KR102365665B1 - 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치 및 제어방법, 그리고, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템 - Google Patents

하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치 및 제어방법, 그리고, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템 Download PDF

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coagulant
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total phosphorus
coagulant injection
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임현만
안광호
정진홍
김원재
장향연
박나리
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한국건설기술연구원
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Abstract

하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치 및 제어방법, 그리고, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템이 제공된다. 응집제 주입농도 자동 제어장치는 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 탁도를 측정하는 유입수 탁도 측정장치와, 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 유입수의 총인(T-P: Total Phosphorus)을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출하는 응집제 주입 제어장치와, 산출된 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설로 주입하는 응집제 주입장치를 포함한다.

Description

하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치 및 제어방법, 그리고, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템{Apparatus and method for automatic control of coagulant dosage in sewage and industrial wastewater treatment facilities, and sewage and industrial wastewater treatment system for automatic control of coagulant dosage}
본 발명은 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치 및 제어방법, 그리고, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유입수의 탁도로부터 총인 농도를 예측하여 총인을 제거하기 위한 응집제 농도를 산출할 수 있는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치 및 제어방법, 그리고, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템에 관한 것이다.
기후변화로 인한 지속적인 수온 상승, 정체수역 증가로 인한 유속 감소, 하폐수처리장의 방류수 및 축산농가 등으로부터 유출되는 영양염류 등이 조류 대발생의 원인이 되고 있다. 영양염류 증가에 의한 부영양화를 방지하기 위하여 환경부에서는 총인(T-P: Total Phosphorus)을 하폐수처리시설 방류수 수질기준 항목에 추가하고, 그 기준을 0.2-2.0mg/L로 낮추는 등 지속적으로 공공수역의 수질관리를 강화해 왔다. 이와 같은 정부의 시책에 부합하기 위하여 국내 공공 하폐수처리시설에서는 총인처리 등 하폐수 고도처리공정을 도입하여 오염물질 배출부하를 감소시키기 위한 노력을 지속하고 있다.
물리화학적인 고도처리공정은 화학물질을 이용하여 응집 후 여과, 침전 또는 부상 등의 고형물 분리를 통해서 인을 제거하는 방식을 사용한다. 이 방식은 저농도의 처리수질을 달성할 수 있고 운전이 용이한 장점이 있으나 지속적인 응집제 주입과 슬러지 발생 및 처리 등의 문제를 안고 있으며, 저탁도 상태에서 운영하여 추가적인 오염물질의 제거를 달성해야 하는 문제로 인하여 응집제가 과도하게 주입되는 단점이 있다. 이러한 운영방식은 응집제 자체의 비용 증가뿐만 아니라 슬러지 발생량 증가에도 영향을 미치며 슬러지의 탈수성을 불량하게 하는 등 품질에도 악영향을 미치는 것으로 알려져 있어, 하폐수처리장의 운영효율을 떨어뜨리는 중요한 요인이 되고 있다. 따라서, 목표수질에 부합하도록 하는 적정한 응집제 농도를 결정하고 주입하는 응집공정의 제어기법은 하폐수 내 인 고도처리공정의 핵심이라고 할 수 있다.
하폐수처리시설의 원수 및 단위공정별 유입수는 T-P 및 고형물질(SS: Suspended Solids)의 농도가 높거나 부하변동이 큰 특징이 있어, 이에 안정적으로 대응할 수 있으면서 처리수의 수질기준을 만족할 수 있는 공정이 필요하다.
기존에 도입된 고도처리공정 중에서 침전공정의 경우에는 유지관리가 수월하고 고농도 원수의 유입 및 부하변동에도 대응이 용이한 특징이 있으나, 저농도의 원수가 유입되면 응집제 및 폴리머(polymer) 등의 화학약품을 과도하게 주입하게 됨에 따라 운전비용이 증가하고 슬러지가 과도하게 발생하는 등의 문제점이 있다.
부상분리공정(DAF: Dissolved Air Flotation)의 경우에는 상대적으로 소량의 응집제만 주입하더라도 부상분리가 가능하며 슬러지의 발생량이 적고 함수율이 낮으며 탈수성이 우수하다는 장점이 있으나, 통상 유입수의 탁도가 약 100NTU 이상인 고탁수에 대해서는 처리효율이 현저히 저하되는 단점이 있으므로 전단에 예비침전지 등의 안정화조를 구축하여야 한다.
일체형 침전부상공정(SeDAF: Integrated Sedimentation and Dissolved Air Flotation Process)은 하폐수처리시설에서 기존의 하폐수 내 인 고도처리공정의 문제점을 해결하기 위해 침전 공정과 부상 공정이 일체형으로 이루어진 단일한 공간 내에서 이루어진다.
그러나, 상술한 침전공정, 부상분리공정, 일체형 침전부상공정 또는 여과공정에서 T-P 농도를 모니터링하고 측정하기 위해서는 수십 분 이상의 상당히 긴 시간을 필요로 하며, 실시간 측정이 어렵다. 따라서, 실시간 측정이 어려운 T-P 농도에 기초하여 인 제거를 위한 응집제를 투여하는 경우 기대한 성과를 획득하기 어려운 경우가 발생한다.
국내 등록특허 제10-1523471호
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실시간으로 모니터링 및 측정하기 어려운 T-P 농도 대신 T-P 농도와 상관관계에 있는 다른 수질 측정 항목을 이용하여 인 제거용 응집제 주입 농도를 결정함으로써 총인 측정 장치를 이용하지 않고도 총인을 안정적으로 제거할 수 있는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치 및 제어방법, 그리고, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템을 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 인 제거를 위해 응집제 주입농도를 자동 제어하는 장치는, 상기 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 탁도를 측정하는 유입수 탁도 측정장치; 상기 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인(T-P: Total Phosphorus)을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출하는 응집제 주입 제어장치; 및 상기 산출된 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설로 주입하는 응집제 주입장치;를 포함한다.
상기 응집제 주입 제어장치는, 상기 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하는 총인 농도 예측부; 상기 예측되는 총인 농도에 기초하여 응집제 주입농도를 산출하는 응집제 주입농도 산출부; 상기 산출되는 응집제 주입농도와 상기 유입수의 유입유량을 이용하여 총인 제거를 위한 응집제 주입량을 산출하는 응집제 주입량 산출부; 및 상기 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설로 주입하도록 상기 응집제 주입장치를 제어하는 응집제 주입 제어부;를 포함한다.
상기 총인 농도 예측부는, 사전에 산출된 상기 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 이용하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하며, 상기 사전에 산출된 상관관계는 다음과 같다.
Figure 112021042121490-pat00001
여기서, T-P는 총인 농도, a는 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 나타내는 계수이며, b는 상수항이다.
상기 유입수의 총인 농도를 측정하는 유입수 총인 측정장치;를 더 포함하고, 상기 응집제 주입 제어부는, 일정 기간동안 동일한 시간대에 측정 및 수집되는 상기 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도에 대해 선형회귀분석을 수행하여 상기 사전에 산출된 상관관계를 업데이트한다.
상기 응집제 주입량 산출부는, 상기 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도 이하이면, 상기 최소 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출하고, 상기 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도보다 크면, 상기 산출된 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출한다.
상기 응집제 주입농도 산출부는, 다음 식을 이용하여 응집제 주입 농도를 산출한다.
Figure 112021042121490-pat00002
여기서, C는 응집제 주입농도(mg/L as Al2O3), k는 응집제 주입농도 보정계수, m은 유입수의 총인 농도에 비례하는 응집제 주입농도 산정계수, T-P는 총인 농도이고, n은 상수항이다.
상기 산출된 응집제 주입량을 주입한 후 수처리된 방류수의 총인 농도를 측정하는 방류수 총인 측정장치;를 더 포함하고, 상기 응집제 주입 제어부는, 상기 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도 이상이면, 상기 k를 상향조정한 후 응집제 주입농도를 재산출하도록 상기 응집제 주입농도 산출부를 제어한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 인 제거를 위한 응집제 주입농도 자동 제어 방법은, (A) 응집제 주입농도 자동 제어장치가, 상기 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 탁도를 측정하는 단계; (B) 상기 응집제 주입농도 자동 제어장치가, 상기 (A) 단계에서 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인(T-P: Total Phosphorus)을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출하는 단계; 및 (C) 상기 응집제 주입농도 자동 제어장치가, 상기 (B) 단계에서 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설로 주입하는 단계;를 포함한다.
상기 (B) 단계는, (B1) 상기 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하는 단계; (B2) 상기 예측되는 총인 농도에 기초하여 응집제 주입농도를 산출하는 단계; 및 (B3) 상기 산출되는 응집제 주입농도와 상기 유입수의 유입유량을 이용하여 총인 제거를 위한 응집제 주입량을 산출하는 단계;를 포함한다.
상기 (B1) 단계는, 사전에 산출된 상기 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 이용하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하며, 상기 사전에 산출된 상관관계는 다음과 같다.
Figure 112021042121490-pat00003
여기서, T-P는 총인 농도, a는 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 나타내는 계수이며, b는 상수항이다.
(D) 상기 (B) 단계 이전에, 상기 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 총인 농도를 측정하는 단계; (E) 상기 (A) 단계와 (D) 단계에서 일정 기간동안 동일한 시간대에 측정되는 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도를 수집하는 단계; 및 (F) 상기 일정 기간동안 수집되는 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도에 대해 선형회귀분석을 수행하여 상기 사전에 산출된 상관관계를 업데이트하는 단계;를 더 포함한다.
상기 (B3) 단계는, 상기 (B2) 단계에서 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도 이하이면, 상기 최소 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출하고, 상기 (B2) 단계에서 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도보다 크면, 상기 (B2) 단계에서 산출된 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출한다.
상기 (B2) 단계는, 다음 식을 이용하여 응집제 주입 농도를 산출한다.
Figure 112021042121490-pat00004
여기서, C는 응집제 주입농도(mg/L as Al2O3), k는 응집제 주입농도 보정계수, m은 유입수의 총인 농도에 비례하는 응집제 주입농도 산정계수, T-P는 총인 농도이고, n은 상수항이다. 하폐수 내 인 고도처리시설의 유입수에서 m은 예를 들면 0.5 ~ 3의 범위를 가질 수 있고, n은 -5 ~ +5의 범위를 가질 수 있다.
상기 (C) 단계 이후, (G) 상기 산출된 응집제 주입량을 주입한 후 수처리된 방류수의 총인 농도를 측정하는 단계; 및 (H) 상기 (G) 단계에서 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도 이상이면, 상기 k를 상향조정한 후 응집제 주입농도를 재산출하는 단계;를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리 시스템은, 응집제 주입농도 자동 제어장치; 상기 하폐수처리 제어장치로부터 주입되는 응집제를 유입수와 혼화시키는 혼화조; 콜로이드성 또는 입자성 부유물질을 응집시키는 하나 이상의 응집조; 응집된 플록에 대해 침전, 부상, 침전부상 및 여과 중 적어도 하나가 이루어지도록 하는 하폐수처리조; 및 상기 하폐수처리조에서 처리된 처리수가 방류되는 처리수 방류라인;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 실시간으로 측정하기 어려운 인 농도를 대신하여 T-P와 상관관계가 있는 다른 수질 측정 항목을 이용하여 응집제 주입 농도를 결정함으로써 공정의 처리 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 측정에 소요되는 시간이 상대적으로 긴 총인 측정 장치를 이용하지 않고도 보다 신속하고 정확하게 총인 농도를 예측하여 수처리를 원활히 진행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 침전공정, 부상분리공정, 일체형 침전부상공정 또는 여과공정에 적용가능함으로써 하폐수 처리와 관련된 대부분의 공정에서 적정량의 응집제를 이용하여 효과적으로 인을 제거할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)를 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 응집제 주입 제어장치(130)를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 도면을 참조하여 설명할 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제1 내지 제3응집제 주입농도 자동 제어장치들(100, 200, 300)에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제1 내지 제3응집제 주입농도 자동 제어장치들(100, 200, 300)은 유입수의 탁도를 이용하여 유입수에 포함된 총인(T-P: Total Phosphorus)을 제거하기 위한 응집제 주입농도를 산출할 수 있다. 따라서, 유입수의 총인 농도는 탁도를 측정하는 주기보다 길며, 이로 인해 유입수의 총인 농도를 실시간으로 또는 비교적 짧은 주기로 측정하는데 어려움이 있었으나, 상대적으로 짧은 주기로 측정이 가능한 탁도를 이용하여 총인 농도를 예측하고, 총인 제거를 위한 응집제 주입농도를 자동 산출함으로써 보다 정확하고 신속히 총인을 제거하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 유량계(110), 유입수 탁도 측정 장치(120), 응집제 주입 제어장치(130), 응집제 주입 장치(140) 및 방류수 탁도 측정 장치(150)를 포함할 수 있다.
유량계(110)는 유입라인(10)을 통해 유입되는 미처리된 하폐수의 유량(즉, 유입수의 유입유량)을 주기적으로 또는 실시간으로 측정하여 측정된 유입유량을 응집제 주입 제어장치(130)로 전달할 수 있다.
유입수 탁도 측정 장치(120)는 유입수의 탁도를 주기적으로 또는 실시간으로 측정하여 응집제 주입 제어장치(130)로 전달할 수 있다. 유입수 탁도 측정 장치(120)는 자동계측기일 수 있다.
응집제 주입 제어장치(130)는 유입수 탁도 측정 장치(120)에서 측정된 유입수의 탁도에 기초하여 유입수의 총인(T-P)을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 응집제 주입 제어장치(130)를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 응집제 주입 제어장치(130)는 DB(DataBase, 131), 메모리(132) 및 제어부(133)를 포함할 수 있다.
DB(131)는 유량계(110)에서 측정되는 유입유량, 유입수 탁도 측정 장치(120)에서 측정되는 유입수의 탁도, 방류수 탁도 측정 장치(150)에서 측정되는 방류수의 탁도를 측정 시간과 함께 저장할 수 있다.
메모리(132)는 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있고, 응집제 주입 제어장치(130)가 제공하는 동작, 기능 등을 구현 및/또는 제공하기 위하여, 구성요소들에 관계된 명령 또는 데이터, 하나 이상의 프로그램 및/또는 소프트웨어, 운영체제 등이 저장될 수 있다.
제어부(133)는 메모리(132)에 저장된 프로그램을 실행하여 유입수의 총인 농도를 예측하고, 응집제 주입농도와 주입량을 산출하는 등 응집제 주입과 관련된 동작을 제어하거나 처리할 수 있다.
이를 위하여, 제어부(133)는 총인 농도 예측부(133a), 응집제 주입농도 산출부(133b), 응집제 주입량 산출부(133c) 및 응집제 주입 제어부(133d)를 포함할 수 있다.
총인 농도 예측부(133a)는 하폐수처리를 위해 유입되는 유입수의 탁도로부터 유입수의 총인(T-P) 농도를 예측할 수 있다.
총인 농도 예측부(133a)는 사전에 산출된 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 이용하여 유입수의 총인 농도를 예측할 수 있다. 사전에 산출된 상관관계는 [수학식 1]과 같다.
Figure 112021042121490-pat00005
[수학식 1]에서 T-P는 유입수의 총인 농도(mg/L), a는 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 나타내는 계수이며, b는 상수항이다. 하폐수 내 인 고도처리시설의 유입수에서 a는 예를 들면 0.03 ~ 0.3의 범위를 가질 수 있고, b는 -0.3 ~ 0.3의 범위를 가질 수 있다.
[수학식 1]에 의하면, a=0.11이고, b=0.07인 경우, 측정된 NTU 단위의 탁도에 0.11의 계수를 곱하고, 0.07의 상수항을 더하면, 총인(T-P)은 높은 상관성으로 일차선형식의 형태로 탁도에 비례함을 의미한다.
또한, [수학식 1]에서 a와 b는 원수의 T-P 농도와 탁도를 각각 독립변수와 종속변수로 채택하고 통계분석(회귀분석)을 통해 도출된 결과로서, 이와 같이 회귀분석을 실시하면 두 인자 사이의 상관관계를 수학식으로 나타낼 수 있으며, 이 때 a는 회귀계수, b는 상수항을 나타낸다. 예를 들어, a=0.11이고, b=0.07인 경우, (원수 탁도) = 9.13*(원수 T-P 농도) - 0.64의 식으로 구할 수 있게 되며, 마찬가지로 (원수 T-P) = 0.11 * (원수 탁도) + 0.07의 식으로 구할 수 있게 됨을 의미한다. 이로부터, 하나의 값을 알게 되면 나머지 값은 계산을 통해 매우 높은 신뢰도로 구할 수 있다.
[수학식 1]의 도출 방법에 대해 간단히 설명하면, 총인(T-P) 항목을 분석하기 위해서는 가열 및 발색이 필요하기 때문에 현장 조건에 따라서 즉시 측정 또는 연속 측정이 곤란한 경우가 발생한다. 이와 관련하여 유입수 수질항목 간 상관관계 분석에 의하면, 하폐수처리시설에서 2차 침전지 유출수의 경우 총인과 가장 상관성이 높은 항목이 탁도이다.
따라서, 총인의 측정이 어려운 경우 또는 정밀한 조작이 필요하지 않은 경우에는 탁도로부터 총인 제거를 위한 응집제 주입농도를 산정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 [수학식 1]은 이러한 보고에 기초하여 다수의 Jar-test 및 실증플랜트 유입수질(n=87) 사이의 상관관계를 분석하여 도출된 총인(T-P)과 탁도 간의 상관식으로서, 결정계수(
Figure 112021124488194-pat00006
)는 0.81이다. 결정계수(
Figure 112021124488194-pat00007
)가 1에 근접할수록 높은 상관성을 가지며, [수학식 1]의 경우 결정계수=0.81로 1에 충분히 근접하므로 [수학식 1]은 기준에 비해 매우 높은 상관성을 가져 신뢰도가 높다.
특히, [수학식 1]에서 상관성은 상관계수의 크기 뿐만 아니라 데이터의 개수에 의해서도 결정되며, 데이터의 개수가 많아질수록 상관계수는 크지 않더라도 높은 상관성을 갖는다고 할 수 있다. 따라서, 위에 설명한 것처럼 n=87, 즉, 87개의 충분한 데이터를 활용하여 상관관계를 분석함으로ㅆ 높은 상관성을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 결정계수는 상관계수의 제곱을 이미하므로, 결정계수 0.81은 상관계수 0.9에 해당하여 이는 매우 높은 상관성과 99% 이상의 신뢰수준을 갖고 있는 것을 의미한다.
응집제 주입농도 산출부(133b)는 총인 농도 예측부(133a)에서 예측되는 총인 농도에 기초하여 응집제 주입농도를 산출할 수 있다.
응집제 주입농도 산출부(133b)는 [수학식 2]를 이용하여 응집제 주입농도를 산출할 수 있다.
Figure 112021042121490-pat00008
[수학식 2]에서 C는 응집제 주입농도(Coagulant dosage, mg/L as Al2O3), k는 응집제 주입농도 보정계수(Coagulant dosage correction coefficient), m은 유입수의 총인 농도에 비례하는 응집제 주입농도 산정계수, T-P는 [수학식 1]에 의해 예측된 유입수의 총인 농도이고, n은 상수항이다. 하폐수 내 인 고도처리시설의 유입수에서 m은 예를 들면 0.5 ~ 3의 범위를 가질 수 있고, n은 -5 ~ +5의 범위를 가질 수 있으며, m=1.297인 경우 n은 0.811일 수 있다.
또한, [수학식 2]의 계수, k, m 및 n은 다양한 조건에서 활용할 수 있도록 범용성을 부여하기 위하여 계수 형태로 구성한 것으로서, 지역별로 혹은 하수처리장별로 특정 조건에서 계수에 상수를 대입하여 수질 특성을 반영할 수도 있으며, [수학식 2]는 이를 고려하여 일반화한 형태의 식이다.
응집제 주입농도 산출부(133b)는 k의 초기값을 1로 설정하며, 보다 강화된 수질기준을 적용하려는 경우 k의 초기값을 증가시켜(예를 들어, 1.1) k=1일 때보다 더 고농도의 응집제가 주입되도록 하고, 약화된 수질기준을 적용하려는 경우 k의 초기값을 감소시켜(예를 들어, 0.9) 응집제 주입량이 감소되도록 할 수 있다. k의 범위는 예를 들어, 0.5~2.0일 수 있으며 변경가능하다.
[수학식 2]는 하폐수처리시설에서 2차 침전지 유출수를 대상으로 하는 일체형 침전부상공정(SeDAF: Integrated Sedimentation and Dissolved Air Flotation Process)에서, 적정 응집제 주입농도는 유입수의 총인 농도와 매우 높은 상관성을 가지고 있음을 보여준다(Jang et al., 2020a). 본 발명의 실시 예는 침전부상공정뿐만 아니라 침전공정, 부상공정 또는 여과공정에 적용가능하다.
응집제 주입량 산출부(133c)는 응집제 주입농도 산출부(133b)에서 산출되는 응집제 주입농도와 유량계(110)에서 측정되는 유입수의 유입유량을 이용하여 총인 제거를 위한 응집제 주입량을 산출할 수 있다. 응집제 주입량 산출부(133c)는 [수학식 3]을 이용하여 응집제 주입량을 산출한다.
Figure 112021042121490-pat00009
[수학식 3]에서 응집제 주입량 산출부(133c)는 응집제 주입농도 산출부(133b)에서 산출된 응집제 주입농도(C)가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도(Cmin) 이하이면, 최소 응집제 주입농도(Cmin)를 [수학식 3]에 대입하여 응집제 주입량을 산출할 수 있다.
이는, 응집제 주입농도 산출부(133b)에서 산출된 응집제 주입농도(C)가 일 예로 0.5mg/L로 매우 낮아도 하폐수처리시설(20)이 적정 수준의 수처리 기능을 유지하도록 하기 위한 안전장치(즉, 안전율)로서 최소한의 응집제를 주입하기 위함이다. 최소 응집제 주입농도(Cmin)는 최소한으로 주입하기 위한 응집제의 농도로서, 예를 들어, 1~2mg/L의 범위 내에서 정해질 수 있으며 변경가능함은 물론이다.
또한, 응집제 주입량 산출부(133c)는 응집제 주입농도 산출부(133b)에서 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도(Cmin)보다 크면, 응집제 주입농도 산출부(133b)에서 산출된 응집제 주입농도를 [수학식 3]에 대입하여 응집제 주입량을 산출할 수 있다.
응집제 주입 제어부(133d)는 응집제 주입량 산출부(133c)에서 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설(20)로 주입하도록 응집제 주입 장치(140)를 제어할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 응집제 주입 장치(140)는 응집제 주입 제어장치(130)에서 산출되는 응집제 주입량에 해당하는 응집제를 하폐수처리시설(20)로 공급할 수 있다. 응집제 주입 장치(140)는 응집제를 저장하는 저장소(미도시)와 응집제 주입량만큼 공급하도록 제어하는 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
방류수 탁도 측정 장치(150)는 응집제 주입 장치(140)가 응집제 주입 제어장치(130)에서 산출된 응집제 주입량을 하폐수처리시설(20)로 주입한 후 하폐수처리시설(20)에 의해 수처리된 방류수의 탁도를 측정할 수 있다.
방류수 탁도 측정 장치(150)는 방류되기 이전의 방류수를 채수하여 수분석함으로써 탁도와 총인 농도를 측정하거나, 자동계측기를 이용할 수도 있다.
응집제 주입 제어장치(130)의 응집제 주입 제어부(133d)는 방류수의 탁도를 참고하여 수처리 결과를 확인한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 유량계(210), 유입수 탁도 측정 장치(220), 응집제 주입 제어장치(230), 응집제 주입 장치(240), 방류수 탁도 측정 장치(250) 및 방류수 총인 측정 장치(260)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 유량계(210), 유입수 탁도 측정 장치(220), 응집제 주입 제어장치(230), 응집제 주입 장치(240), 방류수 탁도 측정 장치(250)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 유량계(110), 유입수 탁도 측정 장치(120), 응집제 주입 제어장치(130), 응집제 주입 장치(140), 방류수 탁도 측정 장치(150)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
다만, 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)에 대해 방류수 총인 측정 장치(260)를 더 포함할 수 있다.
응집제 주입 제어장치(230)는 [수학식 1] 내지 [수학식 3]을 이용하여 유입수의 탁도에 기반한 총인 농도를 예측하고, 총인을 제거하기 위한 응집제 주입농도와 응집제 주입량을 산출할 수 있다.
응집제 주입 제어장치(230)에 의해 산출된 응집제 주입량만큼의 응집제가 응집제 주입 장치(240)에 의해 하폐수처리시설(20)로 주입되어 유입수가 수처리되면, 방류수 총인 측정 장치(260)는 수처리된 방류수의 총인 농도를 측정하고, 측정된 방류수의 총인 농도를 응집제 주입 제어장치(230)로 전달할 수 있다. 방류수 총인 측정 장치(260)는 탁도에 기반하여 산출된 응집제 주입 농도에 의해 유입수의 총인 제거가 제대로 수행되었는지를 판단하기 위한 장치이다.
방류수 총인 측정 장치(260)는 방류되기 이전의 방류수를 채수하여 수분석함으로써 수처리된 수질의 총인 농도를 측정하거나, 자동계측기를 이용하여 측정할 수도 있다. 측정되는 방류수의 총인 농도는 측정 시간과 함께 DB(131)에 저장될 수 있다.
응집제 주입 제어장치(230)의 응집제 주입 제어부(133d)는 방류수 총인 측정 장치(260)에서 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도(T-Pmin, 예를 들어, 0.2mg/L) 미만이면, 수처리된 방류수를 방류하도록 하폐수처리시설(20)을 제어할 수 있다. 최소 총인 농도(T-Pmin)는 변경가능하다.
반면, 응집제 주입 제어부(133d)는 방류수 총인 측정 장치(260)에서 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도(T-Pmin, 예를 들어, 0.2mg/L) 이상이면, k를 정해진 단위만큼 상향조정한 후 응집제 주입농도를 재산출하도록 응집제 주입농도 산출부(133b)를 제어할 수 있다.
이와 같이 최소 총인 농도를 비교하는 것은 일반적으로 방류수의 처리수질로서 총인 농도가 0.2mg/L 이하를 항상 유지하도록 하기 위함이며, 따라서, 방류수의 수질기준인 총인 농도가 0.2mg/L를 만족하지 못 할 경우 k는 증가되어 이전보다 강화된 조건으로 수처리를 위한 주입농도가 산출되도록 할 수 있다. 따라서, 상향조정하기 위해 정해진 단위가 0.1이면, 응집제 주입농도 산출부(133b)는 k를 1에서 1.1로 상향조정하고 [수학식 2]에 k=1.1을 대입하여 응집제 주입농도를 재산출하고, 재산출된 응집제 주입농도와 최소 응집제 주입농도(Cmin)를 비교하여 응집제 주입량을 산출할 수 있다.
또한, 응집제 주입농도 산출부(133b)는 |측정되는 방류수의 총인 농도-최소 총인 농도(T-Pmin)|의 크기(
Figure 112021042121490-pat00010
)에 따라 k가 증가하는 범위(즉, 정해진 단위)를 차등 조정할 수도 있다. 예를 들어, 크기(
Figure 112021042121490-pat00011
)가 0.1mg/L 이하이면 k는 0.1 단위로 상향조정하고, 0.1mg/L 초과하면 0.2 단위로 더 큰 폭으로 상향조정하여 보다 신속한 수처리 대응이 가능하도록 할 수도 있다.
이로써, 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 방류수의 총인 농도가 0.2mg/L 이하를 유지할 때까지 응집제 주입농도를 조정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 유량계(310), 유입수 탁도 측정 장치(320), 유입수 총인 측정 장치(330), 응집제 주입 제어장치(340), 응집제 주입 장치(350), 방류수 탁도 측정 장치(360) 및 방류수 총인 측정 장치(370)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 유량계(310), 유입수 탁도 측정 장치(320), 응집제 주입 제어장치(340), 응집제 주입 장치(350), 방류수 탁도 측정 장치(360)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 유량계(110), 유입수 탁도 측정 장치(120), 응집제 주입 제어장치(130), 응집제 주입 장치(140) 및 방류수 탁도 측정 장치(150)와 동일하고, 도 4에 도시된 방류수 총인 측정 장치(370)는 도 3에 도시된 방류수 총인 측정 장치(260)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
다만, 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)에 대해 유입수 총인 측정 장치(330)를 더 포함할 수 있다.
유입수 총인 측정 장치(330)는 유입수의 총인 농도를 주기적으로(예를 들어 30분 단위) 측정하여 응집제 주입 제어장치(340)로 전달할 수 있다. 유입수 총인 측정 장치(330)는 하폐수처리시설(20)로 유입되기 이전의 유입수를 채수하여 수분석함으로써 총인 농도를 측정하는 장치이거나 자동계측기를 이용하여 측정할 수 있다.
유입수 총인 측정 장치(330)에 의해 측정되는 유입수의 총인 농도는 [수학식 1]에 의해 예측되는 총인의 정확도를 판단하는데 사용될 수 있다.
또한, 유입수 총인 측정 장치(330)에 의해 측정되는 유입수의 총인 농도는 유입수의 탁도와 함께 분석되어 사전에 산출된 [수학식 1]의 상관관계를 업데이트하는데 사용될 수 있다.
이를 위하여, 응집제 주입 제어부(133d)는 측정되는 유입수의 총인 농도가 DB(131)에 저장되도록 할 수 있다. 따라서, DB(131)에는 일정 기간동안 측정 및 수집되는 유입수의 탁도와 총인 농도가 측정 시간과 함께 저장될 수 있다.
응집제 주입 제어부(133d)는 일정 기간동안 동일한 시간대에 측정 및 수집되는 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도에 대해 선형회귀분석을 수행하여 사전에 산출된 [수학식 1]의 상관관계를 업데이트할 수 있다. 이로써, 제1 내지 제3응집제 주입농도 자동 제어장치들(100, 200, 300)은 유입수의 탁도와 총인 농도를 주기적으로 반영한 수학식 1]을 이용하여 보다 정확하게 탁도로부터 총인 농도를 예측할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 하폐수처리시설(20)은 침전공정을 위한 시설, 부상공정을 위한 시설, 침전부상공정을 위한 시설 또는 여과공정을 위한 시설일 수 있다.
도 4는 하폐수처리시설(20)의 일 예로서 침전과 부상분리공정이 가능한 침전부상시설을 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 하폐수처리시설(20)은 하나 이상의 혼화조(21), 하나 이상의 응집조(22), 수처리조(23), 가압기(24) 및 버블공급기(25)를 포함할 수 있다. 가압기(24) 및 버블공급기(25)는 생략가능하다.
혼화조(21)는 미처리된 유입수와 응집제 주입 장치(350)에 의해 주입되는 응집제를 혼화할 수 있다.
응집조(22)는 응집제와 혼화된 유입수를 교반하여 예정된 크기의 플록을 생성할 수 있다.
수처리조(23)는 응집된 플록이 침전되거나 부상되거나 여과되는 침전조, 부상조 또는 여과조일 수 있다.
가압기(24)는 펌프(P)와 콤프레서(C)를 통해 처리수와 외부 공기를 가압하여 버블공급기에 제공해줄 수 있다.
버블 공급기(25)는 경사판 모듈 일측에 구비되고, 버블을 생성하여 플록을 부양시킬 수 있다. 부양되는 플록 또는 플록을 포함하는 방류수는 배출구를 통해 방류될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 구현하기 위한 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)의 동작은 도 1 및 도 2를 참조하여 자세히 설명하였으므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 유입수의 수질을 측정할 항목으로서 탁도가 설정되면(S510), 유입수의 탁도를 측정한다(S520).
제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 S520단계에서 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 유입수의 총인을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출할 수 있다(S530).
S530단계를 자세히 설명하면, 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 S520단계에서 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 유입수의 총인 농도를 예측할 수 있다(S531). S531단계는 사전에 산출된 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계인 [수학식 1]을 이용하여 유입수의 총인 농도를 예측할 수 있다.
제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 응집제 주입농도 보정계수인 k의 초기값으로서 1을 설정하고(S532), [수학식 2]를 이용하여 응집제 주입 농도(C)를 산출한다(S533).
S533단계에서 산출된 응집제 주입농도(C)가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도(Cmin)보다 크면(S534-Yes), 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 산출된 응집제 주입농도(C)와 유입유량을 [수학식 3]에 대입하여 응집제 주입량을 산출할 수 있다(S535).
반면, S533단계에서 산출된 응집제 주입농도(C)가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도(Cmin) 이하이면(S534-No), 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 최소 응집제 주입농도(Cmin)와 유입유량을 [수학식 3]에 대입하여 응집제 주입량을 산출할 수 있다(S536).
응집제 주입량이 산출되면, 제1응집제 주입농도 자동 제어장치(100)는 S535단계 또는 S536단계에서 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설(20)로 주입하도록 응집제 주입장치(140)를 제어할 수 있다(S540).
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 구현하기 위한 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)의 동작은 도 3을 참조하여 설명하였으므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 유입수의 수질을 측정할 항목으로서 탁도가 설정되면(S610), 유입수의 탁도를 측정한다(S620).
제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 S620단계에서 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 유입수의 총인을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출할 수 있다(S630).
S630단계를 자세히 설명하면, 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 S620단계에서 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 유입수의 총인 농도를 예측할 수 있다(S631). S631단계는 사전에 산출된 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계인 [수학식 1]을 이용하여 유입수의 총인 농도를 예측할 수 있다.
제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 응집제 주입농도 보정계수인 k의 초기값으로서 1을 설정하고(S632), [수학식 2]를 이용하여 응집제 주입 농도(C)를 산출한다(S633).
S633단계에서 산출된 응집제 주입농도(C)가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도(Cmin)보다 크면(S634-Yes), 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 산출된 응집제 주입농도(C)와 유입유량을 [수학식 3]에 대입하여 응집제 주입량을 산출할 수 있다(S635).
반면, S633단계에서 산출된 응집제 주입농도(C)가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도(Cmin) 이하이면(S634-No), 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 최소 응집제 주입농도(Cmin)와 유입유량을 [수학식 3]에 대입하여 응집제 주입량을 산출할 수 있다(S636).
응집제 주입량이 산출되면, 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 S635단계 또는 S636단계에서 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설(20)로 주입하도록 응집제 주입장치(240)를 제어할 수 있다(S640).
주입된 응집제에 의해 유입수가 수처리되어 방류수가 되면, 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 수처리된 방류수의 총인 농도를 측정한다(S650).
제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 S650단계에서 측정되는 방류수의 총인 농도와 사전에 정해진 기준 총인 농도(T-Pmin)를 비교하여 응집제 주입농도 조정 여부를 결정할 수 있다(S660). 기준 총인 농도는 물을 방류하여도 되는 조건에 해당하는 최소 총인 농도를 의미한다.
S660단계를 자세히 설명하면, S650단계에서 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도(T-Pmin) 미만이면(S661-yes), 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 수처리된 방류수를 방류하도록 하폐수처리시설(20)을 제어할 수 있다(S662).
반면, S650단계에서 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도 이상이면(S661-NO), 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 수처리된 방류수의 방류 또는 방류수의 후처리 여부를 결정하고(S663), [수학식 2]의 k를 정해진 단위만큼 상향조정한다(S664). 따라서, 제2응집제 주입농도 자동 제어장치(200)는 [수학식 2]를 이용하여 응집제 주입농도를 재산출하며, S661단계의 조건을 만족할 때까지 S630단계 내지 S660단계의 일부 또는 전체를 반복수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하폐수 내 인 고도처리를 위한 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7의 응집제 주입농도 자동 제어 방법을 구현하기 위한 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)의 동작은 도 3을 참조하여 설명하였으므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 유입수의 수질을 측정할 항목으로서 탁도와 유입수의 총인 농도가 설정되면(S710), 유입수의 탁도와 총인 농도를 측정하여 DB(131)에 저장할 수 있다(S720, S770).
제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 S720단계에서 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 유입수의 총인을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출할 수 있다(S730).
응집제 주입량이 산출되면, 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 S730단계에서 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설(20)로 주입하도록 응집제 주입장치(350)를 제어할 수 있다(S740).
주입된 응집제에 의해 유입수가 수처리되어 방류수가 되면, 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(700)는 수처리된 방류수의 총인 농도를 측정한다(S750).
제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 S750단계에서 측정되는 방류수의 총인 농도와 사전에 정해진 기준 총인 농도(T-Pmin)를 비교하여 응집제 주입농도 재산출 여부 또는 방류수의 방류 여부를 결정할 수 있다(S760).
한편, 제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 S720단계 및 S770단계에서 측정 및 저장된 유입수의 탁도와 총인 농도 중 일정 기간동안 동일한 시간대에 측정된 유입수의 탁도와 총인 농도를 DB(131)로부터 수집할 수 있다(S780).
제3응집제 주입농도 자동 제어장치(300)는 수집되는 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도에 대해 선형회귀분석을 수행하여 사전에 산출된 [수학식 1]의 상관관계를 업데이트할 수 있다(S790).
한편, 이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300: 제1 내지 제3응집제 주입농도 자동 제어장치들
110, 210, 310: 유량계
120, 220, 320: 유입수 탁도 측정 장치
130, 230, 340: 응집제 주입 제어장치
140, 240, 350: 응집제 주입 장치
150, 250, 360: 방류수 탁도 측정 장치
260, 370: 방류수 총인 측정 장치
330: 유입수 총인 측정 장치

Claims (15)

  1. 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 인 제거를 위해 응집제 주입농도를 자동 제어하는 장치에 있어서,
    상기 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 탁도를 측정하는 유입수 탁도 측정장치;
    상기 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인(T-P: Total Phosphorus)을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출하는 응집제 주입 제어장치; 및
    상기 산출된 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설로 주입하는 응집제 주입장치;를 포함하고,
    상기 응집제 주입 제어장치는,
    상기 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하는 총인 농도 예측부;
    상기 예측되는 총인 농도에 기초하여 응집제 주입농도를 산출하는 응집제 주입농도 산출부;
    상기 산출되는 응집제 주입농도와 상기 유입수의 유입유량을 이용하여 총인 제거를 위한 응집제 주입량을 산출하는 응집제 주입량 산출부; 및
    상기 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설로 주입하도록 상기 응집제 주입장치를 제어하는 응집제 주입 제어부;
    를 포함하고,
    상기 총인 농도 예측부는,
    사전에 산출된 상기 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 이용하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하며, 상기 사전에 산출된 상관관계는
    Figure 112021124488194-pat00023
    이고, 여기서, T-P는 총인 농도, a는 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 나타내는 계수로서 0.03.~0.3 범위에서 결정되고, b는 상수항으로서 -0.3 ~ 0.3 범위에서 결정되고,
    상기 응집제 주입량 산출부는,
    상기 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도 이하이면, 상기 최소 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출하고,
    상기 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도보다 크면, 상기 산출된 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유입수의 총인 농도를 측정하는 유입수 총인 측정장치;를 더 포함하고,
    상기 응집제 주입 제어부는,
    일정 기간동안 동일한 시간대에 측정 및 수집되는 상기 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도에 대해 선형회귀분석을 수행하여 상기 사전에 산출된 상관관계를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 응집제 주입농도 산출부는,
    다음 식을 이용하여 응집제 주입 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치:
    Figure 112021124488194-pat00013

    여기서, C는 응집제 주입농도(mg/L as Al2O3), k는 응집제 주입농도 보정계수, m은 유입수의 총인 농도에 비례하는 응집제 주입농도 산정계수, T-P는 총인 농도, n은 상수항임.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산출된 응집제 주입량을 주입한 후 수처리된 방류수의 총인 농도를 측정하는 방류수 총인 측정장치;를 더 포함하고,
    상기 응집제 주입 제어부는,
    상기 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도 이상이면, 상기 k를 상향조정한 후 응집제 주입농도를 재산출하도록 상기 응집제 주입농도 산출부를 제어하는 것을 특징으로 하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어장치.
  8. 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 인 제거를 위한 응집제 주입농도 자동 제어 방법에 있어서,
    (A) 응집제 주입농도 자동 제어장치가, 상기 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 탁도를 측정하는 단계;
    (B) 상기 응집제 주입농도 자동 제어장치가, 상기 (A) 단계에서 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인(T-P: Total Phosphorus)을 제거하기 위한 응집제 주입량을 산출하는 단계; 및
    (C) 상기 응집제 주입농도 자동 제어장치가, 상기 (B) 단계에서 산출되는 응집제 주입량에 따라 응집제를 하폐수처리시설로 주입하는 단계;를 포함하고,
    상기 (B) 단계는,
    (B1) 상기 측정되는 유입수의 탁도에 기초하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하는 단계;
    (B2) 상기 예측되는 총인 농도에 기초하여 응집제 주입농도를 산출하는 단계; 및
    (B3) 상기 산출되는 응집제 주입농도와 상기 유입수의 유입유량을 이용하여 총인 제거를 위한 응집제 주입량을 산출하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 (B1) 단계는,
    사전에 산출된 상기 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 이용하여 상기 유입수의 총인 농도를 예측하며, 상기 사전에 산출된 상관관계는
    Figure 112021124488194-pat00024
    이고, 여기서, T-P는 총인 농도, a는 유입수의 탁도와 총인 농도 간의 상관관계를 나타내는 계수로서 0.03.~0.3 범위에서 결정되고, b는 상수항으로서 -0.3 ~ 0.3 범위에서 결정되며,
    상기 (B3) 단계는,
    상기 (B2) 단계에서 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도 이하이면, 상기 최소 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출하고,
    상기 (B2) 단계에서 산출된 응집제 주입농도가 사전에 정해진 최소 응집제 주입농도보다 크면, 상기 (B2) 단계에서 산출된 응집제 주입농도를 이용하여 응집제 주입량을 산출하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    (D) 상기 (B) 단계 이전에, 상기 하폐수처리시설로 유입되는 유입수의 총인 농도를 측정하는 단계;
    (E) 상기 (A) 단계와 (D) 단계에서 일정 기간동안 동일한 시간대에 측정되는 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도를 수집하는 단계; 및
    (F) 상기 일정 기간동안 수집되는 유입수의 탁도와 유입수의 총인 농도에 대해 선형회귀분석을 수행하여 상기 사전에 산출된 상관관계를 업데이트하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리방법.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 (B2) 단계는,
    다음 식을 이용하여 응집제 주입 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리방법:
    Figure 112021124488194-pat00015

    여기서, C는 응집제 주입농도(mg/L as Al2O3), k는 응집제 주입농도 보정계수, m은 유입수의 총인 농도에 비례하는 응집제 주입농도 산정계수, T-P는 총인 농도, n은 상수항임.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (C) 단계 이후,
    (G) 상기 산출된 응집제 주입량을 주입한 후 수처리된 방류수의 총인 농도를 측정하는 단계; 및
    (H) 상기 (G) 단계에서 측정되는 방류수의 총인 농도가 사전에 정해진 최소 총인 농도 이상이면, 상기 k를 상향조정한 후 응집제 주입농도를 재산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하폐수 내 인 고도처리를 위한 응집제 주입농도 자동 제어가 가능한 하폐수처리방법.
  15. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050017306A (ko) * 2003-08-12 2005-02-22 김병기 응집제 투입장치
KR101523471B1 (ko) 2014-10-24 2015-05-28 주식회사 효성 응집제 주입량 자동제어장치 및 이를 이용한 응집제 주입량 자동제어방법
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