KR100997526B1 - 하수처리장의 자동 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수처리장의 수질을 측정함에 있어서, 생물반응조에서 처리중인 물을 펌프를 사용하여 별도로 구성되어 측정센서가 설치되는 측정조로 공급시켜 수질을 계측하도록 함으로써, 측정센서를 생물반응조에 직접 설치하여 측정하거나 휴대용 계측기를 사용하여 측정하는 종래기술에 비해 더욱 안정적이고 정밀하게 측정할 수 있도록 하여 측정오차를 최소화할 수 있도록 하고, 궁극적으로 이와 같이 정확하게 측정된 수질 데이터를 기반으로 하수처리장의 제어를 자동화 및 무인화시킬 수 있도록 하기 위한 하수처리장의 자동 제어시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명의 하수처리장의 수질측정방법에 따르면, 종래기술과 달리 생물반응조(특히, 폭기조)의 와류, 기포 등의 영향을 최소화시킬 수 있으므로, 생물반응조에서 처리중인 물의 수질에 대한 정확한 값을 안정적으로 계측할 수 있다. 그리고, 이와 같이 정확하게 측정된 수질데이터를 근거로 하수처리장의 관리를 자동화할 수 있으므로, 종래기술에 비해 상대적으로 높은 운영효율을 얻을 수 있는 것이다. 또한, 하수처리장 자동 제어시스템을 구축함에 있어서, 현장에 설치되는 디스플레이를 통해 정확한 수질 정보를 실시간으로 제공할 수 있으므로, 운영자의 신속한 판단을 도와 하수처리장의 유지보수시 편리함을 제공한다.

용존산소량, 부유물 농도, 생물반응조, 측정조, 정류벽, 월류벽, 측정센서, 제어부, 디스플레이.

Description

하수처리장의 자동 제어시스템{A automatic control system implementing measuring water quality for sewage treatment plants}

본 발명은 하수처리장의 자동 제어시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 하수처리장의 수질을 측정함에 있어서, 생물반응조에서 처리중인 물을 펌프를 사용하여 별도로 구성되어 측정센서가 설치되는 측정조로 공급시켜 수질을 계측하도록 함으로써, 측정센서를 생물반응조에 직접 설치하여 측정하거나 휴대용 계측기를 사용하여 측정하는 종래기술에 비해 더욱 안정적이고 정밀하게 측정할 수 있도록 하여 측정오차를 최소화할 수 있도록 하고, 궁극적으로 이와 같이 정확하게 측정된 수질 데이터를 기반으로 하수처리장의 제어를 자동화 및 무인화시킬 수 있도록 하기 위한 하수처리장의 자동 제어시스템에 관한 것이다.

현재, 인구 증가, 도시화 및 생활수준의 향상으로 인하여 하,폐수의 양이 지 속적으로 증가되고 있지만, 관로 기술과 하,폐수처리기술의 발달로 일정 지역의 하,폐수를 종합적으로 처리하는 하수종말처리장이 보편화되어 환경오염을 줄이고 있다.

이때, 하수종말처리장은 하,폐수를 생물학적, 물리적 또는 화학적인 방법 등 다양한 방법을 통해 일정한 수질기준에 맞도록 처리하여 방류하게 되는데, 유입되는 하,폐수의 양이 방대하므로, 그 규모가 매우 크게 된다. 이와 같은 하수종말처리장에 적용하기 위해 제안된 종래기술을 보면 다음과 같다.

먼저, 대한민국 공개특허공보 제1998-19534호(1998.06.05 공개) "활성슬럿지법에 있어서 순산소 고효율 하수처리방법"에서는 DO 검출센서, 온도검출센서, MLSS검출센서 등이 이용된 최적의 조건으로 생활하수 또는 유기성 오, 폐수를 처리할 수 있도록 하기 위하여 검출된 값에 따라 즉시 대응하는 제어마이콤의 제어하에 전력 펄스신호를 출력하는 인터페이스로부터 인가되는 전력 펄스신호에 따라 정해진 각각의 제어시스템을 운영하는 방법을 제안하고 있다.

그리고, 대한민국 공개특허공보 제2002-32787호(2002.05.04 공개) "원격 처리수 시스템"에서는 데이터 수신, 기기 컨트롤, 데이터 전송 기능을 단일 보드에 구성한 자동제어시스템부와 수처리 시설의 운전에 필요한 각종 데이터를 측정하는 센서부와 원격지에서 수처리 시설을 제어하기 위한 관제시스템부를 포함한 수처리 시스템을 제안하고 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제10-455654호(2004.11.06 공고) "부유물질 농도 분석기와 소프트웨어 센스기술을 이용한 수처리시설 방류수 유기물질농도 예측시스템"에서는 실시간으로 가변되는 반응조, 방류수조의 부유물질 농도 및 온도를 측정하는 수질 분석기와 수질 분석기에서 전송되는 신호를 입력받아 방류수 중의 용존 생물화학적 산소요구량, 용존 화학적 산소요구량 등을 모델링에 필요한 각종 동역학적 계수와 비교 판단하여 예측하고 제어신호, 경보신호 및 운영자료를 처리장내 운영관리용 PC 및 원격지에 인터넷망을 통하여 전송하는 컨트롤러로 이루어진 수처리시설 방류수 유기물질농도 예측시스템을 제안하고 있다.

이와 같이 하수처리방법 및 시스템과 관련된 많은 종래기술은 하수처리의 자동화에 초점이 맞추어져 있다. 이때, 하수처리과정을 자동화하기 위해서는 처리중인 물(하,폐수)의 수질을 정확하게 계측할 필요가 있다. 그러나, 상기와 같은 종래기술들은 이와 관련하여 생물반응조 내에 생물화학적 산소요구량, 화학적 산소요구량 등을 측정하기 위한 측정센서를 설치하는 기술만을 언급하고 있을 뿐이다. 즉, 종래기술은 하수처리장의 각종 생물반응조 내에 측정센서를 설치하고, 이로부터 측정되는 데이터를 모니터링하며, 그에 따라 하수처리과정을 자동제어하는 방법을 제안하고 있지만, 실제 생물반응조 내에서 처리되는 물의 수질 측정이 정확하게 이루어지지 않았을 때, 이와 같은 자동제어는 실현될 수 없는 문제점이 있는 것이 다. 예컨대, 하수종말처리장의 생물반응조(특히, 폭기조)는 다양한 부유물질로 인한 불안정한 환경조건과 관리의 어려움으로 인해 수질측정시에 용존산소량(DO), 부유물질 농도(MLSS) 등의 측정값에 오차가 많이 발생되는 것이 현실이다. 더욱이, 하수종말처리장의 생물반응조는 그 넓은 면적과 다수의 생물반응조 영향으로 센서의 설치위치에 따라 그 측정값이 변할 수 있는 문제점이 있다.

한편, 대한민국 등록특허공보 제10-51225호(2005.08.31 공고) "수중 침지형 연속식 미생물 활성도 및 용존산소 다목적 측정기"에서는 원통형의 일정부피를 가진 상,하부 개,폐형 독립구조물에 용존산소 측정센서와 부유물질 측정센서를 부착하고 활성오니조에 직접 침지하여 평상시에는 용존산소 및 부유물질을 측정하고 필요시 구조물의 상,하부를 닫아 별도의 액상시료를 지상으로 채취하지 않고 현장에서 활성오니조 내 오염원의 분해능력을 나타내는 미생물의 활성도 및 오염물질의 독성 등을 실시간으로 측정하는 분석 장비를 제안하고 있다.

상기와 같은 기술은 용존산소 측정센서와 부유물질 측정센서를 부착한 독립구조물을 활성오니조에 직접 침지하여 용존산소 및 부유물질을 측정하고 있지만, 측정센서가 처리액과 직접 접촉함으로 인해 기포, 와류, 이물질 부착 등에 의한 측정오차가 발생되는 문제점이 있고, 그리고 측정센서가 구조물의 내부에 설치되므로 인해 교정 및 세정작업을 위한 측정센서의 탈부착에 어려움이 있다. 더욱이, 이와 같은 측정기는 전술한 바와 같이, 그 처리규모가 방대한 하수종말처리장의 자동화 의 실현과는 거리가 먼 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 하수처리장과 같이 처리중인 물의 수질을 측정하기 어려운 처리시설에서도 수질을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 새로운 형태의 하수처리장의 수질을 측정하고, 특히, 본 발명은 폭기조와 같이 와류가 심하게 발생되고 기포와 이물질 등이 측정센서에 영향을 미치는 생물반응조에서 처리되는 물(하,폐수)의 수질도 정확하게 측정할 수 있도록 하는 새로운 형태의 하수처리장의 자동 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

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또한, 본 발명은 이와 같은 하수처리장의 수질측정방법을 적용하여 처리되는 물의 수질을 더욱 효과적으로 측정할 수 있도록 하고, 이로부터 얻어지는 수질 데이트를 근거로 하수처리장을 더욱 효과적으로 자동화할 수 있는 새로운 형태의 하수처리장의 자동 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 하수처리장과 같이 대규모로 구성되고, 각 생물반응조가 넓 은 면적을 갖는 처리시설에서도 안정적으로 정밀한 수질 데이터를 획득할 수 있도록 하여, 궁극적으로 무인제어까지 가능하도록 할 수 있는 새로운 형태의 하수처리장의 자동 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하수처리장과 같이 대규모로 구성되고, 각 생물반응조가 넓은 면적을 갖는 처리시설에서도 현장에 있는 관리자가 생물반응조의 수질을 실시간으로 확인할 수 있도록 함으로써, 공정조건의 관리 및 현장 시설의 관리에 적극적으로 활용할 수 있도록 할 수 있는 새로운 형태의 하수처리장의 자동 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 대규모의 하수처리장에서 측정센서의 설치를 최소화하고, 측정센서의 유지보수에 따른 어려움을 해결할 수 있도록 함으로써, 측정센서의 설치 및 유지보수에 따른 비용을 절감시킬 수 있는 새로운 형태의 하수처리장의 수질측정방법 및 이를 사용한 하수처리장의 자동 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 생물반응조를 통해 하,폐수를 처리하는 하수처리장의 자동 제어시스템에 있어서, 측정센서가 위치되는 수용공간을 갖고, 상기 수용공간과 연통되어 형성되는 배출구를 갖는 측정조와 상기 생물반응조 내에 설치되고, 끝단이 상기 측정조로 연장되는 공급관을 통해 상기 생물반응조 내의 물을 상기 측정조의 수용공간으로 공급시키는 펌프 및 상기 펌프를 작동시켜 상기 생물반응조 내의 물을 상기 측정조로 공급하도록 하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리장의 자동 제어시스템을 과제 해결 수단으로 한다.

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이와 같은 본 발명에 따른 하수처리장의 자동 제어시스템에서 상기 측정조는 상기 펌프로부터 연장되는 상기 공급관의 끝단과 상기 측정센서 사이에 정해진 직경을 갖는 타공이 형성되는 정류벽을 더 포함하여; 상기 펌프로부터 유입된 물이 층류의 형태로 상기 측정센서로 흐르도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 하수처리장의 자동 제어시스템은 상기 측정조는 상기 펌프로부터 유입되는 흐르는 물의 방향에 대해 상기 측정센서 다음에 상기 측정센서의 위치보다 높은 높이를 갖도록 설치되는 월류벽을 더 구비할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 하수처리장의 자동 제어시스템은 상기 측정센서로부터 측정된 값을 나타내는 디스플레이를 더 구비할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 하수처리장의 자동 제어시스템에서 상기 디스플레이는 상기 제어부에 설정된 기준 수질범위에 대해 상기 측정센서로부터 입력된 측정 수질값을 매칭시켜 표시하는 다수개의 등으로 이루어지는 신호등 형태일 수 있다.

본 발명에 의한 하수처리장의 자동 제어시스템에 의하면, 생물반응조에서 처리중인 물을 펌프를 사용하여 별도로 구성되어 측정센서가 설치되는 측정조로 공급시켜 수질을 계측하므로, 측정센서를 생물반응조에 직접 설치하여 측정하거나 휴대용 계측기를 사용하여 측정하는 종래기술에 비해 더욱 안정적이고 정밀하게 측정할 수 있도록 하고, 이를 통해 하수처리설비의 자동화를 실현할 수 있도록 한다. 특히, 폭기조와 같이 생물반응조 내의 측정환경이 열악한 경우에도 측정오차를 최소화하여 처리되는 물의 수질을 안정적이고 정밀하게 측정할 수 있고, 이와 같이 정확하게 측정된 수질 데이터를 기반으로 하수처리장의 제어를 자동화 및 무인화 시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 측정조는 정류벽과 월류벽을 설치하여 처리되는 물의 수질을 정밀하고 안정적으로 측정할 수 있는 조건을 형성할 수 있도록 구성되므로, 더욱 정확한 수질 데이터를 확보하여 하수처리설비의 자동화를 효과적으로 실현할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에 따르면, 종래기술과 달리 각 생물반응조에 별개의 측정센서들을 설치하지 않아도 되므로, 고가의 측정센서를 설치함으로써 발생되는 초기비용을 경감시킬 수 있고, 측정센서의 유지보수가 편리해지는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 측정된 수질 결과를 확인할 수 있도록 하는 디스플레이가 현장(각 생물반응조마다 설치되거나, 전체적인 현황을 볼 수 있도록 설치)에 설치되므로, 하수처리장과 같이 대규모로 구성되고, 각 생물반응조가 넓은 면적을 갖는 처리시설에서도 현장에 있는 관리자가 생물반응조의 수질을 실시간으로 확인할 수 있어 공정조건의 관리 및 현장 시설의 관리에 적극적으로 활용할 수 있다.

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 생물반응조에서 처리중인 물을 펌프를 사용하여 별도 수용공간을 갖는 측정조에 공급관을 통해 공급시켜 수질을 측정하고, 측정한 값을 제어부로 전송하여 하수처리장의 수질을 관리하는 것을 특징으로 하는 하수처리장의 자동 제어시스템에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 하수처리장의 수질측정 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 하수처리장의 수질측정 방법 및 하수처리장 자동 제어시스템의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 생물반응조(100)를 통해 하,폐수를 처리하는 하수처리장의 수질측정 방법에 있어서, 상기 생물반응조(100)와 별도 수용공간을 갖는 측정조(200)에 측정센서(210)를 설치하고, 상기 생물반응조(100)에서 처리중인 물을 상기 측정조(200)로 공급시키기 위한 펌프(120)를 설치한 후, 상기 펌프(120)를 작동시켜 상기 생물반응조(100)에서 처리중인 물을 상기 측정조(200)로 공급시 켜 상기 생물반응조(100)에서 처리중인 물의 수질을 측정하는 것을 특징으로 한다.

종래의 하수처리장의 수질측정은 측정값 오차를 줄이기 위한 방안으로 휴대용 계측기 또는 생물반응조의 대표지에 측정센서를 직접 넣어 계측하는 방식을 취함에 따라 유지관리인이 정기적으로 순회 정검하면서 생물반응조에서 처리중인 물을 계측하여 수질을 관리하는 것과는 달리 본 발명은, 도 1에서 보는 바와 같이, 측정센서(210)가 설치된 별도의 측정조(200)에서 제어부(300, 도 2 참조)의 수신에 의해 각 생물반응조(100)에 설치된 펌프(120)를 사용하여 각 생물반응조(100)에서 샘플링되어 공급된 물을 순차에 따라 연속적으로 측정할 수 있는 것에 장점이 있다.

한편, 도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 하수처리장의 수질측정 방법은 통상 대량의 하,폐수를 처리할 수 있도록 넓은 면적으로 시공되는 생물반응조(100)의 특성을 고려하여 특정 생물반응조(도 1에서는 첫번째 생물반응조에 이점쇄선으로 도시함)에 2개 이상의 펌프(120)를 서로 다른 위치에 설치하고, 상기 2개 이상의 펌프(120)를 동시에 작동시켜 측정조(200)로 공급시키는 것이 바람직하지만, 생물반응조의 크기, 특성에 따라 펌프(120)의 수를 증가시켜 생물반응조(100)의 여러 지점에 설치할 수 있다. 이때, 하나의 생물반응조(100)에 여러개의 펌프(120)가 설치되는 경우, 상기에서 펌프(120)로부터 측정조(200)로 공급되는 처리수의 량은 서로 다른 위치에 설치된 펌프(120)로부터 동일한 량의 물을 공급하여 측정하는 것이 바람직하다. 만일 각 펌프(120)로부터 공급되는 처리수의 량에 편차가 있을 경우에는 측정값의 오차를 발생시키는 원인이 된다.

그리고, 본 발명에 따른 하수처리장의 수질측정 방법은 측정값의 오차를 최소화하고 더욱 정밀한 수질 데이터(다수의 측정센서로부터 측정되는 값을 전체적으로 일컫는다)를 얻을 수 있도록 상기 펌프(120)를 통해 처리수를 공급 받은 후, 상기 처리수의 흐름이 난류 흐름에서 층류 흐름을 갖도록 하여 측정센서(210)에서 측정값을 검출할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 층류 흐름을 갖도록 하는 방법은 측정센서(210)의 전단에 균일한 크기의 타공이 형성된 정류벽(240, 도 4 참조)을 설치함으로써 가능하다. 물론, 본 발명에 따른 하수처리장의 수질측정방법에 따르면, 종래기술보다 더욱 안정적으로 정밀한 수질 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있지만, 이와 같은 방법은 그보다 더 안정적으로 수질 데이터를 얻을 수 있도록 하는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 하수처리장 자동 제어시스템을 첨부된 도면을 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 하수처리장 자동 제어시스템의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조해보면, 본 발명에 따른 하수처리장의 자동 제어시스템은 생물반응조(100)와 별개로 구성되어 측정센서(210)가 설치되는 측정조(200)와, 각 생물반응조(100)에 설치되어 각 생물반응조(100)에서 처리중인 물을 측정조(200)로 공급관(130)을 통해 이송시키기 위한 하나 이상의 펌프(120)로 이루어진다.

본 발명의 생물반응조(100)는 통상 하,폐수처리를 위해 유입되는 하,폐수를 수용하고, 처리중인 하,폐수를 수용하며, 처리된 하,폐수의 방류를 위해 수용하는 각종 형태의 조를 지칭한다. 그리고, 본 발명에서 생물반응조(100)는 특정 처리방법에 따른 조를 지칭하지는 않는다. 또한, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 하수처리장의 수질측정 방법은 산기관(110)이 설치되는 폭기조와 같은 생물반응조에서 특히 그 효과가 높지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서 지칭하는 생물반응조(100)는 하,폐수처리시설의 종류, 처리방법 등에 따라 달리 부여되는 의미와는 다른 것이다. 그리고, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 하나의 생물반응조(100)에 하나의 펌프(120)가 설치되는 형태를 기본적으로 도면에서 도시하여 설명하고 있지만, 이와 같은 펌프(120)의 개수는 본 발명의 기술적 사상 아래 다양한 개수로 설정될 수 있는 것이다.

본 발명에서 측정조(200)는 생물반응조(100)에서 처리중인 물을 공급관(130)을 통해 공급 받고, 측정센서(210)는 상기 측정조(200)의 내부공간에 센서지지대(212)에 의해 지지되어 설치되며, 하부 측면에는 측정이 끝난 처리수를 배출할 수 있도록 배출밸브(230) 및 배출구(232)가 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 하수처리장 자동 제어시스템의 기본적인 기술적 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조해보면, 본 발명에 따른 생물반응조(100)를 통해 하,폐수를 처리하는 하수처리장의 자동 제어시스템에 있어서, 측정센서(210)가 위치되는 수용공간을 갖고, 상기 수용공간과 연통되어 형성되는 배출구(232)를 갖는 측정조(200)와 상기 생물반응조(100) 내에 설치되고, 끝단이 상기 측정조(200)로 연장되는 공급관(130)을 통해 상기 생물반응조(100) 내의 물을 상기 측정조(200)의 수용공간으로 공급시키는 펌프(120) 및 상기 펌프(120)를 작동시켜 상기 생물반응조(100) 내의 물을 상기 측정조(200)로 공급하도록 하기 위한 제어부(300)를 포함하여 이루어진다.

그리고 본 발명은 제어부(300)의 분산제어시스템(DCS)의 원격 작동에 의해 생물반응조(100)에서 처리중인 처리수(물)를 상기 펌프(110)를 사용하여 상기 공급관(130)을 통해 상기 측정조(200)에 공급시켜 용존산소량(DO) 및 부유물 농도(MLSS)를 측정할 수 있도록 구성되며, 상기 측정조(200)의 작동시간은 처리수(물) 공급시간, 검출값 측정시간, 측정조 세척시간, 에어제트(Air jet) 세정시간으로 구분하고, 시간설정은 제어부의 프로그램에 의한 시간타임으로 조절되도록 구성 되지만 전체 측정시간은 50~70분으로 설정되는 것이 적합하다.

본 발명의 상기 생물반응조(100)는 하수처리장으로 유입되는 하수 및 폐수들을 협잡물 제거기에서 거칠고 큰 부유물과 무기물을 제거한 다음 호기성 미생물에 적정량의 유기물과 공기를 공급하여 용해성 유기물을 제거하는 것으로서, 상기 생물반응조(100)의 바닥면에는 산기관(110)을 설치하여 상기 제어부(300)의 컨트롤에 의해 실시간으로 상기 측정조(200)에서 측정된 용존산소량(DO), 부유물질 농도(MLSS) 등의 측정값에 따라 송풍량, 호기성 미생물, 화학약품 첨가량을 산정하여 생물반응조(100)의 수질을 상기 산기관(110)의 폭기 등에 의해 개선시켜 실시간으로 생물반응조(100)에 설치된 펌프(120)를 사용하여 공급관(130)을 통해 측정조(200)에 공급시켜 용존 산소량, 부유물질 농도를 측정하여 수질을 관리하는 것이다.

본 발명에서 상기 측정조(200)는 상기 생물반응조(100)에서 처리중인 물을 상기 생물반응조(100)에 설치된 펌프(120)를 사용하여 상기 공급관(130)을 통해 실시간으로 공급받는다. 그리고, 측정센서(210)는 센서 지지대(212)에 지지되어 상기 측정조(200)에 설치된다. 이 측정센서(210)는 제어부(300)의 컨트롤에 의해 용존 산소량(DO), 부유물질 농도(MLSS)를 측정하여 상기 제어부(300)에 전송한다.

본 발명에서 상기 제어부(300)는 측정센서(210)로부터 측정된 용존산소 량(DO), 부유물질 농도(MLSS)의 측정값을 전송받고, 검출된 측정값에 따라 상기 생물반응조(100)의 송풍량, 호기성 미생물, 화학약품 첨가량 등을 조절하고, 그리고 상기 측정조(200)의 측정이 완료되면 상기 배출밸브(240)를 작동시켜 상기 측정조(200)에 공급된 처리수를 상기 배출구(212)를 통해 배출시키는 역할을 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 한편 각 도면에서 하수처리장 자동 제어시스템 등의 기술적 구성 및 작용 등 통상적으로 이 분야의 관련 기술로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리장 자동 제어시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리장 자동 제어시스템 측정조의 사시도를 를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리장 자동 제어시스템 측정조의 단면도를 를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조해보면, 본 발명에 따른 하수처리장 자동 제어시스템은 측정센서(210)가 설치되는 측정조(200), 생물반응조(100)에 설치되어 상기 측정조(200)와 공급관(130)을 통해 접속되는 펌프(120), 컴프레셔(220), 제어부(300) 및 디스플레 이(330)를 구비하여 이루어진다.

상기에서 생물반응조(100)는 바닥면에 상기 산기관(110)이 설치되고, 내부 공간에는 상기 공급관(130)을 통해 상기 측정조(200)에서 처리중인 물을 공급하기 위한 펌프(120)가 다수개 설치된다. 물론, 이와 같은 상기 생물반응조(100)는 필요에 따라 다양하게 분리하여 구성할 수 있다. 본 실시예에 따른 하수처리장 자동 제어시스템은 상기 생물반응조(100)의 바닥면에 상기 산기관(110)을 설치하지 않은 상태에서 필요에 따라 반응조, 침전조 등으로 다양하게 사용할 수 있다.

한편, 본 실시예의 상기 생물반응조(100)는 유입된 하수 및 폐수유량의 유기물 및 영양물질 처리에 필요한 탄소원 및 인을 제거하기 위한 것으로 상기 생물반응조(100)의 수용공간에 호기성 미생물, 화학약품 등을 첨가하고, 상기 산기관(110)으로 공기를 공급하면서 폭기시켜 수질을 개선하므로 용존산소량(DO) 및 부유물질 농도(MLSS)를 적절히 유지하고, 효율적인 유기물 및 질소제거를 유도한 후 상기 생물반응조(100) 내에 설치된 다수개의 펌프(120)로부터 처리중인 처리수를 동일하게 샘플링하여 상기 측정조(200)로 공급하여 상기 생물반응조(100) 내의 처리중인 처리수의 용존산소량(DO) 및 부유물질 농도(MLSS)를 측정하여 수질을 관리하는 것이다.

상기에서 측정조(200)는 측부에 측정수 배출구(232), 하부에는 세정 배출 구(236)가 형성되고, 내부에는 정류벽(240)과 월류벽(250)이 설치된다. 상기에서 정류벽(240)는 상기 펌프(120)로부터 연장되는 상기 공급관(130)의 끝단과 상기 측정센서(210) 사이에 정해진 직경을 갖는 다공판으로 형성되어 상기 펌프(120)로부터 유입된 물이 층류의 형태로 상기 측정센서(210)로 흐르도록 하고, 상기 월류벽(250)은 측정센서(210) 다음에 상기 측정센서(210)의 위치보다 높은 높이를 갖도록 형성되는 것이 특징이다.

그리고 측정조(200)의 정류벽(240)과 월류벽(250)이 설치되는 내부공간에는 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 지지대(260)에 의해 지지되고 고정대(264a, 264b)에 의해 고정되어 있는 각 측정센서 지지대(212)의 하부측에 용존산소 측정센서(210a)와 부유물질 농도 측정센서(210b)가 설치되고, 상기 측정센서(210)의 측부에는 고정대(264b)에 의해 고정되어 있는 공기노즐(222)을 구비하여 이루어진다. 그리고 상기 정류벽(240)은 다공판 형상으로 표면에 홀(242)이 형성되어 상기 공급관(130)으로부터 난류 흐름으로 공급되는 물을 상기 홀(242)을 통해 층류 흐름을 갖도록 변경시킨다. 또한, 상기 월류벽(250)은 정류벽(240)과 측정조(200)의 일측벽 사이에 형성되고, 상기 월류벽(250)의 높이는 처리수의 정확한 상태값을 측정할 수 있도록 측정센서(210)보다 높은 높이로 형성되어 층류 흐름의 물을 가두는 역할을 한다. 상기 지지대(260)는 상기 측정조(200)의 양 측벽에 설치된 지지대 받침대(262)에 안착되어 고정하게 된다.

한편, 본 실시예에 따라 상기와 같은 구성으로 이루어진 측정조(200)는 상기 생물반응조(100)에서 산기관(110)에 의해 하수 및 폐수에 함유된 유기물 및 영양물질을 폭기시켜 펌프(120)의 작동에 의해 처리중인 물을 상기 생물반응조(100)의 여러 지점에서 샘플링하여 공급관(130)을 통해 상기 측정조(200)로 공급하여 바로 측정할 경우에는 상기 물은 기포 및 빠른 유속의 동반으로 인해 측정시 검출값에 오차가 발생하게 된다. 따라서 본 발명은 상기 측정조(200)의 내부공간에 정류벽(240) 및 월류벽(250)을 설치하여 기포 및 빠른 유속이 동반되는 물을 상기 정류벽(240)에 형성된 다공판 형태의 홀(242)을 통해 층류로 변경하여 측정함으로 용존산소 측정센서(210a)와 부유물질 농도 측정센서(210b)에 의해 정확한 측정값을 검출할 수 있는 것이다. 이와 같이 측정된 측정값은 데이터 전송라인을 통해 제어부(300)의 분산제어시스템(DCS)으로 전송된다. 특히, 이와 같이 검출된 측정값이 설정기준치를 벗어나면 제어부(300)의 경보전송으로 상기 생물반응조(100)에서 처리중인 물에 함유된 유기물 및 영양물질에 따라 화학약품의 첨가 및 송풍량 등을 조정하여 상기 생물반응조(100)에서 처리중인 물의 수질을 관리하게 된다.

그리고 상기 측정조(200)에 공급된 물은 용존산소량(DO) 및 부유물질 농도(MLSS)의 측정이 완료되면 상기 배출밸브(230)를 작동시켜 상기 배출구(232)를 통해 생물반응조(100)로 유입시키고, 상기 측정조(200)의 내부에 물이 완전히 배출되면 상기 측정센서(210)의 정확도를 유지하기 위해 상기 고정대(264b)에 의해 상기 용존산소 측정센서(210a)와 부유물질 농도 측정센서(210b)의 상부측에 설치되어 컴프레셔(220)의 작동으로 공기 공급관(224)을 통해 공기노즐(222)에 공급된 공기를 측정센서(200)의 표면에 분사시켜 측정센서(200)를 건조시키므로 상기 측정센서(210)의 정확도를 유지한다. 이와 같이 용존산소 측정센서(210a)와 부유물질 농도 측정센서(210b)의 표면이 완전히 건조되면 제어부(300)의 수신에 의해 상기와 같이 각 생물반응조(100)에서 처리중인 물의 용존산소량(DO) 및 부유물 농도(MLSS)를 연속적으로 측정할 수 있는 것이다.

한편, 상기 용존산소 측정센서(210a)와 부유물질 농도 측정센서(210b)는 전류검출(Amperometric) 또는 갈바니형(Galvanic Type)을 사용하는 것이 바람직하지만 필요에 따라 다양한 형태의 측정센서를 사용할 수 있다.

상기 공기노즐(222)은 제어부(300)의 컨트롤에 의한 컴프레셔(220)의 작동으로 공기를 유입하고, 그리고 공기노즐은 솔레노이드밸브를 사용하는 것이 바람직하지만 필요에 따라 다양한 형태의 노즐을 사용할 수 있다.

상기에서 제어부(300)는 상기 측정조(200)에서 검출한 측정값을 전송받아 산기관(110)의 송풍량, 펌프(130), 밸브 및 컴프레셔(220) 등을 컨트롤하고, 측정된 데이터 등을 저장하여 유무선 모뎀이나 전용선 등을 이용하여 디스플레이(330)에 데이터를 전송하는 기능을 구현하는 것이다. 특히, 전송된 측정값이 설정기준치를 벗어나면 제어부(300)의 경보전송으로 상기 생물반응조(100)에서 물에 함유된 유기 물 및 영양물질에 따라 화학약품의 첨가량 및 송풍량 등을 조정할 수 있도록 하였다.

그리고 상기 디스플레이(330)는 상기 제어부(300)에 설정된 기준 수질범위에 대해 상기 측정센서(210)로부터 입력된 측정 수질값을 매칭시켜 표시하는 다수개의 등으로 이루어지는 신호등 형태로서 측정값에 따라 색상을 달리하여 표시될 수 있게 구성된다. 상기 신호등 형태의 등의 색상은 용존산소의 측정값에 따라 용존산소량이 부족하면 즉, 1.6mg/ℓ이하 이면 적색램프가 점멸되고, 용존산소량이 설정범위 이내 즉, 1.6~2.6mg/ℓ이면 녹색램프가 점멸되며, 용존산소량이 과량 즉, 2.6mg/ℓ이상이면 황색램프가 점멸되도록 하며, 설치장소는 상기 생물반응조(100) 유출수로 또는 그외 다양한 장소에 설치하여 미생물의 활동 상태를 간접적으로 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 내용에 따라 부산 강변사업소의 생물반응조에서 처리중인 물을 대상으로 용존산소량(DO) 및 부유물질 농도(MLSS)를 측정한 결과를 상세하게 설명하기로 한다.

1. 생물반응조에서 처리중인 물의 측정방법

생물반응조에서 처리중인 물의 측정방법은 아래와 같이 본 발명의 측정방법과 통상적으로 하수처리장에서 사용하고 있는 2가지의 측정방법에 의하여 측정하였 으며,측정기준은 생물반응조에서 정상적으로 처리중일 물의 용존산소량(DO)과 생물반응조에 송풍량을 증가시킨 상태의 물의 용존산소량(DO)과 생물반응조에서 정상적으로 처리중일 물의 부유물질 농도(MLSS)를 각각 측정하여 [표 1] [표 2] [표 3]에 나타내었다.

가. 본 발명에 의한 측정방법은 본 발명에 기재된 내용과 같이 생물반응조의 여러 지점에 설치된 4개의 펌프로 샘플링하여 동일한 물을 측정조에 공급시켜 측정한 값을 나타내었다.

나. 휴대용 계측기를 이용한 순회측정 방법은 각 지별로 3회를 측정하여 그 평균값으로 나타내었다. 단, 측정값은 1~2분 이내에 안정된 값으로 하였다.

다. 생물반응조 내부에 계측기를 직접 투입하여 측정하는 방법은 각 지별로 1회를 측정한 값을 나타내었다.

상기에서 "지"라 함은 하수처리장에서 하수 및 폐수를 처리하는 생물반응조를 의미한다.

2. 수질측정 결과

가. 생물반응조에서 정상적으로 처리중인 물의 용존산소량 측정

- 측정일시 : 2007. 10. 31 15:00~16:00

(단위 : mg/ℓ)

구 분	평균	1지	2지	3지	4지	5지	6지	7지
측정조의 측정	1.46	0.7	2.2	1.4	1.7	1.4	2.1	0.7
휴대용으로 측정	1.75	0.7	2.5	1.1	1.1	1.3	2.1	0.9
생물반응조에서 측정	1.61	1.2	2.8	1.3	1.5	1.3	2.2	1.0

나. 생물반응조에 송풍량을 증가시킨 상태의 물의 용존산소량 측정

- 측정일시 : 2007. 11. 01 09:00~10:00

(단위 : mg/ℓ)

구 분	평균	1지	2지	3지	4지	5지	6지	7지
측정조의 측정	3.27	1.5	4.5	3.3	2.9	3.2	4.3	3.2
휴대용으로 측정	3.42	1.6	4.8	3.3	2.9	3.3	4.5	3.6
생물반응조에서 측정	3.70	1.9	5.0	3.6	3.0	3.7	4.8	3.9

다. 생물반응조에서 정상적으로 처리중인 물의 부유물 농도 측정

- 측정일시 : 2007. 11. 07 13:00~14:00

(단위 : mg/ℓ)

구 분	평균	1지	2지	3지	4지	5지	6지	7지
측정조의 측정	2,930	3,080	2,810	2,850	2,890	2,980	2,900	3,000
휴대용으로 측정	3,080	3,150	3,000	3,000	3,050	3,100	3,100	3,200
생물반응조에서 측정	3,130	3,250	3,050	3,050	3,100	3,100	3,150	3,250

3. 측정결과에 대한 평가

상기 2의 측정결과에 나타난 바와 같이 용존산소량 측정은 생물반응조에서 정상적으로 처리중일 물의 용존산소량과 송풍량을 증가시켜 측정한 결과를 보면 생물반응조 내부에서 직접 측정한 결과가 가장 높은 값으로 측정되었는데 이는 생물반응조 내부의 포기와 유속 등의 영향에 의한 것으로 예상된다. 왜냐하면 생물반응조 내부에서 측정할 경우 휴대용 계측기의 측정조건 불안정으로 심한 헌팅이 발생의 원인이 된다. 또한 휴대용으로 측정한 결과는 측정값을 1~2분 이내의 안정된 값으로 선택함으로써, 상대적으로 측정결과가 조금 낮은 값으로 측정되었으며, 이에 반해 측정조에 의한 측정은 가장 안정된 값을 나타낼 뿐만 아니라 정확도도 가장 높은 것으로 나타났다.

그리고 부유물질 농도 측정값도 상기 용존산소량 측정과 같은 원인에 의해 생물반응조 내부에서 직접 측정한 결과가 가장 높은 값으로 측정되었고, 그리고 휴대용 계측기로 측정한 값이 높게 나타났다. 이에 반해 측정조에 의한 측정은 가장 안정된 값을 나타내었지만 부유물질 농도의 측정은 측정값의 결과가 100~200 mg/ℓ의 오차를 보임에 따라 전반적으로 상당히 안정된 것으로 예측된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리장의 수질측정 방법 및 이를 사용한 하수처리장 자동 제어시스템을 상세한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하수처리장의 수질측정 방법 및 하수처리장 자동 제어시스템의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 하수처리장 자동 제어시스템의 기본적인 기술적 구성을 설명하기 위한 도면;

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리장 자동 제어시스템을 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리장 자동 제어시스템 측정조의 사시도를 를 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수처리장 자동 제어시스템 측정조의 단면도를 를 설명하기 위한 도면;

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 생물반응조 110 : 산기관

120 : 펌프 130 : 공급관

200 : 측정조 210 : 측정센서

212 : 센서 지지대 220 : 컴프레셔

222 : 공기노즐 224 : 공기 공급관

230 : 배출밸브 232 : 배출구

234 : 공기배출밸브 236 : 공기 배출구

240 : 정류벽 242 : 홀 250 : 월류벽 260 : 지지대 262 : 지지대 받침대 264a, 264b : 고정대 300 : 제어부 330 : 디스플레이 332 : 황색등 334 : 녹색등 336 : 적색등

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 생물반응조를 통해 하,폐수를 처리하는 하수처리장의 자동 제어시스템에 있어서, 측정센서가 위치되는 수용공간을 갖고, 상기 수용공간과 연통되어 형성되는 배출구를 갖는 측정조와;

   상기 생물반응조 내에 설치되고, 끝단이 상기 측정조로 연장되는 공급관을 통해 상기 생물반응조 내의 물을 상기 측정조의 수용공간으로 공급시키는 펌프 및;

   상기 펌프를 작동시켜 상기 생물반응조 내의 물을 상기 측정조로 공급하도록 하기 위한 제어부를 포함하고,

   상기 측정조는 상기 펌프로부터 연장되는 상기 공급관의 끝단과 상기 측정센서 사이에 정해진 직경을 갖는 타공이 형성되는 정류벽을 더 포함하여; 상기 펌프로부터 유입된 물이 층류의 형태로 상기 측정센서로 흐르도록 하며,

   상기 측정조는 상기 펌프로부터 유입되어 흐르는 물의 방향에 대해 상기 측정센서 다음에 상기 측정센서의 위치보다 높은 높이를 갖도록 설치되는 월류벽을 더 포함하고,

   그리고 측정센서로부터 측정된 값을 나타내는 디스플레이를 더 포함하며,

   상기 디스플레이는 상기 제어부에 설정된 기준 수질범위에 대해 상기 측정센서로부터 입력된 측정 수질값을 매칭시켜 표시하는 다수개의 등으로 이루어지는 신호등 형태인 것을 특징으로 하는 하수처리장의 자동 제어시스템.
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