 다음과 같다.

질산화(nitrification)반응이란 암모니아성 질소가 호기성 조건에서 질산화 미생물에 의하여 아질산과 질산으로 산화되는 과정으로, 다음 화학식들과 같이 암모니아 산화과정과 아질산 산화과정으로 구분된다.

여기에서, 암모니아가 질산으로 산화되는데 요구되는 이론적 총 산소요구량은 약 4.57g-O₂/g-N이며, 이중 암모니아 산화 및 아질산 산화단계에서 요구되는 산소의 량은 각각 3.43g-O2-N과 1.14g-O₂/g-N이다. 이때, 질산화 미생물은 무기탄소원으로 폐수 속의 탄산가스를 이용하며, 질산화 과정시 생성되는 수소이온(H+)으로 인해 폐수속의 알칼리 감소가 일어난다. 이론적으로 1mg NO₄ ⁺-N이 산화되기 위해서는 7.14mg(as CaCO₃)의 알칼리도가 요구된다.

질산화 반응시 세포합성 과정에는 무기탄소를 필요로 한다. 이때, 질소의 산화에서 얻은 대부분의 에너지는 이산화탄소가 세포로 환원되는데 소비된다. 세포합성을 고려한 양론식은 화학식 3으로 나타낼 수 있으며, 이때 암모니아 산화균과 아질산 산화균의 수율은 각각 0.08g-VSS/g-NH₄ ⁺-N과 0.05g-VSS/g-NO₂ ^--N이 적용된다. 여기에서 C₅H₇NO₂는 질산화균을 의미한다.

일반적으로 질산화 반응은 주로 화학합성 독립영양미생물(chemoautotrophic bacteria)에 의한 것으로 알려져 있다. 질산화에 관련하는 미생물 중 Nitrosomonas sp.는 암모니아를 hydroxylamine을 거쳐 아질산으로 산화시키는 대표적인 미생물이며, 다른 종류로는 Nitrosospira briensis, Nitrosococcus nitrous, Nitrosolobus multiformis가 있다. 아질산에서 질산으로 산화시키는 주요 미생물은 Nitrobacter sp.이며 해양성 미생물인 Nitrosospina gracilis와 Nitrosococcus mobils도 있는 것으로 알려져 있다.

전술된 바와 같이, 질산화과정의 관계가 현장 반응조(포기상태)에서 반응이 일어나고 있기 때문에 'NH₄량 + O₂량 → NO₃량'이라는 단순 반응식으로 제어관계와 흐름이 유추되므로, 제어하여야 할 대상은 O₂(또는 용존산소 DO)이고, 제어의 필요관계변수는 NH₄와 NO₃이 된다.

또한, 암모니아(NH₄)(=반응량), 산소(=소요량) 및 질산염(=산출량)은 정량적 화학반응관계에 의하여, 제어계에서 NH₄와 NO₃ 및 DO계측기를 설치하여 반응조의 상태(정량적 반응량)를 측정할 수 있으며, 측정되는 NH₄와 NO₃에 의하여 포기시 필요한 산소량을 유추할 수 있다.

더불어, 반응식에는 좌측에서 우측으로의 반응흐름이 있기 때문에 소모와 산출관계의 반응식에 의하여 NH₄와 NO₃는 상호 반비례 동작이 발생된다. 즉 시간이 지나가면서 O₂소모 반응에 의하여 NH₄는 감소되며 NO₃는 증가가 된다.

이러한 상호 반응관계로부터 필요 O₂요구량의 설정은 NH₄와 NO₃에 의하여 설정이 가능하게 된다. 각각의 NH₄에 의한 DO요구량과 NO₃에 의한 DO요구량의 부하곡선은 전자는 비례하나 NO₃는 반비례하게 된다.

각각의 부하곡선은 이론상 선형곡선을 갖게 되나, 실제 운영상 조건변수인 계절, 시간, 부하량, 수질물질 성분비, 미생물의 활성도, 수질온도 및 기후에 의하여 비선형 비례곡선을 갖게 된다. 또한, 각각의 비선형 비례곡선의 Plotting은 많은 경험 운전 또는 하수처리장의 유입하수의 초기 시운전과정에서 취득한 데이터에 의하여 Plotting된다.

또한, 상기 하수처리공정의 제어장치는 이와 같이 각각의 계측부(101)에 의해 검사된 성분값에 의해 자동으로 목표치를 설정할 수 있고, 제어장치의 고장 또는 홍수 등과 같이 급격한 조건변화가 발생하는 경우, 운영자에 의해 임의로 성분 값을 설정할 수 있다. 이를 위해 운영자가 성분값을 직접 입력하기 위한 수동설정부(104)를 포함할 수 있다.

한편, 상기 하수처리공정의 제어장치는 각각의 목표치설정부(103) 또는 상기 수동설정부(104) 중 어느 하나를 선택적으로 연결하는 신호선택부(106)를 포함한다. 상기 신호선택부(106)는 각각의 유효성검증부(102)에서 유효하다고 판단된 성분값을 갖는 목표치설정부(103) 또는 상기 수동설정부(104)가 연결되도록 제어하는 선택로직부(105)를 포함한다.

상기 선택로직부(105)는 미리 설정된 우선순위에 따라 유효성이 검증된 목표치설정부(103)를 선택한다. 즉, 상기 선택로직부(105)는 순차적 논리에 의하여 1차우선순위로 지정된 1차성분값을 점검하고, 이상이 없을 경우 1차성분값을 선택한다. 그러나, 1차우선순위로 지정된 1차성분값이 이상이 있을 경우, 2차우선순위로 지정된 2차성분값을 점검하여 선택한다. 이와 같이 상기 선택로직부(105)는 우선순위에 따라 각각의 성분값을 점검하며, 모든 성분값이 이상이 있을 경우, 운영자가 수동설정부(104)에 입력한 설정값에 따라 목표값을 설정한다.

또한, 상기 하수처리공정의 제어장치는 상기 신호선택부(106)로부터 입력되는 목표치를 비례, 적분 또는 미분하여 제어신호로 환산하는 제어부(107)를 포함한다. 그리고, 상기 신호선택부(106)로부터 입력되는 목표치와 하수처리부(108)를 통과한 용수를 측정한 목표값을 비교하여 상기 제어부(107)로 입력되는 목표치를 보정하는 제어보정부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어보정부는 상기 하수처리부(108)의 출구측에 설치되어 용수의 특정 성분을 검사하는 센서를 갖는 최종계측부(109)와, 상기 제어부(107)의 입구측에 설치되어 설정된 목표치에 의해 예상되는 특정성분값과 상기 최종계측부(109)로부터 검사된 특정성분값을 비교하여, 상기 예상되는 특정성분값이 상기 검사된 특정성분값에 수렴하도록 상기 목표치를 수정하는 비교기(110)를 포함한다.

이와 같이, 상기 하수처리공정의 제어장치는 문제발생 여부나 새로운 유입수질 환경변화 또는 처리현황, 외부환경변화에 대해 신속한 대응이 가능하여 안정적인 처리수질을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 운전비용을 크게 절감할 수 있다 .

이상과 같이 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법을 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법은 계측부의 센서가 오작동함에 따라 발생할 수 있는 측정값의 이상여부를 알 수 있고, 특정 성분을 검사하는 고가의 계측부가 고장날 경우 다른 성분을 계측하는 저가의 계측부를 이용하여 목표치를 환산할 수 있도록 하여 고가의 계측부를 대체할 수 있으며, 이에 따라 계측기의 유지보수가 용이하고, 고장 등의 발생이 최소화되며, 어느 하나의 계측부가 고장시 다른 계측부를 이용하여 연속적으로 계측이 가능하므로 수동으로 조작할 필요가 없어 항상 안전하고 정확한 하수처리공정이 가능해지는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 하수처리공정에 공통적으로 적용이 가능 하고, 최상의 제어조건 수립이 가능하며, 시간, 인력, 예산을 저감시킬 수 있고, 유지관리 인원도 최소화시킬 수 있다.

Claims

용수의 특정성분을 검사하는 센서를 갖는 각각의 계측부와,

각각의 계측부와 연결되어 측정된 성분값의 유효성을 판단하는 각각의 유효성검증부와,

각각의 유효성검증부와 연결되어 각각의 계측부에서 측정된 성분값에 대한 목표치를 설정하는 각각의 목표치설정부와,

운영자가 입력하는 성분값에 따라 목표치를 설정하는 수동설정부와,

각각의 목표치설정부 또는 상기 수동설정부 중 어느 하나와 연결하기 위한 신호선택부와,

상기 신호선택부로부터 입력되는 목표치를 비례, 적분 또는 미분하여 제어신호로 환산하는 제어부와,

상기 제어부에서 환산된 제어신호에 따라 하수처리부를 조작하는 조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 유효성검증부는 측정된 성분값의 신호가 미리 설정된 전압, 변동범위, 변화율 또는 일정시간내의 변화회수를 만족하는지를 비교하여 유효성을 판단하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 목표치는 측정된 성분값에 따라 하수처리하기 위해 설정되는 작동조건인 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 신호선택부는 각각의 유효성검증부에서 유효하다고 판단된 성분값을 갖는 목표치설정부 또는 상기 수동설정부 중 어느 하나가 연결되도록 제어하는 선택로직부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어장치.
청구항 4에 있어서,

상기 선택로직부는 미리 설정된 우선순위에 따라 목표치설정부를 선택하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어장치.
용수의 특정성분을 검사하는 단계와,

상기 검사단계에서 측정된 성분값의 유효성을 판단하는 단계와,

상기 성분값에 대한 목표치를 설정하는 단계와,

상기 유효성 판단하는 단계에서 유효하다고 판단된 성분값에 대한 목표치를 선택하는 단계와,

상기 목표치 선택단계에서 선택된 목표치를 제어신호로 환산하는 단계와,

상기 제어신호로 환산하는 단계에서 환산된 제어신호에 따라 하수처리부를 조작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
청구항 6에 있어서,

상기 검사단계는 용수의 특정성분을 검사하는 각각의 센서에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
청구항 6에 있어서,

상기 목표치를 설정하는 단계는 상기 검사단계에서 검사된 특정성분을 하수처리하기 위한 작동조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
청구항 6에 있어서,

상기 유효성을 판단하는 단계는 측정된 성분값의 신호가 미리 설정된 전압, 변동범위, 변화율 또는 일정시간내의 변화회수를 만족하는지를 비교하여 유효성을 판단하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
청구항 6에 있어서,

상기 목표치를 선택하는 단계는 미리 설정된 우선순위에 따라 목표치를 선택하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.