KR101178851B1 - 악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법 - Google Patents

악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황화 수소를 포함하는 생물학적 악취 가스의 검출 및 제거를 위해 반응기에 영양분을 공급하거나 반응기의 미생물을 역세척할 수 있는 담체 충진형 살수 여과 장치(biotrickling filter)의 최적 운전을 위한 자동 제어 및 원격 모니터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 악취제거를 위한 살수 여과 장치의 자동 제어 및 원격 모니터링 시스템은,
악취가스에서 황화수소를 제거하는 살수 여과 장치;
상기 살수 여과 장치를 운전하는 자동 제어부; 및
상기 자동 제어부와 통신하여 상기 살수 여과 장치의 동작을 제어하고 모니터링하는 원격 모니터링부를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법{Method for operating the system of a biotrickling filter for eliminating odor }
본 발명은 악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 황화 수소를 포함하는 생물학적 악취 가스의 검출 및 제거를 위해 반응기에 영양분을 공급하거나 반응기의 미생물을 역세척할 수 있는 담체 충진형 살수 여과 장치(biotrickling filter, BTF 장치)의 최적 운전을 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법에 관한 것이다.
유기성 폐기물(음식물 쓰레기, 하수 슬러지, 축산폐수 등) 처리 공정 시 발생하는 악취 가스는 수분이 많고 비교적 고농도로 배출되며, 그 성분은 주로 황화수소, 암모니아, 메틸멜캅탄으로 이루어지며, 그 중 황화수소 가스는 매우 유해한 가스로 인식되고 있어, 처리를 위해 친환경적이고 고성능인 악취처리공법의 개발이 필요하다.
기존의 물리화학적 처리법은 2차 오염물질 발생 및 경제성 측면에서 생물학적 처리에 비해 취약한 단점이 있어 생물학적 처리법이 효과적이고 친환경적이라고 평가되고 있다. 그 중 산 축적 및 압밀현상이 없는 살수 여과(BioTrickling Filter, 살수 여과) 처리법이 보다 효과적으로 인식되고 있다. 그러나 살수 여과 처리법을 포함하는 생물학적 처리법은 유입 악취가스의 특성(pH, 온도, 농도 등)에 따라 처리성능이 많은 영향을 받게 되고, 악취 가스 처리 성능을 적극적으로 제어할 수 없는 어려움이 있다.
또한, 종래의 살수 여과 장치(BTF 장치)는 수동으로 제어되고, 담체 충진형 BTF 장치에 미생물이 생존할 수 있는 영양분을 공급하거나, 미생물의 과다 번식시 적절한 양으로 조절하기 위한 미생물 세척이 수동 방식으로 이루어지고 있어 공정 시간의 지연을 초래하고 살수 여과 기능을 제대로 수행할 수 없는 문제점이 있다.
또한, BTF 장치를 수동으로 동작시키는 작업자는 인체에 유해한 악취가스에 노출되어 건강에 위협을 받는 문제점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유기성 폐기물 처리시 발생하는 악취 처리를 위한 BTF 장치의 운전을 자동으로 제어하고, 황화수소(H2S)의 검출 및 제거 등의 여부를 원격지에서 모니터링할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 PLC와 고성능 Micro-Processor를 장착한 PC-Based Control 시스템으로 개발하며, LAN(Local Area Network) 및 인터넷 기반에서 원격제어가 용이하고 소규모 악취 오염 처리장에서 적용할 수 있는 저비용, 다기능의 인공지능 자동화가 가능한 살수 여과 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 혼합된 악취가스에서 검출이 어려운 황화수소를 검출하고 제거할 수 있는 살수 여과 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 긴급 상황 발생시 경보를 발령하고 비상 운전 가능하고 유무선 네트워크로 통신 가능한 살수 여과 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르는 악취제거를 위한 살수 여과 시스템은,
악취가스에서 황화수소를 제거하는 BTF 장치;
상기 BTF 장치를 운전하는 자동 제어부; 및
상기 자동 제어부와 통신하여 상기 BTF 장치의 동작을 제어하고 모니터링하는 원격 모니터링부를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 BTF 장치, 자동 제어부 및 원격 모니터링부를 포함하는 살수 여과 시스템의 운전 방법에 있어서,
상기 BTF 장치는,
상기 BTF 장치의 환경 조건을 확인하는 단계로, 저류조의 수위 레벨 센서(LT101)의 값이 50 이상이고, 상기 저류조의 pH 센서의 값이 5 이상인지 확인하는 단계;
블로워에 의해 반응기로 유입되는 악취가스 중 황화수소의 농도와 처리되어 상기 반응기로부터 배출되는 황화수소의 농도를 각각 황화 수소 센서에 의해 검출하고, 상기 저류조의 물을 섞기 위해 블로워를 구동하고, 미생물 번식에 필요한 물 공급용 펌프를 작동시키는 단계;
상기 저류조의 물을 상기 반응기에 공급하기 위한 밸브를 열고, 폐수관으로 연결된 밸브를 닫는 단계;에 의해 악취가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 악취제거를 위한 살수 여과 시스템은 현장에서 발생하는 유해 가스에 작업자가 노출되는 것을 방지할 수 있으며, 수동 또는 자동으로 원격 제어가 가능하여 인건비를 절감할 수 있으며, 밸브 등의 실시간 제어가 가능하고, 유무선 네트워크에 의해 무선 단말기를 통한 BTF 장치의 동작 상태를 확인할 수 있다.
도1은 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템 중 자동 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 따르는 BTF 장치의 자동 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명에 따르는 BTF 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도5는 본 발명에 따르는 BTF 장치의 기본 동작을 나타내는 도면이다.
도6은 도5의 BTF 장치의 기본 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도7은 BTF 장치 내의 미생물 번식 유도를 위한 동작을 나타내는 도면이다.
도8은 도7의 BTF 장치 내의 미생물 번식 유도를 위한 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도9는 저류조의 pH 조절을 위한 동작을 나타내는 도면이다.
도10은 도9의 저류조의 pH 조절을 위한 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도11은 저류조의 물을 조절하는 동작을 나타내는 도면이다.
도12는 도11의 저류조의 물을 조절하는 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도13은 반응기 하부에 미생물이 과다 증식한 경우 역세척 동작을 나타내는 도면이다.
도14는 도13의 역세척 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도15는 반응기 상부에 미생물이 과다 증식한 경우 역세척 동작을 나타내는 도면이다.
도16은 도15의 역세척 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도17은 저류조의 물을 교체하는 동작을 나타내는 도면이다.
도18은 도17의 저류조의 물 교체 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도19는 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템의 경보 동작에 대한 흐름도이다.
도20은 본 발명에 살수 여과 시스템의 비상 정지 동작에 대한 흐름도이다.
도21은 본 발명에 따른 BTF 장치의 자동 제어부의 외부를 나타내는 도면이다.
도22는 본 발명에 따르는 BTF 장치의 제어 보드를 나타내는 도면이다.
도23은 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템 사이의 통신 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도24는 본 발명에 따르는 원격 모니터링 & 제어용 PC(310)의 모니터상에 디스플레이되는 HMI 프로그램의 동작 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템의 구성을 나타내는 도면으로, 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템은 BTF 장치(100), 자동 제어부(200) 및 원격 모니터링부(300)로 구성되며, 자동 제어부(200)는 BTF 장치의 자동 제어 장치(210) 및 현장 모니터링 및 제어용 PC(220)로 구성된다.
도2는 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템 중 BTF 장치의 자동 제어 장치(210)의 구성을 나타내는 도면으로, 자동 제어장치(210)는 현장 모니터링 및 제어용 PC(220)에 연결될 수 있다. 도2 및 도22에 도시된 바와 같이, BTF 장치의 자동 제어장치(210) 내부에 장착되는 제어 보드는 중앙 처리 제어부, 메모리부, 릴레이부, 통신부, 클록부, 외부 입출력부, 전원부 등을 포함하는데, 중앙 처리 제어부는 주기억장치를 제외한 연산장치, 제어장치 및 각종 레지스터, 메모리(ROM, RAM)와 입출력 제어 인터페이스 회로까지 1개의 IC 소자에 집적시킨 것으로, 본 발명에 따르는 BTF 장치의 자동 제어 장치(210) 내부의 제어 보드에 사용되는 MCU(Micro Controller Unit)는 ATMega1128을 사용한다. 통신부는 BTF 장치의 자동 제어 장치(210)의 제어 보드와 외부 입출력부의 통신을 위한 것으로 RS-232 포트 4개, RS-485 포트 1개, RS-422 포트 1개로 구성되어 모든 조건에서 통신이 가능하고, 클록부는 제어보드의 전원이 없을 경우에도 날짜, 시간을 계산할 수 있도록 하여 BTF 장치의 황화수소 배출량을 시간 단위로 계산하거나 pH 농도의 시간에 따른 변화를 분석할 때 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라 계절(온도)에 따른 미생물의 변화가 BTF 장치에 미치는 영향을 해결하는데 중요한 역할을 한다. 릴레이(Relay, 계전기)부는 전기 신호에 의해 움직이는 펌프, 밸브 등을 전기적으로 제어하기 위한 장치이고, 외부 입출력부는 BTF 장치 내의 센서를 통한 신호와 임의의 동작을 제어하기 위한 버튼 신호 등을 입력하고, 현재 제어 보드에서 동작하는 상태를 디스플레이하기 위한 LED 또는 LCD를 포함한다.
도3은 본 발명에 따르는 BTF 장치의 자동 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면으로, 도3과 같이 BTF 장치(100)가 구동하면 BTF 장치 내에 있는 H2S센서, 압력센서, PH센서, 수위센서에서 측정된 수치를 BTF 장치 자동 제어 장치(210) 내의 제어 보드로 전송하게 된다. BTF 장치의 제어 보드에는 자동제어 알고리즘이 프로그래밍되어 각 센서 값에 해당하는 살수 여과 제어를 하도록 하였다. 동시에 BTF 장치 제어 보드로 전송된 센서 값과 현재 BTF 장치(100)의 상황(펌프, 밸브의 상태)을 RS-485 통신을 통해 PC(220)로 전송되는데 PC로 전송된 데이터는 사용자가 한눈에 알아볼 수 있도록 HMI 프로그래밍 되어 디스플레이된다. 또한 PC(220)에서는 BTF 장치(100)의 수동 제어가 가능하다.
도4는 본 발명에 따르는 BTF 장치(100)의 기본 구조를 나타내는 도면으로, 각종 저장 공간 및 이를 조절하는 밸브, 펌프, 블로워 및 감지 센서들로 구성된다. 상부 반응기(10) 및 하부 반응기(20)는 미생물이 번식할 수 있는 공간으로 미생물에 수분과 영양분을 함께 공급하는 장치이고, 저류조(30)는 미생물 번식에 필요한 수분을 공급하기 위해 물을 저장하는 공간이고, 약품저장조(40)는 저류조(30)의 pH 농도를 조정하기 위한 약품을 저장하는 공간이고, 수위조절조(50)는 저류조(30)의 수위를 조절하기 위한 물을 저장하는 공간이고, 영양분저장조(60)는 반응기 내의 미생물 증식을 위해 저류조에 공급되는 영양분을 저장하는 공간이고, 황화수소 센서(GT101, GT102)는 악취가스 중 황화수소의 농도를 측정하기 위한 센서이고, 유량계(FT101)는 유입되는 악취가스의 양을 측정하기 위한 장치이고, 수위레벨 센서(LT101, LT103, LT102, LT104) 각각은 저류조(30), 약품저장조(40), 수위조절조(50), 영양분저장조(60)의 수위를 측정하기 위한 센서이고, pH 센서(PH101)는 저류조(30)의 pH 수치를 측정하기 위한 센서이고, 압력 센서(PT103, PT102, PT101)는 상부 반응기(10)의 윗부분, 아랫부분과 하부 반응기(20)의 윗부분, 아랫부분 각각의 압력을 측정하기 위한 센서이고, 차압계(DPS101B, DPS101A)는 각각 상부 반응기(10)의 윗부분과 아랫부분 사이의 압력차와 하부 반응기(20)의 윗부분과 아랫부분 사이의 압력차를 측정하기 위한 장치이다.
BTF 장치의 기본 동작(악취 제거)
도5는 본 발명에 따르는 BTF 장치(100)의 기본 동작을 나타내는 도면이고, 도6은 도5의 BTF 장치(100)의 기본 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면이다. BTF 장치(100)의 기본 동작은 유입되는 가스로부터 악취가스의 주된 성분인 H2S의 농도를 검출하고 H2S의 제거를 위하여 미생물의 번식을 조절한다. 이때 BTF 장치(100)의 반응기(1, 2) 내부에서 미생물의 번식을 저해하는 환경이 되거나 미생물의 과잉 성장으로 악취제거가 이루어지지 않는 현상이 발생할 수 있는데, 이 경우 반응기 내부의 미생물을 역세척하는 동작이 황화수소 농도에 따라 미생물의 번식을 조정하여 악취를 제거하는 기본 동작에 부가적으로 동작한다. 반응기 내부의 미생물 역세척 동작은 기본적인 악취제거 동작을 중지하고 실행되는 것이 아니라 장치의 기본 동작 상태인 악취제거가 이루어짐과 동시에 실시되어 악취제거가 중단없이 이루어질 수 있다.
도5 및 도6에 도시된 바와 같이 황화수소 농도에 따라 미생물의 번식을 조정하여 악취를 제거하는 기본 동작은 다음과 같다.
1. BTF 장치(100)의 환경 조건이 미생물 번식에 적합한지를 확인하는 단계로, 저류조(30)의 수위 레벨 센서(LT101)의 값이 50 이상이고, 저류조(30)의 pH 센서(pH101)의 값이 5 이상인지 확인한다.
2. 블로워(B101A)에 의해 반응기로 유입되는 악취가스 중 황화수소의 농도와 처리되어 반응기로부터 배출되는 황화수소의 농도를 각각 황화 수소 센서(GT101, GT102)에 의해 검출하고, 저류조(30)의 물을 잘 섞기 위해 블로워(B102A)를 구동하고 미생물 번식에 필요한 물 공급용 펌프(P101A, P101B)를 작동시킨다.
3. 저류조(30)의 물을 반응기에 공급하기 위한 밸브(PV101, PV102,PV103, PV106)를 열고, 폐수관으로 연결된 밸브(PV104, PV105)를 닫는다.
황화수소 농도에 따라 미생물의 번식을 조정하여 악취를 제거하는 기본 동작은 긴급 상황으로 인한 비상정지나 장치를 제어하는 사람의 정지명령이 없을 경우 계속 수행된다. 또한 장치에 설치된 모든 밸브들은 2개씩 설치함으로써 고장이나 긴급한 상황에 대처하도록 하는데, 밸브가 장시간 닫혀있는 상태로 지속되면 고장의 원인이 되기 때문이다. 미생물 번식을 위한 영양분이나 pH조절 약품 등은 저류조(30)에 공급되어 물에 섞어서 반응기에 살수된다. 그리고 저류조(30)에는 영양분이나 약품들을 고르게 섞어줄 수 있도록 블로워(Blower, B102A, B102B)를 설치하여 물, 영양분 및 약품을 공기에 의해 고르게 섞는다.
유입되는 악취가스가 없거나 유입된 악취의 황화수소( H2S ) 농도가 너무 낮은 경우 또는 배출 가스 중 H2S 농도가 너무 높을 경우
반응기로 유입되는 악취가스의 양이 너무 적거나 유입된 악취가스 중 황화수소(H2S) 농도가 낮은 경우는 반응기에 번식하는 미생물의 번식을 저해하여 BTF 장치(100)의 정상적인 동작이 어렵다. 또한 악취 제거 처리된 후 배출되는 가스 중에 황화수소(H2S) 농도가 너무 높은 경우(통상 400ppm 이상이 되면 악취가 심한 정도)는 미생물에 의해 황화수소(H2S) 제거가 정상적으로 이루어지지 않는 것을 의미하며, 미생물이 죽었거나 개체수가 너무 적다는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 공급하는 물에 영양분을 섞어서 반응기에 살수하여 미생물의 번식을 유도하여야 한다. 미생물의 양은 항상 일정하게 유지되어야 기본적인 악취제거가 이루어질 수 있기 때문에 감지센서(GT101, GT102)로 검출되는 데이터에 따라 처리된다.
도7은 BTF 장치(100) 내의 미생물 번식 유도를 위한 동작을 나타내는 도면이고, 도8은 도7의 BTF 장치(100) 내의 미생물 번식 유도를 위한 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면으로, 미생물 번식유도를 위한 동작은 다음과 같다.
1. 유입되는 가스의 가스센서(GT101)로부터 검출된 값이 1,000ppm(사용자 임의로 설정이 가능함)보다 작거나 배출되는 가스의 가스센서(GT102)로부터 검출된 값이 400ppm보다 큰 경우, 영양분저장조(60)의 펌프(P104A)를 동작시켜 저류조(30)에 영양분을 공급한다.
2. 유입되는 가스의 가스센서(GT101)로부터 검출된 값이 400ppm보다 크고 배출되는 가스의 가스센서(GT102)로부터 검출된 값이 30ppm보다 작은 경우 영양분저장조(60)의 펌프 동작(P104A)을 중지시켜 미생물의 과잉 증식을 막는다.
저류조의 pH 가 5이하로 떨어질 경우
BTF 장치에서 살수되는 액체는 재순환되며, 반응기 내의 미생물에게 계속적인 영양분공급과 수분공급으로 황화수소를 제거하는 역할을 한다. 미생물의 분해산물(황산(H2SO4))의 축적으로 인해 저류조(30)의 pH의 감소가 일어날 경우, 살수액의 순환은 미생물의 활성도를 저하시키는 문제를 발생시킨다. 또한 pH의 감소로 BTF 장치(100)의 배관 부식의 주요인이 되어 BTF 장치(100)의 수명이 줄어드는 원인이 된다. 따라서 pH조절 약품을 첨가하여 수치를 5 이상으로 조절한다. pH 수치는 BTF 장치(100) 운전 후 30분 정도만 지나도 강산성 수치인 1이 될 정도로 황산의 생산량이 많기 때문에, pH 수치를 상시 검출하여 강산성이 되는 경우에 조절한다.
도9는 저류조의 pH 조절을 위한 동작을 나타내는 도면이고, 도10은 도9의 저류조의 pH 조절을 위한 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면으로, pH조절을 위한 동작은 다음과 같다.
1. 저류조(30)에 설치된 pH센서(PH101)로부터 pH수치를 검출한다.
2. pH수치가 5 미만일 경우 pH조절용 약품저장조(40)의 펌프(P103A)를 동작시켜 저류조(30)의 pH를 조절한다.
3. pH수치가 9 이상이면 펌프(P103A) 작동을 중지시킨다.
저류조의 물의 양이 부족할 경우
BTF 장치(100)는 영양원 공급을 위해 연속적으로 반응기에 살수를 한다. 하지만 저류조(30)의 물의 양이 부족하게 되면 반응기에 살수가 불가능할 수 있기 때문에 저류조(30)의 물의 양은 가장 중요하다고 할 수 있다. 물의 양이 부족하면 살수가 불가능해져 미생물의 번식을 저해하고 지속적으로 동작하고 있는 펌프의 고장을 유발할 수가 있다. 따라서 저류조(30)의 물의 저장량을 상시 체크하여 살수가 정상적으로 이루어지게 하였다. 저류조(30)에 저장될 물의 최소량은 사용자에 의해 설정할 수 있도록 하였고 일반적으로 저류조(30)의 30%이상의 물이 저장되어있어야 정상작동에 무리가 없다. 또한 물의 양이 80%이상 넘어가게 되면 저류조(30)가 넘칠 수 있기 때문에 80%이상이 되지 않게 조절한다.
도11은 저류조의 물을 조절하는 동작을 나타내는 도면이고, 도12는 도11의 저류조의 물을 조절하는 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면으로, 저류조의 물을 조절하는 동작은 다음과 같다.
1. 저류조(30)에 설치한 수위센서(LT101)로부터 저장된 물의 양을 검출한다.
2. 저류조(30)에 저장된 물의 양이 30% 미만일 때 수위조절조(50)의 펌프(P102A)를 동작시켜 저류조(30)에 물을 공급한다.
3. 저류조(30)에 저장된 물의 양이 80% 이상이 되면 수위조절조(50)의 펌프(P102A) 동작을 중지시킨다.
하부 반응기에 미생물이 과다 증식한 경우(반응기 하부 역세척)
살수를 통하여 미생물에 영양분의 공급이 지속되면 지나친 영양분 공급에 따른 미생물 과잉 성장의 결과로 반응기 막힘(clogging) 현상이 나타날 수 있다. 미생물은 미디어(MEDIA)에 붙어서 증식하는데 시간이 흐르면서 점차 붙어있는 미생물의 양이 많아져 반응기를 막아 공기의 흐름을 막아버린다. 이러한 현상을 방지할 수 있도록 영양분을 적절히 조절하지만, 장치의 장시간 운전으로 인한 미생물의 이상번식을 막기는 어렵다. 공기의 흐름이 막혀버리면 악취가스 또한 통과하지 못해 정상적인 동작이 불가능하다. 따라서 이러한 이상번식을 해결하기 위하여 반응기에 물을 가득 채우고 블로워(B101A)를 통하여 거품을 발생시켜 미디어로부터 미생물을 떨어뜨리도록 한다. 하부 반응기(20)의 위쪽에는 폐수처리배관(PV110)이 있는데, 미디어로부터 떨어진 미생물이 물에 떠서 물과 함께 폐수처리관을 통하여 배출된다. 이 동작을 10여 분간을 지속하여 미생물을 일부 제거하여 공기의 흐름이 가능하게 한다. 이 동작에 사용된 물은 전량 폐수 처리한다. 이 과정을 역세척 과정이라 한다.
도13은 하부 반응기에 미생물이 과다 증식한 경우 역세척 동작을 나타내는 도면이고, 도14는 도13의 역세척 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면으로, 반응기 하부(20)의 역세척 동작은 다음과 같다.
1. 차압계(DPS101A)를 사용하여 하부 반응기(20)의 윗부분과 아랫부분의 공기압차를 검출한다.
2. 차압이 1㎏/㎠ 이상인 경우 블로워(B101A)의 작동을 멈추고, 살수를 위한 배관의 밸브(PV101, PV102, PV105, PV106)를 모두 닫고, 역세척을 위한 배관의 밸브(PV103, PV104, PV107, PV108, PV110)를 열어 저류조(30)의 물을 이용하여 반응기 하부(20)의 아래쪽부터 물을 채우고(P101A 작동), 물만 채워서는 미생물들이 잘 떨어지지 않기 때문에 블로워(B102A)를 동작시켜 거품을 발생시킨다.
3. 10분간 유지한 뒤, 펌프(P101A) 및 블로워(B102A)를 정지시킨 후, 역세척에 사용한 물을 폐수처리관으로 보내기 위해 PV104를 닫고 폐수처리관에 설치된 밸브(PV103, PV105)를 연다.
4. 물이 다 빠지고 나면 정상동작을 위해 역세척을 위한 밸브(PV103, PV104, PV107, PV108, PV110)를 모두 잠그고, 살수를 위한 밸브(PV101, PV102, PV105, PV106)는 다시 열어서 정상 동작시킨다.
상부 반응기에 미생물이 과다 증식한 경우(상부 반응기 역세척)
하부 반응기(20)만 역세척하면 상부 반응기(10)에도 시간이 지속되면서 미생물의 이상번식이 이루어져 공기의 흐름이 막히는 경우가 발생한다. 상부 반응기(10)가 막히게 되면 하부를 통해 처리된 가스라 할지라도 배출부를 통하여 배출될 수가 없다. 따라서 상부의 차압도 상시 체크하여 정상작동에 문제가 생기지 않도록 한다. 상부 반응기(10)의 역세척은 하부에서부터 물을 채워서 실시하기 때문에 역세척 시간이 하부 반응기(20)의 역세척 시간보다 길어질 수 있다.
도15는 반응기 상부에 미생물이 과다 증식한 경우 역세척 동작을 나타내는 도면이고, 도16은 도15의 역세척 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면으로, 반응기 상부(10)에 미생물이 과다 증식한 경우 반응기 상부(10)의 역세척 동작은 다음과 같다.
1. 차압계(DPS101B)를 통하여 반응기 상부(10)의 차압을 검출한다.
2. 차압이 1㎏/㎠ 이상인 경우 살수를 위한 배관의 밸브(PV101, PV102, PV105, PV106)를 모두 잠그고 역세척을 위한 배관의 밸브(PV103, PV104, PV107, PV109, PV1011)를 열고 펌프(P101A)를 작동시켜 반응기 하부(20)의 아래쪽부터 물을 채우고, 블로워(B101A)를 동작시켜 거품을 발생시킨다.
3. 20분간 유지한 뒤에 사용한 물을 폐수처리관으로 보내기 위해 폐수처리관에 설치된 밸브(PV103, PV105)를 연다.
4. 물이 다 빠지고 나면(약 10분 정도 소요) 정상동작을 위해 역세척을 위한 배관의 밸브(PV103, PV104, PV107, PV109, PV1011)를 모두 잠그고, 살수를 위한 배관의 밸브(PV101, PV102, PV105, PV106)는 다시 열어서 BTF 장치(100)를 정상 운전한다.
저류조 물 교체 방법
BTF 장치(100)를 오랜 시간 운전할 경우, 저류조(30)의 물이 계속 순환되어 혼탁해지거나 오염될 수 있다. 이러한 경우에는 저류조(30)의 물을 모두 빼내고 새로운 물로 교체하여야 한다. 저류조(30) 물의 교체 시점은 작업자가 저류조(30) 물의 상태를 보고 임의로 판단하여 동작시킬 수 있다. 저류조(30)의 물을 교체하는 경우에는 BTF 장치(100)의 기본적인 동작을 일체 중단시킨 상태로 진행한다.
도17은 저류조의 물을 교체하는 동작을 나타내는 도면이고, 도18은 도17의 저류조의 물 교체 동작에 대한 흐름도와 알고리즘을 나타내는 도면으로, 저류조의 물을 교체하는 동작은 다음과 같다.
1. 저류조(30)의 수위레벨센서(LT101)로 저류조(30)의 현재 수위가 10% 이상인지 확인하고, 저류조(30)의 수위가 10% 미만인 경우 펌프(P102A)를 동작시켜 즉시 수위조절조(50)로부터 물을 저류조(30)의 80%까지 채워질 때까지 채운다.
2. 저류조(30)의 수위가 10% 이상인 경우, 저류조(30)의 오염된 물을 배출하기 위해 저류조(30)의 물 배출용 펌프(P101A)를 동작시키고, 저류조(30)를 향하는 배관의 밸브(PV101, PV102, PV103)를 잠그고, 저류조(30)에서 폐수처리관으로 통하는 배관의 밸브(PV104, PV105)를 연다.
3. 오염된 저류조(30)의 물이 배출되어 수위가 10% 미만이 되면 저류조(30)의 물 배출용 펌프(P101A)를 중단시키고, 저류조(30)에서 폐수처리관으로 통하는 배관의 밸브(PV104, PV105)를 닫고, 수위조절조(50)의 펌프(P102A)를 동작시켜 저류조(30)에 물을 채우기 시작한다.
4. 저류조(30)의 물이 80%이상이 되면 수위조절조(50)의 펌프(P102A)를 중지시키고 정상작동을 시작한다.
본 발명에 따르는 악취제거를 위한 살수 여과 시스템은 다양한 경보 시스템을 구비하고 있어 BTF 장치(100)를 자동으로 운전하기 위해, 장치의 정상 운전이 불가능한 경우 운전자에게 통보한다. 또한 BTF 장치(100)의 고장을 일으킬 정도의 상태가 되면 장치를 스스로 작동 중지시킬 수 있는 비상정지를 가능하도록 하였다.
영양분저장조(60)에는 수동으로 사람이 직접 영양분을 보충해야하므로, 영양분저장조(60)에 저장된 영양분이 부족하여 미생물을 증식시킬 수 없는 조건이 되면 BTF 장치(100)는 비상정지된다.
또한, 각 저장조의 저장량이 부족하거나 저류조(30)의 pH가 과다하게 산성이거나 악취제거가 정상적으로 이루어지지 않는다고 판단될 때 작업자에게 경보를 울려 조치하도록 한다.
도19에 도시된 바와 같이, 저류조(30)의 수위 레벨 센서(LT101), pH조절용 약품저장조(40)의 레벨 센서(LT103), 수위조절조(50)의 레벨 센서(LT102), 영양분저장조(60)의 레벨 센서(LT104)에 의한 감지된 수위가 30% 이하이거나 80% 이상인 경우, 저류조(30)의 pH 센서(PH101)에 의해 감지된 pH수치가 3 미만이거나 10 이상인 경우, 황화수소센서(GT102)에 의해 검출된 배출가스의 황화수소의 농도가 400ppm 이상인 경우에는 경보가 발생하며, 운전자의 조치로 정상적인 동작 환경을 회복한 경우에는 경보가 중단된다.
도20에 도시된 바와 같이, 저류조(30)의 수위 레벨 센서(LT101)에 의해 감지된 수위가 10 % 미만이거나 90 % 이상인 경우, H2S 센서(GT102)에 의해 검출된 배출가스의 황화수소농도가 500ppm 이상인 경우, 저류조(30)의 pH 센서(PH101)에 의해 감지된 pH수치가 2 이하인 경우에는 모든 밸브를 닫고, 모든 펌프 및 블로워의 동작을 중단시킨다.
본 발명에 따르는 악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 BTF 장치 자동 제어부(200)는 PLC(Programmable Logic Controller)를 사용하여 다양한 센서의 복합적인 제어와 H2S농도, pH수치 등 데이터 분석을 실시한다.
도21은 본 발명에 따르는 BTF 장치 자동 제어 장치(210)의 구성을 나타내는 도면으로, 도시된 바와 같이, 자동 제어 장치(210)의 전면에는 ① 자동제어 버튼, ② 수동제어 버튼, ③ 수동제어 시 이벤트 발생 버튼, ④ 각 펌프 및 밸브 온/오프 버튼, ⑤ 경보 발생 버튼, ⑥ 시뮬레이션 가스 조절, ⑦ 비상정지 및 경보 중지 버튼이 구성되어, 수동 및 자동 제어를 선택할 수 있고, 각종 이벤트 상황에 따른 점등표시, 비상정지 및 시뮬레이션 동작을 할 수 있다.
살수 여과 시스템 원격 제어 및 원격 모니터링 방법
BTF 장치 자동 제어 시스템은 기계적 결함이나 문제가 발생하지 않는 경우에는 항상 가동하는 시스템이며, 악취가스로 인해 운전자가 현장에서 BTF 장치(100)의 동작을 항상 확인하기는 어렵기 때문에 원격지에서 BTF 장치(100)의 동작 상태를 모니터링할 필요가 있다. 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템은 원격지에서 BTF 장치(100)의 운전 상태를 모니터링할 뿐만 아니라 BTF 장치(100)를 원격 제어할 수 있다.
도23은 본 발명에 따르는 살수 여과 시스템 사이의 통신 알고리즘을 나타내는 도면으로, BTF 장치(100)의 현장 모니터 & 제어용 PC(220)와 원격지 모니터 & 제어용 PC(310)와의 통신은 기존에 이용중인 TCP/IP 회선을 이용하여 설치가 용이하며 인터넷 통신 기능 부가에 따른 원가 부담을 줄일 수 있으며, BTF 장치의 자동 제어 장치(210) 내부에 장착되어 있는 제어보드에서 RS232 및 RS485 직렬 포트와 연결되어 최단 시간에 인터넷 통신 기능을 사용하여 BTF 장치(100)의 운전 상태에 대한 원격 모니터링과 제어가 가능하다. 또한 보안프로토콜인 SSL과 SSH를 지원하여 멀티 모니터링이 가능하며 Telnet COM Port Control Option을 지원하여 다른 시스템으로의 응용이 가능하다.
본 발명에 따르는 원격 모니터링부(300)는 악취제거부(100) 및 자동 제어부(210)에서 일정거리 떨어진 곳에 설치된다. 자동 제어 장치(210)에 대한 원격지에서의 모니터링 및 제어를 위해 원격제어 통신기능을 자동 제어 장치(210) 내에 탑재하고, 마이크로소프트 윈도우 기반의 원격 모니터링 및 원격 제어 프로그램(HMI)을 원격지의 PC(310)에 설치하여 원격 제어가 가능하다. 도24는 본 발명에 따르는 원격 모니터링 & 제어용 PC(310)의 모니터상에 디스플레이되는 HMI 프로그램의 동작 결과를 나타내는 도면으로, BTF 장치(100)의 운전과 관련된 상황에 따라 자동 제어되는 내용과 이상 발생을 운전자가 눈으로 확인할 수 있으며, BTF 장치(100)를 운전자가 수동으로 제어할 수 있도록 표시한 화면이다.
모니터상에 디스플레이되는 수동으로 온/오프 제어할 수 있는 버튼은 다음과 같다.
① AUTO : 살수 여과 시스템이 자동으로 운전되도록 온/오프하는 버튼
② 악취처리 : 악취처리를 위한 기본 동작을 진행하도록 온/오프하는 버튼
③ PH농도 낮음 : 저류조(30)의 PH농도가 낮아질 경우 pH조절용 약품저장조(40)로부터 저류조로 약품을 공급하여 저류조의 pH 농도를 조절하도록 온/오프 하는 버튼
④ 미생물 과다증식A : 반응기 내부에 미생물이 과다증식되었을 경우 역세척 과정을 온/오프하는 버튼
⑤ LOCAL운전 : 현장에서 자동 제어 장치(210)를 제어할 수 있도록 온/오프하는 버튼
⑥ Manu : 수동으로 제어 가능하도록 온/오프하는 버튼
⑦ 영양분공급 : 영양분 부족시 영양분저장조(60)로부터 저류조(30)에 영양분을 공급할 수 있도록 온/오프하는 버튼
⑧ 저류조 물부족 : 저류조(30)에 물이 부족할 경우 수위조절조(50)로부터 물을 공급할 수 있도록 ON/OFF하는 버튼
⑨ 미생물 과다증식B : 반응기 내부에 미생물이 과다증식됐을 경우 역세척 과정을 온/오프하는 버튼
⑩ REMOTE 운전 : 원격으로 자동 제어 장치(210)를 제어할 수 있도록 온/오프하는 버튼
⑪ ODOR GAS BLOWER : 악취 가스 공급용 블로워(B101A)를 온/오프하는 버튼
전술한 바와 같이 본 발명에 따르는 악취제거를 위한 살수 여과 시스템은 현장에서 발생하는 유해 가스에 작업자가 노출되는 것을 방지할 수 있으며, 수동 또는 자동으로 원격 제어가 가능하여 인건비를 절감할 수 있으며, 밸브 등의 실시간 제어가 가능하고, 유무선 네트워크에 의해 무선 단말기를 통한 BTF 장치(100)의 동작 상태를 확인할 수 있다.
본 발명은 제어자동화 및 유무선 센서네트워크의 구현으로 인하여 원격 유무선 네트워크를 위한 센서 및 장치를 유무선 방식으로 제어 및 모니터링이 가능해져 관리자나 사용자가 이동 가능한 휴대형 단말기에서도 사용이 가능해져 실시간형 서비스 모델 개발 분야에 이용할 수 있다. 구체적인 이용 분야로는 생산시스템 분야 중 장비 동작 등의 상태를 모니터링 하는 분야에 이용할 수 있으며, 정보가전 분야로의 확장이 가능하며, 정보가전 디바이스들의 센서 네트워크로의 확대 적용된 다양한 제품의 개발 적용 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (24)

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  8. 반응기와 저류조와 약품저장조와 수위조절조와 영양분저장조를 포함하는 BTF 장치, 자동 제어부 및 원격 모니터링부를 포함하는 살수 여과 시스템의 운전 방법에 있어서,
    상기 BTF 장치의 환경 조건을 확인하는 단계;
    상기 저류조의 수위 레벨 센서(LT101)의 값이 50 이상이고, 상기 저류조의 pH 센서의 값이 5 이상인 경우, 블로워에 의해 반응기로 유입되는 악취가스 중 황화수소의 농도와 처리되어 반응기로부터 배출되는 황화수소의 농도를 각각 황화 수소 센서에 의해 검출하고, 상기 저류조의 물을 섞기 위해 블로워를 구동하고, 미생물 번식에 필요한 물 공급용 펌프를 작동시키는 단계;
    상기 저류조의 물을 상기 반응기에 공급하기 위한 밸브를 열고, 폐수관으로 연결된 밸브를 닫는 단계를 포함하고,
    상기 BTF 장치의 환경 조건을 확인하는 단계는,
    상기 저류조의 수위를 조절하는 단계;
    상기 반응기 내의 미생물 번식을 유도 또는 억제하는 단계;
    상기 저류조의 PH를 조절하는 단계;
    상기 반응기에 미생물이 과다 증식한 경우, 상기 저류조의 펌프 및 블로워를 동작시켜 반응기 내부에 거품을 발생시킴으로써 상기 반응기 전체 또는 상기 반응기 중 하부 반응기를 역세척하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응기 내의 미생물 번식을 유도 또는 억제하는 단계는,
    상기 반응기에 유입되는 악취가스가 없는 경우, 상기 영양분저장조의 펌프를 동작시켜 상기 반응기에 영양분을 공급하여 미생물의 번식을 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반응기 내의 미생물 번식을 유도 또는 억제하는 단계는,
    상기 반응기로부터 배출되는 가스 중 황화수소 농도가 500ppm 이상인 경우,
    상기 영양분저장조의 펌프를 중지시켜 미생물의 과잉 번식을 억제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 저류조의 PH를 조절하는 단계는,
    상기 저류조의 pH 수치가 하한값보다 낮은 경우,
    상기 pH 수치가 상한값에 도달할 때까지 상기 약품저장조의 펌프를 동작시켜 상기 저류조에 약품을 제공하는 단계인 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하한값은 pH5이고, 상기 상한값은 pH9인 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 저류조의 수위를 조절하는 단계는,
    상기 저류조의 물의 수위가 하한값보다 부족한 경우,
    상기 수위조절조의 물의 수위가 상한값에 도달할 때까지 상기 수위조절조의 펌프를 동작시켜 상기 저류조에 물을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  14. 제13항에 있어서
    상기 하한값은 상기 수위조절조의 물의 30% 수위이고, 상기 상한값은 상기 수위조절조의 80% 수위인 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  15. 삭제
  16. 제8항에 있어서,
    상기 반응기 중 하부 반응기를 역세척하는 단계는,
    상기 하부 반응기의 내부에 미생물이 과다 증식한 경우,
    상기 하부 반응기의 윗부분과 아랫부분의 공기압차를 검출하는 단계;
    검출된 공기압차에 따라 상기 저류조의 물을 상기 하부 반응기에 공급하여 상기 하부 반응기를 채우는 단계; 및
    상기 저류조의 블로워를 동작시켜 상기 하부 반응기 내부에 거품을 발생시켜 상기 하부 반응기를 세척하는 단계; 및
    세척에 사용된 물을 폐수처리관을 통해 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 공기압차는 1㎏/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 하부 반응기를 세척하는 단계는 10분간 유지되는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  19. 삭제
  20. 제8항에 있어서,
    상기 반응기 전체를 역세척하는 단계는,
    상기 반응기 중 상부 반응기의 내부에 미생물이 과다 증식한 경우,
    상기 상부 반응기의 윗부분과 아랫부분의 공기압차를 검출하는 단계;
    검출된 공기압차에 따라 상기 저류조의 물을 공급하여 상기 하부 반응기 및 상부 반응기를 채우는 단계; 및
    상기 저류조의 블로워를 동작시켜 상기 반응기 내부에 거품을 발생시켜 상기 하부 반응기 및 상부 반응기를 세척하는 단계; 및
    세척에 사용된 물을 폐수처리관을 통해 배출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 공기압차는 1㎏/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 하부 반응기 및 상부 반응기를 세척하는 단계는 20분간 유지되는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  23. 제8항에 있어서,
    상기 저류조, 약품저장조, 수위조절조, 영양분저장조의 레벨 센서의 값이 각각 30% 이하이거나 80% 이상인 경우와, 상기 저류조의 pH수치가 3 미만이거나 10 이상인 경우와, 상기 BTF 장치로부터 배출되는 가스의 황화수소의 농도가 400ppm 이상인 경우에는 경보가 발생하는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
  24. 제8항에 있어서,
    상기 저류조의 수위가 10 % 미만이거나 90 % 이상인 경우와, 상기 저류조의 pH수치가 2 이하인 경우와, 상기 BTF 장치로부터 배출되는 가스의 황화수소의 농도가 500ppm 이상인 경우에는 상기 BTF 장치의 밸브를 닫고, 모든 펌프 및 블로워의 동작을 중단시키는 것을 특징으로 하는
    악취제거를 위한 살수 여과 시스템의 운전 방법.
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