KR20150096407A - 향상된 제어 알고리즘을 이용한 최적화 방법 및 폭기 성능 - Google Patents

향상된 제어 알고리즘을 이용한 최적화 방법 및 폭기 성능 Download PDF

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사라 올리비아 엘거
존 에드워드 3세 코흐
아사 헬레나 고란즈도터 헨릭슨
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자일럼 워터 솔루션즈 유.에스.에이., 인코포레이티드
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Abstract

자동적으로 제어되는 폐수 처리 방법은 수원의 질화 및 탈질소화 용량을 자동적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 질화 및 탈질소화 용량은 동시적으로 자동적으로 제어될 수 있다. 또한, 폐수 처리 방법은 고형물 보유시간(SRT) 및 수원 내 생물학적 인 제거를 자동적으로 제어하는 단계를 포함할 뿐만 아니라, 격납장치로부터 물의 제거를 자동적으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

향상된 제어 알고리즘을 이용한 최적화 방법 및 폭기 성능{OPTIMIZED PROCESS AND AERATION PERFORMANCE WITH AN ADVANCED CONTROL ALGORITHM}
본 출원은 본 명세서에 그 전체가 참조로서 편입되는, 2012년 11월 16일에 제출된 미국 임시출원 번호 제61/727,517호의 이익을 주장한다.
본 발명은 폐수 처리방법(wastewater treatment process)에 관한 것으로, 구체적으로는 자동으로 제어되는 폐수 처리 방법에 관련된다.
현재 폐수 처리 배치(batch) 방법은 격납장치로 유입 폐수를 도입하고 이후 다양한 조건 하에 폐수를 처리하는 시간 활성화 시스템을 이용한다. 처리 단계는 종종, 유입 폐수를 처리하는데 호기성, 무산소 및/또는 혐기성 조건이 이용되는 반응 단계로 지칭된다. 호기성 조건 하에서, 용존 산소가 격납장치에 도입되고 유입 폐수 및 각종 미생물과 혼합된다. 호기성 조건은 폐수에서 발견된 암모늄 및 유기 질소를 질산염으로 전환시킨다. 일반적으로 이를 질화(nitrification)라고 한다. 본원에서 이용된 암모늄(NH4)은 암모니아(NH3), 질소로서 암모니아(NH3-N), 질소로서 암모늄(NH4-N)을 서술하는데 이용된다. 또한, 일부 처리방법은 질산염을 질소 가스로 전환하기 위해 무산소 조건을 이용하는데, 이를 탈질소화(denitrification)라고 한다. 폐수의 탈질소화는 용존 산소의 부재 하에 질산염 및 미생물을 혼합함으로써 달성된다.
또한 인이 폐수에 존재하는 경우, 혐기성 조건과 그 다음의 호기성 조건을 이용하여 인이 제거된다. 혐기성 과정에서 폐수와 미생물은 용존 및 화학적으로 결합된 산소 둘 다의 부재하에 함께 혼합된다. 인은 혐기성 조건 하에 미생물에 의해 방출되며, 이후 미생물이 혐기성 조건에 도입되지 않고 일반적으로 취하는 것의 과량으로 미생물에 의해 다시 취해진다.
반응 단계는 조작자에 의해 입력된 기간을 이용하는 로직 프로그램에 의해 제어되어, 호기성, 무산소 및 혐기성 조건을 촉진한다. 예를 들어, 반응 단계 동안 호기성 조건을 제어하기 위해서, 통기 시스템의 속도 설정값은 용존 산소(DO) 기기로부터의 판독 및 작동자 입력의 DO 설정값을 기초로 제어된다.
상기 단계로부터 알 수 있는 바와 같이, 현재의 처리방법의 한가지 단점은 시스템에 수동으로 정보를 입력해야 하는 점이다. 각각의 처리 사이클에 필요한 DO 설정값 및 호기성, 무산소 및 혐기성 시간의 양을 결정하고 조정하기 위해 제어 유닛에 수동으로 정보를 입력하는 방법은 비효율적이고 부담이 된다. 각 처리 사이클의 유출수의 수질을 최적화하고 전체 처리방법을 통해 이용되는 에너지를 최소화하기 위해 폐수 처리방법의 파라미터를 자동적으로 조정할 수 있는 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명에 따른 일 구현 예에서, 수원의 질화 용량의 자동 제어방법은: 수원에서 질소 및 온도를 측정하는 단계; 수원의 처리 사이클의 처음에, 처리 사이클 동안 질화될 질소 함량을 결정하는 단계; 질화될 질소 함량으로부터 용존 산소의 설정값, 호기성 처리 단계의 기간, 또는 이의 조합을 계산하는 단계; 및 산소를 수원에 용해시키는 단계를 포함한다. 수원에 용해되는 산소의 함량 및 기간(duration)은 계산된 용존 산소의 설정값, 호기성 처리 단계의 기간, 또는 이의 조합에 근거하여 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어된다.
특정 구현 예에서, 본 발명은 수원 내 탈질소화 용량의 자동 제어방법에 관련된다. 상기 방법은: 수원에서 질소 및 온도를 측정하는 단계; 수원의 처리 사이클의 처음에, 처리 사이클 동안 탈질소화될 질소 함량을 결정하는 단계; 탈질소화를 위한 무산소 처리 단계의 기간을 계산하는 단계; 및 수원에 산소 공급을 종료하는 단계를 포함한다. 산소 공급의 종료의 지속은 무산소 처리 단계를 위해 계산된 기간에 근거하여 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어된다.
특정 구현 예에서, 본 발명은 수원 내 고형물 보유시간(SRT)의 자동 제어방법에 관련된다. 상기 방법은: 수원에서 총 부유 고형물, 암모늄, 질산염, 온도, 또는 이의 조합을 측정하는 단계; 폐기된(wasted) 바이오매스 함량을 결정하는 단계; 수원의 질화균 성장률을 계산하는 단계; 질화균 성장률을 이용하여 수원의 목표 SRT을 계산하는 단계; 및 폐기된 바이오매스의 목표 함량을 계산하는 단계를 포함한다. 폐기된 바이오매스의 목표 함량은 폐기의 기간, 폐기의 유량(flow rate), 또는 이의 조합의 변형(modifying)에 근거하여 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어된다.
특정 구현 예에서, 본 발명은 격납장치로부터 물의 제거의 자동 제어방법에 관련되며, 상기 방법은: 격납장치 내 수원의 수위, 유수량(water flow), 슬러지 블랭킷 높이, 또는 이의 조합을 측정하는 단계; 수원의 처리 사이클의 디켄트 단계의 처음에, 사전의 처리 사이클, 현재의 처리 사이클, 예상되는 처리 사이클, 또는 이의 조합의 유압 성능을 결정하는 단계; 사전의 처리 사이클, 현재의 처리 사이클, 예상되는 처리 사이클, 또는 이의 조합의 유압 성능을 이용하여, 소정의 처리 사이클에 대해 격납장치로부터 제거될 물의 부피를 계산하는 단계; 및 소정의 처리 사이클에 대해 격납장치로부터 제거될 계산된 물의 부피가 달성되면 격납장치로부터 물의 제거를 종료하는 단계를 포함한다. 격납장치로부터 제거되는 물의 부피는 격납장치의 수위 또는 격납장치로부터 유출수 B의 유수량(water flow rate)을 모니터링함으로써 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어된다.
특정 구현 예에서, 본 발명은 수원 내 생물학적 인 제거의 자동 제어방법에 관련된다. 상기 방법은: 수원에서 질산염, 인, 또는 이의 조합으로부터 선택된 파라미터를 측정하는 단계; 수원에서 측정된 파라미터에 근거하여 처리 사이클의 혐기성 단계의 길이를 결정하는 단계; 수원에 산소 공급을 제한하는 단계, 여기서 산소 공급 제한의 기간은 수원에서 측정된 파라미터 또는 기설정된 시간에 근거하여 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어됨; 및 산소 제한의 기간이 완료될 것으로 결정된 후 산소를 수원에 용해시키는 단계를 포함한다.
특정 구현 예에서, 본 발명은 수원 내 동시적 질화 및 탈질소화의 자동 제어방법에 관련된다. 상기 방법은: 수원에서 암모늄 및 질산염을 측정하는 단계; 수원에서 측정된 암모늄 및 질산염에 근거하여 제1차 미분을 계산하는 단계; 수원에서 측정된 암모늄 및 질산염에 근거하여 제2차 미분을 계산하는 단계; 및 수원에 산소의 공급을 가능 및 불가능하게 하는 제1차 미분, 제2차 미분, 또는 이의 조합을 이용하는 단계를 포함한다. 산소 공급은 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어된다.
도 1은 본 발명의 구현 예에 따른 폐수 처리를 위한 격납장치의 측면도이며;
도 2는 본 발명의 구현 예에 따른 폐수 처리를 위한 멀티 격납장치의 평면도이며;
도 3은 본 발명의 구현 예에 따른 모니터링 및 데이터의 전송을 나타내는 모식도이며;
도 4는 본 발명의 다른 구현 예에 따른, 모니터링 및 데이터의 전송을 나타내는 모식도이며;
도 5는 본 발명의 다수의 구현 예에 따른, 필요한 호기성 시간에 관련된 DO 설정값 및 질화 속도의 영향을 묘사하는 그래프이며;
도 6a는 본 발명의 일 구현 예의 로직의 일부를 도시하는 흐름도이며;
도 6b는 도 6a의 로직의 제 2 부분을 도시한 흐름도이며;
도 7은 본 발명의 구현 예에 따른 예비-반응 벽을 갖는 폐수 처리용 격납장치의 측면도이며;
도 8은 본 발명의 다른 구현 예의 로직을 도시한 흐름도이다.
하기에서는 설명의 목적으로, 용어 "위(upper)", "아래(lower)", "오른쪽", "왼쪽", "수직의(vertical)", "수평의(horizontal)", "상부(top)", "하부(bottom)", "측면(lateral)", "길이의(longitudinal)" 및 이의 유의어는 본 발명에 관련되며 도면에 지시된 바와 같다. 그러나, 본 발명은 달리 명백히 구체화된 경우를 제외하고 대안적인 변형 및 단계 순서를 추정할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 첨부된 도면에 도시되고 하기 상세한 설명에 서술된 구체적인 장치 및 방법은 본 발명의 단순한 예시적인 구현예인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 구현 예와 관련된 특정 치수 및 다른 물리적 특성은 한정적인 것으로 고려되어서는 안된다.
또한, 임의의 적용례 외에는, 또는 달리 언급되지 않는한, 상세한 설명 및 청구범위에 이용된, 예를 들어, 수량을 표현하는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 변형되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 하기 명세서 및 첨부된 청구범위에서 수치 파라미터는 본 발명에 의해 획득되는 바람직한 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 최소한, 각 수치 파라미터는 적어도보고된 유효 숫자의 수 및 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야한다.
또한, 본 명세서에 인용된 임의의 수치 범위는 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 인용된 최소값인 1과 인용된 최대값인 10 사이 (및 이를 포함하는) 모든 하위 범위를 포함하며, 즉, 1과 같거나 보다 큰 최소값 및 10과 같거나 보다 작은 최대값을 가진다.
이런 응용에서, 달리 구체적으로 언급되지 않는한, 단수의 사용은 복수를 포함하고 복수는 단수를 포함한다. 또한, 이런 적용에서, "및/또는"이 특정 예에서 명백히 이용될 수도 있으나, 달리 구체적으로 언급되지 않는한, "또는"의 이용은 "및/또는"을 의미한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 폐수 처리방법에 관련된다. 폐수 처리방법은 임의의 수원에 이용될 수 있다. 본 명세서에서, "수원(water source)"은 이에 한정되는 것은 아니나, 유입 폐수, 격납장치 내 폐수 및/또는 유출 폐수(effluent wastewater)를 포함한다. 특정 구현 예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 유입 폐수가 격납장치(1)로 들어가는 제1 말단(2) 및 유출수가 격납장치(1) 밖으로 나가는 제2 말단(3)을 갖는 격납장치(1)의 이용을 수반한다. 격납장치(1)의 제1 말단(2)으로의 유입수의 흐름은 도 1에 참조부호 A로 도시되며, 격납장치(1)의 제2 말단(3)의 밖으로 유출수의 흐름은 도 1에 참조부호 B로 도시된다.
일 구현 예에서, 격납장치(1)는 배치 반응기(batch reactor)이다. 그러나, 다른 격납장치(1)는 본 발명과 함께 이용될 수 있다. 본 발명과 함께 이용되기 적절한 격납장치(1)의 비제한적 예는 다양한 유형의 유수지(basin), 탱크 및 용기들을 포함한다. 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 단일의 격납장치(1)를 이용하거나, 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 제1 격납장치(21) 및 제2 격납장치(22)를 갖는 멀티 격납장치 시스템(20)을 이용할 수 있다. 멀티 격납장치 시스템(20)은 필요한한 많은 격납장치를 이용할 수 있다. 도 2를 참고하면, 다수의 밸브(24) 및 제어 유닛(26)은 간헐적 간격으로 멀티 격납장치 시스템(20)의 격납장치들(21, 22) 내로 유입 폐수를 도입하는데 이용될 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 격납장치(1)는, 폭기 시스템(10)을 포함할 수 있다. 폭기 시스템(10)은 격납장치(1)에 공기를 전달한다. 폭기 시스템(10)으로부터 전달된 공기는 순환되며, 격납장치(1)에 위치된 유입 폐수 및 미생물과 혼합된다. 다양한 폭기 시스템(10)이 본 발명과 함께 이용될 수 있다. 예를 들어, 폭기 시스템(10)은 격납장치(1) 내에 잠겨 격납장치(1)의 하부 근처에 위치된, 송풍기, 공기 밸브(자동화, 조정된 및/또는 수동의), 공기 배관 배열 및 확산기를 포함할 수 있다. 본 발명과 함께 이용되기 적절한 송풍기의 비제한적 예는 양변위 송풍기, 회전식 스크루 송풍기, 고속 터보 송풍기, 및 원심 송풍기를 포함한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 확산기의 비제한적 예는 멤브레인 산기관(membrane diffusers), 예컨대 미세 기포 확산기 및 거친 기포 확산기를 포함한다. 본 발명에 이용하기에 적절한 폭기 시스템(10)의 다른 비제한적인 예는 제트 폭기 장치, 흡인기, 다양한 기계적 폭기 장치를 이용한다. 격납장치(1) 내 폭기 시스템(10)의 근접성은 본 발명에 사용되는 폭기 시스템(10)의 유형에 따라 달라질 것이다.
격납장치(1)는 수원의 다양한 조건 및 환경을 분석, 검출, 및 모니터할 수 있는 기기(4)(도 1 참조)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 기기(4)의 비제한적 예는 파라미터를 측정하기 위해 격납장치 안에 삽입된 프로브를 이용하는 것들 및 하나 이상의 하기 파라미터를 측정하기 위해 격납장치로부터 샘플을 당기는 것들을 포함한다: 용존 산소(DO), 암모늄(NH4), 화학적 산소 요구량(COD), 산화 환원 전위(ORP), 총 부유 고형물(TSS), 질산염(N03), 아질산염(N02), 총 질소(TN), 오르소 인산염(P04), 총 인(TP), 온도, 수위, 슬러지 블랭킷 및 pH. 상술된 것을 포함하는 다양한 유형의 기기(4)는 단일 격납장치(1)에서 또는 멀티 격납장치 시스템(20)에서 함께, 개별적으로, 또는 다른 조합으로 이용될 수 있다. 또한, 특정 기기(4)는 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 단일의 기기(4)는 NH4 와 N03 를 모두 측정할 수 있다. 특정 구현 예에서, 단일 격납장치 시스템(1)은 동일한 유형의 여러 기기(4)를 포함한다. 예를 들어, 단일 격납장치(1)는 하나 이상의 DO 기기를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 기기(4)는 기기(4)에 의해 검출되고 수집된 데이터 및 정보를 해석 및 포맷할 수 있는 다른 단자(6)에 접속될 수 있다. 따라서, 일 구현 예에서, DO 기기는 DO 단자와 접속되고 통신되며, ORP 기기는 ORP 단자와 접속되고 통신된다. 대안적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 기기(4)는 단일 단자(6)에 접속될 수 있다. 또한, 기기(4)는 단자(6)의 네트워크에 접속될 수 있다. 또한, 기기(4)는 와이어의 이용과 함께 단자(6)에 접속될 수 있다. 다른 구현 예에서, 기기(4)는 무선 접속에 의해 단자(6)에 접속된다. 특정 구현 예에서, 기기(4)는 데이터 및 정보를 직접적으로 통신하여 단자(6)에 전송한다. 대안적으로, 기기(4)는 데이터 및 정보를 간접적으로 통신하여 단자(6)에 전송할 수 있다. 본 명세서에서 이용된, "간접 통신(indirect communication)"은 중개 구성성분의 이용과 함께 하나의 장치로부터 다른 장치로 데이터 및 정보를 전송하는 것을 언급한다.
기기(4)에 의해 수집된 데이터가 단자(6)에 의해 포맷된 후, 포맷된 정보는 제어 유닛(8)으로 전달되며 제어 유닛(8)에 의해 산출된다. 일 구현 예에서, 제어 유닛(8)은 프로그래밍 가능한 로직 제어자(programmable logic controller)(PLC)이다. 본 발명에 이용되기 적절한 제어 유닛 (8)의 다른 비제한적 예는 마이크로 프로세서 및 컴퓨터를 포함한다. 제어 유닛(8)은 기기(4)에 의해 수집되고 단자(6)에 의해 포맷된 데이터 및 정보에 근거하여 처리방법을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(8)은 하기 구체적으로 서술되는 본 발명의 폐수 처리방법의 반응 단계의 기간을 자동적으로 제어하는 로직을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 일 구현 예에서, 활성오니법(activated sludge process)의 질화 용량은 소정의 처리 사이클 동안 질화될 질소 함량을 식별한 것을 근거로 DO 설정값을 조정함으로써 자동적으로 제어될 수 있다. 소정의 처리 사이클 동안 질화될 질소 함량은 격납장치(1)의 내용물이 완전히 혼합된 후, 사이클의 처음에 식별된다. 특정 구현 예에서, 유출 폐수 스트림 B에서 및/또는 유입 폐수 스트림 A에서, 격납장치(1)에 위치된 암모늄(NH4) 기기(4)는 수원의 질소 함량 및 온도를 측정하는데 이용될 수 있다. 수원에서 측정된 질소 함량은 처리 사이클 동안 질화될 질소 함량을 예측하고 식별하기 위해, 입력된 목표 질소 설정값과 비교된다. 목표 질소 설정값은 사용자에 의해 입력된 바람직한 질소 수준이다. COD 기기는 이용가능한 유기물질을 예측하는데 이용될 수 있고 TSS 기기는 격납장치(1)에 존재하는 바이오매스를 식별하는데 이용될 수 있다. 이에 한정되지 않으나, ORP, N03, N02, 수위, pH, 및 온도 계측기를 포함하는 추가의 기기가 다른 공정 파라미터를 변형하거나 추가로 모니터하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 이용될 수 있다.
질화되어야 하는 질소의 초기 함량 및 가능한 질화 질량(mass) 및 농도를 기초로, 질화 운동 방정식은 제어 유닛(8) 같은 제어 시스템에 의해 유지되는 목표 DO 설정값을 계산하여, 암모늄 및 유기 질소를 질산염으로 전환하는데 이용될 수 있다. DO 농도는 DO 및 질화 속도 사이의 관계를 확립함으로써 결정될 수 있다. 본원에 사용된 "질화 속도"는 암모늄 및 유기 질소가 질산염으로 전환되는 속도를 의미한다. 목표 DO 설정값을 계산하는데 질화 운동 방정식이 이용되는 방식의 예를 하기에 나타낸다:
Figure pct00001

이는 하기 질화 운동 방적식으로부터 유도된 것이다:
Figure pct00002
여기서 NRX = 질화 속도, NR MAX = 최대 질화 속도, DO = 용존 산소 농도, K0 = 용존 산소에 대한 반포화 상수, NH4 = 유출 암모늄 농도, 및 KN = 질화균에 대한 반포화 상수이다. 수원의 질화 속도는 하기 식에 의해 결정될 수 있다:
Figure pct00003
여기서 NRX = 질화 속도, NNIT = 질화될 질소 함량, MLSS = 격납장치(1) 내 바이오매스 함량, 및 AT = 호기성 시간이다. 호기성 시간은 격납장치(1)의 DO 기기(4)로부터 수신된 DO 판독을 이용함으로써 결정될 수 있다. 또한, 질화 속도 및 최대 질화 속도는 사전에 수행된 수처리 사이클로부터, 현재의 수처리 사이클로부터, 및/또는 확립된(established) 질화 속도로부터 결정될 수 있다. 본 명세서에서 이용된, "확립된 질화 속도(established nitrification rate)"는 문헌에서 용이하게 발견되거나 다른 수원으로부터 계산될 수 있다. 목표 질소 설정값이 달성되지 않을 것이라고 결정되는 경우에, 시스템은 반응 단계 동안 제어 알고리즘을 조정 또는 정정하기 위해 기기들로부터 실시간 데이터를 이용할 것이다.
본 발명에 따른 또 다른 구현 예에서, 활성오니법의 질화 용량은 소정의 처리 사이클 동안 질화될 질소 함량, 및 사전에 수행된 수처리 사이클로부터, 현재의 수처리 사이클로부터, 및/또는 확립된 질화 속도로부터 결정될 수 있는 질화 속도에 근거하여, 처리 사이클 내에서 호기성 시간을 조정함으로써 제어될 수 있다. 소정의 사이클에 대한 호기성 시간의 길이는 처리 사이클의 구체적인 질화 속도 및 처리 사이클 동안 질화될 질소 함량을 이용하여 결정될 수 있다. 소정의 처리 사이클 동안 처리될 질소 함량은 격납장치(1)의 내용물이 완전히 혼합된 후, 사이클의 처음에 식별된다. 특정 질화 속도를 안정화하기 위해, DO 기기는 제어 유닛(8)과 함께 이용되어 가능한한 (로직에 의해 계산되거나 사용자에 의해 입력된) DO 설정값에 근접한 DO 농도를 격납장치(1) 안에서 유지한다. 암모늄 및/또는 NO3 기기는 NH4 및/또는 NO3 농도의 변화를 결정하는데 이용된다. TSS 기기와 함께, NH4 및/또는 NO3 농도의 변화는 처리 사이클의 반응 단계의 전부 또는 일부에 대해 구체적인 질화 속도를 계산하는데 이용될 수 있다. 또한, NH4 및/또는 NO3 기기는 격납장치(1)에서 실시간의 NH4 및/또는 NO3 농도의 지속적인 피드백을 위해 이용될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, COD, ORP, 수위, pH 및 온도 계측기를 포함하는 추가의 기기는 다른 공정 파라미터를 변형하거나 추가로 모니터하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 이용될 수 있다. 도 5는 어떻게 일 예의 용존 산소 설정값이 전체 호기성 기간에 대해 목표 유출 암모늄을 달성할 수 있는지 보여주는 반면, 다른 예의 용존 산소 설정값이 보다 짧은 호기성 기간으로 목표 유출 암모늄을 달성할 수 있는지 보여준다.
질화되어야 하는 질소 함량 및 가능한 질화 질량에 근거하여, 질화 운동 방정식은 사이클당 호기성 처리 방법에 필요한 총 시간을 계산하는데 이용될 수 있다. 사이클당 호기성 처리 방법에 필요한 전체 처리 시간을 계산하는 데 이용될 수 있는 질화 운동 방정식을 아래에 나타낸다:
Figure pct00004
여기서 NRX = 질화 속도, NNIT = 질화될 질소 함량, MLSS = 격납장치(1) 내 바이오매스 함량, 및 AT = 사이클당 호기성 시간이다. 목표 질소 설정값이 달성되지 않을 것이라고 결정되는 경우, 시스템은 반응 단계 동안 제어 알고리즘을 조정 또는 정정하기 위해 기기들로부터 실시간 데이터를 이용할 것이다.
활성오니법의 질화 용량을 자동적으로 제어하는 상술된 방법들 중 어느 하나를 이용함에 있어서, 상기 방법을 작동시키는 최소 DO 설정값을 선택함으로써 및/또는 각 처리 사이클 내에서 폭기 시간을 최소화함으로써 시스템의 에너지 소비는 감소된다. 이런 방식으로 산소를 제어 및 공급하는 것은 과도한 산소 공급을 최소화할 뿐만 아니라 낮은 DO 환경에 산소를 공급하며 이는 산소 전달 효율을 증진시킨다.
본 발명의 또 다른 구현 예에서, 활성오니법의 탈질소화 용량은 소정의 처리 사이클 동안 탈질소화될 질소 함량을 파악하여 무산소 처리 단계의 기간을 조정함으로써 자동적으로 제어된다. 소정의 처리 사이클 동안 탈질소화될 질소 함량은 격납장치(1) 내용물이 완전히 혼합된 후, 사이클의 처음에 식별된다. 유출 폐수 스트림 B 및/또는 유입 폐수 스트림 A에서 격납장치(1)에 위치된 기기(4)는 폐수의 질소 함량 및 온도를 측정하는데 이용될 수 있다. 질화될 질소 함량은 입력된 목표 질소 설정값과 비교되어, 처리 사이클 동안 탈질소화될 질소 함량을 예측한다. COD 기기는 이용가능한 유기 물질을 결정하는데 이용될 수 있으며, TSS 기기는 격납장치(1)에 존재하는 바이오매스를 식별하는데 이용될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, ORP, NO3, NO2, NH4, 수위, pH 및 온도 계측기를 포함하는 추가의 기기는 다른 공정 파라미터를 변형하거나 추가로 모니터하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 이용될 수 있다. 탈질소화되어야 하는 질소의 초기 함량 및 가능한 탈질소화 질량에 근거하여, 탈질소화 방정식은 사이클당 전체 무산소 시간을 계산하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 사이클당 전체 무산소 시간은 하기 방정식으로 계산될 수 있다:
Figure pct00005
여기서 DNRX = 탈질소화 속도, N DENIT = 탈질소화될 질소 함량, MLSS = 격납장치(1) 내 바이오매스 함량, AXT = 사이클당 무산소 시간이다.
탈질소화 용량은 폭기가 종료되었을 경우의 무산소 기간을 규정함으로써 조작된다. 본 발명의 일 구현 예에 있어서, 이후 수원은 혼합된다. 반응 단계의 무산소 시간의 지속은 탈질소화 속도의 함수이다. 본원에서 이용되는 "탈질소화 속도"는 질산염이 질소 가스로 전환되는 속도를 의미한다. 탈질소화 속도는 NH4 및 N03 기기(4)로 측정된 NH4 및/또는 N03 농도의 변화를 이용하고, 규정된 무산소 시간에 대해 TSS 기기로 반응기 바이오매스를 측정함으로써 결정될 수 있다. 탈질소화 속도는 사전에 수행된 수처리 사이클로부터, 현재의 수처리 사이클로부터, 및/또는 확립된 탈질소화 속도로부터 결정될 수 있다. 본 명세서에 이용된, 확립된 탈질소화 속도는 문헌에서 용이하게 발견될 수 있거나 다른 수원으로부터 계산될 수 있는 것이다. 탈질소화 속도는 하기 식에 의해 결정될 수 있다:
Figure pct00006
여기서 DNRX = 탈질소화 속도, NDENIT = 탈질소화될 질소 함량, MLSS = 격납장치(1) 내 바이오매스 함량, AXT = 무산소 시간이다. 무산소 시간은 격납장치(1) 내 DO 및 ORP 기기들(4)로부터 수신된 DO 및/또는 ORP 판독을 이용함으로써 결정될 수 있다. 시스템의 탈질소화 용량이 설정 요구량을 초과하는 기간 동안, 격납장치(1)의 혼합기는 이용되는 에너지량을 감소시키기 위해 차단될 수 있다. 또한, 수위, pH 및 온도 계측기는 처리방법의 다른 파라미터를 변형 및/또는 모니터하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용할 수 있다. 이전의 구현 예와 유사하게, 목표 질소 설정값이 달성되지 않을 것이라고 결정되는 경우, 시스템은 반응 단계 동안 제어 알고리즘을 조정 또는 정정하기 위해 기기들로부터의 실시간 데이터를 이용할 것이다.
도 6a 및 도 6b는 상술된 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 구현 예에 따른 질화 및 탈질소화 단계를 완료하는데 이용되는 로직을 도시한다. 로직의 일부가 도 6a에 도시되고 로직의 나머지가 도 6b에 계속됨에 유의한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 반응 단계가 완료된 후, 질화 및/또는 탈질소화 용량을 확인하고 예상 결과와 비교하기 위해 일련의 계산이 수행된다. 다음 사이클을 위한 제어 로직은 질화 불일치를 보상하고 유출수의 수질을 최적화하기 위해 조정된다.
질화 및 탈질소화의 자동 제어에 더하여, 본 발명은 또한 수원에서 생물학적 인 제거의 자동 제어방법에 관련된다. 상기 방법은 인, N03 또는 이의 조합의 기기(4)를 이용함으로써 제어되어, 처리 사이클의 혐기성 단계의 길이를 결정할 수 있다. 상기 방법은 수원에 산소 공급을 제한함으로써 생물학적 인 제거를 위한 반응 기간의 시작을 활용하며, 인, N03 또는 이의 조합의 기기(4)는 혐기성 환경을 확인하기 위해 이용된다. 처리 사이클의 혐기성 단계의 길이는 수원에서 인 함량의 변화율을 이용함으로써 결정될 수 있다. 안정적인 값으로부터 변화율이 감소하면, 산소의 제한은 유예된다. 처리 사이클의 혐기성 단계의 길이는 입력된 목표 인 설정값을 이용함으로써 결정될 수 있으며, 일단 설정값이 달성되면 산소의 제한은 유예된다. 목표 인 설정값은 사용자에 의해 입력된 바람직한 인 수준이다. 또한 처리 사이클의 혐기성 단계의 길이는 입력된 목표 질산염 설정값 및 입력된 혐기성 기간 설정값을 이용함으로써 결정될 수 있으며, 일단 수원 내 질산염 함량이 입력된 혐기성 기간 설정값에 대한 질산염 설정값 미만으로 떨어지면 산소 제한은 유예된다. 목표 질산염 설정값은 사용자에 의해 입력된 바람직한 질산염 수준이다. 혐기성 기간 설정값은 사용자에 의해 입력된 바와 같이 목표 질산염 설정값에 도달한 후 산소가 제한되는 기간이다. 또한, 처리 사이클의 혐기성 단계의 길이는 수원의 질산염 함량과 독립적으로, 사용자 입력의 최소 및 최대 기간 설정값으로부터 선택될 수 있다. 또한, 처리의 혐기성 단계의 길이를 결정하는 방법은 제어를 위해 함께 결합될 수 있으며 함께 이용될 수 있다. 일단 산소 공급의 부재의 기간이 수원의 파라미터 또는 기설정된 시간에 근거하여 결정되면, 처리 사이클의 호기성 단계를 창출하기 위해 시스템에 공기가 제공된다.
혐기성 기간에 이은 호기성 기간은 고급 또는 과잉의 인 섭취를 조장한다. ORP, DO, 인 및/또는 N03 기기는 고급 또는 과잉의 인 섭취 다음에 시스템이 혐기성 상태에 도달하지 않도록, 초기 혐기성 단계 후 반응 단계의 모든 기간 동안 모니터링된다. 기기가 격납장치(1)의 혐기성 환경을 표시하는 경우, 폭기 시스템(10)은 격납장치(1)를 무산소 또는 호기성 환경으로 변형시키도록 켜질 수 있다.
본 발명에 따른 다른 구현 예에서, 활성오니법의 고형물 보유시간(SRT)은 수원에서 총 부유 고형물, NH4, NO3 및/또는 온도를 측정하고 폐기된 바이오매스를 조정함으로써 제어될 수 있다. 폐기된 바이오매스 함량은 수원에 대해 계산된 목표 SRT을 기초로 한다. 질화균 성장률이 계산될 수 있으며 시스템에 필요한 호기성 SRT을 결정하는데 이용될 수 있다. 호기성 SRT 및 일일 호기성 시간은 시스템에 필요한 총 SRT을 계산하는데 이용될 수 있다. 총 SRT은 부유 고형물의 입자가 폐수 처리 시스템에 남아있는 평균 시간이다. 또한, 본 명세서에 이용된 용어 "질화균 성장률(nitrifier growth rate)"은 환경에서 질소 소모 미생물이 성장하는 속도이다.
특정 구현 예에서, 수원에 대한 질화 성장률은 질화 속도, 질화균 수율 계수, 수원의 바이오매스, 수원의 온도, 또는 이의 조합으로부터 계산될 수 있다. 질화 속도는 사전에 수행된 수처리 사이클로부터, 현재의 수처리 사이클로부터, 확립된 질화 속도로부터, 또는 이의 조합으로부터 결정될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 이용된 용어 "질화균 수율 계수(nitrifier yield coefficient)"는 산화된 질소 함량당 생성된 질화 바이오매스 함량을 말한다. 질화균 수율 계수는 확립된 값에 근거해 선택될 수 있으며, 확립된 값은 문헌에서 용이하게 찾을 수 있거나 다른 수원으로부터 계산될 수 있다.
특정 구현 예에서, 격납장치(1)에 위치된 TSS 기기는 폐활성 슬러지(waste activated sludge)(WSS) TSS 기기 및 WAS 유량계(flow meter) 또는 지시자와 함께 이용되어, 격납장치 내 바이오매스 및 사이클(및 일일)당 폐기된 바이오매스를 식별할 수 있다. 또한 수위, pH, 온도, NH4, NO3, N02 , DO, 및 ORP 기기는 다른 파라미터를 변형 및 모니터하기 위해, 개별적으로 또는 조합으로 이용할 수 있다.
제어 알고리즘은 기기들로부터 계산된 데이터와 함께 이용되어, 시스템에 대한 질화균 성장률로부터 유도된 슬러지 일령(sludge age)에서 바이오매스를 안정화하도록 일일 폐수 시간을 자동적으로 조정할 수 있다. 제어 알고리즘은 하기 나타낸 바와 같은 목표 총 SRT 계산을 포함한다:
Figure pct00007
Figure pct00008
여기서 GRN = 질화균 성장률, NRX = 질화 속도, YN = 질화균 수율 계수, SRTA = 호기성 슬러지 보유시간, SF = 안정 인자, ATD = 일일 폭기 시간, SRT = 총 슬러지 보유시간이다. 본원에서 사용되는 용어 안정 인자는 폐수 변수(variations)를 참작한 승수(multiplier)를 의미한다.
또한 하기 나타낸 바와 같이, 제어 알고리즘은 현재의 슬러지 보유시간의 계산을 포함한다:
Figure pct00009
여기서 SRT CUR = 현재의 슬러지 보유시간, Mass MLSS = 격납장치(1) 내 바이오매스 질량, Mass WAS = 일일 폐활성 슬러지 질량이다.
특정 구현 예에서, 폐기된 바이오매스 함량은 수원에 대한 목표 SRT 및 수원에 대한 현재의 바이오매스 사이의 차이에 근거해 조정된다. 폐기된 바이오매스 함량은 폐기 기간의 지속시간 및/또는 바이오매스가 폐기되는 유량을 변형함으로써 조정된다. 폐기 기간의 지속시간이 조정될 수 있는 예는 바이오매스를 폐기하는 펌프의 작동 시간을 증가시키는 것이다. 바이오매스가 폐기되는 유량이 조정될 수 있는 예는 바이오매스를 폐기하는 펌프의 속도를 다르게 하는 것이다. 폐기되는 바이오매스를 제어하기 위해 이용될 수 있는 다른 메커니즘은 제어 밸브이다.
도 8은 상술된 바와 같이 본 발명의 일 구현 예에 따른 슬러지 일령을 조정하는데 이용되는 로직을 보여준다. 도 8에 도시된 바와 같이, 사이클이 완료된 후, 다음 사이클의 폐기 시간을 결정하기 위해 일련의 계산이 수행될 수 있다. 폐기 시간은 구체적인 질화균 성장률을 이용하여, 상기 계산된 목표의 SRT 설정값에 근거하여 결정된다.
도 7을 참고하면, 본 발명은 지속적인 유입 흐름 및 예비-반응 벽(30)을 이용할 수 있다. 예비-반응 벽(30)은 유입 폐수가 들어가는 격납장치(1)의 제1 말단(2) 근처에 위치된다. 격납장치(1)의 제1 말단(2) 및 예비-반응 벽(30) 사이에 위치된 영역은 예비 반응 구역(32)이다. 이런 구현 예에서, 처리방법은 예비 반응구역(32) 내의 조건을 활용하여 추가로 최적화될 수 있다. 예비 반응구역(32)에서 발견되는 높은 음식물 질량비 때문에, 이는 동시적 질화 및 탈질소화에 이상적인 위치이다. 동시적 질화 및 탈질소화는 DO, ORP, NO2, NO3, 및/또는 NH4 농도에 관련된 환경을 최적화함으로써 예비 반응구역(32)에서 수행된다. 상기 방법은 폭기 및/또는 혼합 단계로 제어된다. 별개의 폭기 시스템(33)은 자동화된 제어 밸브와 함께 예비 반응구역(32)에서 이용되어, 주요-반응구역(34)의 그것과 독립적으로 예비 반응구역(32)에 이용되는 폭기의 함량을 조정할 수 있다. 제어 밸브는 최대량의 공기 흐름을 허용하는 완전히 개방된 위치, 공기 흐름이 허용되지 않는 완전히 폐쇄된 위치, 및 완전한 개방 및 폐쇄 위치 중 임의의 비율로, 폭기 시스템(33)을 조정할 수 있는 임의의 장치일 수 있다.
본 발명은 수원의 NH4 및 NO3를 측정하고 이의 제1차 및 제2차 미분을 계산함으로써, 동시적 질화 및 탈질소화 공정을 위한 폭기 및/또는 혼합 단계를 제어할 수 있다. 본 명세서에서 이용된 "제1차 미분(first order derivative)"은 일정기간에 대해 임의의 2개의 암모늄 및/또는 질산염 측정치 사이의 변화율을 말한다. 또한, 본 명세서에서 이용된 "제2차 미분(second order derivative)"은 일정기간에 대해 임의의 2개의 암모늄 및/또는 질산염 측정치 사이의 변화율에 있어서의 변화(variation)를 언급한다. 제1차 및/또는 제2차 미분의 변화는 수원에 산소의 공급을 가능 또는 불가능하게 하는데 이용될 수 있다. 수원에서 암모늄의 제2차 미분의 감소는 수원에 산소의 공급을 불가능하게 하는데 이용될 수 있는 반면, 수원에서 암모늄의 제2차 미분의 증가는 수원에 산소의 공급을 가능하게 하는데 이용될 수 있다. 또한, 수원에서 질산염의 제2차 미분의 증가는 수원에 산소의 공급을 불가능하게 하는데 이용될 수 있는 반면, 수원에서 질산염의 제2차 미분의 감소는 수원에 산소의 공급을 가능하게 하는데 이용될 수 있다. 또한, 수원에서 암모늄 또는 질산염의 제1차 미분이 0인 경우 산소의 공급은 가능 또는 불가능할 수 있다. 산소 공급이 가능한 기간 동안, 공급되는 산소 함량은 제어 밸브 또는 산소를 공급하는 장치의 속도를 조정함에 따라 달라질 수 있다. 산소 공급이 불가능한 기간 동안, 수원은 혼합될 수 있으며 여기서 상기 혼합은 혼합 장치에 의해 발생될 수 있으며 혼합 장치의 속도는 달라질 수 있다.
다시 도 7을 참고하면, 예비 반응구역(32) 및 주요-반응구역(34) 사이의 질소 및 유기물 부하(organic load)의 혼합 및 재순환을 제어하기 위해 프로펠러 펌프(36)가 예비-반응 벽(30) 내에 설치될 수 있다. 특정 구현 예에서, 다수의 프로펠러 펌프(36)가 이용된다. 예비 반응구역(32) 및 주요-반응구역(34) 사이의 혼합 및 재순환을 제어함으로써, 기질 및 유입물 부하 분포는 보다 나은 질화, 탈질소화 및 생물학적 인 제거를 획득하도록 최적화될 수 있다. 프로펠러 펌프(36)는 100% 작동 속도 같은 다양한 속도로 작동할 수 있거나, 일부 또는 전부의 반응 단계에 대하여 완전히 꺼질 수 있다. 일 구현 예에서, 프로펠러 펌프(36)는 Xylem, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 Flygt Model 4600 시리즈의 수평의 프로펠러 펌프이다. 프로펠러 펌프(36), 및 예비 반응구역(32) 및 주요-반응구역(34) 둘 다의 폭기 시스템(10, 33)은 개별적으로 또는 조합으로, COD, DO, ORP, pH, NO3, NO2, NH4 및 온도 계측기를 이용함으로써 격납장치(1)의 조건을 최적화하기 위해 함께 또는 개별적으로 이용될 수 있다.
반응 단계의 일부분인 폭기 및 혼합 기간을 최척화하는 것에 더하여, 디켄트 단계 및 시스템의 유압은 또한 유출수의 수질을 유지하면서 에너지 효율을 최적화하기 위해 이용될 수 있다. 본 명세서에 이용된 "디켄트 단계"는 호기성, 무산소 및/또는 혐기성 단계 후의 기간으로, 디켄터 또는 다른 제거 메커니즘(42)이 활성화되는 기간을 언급한다. 간헐적 또는 지속적 유입 흐름을 갖는 시스템에 대하여, 각 사이클에 가능한한 높은 격납장치(1) 내 수위를 유지하기 위해 예측 제어(predictive controls)가 이용될 수 있다. 폭기 동안 보다 높은 작동 수위는 보다 낮은 수위에서보다 높은 산소 전달 효율을 제공할 것이다. 예측 제어는 마지막 사이클 공급률(fill rate), 격납장치(1) 당 사이클당 총 부피, 현재의 유입수 유량, 과거 매일 흐름 경향(주간 피크와 지속 시간), 및/또는 하수관/펌프 스테이션 네트워크와 같은 정보를 제공하기 위한, 유입수 유량계, 슬러지 블랭킷 모니터, 및/또는 격납장치(1) 레벨 전송기로부터의 피드백을 포함할 것이다. 디켄트 부피 및 기간은 사이클마다 달라질 수 있으나, 독립 제어 알고리즘이 유입수 유량에 근거하여 필요하다고 결정하지 않는 한 각 사이클의 총 길이는 변하지 않을 것이며 각 격납장치(1)의 디켄트 사이의 시간 또한 달라지지 않을 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 바이오매스 폐기물은 펌프 같은 장치(40)를 통해 제거되며 폐수는 별도로 예컨대 디켄터 또는 다른 제거 메커니즘(42)을 통하여 격납장치(1)로부터 디켄트된다.
특정 구현 예에서, 격납장치(1)로부터 제거되는 물의 함량은 자동적으로 제어될 수 있다. 격납장치(1)로부터 제거되는 물 함량을 자동적으로 제어하기 위해, 격납장치(1)에서 수원의 수위, 유수량, 슬러지 블랭킷 높이, 또는 이의 조합이 측정될 수 있다. 용어 "슬러지 블랭킷 높이(sludge blanket height)"는 침전 고형물의 구역 또는 지정된 공간의 높이를 의미한다. 상술한 바와 같이, 이러한 정보는 이에 제한되는 것은 아니나, 유입수 유량계, 슬러지 블랭킷 모니터 및 격납장치(1)레벨 전송기를 포함하는 기기들(4)에 의해 측정될 수 있다. 또한, 사전의 처리 사이클, 현재의 처리 사이클, 또는 예상되는 장래 처리 사이클의 유압 성능은 격납장치(1)의 물이 제어되는 처리 사이클의 디켄트 단계의 처음에 결정된다. 특정 구현 예에서, 사전의 처리 사이클의 유압 성능은 사전의 처리 사이클로부터의 유수량 데이터를 이용하여 결정된다. 다른 구현 예에서, 사전의 처리 사이클의 유압 성능은 사전의 처리 사이클로부터 처리 사이클 물 공급률, 총 물 부피, 또는 이의 조합을 이용하여 결정된다. 본원에서 사용된 용어 "공급률(fill rate)"은 일정기간 동안 수위 변화를 말하며, 용어 "총 물 부피"는 1 사이클의 기간 동안 격납장치를 채우는 물의 부피를 말한다. 또한, 특정 구현 예에서, 현재의 처리 사이클의 유압 성능은 현재의 유수량 데이터를 이용하여 결정되며, 예상되는 장래 처리 사이클의 유압 성능은 하수관 또는 펌프 스테이션 네트워크 흐름 데이터를 이용하여 결정된다.
특정 파라미터를 측정하고 유압 성능을 결정한 후, 소정의 처리 사이클에 대해 격납장치(1)로부터 제거될 물의 목표 부피가 계산될 수 있다. 제거될 물의 부피는 격납장치(1)의 수위 또는 격납장치(1)로부터 유출수 B의 유수율을 모니터링하여 제어 유닛(8)에 의해 자동적으로 제어될 수 있다. 제거되는 물의 부피를 결정하기 위해 격납장치(1)의 수위는 격납장치(1)의 알려진 표면적과 함께 이용된다. 제거되는 물의 부피를 결정하기 위해, 격납장치(1)로부터 유출수 B의 유수율은 디켄터 또는 다른 제거 장치(42)가 활성화된 기간에 대해 총계될 수 있다. 또한, 소정의 처리 사이클에 대하여 격납장치(1)로부터 제거될 물의 계산된 부피가 달성된 다음에는 격납장치(1)로부터 물의 제거는 종료된다.
본 발명은 배치 반응기 같은 격납장치(1)에서 자동적으로 폐수를 처리하는 폐수 처리방법을 제공한다. 위에서 상세히 설명한 바와 같이, 상기 방법은 다른 것들 중에서 제어 알고리즘을 이용하여, 조작자 입력없이 실시간 계측 피드백을 기초로 설정값 및 호기성, 혐기성, 및 무산소 기간을 자동적으로 선택한다. 본 발명은 설정값 입력에 관련된 오류 및 시간을 감소시킴으로써 조작자에게 보다 효율적일 뿐만 아니라, 유출수의 수질을 최적화하면서 전체 처리방법을 통해 에너지를 절약한다.
본 발명의 다양한 구현 예들이 상기 상세한 설명에 제공되었으며, 당해 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이들 구현 예에 변형 및 변경을 가할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 개시는, 가능한 한, 하나 이상의 특징의 임의의 구현 예가 하나 이상의 특징의 임의의 다른 구현 예와 결합될 수 있음을 고려하는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 상기 상세한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다.

Claims (45)

  1. 수원에서 질소 및 온도를 측정하는 단계;
    수원의 처리 사이클의 처음에, 처리 사이클 동안 질화될 질소 함량을 결정하는 단계;
    질화될 질소 함량으로부터 용존 산소의 설정값, 호기성 처리 단계의 기간, 또는 이의 조합을 계산하는 단계; 및
    산소를 수원에 용해시키는 단계를 포함하며,
    수원에 용해되는 산소의 함량 및 기간은 계산된 용존 산소의 설정값, 호기성 처리 단계의 기간, 또는 이의 조합에 근거하여 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어되는, 수원의 질화 용량의 자동 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    수원 내 유기 물질의 함량을 결정하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    수원 내 바이오매스(biomass)의 함량을 식별하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    처리 사이클 동안 질화될 질소 함량은 수원 내 측정된 질소 및 입력된 목표 질소 설정값을 비교함으로써 처리 사이클의 처음에 결정되는, 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    수처리 사이클 동안 질화를 위한 용존 산소의 설정값은 하기 식(Ⅰ)에 의해 결정되는, 제어방법:
    Figure pct00010
    (Ⅰ)
    여기서 NRX = 질화 속도, NR MAX = 최대 질화 속도, DO = 용존 산소 농도, K0 = 용존 산소에 대한 반포화 상수, NH4 = 유출 암모늄 농도, 및 KN = 질화균에 대한 반포화 상수이다.
  6. 제5항에 있어서,
    질화 속도 및 최대 질화 속도는 사전에 수행된 수처리 사이클로부터, 현재의 수처리 사이클로부터, 확립된 질화 속도로부터, 또는 이의 조합으로부터 결정되는, 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    수원에 대한 질화 속도는 하기 식(Ⅱ)에 의해 결정되는, 제어방법:
    Figure pct00011
    (Ⅱ)
    여기서 NRX = 질화 속도, NNIT = 질화될 질소 함량, MLSS = 격납장치(1) 내 바이오매스 함량, 및 AT = 호기성 시간이다.
  8. 제1항에 있어서,
    수처리 사이클 동안 질화를 위한 호기성 처리 단계의 기간은 계산된 용존 산소의 설정값, 입력된 용존 산소의 설정값, 수처리 사이클의 처음에 결정된 질소 함량, 수원 내 검출된 유기물 부하(organic load)의 함량, 수원 내 바이오매스의 함량, 또는 이의 조합으로부터 결정되는, 제어방법.
  9. 제1항에 있어서,
    수처리 사이클 동안 질화를 위한 호기성 단계의 기간은 하기 식 (Ⅲ)에 의해 결정되는, 제어방법:
    Figure pct00012
    (Ⅲ)
    여기서 NRX = 수처리 방법의 질화 속도, NNIT = 질화될 질소 함량, MLSS = 격납장치 내 바이오매스 함량, 및 AT = 사이클당 호기성 시간이다.
  10. 제1항에 있어서,
    목표 질소 설정값이 달성되지 않을 것이라고 판단되는 경우, 계산된 용존 산소의 설정값 또는 수처리 사이클 동안 호기성 처리 단계의 계산된 기간을 조정하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  11. 수원에서 질소 및 온도를 측정하는 단계;
    수원의 처리 사이클의 처음에, 처리 사이클 동안 탈질소화될 질소 함량을 결정하는 단계;
    탈질소화를 위한 무산소 처리 단계의 기간을 계산하는 단계; 및
    수원에 산소 공급을 종료하는 단계를 포함하며,
    산소 공급의 종료의 지속은 무산소 처리 단계를 위해 계산된 기간에 근거하여 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어되는, 수원 내 탈질소화 용량의 자동 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    수원 내 유기 물질의 함량을 결정하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    수원 내 바이오매스(biomass)의 함량을 식별하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    처리 사이클 동안 탈질소화될 질소 함량은 수원 내 측정된 질소 및 입력된 목표 질소 설정값을 비교함으로써 처리 사이클의 처음에 결정되는, 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    수처리 사이클 동안 탈질소화를 위한 무산소 처리의 기간은 탈질소화 속도에 의해 결정되는, 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    탈질소화 속도는 사전에 수행된 수처리 사이클로부터, 현재의 수처리 사이클로부터, 확립된 질화 속도로부터, 또는 이의 조합으로부터 결정되는, 제어방법.
  17. 제15항에 있어서,
    수원에 대한 탈질소화 속도는 하기 식(Ⅳ)에 의해 결정되는, 제어방법:
    Figure pct00013
    (Ⅳ)
    여기서 DNRX = 탈질소화 속도, N DENIT = 탈질소화될 질소 함량, MLSS = 격납장치 내 바이오매스 함량, 및 AXT = 무산소 시간이다.
  18. 제17항에 있어서,
    수처리 사이클 동안 탈질소화를 위한 무산소 단계의 기간은 하기 식(Ⅴ)에 의해 결정되는, 제어방법:
    Figure pct00014
    (Ⅴ)
    여기서 DNRX = 탈질소화 속도, N DENIT = 탈질소화될 질소 함량, MLSS = 격납장치 내 바이오매스 함량, 및 AXT = 사이클당 무산소 시간이다.
  19. 제11항에 있어서,
    목표 질소 설정값이 달성되지 않을 것이라고 판단되는 경우, 수처리 사이클 동안 무산소 처리 단계의 기간을 조정하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  20. 제11항에 있어서,
    산소 공급이 종료되는 경우 수원을 혼합하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  21. 수원에서 총 부유 고형물, 암모늄, 질산염, 온도, 또는 이의 조합을 측정하는 단계;
    폐기된 바이오매스 함량을 결정하는 단계;
    수원의 질화균 성장률을 계산하는 단계;
    질화균 성장률을 이용하여 수원의 목표 SRT을 계산하는 단계; 및
    폐기된 바이오매스의 목표 함량을 계산하는 단계를 포함하며,
    폐기된 바이오매스의 목표 함량은 폐기의 기간, 폐기의 유량, 또는 이의 조합의 변형(modifying)을 기초로 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어되는, 수원 내 고형물 보유시간(SRT)의 자동 제어방법.
  22. 제21항에 있어서,
    폐기된 바이오매스의 함량은 수원 흐름 지시자 및 수원의 총 부유 고형물 측정값을 이용하여 결정되는, 제어방법.
  23. 제21항에 있어서,
    수원의 질화균 성장률은 질화 속도, 질화균 수율 계수, 수원의 바이오매스, 수원의 온도, 또는 이의 조합으로부터 계산되는, 제어방법.
  24. 제23항에 있어서,
    질화 속도는 사전에 수행된 수처리 사이클로부터, 현재의 수처리 사이클로부터, 확립된 질화 속도로부터, 또는 이의 조합으로부터 결정되는, 제어방법.
  25. 제23항에 있어서,
    질화균 수율 계수는 확립된 값을 근거로 선택되는, 제어방법.
  26. 제21항에 있어서,
    질화균 성장률은 하기 식(Ⅵ)으로부터 계산되는, 제어방법:
    Figure pct00015

    여기서 GRN = 질화균 성장률, NRX = 질화 속도, 및 YN = 질화균 수율 계수이다.
  27. 제21항에 있어서,
    수원의 목표 SRT은 수원의 질화균 성장률, 안정 인자, 일일 호기성 시간, 또는 이의 조합으로부터 계산되는, 제어방법.
  28. 제21항에 있어서,
    폐기된 바이오매스의 함량은 하기 식(Ⅶ)으로부터 계산되는, 제어방법:
    Figure pct00016

    여기서 Mass WAS = 폐기될 목표 질량, Mass MLSS = 격납장치(1) 내 바이오매스 질량, 및 SRT = 목표 슬러지 보유시간이다.
  29. 격납장치 내 수원의 수위, 유수량, 슬러지 블랭킷 높이, 또는 이의 조합을 측정하는 단계;
    수원의 처리 사이클의 디켄트 단계의 처음에, 사전의 처리 사이클, 현재의 처리 사이클, 예상되는 처리 사이클, 또는 이의 조합의 유압 성능을 결정하는 단계;
    사전의 처리 사이클, 현재의 처리 사이클, 예상되는 처리 사이클, 또는 이의 조합의 유압 성능을 이용하여, 소정의 처리 사이클에 대해 격납장치로부터 제거될 물의 부피를 계산하는 단계;
    여기서, 격납장치로부터 제거되는 물의 부피는 격납장치의 수위 또는 격납장치로부터 유출수 B의 유수율을 모니터링함으로써 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어됨; 및
    소정의 처리 사이클에 대해 격납장치로부터 제거될 계산된 물의 부피가 달성되면 격납장치로부터 물의 제거를 종료하는 단계를 포함하는, 격납장치로부터 물의 제거의 자동 제어방법.
  30. 제29항에 있어서,
    사전의 처리 사이클의 유압 성능은 사전의 처리 사이클로부터 유수량 데이터를 이용하여 결정되는, 제어방법.
  31. 제29항에 있어서,
    사전의 처리 사이클의 유압 성능은 사전의 처리 사이클로부터, 처리 사이클 물 공급률, 총 물의 부피, 또는 이의 조합을 이용하여 결정되는, 제어방법.
  32. 제29항에 있어서,
    현재의 처리 사이클의 유압 성능은 현재의 유수량 데이터를 이용함으로써 결정되는, 제어방법.
  33. 제29항에 있어서,
    예상되는 처리 사이클의 유압 성능은 하수관 또는 펌프 스테이션 네트워크 흐름 데이터를 이용하여 결정되는, 제어방법.
  34. 수원에서 질산염, 인, 또는 이의 조합으로부터 선택된 파라미터를 측정하는 단계;
    수원에서 측정된 파라미터에 근거하여 처리 사이클의 혐기성 단계의 길이를 결정하는 단계;
    수원에 산소 공급을 제한하는 단계, 여기서 산소 공급 제한의 기간은 수원에서 측정된 파라미터 또는 기설정된 시간에 근거하여 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어됨; 및
    산소 제한의 기간이 완료될 것으로 결정된 후 산소를 수원에 용해시키는 단계를 포함하는, 수원 내 생물학적 인 제거의 자동 제어방법.
  35. 제34항에 있어서,
    처리 사이클의 혐기성 단계의 길이를 결정하는 단계는 수원의 인 함량의 변화율을 이용하는 단계를 포함하는, 제어방법.
  36. 제34항에 있어서,
    처리 사이클의 혐기성 단계의 길이를 결정하는 단계는 입력된 인 설정값을 이용하는 단계 및 수원 내 인 함량이 인 설정값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는, 제어방법.
  37. 제34항에 있어서,
    처리 사이클의 혐기성 단계의 길이는 질산염 설정값 및 입력된 혐기성 기간 설정값을 입력하는 단계 및 수원 내 질산염 함량이 입력된 혐기성 기간 설정값에 대한 질산염 설정값 미만으로 떨어지는 때를 결정하는 단계에 의해 결정되는, 제어방법.
  38. 제34항에 있어서,
    입력된 질산염 설정값을 이용하여 초기의 혐기성 단계 후 처리 사이클의 장래의 혐기성 단계를 방지하는 단계 및 수원 내 질산염이 입력된 질산염 설정값 미만으로 떨어지는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  39. 제34항에 있어서,
    산소 공급 제한의 기간을 규정하는 기설정된 시간은 최소 기간, 최대 기간, 또는 이의 조합에 대하여 입력된 설정값인, 제어방법.
  40. 수원에서 암모늄 및 질산염을 측정하는 단계;
    수원에서 측정된 암모늄 및 질산염에 근거하여 제1차 미분을 계산하는 단계;
    수원에서 측정된 암모늄 및 질산염에 근거하여 제2차 미분을 계산하는 단계; 및
    수원에 산소의 공급을 가능 및 불가능하게 하는 제1차 미분, 제2차 미분, 또는 이의 조합을 이용하는 단계를 포함하며,
    산소 공급은 제어 유닛에 의해 자동적으로 제어되는, 수원 내 동시적 질화 및 탈질소화의 자동 제어방법.
  41. 제40항에 있어서,
    수원에 산소의 공급이 불가능하도록 수원에서 암모늄의 제2차 미분의 감소 및 수원에 산소의 공급이 가능하도록 수원에서 암모늄의 제2차 미분의 증가를 이용하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  42. 제40항에 있어서,
    수원에 산소의 공급이 가능하도록 수원에서 질산염의 제2차 미분의 감소 및 수원에 산소의 공급이 불가능하도록 수원에서 질산염의 제2차 미분의 증가를 이용하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  43. 제40항에 있어서,
    수원에 산소의 공급은 수원에서 측정된 암모늄 또는 질산염의 제1차 미분이 0인 경우 가능 또는 불가능하게 되는, 제어방법.
  44. 제40항에 있어서,
    산소 공급이 불가능한 경우 수원을 혼합하는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
  45. 제40항에 있어서,
    산소 공급이 가능한 경우 수원에 공급되는 산소 함량을 변화시키는 단계를 더 포함하는, 제어방법.
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