KR20040067702A - 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제투입량 자동제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식수로 공급하기 위한 정수처리시스템의 응집제 투입량을 자동 제어하며 공급함과 동시에 상기 응집제의 투입량에 밀접한 관계를 갖는 원수(原水)의 유량 및 유속과 응집지의 교반 속도등을 자동 제어하기 위한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 일반적인 정수처리시스템의 침전지에 침전지 수면으로 부유되는 플록의 상태를 실시간으로 영상처리하여 얻은 데이터값을 중앙제어부로 실시간 전송하여 그 값에 따라 가장 최적의 조건을 만족하는 플록의 상태를 얻기 위한 응집제의 투입량 및 원수의 유속 및 유량과 상기 응집제의 투입에 따른 응집지에서의 혼화교반 속도등을 자동 제어할 수 있도록 함으로써, 최소의 용지면적에 최대의 정수효과를 갖는 정수처리시스템을 설치 시공할 수 있도록 하기 위한 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법에 관한 것이다.

Description

플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법{Automatic control method of investing amount of flocculant for treatment room of purity water to detect real time image of floc}

본 발명은 식수로 공급하기 위한 정수처리시스템의 응집제 투입량을 자동 제어하며 공급함과 동시에 상기 응집제의 투입량에 밀접한 관계를 갖는 원수(原水)의 유량 및 유속과 응집지의 교반 속도등을 자동 제어하기 위한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 일반적인 정수처리시스템의 침전지에 침전지 수면으로 부유되는 플록의 상태를 실시간으로 영상처리하여 얻은 데이터값을 중앙제어부로 실시간 전송하여 그 값에 따라 가장 최적의 조건을 만족하는 플록의 상태를 얻기 위한 응집제의 투입량 및 원수의 유속 및 유량과 상기 응집제의 투입에 따른 응집지에서의 혼화교반 속도등을 자동 제어할 수 있도록 함으로써, 최소의 용지면적에 최대의 정수효과를 갖는 정수처리시스템을 설치 시공할 수 있도록 하기 위한 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 상수를 얻기 위해 수질이 좋은 지하수나 용출수(慂出水)는 염소소독만을 하고 급수하는 경우가 많으나, 댐등의 저수지나 호수 및 생활폐수 등을 수원으로 하는 경우 탁도와 세균류 등의 유해불순물을 제거하지 않은 상태에서는 상수로 공급할 수 없어, 별도의 정수처리시스템을 거쳐 원수에 함유되는 불순물, 오염물질(탁도, 세균, 철, 망간 등)을 걸러내고 정화하는 과정을 반드시 거쳐야 한다.

이와같은 정수처리시스템은 원수가 공급되면 상기 원수에 약품투입기에서 적정량의 응집제를 혼화지로 투입하고, 혼화지의 혼화수를 응집지로 유동시켜 다수의 교반기에 의해 순차적으로 적정 rpm에 의한 회전속도에 따라 교반시키면서 미세한 현탁입자들이 서로 충돌하여 플록이 형성되도록 유도하고, 이와같이 플록이 형성된 혼화수를 침전지로 유동시켜 무거운 플록은 침전지 하방으로 침전되고, 나머지 혼화수가 여과지를 통과하며 혼화수에 잔존하는 불순물 등이 여과되도록 한 후, 농축조와 탈수동을 거쳐 상수로 공급되는 일련의 과정을 거치는 시스템을 구축하고 있다.

여기서 상기 정수처리스시템의 정수효율을 결정하는 가장 주된 요인은 혼화지로 투입되는 약품 즉 응집제의 혼합량과 상기 응집제와 혼합된 혼화수가 응집지에서 교반되며 플록을 형성하는 과정이라 할 수 있다.

이와같은 주요 요인 중에서, 상기 혼화지로의 응집제 투여량은 주입방법에 따라 혼화효율이 크게 변하게 되는데, Alum이나 PACL의 경우 가수분해가 1초 이내에 이루어지며 입자와의 흡착이 순간적으로 이루어지며, 또한 적은 량의 응집제를 많은 양의 원수와 순간적으로 혼화하여야 하기 때문에 그 운영이 상당히 어려운 실정이다.

기존 정수처리시스템의 혼화지는 대부분 체류시간이 1분 이상으로 과대 설계되어 있어 전기료가 상당히 소요되고 혼화효율이 좋지 않아 약 30~40%의 응집제가 과다 투여되고 있으며, 이에 따른 플록의 발생량도 30~40% 이상 증가되는 문제점이 있다.

미국 등 선진국에서는 점차 강화되는 음용수 수질기준을 맞추기 위해 혼화ㆍ응집공정을 최적화 시키기 위한 노력을 기울여 수질이 안정되고 경제적으로 정수를 생산하고 있다. 특히 최근에는 소독시 발생되는 부산물과 그에 따른 규제 때문에 응집공정에 더욱 중요성을 강조하여 응집공정에서 유기물을 제거하도록 하는 강화응집(Enhanced Coagulation)의 개념이 도입되고 있는 실정이다. 또한 미생물도 소독공정 보다는 여과공정에서 제거되도록 함에 따라 최적의 여과기능을 위한 전처리공정으로서의 혼화ㆍ응집 공정의 중요성이 증대되고 있다.

여기서 혼화의 처리효율은 여러변수에 의해 결정되는바, 즉 원수의 수온이나 알카리도, pH, 응집제의 종류 및 투입량, 교반강도(속도구배)나 체류시간과 같은물리적 인자, 교반날개의 구조 및 형상 등의 기하학적 인자등의 여러 유인에 의해 결정되는 것이 일반적이다.

따라서 혼화지의 설계 및 운영에 있어서 위와같은 여러 인자에 대한 총체적 고려는 어렵다 하더라도 몇몇 주요인자들의 최적 조합에 의한 최적의 조건에 대한 검토는 반드시 이루어져야 하는데, 이처럼 주요 요인에 의해 결정된 응집제 주입량은 유량과 수질의 변동에 따라 능동적으로 대처해야 하므로 실시간으로 대응할 수 있는 주입방법을 모색하여야 한다.

또한 상기 정수처리시스템의 응집지는 정수처리 공정에 유입되는 원수에 함유된 탁질 제거를 위해 혼화지에서 투입된 응집제에 의해 혼화된 혼화수를 기계적 교반에 의해 코로이드 입자들의 결합을 유도하는 매카니즘(Mechanism)에 의해 입자간의 속도구배를 발생되게 하여 미세플록이 응집지를 거치면서 점점 크고 무겁게 성장하여 침전지에 이르러 침강되도록 하고 있는데, 이러한 응집지의 효율을 높이는 방법으로는 설비를 개선하는 방안과 응집지의 운전을 조절하는 방안으로 나누어 볼 수 있다.

전자의 경우, 물을 유동하는 교반 날개의 형상이나 물리적인 에너지 전달 장치의 구조, 방법 등에 관한 것으로 개발 사용되고 있고, 후자의 경우 플록 형성을 효과적으로 제어하는 방법에 관한 내용으로 개발 사용되고 있다.

상기의 콜로이드 입자들이 결합하여 플록을 크게 키워 나가는 과정은 몇가지 인자에 의하여 지배받게 되며, 플록의 성장은 입자의 충돌 횟수에 비례하며, 이 충돌횟수는 교반강도, 속도구배 등으로 불리는 G값(Velocity Gradient)에 비례하는데, 상기 G값이 낮으면 입자 충돌기회가 적어 응집효율이 낮으나 G값이 너무 높게 되면 오히려 플록이 파괴되므로 적정 G값을 유지하는 것이 바람직하다.

따라서 플록의 형성초기에는 교반속도를 증대시켜 G값을 높게 하고 플록이 성장됨에 따라 점차적으로 교반속도를 낮춰 G값을 낮게하여 성장된 플록이 다시 부서지지 않고 침전지에 이르러 침전이 용이하도록 단계별로 교반강도를 조정하여 사용한다. 그러나 이와같은 교반속도 조절에 의한 G값의 변화값을 가장 최적의 조건으로 하는 조건치를 찾는 것이 상당히 어렵고 각 상황마다 변화되는 조건 즉 응집제의 투여량에 따른 플록의 결정과정의 변화에 따라 능동적으로 교반속도를 조절하기가 어려우므로 항상 일정한 교반속도에 의한 G값에 의해 응집처리되는 문제가 있다.

이러한 단점을 해소하고자 실용신안 공고 94-1655는 G값 지시 연산자와 PID 조절기 등을 설치하여 물의 온도변화에 대한 점성값과 수위변화에 대한 교반체적 값을 연산 보상, 임펠러 회전력을 증감하여 일정한 속도구배값을 유지토록 함으로서 양호한 응집 및 침전효과를 얻고자 하였으며, 실용신안 제137238호는 응집지의 감속기에 회전 토오크 측정수단과 날개 축에 회전수 측정수단을 부착하고 물 속에서 직접 점도 측정수단을 설치하여 응집기의 날개축과 연결된 전동기 용량에 관계없이 회전 토오크를 검출하고 일정하게 유지되도록 제어하여 응집지의 효율을 높이도록 하고 있다.

또한 실용신안 공고 99-15543은 유입유량과 응집수의 온도를 동시에 측정하고 이를 이용하여 상기 G값과 체류시간과의 곱이 일정하도록 하는 소요동력 혹은 임펠러 회전속도를 구하여 이 값으로 운전되도록 구성된 응집지의 운전방법에 의한 응집지 효율을 높이도록 제공하고 있다.

이러한 발명의 방법등은 매우 효율적일 수 있으나 이 방법은 정수 시설의 유입수 유량이 항상 일정하게 조절되는 경우에는 적합할 수 있다.

그러나 실제 물 생산량은 수요에 따라 수시로 변화하고 유입유량 및 속도가 변화하므로 연산에 의하여 구해진 G값이 같다 하더라도 체류 시간이 달라지므로, 이 유동 에너지에 대한 보상이 없이는 실제 플록 형성이 달라지게 되는데, 이점을 개선코자 발명된 실용신안 공고 99-15543은 플록 생성속도가 최대가 되는 G값으로 운전 할 때, 만약 유입수가 최대 값보다 적으면 체류 시간이 길어져서 그 길어진 시간만큼은 플록이 너무 커지거나 충돌에 의한 파괴로 효율이 감소하기 때문에 체류 시간이 길어지면 G값이 낮아져야 되는 것으로 판단하였으나, 실제는 이와 반대로 기계적 교반을 무시하더라도 유량이 많으면 체류시간이 짧고 물 자체 에너지도 크며 교반강도가 높은 상태이며 유량이 적어지면 체류시간이 길게 되고 물의 움직임이 적게 되므로 교반강도가 낮은 상태로, 응집 효율을 결정 짓는 교반강도 값은 누적 값이 아닌 순간값으로서, 응집 효율을 높이기 위해서는 G값을 일정하게 유지하여야 하므로 유량이 많아지면 응집지 회전력을 오히려 낮추고 유량이 적어지면 반대로 회전력을 높여주어야 일정한 교반강도 유지가 가능하게 된다.

그러나, 유입원수의 탁도 변화에 따라 응집제 투입량이 달라지고 그에 따라 플록 성장 속도가 다르므로 일단 형성된 플록을 다시 깨지지 않도록 하기 위해 적정 G값의 유지를 위한 보상이 고려되지 못하고 있다.

즉, 종래의 정수처리시스템에서 정수 효율 및 상수의 생산력을 결정짓는 가장 주요한 변수 및 요인은 응집제의 투여량과 이와 혼합되는 혼화수를 응집지에서 교반하는 것으로 결정될 수 있는데, 실시간 투여되는 원수의 유량 및 유속이 다르므로, 이에 능동적으로 대처하여 실시간 변화하는 조건에 따른 응집제의 투여량을 결정할 수 없으므로 항상 최대치에 의한 응집제를 투여할 수 밖에 없어 과다한 응집제의 사용에 의한 시설 운영비의 상승에 따른 문제점을 극복할 수 없었다.

또한 설사, 응집제의 투여량을 가장 최적의 조건으로 설정한 후 원수의 유량 및 유속을 변화시킨다 하더라도 항상 정량의 유량에 의해 상수를 생산할 수 밖에 없으므로 최대 생산력을 발휘하기 위해서는 상당한 면적을 확보한 후 정수처리시스템을 설비하여야 하므로 설치비의 막대한 증가와 더불어 최적의 면적에 의한 장소를 선택하는데 제한이 따르는 문제점이 지적되고 있다.

따라서 가장 최소한의 면적에 의해 설비되는 정수처리시스템에 의한 상수를 생산할 때 최선으로 요구되는 조건은 침전지에서 성장된 플록이 뭉쳐지며 슬러지를 형성하여 침전되는 최적의 조건에 맞는 응집제의 투여량과 원수의 유량 및 유속과 응집지의 교반기 교반속도(즉 속도구배)등이 상관되며 실시간 변화되는 조건에 따라 능동적으로 대응되며 최적을 조건에 따라 설정된 값에 의해 응집제의 투여량, 원수의 유속 및 유량제어, 교반속도의 제어에 따라 운전되어야 하나, 이러한 조건을 맞추는 것이 어렵고, 아울러 동일 면적에 설비된 정수처리시스템의 가동력에 의한 상수의 생산량을 최대로 하기 위한 조건을 찾는 것이 상당히 번잡하고 어려운 실정이다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 혼화지에 응집제가 일정량 투여된 혼화수를 교반처리하여 얻게 되는 플록의 생성상태를 침전지 일측에서 실시간 영상검출기를 통하여 이미지를 얻은 후 실시간으로 중앙제어부로 송출하고, 이 영상을 비교 분석하여 가장 최적의 플록 상태(즉 최소한의 응집제 투여에 의한 플록의 응집상태 및 플록의 입자 크기)등을 고려하여 그 데이터값을 설정하고, 이와같이 설정된 데이터값에 의해 결정되는 응집제 투여량의 결정 및 이에 비례되는 원수의 유량과 유속등을 산출하여 제어토록 하고, 아울러 응집지의 교반기 교반속도(속도구배) 값을 산출하는 일련의 과정을 반복 실행하여 가장 최선의 데이터 값을 구축하도록 하여 그 값을 초기설정값으로 설정토록 한 후, 실시간 운전되는 정수처리시스템에 의해 상수를 얻도록 하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

아울러, 상기와 같이 초기설정값이 설정되어 운전되는 상태에서, 상기 영상검출기에서는 실시간 침전지의 플록 부유상태의 영상을 얻도록 하여, 그 데이터를 상기 초기설정값에 의한 기초 데이터값과 비교 분석토록 하여 허용범위 오차내에 데이터값이 존재할 경우에는 보상작업을 거치지 않으나, 예컨데 허용범위 오차를 벗어났을 경우에는 실시간 전송된 데이터에 의해 비교된 비교데이터와 비교 분석하여 가장 최적의 조건에 의한 응집제 투여량 및 원수 유량과 속도 교반기의 교반속도등을 자동 제어토록 하여, 응집제의 최소 투여량에 의한 상수의 생산 및 공급이 가능하도록 하는데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 최소의 면적에 정수처리시스템의 구축 및 설비가 가능하도록 함과 동시에 최소의 면적에 의한 정수처리스시템에서도 최대의 상수 생산이 가능하도록 하는데 또다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 공정을 도시한 공정흐름도이고,

도 2는 본 발명의 정수처리시스템의 개략적 도면이고

도 3a는 침전지에 설치되는 영상검출기에 의해 혼화수에 부유되는 플록의 상태를 촬영한 일예시 사진이며

도 3b는 상기 도 3a에 의해 얻은 영상데이터에서 표본지역을 검출 확대하여 최적의 플록을 검출한 상태를 나타낸 일예의 사진이고,

도 4는 상기 영상데이터를 이용하여 중앙제어부에서 일정 데이터값으로 표준화하기 위한 일실시예를 나타낸 이미지 처리 상태 사진이고,

도 5a는 본 발명에서 보상단계에서의 응집제 보상과정을 도시한 흐름도이고,

도 5b는 본 발명에서 보상단계에서의 응집지 교반기의 속도구배 보상과정을 도시한 흐름도이며,

도 5c는 본 발명에서 보상단계에서의 원수 유량 및 유속 보상과정을 도시한 흐름도이다.

※ 도면 중 주요부호에 대한 간단한 설명

100; 정수처리시스템 110; 약품투입기 120; 혼화지

130; 응집지 131; 제1교반기 132; 제2교반기

133; 제3교반기 140; 영상검출기 150; 침전지

160; 여과지 170; 중앙제어부 200; 플록

S1; 영상검출 및 송출단계 S2; 응집제 투여량 산출단계

S3; 원수의 유량 및 유속 산출단계 S4; 응집지 교반기 속도구배 산출단계

S5; 초기설정값 등록단계 S6; 실시간 비교분석단계

S7; 보상단계

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

침전지(150)의 혼화수에 부유하는 플록의 상태를 영상검출기(140)에 의해 영상으로 검출하여 그 데이터값을 중앙제어부(170)로 송출하는 영상검출 및 송출단계와(S1);

상기 촬영된 영상테이터값에서 선택된 직경치를 갖는 플록 형성 및 성장에 적당한 응집제의 투여량을 구하는 응집제 투여량 산출단계와(S2);

상기 응집제 투여량 산출단계(S2)에 의해 얻은 값에 대응되는 원수의 유량 및 유속을 산출하는 원수의 유량 및 유속 산출단계와(S3);

상기 응집제 투여량과 산출된 원수의 유량 및 유속에 대응되는 응집지의 교반기 속도구배를 구하는 응집지 교반기 속도구배 산출단계와(S4);

상기 각 단계별로 얻은 데이터값을 초기설정값으로 중앙제어부(170)에 등록하는 초기설정값등록단계(S5)와;

실시간 반복 영상검출되는 영상검출 및 송출단계(S1)로부터 얻게 되는 실시간 비교데이터값을 상기 중앙제어부(170)로 각각 송출하여 초기설정값과 비교토록 하는 실시간 비교분석단계(S6)와;

상기 실시간 비교분석단계(S6)에 의해 얻은 데이터가 초기설정값의 허용오차범위내일 경우와, 허용오차범위외일 경우를 판단하여 허용오차범위내일 경우에는 초기설정값에 의해 셋팅된 응집제 투여량 및 원수의 유량, 유속과 응집지의 속도구배를 제어토록 하고, 허용오차범위외일 경우에는 허용오차범위내로 응집제의 투여량 및 원수의 유량, 유속과 응집지의 속도구배를 보상하는 보상단계(S7);

로 구성되는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

상기한 구성에 의한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 상수를 얻기 위한 정수처리시스템(100)에서 침전지(150)내에 부유하고 있는 플록 성장에 의한 생성 형태를 영상검출기(140)를 통해 실시간 얻게 되는 데이터값을 중앙제어부(170)로 송출하고, 이미 기입력되어 있는 초기설정값과 비교하여 혼화지(130)에 첨가되는 약품투입기(110)을 통한 응집제의 투여량과 상기 혼화지 (130)로 공급되는 원수의 유량 및 유속과, 아울러 응집지의 속도구배를 최적 조건에 맞게 보상 제어토록 하는 것을 특징으로 하고 있다.

이와같은 특징을 갖는 본원 발명은 초기설정값 산출과정과(S1~S5), 상기 초기설정값 산출과정으로 부터 얻은 데이터값을 이용하여 실시간 영상처리되어 얻게 되는 침전지(150)의 부유물내 포함되어 있는 플록의 이미지를 비교분석하여 최적의 조건 즉, 혼화지(130)내로 약품투입기(110)를 통하여 투여되는 응집제의 양과, 원수의 유속 및 유량, 응집지의 속도구배등을 산출하여 보상할 수 있는 보상과정(S6~S7)으로 나누게 된다.

(제 1 단계; 영상검출 및 송출단계 - S1)

일반적인 정수처리시스템은 도 2에서 보는바와 같이 응집제가 투여되는 혼화지(130)로 원수가 구동펌프등의 구동에 의해 유입되도록 하고, 혼화지(130)로부터 응집지를 거쳐 플록을 성장시킨 다음, 침전지(150)에서 플록 덩어리인 슬러지를 침전시킨 후 여과지(160)를 거쳐 상수를 생산하고 있다.

본 단계는 침전지(150)에 유도된 혼화수에 부유하는 플록의 상태를 영상 촬영하여 실시간 중앙제어부(170)측으로 송출하여 최적의 플록생성 상태의 데이터를 얻기 위한 단계로서, 도 3a는 영상검출기를 통하여 침전지(150)에 부유하는 플록의 상태를 촬영한 예이다.

이와같이 영상검출기(140)를 통하여 촬영된 영상이미지를 중앙제어부(170)에서 표본지역을 검출하여, 침전이 가장 잘되는 크기의 조건을 만족하는 플록의 크기를 도 4와 같이 비교분석하여 결정하게 된다.

상기 영상검출기(140)는 고정밀 카메라에 의해 얻는 영상이미지와, 혼화수의 탁도를 확인할 수 있는 탁도계 등으로 구성하여 실시하는 것이 바람직하다.

(제 2 단계; 응집제 투여량 범위 산출단계 - S2)

본 단계는 상기 제1단계인 영상검출 및 송출단계(S1)에 의해 표본 검사되어 가장 최적의 조건을 만족하는 플록의 생성을 위한 응집제의 투여량을 산출하기 위한 단계로서, 즉, 응집제의 투여량에 따라 변화되는 플록의 생성 및 성장에 의한 입자 정도를 상기 제1단계(S1)의 과정을 반복실시하여 영상처리에 의한 데이터를 비교하여 최적의 응집제 투여량 범위를 결정하게 된다.

여기서 응집제의 종류는 메탄올(또는 소석회)과 가성소다(또는 활성탄) 및 PAC 등을 투여하게 되는데, 그 투여량은 일반적으로 메탄올과 같은 경우 0.013 ~ 1.2 ℓ/min, 가성소다의 경우 0.22 ~ 10.0 ℓ/min, PAC 의 경우 0.081 ~ 0.5 ℓ/min인데, 이와같은 일반적 투여량은 플록의 생성상태를 고려하지 않은 투여량으로서 고가의 응집제가 보통 30% 이상 과다 투여되는 문제가 있었다.

본 단계는 이와같이 과다하게 투여되는 응집제의 최적 투여량 범위를 결정하기 위한 것으로, 혼화지(130)에 경우수에 해당되는 응집제의 투여량을 설정 투입하여 침전지(150)로 유동되는 혼화수를 상기 제1단계에서와 같이 침전지(150)에서 실시간 얻게 되는 각각의 영상테이터에 의한 최적의 플록상태를 결정하게 되므로, 응집제의 투여량을 조절하여 반복적으로 얻게 되는 영상테이터에 의해 가장 최적의 조건을 만족하는 응집제 투여량 범위를 산출하게 된다.

(제 3 단계; 원수의 유량 및 유속범위 산출단계 - S3)

플록의 생성 과정에서 주요변수는 상기한 응집제의 투여량과 더불어 원수의 유량 및 유속인데, 상기와 같이 응집제 투여량 범위 산출단계(S2)에 의해 결정된 응집제 투여량 범위가 결정되면, 상기의 응집제 투여량 범위를 기준으로 원수의 유량 및 유속을 각각 변화시켜 정량 공급되는 응집제를 혼화지(130)에 투여하고, 응집지를 거쳐 침전지(150)로 유도시키게 되는데, 이때에도 실시간 영상검출기(140)에 의해 얻는 데이터를 중앙제어부(170)측으로 송출하여 그 데이터값을 제2단계인 응집제 투여량 범위 산출단계(S2)에서 얻은 값과 비교하여 원수의 유량 및 유속의 최적조건범위를 산출할 수 있도록 한다.

따라서 고정된 조건인 응집제의 투여량에 따라 상기 제1단계인 영상검출 및 송출단계(S1)에 의해 얻은 플록의 최적 조건을 만족하는 원수의 유량 및 유속의 최적 조건을 찾을 수 있다. 이와같은 반복 실시에 의해 얻게 되는 원수의 유량 및 유속의 최적범위값은 중앙제어부(170)측에서 연산처리하게 된다.

(제 4 단계; 응집지 교반기 속도구배범위 산출단계 - S4)

아울러, 상수를 생산하는데 있어 응집제의 투여량과 원수의 유량 및 유속과 더불어, 주요인자로 작용되는 요소가 종래 기술에 밝힌바와 같이 응집지의 교반기 속도구배인 G값(Velocity Gradient)인바, 본 발명에서는 상기 속도구배의 최적 조건을 산출하기 위해 상기한 각각의 단계(S1~S3)에 의해 얻은 플록 입자값과 응집제투여량 및 원수의 유량/유속값을 고정조건으로 하고, 이에 대응되는 응집지의 교반기 속도구배범위를 산출할 수 있다.

즉, 고정조건에 따라 속도구배를 변화시키게 되면 이에 대응되는 플록의 생성 및 성장과정을 알 수 있고 이에 따라 침전지(150)에서 영상검출되는 플록의 입자중 최적 조건을 만족하는 플록의 입자값이 나올때의 속도구배가 응집지의 가장 최적의 조건치가 된다.

여기서, 상기 응집지의 교반기는 통상 3개로 이루어지는데, 제1교반기(131)의 속도구배값은 가장 크고(즉 교반기의 RPM이 가장 크고), 제3교반기(133)의 속도구배값은 가장 작으며 제2교반기(132)의 속도구배값은 제1교반기(131)와 제3교반기 (133)의 속도구배값의 중간값에 해당되게 된다.

이와같은 응집지에서 상기 전과정인 혼화지(130)로 정량 범위내의 응집제가 투여되면 제1교반기(131)에서 1차 교반하여 플록의 미세입자를 생성하게 되고, 제2교반기(132)에서 상기 미세플록을 성장시키게 되고, 제3교반기(133)에서 침전지(150)에서 침강가능할 정도의 입자를 가질 수 있는 플록으로 성장시키게 되는 일련의 과정을 거치게 된다.

(제 5 단계; 초기설정값 등록단계 - S5)

본 단계는 상기한 각각의 단계(S1~S4)에서 반복적으로 얻게 되어 최적의 조건을 얻은, 최적의 플록의 입자 크기와 상기 플록 입자 크기에 대응되는 응집제의 투여량 범위 및 응집지의 교반기 속도구배값 범위를 중앙제어부(170)에 초기설정값으로 등록하는 단계이다.

상기 초기설정값에 중앙제어부(170)측에 기초값으로 등록된 후 정수처리시스템 (100)을 운전할 때 셋팅되는 자료로 활용되며, 이후 정수처리시스템(100)의 운전과정에서 실시간 변화되는 인자(즉 플록의 입자, 응집제의 투여량, 원수의 유량/유속, 교반기의 속도구배값)를 수시로 체크하여 그 값을 비교데이터값으로 설정 한 후, 위 비교데이터값과 초기설정값을 비교하는 실시간 비교분석단계(S6)을 거쳐 보상단계(S7)에 의해 항상 최적의 조건에 맞는 정수처리시스템(100)의 운전을 가능하게 한다.

(제 6 단계; 실시간 비교분석단계 - S6)

상기 단계는 전단계(S1~S5)에 의해 얻는 초기설정값에 대비하여, 침전지(150)에 설치된 영상검출기(140)로부터 실시간 침전지(150)의 혼화수에 부유하는 플록의 상태를 검출하여 중앙제어부(170)측으로 송출된 비교데이터를 상기 중앙제어부(170)에서 상기 최적의 플록 상태를 갖는 초기설정값과 대비하여 분석하는 단계를 의미한다.

이와같은 실시간 비교분석단계(S6)는, 이미 기획득된 각각의 조건 즉 플록의 최적 상태의 조건과, 이에 대응되는 응집제의 투여량범위, 원수의 유량 및 유속범위, 응집지의 교반기 속도구배범위등이 초기설정값에 의해 데이터베이스화 된 상태에서, 상기 침전지(150)에 설치된 영상검출기(140)로부터 얻게 되는 혼화수에 부유하는 플록의 상태를 영상테이터로 변환하여 중앙제어부(170)측으로 보내게 된다.

이와같은 자료값은 이미 설정된 초기설정값과 대비되는 자료로서, 후설명하는 보상단계의 보상값을 결정하게 된다.

(제 7 단계; 보상단계 - S7)

본 발명의 보상단계는 상기한 각 단계에 의해 기초 데이터베이스로 중앙제어부(170)에 구축되는 초기설정값을 기초로 하여, 침전지(150)의 영상검출기(140)로부터 실시간 얻게 되는 혼화수내의 플록 부유상태를 영상처리하여 얻은 데이터값을 중앙제어부(170)로 보내게 되면, 그 영상데이터와 초기설정값을 비교 분석하는 실시간 비교분석단계(S6)를 거쳐 본 단계에서 보상값을 결정할 수 있게 된다.

침전지(150)에서 침강효율의 극대화를 이룰수 있는 형성 조건을 만족하는 각 응집제의 투여량 범위 및 원수의 유량/유속범위와 응집지의 교반기 속도구배범위 등을 결정하고 있는 초기설정값에 상기 제6단계(S6)에 의해 실시간으로 얻게 되는 침전지(150)의 플록 상태의 데이터값을 비교하여, 상기 각 조건의 최적값을 다시 산출할 수 있게 된다.

여기서, 보상단계는 정수처리시스템(100)에서 플록의 형성 상태를 결정하는 인자인 응집제의 투여량 및 원수의 유량/유속, 응집지의 교반기 속도구배등이 모두 보정대상이므로, 각 보상값이 플록의 형성 상태에 따라 달라질 수 있으며 첨부한 도면의 도 5에서 보듯이 개략적으로 주요 인자에 대한 보상절차에 관하여 설명한다.

- 응집제 보상 흐름 -

즉, 도 5a에서 보는바와 같이 침전지(150)의 영상검출기(140)로부터 혼화수에 부유하는 플록의 상태를 영상(또는 이미지)으로 데이터값을 얻게 되면(10), 그 플록 영상 데이터값(10)을 중앙제어부(170)로 송출(20)한 후, 중앙제어부(170)에서 상기 플록 영상 데이터값(10)을 비교값으로 하여 기등록된 초기설정값에 의한 플록의 초기설정값(즉 최적의 플록 입자값)을 불러들여 연산하게 되어, 상기 실시간으로 얻게 되는 플록 영상 데이터값(10)이 상기 플록의 초기설정값 허용오차범위내인지 여부를 판독하게 된다.(30)

이와같이 중앙제어부(170)에서 판단하여 실시간 얻게 되는 플록의 영상 데이터값(10)이 허용오차범위내(Y)이면 단계를 종료(40)하여 초기설정값대로 정수처리시스템(100)을 운전하게 된다.

아울러, 상기와 같이 실시간 얻게 되는 플록 영상 데이터값(10)이 초기설정값의 허용오차범위를 벗어나게 되면(N) 다음 연산단계로 넘어가게 되어 그 플록 영상 데이터값(10)에 대응되는 응집제의 투여량 보정값을 산출하게 된다.(50)

이와같이 산출된 응집제의 투여량 보정값이 상기 침전지(150) 혼화수에 부유되는 플록을 실시간으로 영상처리하여 얻는 플록 영상 데이터값(10)을 초기설정값의 플록 입자값으로 보상할 수 있는지 여부를 중앙제어부(170)에서 판단토록 하고(60), 보상된 응집제의 투여량에 의해 플록의 입자값을 초기설정값으로 보상할 수 있으면(Y) 보상절차를 거쳐(70) 종료되므로서(80) 보상단계(S7)를 마치게 되고, 그 값에 따라 정수처리시스템(100)을 운전하도록 하고, 그 보상된 응집제의 투여량이 플록의 입자값을 초기설정값으로 보상할 수 없으면(N) 전단계인 응집제의 투여량 보정값 산출(50) 단계로 회귀하여 재차 응집제의 투여량 보정값을 산출(50)하는 일련의 과정을 반복 실행하여 보상이 완료되면(70) 종료하여(80) 그 보정된 값에 따라 정수처리시스템(100)을 운전하게 된다.

- 응집지의 교반기 속도구배 보상 흐름 -

아울러, 상기 응집제의 보상값을 산출함과 동시에 응집지 교반기의 속도구배의 보정값을 산출하여 보상할 수 있는데, 도 5b에서 보는바와 같이 플록 영상 데이터값(10')을 침전지(150)의 영상검출기(140)로부터 중앙제어부(170)측으로 실시간 수시로 송출하여(20') 입력받고, 위 플록 영상 데이터값(10')이 허용오차범위내인지 여부를 판단하게 된다.(30')

이와같은 판단연산과정을 중앙제어부(170)에서 처리하여 플록 영상 데이터값(10')이 허용오차범위내이면(Y) 종료(40)하여 보상절차를 마치게 되고, 플록 영상 데이터값(10')이 허용오차범위를 벗어나게 되면, 응집지의 교반기 속도구배 보정값을 산출하는 과정을 거쳐(50') 그 보정값에 의해 플록의 입자값을 보정할 수 있는지 여부를 판단하고(60'), 그 보정값에 의해 플록의 입자값의 보정이 가능하면 보상(70')절차를 거쳐 종료(80')하여 정수처리시스템(100)을 운전하게 된다.

아울러, 상기 응집지 교반기의 속도구배 보정값에 의한 보정이 플록의 입자값을 초기설정값으로 보상할 수 없을 경우(N)에는 재차 전단계인 응집지 교반기 속도구배 보정값 산출단계(50')로 회귀하여 적정값의 보정값을 산출하는 일련의 과정을 반복하여 보상하게 된다.

- 원수의 유량 및 유속 보상 흐름 -

아울러 주요인자중의 하나인 원수의 유량 및 유속의 보정에 의해 침전지(150)의 혼화수에 부유하는 플록의 입자값을 초기설정값의 오차범위내에 설정되도록 보상할 수 있는바, 도 5c에서 보는바와 같이 침전지(150)의 혼화수에 부유하는 플록을 영상검출기(140)를 통하여 실시간 촬영하여 플록 영상 데이터값(10")을 얻은 후, 중앙제어부(170)로 송출하고(20") 그 플록 영상 데이터값이 허용오차범위내에 해당되는지 여부를 상기 중앙제어부(170)에서 판단토록 하여(30"), 유입되는 원수의 유량 및 유속에 의한 플록의 영상 데이터값(10")이 허용오차범위내에 해당되면(Y) 보상 절차 없이 종료(40")하여 정수 처리시스템을 운전하여 상수를 생산 공급할 수 있도록 한다.

한편, 상기 유입되는 원수의 유량 및 유속에 의한 실시간 영상검출기(140)에 의해 촬영되는 플록 영상 데이터값이 초기설정값의 허용오차범위를 벗어나게 되면(N), 중앙제어부(170)에서 원수의 유량 및 유속을 플록의 최대 직경을 형성할 수 있는 초기설정값의 허용오차범위내에 속하도록 보정값을 산출하게 되고(50"), 이와같이 산출된 보정값을 이용하여 원수의 유량/유속 보정에 의해 플록의 입자값을 최대치로 보상할 수 있는지 여부를 판단하는(60") 과정을 거치게 되는데, 그 판단결과 보상 가능하면(Y) 보상절차를 거친 후(70") 종료하게 되고(80), 보상이 불가능하면(N) 전단계인 원수의 유량/유속 보정값 산출단계(50")로 회귀하여 상기한과정을 반복 수행하게 된다.

따라서 이와같이 실시간 변화되는 조건 즉, 응집제의 투여량과 응집지의 교반기 속도구배 및 원수의 유량/유속에 따른 혼화수의 상태를 상기 침전지(150)의 일측에 구비된 영상검출기(140)에서 실시간 촬영하여 얻은 이미지를 중앙제어부(170)측으로 송출하여 그 데이터값을 판단하도록 하되, 이미 기입력되어 등록된 최적의 플록 상태를 얻기 위한 응집제의 투여량범위, 응집지의 교반기 속도구배범위 및 원수의 유량/유속의 범위 등 초기설정값과 비교 판단하는 과정을 거쳐, 각각의 조건에 따라 능동적으로 보정값을 산출하여 보상절차를 수행토록 하여 실시간 변화하는 혼화수의 수질 및 탁도등에도 불구하고 항상 최적의 플록 형성이 이루어질 수 있도록 대처가능한 정수처리시스템(100)을 구현할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 하천이나 강, 댐등에서 공급되는 원수의 탁도 및 수질 등의 변화조건에 따라 침전지(150)에서의 침강 가능한 최대의 직경을 갖도록 하는 플록의 생성 조건을 중앙제어부(170)에서 판독하여, 응집제의 투여량 및 응집지에서의 교반기의 속도구배와 원수의 유속 및 유량등을 자동 선택하여 보정 가능하도록 하되, 그 판단 자료를 침전지(150)에 설치되는 영상검출기(140)에 의해 얻게 되는 플록의 영상 데이터를 기초로 이미 기설정되어 있는 최적 조건에 의한 초기설정값과 대비, 판단하여 보상 가능하도록 함으로써, 실시간 변화되는 원수의 조건에 능동적이며 자동 대처 가능하도록 함과 동시에 항상 최적의 침강조건을 갖는 플록의 생성 및 성장이 가능하도록 할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

아울러 본 발명은 운전자가 임의로 원수의 유속 및 유량등을 조절하더라도 이에 맞는 응집제의 투여량 및 응집지 교반기의 속도구배등을 자동 연산 산출하여 보정 및 보상하도록 함으로써 정수처리장의 상수 생산량을 임의로 조절 가능할 수 있는 효과를 기대할 수 있으며, 최소의 면적에 정수처리장을 설치하더라도 상기 조건 변화에 따른 보상에 의해 항상 최상의 상수를 최대 공급할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 침전지(150)의 혼화수에 부유하는 플록의 상태를 영상검출기(140)에 의해 영상으로 검출하여 그 데이터값을 중앙제어부(170)로 송출하는 영상검출 및 송출단계와(S1);

   상기 촬영된 영상테이터값에서 선택된 직경치를 갖는 플록 형성 및 성장에 적당한 응집제의 투여량을 구하는 응집제 투여량 산출단계와(S2);

   상기 응집제 투여량 산출단계(S2)에 의해 얻은 값에 대응되는 원수의 유량 및 유속을 산출하는 원수의 유량 및 유속 산출단계와(S3);

   상기 응집제 투여량과 산출된 원수의 유량 및 유속에 대응되는 응집지의 교반기 속도구배를 구하는 응집지 교반기 속도구배 산출단계와(S4);

   상기 각 단계별로 얻은 데이터값을 초기설정값으로 중앙제어부(170)에 등록하는 초기설정값등록단계(S5)와;

   실시간 반복 영상검출되는 영상검출 및 송출단계(S1)로부터 얻게 되는 실시간 비교데이터값을 상기 중앙제어부(170)로 각각 송출하여 초기설정값과 비교토록 하는 실시간 비교분석단계(S6)와;

   상기 실시간 비교분석단계(S6)에 의해 얻은 데이터가 초기설정값의 허용오차범위내일 경우와, 허용오차범위외일 경우를 판단하여 허용오차범위내일 경우에는 초기설정값에 의해 셋팅된 응집제 투여량 및 원수의 유량, 유속과 응집지의 속도구배를 제어토록 하고, 허용오차범위외일 경우에는 허용오차범위내로 응집제의 투여량 및 원수의 유량, 유속과 응집지의 속도구배를 보상하는 보상단계(S7);

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영상검출 및 송출단계(S1)의 영상검출기(140)는 침전지(150) 혼화수에 부유하는 플록의 상태를 촬영할 수 있는 고정밀 카메라와 상기 혼화수의 탁도를 검출하기 위한 탁도계로 구비되는 것을 포함하는 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보상단계(S7)는 영상검출기(140)에서 촬영하여 얻은 플록 영상데이터값 (10)을 중앙제어부로 송출(20)하여 그 플록 영상 데이터값이 초기설정값에서 허용오차범위내인지 여부를 판단(30)하여, 허용오차범위내이면(Y) 종료하고,

   허용오차범위를 벗어나면(N) 응집제의 투여량 보정값을 산출(50)하여 그 응집제의 투여량 보정에 의해 플록의 입자값을 보상할 수 있는지 여부를 판단하여 (60) 보상 가능하면(Y) 보상 절차를 거쳐(70) 종료하고, 보상이 불가능하면(N) 응집제의 투여량 보정값 산출(50) 단계로 회귀되는 일련의 과정을 반복 수행하여 보상하는 것을 포함하는 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 보상단계(S7)는 영상검출기(140)에서 촬영하여 얻은 플록 영상데이터값 (10')을 중앙제어부로 송출(20')하여 그 플록 영상 데이터값이 초기설정값에서 허용오차범위내인지 여부를 판단(30')하여, 허용오차범위내이면(Y) 종료하고,

   허용오차범위를 벗어나면(N) 응집지 교반기의 속도구배 보정값을 산출(50')하여 그 응집지 교반기의 속도구배 보정에 의해 플록의 입자값을 보상할 수 있는지 여부를 판단하여(60') 보상 가능하면(Y) 보상 절차를 거쳐(70') 종료하고, 보상이 불가능하면(N) 응집지 교반기 속도구배 보정값 산출(50') 단계로 회귀되는 일련의 과정을 반복 수행하여 보상하는 것을 포함하는 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 보상단계(S7)는 영상검출기(140)에서 촬영하여 얻은 플록 영상데이터값 (10")을 중앙제어부로 송출(20")하여 그 플록 영상 데이터값이 초기설정값에서 허용오차범위내인지 여부를 판단(30")하여, 허용오차범위내이면(Y) 종료하고,

   허용오차범위를 벗어나면(N) 원수의 유량/유속 보정값을 산출(50")하여 그 원수의 유량/유속 보정에 의해 플록의 입자값을 보상할 수 있는지 여부를 판단하여 (60") 보상 가능하면(Y) 보상 절차를 거쳐(70") 종료하고, 보상이 불가능하면(N) 원수의 유량/유속 보정값 산출(50") 단계로 회귀되는 일련의 과정을 반복 수행하여 보상하는 것을 포함하는 플록의 실시간 영상검출에 의한 정수처리장의 응집제 투입량 자동제어 방법.