KR20020032787A

KR20020032787A - 원격 수처리 시스템

Info

Publication number: KR20020032787A
Application number: KR1020000063448A
Authority: KR
Inventors: 황호재; 김상묵; 송찬혁; 김종상; 유광태
Original assignee: 유창환, 황호재; 주식회사 에코아이티이십일
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-04

Abstract

본 발명은 원격 수처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마을 단위 하수처리장, 중, 소규모 하수처리 시설에 있어서 무인 원격 자동제어용 기기 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 수처리 시설의 설치조건 및 운영조건을 감안하여 원격지에서 감시 및 제어가 가능하고, 소규모 수처리 시설에 적합한 일체형 자동제어시스템을 구성하여 설치 및 유지 관리가 용이하며, 최소한의 전문인력으로 다수의 수처리 시설을 효율적으로 관리할 수 있는 시스템을 구현하기 위한 것이다.

Description

원격 수처리 시스템{A system for treatment of sewage by remote control}

본 발명이 적용되는 마을 단위 하수 처리장 및 중, 소규모 하수처리 시설 같은 환경기초시설은 교통 및 통신조건이 양호하지 않은 비시가 지역 또는 산간지역에 설치되는 경우가 대부분이며, 소규모 용량의 시설이 넓은 지역에 산재되어 있는 것이 특징이다.

종전에는 중, 대규모의 수처리 시설을 수계의 하류 또는 도심 인근 지역에 설치함으로써 중앙 집중적인 관리가 가능했으나, 현재는 상수원보호구역 등과 같이 비시가 지역 또는 오염원이 산재해 있는 지역에 수처리 시설을 설치하는 추세이므로 종전의 대규모 하수종말처리시설에서 이용하고 있는 제어설비 및 관리방법으로는 유지관리 및 설치에 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있다.

즉, 현재 대규모 하수처리 시설에서 이용하고 있는 수처리 시설 운영방법은 현장에 설치되어 있는 프로그램 가능 논리 제어기(PLC)와 관리 동에 설치되어 있는 CRT 모니터 시스템으로 감시하고 관리하고 있으나, 상대적으로 시설규모가 적은 마을 하수도 및 소규모 수처리 시설에 이러한 시스템을 설치할 경우 처리 시설의 설치에 많은 비용이 필요할 뿐만 아니라, 수십에서 수백 개에 이르는 처리시설마다 전문 관리인력을 투입하여야 하므로 많은 비용과 인력이 필요하다는 문제점이 있다.

또한, 종전의 시스템으로 광역처리시스템을 구성하는 경우 각 처리시설에 개별적인 자동제어 및 모니터링 시스템을 구축하거나 프로그램 가능 논리 제어기를 하나의 네트워크로 구성하여 운용하는 방법 밖에 없기 때문에 수처리 시설의 효율적인 운영관리가 이루어 질 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수처리 시설의 설치조건 및 운영조건을 감안하여 원격지에서 감시 및 제어가 가능하고, 소규모 수처리 시설에 적합한 일체형 자동제어시스템을 단일보드에 구성하여 설치 및 유지 관리가 용이하고, 최소한의 전문인력으로 다수의 수처리 시설을 효율적으로 관리할 수 있는 시스템을 구현하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원격 수처리 시스템의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인/원격 자동제어 시스템의 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설(100)은 협잡물 제거기(110), 유량조정조(120), 생물학적 반응조(130), 처리수조(140), 슬러지 저장조(150)를 포함한다. 각각의 처리설비 및 구성은 설치되는 장소의 수질 및 유량조건에 따라 단일 구조물로 구성할 수도 있고, 여러 개의 구조물로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 처리설비는 FRP 구조로 할 수도 있고, 토목구조물로 할 수도 있다.

상기 수처리 시설(100)은 기본적으로 정상상태(steady state)를 기준으로 하여 운영관리하는 것으로 설계되어 있으나, 유량 및 수질조건이 변하는 경우에는 관리자가 펌프, 밸브, 에어 컴프레서 등을 조작하여 목표로 하는 방류수질을 달성할 수 있도록 하는 구조로 되어 있다.

상기 수처리 시설(100)은 도 1에 표시된 A항의 유량, 수온 및 B항의 용존산소(Dissolved Oxygen, DO), 수소이온 농도(pH), 미생물 농도(Mixed Liquor Suspended Solid, MLSS) 그리고 C항의 방류수의 부유물질 농도(Suspended Solid, SS), 생물 화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD) 값을 분석하여 이를 바탕으로 상기 수처리 시설을 작동시키게 된다.

종래에는 기기의 작동범위를 시설관리자가 판단하여 수동 조작하는 것이 통상적인 방법이었으나, 본 발명에서는 각 측정값에 대하여 측정센서를 설치하고 측정센서에서 발생되는 각각의 신호를 단일보드에 일체로 구성되어 있는 자동제어시스템으로 입력받아 사전에 프로그램 되어 있는 운전모드에 따라 최적의 운전조건으로 자동 운전하는 방식으로 수처리 시설을 운영한다.

상기 원격 수처리 시스템은 센서부(200), 자동제어시스템부(300), 기기부(400), 관제시스템부(500)를 포함한다.

상기 센서부(200)는 용존산소(Dissolved Oxygen, DO) 측정센서(210), 수소이온농도(pH) 측정센서(220), 온도 측정센서(230), 부유물질(Mixed Liquor Suspended Solid, MLSS) 측정센서(240), 유량 측정센서(250), 전력감시 센서(260), 옵션센서(270)를 포함한다.

상기 용존산소 측정센서(210)는 수중의 용존산소 농도를 측정하기 위한 것으로서 수처리 시설의 경우에는 생물학적 반응조의 미생물 산화에 필요한 용존산소 농도를 측정한다.

상기 수소이온농도 측정센서(220)는 수중의 수소이온농도를 측정하여 생물학적 반응조의 미생물이 최적의 수소이온농도의 상태에 있는지를 감지하기 위한 것이다.

상기 온도 측정센서(230)는 유입수 또는 생물학적 반응조의 수온을 측정하기 위한 것으로서, 측정된 온도는 생물학적 처리시설의 운전상태를 판단하기 위한 자료로 이용된다.

상기 부유물질 측정센서(240)는 수중에 부유하고 있는 고형물의 농도를 측정하기 위한 것으로서, 특히 방류수의 부유물질 농도를 측정하여 전체 수처리 공정의 효율을 모니터링하기 위한 판단자료로 이용된다.

상기 전력감시 센서(260)는 정전 유무 상태를 감지하기 위한 것으로서, 정전시 자동제어시스템에 알람기록을 전송한다.

상기 옵션 센서(270)는 마더보드에 옵션으로 설치되는 아날로그 및 디지털 입출력 단자에 상기 측정센서들 외에 수처리 시설의 설치장소에 따라 필요한 탁도 측정센서, 생물화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD) 측정센서, 총질소(Total Nitrogen, TN) 측정센서, 총인(Total Phosphorus, TP) 측정센서, 미생물농도(Mixed Liquor Suspended Solid, MLSS) 측정센서 등을 설치하여 다양한 수처리 시설에 적용 가능하도록 하기 위한 것이다.

상기 자동제어 시스템부(300)는 상기 측정센서들이 측정한 데이터를 입력받아 펌프 및 밸브 등의 기기류를 컨트롤하고, 운영자료를 저장하고, 유무선 모뎀, 전용선 등을 이용하여 원격지 모니터링을 위한 데이터를 전송하는 기능을 단일보드에 구현한 것이다.

상기 자동제어 시스템부(300)는 입력단자(310), 출력단자(320), 프로세서(330), 데이터 전송부(340), 디스플레이(370), 전원부(380), 자료저장을 위한 메모리(390), 프린터 접속 채널, 정전방지용 백업 밧데리, 수동 조작을 위한 키보드, 자동/수동 전환 버튼을 포함한다.

상기 입력단자(310)는 상기 측정센서들이 측정한 데이터를 입력받기 위한 것으로서, 아날로그 입력단자와 디지털 입력단자로 구성된다. 아날로그 입력인지 디지털 입력인지는 측정센서의 종류에 따라 달라진다.

상기 출력단자(320)는 에어 컴프레셔, 유입펌프, 디켄터(Decanter) 펌프, 밸브, 부저, 세정기(부유 물질, 용존 산소)등 기기류를 제어하기 위한 것이다.

상기 프로세서(330)는 기기 제어, 자료저장 및 입출력 신호를 컨트롤하는 메인 프로세서와 입출력 프로세서를 포함한다.

상기 프로세서(330)는 반응조의 상기 용존산소 측정센서(210)에서 발생되는 기전력을 연산하여 용존산소의 값을 표시하고, 상기 온도 측정센서(230)에서 발생되는 기전력을 연산하여 수온으로 표시하는 기능을 수행한다. 또한 연산된 용존산소의 값과 온도에 근거하여 컴프레서 및 벨브를 제어한다.

상기 프로세서(330)는 처리수조의 상기 부유물질농도 측정센서(240)에서 발생하는 주파수로부터 부유물질농도 값을 산출하여 이를 표시하고 측정된 값을 저장한다.

상기 프로세서(330)는 상기 수소이온농도(pH) 측정센서(220)에서 발생되는 기전력(mV)을 연산하여 pH/mV 값으로 표시하고 측정된 값을 저장한다.

상기 프로세서(330)는 상기 관제시스템부(500)로부터 신호를 입력받아 펌프 및 벨브류 등의 기기를 제어한다.

상기 데이터 전송부(340)는 유무선 모뎀, 전용선 또는 무선통신을 위한 랜카드, 인터페이스로 구성되어 있으며, 센서에서 입력받은 측정값 및 펌프 등의 기기류의 운전자료를 원격지에 설치되어 있는 관제 시스템으로 전송하는 기능을 수행한다.

상기 기기부(400)는 에어 컴프레서(410), 유입 펌프(420), 디켄터 펌프(430), 솔밸브와 같은 밸브류(440), 세정기(450), 부저(460) 등을 포함한다.

상기 에어 컴프레셔(410)는 생물학적 반응조 및 슬러지 저장조에 산소를 공급하고 교반을 하기 위하여 설치된다.

상기 유입 펌프(420)는 유량 조정조 또는 유입시설에서 수처리 시설로 처리하려는 오수를 유입시키는 기능을 수행한다.

상기 디켄터(Decantor) 펌프(430)는 회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor, SBR)에 설치되어 있는 처리수 배출설비(디켄터)를 작동시키는 기능을 수행한다.

상기 벨브류(440)는 송풍량 조절, 슬러지 반송, 필터 역세척, 유량 조정조 혼합 등과 같이 펌프 및 컴프레서의 기능을 제어하는 기능을 수행한다.

상기 세정기(450)는 상기 용존산소 측정센서(210) 및 상기 부유물질 측정센서(240)와 같이 수처리 시설의 운영도중 오염이 발생되어 세정이 필요한 기기를 세정하는 기능을 수행한다.

상기 부저(460)는 기기에 이상이 발생한 경우에 경보음을 발생하는 기능을 수행한다.

상기 관제시스템부(500)은 상기 자동제어시스템부(300)에 임시로 저장되어 있는 운영자료를 상기 자동제어시스템부(300)에서 전송 받아 데이터베이스에 저장하며, 운전상태 감시 및 수처리 시설의 제어를 수행하며, 관리자가 운영자료를 출력하고 작업일지를 작성, 출력할 수 있는 기능을 제공한다.

상기 관제시스템부(500)는 데이터베이스 서버(510), 모니터링/제어 부(520), 출력부(530)를 포함한다.

상기 데이터베이스 서버(510)는 상기 자동제어시스템부(300)에서 전송 받은 센서 측정값, 알람 리스트 및 기기 운영 자료를 각 처리시설별, 날짜별로 구분하여 저장하고 관리한다.

상기 모니터링/제어부(520)는 상기 데이터베이스 서버(510)의 자료 또는 상기 자동제어시스템부(300)로부터 양방향 통신이 가능한 구조로 되어 있으며, 주요 구성부는 사용자 로그인, 측정지역 선택, 운영자료표시부, 알람 표시부, 처리시설 모니터링 및 제어부, 통신상태 점검부, 관리카드, 작업일지 작성부로 구성되어 있다.

또한 상기 모니터링 및 제어부에는 상기 센서부(200)에서 측정된 자료를 분석하여 수처리 시설에 가장 적합한 운전모드를 제공하기 위한 프로그램이 구성되어 있다.

상기 프로그램은 운전자료 입력부, 분석부, 운전모드 설정부, 운전모드 적용부로 구성되어 있다.

상기 운전자료 입력부는 상기 센서부(200)에서 측정되어 데이터베이스에 저장되어 있는 용존산소, 수소이온농도, 온도, 부유물질, 유량 등 수처리 시설의 운전에 필요한 자료가 입력되는 모듈이다.

상기 분석부는 상기 데이터베이스 서버(510)에 저장된 운전자료의 통계치와 운전모드 그리고 알람리스트 등을 분석하여 기존에 설정된 운전모드의 효율성을 검증한다.

상기 운전모드 설정부는 상기 분석부에서 분석한 자료를 토대로 기기 작동 방법을 결정하고 설정된 프로토콜에 따라 프로그래밍을 한다.

상기 운전모드 적용부는 설정된 운전모드를 실제 수처리 시설에 적용하기 전에 시뮬레이션 하여 수처리 시설이 정상적으로 운전되는지를 확인하고 문제점이 발견되었을 경우에는 상기 분석부에서 다시 최적 운전 모드 설정이 이루어지도록 한다. 시뮬레이션은 EPA 모델 또는 Monod 방정식 등을 이용하여 수처리 시설의 유기물질 및 영양염류, 유량에 대한 물질수지(mass balance) 및 방류 수질을 예측하는 과정을 말한다.

본 발명의 실시예에 따른 수처리 시설의 제어는 운전자료를 상기 프로그램에 의해 프로그래밍된 제어에 의하여 자동 운전하는 부분과 사용자의 수동조작 부분으로 구성되어 있으며, 단일 프로그램에서 처리시설을 개별관리할 수 있는 구조로 되어 있다. 또한 데이터베이스 검색 기능을 부여하여 원하는 일시의 운영자료를 출력할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 출력부(530)는 레이저프린터, 잉크젯프린터 등 병렬 포트를 이용하여 컴퓨터와 연결하여 사용할 수 있는 범용 출력장치로 구성할 수 있다.

도 3은 소규모 마을 하수도 처리시설에 본 발명의 자동제어시스템 및 원격관리시스템을 지역조건이 서로 다른 여러 개의 처리시설에 적용하는 구성을 나타낸 것이다.

지역조건이 서로 다른 처리 시설에 설치되는 개별 수처리 시설은 처리공법이 상이할 수 있으나 표준규격의 자동제어시스템을 수처리 시설에 설치하고 측정센서만 달리하여 적용함으로써 최소의 비용으로 설치할 수 있다.

설치된 수처리 시설의 운전에 필요한 유량, 용존산소, 방류수의 부유물질 농도 등의 계측자료는 센서에 의해 측정되어 자동제어시스템의 입력단자로 입력되고 메인 프로세서에서 이미 프로그램 되어 있는 제어로직을 통하여 에어 컴프레서 및 밸브와 같은 기기류를 자동 제어하게 된다.

운영자료는 메모리에 저장되어 일정시간 간격으로 유무선 모뎀 또는 전용선을 통하여 원격지에 있는 관제시스템으로 전송된다. 전송된 운영자료는 원격지에 설치되어 있는 데이터베이스에 저장되며 필요할 때 관리자가 운영자료를 호출하여 모니터링할 수 있으며 수량 또는 수질변화와 같은 운영조건의 변화에 따라 관리자는 원격지에서 수처리 시설을 제어할 수 있다. 따라서, 현장에서의 제어 없이 자동제어시스템에서의 완전무인운전이 가능하다. 또한, 필요에 따라서는 자동제어시스템을 관리자가 현장에서 수동으로 조작할 수도 있다.

본 발명에 따르면 운영관리에 전문관리인력을 필요로 하는 수처리 시설을 무인 운전이 가능하도록 함으로써 수처리 시설의 운영관리에 필요한 인력을 최소화할 수 있으며, 원격지에서의 관리를 통한 안정적이고 효율적인 수처리 시설의 운영이 가능하다.

또한, 기기류 및 측정센서를 컨트롤하는 자동제어시스템부는 주요 부분이 단일보드로 구성되어 있어서, 설치 및 관리가 용이하고 충분한 입출력단자를 확보하여 다양한 조건의 수처리 시설에 적용될 수 있으며, 각종 센서에는 측정된 수질자료는 관제시스템부에서 분석이 이루어져 수처리 시설의 최적 운전을 위한 운전모드를 제공한다.

Claims

원격지에서 수처리 시설을 제어하기 위한 수처리 시스템에 있어서,

데이터 수신, 기기 컨트롤, 데이터 전송 기능을 단일 보드에 구성한 자동제어시스템부;

수처리 시설의 운전에 필요한 각종 데이터를 측정하는 센서부;

원격지에서 수처리 시설을 제어하기 위한 관제시스템부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 자동제어시스템부는

상기 센서부에서 측정한 데이터를 입력받는 입력단자;

기기를 제어하기 위한 출력단자;

기기 제어, 자료저장 및 입출력 신호를 컨트롤하는 프로세서;

수처리 시설의 운영자료를 상기 관제시스템부로 전송하기 위한 데이터 전송부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 센서부는

수중의 용존산소 농도를 측정하기 위한 용존산소 측정센서;

수중의 수소이온 농도를 측정하기 위한 수소이온농도 측정센서;

유입수 또는 생물학적 반응조의 온도를 측정하기 위한 온도 측정센서;

수중에 부유하고 있는 고형물의 농도를 측정하기 위한 부유물질 측정센서;

유입수와 방류수의 양을 측정하기 위한 유량 측정센서;

정전 유무 상태를 감시하기 위한 전력감시센서;

수처리 시설의 설치 장소에 따라 설치되는 옵션 센서

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제3항에 있어서, 상기 옵션 센서는

수처리 시설의 설치 장소에 따라 필요한 탁도 측정센서, 생물화학적 산소요구량 측정센서, 미생물 농도 측정센서 등을 설치할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 관제시스템부는

상기 자동제어시스템부에서 전송 받은 데이터, 운영 일지 등을 저장하고 관리하는 데이터베이스 서버;

수처리 시설을 제어하는 모니터링/제어부;

레이저프린터, 잉크젯프린터 등 출력장치로 구성된 출력부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제5항에 있어서, 상기 모니터링/제어부는

측정 지역을 선택하는 측정지역 선택부;

운영자료를 표시하는 운영자료표시부;

운전상태를 모니터하고 제어하는 모니터링 및 제어부;

통신상태를 점검하는 통신상태 점검부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
제6항에 있어서, 상기 모니터링 및 제어부는

최적 운전 모드 분석 및 제시를 위한 프로그램부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.