KR20180104413A - Oxygen control system for activated sludge process using harmony search algorithm - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 활성슬러지 공정에서 산소공급량 제어시스템에 관한 발명으로서 보다 상세하게는 하폐수 처리시설내 하모니서치 알고리즘을 이용한 활성슬러지 공정에서의 산소공급량 제어 시스템에 관한 발명이다.The present invention relates to an oxygen supply amount control system in an activated sludge process, and more particularly, to an oxygen supply amount control system in an activated sludge process using a harmony search algorithm in a wastewater treatment facility.
하수, 공장폐수 및 가축분뇨 등의 처리에는 박테리아 등과 같은 호기성 미생물을 이용하여 폐수중의 유기물질과 질소(Nitrogen) 및 인(Phosphorus)과 같은 영양염류를 처리하는 활성슬러지 공법이 가장 널리 사용되고 있다. 활성슬러지 공법을 이용한 유기물질과 영양염류 제거에는 다량의 산소가 필요하다. In the treatment of sewage, factory wastewater and livestock manure, an activated sludge process which treats organic substances in waste water and nutrients such as nitrogen and phosphorus by using aerobic microorganisms such as bacteria is widely used. A large amount of oxygen is required to remove organic substances and nutrients using the activated sludge process.
산소공급량은 활성슬러지 공법에 따라 차이가 있으나 통상 1.0~2.0 kgO2/kgBOD제거 정도의 범위가 일반적이다. The amount of oxygen supplied varies depending on the activated sludge process, but is generally in the range of 1.0 to 2.0 kgO2 / kg BOD removal.
유기물 및 영양염류제거를 위한 산소공급은 순산소 발생기를 이용하여 순도가 높은 산소를 공급하는 방법이 과거에 사용된 적이 있으나 높은 유지관리비용으로 최근에는 거의 사용되고 있지 않다. Oxygen supply for removing organics and nutrients has been used in the past to supply oxygen of high purity by using a pure oxygen generator, but it is rarely used recently due to high maintenance cost.
따라서, 활성슬러지 공정에 필요한 산소는 대기 중에 포함된 산소(약 21%)를 송풍기를 이용하여 수중에 미생물이 대사작용으로 사용할 수 있는 용존산소(Dissolved Oxygen)의 형태로 공급하는 방법이 대부분 사용되고 있다.Therefore, most of the oxygen required for the activated sludge process is a method in which oxygen (about 21%) contained in the air is supplied in the form of dissolved oxygen (dissolved oxygen), which can be used as a metabolic reaction by microorganisms in water using a blower .
수중의 미생물이 유기물질과 영양염류 제거를 위해서는 용존상태의 산소가 필요하며, 이를 위하여 송풍기와 같은 설비가 필요하며 송풍기는 다량의 전력 에너지를 소모한다. In order to remove organic matter and nutrients from aquatic organisms, dissolved oxygen is required. For this purpose, equipment such as a blower is required and the blower consumes a large amount of electric energy.
하수처리시설 운영에 필요한 전체 전력 에너지 사용량 중 약 54 ~ 60% 정도를 공기공급(Aeration)에 사용하고 있다. 또한, 2013년 환경부 자료에 따르면, 상하수도 시설 운영에 국가 전체 전력량의 약 3%를 사용하고 있는 것으로 알려져 있다. About 54 ~ 60% of the total power energy consumption required for sewage treatment facility operation is used for air supply (Aeration). In addition, according to the Ministry of Environment data in 2013, it is known that about 3% of the total power consumption of the country is used to operate water and sewage facilities.
우리나라의 온실가스 발생량은 세계 7위 수준으로 정부는 2020년까지 국내 온실가스 발생량의 약 37%를 감축할 계획을 수립하고 있다.Korea is the seventh largest producer of greenhouse gases, and the government is planning to reduce greenhouse gas emissions by about 37% by 2020.
이러한 이유로 하폐수 처리시설에서 활성슬러지 공정을 위한 공기공급에 사용되는 에너지의 양을 절감하는 경우 막대한 경제적 이득을 얻을 수 있으며, 온실가스인 이산화탄소 감축 효과까지 기대할 수 있는 장점이 있다.For this reason, when the amount of energy used to supply the air for the activated sludge process in the wastewater treatment facility is reduced, there is an enormous economic benefit and a reduction effect of carbon dioxide, which is a greenhouse gas, can be expected.
수중의 용존산소 포화농도는 수온에 따라 변화하게 되며, 수온이 낮아지는 경우 더 적은 양의 산소로도 높은 용존산소 농도를 유지할 수 있게 된다(섭씨 10℃의 경우 30℃에 비하여 포화용존산소 농도가 약 1.5배 증가). The saturated oxygen saturation concentration in water changes with water temperature, and when the water temperature is lower, it becomes possible to maintain a high dissolved oxygen concentration even with a smaller amount of oxygen (at 10 ° C, saturated oxygen concentration is higher than 30 ° C 1.5 fold increase).
활성슬러지 공정의 송풍량 제어를 수행하지 않는 하수처리시설의 경우 겨울철 혹은 유입수 부하가 감소하는 시기에 생물반응조(포기조)의 용존산소 농도가 평균 4 ~ 6mg/L로 높게 유지되는 반면, 수온이 상승하고 유입수 부하가 상대적으로 증가하는 봄철 및 가을철에는 1 ~ 4mg/L로 상대적으로 낮게 운영되는 경우가 빈번히 발생한다.In the case of sewage treatment facilities which do not control the volume of air in the activated sludge process, the dissolved oxygen concentration in the bioreactor (aeration tank) is maintained as high as 4 ~ 6mg / L on average during the winter or when the influent water load decreases, In spring and autumn, where the influent load is relatively increased, it is often operated relatively low at 1 to 4 mg / L.
통상적으로 유기물질 산화 및 질산화 (nitrification)에 필요한 적정 용존산소농도는 2.0mg/L 정도로 알려져 있다(Biological Wastewater Treatment, Second Edition., Carlos D.M. Filipe,C.P. Leslie Grady, p.404). Typically, the optimal dissolved oxygen concentration required for organic material oxidation and nitrification is known to be about 2.0 mg / L (Biological Wastewater Treatment, Second Edition, Carlos D. Filipe, C. Leslie Grady, p.
그러나 활성슬러지 공정에서의 과도한 산소공급은 국내외 하수처리시설에서 일반화된 현상으로써 적정 산소공급량 제어시스템이 적용되어 있는 경우는 극소수 인 것으로 알려지고 있다,However, excessive oxygen supply in the activated sludge process is a general phenomenon in domestic and overseas wastewater treatment facilities, and it is known that only a few cases where a proper oxygen supply control system is applied,
이러한 이유는 하폐수처리시설로 유입되는 유량 및 오염물질 농도가 시시각각으로 변화하기 때문에 자동화된 공기량 제어 시스템을 사용하지 않는 경우, 항상 과도한 공기량을 주입하여야 활성슬러지 공정의 효율저하 없이 운전이 가능하기 때문이다. This is because the flow rate and the pollutant concentration flowing into the wastewater treatment facility change instantaneously, so that when the automated air amount control system is not used, the excessive amount of air must be injected at all times to enable operation without degrading the efficiency of the activated sludge process .
활성슬러지 공정의 유기물 산화 및 질산화에 필요한 산소공급량을 적정 주입하는 방법에 대한 다양한 연구가 진행되어왔으나, 실용화되어 많은 효과를 얻은 경우는 많지 않다. Various studies have been carried out on the method of appropriately injecting the oxygen supply amount necessary for the oxidation and nitrification of organic materials in the activated sludge process, but there are not many cases in which many effects have been obtained by practical use.
이러한 이유는 활성슬러지 공정에 필요한 최적의 산소요구량이 수온, 유입수의 유기물질 농도, 생물반응조 조건 등에 따라서 상시 변화하기 때문이며, 운전조건과 연계한 송풍기의 제어 방안이 적절하지 않고 계측기기의 정확도 관리(Accuracy management)가 어렵기 때문이다.This is because the optimal oxygen demand for the activated sludge process is constantly changing in accordance with the water temperature, the concentration of the organic substance in the inflow water, and the condition of the bioreactor, and the control method of the blower in connection with the operation condition is not appropriate, management is difficult.
활성슬러지 공정 운영을 위한 산소공급량 제어는 다양한 방법들이 활용되고 있고, 주로 온오프 제어, 송풍량 가변제어로 구분할 수 있다. 온오프 제어는 산소공급량을 가변제어 할 수 없는 송풍기에 사용되는 방법으로 송풍기 대수제어만 가능하므로 송풍에너지 절감에 효과가 미미하다. Various methods are used for controlling the oxygen supply amount for the operation of the activated sludge process, and it can be mainly divided into on-off control and blowing variable control. On-off control is a method that is used for a fan that can not control the oxygen supply rate variably.
송풍량 가변제어의 경우, 국내 대다수 하수처리시설에 설치되어 있는 터보송풍기를 이용하여 송풍량을 가변적으로 제어할 수 있으나, 많은 하폐수 처리시설에서 송풍량을 결정하는 적정 용존산소 농도를 실험을 통하여 결정하지 않고 평균 2∼5mg/L 수준으로 높게 유지하거나, 용존산소 농도를 고려하지 않고 송풍량을 최대 풍량의 약 90% 이상으로 운전하는 경우가 많다. In the case of variable control of air flow rate, it is possible to control the air flow rate variably by using a turbo blower installed in most domestic sewage treatment facilities. However, the optimum dissolved oxygen concentration for determining the air flow rate in many wastewater treatment facilities is not determined through experiments, It is often the case that the blowing amount is operated at about 90% or more of the maximum air flow rate without keeping the dissolved oxygen concentration at a high level of 2 to 5 mg / L.
본래 활성슬러지 공정의 산소공급량을 결정하기 위해서는 OUR (Oxygen uptake rate)을 실험을 통하여 결정하여야 한다. 하지만, 소요시간 및 현장여건 등의 문제로 인하여 OUR 실험을 수행하는 경우는 많지 않다. Oxygen uptake rate (OUR) should be determined experimentally to determine the oxygen supply of the original activated sludge process. However, OUR experiments are rarely carried out because of problems such as time and site conditions.
또한, OUR 실험을 수행하더라도 유입되는 하폐수는 동적으로 변화하기 때문에 일일 1∼2회 측정만으로는 송풍기의 송풍량을 결정하기에 적합하지 않다.In addition, even if the OUR test is performed, the influent wastewater changes dynamically. Therefore, it is not suitable to determine the blowing amount of the blower by only one or two measurements per day.
본 발명의 목적은 활성슬러지 공정의 유기물 제거 및 질산화/탈질에 필요한 적정 산소공급량을 제어할 수 있는 산소공급량 제어시스템을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide an oxygen supply amount control system capable of controlling an appropriate amount of oxygen supply required for organic matter removal and nitrification / denitrification in an activated sludge process.
본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어시스템은 산소를 공급하는 송풍기를 포함하는 활성슬러지 공정에서의 산소공급량 제어시스템으로서, 하폐수가 유입되어 산화반응이 일어나는 생물반응조, 상기 생물반응조 유입유량, 처리수의 화학적산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나이상의 데이터를 이용하여 활성슬러지 공정의 적정 용존산소농도를 추출하는 분석장치 및 상기 분석장치로부터 추출된 적정 용존산소농도에 따라서 상기 송풍기를 제어하는 제어장치를 포함한다. The oxygen supply amount control system according to an embodiment of the present invention is an oxygen supply amount control system in an activated sludge process including an air blower for supplying oxygen. The oxygen supply amount control system includes a bioreactor in which wastewater flows into the bioreactor, An analyzing device for extracting an appropriate dissolved oxygen concentration of an activated sludge process using at least one or more data selected from the group consisting of chemical oxygen demand (COD), dissolved oxygen concentration (DO), water temperature and suspended solids concentration (SS) And a controller for controlling the blower in accordance with the optimum dissolved oxygen concentration extracted from the analyzer.
여기서, 상기 분석장치는 유입유량, 처리수 화학적 산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.Here, the analyzing apparatus includes a database storing at least one data selected from the group including inflow flow rate, treated water chemical oxygen demand (COD), dissolved oxygen concentration (DO), water temperature and suspended solids concentration (SS) can do.
여기서, 상기 분석장치는 하모니서치 알고리즘(harmony search algorithm)을 이용하여 적정 용존산소농도를 연산하는 연산부를 포함할 수 있다.Here, the analyzer may include an operation unit for calculating an appropriate dissolved oxygen concentration using a harmony search algorithm.
여기서, 상기 연산부는 상기 데이터베이스에 저장된 데이터를 활성슬러지 모델에 적용하여 총 화학적 산소요구량(Total Chemical Oxygen Demand, TCOD)정보, 총질소농도(Total nitrogen) 정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산할 수 있다.The operation unit applies the data stored in the database to the activated sludge model to calculate total chemical oxygen demand (TCOD) information, total nitrogen information, average suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO), blower air volume (Air), and biochemical oxygen demand (BOD).
여기서, 상기 연산부는 [수학식 1]에서 [수학식 6]을 만족하는 적정 용존산소농도를 추출할 수 있다.Here, the operation unit can extract the optimum dissolved oxygen concentration satisfying the expression (6) in the expression (1).
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
[수학식 5]&Quot; (5) "
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기서, BODcal, TCODcal, TNcal는 활성슬러지 모델을 이용하는 연산부에서 계산된 처리수의 생화학적산소요구량(BOD), 총화학적산소요구량(TCOD), 총질소농도(TN)이며,And wherein, BOD cal, TCOD cal, TN cal is processed can biochemical oxygen demand (BOD), total COD (TCOD), the total nitrogen concentration (TN) of the calculation in the arithmetic unit using the activated sludge model,
BODguideline, TCODguideline, TNguideline는 설계 BOD, TCOD, TN 방류수 수질기준이며,The BOD guideline , the TCOD guideline , and the TN guideline are the design quality standards for BOD, TCOD, and TN effluent,
DOcal는 계산된 용존산소농도, Aircal는 계산된 송풍기 공기량, MLSScal는 계산된 평균부유물농도이며,DO cal is the calculated dissolved oxygen concentration, Air cal is the calculated blower air mass, MLSS cal is the calculated mean suspended solids concentration,
DOmin, DOmax는 최대 및 최소 용존산소농도, Airmin, Airmax는 송풍기 최소 및 최대 송풍량, MLSSmin, MLSSmax는 최소 및 최대 평균부유물 농도이다.DO min , DO max are the maximum and minimum dissolved oxygen concentrations, Air min and Air max are the minimum and maximum blower volumes, MLSS min and MLSS max are the minimum and maximum average suspended particulate concentrations.
여기서, 상기 제어장치는 입력된 상기 적정 용존산소농도에 따라서 비례적분미분제어(Proportional Integral Derivative control)를 수행할 수 있다. Here, the controller may perform proportional integral derivative control according to the input optimum dissolved oxygen concentration.
여기서, 상기 분석장치는 상기 생물반응조로부터 입력되는 데이터의 잡음을 제거하는 필터링부를 포함할 수 있다.Here, the analysis apparatus may include a filtering unit for removing noise of data input from the bioreactor.
여기서, 상기 생물반응조는 화학적산소요구량(COD) 측정계, 유입유량측정기, 부유물질측정기, 용존산소계 및 온도계를 포함할 수 있다.Here, the bioreactor may include a chemical oxygen demand (COD) meter, an influent flow meter, a suspended solids meter, a dissolved oxygen meter, and a thermometer.
본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어방법은 산소공급량 제어 시스템에 의해서 구현되는 적정 산소 농도를 만족하기 위한 송풍기를 포함하는 활성슬러지 공정에서의 산소공급량 제어방법으로서, 분석장치가 목적함수 설정값을 입력받는 단계, 상기 분석장치가 생물반응조에서 계측된 유입유량, 처리수의 화학적 산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 데이터에 활성슬러지 모델을 적용하여 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하는 단계, 상기 분석장치는 상기 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)이 목적함수인 아래 [수학식 1]에서 [수학식 6]을 만족하는 적정용존산소농도를 추출하는 단계, 제어장치는 상기 적정용존산소농도에 따른 필요 송풍량을 계산하는 단계 및 상기 제어장치는 상기 필요 송풍량에 따라서 송풍기를 제어하는 단계를 포함한다.The oxygen supply amount control method according to an embodiment of the present invention is a method of controlling the oxygen supply amount in an activated sludge process including a blower for satisfying an appropriate oxygen concentration realized by an oxygen supply amount control system, The method of
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2]&Quot; (2) "
[수학식 3]&Quot; (3) "
[수학식 4]&Quot; (4) "
[수학식 5]&Quot; (5) "
[수학식 6]&Quot; (6) "
여기서, BODcal, TCODcal, TNcal는 활성슬러지 모델을 이용하는 연산부에서 계산된 처리수의 생화학적산소요구량(BOD), 총화학적산소요구량(TCOD), 총질소농도(TN)이며,And wherein, BOD cal, TCOD cal, TN cal is processed can biochemical oxygen demand (BOD), total COD (TCOD), the total nitrogen concentration (TN) of the calculation in the arithmetic unit using the activated sludge model,
BODguideline, TCODguideline, TNguideline는 설계 BOD, TCOD, TN 방류수 수질기준이며,The BOD guideline , the TCOD guideline , and the TN guideline are the design quality standards for BOD, TCOD, and TN effluent,
DOcal는 계산된 용존산소농도, Aircal는 계산된 송풍기 공기량, MLSScal는 계산된 평균부유물농도이며,DO cal is the calculated dissolved oxygen concentration, Air cal is the calculated blower air mass, MLSS cal is the calculated mean suspended solids concentration,
DOmin, DOmax는 최대 및 최소 용존산소농도, Airmin, Airmax는 송풍기 최소 및 최대 송풍량, MLSSmin, MLSSmax는 최소 및 최대 평균부유물 농도이다.DO min , DO max are the maximum and minimum dissolved oxygen concentrations, Air min and Air max are the minimum and maximum blower volumes, MLSS min and MLSS max are the minimum and maximum average suspended particulate concentrations.
여기서, 상기 적정용존산소농도를 추출하는 단계에서 목적함수를 만족하지 않는 경우, 상기 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하는 단계를 반복수행하여 목적함수를 만족하는 적정용존산소농도를 추출할 수 있다.If the objective function is not satisfied at the step of extracting the optimum dissolved oxygen concentration, the total chemical oxygen demand (TCOD) information, the total nitrogen concentration (TN) information, the average suspended solids concentration (MLSS) ), The blower air amount (Air), and the biochemical oxygen demand (BOD) are repeated to extract the optimum dissolved oxygen concentration satisfying the objective function.
본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어시스템에 의하면, 수처리 시설에서 과도한 산소공급을 억제함으로서, 송풍기 작동으로 인한 에너지 소비를 절감할 수 있다.According to the oxygen supply amount control system according to the embodiment of the present invention, energy consumption due to operation of the blower can be reduced by suppressing excessive oxygen supply in the water treatment facility.
활성슬러지 공정 무산소조에서 반송슬러지 용존산소 영향을 최소화하여 질소제거 효율을 향상시킬 수 있다.In the activated sludge process anoxic tank, the nitrogen removal efficiency can be improved by minimizing the influence of the transport sludge dissolved oxygen.
또한, 적정 산소농도 분석을 위하여 기존에 사용하는 OUR 분석방법에 비하여 비용 및 시간을 절감할 수 있다.In addition, cost and time can be saved in comparison with the existing OUR analysis method for the proper oxygen concentration analysis.
도 1은 본 발명에 따른 활성슬러지 공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 활성슬러지 공정에서 산소공급량을 제어하는 시스템의 기능블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생물반응조의 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분석장치의 상세블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 활성슬러지 모델을 수행하기 위한 도표이다.
도 6은 일반적인 하모니서치 알고리즘을 수행하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어시스템을 이용하여 실제 하수처리시설 생물반응조의 적정 용존산소 제어 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어방법의 순서도이다.1 is a schematic view of an activated sludge process according to the present invention.
2 is a functional block diagram of a system for controlling the amount of oxygen supplied in an activated sludge process in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a detailed block diagram of a bioreactor according to an embodiment of the present invention.
4 is a detailed block diagram of an analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a chart for performing an activated sludge model according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a process of performing a general harmony search algorithm.
7 is a simulation result of a proper dissolved oxygen control of an actual sewage treatment facility bioreactor using the oxygen supply amount control system according to the embodiment of the present invention.
8 is a flowchart of a method of controlling the oxygen supply amount according to the embodiment of the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix "module "," block ", and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하, 본 발명에 따른 활성슬러지 공정에서 산소공급량 제어시스템에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, the oxygen supply amount control system in the activated sludge process according to the present invention will be described.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 활성슬러지 공정의 개략도이다.In this regard, Figure 1 is a schematic diagram of an activated sludge process according to the present invention.
활성슬러지는 하수나 폐수의 처리에 관여하는 자연발생적 혼합 미생물로 이루어진 슬러지이다. 유기물질이나 무기물질을 섭취, 분해하는 능력을 갖고 있다는 점에서 일반 슬러지와 차이가 있다.Activated sludge is a sludge composed of naturally occurring mixed microorganisms involved in the treatment of sewage and wastewater. It differs from conventional sludge in that it has the ability to ingest and degrade organic and inorganic materials.
호기성 세균군과 통성혐기성 세균군을 주체로하며, 이 밖에 균류, 남조류가 공존하고 있다. 호기성 세균군과 균류는 용존산소의 존재하에 물속에 있는 유기물질을 산화시켜, 물, 탄소가스, 암모니아 등의 무기물질을 만든다.Aerobic bacteria group and mixed anaerobic bacteria group, and fungi and cyanobacteria coexist. Aerobic bacteria and fungi oxidize organic matter in water in the presence of dissolved oxygen to produce inorganic substances such as water, carbon gas and ammonia.
통성혐기성세균군은 유기물질을 산화 또는 환원시켜 유기산, 탄산가스 등을 생성시키는데 탈질소균 같은 통성혐기성세균은 질산호흡을 하여 하수와 폐수 속에 들어 있는 질산, 아질산에서 산소를 취하고 질소가스를 생성시킴과 동시에 유기물을 산화 분해한다. The thermophilic anaerobic bacteria group oxidizes or reduces the organic substances to produce organic acids and carbon dioxide gas. The anaerobic bacteria such as denitrifying bacteria take nitric acid breath and take oxygen from nitric acid and nitrite contained in sewage and wastewater and produce nitrogen gas. And simultaneously oxidizes and decomposes organic matter.
이처럼 활성슬러지에는 유기물질을 산화, 환원시켜 생존하는데 필요한 기본에너지를 획득하는 종속영양세균과 무기물을 산화시켜 에너지를 얻는 독립영양세균이 공존한다. As such, activated sludge coexists with heterotrophic bacteria that acquire the basic energy needed to survive by oxidizing and reducing organic matter, and autotrophic bacteria that produce energy by oxidizing minerals.
활성슬러지 공정은 폐수를 처리할 때 에어레이션과 침전을 반복하면서 응집이 진행되는 과정을 통해서 정화하는 공정을 의미한다. 이 과정에서 생성되는 침전이 활성슬러지이다. The activated sludge process refers to the process of purifying wastewater through the process of coagulation while repeating aeration and precipitation. The precipitate formed in this process is activated sludge.
도 1에 도시된 바와 같이 처리수가 제1침전지로 유입되고, 제1침전지로 유입된 처리수에 포함되어 있는 일부 슬러지는 걸러져서 소화탱크로 분리된다.As shown in FIG. 1, the treated water flows into the first sedimentation tank, and some of the sludge contained in the treated water flowing into the first sedimentation tank is filtered and separated into the digestion tank.
생물반응조는 활성슬러지 공정의 중심이 되는 탱크로 제1침전지 처리수가 생물반응조로 유입되면 활성 슬러지와 혼입되어 산소를 공급받아 처리수 내에 포함되어 있는 유기물과 무기물을 산화시키는 과정이 진행된다. 생물반응조에서 유기물, 무기물의 산화를 진행시키기 위해서 앞서 살펴본 바와 같이 용존산소는 매우 중요한 요소이다. The bioreactor is a tank which is the center of the activated sludge process. When the first settling tank treated water flows into the bioreactor, it is mixed with the activated sludge and oxygen is supplied to oxidize the organic and inorganic substances contained in the treated water. Dissolved oxygen is a very important factor to promote the oxidation of organic matter and minerals in bioreactors.
생물반응조에서 생성되는 침전물은 제2침전지에서 침전을 일으키고, 제2침전지에서 걸러진 슬러지 중 일부는 잉여슬러지로 걸러지고, 일부는 반송슬러지로 다시 생물반응조에 공급되어 미생물에 의한 섭취, 분해가 진행될 수 있도록 한다.The sediment produced in the bioreactor causes sedimentation in the second sedimentation tank, some of the sludge that is filtered in the second sedimentation tank is filtered by surplus sludge, and some of the sludge is supplied to the bioreactor by the return sludge, .
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 활성슬러지 공정에서 산소공급량을 제어하는 시스템의 기능블록도이다.2 is a functional block diagram of a system for controlling the amount of oxygen supplied in an activated sludge process in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 활성슬러지 공정에서 산소공급량을 제어하는 시스템은 처리수가 유입되어 활성슬러지 반응이 일어나는 생물반응조(100), 상기 생물반응조(100)에서 검출된 유입유량, 처리수의 화학적산소요구량(COD), 용존 (DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나이상의 데이터를 이용하여 적정 용존산소농도를 추출하는 분석장치(200) 및 상기 분석장치(200)로부터 추출된 적정 용존산소농도에 따라서 상기 송풍기를 제어하는 제어장치(300)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the system for controlling the oxygen supply amount in the activated sludge process according to the embodiment of the present invention includes a
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생물반응조의 상세 블록도이다.3 is a detailed block diagram of a bioreactor according to an embodiment of the present invention.
생물반응조(100)는 미생물에 의해서 유기물, 무기물에 대한 분해가 일어나는 탱크로서 앞서 설명한 바와 같다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 생물반응조는 도 3에 도시된 바와 같이 산소를 공급하는 송풍기(110), 화학적 산소요구량 측정계(120), 유입유량측정기(130), 부유물질측정기(140), 용존산소계(150) 및 온도계(160)를 포함한다. The
화학적 산소요구량 측정계(120)는 처리수 내에 포함되어 있는 유기물 등의 오염물질을 산화제로 산화, 분해시켜 정화하는데 소비되는 산소량을 측정하는 장치이다. The chemical oxygen
물속에 들어 있는 유기물, 아질산염, 제1철염, 황화물 등은 물속에 녹아 있는 산소를 소비하는데 이런 물질이 많이 들어 있으면 물속의 산소가 없어져서 오염된 물이 된다. 이런 유기물질이 들어 있는 물에 과망간산 칼륨이나 중크롬산 칼륨 등의 수용액을 산화제로 넣으면 유기물질이 산화된다. 이 때 쓰여진 산화제의 양에 상당하는 산소의 양을 COD값이라 하고 단위는 ppm 또는 mg/l로 나타낸다.Organics, nitrites, ferrous salts, sulfides, etc. contained in water consume oxygen dissolved in water. When these substances are contained in a lot, oxygen in water disappears and becomes contaminated water. When an aqueous solution of potassium permanganate or potassium dichromate is added to water containing such an organic substance as an oxidizing agent, the organic substance is oxidized. The amount of oxygen corresponding to the amount of oxidizing agent written at this time is referred to as the COD value and expressed in ppm or mg / l.
본 발명의 실시예에 따른 화학적 산소요구량 측정계(120)는 UV254일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. UV254는 254nm파장을 갖는 자외선의 흡광도를 이용하여 화학적 산소요구량인 COD를 간접적으로 측정하는 장치이다.The chemical
유입유량측정기(130)는 생물반응조(100)로 유입되는 침전지 처리수의 양을 실시간으로 측정하는 장치이다. 유입되는 침전지 처리수의 유량을 측정함으로서, 생물반응조 활성슬러지 모델의 물질수지 방정식 계산에 사용 할 수 있다.The
부유물질측정기(140)는 SS미터라고도 불리는 장치로, 처리수 내에 부유 고형물(SS)의 양을 측정하는 장치이다. The suspended
용존산소계(150)는 물속에 용해된 산소의 양을 측정하는 기계이다. 용존산소의 자동측정법은 격막산소전극법이 있다. 폴리에틸렌 같은 투과성이 좋은 필름을 전해질 용액에 피복한 전극을 놓고 격막을 통해 용액 중 확산하는 산소의 신호를 측정하여 용존산소를 검출하는 원리이다. 용존산소계(150)는 전자식과 폴라로그래피 방식의 검출방식이 있다.The dissolved
온도계(160)는 처리수의 수온을 측정한다. 일반적으로 생물반응조(100)의 용존산소 농도는 겨울철 및 부하가 감소하는 시기에는 4~6mg/l로 높게 유지되고, 수온이 상승하거나 유입부하가 상승하는 시기에는 1~4mg/l로 낮게 유지되는 경우가 많다.The
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분석장치의 상세블록도이다.4 is a detailed block diagram of an analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 분석장치(200)는 유입유량, 처리수의 화학적 산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 저장하는 데이터베이스(210) 및 하모니서치 알고리즘을 이용하여 적정 용존산소농도를 연산하는 연산부(220)를 포함한다. 또한, 상기 분석장치(200)는 상기 생물반응조로부터 입력되는 데이터의 잡음을 제거하는 필터링부(230)를 더 포함한다. As shown in FIG. 4, the
도 3과 같이 생물반응조(100)가 포함하는 각종 계측장비에서 계측된 정보를 필터링부(230)에서 잡음을 제거한 이후에 데이터베이스(210)에 저장한다. 데이터베이스(210)에 저장되는 정보는 실시간으로 측정된 계측정보이며, 데이터베이스(210)에 저장된 계측정보를 활용하여 적정 용존산소농도를 추출한다.As shown in FIG. 3, information measured in various measuring instruments included in the
연산부(220)는 하모니서치 알고리즘을 이용하여 적정 용존산소농도를 연산하는데, 하모니서치 알고리즘을 적용하기 위해서 상기 데이터베이스(210)에 저장된 데이터를 활성슬러지 모델에 적용하여 총 활성슬러지 공정 처리수의 화학적 산소요구량(Total Chemical Oxygen Demand, TCOD)정보, 총질소농도(Total nitrogen)정보 및 평균부유물농도(MLSS)를 먼저 연산한다.The
상기 활성슬러지 모델은 활성슬러지 공정 처리수 중에서 BOD, TSS, TN, MLSS 등을 계산하기 위한 수학적인 모델이다.The activated sludge model is a mathematical model for calculating BOD, TSS, TN, and MLSS in activated sludge process water.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 활성슬러지 모델을 수행하기 위한 도표이다.5 is a chart for performing an activated sludge model according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 활성슬러지 모델을 통해서 활성슬러지 공정의 용존 및 입자성 COD(TCOD), 총질소농도(TN)와 관련된 수식이 도출된다.The activation sludge model shown in FIG. 5 leads to an expression related to the dissolved and particulate COD (TCOD) and total nitrogen concentration (TN) of the activated sludge process.
아래 수학식 1, 수학식 2는 각각 총화학적 산소요구량(TCOD)정보와 총질소농도(TN)정보에 대한 것이다.
[수학식 1][Equation 1]
TCOD = Ss+Si+Xs+Xbh+Xba+XI+Xp TCOD = S s + S i + X s + X bh + X ba + X I + X p
[수학식 2]&Quot; (2) "
TN = Snh+Sna+Snd+Sni+Xnd+Xni S = S + na + nh TN S S + ni + nd nd + X X ni
여기서, Ss는 생분해성 기질의 농도(Readily biodegradable substrate, mg/L),Here, S s is the concentration of biodegradable substrate (Readily biodegradable substrate, mg / L)
Si는 불활성 유기용매 농도(Inert soluble organic matter, mg/L),S i is the concentration of inert organic solvent (mg / L),
Xs는 생분해성 입자성 유기물 농도(Biodegradable particulate organic matter, mg/L),X s is the biodegradable particulate organic matter (mg / L),
Xi는 불활성 입자성 유기물 농도(Inert particulate organic matter, mg/L),X i is the inert particulate organic matter (mg / L),
Xbh는 종속영양생물량(Heterotrophic biomass, mg/L, assume zero in the raw wastewater),X bh is the heterotrophic biomass (mg / L, assume zero in the raw wastewater),
Xba는 독립영양생물량(Autotrophic biomass, mg/L, assume zero in the raw wastewater),X ba is the autotrophic biomass (mg / L, assumed zero in the raw wastewater),
Xp는 비활성 입자성 물질(inert particulate products, mg/L, assume zero in the raw wastewater),X p is inert particulate products (mg / L, assume zero in the raw wastewater),
Snd는 용해성 생분해유기용매(Soluble biodegradable organic nitrogen),S nd is a soluble biodegradable organic nitrogen,
Sni는 용해성 비생분해유기용매(Soluble nonbiodegradable organic nitrogen),S ni is a soluble nonbiodegradable organic nitrogen,
Xnd는 입자성 생분해성 유기질소(Particulate biodegradable organic nitrogen),X nd is particulate biodegradable organic nitrogen,
Xni는 입자성 비생분해성 유기질소(Particulate nonbiodegradable organic nitrogen)이다.X ni is particulate nonbiodegradable organic nitrogen.
도 5에 도시된 활성슬러지 모델을 이용하여 산출된 상태변수인 Ss, Si, Xs, Xi, Xbh, Xba, Xp, Snd, Sni, Xnd, Xni를 통하여 합성변수인 총화학적 산소요구량(TCOD)정보와 총질소농도(TN)정보를 앞서 살펴본 수학식 1, 수학식 2와 같이 표현한다. FIG via a state variable, S s, S i, X s , X i, X bh, X ba, X p, S nd, S ni, X nd, X ni calculated using the activated sludge model illustrated in Figure 5 The total chemical oxygen demand (TCOD) information and the total nitrogen concentration (TN) information, which are synthetic parameters, are expressed by Equations (1) and (2).
도 5에 도시된 활성슬러지 모델에서는 총화학적산소요구량 변화와 총질소농도 변화를 통해서 소요되는 용존산소농도를 도 5의 테이블을 이용하여 계산한다. In the activated sludge model shown in FIG. 5, the dissolved oxygen concentration required through the change in the total chemical oxygen demand and the total nitrogen concentration is calculated using the table in FIG.
평균부유물농도(MLSS)는 아래 수학식 3을 통해서 계산된다.The mean suspended solids concentration (MLSS) is calculated by the following equation (3).
[수학식 3]&Quot; (3) "
MLSS = (Xs+XI+Xbh+Xba+Xp)×fss MLSS = (X s + X I + X bh + X ba + X p ) x f ss
여기서, fss는 COD를 SS 전환하기 위한 계수이다.Here, f ss is a coefficient for switching the COD to SS.
활성슬러지 모델을 통해서 도출된 결과와 데이터베이스(210)에 저장되어 있는 계측정보 등을 활용하여 연산부(220)는 하모니서치 알고리즘을 활용한 적정 용존산소농도를 연산한다.Using the result obtained through the activated sludge model and the measurement information stored in the
도 6은 일반적인 하모니서치 알고리즘을 수행하는 과정을 도시한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a process of performing a general harmony search algorithm.
하모니 서치 알고리즘은 기본으로 음악에서의 즉흥연주를 모방하고 있으며 무작위로 발생된 해집합으로부터 출발하여 지역 탐색과 역 탐색을 통해 최적해에 이르게 하는 메타휴리스틱 최적화 알고리즘의 한 예이다. 즉, 여러 가지 악기가 소리를 내 화음을 만들 때, 각 악기에서 나오는 여러 가지 소리는 하나의 화음을 생성하게 되며, 각 화음 중에는 조화로운 화음이 있을 수도 있고, 불협화음을 나타내는 경우도 있을 것이다. 연습과정을 통해 각 불협화음은 점차 사라지게 되고, 화음으로서 적합한 화음(local optimum, 부분 최적해) 중에서도 가장 아름다운 화음(global optimum, 전역 최적해)이 있을 것이며, 반복연습을 통해 구성할 수 있을 것이다. 하모니서치 알고리즘은 연습과정(반복계산)을 통해 찾아지는 최적 화음이 찾고자 하는 최적해로 설정하는 기법이다.The Harmony Search algorithm is an example of a meta-heuristic optimization algorithm that imitates improvisation in music by default and starts from a randomly generated solution set and leads to an optimal solution through local search and reverse search. In other words, when various musical instruments make a harmonic of a sound, the various sounds from each musical instrument produce a harmonic, and there may be harmonic chords or dissonance in each harmonic. Through the practice, each dissonance gradually disappears, and there will be the most beautiful chord (global optimum) among the chords (local optimum) that can be used as a chord, and it can be constituted through repetitive practice. The harmonic search algorithm is a technique to set the optimum harmonic that is found through the exercise process (iterative calculation) to the optimal solution to find.
하모니서치 알고리즘의 매개변수는 HM(Harmony Memory), HMCR(Harmony Memory Considering Rate), PAR(Pitch Adjusting Rate) 및 BW(bandwidth)가 있다. The parameters of the harmonic search algorithm are HM (Harmony Memory), HMCR (Harmony Memory Considering Rate), PAR (Pitch Adjusting Rate) and BW (bandwidth).
본 발명에서는 유입하수 부하 및 수온 변화시 목적함수인 활성슬러지 공정 방류수 BOD, COD 및 TN 농도를 만족하는 최소 용존산소 농도를 찾기 위하여 하모니서치 알고리즘 매개변수인 HMS를 1,000~1,200, HMCR을 0.8~1.0, PAR 0.05~0.2 및 BW를 0으로 설정할 수 있고, 설정한 매개변수들을 유입 유기물질 및 질소농도에 따라 제시한 범위에서 조절하여 사용할 수 있다. In the present invention, in order to find the minimum dissolved oxygen concentration satisfying BOD, COD and TN concentrations of the activated sludge process effluent, which is an objective function at the time of influent sewage load and water temperature change, HMS is set to be in the range of 1,000 to 1,200, HMCR in the range of 0.8 to 1.0 , PAR 0.05-0.2 and BW can be set to 0, and the set parameters can be adjusted within the ranges shown according to the concentration of the inflow organic material and nitrogen.
제시하는 매개변수 범위는 최소 용존산소 농도를 가장 빠른 시간에 전역 최적해 (global optimum)을 찾기 위한 값이다. 이러한 매개변수들은 현장실험을 통하여 경험적으로 획득한 값이며, 이들 값을 이용하여 도 6과 같은 절차에 따라 연산을 수행한다. 이들 연산은 컴퓨터 프로그램을 이용하여 수행하며, 시작 후 하모니 메모리(HM)를 구성하고, 초기 적합도를 평가한 후 HMCR, PAR 및 BW값을 적용하여 적합도를 재평가 한다. 여기서, BW 값은 상수로 변경하지 않고 사용한다. 이와 같은 과정을 목적함수인 방류수 수질 기준을 만족하는 용존산소 농도를 찾을 때까지 반복하며, 통상 100회에서 500회 정도의 반복계산이 소요된다.The proposed parameter range is the value for finding the global optimum in the earliest time of the minimum dissolved oxygen concentration. These parameters are values obtained empirically through field experiments, and operations are performed according to the procedure shown in FIG. 6 using these values. These calculations are performed by using a computer program. After starting HMM, HMM, PAR, and BW values are evaluated after evaluating the initial fitness. Here, the BW value is used without changing to a constant. This process is repeated until the dissolved oxygen concentration satisfying the water quality criterion of the effluent water as the objective function is found, and it is usually repeated 100 times to 500 times.
본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어 시스템에서 활성슬러지 공정의 적정 용존산소농도를 평가하기 위해서 아래 수학식 4 내지 수학식 9와 같은 하모니서치 알고리즘의 목적함수를 활용한다.In order to evaluate the optimum dissolved oxygen concentration of the activated sludge process in the oxygen supply amount control system according to the embodiment of the present invention, the objective function of the harmony search algorithm as shown in the following equations (4) to (9) is utilized.
[수학식 4]&Quot; (4) "
[수학식 5]&Quot; (5) "
[수학식 6]&Quot; (6) "
[수학식 7]&Quot; (7) "
[수학식 8]&Quot; (8) "
[수학식 9]&Quot; (9) "
여기서, BODcal, TCODcal, TNcal는 연산부에서 계산된 처리수의 생화학적산소요구량(BOD), 총화학적산소요구량(TCOD), 총질소농도(TN)이며,(BOD), total chemical oxygen demand (TCOD), and total nitrogen concentration (TN) of the treated water calculated by the operation unit are BOD cal , TCOD cal and TN cal ,
BODguideline, TCODguideline, TNguideline는 설계 BOD, TCOD, TN 방류수 수질기준이며,The BOD guideline , the TCOD guideline , and the TN guideline are the design quality standards for BOD, TCOD, and TN effluent,
DOcal는 계산된 용존산소농도, Aircal는 계산된 송풍기 공기량, MLSScal는 계산된 평균부유물농도이며,DO cal is the calculated dissolved oxygen concentration, Air cal is the calculated blower air mass, MLSS cal is the calculated mean suspended solids concentration,
DOmin, DOmax는 최대 및 최소 용존산소농도, Airmin, Airmax는 송풍기 최소 및 최대 송풍량, MLSSmin, MLSSmax는 최소 및 최대 평균부유물 농도이다.DO min , DO max are the maximum and minimum dissolved oxygen concentrations, Air min and Air max are the minimum and maximum blower volumes, MLSS min and MLSS max are the minimum and maximum average suspended particulate concentrations.
또한, 생화학적 산소요구량인 BOD는 용존산소농도를 통해서 계산될 수 있다.Also, the biochemical oxygen demand, BOD, can be calculated through the dissolved oxygen concentration.
송풍기 최소 및 최대 송풍량은 생물반응조(100)에 설치되는 송풍기(110)의 사양을 확인하여 결정할 수 있다. 최소 및 최대 평균부유물 농도는 주처리 공정(mainstream process)인 A20공법 및 SBR공법의 경우 2000~3000mg/L, MBR공법의 경우 8000~12000mg/L이다.The minimum and maximum blowing amount of the blower can be determined by checking the specifications of the
최소 및 최대 용존산소 농도는 적용하는 하수처리공법에 따라 0.5~3.0mg/L일 수 있다.The minimum and maximum dissolved oxygen concentrations may be between 0.5 and 3.0 mg / L, depending on the sewage treatment method employed.
본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어시스템에서 적정 용존산소농도를 결정하기 위해서 앞서 설명한 하모니서치 알고리즘을 이용한다. 본 발명의 연산부(220)는 하모니서치 알고리즘을 100회 내지 500회 반복함으로서 최적의 용존산소농도를 찾게 된다.In order to determine the optimum dissolved oxygen concentration in the oxygen supply amount control system according to the embodiment of the present invention, the harmony search algorithm described above is used. The
정리하면 기존에는 목표로 하는 산소 공급량을 효율적으로 전달하기 위한 것이 대부분인 반면, 본 발명에서는 목표로 하는 최적 용존산소 농도를 찾는 것에 특징이 있다. In summary, in most cases, it is intended to efficiently deliver the target oxygen supply amount, whereas the present invention is characterized in finding the target optimum dissolved oxygen concentration.
즉, 앞서도 언급한 바와 같이 기존에는 OUR (oxygen uptake rate) 혹은 방류수 수질 측정을 통하여 산소농도를 피드백 제어하는 것인 반면, 본 발명은 용존산소 목표치를 찾은 후 기존 기술을 활용하여 목표 용존산소 농도를 달성하는 것에 차이가 있다. That is, as described above, the oxygen concentration is feedback-controlled through OUR (oxygen uptake rate) or discharged water quality measurement. In contrast, the present invention utilizes the existing technology to find the target dissolved oxygen concentration There is a difference in achieving.
활성슬러지 공정의 공기량 최적화라는 목표를 달성하기 위한 최적 산소농도를 결정한다는 점이 본 발명의 특징 중에 하나라고 볼 수 있다.It is one of the characteristics of the present invention that the optimum oxygen concentration is determined to achieve the goal of the optimization of the amount of air in the activated sludge process.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따라서 적용되는 하모니서치 알고리즘 다시 말해 최적화 알고리즘을 이용하여 송풍기 공기량을 제어하는 과정을 도 6과 같이 수행할 수 있다. In this way, the process of controlling the blower air volume using the optimization algorithm, which is the harmony search algorithm applied according to the embodiment of the present invention, can be performed as shown in FIG.
공기량 제어를 시작하면 운영자는 유입수 수질, 처리수 수질, 펌프 제어용량 범위 및 MLSS 운영조건을 제어장치에 설정한 후 유량, COD, TN 및 수온 정보를 계측기로부터 수집한다. Once air volume control is initiated, the operator sets the influent water quality, treated water quality, pump control capacity range, and MLSS operating conditions in the controller and collects flow, COD, TN and water temperature information from the instrument.
수집된 정보를 활용하여 목표로 하는 용존산소 농도를 하모니서치 알고리즘을 이용하여 결정한 후 이 값을 송풍량 제어장치의 셋포인트 (set-point) 값으로 설정한다. Using the collected information, the target dissolved oxygen concentration is determined using a harmony search algorithm, and the value is set as a set-point value of the air flow rate control device.
여기까지의 과정은 운전자가 일일 혹은 일주일 단위로 용존산소 목표를 설정할 수 있다. 이는 목표 용존산소 농도를 실시간으로 설정하지 않기 때문에 운영자 부담이 줄고 자동제어를 위한 계측기 오류에 덜 민감할 수 있다. The process up to this point allows the driver to set the dissolved oxygen target on a daily or weekly basis. This reduces the operator burden because the target dissolved oxygen concentration is not set in real time and can be less sensitive to instrument error for automatic control.
이러한 점은 활성슬러지 공정의 최적 용존산소 농도는 시간 단위로 변하기는 하지만 일중 최적 용존산소 범위가 0.2~0.5 mg/L 이내로 작기 때문이다. 즉, 최적 용존산소 농도는 유입하수량 혹은 수온변화가 발생할 때 변화하기 때문에 목표 용존산소 농도 설정을 시간단위로 설정하지 않아도 된다.This is because the optimum dissolved oxygen concentration in the activated sludge process changes in units of time, but the optimal dissolved oxygen range is within 0.2-0.5 mg / L. That is, since the optimum dissolved oxygen concentration changes when the inflow water amount or the water temperature change occurs, it is not necessary to set the target dissolved oxygen concentration setting in units of time.
일반적으로 유입하수 농도는 시간단위로 변하기는 하지만 생물학적 처리공법 수리학적 체류시간 및 고형물 체류시간이 각각 수시간에서 10일 이상이므로 시간단위로 최적 용존산소 농도를 설정하지 않아도 되는 이유이다. 물론 목표 용존산소 농도를 시간단위로 설정하는 경우 보다 많은 에너지 절감을 가능하게 하지만 실용적인 측면에서 큰 차이가 없을 수도 있다. Generally, the influent sewage concentration changes by time, but the reason is that it is not necessary to set the optimum dissolved oxygen concentration per unit of time since the biological treatment method has a hydraulic retention time and a solids retention time of several hours to several days. Of course, it is possible to save more energy than setting the target dissolved oxygen concentration in units of time, but there may not be much difference from the practical point of view.
분석장치(200)의 연산부(220)를 통해서 연산된 최적의 용존산소농도가 결정되면, 분석장치(200)는 송풍기(110)를 제어하는 제어장치(300)로 적정 용존산소농도를 전송한다.The
제어장치(300)는 입력된 상기 적정 용존산소농도에 따라서 비례적분미분제어(Proportional Integral derivative control)를 수행하여 송풍기(110)를 제어한다.The
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어시스템을 이용하여 실제 하수처리시설 생물반응조의 적정 용존산소 결정을 위한 시뮬레이션 프로그램 화면 및 시뮬레이션 결과이다.FIG. 7 is a simulation program screen and simulation results for determining the optimum dissolved oxygen of an actual sewage treatment facility bioreactor using the oxygen supply amount control system according to the embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 하수처리시설은 일평균 유입하수량 110,000m3/day의 중규모 하수처리시설이며, A2O공법 및 MLE공법으로 운영되고 있다. 슬러지 처리시설은 농축, 소화 및 탈수공정으로 구성되어 있으며, 반류수를 침사지로 유입하여 처리한다. 도 7에 도시된 하수처리시설은 PLC(programmable logic controller)에 의하여 운용되고 있으며, 송풍기를 중앙제어실에서 자동제어 할 수 있다.The sewage treatment facility shown in FIG. 7 is a medium-scale sewage treatment facility having a daily average inflow amount of 110,000 m 3 / day, and is operated by the A 2 O method and the MLE method. The sludge treatment facility consists of concentration, digestion, and dehydration processes, and treats the untreated water into the geyser. The sewage treatment facility shown in FIG. 7 is operated by a PLC (programmable logic controller), and the blower can be automatically controlled in a central control room.
본 발명의 실시예에 따른 활성슬러지 모델과 하모니서치 알고리즘을 이용하여 1시간에 1회씩 활성슬러지 생물반응조의 적정 용존산소 농도를 제어할 수 있도록 실제 하수처리시설에 구성하였다.By using the activated sludge model and the harmony search algorithm according to the embodiment of the present invention, an actual sewage treatment facility is configured to control the optimum dissolved oxygen concentration of the activated sludge bioreactor once an hour.
Total volume of ventilation in the activated sludge process (capacity 110,000 m 3 / day)
m 3 / min
표 1에 의하면 실규모 하수처리시설에 송풍량 제어를 수행한 결과 2016년 7~9월은 2016년 4~6월에 비하여 송풍량이 평균적으로 약 16.7% 절감되었음을 확인할 수 있다. According to Table 1, as a result of controlling the volume of air to the actual sewage treatment facility, it can be confirmed that the average amount of air flow was reduced by 16.7% in July ~ September 2016 compared with April ~ June 2016.
* 설계 수질 : BOD 5 mg/L, TSS 15 mg/L, T?N 15 mg/L, TP 0.5 mg/L* Design water quality: BOD 5 mg / L,
표 2에 의하면 송풍량을 평균적으로 약 16.7% 감소 운영한 이후 처리수질은 설계수질 이하로 양호한 수준이다. 처리수 TSS는 5월에 비하여 다소 상승하였으나 평균 1.6mg/L로 매우 양호한 수준이며, T-N 및 T-P를 통해 처리수질이 개선되었음을 확인할 수 있다. 이는 호기조내의 동시탈질율 향상 및 반송슬러지내의 용존산소 감소로 무산소조에서의 용존산소 영향이 감소하였기 때문이다. According to Table 2, after the average wind volume has been reduced by about 16.7%, the quality of the treated water is below the design quality. The TSS of treated water increased slightly compared with May, but the average was 1.6mg / L, which is very good, and T-N and T-P showed improved treatment quality. This is because simultaneous denitrification rate improvement in the aerobic tank and reduction of dissolved oxygen in the transport sludge reduced the effect of dissolved oxygen in the anoxic tank.
결과적으로 본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어시스템에 의하면 송풍량 제어를 수행한 3개월 동안 평균 16.7%의 송풍기 송풍량을 절감하였으며, 전체 하수처리시설 기준으로는 전년대비 약 8.1%의 전력량을 절감하였다. As a result, according to the oxygen supply amount control system according to the embodiment of the present invention, the air blowing amount of the blower was reduced by 16.7% on the average during the three months of the blowing amount control, and the amount of power was reduced by 8.1% .
송풍량을 절감하였으나 처리수질은 다소 개선되었다. 이는 적정 송풍량 제어가 에너지 효율 뿐만 아니라 처리수질 개선에도 도움을 줄 수 있음을 의미한다.Air volume was reduced, but the quality of treated water was somewhat improved. This means that proper airflow control can help improve not only energy efficiency but also water quality.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 산소공급량 제어방법의 순서도이다.8 is a flowchart of a method of controlling the oxygen supply amount according to the embodiment of the present invention.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 산소공급량 제어방법은 산소공급량 제어 시스템에 의해서 구현되는 산소를 공급하는 송풍기를 포함하는 활성슬러지 공정에서의 산소공급량 제어방법으로서, 분석장치가 목적함수 설정값을 입력받는 단계(S100), 상기 분석장치가 생물반응조에서 계측된 처리수의 유입유량, 화학적 산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 데이터에 활성슬러지 모델을 적용하여 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN), 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하는 단계(S200), 상기 분석장치는 상기 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)이 목적함수인 앞서 언급한 [수학식 4]에서 [수학식 9]를 만족하는 적정용존산소농도를 추출하는 단계(S300), 제어장치는 상기 적정용존산소농도에 따른 필요 송풍량을 계산하는 단계(S400) 및 상기 제어장치는 상기 필요 송풍량에 따라서 송풍기를 제어하는 단계(S500)를 포함한다.The oxygen supply amount control method according to another aspect of the present invention is a method for controlling an oxygen supply amount in an activated sludge process including a blower for supplying oxygen, which is implemented by an oxygen supply amount control system, (S100), the analyzer calculates at least one of the flow rate of the treated water measured in the biological reactor, the chemical oxygen demand (COD), the dissolved oxygen concentration (DO), the water temperature and the suspended solids concentration The activated sludge model is applied to one or more data to determine total chemical oxygen demand (TCOD) information, total nitrogen concentration (TN), mean suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO), blower air volume (Air), and biochemical oxygen demand (BOD) (S200), the analyzer calculates the total chemical oxygen demand (TCOD) information, the total nitrogen concentration (TN) information, the average suspended solids concentration (MLSS), the dissolved oxygen concentration (DO) (Step S300) of extracting an appropriate dissolved oxygen concentration satisfying the formula (9) in the above-mentioned equation (4), which is an objective function of the dissolved oxygen concentration (Air) and the biochemical oxygen demand (BOD) (S400) of calculating the required blowing amount according to the concentration, and the control device includes a step (S500) of controlling the blower according to the required blowing amount.
앞선 실시예와 중복되는 구성 및 내용, 특히 수학식 4 내지 수학식 9에 대한 목적함수에 대한 설명은 생략한다.Explanations of the configuration and contents overlapping with those of the foregoing embodiment, particularly the description of the objective function for Equations (4) to (9), are omitted.
목적함수 설정값을 입력받는 단계(S100)는 처리수의 생화학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD) 및 총 질소농도(TN)의 방류수의 수질기준에 따른 목표수질범위를 입력받는다. 또한 송풍기 최소 및 최대 송풍량은 생물반응조(100)에 설치되는 송풍기(110)의 사양을 확인하여 결정할 수 있다. 최소 및 최대 평균부유물 농도는 주류공정(mainstream process)인 A20공법 및 SBR공법의 경우 2000~3000mg/L, MBR공법의 경우 8000~12000mg/L일 수 있다.The step S100 of inputting the objective function set value receives the target water quality range according to the water quality standards of the biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD) and total nitrogen concentration (TN) of the treated water. In addition, the minimum and maximum blowing amount of the blower can be determined by checking the specification of the
최소 및 최대 용존산소 농도는 적용하는 하수처리공법에 따라 0.5~3.0mg/L일 수 있다.The minimum and maximum dissolved oxygen concentrations may be between 0.5 and 3.0 mg / L, depending on the sewage treatment method employed.
상기 분석장치가 생물반응조에서 계측된 처리수의 유입유량, 화학적 산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 데이터에 활성슬러지 모델을 적용하여 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하는 단계(S200)는 계측자료에 의해서 실시간 측정되는 계측정보를 데이터베이스에 저장하고, 계측정보를 활용하여 목적함수에 적용하기 위한 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 활성슬러지 모델을 적용하여 연산한다.Wherein the analyzer is operative to determine at least one of at least one data selected from the group consisting of influent flow rate of treated water measured in the biological reactor, COD (chemical oxygen demand), dissolved oxygen concentration (DO), water temperature and suspended solids concentration The sludge model was applied to calculate total chemical oxygen demand (TCOD) information, total nitrogen concentration (TN) information, mean suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO), blower air volume (Air) and biochemical oxygen demand (BOD) In operation S200, measurement information measured in real time by the measurement data is stored in a database, and total chemical oxygen demand (TCOD) information, total nitrogen concentration (TN) information for applying the measurement function to the objective function, The average suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO), blower air volume (Air) and biochemical oxygen demand (BOD) are calculated by applying the activated sludge model.
상기 분석장치는 상기 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)이 목적함수인 앞서 언급한 [수학식 4] 내지 [수학식 9]를 만족하는 적정용존산소농도를 추출하는 단계(S300)는 활성슬러지 모델을 통해서 연산된 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)이 하모니서치 알고리즘의 목적함수인 [수학식 4]에서 [수학식 9]를 만족하는지를 판단하여 적정용존산소농도를 추출하고, 상기 적정용존산소농도에 따른 필요 송풍량을 계산(S400)하고, 필요 송풍량에 따라서 송풍기를 제어(S500)한다.The analyzer is configured to measure the total chemical oxygen demand (TCOD) information, the total nitrogen concentration (TN) information, the mean suspended solids concentration (MLSS), the dissolved oxygen concentration (DO), the blower air volume (Air), and the biochemical oxygen demand The step S300 of extracting the optimum dissolved oxygen concentration satisfying the above-described objective functions (Equation 4) to (Equation 9) includes the total chemical oxygen demand (TCOD) information calculated through the activated sludge model, (TN) information, average suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO), blower air volume (Air), and biochemical oxygen demand (BOD) are used as the objective function of the harmony search algorithm. 9] is satisfied, the appropriate dissolved oxygen concentration is extracted, and the necessary blowing amount according to the optimum dissolved oxygen concentration is calculated (S400), and the blower is controlled according to the required blowing amount (S500).
만일 목적함수를 만족하지 않는 경우에는 활성슬러지 모델을 적용하여 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하는 단계를 반복수행하여 목적함수를 만족하는 적정용존산소농도를 추출한다.If the objective function is not satisfied, the activated sludge model is applied to calculate the total chemical oxygen demand (TCOD) information, total nitrogen concentration (TN) information, mean suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO) ) And the biochemical oxygen demand (BOD) are repeated to extract the optimum dissolved oxygen concentration satisfying the objective function.
또한, 적정용존산소농도에 따라서 송풍기를 제어함으로서, 처리수의 용존산소농도가 적정용존산소농도에 도달하면 다시 실시간으로 측정되는 계측자료를 통한 활성슬러지 모델을 이용하여 목적함수를 적용하기 위한 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하고, 제2의 적정용존산소농도를 추출한다. 이러한 과정을 반복함으로서, 최적화된 적정용존산소농도를 추출하여 송풍기를 제어하는 방법이 구현될 수 있다.In addition, by controlling the blower in accordance with the optimum dissolved oxygen concentration, when the dissolved oxygen concentration of the treated water reaches the appropriate dissolved oxygen concentration, the total chemical amount for the application of the objective function using the activated sludge model (TOD) information, total suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO), blower air volume (Air), and biochemical oxygen demand (BOD) Dissolved oxygen concentration is extracted. By repeating this process, a method of controlling the blower by extracting the optimized optimum dissolved oxygen concentration can be implemented.
100 생물반응조
110 송풍기
120 화학적 산소요구량 측정계
130 유입유량측정기
140 부유물질측정기
150 용존산소계
160 온도계
200 분석장치
210 데이터베이스
220 연산부
230 필터링부
300 제어장치100 bioreactor
110 blower
120 Chemical oxygen demand meter
130 Inflow Flow Meter
140 Floating Material Meter
150 dissolved oxygen meter
160 Thermometers
200 Analyzer
210 Database
220 operation unit
230 filtering unit
300 control device
Claims (10)
하수가 유입되어 유기물산화, 질산화 및 탈질 반응이 일어나는 생물반응조;
상기 생물반응조에서 검출된 유입유량, 처리수의 화학적산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나이상의 데이터를 이용하여 적정 용존산소농도를 추출하는 분석장치; 및
상기 분석장치로부터 추출된 적정 용존산소농도에 따라서 상기 송풍기를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.An oxygen supply amount control system in an activated sludge process including an oxygen-
A bioreactor into which sewage is introduced to cause organic matter oxidation, nitrification and denitrification;
(COD), dissolved oxygen concentration (DO), water temperature and suspended solids concentration (SS) of the treated water detected in the biological reaction tank and using the at least one data selected from the group consisting of the appropriate dissolved An analyzer for extracting oxygen concentration; And
And a control device for controlling the blower in accordance with an appropriate dissolved oxygen concentration extracted from the analyzer.
상기 분석장치는 처리수의 유입유량, 화학적 산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.The method according to claim 1,
The analysis apparatus includes a database storing at least one data selected from the group including inflow flow rate of treated water, chemical oxygen demand (COD), dissolved oxygen concentration (DO), water temperature and suspended solids concentration (SS) And the oxygen supply amount control system.
상기 분석장치는 하모니서치 알고리즘을 이용하여 적정 용존산소농도를 연산하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the analyzer comprises an operation unit for calculating an appropriate dissolved oxygen concentration using a harmony search algorithm.
상기 연산부는 상기 데이터베이스에 저장된 데이터를 활성슬러지 모델에 적용하여 총 화학적 산소요구량(Total Chemical Oxygen Demand, TCOD)정보, 총질소농도(Total nitrogen)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.The method of claim 3,
The operation unit applies the data stored in the database to the activated sludge model to calculate total chemical oxygen demand (TCOD) information, total nitrogen information, average suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO ), A blower air amount (Air), and a biochemical oxygen demand (BOD).
상기 연산부는 하모니서치 알고리즘 및 활성슬러지 모델을 이용하여 [수학식 1]에서 [수학식 6]을 만족하는 적정 용존산소농도를 추출하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.
[수학식 1]
[수학식 2]
[수학식 3]
[수학식 4]
[수학식 5]
[수학식 6]
여기서, BODcal, TCODcal, TNcal는 활성슬러지 모델을 이용하는 연산부에서 계산된 처리수의 생화학적산소요구량(BOD), 총화학적산소요구량(TCOD), 총질소농도(TN)이며,
BODguideline, TCODguideline, TNguideline는 설계 BOD, TCOD, TN 방류수 수질기준이며,
DOcal는 계산된 용존산소농도, Aircal는 계산된 송풍기 공기량, MLSScal는 계산된 평균부유물농도이며,
DOmin, DOmax는 최대 및 최소 용존산소농도, Airmin, Airmax는 송풍기 최소 및 최대 송풍량, MLSSmin, MLSSmax는 최소 및 최대 평균부유물 농도임.5. The method of claim 4,
Wherein the operation unit extracts an optimum dissolved oxygen concentration satisfying the following formula (1) using the harmony search algorithm and the activated sludge model.
[Equation 1]
&Quot; (2) "
&Quot; (3) "
&Quot; (4) "
&Quot; (5) "
&Quot; (6) "
And wherein, BOD cal, TCOD cal, TN cal is processed can biochemical oxygen demand (BOD), total COD (TCOD), the total nitrogen concentration (TN) of the calculation in the arithmetic unit using the activated sludge model,
The BOD guideline , the TCOD guideline , and the TN guideline are the design quality standards for BOD, TCOD, and TN effluent,
DO cal is the calculated dissolved oxygen concentration, Air cal is the calculated blower air mass, MLSS cal is the calculated mean suspended solids concentration,
DO min , DO max are the maximum and minimum dissolved oxygen concentrations, Air min and Air max are the minimum and maximum blower volumes, MLSS min and MLSS max are the minimum and maximum mean suspended solids concentrations, respectively.
상기 제어장치는 입력된 상기 적정 용존산소농도에 따라서 비례적분미분제어(Proportional Integral Derivative control)를 수행하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control device performs proportional integral derivative control according to the input optimum dissolved oxygen concentration.
상기 분석장치는 상기 생물반응조로부터 입력되는 데이터의 잡음을 제거하는 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.The method according to claim 1,
Wherein the analysis device further comprises a filtering unit for removing noise of data inputted from the biological reaction tank.
상기 생물반응조는 화학적 산소요구량(COD) 측정계, 유입유량측정기, 부유물질측정기, 용존산소계 및 온도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어시스템.The method according to claim 1,
Wherein the bioreactor includes a chemical oxygen demand (COD) meter, an influent flow meter, a suspended solids meter, a dissolved oxygen meter, and a thermometer.
(a) 분석장치가 목적함수 설정값을 입력받는 단계;
(b) 상기 분석장치가 생물반응조에서 계측된 처리수의 유입유량, 화학적 산소요구량(COD), 용존산소농도(DO), 수온 및 부유물질농도(SS)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상의 데이터에 활성슬러지 모델을 적용하여 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN), 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)를 연산하는 단계;
(c) 상기 분석장치는 상기 총 화학적 산소요구량(TCOD)정보, 총 질소농도(TN)정보, 평균부유물농도(MLSS), 용존산소농도(DO), 송풍기 공기량(Air) 및 생화학적산소요구량(BOD)이 하모니서치 알고리즘 및 활성슬러지 모델을 이용하여 목적함수인 아래 [수학식 1]에서 [수학식 6]을 만족하는 적정용존산소농도를 추출하는 단계;
(d) 제어장치는 상기 적정용존산소농도에 따른 필요 송풍량을 계산하는 단계; 및
(e) 상기 제어장치는 상기 필요 송풍량에 따라서 송풍기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어방법.
[수학식 1]
[수학식 2]
[수학식 3]
[수학식 4]
[수학식 5]
[수학식 6]
여기서, BODcal, TCODcal, TNcal는 활성슬러지 모델을 이용하는 연산부에서 계산된 처리수의 생화학적산소요구량(BOD), 총화학적산소요구량(TCOD), 총질소농도(TN)이며,
BODguideline, TCODguideline, TNguideline는 설계 BOD, TCOD, TN 방류수 수질기준이며,
DOcal는 계산된 용존산소농도, Aircal는 계산된 송풍기 공기량, MLSScal는 계산된 평균부유물농도이며,
DOmin, DOmax는 최대 및 최소 용존산소농도, Airmin, Airmax는 송풍기 최소 및 최대 송풍량, MLSSmin, MLSSmax는 최소 및 최대 평균부유물 농도임.A method for controlling an oxygen supply amount in an activated sludge process including an oxygen-fed blower implemented by the oxygen supply amount control system of claim 1,
(a) receiving an objective function set value by an analyzing apparatus;
(b) at least one selected from the group consisting of an influent flow rate of the treated water measured in the biological reactor, a chemical oxygen demand (COD), a dissolved oxygen concentration (DO), a water temperature and a suspended solids concentration (SS) The data were applied to the activated sludge model to determine total chemical oxygen demand (TCOD) information, total nitrogen concentration (TN), mean suspended solids concentration (MLSS), dissolved oxygen concentration (DO), blower air volume (Air) and biochemical oxygen demand );
(c) The analyzer is configured to measure the total chemical oxygen demand (TCOD) information, the total nitrogen concentration (TN) information, the mean suspended solids concentration (MLSS), the dissolved oxygen concentration (DO), the blower air volume (Air) BOD) extracting an optimum dissolved oxygen concentration that satisfies the following formula (1), which is an objective function, using Equation (6), using the harmony search algorithm and the activated sludge model;
(d) the controller calculates a required blowing amount according to the optimum dissolved oxygen concentration; And
(e) The control device controls the blower in accordance with the required blowing amount.
[Equation 1]
&Quot; (2) "
&Quot; (3) "
&Quot; (4) "
&Quot; (5) "
&Quot; (6) "
And wherein, BOD cal, TCOD cal, TN cal is processed can biochemical oxygen demand (BOD), total COD (TCOD), the total nitrogen concentration (TN) of the calculation in the arithmetic unit using the activated sludge model,
The BOD guideline , the TCOD guideline , and the TN guideline are the design quality standards for BOD, TCOD, and TN effluent,
DO cal is the calculated dissolved oxygen concentration, Air cal is the calculated blower air mass, MLSS cal is the calculated mean suspended solids concentration,
DO min , DO max are the maximum and minimum dissolved oxygen concentrations, Air min and Air max are the minimum and maximum blower volumes, MLSS min and MLSS max are the minimum and maximum mean suspended solids concentrations, respectively.
상기 (c)단계에서 목적함수를 만족하지 않는 경우, 상기 (b)단계를 반복수행하여 상기 (c)단계의 목적함수를 만족하는 적정용존산소농도를 추출하는 것을 특징으로 하는 산소공급량 제어방법. 10. The method of claim 9,
Wherein if the objective function is not satisfied in the step (c), the optimal dissolved oxygen concentration satisfying the objective function of the step (c) is extracted by repeating the step (b).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170031132A KR102041326B1 (en) | 2017-03-13 | 2017-03-13 | Oxygen control system for activated sludge process using harmony search algorithm |
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