KR20110097405A - 사전계측된 유량 및 인농도와 응집여과수의 인농도를 제어인자로 하여 적정 응집제주입량이 결정되는 인공지능형 인제거 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천,호소,근해 등에서 부영양화를 유발하는 영양염류 중 하나인 인을 하폐수 방류수로부터 제거하는 방법에 관한 것이다.
하폐수방류수에 함유된 인의 농도를 실시간으로 측정하고 즉시 그 값을 알 수 있다면 응집조 약품주입량을 바로 조절가능하여 최적의 약품주입으로 최적의 처리수질을 얻을 수 있으나 현재의 계측기술로는 sampling으로부터 T-P는 개략 1시간, PO4-P는 개략 30분후에 그 값을 알 수 있으므로 분석소요시간 만큼 앞서 sampling 및 계측을 해야 응집조 도착시의 T-P 또는 PO4-P의 농도를 알 수 있고, 유입유량과 반송오니량, 잉여오니배출량의 변화에 따라 응집조 도착시간에 변화가 생기므로 실시간으로 최적의 약품주입량을 결정하는 것은 매우 어려운 일이다.
본 발명에 의해 인을 처리하기 위하여 유입유량, 응집조 유입 인농도, 폭기조 반송오니량과 잉여오니배출량은 사전계측하여 응집조 약품주입량을 결정주입하고 응집여과수 인 농도를 계측하여 응집조 약품주입량의 적정성 여부를 판단하여 응집조에 주입되는 응집제의 양을 실시간으로 자동조절하여 최적량의 응집제를 주입함으로써 예상 인농도에 대응하는 응집제 일률주입방법에 비해 최적의 배출수를 얻으면서 약품낭비를 막고 역세수량을 최소화 하는 등 인처리 변화인자에 대한 영향을 최소화시키는 인공지능형 응집직여과 인제거 하·폐수 처리 system을 제공한다.

Description

사전계측된 유량 및 인농도와 응집여과수의 인농도를 제어인자로 하여 적정 응집제주입량이 결정되는 인공지능형 인제거 시스템{The phosphorus removal system regarding the automatic determination of coagulant dosing rate using artificial intelligence}

본 발명은 하천,호소,근해 등에서 부영양화를 유발하는 영양염류 중 하나인 인을 하폐수 방류수로부터 제거하는 방법에 관한 것으로 4대강 사업시행으로 국내하수처리장 방류수의 인배출기준이 대폭 강화되어 인의 정밀처리가 필요한 시점에서 꼭 필요한 기술이다. 예상 인농도에 대응하는 응집제 일률주입방법에 비해 최적의 배출수를 얻으면서 약품낭비를 막고 역세수량을 최소화 하는 등 인처리 변화인자에 대한 영향을 최소화시키는 인공지능형 응집직여과 인제거 하·폐수처리 system에 관한 것이다.

산업이 고도로 발달함에 따라 환경오염의 심각성은 날로 대두되고 있다. 특히, 가정이나 공장, 혹은 축사 등에서 방출되는 오폐수, 공장, 축산 폐수 등(이하, ‘하폐수’로 칭함)은 지하수 및 하천으로 흘러 결국에는 바다를 오염시키게 된다.

이들 하폐수내의 각종 무기물, 미생물 및 질소(N), 인(P) 등으로 인해 하천 등의 부영양화 현상이 발생하며 이로 인해 수중 생태계가 파괴될 뿐만 아니라 토양의 오염을 유발하여 생활환경이나 생태계의 먹이사슬까지 파괴함으로써 인간의 생존권을 위협할 수밖에 없다.

한편, 조류가 과다 번식하는 이유는 수계에 이들 번식에 반드시 필요로 하는 영양염류인 질소 및 인이 풍부해지기 때문이며, 질소 혹은 인 둘 중에 하나만 부족하여도 이들 조류의 번식을 막을 수 있다.

이에 통상적으로 이루어지는 종래의 인 제거방법을 살펴보면, 인이 함유된 하폐수에 무기응집제를 주입, 응집한 후 침전하여 슬러지 형태로 수계에서 제거한다. 하폐수처리에서 무기응집제와의 화학반응을 통한 인의 제거방법은 교과서적인 방법으로 그 기작이 매우 잘 알려져 있으며 주로 초침조나 종침조의 전단에서 무기응집제와 반응시켜 침전제거하고 이와 병행하여 최종 방류수에 포함된 인제거를 위해 종침조 후단에 적당량의 무기응집제를 주입하여 응집한 후 여과 또는 침전으로 제거하는 방법이 사용되고 있다.

그런데 이때 무기응집제의 양은 수분석 또는 계측된 인의 농도에 따라 일률적으로 주입하는 형태로써 하폐수의 유입수량, 응집조 유입 인농도, 폭기조 반송오니량, 잉여오니 배출량 등의 변화를 고려하지 않기 때문에 약품주입량의 과부족에 따른 처리수질의 불균일이나 발생 역세수량 증가 등의 문제점이 발생하게 된다.

하수방류수에 함유된 인의 함유농도를 실시간으로 측정하고 즉시 그 값을 알 수 있다면 응집조 약품주입량을 바로 조절가능하여 최적의 약품주입으로 최적의 처리수질을 얻을 수 있으나 현재의 계측기술로는 sampling으로부터 T-P는 개략 1시간, PO4-P는 개략 30분후에 그 값을 알 수 있으므로 분석소요시간만큼 앞서 sampling 및 계측을 해야 응집조 도착시의 T-P 또는 PO4-P의 농도를 알 수 있고, 또한 하폐수량과 반송오니량, 잉여오니배출량의 변화에 따라 응집조 도착시간에 변화가 생기므로 최적의 약품주입량 결정은 매우 어려운 일이다. 그러므로 기존의 응집제 일률주입방법에 비해 최적의 배출수를 얻으면서 약품낭비를 막고 역세수량을 최소화하는 등 인처리 변화인자에 대한 영향을 최소화시키는 system이 필요하다.

상기와 같은 문제점 해결을 위하여;

침사조(10), 초침조(20), 폭기조(30), 종침조(40), 응집조(50), 여과조(60), 방류조(70) 등으로 구성되는 수처리 장치에 있어서,

상기 종침조(40) 유출수에 함유된 인을 응집, 여과하여 설정치 이하로 하는데 필요한 상기 응집조(50)에 유입되는 인의 농도를 계측하기 위하여 상기 폭기조(30)과 상기 종침조(40)사이에 설치되는 제1총인계측기(410)와;

상기 응집조(50)에 유입되는 인의 양을 알기 위하여 상기 침사조(10) 전단에 설치되는 유입 유량계(200)와, 상기 종침조(40)에서 상기 폭기조(30)으로 반송되는 오니량을 측정하는 반송오니유량계(210)와, 상기 종침조(40)에서 폐기되는 잉여오니 배출량을 측정하는 잉여오니배출유량계(220)와;

상기 여과조(60)에서 배출되는 인의 농도를 알기 위하여 상기 여과조(60)와 상기 방류조(70) 사이에 설치되는 제2총인계측기(420)와;

상기 유입유량계(200)와 상기 반송오니유량계(210)와 상기 잉여오니배출유량계(220)와 상기 제1총인계측기(410)의 값을 연산하여 주입 응집제량을 계산하고, 상기 제2총인계측기(420)의 값을 받아 주입 응집제량의 적정성 여부를 판단하여 주입 응집제량을 재조정하는 연산장치(500)와;

상기 연산장치(500)의 계산 응집제량을 상기 응집조(50)에 주입하는 응집제주입장치(100)을 포함하여 구성되는 사전계측된 유량과 인농도 및 응집여과수의 인농도를 제어인자로 하여 적정 응집제주입량이 결정되는 인공지능형 인제거 하·폐수처리 system을 제공함으로써 해결이 가능하다.

그리고 상기 여과조(60)는 동일 역할을 수행할 수 있는 침전조, 부상조 등 다른 수단으로 대체가 가능하다.

본 발명에 따른 인공지능형 응집직여과 인제거 하폐수처리 system은 4대강사업시행 등으로 국내 하수처리장 방류수의 인배출기준이 대폭 강화된(T-P 2.0 mg/ℓ → 0.2, 0.3, 0.5 mg/ℓ) 상황에서 정밀하게 인을 처리하지 않으면 기준을 초과하는 경우가 빈번하게 발생할 수 있으므로 전체적인 하폐수 처리공정의 운전 안정성을 유지하는 동시에 여과조에 주입되는 무기응집제의 양을 최소화하여 역세농축수 발생량 감소 및 운전동력비 절감을 가져올 수 있으며, 응집제 일률주입방법에 비해 최적의 배출수를 얻으면서 약품낭비를 막고 역세수량을 최소화하는 등 인처리 변화인자에 대한 영향을 최소화한다.

도 1 은 본 발명에 따른 인공지능형 응집직여과 인제거 하·폐수처리 system의 대략적인 구성을 보여주는 구성 개념도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 각 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면을 살펴보면 도 1은 본 발명에 따른 인공지능형 응집직여과 인제거 하·폐수 처리 system의 대략적인 구성을 보여주는 흐름도이다.

순차적으로 마련되는 침사조(10), 초침조(20), 폭기조(30), 종침조(40), 응집조(50), 여과조(60), 방류조(70) 등으로 구성되는 수처리 장치에 있어서, 상기 종침조(40) 유출수에 함유된 인을 응집여과하여 설정치 이하로 하기위하여 상기 응집조(50)에 유입되는 인의 농도를 계측하는 제1총인계측기(410)를 상기 폭기조(30)과 종침조(40)사이에 설치하고, 상기 응집조(50)에 유입되는 인의 량을 알기위하여 상기 침사조(10) 전단에 유입 유량계(200)와, 상기 종침조(40)에서 상기 폭기조(30)으로 반송되는 오니량을 측정하는 반송오니유량계(210)와, 상기 종침조(40)에서 폐기되는 잉여오니 배출량을 측정하는 잉여오니배출유량계(220)를 설치하고, 상기 유입유량계(200)와 상기 반송오니유량계(210)와 상기 잉여오니배출유량계(220)의 계측값(m3/min)과 상기 제1총인계측기(410)의 값(mg/ℓ)을 연산하여, 응집조(60)로 유입되는 인의 양(mg/min)을 계산하고, 응집조(60) 유입 인의 농도(mg/ℓ)를 여과 후 설정치 이하로 하는데 필요한 우선 선정된 응집제농도(mg/ℓ)를 고려해 응집제량(mg/min)을 계산하여 응집제주입장치(100)로 응집제를 주입한다. 이때 종침조(40)의 용량은 정해져 있으므로 제1총인계측기(410)에서 측정된 총인 농도값(mg/ℓ)이 응집조(50)로 유입될 소요시간이 연산가능하다.

응집조(50)에서 응집 후 여과조(60)에서 여과한 여과수의 인 농도를 계측하는 제2총인계측기(420)를 상기 여과조(60)와 방류조(70) 사이에 설치하고 여과수 인농도를 측정, feedback 하여 연산장치(500)에 의해 우선 선정되었던 응집제농도의 적정성을 판단하도록 하여 보정한다. 설정 방류수 인농도를 보증하기 위해 여과수의 인농도를 측정하여 유입 인농도 - 주입응집제농도 - 여과수농도의 상관관계를 데이터화하여 다음 주입 응집제 농도설정 시 보정하도록 한다. 이는 데이터가 누적될수록 신뢰할 수 있는 재현성이 높아지므로 시간의 경과에 따른 정밀한 system구축을 가능케 한다.

또한 상기 여과조(60)는 동일 역할을 수행할 수 있는 침전조, 부상조 등 다른 수단으로 대체가 가능하다.

10 : 침사조 20 : 초침조
30 : 폭기조 40 : 종침조
50 : 응집조 60 : 여과조
70 : 방류조 100 : 응집제주입장치
200 : 유입유량계 210 : 반송오니유량계
220 : 잉여오니배출유량계 410 : 제1총인계측기
420 : 제2총인계측기 500 : 연산장치

Claims (2)

1. 침사조(10), 초침조(20), 폭기조(30), 종침조(40), 응집조(50), 여과조(60), 방류조(70) 등으로 구성되는 수처리 장치에 있어서,
   상기 종침조(40) 유출수에 함유된 인을 응집, 여과하여 설정치 이하로 하는데 필요한 상기 응집조(50)에 유입되는 인의 농도를 계측하기 위하여 상기 폭기조(30)과 상기 종침조(40)사이에 설치되는 제1총인계측기(410)와;
   상기 응집조(50)에 유입되는 인의 양을 알기 위하여 상기 침사조(10) 전단에 설치되는 유입 유량계(200)와, 상기 종침조(40)에서 상기 폭기조(30)으로 반송되는 오니량을 측정하는 반송오니유량계(210)와, 상기 종침조(40)에서 폐기되는 잉여오니 배출량을 측정하는 잉여오니배출유량계(220)와;
   상기 여과조(60)에서 배출되는 인의 농도를 알기 위하여 상기 여과조(60)와 상기 방류조(70) 사이에 설치되는 제2총인계측기(420)와;
   상기 유입유량계(200)와 상기 반송오니유량계(210)와 상기 잉여오니배출유량계(220)와 상기 제1총인계측기(410)의 값을 연산하여 주입 응집제량을 계산하고, 상기 제2총인계측기(420)의 값을 받아 주입 응집제량의 적정성 여부를 판단하여 주입 응집제량을 재조정하는 연산장치(500)와;
   상기 연산장치(500)의 계산 응집제량을 상기 응집조(50)에 주입하는 응집제주입장치(100)을 포함하여;
   구성되는 사전계측된 유량과 인농도 및 응집여과수의 인농도를 제어인자로 하여 적정 응집제주입량이 결정되는 인공지능형 응집직여과 인제거 하폐수처리 시스템.
2. 상기 1항에 있어 여과조(60)는 동일 역할을 수행할 수 있는 침전조, 부상조 등 다른 수단으로 대체가 가능한 사전계측된 유량과 인농도 및 응집여과수의 인농도를 제어인자로 하여 적정 응집제주입량이 결정되는 인공지능형 응집직여과 인제거 하폐수 처리 시스템.

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