KR20200000899A - 상수도 운영관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 홍수 시 범람하는 우수 및 해수 중 적어도 어느 하나가 유입되어 형성된 제 1 저장수를 저장하는 제 1 저수조; 상수원의 담수 및 상기 제 1 저수조의 제 1 저장수 중 적어도 어느 하나가 유입되어 형성된 제 2 저장수를 저장하는 제 2 저수조; 상기 제 2 저수조에서 배출되는 제 2 저장수를 정수하여 상수를 배출하는 정수부; 및 상기 제 1 저수조, 제 2 저수조 및 상기 정수부에 연결된 유입관 및 배출관의 개폐를 제어하고, 상기 우수, 해수, 담수, 제 1 저장수, 제 2 저장수 및 상수의 유입량 및 배출량을 제어하는 제어부; 를 포함하는 상수도 운영관리 시스템을 개시한다.
Description
본 발명은 상수도 운영관리 시스템에 관한 것이다.
수자원의 중요성이 전 세계적으로 강조되고 있으며, 우리나라는 대부분 수원을 하천에 의존하고 있다. 이러한 하천의 환경 및 수질에 영향을 미치는 것은 기본적으로 빗물에 따른 강수량이다.
그런데 최근 들어서는 기후변화에 의하여 국지성 호우에 의한 상습 침수 구역의 범위가 확대되거나, 정반대로 가뭄이 계속되는 경우도 자주 발생하여 실제 필요 시 물이 부족한 상황도 많이 발생하고 있다.
즉, 변화하는 외부 환경에 의해 수자원의 양과 질은 매년 달라지고 있고, 이에 기존 상수도 운영관리 시스템을 통해서는 물관리가 점점 더 어려워지고 있다. 예를 들어, 가뭄 시에는 상수원 유입수가 부족하여 기존 정수 처리 시설을 통한 식수 자원 확보가 점점 더 어려워지고, 홍수 시에는 도심이 침수되고 하천이 범람하는 일이 자주 발생하고 있다.
이처럼 기후변화로 인한 피해가 증가하는 만큼 이에 알맞은 새로운 상수도 운영관리 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 기존 정수 처리 시설에 지하 저수조, 담수화 시설, 우수관을 연계하여 가뭄 및 홍수에 대비한 상수도 운영관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템은 홍수 시 범람하는 우수 및 해수 중 적어도 어느 하나가 유입되어 형성된 제 1 저장수를 저장하는 제 1 저수조; 상수원의 담수 및 상기 제 1 저수조의 제 1 저장수 중 적어도 어느 하나가 유입되어 형성된 제 2 저장수를 저장하는 제 2 저수조; 상기 제 2 저수조에서 배출되는 제 2 저장수를 정수하여 상수를 배출하는 정수부; 및 상기 제 1 저수조, 제 2 저수조 및 상기 정수부에 연결된 유입관 및 배출관의 개폐를 제어하고, 상기 우수, 해수, 담수, 제 1 저장수, 제 2 저장수 및 상수의 유입량 및 배출량을 제어하는 제어부; 를 포함한다.
상기 제 1 저수조는 상기 우수가 유입되는 우수 유입관, 상기 제 1 저장수를 상기 제 2 저수조로 유입하는 제 1 저장수 유입관, 해수가 유입되는 해수 유입관 및 상기 1 저장수를 해양으로 배출하는 제 1 저장수 배출관; 을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 우수 유입관, 상기 제 1 저장수 유입관, 상기 해수 유입관 및 상기 제 1 저장수 배출관 각각에 배치된 밸브를 제어하고, 상기 제어부는 상기 제 1 저장수 유입관 및 상기 제 1 저장수 배출관 각각에 배치된 펌프를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 상수원의 수위 값을 통해, 정상 상황, 가뭄 상황 또는 홍수 상황을 판단하며, 정상 상황 시, 상기 제어부는 상기 우수 유입관, 상기 제 1 저장수 유입관, 상기 해수 유입관 및 상기 제 1 저장수 배출관을 폐쇄하고, 가뭄 상황 시, 상기 제어부는 상기 해수 유입관 및 상기 제 1 저장수 유입관을 개방하고, 상기 제 1 저장수 배출관을 폐쇄하고, 홍수 상황 시, 상기 제어부는 상기 우수 유입관을 개방하고, 상기 저수조에서 상기 제 1 저장수의 수위 값이 기설정 값 이상인 경우, 상기 제 1 저장수 배출관을 개방할 수 있다.
상기 해수 유입관에는 이물질 제거부가 배치되어, 상기 해수에 포함된 이물질을 제거하고, 제거된 이물질은 상기 제 1 저장수 배출관을 통해 상기 해양으로 배출될 수 있다.
상기 이물질 제거부는 해수 유입구, 해수 배출구 및 이물질 배출구를 포함하는 하우징; 해양에서 유입되는 해수 중 이물질을 교반 및 분쇄하는 블레이드; 상기 하우징 내에서 부유하는 이물질을 거르는 메시 스크린; 및 상기 메시 스크린 및 상기 하우징의 측벽에 부착된 이물질을 탈락시키는 스크래퍼; 를 포함할 수 있다.
상기 정수부는 응집 처리 수단, 침전 처리 수단 및 여과 처리 수단을 포함하여, 상기 제 2 저장수의 수질을 제어하는 전처리부; 및 상기 전처리부 후단에 배치되며, 상기 제 2 저장수 중 일부에서 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 생산수를 배출하는 담수화처리부; 를 포함할 수 있다.
상기 전처리부는 오존 처리 수단 및 활성탄 처리 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 담수화처리부는 나노 여과 처리 수단 및 역삼투 처리 수단을 포함할 수 있다.
상기 담수화처리부는 상기 전처리부에 결합 또는 분리 가능하며, 가뭄 상황 시, 상기 제어부는 상기 담수화처리부를 상기 전처리부에 결합하고, 정상 상황 시, 상기 제어부는 상기 담수화처리부를 상기 전처리부에서 분리할 수 있다.
상기 제어부는 상기 상수원의 수위 값이 제 1 수위 값보다 낮은 경우 가뭄 상황이라 판단하고, 상기 상수의 목표 배출량 및 상수의 목표 염도를 설정하고, 상기 제 1 저장수 유입관을 개방하여 상기 제 1 저수조의 제 1 저장수를 상기 제 2 저수조에 유입하며, 상기 상수원의 수위 값을 기준으로 상기 제 1 저장수의 유입량 및 상기 담수의 유입량을 결정하고, 상기 제 2 저수조에서 배출되는 제 2 저장수의 배출량 및 염도를 계산하고, 상기 전처리부에서 전처리를 거친 제 2 저장수에서 상기 담수화처리부로 유입되는 제 2 저장수의 비율을 1차 계산으로 결정하고, 상기 담수화처리부의 담수화 처리 성능을 반영하여, 상기 담수화처리부에서 배출되는 생산수의 배출량 및 염도를 2차 계산으로 결정하고, 상기 정수부에서 배출되는 상수의 최종 배출량 및 최종 염도를 3차 계산으로 결정하고, 상기 상수의 목표 배출량과 상기 상수의 최종 배출량을 비교하여, 상기 제 1 저장수의 유입량을 조절하고, 상기 상수의 목표 염도와 상기 상수의 최종 염도를 비교하여, 상기 담수화처리부로 유입되는 제 2 저장수의 비율을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가뭄 상황 시 상수를 안정적으로 확보할 수 있고, 홍수 상황 시 범람하는 우수를 신속하게 배출할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 도 1의 이물질 제거부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 3은 도 1의 정수부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 4는 도 3의 담수화처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 5는 담수화처리부의 담수화 처리 성능을 통해 생산수의 배출량 및 염도를 연산하는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 이물질 제거부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 3은 도 1의 정수부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 4는 도 3의 담수화처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 5는 담수화처리부의 담수화 처리 성능을 통해 생산수의 배출량 및 염도를 연산하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
다음에서는 도 1 내지 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 이물질 제거부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 1의 정수부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3의 담수화처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 5는 담수화처리부의 담수화 처리 성능을 통해 생산수의 배출량 및 염도를 연산하는 흐름도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상수도 운영관리 시스템(1000)은 제 1 저수조(100), 제 2 저수조(200), 정수부(300) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
제 1 저수조(100)는 해수(10)와 우수(30)가 혼합된 제 1 저장수를 수용할 수 있으며, 해수(10)가 유입되기 용이하도록 해수(10)의 수위보다 낮은 곳에 배치되는 것이 바람직하다.
제 1 저수조(100)의 일측에는 도시(1)에서 홍수 시 범람하는 우수(30)가 유입되는 우수 유입관(33)이 연결되고, 제 1 저수조(100)의 타측에는 제 1 저장수가 해양으로 배출되는 제 1 저장수 배출관(50) 및 해수(10)가 유입되는 해수 유입관(60)이 각각 연결되고, 제 1 저수조(100)의 상부측에는 제 1 저장수를 제 2 저수조(200)로 유입하기 위한 제 1 저장수 유입관(40)이 연결될 수 있다.
여기서, 제 1 저장수 배출관(50) 및 제 1 저장수 유입관(40)에는 제 1 저장수 유동을 위한 펌프(52, 41)가 각각 배치될 수 있다.
또한, 우수 유입관(33), 제 1 저장수 유입관(40), 제 1 저장수 배출관(50) 및 해수 유입관(60) 각각에는 우수, 해수 및 제 1 저장수의 유입량 또는 배출량을 제어하기 위한 밸브(32, 51, 53, 61)가 배치될 수 있다.
제어부(미도시)는 우수 유입관(33), 제 1 저장수 유입관(40), 제 1 저장수 배출관(50) 및 해수 유입관(60) 각각을 제어하여, 우수 유입관(33), 제 1 저장수 유입관(40), 제 1 저장수 배출관(50) 및 해수 유입관(60)의 개폐를 제어할 수 있다.
한편, 도시(1)에 홍수가 발생하여, 범람한 우수(30)는 우수관(31)을 따라 상수원으로 유입될 수 있으며, 제어부의 제어에 따라 우수 유입 밸브(32)가 개방되면 우수 유입관(33)을 통해 우수(30)가 제 1 저수조(100)에 유입될 수 있다.
도시하지 않았지만, 유입되는 우수(30)는 별도의 여과장치를 통해, 우수(30) 내에 이물질이 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 해수 유입관(60)에는 유입되는 해수(10)에 포함된 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부(70)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 이물질 제거부(70)는 하우징, 블레이드(71, 74), 메시 스크린(72) 및 스크래퍼(73, 76)를 포함할 수 있다.
하우징은 해수가 유입되고, 배출되기 위한 해수 유입구, 해수 배출구 및 이물질 배출구를 포함하며, 해수를 수용하기 위한 측벽으로 구성될 수 있다.
블레이드(71, 74)는 하우징 내에서 해수 유입구와 이물질 배출구에 인접한 곳에 각각 배치될 수 있다.
블레이드(71, 74)는 칼날을 구비하고 회전함으로써 해수 중 부유하는 해파리와 같은 이물질을 파쇄할 수 있고, 동작 또는 정지 과정을 반복함으로써 해수에 와류를 발생할 수 있어, 파쇄된 이물질이 이물질 배출구로 용이하게 배출될 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 이물질 배출구는 소정의 경사를 갖는 깔때기 형상의 공간(75)을 구비함으로써, 배출되는 이물질의 배출 경로를 안내할 수 있다.
메시 스크린(72)은 메시 형상을 가짐으로써, 해수는 통과시키고 부유하는 이물질을 거를 수 있다.
스크래퍼(73, 76)는 메시 스크린(72)의 일측면과, 하우징의 내측면에 배치될 수 있으며, 상하 운동을 통해, 메시 스크린(72)과 하우징에 부착된 따개비 등의 고착물을 탈락시킬 수 있다.
한편, 이물질 배출구를 통해 해수와 함께 배출되는 이물질은 이물질 배출관(80)을 통해 해수 배출관(50)으로 유입될 수 있다.
이물질 배출관(80)에는 이물질 배출 밸브(81)가 배치될 수 있다.
제 2 저수조(200)는 상수원의 담수(20)와 제 1 저수조(100)의 제 1 저장수가 혼합된 제 2 저장수를 수용할 수 있다.
한편, 제 1 저장수 유입 펌프(41)와 유입 밸브가 폐쇄되어, 제 2 저수조(200)에 제 1 저장수가 유입되지 않는 경우, 제 2 저장수에는 담수(20)만이 저장될 수 있다.
한편, 제어부는 상수원의 수위 값을 측정하여, 정상 상황, 가뭄 상황 또는 홍수 상황을 판단할 수 있다.
여기서, 제어부는 자동 운영 알고리즘에 따라 가뭄 상황인 것으로 판단하면 제 2 저수조(200)에 제 1 저장수가 유입되도록 유입 펌프(41)와 유입 밸브를 개방하며, 정상 상황 또는 홍수 상황 것으로 판단하면 제 2 저수조(200)에 제 1 저장수가 유입되지 않도록 유입 펌프(41)와 유입 밸브를 폐쇄할 수 있다.
한편, 제어부의 자동 운영 알고리즘은 후술할 제어부의 설명에서 상세히 설명한다.
제 2 저수조(200)의 일측에는 제 1 저수조(100)의 제 1 저장수가 유입되는 제 1 저장수 유입관(40) 및 상수원의 담수(20)가 유입되는 담수 유입관(22)이 연결되고, 제 2 저수조(200)의 타측에는 제 2 저장수가 정수부(300)로 배출되는 제 2 저장수 배출관이 각각 연결될 수 있다.
정수부(300)에는 제 2 저수조(200)의 제 2 저장수가 유입되며, 수질 개선 전처리 및 담수화 처리를 통해 정수된 상수를 배출할 수 있다.
정수부(300)는 전처리부(400)와 담수화처리부(500)를 포함한다.
담수화처리부(500)는 제어부의 제어에 따라 전처리부(400)에 결합 또는 분리될 수 있다.
예컨대, 가뭄 상황 시 제어부는 전처리부(400)와 담수화처리부(500)를 결합할 수 있고, 정상 상황 시 또는 홍수 상황 시 전처리부(400)에서 담수화처리부(500)를 분리할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전처리부(400)는 착수정(410), 응집 처리 수단(420), 침전 처리 수단(430), 여과 처리 수단(440), 막여과 처리 수단(450), 오존 처리 수단(460), 활성탄 처리 수단(470), 염소 처리 수단(480) 및 탈수 수단(490)을 포함할 수 있다.
착수정(410)은 제 2 저장수의 유입이 이루어지는 구성으로, 유입되는 제 2 저장수의 수량 조절을 통해 이후 수 처리 과정에 공급되는 원수의 수량을 일정하게 유지함으로써 약품 투입, 여과, 침전 등의 공정이 원활하게 이루어지도록 한다.
이러한, 착수정(410)에는 수위가 지나치게 상승하는 것을 방지하기 위한 월류관이나 월류웨어 등이 구비될 수 있으며, 부유물 제거를 위한 스크린이 더 구비될 수 있다.
응집 처리 수단(420)은 제 2 저장수에 포함된 이물질(슬러지, 잔해물 등)이 응집제에 의해 응집이 이루어지는 구성으로, 미도시한 혼화지에 종속되어 구비될 수도 있다.
침전 처리 수단(430)은 응집제에 의해 응집된 이물질의 침전이 이루어지는 구성이다.
한편, 막여과 처리 수단(450)은 착수정(410) 이후의 공정과 별도로 선택될 수 있으며, 유입되는 제 2 저장수에 대해 막 분리를 수행하는 구성으로, 정밀여과(microfiltration, MF)막 또는 한외여과(ultrafiltration, UF)막을 기초로 하며, 처리수가 유입되는 유입관, 막 여과유닛(분리 막), 약품 배관, 역세 배관 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
침전 처리 수단(430) 또는 막여과 처리 수단(450)을 통과한 제 2 저장수는 오존 처리 수단(460) 및 활성탄 처리 수단(470)을 통과하게 된다.
오존 처리 수단(460)은 처리수에 오존을 주입하여 처리수에 대한 오존 반응 처리를 수행하는 구성으로, 오존 반응이 진행되는 오존 반응조와 오존을 발생시켜 오존 반응조에 주입하는 오존 발생기를 포함하여 이루어진다.
이러한 오존 처리 수단(460)은 강력한 산화력을 갖는 오존(O3)을 이용하여 표준 2차 처리 공정 시에 잘 제거되지 않는 유기물을 제거하고, 처리수 내의 맛/냄새 유발물질이 활성탄에 잘 흡착되도록 성질을 변화시킨다.
활성탄 처리 수단(470)은 처리수에 대해 활성탄 처리를 수행하는 구성으로, 처리수 내에 함유된 이물질(유기물, 맛/냄새 유발물질. 페놀류 등)을 제거한다.
이러한 활성탄 처리 수단(470)은 분말 상태의 활성탄을 처리수에 교반하여 침전 및 여과하는 분말활성탄 처리법 또는 입상탄으로 구성되는 흡착탄에 처리수를 통과시키는 입상활성탄 처리법 등으로 이루어질 수 있다.
염소 처리 수단(480)은 처리수에 염소를 주입하는 구성으로, 염소가 가진 산화작용 및 살균작용을 이용하여, 살균, 철 또는 망가니즈 등의 제거, 암모니아 제거, 맛/냄새 제거 등은 물론 급수 직전 잔류 염소를 보존을 제공한다.
탈수 수단(490)은 침전 처리 수단(430) 또는 막여과 처리 수단(450)에서 발생한 농축 슬러지를 슬러리 저류조(95)로 압송시켜 운전시 함수율이 미리 정해진 값을 유지하도록 하기 위한 설비이다. 이때, 탈수 효율을 높이기 위해 슬러지에 고분자 응집제가 펌프를 통해 주입될 수 있다.
담수화처리부(500)는 나노 여과 처리 수단(510), 역삼투 처리 수단(520) 및 에너지 회수 수단(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 제어부는 자동 운영 알고리즘에 따라 전처리부(400)에서 담수화처리부(500)로 유입되는 제 2 저장수의 비율을 조절할 수 있다.
한편, 담수화처리부(500)로 유입되는 제 2 저장수는 전처리부(400)에서 고도 정수 처리(오존, 활성탄)로 전처리한 처리수이다. 즉, 유기물이 제거된 제 2 저장수가 담수화 시설로 유입될 수 있다.
따라서, 나노 여과 처리 수단(510)을 높은 플럭스로 운영할 수 있고, 역삼투 처리 수단(520)으로 유입되는 제 2 저장수는 나노 여과 처리 수단(510)을 통해 한 번 더 유기물이 제거된 물이므로, 역삼투 처리 수단(520)도 높은 플럭스로 운영할 수 있다.
여기서, 나노 여과 처리 수단(510) 및 역삼투 처리 수단(520)을 높은 플럭스로 운영할 경우, 유입되는 유입수의 유기물 농도가 높으면 막오염 현상이 심화되는 문제가 발생할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예는 이러한 문제를 방지할 수 있고, 이에 따라 처리 시설을 안정적으로 운영할 수 있는 효과를 야기할 수 있다.
나노 여과 처리 수단(510)은 전처리부(400)에서 전처리되어 유입되는 제 2 저장수를 여과시켜 생산수와 농축수를 배출한다. 여기서, 나노 여과 처리 수단(510)은 복수 개의 나노여과(nanofiltration, NF)막이 배열 설치되는 것이 바람직하다.
나노 여과 처리 수단(510)은 경도 및 유기물을 제거하기 위해 역삼투 처리 수단(520) 전단에 설치될 수 있다. 이를 통해 역삼투 처리 수단(520)의 역삼투막으로 유입되는 처리수의 경도와 각종 유기물 농도를 미리 제어할 수 있다.
여기서, 경도가 제어되었으므로 역삼투 처리 수단(520)은 같은 수압으로도 더 많은 생산수를 생산할 수 있으며, 유기물 제어되었으므로 높은 플럭스 조건에서 처리 시설을 보다 안정적으로 운영할 수 있다.
역삼투 처리 수단(520)은 고압 펌프로부터 가압되어 배출되는 여과수를 역삼투 방식으로 여과시켜 생산수와 농축수를 배출한다. 여기에서, 역삼투 처리 수단(520)은 복수 개의 역삼투(reverse osmosis, RO)막이 배열 설치되는 것이 바람직하다.
역삼투 처리 수단(520)에 적용되는 막은 높은 플럭스 효율을 가진 기수 담수화(brackish water reverse osmosis, BWRO)용 막이다. 즉, 동일한 수압을 가할 시 보다 높은 플럭스로 역삼투 시설을 운영할 수 있으며, 이를 통해 동일 막 면적 대비 많은 유량의 생산수를 생산할 수 있어 담수화처리부(500)의 규모를 줄일 수 있다.
나노 여과 처리 수단(510)과 역삼투 처리 수단(520)의 농축수는 탈수 수단(490)으로 유입될 수 있다.
에너지 회수 수단(530)은 역삼투 처리 수단(520)에서 배출되는 농축수에 의해 동작되어 에너지를 회수하는 구성으로, 에너지 회수 장치(energy recovery device, ERD)로 펠튼형 터빈, 프란시스형 터빈, 터보차저형 터빈 중 선택된 어느 하나로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 담수화처리부(500)는 가뭄 시에만 선택적으로 운영되므로 전처리부(400)에 결합 또는 분리가 용이하게 설치되며, 시설 규모가 작으므로 필요에 따라 다른 장소로 쉽게 이동하여 사용할 수 있다.
즉, 담수화처리부(500)는 간헐적으로 운영하므로 갑작스러운 수압의 변화 및 부식 등의 문제에 쉽게 노출될 수 있어 내구성에 문제를 일으킬 수 있으므로, 압력을 점진적으로 조절할 수 있는 펌프 및 부식성이 강한 재질을 사용하는 등 담수화 설비의 내구성을 증대시킬 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 담수화처리부(500)에서 배출된 생산수는 염소 처리 수단(480)에 유입되어 담수화처리부(500)를 거치지 않은 제 2 저장수와 혼합되어, 염소 처리 후 상수로 배출될 수 있다.
제어부는 상술한 바와 같이, 자동 운영 알고리즘을 상수도 운영관리 시스템(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부는 상수원 수위 값을 획득하며, 가뭄 상황, 정상 상황 및 홍수 상황을 판단할 수 있다.
특히, 제어부는 상수원 현재 수위 값(A)이 기설정된 제 1 수위 값(B)보다 낮을 경우 가뭄 상황으로 판단할 수 있다.
여기서, 제어부는 상수원의 현재 수위 값(A)이 기설정된 제 1 수위 값(B)보다 낮고 기설정된 제 2 수위 값(C, 취수 수위)보다 높으면 가뭄 초기로 판단하며, 상수원의 현재 수위 값(A)이 제 2 수위 값(C)보다 낮으면 극심한 가뭄 상황으로 판단한다.
이에, 제어부는 다음의 [표 1]과 같이, 가뭄 상황을 판단하고 이에 따라 상수원에서의 담수(20) 유입량과 제 1 저수조(100)의 제 1 저장수 유입량을 조절할 수 있다.
| 담수 유입량 | 제 1 저장수 유입량 | 제 2 저장수 유량 | |
| 정상 : A ≥ B | Q1 | 0 | Q1 |
| 가뭄 초기 : C ≤ A < B |
 |
 |
Q1 |
| 가뭄 극심 : A < C | 0 | Q1 | Q1 |
즉, 정상 상황 시 정수장 취수량(Q1)이 있다. 가뭄에 따라 상수원에서 유입하는 양이 기존 유입량보다 줄어들면, 이를 보충하기 위해 제 1 저장수를 제 2 저수조(200)로 유입시킨다. 담수화 시설 운영 이후 감소한 유량은 제 1 저장수의 유량을 늘려서 보충한다. 한편, 제 1 저장수는 높은 염도를 가질 수 있으므로, 염도를 낮출 필요가 있고, 동시에 도시(1)에서 요구하는 상수 유량만큼을 제공해야 하므로 제어부는 상수의 목표 배출량 및 상수의 목표 염도를 먼저 설정할 수 있다.
또한, 제어부는 현재 유입되는 담수와 제 1 저장수의 염도를 측정하여, 제 2 저수조(200)에 저장되는 제 2 저장수의 염도를 계산할 수 있다.
한편, 제 2 저장수는 전처리(정수) 과정을 거치면서 약간의 유량 손실이 발생하므로, 제어부는 전처리를 거친 제 2 저장수의 전체 또는 일부는 담수화처리부(500)로 유입하는 과정에서 대략적인 다음의 [수학식 1]과 같이 1차 계산을 통해 제 2 저장수의 유입 비율을 결정한다.
여기서, Q2는 전처리부를 거친 제 2 저장수의 배출 유량이고, Q3은 담수화처리부로 유입되는 제 2 저장수의 유입 유량이고, Q4는 담수화처리부로 유입되지 않는 제 2 저장수의 유입 유량이고, C2는 전처리부를 거친 제 2 저장수의 염도이고, C3은 담수화처리부로 유입되는 제 2 저장수의 염도이고, Q4는 담수화처리부로 유입되지 않는 제 2 저장수의 염도이고, Y는 담수화처리부에서의 목표 회수율이고, R은 담수화처리부에서의 제거율이고, Ctarget는 상수의 목표 염도이다.
1차 계산은 초기 담수화처리부(500)로의 유입 비율을 결정하기 위한 약식 계산이며, [수학식 1]을 풀면 x값, 즉, 담수화처리부(500)로 유입되는 제 2 저장수의 유입 비율을 개략적으로 계산할 수 있다.
다만, 최종 상수의 염도는 상수의 목표 염도보다 낮아야 하며, 이에 맞게 담수화처리부(500)의 유입 비율을 조절할 수 있다. 여기서, 담수화처리부(500)의 유입 비율은 낮을수록 에너지 측면에서 유리하다.
이후, 담수화처리부(500)로 유입되는 유량 및 염도가 계산되었으므로, 도 5와 같은 담수화 처리 성능을 반영하여, 담수화처리부(500)의 공정에 필요한 압력을 산정할 수 있고, 담수화 처리 성능에 따라 담수화처리부(500)의 생산수 유량 및 염도를 계산할 수 있다.
도 5에서 Jw는 처리수 플럭스이며 다음의 [수학식 2]로 정의될 수 있으며, Qp는 생산수 배출량으로 다음의 [수학식 3]로 정의될 수 있으며, Js는 염분 플럭스로 다음의 [수학식 4]로 정의될 수 있으며, Cp는 생산수 염도로 다음의 [수학식 5]로 정의될 수 있다.
여기서, TCF는 온도 보정 인자이고, CPF는 농도분극 인자이고, P는 수압이고, Π는 삼투압, Q는 유량, C는 염도, J는 플럭스, w는 water, s는 salt, b는 bulk, p는 permeate, Area는 막 면적, A는 water permeability coefficient, B는 salt permeability coefficient이다.
이후, 제어부는 담수화 처리 성능에 따라 담수화처리부(500)에서의 생산수의 배출량 및 염도를 계산할 수 있다. 또한, 이를 바탕으로 담수화처리부(500)의 생산수와 담수화처리부(500)를 거치지 않은 제 2 저장수를 섞은, 최종 상수의 배출 유량 및 염도를 계산할 수 있다.
한편, 최종 상수 배출 유량이 상수의 목표 배출 유량보다 너무 많거나 적으면 제 1 저수조(100)에서의 제 1 저장수의 유입 유량을 조절할 수 있다.
즉, 제어부는 최종 상수 배출 유량이 상수의 목표 배출 유량보다 많으면 제 1 저수조(100)에서의 제 1 저장수의 유입 유량을 감소시키고, 적으면 제 1 저수조(100)에서의 제 1 저장수의 유입 유량을 증가시킨다.
또한, 최종 상수 배출 유량이 상수의 목표 배출 유량과 비교하여 설정된 목표 범위 안에 들어오면, 상수의 염도를 확인하여 염도를 조절할 수 있다.
즉, 제어부는 최종 상수의 염도가 상수의 목표 염도보다 너무 높으면 담수화처리부(500)로 유입되는 비율을 더 증가시키고, 최종 상수의 염도가 상수의 목표 염도보다 너무 낮으면 담수화처리부(500)로 유입하는 비율을 감소시킨다.
여기서, 최종 상수의 염도가 너무 낮아도 상관은 없지만, 경제적인 측면에서 담수화처리부(500)로 유입되는 유량을 줄이는 게 바람직하다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1000: 상수도 운영관리 시스템
100: 제 1 저수조
200: 제 2 저수조
300: 정수부
100: 제 1 저수조
200: 제 2 저수조
300: 정수부
Claims (11)
- 홍수 시 범람하는 우수 및 해수 중 적어도 어느 하나가 유입되어 형성된 제 1 저장수를 저장하는 제 1 저수조;
상수원의 담수 및 상기 제 1 저수조의 제 1 저장수 중 적어도 어느 하나가 유입되어 형성된 제 2 저장수를 저장하는 제 2 저수조;
상기 제 2 저수조에서 배출되는 제 2 저장수를 정수하여 상수를 배출하는 정수부; 및
상기 제 1 저수조, 제 2 저수조 및 상기 정수부에 연결된 유입관 및 배출관의 개폐를 제어하고, 상기 우수, 해수, 담수, 제 1 저장수, 제 2 저장수 및 상수의 유입량 및 배출량을 제어하는 제어부; 를 포함하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 저수조는
상기 우수가 유입되는 우수 유입관, 상기 제 1 저장수를 상기 제 2 저수조로 유입하는 제 1 저장수 유입관, 해수가 유입되는 해수 유입관 및 상기 1 저장수를 해양으로 배출하는 제 1 저장수 배출관; 을 포함하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 우수 유입관, 상기 제 1 저장수 유입관, 상기 해수 유입관 및 상기 제 1 저장수 배출관 각각에 배치된 밸브를 제어하고,
상기 제어부는 상기 제 1 저장수 유입관 및 상기 제 1 저장수 배출관 각각에 배치된 펌프를 제어하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 상수원의 수위 값을 통해, 정상 상황, 가뭄 상황 또는 홍수 상황을 판단하며,
정상 상황 시, 상기 제어부는 상기 우수 유입관, 상기 제 1 저장수 유입관, 상기 해수 유입관 및 상기 제 1 저장수 배출관을 폐쇄하고,
가뭄 상황 시, 상기 제어부는 상기 해수 유입관 및 상기 제 1 저장수 유입관을 개방하고, 상기 제 1 저장수 배출관을 폐쇄하고,
홍수 상황 시, 상기 제어부는 상기 우수 유입관을 개방하고, 상기 저수조에서 상기 제 1 저장수의 수위 값이 기설정 값 이상인 경우, 상기 제 1 저장수 배출관을 개방하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 해수 유입관에는 이물질 제거부가 배치되어, 상기 해수에 포함된 이물질을 제거하고,
제거된 이물질은 상기 제 1 저장수 배출관을 통해 상기 해양으로 배출되는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 이물질 제거부는
해수 유입구, 해수 배출구 및 이물질 배출구를 포함하는 하우징;
해양에서 유입되는 해수 중 이물질을 교반 및 분쇄하는 블레이드;
상기 하우징 내에서 부유하는 이물질을 거르는 메시 스크린; 및
상기 메시 스크린 및 상기 하우징의 측벽에 부착된 이물질을 탈락시키는 스크래퍼; 를 포함하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 4항에 있어서,
상기 정수부는
응집 처리 수단, 침전 처리 수단 및 여과 처리 수단을 포함하여, 상기 제 2 저장수의 수질을 제어하는 전처리부; 및
상기 전처리부 후단에 배치되며, 상기 제 2 저장수 중 일부에서 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 생산수를 배출하는 담수화처리부; 를 포함하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 7항에 있어서,
상기 전처리부는 오존 처리 수단 및 활성탄 처리 수단을 더 포함하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 8항에 있어서,
상기 담수화처리부는
나노 여과 처리 수단 및 역삼투 처리 수단을 포함하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 9항에 있어서,
상기 담수화처리부는 상기 전처리부에 결합 또는 분리 가능하며,
가뭄 상황 시, 상기 제어부는 상기 담수화처리부를 상기 전처리부에 결합하고,
정상 상황 시, 상기 제어부는 상기 담수화처리부를 상기 전처리부에서 분리하는 상수도 운영관리 시스템.
- 제 10항에 있어서,
상기 제어부는
상기 상수원의 수위 값이 제 1 수위 값보다 낮은 경우 가뭄 상황이라 판단하고,
상기 상수의 목표 배출량 및 상수의 목표 염도를 설정하고,
상기 제 1 저장수 유입관을 개방하여 상기 제 1 저수조의 제 1 저장수를 상기 제 2 저수조에 유입하며, 상기 상수원의 수위 값을 기준으로 상기 제 1 저장수의 유입량 및 상기 담수의 유입량을 결정하고,
상기 제 2 저수조에서 배출되는 제 2 저장수의 배출량 및 염도를 계산하고,
상기 전처리부에서 전처리를 거친 제 2 저장수에서 상기 담수화처리부로 유입되는 제 2 저장수의 비율을 1차 계산으로 결정하고,
상기 담수화처리부의 담수화 처리 성능을 반영하여, 상기 담수화처리부에서 배출되는 생산수의 배출량 및 염도를 2차 계산으로 결정하고,
상기 정수부에서 배출되는 상수의 최종 배출량 및 최종 염도를 3차 계산으로 결정하고,
상기 상수의 목표 배출량과 상기 상수의 최종 배출량을 비교하여, 상기 제 1 저장수의 유입량을 조절하고,
상기 상수의 목표 염도와 상기 상수의 최종 염도를 비교하여, 상기 담수화처리부로 유입되는 제 2 저장수의 비율을 조절하는 상수도 운영관리 시스템.
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