KR20220024245A - 하수처리장용 통합제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생물반응조에서 미생물의 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 송풍기의 구동전력을 조절하여 줌으로써, 미생물의 농도를 최적으로 유지하면서도, 송풍전력 사용량을 절감시켜주고, 생물반응조 내에서 최적의 미생물 농도가 유지되도록 미생물 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 침전조에서 생물반응조로 반송되는 슬러지의 반송률을 조절하여 줌으로써, 미생물의 농도를 정밀하게 조절 가능한 하수처리장용 통합제어 시스템에 관한 것으로, 하수 유동라인(101) 쪽으로부터 하수가 유입되고, 그 유입된 하수 내 유기물을 미생물을 통해 분해하는 생물반응조(100)와; 상기 생물반응조(100)로 유입되는 하수의 양을 측정하여 하수 유입량정보(QIN)를 생성하는 유입측 유량계(102)와; 상기 생물반응조(100)에 외부공기를 공급하는 송풍기(200)와; 상기 생물반응조(100)로부터 유입되는 하수를 슬러지와 방류수로 분리하는 침전조(300)와; 상기 침전조(300)에서 방류수 유동라인(301)을 통해 방류되는 하수인 방류수의 양을 측정하여 하수 방류량정보(QOUT)를 생성하는 방류측 유량계(302)와; 상기 하수 유동라인(101)을 통해 유동되는 하수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN)를 생성하는 유입수측 유기물 농도감지센서(511) 및 상기 방류수 유동라인(301)을 통해 유동되는 방류수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)를 생성하는 방류수측 유기물 농도감지센서(512)와; 상기 생물반응조(100)의 하수에 포함된 용존산소의 농도를 감지하여 용존산소 농도감지정보(DO)를 생성하는 용존산소 농도감지센서(520)와; 상기 생물반응조(100)의 하수 온도를 감지하여 온도감지정보(T)를 생성하는 온도감지센서(530)와; 주기별로 감지되는 상기 하수 유입량정보(QIN), 상기 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN), 상기 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT), 상기 용존산소 농도감지정보(DO), 상기 하수 방류량정보(QOUT) 및 상기 온도감지정보(T)를 감지할 때마다 누적저장하고, 그 누적저장된 정보의 평균값인 누적 하수 유입량정보, 누적 유기물 농도감지정보, 누적 용존산소 농도감지정보, 누적 하수 방류량정보 및 누적 온도감지정보를 토대로 상기 송풍기(200)의 구동전력을 주기적으로 조절하여 주는 제어패널(600);로 이루어진 것을 특징으로 하는 하수처리장용 통합제어 시스템.

Description

하수처리장용 통합제어 시스템{Integrated control system for sewage treatment plant}
본 발명은 생물반응조에서 미생물의 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 송풍기의 구동전력을 조절하여 줌으로써, 미생물의 농도를 최적으로 유지하면서도, 송풍전력 사용량을 절감시켜주고, 생물반응조 내에서 최적의 미생물 농도가 유지되도록 미생물 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 침전조에서 생물반응조로 반송되는 슬러지의 반송률을 조절하여 줌으로써, 미생물의 농도를 정밀하게 조절 가능한 하수처리장용 통합제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 도시하수, 가축폐수, 농업폐수, 산업폐수 등을 포함하는 하수 및 폐수에는 BOD성분인 유기물뿐만 아니라 질소 및 인을 포함하는 영양염류 성분이 존재한다. 이러한 영양염류의 증가는 생태계 균형을 파괴하며, 부영양화 현상을 발생시키는 요인으로 작용하고 있다.
이에, 유기물, 질소 및 인을 포함하는 영양염류를 처리하기 위하여 다양한 생물학적 처리 방법 및 장치들이 개발되고 있다.
이러한, 생물학적 처리방식 중 하나로 미생물을 이용하여 유기물을 제거하는 표준 활성슬러지공법을 주로 사용하고 있다. 여기서, 활성 슬러지란 '슬러지내에 호기성 미생물을 배양하여 슬러지와 호기성미생물이 혼합된 상태'를 지칭한다
한편, 표준 활성슬러지공법에서는 유기물을 제거하는 최종 처리 효율과 성능의 향상을 위해, 미생물의 농도가 높아야 한다. 즉, 최적의 미생물의 농도를 꾸준히 유지하여 주는 것이 관건이다.
이에, 표준 활성슬러지공법에 따른 하수처리 시스템에서는 미생물의 생장을 촉진 시키고자 송풍기를 통해 생물반응조에 외부의 공기를 공급하여 주어야 한다.
그런데, 종래의 하수처리 시스템에서는 생물반응조에 존재하는 미생물의 농도를 지속적으로 확인하기 어렵기 때문에, 생물반응조에 연결된 송풍기를 최대한 가동하는 경우가 빈번하여 하수처리 운영에 따른 송풍기의 구동전력 효율이 반감되는 문제점이 있다.
KR 10-2005-0029872 A
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 생물반응조에서 미생물의 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 송풍기의 구동전력을 조절하여 주는 하수처리장용 통합제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 생물반응조 내에서 최적의 미생물 농도가 유지되도록 미생물 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 침전조에서 생물반응조로 반송되는 슬러지의 반송률을 조절하여 주는 하수처리장용 통합제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템은, 하수 유동라인 쪽으로부터 하수가 유입되고, 그 유입된 하수 내 유기물을 미생물을 통해 분해하는 생물반응조와; 상기 생물반응조로 유입되는 하수의 양을 측정하여 하수 유입량정보를 생성하는 유입측 유량계와; 상기 생물반응조에 외부공기를 공급하는 송풍기와; 상기 생물반응조로부터 유입되는 하수를 슬러지와 방류수로 분리하는 침전조와; 상기 침전조에서 방류수 유동라인을 통해 방류되는 하수인 방류수의 양을 측정하여 하수 방류량정보를 생성하는 방류측 유량계와; 상기 하수 유동라인을 통해 유동되는 하수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 유입수 쪽 유기물 농도감지정보를 생성하는 유입수측 유기물 농도감지센서 및 상기 방류수 유동라인을 통해 유동되는 방류수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 방류수 쪽 유기물 농도감지정보를 생성하는 방류수측 유기물 농도감지센서와; 상기 생물반응조의 하수에 포함된 용존산소의 농도를 감지하여 용존산소 농도감지정보를 생성하는 용존산소 농도감지센서와; 상기 생물반응조의 하수 온도를 감지하여 온도감지정보를 생성하는 온도감지센서와; 주기별로 감지되는 상기 하수 유입량정보, 상기 유기물 농도감지정보, 상기 용존산소 농도감지정보, 상기 하수 방류량정보 및 상기 온도감지정보를 감지할 때마다 누적저장하고, 그 누적저장된 정보의 평균값인 누적 하수 유입량정보, 누적 유기물 농도감지정보, 누적 용존산소 농도감지정보, 누적 하수 방류량정보 및 누적 온도감지정보를 토대로 상기 송풍기의 구동전력을 주기적으로 조절하여 주는 제어패널;로 이루어진다.,
상기 생물반응조의 하수에 포함된 부유물을 포함하는 미생물의 농도를 감지하여 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보를 생성하는 생물반응조측 미생물 농도감지센서;를 포함하고, 상기 방류수측 유기물 농도감지센서에서 감지되는 방류수 쪽 유기물 농도감지정보는 시간의 변화에 따른 유기물의 변화량으로서, 하기의 수학식과 같다.
[수학식]
dCODOUT/dt = a1×X×DO + a2×CODIN×QIN + a3×CODOUT×QOUT + a4×T-1
여기서, CODIN은 하수 유동라인을 통해 유입되는 하수에서 감지된 유입수 쪽 유기물 농도감지정보이다.
CODOUT은 방류수 유동라인을 통해 방류되는 하수에서 감지된 방류수 쪽 유기물 농도감지정보이다.
a1, a2, a3 및 a4는 각 항의 계수이다.
본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템에는, 상기 침전조에서 토출되는 슬러지 중 일부인 반송슬러지를 상기 생물반응조로 반송시키는 반송슬러지 라인 및 상기 침전조에서 토출되는 슬러지 중 나머지인 폐슬러지를 외부로 배출하는 폐슬러지 라인을 포함하는 슬러지 이송부재;를 포함한다.
상기 생물반응조의 하수에 포함된 부유물을 포함하는 미생물의 농도를 감지하여 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보를 생성하는 생물반응조측 미생물 농도감지센서;를 포함하며, 상기 제어패널은, 주기별로 감지되는 상기 하수 유입량정보, 상기 하수 방류량정보, 상기 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보 및 상기 반송슬러지 내 미생물 농도정보를 감지할 때마다 누적저장하고, 그 누적저장된 정보의 평균값인 누적 하수 유입량정보, 누적 하수 방류량정보, 누적 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보 및 누적 반송슬러지 내 미생물 농도정보를 토대로 상기 침전조에서 토출되는 슬러지 중 반송슬러지의 백분율인 반송슬러지의 반송률을 조절하여 주는 기능을 수행한다.
상기 제어패널에서 연산된 상기 반송슬러지의 반송률은, 상기 생물반응조 내에서 시간의 변화에 따른 미생물의 농도 변화량으로서, 하기의 수학식과 같다.
[수학식]
dX/dt = b1×XR×(QIN - QOUT)×α + b2×X
b1은 반송슬러지 내 미생물 농도 계수이다.
b2는 미생물의 성장 계수이다.
상기 제어패널에는, DB부;를 포함하고, 상기 DB부에는, 상기 유입측 유량계를 통해 기설정 주기별로 전송되는 하수 유입량정보가 누적저장되는 주기별 하수 유입량정보 DB와; 상기 방류측 유량계를 통해 기설정 주기별로 전송되는 하수 방류량정보가 누적저장되는 주기별 하수 방류량정보 DB와; 상기 유입수측 유기물 농도감지센서 및 방류수측 유기물 농도감지센서를 통해 기설정 주기별로 전송되는 유입수 쪽 유기물 농도감지정보 및 방류수 쪽 유기물 농도감지정보가 누적저장되는 주기별 유기물 농도감지정보 DB와; 상기 용존산소 농도감지센서를 통해 기설정 주기별로 전송되는 용존산소 농도감지정보가 누적저장되는 주기별 용존산소 농도감지정보 DB와; 상기 온도감지센서를 통해 기설정 주기별로 전송되는 온도감지정보가 누적저장되는 주기별 온도감지정보 DB와; 상기 생물반응조측 미생물 농도감지센서를 통해 기설정 주기별로 전송되는 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보가 누적저장되는 주기별 미생물 농도감지정보 DB;를 포함한다.
본 발명은 생물반응조에서 미생물의 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 송풍기의 구동전력을 조절하여 줌으로써, 미생물의 농도를 최적으로 유지하면서도, 송풍전력 사용량을 절감시켜주는 효과를 발휘한다.
또한, 본 발명은 생물반응조 내에서 최적의 미생물 농도가 유지되도록 미생물 생장에 관여하는 다양한 인자를 기설정주기마다 누적하고, 그 누적저장된 빅데이터를 토대로 침전조에서 생물반응조로 반송되는 슬러지의 반송률을 조절하여 줌으로써, 미생물의 농도를 정밀하게 조절 가능한 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템을 개략적으로 나타낸 전체구성도이다.
도 2는 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템을 이루는 구성 중 제어패널을 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템을 이용하여 미생물 생장에 관여하는 용존산소의 농도에 따라 송풍기의 구동전력을 조절하는 과정 및 미생물의 농도에 따라 슬러지의 반송률을 조절하는 과정을 나타낸 모형도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템을 개략적으로 나타낸 전체구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템은 크게 생물반응조(100), 송풍기(200), 침전조(300), 슬러지 이송부재, 유기물 농도감지센서(511,512), 용존산소 농도감지센서(520), 온도감지센서(530), 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541), 제어패널(600)을 포함한다.
먼저, 생물반응조(100)는 하수 유동라인(101) 쪽으로부터 하수가 유입되고, 그 유입된 하수 내 유기물을 미생물을 통해 분해하는 부재이다.
한편, 생물반응조(100)에는 생물반응조(100)로 유입되는 하수의 양을 측정하기 위해 유입측 유량계(102)가 설치제공되며, 이를 통해, 유입측 유량계(102)에서는 기설정된 주기마다 생물반응조(100)로 유입되는 하수의 양을 측정하여 하수 유입량정보(QIN)를 생성하고, 이를 후술되는 제어패널(600)로 전송한다.
여기서, 기설정된 주기는 분(分)단위, 시(侍)단위, 일(日)단위 등 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템의 규모에 따라 다양한 시간단위가 적용될 수 있다.
상기 송풍기(200)는 생물반응조(100)에 존재하는 미생물의 생장이 촉진되도록 외부공기를 공급하는 부재로서, 미생물의 생장 여부에 따라 송풍기(200) 팬의 구동속도가 증감되거나 정지되는 등 송풍기(200) 팬의 구동속도에 따른 구동전력이 효율적으로 조절되어야 송풍전력 사용량을 절감시킬 수 있다.
상기 침전조(300)는 생물반응조(100)로부터 유입되는 하수를 슬러지와 방류수로 분리하여, 분리된 방류수는 하천과 같은 외부로 방류하고, 슬러지도 외부에서 처리 가능하도록 반출하는 기능을 수행한다.
한편, 침전조(300)에도 침전조(300)연통된 방류수 유동라인(301)에서 방류되는 방류수의 양을 측정하기 위해 방류측 유량계(302)가 설치제공되며, 이를 통해, 방류측 유량계(302)에서는 기설정된 주기마다 방류되는 하수인 방류수의 양을 측정하여 하수 방류량정보(QOUT)를 생성하고, 이를 후술되는 제어패널(600)로 전송한다.
또한, 침전조(300)에는 침전조(300)에서 토출되는 슬러지 중 일부인 반송슬러지를 생물반응조(100)로 반송시키는 반송슬러지 라인(410) 및 침전조(300)에서 토출되는 슬러지 중 나머지인 폐슬러지를 외부로 배출하는 폐슬러지 라인(420)이 구축되어 제공되어질 수 있다.
여기서, 반송슬러지 라인(410) 및 폐슬러지 라인(420)에는 후술되는 제어패널(600)을 통해 슬러지의 이동량이 제어될 수 있도록 각각 개폐밸브 및 펌프가 설치 제공될 수 있다.
상기 유기물 농도감지센서(511,512)는 유기물 농도감지정보를 생성하는 센싱부재로서, 하수 유동라인(101)을 통해 유동되는 하수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN)를 생성하는 유입수측 유기물 농도감지센서(511) 및 상기 방류수 유동라인(301)을 통해 유동되는 방류수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)를 생성하는 방류수측 유기물 농도감지센서(512)로 구분되어진다.
그리고 용존산소 농도감지센서(520), 온도감지센서(530), 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541) 및 반송슬러지측 미생물 농도감지센서(542)는 생물반응조(100)에 설치되어, 생물반응조(100)에서 미생물의 생장에 관여하는 다양한 감지정보를 기설정주기마다 감지하여, 이를 토대로 송풍기(200)의 구동전력 조절 및 반송슬러지의 반송률(α)을 조절할 수 있는 빅데이터를 제공하는 센싱부재이다.
먼저, 유입수측 유기물 농도감지센서(511) 및 방류수측 유기물 농도감지센서(512)는 기설정 주기마다 유입되는 하수와 방류되는 방류수의 유기물 농도를 감지하여 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN) 및 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)를 생성하고, 이를 후술되는 제어패널(600)로 전송한다.
상기 용존산소 농도감지센서(520)는 기설정된 주기마다 생물반응조(100)의 하수에 포함된 용존산소의 농도를 감지하여 용존산소 농도감지정보(DO)를 생성하고, 이를 후술되는 제어패널(600)로 전송한다.
상기 온도감지센서(530)는 기설정된 주기마다 생물반응조(100)의 하수 온도를 감지하여 온도감지정보(T)를 생성하고, 이를 후술되는 제어패널(600)로 전송한다.
상기 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541)는 생물반응조(100)의 하수에 포함된 부유물을 포함하는 미생물의 농도(MLSS)를 감지하여 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X)를 생성하고, 이를 후술되는 제어패널(600)로 전송한다.
상기 반송슬러지측 미생물 농도감지센서(542)는 반송슬러지 라인(410)으로 이동되는 반송슬러지의 미생물의 농도(MLSS)를 감지하여 반송슬러지쪽 미생물 농도감지정보(XR)를 생성하고, 이를 후술되는 제어패널(600)로 전송한다.
상기 제어패널(600)은 앞에서 언급한 유입측 유량계(102), 방류측 유량계(302), 용존산소 농도감지센서(520), 온도감지센서(530) 및 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541) 등에서 기설정된 주기마다 제공되는 감지정보를 누적저장하여 빅데이터로 구축하고, 그 구축된 빅데이터의 평균값을 토대로 송풍기(200)의 구동전력 조절 제어 및 반송슬러지의 반송률(α)을 연산하는 제어부재이다.
이와 같은, 기능을 수행하기 위해 제어패널(600)에는 기설정된 주기마다 전송되는 각 정보가 누적저장되는 DB부(610)가 구비되어진다.
이처럼, 구비되는 DB부(610)에는 유입측 유량계(102)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 하수 유입량정보(QIN)가 누적저장되는 주기별 하수 유입량정보 DB(611), 방류측 유량계(302)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 하수 방류량정보(QOUT)가 누적저장되는 주기별 하수 방류량정보 DB(612), 유입수측 유기물 농도감지센서(511) 및 방류수측 유기물 농도감지센서(512)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN) 및 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)가 누적저장되는 주기별 유기물 농도감지정보 DB(613), 용존산소 농도감지센서(520)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 용존산소 농도감지정보(DO)가 누적저장되는 주기별 용존산소 농도감지정보 DB(614), 온도감지센서(530)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 온도감지정보(T)가 누적저장되는 주기별 온도감지정보 DB(615) 및 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541)와 반송슬러지측 미생물 농도감지센서(542)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X)와 반송슬러지쪽 미생물 농도감지정보(XR)가 누적저장되는 주기별 미생물 농도감지정보 DB(616)를 포함한다.
한편, 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템에서, 송풍기(200)의 구동전력 조절 제어는 다음과 같다.
즉, 제어패널(600)은 주기별 하수 유입량정보 DB(611)에 누적저장되는 정보로서 주기별로 감지되는 하수 유입량정보(QIN), 주기별 유기물 농도감지정보 DB(613)에 누적저장되는 정보로서 주기별로 감지되는 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN) 및 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT), 주기별 용존산소 농도감지정보 DB(614)에 누적저장되는 정보로서 주기별로 감지되는 용존산소 농도감지정보(DO), 주기별 하수 방류량정보 DB(612) 에 누적저장되는 정보로서 주기별로 감지되는 하수 방류량정보(QOUT) 및 주기별 온도감지정보 DB(615)에 누적저장되는 정보로서 주기별로 감지되는 온도감지정보(T)의 평균값인 누적 하수 유입량정보, 누적 유기물 농도감지정보, 누적 용존산소 농도감지정보, 누적 하수 방류량정보 및 누적 온도감지정보를 토대로 송풍기(200)의 구동전력을 주기적으로 조절하여 주는 기능을 수행한다.
이처럼, 방류수측 유기물 농도감지센서(510)에서 감지되는 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)는 시간의 변화에 따른 유기물의 변화량(dCODOUT/dt)으로서, 송풍기(200)의 구동전력을 고려할 때 용존산소 농도가 매우 중요하고, 유기물의 농도에 따라 송풍기의 구동전력이 조절되어야 하기 때문에 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)도 하나의 중요한 인자이며, 이와 더불어 하수의 유입량 및 유출량, 온도도 송풍기(200)의 구동전력을 조절할 때 중요인자로 작용한다.
이를 토대로, 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)인 시간의 변화에 따른 유기물의 변화량(dCODOUT/dt)은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에 있어서, CODIN은 하수 유동라인을 통해 유입되는 하수에서 감지된 유입수 쪽 유기물 농도감지정보이고, CODOUT은 방류수 유동라인을 통해 방류되는 하수에서 감지된 방류수 쪽 유기물 농도감지정보이며, a1, a2, a3 및 a4는 각 항의 계수이다.
그리고 본 발명의 하수처리장용 통합제어 시스템에서, 반송슬러지의 반송률(α)의 조절 제어는 다음과 같다.
즉, 제어패널(600)은 주기별로 감지되는 하수 유입량정보(QIN), 하수 방류량정보(QOUT), 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X) 및 반송슬러지 내 미생물 농도정보(XR)를 감지할 때마다 누적저장하고, 그 누적저장된 정보의 평균값인 누적 하수 유입량정보, 누적 하수 방류량정보, 누적 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보 및 누적 반송슬러지 내 미생물 농도정보를 토대로 침전조(300)에서 토출되는 슬러지 중 반송슬러지의 백분율인 반송슬러지의 반송률(α)을 조절하여 주는 기능을 수행한다.
이처럼, 제어패널(600)에서 연산된 반송슬러지의 반송률(α)은 생물반응조(100) 내에서 시간의 변화에 따른 미생물의 농도 변화량(dX/dt)으로서, 미생물 농도에 많은 영향을 받기 때문에, 생물반응조(100) 내의 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X), 반송슬러지 라인(410)에서의 미생물 농도정보인 반송슬러지 쪽 미생물 농도감지정보(XR)가 중요인자로 작용하며, 유기물 농도에 따라 요구되는 미생물 농도가 변동되기 때문에, 추가적으로 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT) 및 하수의 양을 변화시키는 하수 유입량정보(QIN)와 하수 방류량정보(QOUT)도 영향을 미친다.
이를 토대로, 반송슬러지의 반송률(α)인 생물반응조(100) 내에서 시간의 변화에 따른 미생물의 농도 변화량(dX/dt)은 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에 있어서, b1은 반송슬러지 내 미생물 농도 계수이고, b2는 미생물의 성장 계수이다.
100 : 생물반응조 101 : 하수 유동라인
102 : 유입측 유량계 200 : 송풍기
300 : 침전조 301 : 방류수 유동라인
302 : 방류측 유량계 410 : 반송슬러지 라인
420 : 폐슬러지 라인
511 : 유입수측 유기물 농도감지센서
512 : 방류수측 유기물 농도감지센서
520 : 용존산소 농도감지센서 530 : 온도감지센서
541 : 생물반응조측 미생물 농도감지센서
542 : 반송슬러지측 미생물 농도감지센서
600 : 제어패널
610 : DB부 611 : 주기별 하수 유입량정보 DB
612 : 주기별 하수 방류량정보 DB
613 : 주기별 유기물 농도감지정보 DB
614 : 주기별 용존산소 농도감지정보 DB
615 : 주기별 온도감지정보 DB
616 : 주기별 미생물 농도감지정보 DB

Claims (5)

  1. 하수 유동라인(101) 쪽으로부터 하수가 유입되고, 그 유입된 하수 내 유기물을 미생물을 통해 분해하는 생물반응조(100)와;
    상기 생물반응조(100)로 유입되는 하수의 양을 측정하여 하수 유입량정보(QIN)를 생성하는 유입측 유량계(102)와;
    상기 생물반응조(100)에 외부공기를 공급하는 송풍기(200)와;
    상기 생물반응조(100)로부터 유입되는 하수를 슬러지와 방류수로 분리하는 침전조(300)와;
    상기 침전조(300)에서 방류수 유동라인(301)을 통해 방류되는 하수인 방류수의 양을 측정하여 하수 방류량정보(QOUT)를 생성하는 방류측 유량계(302)와;
    상기 하수 유동라인(101)을 통해 유동되는 하수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN)를 생성하는 유입수측 유기물 농도감지센서(511) 및 상기 방류수 유동라인(301)을 통해 유동되는 방류수에 포함된 유기물의 농도를 감지하여 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)를 생성하는 방류수측 유기물 농도감지센서(512)와;
    상기 생물반응조(100)의 하수에 포함된 용존산소의 농도를 감지하여 용존산소 농도감지정보(DO)를 생성하는 용존산소 농도감지센서(520)와;
    상기 생물반응조(100)의 하수 온도를 감지하여 온도감지정보(T)를 생성하는 온도감지센서(530)와;
    주기별로 감지되는 상기 하수 유입량정보(QIN), 상기 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN), 상기 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT), 상기 용존산소 농도감지정보(DO), 상기 하수 방류량정보(QOUT) 및 상기 온도감지정보(T)를 감지할 때마다 누적저장하고, 그 누적저장된 정보의 평균값인 누적 하수 유입량정보, 누적 유기물 농도감지정보, 누적 용존산소 농도감지정보, 누적 하수 방류량정보 및 누적 온도감지정보를 토대로 상기 송풍기(200)의 구동전력을 주기적으로 조절하여 주는 제어패널(600);로 이루어진 것을 특징으로 하는 하수처리장용 통합제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생물반응조의 하수에 포함된 부유물을 포함하는 미생물의 농도(MLSS)를 감지하여 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X)를 생성하는 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541);를 포함하고,
    상기 방류수측 유기물 농도감지센서(512)에서 감지되는 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)는 시간의 변화에 따른 유기물의 변화량(dCODOUT/dt)으로서, 하기의 수학식으로 구한 값인 것을 특징으로 하는 하수처리장용 통합제어 시스템.
    dCODOUT/dt = a1×X×DO + a2×CODIN×QIN + a3×CODOUT×QOUT + a4×T-1
    여기서, CODIN은 하수 유동라인을 통해 유입되는 하수에서 감지된 유입수 쪽 유기물 농도감지정보이다.
    CODOUT은 방류수 유동라인을 통해 방류되는 하수에서 감지된 방류수 쪽 유기물 농도감지정보이다.
    a1, a2, a3 및 a4는 각 항의 계수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 침전조(300)에서 토출되는 슬러지 중 일부인 반송슬러지를 상기 생물반응조(100)로 반송시키는 반송슬러지 라인(410) 및 상기 침전조(300)에서 토출되는 슬러지 중 나머지인 폐슬러지를 외부로 배출하는 폐슬러지 라인(420)을 포함하는 슬러지 이송부재;를 포함하고,
    상기 생물반응조(100)의 하수에 포함된 부유물을 포함하는 미생물의 농도(MLSS)를 감지하여 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X)를 생성하는 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541);를 포함하며,
    상기 반송슬러지 라인(410)으로 이동되는 반송슬러지의 미생물의 농도(MLSS)를 감지하여 반송슬러지쪽 미생물 농도감지정보(XR)를 생성하는 반송슬러지측 미생물 농도감지센서(542);를 포함하고,
    상기 제어패널(600)은, 주기별로 감지되는 상기 하수 유입량정보(QIN), 상기 하수 방류량정보(QOUT), 상기 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X) 및 상기 반송슬러지 쪽 미생물 농도정보(XR)를 감지할 때마다 누적저장하고, 그 누적저장된 정보의 평균값인 누적 하수 유입량정보, 누적 하수 방류량정보, 누적 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보 및 누적 반송슬러지 쪽 미생물 농도정보를 토대로 상기 침전조(300)에서 토출되는 슬러지 중 반송슬러지의 백분율인 반송슬러지의 반송률(α)을 조절하여 주는 것을 특징으로 하는 하수처리장용 통합제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어패널(600)에서 연산된 상기 반송슬러지의 반송률(α)은, 상기 생물반응조(100) 내에서 시간의 변화에 따른 미생물의 농도 변화량(dX/dt)으로서, 하기의 수학식으로 구한 값인 것을 특징으로 하는 하수처리장용 통합제어 시스템.
    dX/dt = b1×XR×(Qin - QOUT)×α + b2×X
    b1은 반송슬러지 내 미생물 농도 계수이다.
    b2는 미생물의 성장 계수이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어패널(600)에는, DB부(610);를 포함하고,
    상기 DB부(610)에는,
    상기 유입측 유량계(102)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 하수 유입량정보(QIN)가 누적저장되는 주기별 하수 유입량정보 DB(611)와;
    상기 방류측 유량계(302)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 하수 방류량정보(QOUT)가 누적저장되는 주기별 하수 방류량정보 DB(612)와;
    상기 유입수측 유기물 농도감지센서(511)와 방류수측 유기물 농도감지센서(512)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 유입수 쪽 유기물 농도감지정보(CODIN)와 방류수 쪽 유기물 농도감지정보(CODOUT)가 누적저장되는 주기별 유기물 농도감지정보 DB(613)와;
    상기 용존산소 농도감지센서(520)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 용존산소 농도감지정보(DO)가 누적저장되는 주기별 용존산소 농도감지정보 DB(614)와;
    상기 온도감지센서(530)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 온도감지정보(T)가 누적저장되는 주기별 온도감지정보 DB(615)와;
    상기 생물반응조측 미생물 농도감지센서(541)와 반송슬러지측 미생물 농도감지센서(542)를 통해 기설정 주기별로 전송되는 생물반응조 쪽 미생물 농도감지정보(X)와 반송슬러지쪽 미생물 농도감지정보(XR)가 누적저장되는 주기별 미생물 농도감지정보 DB(616);를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리장용 통합제어 시스템.
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