KR102632229B1 - 스마트 수처리 시스템 및 그 구축 방법 - Google Patents

스마트 수처리 시스템 및 그 구축 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원수를 처리하기 위한 스마트 수처리 시스템에 관한 것으로서, 유입구와 배출구를 구비하며, 네트워크에 연결되기 위한 통신 모듈, 펌프 모듈, 전원 모듈, 밸브 모듈, 적어도 하나 이상의 수질 센서 및 컨트롤러를 구비하는 공정 처리용 구조물을 이용하되, 상기 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보를 토대로 적어도 둘 이상의 원수 처리를 위한 공정이 정의됨에 따라 적어도 둘 이상의 공정 각각을 상기 공정 처리용 구조물 각각에 적용시킨 후 상기 공정 처리용 구조물 각각을 상호 연결시켜 상기 원수를 정화시키는 스마트 수처리 시스템을 제공할 수 있다.

Description

스마트 수처리 시스템 및 그 구축 방법{Smart water treatment system and its construction method}
본 발명은 시설물로부터 배출되는 원수를 처리하기 위한 기술에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
일반적으로, 종래의 시설물의 수처리 시스템은 시설물, 예컨대 공장에서 발생된 폐수를 저장하는 폐수저장조와, 상기 폐수저장조부터 공급되는 폐수를 침전시켜 폐수 중에 포함된 침전 슬러지를 제거하는 침전조와, 상기 침전조를 거쳐 공급되는 폐수에 응집제를 첨가하여 폐수내에 포함된 폐유를 응집시켜 수면에 부상시키고, 이러한 부상슬러지를 제거하는 부상조와, 상기 부상조로부터 공급되는 폐수처리수를 일시저장하고 저장된 처리수를 방류하는 처리수조(처리폐수조)로 구성되어 있다.
최근, 수질 오염의 이슈에 따라 각 시설물의 경우 폐수를 정화시켜 배출하는 수처리 시스템의 도입이 필수적인데, 중소형의 시설물의 경우 종래의 수처리 시스템을 적용하기에는 비용적인 부분에 있어서 부담이 되는 상황이다.
대한민국 공개특허 제10-2023-00000222호(2023.01.02.공개.)
본 발명은 원수의 특징 정보를 기초하여 복수의 공정을 구성된 공정 프로세스를 정의하고, 정의된 공정 프로세스의 각 공정을 기 구축된 공정 처리용 구조물에 적용시킨 후 이를 상호 연결시켜 원수를 처리함으로써, 원수를 정화시키기 위한 수처리 시스템의 구축 시간 및 비용을 절감시킬 수 있는 스마트 수처리 시스템 및 그 구축 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 공정 처리용 구조물의 탈부착이 가능함으로써, 공정 프로세스 내 공정의 변화가 필요할 경우 공정 처리용 구조물의 추가 및 제거가 용이하기 때문에 원수 또는 방류수의 변화에 유연하게 대처할 수 있는 스마트 수처리 시스템 및 그 구축 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템은 유입구와 배출구를 구비하며, 네트워크에 연결되기 위한 통신 모듈, 펌프 모듈, 전원 모듈, 밸브 모듈, 적어도 하나 이상의 수질 센서 및 컨트롤러를 구비하는 공정 처리용 구조물을 이용하되, 상기 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보를 토대로 적어도 둘 이상의 원수 처리를 위한 공정이 정의됨에 따라 적어도 둘 이상의 공정 각각을 상기 공정 처리용 구조물 각각에 적용시킨 후 상기 공정 처리용 구조물 각각을 상호 연결시켜 상기 원수를 정화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 원수의 특징 정보에 의거하여 원수의 정화에 필요한 물리적, 화학적, 물리화학적 및 생물학적 수처리 공정 중 적어도 둘 이상을 선택하며, 상기 선택된 수처리 공정들의 순서를 변경하는 방법으로 시뮬레이션을 수행한 후 상기 원수의 처리 결과값을 산출하며, 상기 산출한 처리 결과값을 기반으로 최적화된 공정 순서인 공정 프로세스를 결정하며, 상기 선택한 각 공정을 상기 공정 처리용 구조물 각각에 적용시킴과 더불어 상기 공정 프로세스에 의거하여 상기 공정 처리용 구조물 각각을 상호 연결시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정 프로세스는 상기 공정 각각을 직렬 또는 직병렬로 연결되는 공정 순서일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정 처리용 구조물은 공정 프로세스에 의거하여 이전 공정 처리용 구조물의 배출구와 다음 공정 처리용 구조물의 유입구간의 탈부착이 가능하며, 상기 원수의 특징 정보 또는 원수가 처리되어 방류되는 방류수의 변화가 있는 경우 상기 공정 프로세스의 변화가 필요한 것으로 인지하여 변화된 공정 프로세스에 의거하여 공정 처리용 구조물을 탈부착시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 스마트 수처리 시스템은 상기 원수의 특징 정보를 토대로 각 공정별 제어 파라미터가 셋팅된 AI 모듈을 통해 공정 처리 구조물 각각을 자동 제어하며, 상기 공정 프로세스의 변경에 따라 변경된 공정을 인식함과 더불어 상기 AI 모듈에 셋팅된 제어 파라미터를 변경된 공정에 대응되는 제어 파라미터로 변경시키는 컴퓨팅 디바이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수처리 공정의 상기 공정 처리용 구조물에 대한 적용은 상기 수처리 공정이 적용된 공정 처리용 구조물의 통신 포트 설정 및 상기 컨트롤러의 수처리를 위한 각 모듈의 제어를 위한 설정값 적용을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 수질 센서와 상기 공정 처리용 구조물 내 각 모듈과의 통신을 통해 제어 가능하며, 네트워크를 통해 외부의 기기와 통신이 가능하며, 상기 기기로부터 수신한 제어 파라미터에 의거하여 공정을 제어하는 PLC일 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 구축 방법은 유입구와 배출구를 구비하며, 네트워크에 연결되기 위한 통신 모듈, 펌프 모듈, 전원 모듈, 밸브 모듈, 적어도 하나 이상의 수질 센서 및 컨트롤러를 구비하는 공정 처리용 구조물을 이용하여 원수를 처리하기 위한 스마트 수처리 시스템을 구축하는 방법에 있어서, 상기 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보를 토대로 적어도 둘 이상의 원수 처리를 위한 수처리 공정을 결정하는 단계와, 상기 수처리 공정의 순서를 변경하는 방법으로 적어도 둘 이상의 공정 프로세스를 생성하는 단계와, 상기 공정 프로세스 각각에 대한 시뮬레이션을 통한 원수의 처리 결과값을 계산하는 단계와, 상기 공정 프로세스 각각에 대한 원수의 처리 결과값을 비교하여 최적화된 공정 프로세스를 생성하는 단계와, 상기 최적화된 공정 프로세스 내 공정 각각을 상기 공정 처리용 구조물 각각에 적용시킨 후 상기 최적화된 공정 프로세스를 토대로 상기 공정 처리용 구조물 각각을 상호 연결시킨 스마트 수처리 시스템을 구축하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 원수의 특징 정보를 기초하여 복수의 공정을 구성된 공정 프로세스를 정의하고, 정의된 공정 프로세스의 각 공정을 기 구축된 공정 처리용 구조물에 적용시킨 후 이를 상호 연결시켜 원수를 처리함으로써, 원수를 정화시키기 위한 수처리 시스템의 구축 시간 및 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 공정 처리용 구조물의 탈부착이 가능함으로써, 공정 프로세스 내 공정의 변화가 필요할 경우 공정 처리용 구조물의 추가 및 제거가 용이하기 때문에 원수 또는 방류수의 변화에 유연하게 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 개념을 설명하기 위한 아키텍처를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템에 적용되는 공정 처리용 구조물을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 전체 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 구축 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템을 구현하기 위한 공정 및 공정 프로세스를 결정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템이 동작하는 공정 처리용 구조물을 인식하여 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템이 동작하는 공정 처리용 구조물을 인식하여 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모듈화를 통한 스마트 수처리 시스템, 그 구축 방법 및 동작 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 개념을 설명하기 위한 아키텍처를 도시한 도면이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템에 적용되는 공정 처리용 구조물을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 전체 구성도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 구축 예시도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템은 복수의 공정이 적용된 공정 처리용 구조물(100)를 소프트웨어, 즉 프로그램을 기반으로 동작시키는 소프트웨어(10) 및 공정 처리용 구조물(100)의 모듈화를 위한 하드웨어(20) 부분으로 구성될 수 있다.
소프트웨어(10)는 컴퓨팅 디바이스(200)에 의해 실행되는 프로그램으로서, 각 공정에 대한 자율 운영, 각 공정에 대한 인식, 공정별 학습 데이터 수집, 공정 객체의 표준화, 통신 표준 등을 포함하며, 각 공정을 감지 및 제어하는 인공 지능 기반의 동작하는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)를 포함할 수 있다. 여기에서, SCADA는 공정 처리용 구조물(100)에 적용된 공정을 자동으로 인식하고, 자율 운영을 위한 것일 수 있다.
또한, 소프트웨어(10)는 수처리 시스템 내 공정이 변경, 예컨대 공정의 추가, 삭제 또는 순서 변경에 따라 공정 처리용 구조물(100)의 추가, 삭제 또는 순서 변경됨에 따라 이를 자동으로 인식할 수 있을 뿐만 아니라 변경된 수처리 시스템에 대한 AI 적용에 필요한 학습 데이터 셋을 자동으로 셋팅시킬 수 있다.
또한, 소프트웨어(10)는 수처리 시스템 내 공정의 변경을 자동으로 인식하며, 자동 인식에 따라 컴퓨팅 디바이스(200)에 의해 디스플레이되는 관제 화면 및 대시 보드를 자동으로 변경시킬 수 있다.
또한, 소프트웨어(10)는 변경된 수처리 시스템에 의해 수집되는 데이터의 적재 장소를 변경시킬 수 있다. 구체적으로, 소프트웨어(10)는 변경 이전 수처리 시스템에 의해 수집되는 데이터를 제 1 데이터베이스(미도시됨)에 저장하여 관리하는 경우 변경 후 수처리 시스템에 의해 수집되는 데이터를 제 2 데이터베이스(미도시됨)에 저장할 수 있다. 여기에서, 제 1 및 제 2 데이터베이스는 물리적인 분리된 공간이거나 논리적으로 분리된 공간일 수 있다.
하드웨어(20)는 공정 처리용 구조물(100)에 관한 것으로서, 공정별로 표준화된 모듈이 실장되며, 표준화된 부품, 표준화된 구조 등을 포함할 수 있다.
하드웨어(20)에 의해 정의된 공정 처리용 구조물(100)은 유입구(110), 배출구(120), 유입구(110) 및 배출구(120)에 연결된 배관 상에 설치되는 밸브 모듈(130)과 펌프 모듈(140), 펌프 모듈(140)에 의해 유입되는 유입수, 예컨대 폐수, 하수 등의 오염물질이 있는 유체(이하, '원수'라고 함)를 처리하기 위한 공정 적용부(145), 전원 모듈(150), 복수의 수질 센서(160), 네트워크를 통해 외부와의 통신을 위한 통신 모듈(170), 각종 정보를 표시하기 위한 표시부(180) 및 각종 제어 등을 수행하기 위한 컨트롤러(190) 등을 포함할 수 있다.
공정 적용부(145)는 수처리를 위한 공정, 즉 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보에 따라 정의된 공정이 적용되기 위한 것으로서, 해당 공정 처리용 구조물(100)이 유입구(110)를 통해 유입되는 유입수를 처리하기 공정이 적용될 수 있는 부분이다.
한편, 공정 적용부(145)는 공정의 수처리 방법에 따라 적용되는 부분으로서, 그 예로 화학적 수처리 방법일 경우 화학약품을 투입하기 위한 화학약품 투입부(미도시됨)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 수처리 방법은 물리적, 화학적, 물리화학적 및 생물학적 방법 중 어느 하나일 수 있다.
상술한 바와 같은 하드웨어(20)에서 유입구(110), 배출구(120), 밸브 모듈(130), 펌프 모듈(140), 전원 모듈(150), 수질 센서(160), 통신 모듈(170), 표시부(180) 및 컨트롤러(190)는 표준화 모듈에 해당될 수 있다.
표준화 모듈에서 수질 센서(160)는 적어도 둘 이상의 위치, 예컨대 유입구(110)를 통해 유입되는 유입수의 수질을 측정하기 위한 위치, 배출구(120)로 배출되는 배출수에 대한 수질을 측정하기 위한 위치, 공정 적용부(145)의 내부 등에 설치되며, 컨트롤러(190)와 연결되어 측정값을 컨트롤러(190)에 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 공정 처리용 구조물(100)은 렉 형태를 갖는 것으로서, 그 예로 컨테이너를 들 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 컨트롤러(190)는 공정 처리용 구조물(100)의 각 구성에 대한 전원 공급과 더불어 각종 제어를 수행할 수 있을 뿐만 아니라 네트워크를 통해 컴퓨팅 디바이스(200)에 연결되는 제어기기일 수 있다.
또한, 컨트롤러(190)는 각종 제어와 더불어 각 구성에 대한 제어값, 수질 센서(160)로부터 수신한 측정값 등의 공정에 관련된 공정 관련 정보를 네트워크를 통해 연결된 컴퓨팅 디바이스(200)에 전송할 수 있다.
또한, 컨트롤러(190)는 공정 진행 사항, 예컨대 각종 제어 상태, 수처리 상태 등의 다양한 정보를 표시부(180)에 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제어값은 공정 처리용 구조물(100)의 전력 제어값, 밸브 제어값, 화학약품 투입의 제어를 위한 제어값, 펌프 제어값 등을 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 컨트롤러(190)는 수질 센서(160)와 공정 처리용 구조물(100) 내 각 모듈과의 통신을 통해 제어 가능하며, 컴퓨팅 디바이스(200)와 네트워크를 통해 통신이 가능한 PLC(Programmable Logic Controller)일 수 있다. 여기에서, PLC는 수질 센서(160) 및 컴퓨팅 디바이스(200)로부터 제어 파라미터를 수신하고, 제어 파라미터를 처리하여 논리 기반으로 결정하여 공정 처리용 구조물(100)의 각 구성을 자동 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 공정 처리용 구조물(100)은 상호 연결되어 원수를 정화시킬 수 있는데, 구체적으로, 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보를 토대로 원수 처리를 위한 적어도 둘 이상의 공정이 정의됨에 따라 정의된 공정에 따른 공정 프로세스가 결정되고, 공정 프로세스 내 각 공정은 공정 처리용 구조물(100) 각각에 적용, 즉 공정 적용부(145)에 적용된 후 공정 프로세스에 따라 공정 처리용 구조물(100) 각각을 상호 연결시켜 원수를 정화시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예의 경우 원수의 특징 정보에 의거하여 원수의 정화에 필요한 물리적, 화학적, 물리화학적 및 생물학적 공정 중 적어도 둘 이상을 선택하며, 선택된 공정들의 순서를 변경하는 방법으로 시뮬레이션을 수행한 후 원수의 처리 결과값을 산출하며, 산출한 처리 결과값을 기반으로 최적화된 공정 순서인 공정 프로세스를 생성할 수 있다.
예를 들어, 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보를 토대로 공정 A, B, C, D가 필요한 경우 A-B-C-D, A-C-B-D, B-C-D-A 등의 공정 순서로 원수를 처리한 시뮬레이션 결과를 통해 산출된 처리 결과값간의 비교를 통해 최적의 공정 순서인 공정 프로세스를 생성할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에서는 선택한 각 공정을 공정 처리용 구조물(100) 각각에 적용시킴과 더불어 공정 프로세스에 의거하여 공정 처리용 구조물(100) 각각을 상호 연결시킴으로써, 스마트 수처리 시스템을 구축할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 공정 처리용 구조물(100)은 공정 프로세스에 의거하여 이전 공정 처리용 구조물의 배출구와 다음 공정 처리용 구조물의 유입구간의 탈부착이 가능하며, 이를 통해 원수의 특징 정보가 변화됨에 따라 공정 프로세스 내 공정의 제거가 필요한 것으로 판단되는 경우 제거가 필요한 공정이 적용된 공정 처리용 구조물(100)의 탈착시키거나, 공정이 추가되는 경우 추가된 공정이 적용된 공정 처리용 구조물(100)을 부착시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 디바이스(200)는 각 공정별 공정 처리용 구조물(100)의 컨트롤러(190) 내 통신 모듈(170)에 대한 포트 스캐닝을 통해 네트워크로 연결되어 공정 관련 정보를 수신하며, 수신한 공정 관련 정보를 토대로 공정 프로세스를 자동으로 인식한 후 수신한 정보를 입력으로 하여 자율 운영을 위한 제어 파라미터를 생성하여 공정을 제어하는 AI 모듈(210)을 포함할 수 있다.
여기에서, 공정 관련 정보는 공정 내 수질 처리 방법, 공정 처리용 구조물(100) 내부의 각 구성에 대한 제어값, 수질 센서(160)의 측정값 등의 데이터를 포함할 수 있다.
제어 파라미터는 공정 관련 정보를 기초하여 AI 모듈(210)에 셋팅되어 공정 처리용 구조물(100)의 각 구성을 제어하기 위한 것으로서, 전력 제어값, 밸브 제어 조건, 화학약품 투입 조건, 펌프 제어 조건 등을 포함할 수 있다.
또한, AI 모듈(210)은 각 공정 처리용 구조물(100)의 공정 수행에 따른 자율 운영을 위한 것으로서, 컨트롤러(190)로부터 수신한 공정 관련 정보를 입력으로 동작하여 제어 파라미터를 셋팅시키며, 셋팅된 제어 파라미터를 컨트롤러(190)에 전송할 수 있다. 특히, AI 모듈(210)은 공정 관련 정보 중 수질 센서(160)의 측정값을 기초하여 수질 변화량을 계산하며, 계산한 변화량을 기초하여 제어 파라미터의 변화가 필요한 경우 변화된 제어 파라미터를 컨트롤러(190)에 전송하여 공정을 제어할 수 있다.
한편, AI 모듈(210)은 과거의 학습 데이터 셋을 기초하여 제어 파라미터가 생성된 자동 제어용 수처리 모델로서, 원수의 특징 정보를 기초하여 최적의 제어 파라미터가 설정된 자동 제어용 수처리 모델일 수 있다. 구체적으로, AI 모듈(210)은 원수의 특징 정보에 의거하여 최적의 제어 파라미터가 셋팅된 자동 제어용 수처리 모델을 기반으로 동작하는 컴퓨팅 디바이스(200)의 기록매체(미도시됨)에 실행 가능한 형태로 저장된 프로그램 형태로 구현되는 것으로서, 셋팅된 제어 파라미터를 컨트롤러(190)에 인가하여 공정을 진행한 후 각 공정 처리용 구조물(100)의 컨트롤러(190)로부터 수신된 공정 관련 정보를 기초하여 각 공정을 거친 방류수의 변화가 있거나 원수에 변화가 있을 경우 셋팅된 제어 파라미터를 변경할 수 있다. 여기에서, 방류수의 변화는 방류수의 수질 상태 변화를 의미하며, 원수의 변화는 공정 프로세스 중 첫 공정에 유입되는 원수의 수질 상태 변화를 의미할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 공정이 변경됨에 따라, 컴퓨팅 디바이스(200)는 변경된 수처리 시스템의 공정 제어를 위한 AI 모듈(210)에 적용될 학습 데이터 셋을 자동으로 변경하고, 이를 토대로 최적의 제어 파라미터를 다시 셋팅한 후 이를 이용하여 변경된 수처리 시스템 내 각 공정 처리용 구조물(100)에 대한 제어를 수행할 수 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스(200)는 수처리 시스템 내 공정의 변경을 자동으로 인식하며, 자동 인식에 따라 관제 화면 및 대시 보드를 자동으로 변경시킬 수 있다.
또한, 컴퓨팅 디바이스(200)는 변경된 수처리 시스템에 의해 수집되는 데이터인 공정 관련 정보의 적재 장소를 변경시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템의 구축을 위한 과정에 대해 도 6을 참조하여 설명하기 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템을 구현하기 위한 공정 및 공정 프로세스를 결정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
설명에 앞서, 원수 처리를 위한 공정을 결정하고, 결정된 공정으로 구성된 공정 프로세스를 정의하는 각 단계는 시뮬레이션용 프로그램(미도시됨), 예컨대 컴퓨팅 디바이스(200)에서 실행된 시뮬레이션용 프로그램을 의해 이루어질 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(200)는 원수의 분석을 통해 원수의 특징 정보를 생성한다(S300).
여기에서, 원수의 특징 정보는 스마트 수처리 시스템이 적용될 시설물로부터 배출되는 원수를 분석하는 것으로서, 원수 내 오염물질의 종류, 원수의 양, 원수 내 고형물 유무, 원수의 온도 등을 포함할 수 있다.
그런 다음, 컴퓨팅 디바이스(200)는 원수의 특징 정보를 통해 수처리 방법을 결정한다(S302). 구체적으로, 컴퓨팅 디바이스(200)는 원수의 특징 정보를 토대로 물리적, 화학적, 물리화학적 및 생물학적 수처리 방법 중 어떤 수처리 방법이 적합한지를 판단하며, 판단 결과에 의거하여 적어도 둘 이상의 수처리 방법을 결정할 수 있다.
여기에서, 물리화학적 수처리 방법은 용존 공기 부상법, 여과 방법, 오존 처리 방법, 활성탄 이용 방법 등을 들 수 있으며, 생물학적 수처리 방법은 활성슬러지 공정, 완접 혼합, 단계 포기식, 연소회 분식, 심층포기 등과 같은 부유 성장, 살수여상, 회전 원판법, 충진상 반응기 등과 같은 부착 성장, 생물막-활성슬러지, 살수 여상-활성슬러지 등과 같은 혼합형, 부유성장 탈질화, 생물막 탈질화, 혐기성 소화, 혐기성 상향류 슬러지, 험기성 여과상 등을 들 수 있다.
그리고 나서, 컴퓨팅 디바이스(200)는 원수의 특징 정보를 토대로 수처리 방법 각각에 대한 공정 개수를 결정하고, 공정간 연결 방식, 즉 공정간 직렬 연결, 직병렬 연결 등을 결정한다(S304). 구체적으로, 컴퓨팅 디바이스(200)는 원수의 특징 정보 중 오염물질의 종류, 원수 내 고형물 유무 등을 토대로 적용될 물리적 수처리 방법, 화학적 수처리 방법, 물리화학적 및 생물학적 수처리 방법 중 적어도 둘 이상을 선택하여 결정할 수 있다. 특히, 컴퓨팅 디바이스(200)는 원수의 특징 정보에 기초하여 물리적 및 화학적 처리 방법이 필요한 경우 우선 순위가 있는 처리 방법을 결정하거나 동시 처리가 가능한지에 대한 판단할 수 있다. 예를 들어, 원수의 특징 정보에 기초하여 물리적 처리 후 화학적 처리를 수행하는 것이 바람직할 경우 물리적 처리 공정 및 화학적 처리 공정을 직렬로 구성하고, 화학적 처리 후 물리적 처리를 수행하는 것이 바람직할 경우 화학적 처리 공정 및 물리적 처리 공정을 직렬로 구성하는 것으로 연결 방식을 결정할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에서 병렬 처리 여부는 공정을 처리하는 공정 처리용 구조물(100)의 기준 처리량과 공정 처리용 구조물(100)에 유입되는 유입량간의 비교를 통해 결정될 수 있다.
그런 다음, 컴퓨팅 디바이스(200)는 각 공정의 연결 방식과 개수에 의거하여 순서를 변경하는 방법으로서 다수의 공정 프로세스를 생성한 후 다수의 공정 프로세스에 대한 시뮬레이션을 수행하며(S306), 시뮬레이션의 결과값인 각 공정 프로세스에 대한 원수의 처리 결과값을 비교하여 최적화된 공정 프로세스를 생성한다(S308).
그리고 나서, 최적화된 공정 프로세스 내 각 공정을 수행할 수 있도록 공정 처리용 구조물(100) 각각의 공정 적용부(145)에 적용한 후 최적화된 공정 프로세스에 의거하여 공정이 적용된 공정 처리용 구조물(100)을 상호 연결시킴으로써, 스마트 수처리 시스템을 구축(S310)한다. 여기에서, 공정 처리용 구조물(100) 각각의 컨트롤러(190)에는 각 공정에 맞도록 공정 처리용 구조물(100) 내 구성을 제어하기 위한 제어값이 설정되며, 통신 모듈(170)에는 각 공정 처리용 구조물(100)이 컴퓨팅 디바이스(200)와의 통신을 위한 통신 포트가 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 각 공정의 적용 및 설정을 통해 각 공정 처리용 구조물(100)이 상호 연결됨에 따라 원수를 처리하기 위한 스마트 수처리 시스템이 구축되고, 구축된 스마트 수처리 시스템의 경우 소프트웨어(10)에 구현된 SCADA에 의해 각 공정 처리용 구조물(100)에 구현된 각 공정을 자동 인식하고, 자율 운영될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 스마트 수처리 시스템이 동작하는 과정에 대해 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템이 동작하는 공정 처리용 구조물을 인식하여 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(200)는 각 공정 처리용 구조물(100)의 통신 포트에 대한 스캐닝(S400)을 통해 각 공정 처리용 구조물(100)의 컨트롤러(190)와 네트워크로 연결된다(S402).
그런 다음, 컴퓨팅 디바이스(200)는 공정 처리용 구조물(100) 각각의 컨트롤러(190)와의 통신을 통해 공정 관련 정보를 수신한다(S404).
이를 통해, 컴퓨팅 디바이스(200)는 공정 관련 정보를 기초하여 공정 프로세스를 인식하고(S406), 공정 관련 정보를 기초하여 제어 파라미터가 셋팅된 AI 모듈(210)을 실행시킨다(S408). 여기에서, AI 모듈(210)은 학습 데이터, 예컨대 원수의 특징 정보, 원수의 유입량, 수처리 방법, 제어 파라미터 등의 학습 데이터에 대한 딥러닝, 머신러닝 등을 통해 제어 파라미터가 셋팅된 자동 제어용 수처리 모델일 수 있다.
이후, AI 모듈(210)은 제어 파라미터를 컨트롤러(190)에 전송하여 각 공정 처리용 구조물(100)에 의해 수행되는 각 공정을 제어한다(S410).
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 수처리 시스템이 동작하는 공정 처리용 구조물을 인식하여 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(200)는 원수의 분석(S500)을 통해 특징 정보를 생성한 후 이를 기반으로 각 공정별 제어 파라미터가 셋팅된 AI 모듈(210)을 실행시킨다(S502).
이후, AI 모듈(210)은 각 공정별 제어 파라미터를 컨트롤러(190)에 전송함으로써, 각 공정을 제어한다(S504).
그리고나서, AI 모듈(210)은 공정 제어에 따른 공정 관련 정보를 컨트롤러(190)로부터 수신한다(S506).
그런 다음, AI 모듈(210)은 공정 관련 정보를 기반으로 원수의 처리 결과값을 계산하며, 계산한 처리 결과값과 공정 프로세스의 시뮬레이션을 통해 획득한 처리 결과값간의 비교를 통해 기준치를 통과했는지의 여부룰 판단한다(S508). 예를 들어, AI 모듈(210)은 공정 프로세스 내 각 공정을 거친 후 원수의 처리 결과값인 원수 변화값과 공정 프로세스의 시뮬레이션을 통해 획득한 처리 결과값이 원수의 변화값간의 비교 결과 기 설정된 임계 범위 내에 일치하는지의 여부를 통해 기준치를 통과했는지를 판단한다.
S508의 판단 결과, 기준치를 통과한 경우 AI 모듈(210)은 원수의 특징 정보 내 변화가 있는지를 판단한다(S510). 구체적으로, AI 모듈(210)은 원수의 특징 정보 중 수질 측정값의 변화, 원수의 유입량이 변화 등이 있는지를 판단한다.
S510의 판단 결과, 원수의 특징 정보에 변화가 없는 경우 AI 모듈(210)은 방류수의 수질 측정값이 기 설정된 범위 내에서 변화되는지를 판단한다(S512).
S508의 판단 결과 기준치를 통과하지 못할 경우, S510의 판단 결과 원수의 특징 정보 내 변화가 있는 경우 또는 S512의 판단 결과 방류수의 수질 측정값에 변화가 있는 경우 AI 모듈(210)은 제어 파라미터의 변경이 필요한 것으로 인식하여 제어 파라미터를 변경(S514)한 후 S504로 진행하여 이후 단계를 수행한다.
본 발명의 실시예에서는 생략되었지만, 상술한 바와 같은 단계들을 반복적으로 수행한 결과, 공정 프로세스 내 임의의 공정의 추가가 필요하거나 불필요한 공정이 존재하는 것으로 판단될 경우, 공정 프로세스 내 추가가 필요한 공정이 적용된 공정 처리용 구조물(100)을 부착시켜 연결시킬 수 있으며, 공정 프로세스 내 불필요한 공정이 적용된 공정 처리용 구조물(100)을 탈착시켜 제거할 수도 있다.
한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리) 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 기록매체(또는 메모리)에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
100 : 공정 처리용 구조물
200 : 컴퓨팅 디바이스

Claims (8)

  1. 원수를 처리하기 위한 스마트 수처리 시스템에 있어서,
    유입구와 배출구를 구비하며, 네트워크에 연결되기 위한 통신 모듈, 펌프 모듈, 전원 모듈, 밸브 모듈, 적어도 하나 이상의 수질 센서, 유입수에 대한 수처리 공정 처리하여 배출하는 공정 적용부 및 전원 모듈이 실장되고, 상기 실장된 각 구성에 대한 제어를 수행하기 위한 컨트롤러를 구비하며, 렉 형태로 구현되는 적어도 둘 이상의 공정 처리용 구조물을 포함하며,
    상기 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보를 토대로 적어도 둘 이상의 원수 처리를 위한 공정이 정의됨에 따라 상기 정의된 적어도 둘 이상의 공정 각각에 대응되는 공정 적용부를 갖는 상기 공정 처리용 구조물을 형성한 후 상기 공정 처리용 구조물 각각을 상호 연결시켜 상기 원수를 정화시키며,
    상기 공정 처리용 구조물은 공정 프로세스에 의거하여 이전 공정 처리용 구조물의 배출구와 다음 공정 처리용 구조물의 유입구간의 탈부착이 가능하며,
    상기 원수의 특징 정보 또는 원수가 처리되어 방류되는 방류수의 변화가 있는 경우 상기 공정 프로세스의 변화가 필요한 것으로 인지하여 변화된 공정 프로세스에 의거하여 공정 처리용 구조물을 탈부착시키며,
    컴퓨팅 디바이스에 의해 실행되고, 상기 스마트 수처리 시스템을 구성하는 공정 처리용 구조물의 추가, 삭제 또는 순서 변경됨에 따라 이를 자동으로 인식하며, 자동 인식에 따라 컴퓨팅 디바이스에 의해 디스플레이되는 관제 화면 및 대시 보드를 자동으로 변경시키는 소프트웨어를 구비하는 것을 특징으로 하는 스마트 수처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원수의 특징 정보에 의거하여 원수의 정화에 필요한 물리적, 화학적, 물리화학적 및 생물학적 수처리 공정 중 적어도 둘 이상을 선택하며, 상기 선택된 수처리 공정들의 순서를 변경하는 방법으로 시뮬레이션을 수행한 후 상기 원수의 처리 결과값을 산출하며, 상기 산출한 처리 결과값을 기반으로 최적화된 공정 순서인 공정 프로세스를 결정하며,
    상기 선택한 각 공정을 상기 공정 처리용 구조물 각각에 적용시킴과 더불어 상기 공정 프로세스에 의거하여 상기 공정 처리용 구조물 각각을 상호 연결시키는 것을 특징으로 하는 스마트 수처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공정 프로세스는 상기 공정 각각을 직렬 또는 직병렬로 연결되는 공정 순서인 것을 특징으로 하는 스마트 수처리 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 디바이스는,
    상기 원수의 특징 정보를 토대로 각 공정별 제어 파라미터가 셋팅된 AI 모듈을 통해 공정 처리 구조물 각각을 자동 제어하며, 상기 공정 프로세스의 변경에 따라 변경된 공정을 인식함과 더불어 상기 AI 모듈에 셋팅된 제어 파라미터를 변경된 공정에 대응되는 제어 파라미터로 변경시키는 것을 특징으로 하는 스마트 수처리 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 수처리 공정의 상기 공정 처리용 구조물에 대한 적용은,
    상기 수처리 공정이 적용된 공정 처리용 구조물의 통신 포트 설정 및 상기 컨트롤러의 수처리를 위한 각 모듈의 제어를 위한 설정값 적용을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 수처리 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 수질 센서와 상기 공정 처리용 구조물 내 각 모듈과의 통신을 통해 제어 가능하며, 네트워크를 통해 외부의 기기와 통신이 가능하며, 상기 기기로부터 수신한 제어 파라미터에 의거하여 공정을 제어하는 PLC인 것을 특징으로 하는 스마트 수처리 시스템.
  8. 청구항 1 내지 3과 청구항 5 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 스마트 수처리 시스템을 구축하는 방법에 있어서,
    상기 컴퓨팅 디바이스에서 상기 원수의 분석을 통해 획득한 원수의 특징 정보를 토대로 적어도 둘 이상의 원수 처리를 위한 수처리 공정을 결정하는 단계와,
    상기 컴퓨팅 디바이스에서 상기 수처리 공정의 순서를 변경하는 방법으로 적어도 둘 이상의 공정 프로세스를 생성하는 단계와,
    상기 컴퓨팅 디바이스에서 상기 공정 프로세스 각각에 대한 시뮬레이션을 통한 원수의 처리 결과값을 계산하는 단계와,
    상기 컴퓨팅 디바이스에서 상기 공정 프로세스 각각에 대한 원수의 처리 결과값을 비교하여 최적화된 공정 프로세스를 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 스마트 수처리 시스템은,
    상기 최적화된 공정 프로세스 내 공정 각각을 상기 공정 처리용 구조물 각각에 적용시킨 후 상기 최적화된 공정 프로세스를 토대로 상기 공정 처리용 구조물 각각을 상호 연결시켜 구축되는 것을 특징으로 하는 스마트 수처리 시스템의 구축 방법.
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