KR101889035B1 - 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템 - Google Patents
음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 실시간 모니터링된 센서값과 관리서버에 저장된 기설정된 운전 범위값을 비교하여 발효에 적합한 운전을 자동 제어하며, 발효에 적합한 운전 범위값에 따라 자동 제어되는 발효소멸 운전부에 대한 제어 정보를 관리자나 사용자에게 유무선으로 전달하는 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 음식물 폐기물이 투입되어 호기성 미생물에 의해 발효 소멸 반응이 일어나는 발효조를 포함하는 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템은 기 발효조 내부의 환경을 모니터링하는 모니터링부; 상기 발효조 내부의 환경을 조절하는 발효소멸 운전부; 상기 모니터링부로부터 센서값을 전송받는 자동 제어부; 및 상기 자동 제어부가 받은 센서값을 전송받아 저장하고, 제어 정보를 상기 자동 제어부에 전송하는 관리서버;를 포함하며, 상기 자동 제어부는 상기 관리서버로부터 전송받은 제어 정보에 따라 상기 발효소멸 운전부를 제어하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 음식물 폐기물이 투입되어 호기성 미생물에 의해 발효 소멸 반응이 일어나는 발효조를 포함하는 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템은 기 발효조 내부의 환경을 모니터링하는 모니터링부; 상기 발효조 내부의 환경을 조절하는 발효소멸 운전부; 상기 모니터링부로부터 센서값을 전송받는 자동 제어부; 및 상기 자동 제어부가 받은 센서값을 전송받아 저장하고, 제어 정보를 상기 자동 제어부에 전송하는 관리서버;를 포함하며, 상기 자동 제어부는 상기 관리서버로부터 전송받은 제어 정보에 따라 상기 발효소멸 운전부를 제어하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 실시간 모니터링된 센서값과 관리서버에 저장된 기설정된 운전 범위값을 비교하여 발효에 적합한 운전을 자동 제어하며, 발효에 적합한 운전 범위값에 따라 자동 제어되는 발효소멸 운전부에 대한 제어 정보를 관리자나 사용자에게 유무선으로 전달하는 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템에 관한 것이다.
직매립 금지와 런던협약에 의거하여 해양투기 금지에 따라 음식물류 폐기물의 처리 및 자원화 이슈는 2014년 사회현안 문제 해결을 위한 10대 다부처 과제로 선정될 정도로 중요한 국가적 현안 문제이다. 또한, 자원화 시설의 대부분이 대형 집중화에 따라 자원화 시설의 입지선정의 어려움, 폐기물의 장거리 이송으로 인한 부패, 염분 제거 위한 세척에 의해 다량의 음폐수 발생, 자원화 공정의 2차 오염물질 발생에 따른 후처리 비용 발생 등의 문제가 발생되고 있으며, 직접적인 차량수거 비용과 자원화 공정비용 증가로 인한 생산비용 증가와 자원화 제품의 수요부족으로 생산 제품의 경제성을 악화시켜 수익창출의 어려움이 있다.
일반적으로, 음식물 발효소멸 기술은 기존 자원화 기술에 비해서 많은 장점과 간단한 처리 원리에도 상용화 되지 못한 이유는 공정 운전에 어려움이 있기 때문이다. 처리 원리는 미생물을 이용한 호기 처리로 간단하지만 공정 운전에 핵심인 미생물은 살아있는 민감한 생명체로서 유입되는 다양한 유기물의 혼합물인 음식물의 특성과 반응조건의 변화로 인해서 처리 효율의 차이가 크게 나타난다.
현재의 음식물 발효소멸 기술의 운전 및 운영관리는 경험적 운전에 의존하고 정기적인 운영관리만 수행하여 장치의 고장이나 미생물의 활성도 저하에 따른 대응이 사후조치만 가능한 문제점이 있다. 따라서 발효소멸 기술의 장점을 극대화하고 안정적인 운전 및 관리를 통한 상용화를 위해서는 전문 인력의 경험적 운전이 아닌 과학적 근거를 이용한 객관적인 운전 제어기술이 필요하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 음식물폐기물이 고상 형태의 발효이므로 실시간 모니터링이 가능한 센서를 적용하고, 호기성 발효 미생물의 활성도를 모니터링 가능한 센서값과 비교하여 발효의 적합한 운전 범위를 도출한 값을 관리서버에 저장하여, 실시간 모니터링된 센서값과 관리서버에 저장된 기설정된 운전 범위값을 비교하여 발효에 적합한 운전을 자동 제어하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 발효에 적합한 운전 범위값에 따라 자동 제어되는 발효소멸 운전부에 대한 제어 정보를 관리자나 사용자에게 유무선으로 알리는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 음식물 폐기물이 투입되어 호기성 미생물에 의해 발효 소멸 반응이 일어나는 발효조를 포함하는 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템으로서, 상기 발효조 내부의 환경을 모니터링하는 모니터링부; 상기 발효조 내부의 환경을 조절하는 발효소멸 운전부; 상기 모니터링부로부터 센서값을 전송받는 자동 제어부; 및 상기 자동 제어부가 받은 센서값을 전송받아 저장하고, 제어 정보를 상기 자동 제어부에 전송하는 관리서버;를 포함하며, 상기 자동 제어부는 상기 관리서버로부터 전송받은 제어 정보에 따라 상기 발효소멸 운전부를 제어하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템을 제공한다.
상기 모니터링부는, 상기 발효조 내부의 가스 농도를 측정하는 가스 센서;
상기 발효조 내부의 음식물 무게를 측정하는 무게 센서; 상기 발효조 내부의 음식물 내부 또는 발효조 상부의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 발효조 내부의 습도를 측정하는 습도 센서; 및 상기 발효조 내부의 발효물질의 혼합주기나 속도를 측정하는 혼합기 센서;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 발효소멸 운전부는, 상기 발효조 내부로 공기를 유입하거나 상기 발효조 내부의 가스를 배출시키는 가스 조절기; 상기 발효조에 음식물 투입을 조절하는 음식물 투입기; 상기 발효조의 온도를 조절하는 온도 조절기; 상기 발효조의 습도를 조절하는 습도 조절기; 및 상기 발효조 내부의 발효물질을 혼합하는 혼합기의 혼합주기 또는 속도를 조절하는 혼합 조절기;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 가스 센서는 음식물 폐기물이 직접 닿지 않도록 상기 발효조 상부에 설치되거나 가스가 배출되는 가스 배관에 설치되며, 상기 발효조 상부에 설치될 시에는 상기 가스 센서에 메쉬 형태의 차단막이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 관리서버는 상기 관리서버는 상기 센서값 및 제어 정보를 관리자나 사용자의 컴퓨터나 스마트폰으로 유무선으로 전송하는 것이 바람직하다.
상기 자동 제어부는 원격단말기(RTU,Remote Terminal Unit)인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 음식물폐기물이 투입되어 미생물에 의해 발효되는 발효조의 내부 환경을 모니터링부에 의해 모니터링하는 제 1 단계; 상기 모니터링된 센서값을 전송받아 기설정된 운전 범위값인지 관리서버에 의해 비교하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계에 의해 상기 모니터링된 센서값이 기설정된 운전 범위값을 벗어난 경우 자동 제어부에 의해 상기 발효조의 운전을 제어하는 제 3 단계;를 포함하는 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 방법을 제공한다.
상기 센서값이나 상기 제 3 단계의 발효조의 운전 제어 정보를 관리자나 사용자에게 원격으로 전달하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 센서값은 발효조 내부의 가스 농도, 온도, 습도 및 음식물 폐기물의 무게, 발효물질 혼합주기 및 발효물질 혼합속도를 측정한 값인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 고상 발효 소멸에서 쉽게 실시간 모니터링 가능한 센서값을 통해 미리 기설정된 안전 운전값의 범위와 비교하여 자동으로 운전을 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자동제어 기술을 통해 비전문 인력도 쉽게 모니터링 및 운전 제어가 가능하고, 시간과 장소에 구애받지 않고 유지관리가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템의 일 실시례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 모니터링 데이터를 이용하여 발효 미생물의 활성도를 간접적으로 확인하는 방법의 예시 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템의 일 실시례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 모니터링 데이터를 이용하여 발효 미생물의 활성도를 간접적으로 확인하는 방법의 예시 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 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.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템(100)은, 음식물 폐기물이 투입되어 호기성 미생물에 의해 발효 소멸 반응이 일어나는 발효조(110)를 포함하며, 발효조(110) 내부의 환경을 모니터링하는 모니터링부(120)와 발효조(110) 내부의 환경을 조절하는 발효소멸 운전부(130)와 모니터링부(120)로부터 센서값을 전송받는 자동 제어부(140) 및 자동 제어부(140)가 받은 센서값을 전송받아 저장하고, 제어 정보를 자동 제어부(140)에 전송하는 관리 서버(150)를 포함할 수 있다. 또한, 자동 제어부(140)는 원격단말기(RTU, Remote Terminal Unit)일 수 있으며, 관리 서버(150)로부터 전송받은 제어 정보에 따라 발효소멸 운전부(130)를 제어할 수 있다.
모니터링부(120)는 발효조(110) 내부의 가스 농도를 측정하는 가스 센서(121), 발효조(110) 내부의 음식물 무게를 측정하는 무게 센서(122), 발효조(110) 내부의 음식물 내부 또는 발효조(110) 상부의 온도를 측정하는 온도 센서(123), 발효조(110) 내부의 습도를 측정하는 습도 센서(124) 및 발효조(110) 내부의 발효물질을 혼합하는 혼합기의 혼합주기 또는 속도를 측정하는 혼합기 센서(125)를 포함할 수 있다.
음식물 폐기물의 발효 소멸 과정은 일반적으로 액상 발효가 아닌 고상 발효로서 pH, DO(Disolved Oxygen), 액상 이온, 유기물 등을 실시간 모니터링하는 것은 한계가 있으며, 미생물 활성도를 직접 실시간 모니터링 할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 음식물 폐기물 발효 소멸 실험을 통해서 실시간 분석 가능한 온도, 무게, 습도, 가스(O2, CO2, NH3, H2S) 항목과 샘플링을 통해서 분석 가능한 미생물 활성, pH, 유기물 항목을 비교 분석하여 간접적으로 확인 가능한 상관관계를 도출하여 안정적인 운전 범위를 데이터화하여 관리 서버에 저장한다.
다시 말해, 종래에는 실시간 모니터링이 가능한 항목들은 직접적으로 발효소멸 미생물의 활성을 확인할 수 없었다. 그래서 간접적인 pH, 온도, 무게감량 등의 조건으로 유추하였으나 이러한 지표로 모니터링 되는 시점에는 이미 미생물의 활성이 떨어져서 정상적인 운전이 어려운 상황이 되어 상용화 운전에 많은 어려움이 존재하였다.
이를 보완하기 위해 본 발명은 미생물의 활성을 직접 분석하고 종래의 실시간 분석 항목과의 상관관계를 통해 새로운 수식을 도출하여, 미생물의 활성이 크게 떨어지기 전에 사전에 확인하고 대처가 가능하도록 할 수 있다.
수식 도출은, 반복적인 실험과 다양한 조건의 실험을 통해서 얻어진 데이터를 미생물활성 분석데이터를 기준으로 비교, 분석 및 데이터를 정리하여 대표적인 경험식을 도출한다. 데이터가 많을수록 정확도가 올라가고 실험을 통해서 대표적인 항목을 선정해서 식을 유도한다. 측정하고 분석한 많은 항목 중에서 경제성과 측정의 수월성, 정확성, 대표성을 고려하여 선택한 항목이 반응온도, CO2 농도, 무게 감량, 습도다. 이러한 값을 이용하여 미생물의 활성을 간접적으로 유추할 수 있는 경험식을 유도한다.
수식 1은 아래와 같다.
Y계산 = 204.31 × X1 - 1685 : 수식 1
수식 1중, X1은 발효온도이고, 위의 수식으로 계산된 Y계산 값은 CO2 농도값이 된다.
M = Y실측 - Y계산 : 수식 2
수식 2중, Y실측은 상기 발효온도를 측정한 시점에서 실제로 측정된 CO2 농도이다.
실제로 측정된 CO2 농도와 계산된 CO2 농도의 차, 즉 M 값이 양수(0 초과)이면 발효 상태가 양호한 상태인 것으로 관리 서버에 전송하고, M 값이 0 이하 내지 -500ppm 초과이면 1차 경고 정보를 관리 서버에 전송하며, M 값이 -500ppm 이하 내지 -1000ppm 초과이면 2차 경고 정보를 관리 서버에 전송한다.
관리 서버는 이 정보를 이용하여 자동 제어부에 제어 정보를 전송한다.
이산화탄소 농도와 온도로 수식 1 내지 수식 2를 유도한 이유는 대기중의 이산화탄소의 농도는 장소에 상관없이 일정하게 유지되고 있으며, 발효미생물이 호기성 조건에서 정상적으로 유기물을 분해하면 최종 부산물로 CO2와 H2O가 발생하기 때문에 CO2의 농도는 미생물의 활성과 매우 유사한 경향을 나타낸다. 미생물의 활성이 좋아서 유기물의 분해가 잘 이루어지면 CO2의 농도가 크게 증가하고 활성이 떨어지거나 유기물이 부족하면 CO2의 농도가 떨어진다. 이것을 실시간 모니터링 가능한 항목 중 가장 측정 오차가 적은 반응온도와의 상관관계를 통해서 수식 1을 유도하였다.
제어의 예로, 발효조의 발효온도 센서값 35℃를 자동 제어부에 전송하고, 자동 제어부는 이 값을 관리 서버에 보내어 상기 수식 1을 적용하여 계산된 5465.85ppm의 CO2 농도를 계산하게 됩니다. 실제 센서로 측정된 CO2 농도(Y실측 )와 발효온도를 통해서 수식으로 예측되는 CO2 농도(Y계산 )의 차를 구해서 양수의 값이 나오면 현재 발효소멸을 통해서 발생되는 CO2의 농도가 경험식으로 예측된 값보다 큰 것을 나타낸다. 이것은 반복적인 실험을 통해서 경험적으로 얻어진 35℃ 조건 정상 발효소멸 운전상태에서 음식물을 발효소멸할 때 발생하는 CO2의 농도보다 높기 때문에 미생물의 활성이 좋고 발효소멸이 활발히 진행되고 있음을 알 수 있다. 반면에 음의 값이 나오면 발효온도는 정상 상태지만 미생물의 활성은 떨어져서 CO2의 발생이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 따라서 일반적인 발효소멸에서는 35℃ 이상이 유지되면 정상적으로 운전되는 것으로 알고 조치를 취하지 않아서 문제가 되지만 본 경험식을 바탕으로 현재의 운전조건이 정상적인 상태라도 경험식을 이용하여 상호 비교하면서 선제적인 제어가 가능하다. 이와 같은 방법으로 유추된 경험식이 반응온도, CO2 농도, 무게감량, 습도와 복합적으로 확인하여 대응하기 때문에 정확성을 더욱 높일 수 있다.
수식 3은 아래와 같다.
Z계산 = 3.5724 × X2 - 93.691 : 수식 3
수식 3중, X2는 발효온도이고, 위의 수식으로 계산된 Z계산 값은 계산된 무게감량(%)이 된다.
N = Z실측 - Z계산 : 수식 4
수식 4중, Z실측은 상기 발효온도를 측정한 시점에서 실제로 측정된 무게감량(%)이다.
실제로 측정된 무게감량(%)과 계산된 무게감량(%)의 차, 즉 N 값이 양수(0 초과)이면 발효 상태가 양호한 상태인 것으로 관리 서버에 전송하고, N 값이 0 이하 내지 -10% 초과이면 1차 경고 정보를 관리 서버에 전송하며, N 값이 -20% 초과이면 2차 경고 정보를 관리 서버에 전송한다.
관리 서버는 이 정보를 이용하여 자동 제어부에 제어 정보를 전송한다.
무게감량과 온도를 이용하여 수식3 내지 수식 4을 유도한 이유는 발효조에서 직접 바로 실시간 측정이 가능한 항목 중에서 가장 오차가 적은 항목이 반응온도와 전체 무게감량이다. 발효소멸 미생물에 의해서 정상적으로 발효과정을 거치면 유기물의 소비와 수분의 건조로 인해서 전체 무게의 감량을 확인할 수 있다. 또한 반응온도도 오차가 적으면서 발효미생물의 활성과 발효 정도에 따라서 반응온도가 변화하기 때문에 이 두 개의 항목으로 상관관계를 유도하였다.
습도 센서에서 측정된 습도 값이 60 내지 90%인 경우는 발효 상태가 양호한 것으로 상기 관리 서버에 전송하고, 50% 이상 내지 60% 미만 또는 90% 초과 내지 95 이하인 경우는 1차 경고 정보를 관리 서버에 전송하고, 50% 미만 또는 95% 초과인 경우는 2차 경고 정보를 관리 서버에 전송한다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 모니터링 데이터를 이용하여 발효 미생물의 활성도를 간접적으로 확인하는 방법의 예시 그래프이다.
도 3은 도출된 상관관계의 대표적인 예시로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 호기성 미생물의 특징을 이용하여 음식물을 안정화하는 과정에서 산소를 소비하고 이산화탄소를 배출한다. 따라서 발효조 내부의 산소의 농도가 급격히 떨어져도 미생물의 활성에 영향이 생기고 이산화탄소의 농도가 증가하지 않아도 미생물의 활성에 저하된 것으로 판단할 수 있다.
도 3 (b)는 가스 센서(121)를 통해서 모니터링된 산소와 이산화탄소의 농도를 비율로 나타낸 것으로, 음식물 폐기물이 발효조에 투입되면 호기성 미생물이 기질을 분해하고 섭취하면서 산소를 소비하여 산소의 농도는 떨어지고 부산물로 발생하는 이산화탄소의 농도는 대기중 농도에 비해서 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그래프에 나타난 바와 같이 미생물의 활성이 활발한 구간과 저하된 구간의 차이를 명확하게 확인할 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 다양한 항목 분석을 통해서 미생물 활성도 및 안정적인 호기성 발효가 유지될 수 있는 상관관계 및 범위를 도출한다.
무게 센서(122)는 유입되는 음식물 폐기물의 양을 확인하고 발효소멸 과정을 거치면서 음식물 폐기물이 감소되는 정도를 확인할 수 있다. 음식물 폐기물의 감량화도 미생물의 활성 및 발효소멸 장치의 효율을 평가하는 중요한 인자이다. 무게 측정 방법은 발효조 내부의 음식물 폐기물의 무게를 측정할 수 있는 방법이면 어느 것이라도 무방하며, 발효조를 포함한 전체 무게를 측정하도록 하여, 발효조 무게를 제외한 각 시점에서의 음식물 폐기물의 무게를 계산하도록 할 수 있다.
온도 센서(123)는 발효조(110) 내부의 발효물질의 온도와 발효조(110) 상부 공간의 온도를 측정할 수 있다. 발효 과정은 발열반응으로 정상 운전에서는 자체 발열로 최적의 발효 운전조건 온도를 유지가 가능하다. 따라서, 발효조(110) 내부의 발효물질의 온도를 측정하는 온도센서는 발효물질 온도를 측정하여 발효가 일어나고 있는 온도를 측정하고, 발효조(110) 상부 공간의 온도를 측정하는 온도센서는 발효조 외부에서 공기가 유입되므로 외부 온도를 측정할 수 있다.
습도 센서(124)는 습도가 최적 발효조건 유지 여부와 발효과정에서 발생되는 열로 인해서 수분이 건조되는데 건조된 수분이 발효조 내부에서 잘 배출되는지 아니면 머무르면서 다시 물로 응결되는지 여부를 확인할 수 있다.
혼합기 센서(125)는 발효조(110) 내부의 발효물질을 혼합하는 혼합기의 혼합주기 또는 속도 등을 측정하여, 후술할 혼합 조절기(135)에 의해 발효물질이 공기와의 접촉을 원활히 하고 음식물과 같은 발효 대상물질과 발효미생물 및 통기개량제 등과 균질하게 혼합되도록 한다.
가스 센서(121)는 음식물 폐기물이 직접 닿지 않도록 상기 발효조 상부에 설치되거나 가스가 배출되는 가스 배관에 설치되며, 발효조 상부에 설치될 시에는 가스 센서(121)에 메쉬 형태의 차단막이 설치되는 것이 바람직하다.
가스 분석에 이용되는 센서는 가격이 비싼 기존의 검출기 방식이 아닌 가스 센서를 이용한다. 본 발명에 따른 가스 센서(121)는 가스의 농도 검출이 가능하면서 선택도가 높고 분석시간이 짧으며, 우수한 내구성을 보유하고 있다. 또한, 상용화에 가장 큰 문제인 설치 및 유지관리비용 측면에서도 크기가 작고 간단하며 가격이 저렴한 특징이 있다. 분석하는 가스별로 센서는 탈부착이 쉽게 가능하도록 설치하여 유지관리가 편하게 하며, 다수의 가스센서에서 나오는 전기 신호를 컴퓨터에서 확인 가능한 데이터로 변환하는 모듈은 하나로 통일되도록 구성될 수 있다.
한편, 발효소멸 운전부(130)는 발효조 내부의 환경을 모니터링한 후, 안정적인 운전 범위를 벗어난 경우 발효조 내부 환경에 영향을 미치는 여러 가지 요소들을 조절하게 된다. 즉, 상기 발효조 내부로 공기를 유입하거나 상기 발효조 내부의 가스를 배출시키는 가스 조절기(131)와 발효조에 음식물 투입을 조절하는 음식물 투입기(132)와 발효조의 온도를 조절하는 온도 조절기(133)와 발효조의 습도를 조절하는 습도 조절기(134) 및 발효조 내부의 발효물질을 혼합하는 혼합기의 혼합주기 또는 속도를 조정하는 혼합 조절기(135)를 이용하여 음식물 폐기물의 발효 소멸을 안정적으로 진행할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템의 일 실시례를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 아파트 단지에 설치된 다수의 발효조(110)에서 각각 실시간 모니터링된 센서값은 자동 제어부(140)에 전달되며, 자동 제어부(140)는 모니터링된 센서값을 유선 또는 무선 네트워크를 통해서 관리사무소에 있는 관리 서버(150)에 보내게 된다. 관리 서버(150)는 전송받은 모니터링된 센서값을 저장하고, 모니터링된 각 센서값이 미리 기설정된 운전범위에 있는지 비교하게 되며, 안정적인 운전범위를 벗어난 센서값인 경우 발효소멸 운전부(130)를 운전하기 위해 제어 정보를 자동 제어부(140)로 전송한다. 자동 제어부(140)는 제어 정보에 따라 발효소멸 운전부(130) 즉, 가스 조절기(131), 음식물 투입기(132), 온도 조절기(133), 습도 조절기(134), 혼합 조절기(135) 등을 운전하여 안정적인 운전 범위에서 발효조의 음식물 폐기물이 효과적으로 발효 및 소멸되도록 할 수 있다.
한편, 관리 서버(150)는 모니터링된 각 센서값에 대한 정보나 자동 제어부(140)에 보내지는 제어 정보를 관리자나 사용자의 컴퓨터(160)나 스마트폰(170)에 유무선 네트워크에 의해 알림 문자를 보낼 수 있다. 여기서 무선 네트워크는 와이파이 형태나 블루투스 형태일 수 있다.
관리자나 사용자는 발효조의 이상, 발효 미생물의 활성도 저하 또는 발효물질이 많아서 회수가 필요한 시점에 도 2에 도시된 바와 같이 스마트폰(170)이나 컴퓨터(160)를 통해 공지를 받을 수 있으며, 관리자는 컴퓨터(160)나 스마트폰(170)을 통해 원격으로 발효소멸 운전부(130)를 제어할 수 있다. 이를 통해 음식물 폐기물 발효소멸 장치를 안정적으로 운전하고 유지보수가 용이할 수 있다.
한편, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 방법은 음식물폐기물이 투입되어 미생물에 의해 발효되는 발효조의 내부 환경을 모니터링부(120)에 의해 모니터링하는 제 1 단계와 모니터링된 센서값을 전송받아 기설정된 운전 범위값인지 관리서버(150)에 의해 비교하는 제 2 단계와 제 2 단계에 의해 모니터링된 센서값이 기설정된 운전 범위값을 벗어난 경우 자동 제어부(140)에 의해 발효조의 운전을 제어하는 제 3 단계를 포함할 수 있다. 또한, 관리 서버(150)는 제 1 단계에서 모니터링된 센서값과 제 3 단계의 운전 제어 정보를 관리자나 사용자에게 원격으로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
모니터링된 센서값은 발효조 내부의 가스 농도, 온도, 습도, 음식물 폐기물의 무게, 발효물질 혼합주기, 또는 발효물질 혼합속도 등을 측정하는 값이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템은 고상 발효 소멸에서 쉽게 실시간 모니터링 가능한 센서값을 통해 미리 기설정된 안전 운전값의 범위와 비교하여 자동으로 운전을 제어할 수 있으며, 자동제어 기술을 통해 비전문 인력도 쉽게 모니터링 및 운전 제어가 가능하고, 시간과 장소에 구애받지 않고 유지관리가 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 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 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 발효조 120 : 모니터링부
121 : 가스 센서 122 : 무게 센서
123 : 온도 센서 124 : 습도 센서
125 : 혼합기 센서 130 : 발효소멸 운전부
131 : 가스 조절기 132 : 음식물 투입기
133 : 온도 조절기 134 : 습도 조절기
135 : 혼합 조절기 140 : 자동 제어부
150 : 관리서버 160 : 컴퓨터
170 : 스마트폰
121 : 가스 센서 122 : 무게 센서
123 : 온도 센서 124 : 습도 센서
125 : 혼합기 센서 130 : 발효소멸 운전부
131 : 가스 조절기 132 : 음식물 투입기
133 : 온도 조절기 134 : 습도 조절기
135 : 혼합 조절기 140 : 자동 제어부
150 : 관리서버 160 : 컴퓨터
170 : 스마트폰
Claims (7)
- 음식물 폐기물이 투입되어 호기성 미생물에 의해 발효 소멸 반응이 일어나는 발효조를 포함하는 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템으로서,
상기 발효조 내부의 환경을 모니터링하는 모니터링부;
상기 발효조 내부의 환경을 조절하는 발효소멸 운전부;
상기 모니터링부로부터 센서값을 전송받는 자동 제어부; 및
상기 자동 제어부가 받은 센서값을 전송받아 저장하고, 제어 정보를 상기 자동 제어부에 전송하는 관리서버;를 포함하며,
상기 자동 제어부는 상기 관리서버로부터 전송받은 제어 정보에 따라 상기 발효소멸 운전부를 제어하며,
상기 모니터링부는 상기 발효조 내부의 음식물 또는 발효조 상부의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하며,
Y계산 = 204.31 × X1 - 1685 : 수식 1
수식 1중, X1은 상기 온도센서에 측정된 발효온도(℃)이고, 상기 수식 1로 계산된 Y계산 값은 CO2 농도값(ppm)이며,
M = Y실측 - Y계산 : 수식 2
수식 2중, Y실측은 상기 발효온도를 측정한 시점에서 실제로 측정된 CO2 농도값(ppm)이며,
상기 M 값이 양수(0 초과)이면 발효 상태가 양호한 상태인 것으로 상기 관리 서버에 전송하고, M 값이 0 이하 내지 -500ppm 초과이면 1차 경고 정보를 상기 관리 서버에 전송하며, M 값이 -500ppm 이하 내지 -1000ppm 초과이면 2차 경고 정보를 상기 관리 서버에 전송하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링부는 상기 발효조 내부의 습도를 측정하는 습도 센서를 포함하며,
상기 습도 센서에서 측정된 습도 값이,
60 내지 90%인 경우는 발효 상태가 양호한 것으로 상기 관리 서버에 전송하고, 50% 이상 내지 60% 미만 또는 90% 초과 내지 95 이하인 경우는 1차 경고 정보를 관리 서버에 전송하고,
50% 미만 또는 95% 초과인 경우는 2차 경고 정보를 관리 서버에 전송하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 모니터링부는,
상기 발효조 내부의 가스 농도를 측정하는 가스 센서;
상기 발효조 내부의 음식물 무게를 측정하는 무게 센서; 및
상기 발효조 내부의 발효물질의 혼합주기나 속도를 측정하는 발효물질 센서;를 포함하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 발효소멸 운전부는,
상기 발효조 내부로 공기를 유입하거나 상기 발효조 내부의 가스를 배출시키는 가스 조절기;
상기 발효조에 음식물 투입을 조절하는 음식물 투입기;
상기 발효조의 온도를 조절하는 온도 조절기;
상기 발효조의 습도를 조절하는 습도 조절기; 및
상기 발효조 내부의 발효물질을 혼합하는 혼합기의 혼합주기 또는 속도를 조절하는 혼합 조절기;를 포함하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템.
- 청구항 3에 있어서,
상기 가스 센서는 음식물 폐기물이 직접 닿지 않도록 상기 발효조 상부에 설치되거나 가스가 배출되는 가스 배관에 설치되며,
상기 발효조 상부에 설치될 시에는 상기 가스 센서에 메쉬 형태의 차단막이 설치되는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 관리서버는 상기 센서값 및 제어 정보를 관리자나 사용자의 컴퓨터나 스마트폰으로 유무선으로 전송하는, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 자동 제어부는 원격단말기(RTU,Remote Terminal Unit)인, 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170095326A KR101889035B1 (ko) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170095326A KR101889035B1 (ko) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템 |
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| KR1020170095326A KR101889035B1 (ko) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 음식물 폐기물 발효소멸 장치의 실시간 모니터링 및 자동 제어 시스템 |
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Cited By (1)
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| CN117535131A (zh) * | 2023-11-14 | 2024-02-09 | 国润生物质能源(山东)有限公司 | 一种厌氧发酵罐安全监测系统 |
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2017
- 2017-07-27 KR KR1020170095326A patent/KR101889035B1/ko active IP Right Grant
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