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KR100884502B1 - 하수 처리 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

하수 처리 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR100884502B1
KR100884502B1 KR1020080045359A KR20080045359A KR100884502B1 KR 100884502 B1 KR100884502 B1 KR 100884502B1 KR 1020080045359 A KR1020080045359 A KR 1020080045359A KR 20080045359 A KR20080045359 A KR 20080045359A KR 100884502 B1 KR100884502 B1 KR 100884502B1
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KR
South Korea
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concentration
reaction
sewage treatment
control
nitrate nitrogen
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Inventor
문영학
Original Assignee
태화강재산업 주식회사
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Abstract

용수를 유입하여 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나로 가변하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 유입부, 배출부 및 공기량 조절밸브의 개폐가 조정되는 생물 반응조를 구비하는 하수 처리부와, 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하는 반응 제어부를 포함하는 하수 처리 장치가 제공된다.
Figure R1020080045359
하수, 오염, 미생물, 반응, 혐기, 호기, 공기,

Description

하수 처리 장치 및 그 제어 방법{APPARUTUS FOR TREATING WASTE WATER AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 하수 처리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 하수처리를 위한 생물 반응조에서 질산성 질소와 암모니아성 질소의 농도를 검출하여 질산화 또는 탈질화의 반응을 제어하는 하수 처리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하수고도처리공법에서는 혐기조(공정), 무산소조(공정), 호기조(공정)을 구분하여 운영하게 된다.
혐기조(공정)는 하수내에 존재하는 유기물질을 이용하여 인의 방출을 유도하며, 무산소조(공정)는 호기조(공정)에서 질산화과정을 거쳐 생성된 질산성 질소를 하수내에 존재하는 유기물질을 이용하여 탈질시키는 공정이고, 호기조(공정)는 혐기조(공정), 무산소조(공정)에서 일부 제거된 유기물질의 산화와 질산화, 인의 과잉섭취를 통해 유기물질 및 질소, 인을 제거하게 되는 역할을 수행하게 된다.
기존 대부분의 공법들은 유입하수를 혐기조(공정)으로만 유입시키는 방식을 적용하였다. 그러나 이 경우, 혐기조(공정)에서 탈질소 및 인의 방출에 대부분 유 기물질이 사용됨에 따라 무산소조(공정)에서는 유기물질이 부족하여 전체 질소 제거효율은 낮았다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 혐기조(공정)와 무산소조(공정)으로의 분할 유입방법이 개발되었다. 혐기조(공정)와 무산소조(공정)으로의 분할유입을 실시할 경우, 무산소조(공정)에서도 하수내에 존재하는 유기물질을 이용하여 탈질소화율이 증가함으로 혐기조(공정)으로만 유입하는 방식에 비하여 처리성능이 향상되었다.
그러나 분할유입(혐기조:무산소조, 6:4 또는 5:5 등)의 비는 대부분 운영자의 경험과 1일 1회 분석된 수질분석결과를 토대로 운전되게 되는데, 혐기조(공정)에서 PO43 --P의 농도가 낮을 경우, 인 방출에 필요한 탄소원이 부족한 것으로 판단하여 혐기조(공정)으로의 유입량을 증가시키고, 무산소조(공정)에서 NO3 --N가 높을 경우, 탄소원이 부족한 것으로 판단하여 무산조조(공정)으로의 유입량을 증가시키거나, 내부반송율을 감소시켜 운전하게 된다.
그러나 이것은 이전의 자료를 이용한 결과로서 현재 상황을 정확하게 반영하지 못함에 따라 처리성능을 크게 개선하지는 못하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 우선적으로 생물반응조내의 상태를 정확하게 모니터링할 수 있도록 각 반응조(공정)내에 암모니아성 질소(NH4 +-N), 질산성 질소(NO3 --N), 인산염 인(PO43 --P) 수질계측기를 설치하여 반응조내의 오염물질량을 실 시간으로 감시하는 제어 시스템을 구축하여야 한다.
그러나 일반적인 하수고도처리공법에서 각 공정별로 각각의 수질계측기를 설치하여야 함으로 막대한 초기투자비와 유지관리비가 필요하다. 따라서 최소화된 수질계측기로 효과적인 제어를 하기 위해서는 종래의 반응조내 공간적 분할이 아닌 시간적인 분할과 공간적 분할방법을 동시에 적용할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반응조내에 질산화 공정 및 탈질화 공정을 실시간으로 감시하여 효과적으로 하수처리를 수행하는 하수처리 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일측면에 의하면, 용수를 유입하여 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나로 가변하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 유입부, 배출부 및 공기량 조절밸브의 개폐가 조정되는 생물 반응조를 구비하는 하수 처리부와, 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하는 반응 제어부를 포함하는 하수 처리 장치가 제공된다.
상기 반응 제어부는, 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도를 각각 측정하는 계측부와, 상기 계측부를 통해 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하기 위한 연산 및 논리를 수행하는 연산 및 논리 제어부를 포함할 수 있다.
상기 하수 처리부는, 상기 유입부, 배출부 및 공기량 조절밸브와 각각 연결되고 상호 연통되는 유로가 형성된 적어도 두 개의 생물 반응조와, 상기 각각의 생물 반응조의 하부에 설치되고 상기 생물 반응조를 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나로 가변하도록 선택적으로 공기를 공급하는 산기관과, 상기 생물 반응조의 배출부에 설치되며 유로의 흐름을 변경하기 위해 배출부의 개폐를 조정하는 수위조절장치를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 하수처리 장치는, 상기 생물 반응조의 용수의 특정성분에 대한 측정된 성분값의 유효성을 판단하여 목표치를 설정하고, 그 목표치와 비례하는 제어신호를 발생하여 상기 하수 처리부를 제어하는 PID(phased isolation ditch) 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 생물 반응조의 운전 모드는, 상기 생물 반응조에서 혐기조 공정, 무산소조 공정, 호기조 공정을 선택적으로 수행하기 위한 복수의 운전 모드일 수 있다.
상기 생물 반응조는 혐기조 공정, 무산소조 공정, 호기조 공정을 선택적으로 수행하기 위한 복수의 영역으로 구분되어 동작될 수 있다.
상기 반응 제어부는, 상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도를, 상기 운전 모드를 결정하기 위해 미리 설정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상관관계 경계선과 비교하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
상기 상관 관계 경계선은, 상기 생물 반응조에서 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 저장된 자료를 토대로 경계선을 플로팅하여 이루어질 수 있다.
상기 반응 제어부는 상기 상관관계 경계선을 이용하여 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상호위치 조건의 검출과 비교 논리법에 의하여 논리 결과치(0, 1)를 제어신호로 출력할 수 있다.
상기 반응 제어부는, 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 각 신호와의 상관 관계 경계선이 설정된 함수에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고, 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 직접 비교하여 논리를 생성하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
상기 반응 제어부는, 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 각 신호와의 상관 관계 경계선이 설정된 함수에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고, 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 사칙 연산 또는 특수 계산을 하여 최종 계산 결과를 논리로 생성하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
상기 반응 제어부는, 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 기준선 또는 제어선이 설정된 함수에 상기 2개의 신호의 상호 비율로 계산된 신호를 입력시켜 기준되는 조건 또는 제어값을 계산하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
상기 반응 제어부는, 상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도 비율에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화를 수행하기 위한 비포기/포기의 용적 비율을 조절할 수 있다.
상기 미리 취득된 자료는 시운전 또는 랩 반응기의 운행에 의해 취득될 수 있다.
상기 반응 제어부는, 공정 계통의 위치 제어, 수량 제어, 유량 제어, 및 시간 제어중에서 선택된 적어도 하나의 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 용수를 유입하여 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나로 가변하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 배출부의 개폐가 조정되는 생물 반응조를 구비하는 하수 처리 장치의 제어 방법으로, 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하는 반응 제어 단계를 포함하는 하수 처리 장치의 제어 방법이 제공된다.
상기 반응 제어 단계는, 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도를 각각 측정하는 계측 단계와, 상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하기 위한 연산 및 논리를 수행하는 연산 및 논리 제어 단계를 포함할 수 있다.
상기 반응 제어 단계는, 상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도를, 상기 운전 모드를 결정하기 위해 미리 설정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상관관계 경계선과 비교하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
상기 반응 제어 단계는, 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 기준선 또는 제어선이 설정된 함수에 상기 2개의 신호의 상호 비율로 계산된 신호를 입력시켜 기준되는 조건 또는 제어값을 계산하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
상기 반응 제어 단계는, 상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도 비율에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화를 수행하기 위한 비포기/포기의 용적 비율을 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실시간 생물반응조 제어에 의해 취득된 자료를 토대로 정량화된 설계 기초자료를 제공함으로써 하수처리장 설계 기술력을 증대시키는 파급효과가 기대되며, 시스템을 이용해 과학적이고 합리적인 하수처리장 운영을 통해 운영관리기술의 향상시킬 수 있다.
또한, 첨단 정보통신기술과 환경기술의 접목시킬 수 있는 초석을 마련함에 따라 환경정보화 분야의 기술 개발 촉진 및 활용성 확대가 가능하고 다양한 국내 공법에 본 제어기술이 접목됨에 따라 하수처리장의 자동화 설비들 적용 영역 확장 및 온라인 수질계측기의 정확도가 향상되는 파급효과가 기대된다.
아울러, 연중 안정적이며, 고효율의 유기물질 및 부유물질, 질소와 인의 처리성능을 유지함으로써 주변하천의 수질을 개선하고 방류수역의 부영양화를 방지가 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 하수처리 장치를 이용하여 하수처리장을 관리할 경우, 정량적이고 정성적인 과학적 분석, 관리, 제어를 통해 하수처리장의 유지관리비를 절감하고 연중 안정적인 방류수질을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 연중 안정적인 방류수질이 유지되어 방류하천의 수질이 개선되고 방류수역의 부영향화 빈도가 감소하여 친수환경이 조성되어 블루 네트워크 형성이 용이할 것으로 기대된다.
또한, 본 발명에 의하면, 순수 국내기술로 국내실정에 적합하도록 개발되어 기존 외국 하수고도처리공법 도입시 동반되는 제어알고리즘을 국내 기술로 대체가능하며, 장기간의 현장적용결과를 토대로 하수고도처리공법의 우수성을 확보하고 운영과정에서 축적된 노하우를 데이터베이스화하면 동남아시아 및 중앙아시아, 중국 등의 해외시장에서 외국기술에 비해 비교우위의 경쟁력 확보가 가능하여 환경전략산업으로 수출함으로서 많은 외화의 획득이 가능할 것으로 추정된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하수처리 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 하수처리 장치(100)는 하수 처리부(200)와, 반응 제어부(300)를 포함한다.
상기 하수 처리부(200)는 용수를 유입하여 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나로 가변하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 배출부의 개폐가 조정되는 생물 반응조를 구비한다.
상기 반응 제어부(300)는 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정한다.
상기 반응 제어부(300)는 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도의 상관 관계에 의한 영역 검출을 이용하거나, 비율관계에 의한 기준 함수 출력을 이용하여 질산화 공정 또는 탈질화 공정에 따른 반응을 제어할 수 있다.
상기 반응 제어부(300)는, 상관 관계에 의한 영역 검출을 이용하여 상기 센서들을 통해 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도를, 상기 운전 모드를 결정하기 위해 미리 설정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상관관계 경계선과 비교하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
상기 상관관계 경계선은, 상기 생물 반응조에서 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 저장된 자료를 토대로 경계선을 플로팅하여 이루어질 수 있다.
상기 반응 제어부(300)는 상기 상관관계 경계선을 이용하여 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상호위치 조건의 검출과 비교 논리법에 의하여 논리치(0, 1)를 제어신호로 출력할 수 있다. 논리치에 따라 해당 반응 공정을 더 진행할 것인지 종료할 것인지가 결정될 수 있다.
상기 반응 제어부(300)는, 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 각 신호와의 상관 관계 경계선이 설정된 함수에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고, 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 직접 비교하여 논리를 생성하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
또한, 상기 반응 제어부(300)는, 상관 관계에 의한 영역 검출을 이용하여, 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 각 신호와의 상관 관계 경계선이 설정된 함수에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고, 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 사칙 연산 또는 특수 계산을 하여 최종 계산 결과를 논리치로 생성하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
또한, 상기 반응 제어부(300)는, 비율관계에 의한 기준 함수 출력을 이용하여, 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 기준선 또는 제어선이 설정된 함수에 상기 2개의 신호의 상호 비율로 계산된 신호를 입력시켜 기준되는 조건 또는 제어값을 계산하여 상기 운전 모드를 결정할 수 있다.
또한, 상기 반응 제어부(300)는, 각 운전 모드에 대하여 상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도 비율에 따라 생물 반응조에서 비포기/포기의 용적 비율을 조절할 수 있다.
이를 위해, 상기 반응 제어부(300)는 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도를 각각 측정하는 계측부(310)와, 연산 및 논리 제어부(320)를 포함할 수 있다. 여기에서, 계측부(310)는 상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도를 계측하기 위한 제1 계측부(311) 및 제2 계측부(312)를 포함할 수 있다.
상기 연산 및 논리 제어부(320)는 상기 계측부(310)를 통해 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하기 위한 연산 및 논리 처리를 수행할 수 있다.
상기 하수처리 장치(100)는 상기 용수의 특정성분에 대한 측정된 성분값의 유효성을 판단하여 목표치를 설정하고, 그 목표치와 비례하는 제어신호를 발생하여 상기 하수 처리부(200)를 제어하는 PID(phased isolation ditch) 제어부(400)를 포함할 수 있다.
상기 PID 제어부(400)는 용수의 특성성분들을 검사하는 적어도 하나 이상의 센서들이 마련된 계측부(410)가 설치되며, 상기 계측부(410)는 목표치설정부(420)와 연결된다. 상기 목표치설정부(420)는 상기 계측부(410)로부터 측정된 성분값이 입력됨에 따라 하수처리에 필요한 운영조건의 목표치가 설정된다.
상기 PID 제어부(400)는 계측부(410)에서 측정된 설정값에 의해 자동으로 운영되는 방법이외에도 운영자가 입력하는 성분값에 따라 목표치를 설정하는 수동설정부(430)를 가질 수 있다. 그리고, 상기 PID 제어부(400)는 상기 목표치설정부(420)와 상기 수동설정부(430)를 선택적으로 연결하는 신호선택부(450)가 설치되며, 이를 선택하기 위해 운영자가 자동/수동모드 선택하기 위한 자동/수동모드 선택부(440)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 신호선택부(450)로부터 입력되는 목표치는 제어부(460)로 전달되어 비례, 적분 또는 미분에 의해 제어신호로 환산된다. 그리고, 상기 제어부(460)는 하수 처리부(200)와 연결되며, 환산된 제어신호에 따라 상기 하수 처리부(200)를 조작하여 하수를 처리한다.
한편, 상기 PID 제어부(400)는 상기 신호선택부(450)로부터 입력되는 목표치와, 상기 하수 처리부(200)를 통과한 용수를 측정한 목표값을 비교하여 상기 제어부(470)로 입력되는 목표치를 보정하는 제어 보정부를 포함할 수 있다. 상기 제어보정부는 상기 하수 처리부(200)의 출구측에 설치되어 용수의 특정성분을 검사하는 센서를 갖는 최종계측부(480)와, 상기 제어부(470)의 입구측에 설치되어 설정된 목표치에 의해 예상되는 특정성분값과 상기 최종계측부(480)로부터 검사된 특정성분값을 비교하여, 상기 예상되는 특정성분값이 상기 검사된 특정성분값에 수렴하도록 상기 목표치를 수정하는 비교기(460)를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리 장치에서 하수 처리부에 구비되는 생물 반응조를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리 장치에서 하수 처리부를 간략하게 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리부의 생물 반응조의 내부를 도시한 단면도이다.
상기 하수 처리부(200)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 두 개의 생물 반응조(210, 220)(Bulk liquid)가 마련되고, 두 개의 생물 반응조(210, 220)는 상호 연통되는 유로(216, 226)가 형성되어 상호간의 하수가 유동하게 된다. 또한, 각각의 생물 반응조(210, 220)에는 상단 및 하단으로 하수를 유입하기 위한 유입부(211, 212, 221, 222) 및 상기 생물 반응조(210, 220)에서 정화 처리된 하수를 배출하기 위한 배출부(214, 224)가 연결된다. 이를 위해, 상기 생물 반응조(210, 220)에는 상기 유입부(211, 212, 221, 222) 및 상기 배출부(214, 224)와 연결되기 위한 유입구 또는 배출구가 형성된다.
또한, 상기 유입부(211, 212, 221, 222)는 상기 생물 반응조(210, 220)의 상단, 하단에 각각 연결되며, 상기 유입부(211, 212, 221, 222)의 출구부에는 개폐수단(270)이 설치되며, 상기 개폐수단(270)의 제어를 통해 배출부(214,224)의 열린 상태를 조절한다.
상기 개폐수단(270)은 전동수문으로서, 상하 이동 가능한 로드(274)가 구비된 실린더(272)와, 상기 실린더(272)의 로드(274)에 연결되며 상기 유입부(211, 212, 221, 222)의 출구부를 차폐하는 차폐판(276)을 포함한다.
또한, 각각의 생물 반응조(210, 220)의 하부에는 공기를 공급하기 위한 산기관(230)이 설치된다. 상기 산기관(230)은 상기 생물 반응조(210, 220)로 선택적으로 공기를 공급하며, 이에 따라 상기 생물 반응조(210, 220)가 혐기 상태, 무산소 상태, 호기 상태 중 어느 하나의 상태로 가변될 수 있다. 또한, 상기 생물 반응조(210, 220)는 상기 산기관(230)으로부터 공급되는 공기 주입위치를 제어함에 따라 혐기 상태, 무산소 상태, 호기 상태로 공존하는 것도 가능하다.
또한, 상기 산기관(230)은 복수로 설치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 유입부(211, 212, 221, 222)와 대향되게 설치된다. 이에 따라 상기 유입부(211, 212, 221, 222)의 하부에는 각각의 대응되는 산기관(230)이 위치된다.
또한, 상기 산기관(230)에는 공기를 공급하는 주공기 공급배관(232)이 연결되고, 상기 주공기 공급배관(232)에는 블로워(Blower)(236)가 설치되어 공기를 공급한다. 또한, 상기 산기관(230)과 주공기 공급배관(232)의 연결부에는 공급되는 공기량을 조절하기 위한 밸브수단(234)이 설치된다. 상기 밸브수단(234)은 전동 니들 밸브(Electric Needle Value) 또는 전동 버터플라이 밸브(Electric Butterfly Value), 전동 볼 밸브 (Electric Ball Value)로 이루어질 수 있고, 상기 밸브수단(234)의 조절을 통해 각각의 산기관(230)으로 공급되는 공기량을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 하수 처리부(200)는 상기 블로워(Blower)(236)의 작동을 중지하지 않은 상태에서도 상기 산기관(230)을 통해 생물 반응조(210, 220)의 각 부분으로 공급되는 공기의 공급을 차단 또는 조절할 수 있다.
또한, 상기 생물 반응조(210, 220)의 유입부(211, 212, 221, 222)의 입구부에는 하수 원수의 공급되는 유량을 조절하기 위한 (도시되지 않은) 유량 조정조가 설치될 수 있다. 이에 따라 상기 생물 반응조(210, 220)로 항상 일정한 량의 유량이 공급할 수 있다.
또한, 상기 생물 반응조(210, 220)의 배출부(214, 224)에는 유로의 흐름을 변경하기 위해 배출부(214, 224)의 개폐를 조정하는 수위조절장치(280)가 설치된다. 따라서, 상기 생물 반응조(210, 220)는 상기 수위조절장치(280)의 조정을 통해 질산화된 하수를 무산소(조) 상태로 자연 유하시켜 적은 동력으로 내부반송효과를 얻을 수 있다.
상기 수위조절장치(280)는 상기 배출부(214, 224)의 개구된 높이를 조절하여 개폐를 조정하는 것으로서, 상기 배출부(214, 224)를 넘쳐 흘러가는 유량을 조절하여 유로의 흐름을 변경한다. 이를 위해 상기 수위조절장치(280)는 그 개구를 막는 차폐수단과, 상기 차폐수단의 높이를 조절하기 위한 높이 조절수단을 포함한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하수 처리 장치의 운전 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리 장치는 크게 A, B, C, D 운전 모드의 4가지 운전모드로서 운전이 되며, 각 운전모드에서 하수의 유입과 흐름, 처리된 하수의 유출과 폭기와 무폭기 구간이 설정되어 있다.
먼저, A 운전 모드는 도 5의 (a)와 같이, 제1생물 반응조(210)의 상단으로 하수 및 반송 슬러지가 유입된다. 상기 제1생물 반응조(210)로 유입되는 상기 하수 및 반송 슬러지는 공기 공급이 중단되어 있는 혐기 상태로 유입된다. 이때, 상기 하수 및 반송 슬러지는 교반이 실시되지 않은 상태로서, 플러그 플로(Plug-flow)형태로 이동된다. 그리고, 상기 제1생물 반응조(210)의 중단 및 하단은 무산소 상태로 전환된다.
한편, 제2생물 반응조(220)는 호기상태를 유지하게 되며, 처리가 완료된 하수를 유출한다.
다음으로, B 운전 모드를 진행한다. B 운전 모드는 도 5의 (b)와 같이, 상기 제1생물 반응조(210)로 하수의 유입이 중지된다. 그리고, 상기 제2생물 반응조(220)의 하단으로 하수 및 반송 슬러지가 유입된다. 이때, 상기 제1생물 반응조(210)의 상단과 중단 및 하단에는 공기가 공급되어 호기 상태로 전환되게 된다.
한편, 제2생물 반응조(220)의 상단과 중단 및 하단은 공기공급이 중단되어 무산소 상태로 전환되어 처리수를 배출한다.
다음으로, C 운전 모드로 진행한다. C 운전 모드는 도 5의 (c)와 같이, 상기 제2생물 반응조(220)의 하단으로 하수 및 반송슬러지의 유입이 중단되고, 상기 제2생물 반응조(220)의 상단으로 하수 및 반송슬러지가 유입된다. 이때, 상기 하수 및 반송 슬러지는 교반이 실시되지 않은 상태로서, 플러그 플로(Plug-flow)형태로 이동된다. 그리고, 상기 제2생물 반응조(220)의 중단 및 하단은 무산소 상태로 전환된다. 또한, 상기 제1생물 반응조(210)는 호기 상태로 전환되며 처리가 완료된 하수가 방출된다.
다음으로, D 운전 모드로 진행한다. D 운전 모드는 도 5의 (d)와 같이, 상기 제2생물 반응조(220)의 상단으로 하수의 유입이 중단된다. 그리고, 상기 제1생물 반응조(210)의 하단으로 하수 및 반송 슬러지가 유입된다.
이때, 상기 제1생물 반응조(210)의 상단과 중단 및 하단은 무산소 상태로 전환된다. 그리고 처리가 완료된 하수를 배출한다. 또한, 상기 제2생물 반응조(220)의 상단과 중단 및 하단은 호기 상태로 전환된다.
이와 같이, 각각의 단계별 처리시간은 유입수의 부하량에 따라 가변되며, 각각의 단계별 처리시간이 길어지거나 단계가 생략되는 것도 가능하다.
좀더 상세히 살펴보면, 본 발명의 하수처리장치는 두 개의 간헐포기조(210, 220)로 구성되어 있으나, 운전측면에서 두 개의 생물반응조(210, 220)를 도 6에 도시된 바와 같이 크게 Tank 1, Tank 2, Tank 3로 분리하여 운영하고 Tank 3은 다시4개의 소구역으로 분리하여 유입부하에 따라 탄력적으로 간헐포기조내 구역별 포기/비포기를 통해 혐기/무산소/호기공정의 체류시간을 제어하게 된다.
A모드를 살펴보면, 하수와 슬러지는 Tank 1로 유입되어 Tank 3을 거쳐 Tank 2로 유출되게 된다. 하수와 슬러지가 유입되는 Tank 1은 혐기공정(비포기공정)으로 운전되게 되고 Tank 3은 질산성 질소를 탈질시키는 무산소공정(비포기공정)과 잔류유기물질을 제거하고 질산화 및 인의과잉섭취를 유도하는 호기공정(포기공정)이 동시에 운영되게 된다. Tank 2는 호기공정(포기공정)에서 유출을 발생시키게 된다. 이때, Tank 1의 수위조절장치는 상승하게 되고 Tank 2의 수위조절장치는 하강하게 되어 자연유하 방식으로 Tank 2 방향으로 유출 흐름을 유지하게 된다.
그 다음, B 모드로서 하수와 슬러지는 Tank 3-c 구역으로 유입되게 되고 무산소공정(비포기공정)으로 운전이 변경된 Tank 2로 유출되게 된다. 이전 운전모드에서 혐기공정(비포기공정) 및 무산소공정(비포기공정)으로 운전되었던 Tank 1과 Tank 3의 일부구간은 호기공정(비포기공정)으로 전환되게 된다. C모드와 D모드는 A모드와 B모드의 반대방향으로 유입과 유출이 발생되는 운전모드로서 공정의 운전은 A/B모드와 동일하다.
한편, C모드(Phase)의 경우를 살펴보면, 하수는 암모니아성 질소(NH4 +-N), 질산성 질소(NO3 --N), 인산염 인(PO43 --P) 수질계측기가 설치된 Tank 2로 유입된다.
하수가 유입됨에 따라 반응조내에는 암모니아성 질소(NH4 +-N) 농도가 증가하게 되고, 탈질과정에 의해 질산성 질소(NO3 --N)는 점차 감소하면서 인산염 인(PO43 --P)의 농도도 서서히 증가하게 된다. 이때, 암모니아성 질소(NH4 +-N), 질산성 질소(NO3 --N) 수질계측기가 설치된 Tank 1은 호기공정에서 유출을 발생시키게 되는데, Tank 1에서는 질산화 과정을 통해 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 농도는 감소하게 되고 질산성 질소(NO3 --N)의 농도는 증가하게 된다.
만일, 이러한 C모드(Phase)가 계속 진행되게 되면, Tank 1에서는 지속적으로 암모니아성 질소(NH4 +-N) 농도와 인산염 인(PO43 --P)의 농도는 증가하고 질산성 질소(NO3 --N)의 농도는 감소하게 된다. 이때, Tank 1에서는 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 농도는 감소하게 되며, 질산성 질소(NO3 --N)의 농도는 계속 증가하게 되어 최종침전지에서 다량의 슬러지 부상으로 처리성능이 크게 저하될 것이다.
이러한 현상이 발생되는 중요 원인은 혐기공정 또는 무산소 공정에서 필요한 질산성 질소(NO3 --N)가 내부반송을 통해 지속적으로 공급되지 못하기 때문이다. 따라서 내부반송이 없는 공법(APID 공법)에서는 질산성 질소(NO3 --N)가 풍부한 위치로 유입하수의 유입위치를 변경하여야만 한다.
질산화(nitrification)반응이란 암모니아성 질소가 호기성 조건에서 질산화 미생물에 의하여 아질산과 질산으로 산화되는 과정으로, 다음 화학식들과 같이 암모니아 산화과정과 아질산 산화과정으로 구분된다.
Figure 112008034750090-pat00001
Figure 112008034750090-pat00002
여기에서, 암모니아가 질산으로 산화되는데 요구되는 이론적 총 산소요구량은 약 4.57g-O2/g-N이며, 이중 암모니아 산화 및 아질산 산화단계에서 요구되는 산소의 량은 각각 3.43g-O2-N과 1.14g-O2/g-N이다. 이때, 질산화 미생물은 무기탄소원으로 폐수 속의 탄산가스를 이용하며, 질산화 과정시 생성되는 수소이온(H+)으로 인해 폐수속의 알칼리도 감소가 일어난다. 이론적으로 1mg NO4 +-N이 산화되기 위해서는 7.14mg(as CaCO3)의 알칼리도가 요구된다.
질산화 반응시 세포합성 과정에는 무기탄소를 필요로 한다. 이때, 질소의 산화에서 얻은 대부분의 에너지는 이산화탄소가 세포로 환원되는데 소비된다. 세포합성을 고려한 양론식은 [화학식 3]으로 나타낼 수 있으며, 이때 암모니아 산화균과 아질산 산화균의 수율은 각각 0.08g-VSS/g-NH4 +-N과 0.05g-VSS/g-NO2 --N이 적용된다. 여기에서 C5H7NO2는 질산화균을 의미한다.
Figure 112008034750090-pat00003
Figure 112008034750090-pat00004
일반적으로 질산화 반응은 주로 화학합성 독립영양미생물(chemoautotrophic bacteria)에 의한 것으로 알려져 있다. 질산화에 관련하는 미생물 중 Nitrosomonas sp.는 암모니아를 hydroxylamine을 거쳐 아질산으로 산화시키는 대표적인 미생물이며, 다른 종류로는 Nitrosospira briensis, Nitrosococcus nitrous, Nitrosolobus multiformis가 있다. 아질산에서 질산으로 산화시키는 주요 미생물은 Nitrobacter sp.이며 해양성 미생물인 Nitrosospina gracilis와 Nitrosococcus mobils도 있는 것으로 알려져 있다.
탈질화(Denitrification, DN)공정은 무산소 부유증식(anoxic suspended growth) 및 무산소 부착증식(anoxic attached growth)의 모든 형태에서 수행될 수 있으며, 탈질화 반응의 조건은 용존 산소 농도의 결핍과 충분한 질산염 존재 유무에 달려있다. 생물학적 탈질화는 일반적으로 완전한 질산화 반응에서 시작된다. 그러나 질산화 과정에 관여하는 미생물은 유입 폐수내의 질소형태에 따라 질산화 경로가 변하게 되는데, 고농도의 암모니아 폐수에서는 이온화되지 않은 암모니아(NH3 : free ammonia)와 아질산염(HNO3 - : free nirous acid)에 의하여 Nitrobacter의 질산화 저해를 가져와 아질산성 질소가 축적되는 현상(nitrite build-up)이 나타나게 된다. 탈질화 과정에 관여하는 미생물은 임의성 종속영양 미생물(heterotrophs)로서 반응조내 무산소 상태의 유지와 전자공여체(electron donor)인 유기탄소원이 필수적으로 필요하게 되며, 전자공여체로는 경제적인 이유로 메탄올이 가장 많이 이용되고 있다. 메탄올을 전자공여체로 이용할 경우, 탈질화 반응은 다음과 같다.
NO3 - + 1/3CH3OH → NO2 - + 1/3CO2 + 2/3H2O
NO2 - + 1/2CH3OH → 1/2N2 + 1/2CO2 +1/2H2O + OH-
NO3 - + 5/6CH3OH → 1/2N2 + 5/6CO2 +7/6H2O + OH-
탈질화반응을 위한 메탄올은 탈질화 미생물의 세포합성에 약 25 ~ 30%가 소요되는 것으로 알려져 있으며, 세포합성을 고려한 총괄적인 질산염의 탈질화반응을 실규모의 연구를 토대로 다음 식과 같이 제안되고 있다.
NO3 - + 1.08CH3OH + 0.24H2CO3 →0.056C5H7NO2 + 0.47N2 + 1.68H2O + HCO
NO2 - + 0.67CH3OH + 0.53H2CO3 →0.004C5H7NO2 + 0.48N2 + 1.23H2O + HCO
O2 + 0.93CH3OH + 0.056H2CO3 →0.056C5H7NO2 + 1.04N2 + 0.59H2O + 0.56HCO
탈질화 반응에서 질산성질소가 N2가스로 환원될때, 탄산염(carbon acid)과 중탄산염(bicarbonate)이 생성된다. 1mg NO3 --N이 탈질화 되는데, 약 2.3 ~ 3.0mg/L의 알칼리도가 생성되며, 이로 인해 반응조의 pH는 높아지기도 한다. 생물학적 탈질화를 위한 환경조건중에서 용존산소농도(Dissolved Oxygen)는 결정적인 변수로서 일반적으로 용존산소 농도가 0.2mg/L 이상에서는 탈질화 반응에 방해를 받으며, 0.13mg/L의 용존산소 농도에서 탈질화 반응이 중지된 보고도 있다. 용존산소의 존재는 탈질화를 위한 효소체제를 억제하기 때문에 용존산소 농도는 0(zero)이거나 매우 낮은 것이 좋다. 탈질과정에서의 탈질화율은 다음 화학식6으로 설명될 수 있다.
U'RDN(T) = RDN(T)K(T-20)(1-DO)
여기서,
U'RDN(T) : 전체 탈질율
RDN(T) : 비탈질율 (Specific denitrifiction rate), ㎏NO3--N/㎏MLVSS.일
T : 온도, ℃
DO : 반응조내 용존산소의 농도, mg/L
K : 온도상수, 1.09(범위 : 1.03 ~ 1.1)
위 화학식 6은 용존산소의 농도가 1.0mg/L에 다르면 탈질율이 0이 된다는 것을 나타낸다. 탈질화 반응을 위한 온도는 다른 생물학적 공정과 비슷하며, 0 ~ 50℃범위에서 반응이 가능하다. 폐수처리시 일반적으로 5 ~ 30℃ 범위의 온도에서 탈질화 공정이 이루어지나, 최적화반응 온도는 35 ~ 50℃인 것으로 알려져 있다. 또한 5 ~ 10℃ 범위에서 반응율은 10℃ 증가함에 따라 1.5 ~ 2.0배정도를 나타내고 3℃정도의 수온에서는 탈질화 반응이 정지되는 것으로 보고된 바 있다.
앞에서 기술한 질산화 및 탈질과정의 학문적 설명과 화학반응식에 의하여 운영하는 공법의 반응조에서는 도 7에 도시된 단순 반응식으로 반응의 관계와 처리의 흐름이 유추되므로 감시와 제어에 알고리즘으로 적용하여야 할 변수는 암모니아성질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N)가 된다.
암모니아성질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N)의 상관관계에 있어서 반응조내 에서 포기공정이 진행될 경우 암모니아성질소(NH4 +-N)는 감소가 이루어지며 질산성질소(NO3 --N)는 증가가 된다는 것이며 질산화 과정이 시작되어 진행되어 종료점으로 접근을 하고 있다는 것과, 이와 반대로 암모니아성질소(NH4 +-N)가 증가되고 질산성질소(NO3 --N)가 감소되는 것은 유기탄소원 (유입하수 및 슬러지 유입 등)의 유입으로 탈질과정이 진행되어 종료점으로 접근을 하고 있다는 것으로 유추할 수 있다.
각 운전모드를 변경하는 제어변수인 암모니아성질소(NH4 +-N)와 질산성 질소(NO3 --N)의 농도를 하수처리 시운전 또는 Lab반응기 운영 자료를 토대로 각 농도 상관 관계경계선을 결정하게 된다. 예를 들어 모드 종료시점을 암모니아성 농도를 a mg/L로 하고 질산성 질소의 농도를 b mg/L한 경계점이 있다면, 어느 모드에서의 각 농도 변화가 반응조의 모드를 전환시키는 관계경계점 (a, b mg/L)에 도달 또는 영역범위 이상으로 자료가 입력되었을 때 즉각적으로 다음 모드로 전환되게 응용할 수 있다.
한편, 생물 반응조에서는 암모니아성질소(NH4 +-N)와 질산성 질소(NO3 --N)의 관계에서 O2량이 일정하게 운전 (용존산소 농도가 포기나 무산소/혐기상태에 따라 일정하게 필요한 값으로 유지 또는 소모된다는 의미) 됨으로 인하여 비율 관계를 유추할 수가 있다.
유입하수내의 유기물량은 하수고도처리공법에서 질소와 인의 제거성능을 제한하는 중요 요소이기 때문에 적은 유기물량을 최대한 효과적으로 활용하고 미생물의 내생탈질을 유도하여 질소 제거효율을 향상시킬 필요가 있다.
이를 구현하기 위하여 APID공법에서는 Dynamic Plug (포기와 비포기의 가변성 적용)를 할 수 있도록 한 Tank3의 제어변수를 Tank1,2 반응조내의 상태를 대변할 수 있는 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 질산성 질소(NO3 --N) 비율을 이용함으로써 질산화 및 탈질반응의 영역을 확대할 수 있도록 한다.
Dynamic Plug의 제어변수는 반응조내의 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 질산성 질소(NO3 --N)의 농도로서 반응조내에 암모니아성 질소(NH4 +-N)가 질산성 질소(NO3 --N)보다 높다고 한다면 이는 현재 반응조내에 암모니아성 질소(NH4 +-N)의 농도가 높음으로 호기공정의 용적을 증가시켜 질산화를 실시하여야 한다는 의미하며, 반대로 반응조내에 질산성 질소(NO3 --N)의 비율이 높다면 이는 무산소공정의 용적을 증가시켜 미생물의 내생탈질을 통해 탈질소화 시켜야 한다는 것을 의미한다. 이러한 비율은 운영자의 경험을 토대로 산정될 수 있으며, 이에 따른 생물 반응조의 운영 예는 도 8과 같다.
도 8을 참조하면, 비포기/포기가 1:3, 1:1, 3:1, 7:1의 비율로 조절되는 예를 보여주고 있다.
각 모드의 포기 조건에서는 유기물이 제거됨과 동시에 암모니아성질소(NH4 +-N)가 질산성질소(NO3 --N)로 전환되는 질산화(Nitrification)과정이 진행되고 비포기 조건에서는 전환된 질산성질소(NO3 --N)가, 유입되는 일부 유기물을 탄소원으로 하고 생물 반응조내의 반송된 슬러지에 의해서 질산성질소(NO3 --N)가 탈질화 되는 과정을 거치게 된다. 모든 유입수는 비포기 구역으로 유입되어 탈질화 반응이 일어나고 질산성 질소의 농도가 낮아 슬러지는 양호한 침전성을 갖도록 한다.
운전모드는 포기 및 비포기구간의 암모니아성질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N)의 농도를 측정하여 상호분포 논리를 통해 질산화 및 탈질의 위치가동으로인한 시간계산과 공정과정의 진행과 종료점을 계산과 논리로 추출하여, 추출된 논리를 바탕으로 Tank 1과 2의 포기/비포기 구간을 설정하고 비포기 구간으로 하수를 유입시키는 운전모드로 변환하도록 응용한다.
Tank 1과 Tank 2의 공정에 의하여 진행되고 있는 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N) 농도 측정값을 통해 상호 비율을 산출하여 Tank 1 또는 Tank 2 의 공정상태 (비율값)에 의한 Tank 3의 포기 또는 혐기 구간 수를 결정하여 혐기/무산소/호기공정의 체류시간을 변경하도록 응용한다.
이하에서는, 연산 및 논리 제어부(320)에서 생물 반응조에서의 하수 처리를 위해 상관 관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법과, 비율관계에 의한 기준 함수 출력을 이용한 반응 제어 방법을 수행하는 것을 설명하도록 한다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 상관 관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법을 설명하기 위한 연산 및 논리 블록도이다.
본 발명의 실시예들에 따른 상관 관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법은 생물 반응조에서 측정된 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N) 농도 측정값의 상호 위치에 대한 영역(조건)의 경계선을 파악하고 파악된 결과를 논리치로 출력한 후 그 논리치를 응용하여 현재의 공정(질산화 공정 또는 탈질화 공정)을 더 진행할 것인지 종료할 것인지를 결정하여 생물 반응조에서의 반응 공정을 제어하는 방법이다.
여기에서, 영역이라 함은 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N) 농도 측정값의 상호 위치에 대한 영역(조건)의 경계선을 기준으로 하여, 해당 경계선의 아래에 있는지 해당 경계선의 위에 있는지 여부에 따라 결정된다. 예를 들어, 임의의 순간에 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N) 농도 측정값의 상호 위치가 경계선의 아래에 있으면 해당 공정에서의 반응이 목표하는 상태에 미처 도 달하지 않은 것을 나타내고, 경계선 보다 위에 있으면 해당 공정에서의 반응이 이미 목표하는 상태를 넘어선 것을 의미한다. 따라서, 암모니아성 질소(NH4 +-N)와 질산성질소(NO3 --N) 농도 측정값의 상호 위치가 속해있는 영역을 판단하여 그 결과를 논리치(0 또는 1)로 출력하게 된다. 예를 들어, 결과값이 논리 0이면 해당 공정의 반응을 그대로 유지하여 더 진행하고, 결과값이 논리 1이면, 다음 공정을 수행하기 위하여 해당 공정의 반응을 종료한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 상관관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법을 설명하기 위한 연산 및 논리 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상관관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법은 생물 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 검출하여 하수처리 시운전 또는 Lab 반응기 운영에 의하여 취득된 자료를 토대로 각 신호와의 상관관계 경계선(영역의 구분)이 설정된 함수 (Criterion Function, 보간법에 의한 계산식 또는 연립다항식 등)에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 직접 비교하여 논리를 만들 수 있다.
이를 위하여 연산 및 논리 제어부(320)는 설정 함수 블록(301)과 비교 블록(302)을 포함할 수 있다.
설정 함수 블록(301)은 하수처리 시운전 또는 Lab 반응기 운영에 의하여 취 득된 자료를 토대로, 생물 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호 사이에서 서로의 상관관계 경계선(영역의 구분)이 설정된 함수 (Criterion Function, 보간법에 의한 계산식 또는 연립다항식 등)를 구비하고 있다.
즉, 설정 함수 블록(301)은 임의의 반응 공정을 수행하는 동안에 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도의 상관관계에 대한 정보를 가지고 있다. 여기에서 상관관계 경계선이라 함은 해당 반응 공정을 더 진행할 것인지 종료할 것인지를 결정짓는 기준이 될 수 있는 생물 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도치를 농도별로 나타낸 것이다. 예를 들어, 암모니아성 질소의 농도를 X축으로 하고, 질산성 질소의 농도를 Y축으로 하면 임의의 기울기를 가지는 경계선(301a)이 그래프에 그려지게 된다. 따라서, 임의의 기준 입력 신호, 예를 들어 생물 반응조에서 측정되는 2가지 성분중에서 하나의 성분인 암모니아성 질소의 농도(X)가 설정 함수 블록(301)에 입력되면, 설정 함수 블록(301)은 경계선(301a)에 해당하는 다른 하나의 성분인 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)을 출력한다.
이외에도, 설정 함수 블록(301)은 생물 반응조에서 측정되는 2가지 성분중에서 하나의 성분인 질산성 질소의 농도(Y)가 설정 함수 블록(301)에 입력되면, 설정 함수 블록(301)은 경계선(301a)에 해당하는 다른 하나의 성분인 암모니아성 질소의 농도에 대한 기준값(X`)을 출력하도록 얼마든지 구현이 가능하다.
비교 블록(302)은 설정 함수 블록(301)에서 출력된 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)과 현재 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)를 비교하여 논리치를 출력한다. 예를 들어, 비교 블록(302)은 Y ＞ Y'이면 논리 1로 출력하고, Y ≤ Y'이면 논리 0으로 출력할 수 있다. 또는 Y ＜ Y' 이면 논리 1로 출력하고, Y ≥ Y'이면 논리 0으로 출력할 수 있다. 논리 값에 따라 해당 반응을 더 진행할 것인지 종료할 것인지 결정되고, 그에 따른 운전 모드가 결정된다.
이를 간단하게 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Y'= F(x)
Y ＞ Y' 또는 Y ＜ Y' → 논리0
Y ≤ Y' 또는 Y ≥ Y' → 논리1
여기에서, F(x)는 보간식 또는 연립다항식의 설정함수이다.
도 10은 도 9에서 설명된 상관관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어를 두가지 조건에서 수행하도록 구현된 논리도를 나타낸다. 조건 1(질산화 공정), 조건 2(탈질화 공정)에서 공통적으로 논리 0이면 해당 반응 공정을 더 진행하고, 논리 1이면 해당 반응 공정을 종료하도록 한다.
조건 1이 설정된 경우, 생물 반응조에서 측정된 암모니아성 질소의 농도(X)가 설정 함수 블록(301)에 입력되면, 설정 함수 블록(301)은 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)을 비교 블록(302)으로 출력한다(11). 한편, 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)는 비교 블록(302)에 입력된다. 이에 따라, 비교 블록(302)은 설정 함수 블록(301)으로부터 입력된 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)과 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)를 비교한다. 비교 블록(302)은 비교 결과 Y ＜ Y'이면 논리 0으로 출력하고, Y ≥ Y'이면 논리 1로 출 력한다(12).
조건 2가 설정된 경우, 생물 반응조에서 측정된 암모니아성 질소의 농도(X)가 설정 함수 블록(301)에 입력되면, 설정 함수 블록(301)은 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)을 비교 블록(302)으로 출력한다(11). 한편, 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)는 비교 블록(302)에 입력된다. 이에 따라, 비교 블록(302)은 설정 함수 블록(301)으로부터 입력된 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)과 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)를 비교한다. 비교 블록(302)은 비교 결과 Y ＞ Y'이면 논리 0으로 출력하고, Y ≤ Y'이면 논리 1로 출력한다(12).
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상관관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법을 설명하기 위한 연산 및 논리 블록도이다.
도 11을 참조하면, 본 다른 실시예에 따른 상관 관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법은 하수처리 시운전 또는 Lab 반응기 운영에 의하여 취득된 자료를 토대로, 생물 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호 사이에서 서로의 상관관계 경계선(영역의 구분)이 설정된 함수 (Criterion Function, 보간법에 의한 계산식 또는 연립다항식 등)에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 사칙연산 또는 특수계산을 하여 최종 계산결과를 논리로 만들 수 있다.
이를 위하여 연산 및 논리 제어부(320)는 설정 함수 블록(304)과 연산 블록(305)과 비교 블록(306)을 포함할 수 있다.
설정 함수 블록(304)은 도 9에서 설명되었던 설정 함수 블록(301)과 실질적으로 유사하며, 다만, 설정 함수 블록(304)의 경계선(304a)은 설정 함수 블록(301)의 경계선(301a)과 달리 아래 위로 이동이 가능하다. 즉, 설정 함수 블록(304)은 바이어싱 상수 또는 함수 출력값에 따라 상하로 이동하는 경계선을 가진다. 도면에서 304b는 바이어싱 상수 또는 함수에 의해 변경되는 경계선을 나타낸다.
따라서, 임의의 기준 입력 신호, 예를 들어 생물 반응조에서 측정되는 2가지 성분중에서 하나의 성분인 암모니아성 질소의 농도(X)가 설정 함수 블록(304)에 입력되면, 설정 함수 블록(304)은 경계선(304a 또는 304b)에 해당하는 다른 하나의 성분인 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)을 출력한다.
연산 블록(305)은 설정 함수 블록(304)에서 출력된 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)과 현재 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)의 차이를 계산하여 비교 블록(306)으로 출력한다. 한편, 비교 블록(306)은 상수 또는 함수 출력값에 따른 비교 기준값을 입력받는다. 따라서, 비교 블록(306)은 비교 기준값과 연산 블록(305)에서 출력된 값을 비교하여 논리치(0 또는 1)를 출력한다. 예를 들어, 비교 블록(306)은 (Y - Y') ＞ F(C) 이면 논리 1로 출력하고, (Y - Y') ≤ F(C) 이면 논리 0으로 출력할 수 있다. 또는 (Y - Y') ＜ F(C) 이면 논리 1로 출력하고, (Y - Y') ≥ F(C)이면 논리 0으로 출력할 수 있다. 논리 값에 따라 해당 반응을 더 진행할 것인지 종료할 것인지 결정되고, 그에 따른 운전 모드가 결정된다.
이를 간단하게 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Y' = F(x) 또는 F(x) + F(b)
(Y - Y') ＞ F(C) 또는 (Y - Y') ＜ F(C) → 논리1
(Y - Y') ≤ F(C) 또는 (Y - Y') ≥ F(C) → 논리0
여기에서, F(x)는 보간식 또는 연립다항식의 설정함수이고, b는 바이어싱(Biasing) 상수 또는 바이어싱 함수이며, 계산식은 사칙연산과 특수 계산식일 수 있다.
도 12는 도 11에서 설명된 상관관계에 의한 영역 검출에 의한 반응 제어를 두가지 조건에서 수행하도록 구현된 논리도를 나타낸다. 조건 1(질산화 공정), 조건 2(탈질화 공정)에서 공통적으로 논리 0이면 해당 반응 공정을 더 진행하고, 논리 1이면 해당 반응 공정을 종료하도록 한다.
조건 1이 설정된 경우, 생물 반응조에서 측정된 암모니아성 질소의 농도(X)가 설정 함수 블록(304)에 입력된다(23). 한편, 설정 함수 블록(304)에는 바이어싱 상수 또는 함수 출력값이 입력된다(22). 따라서, 설정 함수 블록(304)은 바이어싱 상수 또는 함수에 따른 값(f(b))을 반영하여 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`=F(X)+F(b))을 연산 블록(305)으로 출력한다(24).
연산 블록(305)은 설정 함수 블록(304)에서 출력된 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y`)과 현재 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)의 차이를 계산하여 비교 블록(306)으로 출력한다(25). 한편, 비교 블록(306)은 상수 또는 함수 출력값에 따른 비교 기준값(f(c))을 입력받는다. 따라서, 비교 블록(306)은 비교 기준값(f(c))과 연산 블록(305)에서 출력된 값((Y - Y')을 비교하여 논리치(0 또는 1)를 출력한다(26). 예를 들어, 비교 블록(306)은 (Y - Y') ＞ F(C) 이면 논리 1로 출력하고, (Y - Y') ≤ F(C) 이면 논리 0으로 출력할 수 있다. 한편, X를 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도로 하는 경우, (Y - Y') ＜ F(C) 이면 논리 1로 출력하고, (Y - Y') ≥ F(C)이면 논리 0으로 출력할 수 있다.
조건 2가 설정된 경우, 생물 반응조에서 측정된 암모니아성 질소의 농도(X)가 설정 함수 블록(304)에 입력된다(27). 한편, 설정 함수 블록(304)에는 바이어싱 상수 또는 함수 출력값이 입력된다(22). 따라서, 설정 함수 블록(304)은 바이어싱 상수 또는 함수에 따른 값(f(b))을 반영하여 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y˝=F(X)+F(b))을 연산 블록(305)으로 출력한다(28).
연산 블록(305)은 설정 함수 블록(304)에서 출력된 질산성 질소의 농도에 대한 기준값(Y˝)과 현재 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도(Y)의 차이를 계산하여 비교 블록(306)으로 출력한다(29). 한편, 비교 블록(306)은 상수 또는 함수 출력값에 따른 비교 기준값(f(c))을 입력받는다. 따라서, 비교 블록(306)은 비교 기준값(f(c))과 연산 블록(305)에서 출력된 값(Y˝-Y)을 비교하여 논리치(0 또는 1)를 출력한다(26). 예를 들어, 비교 블록(306)은 (Y˝- Y) ＞ F(C) 이면 논리 1로 출력하고, (Y˝- Y) ≤ F(C) 이면 논리 0으로 출력할 수 있다. 한편, X를 생물 반응조에서 측정된 질산성 질소의 농도로 하는 경우, (Y˝-Y) ＜ F(C) 이면 논리 1로 출력하고, (Y˝-Y) ≥ F(C)이면 논리 0으로 출력할 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비율 관계에 의한 기준 함수 출력을 이용한 반응 제어 방법을 설명하기 위한 연산 및 논리 블록도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비율 관계에 의한 기준 함 수 출력을 이용한 반응 제어 방법은 상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 기준선 또는 제어선이 설정된 함수(Criterion Function, 보간법에 의한 계산식 또는 연립다항식 등)에 상기 2개의 신호의 상호 비율로 계산된 신호를 입력시켜 기준되는 조건 또는 제어값을 계산하여 상기 운전 모드를 결정하는 방법이다.
이를 위하여 연산 및 논리 제어부(320)는 연산 블록(307)과 설정 함수 블록(308)을 포함할 수 있다.
연산 블록(307)은 생물 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호의 비율을 구한다. 따라서, 연산 블록(307)은 예를 들어 암모니아성 질소 농도를 기준 입력 신호(X)로 하여 분자로 입력받고, 질산성 질소 농도를 기준입력신호(Y)로 하여 분모로 입력받아 상호 비율(X/Y)을 설정 함수 블록(308)에 출력한다.
설정 함수 블록(308)은 하수처리 시운전 또는 Lab 반응기 운영에 의하여 취득된 자료를 토대로, 생물 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호의 상호 비율에 의해 기준선 또는 제어선이 설정된 함수(Criterion Function, 보간법에 의한 계산식 또는 연립다항식 등)를 구비하고 있다.
즉, 설정 함수 블록(308)은 임의의 반응 공정을 수행하는 동안에 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도의 상호 비율에 의해 설정된 기준선을 가지고 있 다. 여기에서 기준선이란 생물 반응조내에서 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도의 상호 비율에 따른 포기 또는 비포기의 수량을 나타낸다.
따라서, 설정 함수 블록(301)이 출력하는 기준값(S, CF)을 이용하여 포기 또는 비포기의 수량을 제어할 수 있게 된다. 여기에서 기준값은 복수의 조건에 사용하여 영역 검출에 의한 논리치(0 또는 1)를 위한 입력값으로 사용할 수 도 있고, 또는 기준값 그 자체를 이용하여 포기 또는 비포기의 수량을 제어할 수 있다.
이때, 설정 함수 블록(308)의 기준선(308a)은 아래 위로 이동이 가능하다. 즉, 설정 함수 블록(308)은 바이어싱 상수 또는 함수 출력값에 따라 상하로 이동하는 기준선을 가진다. 도면에서 308b는 바이어싱 상수 또는 함수에 의해 변경되는 기준선을 나타낸다.
이를 간단하게 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
R(Ratio) = Xㆇ Y
S(기준값)=CF = F(R) 또는 F(R) + F(b)
여기에서, F(R)는 보간식 또는 연립다항식의 설정함수이고, b는 바이어싱 상수 또는 바이어싱 함수이며, CF는 설정함수 출력값 (기준값)이다.
도 14는 도 12에서 설명된 비율관계에 의한 기준함수 출력을 이용한 반응 제어를 수행하도록 구현된 논리도를 나타낸다.
예를 들어, 생물 반응조에서 측정된 암모니아성 질소의 농도(X)와 질산성 질소의 농도(Y)가 연산 블록(307)에 입력된다. 연산 블록(307)은 암모니아성 질소의 농도(X)를 분자로 하고, 질산성 질소의 농도(Y)를 분모로 하여 연산처리를 수행하 여 두 신호의 비율(R=X/Y)을 설정 함수 블록(304)에 출력한다(31). 설정 함수 블록(304)은 연산 블록(307)으로부터 입력된 비율을 함수 처리하여 F(R)을 생성해낸다(32).
한편, 설정 함수 블록(308)에는 바이어싱 상수 또는 함수 출력값(b)이 입력된다(34). 따라서, 설정 함수 블록(304)은 바이어싱 상수 또는 함수에 따른 값(f(b))을 반영하여 기준값(CF=F(R)+F(b))을 출력한다(33). 상기 기준값(CF=F(R)+F(b))은 구현자의 선택에 따라 복수개의 조건을 이용한 영역 검출에 의한 논리치(0 또는 1)를 생성하기 위해 이용되거나, 또는 해당 기준값에 따른 반응 제어 신호를 출력하도록 기준값 그 자체로 이용되어 두 신호의 비율에 따른 비포기/포기의 수량을 제어하는데 사용된다.
이상에서 설명되었던 반응 제어 방법에 따른 영역 검출 논리치 또는 제어값은 후속 공정의 제어 수행에 연계되어 사용된다. 예를 들어 공정계통의 위치제어, 수량제어, 유량제어 및 시간제어가 연계 수행될 수 있다.
또한, 모든 하수처리공법의 반응조내 탈질, 질산화공정 및 슬러지반송 제어에 활용할 수 있다.(공기주입 위치제어, 포기밸브 수량제어, 반송위치 및 반송량 제어, 분리된 탱크의 MLSS 평형제어, 잉여슬러지 제어, 공정진행 시간계산)
위치제어의 예를 들면, 탈질 공정시 논리치가 진행이면 해당 탱크의 포기 밸브를 계속 닫힘상태로 유지하고, 논리치가 종료이면 해당 탱크의 포기밸브를 열도록 한다. 반대로 질산화 공정의 경우에는 논리치가 진행이면 해당 탱크의 포기 밸브를 열고, 종료이면 해당 탱크의 포기 밸브를 닫아서 준비상태로 유지한다.
수량 제어의 예를 들면, 비율값이 크면 포기 밸브의 수량을 크게 하고, 비율값이 작으면 포기 밸브의 수량을 작게 한다. 여기에서, 포기 밸브의 수량을 조절할 때 해당 반응 탱크에 인접한 탱크부터 포기 밸브를 조절하게 된다.
유량 제어의 예를 들면, 포기의 수향이 많아지면 공기량이 많이 필요함에 따라 송풍기의 밴(Vane)을 열도록 제어한다. 시간 제어의 예를 들면, 진행 시점에서 타이머에 의해 종료때 까지 시간을 카운트하여 후속 제어에 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 하수처리 장치를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 이상의 실시예들에서는 논리 0을 진행으로, 논리 1을 종료로 설정하여 연산 논리를 구현한 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 논리 0을 종료로, 논리 1을 진행으로 설정하여 연산 논리를 수행하도록 구현할 수 도 있다. 또한, 조건 1을 질산화 공정, 조건 2를 탈질화 공정으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 얼마든지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하수처리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리 장치에서 하수 처리부에 구비되는 생물 반응조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리 장치에서 하수 처리부를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리부의 생물 반응조의 내부를 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하수 처리 장치의 운전 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 질산화 및 탈질과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 비율에 의한 운전 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 상관관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상관관계에 의한 영역 검출을 이용한 반응 제어 방법을 설명하기 위한 연산 및 논리 블록도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비율 관계에 의한 기준 함수 출력을 이용한 반응 제어 방법을 설명하기 위한 연산 및 논리 블록도이다.

Claims (20)

  1. 상호 연통되는 유로가 형성된 적어도 두개의 생물 반응조를 구비하되, 상기 각 생물 반응조는 복수의 영역으로 구분되어, 상기 각 영역이 설정된 운전 모드에 따라 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나 동작하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 유입부, 배출부 및 공기량 조절밸브의 개폐가 조정되는 하수 처리부와,
    상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 상기 운전 모드를 결정하는 반응 제어부를 포함하되,
    상기 반응 제어부는,
    상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도를 미리 설정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상관관계 경계선과 비교하여 상기 결정된 운전 모드의 유지 또는 전환을 결정하되,
    상기 상관 관계 경계선은, 상기 생물 반응조에서 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 저장된 자료를 토대로 경계선을 플로팅하여 이루어진 하수 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 제어부는,
    상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도를 각각 측정하는 계측부와,
    상기 계측부를 통해 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하기 위한 연산 및 논리를 수행하는 연산 및 논리 제어부를 포함하는 하수 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하수 처리부는,
    상기 각각의 생물 반응조의 하부에 설치되고 상기 생물 반응조를 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나로 가변하도록 선택적으로 공기를 공급하는 산기관과,
    상기 생물 반응조의 배출부에 설치되며 유로의 흐름을 변경하기 위해 배출부의 개폐를 조정하는 수위조절장치를 포함하는 하수 처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 생물 반응조의 용수의 특정성분에 대한 측정된 성분값의 유효성을 판단하여 목표치를 설정하고, 그 목표치와 비례하는 제어신호를 발생하여 상기 하수 처리부를 제어하는 PID(phased isolation ditch) 제어부를 더 포함하는 하수 처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 생물 반응조의 운전 모드는,
    상기 생물 반응조에서 혐기조 공정, 무산소조 공정, 호기조 공정을 선택적으로 수행하기 위한 복수의 운전 모드인 하수 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응 제어부는 상기 상관관계 경계선을 이용하여 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상호위치 조건의 검출과 비교 논리법에 의하여 논리 결과치(0, 1)를 제어신호로 출력하는 하수 처리 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 제어부는,
    상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 각 신호와의 상관 관계 경계선이 설정된 함수에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고, 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 직접 비교하여 논리를 생성하여 상기 운전 모드를 결정하는 하수 처리 장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 제어부는,
    상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 각 신호와의 상관 관계 경계선이 설정된 함수에 기준 신호를 입력시켜 기준되는 조건값을 계산하고, 출력된 조건값에 비교대상인 다른 입력신호와 사칙 연산 또는 특수 계산을 하여 최종 계산 결과를 논리로 생성하여 상기 운전 모드를 결정하는 하수 처리 장치.
  12. 상호 연통되는 유로가 형성된 적어도 두개의 생물 반응조를 구비하되, 상기 각 생물 반응조는 복수의 영역으로 구분되어, 상기 각 영역이 설정된 운전 모드에 따라 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나 동작하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 유입부, 배출부 및 공기량 조절밸브의 개폐가 조정되는 하수 처리부와,
    상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 상기 운전 모드를 결정하는 반응 제어부를 포함하되,
    상기 반응 제어부는,
    상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 기준선 또는 제어선이 설정된 함수에 상기 2개의 신호의 상호 비율로 계산된 신호를 입력시켜 기준되는 조건 또는 제어값을 계산하여 상기 결정된 운전 모드의 유지 또는 전환을 결정하는 하수 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 반응 제어부는,
    상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도 비율에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화를 수행하기 위한 비포기/포기의 용적 비율을 조절하는 하수 처리 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 미리 취득된 자료는 시운전 또는 랩 반응기의 운행에 의해 취득된 자료인 하수 처리 장치.
  15. 청구항 1 또는 12에 있어서,
    상기 반응 제어부는, 공정 계통의 위치 제어, 수량 제어, 유량 제어, 및 시간 제어중에서 선택된 적어도 하나의 제어를 수행하는 하수 처리 장치.
  16. 상호 연통되는 유로가 형성된 적어도 두개의 생물 반응조를 구비하되, 상기 각 생물 반응조는 복수의 영역으로 구분되어, 상기 각 영역이 설정된 운전 모드에 따라 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나 동작하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 유입부, 배출부 및 공기량 조절밸브의 개폐가 조정되는 하수 처리 장치의 제어 방법으로,
    상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 상기 운전 모드를 결정하는 반응 제어 단계를 포함하되,
    상기 반응 제어 단계는,
    상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도를, 상기 운전 모드를 결정하기 위해 미리 설정된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도의 상관관계 경계선과 비교하여 상기 결정된 운전 모드의 유지 또는 전환을 결정하는 하수 처리 장치의 제어 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 반응 제어 단계는,
    상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소와 질산성 질소의 농도를 각각 측정하는 계측 단계와,
    상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 진행 정도를 판단하여 운전 모드를 결정하기 위한 연산 및 논리를 수행하는 연산 및 논리 제어 단계를 포함하는 하수 처리 장치의 제어 방법.
  18. 삭제
  19. 상호 연통되는 유로가 형성된 적어도 두개의 생물 반응조를 구비하되, 상기 각 생물 반응조는 복수의 영역으로 구분되어, 상기 각 영역이 설정된 운전 모드에 따라 혐기조 상태, 무산소 상태 또는 호기 상태 중 어느 하나 동작하며, 유로의 흐름을 변경하기 위해 유입부, 배출부 및 공기량 조절밸브의 개폐가 조정되는 하수 처리 장치의 제어 방법으로,
    상기 생물 반응조의 용수에 함유된 암모니아성 질소의 농도와 질산성 질소의 농도에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화의 반응 진행 정도를 판단하여 상기 운전 모드를 결정하는 반응 제어 단계를 포함하되,
    상기 반응 제어 단계는,
    상기 생물 반응조내에서 검출된 상기 암모니아성 질소의 농도 및 상기 질산성 질소의 농도에 대한 2개의 신호를 측정하여, 미리 취득된 자료를 토대로 기준선 또는 제어선이 설정된 함수에 상기 2개의 신호의 상호 비율로 계산된 신호를 입력시켜 기준되는 조건 또는 제어값을 계산하여 상기 결정된 운전 모드의 유지 또는 전환을 결정하는 하수 처리 장치의 제어 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 반응 제어 단계는,
    상기 측정된 상기 암모니아성 질소의 농도와 상기 질산성 질소의 농도 비율에 따라 상기 생물 반응조에서 질산화 또는 탈질화를 수행하기 위한 비포기/포기의 용적 비율을 조절하는 하수 처리 장치의 제어 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9302923B2 (en) 2012-03-09 2016-04-05 Metawater Co., Ltd. Wastewater treatment apparatus, wastewater treatment method, wastewater treatment system, control device, and control method
KR20180032204A (ko) 2017-09-21 2018-03-29 성균관대학교산학협력단 역방향 자연유하 방식의 막생물 반응기 시스템
CN109467189A (zh) * 2018-12-20 2019-03-15 北京博汇特环保科技股份有限公司 生化反应器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010094152A (ko) * 2000-04-04 2001-10-31 한기백 산화환원전위에 의해 제어되는 회분식 폐수처리장치
KR100428952B1 (ko) 2001-12-12 2004-04-29 주식회사 팬지아이십일 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화탈질 자동제어 시스템
KR100627874B1 (ko) * 2005-06-21 2006-09-25 (주)상원이티씨 하수 고도처리 제어 시스템 및 그 처리방법
KR100632796B1 (ko) 2003-08-21 2006-10-13 주식회사 한화건설 하폐수내 유기물, 질소 및 인 동시처리공정의자동제어시스템
KR100661455B1 (ko) 2006-05-26 2006-12-27 태화강재산업 주식회사 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법
KR100796456B1 (ko) 2007-06-22 2008-01-21 태화강재산업 주식회사 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010094152A (ko) * 2000-04-04 2001-10-31 한기백 산화환원전위에 의해 제어되는 회분식 폐수처리장치
KR100428952B1 (ko) 2001-12-12 2004-04-29 주식회사 팬지아이십일 암모니아성 질소 및 질산성 질소 분석기를 이용한 질산화탈질 자동제어 시스템
KR100632796B1 (ko) 2003-08-21 2006-10-13 주식회사 한화건설 하폐수내 유기물, 질소 및 인 동시처리공정의자동제어시스템
KR100627874B1 (ko) * 2005-06-21 2006-09-25 (주)상원이티씨 하수 고도처리 제어 시스템 및 그 처리방법
KR100661455B1 (ko) 2006-05-26 2006-12-27 태화강재산업 주식회사 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법
KR100796456B1 (ko) 2007-06-22 2008-01-21 태화강재산업 주식회사 하수처리공정의 제어장치 및 제어방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9302923B2 (en) 2012-03-09 2016-04-05 Metawater Co., Ltd. Wastewater treatment apparatus, wastewater treatment method, wastewater treatment system, control device, and control method
KR20180032204A (ko) 2017-09-21 2018-03-29 성균관대학교산학협력단 역방향 자연유하 방식의 막생물 반응기 시스템
CN109467189A (zh) * 2018-12-20 2019-03-15 北京博汇特环保科技股份有限公司 生化反应器

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