KR101244445B1 - 데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법 - Google Patents

데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 데이터마이닝기법에 의해 원수의 수질을 그룹화하고, 실시간으로 수집된 수질인자를 활용하여 자동으로 응집제 주입농도를 산출하여 응집공정을 자동으로 제어하고, 응집공정 후단에서 플럭크기지표로 응집 상태를 모니터링하는 응집공정 자동제어장치 및 방법로서, 응집공정 유입수의 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 실시간으로 측정하는 온라인 계측기; 원수에 응집제를 제공하는 주입장치;응집공정 후반부에 플럭크기지표를 측정하는 플럭크기지표 측정기; 및 상기 온라인 계측기로 부터 데이터를 수집하여 데이터마이닝 기법을 활용하여 응집제 주입농도를 연산하는 제어시스템을 포함하는 데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어방법이다.
따라서, 본 발명에 의하면 최적의 응집제주입량선정 및 제어를 통하여 응집제 사용량을 최소화할 수 있고, 수처리효율을 향상시켜 양질의 정수를 생산할 수 있는 데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
수처리, 응집제 자동제어장치, 응집제 자동제어 방법.

Description

데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법{CONTROL METHOD AND APPARATUS OF COAGULANT DOSE USING DATA-MINING}
본 발명은 수처리 분야의 데이터마이닝(Data-Mining) 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 데이터마이닝기법에 의한 원수의 수질 그룹화와 실시간으로 수집된 수질인자를 활용하여 자동으로 응집제 주입농도를 산출하여 응집공정을 자동으로 제어하고, 응집공정 후단에서 플럭크기지표로 응집상태를 모니터링하는 응집공정 자동제어장치 및이용한 응집제 자동제어 방법이다.
본 발명은 환경부의 차세대핵심환경기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 1485007077, 과제명 : 지능형 정수처리 통합운전 및 통합관리기술 개발]
일반적으로 가정에서 사용되는 수돗물 등은 여러 가지 처리에 의해 정수되어 가정으로 공급된다. 이러한 정수처리공정은 혼화, 응집, 침전, 여과 등의 여러 가 지 과정에 의해 단계적으로 실시되고 있다. 이러한 정수처리공정중 응집공정은 정수 처리수의 수질양무를 판정하는 가장 중요한 공정이라 말 할 수 있다. 적정양의 응집제가 주입되어야만 연속되는 공정인 침전, 여과지에서 충분한 오염물질 제거효과를 발휘할 수 있고, 만족시킬 수 있는 수질을 기대할 수 있기 때문이다.
이러한 응집공정에서는 여러 종류의 응집제가 사용되며, 적정 응집제의 사용이 필수적이다. 필요량보다 적은 응집제의 사용시 오염물질의 충분한 응집이 이루어지지 않아 수질의 악화를 야기하게 되며, 많은 양의 응집제 사용시에는 응집은 이루어진다 하더라도 반응하고 남은 미반응의 응집제 자체가 새로운 오염원으로 존재하게 될 뿐만 아니라 과다한 비용의 발생이 이루어지게 된다. 따라서 각 수질에 따른 적정 응집제의 사용이 무엇보다도 중요한 요소이다.
그리고, 정수처리 공정 중에서 효과적인 응집제 주입을 위해서는 다양한 수질에 따른 적정한 응집제 주입율을 산정하고, 이들 설정된 응집제 주입율에 따라 정확한 응집제양이 주입되는 것이 중요하다. 일반적으로 정수장으로 유입되는 원수의 수질은 유입원이 되는 하천수 등의 수질에 따라 결정되며, 계절에 따라 다르게 나타난다. 그리고 계절과 오염원의 종류에 따라 시시각각으로 변하는 여러 거지 인자들에 의해 크게 영향을 받고 있는 원수 수질의 변화에 따라 적절한 응집제 주입율을 선정하고 제어하기 위해서는 정확한 수질의 측정과 응집제 주입량 제어가 요구된다.
또한, 응집공정에서 원수의 수질에 따라 주입되는 응집제는 원수의 탁도, pH, 알카리도 등 여러 가지 복합인자에 의해 좌우된다. 이러한 복합인자에 의해 달 라지는 응집제의 투입율을 결정하기 위해서 종래부터 자-테스트(j-test)가 일반적으로 널리 이용되어 왔다. 자-테스트는 정수장으로 유입되는 원수를 일일이 수작업으로 적정하여 각 원수에 따른 적정량의 응집제 주입율이 결정될 때까지 테스트하게 된다. 이러한 자테스트는 응집제 주입을 선정에 소요되는 시간이 보통 1~2시간 정도 소요되어 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다. 또한 이러한 자테스트는 시시각각으로 변하는 원수의 수질에 따라 그때마다 실험을 반복하여 하므로 민감하게 수질에 따라 능동적으로 대체할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 응집제요구량 계측에 의한 방법은 원수의 플록형성에 가장 크게 영향을 미치는 원수 내 음이온의 변화에 따른 적정한 양이온응집제를 투입하기 위해, 소정량의 샘플을 채취하여 그 샘플의 흐름전위 값을 0mV으로 하는 양이온응집제의 양을 연산 또는 측정한 후, 이를 바탕으로 전체 원수에 대한 응집제요구량을 연산하는 장치 및 방법으로 제어하는 것이다. 이의 장점은 원수의 실시간으로 응집제 요구량을 측정하여 제어 및 인력 감소의 효과를 얻을 수 있으나, 응집제요구량 계측에 의한 방법에 사용되는 장비가 고가의 장비이며 별도의 시스템를 구비해야하는 문제점을 지니고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 플럭크기지표을 측정하여 최적의 응집제주입량선정 및 제어를 통하여 응집제 사용량을 최소화할 수 있고, 수처리효율을 향상시켜 양질의 정수를 생산할 수 있는 데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 수처리 분야로서, 데이터마이닝 기법을 활용하여 pH, 탁도, 온도 및 알칼리도를 대상으로 원수의 수질을 그룹화하고, 데이터마이닝기법의 연관규칙을 활용하여 pH, 온도, 탁도, 알칼리도와 응집제 주입농도간의 상관관계 유도식을 도출한다. 또한 온라인 계측기에 의해 수집된 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 도출된 상관관계 유도식에 대입하여 응집제 주입농도를 산출하여 이를 제어인자로 활용하는 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면 데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 방법에 관한 것으로 플럭크기지표을 측정하여 최적의 응집제주입량선정 및 제어를 통하여 응집제 사용량을 최소화할 수 있고, 수처리효율을 향상시켜 양질의 정수를 생산 할 수 있는 데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명은 수처리에 관한 것으로, 데이터마이닝 기법을 활용하여 pH, 탁도, 온도 및 알칼리도를 대상으로 원수의 수질을 그룹화하고, 그룹화된 수질인자와 응집제 주입농도간의 상관관계분석을 수행하여 상관관계 유도식을 도출하고, 실시간 수집된 pH, 탁도, 온도 및 알칼리도를 도출된 상관관계 유도식에 대입하여 응집제 주입농도를 산출하여 이를 제어인자로 활용하는 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 정수처리를 위해 응집제를 제공하기 위한 응집제 자동제어장치로서, 응집공정 유입수의 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 실시간으로 측정하는 온라인 계측기; 원수에 응집제를 제공하는 주입장치; 응집공정 후반부에 플럭크기지표를 측정하는 계측기; 및 상기 온라인 계측기로 부터 데이터를 수집하여 데이터마이닝 기법을 활용하여 응집제 주입농도를 연산하는 제어시스템를 포함하는 데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어장치이다.
또한, 상기 제어시스템는 수처리시스템의 데이터마이닝 기법을 활용하여 pH, 탁도, 온도 및 알칼리도를 대상으로 원수의 수질을 그룹화하고, 그룹화된 수질인자와 응집제 주입농도간의 상관관계분석을 통해 상관관계 유도식을 도출한다.
그리고, 본 발명에 따른 데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어방법 은 데이터마이닝기법 중 분류규칙을 활용하여 응집공정 유입수의 pH, 온도, 알칼리도, 탁도를 대상으로 원수의 수질을 특성별로 그룹화하고, 데이터마이닝기법의 연관규칙을 활용하여 pH, 온도, 탁도, 알칼리도와 응집제 주입농도간의 상관관계 유도식을 도출하고, 온라인 계측기에 의해 응집공정 유입수의 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 수집하고, 수집된 온라인 계측된 데이터를 상기 상관관계 유도식에 대입하여 응집제 주입농도를 산출하고, 계산된 응집제 주입농도와 미리 설정된 허용범위를 비교하여 응집제주입농도를 결정하고, 플럭크기지표를 설정하고, 응집제를 투입한 후 혼화지 말단 또는 응집지 전단에서 플럭크기지표을 측정하고, 플럭크기지표와 설정된 플럭크기지표 범위를 비교하여 응집제 주입량을 제어한다.
또한, 계산된 응집제 주입농도가 미리 설정된 최대 허용범위보다 클 경우 최대응집제주입농도로 결정한다.
그리고, 계산된 응집제 주입농도가 미리 설정된 최소 허용범위보다 작으면 최소응집제주입농도로 결정한다.
그리고, 계산된 응집제 주입농도가 미리 설정된 허용범위를 수렴하는 경우에는 최종 결정된 제어인자로 결정 및 최종 결정된 응집제 주입농도로 응집제중입량을 제어한다.
또한, 플럭크기지표가 설정된 플럭크기지표 범위보다 작으면 응집제주입농도를 PID연산을 통하여 재계산하여 수정된 응집제 주입농도를 다시 산출하여 이를 출력값으로 결정하고, 응집제 주입량을 제어한다.
또한, 플럭크기지표가 설정된 플럭크기지표 범위보다 크면 응집제주입농도를 PID연산을 통하여 재계산하여 수정된 응집제 주입농도를 다시 산출하여 이를 출력값으로 결정하고, 응집제 주입량을 제어한다.
또한, 플럭크기지표와 설정된 플럭크기지표 범위가 같으면 계속하여 플럭크기지표를 측정하는 단계를 데이터마이닝 기법을 활용하여 응집제 주입농도를 자동 제어한다.
데이터마이닝기법 중 분류규칙을 활용하여 pH, 온도, 알칼리도, 탁도를 대상으로 원수의 수질을 특성별로 그룹화한다. 또한 데이터마이닝기법의 연관규칙을 활용하여 pH, 온도, 탁도, 알칼리도와 응집제 주입농도간의 상관관계 유도식을 도출한다.
이하, 본 발명에 따른 데이터마이닝 기법에 의한 응집제 자동제어 장치 및 이를 이용한 응집제 자동제어 방법의 바람직한 구체예에 대한 구성, 기능 및 효과에 대하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어 장치의 개략적인 구성도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 응집제 자동제어 장치는 온라인 계측기(110), 응집제 주입장치(120), 플럭크기지표 측정기(130) 및 제어시스템(140)을 포함한다.
상기 온라인 계측기(110)는 응집공정 유입수의 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 실시간으로 측정하기 위한 것으로 응집공정의 전방부에 연결된다. 또한, 상기 플럭크기지표 측정기(130)는 응집공정 후반부에 연결되어 플럭크기지표를 측정하기 위한 것이다. 그리고 상기 제어시스템(140)은 온라인 계측기(110)에서 데이터를 수 집하여 데이터마이닝 기법을 활용하여 응집제 주입농도를 연산한다. 그리고, 상기 제어시스템(140)에서 연산된 결과에 따라 응집제 주입장치(120)는 응집공정 유입수에 응집제를 주입한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어 장치는 데이터마이닝 기법을 이용하여 pH, 탁도, 온도 및 알칼리도를 대상으로 원수의 수질을 그룹화하고, 그룹화된 수질인자와 응집제 주입농도간의 상관관계분석을 수행하여 상관관계 유도식을 도출한다.
또한 온라인 계측기(110)을 통해 실시간 수집된 pH, 탁도, 온도 및 알칼리도를 도출된 상관관계 유도식에 대입하여 응집제 주입농도를 산출하여 이를 제어인자로 활용한다. 또한, 플럭크기지표 측정기(130)을 통해 측정된 플럭크기지표를 이용하여 재연산하고, 최종응집제 주입농도를 산출하고, 응집제 주입장치를 통해 응집제주입량을 제어한다.
도2는 데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어 방법의 개략적인 흐름도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 데이터마이닝기법 중 분류규칙을 활용하여 응집공정 유입수의 pH, 온도, 알칼리도, 탁도를 대상으로 원수의 수질을 특성별로 그룹화(S01)하고, 데이터마이닝기법의 연관규칙을 활용하여 pH, 온도, 탁도, 알칼리도와 응집제 주입농도간의 상관관계 유도식을 도출(S02)하고, 온라인 계측기에 의해 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 수집하는 단계(S03)와 수집된 온라인 계측된 데이터을 도출된 상관관계 유도식에 대입하여 응집제 주입농도를 산출(S04)하고, 계산된 응집제 주입농도와 미리 설정된 허용범위를 비교하여 응집제주입농도를 결정한다.
보다 구체적으로, 계산된 응집제 주입농도가 미리 설정된 최대 허용범위보다 크면 최대응집제주입농도로 결정(S05)하고, 계산된 응집제 주입농도가 미리 설정된 최소 허용범위보다 작으면 최소응집제주입농도로 결정(S06)하고, 계산된 응집제 주입농도가 미리 설정된 허용범위를 수렴하는 경우에는 최종 결정된 제어인자로 결정 및 최종 결정된 응집제 주입농도로 응집제중입량을 제어(S07)한다.
다음으로, 플럭크기지표를 설정(S08)하고, 응집제를 투입한 후 혼화지 말단 또는 응집지 전단에서 플럭크기지표을 측정(S09)하고, 플럭크기지표와 설정된 플럭크기지표 범위를 비교하여 응집제 주입량을 제어한다. 보다 구체적으로, 플럭크기지표가 설정된 플럭크기지표 범위보다 작으면 응집제주입농도를 PID연산을 통하여 재계산하여 수정된 응집제 주입농도를 다시 산출하여 이를 출력값으로 결정하고, 응집제 주입량을 제어(S10)하고, 플럭크기지표가 설정된 플럭크기지표 범위보다 크면 응집제주입농도를 PID연산을 통하여 재계산하여 수정된 응집제 주입농도를 다시 산출하여 이를 출력값으로 결정하고, 응집제 주입량을 제어(S11)하고, 플럭크기지표와 설정된 플럭크기지표 범위가 같으면 계속하여 플럭크기지표를 측정하는 단계(S12)를 데이터마이닝 기법을 활용하여 응집제 주입농도를 자동제어한다.
또한, 온라인 계측기에 의해 수집된 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 도출된 상관관계 유도식에 대입하여, 응집제 주입농도를 계산한다. 계산된 응집제 주입농도가 미리 설정된 최소최대 응집제 주입농도를 수렴하면 이를 최종 제어인자로 결정하여 제어시스템에 전송하여 응집제 주입량을 조절한다.
그리고, 응집제를 투입한 후 혼화지 말단 또는 응집지 전단에서 플럭크기지 표을 측정할 수 있는 장비를 이용하여 플럭크기지표을 측정한다. 측정된 플럭크기지표가 설정된 플럭크기지표 범위와 비교하여 범위 이하 또는 범위 이상인 경우, 응집제주입농도를 PID연산을 통하여 재계산하여 수정된 응집제 주입농도를 다시 산출하여 이를 출력값으로 결정하여 응집제 주입량을 제어하는 기술이다.
본 발명은 데이터마이닝기법에 의한 원수의 수질 그룹화와 실시간으로 수집된 수질인자를 활용하여 자동으로 응집제 주입농도를 산출하여 응집공정을 자동으로 제어하고, 응집공정 후단에서 플럭크기지표로 응집 상태를 모니터링하는 응집공정 자동제어장치 및 방법이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 명백할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어 장치의 개략적인 구성도.
도2는 데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어 방법의 개략적인 흐름도.

Claims (5)

  1. 정수처리를 위해 응집제를 제공하기 위한 응집제 자동제어장치로서,
    응집공정 유입수의 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 실시간으로 측정하는 온라인 계측기;
    원수에 응집제를 제공하는 주입장치;
    응집공정 후반부에 플럭크기지표를 측정하는 플럭크기지표 측정기; 및
    상기 온라인 계측기로 부터 데이터를 수집하여 데이터마이닝 기법을 활용하여 응집제 주입농도를 연산하는 제어시스템을 포함하고,
    상기 제어시스템은
    수처리시스템의 데이터마이닝기법 중 분류규칙을 활용하여 응집공정 유입수의 pH, 온도, 알칼리도, 탁도를 대상으로 원수의 수질을 특성별로 그룹화하고, 그룹화된 수질인자와 응집제 주입농도간의 상관관계분석을 통해 상관관계 유도식을 도출하며;
    상기 온라인 계측기에 의해 응집공정 유입수의 pH, 온도, 탁도 및 알칼리도를 수집하고;
    수집된 온라인 계측된 데이터를 상기 상관관계 유도식에 대입하여 응집제 주입농도를 산출하고;
    산출된 응집제 주입농도가 미리 설정된 최대 허용범위보다 클 경우 최대응집제주입농도로 결정하고, 산출된 응집제 주입농도가 미리 설정된 최소 허용범위보다 작으면 최소응집제주입농도로 결정하고, 산출된 응집제 주입농도가 미리 설정된 허용범위를 수렴하는 경우에는 최종 결정된 제어인자로 결정 및 최종 결정된 응집제 주입농도로 응집제중입량을 제어하고;
    플럭크기지표를 설정하고;
    응집제를 투입한 후 혼화지 말단 또는 응집지 전단에서 플럭크기지표를 측정하고;
    플럭크기지표와 설정된 플럭크기지표 범위를 비교하여 응집제 주입량을 제어하는
    데이터마이닝 기법을 이용한 응집제 자동제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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