KR102403493B1 - Integrated management system of sewage and wastewater treatment plants using artificial intelligence - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인공지능을 이용하여 각 하·폐수 처리장의 유출수질 예측모델을 구축하고 이에 따라 각 하·폐수 처리장에 적정의 제어가 이루어지도록 하는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a system for constructing a predictive model for the quality of runoff at each sewage and wastewater treatment plant using artificial intelligence, and to appropriately control each sewage and wastewater treatment plant accordingly.
하·폐수 처리 공정은 일간, 주간 및 계절별 변동이 심한 유입수를 방류수 수질 기준에 부합되도록 안정적으로 처리해야 하는 큰 어려움을 가지고 있다. 유입 유량의 변동이나 유입수 내 오염 물질의 부하 변동에 대처할 수 있는 가장 최적의 방법은 이와 같은 변동을 사전에 미리 예측하여 공정에 그 영향이 미치지 않도록 조치를 취하고, 그 후의 공정의 처리능을 유출수질로서 모니터링 하여 확인하는 것이다. 이런 측면에서, 하·폐수 처리 공정에 전통적으로 사용되는 DO 제어와 같이 공정에 외란의 영향이 발생한 후 이를 완화시키는 기존의 되먹임 제어(Feedback control, FB 제어) 기법은 공정에 제어 동작이 가해진 후 그 제어 동작이 공정에 영향을 미치는 시점까지 지체시간이 발생하여 외란의 완벽한 제거가 수행되지 못한다는 단점이 있다. The sewage and wastewater treatment process has a great difficulty in stably treating the influent, which fluctuates daily, weekly, and seasonally, to meet the effluent quality standards. The most optimal way to cope with fluctuations in influent flow rate or load fluctuations of pollutants in influent is to predict such fluctuations in advance, take measures not to affect the process, and then reduce the processing capacity of the process to the quality of the effluent. It is monitored and confirmed as In this respect, the existing feedback control (FB control) technique that alleviates the effect of disturbance on the process after the effect of disturbance occurs, such as the DO control traditionally used in the sewage and wastewater treatment process, is There is a disadvantage in that a lag time occurs until the time when the control operation affects the process, so that the complete removal of the disturbance cannot be performed.
이에 반하여, 공정에 영향을 주는 외란을 사전에 감지하여 외란을 상쇄시킬 수 있는 제어 동작의 구동을 미리 수행하는 앞먹임 방식의 제어(Feedforward control, FF 제어) 기법은 외란이 공정에 미치는 영향을 사전에 차단한다는 점에서 FB 제어 기법보다 공정 안정성 확보가 더 용이하다. 이러한 FF 제어 기법을 하·폐수 처리 공정에 적용하기 위해서는 반드시 외란을 사전에 측정 또는 예측해야 하다는 전제 조건이 요구된다. On the other hand, the Feedforward control (FF control) technique, which detects disturbances affecting the process in advance and performs a control operation that can cancel the disturbance in advance, predicts the effect of disturbances on the process in advance. It is easier to secure process stability than the FB control method in that it blocks In order to apply this FF control technique to the sewage and wastewater treatment process, a prerequisite is that disturbance must be measured or predicted in advance.
하·폐수처리 공정의 제어 기술은 단순 DO 제어에서부터 영양염류 자동 분석기기를 활용한 실시간 제어 기술까지 다양하게 언급되어왔다. 하지만, 최신의 자동화 제어시스템에서 적용되어 왔던 기존의 기술들의 형태를 보면, 대부분 공정에 외란의 영향이 발생한 후 이를 제어하는 되먹임 제어(FB) 구조를 가지고 있었으며, 이는 외란의 영향을 사전에 방지하지 못하여 안정적 공정 운전에 애로사항이 되는 사례가 빈번하였다. 최근 COD 또는 T-N 항목을 예측하여 이를 제어하는 방법도 보고되었으나, 단위 항목 제어에 한정되어 있고 사전에 미리 짜여진 scheduling에 기반한 FF 제어 구조를 가지지 못하여, 외란 제어를 위한 적절한 조절변수의 구동 시점 및 그 변동값이 명확하게 나타나지 못하여 외란 영향이 완전히 제어되지 못하는 한계점이 나타났었다.The control technology of the sewage and wastewater treatment process has been mentioned in various ways, from simple DO control to real-time control technology using an automatic nutrient analysis device. However, looking at the form of the existing technologies that have been applied in the latest automated control system, most had a feedback control (FB) structure that controls the effect of disturbance on the process after it occurs, which does not prevent the influence of disturbance in advance. There were frequent cases of difficulties in stable process operation because of Recently, a method of predicting and controlling COD or T-N items has also been reported, but since it is limited to unit item control and does not have an FF control structure based on a pre-planned scheduling, the driving timing of an appropriate adjustment variable for disturbance control and its fluctuations The value was not clearly displayed, so there was a limit that the disturbance effect could not be completely controlled.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인공지능에 의해 도출되는 예측모델을 사용하여 유출수질을 예측함에 따라 제어가 필요한 적절한 시점에 미리 제어 동작을 적용하여 외란의 영향을 사전에 차단할 수 있는 하·폐수 처리장의 통합관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and as the runoff water quality is predicted using a prediction model derived by artificial intelligence, a control operation is applied in advance at an appropriate time when control is required to block the effect of disturbance in advance. Its purpose is to provide an integrated management system for sewage and wastewater treatment plants.
상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 인공지능을 이용한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함)은, 각 하·폐수 처리장에 설치되어 실시간 또는 소정 시간 간격으로 유입수질, 유입수량, 운전인자, 유출수질, 유출수량을 측정하는 센서부; 상기 센서부의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하는 인공지능 프로그램이 장착된 예측부; 상기 예측부에서 예측된 유출수질이 기준 유출수질을 벗어나는 경우 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 처리공정 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. As a means for achieving the above object, the integrated management system for sewage and wastewater treatment plants using artificial intelligence (hereinafter referred to as the "system of the present invention") is installed in each sewage and wastewater treatment plant to provide inflow water quality in real time or at predetermined time intervals. , a sensor unit for measuring inflow water quantity, driving factors, outflow water quality, and outflow water amount; It is equipped with an artificial intelligence program that collects the data of the sensor unit, analyzes the data through a learning algorithm, generates a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant, and predicts the quality of the effluent from the selected sewage and wastewater treatment plant based on the predictive model predicted part; When the effluent quality predicted by the prediction unit is out of the standard effluent quality, a treatment process control unit that selects one or more control variables among influent water quality, influent water quantity, and operation factors to control the process of the corresponding sewage/wastewater treatment plant; characterized by including; do it with
하나의 예로 상기 유입수질 및 상기 유출수질 항목은 수질분석 항목인 온도, BOD, COD, SS, T-N, T-P 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. As an example, the influent water quality and the outflow water quality items include at least one of temperature, BOD, COD, SS, T-N, and T-P, which are water quality analysis items.
하나의 예로 상기 처리공정 제어부는 상기 예측부에서 예측된 유출수질이 기준 유출수질을 벗어나는 경우 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 가상으로 변경하고 상기 예측모델을 적용하여 예측된 유출수질이 기준 유출수질 범위 내가 되도록 하는 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 것을 특징으로 한다.As an example, when the effluent quality predicted by the prediction unit is out of the standard effluent quality, the treatment process control unit virtually changes one or more of influent water quality, influent water quantity, and operating factors, and applies the predictive model to determine the predicted effluent quality It is characterized in that the process of the corresponding sewage/wastewater treatment plant is controlled by selecting one or more of influent water quality, influent water quantity, and operation factors to be within the standard outflow water quality range.
하나의 예로 상기 예측부는, 각 하·폐수 처리장의 센서부로부터 데이터를 전달받아 저장하는 데이터모듈; 상기 데이터모듈로부터 수집되는 데이터에서 학습을 위한 하나 이상의 특징을 추출하는 특징도출모듈; 상기 특징도출모듈에서 추출된 특징으로 기반으로 딥러닝(Deep Learning) 학습을 수행하는 학습모듈; 상기 학습모듈에서 학습된 결과정보를 전달받고 이를 바탕으로 각 하·폐수처리장의 예측모델을 생성하는 모델생성모듈; 상기 모델생성모듈에서 생성된 각 하·폐수처리장의 예측모델을 기반으로 각 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하는 예측모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다. As an example, the prediction unit may include: a data module for receiving and storing data from the sensor unit of each sewage and wastewater treatment plant; a feature deriving module for extracting one or more features for learning from the data collected from the data module; a learning module for performing deep learning learning based on the features extracted from the feature deriving module; a model generation module for receiving the result information learned from the learning module and generating a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant based on this; and a prediction module for predicting the effluent quality of each sewage and wastewater treatment plant based on the prediction model of each sewage and wastewater treatment plant generated by the model generation module.
하나의 예로 상기 하·폐수 처리장에는 생물반응조가 포함되되, 상기 생물반응조에는 하부에 부유구가 형성되며 내부에 포집공간이 형성되는 부유포집구와, 상기 부유포집구와 연결되며 상기 부유포집구에 포집된 가스를 배출하는 가스배출라인과, 상기 가스배출라인으로 배출된 가스로부터 산소 및 이산화탄소혼입량을 측정하는 제 2센서부를 포함하는 부생가스측정부가 더 포함되며, 상기 예측부에서는 상기 제 2센서부의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 허용부하를 예측하고, 상기 처리공정 제어부에서는 상기 예측부에서 예측된 허용부하가 기준 허용부하를 벗어나는 경우 펜톤공정 가동, 송풍량 조절 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 것을 특징으로 한다. As an example, the sewage and wastewater treatment plant includes a bioreactor, wherein the bioreactor has a floating port formed in the lower portion and a collection space formed therein, and is connected to the floating collection port and is collected in the floating collection port A gas discharge line for discharging gas, and a by-product gas measurement unit comprising a second sensor unit for measuring the amount of oxygen and carbon dioxide mixed from the gas discharged to the gas discharge line is further included, and the prediction unit receives the data of the second sensor unit Collect, analyze the data through a learning algorithm to generate a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant, predict the allowable load of the selected sewage and wastewater treatment plant based on the predictive model, and in the treatment process control unit, in the prediction unit When the predicted allowable load is out of the standard allowable load, it is characterized in that one or more control variables of operation of the Fenton process and control of the air flow are selected to control the process of the corresponding sewage/wastewater treatment plant.
하나의 예로 상기 부유포집구는 하부가 개구된 형상으로 상기 부유구가 측벽의 하단에서 상부로 일정 이격을 형성하면서 구성되어 상기 부유포집구에 있어 상기 부유구 하단부는 수면에서 잠기는 차단테두리인 것을 특징으로 한다. As an example, the floating port is configured in a shape with an open lower portion, and the floating port forms a predetermined distance from the lower end to the upper side of the side wall, so that the lower end of the floating port in the floating port is a blocking border that is locked in the water surface. do.
하나의 예로 상기 부유포집구에는 수분제거구가 더 포함되되, 상기 수분제거구는 격벽에 의해 하부에 포집챔버와 상부에 분리챔버가 구획되고 상기 포집챔버에는 상기 부유포집구에 포집된 가스가 유입되는 가스유입라인과 수분배출라인이 구성되며 상기 분리챔버에는 상기 가스배출라인이 형성되는 하우징과, 상기 분리챔버에 복수로 직립되며 하단이 상기 포집챔버와 연통하고 다공을 형성하는 다공관과, 상기 가스배출라인에 구성되는 흡입펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.As an example, the floating collection port further includes a water removal port, wherein the water removal port is divided into a collection chamber at a lower portion and a separation chamber at an upper portion by a partition wall, and the gas collected in the floating collection port flows into the collection chamber. A housing comprising a gas inlet line and a water discharge line, the separation chamber having the gas discharge line formed therein, a plurality of perforated tubes upright in the separation chamber, the lower end communicating with the collection chamber and forming pores; It is characterized in that it includes a suction pump configured in the discharge line.
본 발명의 시스템은, 인공지능을 이용한 예측모델의 수립을 통해 각 하·폐수 처리장에 대한 효율적인 제어가 가능토록 하여 통합적인 관리가 가능한 장점이 있다.The system of the present invention has the advantage of enabling integrated management by enabling efficient control of each sewage and wastewater treatment plant through the establishment of a predictive model using artificial intelligence.
도 1은 본 발명의 시스템을 나타내는 블록도이고,
도 2는 도 1에 도시된 예측부의 세부구성을 나타내는 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 개략도이고,
도 4는 도 3에 도시된 부유포집구 등을 나타내는 개략도이고,
도 5는 도 4에 도시된 수분제거구를 나타내는 작동상태도이다.1 is a block diagram showing a system of the present invention;
Figure 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the prediction unit shown in Figure 1,
3 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention,
Figure 4 is a schematic view showing the floating trap shown in Figure 3,
5 is an operation state diagram showing the water removal port shown in FIG.
이하, 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 구체적 일례에 대한 것이므로, 비록 단정적, 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples. Since the following description is for a specific example of the present invention, it is not intended to limit the scope of the rights defined in the claims, even if there are assertive and limiting expressions.
본 발명의 시스템(100)은 도 1에서 보는 바와 같이 각 하·폐수 처리장(a)에 설치되어 실시간 또는 소정 시간 간격으로 유입수질, 유입수량, 운전인자, 유출수질, 유출수량을 측정하는 센서부(101); 상기 센서부(101)의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장(a)별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하는 인공지능 프로그램이 장착된 예측부(102); 상기 예측부(102)에서 예측된 유출수질이 기준 유출수질을 벗어나는 경우 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 처리공정 제어부(103);를 포함하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 1, the
상기 센서부(101)는 도 1에서 보는 바와 같이 복수의 하·폐수 처리장(a)에 설치되어 실시간 또는 소정 시간 간격으로 유입수질, 유입수량, 운전인자, 유출수질, 유출수량을 측정하는 구성으로, 하·폐수 처리장(a)있어 유입수질, 유입수량과 처리장 내 단위공정들의 운전인자, 유출수질 및 유출수량 등을 실시간 또는 소정 시간 간격으로 측정하여 상기 예측부(102)로 전송한다. 수질측정을 위한 센서부(101)는 유입수와 유출수의 유량과 수질(온도, BOD, COD, SS, TN, TP 등)을 측정할 수 있는 센서들과, 처리장 내 단위공정의 운전인자(DO, MLSS, 슬러지반송유량, 내부반송유량, 온도 등)를 측정할 수 있는 센서로 되어 있다. As shown in FIG. 1, the
또한, 이러한 센서는 하·폐수 처리장이 복수의 반응조 등으로 구성되는 경우 각 반응조 등에 복수로 설치될 수 있음은 당연하다. 또한, 상기 센서는 실시간으로 측정할 수도 있으며, 소정 시간 예를 들어 분단위나 시간단위의 간격으로 측정할 수 있다. In addition, when a sewage/wastewater treatment plant is configured with a plurality of reaction tanks, it is natural that a plurality of these sensors may be installed in each reaction tank or the like. In addition, the sensor may measure in real time, and may measure at intervals of a predetermined time, for example, minutes or hours.
상기 예측부(102)는 상기 센서부(101)의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하는 인공지능 프로그램이 장착되는 것을 특징으로 한다. 여기서 인공지능 프로그램은 다양한 공지기술이 적용될 수 있으나 본 발명에서는 일 예로 딥러닝(Deep Learning) 기반의 학습 알고리즘 등이 적용된 예를 제시하고 있다. The
이를 더욱 상세히 설명하면 상기 예측부(102)는 도 2에서 보는 바와 같이 각 하·폐수 처리장의 센서부(101)로부터 데이터를 전달받아 저장하는 데이터모듈(1021); 상기 데이터모듈(1021)로부터 수집되는 데이터에서 학습을 위한 하나 이상의 특징을 추출하는 특징도출모듈(1022); 상기 특징도출모듈(1022)에서 추출된 특징을 기반으로 딥러닝(Deep Learning) 학습을 수행하는 학습모듈(1023); 상기 학습모듈(1023)에서 학습된 결과정보를 전달받고 이를 바탕으로 각 하·폐수처리장의 예측모델을 생성하는 모델생성모듈(1024); 상기 모델생성모듈(1024)에서 생성된 각 하·폐수처리장의 예측모델을 기반으로 각 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하는 예측모듈(1025);을 포함하는 것을 특징으로 한다. To explain this in more detail, the
상기 데이터모듈(1021)은 적어도 하나 이상의 하·폐수 처리장의 센서부(101)로부터 데이터를 온라인을 통해 수집할 수 있다.The
상기 특징도출모듈(1022)은 상기 데이터모듈(1021)로부터 수집되는 데이터에서 학습을 위한 하나 이상의 특징을 추출하여 분리할 수 있다.The
즉 상기 특징도출모듈(1022)은 상기 데이터모듈(1021)에서 수집되는 방대한 정보에서 학습에 필요한 주요 인자를 추출하는 것으로, 예를 들면 각 하·폐수 처리장에 있어 유입수질, 유입수량, 운전인자, 유출수질, 유출수량 등의 특징을 추출할 수 있다.That is, the
상기 학습모듈(1023)은 상기 특징도출모듈(1022)에서 추출된 특징을 기반으로 학습을 수행할 수 있다. 상기 학습모듈(1023)에 의한 학습은 공지의 학습 알고리즘 중 선택된 하나 이상의 적용할 수 있다.The
상기 학습모듈(1023)은 딥러닝(Deep Learning) 기반의 학습 알고리즘을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 딥러닝 학습 신경망 계열에 속하는 CNN(Convolutional Neural Network) 알고리즘을 이용하여 학습을 수행할 수 있다.The
상기 모델생성모듈(1024)은 상기 학습모듈(1023)에서 학습된 결과 정보를 전달받고 이를 바탕으로 각 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성할 수 있다. 즉, 상기 예측모델은 각 하·폐수 처리장별 예측모델로서 이러한 예측모델은 상기 데이터모듈(1021)의 수집정보에 의해 실시간으로 업데이트 될 수 있다.The
상기 예측모듈(1025)은 상기 모델생성모듈(1024)에서 생성된 각 하·폐수 처리장의 예측모델을 기반으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측할 수 있다.The
상기 처리공정 제어부(103)는 상기 예측부(102)에서 예측된 유출수질이 기준 유출수질을 벗어나는 경우 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 구성에 해당한다. 상기 조절변수는 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다. The treatment
이를 더욱 상세히 설명하면 상기 처리공정 제어부(103)는 상기 예측부(102)에서 예측된 유출수질이 기준 유출수질을 벗어나는 경우 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 가상으로 변경하고 상기 예측모델을 적용하여 예측된 유출수질이 기준 유출수질 범위 내가 되도록 하는 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어토록 하는 것이다. To explain this in more detail, the treatment
여기서 조절변수로서 운전인자는 그 제한이 없으나, 외부탄소원 유량, 반응조 내부반송 유량, 슬러지반송 유량, 폐슬러지 유량, 호기조 용존산소 농도 등이 해당될 수 있다.Here, the operating factor as the control variable is not limited thereto, but may include an external carbon source flow rate, a reaction tank internal return flow rate, a sludge return flow rate, a waste sludge flow rate, and an aerobic tank dissolved oxygen concentration.
일 예로 상기 처리공정 제어부(103)는 예측 유출수 농도치 중 NOX-N의 농도치가 기준 농도 범위를 초과할 때는 외부탄소원 유량, 내부반송 유량을 조절변수로 선택할 수 있다. 즉, 외부탄소원 유량과 내부반송 유량을 증가시킴으로써 가까운 미래의 유출수 농도치가 기준범위를 초과하는 것을 방지할 수 있다. 다른 조절변수를 더 포함하는 것도 가능하나 공정시간 및 비용이 더 추가되는 부담이 있다. For example, when the concentration value of NOX-N among the predicted effluent concentration values exceeds the reference concentration range, the treatment
또한 NH4+-N의 농도치가 기준 농도 범위를 초과할 때는 내부반송 유량, 호기조 용존산소 농도를 포함하여 조절변수를 선택할 수 있으며, PO43--P의 농도치가 기준 농도 범위를 초과할 때는 내부반송 유량, 슬러지 반송 유량, 및 호기조 용존산소 농도를 포함하여 조절변수를 선택할 수 있는 것이다. In addition, when the concentration value of NH4+-N exceeds the standard concentration range, control variables including internal return flow rate and dissolved oxygen concentration in the aerobic tank can be selected. Control parameters including sludge return flow rate and aerobic dissolved oxygen concentration can be selected.
상기 예측부(102) 및 처리공정 제어부(103)는 중앙서버(b)에 구성될 수 있다. The
이러한 구성들에 의해 본 발명의 시스템(100)은 과거의 유입수질, 유입수량과 처리장 내 단위공정들의 운전인자, 유출수질 및 유출수량에 대한 데이터를 참조하여 각 장치의 유출수질 예측모델을 구축하며, 이러한 예측모델에 의해 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하여 제어동작이 필요한 시점을 사전에 감지하게 되는 것이며, 상기 처리공정 제어부(103)에 의해 제어동작의 종류(조절변수의 선택)와 그 크기를 선정토록 하는 것이다. With these configurations, the
한편, 도 3에서는 하·폐수 처리장(a)의 예가 도시되고 있는데, 본 실시 예의 하·폐수 처리장(a)은 하·폐수가 유입되어 생물반응이 이루어지는 생물반응조(1)를 포함토록 하며, 이에 더하여 상기 생물반응조(1)에는 부생가스측정부(2)가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다. On the other hand, in FIG. 3, an example of a sewage and wastewater treatment plant (a) is shown. The sewage and wastewater treatment plant (a) of this embodiment includes a bioreactor 1 in which sewage and wastewater are introduced and a biological reaction is performed, and thus In addition, an example in which the by-product
상기 부생가스측정부(2)는 도 3 등에서 보는 바와 같이 하부에 부유구(211)가 형성되며 내부에 포집공간이 형성되는 부유포집구(21)와, 상기 부유포집구(21)와 연결되며 상기 부유포집구(21)에 포집된 가스를 배출하는 가스배출라인(24)과, 상기 가스배출라인(24)으로 배출된 가스로부터 산소 및 이산화탄소 혼입량을 측정하는 제 2센서부(22)를 포함하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 3, the by-product
상기 부유포집구(21)는 도 3에서 보는 바와 같이 하부가 개구된 형상으로 상기 부유구(221)가 측벽의 하단에서 상부로 일정 이격을 형성하면서 구성되어 상기 부유포집구(21)에 있어 상기 부유구(221) 하단부는 수면에서 잠기는 차단테두리(212)가 형성되도록 한다. As shown in FIG. 3 , the floating
상기 차단테두리(212)가 형성되도록 하는 이유는 부유포집구(21) 내부에 포집되는 부생가스(Off-Gas)에 부유포집구(21) 외부의 공기가 혼입되는 것을 차단토록 하여 제 2센서부(22)의 센싱의 정확도를 높이도록 하기 위한 것이다. 즉 부유포집구(21)에 의해 형성되는 포집공간이 다양한 원인에 의해 부유포집구(21)가 흔들리는 경우에도 외기에 노출되지 않도록 하기 위한 것이다. The reason that the blocking border 212 is formed is to block the mixing of the air outside the floating
상기 제 2센서부(22)는 상기 가스배출라인(24)과 연결되어 상기 부유포집구(21)에 포집되는 부생가스로부터 산소 및 이산화탄소의 혼입량을 센싱하기 위한 구성이다. The
이를 위해 당연히 상기 제 2센서부(22)에는 산소측정센서(221)와 이산화탄소측정센서(222)가 포함되어야 한다. For this, of course, the
이러한 부생가스측정부(2)와 연동하여 상기 예측부(102)에서는 상기 제 2센서부(22)의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 허용부하를 예측하게 되는 것이다. In conjunction with this by-product
이 경우도 상기에서 언급한 바와 같이 상기 예측부(102)는 상기 제 2센서부(22)의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 허용부하를 예측하는 인공지능 프로그램이 장착되는 것을 특징으로 한다. In this case as well, as mentioned above, the
이어 상기 처리공정 제어부(103)에서는 상기 예측부(102)에서 예측된 허용부하가 기준 허용부하를 벗어나는 경우 펜톤공정 가동, 송풍량 조절 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 것을 특징으로 한다. Then, when the allowable load predicted by the
즉, 각 하·폐수 처리장 생물반응조 내 O2, CO2 가스의 농도를 실시간으로 분석하여 질산화 point 의사결정, 송풍기의 효율적인 운전으로 처리장의 처리효율 증가 및 에너지 절감을 달성할 수 있도록 하는 것이다. That is, the concentration of O 2 , CO 2 gas in each sewage and wastewater treatment plant is analyzed in real time to determine the nitrification point and to efficiently operate the blower to increase the treatment efficiency and achieve energy savings.
또한, 본 발명에서는 상기 제 2센서부(22)에서 센싱을 더욱 정확히 수행되어지도록 하기 위해 상기 부유포집구(21)에는 수분제거구(23)가 더 포함되도록 하는 예를 제시한다. In addition, in the present invention, an example is provided in which a
상기 수분제거구(23)는 격벽(231-1)에 의해 하부에 포집챔버(231-3)와 상부에 분리챔버(231-2)가 구획되고 상기 포집챔버(231-3)에는 상기 부유포집구(21)에 포집된 가스가 유입되는 가스유입라인(231-4)과 수분배출라인(231-5)이 구성되며 상기 분리챔버(231-2)에는 상기 가스배출라인(24)이 형성되는 하우징(231)과, 상기 분리챔버(231-2)에 복수로 직립되며 하단이 상기 포집챔버(231-3)와 연통하고 다공을 형성하는 다공관(232)과, 상기 가스배출라인(24)에 구성되는 흡입펌프(233)를 포함하는 것을 특징으로 한다. The
상기 부유포집구(21)에 포집된 가스가 상기 가스유입라인(231-4)을 통해 상기 포집챔버(231-3)로 유입되고, 상기 포집챔버(231-3)에 포집된 가스는 격벽(231-1)을 통해 각 다공관(232)으로 유도되어 상향된다. The gas collected in the floating
이를 위해 상기 격벽(231-1)에는 도면에 도시된 바는 없으나 상기 다공관(232)에 대향하는 관통공이 형성되도록 하여 다공관(232)의 하단과 상기 포집챔버(231-3)가 연통하도록 한다. To this end, although not shown in the drawings, the partition wall 231-1 is provided with a through hole facing the
상기와 같이 가스가 다공관(232)을 타고 상향하는 과정에서 상기 흡입펌프(233)를 가동하여 상기 분리챔버(231-2)에 부압이 걸리도록 하면 가스에서 비중이 비교적 작은 가스는 다공관(232)의 공극을 통해 외측으로 토출되고 분리된 수분은 다공관(232)의 내측을 타고 하향하여 상기 포집챔버(231-3)에 저장되고 상기 수분배출라인(231-5))을 통해 외부로 배출되도록 하는 것이다. As described above, when the
더욱 바람직하게 상기 다공관(232)의 내주연은 친유성 코팅층이 도포되도록 하여 부압에 의해 가스로부터 수분의 분리효율을 높이도록 하는 것이 타당하다.More preferably, a lipophilic coating layer is applied to the inner periphery of the
이와 같이 포집된 가스로부터 수분이 분리되도록 하여 상기 제 2센서부(22)에서 센싱의 정확도를 높이고, 이물질의 경우도 다공관(232)에 의해 걸러지도록 하여 가스에 혼입된 이물질이 제 2센서부(22)의 산소측정센서(221)와 이산화탄소측정센서(222)에 침적되는 것을 제어토록 하는 것이다. In this way, moisture is separated from the collected gas to increase the sensing accuracy in the
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Those skilled in the art from the above description will be able to see that various changes and modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the claims rather than being limited to the contents described in the detailed description of the specification.
101 : 센서부 102 : 예측부
103 : 제어부 1021 : 데이터 모듈
1022 : 특징 도출 모듈 1023 : 학습 모듈
1024 : 모델 생성 모듈 1025 : 예측 모듈101: sensor unit 102: prediction unit
103: control unit 1021: data module
1022: feature derivation module 1023: learning module
1024: model generation module 1025: prediction module
Claims (7)
상기 센서부의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하는 인공지능 프로그램이 장착된 예측부; 및
상기 예측부에서 예측된 유출수질이 기준 유출수질을 벗어나는 경우 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 처리공정 제어부;를 포함하며,
상기 하·폐수 처리장에는 하·폐수가 유입되어 생물 반응이 이루어지는 생물반응조가 포함되되,
상기 생물반응조에는 하부에 부유구가 형성되며 내부에 포집공간이 형성되는 부유포집구와, 상기 부유포집구와 연결되며 상기 부유포집구에 포집된 가스를 배출하는 가스배출라인과, 상기 가스배출라인으로 배출된 가스로부터 산소 및 이산화탄소혼입량을 측정하는 제 2센서부를 포함하는 부생가스측정부가 포함되며,
상기 예측부에서는 상기 제 2센서부의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 허용부하를 예측하고,
상기 처리공정 제어부에서는 상기 예측부에서 예측된 허용부하가 기준 허용부하를 벗어나는 경우 펜톤공정 가동, 송풍량 조절 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하며,
상기 부유포집구는,
하부가 개구된 형상으로 상기 부유구가 측벽의 하단에서 상부로 일정 이격을 형성하면서 구성되어 상기 부유포집구에 있어 상기 부유구 하단부로 수면에서 잠기게 됨에 따라 부유포집부 내부에 포집되는 부생가스에 부유포집구 외부의 공기가 혼입되는 것을 차단하는 차단테두리가 형성되고,
상기 부유포집구에는 수분제거구가 더 포함되되,
상기 수분제거구는 격벽에 의해 하부에 포집챔버와 상부에 분리챔버가 구획되고, 상기 포집챔버에는 상기 부유포집구에 포집된 가스가 유입되는 가스유입라인과 수분배출라인이 구성되며,
상기 분리챔버에는 상기 가스배출라인이 형성되는 하우징과, 상기 분리챔버에 복수로 직립 설치되며 하단이 상기 포집챔버와 연통하고 다공을 형성하며 내주연에는 친유성 코팅층이 도포되는 다공관과, 상기 가스배출라인에 구성되는 흡입펌프를 포함하되, 상기 격벽에는 상기 다공관에 대향하도록 복수의 관통공이 형성되어 각 다공관의 하단과 상기 포집챔버가 연통되며,
상기 부유포집구에 포집된 가스가 상기 가스유입라인을 통해 포집챔버로 유입되며, 상기 포집챔버에 포집된 가스가 격벽을 통해 각 다공관으로 상향 유도되는 과정에서 상기 흡입펌프가 작동하여 상기 분리챔버에 부압이 형성되면, 가스에서 비중이 상대적으로 작은 가스는 다공관의 공극을 통해 외측으로 토출되며 가스로부터 분리되는 수분은 다공관의 내측을 타고 하향하고 상기 포집챔버에 저장되면서 상기 수분배출라인을 통해 외부로 배출되어 수분제거부가 포집된 가스로부터 수분을 분리하여 상기 제 2센서부의 센싱 정확도를 향상시키면서 다공관에 의해 이물질이 걸러지도록 하여 가스에 혼입된 이물질이 제 2센서부에 침적되는 것을 방지되게 하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
a sensor unit installed at each sewage and wastewater treatment plant to measure inflow water quality, inflow water quantity, driving factors, outflow water quality, and outflow water quantity in real time or at predetermined time intervals;
It is equipped with an artificial intelligence program that collects data from the sensor unit, analyzes the data through a learning algorithm, generates a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant, and predicts the effluent quality of the selected sewage and wastewater treatment plant based on the predictive model predicted part; and
When the effluent quality predicted by the prediction unit is out of the standard effluent quality, a treatment process control unit that selects one or more control variables among influent water quality, influent water quantity, and operating factors to control the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant; includes,
The sewage and wastewater treatment plant includes a bioreactor in which sewage and wastewater are introduced and a biological reaction occurs,
In the bioreactor, a floating port is formed in the lower portion and a collection space is formed therein; a gas discharge line connected to the floating collection port and exhausting the gas collected in the floating collection port; A by-product gas measurement unit including a second sensor unit for measuring the mixed amount of oxygen and carbon dioxide from the gas is included,
The prediction unit collects the data of the second sensor unit, analyzes the data through a learning algorithm to generate a prediction model for each sewage and wastewater treatment plant, and predicts the allowable load of the selected sewage and wastewater treatment plant based on the prediction model do,
When the allowable load predicted by the prediction unit is out of the standard allowable load, the treatment process control unit selects one or more control variables among operation of the Fenton process and airflow control to control the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant,
The floating collection port,
In the form of an open lower portion, the floating port is formed while forming a certain distance from the lower end of the side wall to the upper side, and as the floating port is submerged in the water surface with the lower end of the floating port in the floating port, the by-product gas collected inside the floating port A blocking border is formed to block the mixing of air from the outside of the floating collection port,
The floating collection port further includes a water removal port,
The water removal port is divided into a collecting chamber at the lower part and a separation chamber at the upper part by a partition wall, and the collecting chamber includes a gas inlet line and a water outlet line through which the gas collected in the floating collecting port flows in,
A housing in which the gas discharge line is formed in the separation chamber; a plurality of perforated tubes installed upright in the separation chamber, the lower end communicating with the collection chamber, forming pores, and an inner periphery of which a lipophilic coating layer is applied; a suction pump configured in the discharge line, wherein a plurality of through-holes are formed in the partition wall to face the perforated tube so that the lower end of each perforated tube communicates with the collection chamber;
The gas collected in the floating collection port is introduced into the collection chamber through the gas inlet line, and the suction pump is operated while the gas collected in the collection chamber is upwardly guided to each perforated tube through the partition wall to operate the separation chamber. When a negative pressure is formed at The moisture removal unit separates moisture from the gas that is discharged to the outside through the collected gas and improves the sensing accuracy of the second sensor unit, and prevents foreign substances mixed in the gas from being deposited in the second sensor unit by filtering foreign substances by the perforated tube. An integrated management system for sewage and wastewater treatment plants using artificial intelligence, characterized in that
상기 유입수질 및 상기 유출수질 항목은 수질분석 항목인 온도, BOD, COD, SS, T-N, T-P 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
The method of claim 1,
The influent water quality and the outflow water quality items include at least one of temperature, BOD, COD, SS, TN, and TP, which are water quality analysis items.
상기 처리공정 제어부는, 상기 예측부에서 예측된 유출수질이 기준 유출수질을 벗어나는 경우 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 가상으로 변경하고 상기 예측모델을 적용하여 예측된 유출수질이 기준 유출수질 범위 내가 되도록 하는 유입수질, 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
The method of claim 1,
The treatment process control unit, when the effluent quality predicted by the prediction unit deviates from the standard effluent quality, virtually changes one or more of influent water quality, influent water quantity, and operating factors, and applies the predictive model to determine the estimated effluent quality is the standard outflow An integrated management system for a sewage and wastewater treatment plant using artificial intelligence, characterized in that the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant is controlled by selecting one or more of influent water quality, influent water quantity, and operation factors to be within the water quality range.
상기 예측부는,
각 하·폐수 처리장의 센서부로부터 데이터를 전달받아 저장하는 데이터모듈;
상기 데이터모듈로부터 수집되는 데이터에서 학습을 위한 하나 이상의 특징을 추출하는 특징도출모듈;
상기 특징도출모듈에서 추출된 특징을 기반으로 딥러닝(Deep Learning) 학습을 수행하는 학습모듈;
상기 학습모듈에서 학습된 결과정보를 전달받고 이를 바탕으로 각 하·폐수처리장의 예측모델을 생성하는 모델생성모듈;
상기 모델생성모듈에서 생성된 각 하·폐수처리장의 예측모델을 기반으로 각 하·폐수 처리장의 유출수질을 예측하는 예측모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
The method of claim 1,
The prediction unit,
a data module for receiving and storing data from the sensor unit of each sewage and wastewater treatment plant;
a feature derivation module for extracting one or more features for learning from the data collected from the data module;
a learning module for performing deep learning learning based on the features extracted from the feature deriving module;
a model generation module for receiving the result information learned from the learning module and generating a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant based on this;
a prediction module for predicting effluent quality of each sewage and wastewater treatment plant based on the prediction model of each sewage and wastewater treatment plant generated by the model generation module;
Sewage and wastewater treatment plant integrated management system using artificial intelligence, characterized in that it comprises a.
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