KR20030073954A - Automatic analyzing, monitoring and control system of temperature, moisture and oxygen in aerobic composting basin - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고농도 유기성 폐기물을 호기성 상태에서 발효시켜 퇴비를 생산하는 호기성 퇴비화조내 온도, 함수율, 산소를 자동적으로 연속 측정이 가능하며, 측정된 자료를 실시간으로 모니터링이 가능하고 이를 토대로 운전 장비의 자동제어가 가능한 연속식 자동 감시 및 제어시스템에 관한 것이다.The present invention can automatically continuously measure the temperature, moisture content and oxygen in the aerobic composting tank which ferments high concentration organic waste in aerobic state to produce compost, and can monitor the measured data in real time and automatically control the driving equipment based on this. The present invention relates to a continuous automatic monitoring and control system.
국내에서 주로 이용되고 있는 음식물쓰레기의 자원화 방법으로는 호기성 퇴비화, 하수슬러지 병합처리, 건식 및 습식 사료화 등을 들 수 있는데, 이중 비단 음식물쓰레기 뿐만 아니라 축산분뇨와 같은 고농도 유기성 폐기물의 안정화에도 주로 이용되는 공법인 호기성 퇴비화 공법이 가장 많이 이용되고 있다.Recycling methods of food waste mainly used in Korea include aerobic composting, sewage sludge treatment, dry and wet feed, among which are used for stabilization of organic wastes such as livestock manure as well as silk food waste. Aerobic composting is the most widely used method.
이러한 호기성 퇴비화 공법은 미생물을 이용하여 유기성 폐기물에 함유된 유기물질을 분해ㆍ안정화시키는 방법으로, 중요한 요소로는 전처리 단계에서 적절한 수분함량의 조절이고 발효단계에서 충분한 공기공급 및 적당한 교반이라 할 수 있다.The aerobic composting method is a method of decomposing and stabilizing organic substances contained in organic waste by using microorganisms. An important factor is control of proper water content in the pretreatment stage, sufficient air supply and adequate agitation in the fermentation stage. .
국내에 적용된 호기성 퇴비화시설의 경우 대부분 과량의 공기공급으로 인하여 수분조절에 실패를 겪고 있고 일일 1 ∼ 2회 정도의 교반으로 인해 경험적 운전기술에 주로 의존하고 있는 실정으로 이는 호기성 퇴비화조의 운전에 필수적인 온도, 함수율, 산소 등과 같은 중요 인자들에 대한 측정장비가 매우 원시적인 수준이며 측정방법 또한 일회성인 이유로 지속적인 측정이 어려워 그 효용적 가치를 충분히 발휘하지 못하고 있는 실정이다.Most of the aerobic composting facilities applied in Korea are failing to control water due to excessive air supply and rely mainly on empirical operation technology due to agitation of one or two times a day. Because of the very primitive level of measurement equipment for important factors such as water, moisture content, and oxygen, and the measurement method is one-off, it is difficult to continuously measure it, and thus its utility value is not fully exhibited.
기존에 설치된 호기성 퇴비화 시설의 경우 퇴비화조내 온도 및 함수율을 측정하기 위해서는 퇴비화조로부터 시료를 채취하여 분석하였다. 그리고 시료채취를 위해서는 퇴비화조로부터 발생되는 악취 및 유해가스에 직접적으로 노출되어야 하는 위험성을 배제할 수 없다. 뿐만 아니라 함수율 및 산소농도를 측정하기 위해서는 고가의 장비를 갖추어야 하고, 또한 장비를 갖추었다 하더라도 장비를 운영할 수 있는 전문 인력의 확보가 필요하기 때문에 대부분의 경우 외부 전문 기관에 의뢰하여 분석하는 형식을 채택하는 실정으로 대다수의 시설에서는 필요시에만 간헐적으로 분석하거나 아예 분석조차 하지 못하게 된다.In the case of existing aerobic composting facilities, samples were collected from composting tanks and analyzed in order to measure temperature and moisture content in the composting tanks. For sampling purposes, the risk of direct exposure to odors and harmful gases from composting tanks cannot be ruled out. In addition, in order to measure moisture content and oxygen concentration, expensive equipment is required, and even if the equipment is equipped, it is necessary to secure a professional manpower to operate the equipment. As a result of adoption, most installations will only be able to intermittently analyze or even not analyze only when necessary.
수처리와는 달리 최근에 각광을 받게 된 호기성 퇴비화 공법의 경우 측정된 자료를 해석하기 위하여 별도의 가공 및 관리가 요구되게 된다. 이에 더하여 제어실이 아닌 원거리에서의 모니터링은 거의 불가능한 것으로 인식되고 있다. 이로 인해 확보된 자료를 효과적으로 활용하지 못하고 있으며, 수년간에 거쳐 확보된 운전에 필요한 자료의 누적이 거의 이루어지지 못하였다. 따라서 대부분의 시설에서는 짧은 경험에 의존하여 시설을 운영할 수 밖에 없으며, 많은 실패를 거듭하고 있는 실정이다.Unlike water treatment, aerobic composting, which has recently been in the limelight, requires additional processing and management to interpret the measured data. In addition, it is recognized that it is almost impossible to monitor remotely from the control room. As a result, they have not been able to effectively utilize the data secured, and have accumulated little or no data necessary for the operation secured over the years. Therefore, most facilities have to operate their facilities based on short experiences, and many fail.
한편, 측정된 자료를 이용하여 호기성 발효조 운전에 반영하기 위해서는 몇가지 환경적 요소의 설정이 요구되며, 그중 제어가 가장 용이한 요소로는 송풍량 및 교반횟수를 들 수 있다. 지금까지는 이러한 요소들을 경험에 의존하여 수동적으로 제어하였다. 송풍량 및 교반횟수 제어에 실패할 경우 유기물질이 완전히 분해되지 않아 퇴비로서의 가치를 상실하게 되므로 오히려 폐기물을 생산하는 결과를 초래할 수 있다. 그러므로, 호기성 퇴비화 시설을 운영함에 있어 필요한 자료 및 노하우의 축적은 무엇보다도 중요하며 이를 토대로 시설운영이 이루어져야 퇴비화 시설의 최적화가 가능하게 된다.On the other hand, in order to reflect the aerobic fermenter operation using the measured data, it is necessary to set some environmental factors, among which the most easy to control the air flow rate and the number of stirring times. Until now, these factors were passively controlled based on experience. Failure to control the airflow and agitation frequency may result in the production of waste, as organic material is not fully decomposed and thus loses its value as compost. Therefore, the accumulation of necessary data and know-how in the operation of aerobic composting facilities is important above all, and it is possible to optimize the composting facilities only when the facility is operated based on this.
따라서, 본 발명에서는 음식물쓰레기를 비롯한 각종 고농도 유기성 폐기물을 호기적으로 퇴비화하는 시설에 있어 퇴비화조내 온도, 함수율 및 산소농도를 연속적으로 자동측정하고, 모니터링하며 이를 토대로 공기공급 송풍기 및 발효교반기를 제어함으로써 감시 단계에서부터 제어 단계까지 통합적으로 관리할 수 있는 시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.Therefore, in the present invention, in the facility for composting various high-concentration organic wastes including food waste aerobics continuously by automatically measuring and monitoring the temperature, moisture content and oxygen concentration in the composting tank by controlling the air supply blower and fermentation stirrer based on this Its purpose is to provide a system that can be integratedly managed from the monitoring stage to the control stage.
본 발명은 자료 측정 단계에 있어 연속적으로 자동측정할 수 있는 모듈 및 통신시스템을 제공함으로써 운전자를 유해가스로부터 보호하고 효율적인 자료확보가 가능하게 함에 그 목적이 있다. 모니터링 단계에서는 수신된 자료를 인자별 분류 및 가공하여 운영에 필요한 상태로 그래픽 처리함으로써 효율적인 시설 운영을 더욱 가속화시키며, 특히 웹감시 기능을 적용하여 장비의 운전현황을 제어실 뿐만 아니라 외부에서도 실시간으로 감시가 가능하도록 구성함으로써 비상사태에 대한 대응을 더욱 신속하고 효과적일 수 있도록 하였다.An object of the present invention is to provide a module and a communication system which can continuously measure automatically in the data measurement step, thereby protecting the driver from harmful gases and enabling efficient data acquisition. In the monitoring phase, the received data is sorted and processed by factor, and the graphic processing is performed in a state necessary for operation.In addition, the web monitoring function is applied to accelerate the operation of the facility. By making it possible, the response to emergencies can be made more quickly and effectively.
본 발명에서는 앞에서 측정된 자료를 이용하여 송풍량 및 교반횟수를 자동적으로 제어할 수 있으며 이로 인해 호기성 퇴비화시설의 운영에 필요한 인력 및 전력비용의 절감효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 퇴비화조내의 환경적 여건 변화에 따른 적절한 대응 운전으로 최적의 발효상태를 유지할 수 있도록 함을 목적으로 한다.In the present invention, it is possible to automatically control the air volume and the number of stirring using the data measured above, which can not only reduce the manpower and power costs required for the operation of aerobic composting facilities, but also changes the environmental conditions in the composting tank. It is aimed to maintain optimum fermentation state by appropriate response operation according to
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 호기성 퇴비화조에 설치된 발효교반기에 지지대를 설치하여 측정모듈을 부착할 수 있도록 구성되어진 것을 특징으로 하는 호기성 퇴비화조내 온도ㆍ함수율ㆍ산소의 연속식 자동측정ㆍ감시 및 제어장치를 제공함에 의해 달성된다.The present invention for achieving the above object is a continuous automatic measurement and monitoring of temperature, water content, oxygen in the aerobic composting tank characterized in that the support module is installed in the fermentation stirrer installed in the aerobic composting tank to attach the measurement module By providing a control device.
도 1 은 본 발명의 일예를 나타낸 사시도1 is a perspective view showing an example of the present invention
도 2 는 본 발명에 따른 측정모듈을 나타낸 사시도2 is a perspective view showing a measurement module according to the present invention
도 3 은 본 발명에 따른 감시 및 제어를 위한 자료 흐름도3 is a data flow diagram for monitoring and control according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
(1) : 호기성 퇴비화조 (2) : 레일(1): aerobic compost tank (2): rail
(3) : 발효교반기 (4) : 에스컬레이터식 교반기(3): fermentation stirrer (4): escalator type stirrer
(5) : 지지대 (6) : 측정모듈(5): support (6): measuring module
(7) : 자료수집기 (8) : 무선송신기(7): Data collector (8): Wireless transmitter
(9) : 센서모듈 (10) : 제 1 구동모터(9): sensor module (10): first drive motor
(11) : 스크류 (12) : 제 2 구동모터(11): screw 12: second drive motor
(13) : 구동판 (14) : 함수율 센서(13): drive plate 14: moisture content sensor
(15) : 온도 센서 (16) : 산소 센서15: temperature sensor 16: oxygen sensor
(20) : 중앙제어실20. Central control room
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 일예를 나타낸 사시도,1 is a perspective view showing an example of the present invention,
도 2 는 본 발명에 따른 측정모듈을 나타낸 사시도,2 is a perspective view of a measuring module according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 감시 및 제어를 위한 자료 흐름도이다.3 is a data flow diagram for monitoring and control in accordance with the present invention.
본 발명은 첨부된 도면 도 1 에 도시한 바와 같이 음식물쓰레기와 같은 고농도 유기성 폐기물을 퇴비화하기 위한 호기성 퇴비화조(1) 벽면 상부에 설치되어진 레일(2)과, 상기 레일(2)상에 설치되게 되는 발효교반기(3)와, 상기 발효교반기(3) 하부에 설치되어지는 에스컬레이터식 교반기(4)와, 상기 발효교반기(3)에 지지대(5)가 설치되어 이 지지대(5)에 체결되게 되는 측정모듈(6)과, 상기 발효교반기(3) 상단에 설치되어 측정된 자료를 적절한 신호체계로 변환시키게 되는 자료수집기(7), 및 상기 자료수집기(7)에 설치되게 되는 무선송신기(8)와, 상기 무선송신기(8)에서 송ㆍ수신되어진 자료를 가공하여 측정 인자별로 그래픽 처리 및 제어하게 되는 중앙제어실(20)로 구성되어진 것이다.As shown in FIG. 1, the present invention provides a rail (2) installed on the wall surface of an aerobic composting tank (1) for composting high-concentration organic waste such as food waste, and installed on the rail (2). The fermentation stirrer (3), the escalator stirrer (4) which is installed in the lower portion of the fermentation stirrer (3), and the support (5) is installed in the fermentation stirrer (3) is fastened to the support (5) A measurement module 6, a data collector 7 installed on the fermentation stirrer 3 and converting the measured data into an appropriate signal system, and a wireless transmitter 8 to be installed in the data collector 7. And a central control room 20 which processes the data transmitted and received by the radio transmitter 8 and performs graphic processing and control for each measurement factor.
상기, 발효교반기(3)는 호기성 퇴비화조(1) 벽면 상부에 설치된 레일(2)을 타고 이동하면서 에스컬레이터식 교반기(4)를 이용하여 호기성 퇴비화조(1) 내의 퇴비를 골고루 교반하는 역할을 수행하게 된다.The fermentation stirrer 3 performs a role of evenly agitating the compost in the aerobic composting tank 1 using an escalator stirrer 4 while moving on the rail 2 installed on the wall of the aerobic composting tank 1. Done.
또한, 상기 발효교반기(3)에 지지대(5)를 설치하여 측정모듈(6)을 고정할 수 있도록 하였으며, 지지대(5)에 설치된 측정모듈(6)을 이용하여 호기성 퇴비화조(1)내의 온도, 함수율 및 산소농도(O2)를 측정할 수 있도록 구성되어지고 이때, 발효교반기(3)가 레일(2)을 타고 이동하면서 측정모듈(6)도 함께 이동할 수 있도록 하였으며, 이로 인해 각각의 인자에 대한 연속측정이 가능하게 된다.In addition, by installing the support (5) to the fermentation stirrer (3) to fix the measurement module (6), the temperature in the aerobic composting tank (1) using the measurement module (6) installed on the support (5) , It is configured to measure the moisture content and oxygen concentration (O 2 ), and at this time, the fermentation stirrer (3) is to move along the rail (2), so that the measurement module (6) can also move together, which causes each factor Continuous measurement is possible.
측정항목은 측정모듈(6)내에 장착된 함수율 센서(14), 온도 센서(15), 산소 센서(16)에 의해 수분함량과 온도, 산소농도를 측정하게 되며, 측정된 자료는 자료수집기(7)를 통하여 적절한 신호체계로 변환된 후 무선송신기(8)를 통해 첨부된 도면 도 3 에 나타낸 바와 같이 중앙제어실(20)로 전송된다.The measurement items are measured by the moisture content sensor 14, the temperature sensor 15, and the oxygen sensor 16 mounted in the measurement module 6, and the moisture content, temperature, and oxygen concentration. After conversion to the appropriate signal system through the wireless transmitter 8 is transmitted to the central control room 20, as shown in the accompanying drawings shown in FIG.
상기, 중앙제어실(20)에서는 수신된 신호를 변환하여 그래픽 형태로 출력함으로써 모니터링이 가능하게 되며, 또한 수신된 신호를 상한치와 하한치를 설정하여 발효교반기(3) 및 송풍기 제어장치(도시하지 않음)와 연계시킴으로써 발효상태에 따른 최적의 제어가 가능하게 된다.The central control room 20 converts the received signal and outputs it in a graphic form for monitoring, and also sets the upper and lower limits of the received signal so that the fermentation stirrer 3 and the blower control device (not shown). In conjunction with, the optimum control according to the fermentation state is possible.
따라서, 측정된 자료값에 한계치를 설정하여 온도가 낮거나 함수율이 낮거나 산소농도가 높은 경우 송풍기 작동수량을 줄이고, 온도가 높거나 함수율이 높거나 산소농도가 낮은 경우 송풍기 작동수량을 늘임과 동시에 발효교반기(3) 작동 횟수를 증가시키도록 제어할 수 있다.Therefore, limit the measured data value to reduce the blower operation quantity at low temperature, low moisture content or high oxygen concentration, and increase the blower operation quantity at high temperature, high moisture content or low oxygen concentration. The fermentation stirrer 3 can be controlled to increase the number of operations.
상기, 측정모듈(6)은 도 2 에 도시한 바와 같이, 지지대(5)와 제 1, 2 구동모터(10,12) 및 센서모듈(9)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, the measurement module 6 includes a support 5, first and second drive motors 10 and 12, and a sensor module 9.
더욱 구체적으로 설명하면, 상기 측정모듈(6)은 내부에 각각 함수율 센서(14), 온도센서(15), 산소센서(16)가 고정되어진 센서모듈(9)과, 상기 센서모듈(9) 하부 끝단부에 장착되어 센서모듈(9)을 호기성 퇴비화조(1)로 이동시킬 때 각각 함수율 센서(14)ㆍ온도센서(15)ㆍ산소센서(16)의 손상을 방지하게 되는 스크류(11)와, 상기 센서모듈(9) 상부에 부착되어진 제 1 구동모터(10)와, 상기 센서모듈(9) 측면에 부착되어진 기어형의 구동판(13)과, 상기 센서모듈(9)을 지지하기 위한 지지대(5) 상부에 설치되어 구동판(13)을 따라 센서모듈(9)을 상ㆍ하이동시키게 되는 제 2 구동모터(12)로 구성되어진다.More specifically, the measurement module 6 has a sensor module 9 having a moisture content sensor 14, a temperature sensor 15, and an oxygen sensor 16 fixed therein, respectively, and a lower portion of the sensor module 9. A screw 11 mounted at the end to prevent damage to the moisture content sensor 14, the temperature sensor 15 and the oxygen sensor 16 when the sensor module 9 is moved to the aerobic composting tank 1, respectively. The first drive motor 10 is attached to the sensor module 9, the gear drive plate 13 is attached to the side of the sensor module 9, and for supporting the sensor module 9 It is composed of a second drive motor 12 is installed on the support (5) to move the sensor module (9) up and down along the drive plate (13).
따라서, 상기 센서모듈(9)은 센서 보호용 외통 내부에 각각 함수율 센서(14), 온도 센서(15), 산소 센서(16)가 고정된 형태로 구성되어져 상기의 함수율 센서(14), 온도 센서(15), 산소 센서(16)는 호기성 퇴비화조(1)내에 함수율, 온도, 산소(O2) 농도를 측정하여 전기적 신호 형태로 자료를 자료수집기(7)까지 보내는 역할을 수행하게 된다.Therefore, the sensor module 9 is configured in the water content sensor 14, the temperature sensor 15, the oxygen sensor 16 is fixed to the inside of the sensor protection outer cylinder, respectively, the water content sensor 14, the temperature sensor ( 15), the oxygen sensor 16 measures the moisture content, temperature, oxygen (O 2 ) concentration in the aerobic composting tank (1) and serves to send data to the data collector (7) in the form of an electrical signal.
상기, 센서모듈(9) 하부 끝부분에는 스크류(11)가 부착되어 있는데, 이는 센서모듈(9)을 호기성 퇴비화조(1)로 이동시킬 때 센서(14,15,16)의 손상을 방지하기 위한 장치로 센서모듈(9) 상부에 부착된 제 1 구동모터(10)에 의해 회전하는 방식으로 작동되게 된다.The lower end of the sensor module (9) is attached with a screw (11), which prevents damage to the sensors (14, 15, 16) when moving the sensor module (9) to the aerobic composting tank (1). The device is operated in such a way as to rotate by the first drive motor 10 attached to the upper portion of the sensor module (9).
또한, 상기 센서모듈(9)을 이동시키기 위한 장치로는 지지대(5) 상부에 설치된 제 2 구동모터(12)에 장착된 기어와 기어모형으로 형성된 센서모듈(9) 측면에 부착된 구동판(13)에 의해 일정한 속도로 상ㆍ하이동할 수 있게 구성되어 있다.In addition, the device for moving the sensor module 9 is a drive plate attached to the side of the sensor module (9) formed of a gear and a gear mounted on the second drive motor 12 installed on the support (5) ( 13) can be moved up and down at a constant speed.
이때, 상기 제 2 구동모터(12)에 의해 센서모듈(9)을 상ㆍ하이동할 수 있는 방법은 기어모형으로 제작된 구동판(13)을 이용하는 방법외에 유압모듈(도시하지 않음)을 이용하여 상ㆍ하이동시키는 방법이 적용될 수도 있다.In this case, the method of moving the sensor module 9 up and down by the second driving motor 12 may be performed by using a hydraulic module (not shown) in addition to the method of using the driving plate 13 made of a gear model. The method of moving up and down may also be applied.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
따라서, 본 발명은 호기성 퇴비화 공정에 있어 호기성 퇴비화조내 온도, 함수율 및 산소농도를 연속적으로 자동 측정할 수 있는 시스템으로 시료채취를 위한 시간 및 비용절약 효과를 얻을 수 있고, 시료채취시 호기성 퇴비화조에서 발생되는유해가스로부터 안전성을 확보할 수 있으며, 뿐만 아니라 측정된 자료의 정확성을 확보할 수 있고, 이를 근거로하여 시설을 운영함으로 최적화가 매우 용이한 효과가 있다.Therefore, the present invention is a system that can continuously measure the temperature, moisture content and oxygen concentration in the aerobic composting tank in the aerobic composting process to obtain a time and cost-saving effect for sampling, in the aerobic composting tank during sampling Safety can be ensured from harmful gases generated, as well as the accuracy of measured data can be secured. Based on this, the facility can be operated to optimize optimization.
또한, 측정된 자료의 별도 가공없이도 필요한 인자별로 그래픽 처리됨으로 감시기능의 효율성을 확보할 수 있고, 이에 소요되는 인적자원의 절감효과도 얻을 수 있다.In addition, it is possible to secure the efficiency of the monitoring function by graphic processing for each necessary factor without the separate processing of the measured data, it is also possible to reduce the human resources required.
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