KR20090011513A - 하수처리공정의 제어방법 - Google Patents

하수처리공정의 제어방법 Download PDF

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KR20090011513A KR20070075164A KR20070075164A KR20090011513A KR 20090011513 A KR20090011513 A KR 20090011513A KR 20070075164 A KR20070075164 A KR 20070075164A KR 20070075164 A KR20070075164 A KR 20070075164A KR 20090011513 A KR20090011513 A KR 20090011513A
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윤주환
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유대환
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Abstract

본 발명은 슬러지 처리공정에서 발생되는 농축상징액, 소화상징액 및 탈리액의 반류수를 수처리공정 미생물반응조에 직접 주입하여 처리하거나, 반류수 처리공정에서 반류수를 아질산화 또는 질산화시킨 후 수처리공정 미생물반응조에 주입하여 처리하는 수처리공정 유입수와 반류수의 하수처리공정의 제어방법에 관한 것으로서, 수처리공정의 유출수질 변화를 사전에 설정된 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량 중 적어도 하나 이상의 운전 조건 조합에 따른 수학적 모델을 이용하여 평가하는 시나리오 분석을 통해 운전 조건 조합을 선정하여 제어를 수행하는 것을 특징으로 하며, 반류수에 의한 부하 충격과 그로 인해 수처리공정 유출수질 악화를 사전에 방지하고, 혐기조에서 인 방출에 요구되는 유기물을 적절히 공급하고, 반류수 내 아질산염 및 질산염으로 인한 인 방출 저해 방지하고, 유입수 스텝 피드(Step feed)를 통해 유입수 내의 유기물 활용을 최대화할 수 있는 효과를 제공한다.
하수처리, 공정, 제어방법, 반류수, 시나리오 분석

Description

하수처리공정의 제어방법{Method for controling wastewater treatment process}
본 발명은 하수처리공정의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬러지 처리공정에서 발생되는 농축상징액, 소화상징액 및 탈리액의 반류수를 수처리공정에 직접 주입하여 처리하거나, 반류수 처리공정에서 반류수를 아질산화 또는 질산화시킨 후 수처리공정에 주입하여 처리하는 유입수와 반류수의 하수처리공정의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하수처리공정은 도 1에 나타낸 바와 같이 유입하수를 1차침전 후에 혐기조(An), 무산소조(Ax), 호기조(Ox)로 구성되는 수처리공정 미생물반응조에서 미생물을 이용하여 처리시킨 후에 다시 2차 침전지에서 침전 방류하는 방법을 택하고 있다.
미생물반응조에서 생산된 미생물을 슬러지(sludge)라고 하며, 2차 침전조에서 침전된다. 침전된 슬러지는 일부 미생물반응조로 순환되고, 일부는 방출되어 농 축, 소화, 탈수과정을 거쳐 처리되는데, 이러한 슬러지 처리과정에서 생산되는 농축상징액, 소화상징액, 탈리액 등의 반류수(Reject Water 또는 Recycle Water)는 통상 1차 침전조로 반송되고 있다.
특히 하수처리장에 영양소제거공정이 적용되는 경우, 슬러지처리흐름에서 수처리공정으로 반송되는 반류수는 유량에 비하여 질소농도가 높아 처리장 설계와 운전에 있어서 큰 문제점으로 지적되고 있다.
반류수의 발생유량은 유입유량 대비 평균 1~3% 이내이나, 유기물(BOD; Biological Oxygen Demand, 생물학적 산소요구량) 및 영양소(N, P)부하 증가는 유입부하 대비 20~40%에 달한다.
특히 농축조 및 소화조는 설계와 운전상의 문제점이 복합적으로 작용하여 고농도의 반류수를 간헐적으로 수처리계통으로 반류시키고 있기 때문에 하수처리 계통의 안정적 운전을 저해하는 큰 장애 요인이 되고 있다.
대부분의 슬러지 처리계통이 간헐적·주기적으로 운전되기 때문에(잉여슬러지 폐기 및 탈수기 운전 등), 반류수 발생시 시간 최대 유량 및 농도가 수처리공정 하수 유입부하 대비 100% 이상의 부하증가를 초래하는 경우도 있어, 하수처리장 운전에 악영향을 주는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 슬러지 처리공정에서에서 발생되는 농축상징액, 소화상징액, 탈리액의 반류수를 수처리공정 미생물반응조에 직접 주입하여 처리하거나, 반류수 처리공정에서 반류수를 아질산화 또는 질산화시킨 후 수처리공정 미생물반응조에 주입하여 처리하는 반류수 처리 방법에 있어서, 사전에 설정된 운전 조건 조합에 따른 수처리공정의 유출수질 변화를 수학적 모델을 이용하여 평가하는 시나리오 분석을 통해 최적의 운전 조건 조합을 선정하여 제어를 수행하도록 함으로써, 반류수가 수처리공정에 미치는 영향을 최소화하고, 수처리공정의 운전 효율과 안정성을 향상시키는데 목적이 있다.
또한, 수처리공정 유입수와 반류수 또는 반류수 처리공정 유출수를 생물학적 질소제거공정의 무산소조 및 호기조 또는 생물학적 질소·인제거공정의 혐기조, 무산소조 및 호기조에 적절히 분배하여 공급함으로써, 반류수에 의한 부하 충격과 그로 인해 수처리공정 유출수질 악화를 사전에 방지하고, 혐기조에서 인 방출에 요구되는 유기물을 적절히 공급하고, 무산소조에서 탈질에 요구되는 유기물을 절감하는 반류수 하수처리공정의 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 슬러지 처리공정에서 발생되 는 농축상징액, 소화상징액 및 탈리액의 반류수를 수처리공정 미생물반응조에 직접 주입하여 처리하거나, 반류수 처리공정에서 반류수를 아질산화 또는 질산화시킨 후 수처리공정 미생물반응조에 주입하여 처리하는 수처리공정 유입수와 반류수의 하수처리공정의 제어방법으로서, 수처리공정의 유출수질 변화를 사전에 설정된 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량 중 적어도 하나 이상의 운전 조건 조합에 따른 수학적 모델을 이용하여 평가하는 시나리오 분석을 통해 운전 조건을 선정하여 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 수처리공정은 생물학적 질소제거공정 또는 생물학적 질소, 인 제거공정이며, 상기 반류수 처리공정은 반류수 아질산화 또는 질산화를 위한 호기조 단일 반응기이거나, 질소 제거를 위해 호기조와 무산소조 또는 호기조, 무산소조 및 침전조로 구성되고, 각 반류수 처리공정 호기조에 유동상 메디아(media)를 투입하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 시나리오 분석은, 1일 1회 수행하여, 과거 10일간 및 당일의 계측기 측정자료(유입수 및 반류수 유량, 반응조 내 온도, 반응조 MLSS 농도, 호기조 DO농도 등)와 유입수의 반류수의 COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소요구량), BOD(Biological Oxygen Demand, 생물학적 산소요구량), 질소(N), 인(P), 부유물질(SS; Suspended Solid) 등에 대한 분석자료를 입력값으로 수학적 모델을 이용하여 수처리공정의 유출수 질소(N), 인(P) 농도의 당일 및 내일 값을 예측하여, 그 농도 값을 최소로 할 수 있는 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량의 조절변수 값을 결정하여 하수처리 공정을 제어하고, 상기 하수처리공정의 제어는, 제어기가 직접 운전 조건을 변경하는 직접 제어를 수행하거나, 제어기가 결정된 최적의 조절변수 값을 운전자에게 통보하여 변경할 것을 권고하는 간접 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 시나리오 분석에 사용되는 운전 조건 조합은, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 유입수 분배비가, 8:2:0, 7:3:0 및 6:4:0 중 하나이며, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 반류수 분배비가, 5:5:0, 1:8:1 및 3:4:3중 하나이며, 반류수의 주입시간은, 24시간 또는 야간이며, 하수처리장의 유입수량(Q) 대한 수처리공정의 반송슬러지 유량이, 1Q 또는 0.5Q이며, 하수처리장 유입수량(Q) 대한 내부반송 유량이, 1Q 또는 1.5Q인 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 시나리오 분석에 사용되는 운전 조건 조합은, 초기값이 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 유입수 분배비가 8:2:0이며, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 반류수 분배비가 1:8:1이며, 반류수의 주입시간은 야간이며, 하수처리장의 유입수량(Q) 대한 수처리공정의 반송슬러지 유량이 0.5Q이며, 하수처리장 유입수량(Q) 대한 내부반송 유량이 1Q인 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 유출수질 변화를 사전에 설정된 운전 조건 조합에 따른 수학적 모델을 이용하여 평가하는 시나리오 분석을 통해 운전 조건을 선정하여 제어를 수행함으로써, 반류수에 의한 부하 충격과 그로 인해 수처리공정 유출수질 악화를 사전에 방지하고, 혐기조에서 인 방출에 요구되는 유기물을 적절히 공급하고, 반류수 내 아질산염 및 질산염으로 인한 인 방출 저해 방지하고, 유입수 스텝 피드(Step feed)를 통해 유입수 내의 유기물 활용을 최대화할 수 있는 효과를 제공한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 생물학적 질소, 인 제거공정의 일예를 나타내는 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 생물학적 질소 제거공정의 일예를 나타내는 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 하수처리공정의 제어방법의 시나리오 분석상태를 나타내는 분석도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 하수처리공정의 제어방법의 판단상태를 나타내는 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 하수처리공정의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 유입수 및 반류수의 하수처리공정은, 유입수와 반류수를 혐기조(10), 무산소조(20) 및 호기조(30) 또는 무산소조(20) 및 호기조(30)에 주입하여 처리하는 수처리공정 미생물반응조와, 미생물 처리된 처리수를 침전조(40)에서 침전시키는 침전공정과, 침전된 슬러지를 혐기조(10) 또는 무산소조(20)로 반송하는 슬러지 반송공정과, 침전된 슬러지를 농축조(50a), 소화조(50b) 및 탈수조(50c)에서 처리하는 슬러지 처리공정과, 슬러지 처리공정에서 발생되는 농축상징액, 소화상징액, 탈리액 등의 반류수를 아질산화 또 는 질산화처리하는 반류수 처리공정으로 이루어진다.
특히, 반류수 처리공정은, 슬러지 처리공정의 농축조(50a), 소화조(50b) 및 탈수조(50c)에서 발생되는 농축상징액, 소화상징액, 탈리액 등의 반류수를 아질산화 처리하여 혐기조(10), 무산소조(20) 및 호기조(30) 또는 무산소조(20) 및 호기조(30)에 각각 반송되도록 이루어진다.
본 실시예의 유입수와 반류수의 하수처리공정의 제어방법은, 이러한 미생물 처리공정, 침전공정, 슬러지 반송공정, 슬러지 처리공정 및 반류수 처리공정을 제어하는 것이다.
즉, 본 실시예의 하수처리공정의 제어방법에서는, 슬러지 처리공정에서 발생되는 농축상징액, 소화상징액 및 탈리액의 반류수를 수처리공정 미생물반응조에 직접 주입하여 처리하거나, 반류수 처리공정에서 반류수를 아질산화 또는 질산화시킨 후 수처리공정 미생물반응조에 주입하여 처리하게 된다.
이러한 제어방법은, 수처리공정의 유출수질 변화를 사전에 설정된 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량 중 적어도 하나 이상의 운전 조건 조합에 따른 수학적 모델을 이용하여 평가하는 시나리오 분석을 통해 운전 조건을 선정하여 제어를 수행하게 된다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 시나리오 분석에서 사용되는 수학적 모델은 상기 시나리오 분석에서 사용되는 수학적 모델로는, IWA(International Water Association)의 활성슬러지모델(Activated Sludge Models; ASM1, ASM2, ASM2d and ASM3; 시리즈명: Scientific and Technical Report series, IWA Publishing, UK, 2000년판에 기재됨)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 수처리공정은 생물학적 질소제거공정 또는 생물학적 질소, 인 제거공정이며, 반류수 처리공정은 반류수 아질산화 또는 질산화를 위한 호기조(30)인 단일 반응기이거나, 질소 제거를 위해 호기조(30)와 무산소조(20) 또는 호기조(30), 무산소조(20) 및 침전조(40)로 구성되고, 각 반류수 처리공정 호기조(30)에 유동상 메디아(media)를 투입하는 것이 바람직하다.
또한, 시나리오 분석은, 1일 1회 수행하여, 과거 10일간 및 당일의 계측기 측정자료와 분석자료를 입력값으로 수학적 모델을 이용하여 수처리공정 미생물반응조의 유출수 질소(N), 인(P) 농도의 당일 및 내일 값을 예측하게 된다.
계측기의 측정자료로는 유입수 및 반류수 유량, 반응조 내 온도, 반응조 혼합 부유 고형물질(MLSS; Mixed Liquor Suspended Solid) 농도, 호기조 DO(Dissolved Oxygen) 농도 등을 사용하는 것이 바람직하고, 분석자료로는 유입수와 반류수의 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical [Biological] Oxygen Demand), 총 인(N; Nitrogen), 총 질소(P; Phosphate), 부유 고형물질(SS; Suspended Solid) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 예측된 수처리공정의 유출수 질소(N) 농도 및 인(P) 농도값을 최소로 할 수 있는 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량의 조절변수 값을 결정하여 하수처리공정을 제어하게 된다.
또한, 이러한 하수처리공정의 제어는, 제어기가 직접 운전 조건을 변경하는 직접 제어를 수행하거나, 제어기가 결정된 최적의 조절변수 값을 운전자에게 SMS(short message service) 문자전송 혹은 E-mail로 통보하여 변경할 것을 권고하는 간접 제어를 수행하는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 시나리오 분석(200)은, 사전에 설정된 운전 조건 조합에 따른 수처리공정의 유출수질 변화를 수학적 모델을 이용하여 평가하는 것으로서, 고려되는 운전 조건은 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량 등의 5가지이며, 이 중의 일부 또는 전체가 고려될 수 있다.
반송슬러지 유량과 내부반송 유량은 대부분의 처리장에서 일간 단위로 변화를 주기 어려운 경우가 많으며, 이러한 때에는 유입수 분배비, 반류수 주입시간 및 반류수 분배비만 고려될 수도 있다. 유사한 이유로 1∼2개의 조절변수만 선택적으로 활용될 수 있다.
즉, 본 실시예의 운전조건은, 3가지의 유입수 분배비, 2가지의 반류수 주입시간, 3가지의 반류수 분배비, 2가지의 반송슬러지 유량 및 2가지의 내부반송 유량으로 이루어지며, 이들을 조합하면 총 72 가지의 운전 조건 조합이 사전에 설정되어 있다.
유입수 분배비 및 반류수의 분배비는, 순서대로 혐기조(10), 무산소조(20), 호기조(30)에 대한 분배비를 의미하며, 수학적 모델 시뮬레이션을 통해 주어진 운전 조건 조합 중 유출수 질소 및 인 농도가 가장 낮은 값을 보이는 조합이 선정되어 하수처리공정을 제어하게 된다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 시나리오 분석에 사용되는 운전 조건 조합으로는, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 유입수 분배비가, 8:2:0, 7:3:0 및 6:4:0 중 하나이며, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 반류수 분배비가, 5:5:0, 1:8:1 및 3:4:3중 하나이며, 반류수의 주입시간은, 24시간 또는 야간이며, 하수처리장의 유입수량(Q) 대한 수처리공정의 반송슬러지 유량이, 1Q 또는 0.5Q이며, 하수처리장 유입수량(Q) 대한 내부반송 유량이, 1Q 또는 1.5Q인 것이 바람직하다.
특히, 시나리오 분석에 사용되는 운전 조건 조합의 초기값으로는, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 유입수 분배비가 8:2:0이며, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 반류수 분배비가 1:8:1이며, 반류수의 주입시간은 야간이며, 하수처리장의 유입수량(Q) 대한 수처리공정의 반송슬러지 유량이 0.5Q이며, 하수처리장 유입수량(Q) 대한 내부반송 유량이 1Q인 경우가 최적의 운전 조건인 경우가 빈번하므로 이 값들을 적용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 종래의 하수처리방법을 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 생물학적 질소, 인 제거공정의 일예를 나타내는 블럭도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 생물학적 질소 제거공정의 일예를 나타내는 블럭도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 하수처리공정의 제어방법의 시나리오 분석상태를 나타내는 분석도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 하수처리공정의 제어방법의 판단상태를 나타내는 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 하수처리공정의 제어방법을 나타내는 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 혐기조 20: 무산소조
30: 호기조 40: 침전조
50a: 농축조 50b: 소화조
50c: 탈수조 60: 반류수조
100: 활성슬러지모델 200: 시나리오 분석

Claims (5)

  1. 슬러지 처리공정에서 발생되는 농축상징액, 소화상징액 및 탈리액의 반류수를 수처리공정 미생물반응조에 직접 주입하여 처리하거나, 반류수 처리공정에서 반류수를 아질산화 또는 질산화시킨 후 수처리공정 미생물반응조에 주입하여 처리하는 유입수와 반류수의 하수처리공정의 제어방법으로서,
    수처리공정의 유출수질 변화를 사전에 설정된 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량 중 적어도 하나 이상의 운전 조건 조합에 따른 수학적 모델을 이용하여 평가하는 시나리오 분석을 통해 운전 조건을 선정하여 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수처리공정은 생물학적 질소제거공정 또는 생물학적 질소, 인 제거공정이며,
    상기 반류수 처리공정은 반류수 아질산화 또는 질산화를 위한 호기조 단일 반응기이거나, 질소 제거를 위해 호기조와 무산소조 또는 호기조, 무산소조 및 침전조로 구성되고, 각 반류수 처리공정 호기조에 유동상 메디아(media)를 투입하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시나리오 분석은, 1일 1회 수행하여, 과거 10일간 및 당일의 계측기 측정자료(유입수 및 반류수 유량, 반응조 내 온도, 반응조 MLSS 농도, 호기조 DO농도 등)와 분석자료(유입수와 반류수의 COD, BOD, N, P, SS)를 입력값으로 수학적 모델을 이용하여 수처리공정의 유출수 질소(N), 인(P) 농도의 당일 및 내일 값을 예측하여, 그 농도 값을 최소로 할 수 있는 유입수 분배비, 반류수 주입시간, 반류수 분배비, 반송슬러지 유량 및 내부반송 유량의 조절변수 값을 결정하여 하수처리공정을 제어하고,
    상기 하수처리공정의 제어는, 제어기가 직접 운전 조건을 변경하는 직접 제어를 수행하거나, 제어기가 결정된 최적의 조절변수 값을 운전자에게 통보하여 변경할 것을 권고하는 간접 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시나리오 분석에 사용되는 운전 조건 조합은,
    혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 유입수 분배비가, 8:2:0, 7:3:0 및 6:4:0 중 하나이며,
    혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 반류수 분배비가, 5:5:0, 1:8:1 및 3:4:3중 하나이며,
    반류수의 주입시간은, 24시간 또는 야간이며,
    하수처리장의 유입수량(Q) 대한 수처리공정의 반송슬러지 유량이, 1Q 또는 0.5Q이며,
    하수처리장 유입수량(Q) 대한 내부반송 유량이, 1Q 또는 1.5Q인 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시나리오 분석에 사용되는 운전 조건 조합은, 초기값이 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 유입수 분배비가 8:2:0이며, 혐기조, 무산소조 및 호기조에 대한 반류수 분배비가 1:8:1이며, 반류수의 주입시간은 야간이며, 하수처리장의 유입수량(Q) 대한 수처리공정의 반송슬러지 유량이 0.5Q이며, 하수처리장 유입수량(Q) 대한 내부반송 유량이 1Q인 것을 특징으로 하는 하수처리공정의 제어방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100920522B1 (ko) * 2009-05-21 2009-10-09 대양바이오테크 주식회사 하수처리공정 진단 및 제어장치 및 방법
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