KR101767368B1 - Supporting method and system of sewage disposal for energy saving - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법 및 그 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 하수처리장으로 유입/유출되는 과거의 축적된 각종 수질데이터와 그 표준화 된 공정운영자료들로부터 각 자료항목들에 대한 그 분포특성을 나타내는 제 3사분위수를 도출하여, 에너지를 절감하기 위한 새로운 운전 조건의 설정하고, 수학적 모델로 구성된 공정모사를 통해 새로운 운전 조건에 따른 공정운영에 의한 유출수의 교란발생 여부를 확인하여, 허용 가능한 유출수질의 변화범위 안에서 최적상태의 에너지 절감효과를 얻을 수 있는 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for supporting the operation of a sewage treatment plant for energy saving using standardized process operation data and process simulation, and more particularly to a method and system for supporting the operation of a sewage treatment plant, From the process operation data, we derive the third quartile representing the distribution characteristics of each data item, set new operating conditions to save energy, and process it according to new operating conditions through process simulation composed of mathematical model A method of supporting the operation of the sewage treatment plant for energy saving by using standardized process operation data and process simulation that can confirm the occurrence of disturbance of the effluent by operation and obtain the optimum energy saving effect within the range of allowable effluent quality and ≪ / RTI >
Description
본 발명은 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법 및 그 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 하수처리장으로 유입/유출되는 과거의 축적된 각종 수질데이터와 그 표준화 된 공정운영자료들로부터 각 자료항목들에 대한 그 분포특성을 나타내는 제 3사분위수를 도출하여, 에너지를 절감하기 위한 새로운 운전 조건을 설정하고, 수학적 모델로 구성된 공정모사를 통해 새로운 운전 조건에 따른 공정운영에 의한 유출수의 교란발생 여부를 확인하여, 허용 가능한 유출수질의 변화범위 안에서 최적상태의 에너지 절감효과를 얻을 수 있는 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for supporting the operation of a sewage treatment plant for energy saving using standardized process operation data and process simulation, and more particularly to a method and system for supporting the operation of a sewage treatment plant, From the process operation data, we derive the third quartile representing the distribution characteristics for each data item, set new operating conditions to save energy, and process it according to new operating condition through process simulation composed of mathematical model A method of supporting the operation of the sewage treatment plant for energy saving by using standardized process operation data and process simulation that can confirm the occurrence of disturbance of the effluent by operation and obtain the optimum energy saving effect within the range of allowable effluent quality and ≪ / RTI >
하수처리장의 에너지 소비량에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 생물학적 반응조의 폭기량으로, 전체 에너지 소비량의 50 % 이상을 차지하는 경우도 빈번하게 보고되고 있다. 생물반응조 내의 폭기유량은 유입수에 포함된 유기물을 산화하고 암모니아성질소를 질산성질소로 산화시키기 위하여 부족하지 않게 공급되도록 운전되고 있으므로, 유입수에 포함된 유기물 및 총질소 농도와 유량에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서 하수처리장의 폭기량이 부족하다면 안정적인 유출수질을 보장할 수 없으므로, 항상 넉넉하게 공급되어야 하는 것으로 인식되어 왔으며, 동시에 하수처리장의 에너지 과소비의 주된 원인인자로 지적받아 왔다. The most important factor affecting the energy consumption of the sewage treatment plant is aeration of the biological reactor, which is frequently reported to account for more than 50% of the total energy consumption. The aeration flow rate in the bioreactor is greatly influenced by the organic matter and the total nitrogen concentration and the flow rate in the influent water since it is operated so that the aeration amount of the organic matter contained in the influent water is oxidized and the ammonia nitrogen is supplied to the nitrate source. . Therefore, if the aeration capacity of the wastewater treatment plant is insufficient, it can not be guaranteed stable water quality. Therefore, it has been recognized that it should always be supplied in sufficient quantity, and at the same time, it has been pointed out as a main cause of the energy consumption of the sewage treatment plant.
그 외의 주요 인자로는 펌프 가동량이 있으며, 이는 일반적으로 기상조건과 해당 처리구역의 특성으로 인하여 결정되는 유입유량에 크게 영향을 받는다. 일반적으로 유입유량에 일정한 비율을 곱한 크기의 유량으로 2차 침전조에서의 농축된 슬러지를 생물반응조로 회송시키고 같은 방법에 의해 생물반응조 내 호기조에서 무산소조로의 질산염회송유량이 결정되는 바, 시시각각으로 변하는 유입유량과 이에 따라 변동하는 펌프 가동량은 하수처리시설 에너지 소비량에 큰 영향을 준다고 볼 수 있다. Another major factor is the amount of pump operation, which is largely influenced by the influent flow, which is generally determined by the weather conditions and the characteristics of the treatment area. In general, the concentrated sludge in the secondary settler is returned to the bioreactor at a flow rate multiplied by a certain ratio to the influent flow rate, and the flow rate of the nitrate return from the anaerobic tank to the anoxic tank in the bioreactor is determined by the same method. The influent flow rate and the fluctuating amount of pump operation have a great influence on the energy consumption of the sewage treatment plant.
에너지 절감에 관한 사회적 관심이 높아짐에 따라, 하수처리장 내 소화조의 적정한 운영을 통해 얻어지는 소화가스를 에너지원으로 활용하여 하수처리장 내에서 소비되는 에너지를 최대한 절감하고자 하는 사례가 보고되고 있다. 더불어, 하수처리장의 폭기조 상부에 태양전지 시스템을 구축하여 태양열을 이용하거나, 하수처리장의 유출수 방류구에서 일정 높이의 낙차가 발생할 경우 적용 가능한 소수력 발전을 활용하는 등 신재생에너지를 하수처리장에 적용하는 사례 또한 활발하게 보고되고 있다. As the social interest in energy conservation has increased, there have been reported cases in which the energy consumed in the sewage treatment plant is reduced to the utmost by utilizing the digestion gas obtained from the proper operation of the digester in the sewage treatment plant as an energy source. In addition, the application of new and renewable energy to the sewage treatment plant, such as the use of solar power by building a solar cell system on the aeration tank of the sewage treatment plant, or the application of small hydroelectric power when a drop of a certain height occurs in the effluent outlet of the sewage treatment plant It has also been reported actively.
하수처리장 에너지를 절감하기 위한 공정개선의 방안 또한 활발히 보고되고 있는데, 암모니아성 질소의 질산성 질소로의 전환 단계를 축소하여 일반 질소제거 활성슬러지 공정보다 소요 폭기량이 적은 ANAMMOX 공정이나 유기물의 분해과정에서 생성되는 전자를 전극을 통하여 이동시켜 전기를 생산할 수 있는 연료전지의 개념을 도입하는 등 획기적인 공정개선 방안이 다수 도출된 바 있다.In order to reduce the energy consumption of wastewater treatment plant, it is actively reported that the process of conversion of ammonia nitrogen into nitrate nitrogen is reduced, so that the process of anaerobic digestion And the concept of a fuel cell capable of generating electricity by moving electrons generated in the electrode through the electrode has been introduced.
그러나 이러한 방안들은 현재 설치되어 운영되고 있는 활성슬러지공법 기반의 하수처리장에서의 운전 최적화를 통한 에너지 절감 가능성을 고려하지 않은 것이다. 신재생에너지의 적용이나 공정개선 등은 에너지 절감 효과를 얻어내기까지 초기투자비를 회수하여야 하는 적용상의 단점이 있다. 따라서 추가적인 설비의 시공이나 공정 개선사업을 동반하지 않고 에너지를 최대한 절감할 수 있는 방안을 도모하여야 한다. However, these schemes do not take into account the possibility of energy savings through optimization of the operation in the sewage treatment plant based on activated sludge process currently installed and operated. Application of new and renewable energy and improvement of process have disadvantages such as recovering initial investment cost until energy saving effect is obtained. Therefore, measures should be taken to maximize energy savings without additional facilities or process improvement projects.
지금까지 하수처리공정은 유출수 수질 규제치를 준수하는 유출수질 생산에만 주력하여 왔다. 모든 운전조건은 안정한 수준의 유출수질을 생산하기 위한 목적으로만 설정되어 운영되어 왔으므로, 에너지 절감을 목적으로 운전조건을 수정하는 것은 그로 인해 발생하는 유출수질의 교란 정도를 파악할 수 없어 적용에 한계가 있었다.Until now, the sewage treatment process has focused only on the production of effluent water in compliance with the effluent water quality regulations. Since all operating conditions have been set and operated solely for the purpose of producing a stable level of effluent quality, modifying the operating conditions for energy conservation can not identify the degree of disturbance of the effluent water resulting therefrom, .
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하수처리장에서 에너지를 절감하기 위해 현재의 에너지 소비 상황을 감지 및 판단하고 에너지 소비를 줄이기 위한 운전방안을 제공하기 위해 현재 당면한 운전변수의 표준화값을 사용하여 어떤 운전변수를 먼저 조정해야 하는지를 표준화값의 크기를 기준으로 결정하고, 운전변수의 조절로 인해 유출수질의 교란이 있을 것인지를 수학적인 모델을 사용하여 확인한 후 운전자에게 적절한 운전방안을 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a driving method for detecting energy consumption of a sewage treatment plant, , Which determines which operating variables should be adjusted first based on the size of the standardized values and confirms whether there will be disturbance of the runoff quality due to the adjustment of the operating variables using a mathematical model, The purpose is to do.
본 발명에 따른 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템은, 하수처리장으로 유입되는 하수의 유입유량과 유입수질을 대변하는 수질항목 · 수온 · 하수처리시설의 주요 운전변수들의 매일의 평균값 · 유출수질항목, 그리고 각 항목들의 표준화된 값과 자료를 표준화하기 위해 필요한 각 항목의 표준화 기준값과, 에너지 소비 상태를 감지하기 위한 각 항목의 에너지 소비값을 저장하는 데이터 저장부; 데이터 저장부로 각 항목별로 매일 발생하는 값을 전송하는 데이터 입력부; 상기 표준화 기준값을 업로드한 갱신된 표준화 기준값의 제 3사분위수를 비교값으로 만들어내는 기준생성부; 저장된 에너지 소비값을 활용하여 에너지 소비 상태를 감지하는 에너지 소비조건 감지부; 에너지 소비 상태가 높을 경우 에너지 소비에 영향을 주는 공정 운전변수나 유입수 항목을 사전에 정해진 규칙에 의하여 원인을 탐색하는 원인탐색부; 탐색된 원인에 따라 운전변수를 조절함에 있어 표준화된 점수가 소정값 이상인 변수를 선택하여 조절량을 설정하는 대안생성부; 선택된 대안에 따라 공정을 운영하였을 경우 하수처리성능에 미치는 영향을 모사하는 공정모사부; 공정모사 결과를 해석하여 목표수질을 만족하는 범위에서 에너지를 절감할 수 있는 대안을 결정하는 대안결정부; 대안을 운전자에게 전달하는 정보표시부;를 포함하여서 됨을 특징으로 한 것이다.The operation support system for the energy saving sewage treatment plant using the standardized process operation data and the process simulation according to the present invention is a system for operating the main operation of the water quality item, water temperature, sewage treatment facility representing the influent flow rate and inflow water quality of the sewage introduced into the sewage treatment plant A data storage unit for storing the daily average value of the variables, the outflow water quality item, the standardized value of each item, the standardization reference value of each item necessary for standardizing the data, and the energy consumption value of each item for sensing the energy consumption status ; A data input unit for transmitting a value generated daily for each item to a data storage unit; A reference generator for generating a third value of the updated standardization reference value by uploading the standardization reference value as a comparison value; An energy consumption condition sensing unit for sensing an energy consumption state using the stored energy consumption value; A cause search unit for searching the cause of the process operation variable or influent item affecting the energy consumption when the energy consumption state is high, by a predetermined rule; An alternative generating unit for setting a control amount by selecting a variable whose standardized score is equal to or larger than a predetermined value in adjusting an operation variable according to the discovered cause; A process simulator that simulates the effects on the sewage treatment performance when the process is operated according to the selected alternative; An alternative decision unit for interpreting the process simulation results and determining an alternative to reduce energy within a range satisfying the target water quality; And an information display unit for transmitting an alternative to the driver.
그리고, 상기 데이터 입력부는 하수처리장의 유입유량과 수온, 그리고 생물학적 산소요구량(Biological Oxygen Demand, BOD), 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD), 부유물질(Suspended Solid, SS), 총질소(Total Nitrogen, T-N), 총인(Total Phosphorus, T-P)과 같은 유입수의 성분농도 및 유출수의 성분농도, 그리고 공정의 처리성능에 영향을 미치며 에너지 소비량과도 연관이 있는 생물학적 처리공정 내의 폭기량 및 호기조 내 용존산소(Dissolved Oxygen, DO), 슬러지반송유량, 질산염 회송유량, 1차 슬러지유량, 폐슬러지유량의 데이터를 운전자로부터 입력받거나 혹은 자동운전시스템으로부터 전달받아 데이터 저장부에 입력하는 것을 특징으로 한다. In addition, the data input unit may include an inlet flow rate and a water temperature of a sewage treatment plant, a biological oxygen demand (BOD), a chemical oxygen demand (COD), a suspended solid (SS) The concentration of the influent and the effluent concentration of the effluent such as Nitrogen, TN and Total Phosphorus (TP) affect the processing performance of the process, and the aeration amount in the biological treatment process, which is also related to the energy consumption, The data of oxygen (Dissolved Oxygen), sludge transport flow rate, nitrate return flow rate, primary sludge flow rate and waste sludge flow rate are received from the driver or inputted from the automatic operation system and input to the data storage section.
한편, 상기 데이터 저장부는 표준화 기준값을 업로드하여 누적되는 데이터셋을 기준생성부에 전달하고 상기 데이터표준화를 위한 기준값들과 에너지 과소비 상태를 감지하기 위한 비교값들을 갱신하며, 해당 기준값 및 비교값들을 활용하여 각 항목을 표준화하는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the data storage unit may upload the standardization reference value, transfer the accumulated data set to the reference generation unit, update the comparison values for sensing the reference values for data standardization and the energy over consumption status, and use the reference value and the comparison values Thereby standardizing each item.
상기 표준화 식은, 로 하되, 상기 는 각 항목의 당면한 날의 측정값이고, 는 각 항목의 당면한 날이 포함된 누적자료들의 평균이며, 는 각 항목의 당면한 날이 포함된 누적자료들의 표준편차로 됨을 특징으로 한 것이다.The above- , Is the measured value of the current day of each item, Is the average of cumulative data, including the day immediately preceding each item, Is the standard deviation of the cumulative data including the current day of each item.
한편, 상기 기준생성부는 데이터 저장부에 저장된 각 항목자료의 업로드 및 그 평균과 표준편차의 계산과, 에너지소비량 및 에너지소비량에 영향을 주는 유입유량과 각종 운전변수들에 대한 표준화 기준값의 제 3 사분위수를 결정하여 각각 에너지과소비 상태를 진단하기 위한 비교값과 에너지절감을 위한 조절변수의 선정을 위한 기준값으로 설정하는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the reference generator may calculate the average and standard deviation of each item data stored in the data storage unit, calculate the average and standard deviation of the item data stored in the data storage unit, calculate the influent flow rate affecting energy consumption and energy consumption, And the reference value for selecting the control variable for energy saving is set as the comparison value for diagnosing the energy over consumption condition.
한편, 상기 에너지 소비조건 감지부는 일정 주기마다 데이터 저장부로부터 해당 주기에 기록된 에너지 소비량을 호출하여 평균을 계산하고, 계산된 평균값이 상기 에너지과소비 상태를 진단하기 위한 비교값과 대비하여 비교값보다 클 경우 에너지 과소비상태에 있다고 진단하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the energy consumption condition sensing unit may calculate an average by calling the energy consumption recorded in the corresponding period from the data storage unit at regular intervals, and compare the calculated average value with a comparison value for diagnosing the energy over consumption condition. And diagnoses that it is in a state of excessive energy consumption.
한편, 상기 원인탐색부는 일정 주기마다 데이터 저장부로부터 에너지 소비에 영향을 주는 공정 운전변수 및 유입수 유량과 수질 자료가 표준화되어 저장된 값들을 호출하여 평균을 계산하여 계산된 평균값을 바탕으로, 표준화 점수의 제 3 사분위수 이상의 표준화값을 가지는 변수를 가장 유력한 원인으로 판단하는 데 있어 조절이 불가능한 유입유량을 제외하고 폭기량, 반송슬러지유량, 질산염회송유량, 폐슬러지유량들 중 두 가지의 운전변수를 우선순위에 따라 선택하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the cause search unit searches for the process operation parameters influencing energy consumption from the data storage unit at predetermined intervals, influent water flow rate, and standardized values of water quality data, In order to judge the variables having the standardized value above the third quartile as the most likely cause, two operating variables, aeration rate, return sludge flow rate, nitrate return flow rate and waste sludge flow rate, And the selection is made according to the rank.
한편, 상기 대안생성부는 원인탐색부에서 선택된 변수가 현재 운전되고 있는 값에서 일정비율로 하향조정 하되, 원인탐색부에서 복수의 변수가 탐색된 경우 폭기량, 질산염회송슬러지유량, 반송슬러지유량, 폐슬러지유량의 순으로 우선순위를 부여하여 최대 두 개의 변수씩 동시에 하향조정하는 대안을 생성하는 것을 특징으로 한다. In the case where a plurality of parameters are searched in the cause search unit, the alternative generation unit adjusts the selected parameters in the cause search unit to a certain ratio from the currently operated value, The sludge flow rate, and the sludge flow rate.
한편, 상기 공정모사부는 활성슬러지모델(Activated Sludge Models)이라고 불리는 활성슬러지 공정의 유출수를 생성해 내기 위한 미분방정식의 집합으로 이루어진 모델을 사용하여, 당면한 날로부터 과거 유입수 유량과 유입수질의 각각의 평균값을 유입조건으로 사용하고, 상기 대안생성부에서 마련된 공정 운전변수의 조절된 값들을 활용하여 유출수 수질을 계산하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the process simulator uses a model composed of a set of differential equations to generate effluents of an activated sludge process called Activated Sludge Models, and calculates a mean value of past inflow water flow rate and inflow water quality from the present day Is used as an influent condition, and the effluent water quality is calculated by using the adjusted values of the process operation variables provided in the alternative generation unit.
한편, 상기 대안결정부는 상기 공정모사부에서 예측한 유출수질과 해당 하수처리시설에서 설정되어 운전되는 목표수질을 비교하여 목표수질보다 예측된 수질의 값이 높은 항목이 하나라도 존재하는 경우 대안에서 제외하며, 여러 가지의 대안이 목표수질을 만족시킬 경우 공정 운전변수의 변화폭이 가장 큰 대안을 제외하고 선택된 대안을 정보표시부로 전달하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the alternative decision unit compares the effluent water quality predicted by the process simulator and the target water quality set in the sewage treatment facility, and if there is at least one item having a higher predicted water quality value than the target water quality, it is excluded from the alternative And if the various alternatives meet the target water quality, the alternative is transmitted to the information display unit except for the alternative where the variation of the process operation variable is the largest.
한편, 상기 정보표시부는 상기 대안결정부로부터 전달받은 대안들을 사용자에게 전달하는 것을 그 기능으로 하며, 전달의 수단은 운영시스템에서의 알람 메시지나 핸드폰의 SMS 기능을 활용 가능함을 특징으로 한 것이다.Meanwhile, the information display unit has a function of delivering the alternatives received from the alternative determination unit to the user, and the means of delivery can utilize an alarm message in an operating system or an SMS function of a mobile phone.
그리고 본 발명에 따른 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법은, 하수처리장으로부터 유입유량과 유입성분농도 및 공정운영의 데이터를 입력받는 데이터 입력 단계(S110)와; 상기 입력된 데이터 항목별로 평균과 표준편차를 표준화 기준값으로 업로드하고, 에너지 소비 상태를 감지하기 위한 각 항목의 에너지 소비값과 매일 발생하는 상기 표준화 기준값을 업로드하는 기준치 재계산 단계(S120)와; 상기 각 항목의 갱신된 표준화 기준값을 표준화자료(제 3사분위수)의 비교값으로 만들어내는 표준화자료 생성 단계(S130)와; 일정 주기간의 에너지 소비량 자료를 호출하여 계산된 평균값과 상기 표준화 자료의 비교값의 크기를 판단하는 에너지 소비조건 감지 단계(S140)와; 에너지 소비량에 영향을 미치는 공정운전변수들의 일정 주기간의 표준화값을 호출하여 평균을 계산하여 가장 높은 표준화값을 가지는 두 가지 변수를 우선순위에 따라 선택하는 원인 탐색 단계(S150)와; 상기 원인 탐색 단계(S150)에서 선택된 변수의 현재 운전값 또는 일정주기간의 평균값에서 일정비율로 하향조정하여 여러 가지의 대안을 설정하는 대안 선택 단계(S160)와; 상기 선택된 대안을 수학적 미분방정식의 집합으로 이루어진 공정모델에 적용하여 상기 선택 대안에 대한 공정 유출수질을 가상으로 모의하는 공정 모사 단계(S170)와; 상기 공정 모사 단계를 통해 해당 하수처리장의 목표수질을 넘지 않는 조건을 만족하는 대안들 중에서, 가장 큰 변화량을 포함하는 대안을 제외하고 사용자에게 제공할 대안을 결정하는 대안 결정 단계(S180)를; 포함하는 것을 특징으로 한 것이다.The method for supporting the operation of the sewage treatment plant for energy saving using the standardized process operation data and the process simulation according to the present invention includes a data input step (S110) for inputting the inflow flow rate, the concentration of influent component and the operation data from the sewage treatment plant; A reference value recalculating step (S120) of uploading an average and a standard deviation for each of the input data items as a standardization reference value, and uploading an energy consumption value of each item for detecting the energy consumption state and the standardization reference value that occurs every day; A standardization data generation step (S130) of generating an updated standardization reference value of each item as a comparison value of the standardization data (third quartile); An energy consumption condition sensing step (S140) of determining a size of a comparison value between the average value calculated by calling energy consumption amount data during a predetermined period and the standardized data; A step S150 of searching for a normalized value during a certain period of the process operation variables influencing the energy consumption and calculating an average to select two variables having the highest standardized value according to the priority; An alternative selection step (S160) of setting various alternatives by adjusting the current operation value of the selected variable in the cause search step (S150) or an average value between predetermined periods to a certain ratio; A step S170 of applying the selected alternative to a process model made up of a set of mathematical differential equations to virtually simulate the process effluent quality for the selected alternative; An alternative determination step (S180) of determining an alternative to be provided to the user except an alternative including the largest change amount among the alternatives satisfying the condition not exceeding the target water quality of the sewage treatment plant through the process simulation step; And the like.
상기 대안 선택 단계는 일정 기간 동안 누적된 공정 유입수 관련 항목과 유출수질항목, 그리고 운전변수 항목을 사용하여 공정모델의 매개변수를 갱신하는 매개변수 조절 단계(S161)가 포함될 수 있다.The alternative selection step may include a parameter adjustment step (S161) of updating the parameters of the process model using the process influent water related items, the runoff water quality items, and the driving variable items accumulated for a predetermined period.
본 발명에 의한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법 및 그 시스템에 의해 하수처리장으로부터 확보된 운전변수들을 조절하면서 유출수의 교란이 없는 에너지 절감방안을 제안함으로서 안정적인 유출수질을 확보함과 동시에 에너지를 절감할 수 있는 대안을 도모할 수 있으며, 더불어 에너지 절감에 가장 큰 영향을 미치는 변수 순으로 우선순위를 주어 운전변수의 조절을 도모하고, 목표수질을 만족시킬 수 있는 대안이라고 할지라도 조절폭이 가장 큰 대안은 제외하고 운전자에게 제시하는 행위를 통하여 공정에 가해지는 큰 교란을 피하는 장점 및 효과를 가진다. By using the standardized process operation data and process simulation according to the present invention, it is possible to provide a method for supporting the operation of the sewage treatment plant for energy saving, and by energy saving method without disturbance of the effluent while adjusting operating variables secured from the sewage treatment plant, It is possible to secure an alternative to water quality and to save energy. In addition, priority is given to the variables that have the greatest effect on energy saving to control the operating variables, The alternative has the advantage and effect of avoiding major disturbances to the process through the act of presenting it to the driver, except for the alternative with the greatest adjustment.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 데이터 준비부를 나타낸 구성도이다.
도 2b는 본 발명의 공정모사부를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법을 각 단계별로 나타낸 블록도이다.
도 4a 내지 도 4g는 발명의 일 실시예에 따른 에너지 과소비 상태의 감지에 관한 실시예도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조절변수 선정을 위한 표준화 자료 생성 단계와 제 3사분위수 계산 단계 및 원인 탐색 단계를 나타낸 예시도이다.1 is a block diagram illustrating a system for supporting an operation of a sewage treatment plant for energy saving using standardized process operation data and process simulation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a configuration diagram showing a data preparation unit of the present invention. FIG.
2B is a block diagram showing a process simulation unit of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a method of supporting operation of a sewage treatment plant for energy saving using standardized process operation data and process simulation according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A through 4G are views illustrating an embodiment of sensing an energy over-consumption state according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of generating a standardization data, a third quartile, and a cause discovery step for selecting a control variable according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to constituent elements of each drawing, it should be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템을 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a system for supporting an operation of a sewage treatment plant for energy saving using standardized process operation data and process simulation according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템(가)는 데이터 준비부(100), 에너지 소비조건 감지부(200), 원인탐색부(300), 대안생성부(400), 공정모사부(500), 대안결정부(600) 및 정보표시부(700)를 포함한다.1, an energy saving sewage treatment plant operation support system (A) using standardized process operation data and process simulation includes a
상기 데이터 준비부(100)는 매일의 하수처리장의 유입유량과 유입성분농도 및 유출성분농도, 운전변수 설정값의 데이터를 수집하고 각 항목의 표준화를 수행하여 표준화자료를 마련하여 보유하며, 표준화를 하기 위한 기준이 되는 평균과 표준편차를 계산하고, 에너지 소비수준 감지와 대안으로서의 조절되어야 할 운전변수의 선택에 기준이 되는 제 3 사분위수를 계산하여 보유하는 역할을 한다. The
도 2a를 참조하면, 데이터 준비부(100)는 데이터 입력부(110), 데이터 저장부(120) 및 기준생성부(130)를 포함한다. 즉, 상기 데이터 입력부(110)는 하수처리장에서 1일 1회 측정하고 있는 유입유량과 유입성분농도(BOD5, CODMn, SS, T-N, T-P), 유출성분농도(BOD5, CODMn, SS, T-N, T-P), 공정운전변수 값(폭기량, 반송슬러지유량, 질산염회송슬러지량, 폐슬러지량)을 수집하게 된다. 상기 데이터 저장부(120)에서는 데이터 입력부(110)로부터 전달받은 각 항목의 자료들을 누적하여 저장하며, 기준생성부(130)에서는 데이터 저장부(120)에 새로이 입력된 값과 기존에 저장되어 누적된 값을 호출하여 각 항목별로 표준화를 위한 평균값과 표준편차 값을 매일 계산하여 다시 데이터 저장부(120)에 전달하며, 데이터 저장부(120)에서는 상기 평균값과 표준편차 값을 활용하여 각 항목별로 표준화자료를 생성하여 보유한다. 또한 기준생성부(130)에서는 데이터 저장부(120)에 저장된 에너지 소비량과 표준화과정을 통하여 생성되는 각 항목의 표준화값을 대상으로 제 3사분위수를 계산하여 데이터 저장부(130)로 전달하는 역할을 수행한다. 각 항목의 표준화과정은 아래 식 1을 따른다.Referring to FIG. 2A, the
<식 1><
여기서, 는 각 항목의 당면한 날의 측정값이며, 는 각 항목의 당면한 날이 포함되어 누적된 자료들의 평균이고, 는 각 항목의 당면한 날이 포함되어 누적된 자료들의 표준편차이다.here, Is the measured value of the current day of each item, Is the average of the cumulative data including the current day of each item, Is the standard deviation of the cumulative data, including the current day of each item.
한편, 상기 기준생성부(130)는 데이터 저장부(120)에 저장된 각 항목의 평균과 표준편차이다.Meanwhile, the
상기 에너지 소비 조건감지부(200)는 사전에 설정되어 존재하는 일정한 주기를 가지고 데이터 저장부(120)로부터 직전의 주기 동안 발생한 에너지 소비량을 호출하여 평균을 계산하고, 계산된 평균값이 상기 에너지과소비 상태를 진단하기 위한 비교값과 대비하여 비교값보다 클 경우 에너지 과소비 상태에 있다고 감지하게 된다. 상세히 설명하자면, 매 월요일마다 데이터 저장부(120)로부터 지난 일주일간의 에너지 소비량을 호출하여 평균을 계산하고, 계산된 값을 바탕으로 에너지 과소비 상태를 진단하는 것이 바람직하다. 이 때 판단의 기준이 되는 비교값이라 함은 에너지소비량 누적 자료로부터 도출된 제 3사분위수로서, 상기 기준생성부(130)에서 매일 다시 계산되어 데이터 저장부(120)로 전달되어 저장되는 것을 활용한다. The energy consumption
한편, 상기 원인탐색부(300)는 일정한 주기를 가지고 데이터 저장부(120)로부터 직전 주기에 발생한 에너지 소비에 영향을 주는 공정 운전변수 및 유입수 유량과 수질 자료가 표준화되어 저장된 값들을 호출하여 평균을 계산하고, 계산된 평균값을 바탕으로 표준화 점수의 제 3 사분위수 이상의 값을 가지는 변수를 가장 유력한 원인으로 판단하게 되는데, 조절이 불가능한 유입유량을 제외하고 폭기량, 반송슬러지유량, 질산염회송유량, 폐슬러지유량들 중 두 가지의 운전변수를 우선순위에 따라 선택하는 것이다. 이 때 우선순위란 에너지 소비량에 큰 영향을 미치는 변수의 순서대로 부여한 순위로서, 폭기량, 질산염회송슬러지유량, 반송슬러지유량, 폐슬러지유량의 순으로 설정되는 것이 바람직하다. Meanwhile, the
한편, 상기 대안생성부(400)는 원인탐색부(300)에서 선택된 변수가 현재 운전되고 있는 값에서 5% 하향조정하는 방법을 사용하여 대안을 생성한다. 보다 상세히 설명하자면, 상기 원인탐색부(300)에서 선택된 두 가지의 운전변수를 동시에 5% 하향조정하여 대안을 생성하는 것을 특징으로 한다. Meanwhile, the
한편, 상기 공정모사부(500)는 세계물협회(International Water Association, IWA)가 개발하여 세계적으로 적용되고 있는 활성슬러지모델(Activated Sludge Models)이라고 불리는 활성슬러지 공정의 유출수를 생성해 내기 위한 미분방정식의 집합으로 이루어진 모델을 사용하여, 당면한 날로부터 일주일 전부터 기록된 7개의 과거 유입수 유량과 유입수질의 각각의 평균값을 유입조건으로 사용하고, 상기 대안생성부(400)에서 마련된 공정 운전변수의 조절된 값들을 활용하여 유출수 수질을 계산하는 것을 특징으로 하며, 이 때 사용되는 수학적 모델은 해당 하수처리장의 설계사양과 최소한 1년 이상의 운영자료를 활용하여 해당 하수처리장의 처리성능을 유사하게 모사할 수 있도록 모델의 매개변수를 조정해놓은 것을 활용하는 것을 특징으로 한다. The
이를 좀 더 상세히 설명하기 위해, 도 2b를 참조하면, 공정모사부(500)는 공정모델부(510)와 모델매개변수저장부(520)로 구성되어 공정모델부(510)는 수학적인 모델로 구성된 일련의 미분방정식의 집합으로 구성되고 모델매개변수저장부(520)는 주기적으로 데이터 저장부(120)로부터 하수처리장의 유입수 유량과 유입수질항목들, 유출수질항목들, 운전변수값들을 호출하여 모델의 매개변수를 조절하여 보유하는 것을 특징으로 한다. 매개변수 조절의 적당한 주기는 1년이 바람직하다.Referring to FIG. 2B, the
한편, 상기 대안결정부(600)는 상기 대안생성부(400)에서 마련된 대안을 활용하여 공정모사부(500)에서 예측한 유출수질을 검토하여 해당 하수처리시설에서 설정되어 운전되는 목표수질에 비교하여 목표수질보다 예측된 수질의 값이 높은 항목이 하나라도 존재하는 경우 대안에서 제외하며, 여러 가지의 대안이 목표수질을 만족시킬 경우 공정 운전변수의 변화폭이 가장 큰 대안을 제외하고 선택된 대안을 정보표시부로 전달하는 것을 특징으로 한다.The
한편, 상기 정보표시부(700)는 상기 대안결정부(600)로부터 전달받은 대안들을 사용자에게 전달하는 것을 그 기능으로 하며, 전달의 수단은 운영시스템에서의 알람 메시지나 핸드폰의 SMS 기능을 활용할 수도 있다.Meanwhile, the
따라서 본 발명에서는 대상 하수처리장을 운영하는 데 사용되었던 운전변수들의 누적된 자료의 평균과 표준편차를 활용하여 표준화함으로서 현재의 운전변수값이 가지는 위치를 표현하고, 높은 수준으로 운전되는 변수를 선택하여 에너지 소비량 절감을 위해 조절하는 방안을 검토함에 있어 수학적 공정모델을 활용하여 유출수질에 미치는 영향을 동시에 고려하여 공정의 에너지 소비량 감소와 유출수질의 안정성을 함께 도모할 수 있는 하수처리장 에너지절감방안을 제안하게 되는 것이다.Therefore, in the present invention, by standardizing the average and standard deviation of the accumulated operating data used for operating the target sewage treatment plant, the position of the current operating variable is represented, and the variable operated at a high level is selected In considering the measures to reduce energy consumption, a mathematical process model is used to simultaneously estimate the energy consumption of the process and the stability of the effluent water quality by simultaneously taking into consideration the effect on the effluent quality. It will be done.
다음으로 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법을 설명하면 다음과 같다. Next, referring to FIG. 3, a description will be made of a method of operating a sewage treatment plant for energy saving using standardized process operation data and process simulation according to the present invention.
본 발명에 따른 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원방법은, 데이터 입력 단계(S110)와, 기준치 재계산 단계(S120)와, 표준화자료 생성 단계(S130)와, 에너지 소비조건 감지 단계(S140)와, 원인 탐색 단계(S150)와, 대안 선택 단계(S160)와, 공정 모사 단계(S170)와, 대안 결정 단계(S180)를 포함하고 있다.The method for supporting operation of an energy saving sewage treatment plant using standardized process operation data and process simulation according to the present invention includes a data input step S110, a reference value recalculation step S120, a standardization data generation step S130, An energy consumption condition sensing step S140, a cause search step S150, an alternative selection step S160, a process simulation step S170, and an alternative decision step S180.
먼저 본 발명의 데이터 입력 단계(S110)는 하수처리장으로부터 유입유량과 유입성분농도 및 공정운영의 데이터 즉, 하수처리장에서 1일 1회 측정하고 있는 유입유량과 유입성분농도(BOD5, CODMn, SS, T-N, T-P), 유출성분농도(BOD5, CODMn, SS, T-N, T-P), 공정운전변수 값(폭기량, 반송슬러지유량, 질산염회송슬러지량, 폐슬러지량)을 수집하는 단계에 해당한다.First, the data input step (S110) of the present invention comprises inputting flow rate, inflow concentration and process operation data from a sewage treatment plant, that is, inflow flow rate and inflow component concentration (BOD5, CODMn, SS, TN, TP), the concentration of outflow components (BOD5, CODMn, SS, TN, TP), and the process operation variable values (aeration rate, transport sludge flow rate, nitrate return sludge amount and waste sludge amount).
그리고 기준치 재계산 단계(S120)는 상기 입력된 데이터 항목별로 평균과 표준편차를 표준화 기준값으로 업로드하고, 에너지 소비 상태를 감지하기 위한 각 항목의 에너지 소비값과 매일 발생하는 상기 표준화 기준값을 업로드 하는 역할을 수행하게 된다. In addition, the reference value recalculating step (S120) uploads the average and the standard deviation for each of the input data items to the standardization reference value, uploads the energy consumption value of each item for detecting the energy consumption state, and the standardization reference value generated every day .
상기 표준화자료 생성 단계(S130)는 각 항목별로 갱신된 표준화 기준값을 표준화자료(제 3사분위수)의 비교값으로 만들어내어 표준화된 각 항목의 자료들과 에너지소비량 자료를 바탕으로 각 자료항목들에 대한 그 분포특성을 나타내는 제 3 사분위수를 도출하는 역할을 수행한다. The standardization data generation step (S130) generates the standardization standard value updated for each item as a comparison value of the standardization data (the third quartile), and based on the standardized data of each item and the energy consumption data, And a third quartile representing the distribution characteristics of the third quartile.
에너지 소비조건 감지 단계(S140)는 일정 주기간의 에너지 소비량 자료를 호출하여 계산된 평균값과 상기 표준화 자료의 비교값의 크기를 판단하는 단계로서, 상기 에너지 소비량 자료를 호출하여 계산된 평균값이 전술한 제 3사분위수보다 큰지 작은지를 비교하여 클 경우에는 후술하는 원인 탐색 단계(S150)를 진행하게 되고, 작은 경우에는 전술한 데이터 입력 단계(S110)로 피드백 시켜 공정운전변수 값(폭기량, 반송슬러지유량, 질산염회송슬러지량, 폐슬러지량)을 조절시키는 역할을 수행하게 되는 것이다.The energy consumption condition sensing step S140 is a step of determining a magnitude of a comparison value between the average value calculated by invoking the energy consumption amount data during a predetermined period and the standardization data and the average value calculated by calling the energy consumption amount data If it is larger or smaller than the third quartile, the process proceeds to a cause search step (S150), which will be described later. If it is small, the process is fed back to the data input step (S110) , Amount of nitrate return sludge, amount of waste sludge).
다음으로 원인 탐색 단계(S150)는 에너지 소비량에 영향을 미치는 공정운전변수들의 일정 주기간의 표준화값을 호출하여 평균을 계산하여 가장 높은 표준화값을 가지는 두 가지 변수를 우선순위에 따라 상대적으로 적은 에너지를 소비하는 공정운전변수의 적용이 가능하게 되는 것이다.Next, in the cause search step (S150), the average value is calculated by calling a normalization value between predetermined periods of the process operation variables that affect the energy consumption, so that the two variables having the highest standardization value are relatively less energy It is possible to apply the process operation variable consumed.
본 발명의 대안 선택 단계(S160)는 상기 원인 탐색 단계(S150)에서 선택된 변수의 현재 운전값 또는 일정주기간의 평균값에서 5%씩 하향조정하여 최대 20%까지의 변화량 안에서 여러 가지의 대안을 선택 가능하게 하여, 에너지 절감 효율을 더 욱 더 증대시킬 수 있게 되는 것이다. 한편, 대안 선택 단계(S160)는 일정 기간 동안 누적된 공정 유입수 관련 항목과 유출수질항목, 및 운전변수 항목을 사용하여 공정모델의 매개변수를 갱신하는 매개변수 조절 단계(S161)를 더 포함하여 본 발명의 대안에 대한 선택범위를 더욱 더 확장할 수 있음은 물론이다. In the alternative selection step S160 of the present invention, various alternatives can be selected within a variation amount of up to 20% by adjusting the current operation value selected in the cause search step (S150) or the average value between predetermined periods by 5% , Thereby further increasing the energy saving efficiency. The alternative selection step S160 further includes a parameter adjustment step (S161) of updating the parameters of the process model using the process influent water related items accumulated in a predetermined period, the outflow water quality items, and the driving parameter items It goes without saying that the selection range for the alternative of the invention can be further extended.
본 발명의 공정 모사 단계(S170)는 상기 선택된 대안을 수학적 미분방정식의 집합으로 이루어진 공정모델에 적용하여 상기 선택 대안에 대한 공정 유출수질을 사전에 가상으로 체크하여, 에너지 절감과 유출수의 수질악화를 방지 할 수 있게 되는 것이다.The process simulation step S170 of the present invention applies the selected alternative to a process model made up of a set of mathematical differential equations to previously check the process runoff water quality for the selected alternative to reduce energy and deteriorate the water quality of the runoff .
본 발명의 대안 결정 단계(S180)는 상기 공정 모사 단계를 통해 해당 하수처리장의 목표수질을 넘지 않는 조건을 만족하는 대안들 중에서, 가장 큰 변화량을 포함하는 대안을 제외하고 사용자에게 최적 상태의 공정운전변수 값(폭기량, 반송슬러지유량, 질산염회송슬러지량, 폐슬러지량)을 제공할 수 있게 되는 것이다.In the alternative decision step S180 of the present invention, among the alternatives satisfying the conditions not exceeding the target water quality of the sewage treatment plant through the process simulation step, It is possible to provide variable values (aeration rate, transport sludge flow rate, nitrate return sludge amount, waste sludge amount).
이하, 실시예를 기준으로 본 발명에서 언급하는 하수처리장의 유입유량과 유입성분농도의 예측방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, the method for predicting the influent flow rate and the influent component concentration in the sewage treatment plant referred to in the present invention will be described with reference to the embodiments.
먼저, 대상 하수처리장의 처리장 용량이 약 500,000m3/day인 하수처리장을 표준화 자료와 공정모사를 활용한 하수처리장 에너지절감방안 제안을 위한 대상 하수처리장으로 선정하였다. First, a sewage treatment plant with a treatment capacity of about 500,000 m3 / day was selected as a target sewage treatment plant for proposing energy saving measures using sewage treatment plant and standardization data.
대상 하수처리장에서 2014년 동안 실제 측정된 유입수 유량과 유입수질 데이터들(유량, BOD5, CODMn, SS, TN, TP), 그리고 유출수질 데이터들 및 공정운전변수값을 데이터 입력부(110)를 통해 수집하여 데이터 저장부(120)에 저장하였다. 기준생성부(130)에서는 데이터 저장부(120)에 저장된 데이터 항목별로 평균과 표준편차를 계산하여 표준화자료를 계산하기 위한 기준값으로 다시 데이터 저장부(120)에 저장하고, 데이터 저장부(120)에서는 매일 입력되는 데이터를 포함하여 재계산되어 제공되는 비교값을 활용하여 표준자료를 생성하여 보유하게 된다. 또한 기준생성부(130)에서는 에너지 소비량에 관한 제 3 사분위수를 계산하여 데이터 저장부(120)로 전송하고, 데이터 저장부(120)는 이를 저장한다. (Flow rate, BOD5, CODMn, SS, TN, and TP), effluent water quality data, and process operation variable values through the
도 4a는 상기의 과정에 의해 준비되어 데이터 준비부(100)에 저장된 데이터 중 전기사용량(에너지 소모량)의 6개월간 변화 패턴과 미세하게 변화하며 존재하는 에너지 과소비 감지 기준(전기사용량 자료의 제 3사분위수)의 변화를 보여주고 있다. 그래프의 초반, 2014년 7월에 기준치를 초과하는 전기사용량이 에너지 소비조건 감지부(200)에 의해 감지되었다.FIG. 4A is a graph showing the relationship between the amount of electricity consumed (energy consumption) and the amount of energy consumed per unit time Quantile) of the population. At the beginning of the graph, in July 2014, the electricity consumption exceeding the reference value was detected by the energy consumption
도 4b 내지 도 4g는 2014년 7월부터 8월까지 유입수질 데이터들(유량, BOD5, CODMn, SS, TN, TP)의 변화를 보여주고 있다.FIGS. 4B to 4G show changes in the influent water quality data (flow rate, BOD5, CODMn, SS, TN, TP) from July 2014 to August 2014.
이후, 원인탐색부(300)에서는 데이터 준비부(100)에 저장되어 있는 에너지 소비량에 영향을 미치는 운전변수가 가지는 당면한 일자의 표준화값과 그에 따라 변화는 표준화값의 제 3 사분위수를 도 5에 나타낸 바와 같이 호출해오게 된다.Then, in the
도 5에 나타낸 바와 같이, 에너지 과소비 상태가 감지되었을 시점에서의 표준화된 운전변수의 값이 그 항목의 제 3 사분위수를 상회할 때 에너지 소비량을 줄이기 위한 대안으로서의 변수로 선정되게 된다(1이라는 값으로 표현되어 있음). 위 표에 제시된 실시예에 의하면, 에너지 과소비로 감지된 날은 7월 2일부터 4일, 8일부터 23일에 해당하는 구간으로, 날마다 이렇게 에너지 과소비 감지를 수행할 경우 지나치게 잦은 조절변수의 변동을 제안하여야 하므로 오히려 하수처리장에 큰 교란을 야기할 수 있으므로 본 발명은 일정한 주기를 가지고 에너지 소비를 감지해야 한다. As shown in FIG. 5, when the value of the standardized operating variable at the time when the energy over consumption condition is detected exceeds the third quartile of the item, it is selected as an alternative variable for reducing the energy consumption (value of 1 ). According to the embodiment shown in the above table, the energy oversupply detection period is from July 2 to 4 and from 8 to 23, and when the energy oversuppence detection is carried out every day, Therefore, the present invention must detect energy consumption with a certain period of time, since it may cause a large disturbance to the sewage treatment plant.
또한, 에너지 과소비로 감지된 기간에 원인으로 탐색된 조절변수는 대부분 유입유량이다. 하수처리장에서의 유량을 인위적으로 조절한다는 것은 불가능하므로, 이를 제외하고 선정된 폭기량을 조절하는 것을 대안 선택부(400)에서 수행하게 된다. 대안 선택부(400)에서는 제 1순위의 대안으로서 폭기량 5% 하향조정, 2순위로서 10%의 하향조정, 3순위로서의 15%의 하향조정, 4순위로서의 대안을 20%의 하향조정을 선택한다. In addition, most of the regulated variables found due to the period of energy oversupply are influent flow. It is impossible to artificially control the flow rate at the sewage treatment plant, so that the
이에 따라, 공정모사부(500)에서는 제안된 폭기량의 조절량을 하수처리공정에 적용하였을 시에 야기되는 유출수의 변화를 모사하게 되며, 아래 <표1>와 같이 유출수의 변화를 이끌어내게 된다. Accordingly, the
위 표 1에 제시된 바와 같은 공정모사부(500)의 결과를 바탕으로, 대안결정부(600)에서 대안을 결정함에 있어, 앞서 설명된 바와 같이 목표수질에 비교하여 하나의 항목이라도 목표수질을 상회하는 결과를 보이면 대안에서 제외하게 되어, 해당 하수처리장의 T-N의 목표수질 10 mg/L보다 큰 값을 보이는 대안 4는 제외된다. 대안 3은 모든 항목이 목표수질 내에 존재하지만, 조절변수를 큰 폭으로 조절하는 것을 지양하는 목적에서 앞서 설명된 바와 같이 제외되어, 최종적으로 운전자에게 제시할 대안은 대안 2로서, “현재의 폭기량에서 10%를 감소하여 운전하는 것“을 운전자에게 권하게 된다.Based on the results of the
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the embodiments disclosed in the present specification are intended to illustrate rather than limit the present invention, and the scope and spirit of the present invention are not limited by these embodiments. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.
100 : 데이터 준비부
110 : 데이터 입력부 120: 데이터 저장부
130 : 기준생성부
200 : 에너지 소비조건 감지부
300 : 원인탐색부
400 : 대안생성부
500 : 공정모사부
510 : 공정모델부 520 : 모델매개저장부
600 : 대안결정부
700 : 정보표시부
S100 : 데이터 입력 단계 S110 : 기준치 재계산 단계
S130 : 표준화자료 생성단계 S140 : 에너지 소비조건 감지 단계
S150 : 원인 탐색 단계 S160 : 대안 선택 단계
S161 : 매개변수 조절 단계 S170 : 공정모사 단계
S180 : 대안 결정 단계100: Data preparation unit
110: Data input unit 120: Data storage unit
130:
200: Energy consumption condition sensing unit
300:
400: alternative generation unit
500: Process simulation unit
510: process model unit 520: model mediator storage unit
600: alternative decision unit
700: information display section
S100: Data input step S110: Reference value recalculation step
S130: Standardized data generation step S140: Energy consumption condition detection step
S150: cause search step S160: alternative selection step
S161: Parameter adjustment step S170: Process simulation step
S180: Alternative determination step
Claims (13)
상기 에너지 예측소비값을 활용하여 에너지 소비상태를 감지하는 에너지 소비조건 감지부;
상기 수질항목과 공정 운전변수항목의 변화에 의해 에너지 예측소비값의 변화범위를 추출하는 원인탐색부;
상기 원인탐색부에서 추출된 에너지 예측소비값의 변화범위에 따라 운전변수항목을 다른 운전변수항목으로 변경하여 에너지 예측소비값에 대한 조절량을 설정하는 대안생성부;
상기 대안생성부에서 선택된 대안에 따라 공정을 운영하였을 경우 하수처리성능에 미치는 영향을 모사하는 공정모사부;
상기 공정모사 결과를 해석하여 목표수질을 만족하는 범위에서 에너지를 절감할 수 있는 대안을 결정하는 대안결정부; 및
대안을 운전자에게 전달하는 정보표시부;를 포함하며,
상기 데이터 저장부는 상기 각 데이터의 평균값과 표준편차에 기초하여 다음의 수학식 (여기서, 는 각 항목의 당면한 날의 측정값이며, 는 각 항목의 당면한 날이 포함되어 누적된 자료들의 평균이고, 는 각 항목의 당면한 날이 포함되어 누적된 자료들의 표준편차이다.)
에 의한 각 데이터의 표준화값을 생성하는 것을 특징으로 하는 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템.A data input unit for collecting data on each of the water quality items of the sewage flowing into / out of the sewage treatment plant and the main operation parameter items of the sewage treatment facility, and a data input unit for deriving and storing the average value and the standard deviation of each data as the standardization reference value A data storage unit for storing and storing energy predicted consumption values and a reference generator for generating a comparison value of a third quartile of the updated standardization reference value by uploading the standardization reference value;
An energy consumption condition sensing unit that senses an energy consumption state by utilizing the energy predicted consumption value;
A cause search unit for extracting a change range of the energy predicted consumption value by a change of the water quality item and the process operation variable item;
An alternative generation unit for changing the operation variable item to another operation variable item according to the change range of the energy prediction consumption value extracted by the cause search unit to set the adjustment amount for the energy prediction consumption value;
A process simulator for simulating the effect on the sewage treatment performance when the process is operated according to an alternative selected by the alternative generation unit;
An alternative decision unit for analyzing the process simulation result to determine an alternative that can reduce energy in a range satisfying a target water quality; And
And an information display unit for transmitting an alternative to the driver,
Wherein the data storage unit stores the average value and the standard deviation of each data, (here, Is the measured value of the current day of each item, Is the average of the cumulative data including the current day of each item, Is the standard deviation of the cumulative data, including the current day of each item.)
And the standardization value of each data by the standardized process operation data and the process simulation.
상기 데이터 입력부는 하수처리장의 유입유량과 수온, 그리고 생물학적 산소요구량(Biological Oxygen Demand, BOD), 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD), 부유물질(Suspended Solid, SS), 총질소(Total Nitrogen, T-N), 총인(Total Phosphorus, T-P)과 같은 유입수의 성분농도 및 유출수의 성분농도, 그리고 공정의 처리성능에 영향을 미치며 에너지 소비량과도 연관이 있는 생물학적 처리공정 내의 폭기량 및 호기조 내 용존산소(Dissolved Oxygen, DO), 슬러지반송유량, 질산염 회송유량, 1차 슬러지유량, 폐슬러지유량의 데이터를 운전자로부터 입력받거나 혹은 자동운전시스템으로부터 전달받아 데이터 저장부에 입력하는 것을 특징으로 한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템.The method according to claim 1,
The data input unit may include an inlet flow rate and a water temperature of a sewage treatment plant, a biological oxygen demand (BOD), a chemical oxygen demand (COD), a suspended solid (SS), a total nitrogen, TN), Total phosphorus (TP), influent concentration of effluent and concentration of effluent in the effluent, and the amount of aeration in the biological treatment process and the dissolved oxygen in the aerobic tank Dissolved Oxygen (DO), sludge transport flow rate, nitrate return flow rate, primary sludge flow rate, and waste sludge flow rate are received from the driver or received from the automatic operation system and input to the data storage section. Sewage treatment plant operation support system using energy and process simulation.
상기 기준생성부는 데이터 저장부에 저장된 각 항목자료의 업로드 및 그 평균과 표준편차의 계산과, 에너지소비량 및 에너지소비량에 영향을 주는 유입유량과 각종 운전변수들에 대한 표준화 기준값의 제 3 사분위수를 결정하여 각각 에너지과소비 상태를 진단하기 위한 비교값과 에너지절감을 위한 조절변수의 선정을 위한 기준값으로 설정하는 것을 특징으로 한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템. The method according to claim 1,
The reference generator may calculate the average and standard deviation of each item data stored in the data storage unit, calculate a third quartile of the standardized reference value for the influent flow rate and various operating parameters that affect energy consumption and energy consumption And the reference value for selecting the control variable for energy saving is set as the comparison value for diagnosing the energy over consumption condition and the standardization process operation data and the process simulation for the energy saving sewage treatment plant operation support system.
상기 대안생성부는 원인탐색부에서 선택된 변수가 현재 운전되고 있는 값에서 일정비율로 하향조정 하되, 원인탐색부에서 복수의 변수가 탐색된 경우 폭기량, 질산염회송슬러지유량, 반송슬러지유량, 폐슬러지유량의 순으로 우선순위를 부여하여 최대 두 개의 변수씩 동시에 하향조정하는 대안을 생성하는 것을 특징으로 한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템.The method according to claim 1,
Wherein the alternative generation unit adjusts the selected parameter in the cause search unit to a predetermined ratio from the currently operated value, and when a plurality of parameters are searched in the cause search unit, the aeration amount, the nitrate return sludge flow amount, the return sludge flow amount, , And an alternative in which a maximum of two variables are simultaneously adjusted downward is created in the order of priority. The system for supporting the operation of the sewage treatment plant for energy saving using standardized process operation data and process simulation.
상기 공정모사부는 활성슬러지모델(Activated Sludge Models)이라고 불리는 활성슬러지 공정의 유출수를 생성해 내기 위한 미분방정식의 집합으로 이루어진 모델을 사용하여, 당면한 날로부터 과거 유입수 유량과 유입수질의 각각의 평균값을 유입조건으로 사용하고, 상기 대안생성부에서 마련된 공정 운전변수의 조절된 값들을 활용하여 유출수 수질을 계산하는 것을 특징으로 한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템.The method according to claim 1,
The process simulator uses a model consisting of a set of differential equations to generate the effluent of an activated sludge process called Activated Sludge Models and calculates the mean value of each influent water flow rate and influent water quality from the current date And the effluent water quality is calculated using the adjusted values of the process operation variables provided in the alternative generation unit. The system for supporting the operation of the sewage treatment plant for energy saving using the standardized process operation data and process simulation.
상기 대안결정부는 상기 공정모사부에서 예측한 유출수질과 해당 하수처리시설에서 설정되어 운전되는 목표수질을 비교하여 목표수질보다 예측된 수질의 값이 높은 항목이 하나라도 존재하는 경우 대안에서 제외하며, 여러 가지의 대안이 목표수질을 만족시킬 경우 공정 운전변수의 변화폭이 가장 큰 대안을 제외하고 선택된 대안을 정보표시부로 전달하는 것을 특징으로 한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템.The method according to claim 1,
The alternative decision unit compares the effluent water quality predicted by the process simulator and the target water quality set in the sewage treatment facility to exclude the water quality predicted from the target water quality when there is at least one of the predicted water quality values, If alternatives satisfying the target water quality are satisfied, the selected alternative is transferred to the information display unit, except for the alternative where the variation of the process operation variable is the largest. The standardized process operation data and the process simulation are used for the energy saving sewage treatment plant Operational Support System.
상기 정보표시부는 상기 대안결정부로부터 전달받은 대안들을 사용자에게 전달하는 것을 그 기능으로 하며, 전달의 수단은 운영시스템에서의 알람 메시지나 핸드폰의 SMS 기능을 활용 가능함을 특징으로 한 표준화된 공정운영자료와 공정모사를 이용한 에너지 절감용 하수처리장 운영지원시스템.The method according to claim 1,
Wherein the information display unit transmits the alternatives received from the alternative decision unit to the user, and the means for delivering can utilize an alarm message in an operating system or an SMS function of a mobile phone, And Sewage Treatment Plant Operation Support System for Energy Saving Using Process Simulation.
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Date | Code | Title | Description |
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