KR20180076454A - Method of controlling electric energy in wastewater treatment operation for energy saving - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an energy control method in a sewage treatment plant, which comprises the following steps: measuring a sewage inflow amount at predetermined time intervals; calculating the air blowing amount supplied to an aeration tank using the sewage inflow amount measured at predetermined time intervals; and controlling the air blowing amount based on the calculated air blowing amount.

Description

에너지 절감을 위한 하수 처리장에서의 에너지 제어 방법 {METHOD OF CONTROLLING ELECTRIC ENERGY IN WASTEWATER TREATMENT OPERATION FOR ENERGY SAVING}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an energy control method for a sewage treatment plant,

본 발명은 하수 처리장에서의 에너지 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 에너지 절감을 위해 하수 처리장에서 에너지를 실시간으로 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling energy in a sewage treatment plant, and more particularly, to a method of controlling energy in a sewage treatment plant in real time for energy saving.

최근 하수 처리장의 방류수 수질기준의 규제가 강화되면서, 방류 수질을 안정적으로 유지시키면서 동시에 처리 비용을 절감시키기 위하여 하수처리시스템의 고도화 및 최적 운전의 필요성이 대두되고 있다. 하수 처리공정에서 유입 원수 내 오염물질을 제거하기 위해 생물학적 처리를 주로 수행하며, 오염물질 중 탄소와 질소는 생물반응조 내 산소를 이용한 산화반응을 통해 제거된다.Recently, as regulations on water quality standards for effluent water in sewage treatment plants are strengthened, there is a need for upgrading sewage treatment systems and optimally operating them in order to maintain the discharge water quality stably and to reduce the treatment cost. In the sewage treatment process, biological treatment is mainly performed to remove pollutants in the incoming water, and carbon and nitrogen in the pollutants are removed through oxidation reaction using oxygen in the bioreactor.

하수 처리장은 주민 혐오시설 및 에너지 소비시설로 인식될 수가 있다. 하지만, 하수 처리장은 일련의 수처리 설비에서 마지막 처리를 담당하고 있기에, 완벽히 처리되지 않은 하수가 방류수계로 배출될 경우, 수계 수질 오염을 유발하고, 종국에는 인간이 사용할 수 있는 수자원의 감소를 유발하기에, 처리에 막대한 비용 및 에너지가 소비되더라도 안정적인 처리 성능 유지가 하수처리장의 가장 핵심적인 운전 목표로 설정되어 왔다.The sewage treatment plant can be recognized as a residential hate facility and an energy consumption facility. However, since the sewage treatment plant is responsible for the final treatment in a series of water treatment facilities, if untreated sewage is discharged to the discharge water system, it causes water pollution and ultimately causes a decrease in the water resources available to humans , Maintaining stable processing performance has been set as the most important operation target of the sewage treatment plant, even if enormous cost and energy is consumed in the treatment.

하지만, 최근 급격한 인구 증가에 따른 에너지 소비량의 증가로 인해, 기존 자원을 절약해야 할 뿐만 아니라 현재 과다하게 소비되고 있는 에너지 사용 시설에 대한 정부차원에서의 규제가 강화되고 있는 시점에서, 대표적인 에너지 소비 시설로 인식되어 왔던 하수처리장도 에너지 절감의 대상이 될 수밖에 없다. However, due to the recent increase in energy consumption due to rapid population growth, not only the existing resources have to be saved, but at the time of government regulations on energy use facilities that are currently being consumed excessively, The sewage treatment plant, which has been recognized as a source of energy savings, is also subject to energy conservation.

대부분 하수 처리장의 관리자는 자신의 경험과 지식에 기반하여 하수처리장의 운영 상태를 진단하고, 안정적인 하수 처리를 최우선으로 고려하기 때문에, 에너지 소비 측면을 고려하지 않고 운전 조건을 과다하게 설정하여 운영하는 경우가 빈번하다. Most managers of sewage treatment plants diagnose the operation status of sewage treatment plants based on their experience and knowledge and consider stable sewage treatment as the top priority. Are frequent.

이와 관련하여, 한국 공개특허 제10-2014-0117966호는 "하수처리장 에너지소비상태 진단에 따른 에너지 절감 예측시스템 및 방법"에 관한 것으로서, 하수처리장의 단위 장치 중 가장 큰 부분을 차지하고 있는 송풍기를 대상으로 하고 있으며, 부하 변동에 따라 적절한 DO(용존산소) 설정값을 제시하고, P, PI 및 PID(Proportional Integral Differential) 제어기를 사용하는 일련의 제어를 적용하여 효율적으로 송풍기를 구동하는 것을 제시하고 있다. In this regard, Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0117966 relates to a "system and method for estimating energy saving based on the diagnosis of energy consumption state of a sewage treatment plant", which is a device , Suggesting proper DO (dissolved oxygen) set value according to load variation, and applying a series of control using P, PI and Proportional Integral Differential (PID) controller to efficiently drive the blower .

즉, 하수처리장의 유입/유출 수질 데이터 및 공정운영 데이터를 저장하는 데이터베이스로부터 에너지소비상태 진단에 필요한 데이터를 호출하는 데이터호출부, 데이터호출부로부터 호출된 데이터를 전달받아 호출된 데이터에 대해 다변량 통계 분석기법을 적용하여 호출된 데이터에 내재되어 있는 에너지소비상태에 관한 정보를 추출하여 상기 추출된 에너지 소비상태에 관한 정보로부터 에너지소비상태 진단결과를 도출하는 에너지소비상태 진단부, 에너지소비상태 진단부로부터 도출된 진단결과를 의미하는 그룹에 따라 사전에 설정된 에너지절감이 가능한 운전조건을 호출하는 에너지절감 운전조건 호출부, 에너지절감 운전조건 호출부로부터 호출된 운전조건에 따라 다항회귀분석기법을 적용하여 에너지절감량을 예측하는 에너지소비 절감량 예측부, 및 에너지소비 절감량 예측부에 의해 예측된 운전조건을 하수처리장의 펌프 및 송풍기를 포함하는 구동기(actuator)에 적용하는 에너지절감 운전조건 적용부를 포함하는 것을 특징으로 한다. That is, a data calling unit for calling data necessary for diagnosis of energy consumption state from a database storing the inflow / outflow water quality data and the operation data of the sewage treatment plant, and the data called by the data calling unit, An energy consumption status diagnosis unit for extracting information on an energy consumption state inherent in the called data by applying an analysis technique and deriving an energy consumption status diagnosis result from information on the extracted energy consumption status, Energy saving operation condition call part which calls a pre-set energy saving operation condition according to the group indicating diagnosis result derived from the energy saving operation condition calling part, and polynomial regression method according to the operation condition called from the energy saving operation condition calling part Reduced energy consumption to predict energy savings And an energy saving operation condition applying unit for applying the operation condition predicted by the predictor and the energy consumption reduction amount predicting unit to an actuator including a pump and a blower of a sewage treatment plant.

여기서, 데이터호출부는 하수처리장의 유입/유출 수질 데이터 및 공정운영 데이터를 저장하는 데이터베이스로부터 에너지소비상태 진단에 필요한 데이터를 호출하는데, 유입/유출 수질 데이터는 유입/유출유량과 유입/유출성분농도(DO, BOD5, CODMn, SS, TN, TP 등)를 포함한다. 하지만, 이러한 유입/유출성분농도(DO, BOD5, CODMn, SS, TN, TP 등) 등은 실시간으로 측정하기 어렵다는 단점이 있다. 실제로 하수 처리장에 위 성분농도 등을 측정하기 위한 센서가 장착되어 있지만, 하수라는 특성 상 센서가 정상적으로 작동하기가 어렵다는 단점도 있다.Here, the data calling unit calls the data necessary for diagnosis of the energy consumption state from the database storing the inflow / outflow water quality data and the operation data of the sewage treatment plant. The inflow / outflow water quality data includes the inflow / outflow flow rate and the inflow / DO, BOD 5 , COD Mn , SS, TN, TP, etc.). However, such inflow / outflow component concentrations (DO, BOD 5 , COD Mn , SS, TN, TP, etc.) are difficult to measure in real time. Actually, there is a sensor for measuring concentration of stomach components in a sewage treatment plant, but there is a disadvantage that it is difficult for the sensor to operate normally due to the characteristic of sewage.

본 발명은 하수의 성분농도 등의 측정에 전적으로 의존하지 않고 하수 처리장의 에너지를 실시간으로 제어할 수 있는 에너지 제어 방법을 제공한다.The present invention provides an energy control method capable of real-time controlling the energy of a sewage treatment plant without depending entirely on the measurement of the component concentration of the sewage or the like.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 하수 처리장의 에너지를 제어하는 방법은 소정의 시간 단위로 하수 유입량을 측정하는 단계, 상기 소정의 시간 단위로 측정된 상기 하수 유입량을 이용하여 포기조로 공급되는 송풍량을 산출하는 단계, 및 산출된 송풍량을 기초로 송풍량을 제어하는 단계를 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling energy of a sewage treatment plant, comprising: measuring a sewage inflow amount in a predetermined unit of time; Calculating a blowing amount to be supplied to the aeration tank using the inflow amount of the sewage, and controlling the blowing amount based on the calculated blowing amount.

본 실시예에 따라 송풍량을 제어하는 단계는, 일단 최적이라고 가정되는 송풍 계수를 선정하고, 하수 유입량에 비례하여 송풍량을 결정할 수 있다. 송풍량은 송풍기의 가동대수, 회전수 또는 밸브 조절을 통해서 제어될 수 있으며, 이를 통해서 실제 송풍량을 측정할 수 있다. In the step of controlling the amount of wind blowing according to the present embodiment, it is possible to select the wind speed coefficient that is once assumed to be optimal and determine the wind blowing amount in proportion to the inflow amount of the sewage water. The amount of air blowing can be controlled through the number of blowers, the number of revolutions, or the valve control, and the actual blowing amount can be measured.

실제 송풍량을 측정하면서, 산출된 송풍량과 실제 송풍량을 비교하는 단계를 더 추가할 수 있다. 실제 송풍량이 산출된 송풍량에 비해 차이가 있으면 그 차이를 허용범위와 비교하고, 그 오차가 허용범위 내에 있으면 계속 시스템을 유지하지만, 만약 그 오차가 허용범위를 벗어나면 경보를 표시하고, 하수 처리장에서 포기조에 대해 바이패스 운전 모드를 실행할 수 있다.A step of comparing the calculated amount of wind blowing and the actual wind blowing amount while measuring the actual wind blowing amount can be further added. If the actual wind volume differs from the calculated blow volume, the difference is compared with the allowable range. If the error is within the permissible range, the system is maintained. If the error exceeds the permissible range, an alarm is displayed. The bypass operation mode can be executed for the aeration tank.

본 발명의 에너지 제어 방법은 하수의 성분농도 등의 측정에 전적으로 의존하지 않고 하수 처리장의 에너지를 실시간으로 제어할 수 있다.The energy control method of the present invention can control the energy of the sewage treatment plant in real time without depending on the measurement of the component concentration of the sewage.

또한, 하수 처리장의 전력을 전체적으로 분석하여 송풍량의 전력이 비효율적으로 운영되고 있음을 발견하였으며, 과거 수년간의 운전데이터 분석을 통해서 하수유입량에 비해 송풍량이 과도하고 비효율적으로 공급되고 있음도 확인함으로써 하수 처리양의 전기소비량을 줄일 수 있는 단서를 발견하였다.In addition, by analyzing the power of the sewage treatment plant as a whole, it is found that the power of the wind power is ineffectively operated. Also, by analyzing the operation data of the past several years, it is confirmed that the wind power is supplied excessively and inefficiently compared to the sewage inflow, Of electricity consumption.

이에 따라 하수유입량과 송풍량을 상호 동기화시킴으로써 송풍량을 종래에 비해 합리적으로 줄일 수 있으며, 송풍량을 줄임으로써 연간 수천만원에서 수억원의 전기료를 절감할 수가 있다.Accordingly, by synchronizing the sewage inflow amount and the blowing amount with each other, the blowing amount can be reasonably reduced compared with the conventional one, and by reducing the blowing amount, the annual electricity cost can be saved from several tens of thousands to several hundreds of billions.

도 1은 특정 하수 처리장에서 시간대별 하수유입량 및 유입수질의 변화를 측정한 그래프이다.
도 2는 특정 하수 처리장에서 사용된 2015년 월별 평균 펌프 효율 및 하수유입량에 따른 시간대별 펌프 효율을 그린 그래프이다.
도 3은 특정 하수 처리장에서 사용된 2014년 월별 용도별 전기소비량 및 2015년 10월 시간대별 용도별 전기소비량을 그린 그래프이다.
도 4는 특정 하수 처리장에서 시간대별 하수유입량 및 송풍량을 비교하기 위한 표 및 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 하수 처리장에서 시간대별 하수유입량 및 송풍량을 비교하기 위한 표 및 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 하수 처리장의 에너지 제어 방법에 따른 결과를 가시화하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리장의 에너지 제어 방법에 대한 흐름도이다.FIG. 1 is a graph showing changes in sewage inflow amount and influent water quality by time in a specific sewage treatment plant.
FIG. 2 is a graph showing the pump efficiency according to the monthly average pump efficiency and sewage inflow amount in 2015 used in a specific sewage treatment plant.
FIG. 3 is a graph showing the electricity consumption by the monthly usage in 2014 and the electricity consumption by the usage time by the time zone in October 2015, which are used in a specific sewage treatment plant.
4 is a table and a graph for comparing the amount of sewage inflow and the amount of wind blown by time in a specific sewage treatment plant.
FIG. 5 is a table and a graph for comparing the amount of sewage inflow and the amount of blowing water by time in a specific sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph for visualizing the result of energy control method of a specific sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of controlling energy of a sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용은 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments. For reference, the same numbers in this description refer to substantially the same elements, and the contents described in the other drawings under the above-mentioned rules can be explained by quoting, and the contents which are judged to be obvious to the person skilled in the art or repeated can be omitted.

용존 산소량 제어의 필요성Necessity of Dissolved Oxygen Control

미생물이 유기물을 제거(유기물 산화)하거나 질소를 변환(질산화)하기 위해서는 산소가 필요하며, 일반적으로 산소는 송풍기를 통해 생물반응조로 공급되는 공기에 포함된다. 미생물이 유기물 산화와 질산화를 수행하기 위해서는 포기조 내 용존산소(Dissolved Oxygen, DO)가 적절한 농도로 유지되어야 하며, 만약 용존산소농도가 미생물이 성장하기에 부족한 경우 사상균이 우점하게 되어 활성슬러지의 침전성이 나빠져 방류수 수질이 악화되는 요인이 될 수 있으며, 용존산소가 필요 이상으로 존재할 경우 처리수 수질의 개선 효과는 거의 없으나 과량의 용존산소는 미생물에 의해 사용되지 않고 공기 중으로 빠져나가게 될 수 있다.Oxygen is required for microorganisms to remove organic matter (organic matter oxidation) or to convert nitrogen (nitrification), and oxygen is generally included in the air supplied to the bioreactor through the blower. In order for microorganisms to perform oxidation and nitrification of organic matter, the dissolved oxygen (DO) in the aeration tank must be maintained at an appropriate concentration. If the dissolved oxygen concentration is insufficient for the growth of microorganisms, The deteriorated water quality may be deteriorated. If dissolved oxygen is present more than necessary, there is almost no improvement in the quality of treated water. However, excessive dissolved oxygen may be discharged to the air without being used by microorganisms.

그러므로, 미생물이 필요로 하는 용존산소농도를 유지시키며, 필요 이상의 공기를 주입하여 폐기되는 용존산소를 줄이는 등 처리능력 향상 및 적정 공기공급에 의한 운전비용을 감소할 필요가 있다Therefore, it is necessary to maintain the dissolved oxygen concentration required by microorganisms, reduce the amount of dissolved oxygen to be supplied by injecting more air than necessary, and to reduce the operation cost by improving the treatment capacity and supplying the proper air

하수유입량과 유입수질 간의 관계Relationship between sewage inflow and inflow water quality

도 1은 특정 하수 처리장에서 시간대별 하수유입량 및 유입수질의 변화를 측정한 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing changes in sewage inflow amount and influent water quality by time in a specific sewage treatment plant.

도 1을 참조하면, 특정 하수 처리장의 생물반응조에서의 운영현황을 확인할 수 있다. 시간대별 유입수질 변화를 측정한 결과에 따르면, 하수유입량은 최대 2,003m3/hr, 최소 367m3/hr로 시간대별로 유량 변동이 큰 반면, BOD는 최대 289.8에서 최소 153.6로 유입농도의 편차가 크지 않은 것으로 나타났다. 즉, 유입 하수량과 유입수질 간에 큰 상관관계가 없는 것으로 판단될 수 있다.Referring to FIG. 1, the operation status of a specific sewage treatment plant in a biological reactor can be confirmed. According to the results of the measurement of the time slot flowing water change, sewage flow rate, while a large maximum 2,003m 3 / hr, at least 367m flow fluctuations over time by 3 / hr, the deviation of the inflow BOD is greater in concentration up to 289.8 to 153.6 minimum . In other words, it can be judged that there is no significant correlation between inflow sewage and inflow water quality.

하수유입량과 펌프 효율 간의 관계Relationship between sewage inflow and pump efficiency

도 2는 특정 하수 처리장에서 사용된 2015년 월별 평균 펌프 효율 및 하수유입량에 따른 시간대별 펌프 효율을 그린 그래프이다. FIG. 2 is a graph showing the pump efficiency according to the monthly average pump efficiency and sewage inflow amount in 2015 used in a specific sewage treatment plant.

도 2를 참조하면, 2015년 월평 평균 펌프 효율은 대략 45~58%로 산출되며, 2015년 11월 16일의 시간대별 펌프 효율도 약 35~50% 정도에서 변동되고 있다. 하수유입량이 최소 유입량 1300m3/hr에서 최대 유입량 3500m3/hr까지 약 2~3배 증가하여도 시간대별 펌프 효율은 크게 변화하지 않은 것으로 판단될 수 있다.Referring to FIG. 2, the monthly average pump efficiency of 2015 is calculated to be about 45 to 58%, and the pump efficiency for the time period on November 16, 2015 varies by about 35 to 50%. It can be concluded that the pump efficiency did not change much over time even if the sewage inflow was increased about 2 ~ 3 times from the minimum inflow rate of 1300 m 3 / hr to the maximum inflow rate of 3500 m 3 / hr.

일반적으로, 하수 처리장에서 사용되는 전력은 기저부하 전력, 펌프 전력, 송풍기 전력 및 기타 전력으로 구분될 수 있다. Generally, the power used in a sewage treatment plant can be divided into base load power, pump power, blower power, and other power.

도 3은 특정 하수 처리장에서 사용된 2014년 월별 용도별 전기소비량 및 2015년 10월 시간대별 용도별 전기소비량을 그린 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the electricity consumption by the monthly usage in 2014 and the electricity consumption by the usage time by the time zone in October 2015, which are used in a specific sewage treatment plant.

도 3을 참조하면, 하수 처리장에서 기저부하의 비중이 상당히 높은 것을 알 수 있지만, 기저부하를 절감하는 것은 매우 어렵다고 할 수 있으며, 펌프의 전기소비량도 시간에 따라 변동되어 이 역시 펌프를 고효율 장비로 교체하지 않는 한 개선이 어렵다고 할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the specific gravity under the base load at the sewage treatment plant is considerably high. However, it is very difficult to reduce the base load, and the electric consumption of the pump also varies with time, If not, it can be said that improvement is difficult.

반면, 송풍기의 전기소비량은 일일 소비량 중에서 상당한 양을 차지하면서 항상 일정한 값을 유지함을 알 수 있으며, 도 2에서 확인할 수 있듯이 시간대별 하수유입량이 최소 유입량 1300m3/hr에서 최대 유입량 3500m3/hr까지 약 2~3배까지 차이가 나는 것을 확인하였으므로, 송풍기의 과도한 사용에 대해서 의심할 수가 있다. On the other hand, it can be seen that the electric consumption of the blower keeps a constant value while consuming a considerable amount in the daily consumption. As can be seen from FIG. 2, the inflow rate of the sewage is varied from the minimum inflow rate of 1300 m 3 / hr to the maximum inflow rate of 3500 m 3 / hr Since it has been confirmed that the difference is about 2 to 3 times, it can be doubted about excessive use of the blower.

기존 하수유입량과 송풍량 간의 관계Relationship between Existing Sewage Inflow and Wind Volume

참고로, 하수처리장의 생물반응조의 필요 산소공급량 설계는 ① BOD의 산화에 의한 산소소비량 (Kg/일), ② 질산화에 의한 산소소비량 (Kg/일), ③ 내생호흡에 의한 산소소비량 (Kg/일), ④ 용존산소농도 유지에 필요한 산소공급량 (Kg/일) 등 여러 관점에서의 산소 공급량을 고려하여 결정될 수 있다. 이때, 산소공급은 대기중의 공기를 활용하며, 공기 중에 산소가 차지하는 비율은 23% 수준이다. For the reference, the design of the required oxygen supply for the bioreactor in the sewage treatment plant is as follows: ① oxygen consumption by oxidation of BOD (Kg / day) ② oxygen consumption by nitrification (Kg / day), ③ oxygen consumption by endogenous respiration (Kg / (Kg / day) required to maintain the dissolved oxygen concentration (Kg / day), and the oxygen supply amount from various points of view. At this time, the oxygen supply utilizes the air in the atmosphere, and the proportion of oxygen in the air is about 23%.

생물반응조의 필요 송풍 량은 온도변화에 영향이 크며, 하수도 설계기준에 따라 유입온도가 증가하면 대기중의 공기 밀도가 낮아져 생물 반응 조에 필요한 공기 량이 증가하게 된다.The required air flow rate of the bioreactor is influenced by the temperature change. When the inflow temperature is increased according to the sewage design standard, the air density in the air is lowered and the amount of air required for the biological reaction tank is increased.

도 4는 특정 하수 처리장에서 시간대별 하수유입량 및 송풍량을 비교하기 위한 표 및 그래프이다.4 is a table and a graph for comparing the amount of sewage inflow and the amount of wind blown by time in a specific sewage treatment plant.

도 4를 참조하면, 특정 하수 처리장에서 하수유입량에 따라 1단계 및 2단계로 구분하였으며, 1단계의 송풍량은 평균 5,383 m3/hr 이었으며, 2단계에서 송풍량은 평균 약 7,418 m3/hr로 제공하였다.Referring to FIG. 4, in the specific sewage treatment plant, the first stage and the second stage are classified according to the amount of sewage inflow. The average amount of air blowing in the first stage is 5,383 m 3 / hr and the air blowing amount in the second stage is about 7,418 m 3 / Respectively.

역시 하수 유입량은 시간대별로 큰 변동 폭을 가지며 공급된 반면, 송풍량은 일정하게 공급되었다. 예를 들어, 1단계에서 하수 유입량은 최대 1,242m3/hr에서 최소 855m3/hr 정도로 평균 약 1,242m3/hr로 공급되었으며, 송풍량은 약 5,383m3/hr이 공급되었다. 1단계에서 하수 유입량 대비 송풍량의 부피 비는 약 4.33정도로 공급되었다. The sewage inflow was also supplied with a large fluctuation in the time zone, while the blowing amount was constant. For example, in step 1, sewage inflow has been supplied from the maximum 1,242m 3 / hr in an average of about 1,242m 3 / hr so at least 855m 3 / hr, blowing air volume was fed approximately 5,383m 3 / hr. In the first stage, the volume ratio of the blowing volume to the sewage inflow was about 4.33.

2단계에서 하수 유입량은 최대 2,102m3/hr에서 최소 1,158m3/hr 정도로 평균 약 1,839m3/hr로 공급되었으며, 송풍량은 1단계보다 많은 약 7,418m3/hr이 공급되었다. 2단계에서 하수 유입량 대비 송풍량의 비는 약 4.03정도로 공급되었다.In step 2 sewage inflow was fed in up to 2,102m 3 / hr in an average of about 1,839m 3 / hr so at least 1,158m 3 / hr, blowing air volume has been supplied a number of about 7,418m 3 / hr than one step. In the second stage, the ratio of blowing volume to sewage inflow was about 4.03.

위와 같이, 많은 하수 처리장에서 하수 유입량과 무관하게 송풍량을 일정하게 공급하고 공급하고 있으며, 하수 유입량 대비 송풍량의 비(송풍원단위)는 3.49인 경우에도 양호한 방류수질을 유지했지만, 실제로는 평균 4.03정도, 많게는 6.47정도의 송풍원단위 비율로 송풍량을 제공하고 있음을 확인하였다.As mentioned above, many sewage treatment plants supply and supply the airflow constantly regardless of the inflow of sewage water. Even if the ratio of blowing amount to the sewage inflow amount (air blowing unit level) is 3.49, good water quality is maintained, It is confirmed that the air flow rate is provided at a rate of 6.47 or so.

본 발명의 일 The invention 실시예에In the embodiment 따른 하수유입량과  The amount of sewage inflow 송풍량Air volume 간의 관계 Relationship between

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 하수 처리장에서 시간대별 하수유입량 및 송풍량을 비교하기 위한 표 및 그래프이다.FIG. 5 is a table and a graph for comparing the amount of sewage inflow and the amount of blowing water by time in a specific sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 특정 하수 처리장에서 하수유입량에 따라 1단계 및 2단계로 구분하였으며, 동일하지는 않지만 도 4의 1단계 및 2단계와 유사한 수준으로 하수 유입량이 공급되었으며, 송풍량은 하수 유입량에 따라 약 3.60의 송풍원단위의 비율을 유지하도록 공급하였다. Referring to FIG. 5, the sewage inflow amount was supplied at a level similar to that of the first and second steps of FIG. 4 although not identical, and the blowing amount was changed depending on the inflow amount of the sewage water To maintain a ratio of about 3.60 blows per unit volume.

역시 하수 유입량은 시간대별로 큰 변동 폭을 가지며 공급된 것에 대응하여, 송풍량도 비례하여 다른 양으로 공급하였다. 예를 들어, 1단계에서 하수 유입량은 최대 1,376m3/hr에서 최소 855m3/hr 정도로 평균 약 1,242m3/hr로 공급되었으며, 송풍량도 3.60정도의 비율을 유지하며 최대 4,954 m3/hr에서 최소 3,078 m3/hr 정도로 평균 약 4,471 m3/hr로 공급되었다. 이 경우 도 4의 평균 송풍량 약 5,383m3/hr에 비해서 낮은 것을 알 수 있다. The amount of sewage inflow also varied greatly according to the time of day. For example, in step 1, sewage inflow has been supplied from the maximum 1,376m 3 / hr in an average of about 1,242m 3 / hr so at least 855m 3 / hr, blowing air volume and also keeping the ratio of about 3.60 at the maximum 4,954 m 3 / hr It was supplied at an average of about 4,471 m 3 / hr with a minimum of 3,078 m 3 / hr. In this case, it can be seen that the average blowing amount in FIG. 4 is lower than about 5,383 m 3 / hr.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 특정 하수 처리장의 에너지 제어 방법에 따른 결과를 가시화하기 위한 그래프이다.6 is a graph for visualizing the result of energy control method of a specific sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 송풍량을 하수 유입량에 따라 약 3.60의 송풍원단위의 비율을 유지하도록 공급한 경우(개선 후, 우측) 및 종래와 같이 일정하면서 충분한 송풍량을 공급한 경우(개선 전, 좌측)를 도시하고 있다. 6, when the blowing amount is supplied so as to maintain the ratio of the blowing amount of about 3.60 according to the inflow amount of sewage (right after improvement) and when a sufficient amount of blowing air is supplied as before Respectively.

송풍량을 하수 유입량에 따라 변동을 시킨 경우(우)는 일정한 송풍량을 공급한 경우(좌)보다 현저하게 적은 송풍량을 사용하는 것을 확인할 수 있으며, 점선으로 도시된 바와 같이 종래에 비해 송풍량을 현저하게 줄임으로써 소용되는 에너지를 현저하게 절감할 수 있는 가능성을 확인할 수 있다.As shown in the dotted line, the blowing amount is remarkably reduced as compared with the conventional case, when the blowing amount is changed according to the inflow amount of the sewage (right), the blowing amount is significantly smaller than that when the predetermined blowing amount is supplied It is possible to confirm the possibility of remarkably reducing the energy consumed.

이를 수치적으로 판단하면, 개선 전의 일일 송풍량은 약 307,221m3/day로서 이는 시간당 평균 송풍량으로 약 12,801m3/hr에 해당하며, 개선 전 시간당 평균 소비전력은 약 255.61 kW이 된다. 반면, 개선 후 일일 송풍량은 약 266,180 m3/day로서, 이는 시간당 평균 송풍량으로 약 11,091m3/hr에 해당한다. Numerically, the daily wind volume before the improvement is about 307,221m 3 / day, which corresponds to about 12,801m 3 / hr with the average wind volume per hour, and the average power consumption per hour before the improvement is about 255.61 kW. On the other hand, one days after improvement blowing air volume is around 266,180 m 3 / day, which corresponds to about 11,091m 3 / hr in an average air volume per hour.

결국, 시간당 절감 가능한 평균 송풍량은 약 1,710m3/hr(12,801m3/hr - 11,091m3/hr)으로서, 시간당 절감 가능한 평균 전력은 약 34.15 kW (1,710 m3/hr * 0.01997 kW/m3)이 된다. 결과적으로 송풍기 전력은 개선 전 평균 소비전력에 비해 약 13.4%에 해당한다. 이를 연간으로 환산하면, 연간 절감 가능한 전력량은 299,166 kWh/yr정도가 되며, 이를 금액으로 환산하면 33,117,676원/yr(110.7원/kWh 기준)가 될 수 있다.After all, the average air volume reduction possible per hour is about 1,710m 3 / hr (12,801m 3 / hr - 11,091m 3 / hr) as the average power reduction possible per hour is about 34.15 kW (1,710 m 3 / hr * 0.01997 kW / m 3 ). As a result, the blower power is about 13.4% of the average power consumption before the improvement. When converted into annual electricity, the amount of electricity that can be saved annually is about 299,166 kWh / yr, which can be converted to an amount of 33,117,676 won / yr (based on 110.7 yuan / kWh).

하수유입량에 따른 송풍량 조절 프로세스Process of controlling the blowing amount according to sewage inflow

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수 처리장의 에너지 제어 방법에 대한 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating a method of controlling energy of a sewage treatment plant according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 하수 처리장의 에너지를 제어하는 방법은 소정의 시간 단위로 하수 유입량을 측정하는 단계, 상기 소정의 시간 단위로 측정된 상기 하수 유입량을 이용하여 포기조로 공급되는 송풍량을 산출하는 단계, 및 산출된 송풍량을 기초로 송풍량을 제어하는 단계를 포함한다. Referring to FIG. 7, a method of controlling energy of a sewage treatment plant includes the steps of measuring a sewage inflow amount in a predetermined time unit, calculating a blowing amount supplied to the aeration tank using the sewage inflow amount measured in the predetermined time unit , And controlling the blowing amount based on the calculated blowing amount.

하수 유입량에 관한 정보는 하수 처리장에 설치된 유량계를 통해서 획득할 수 있으며, 포기조에서 필요한 송풍량은 송풍 계수를 산출하는 방식으로 산출될 수 있다. 포기조에서 필요한 송풍량을 결정하기 위한 송풍계수는 3.49~6.47 범위이며, 이는 유입하수의 성상, 하수처리장의 규모, 유입량 패턴, 유입온도 등에 따라 다르다. Information on the amount of sewage inflow can be obtained through a flow meter installed in the sewage treatment plant, and the amount of blowing air required in the aeration tank can be calculated by calculating the blowing coefficient. The blowing factor for determining the required amount of wind in the aeration tank ranges from 3.49 to 6.47 depending on the characteristics of the influent sewage, the size of the sewage treatment plant, the inflow pattern, and the inflow temperature.

이를 위해서, 우선 과거 1년간 운전데이터를 확보할 수 있다. 소정의 시간 단위라 함은 5분, 10분, 15분 등 임의로 선택될 수 있으며, 과거 1년간의 하수 유입량 및 포기조로 공급한 송풍량에 관한 정도를 선택된 시간 단위(ex. 15분)로 운전데이터를 정렬할 수 있다. For this purpose, the operation data for the past one year can be secured. The predetermined time unit may be arbitrarily selected as 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, etc., and the degree of the inflow of the sewage in the past one year and the amount of blown air supplied to the aeration tank may be selected as the operation data .

그리고 획득된 운전데이터를 다시 월별, 요일별 및 시간대별 자료로 도출할 수 있으며, 1시간 단위로 하수유입량의 패턴과 포기조의 송풍량 패턴을 산출할 수 있다. 과거 1년 동안 하수의 품질에 문제가 없었다고 가정을 하고, 하수 유입량이 가장 많았을 때의 송풍량을 기준으로 1차로 송풍 계수를 선정할 수 있다. 1차적으로 해당 하수 처리장의 송풍계수를 선정 후에는 하수 유입온도 변화에 따른 송풍량을 반영하여 최종적으로 필요한 송풍량을 계산한다. 여기서 필요한 송풍량은 아래와 같이 결정될 수 있다.The acquired operation data can be derived again by month, day of the week, and time of day, and the pattern of the sewage inflow amount and the pattern of blowing amount of the aeration tank can be calculated in 1 hour unit. Assuming that there is no problem with the quality of the sewage during the past year, it is possible to select the primary airflow coefficient based on the amount of airflow when the sewage inflow is the greatest. After selecting the wind coefficient of the sewage treatment plant in the first place, the necessary amount of wind blowing is finally calculated by reflecting the blowing amount according to the sewage inflow temperature change. The amount of wind blowing required here can be determined as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, Qair는 송풍량(m3/hr), Kaw는 송풍량 계수, Qwater는 하수 유입량(m3/hr) 및 t는 외기온도()가 될 수 있으며, 상술한 바와 같이 송풍량 계수는 약 3.49~6.47범위에서 선택될 수 있으며, 최종적인 반영에 따라 좀 더 작은 값으로 선택될 수 있다.Here, Q air can be the air flow rate (m 3 / hr), K aw the air flow rate coefficient, Q water can be the sewage inflow (m 3 / hr) and t can be the outside air temperature () It can be selected from 3.49 to 6.47 and can be chosen to be a smaller value depending on the final reflection.

본 실시예에 따라 송풍량을 제어하는 단계는, 일단 최적이라고 가정되는 송풍 계수를 선정하고, 하수 유입량에 비례하여 송풍량을 결정할 수 있다. 송풍량은 송풍기의 가동대수, 회전수 또는 밸브 조절을 통해서 제어될 수 있으며, 이를 통해서 실제 송풍량을 측정할 수 있다. In the step of controlling the amount of wind blowing according to the present embodiment, it is possible to select the wind speed coefficient that is once assumed to be optimal and determine the wind blowing amount in proportion to the inflow amount of the sewage water. The amount of air blowing can be controlled through the number of blowers, the number of revolutions, or the valve control, and the actual blowing amount can be measured.

실제 송풍량을 측정하면서, 산출된 송풍량과 실제 송풍량을 비교하는 단계를 더 추가할 수 있다. 실제 송풍량이 산출된 송풍량에 비해 차이가 있으면 그 차이를 허용범위와 비교하고, 그 오차가 허용범위 내에 있으면 계속 시스템을 유지하지만, 만약 그 오차가 허용범위를 벗어나면 경보를 표시하고, 하수 처리장에서 포기조에 대해 바이패스 운전 모드를 실행할 수 있다. A step of comparing the calculated amount of wind blowing and the actual wind blowing amount while measuring the actual wind blowing amount can be further added. If the actual wind volume differs from the calculated blow volume, the difference is compared with the allowable range. If the error is within the permissible range, the system is maintained. If the error exceeds the permissible range, an alarm is displayed. The bypass operation mode can be executed for the aeration tank.

여기서, 바이패스 운전 모드는 다양하게 설정될 수 있지만, 일 예로 송풍량을 최대치로 상승시키고, 하수 품질이 정상으로 돌아오는지를 확인하여 정지하던지, 일정 시간 바이패스 운전을 시행한 후 다시 본래 제어로 복귀하게 할 수 있다.Here, the bypass operation mode may be variously set. However, for example, it is possible to increase the blowing amount to a maximum value, to check whether the sewage quality returns to normal, to stop the operation, .

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that

Claims (5)

하수 처리장의 에너지를 제어하는 방법에 있어서,
소정의 시간 단위로 하수 유입량을 측정하는 단계;
상기 시간 단위로 측정된 상기 하수 유입량을 이용하여 포기조로 공급되는 송풍량을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 송풍량을 기초로 송풍량을 제어하는 단계;를 포함하는 하수 처리장의 에너지 제어 방법.A method for controlling energy in a sewage treatment plant,
Measuring a sewage inflow amount in a predetermined time unit;
Calculating a blowing amount to be supplied to the aeration tank using the sewage inflow amount measured in the unit of time; And
And controlling the blowing amount based on the calculated blowing amount. 제1항에 있어서,
상기 포기조로 공급되는 상기 송풍량은 아래의 식에 의해 산출되며,
Figure pat00002

여기서, Qair는 송풍량, Kaw는 송풍량 계수, Qwater는 하수 유입량 및 t는 외기온도()인 것을 특징으로 하는 하수처리장의 에너지 제어 방법.The method according to claim 1,
The blowing amount supplied to the aeration tank is calculated by the following equation,
Figure pat00002

Wherein Q air is a blowing amount, K aw is a blowing amount coefficient, Q water is a sewage inflow amount, and t is an outside air temperature (). 제2항에 있어서,
상기 송풍량 계수(Kaw)는 3.49~6.47 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 하수처리장의 에너지 제어 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the blowing rate coefficient (Kaw) is selected from the range of 3.49 to 6.47. 제1항에 있어서,
상기 송풍량을 제어하는 단계는,
실제 송풍량을 측정하는 단계, 상기 산출된 송풍량과 상기 실제 송풍량을 비교하는 단계, 및 상기 실제 송풍량이 상기 산출된 송풍량에 대비 허용범위 이하로 판단되면 바이패스 운전 모드를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 처리장의 에너지 제어 방법.The method according to claim 1,
The step of controlling the air blowing amount includes:
Comparing the calculated amount of wind blowing with the actual wind blowing amount, and executing the bypass operation mode when the actual wind blowing amount is determined to be equal to or less than the allowable range of the calculated wind blowing amount Wherein the energy control method comprises the steps of: 제4항에 있어서,
상기 바이패스 운전 모드는 송풍량을 최대치로 상승시키는 것을 특징으로 하는 하수 처리장의 에너지 제어 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the bypass operation mode raises a blowing amount to a maximum value.
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