KR20190105953A - 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템 - Google Patents

상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190105953A
KR20190105953A KR1020180026757A KR20180026757A KR20190105953A KR 20190105953 A KR20190105953 A KR 20190105953A KR 1020180026757 A KR1020180026757 A KR 1020180026757A KR 20180026757 A KR20180026757 A KR 20180026757A KR 20190105953 A KR20190105953 A KR 20190105953A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water supply
supply network
water
residual chlorine
chlorine concentration
Prior art date
Application number
KR1020180026757A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102035514B1 (ko
Inventor
구자용
서지원
김기범
형진석
김태현
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울시립대학교 산학협력단 filed Critical 서울시립대학교 산학협력단
Priority to KR1020180026757A priority Critical patent/KR102035514B1/ko
Publication of KR20190105953A publication Critical patent/KR20190105953A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102035514B1 publication Critical patent/KR102035514B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/50—Treatment of water, waste water, or sewage by addition or application of a germicide or by oligodynamic treatment
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/152—Water filtration

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

GIS 등을 포함하는 상수도관망 정보관리시스템과 SCADA와 같은 상수도관망 실시간 감시제어시스템으로부터, 상수도관망 GIS/CAD자료, 수용가 물사용량 자료, 현장모니터링 수압자료를 취득하는 자료수집부; 현장 정수장 실험 데이터 기반 잔류염소 농도 수체감소계수, 현장 상수도관망 측정 데이터 기반 잔류염소농도 관벽감소계수, 수리/수질해석 관망도, 비용 원단위 자료를 입력받는 입력부; 재염소투입 가능지점 선정 후, 비지배분류 유전 알고리즘을 이용하여, 소요 비용을 최소화하고 소비자의 만족도를 최대로 하는 재염소투입 지점 및 투입량에 대한 최적해집단을 도출하는 연산부; 및 재염소투입 지점에서의 염소 투입량, 정수장에서의 염소투입량을 출력하는 출력부;를 포함하는, 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템을 제공한다.
본 발명은 상수관망에서의 소비자 만족도를 높이고 소요비용을 최소화하면서 재염소 투입지점을 결정하고 염소 투입량을 결정하는데 효과적으로 활용될 수 있는 최적화된 기법을 제공하는 효과가 발생한다.

Description

상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템{RESIDUAL CHLORINE OPTIMUM MANAGEMENT SYSTEM FOR WATER SUPPLY NETWORK}
본 발명은 상수도 관망시스템에서의 잔류염소 농도 변화를 최적 관리하기 위한 것으로, 상수관망에서 염소를 재투입하는 지점을 찾고 이곳에서 재 염소 투입량을 결정하는 최적화된 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는 수돗물을 소비하는 소비자의 만족도를 높이고 동시에 소요 비용을 최소화할 수 있도록 하는 재염소 투입 장치의 설치 위치를 선정하고 정수장과 재염소 투입지점에서의 염소투입량을 결정하는 기법을 제공하는 방법에 관한 것이다.
수도법에서는 상수도 공급과정에서의 2차 수질오염을 방지하기 위하여 수도꼭지 잔류염소농도를 0.1mg/L로 규정하고 있다. 관말의 수도꼭지 잔류염소농도 기준 충족을 위해 정수장에서 염소투입량을 증가시키게 되면, 높은 잔류염소에 의한 소독부산물의 증가, 맛, 냄새 등에 대한 우려가 커지게 되므로, 수질안전성을 확보할 수 있는 범위 내에서 염소사용량의 최소화가 요구되고 있다. 관망내 잔류염소를 효과적으로 관리하기 위해서는 관망내 잔류염소 농도를 지속적으로 모니터링하고, 동시에 관말 잔류염소농도를 실시간으로 예측 관리할 수 있어야 한다.
액화염소는 물과 반응하여 차아염소산과 염산을 생성시키게 되는데 염산은 일반적으로 묽은 수용액속에서 해리된 상태로 존재하게 된다. 차아염소산은 평형상수(또는 pH)값이 7.5일 경우, 똑같은 활성으로 수소이온과 차아염소산 이동으로 질량평형을 유지한다. pH 7.5이상일 경우에는 HOCl이, 7.5이하일 경우에는 OCl-이 주된 화학종이 되는데, Cl2, HOCl, OCl-을 합쳐 유리잔류염소라 하며, 소독효과에서 대부분을 차지한다.
상수관망을 흘러가는 수돗물 속의 염소반응은 관로 내 수체(水體, bulkwater flow)에서의 반응과 관벽(pipe wall)에서의 반응으로 나누어 생각할 수 있고, 일반적으로 관로 내에서 잔류염소의 감소는 수체반응(bulk decay reaction)과 관벽반응(pipe wall decay reaction)으로 구분되며 최종적인 농도는 두 반응의 결과로 나타난다는 것은 이미 알려진 사실이다.
다시 말해, 정수장에서 주입한 잔류염소는 공급과정 중에서 수체 반응과 관벽 반응의 결과로서 수체감소와 관벽감소가 일어나고, 시간이 지남에 따라 염소 농도는 점점 감소하게 된다. 여기서, 수체감소(bulk decay)는 물속에 있는 자연유기물(NOM)과의 반응이며, 관벽감소(wall decay)는 관체에 있는 biofilm이나 부식을 유발하는 관의 재질 등과 반응이다.
정수장에서 투입한 잔류염소는 상기에 기술한 반응들에 의해 상수도 공급과정 중에 점차적으로 감소하게 되므로, 수도법에서 규정하고 있는 수질안전성 기준을 충족시키면서 모든 공급지역에 적정하게 잔류염소농도를 갖는 수돗물을 공급하기 위해서는, 공급과정 중에 재염소 투입 장치를 설치할 필요가 있다. 다만, 재염소 투입 장치를 설치하는 경우, 1)어디에 설치해야하는가, 2)재염소장치에서의 주입농도를 어떻게 설정하는가를 결정하여야 하는 문제가 있었다.
종래 기술로는 등록특허 10-1543299가 개시되어 있으나, 위 종래 기술은 시간 또는 온도에 따라 약품탱크 안에 있는 차아염소산나트륨수용액이 분해되어 차아염소산나트륨수용액 중의 유효염소의 농도가 감소하는 것을 감안하여, 차아염소산나트륨수용액을 더 많이 투입함으로써, 원하는 적정량의 염소가 투입되도록 하는 내용이며, 정수장에서의 염소 투입 또는 재염소투입의 방법을 제시하고 있다.
그러나, 종래 특허에서는 약품 탱크에 저장된 염소 농도가 시간이 지남에 따라 감소하는 것을 보상하기 위한 방법일 뿐이며, 적절한 재염소 투입 위치를 선정하는 방법은 제시하지 않고 있으며, 재염소투입 위치 및 투입량을 결정에 경제적인 비용과 소비자 만족도라는 개념은 고려하지 않고 있는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상수관망에서의 위 수체반응과 관벽반응으로 인해 점점 감소하는 잔류염소의 농도변화를 반영하여, 수질과 관련된 서비스 요구 수준(잔류염소)을 충족시키기 위한 최적의 재염소 투입 장치 설치 위치를 선정하고, 정수장과 재염소 투입장치에서 최적의 염소투입량을 찾는 시스템 제공하는 것을 목적으로 하며,
이를 위해, 상수관망에서 염소를 재 투입하는 재투입지점의 위치를 선정하고 재투입량을 정하는 방법을 제시하되, 소요 비용을 최소화하고 소비자 만족도를 최대화하는 최적해 집단을 연산하여 제공하는 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.
GIS 등을 포함하는 상수도관망 정보관리시스템과 SCADA와 같은 상수도관망 실시간 감시제어시스템으로부터, 상수도관망 GIS/CAD자료, 수용가 물사용량 자료, 현장모니터링 수압자료를 취득하는 자료수집부; 현장 정수장 실험 데이터 기반 잔류염소 농도 수체감소계수, 현장 상수도관망 측정 데이터 기반 잔류염소농도 관벽감소계수, 수리/수질해석 관망도, 비용 원단위 자료를 입력받는 입력부; 재염소투입 가능지점 선정 후, 비지배분류 유전 알고리즘을 이용하여, 소요 비용을 최소화하고 소비자의 만족도를 최대로 하는 재염소투입 지점 및 투입량에 대한 최적해집단을 도출하는 연산부; 및 재염소투입 지점에서의 염소 투입량, 정수장에서의 염소투입량을 출력하는 출력부;를 포함하는, 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템을 제공한다.
본 발명은 상수관망에서의 소비자 만족도를 높이고 소요비용을 최소화하면서 재염소 투입지점을 결정하고 염소 투입량을 결정하는데 효과적으로 활용될 수 있는 최적화된 기법을 제공하는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수관망시스템에 사용되는 최적관리시스템의 각 부분의 흐름도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 최적관리시스템이 적용될 수 있는 관망도의 예시적인 자료이며,
도 3은 본 발명의 최적관리시스템이 적용되는 예시로서 수용가의 물사용량 자료 데이타를 보여주며,
도 4는 상수관망에서 잔류염소농도를 현장 측정하는 예시이며,
도 5는 상수관망에서 재염소장치 설치 가능지점을 선정하여 붉은 원(점선)으로 표시한 예시이며,
도 6은 본 발명에서 이용한 유전 알고리즘을 연계한 시스템의 흐름도이며,
도 7 은 본 발명의 최적관리시스템에서 도출한 최적 해집단 예시를 나타낸 모습이며,
도 8과 도 9는 본 발명의 최적관리시스템을 활용하여 예시로 도출한 잔류염소농도 최적관리 방법을 나타내고 있다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 현장 모니터링 및 측정 데이터에 기반한 수질 모델링 결과를 활용하여 상수도 공급과정 내 잔류염소농도를 최적으로 관리하는 장치 및 시스템으로써, 수도사업자가 상수도 공급과정 내에서 잔류염소농도를 확보하기 위해 소요되는 비용을 최소화함과 동시에 소비자가 요구하는 서비스 수준을 충족시키기 위하여, 공급과정 내 설치된 재염소 투입 장치를 효율적으로 운영하기 위한 시스템이다.
상수도 공급과정 내 잔류염소농도를 최적으로 관리하기 위한 방법론은 종래에도 연구되고 있으나, 본 발명은 소비자의 서비스 요구수준을 접목시켜서 잔류염소농도를 관리하고자 하는 시스템인 점에서 기존에 없는 새로운 방식이다.
즉, 본 발명은 현장 모니터링 및 측정 데이터에 기반한 수질 모델링 결과를 활용하여, 상수도 공급과정 내 잔류염소농도 관리를 위해 설치되는 재염소 투입 장치의 설치 및 운영 비용과 정수장에서 잔류염소농도 주입에 따른 운영 비용을 최소화하고, 동시에 법적인 잔류염소농도 기준을 만족시키면서, 잔류염소농도과 관련된 소비자의 만족도(염소농도 과다로 인한 악취 등 불만을 해소하여 수돗물에 대한 만족도와 신뢰성을 높이는 것)를 최대화하기 위한 시스템이다.
이를 위해, 본 발명은 재염소 투입 장치의 최적 설치 위치 및 최적 운영 스케줄 선택을 위해, 다목적 유전알고리즘 중 비지배분류 유전알고리즘(NSGAⅡ, Non-dominant Sorting Genetic Algorithm Ⅱ)을 활용한다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수관망시스템의 잔류염소농도 최적관리방법(이하, 간단히 '최적관리방법'이라 함)은, 크게 보아 자료수집부, 입력부, 연산부, 출력부로 이루어진다.
<자료수집부>
자료수집부에서는 GIS 등을 포함하는 상수도관망 정보관리시스템과 SCADA와 같은 상수도관망 실시간 감시제어시스템으로부터, 상수도관망 GIS/CAD자료, 수용가 물사용량 자료, 현장모니터링 수압자료 등을 취득한다.
<입력부>
입력부에서는 현장 정수장 실험 데이터 기반 잔류염소 농도 수체감소계수, 현장 상수도관망 측정 데이터 기반 잔류염소농도 관벽감소계수, 수리/수질해석 관망도, 비용 원단위 등의 자료를 입력한다.
<연산부>
연산부에서는 재염소 투입 가능지점 선정 후 잔류염소농도 최적관리를 위해 소요되는 비용을 최소화하고, 소비자의 만족도를 최대로 하는 최적해집단을 연산하여, 수도사업자에게 가장 적절한 최적해를 선정하여 제공한다.
<출력부>
출력부에서는 재염소 투입 장치 설치 위치에서의 염소 투입량, 정수장에서의 염소투입량, 수용가에서의 잔류염소농도를 출력하여 제공한다.
상기 자료수집부에서는 GIS 등을 포함하는 상수도관망 정보관리시스템의 정보를 이용하여 공간/지리/위치정보를 바탕으로 관망수리해석이 가능한 관망도를 취득하게 되며, 도 2는 이러한 방식으로 취득되는 관망도의 예시적인 자료이다. 또한, 자료수집부에서는 SCADA와 같은 상수도관망 실시간감시제어시스템에서 실시간 관망 모니터링 자료를 취득하게 되면, 도 3에서는 하나의 예시로서 수용가의 물사용량 자료 데이타를 보여주고 있다.
입력부에서는 위에서 설명한 바와 같이, 수체감소계수, 관벽감소계수, 수리/수질해석 관망도, 비용 원단위 등의 자료를 입력받게 된다.
수체감소계수, 관벽감소계수 도출 과정의 하나의 예시를 보면 아래와 같다.
정수장의 정수지 유출수를 채수하고 → 3가지 수온별 시간에 따른 잔류염소농도를 측정하고 → 수온별 수체반응계수(1차반응)을 산정한다.
Figure pat00001
위 식에 의해 산정된 3가지 수온별 수체반응계수 예시는 다음과 같으며, 이러한 값은 정수장에서 사용하는 원수의 조건, 정수장에서 사용하고 있는 정수처리공정의 조합에 따라 달라지는 값이라 할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, 아레니우스 식(Arrhenius equation)을 활용하여 수온에 따른 수체감소계수 회귀식을 도출하게 된다.
Figure pat00003
Figure pat00004
이러한 수온에 따른 수체반응계수 회귀식을 활용하여, 정수장 유출수 및 관망 내 수온 18.5℃ 에서 수체반응계수를 구하면 다음과 같이 된다.
Kb = -0.2437/d
그리고, 결정된 수체반응계수(Kb)를 기준으로, 수질 모델링 후 현장 측정 결과와의 오차를 줄이기 위한 관벽반응계수(Kw)를 도출하게 된다. 이를 위해 잔류염소농도 현장측정/모니터링 예시를 보면, 실제 현장에서 직접 측정한 데이터 정보가 아래와 같다(도 4는 잔류염소농도를 현장측정하는 모습이다).
Figure pat00005
수체반응계수(Kb)를 통해 예측된 잔류염소농도와 현장측정/모니터링 자료와의 오차를 최소화하는 관벽반응계수(Kw)를 도출한 예시는 다음과 같다.
Kw = -0.0511/m/d
그리고, 연산부에서는 재염소투입 가능지점을 선정하고 비용을 원단위로 산출하게 된다. 재염소장치 설치가 가능한 지점을 예시적으로 보면, 장치 설치가 가능한 a)밸브실이나 b)관로의 상부가 도로 또는 점유지가 아닌 곳 등이 그 후보 지점이 될 것이다. 이렇게 재염소장치 설치 가능지점을 선정하여 표기한 것이 도 5에서 도시되고 있으며, 구체적으로는 붉은 원(점선)으로 표시한 곳이다.
그리고, 재염소 투입 장치의 설치비용과 운영비용은 다음 예시와 같이 산정할 수 있으며, 이러한 비용은 설치 지역의 지역적인 특성, 운영방식 등에 따라 지역적으로 상이할 수 있다(재염소 투입 장치의 내용연수를 20년으로 보았을 때, 설치비용을 하루 단위로 도출한 것임).
Figure pat00006
Figure pat00007
본 발명은 재염소 투입 장치의 설치 장소를 선정하기 위해 유전 알고리즘을 이용하고 있다. 유전 알고리즘은 자연계의 생물 유전학에 기본 이론을 두며, 병렬적이고 전역적인 탐색 알고리즘으로서, 다윈의 적자생존 이론을 기본 개념으로 한다. 유전 알고리즘은 풀고자 하는 문제에 대한 가능한 해들을 정해진 형태의 자료구조로 표현한 다음, 이들을 점차적으로 변형함으로써 점점 더 좋은 해들을 만들어 낸다. 여기에서 해들을 나타내는 자료구조는 유전자, 이들을 변형함으로써 점점 더 좋은 해를 만들어 내는 과정은 진화로 표현할 수 있다. 즉, 유전 알고리즘은 어떤 미지의 함수 Y = f(x)를 최적화하는 해 x를 찾기 위해, 진화를 모방한(Simulated evolution) 탐색 알고리즘이라고 말할 수 있다. 본 발명에서는 유전 알고리즘 중에서도 2가지 이상의 목적함수가 있는 경우에 해당하는 최적해 탐색기법으로 다목적 유전 알고리즘을 이용하여 있으며, 비우월정렬(Non-dominant Sorting)과 혼잡도 거리분류(Crowding Distance) 분석을 통해 최적 부모해를 선택하는 비지배분류 유전 알고리즘을 이용한다.
본 발명에서 이용한 유전 알고리즘을 연계한 시스템의 흐름도를 보면 도 6과 같다.
본 발명에서 구하고자 하는 목적함수는 두개(목적함수 1, 2)이며, 목적함수 1은 '재염소설비 설치 및 운영비용의 최소화'이고, 목적함수 2는 '소비자 서비스 요구수준 만족율의 최대화'이다. 목적함수 2의 소비자 만족율은 수돗물에 소비자 만족도로서 염소 과량 투입으로 인한 불쾌감 등을 제거하여 만족율을 높이는 것이다.
목적함수 1(비용 최소화)의 식을 보면 아래와 같이 표현된다.
Figure pat00008
위에서 표기된 문자들의 의미는 아래와 같다.
Figure pat00009
목적함수 2(만족도 최대화)의 식을 보면 아래와 같이 표현된다.
Figure pat00010
Figure pat00011
여기서 소비자 서비스 요구수준 만족 수량은 해당지역의 소비자 설문 조사 결과를 반영한 것으로, 소비자 서비스 요구수준은 구체적인 예시로써 잔류염소농도 0.4mg/L~0.6mg/L와 같은 범위값으로 나타낼 수 있다.
그리고, 위 목적함수들을 구하기 위한 제약 조건으로는 아래 식과 같은 정수장 및 수용가 잔류 염소농도가 기준이 된다. 여기서의 제약조건들은 수돗물 공급자의 현재 수준 또는 목표로 하는 기준을 적용할 수 있다.
Figure pat00012
위에서 표기된 문자들의 의미는 아래와 같다.
Figure pat00013
도 7은 위 과정을 통해 최적 해집단을 도출하는 최적해 선정 예시를 나타내고 있다. 도 7에서 도시한 것은 최악조건(수온 28℃, 수량 59,577m3/d, 관망 내 체류시간이 가장 큰 경우)에서, 재염소 투입 장치의 설치 위치를 찾기 위한 최적화 수행 결과(NSGAⅡ 유전파라미터 조건 예 : 인구수 200, 세대수 4,000, 교배율 0.85, 돌연변이율 0.02, 유전파라미터는 지역마다 달라질 수 있으며, 분석 조건에 따라 달라짐.)이다.
도 7의 그림에서는, 잔류 염소농도 만족도를 80%로 하고 재염소 투입 장치를 2개소 설치하는 경우의 예시를 보여주고 있다. 즉, 최악조건(예를 들어, 최근 3년 중 1일 발생)에서 잔류염소농도 만족(0.4mg/L ~ 0.6mg/L) 비율 80% 이상 달성이 가능한 재염소 투입 장치 설치 위치를 최적 재염소 투입 장치 설치 위치로 선정한 것이다. 다만, 20%에 해당하는 수량의 잔류염소농도는 0.35mg/L로 잔류염소농도가 다소 부족한 곳이다. 만약, 잔류 염소농도 만족도를 80% 이상으로 하고 설치 및 운영비용을 더 증가시키는 경우에는 재염소 투입 장치를 3개소에 설치하는 등 그래프에 좌측과 상측으로 이동된 지점에서 해를 찾을 수도 있을 것이다.
도 8 및 도 9를 이용하여 본 발명의 최적관리시스템의 연산부 연산 결과로 도출된 최적해 출력 예시이며, 재염소 투입 위치로 표시된 지점은 도 5에서 선정한 후보 지점(붉은색 점선 원) 중 위에서 예시로써 설명한 연산과정을 통해 도출된 지점이다.
도 8은 최악조건(수온 28℃, 수량 59,577m3/d)에서의 재염소시설 설치 위치 및 재염소농도(최적 위치로 선정한 결과)를 보여준다. 도 8에서 재염소시설 설치 위치로 선정된 지역은 재염소위치(rechlorination site)라고 주황색으로 아래와 같이 표시되어 있으며, 도면상 위쪽에 하나 아래쪽에 하나 총 2지점이 표시되어 있다.
Figure pat00014
도 8은 잔류염소농도 만족율을 80.0%로 설정한 경우를 예시로 나타내며, 도면을 보면, 일부 직결급수지역을 제외하고, 모든 배수구역에서 잔류염소농도 0.4~0.6mg/L 수준으로 수돗물 공급 가능한 것을 보여주고 있다. 설정한 수질기준을 만족시키지 못하는 지역을 하단의 붉은색 타원으로 표시한 지역이다.
도 9는 최악조건에서의 잔류염소농도 만족율을 100.0%로 설정하는 경우를 예시로 보여주고 있다. 도 9에서는 재염소시설 설치 위치로 선정된 지역은 재염소위치(rechlorination site)라고 주황색으로 아래와 같이 표시되어 있으며, 도면상 위쪽에 하나 아래쪽에 둘 총 3지점이 표시되어 있다.
Figure pat00015
이렇게 재염소설치 위치를 세 곳에 선정함으로써 설정한 수질기준을 모든 지역에서 만족시키고 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. GIS 등을 포함하는 상수도관망 정보관리시스템과 SCADA와 같은 상수도관망 실시간 감시제어시스템으로부터, 상수도관망 GIS/CAD자료, 수용가 물사용량 자료, 현장모니터링 수압자료를 취득하는 자료수집부;
    현장 정수장 실험 데이터 기반 잔류염소 농도 수체감소계수, 현장 상수도관망 측정 데이터 기반 잔류염소농도 관벽감소계수, 수리/수질해석 관망도, 비용 원단위 자료를 입력받는 입력부;
    재염소투입 가능지점 선정 후, 비지배분류 유전 알고리즘을 이용하여, 소요 비용을 최소화하고 소비자의 만족도를 최대로 하는 재염소투입 지점 및 투입량에 대한 최적해집단을 도출하는 연산부; 및
    재염소투입 지점에서의 염소 투입량, 정수장에서의 염소투입량을 출력하는 출력부;를 포함하는,
    상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재염소투입 가능지점 선정은, 상수관망에 존재하는 밸브실이나 관로의 상부가 도로나 점유지가 아닌 지점을 기준으로 복수 개 선정하는,
    상수관망시스템의 잔류염소농도 최적관리시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전 알고리즘의 목적함수는 목적함수 1 및 2의 두개로 이루어지고,
    목적함수 1은 재염소설비 설치 및 운영비용에 소요되는 소요비용의 최소화이고, 목적함수 2는 소비자 만족도의 최대화인 것을 특징으로 하는,
    상수관망시스템의 잔류염소농도 최적관리시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    소요비용 최소화라는 목적함수 1은 아래 [식 1]과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는, 상수관망시스템의 잔류염소농도 최적관리시스템.
    [식 1]
    Figure pat00016

    위에서 표기된 문자들의 의미는 아래와 같음
    Figure pat00017
  5. 제3항에 있어서,
    소비자 만족도 최대화라는 목적함수 2는 아래 [식 2]와 같이 표현되는 것을 특징으로 하는, 상수관망시스템의 잔류염소농도 최적관리시스템.
    [식 2]
    Figure pat00018

    위에서 표기된 문자들의 의미는 아래와 같음
    Figure pat00019

  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 목적함수 1과 2를 도출하기 위한 제약 조건으로 아래 [식 3]과 같이 정수장 및 수용가의 잔류 염소농도를 기준으로 하는 것을 특징으로 하는, 상수관망시스템의 잔류염소농도 최적관리시스템.
    [식 3]
    Figure pat00020

    위에서 표기된 문자들의 의미는 아래와 같음
    Figure pat00021
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수체감소계수는 아래 식으로 산정하는 것을 특징으로 하는, 상수관망시스템의 잔류염소농도 최적관리시스템.
    Figure pat00022


KR1020180026757A 2018-03-07 2018-03-07 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템 KR102035514B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180026757A KR102035514B1 (ko) 2018-03-07 2018-03-07 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180026757A KR102035514B1 (ko) 2018-03-07 2018-03-07 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190105953A true KR20190105953A (ko) 2019-09-18
KR102035514B1 KR102035514B1 (ko) 2019-10-23

Family

ID=68070755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180026757A KR102035514B1 (ko) 2018-03-07 2018-03-07 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102035514B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220085969A (ko) * 2020-12-16 2022-06-23 주식회사 워터비 비교측정 및 셀프교정 기능을 구비한 잔류염소 측정장치
KR20230064858A (ko) * 2021-11-04 2023-05-11 한국건설기술연구원 상수관망 수질 중점관리지점의 우선순위와 수질센서의 최적위치를 결정하는 의사결정 시스템 및 그 방법
CN118239578A (zh) * 2024-05-23 2024-06-25 山东省水利科学研究院 一种供水管网二次加氯智能控制方法及系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102529701B1 (ko) 2021-06-02 2023-05-09 주식회사 워터제네시스 실시간 전기분해 기술을 이용한 수도시설 관망 또는 수조의 잔류염소 농도 자동 유지 장치 및 방법
WO2023101035A1 (ko) 2021-11-30 2023-06-08 주식회사 워터제네시스 실시간 전기분해 기술을 이용한 수도시설 관망 또는 수조의 잔류염소 농도 자동 유지 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101205103B1 (ko) * 2012-04-04 2012-11-26 한국수자원공사 상수관망 운영 관리 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101205103B1 (ko) * 2012-04-04 2012-11-26 한국수자원공사 상수관망 운영 관리 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
형진석 외 4인. 유전알고리즘을 이용한 송수시스템에서의 잔류염소 최적화. 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회, pp131~132(2016) 1부.* *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220085969A (ko) * 2020-12-16 2022-06-23 주식회사 워터비 비교측정 및 셀프교정 기능을 구비한 잔류염소 측정장치
KR20230064858A (ko) * 2021-11-04 2023-05-11 한국건설기술연구원 상수관망 수질 중점관리지점의 우선순위와 수질센서의 최적위치를 결정하는 의사결정 시스템 및 그 방법
CN118239578A (zh) * 2024-05-23 2024-06-25 山东省水利科学研究院 一种供水管网二次加氯智能控制方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR102035514B1 (ko) 2019-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102035514B1 (ko) 상수관망의 잔류염소농도 최적관리시스템
Clark et al. Modeling contaminant propagation in drinking-water distribution systems
Engelhardt et al. Rehabilitation strategies for water distribution networks: a literature review with a UK perspective
Clark et al. Measuring and modeling chlorine propagation in water distribution systems
Batchabani et al. Optimal tank design in water distribution networks: review of literature and perspectives
Ananda Explaining the environmental efficiency of drinking water and wastewater utilities
Xu et al. Urban water supply system optimization and planning: Bi-objective optimization and system dynamics methods
García-Ávila et al. Pressure management for leakage reduction using pressure reducing valves. Case study in an Andean city
Islam et al. Optimizing booster chlorination in water distribution networks: a water quality index approach
Elsheikh et al. Hydraulic modelling of water supply distribution for improving its quantity and quality
JP2009297606A (ja) 上下水処理場の監視制御システム
Behzadian et al. A novel approach for water quality management in water distribution systems by multi-objective booster chlorination
US20240010537A1 (en) Systems and Methods for Optimizing Water System Management by Calculating the Marginal Attributes of Water Delivered at Specific Locations and Times
Stang et al. Influences of water quality and climate on the water-energy nexus: A spatial comparison of two water systems
Meng et al. A deterministic approach for optimization of booster disinfection placement and operation for a water distribution system in Beijing
Yao et al. Optimization of Canal water in an irrigation network based on a genetic algorithm: a case study of the north china plain canal system
Elton et al. Water quality modeling in distribution networks
García-Avila et al. Water age in drinking water distribution systems: A case study comparing tracers and EPANET
JP4592601B2 (ja) 薬品注入支援システムと薬品注入支援制御ソフトウエア
JP6779815B2 (ja) 配水管理支援システム
CN114003013B (zh) 一种分层互联的智慧排水管网系统的控制系统
Mohamed et al. Effect of cold-water storage cisterns on drinking-water quality
JPH07119184A (ja) 上下水道システムの運転装置
Lodhi et al. A decision support system for indirect potable reuse based on integrated modeling and futurecasting
Latifi et al. Improving consumer satisfaction in water distribution networks through optimal use of auxiliary tanks (a case study of Kashan City, Iran)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20180307

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20190611

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20190924

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20191017

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20191017

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220929

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20241002

Start annual number: 6

End annual number: 6