KR102546802B1 - Integrated management system for sewage and wastewater treatment plants that can reduce greenhouse gas emissions using artificial intelligence - Google Patents

Integrated management system for sewage and wastewater treatment plants that can reduce greenhouse gas emissions using artificial intelligence Download PDF

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KR102546802B1 KR1020220128329A KR20220128329A KR102546802B1 KR 102546802 B1 KR102546802 B1 KR 102546802B1 KR 1020220128329 A KR1020220128329 A KR 1020220128329A KR 20220128329 A KR20220128329 A KR 20220128329A KR 102546802 B1 KR102546802 B1 KR 102546802B1
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최승찬
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최형주
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이승우
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Abstract

The present invention relates to an integrated sewage and wastewater treatment plant management system capable of greenhouse gas emission reduction operation using artificial intelligence (AI). According to the present invention, the integrated sewage and wastewater treatment plant management system comprises: a sensor unit installed in each sewage and wastewater treatment plant to measure inflow water quality, inflow water quantity, operating factors, effluent water quality, effluent water quantity, by-product gas of a biological reactor, and greenhouse gas in real time or at predetermined time intervals; a prediction unit equipped with an AI program of collecting data from the sensor unit, analyzing the data through a learning algorithm to generate a prediction model for each sewage and wastewater treatment plant, and predicting the effluent quality and greenhouse gas concentration of the selected sewage and wastewater treatment plant on the basis of the prediction model; and a treatment process control unit selecting one or more control variables among the inflow water quantity and operation factors to control a process of the sewage and wastewater treatment plant when the outflow water quality and greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit are outside the standard outflow water quality and standard greenhouse gas concentration.

Description

인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템{Integrated management system for sewage and wastewater treatment plants that can reduce greenhouse gas emissions using artificial intelligence}Integrated management system for sewage and wastewater treatment plants that can reduce greenhouse gas emissions using artificial intelligence}

본 발명은 인공지능을 이용한 예측모델의 수립을 통해 각 하·폐수 처리장에서 수질기준을 만족하면서도 온실가스 저감운영이 가능하도록 하는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a system that enables greenhouse gas reduction operation while satisfying water quality standards at each sewage and wastewater treatment plant through the establishment of a predictive model using artificial intelligence.

온실가스로서 아산화질소(N2O)는 하·폐수 처리장에서 질산화/탈질에 의한 생물학적 질소제거 공정시 대부분 발생하고 있는 바, 하·폐수 처리장은 온실가스 배출원으로써 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. Nitrous oxide (N 2 O) as a greenhouse gas is mostly generated during the biological nitrogen removal process by nitrification/denitrification in sewage and wastewater treatment plants, and wastewater treatment plants occupy a very important position as a greenhouse gas emission source.

하지만 하·폐수 처리장에서 이렇게 배출되는 온실가스를 제어하기 위한 기술이 매우 부족한 실정이며, 더욱이 해마다 방류수 수질기준은 엄격해지고 있어 처리장에서 발생하는 온실가스 저감뿐 아니라 방류수 수질기준을 동시에 준수할 수 있는 공정운영기술이 요구되고 있다. However, the technology for controlling greenhouse gases emitted from sewage and wastewater treatment plants is very lacking, and moreover, the effluent water quality standards are getting stricter every year. Operational skills are required.

종래 기술의 예로 대한민국 특허등록 제10-1503688호에서는 폭기조에 떠 있도록 부력부를 구비한 부구와; 상기 부구의 상부에 설치된 부생가스 포집케이스와; 포집케이스의 상부에 설치되고 중앙부에 다공홀이 형성된 분산부로 이루어진 분산 덮개와; 상기 분산부 상부에 설치되고 상부쪽에 하나 이상의 부생가스 배출구가 형성된 측정챔버와; 상기 측정챔버로 유입된 부생가스를 측정하는 센서부와; 상기 센서부에서 측정된 데이터를 검증 후 무선 전송하는 제어부와; 상기 측정챔버의 부생가스 배출구 상부에 설치되어 센서부 및 제어부를 보호하면서 부생가스 배출 흐름을 가이드 하는 가이드 덮개;를 포함하여 구성되되, 상기 포집케이스의 하부쪽에는 부력부의 상부 개방부를 덮는 부력부 덮개가 형성되고, 부력부 덮개의 일지점에는 유체 유입구가 형성된 것을 특징으로 하는 부상식 무선 부생가스 측정장치를 제시하고 있다. As an example of the prior art, in Korean Patent Registration No. 10-1503688, a float having a buoyancy unit so as to float in an aeration tank; a by-product gas collection case installed on the upper part of the float; a dispersion cover installed on the top of the collecting case and composed of a dispersion unit having a perforated hole in the center; a measuring chamber installed above the dispersing unit and having one or more by-product gas outlets formed thereon; a sensor unit for measuring the by-product gas introduced into the measuring chamber; a controller for verifying and wirelessly transmitting the data measured by the sensor unit; A guide cover installed above the by-product gas outlet of the measurement chamber to protect the sensor unit and the control unit and guide the discharge flow of the by-product gas; the buoyancy unit cover covering the upper opening of the buoyancy unit at the lower side of the collecting case. Is formed, and a floating wireless by-product gas measuring device is proposed, characterized in that a fluid inlet is formed at one point of the buoyancy cover.

그러나 상기 기술의 경우도 생물반응조의 부생가스에 대한 모니터링의 기재만 있을 뿐 하·폐수 처리장에서 온실가스 저감운영과 관련된 기술에 대한 제시는 없다. However, even in the case of the above technology, there is only a description of the monitoring of by-product gas in the bioreactor, and there is no suggestion of technology related to greenhouse gas reduction operation in sewage and wastewater treatment plants.

대한민국 특허등록 제10-1503688호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1503688

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인공지능을 이용한 예측모델의 수립을 통해 각 하·폐수 처리장에서 수질기준을 만족하면서도 온실가스 저감운영이 가능하도록 하는 하·폐수 처리장 통합관리 시스템을 제공하고자 함이다. The present invention is to solve the above problems, and provides an integrated wastewater treatment plant management system that enables greenhouse gas reduction operation while satisfying water quality standards at each wastewater treatment plant through the establishment of a predictive model using artificial intelligence. is to do

상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로서 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 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, 유출수량, 생물반응조의 부생가스 및 온실가스를 측정하는 센서부; 상기 센서부의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질 및 온실가스농도를 예측하는 인공지능 프로그램이 장착된 예측부; 상기 예측부에서 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 기준 온실가스농도를 벗어나는 경우 유입수량, 운전인자 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 처리공정 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. As a means to achieve the above object, the integrated management system for sewage and wastewater treatment plants (hereinafter referred to as the "system of the present invention") capable of reducing greenhouse gas emissions using artificial intelligence is installed in each wastewater treatment plant in real time. Or a sensor unit for measuring inflow water quality, inflow water quantity, operation factor, outflow water quality, outflow water quantity, by-product gas and greenhouse gas of the bioreactor at predetermined time intervals; Artificial intelligence that collects data from the sensor unit, analyzes the data through a learning algorithm, creates a prediction model for each wastewater treatment plant, and predicts the effluent quality and greenhouse gas concentration of the selected wastewater treatment plant based on the prediction model. A prediction unit equipped with an intelligence program; If the effluent water quality and greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit deviate from the standard effluent water quality and standard GHG concentration, the treatment process control unit controls the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant by selecting one or more control variables among the inflow water quantity and operating factors. It is characterized by including;

하나의 예로써, 상기 유입수질, 상기 유출수질, 상기 부생가스, 상기 온실가스 항목은 수질분석 항목인 온도, BOD, TOC, COD, SS, T-N, T-P, NH4-N, NO3-N, CO2, O2, N2O 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. As an example, the inflow water quality, the outflow water quality, the by-product gas, and the greenhouse gas items are water quality analysis items such as temperature, BOD, TOC, COD, SS, TN, TP, NH 4 -N, NO 3 -N, It is characterized by including one or more of CO 2 , O 2 , and N 2 O.

하나의 예로써, 상기 처리공정 제어부는, 상기 예측부에서 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 기준 온실가스농도를 벗어나는 경우 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 가상으로 변경하고 상기 예측모델을 적용하여 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 기준 온실가스농도 범위 내가 되도록 하는 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 것을 특징으로 한다. As an example, the treatment process control unit, when the effluent water quality and the greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit deviate from the standard effluent water quality and the standard greenhouse gas concentration, virtually change one or more of the inflow water quantity and the operating factor, and the predicted It is characterized by controlling the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant by selecting one or more of the inflow water quantity and operating factors so that the effluent water quality and greenhouse gas concentration predicted by applying the model fall within the standard effluent water quality and standard greenhouse gas concentration range .

하나의 예로써, 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 전발 받고 이를 바탕으로 각 하·폐수처리장의 예측모델을 생성하는 모델생성모듈; 상기 모델생성모듈에서 생성된 각 하·폐수처리장의 예측모델을 기반으로 각 하·폐수 처리장의 유출수질 및 온실가스농도를 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 derivation module for extracting one or more features for learning from the data collected from the data module; a learning module that performs deep learning based on the features extracted from the feature derivation module; A model generation module that receives the result information learned from the learning module and generates a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant based on it; Characterized in that it includes; a prediction module for predicting effluent quality and greenhouse gas concentration of each wastewater treatment plant based on the prediction model of each wastewater treatment plant generated by the model generation module.

하나의 예로써, 각 하·폐수 처리장의 생물반응조에는, 생물반응조의 내부에 구성되며, 그 하부에 부유구가 형성되고, 내부에 포집공간이 형성되며, 상부에 포집공간에 포집된 가스를 외부로 배출하는 가스배출라인이 형성되는 부유포집부; 상기 가스배출라인이 하단에 연결되고 내부로 유입된 가스가 통과하면서 수분이 제거되도록 하는 수분흡착층이 형성된 수분흡수부; 상기 수분흡수부를 통과한 가스로부터 부생가스 및 온실가스 혼입량을 측정하는 가스센서부;를 포함하는 부생가스 및 온실가스 모니터링 장치가 더 구성됨을 특징으로 한다. As an example, in the bioreactor of each sewage and wastewater treatment plant, it is configured inside the bioreactor, a floating port is formed at the bottom, a collection space is formed inside, and the gas collected in the collection space is released to the outside. A floating collection unit in which a gas discharge line discharged to is formed; a moisture absorbing unit connected to the lower end of the gas discharge line and having a moisture absorbing layer formed thereon so that moisture is removed while the gas flowing into the inside passes; A by-product gas and greenhouse gas monitoring device including a gas sensor unit for measuring the amount of by-product gas and greenhouse gas from the gas passing through the water absorption unit is further configured.

하나의 예로써, 상기 부생가스는 이산화탄소, 산소를 포함하고, 상기 온실가스는 아산화질소를 포함하는 것을 특징으로 한다. As an example, the by-product gas includes carbon dioxide and oxygen, and the greenhouse gas includes nitrous oxide.

하나의 예로써, 상기 가스센서부는 제 1가스센서부 및 제 2가스센서부로 구성되되, 상기 수분흡수부를 통과한 가스 중 일부는 상기 제 1가스센서부로 유입도록 하여 가스 중 이산화탄소, 산소의 혼입량이 센싱되고, 상기 수분흡수부를 통과한 가스 중 일부는 상기 제 2가스센서부로 유입되도록 하여 가스 중 아산화질소 혼입량이 센싱되도록 하는 것을 특징으로 한다. As an example, the gas sensor unit is composed of a first gas sensor unit and a second gas sensor unit, and some of the gas that has passed through the moisture absorbing unit flows into the first gas sensor unit so that the mixed amount of carbon dioxide and oxygen in the gas It is characterized in that a part of the gas that has been sensed and passed through the moisture absorbing unit flows into the second gas sensor unit so that the amount of nitrous oxide in the gas is sensed.

하나의 예로써, 상기 제 2가스센서부로 유입되는 가스는 그 전단에 구성되는 이산화탄소흡착층이 형성된 이산화탄소흡수부를 통과하도록 하여 이산화탄소가 제거된 가스가 제 2가스센서부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다. As an example, the gas flowing into the second gas sensor unit is passed through the carbon dioxide absorbing unit having the carbon dioxide absorbing layer formed at the front end so that the gas from which carbon dioxide is removed is introduced into the second gas sensor unit.

하나의 예로써, 상기 이산화탄소흡수부는, 하부에 유입라인과 상부에 상기 제 2가스센서부에 연결되는 배출라인이 형성되는 하우징과, 상기 하우징을 상,하로 구획하면서 이산화탄소흡수제가 충진된 이산화탄소흡착층과, 구동수단에 의해 회전연동을 하며 상기 이산화탄소흡착층 내부로 연장되는 회전축과, 상기 회전축에서 상기 이산화탄소흡착층 내부에 복수로 돌출되며 내부에 열선이 내재된 교반봉을 포함하는 것을 특징으로 한다. As an example, the carbon dioxide absorbing unit includes a housing having an inlet line at the bottom and an exhaust line connected to the second gas sensor at the top, and a carbon dioxide absorbing layer filled with a carbon dioxide absorbing agent while dividing the housing into upper and lower portions. and a rotating shaft that is rotationally interlocked by a driving means and extends into the carbon dioxide absorption layer, and a plurality of stirring rods protruding from the rotation shaft into the carbon dioxide absorption layer and having hot wires embedded therein.

하나의 예로써, 상기 부유포집부는, 내부에 포집공간이 형성되는 포집하우징과, 상기 포집하우징을 감싸는 부유구와, 구동수단에 의해 회전되는 제 2회전축과, 상기 제 2회전축에서 돌출되는 복수의 고정바와 상기 고정바에 동일한 경사구배로 장착되며 충돌되는 가스로부터 이물질을 여과하고 거품을 밀어내어 수면이 노출되도록 하는 여과판으로 구성됨을 특징으로 한다. As an example, the floating collection unit includes a collection housing having a collection space formed therein, a floating sphere surrounding the collection housing, a second rotating shaft rotated by a driving means, and a plurality of fixings protruding from the second rotating shaft. It is characterized in that it is composed of a filter plate mounted with the same inclination gradient to the bar and the fixing bar and filtering foreign substances from colliding gas and pushing bubbles to expose the surface of the water.

하나의 예로써, 상기 여과판의 표면에는 실리콘 오일이 포함된 코팅층이 도포됨을 특징으로 한다. As an example, a coating layer containing silicone oil is applied to the surface of the filter plate.

본 발명의 시스템은 인공지능을 이용한 예측모델의 수립을 통해 각 하·폐수 처리장에서 수질기준을 만족하면서도 온실가스 저감운영이 가능하도록 하는 장점이 있다. The system of the present invention has the advantage of enabling greenhouse gas reduction operation while satisfying water quality standards at 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 시스템의 일 구성으로서 부생가스 및 온실가스 모니터링 장치를 나타내는 개략도이고,
도 4는 도 3에 도시된 장치의 일 구성으로 이산화탄소흡수부의 일 실시예를 나타내는 개략도이고,
도 5는 도 3에 도시된 장치의 일 구성으로 부유포집부의 일 실시예를 나타내는 측단면도이고,
도 6은 도 5에 도시된 부유포집부의 평면도이고,
도 7은 도 5에 도시된 부유포집부에 있어 날개의 작동상태도이다.
1 is a block diagram showing the system of the present invention;
Figure 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the prediction unit shown in Figure 1,
Figure 3 is a schematic diagram showing a by-product gas and greenhouse gas monitoring device as one component of the system of the present invention,
4 is a schematic diagram showing an embodiment of a carbon dioxide absorbing unit as one configuration of the device shown in FIG. 3;
5 is a side cross-sectional view showing an embodiment of a floating collecting unit in one configuration of the device shown in FIG. 3;
6 is a plan view of the floating collection unit shown in FIG. 5;
Figure 7 is an operating state diagram of the wing in the floating collector shown in Figure 5.

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 through drawings and examples. Since the following description is for a specific example of the present invention, even if there is a conclusive and limited expression, it does not limit the scope of rights determined from the claims.

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, 유출수량, 생물반응조의 부생가스 및 온실가스를 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 유출수질 및 온실가스농도를 예측하는 인공지능 프로그램이 장착된 예측부(102); 상기 예측부(102)에서 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 온실가스농도를 벗어나는 경우 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 system 100 of the present invention is installed in each sewage and wastewater treatment plant (a), in real time or at predetermined time intervals, inflow water quality, inflow water quantity, operating factors, effluent water quality, effluent water quantity, by-products of the bioreactor A sensor unit 101 for measuring gas and greenhouse gas; Data of the sensor unit 101 is collected, and the data is analyzed through a learning algorithm to generate a prediction model for each wastewater treatment plant (a), and based on the prediction model, the effluent quality of the selected wastewater treatment plant and A prediction unit 102 equipped with an artificial intelligence program for predicting greenhouse gas concentration; When the effluent water quality and greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit 102 deviate from the standard effluent water quality and greenhouse gas concentration, a process of controlling the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant by selecting one or more control variables from the inflow water quantity and operation factor It is characterized in that it includes; process control unit 103.

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, 유출수량, 생물반응조의 부생가스 및 온실가스를 측정하는 구성으로, 하·폐수 처리장(a)에 있어 유입수질, 유입수량과 처리장 내 단위공정들의 운전인자, 유출수질 및 유출수량 등을 실시간 또는 소정 시간 간격으로 측정하여 상기 예측부(102)로 전송한다. As shown in FIG. 1, the sensor unit 101 is installed in a plurality of sewage and wastewater treatment plants (a), and in real time or at predetermined time intervals, inflow water quality, inflow water quantity, operation factor, effluent water quality, effluent water quantity, by-products of the bioreactor As a configuration for measuring gas and greenhouse gases, the inflow water quality and inflow water quantity in the sewage and wastewater treatment plant (a), the operation factors of the unit processes in the treatment plant, and the effluent water quality and effluent water quantity are measured in real time or at predetermined time intervals to predict the prediction. Send to section 102.

수질측정을 위한 센서부(101)는 유입수와 유출수의 유량과 수질(온도, BOD, TOC, COD, SS, T-N, T-P, NH4-N, NO3-N 등을 측정할 수 있는 센서들과, 처리장 내 단위공정의 운전인자(DO, MLSS, 슬러지반송유량, 내부반송유량, 온도 등)를 측정할 수 있는 센서로 되어 있으며, 부생가스 및 온실가스 측정을 위한 센서부는 CO2, O2, N2O를 측정할 수 있는 센서로 되어있다. The sensor unit 101 for measuring water quality includes sensors capable of measuring the flow rate and quality of inflow and outflow water (temperature, BOD, TOC, COD, SS, TN, TP, NH 4 -N, NO 3 -N, etc.) , It is made of a sensor that can measure the operating factors (DO, MLSS, sludge return flow rate, internal return flow rate, temperature, etc. ) of the unit process in the treatment plant, and the sensor part for measuring by-product gas and greenhouse gas It is made of a sensor that can measure N 2 O.

또한 이러한 센서는 하·폐수 처리장과 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, it is natural that such a sensor may be installed in plurality in each reaction tank when the wastewater treatment plant and a plurality of reaction tanks are configured. In addition, the sensor may measure in real time, or at intervals of a predetermined time, for example, minutes or hours.

특히 상기 센서부(101)에는 하기에서 언급하는 가스센서부(8)가 포함되어 실시간 또는 소정 시간 간격으로 각 하·폐수 처리장(a)에 있어 생물반응조(2)에서 부생가스 및 온실가스 혼입량(농도)을 측정토록 한다. 상기 가스센서부(8)는 생물반응조(2)에 구성되는 것으로, 이하에서 설명하는 부생가스 및 온실가스 모니터링 장치(1)에 구성되는 것이다. In particular, the sensor unit 101 includes a gas sensor unit 8 mentioned below, so that by-product gas and greenhouse gas mixing amount ( concentration) to be measured. The gas sensor unit 8 is configured in the bioreactor 2, and is configured in the by-product gas and greenhouse gas monitoring device 1 described below.

여기서 부생가스는 이산화탄소, 산소를 포함하는 것이며, 온실가스는 아산화질소를 포함하는 것이다. Here, the by-product gas includes carbon dioxide and oxygen, and the greenhouse gas includes nitrous oxide.

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 유출수질 및 온실가스농도를 예측하는 인공지능 프로그램이 장착되는 것을 특징으로 한다. The prediction unit 102 collects data of the sensor unit 101, analyzes the data through a learning algorithm, generates a prediction model for each wastewater treatment plant, and selects a wastewater treatment plant based on the prediction model. It is characterized by being equipped with an artificial intelligence program that predicts the quality of runoff water and the concentration of greenhouse gases.

여기서 인공지능 프로그램은 다양한 공지기술이 적용될 수 있으나 본 발명에서는 일예로 딥러닝(Deep Learning) 기반의 학습 알고리즘 등이 적용된 예를 제시하고 있다. Here, various known technologies may be applied to the artificial intelligence program, but in the present invention, an example in which a learning algorithm based on deep learning is applied is presented.

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 유출수질 및 온실가스농도를 예측하는 예측모듈(1025);을 포함하는 것을 특징으로 한다. Describing this in more detail, the prediction unit 102, as shown in FIG. 2, includes a data module 1021 for receiving and storing data from the sensor unit 101 of each sewage and wastewater treatment plant; a feature derivation module 1022 for extracting one or more features for learning from the data collected from the data module 1021; a learning module 1023 that performs deep learning based on the features extracted from the feature derivation module 1022; A model generation module 1024 for receiving the result information learned from the learning module 1023 and generating a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant based on this; and a prediction module 1025 for predicting effluent quality and greenhouse gas concentration of each wastewater treatment plant based on the prediction model of each wastewater treatment plant generated by the model generation module 1024.

상기 데이터모듈(1021)은 적어도 하나 이상의 하·폐수 처리장의 센서부(101)로부터 데이터를 온라인을 통해 수집할 수 있다.The data module 1021 may collect data online from the sensor units 101 of at least one wastewater treatment plant.

상기 특징도출모듈(1022)은 상기 데이터모듈(1021)로부터 수집되는 데이터에서 학습을 위한 하나 이상의 특징을 추출하여 분리할 수 있다.The feature derivation module 1022 may extract and separate one or more features for learning from data collected from the data module 1021 .

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, 부생가스, 온실가스 등의 특징을 추출할 수 있다.That is, the feature derivation module 1022 extracts the main factors required for learning from the vast amount of information collected by the data module 1021. For example, in each sewage and wastewater treatment plant, Features such as effluent quality, effluent quantity, by-product gas, and greenhouse gas can be extracted.

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 learning module 1023 may perform learning based on the features extracted by the feature derivation module 1022 . Learning by the learning module 1023 may apply one or more selected from known learning algorithms.

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 learning module 1023 may use a deep learning-based learning algorithm, and preferably may perform learning using a convolutional neural network (CNN) algorithm belonging to a deep learning neural network family.

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 model generating module 1024 may receive the result information learned from the learning module 1023 and generate a predictive model for each sewage/wastewater treatment plant based on this. That is, the predictive model is a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant, and this predictive model can be updated in real time by the collected information of the data module 1021.

상기 예측모듈(1025)은 상기 모델생성모듈(1024)에서 생성된 각 하·폐수 처리장의 예측모델을 기반으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질 및 온실가스농도를 예측할 수 있다.The prediction module 1025 may predict effluent quality and greenhouse gas concentration of the selected wastewater treatment plant based on the prediction model of each wastewater treatment plant generated by the model generation module 1024 .

이렇게 본 발명의 시스템은 인공신경망 기술을 이용하여 기입력 및 저장된 데이터를 학습하여 예측모델을 생성하고, 생성된 예측모델에 기초하여 특정 결과로서 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질 및 온실가스농도를 예측하는 알고리즘을 구현하도록 하는 것인데 이러한 알고리즘은 해당 기술분야에서 이미 다양한 공지기술(등록특허공보 제10-1629240호, 등록특허공보 제10-1108031호, 등록특허공보 제10-2190912호 등)을 통해 구현되고 있으므로 그 상세 설명은 생략한다. In this way, the system of the present invention creates a prediction model by learning input and stored data using artificial neural network technology, and predicts the effluent quality and greenhouse gas concentration of the selected sewage and wastewater treatment plant as a specific result based on the generated prediction model. This algorithm is implemented through various known technologies (Patent Publication No. 10-1629240, Patent Registration No. 10-1108031, Patent Registration No. 10-2190912, etc.) in the relevant technical field. Therefore, a detailed description thereof is omitted.

상기 처리공정 제어부(103)는 상기 예측부(102)에서 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 온실가스농도를 벗어나는 경우 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 구성에 해당한다. 상기 조절변수는 유입수량, 운전인자 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다. The treatment process control unit 103 controls the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant by selecting an adjustment variable when the effluent quality and greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit 102 deviate from the standard effluent water quality and greenhouse gas concentration. corresponds to The control variable is characterized in that at least one of an inflow water amount and an operating factor.

이를 더욱 상세히 설명하면 상기 처리공정 제어부(103)는 상기 예측부(102)에서 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 온실가스농도를 벗어나는 경우 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 가상으로 변경하고 상기 예측모델을 적용하여 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 온실가스농도 범위 내가 되도록 하는 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어토록 하는 것이다. To explain this in more detail, the treatment process control unit 103, when the effluent water quality and greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit 102 deviate from the standard effluent water quality and greenhouse gas concentration, simulates one or more of the inflow water quantity and the operation factor. Controlling the process of the wastewater treatment plant will be.

이러한 제어에 의해 본 발명의 시스템은 해당 하·폐수 처리장에서 방류되는 수질기준을 만족하면서도 온실가스 저감운영이 가능하도록 하는 것이다. By this control, the system of the present invention enables greenhouse gas reduction operation while satisfying the water quality standard discharged from the corresponding sewage and wastewater treatment plant.

여기서 조절변수로서 운전인자는 그 제한이 없으나, 송풍기 유량, 외부탄소원 유량, 반응조 내부반송 유량, 슬러지반송 유량, 폐슬러지 유량, 호기조 용존산소 농도 등이 해당될 수 있다.Here, the operation factor as a control variable is not limited, but the flow rate of the blower, the flow rate of external carbon source, the flow rate inside the reaction tank, the flow rate of sludge returning, the flow rate of waste sludge, and the concentration of dissolved oxygen in the aerobic tank may be applicable.

일예로 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, the treatment process control unit 103 may select the external carbon source flow rate and the internal conveyance flow rate as control variables when the concentration of NOx - N among predicted effluent concentration values exceeds a reference concentration range. That is, by increasing the external carbon source flow rate and the internal return flow rate, it is possible to prevent the effluent concentration value from exceeding the reference range in the near future. It is possible to further include other control variables, but there is a burden of additional process time and cost.

또한 NH4+-N의 농도치가 기준 농도 범위를 초과할 때는 내부반송 유량, 호기조 용존산소 농도를 포함하여 조절변수를 선택할 수 있으며, PO4 3--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 of NH 4+ -N exceeds the standard concentration range, you can select control variables including internal return flow rate and dissolved oxygen concentration in the aerobic tank. When the concentration of PO 4 3- -P exceeds the standard concentration range, It is possible to select control variables including internal return flow rate, sludge return flow rate, and dissolved oxygen concentration in the aerobic tank.

상기 예측부(102) 및 처리공정 제어부(103)는 중앙서버(b)에 구성될 수 있다. The prediction unit 102 and the process control unit 103 may be configured in the central server (b).

이러한 구성들에 의해 본 발명의 시스템(100)은 과거의 유입수질, 유입수량과 처리장 내 단위공정들의 운전인자, 유출수질, 유출수량, 부생가스 및 온실가스에 대한 데이터를 참조하여 각 장치의 유출수질 및 온실가스농도 예측모델을 구축하며, 이러한 예측모델에 의해 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질 및 온실가스농도를 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 system 100 of the present invention refers to data on inflow water quality, inflow water quantity, operation factors of unit processes in the treatment plant, outflow water quality, outflow water quantity, by-product gas and greenhouse gas in the past, and the outflow of each device A water quality and GHG concentration prediction model is built, and the effluent quality and GHG concentration of the selected sewage and wastewater treatment plant are predicted by this prediction model to detect the time when control operation is required in advance, and the treatment process control unit 103 ) to select the type of control action (selection of control variable) and its size.

한편 본 발명에서는 도 3에서 보는 바와 같이 하·폐수 처리장(a)의 예가 도시되고 있는데, 본 실시예의 하·폐수 처리장(a)은 하·폐수가 유입되어 생물반응이 이루어지는 생물반응조(2)를 포함토록 하며, 이에 더하여 상기 생물반응조(2)에는 부생가스 및 온실가스 모니터링 장치(1)가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다. Meanwhile, in the present invention, as shown in FIG. 3, an example of a wastewater treatment plant (a) is shown, and the sewage and wastewater treatment plant (a) of this embodiment includes a bioreactor 2 in which a bioreaction is performed by inflow of sewage and wastewater. In addition, the bioreactor 2 provides an example in which a by-product gas and greenhouse gas monitoring device 1 is further included.

상기 부생가스 및 온실가스 모니터링 장치(1, 이하 “본 발명의 장치”라함)는 도 3 등에서 보는 바와 같이 생물반응조(2)의 내부에 구성되며, 그 하부에 부유구(32)가 형성되고, 내부에 포집공간이 형성되며, 상부에 포집공간에 포집된 가스를 외부로 배출하는 가스배출라인(36)이 형성되는 부유포집부(3); 상기 가스배출라인(36)이 하단에 연결되고 내부로 유입된 가스가 통과하면서 수분이 제거되도록 하는 수분흡착층이 형성된 수분흡수부(4); 상기 수분흡수부(4)를 통과한 가스로부터 부생가스 및 온실가스 혼입량을 측정하는 가스센서부(8);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The by-product gas and greenhouse gas monitoring device (1, hereinafter referred to as “the device of the present invention”) is configured inside the bioreactor 2 as shown in FIG. 3, and a floating port 32 is formed at the bottom, a floating collection unit 3 having a collection space formed therein and a gas discharge line 36 discharging the gas collected in the collection space to the outside at an upper portion thereof; a moisture absorption unit 4 having a moisture absorption layer connected to the lower end of the gas discharge line 36 and having a moisture absorption layer through which the gas introduced into the inside passes through; It is characterized in that it includes; a gas sensor unit 8 for measuring the mixing amount of by-product gas and greenhouse gas from the gas passing through the moisture absorbing unit 4.

여기서 상기 부생가스는 상기에서 언급한 바와 같이 이산화탄소, 산소를 포함하고, 상기 온실가스는 아산화질소를 포함하는 것을 특징으로 한다.As mentioned above, the by-product gas includes carbon dioxide and oxygen, and the greenhouse gas includes nitrous oxide.

즉 본 발명의 장치(1)는 하·폐수 처리장에 있어 생물반응조(2)에서 발생되는 부생가스를 실시간으로 센싱하여 생물반응조(2)의 상태진단에 관한 데이터를 제공할 수 있는 것은 물론 온실가스를 실시간으로 센싱하여 온실가스 발생량에 관한 데이터를 제공하여 하·폐수 처리장에서 수질기준을 만족하면서도 온실가스를 저감하도록 할 수 있는 것이다. That is, the apparatus (1) of the present invention can sense the by-product gas generated in the bioreactor (2) in real time in a sewage and wastewater treatment plant to provide data for diagnosing the condition of the bioreactor (2), as well as to provide greenhouse gas emissions. It is possible to reduce greenhouse gases while satisfying water quality standards at sewage and wastewater treatment plants by sensing in real time and providing data on the amount of greenhouse gases.

상기 부유포집부(3)는 생물반응조(2)의 내부에 구성되며, 그 하부에 부유구(32)가 형성되어 생물반응조(2)에서 부유하게 되고, 내부에 포집공간이 형성됨에 따라 생물반응조(2)에서 발생되는 부생가스 및 온실가스가 포집되도록 하는 것이다. The floating collection unit 3 is configured inside the bioreactor 2, and a floating port 32 is formed at the bottom thereof to float in the bioreactor 2, and a collection space is formed inside the bioreactor. It is to capture by-product gas and greenhouse gas generated in (2).

이렇게 포집된 가스는 상기 가스배출라인(36)을 통해 후단으로 배출되도록 하는 것이다. The collected gas is discharged to the rear end through the gas discharge line 36 .

바람직하게 상기 부유포집부(3)는 도면에서 보는 바와 같이 하부가 개구된 형상으로 상기 부유구(32)가 측벽의 하단에서 상부로 일정 이격을 형성하면서 구성되어 상기 부유포집부(3)에 있어 상기 부유구(32) 하단부는 수면에서 잠기는 차단테두리가 형성되도록 한다. Preferably, as shown in the drawing, the floating collecting part 3 is configured in a shape with an open bottom and the floating part 32 forms a certain distance from the lower end of the side wall to the upper part, so that in the floating collecting part 3 The lower end of the float 32 forms a blocking edge submerged on the surface of the water.

상기 차단테두리가 형성되도록 하는 이유는 부유포집부(3) 내부에 포집되는 부생가스(Off-Gas) 및 온실가스에 부유포집부(3) 외부의 공기가 혼입되는 것을 차단토록 하여 상기 가스센서부(8)의 센싱의 정확도를 높이도록 하기 위한 것이다. 즉 부유포집부(3)에 의해 형성되는 포집공간이 다양한 원인에 의해 부유포집부(3)가 흔들리는 경우에도 외기에 노출되지 않도록 하기 위한 것이다. The reason why the blocking border is formed is to block the mixing of air outside the floating collection unit 3 to by-product gas (Off-Gas) and greenhouse gas collected inside the floating collection unit 3, so that the gas sensor unit This is to increase the accuracy of the sensing of (8). That is, it is to prevent the collection space formed by the floating collection unit 3 from being exposed to the outside air even when the floating collection unit 3 is shaken by various causes.

상기 수분흡수부(4)는 상기 가스배출라인(36)이 하단에 연결되고 내부로 유입된 가스가 통과하면서 수분이 제거되도록 하는 수분흡착층이 형성됨을 특징으로 한다.The moisture absorbing part 4 is characterized in that the gas discharge line 36 is connected to the lower end and a moisture absorption layer is formed so that moisture is removed while the gas introduced into the inside passes.

상기 수분흡수부(4)에 있어 수분흡착층은 다양한 공지의 재질이 사용될 수 있으므로 그 상세 설명은 생략한다. Since various known materials may be used for the moisture absorption layer in the moisture absorption portion 4, a detailed description thereof will be omitted.

또한 상기 수분흡수부(4)로 가스를 통과시키기 위해 도면에서 보는 바와 같이 상기 수분흡수부(4)의 후단에는 펌프(5)가 구성된다. In addition, as shown in the drawing, a pump 5 is configured at the rear end of the water absorbing part 4 to pass gas through the water absorbing part 4.

이러한 수분흡수부(4)는 도면에서 보는 바와 같이 펌프(5) 후단에 하나가 더 구성되도록 하여 가스로부터 수분제거율을 높이도록 하는 것이 타당하다. As shown in the drawing, it is reasonable to configure one more water absorption unit 4 at the rear end of the pump 5 to increase the water removal rate from the gas.

이와 같이 포집된 가스로부터 수분이 분리되도록 하여 후단의 가스센서부(8)에서 센싱의 정확도를 높이도록 하는 것이며, 펌프(5)에 수분에 혼입된 이물질이 침적되어 고장이 유발되는 것을 제어토록 하기 위한 것이다. In this way, water is separated from the collected gas to increase the accuracy of sensing in the gas sensor unit 8 at the rear end, and to control the deposition of foreign substances mixed in water in the pump 5 to cause failure it is for

이러한 수분흡수부(4)를 거친 가스는 도면에서 보는 바와 같이 건조부(6)를 거치도록 함으로써 함수율을 더욱 낮추도록 한다. 상기 건조부(6)의 경우도 다양한 공지의 장치가 적용될 수 있어 그 상세 설명은 생략한다. As shown in the drawing, the gas that has passed through the moisture absorption unit 4 is allowed to pass through the drying unit 6 to further lower the moisture content. In the case of the drying unit 6, various well-known devices may be applied, so a detailed description thereof will be omitted.

또한 상기 가스센서부(8)는 도 3 등에서 보는 바와 같이 제 1가스센서부(81) 및 제 2가스센서부(82)로 구성되도록 한다. In addition, the gas sensor unit 8 is composed of a first gas sensor unit 81 and a second gas sensor unit 82 as shown in FIG. 3 and the like.

상기 수분흡수부(4) 및 상기 건조부(6)를 통과한 가스 중 일부는 상기 제 1가스센서부(81)로 유입도록 하여 가스 중 이산화탄소, 산소의 혼입량이 센싱되도록 한다. 이렇게 제 1가스센서부(81)에 의해 가스 중 이산화탄소 및 산소의 혼입량 즉 부생가스의 혼입량이 실시간으로 측정되도록 하는 것이고, 이러한 측정값이 상기에서 언급한 바와 같이 상기 예측부(102)로 전송되도록 하는 것이다. Some of the gas that has passed through the moisture absorbing unit 4 and the drying unit 6 flows into the first gas sensor unit 81 so that the mixed amount of carbon dioxide and oxygen in the gas is sensed. In this way, the mixing amount of carbon dioxide and oxygen in the gas, that is, the mixing amount of by-product gas is measured in real time by the first gas sensor unit 81, and such a measured value is transmitted to the prediction unit 102 as mentioned above. is to do

또한 상기 수분흡수부(4) 및 상기 건조부(6)를 통과한 가스 중 일부는 상기 제 2가스센서부(82)로 유입되도록 하여 가스 중 아산화질소 혼입량이 센싱되도록 한다. 이렇게 제 2가스센서부(82)에 의해 가스 중 아산화질소의 혼입량 즉 온실가스의 혼입량이 실시간으로 측정되도록 하여 이 경우도 이러한 측정값이 상기에서 언급한 바와 같이 상기 예측부(102)로 전송되도록 하는 것이다.In addition, some of the gas that has passed through the moisture absorbing unit 4 and the drying unit 6 flows into the second gas sensor unit 82 so that the amount of nitrous oxide contained in the gas is sensed. In this way, the mixing amount of nitrous oxide in the gas, that is, the mixing amount of greenhouse gas, is measured in real time by the second gas sensor unit 82, so that even in this case, such a measured value is transmitted to the prediction unit 102 as mentioned above is to do

특히 상기 제 2가스센서부(82)로 유입되는 가스는 이산화탄소흡수부(7)를 거치도록 하는 바, 이는 제 2가스센서부(82)에 의해 가스중 아산화질소의 혼입량 측정시 이산화탄소가 노이즈로 작용하여 가스중 아산화질소의 혼입량이 과측정되는 것을 제어하기 위한 것이다. In particular, the gas flowing into the second gas sensor unit 82 passes through the carbon dioxide absorbing unit 7, which means that when the second gas sensor unit 82 measures the amount of nitrous oxide in the gas, carbon dioxide is converted into noise. This is to control the over-measurement of the mixing amount of nitrous oxide in the gas.

상기 이산화탄소흡수부(7)는 내부에 이산화탄소흡착층(72)이 형성되도록 하여 상기 이산화탄소흡수부(7)의 하단부에서 유입된 가스가 이산화탄소흡착층(72)을 통과하면서 이산화탄소가 제거된 상태로 상기 제 2가스센서부(82)로 배출되도록 하는 것이다. The carbon dioxide absorbing portion 7 has a carbon dioxide absorbing layer 72 formed therein, so that the gas introduced from the lower end of the carbon dioxide absorbing portion 7 passes through the carbon dioxide absorbing layer 72 while the carbon dioxide is removed. It is to be discharged to the second gas sensor unit (82).

상기 이산화탄소흡착층(72)은 이산화탄소흡착제가 충진되어 형성되는 것으로 이산화탄소흡착제는 소다라임 등 다양한 공지의 재질이 적용될 수 있다. The carbon dioxide adsorption layer 72 is formed by filling the carbon dioxide adsorbent, and various known materials such as soda lime may be applied to the carbon dioxide adsorbent.

이와 같이 상기 제 2가스센서부(82) 전단에 이산화탄소흡수부(7)가 구성되도록 하여 상기 제 2가스센서부(82)에서 정확한 아산화질소 혼입량이 측정되도록 함으로써 온실가스의 배출량이 보다 정확히 모니터링 되도록 하는 것이다. In this way, the carbon dioxide absorbing unit 7 is configured at the front end of the second gas sensor unit 82 so that the second gas sensor unit 82 accurately measures the amount of nitrous oxide mixed in, thereby more accurately monitoring the emission of greenhouse gases is to do

한편 본 발명에서는 도 4에서 보는 바와 같이 이산화탄소흡수부(7)의 일 실시예가 제시되고 있다. Meanwhile, in the present invention, as shown in FIG. 4, an embodiment of the carbon dioxide absorbing unit 7 is proposed.

본 실시예의 이산화탄소흡수부(7)는, 하부에 유입라인(711)과 상부에 상기 제 2가스센서부(82)에 연결되는 배출라인(712)이 형성되는 하우징(71)과, 상기 하우징(71)을 상,하로 구획하면서 이산화탄소흡수제가 충진된 이산화탄소흡착층(72)과, 구동수단(73)에 의해 회전연동을 하며 상기 이산화탄소흡착층(72) 내부로 연장되는 회전축(74)과, 상기 회전축(74)에서 상기 이산화탄소흡착층(72) 내부에 복수로 돌출되며 내부에 열선(752)이 내재된 교반봉(75)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The carbon dioxide absorbing unit 7 of this embodiment includes a housing 71 having an inlet line 711 at the bottom and a discharge line 712 connected to the second gas sensor unit 82 at the top, and the housing ( 71) is partitioned into upper and lower parts, the carbon dioxide adsorbing layer 72 filled with the carbon dioxide absorbent, and the rotating shaft 74 extending into the carbon dioxide adsorbing layer 72 in rotational interlock by the driving means 73; It is characterized in that it includes a stirring bar 75 protruding in plurality from the inside of the carbon dioxide adsorption layer 72 from the rotating shaft 74 and having a hot wire 752 therein.

상기에서 언급한 바와 같이 상기 제 2가스센서부(82) 전단에 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 이산화탄소흡수부(7)가 구성되는 바, 이산화탄소흡수부(7)의 이산화탄소흡착층(72)은 계속적인 운전에 따라 이산화탄소흡착층(72)의 이산화탄소흡수제에 이산화탄소가 과흡착이 이루어진 경우 이산화탄소흡착층(72)의 이산화탄소 제거효율이 저하되어 결국 제 2가스센서부(82)에서 아산화질소의 정확한 센싱이 이루어지지 않는 문제가 있다. As mentioned above, the carbon dioxide absorbing unit 7 for removing carbon dioxide from the gas is configured in front of the second gas sensor unit 82, and the carbon dioxide absorbing layer 72 of the carbon dioxide absorbing unit 7 continues to When carbon dioxide is over-adsorbed on the carbon dioxide absorbent of the carbon dioxide adsorption layer 72 according to normal operation, the carbon dioxide removal efficiency of the carbon dioxide adsorption layer 72 is reduced, so that the second gas sensor unit 82 cannot accurately sense nitrous oxide. There is a problem that doesn't work.

이에 본 발명에서는 이산화탄소흡수부(7)에 회전축(74) 및 교반봉(75)이 구성되도록 하여 이산화탄소흡착층(72)에 폐색이 발생되는 경우 교반과 동시에 열에 의해 이산화탄소흡착층(72)의 이산화탄소흡수제로부터 흡착된 이산화탄소가 탈착이 되도록 하는 것이다. Accordingly, in the present invention, the rotating shaft 74 and the stirring bar 75 are configured in the carbon dioxide absorbing unit 7 so that when the carbon dioxide adsorption layer 72 is clogged, the carbon dioxide in the carbon dioxide adsorption layer 72 is removed by heat while stirring. It is to allow carbon dioxide adsorbed from the absorbent to be desorbed.

상기 회전축(74)은 모터 등 구동수단(73)에 의해 회전연동이 이루어지도록 하는 것이며, 상기 교반봉(75)은 상기 회전축(74)에서 돌출되어 교반이 이루어지도록 함과 동시에 열이 발산되도록 하는 것이다. The rotating shaft 74 is to be interlocked with rotation by a driving means 73 such as a motor, and the stirring rod 75 protrudes from the rotating shaft 74 to achieve stirring and to dissipate heat at the same time will be.

이를 위해 상기 교반봉(75)은 열전달재질의 외피(751)와 상기 외피(751) 내부에 열선(752)이 구성되도록 하고, 도면에 도시된 바는 없으나 상기 열선(752)은 상기 회전축(74) 내부에 전선과 연결되어 전기공급수단의 전기인가에 의해 상기 열선(752)에서 발열이 이루어지도록 하는 것이다. To this end, the stirring bar 75 has an outer shell 751 of heat transfer material and a hot wire 752 inside the outer shell 751. ) It is connected to the wire inside so that heat is generated in the hot wire 752 by applying electricity from the electricity supply means.

이와 같은 구성에 의해 교반봉(75)의 회전에 의해 발열은 물론 교반에 의해 균일하게 이산화탄소흡착층(72)으로 열전달이 이루어지도록 하여 탈착효율을 높이도록 하는 것이다. With this configuration, heat is uniformly transferred to the carbon dioxide adsorption layer 72 by stirring as well as heat generated by the rotation of the stirring bar 75 to increase the desorption efficiency.

이렇게 탈착이 이루어진 이산화탄소는 이산화탄소저장조(76)에 저장되도록 하여 타용도로 재활용되도록 하는 것이다. The desorbed carbon dioxide is stored in the carbon dioxide storage tank 76 to be recycled for other purposes.

또한 본 발명에서는 도 5 내지 7에서 부유포집부(3)의 일실시예를 제시하고 있다. In addition, in the present invention, an embodiment of the floating collecting unit 3 is presented in FIGS. 5 to 7.

본 실시예의 부유포집부(3)는, 내부에 포집공간(311)이 형성되는 포집하우징(31)과, 상기 포집하우징(31)을 감싸는 부유구(32)와, 구동수단(33)에 의해 회전되는 제 2회전축(34)과, 상기 제 2회전축(34)에서 돌출되며 수위가 형성되는 부분에서 회전연동을 하는 날개(35)를 포함하는 것을 특징으로 한다. The floating collection unit 3 of this embodiment is composed of a collection housing 31 having a collection space 311 formed therein, a float 32 surrounding the collection housing 31, and a driving means 33. It is characterized in that it includes a second rotating shaft 34 that rotates, and wings 35 protruding from the second rotating shaft 34 and performing rotational interlocking at a portion where the water level is formed.

상기 부유포집부(3)의 내부 수면에 거품이 침적되는 경우 부유포집부(3)에서 가스의 포집이 원활하지 않아 포집된 가스에 의해 가스센서부(8)의 부생가스 및 온실가스의 센싱이 용이하지 않을 수 있는데, 본 실시예에서는 부유포집부(3)의 내부 수면을 가스가 덮는 경우 가스로부터 수면이 노출되도록 하여 원활히 가스포집이 이루어지도록 하는 것이다. When bubbles are deposited on the inner water surface of the floating collector 3, the gas is not smoothly collected in the floating collector 3, so that the gas sensor unit 8 senses by-product gases and greenhouse gases by the collected gas. It may not be easy, but in this embodiment, when the gas covers the inner water surface of the floating collector 3, the water surface is exposed from the gas so that the gas can be collected smoothly.

상기 포집하우징(31)은 그 형상을 한정하지 않으나 도 5 등에서 보는 바와 같이 상단부의 테두리에 산형상의 테두리가 구성되도록 하고, 이러한 테두리에 가스배출라인(36)이 구성되도록 한다. The shape of the collecting housing 31 is not limited, but as shown in FIG. 5 and the like, a mountain-shaped rim is formed on the rim of the upper end, and the gas discharge line 36 is formed on this rim.

상기 날개(35)는 상기 제 2회전축(34)에서 돌출되는 복수의 고정바(351)와, 상기 고정바(351)에 동일한 경사구배로 각각 장착되며 충돌되는 가스(g)로부터 이물질이 여과되도록 하고 거품을 밀어내어 수면이 노출되도록 하는 여과판(352)으로 구성되는 예를 제시한다. The wing 35 has a plurality of fixing bars 351 protruding from the second rotating shaft 34 and is mounted on the fixing bar 351 with the same inclination, respectively, so that foreign substances are filtered from the colliding gas g. And an example consisting of a filter plate 352 that pushes out the bubbles to expose the surface of the water is presented.

바람직하게 상기 여과판(352)은 도면에서 보는 바와 같이 하단이 수면하부에 잠긴상태에서 경사구배가 형성되도록 하여 상승하는 가스(g)와 접촉이 되도록 하면서 거품(B)을 밀어 수면이 노출되도록 하는 것이다. Preferably, as shown in the drawing, the filter plate 352 is such that an inclination gradient is formed in a state in which the lower end is submerged under the water surface so that the water surface is exposed by pushing the bubble B while contacting the rising gas g. .

도 7에서 보는 바와 같이 수면상으로 배출되는 가스(g)는 상기 여과판(352)을 통과(g2)하거나 여과판(352)을 거쳐 상승(g2)하면서 가스(g)에 혼입된 이물질이 제거되도록 하는 것이다. As shown in FIG. 7, the gas (g) discharged to the water surface passes (g2) through the filter plate 352 or rises (g2) through the filter plate 352 so that foreign substances mixed in the gas (g) are removed. will be.

이와 같이 날개(35)가 배출되는 가스로부터 이물질이 여과되도록 함에 따라 가스에 포함된 이물질이 후단의 수분흡수부(4), 건조부(6), 이산화탄소흡수부(7)에 부하를 유발하거나, 가스센서부(8)에 침적되어 센싱값에 오류를 유발하는 문제가 제어되도록 하는 것이다. In this way, as the wings 35 filter foreign substances from the discharged gas, the foreign substances contained in the gas cause a load on the moisture absorbing part 4, the drying part 6, and the carbon dioxide absorbing part 7 at the rear, The problem of being deposited on the gas sensor unit 8 and causing an error in the sensing value is to be controlled.

상기 여과판(352)은 다양한 공지의 재질이 사용될 수 있는 바, 그 상세 설명은 생략한다. As the filter plate 352, various known materials may be used, and a detailed description thereof will be omitted.

더욱 바람직하게 상기 여과판(352)의 표면에는 실리콘 오일이 포함된 코팅층이 도포됨이 타당하다. 이러한 구성에 의해 여과판(352)에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 수면에서 거품을 밀어 수면이 노출되도록 하는 것에 더하여 여과판(352)에 접한 거품이 소포되도록 하는 것이다. More preferably, a coating layer containing silicone oil is applied to the surface of the filter plate 352. By this configuration, in addition to pushing the bubbles on the water surface as mentioned above by the filter plate 352 to expose the water surface, the bubbles in contact with the filter plate 352 are defoamed.

상기 실리콘 오일은 무기계 소포제로서 상기 실리콘 오일은 유기기를 함유한The silicone oil is an inorganic antifoaming agent, and the silicone oil contains an organic group.

규소(organosilicone)와 산소 등이 화학 결합한 천연에는 존재하지 않는 인공적으로 합성된 것이며 알킬기에 측쇄를 가지고 있다. Silicon (organosilicone) and oxygen are chemically bonded, and it is artificially synthesized that does not exist in nature and has a side chain on an alkyl group.

상기 코팅층은 계면활성제에 상기 실리콘 오일이 함유되도록 하는데 상기 실리콘 오일은 바람직하게 전체 코팅층 중량대비 10 내지 20중량부가 배합됨이 타당하다. The coating layer allows the surfactant to contain the silicone oil, and it is appropriate that the silicone oil is preferably blended in an amount of 10 to 20 parts by weight based on the total weight of the coating layer.

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.Through the above description, those skilled in the art will know that various changes and modifications are possible without departing from the technical idea of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

2: 생물반응조
3: 부유포집부
4: 수분흡수부
5: 펌프
6: 건조부
7: 이산화탄소흡수부
8: 가스센서부
2: bioreactor
3: floating collection unit
4: moisture absorption part
5: pump
6: drying part
7: carbon dioxide absorption unit
8: gas sensor unit

Claims (11)

각 하·폐수 처리장에 설치되어 실시간 또는 소정 시간 간격으로 유입수질, 유입수량, 운전인자, 유출수질, 유출수량, 생물반응조의 부생가스 및 온실가스를 측정하는 센서부;
상기 센서부의 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 학습 알고리즘을 통해 분석하여 하·폐수 처리장별 예측모델을 생성하며, 상기 예측모델을 바탕으로 선택된 하·폐수 처리장의 유출수질 및 온실가스 농도를 예측하는 인공지능 프로그램이 장착된 예측부;
상기 예측부에서 예측된 유출수질 및 온실가스 농도가 기준 유출수질 및 기준 온실가스 농도를 벗어나는 경우 유입수량, 운전인자 중 하나 이상의 조절변수를 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 처리공정 제어부;를 포함하고,
각 하·폐수 처리장은 하·폐수가 유입되어 생물반응이 이루어지는 생물반응조를 포함하며,
상기 생물반응조에는,
생물반응조의 내부에 구성되며 하부가 개구된 형상으로 내부에 포집공간이 형성되며 측벽 하단에서 상부로 일정 이격을 형성하는 부유구가 구비되고, 상부에 포집공간에 포집된 가스를 외부로 배출하는 가스배출라인이 형성되고, 하단부가 수면에서 감기도록 차단테두리가 형성되는 부유포집부; 상기 가스배출라인이 하단에 연결되고 내부로 유입된 가스가 통과하면서 수분이 제거되도록 하는 수분흡착층이 형성된 수분흡수부; 상기 수분흡수부를 통과한 가스로부터 부생가스 및 온실가스 혼입량을 측정하는 가스센서부;를 포함하는 부생가스 및 온실가스 모니터링 장치가 더 구성되며,
상기 부유포집부는,
내부에 포집공간이 형성되고 상단부의 테두리가 산형상을 가지고 산형상의 테두리에 상기 가스배출라인이 연결되는 포집하우징과, 상기 포집하우징을 감싸는 부유구와, 상기 포집공간에서 구동수단에 의해 회전되는 제 2회전축과, 상기 제 2회전축에서 돌출되는 복수의 고정바와, 하단이 수면에 잠기도록 상기 고정바에 동일한 경사구배로 장착되어 상승하는 가스와 접촉이 되게 하며 충돌되는 가스로부터 이물질을 여과하고 거품을 밀어내어 수면이 노출되도록 하는 여과판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
A sensor unit installed in each sewage and wastewater treatment plant to measure inflow water quality, inflow water quantity, operation factor, effluent water quality, effluent water quantity, by-product gas and greenhouse gas of the bioreactor in real time or at predetermined time intervals;
Artificial intelligence that collects data from the sensor unit, analyzes the data through a learning algorithm, generates a predictive model for each wastewater treatment plant, and predicts the effluent quality and greenhouse gas concentration of the selected wastewater treatment plant based on the prediction model. A prediction unit equipped with an intelligence program;
When the effluent water quality and greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit deviate from the standard effluent water quality and standard GHG concentration, the treatment process control unit controls the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant by selecting one or more control variables from the inflow water quantity and operation factor. including;
Each sewage and wastewater treatment plant includes a bioreactor in which sewage and wastewater flows in and biological reactions occur,
In the bioreactor,
It is configured inside the bioreactor and has an open bottom, and a collection space is formed therein, and a floating port forming a certain distance from the bottom of the side wall to the top is provided, and the gas discharges the gas collected in the collection space to the outside at the top. A floating collection unit having a discharge line and a blocking edge formed so that the lower end is wound on the surface of the water; a moisture absorbing unit connected to the lower end of the gas discharge line and having a moisture absorbing layer formed thereon so that moisture is removed while the gas flowing into the inside passes; A by-product gas and greenhouse gas monitoring device including a gas sensor unit for measuring the amount of by-product gas and greenhouse gas mixing from the gas passing through the moisture absorbing unit is further configured,
The floating collection unit,
A collection housing having a collection space formed therein and having a mountain-shaped rim at an upper end and connected to the gas discharge line to the mountain-shaped rim, a floating sphere surrounding the collection housing, and a second rotating by a driving means in the collection space A rotating shaft, a plurality of fixed bars protruding from the second rotating shaft, and a lower end are mounted on the fixed bar with the same inclination gradient so that they are submerged in the water surface to make contact with the rising gas, filtering foreign substances from the colliding gas and pushing out bubbles An integrated management system for sewage and wastewater treatment plants capable of reducing greenhouse gas emissions using artificial intelligence, characterized in that it consists of a filter plate that exposes the surface of the water.
제 1항에 있어서,
상기 유입수질, 상기 유출수질, 상기 부생가스, 상기 온실가스 항목은 수질분석 항목인 온도, BOD, TOC, COD, SS, T-N, T-P, NH4-N, NO3-N, CO2, O2, N2O 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to claim 1,
The inflow water quality, the outflow water quality, the by-product gas, and the greenhouse gas items are water quality analysis items such as temperature, BOD, TOC, COD, SS, TN, TP, NH 4 -N, NO 3 -N, CO 2 , O 2 , N 2 O integrated management system for sewage and wastewater treatment plants capable of greenhouse gas reduction operation using artificial intelligence, characterized in that it includes at least one of N 2 O.
제 1항에 있어서,
상기 처리공정 제어부는, 상기 예측부에서 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 기준 온실가스농도를 벗어나는 경우 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 가상으로 변경하고 상기 예측모델을 적용하여 예측된 유출수질 및 온실가스농도가 기준 유출수질 및 기준 온실가스농도 범위 내가 되도록 하는 유입수량, 운전인자 중 하나 이상을 선택하여 해당 하·폐수 처리장의 공정을 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to claim 1,
The treatment process control unit, when the effluent water quality and the greenhouse gas concentration predicted by the prediction unit deviate from the standard effluent water quality and the standard GHG concentration, virtually changes one or more of the inflow water quantity and operation factor, and applies the prediction model to make a prediction. By using artificial intelligence, which is characterized by controlling the process of the corresponding sewage and wastewater treatment plant by selecting one or more of the inflow water quantity and operation factor to ensure that the effluent water quality and greenhouse gas concentration are within the range of the standard effluent water quality and standard GHG concentration. An integrated management system for sewage and wastewater treatment plants that can reduce greenhouse gas emissions.
제 1항에 있어서,
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 전발 받고 이를 바탕으로 각 하·폐수처리장의 예측모델을 생성하는 모델생성모듈;
상기 모델생성모듈에서 생성된 각 하·폐수처리장의 예측모델을 기반으로 각 하·폐수 처리장의 유출수질 및 온실가스농도를 예측하는 예측모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to 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 that performs deep learning based on the features extracted from the feature derivation module;
A model generation module that receives the result information learned from the learning module and generates a predictive model for each sewage and wastewater treatment plant based on it;
A prediction module for predicting effluent quality and greenhouse gas concentration of each sewage and wastewater treatment plant based on the prediction model of each wastewater and wastewater treatment plant generated by the model generation module;
An integrated management system for sewage and wastewater treatment plants capable of reducing greenhouse gas emissions using artificial intelligence, comprising:
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 부생가스는 이산화탄소, 산소를 포함하고, 상기 온실가스는 아산화질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to claim 1,
The by-product gas includes carbon dioxide and oxygen, and the greenhouse gas includes nitrous oxide.
제 6항에 있어서,
상기 가스센서부는 제 1가스센서부 및 제 2가스센서부로 구성되되, 상기 수분흡수부를 통과한 가스 중 일부는 상기 제 1가스센서부로 유입도록 하여 가스 중 이산화탄소, 산소의 혼입량이 센싱되고, 상기 수분흡수부를 통과한 가스 중 일부는 상기 제 2가스센서부로 유입되도록 하여 가스 중 아산화질소 혼입량이 센싱되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to claim 6,
The gas sensor unit is composed of a first gas sensor unit and a second gas sensor unit, and some of the gas that has passed through the moisture absorbing unit is allowed to flow into the first gas sensor unit so that the mixed amount of carbon dioxide and oxygen in the gas is sensed, and the moisture A sewage and wastewater treatment plant integrated management system capable of greenhouse gas reduction operation using artificial intelligence, characterized in that some of the gas passing through the absorption unit flows into the second gas sensor unit so that the amount of nitrous oxide in the gas is sensed.
제 7항에 있어서,
상기 제 2가스센서부로 유입되는 가스는 그 전단에 구성되는 이산화탄소흡착층이 형성된 이산화탄소흡수부를 통과하도록 하여 이산화탄소가 제거된 가스가 제 2가스센서부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to claim 7,
The gas flowing into the second gas sensor unit passes through the carbon dioxide absorbing unit formed with the carbon dioxide absorbing layer formed at the front end so that the gas from which carbon dioxide is removed is introduced into the second gas sensor unit. Greenhouse using artificial intelligence, characterized in that Integrated management system for sewage and wastewater treatment plants capable of gas reduction operation.
제 8항에 있어서,
상기 이산화탄소흡수부는,
하부에 유입라인과 상부에 상기 제 2가스센서부에 연결되는 배출라인이 형성되는 하우징과, 상기 하우징을 상,하로 구획하면서 이산화탄소흡수제가 충진된 이산화탄소흡착층과, 구동수단에 의해 회전연동을 하며 상기 이산화탄소흡착층 내부로 연장되는 회전축과, 상기 회전축에서 상기 이산화탄소흡착층 내부에 복수로 돌출되며 내부에 열선이 내재된 교반봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to claim 8,
The carbon dioxide absorption unit,
A housing having an inlet line at the bottom and a discharge line connected to the second gas sensor at the top, a carbon dioxide adsorption layer filled with a carbon dioxide absorbent while partitioning the housing up and down, and a driving means rotationally interlock, It is possible to reduce greenhouse gas emissions by using artificial intelligence, characterized in that it includes a rotating shaft extending into the inside of the carbon dioxide adsorption layer, and a stirring bar protruding in plurality from the rotation shaft to the inside of the carbon dioxide absorption layer and having a hot wire embedded therein. Integrated management system for sewage and wastewater treatment plants.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 여과판의 표면에는 실리콘 오일이 포함된 코팅층이 도포됨을 특징으로 하는 인공지능을 이용하여 온실가스 저감운영이 가능한 하·폐수 처리장 통합관리 시스템.
According to claim 1,
A sewage and wastewater treatment plant integrated management system capable of greenhouse gas reduction operation using artificial intelligence, characterized in that a coating layer containing silicone oil is applied to the surface of the filter plate.
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