KR100638158B1

KR100638158B1 - 하수 처리 시스템

Info

Publication number: KR100638158B1
Application number: KR1020040071965A
Authority: KR
Inventors: 오바라다쿠미; 츠츠미마사히코; 야마나카오사무; 모토기다다오; 하츠시카유키오
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-10-26
Also published as: KR20050039546A; JP2005125229A; CN1609014A; JP4334317B2; CN1303010C; TW200514755A; TWI292750B

Abstract

본 발명은 생물반응조에서의 수질을 목표치 레벨에 도달시킴이 불가능한 정황이 발생했다 하여도, 정황에 따른 적절한 수질 제어를 실행하는 것을 과제로 한다.

수질 제어 목표치 판정수단(24)은, 수질 제어 목표치 설정기(22)로부터 입력한 수질 제어 목표치가 도달 가능한 것인지의 여부를, 유입유량계(27) 및 전질소 농도계(28)로부터의 계측 데이터와, 질화균 농도 추정치에 의거하여 판정한다. 판정 결과 실행수단(25)은, 판정 결과가 도달 불가능한 것인 경우, 수질 제어 목표치 설정기(22)에 설정되어 있는 목표치를 도달 가능한 레벨로 변경하든가, 또는, 변경할 수 없는 경우에는, 콘트롤러(23)의 블로어(13)에 대한 조작량을 소정 레벨 이하로 유지한다.

하수 처리 시스템, 수질 제어.

Description

하수 처리 시스템{SEWAGE TREATMENT SYSTEM}

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 하수 처리 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 하수 처리 시스템의 구성도.

도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 하수 처리 시스템의 구성도.

도 4는 도 3에서의 유입 수질 데이터베이스(33)에 보존되어 있는 데이터에 대한 설명도이며, 도 4(a)은 보존 데이터예를 나타내는 도표, 도 4(b)는 이 보존 데이터예에 의거하여 얻어지는 유입 전질소 농도의 패턴예를 나타내는 특성도.

도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 하수 처리 시스템의 구성도.

도 6은 도 5의 주요부 구성에 대한 설명도이며, 도 6(a)은 유입 부하량 예측수단(36)이 예측한 유입 질소 부하량의 패턴예를 나타내는 특성도, 도 6(b)은 목표치 계획수단(37)이 작성한 목표치 계획에 대한 설명도.

도 7은 종래의 하수 처리 시스템의 구성도.

부호의 설명

1: 유입밸브

2: 최초침전지

3: 생물반응조

4: 혐기조

5: 무산소조

6: 호기조

7: 최종침전지

8: 우회밸브

9: 탄소원 저류조

10: 탄소원 주입펌프

11: 응집제 저류조

12: 응집제 주입펌프

13: 블로어

14: 산기관

15: 반송펌프

16: 반송펌프

17: 초기침전 인발펌프

18: 잉여펌프

19: 오니저류조

20: 암모니아성 질소 농도계

21: 감시장치

21A: 감시장치

21B: 감시장치

21C: 감시장치

21D: 감시장치

22: 수질 제어 목표치 설정기

23: 콘트롤러

24: 수질 제어 목표치 판정수단

25: 판정 결과 실행수단

26: 표시부

27: 유입유량계

28: 전질소 농도계

29: 순환유량계

30: 질산성 질소 농도계

31: 질산성 질소 농도계

32: 처리수 전질소 농도계

33: 유입 수질 데이터베이스

34: 유입 수질 예측수단

35: 유입 부하량 데이터베이스

36: 유입 부하량 예측수단

37: 목표치 계획수단

본 발명은, 도시 하수나 산업 배수 등의 처리를 행하는 하수 처리 시스템에 관한 것이다.

하수 처리 시스템에 의해 처리된 물은 최종적으로는 하천 등에 방류되지만, 이 방류된 처리수에 기인하여, 근년, 호수, 늪, 만 등의 폐쇄성 수역에서 소위“부영양화”현상이 진행하여 문제로 되고 있다. “부영양화 현상”이란, 배수중에 함유되는 질소나 인이 영양분으로 되어 식물성 플랑크톤이 대량 발생하는 현상이며, 수질오탁이나 악취, 또는 어패류에로의 악영향 등을 불러 일으키는 환경오염의 한 유형이다.

이러한 부영양화 현상의 발생을 저지하기 위해서는, 그 원인 물질인 질소나 인의, 하수 처리 시스템으로부터 폐쇄성 수역으로의 유출량을 억제할 필요가 있다. 한편, 종래의 통상의 하수 처리 시스템에서는, 활성오니법으로 불리우는 프로세스에 의해 유기물의 제거만을 행하였지만, 이러한 활성오니법에서는 질소나 인의 제거는 유효하게 행하여지지 않는다. 그 때문에, 최근의 하수 처리 시스템에서는, 예를 들면 특개평9-248596호 공보 및 특개평11-244894호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 유기물뿐만 아니라, 질소나 인에 대하여서도 제거를 행할 수 있는 고도(高度) 처리(處理) 시스템을 채용하는 예가 많아지고 있다.

도 7은, 상기와 같은 고도 처리 시스템을 채용한 종래의 하수 처리 시스템의 구성도이다. 이 도 7에서, 도시를 생략한 침사지(沈砂池)로부터의 유입 하수는 유입밸브(1)을 통하여 최초침전지(2)에 보내져, 여기서 침사지에서는 제거할 수 없었던 작은 모래나 먼지 등이 제거되게 되어 있다.

최초침전지(2)를 통과한 하수는, 다음에 생물반응조(3)에 보내지게 되어 있다. 이 생물반응조(3)는, 소위“응집제 주입 A2O법”이라고 불리우는 프로세스 처리를 행하는 유형의 것이며, 혐기조(4), 무산소조(5), 및 호기조(6)에 의해 구성되어 있다. 또한, 이 생물반응조(3)에서, 활성오니 중에 함유되는 호기성 미생물에 의한 유기물의 제거가 행해짐과 동시에, 질소 및 인의 제거도 동시에 행해지게 되어 있다.

생물반응조(3)에서 처리가 행해진 처리수는, 다음에 최종침전지(7)에 보내져, 여기서 활성오니와 상등액으로 분리되어, 상징액은 염소혼화지(도시하지 않음)에서 소독된 뒤, 하천 등에 방류되게 되어 있다.

우회(bypass)밸브(8)는, 혐기조(4)에 존재하는 인(燐)축적세균을 활성화시키기 위하여 유입 하수 중에 많이 함유되는 유기물을 직접 공급하는 경우에 사용하는 것이다.

탄소원 주입펌프(10)는, 탄소원 저류조(9)에 저류되어 있는 메탄올, 에탄올, 초산, 폐초산, 글루코오스 등의 탄소원을 주입하여, 혐기조(4)에 존재하는 인축적세균을 활성화시키기 위한 것이다.

응집제 주입펌프(12)는, 응집제 저류조(11)에 저류되어 있는 폴리염화알루미늄, 황산알루미늄, 황산철 등의 인 성분을 침전시키기 위한 응집제(PAC)를 호기조(6)에 대하여 공급하기 위한 것이다.

호기조(6)의 아랫쪽에는 폭기장치로서의 블로어(13)가 부착되어 있어, 이 블로어(13)로부터의 공기가 호기조(6) 내에 배설된 산기관(散氣管)(14)을 경유하여 활성오니 중의 호기성 미생물에 공급되게 되어 있다. 호기조(6) 내의 물은 폭기에 의해 교반되어 완전혼합된 상태로 되고, 이 상태에서 공급된 공기에 의해 호기성 미생물이 활성화되어 유기물의 분해ㆍ자화가 촉진되게 된다.

호기조(6) 내의 물의 일부는, 순환펌프(15)에 의해 무산소조(5)로 순환되게 되어 있다. 또한, 최종침전지(7)의 저부로부터 인발(引拔)된 활성오니는, 반송펌프(16)에 의해 혐기조(4)의 입구로 반송되게 되어 있다.

또한, 최초침전지(2)의 저부에 모인 잉여 오니는 초기침전 인발펌프(17)에 의해 인발되어 오니저류조(19)에 보내져, 최종침전지(7)의 저부에 모여 반송펌프(16)에 의해 혐기조(4)측으로 완전히 반송하지 않았던 잉여 오니도 오니저류조(19)에 보내지게 되어 있다.

호기조(6)에는 암모니아성 질소 농도계(20)가 배설되어 있어, 암모니아성 질소(NH₄-N)의 농도가 계측되게 되어 있다. 또한, 감시장치(21)는 수질 제어 목표치 설정기(22)를 갖고 있어, 호기조(6)에서의 암모니아성 질소 농도에 대한 목표치가 출력되게 되어 있다. 콘트롤러(23)는, 암모니아성 질소 농도계(20)에 의해 계측된 암모니아성 질소 농도가 수질 제어 목표치 설정기(22)에 의해 설정된 목표치에 일치하도록, 블로어(13)의 제어를 행하게 되어 있다.

다음에, 도 7의 구성에서의 질소 제거 및 인 제거에 관한 작용에 대하여 설명한다. 우선, 질소 제거에 대하여 설명하면, 호기조(6)에서는, 블로어(13)에 의해 공급되는 산소를 이용하여, 질화균이 암모니아성 질소(NH₄-N)를 아질산성 질소 (NO₂-N), 질산성 질소(NO₃-N)로 산화시킨다. 또한, 순환펌프(15)에 의해 호기조(6)로부터 무산소조(5)에 이송된 아질산성 질소(NO₂-N), 질산성 질소(NO₃-N)는, 무산소 조건 하에서 유기물을 영양원으로 하는 탈질세균에 의한 질산성 호흡 또는 아질산성 호흡에 의해 질소 가스(N₂)로 환원되어, 계외로 제거된다.

이 경우, 탈질반응에 필요한 유기물이 충분히 공급되지 않으면, 양호한 질소 제거는 행해지지 않는다. 이 유기물을 보충하기 위한 방책으로서, 우회밸브(8)를 열어, 최초침전지를 우회하여 유입 하수를 혐기조(4)에 공급하거나, 탄소원 저류조(9)에 모여진 메탄올, 에탄올, 초산, 폐초산, 글루코오스 등의 탄소원을 혐기조(4)에 주입하거나, 또는 최종침전지(7)에서 발생한 인발오니를 혐기조(4)에 투입하는 것 등이 행해진다.

여기서, 질소 제거반응은, 화학식으로 다음과 같이 표현된다. 즉, 질화반응은, 식(1) 및 식(2)와 같이 된다.

NH₄ ⁺+ 2O₂ → NO₂ ^-+ 2H₂O …… 식(1)

NO₂ ^-+ 1/2O₂ → NO₃ ^- …… 식(2)

또한, 탈질반응은, 유기물로서 메탄올이 사용된 경우의 반응을 기재하면 식(3)과 같이 된다.

6NO₃ ^-+ 5CH₃0H → 3N₂+ 5CO₂+ 7H₂O + 6OH^- …… 식(3)

콘트롤러(23)는, 상기와 같은 반응이 촉진되도록, 암모니아성 질소 농도계(20)로부터의 계측 데이터, 및 수질 제어 목표치 설정기(22)로부터의 목표치의 입력에 의거하여 블로어(13)의 회전을 제어한다.

다음에, 인 제거에 대하여 설명하면, 혐기조(4)에서, 활성오니 중의 인축적세균은, 초산 등의 유기산을 체내에 축적하고, 인산(PO₄)을 과잉 방출한다. 이 과잉 방출된 인산 형태의 인은 호기조(6)에 보내지지만, 호기조(6)에서는 인축적세균의 인 과잉섭취작용의 이용에 의해, 혐기조(4)에서 방출된 이상의 인산 형태의 인이 활성오니에 흡수된다. 이로써, 인 제거가 행해진다.

상기와 같은 반응을 진행시키기 위해서는, 초산 등의 유기산이 수소 공여체로서 필요하게 된다. 그러나, 빗물 유입시에는 유기산 농도가 희박해져서 인축적균이 이용할 수 있는 유기물이 감소하므로, 인의 토출반응이 충분히 행해지지 않게 되어, 뒤에 이어지는 인의 과잉섭취반응도 불충분하게 된다.

이것을 보충하기 위해서, 질소 제거의 경우와 같은 방책으로 인 제거에 필요한 탄소원을 확보하거나, 또는 응집제 저류조(11)에 저장된 폴리염화알루미늄, 황산알루미늄, 황산철 등의 응집제(PAC)를 주입하여 인산알루미늄이나 인산철의 형태로 인 성분을 침전시킴으로써 인을 제거한다.

A1³⁺+ PO₄ ^3-→ AlP0₄ …… 식(4)

유입 하수에 함유되는 질소의 제거, 및 인의 제거는, 상기와 같은 생물 반응 을 이용하여 행해지고, 콘트롤러(23)는 질소 농도 및 인 농도가 목표치(고정치)에 이르도록 각 프로세스 기기의 제어를 행하고 있다.

그러나, 유입 하수의 유입량이 크게 변동하여(예를 들면 강우시), 그 때문에 하수 중에 포함되는 질소 농도 및 인 농도도 크게 변동하는 일이 있다. 여기서, 인 농도에 관해서는, 강우시에 하수유입량이 급격하게 증대했다 하여도, 응집제나 탄소원 등의 주입량을 증가시킴으로써 목표치 레벨을 유지하기가 용이하므로, 거의 문제는 생기지 않는다.

한편, 질소 농도에 관해서는, 생물반응조(3)에서의 처리수의 체류시간이나 생물반응 속도와의 관계상, 일정 레벨 이상 유입량이 증가한 경우에는, 수질을 목표치에 도달시킴이 불가능한 경우가 생긴다. 또한, 이러한 경우, 콘트롤러(23)는, 질소 농도를 목표치에 도달시킴이 불가능함에도 불구하고, 블로어(13)의 폭기풍량을 최대치 레벨까지 증가시켜 가게 되나, 이러한 제어는 전력의 낭비를 가져와, 헛된 전력 비용의 상승을 부르는 원인이 된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 생물반응조에서의 수질을 목표치 레벨에 도달시킴이 불가능한 정황이 발생했다 하여도, 정황에 따른 적절한 수질 제어를 실행할 수 있는 하수 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 제1항 기재의 발명은, 최초침전지, 생물반응조, 및 최후침전지를 포함하는 하수 처리 프로세스를 구비하고, 이들 하수 처리 프로세스에 설치된 소정의 프로세스 기기의 조작량을 제어함으로써, 상기 생물반응조에서의 수질을 미리 설정한 수질 제어 목표치에 도달시키도록 수질 제어를 행하는 하수 처리 시스템에 있어서, 소정의 계측 데이터 및 예측 데이터 중 어느 하나 또는 쌍방의 입력에 의거하여 수질 한계 예측치를 연산하고, 그 수질 한계 예측치와 상기 수질 제어 목표치의 비교에 의거하여 그 수질 제어 목표치가 도달 가능한 것인지의 여부를 판정하는 수질 제어 목표치 판정수단과, 상기 수질 제어 목표치 판정수단이 도달 불가능한 것이라는 취지로 판정한 경우, 그 판정 결과를 알림과 동시에, 그 수질 제어 목표치를 달성 가능한 레벨로 변경하거나 또는 상기 소정의 프로세스 기기의 조작량을 고정하는, 판정 결과 실행수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

제2항 기재의 발명은, 제1항 기재의 발명에 있어서, 상기 생물반응조에서의 수질은 그 생물반응조의 일부를 구성하는 호기조에서의 암모니아성 질소 농도이며, 상기 하수 처리 프로세스에 설치된 소정의 프로세스 기기의 조작량은 상기 호기조에 설치된 블로어의 폭기풍량인 것을 특징으로 한다.

제3항 기재의 발명은, 제1항 기재의 발명에 있어서, 상기 생물반응조에서의 수질은, 그 생물반응조의 일부를 구성하는 호기조 전단(前段)의 무산소조, 또는 그 무산소조 전단의 혐기조에서의 질산성 질소 농도이며, 상기 하수 처리 프로세스에 설치된 소정의 프로세스 기기의 조작량은, 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량인 것을 특징으로 한다.

제4항 기재의 발명은, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 기재의 발명에 있어 서, 상기 수질 제어 목표치 판정수단은 상기 소정의 계측 데이터만에 의거하여 상기 판정을 행하는 것이며, 그 계측 데이터는 상기 하수 처리 프로세스에 유입하는 하수의 유량 및 전(全)질소 농도를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

제5항 기재의 발명은, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 기재의 발명에 있어서, 상기 수질 제어 목표치 판정수단은 상기 소정의 계측 데이터 및 예측 데이터의 쌍방에 의거하여 상기 판정을 행하는 것이며, 그 계측 데이터는 상기 하수 처리 프로세스에 유입하는 하수의 유량이며, 그 예측 데이터는 그 유입하는 하수의 전질소 농도에 대한 과거의 시계열 데이터인 것을 특징으로 한다.

제6항 기재의 발명은, 제1항 기재의 발명에 있어서, 상기 소정의 예측 데이터에 의거하여 목표치 계획을 작성하고, 이 작성한 목표치 계획을 상기 수질 제어 목표치로서 설정하는 목표치 계획수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

제7항 기재의 발명은, 상기 수질 제어 목표치 판정수단은 상기 소정의 계측 데이터만에 의거하여 상기 판정을 행하는 것이며, 그 계측 데이터는 상기 하수 처리 프로세스에 유입하는 하수의 유량, 및 상기 호기조로부터 상기 무산소조로 순환되는 처리수에 대한 순환유량 및 질산성 질소 농도를 포함하는 것임을 특징으로 한다.

제8항 기재의 발명은, 제3항 기재의 발명에 있어서, 상기 하수 처리 프로세스에 설치된 소정의 프로세스 기기의 조작량을, 상기 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량에 대신하여, 상기 생물반응조를 구성하는 상기 혐기조, 상기 무산소조, 및 상기 호기조에 대한 각 하수의 스텝 유입량으로 한 것을 특징으로 한다.

제9항 기재의 발명은, 제3항 기재의 발명에 있어서, 상기 하수 처리 프로세스에 설치된 소정의 프로세스 기기의 조작량을, 상기 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량에 대신하여, 상기 최초침전지를 우회하여 상기 생물반응조에 유입하는 최초침전지 우회유량으로 한 것을 특징으로 한다.

제10항 기재의 발명은, 제3항 기재의 발명에 있어서, 상기 하수 처리 프로세스에 설치된 소정의 프로세스 기기의 조작량을, 상기 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량에 대신하여, 상기 혐기조 또는 상기 무산소조에 대한 상기 최초침전지의 저부로부터의 생오니 투입량으로 한 것, 또는 상기 최초침전지의 저부로부터의 생오니를 발효시켜 생성한 발효물의 상기 혐기조에 대한 생오니 발효물 투입량으로 한 것을 특징으로 한다.

제11항 기재의 발명은, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항 기재의 발명에 있어서, 상기 수질 제어 목표치 판정수단은, 상기 생물반응조에서의 수질을 결정하는 물질의 수지를 연산하는 물질수지 모델, 또는 그 물질의 수지 연산 결과의 과거 데이터를 출력하는 통계 모델에 의해 구성되는 것임을 특징으로 한다.

제12항 기재의 발명은, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항 기재의 발명에 있어서, 상기 수질 제어 목표치 판정수단은, 상기 수질 한계 예측치를 복수 단계로 나누어 연산함과 동시에, 그 복수 단계의 각 예측치와 상기 수질 제어 목표치 간의 차이에 따라, 상기 판정을 복수 단계마다 행하는 것임을 특징으로 한다.

제13항 기재의 발명은, 제12항 기재의 발명에 있어서, 상기 수질 제어 목표 치 판정수단에 의한 상기 복수 단계마다의 판정 결과를 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 각 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다. 단, 도 7에 나타낸 것과 같은 구성 요소에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 이하의 각 실시 형태에서는, 질소 제거만을 문제로 하고 있기 때문에, 탄소원 주입펌프(10)의 주입처를 혐기조(4)가 아니고 무산소조(5)로 하고 있지만, 본 발명은, 주입처를 혐기조(4)로 한 구성, 및 주입처를 혐기조(4) 및 무산소조(5)의 쌍방으로 한 구성 중 어느 하나를 포함하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 하수 처리 시스템의 구성도이다. 도 1이 도 7과 다른 점은, 상기한 탄소원 주입펌프(10)의 주입처 외에, 감시장치(21)가 감시장치(21A)로 되어 있는 점, 혐기조(4)의 입구측에 전질소 농도계(28)가 마련되어 있는 점이다. 또한, 감시장치(21A)는, 수질 제어 목표치 설정기(22) 외에, 수질 제어 목표치 판정수단(24), 판정 결과 실행수단(25), 및 표시부(26)를 갖고 있다.

수질 제어 목표치 판정수단(24)은, 수질 제어 목표치 설정기(22)로부터 입력한 수질 제어 목표치, 즉 암모니아성 질소 농도가 도달 가능한 것인지의 여부를, 유입유량계(27) 및 전질소 농도계(28)로부터의 계측 데이터와, 임의의 방법(예를 들면, 시험 또는 시뮬레이션 등)에 의해 추정한 질화균 농도 추정치에 의거하여 판정하는 것이다. 또한, 수질 제어 목표치 판정수단(24)이 행하는 판정 동작의 주기는 임의의 시간으로 설정함이 가능하지만, 본 실시 형태에서는 약 1시간 마다 판정 동작을 행함을 상정하고 있다.

판정 결과 실행수단(25)은, 수질 제어 목표치 판정수단(24)의 판정 결과가 도달 불가능한 것인 경우에, 그 도달 불가능인 취지를 표시부(26)에 표시하여, 오퍼레이터의 주의를 촉구하게 되어 있다. 또한, 이 경우, 판정 결과 실행수단(25)은, 수질 제어 목표치 설정기(22)에 설정되어 있는 목표치를 도달 가능한 레벨로 변경하든가, 또는 도달 가능한 레벨로 변경할 수 없는 경우에는, 콘트롤러(23)가 블로어(13)에 대한 조작량을 고정하여, 블로어(13)의 폭기풍량이 일정 레벨 이상으로 되지 않도록 제어할 것을 지령하게 되어 있다.

다음에, 상기와 같이 구성되는 제1 실시 형태의 작용에 대하여 설명한다. 호기조(6)에 부착된 암모니아성 질소 농도계(20)의 계측치는, 콘트롤러(23)로 보내지고, 콘트롤러(23) 내에서는, 수질 제어 목표치 설정기(22)에 설정된 암모니아성 질소 농도 목표치에 가까워지도록 블로어(13)의 폭기풍량이 연산된다.

질화반응은 산소가 부족한 상태에서는 진행하지 않으므로, 암모니아성 질소 농도가 목표치 이상인 경우는 폭기풍량을 증가시키고, 목표치 이하인 경우는 폭기풍량을 감소시키면, 과부족이 없는 적정한 폭기량 제어를 행할 수 있다.

폭기풍량 연산식은, 예를 들면 콘트롤러가 PI콘트롤러인 경우, 식(1.1)의 형태로 나타난다. 단, Qair(t)는 시각 t에서의 폭기풍량 목표치〔m³/min〕, Qair₀는 폭기풍량 초기치〔m³/min〕, Kp는 비례 이득(proportional gain)〔m⁶/g·min〕, T _I 는 적분정수〔min〕, △t는 제어 주기〔min〕, e(t)는 편차〔mg/L〕, SV_NH4(t)는 암모니아성 질소 농도 목표치〔mg/L〕, PV_NH4(t)는 암모니아성 질소 농도계 계측치〔mg/L〕이다.

폭기풍량 콘트롤러가, 식(1.1)과 같은 형태로 나타나는 PI콘트롤러인 경우, 목표치 SV_NH4보다도 암모니아성 질소 농도 계측치 PV_NH4가 큰 경우는, 폭기풍량이 증대하는 방향으로, 역으로 목표치 SV_NH4보다도 암모니아성 질소 농도 계측치 PV_NH4가 작은 경우는, 폭기풍량이 감소하는 방향으로 폭기풍 중량 목표치가 연산된다.

호기조(6)에서는, 질화가 촉진되어 암모니아성 질소 농도가 가능한 한 잔존하지 않는 것이 좋으므로, 통상, 호기조(6)의 말단 부근에서 0.5∼1〔mg/L〕의 암모니아성 질소 농도 목표치가 설정된다. 그러나, 유입유량과 유입 전질소 농도의 곱인 유입부하량이 큰 경우에는, 예를 들어 어느 정도 풍량을 늘려도 암모니아성 질소를 제거할 수 없는 상황이 생기는 경우가 있다.

이러한 경우에 목표치가 고정인 채로 제어가 행해지면, 최대 폭기풍량까지 풍량이 증대하여 풍량이 과대하게 되어 버린다. 그런데, 이 제어 목표치가 달성 가능한 것인지 여부를 수질 제어 목표치 판정수단(24)이 판정한다.

도 1에 있어서, 혐기조(4), 무산소조(5), 및 호기조(6)는 각각 완전혼합조라 고 가정하면, 혐기조(4), 및 무산소조(5)에서는 질화는 기본적으로는 발생하지 않고, 액체의 혼합과 가수분해에 수반하는 질소 성분의 용출이 있을 뿐이다.

여기서, 혐기조(4)에서의 암모니아성 질소의 물질수지를 계산하면, 식(1.2)과 같이 된다. 단, Snh4(1)는 혐기조 암모니아성 질소 농도〔mg/L〕, Qin는 유입유량〔m³/day〕, Snh4in는 유입수 암모니아성 질소 농도〔mg/L〕, Qret는 반송유량〔m³/day〕, Snh4(4)는 침전지 암모니아성 질소 농도〔mg/L〕, V(1)는 혐기조 용적〔m³〕, △x1은 는 혐기조 가수분해에 수반하는 암모니아성 질소의 용출속도〔g/day〕이다.

마찬가지로 하여, 무산소조(5)에서의 암모니아성 질소의 물질수지를 계산하면, 식(1.3)과 같이 된다. 단, Snh4(2)는 무산소조 암모니아성 질소 농도〔mg/L〕, Qin은 유입유량〔m³/day〕, Qcir는 순환유량〔m³/day〕, Snh4(3)는 호기조 암모니아성 질소 농도〔mg/L〕, V(2)는 무산소조 용적〔m³〕, △x2는 무산소조 가수분해에 수반하는 암모니아성 질소의 용출속도〔g/day〕이다.

목표치에 달성 가능한지 여부를 판단함에는 정상 상태에서 고려하면 좋으므 로, 식(1.2), 식(1.3)의 좌변을 0으로 하여 정리하면, 식(1.4)가 얻어진다. 단, a1, a2는 정수이다.

또한, 호기조에서의 암모니아성 질소 농도의 물질수지를 고려하면 식(1.5)과 같이 된다. 단, Snh4(3)는 호기조 암모니아성 질소 농도〔mg/L〕, V(3)는 호기조 용적〔m³〕, △x3는 호기조 가수분해, 유기물 제거에 수반하는 암모니아성 질소의 용출속도〔g/day〕, Rnh4는 질화균의 증식에 수반하는 암모니아성 질소의 감소속도〔g/day〕이다.

질화균의 증식에 수반하는 암모니아성 질소의 감소속도는, 식(1.6)으로 나타난다. 단, μaut는 질화균의 최대비증식속도, Yaut는 질화균의 수율, SO2(3)는 호기조 용존산소 농도〔mg/L〕, Salk(3)는 호기조 알칼리도〔mg/L〕, Xaut는 질화균농도〔mg/L〕, K02, Knh4, Kalk는 반포화(半飽和)정수이다.

용존산소 및 알칼리도에 의한 질화 저해가 없는 조건(최대 효율로 질화가 일 어나는 조건)에서는, 식(1.6)은 식(1.7)과 같이 된다.

식(1.5)의 우변=0으로 두면, 정상 상태에서의 암모니아 농도를 계산할 수 있다. 식(1.4), 식(1.7)을 식(1.5)에 대입하고, 우변=0으로 하면, 식(1.8)이 얻어진다.

여기서, 유입수의 질산성 질소, 아질산성 질소는 거의 존재하지 않는다고 생각되므로, 가수분해 등에 의해 생기는 암모니아성 질소는 거의 유입수의 유기성 질소에 기인한 것으로 생각된다. 따라서, 식(1.8)은, 식(1.9)과 같이 고쳐쓸 수 있다. 여기서, ST-Nin는, 유입수의 전질소 농도(mg/L)이다. 또한, (1.9)식을 풀어 바른 해답을 도출하면 식(1.10)과 같이 된다.

,

단,

이며, Snh4(3)lim은 호기조 암모니아성 질소 농도 하한 예측치이다.

μaut는 수온T(˚C)에 의존하는 파라미터로서, μaut=1.12^(T-20), Yaut=0.24, Knh4=1이다. 식(1.10)은, 질화 저해가 없는 조건(최대 효율로 질화가 일어나는 조건)에 의해 구해진 해답이므로, 암모니아성 질소 농도의 한계치로 된다.

ST-Nin는 전질소 농도계(28), Qin는 유입유량계(27)에 의해 계측되고 있으므로, Xaut(3)의 값이 알려지면, 목표치로 제어 가능한지 여부를 식(1.10)의 판별식으로 판정할 수 있다.

Xaut(3)(질화균농도)는, 직접 측정하는 것은 곤란하므로, 그 때의 질화속도시험의 결과에 의해 추정하거나, 활성오니 모델을 이용한 시뮬레이션 등의 어느 방법에 의해 추정하거나 할 필요가 있다.

시뮬레이션에 의해서 구하는 경우, Xaut(3)는 폭기조 내에서의 고형물의 체류시간 A-SRT를 어느 정도로 취할 지에 따라 변화하므로, 그 전의 운전조건(1주간분 정도)과 유입 수질, 유입유량(시계열 데이터가 없으면, 평균 데이터로 좋음)을 입력으로 하고, 시뮬레이션을 행하여, Xaut(3)가 정상 상태에 낙착된 값으로 하면 좋다. 통상, 이것은 50∼100정도의 값으로 낙착된다고 생각된다. 이 값은, 주 1회∼월 1회 정도의 빈도로 갱신할 필요가 있다.

이와 같이 하여, Xaut(질화균 농도)를 추정할 수 있으면, 수질 제어 목표치 판정수단(24)에 질화균 농도 추정치를 입력함으로써, 식(1.1O)을 사용하여 목표치가 달성 가능한지 여부를 판단할 수 있다.

예를 들면, 제1 조건으로서, Xaut(3)=80〔mg/L〕, ST-Nin=30〔mg/L〕, 수온 20〔˚C〕, Snh4ref=1〔mg/L〕, V3=1000〔m³〕, Qin=4000〔m³/day〕로 한 경우, (1.10)식으로 구해지는 해답(한계치)은, 0.54〔mg/L〕로 되는 등식을 만족하므로, pH 및 DO의 저하에 의한 질화 저해가 없으면 제어 가능하다.

또한, 제2 조건으로서, Xaut(3)=80〔mg/L〕, ST-Nin=30〔mg/L〕, 수온 20〔˚C〕, Snh4ref=1〔mg/L〕, V3=1000〔m³〕, Qin=8000〔m³/day〕로 한 경우, (1.10)식에서 구해지는 해답(한계치)은, 2.03〔mg/L〕로써, 본 목표치는 어느 정도 폭기풍량을 불어도 체류시간의 관계상 제어할 수 없음을 알 수 있다.

제2 조건 같은 경우는, 오퍼레이터에게 목표치 제어가 불가능함을 알리든가, 또는 알림과 동시에 달성 가능한 목표치의 역연산을 행한다((1.10)식의 연산을 행함). 본 연산은 최대로 제거할 수 있는 조건을 기초로 연산하기 때문에, 역연산한 값을 그대로 제어 목표치로 하는 것이 아니라, 그것보다도 다소 큰 값을 제어 목표치로서 설정하도록 연산한다.

즉, △Snh4를 바이어스치(0.5 정도), Snh4ref(auto)를 목표치 자동 연산치로 하면, 식(1.11)이 얻어진다. 이 경우, 해답이 2.03〔mg/L〕이므로, 바이어스를 취하여 3 정도를 제어 목표치로 하면 제어 가능하게 된다.

이상 설명한 제1 실시 형태에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.첫째로, 달성 가능한 목표치를 자동 연산하므로, 유입 부하량이 높은 경우에 관해서, 종래의 암모니아성 질소 농도계를 이용한 PI 제어에 비하여 풍량을 삭감할 수 있다. 둘째로, 유입 수질을 최초침전의 월류(越流)부분에서 측정하고 있어, 폭기조에 유입하는 질소성분을 정확하게 파악할 수 있으므로, 보다 정확한 목표치 판정이 가능하다.

또한, 제1 실시 형태는 상술한 형태 외에, 다음과 같은 형태도 넓게 포함하는 것이다.

(1) 유입유량계(27), 및 전질소 농도계(28)의 위치는, 혐기조(4)의 상류측 지점이면 어디라도 좋고, 예를 들면, 최초침전지(2)의 상류측, 또는 유입밸브(1)의 상류측이라도 좋다.

(2) 유입유량계(27), 전질소 농도계(28), 및 암모니아성 질소 농도계(20)의 계측치는, 식(1.12), 또는 식(1.13)같은 연산식에 의해 필터링 처리된 것이라도 좋다. 단, PV(t)는 시각 t에서의 센서 계측치, FT는 O∼1의 필터 계수, n은 정수이다.

(3) 암모니아성 질소 농도 한계 예측치는 식(1.1O)에 한정되지 않고, 물질수지를 보다 상세하게 또는 간략하게 취급한 모델 및 통계 모델 등 한계 농도를 출력하는 모델이면, 어떠한 것이라도 좋다. 예를 들면, 유입 수질 데이터, 및 유량 데이터로부터, 호기조(6)의 암모니아성 질소 농도 한계치를 식(1.14)과 같은 식으로 예측하는 것이라도 좋다.

단, a, b는 정수, ST-Nin는 유입수 전질소 농도(mg/L), Qin는 유입 유량(m³/day)이다.

(4) 식(1.10)의 Xaut(3)의 측정 방법은, 시뮬레이션에 의해 산출하는 방법에 한하지 않고, 실제로 질화 속도 시험을 한 결과로부터, Xaut(3)의 존재량을 추정하는 것이라도 좋고, 기타 방법으로 구하는 것이라도 좋다.

(5) 제1 실시 형태에서의 생물반응조(3)는, 소위 "응집제 A2O법"이라고 불리우는 프로세스 처리를 행하는 타입의 것이었지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니고, 기타, AO 프로세스, 순환식 질화 탈질 프로세스 등과 같은 하수 처리 프로세스를 행하는 것이어도 좋고, 또는, 담체 투입, 응집제 병용형의 프로세스 또는, AOAO법 등의 각종 A₂O법의 변법을 사용하는 것이라도 좋다.

(6) 블로어(13)의 제어를 행하는 콘트롤러(23)는, PI콘트롤러에 한정되는 것이 아니고, PID콘트롤러 등 목표치와 계측치의 편차에 의거하여 연산을 행하는 것이면, 어떠한 것이라도 좋다.

(7) 판정 결과 실행수단(25)은, 수질 제어 목표치 판정수단(24)이 현재 설정되어 있는 목표치를 도달 불가능한 것으로 판정한 경우에, 그 목표치를 도달 가능한 소정 레벨로 변경하는 것이 아니라 하더라도, 그 취지의 알림만을 행하고, 블로어(13)의 조작량을 고정할 뿐인 것이라도 좋다.

(8) 상기의 연산에서는, 용존산소의 제약이 없다는 조건을 전제로 하고 있지만, 실제로는 폭기를 행하는 블로어(13)의 용량은 정해져 있어, 최대 풍량을 불어도 용존산소 농도(DO)가 오르지 않고, 질화가 일어나지 않는 경우가 있다. 그런데, 최대 공급 가능 폭기풍량을 Qair,max로 하고, 호기조(6)에서의 용존산소 농도(DO)의 물질수지를 취하면 식(1.15)이 얻어진다. 단, Kla는 총괄이동용량계수, Qair,max는 최대 폭기풍량〔m³/day〕, S_O2,sat는 포화 용존산소 농도〔mg/L〕, R_COD는 종속영양세균에 의한 산소소비속도〔〔g/m³〕/day〕이다. 이 식(1.15)을 사용해, 암모니아 농도 한계치를 구하도록 해도 좋다.

즉, 식(1.15)의 우변=0으로 두고 S02(3)에 대해서 풀어, 최대 풍량시의 DO(S02max,(3))을 계산하고, 식(1.14)에 의해 암모니아 농도 한계치 Snh4lim를 구하도록 해도 좋다. 또한, 최대 풍량시의 DO(SO2max,(3))의 연산은, 식(1.14)에 한정되는 것이 아니고, 과거의 통계 등에 의거하여, 식(1.16)과 같은 연산식으로 예측하는 것이라도 좋다. 단, a, b는 정수이다.

SO2max,(3)= aㆍQair,max + b …… 식(1.16)

(9) 한계농도 예측 모델은 오차를 갖는다고 생각되므로, 예를 들면, "절대로 불가능한 목표치", "달성 곤란한 목표치", 및 "가까스로 달성 가능한 목표치"등 3개의 출력으로 나누어, 표시부(26)의 감시 화면상에 3개의 선으로 표시하도록 하여 도 좋다.

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태를, 도 2의 구성도에 의거하여 설명한다. 도 2가 도 1과 다른 주된 점은, 콘트롤러(23)의 입출력이 다른 점, 및 감시장치(21B)에서의 수질 제어 목표치 판정수단(24)의 입력이 다른 점이다.

즉, 본 실시 형태에서는, 제어 대상으로 되는 수질이 무산소조(5)에서의 질산성 질소 농도이며, 콘트롤러(23)는, 질산성 질소 농도계(31)에 의해 계측된 질산성 질소 농도가 수질 제어 목표치 설정기(22)에 의해 설정된 목표치에 일치하도록, 탄소원 주입펌프(10)의 주입량을 제어하게 되어 있다.

또한, 수질 제어 목표치 판정수단(24)은, 수질 제어 목표치 설정기(22)로부터 입력한 수질 제어 목표치, 즉 질산성 질소 농도가 도달 가능한 것인지의 여부를, 유입유량계(27), 순환유량계(29), 및 질산성 질소 농도계(30)로부터의 계측 데이터의, 어느 방법(예를 들면, 시험 또는 시뮬레이션등)에 의해 추정한 탈질균 농도 추정치에 의거하여 판정하게 되어 있다.

그 다음에, 상기와 같은 구성을 갖는 제2 실시 형태의 작용에 대하여 설명한다. 콘트롤러(23)는, 유기물이 부족한 상태에서는 탈질반응이 진행되지 않기 때문에, 질산성 질소 농도가 목표치 이상으로 잔존하고 있는 경우는 탄소원 주입펌프(10)의 주입량을 증가시키고, 한편, 질산성 질소 농도가 목표치 이하인 경우는 탄소원 주입량을 감소시키도록 하면, 과부족이 없는 적정한 탄소원 투입량 제어를 행할 수 있는 것으로 된다.

탄소원 투입량 연산식은, 예를 들면 콘트롤러가 PI콘트롤러인 경우, 식(2.1) 의 형태로 나타난다. 단, Qcar(t)는 시각 t에서의 탄소원 주입량 목표치〔m³/min〕, Qair_o는 탄소원 주입량 초기치〔m³/min〕, Kp는 비례 이득〔m⁶/gㆍmin〕, T_I은 적분정수〔min〕, △t는 제어 주기〔min〕, e(t)는 편차〔mg/L〕, SV_NO3(t)는 질산성 질소 농도 목표치〔mg/L〕, PV_NO3(t)는 무산소조 질산성 질소 농도계 계측치〔mg/L〕이다.

콘트롤러가, 식(2.1)과 같은 형태로 나타나는 PI콘트롤러인 경우, 목표치 SV_NO3보다도 질산성 질소 농도 계측치 PV_NO3가 큰 경우는, 탄소원 주입량이 증대하는 방향으로, 역으로 목표치 SV_NO3보다도 질산성 질소 농도 계측치 PV_NO3가 작은 경우는, 탄소원 주입량이 감소하는 방향으로 탄소원 주입량 목표치가 연산된다.

무산소조(5)에 있어서, 탈질이 촉진되어 질산성 질소 농도가 가능한 한 잔존하지 않는 것이 수질적으로는 좋으므로, 통상, 호기조(6)의 말단 부근에서 0.1∼0.5〔mg/L〕의 질산성 질소 농도 목표치가 설정된다. 그렇지만, 무산소조(5)에 유입하는 질산성 질소 부하량이 큰 경우에는, 예를 들면 어느 정도 탄소원을 주입하여도 질소를 제거할 수 없는 상황이 생기는 경우가 있다.

이러한 경우, 목표치가 고정인 채로 제어가 행해지면, 탈질반응을 촉진할 수 없음에도 불구하고 최대 탄소원 주입량까지 주입량이 증대하여, 과대한 탄소원 주입이 행해져 버린다. 그런데, 수질 제어 목표치 판정수단(24)이 이 목표치에 대한 판정을 행하는 것으로 된다.

도 2에 있어서, 혐기조(4), 무산소조(5), 및 호기조(6)는 각각 완전혼합조라고 가정하면, 유입수에는 거의 질산성 질소는 존재하지 않고, 혐기조(4)에서도 거의 존재하지 않는다고 생각해도 좋다. 따라서, 무산소조(5)에 유입하는 질산성 질소는, 순환펌프(15)에 의해서 호기조(6)로부터 순환하여 오는 것만이라고 생각할 수 있다.

무산소조에서의 질산성 질소의 물질수지를 계산하면, 식(2.2)과 같이 된다. 단, Sno3(2)는 무산소조 질산성 질소 농도〔mg/L〕, Qin는 유입유량〔m³/day〕, Sno3(3)는 호기조 질산성 질소 농도〔mg/L〕, Qret는 반송유량〔m³/day〕, Qcir는 순환유량〔m³/day〕, V(2)는 무산소조 용적〔m³〕, Rno3는 탈질균의 증식에 수반하는 질산성 질소의 감소〔g/day〕이다.

탈질균의 증식에 수반하는 질산성 질소의 감소속도는, 식(2.3)으로 나타난다. 단, μH는 종속영양균(탈질균)의 최대비증식속도, YH는 종속영양균(탈질균)의 수율, SO2(2)는 무산소조 용존산소 농도〔mg/L〕, Sno3(2)는 무산소조 질산성 질소 농도〔mg/L〕, Scod(2)는 무산소조 유기물 농도〔mg/L〕, Xh(2)는 무산소조 종속영 양세균 농도〔mg/L〕이다.

탄소원은 보충되므로, 탄소원이 본 반응의 속도결정으로 되지는 않는다. 호기조(6)로부터의 용존산소의 들어옴이 없다고 가정하면, 무산소조(5)에서의 질산성 질소의 최대 제거 속도 Rno3는 식(2.4)으로 나타난다.

여기서, 식(2.2)의 우변=0으로 하면 정상(定常) 상태에서의 질산성 질소 농도를 계산할 수 있다. 식(2.4)를 식(2.2)에 대입하고, 우변=0으로 하면, 식(2.5)이 얻어진다. 적어도 본 조건을 만족하지 않는 경우에는, 목표치로 제어하는 것은 불가능하다.

(2.5)식을 풀어 구해지는 Sno3(2)가, 질산성 질소 농도의 한계 목표치(Sno31im)이다. 또한, Qcir, Qin, Qret 등의 유량은 유량계(도시를 생략하고 있는 것도 있음)에 의해 계측되고 있고, Sno3(3)는 질산성 질소 농도계(30)에 의해 계측되고 있다. 또한, V(2)는, 무산소조의 용적이므로 이미 알려져 있다.

μH는 수온 T (˚C)에 의존하는 파라미터이며, 국제적 표준 모델인 ASM2d의 파라미터치를 참고로 하면, μH=6.0ㆍ1.07^(T-20)이고, YH=0.63,

=0.8, Kno3=0.5로 된다. 따라서, Xh(2)(종속영양균 농도)의 값이 알려지면, 목표치가 도달 가능한 것인지의 여부를, 식(2.5)의 판별식에 의거하여 판정할 수 있다.

여기서, Xh(2)는 직접 측정하는 것은 곤란하므로, 활성오니 모델을 이용한 시뮬레이션에 의해 추정하든가, 또는 MLSS로부터의 보정계수에 의한 환산이나 MLVSS로 대용하는 등 어느 방법에 의해 추정할 필요가 있다. MLVSS는 미생물량의 지표로 되는 것으로서, 오니 중에 포함되어 있는 미생물의 대부분은 종속영양균이기 때문에, Xh(2)=0.9×MLVSS로 함으로써 개략치를 구할 수 있다. 본 추정치는, 주 1회∼월 1회 정도의 빈도로 갱신할 필요가 있다.

상기와 같은 어느 한 방법에 의해서, 종속영양균 농도 즉 탈질균 농도 Xh(2)를 추정할 수 있으면, 식(2.6)을 사용하여, 목표치가 도달 가능한 것인지의 여부를 판정할 수 있다.

Sno3ref(auto)=｛-b + (b²-4aㆍc)｝/2a + △Sno3 …… 식(2.6)

단, △Sno3는 바이어스치(0.1정도)이며, Sno3ref(auto)는 목표치 자동 연산치이다. 또한, a, b, c는 아래와 같이 정의되는 것이다.

a=Qcir/V(2)

b=

ㆍμHㆍ(1-YH)/2.86YHㆍXh(2)+(Qin+Qret+Qcir)ㆍKno3/V(2)-Qcir/V(2)ㆍSno3(3)

c= QcirㆍKno3/V(2)

수질 제어 목표치 판정수단(24)은, 식(2.6)에 의해 구해진 한계 목표치로부터, 수질 제어 목표치 설정기(22)에 설정되어 있는 목표치가 도달 곤란한 것으로 판정하면, 그 취지를 판정 결과 실행수단(25)에 알린다.

판정 결과 실행수단(25)은, 오퍼레이터에게 목표치까지의 제어가 불가능함을 표시부(26)를 경유하여 알림과 동시에, 달성 가능한 목표치를 역연산하고, 이것을 수질 제어 목표치 설정기(22)의 새로운 설정치로 변경한다. 이 연산은 최대로 제거할 수 있는 질소 부하량을 기준으로 하고 있으므로, 역연산한 값을 그대로 제어 목표치로 하는 것이 아니라, 그것보다도 다소 큰 값을 제어 목표치로 설정하고 있다.

이상 설명한 제2 실시 형태에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.첫째로, 무산소조로의 질산성 질소 유입 부하량이 높은 경우, 달성 가능한 목표치를 자동 연산하므로, 통상의 질산성 질소 농도계를 이용한 제어에 비하여 탄소원 주입량을 삭감할 수 있다. 둘째로, 무산소조에 유입하는 질산성 질소 농도계를 순환배관 상에 설치하고 있기 때문에, 무산소조에 유입하는 질산성 질소 부하량을 직접 연산할 수 있어, 보다 정확한 목표치 판정이 가능해진다.

또한, 제2 실시 형태는 상술한 형태 외에, 다음과 같은 형태도 넓게 포함하는 것이다. 또한, 제1 실시 형태의 끝부분에 기술한 (5), (6), (7), 및 (9)의 형태는, 이 제2 실시 형태에서도 마찬가지로 포함된다.

(1) 질산성 질소 농도계(30)를 순환배관 상에 배설할 수 없는 경우, 최종침전지(7)의 출구측 또는 입구측 중 어느 1 측에 배설되어 있는 처리수전질소 농도계 (32)와, 호기조(6) 내에 배설된 암모니아성 질소 농도계(20)의 사이의 각 계측치의 차이를 기준으로 하여, 순환되는 질산성 질소 농도를 연산하게 해도 좋다.

(2) 유입유량계(27), 순환유량계(27), 질산성 질소 농도계(30), (31)의 계측치는 필터링 처리된 것이라도 좋다. 이 경우에 사용하는 연산식은, 제1 실시 형태에서 기술한 식(1.12) 또는 식(1.13)과 같게 된다.

(3) 목표치 판정에 사용하는 판정식(2.5)에 한정되지 않고, 물질수지를 보다 상세하게 또는 간략하게 취급한 모델 및 과거의 데이터를 이용한 통계 모델 등 한계 농도를 출력하는 모델이면, 어떠한 것이라도 좋다.

다음에, 본 발명의 제3 실시 형태를 도 3의 구성도에 의거하여 설명한다.도 3이 도 1과 다른 주된 점은, 감시장치(21C)에 유입 수질 데이타베이스(33) 및 유입 수질 예측수단(34)이 부설되어 있는 점, 전질소 농도계(28)가 생략되어 있는 점이다.

즉, 본 실시 형태에서는, 유입 수질 예측수단(34)이 유입 수질 데이터베이스(33)를 검색하여 운전 당일에 유사한 날에서의 전질소 농도를 예측하게 되어 있다. 또한 수질 제어 목표치 판정수단(24)은, 이 예측치와, 유입유량계(27)로부터의 계측치와, 질화균 농도 추정치로부터 수질 제어 목표치에 대한 판정을 행하게 되어 있다.

도 4는, 유입 수질 데이타베이스(33)에 보존되어 있는 데이터에 대한 설명도이며, (a)는 보존 데이터예를 나타내는 도표, (b)는 이 보존 데이터예에 의거하여 얻어지는 유입 전질소 농도의 패턴예를 나타내는 특성도이다.

도 4(a)의 보존 데이터는, 어느 하루 즉 2003년 8월 1일(화요일)의 유입 전질소량, 유입유량, 강우량 등의 데이터가, 1시간의 샘플링 주기마다 기재된 것이다. 유입 수질 데이타베이스(33)에는, 이러한 데이터가 복수일에 걸쳐서 등록되어 있다. 이 등록 데이터는, 오퍼레이터가 수작업 분석을 행한 결과를 입력한 것이라도 좋고, 또는 수질 센서를 사용하여 계측한 데이터를 입력한 것 등, 어떠한 것이라도 좋다.

유입 수질 예측수단(34)은, 하수 처리 제어의 운전이 행해지는 해당일에 가장 유사한 날에 따른 등록 데이터를, 유입 수질 데이타베이스(33)에 보존되어 있는 등록 데이터로부터 추출하고, 이 추출한 데이터를 유입 수질 예측치로서 수질 제어 목표치 판정수단(24)에 출력한다.

도 4(b)의 특성도는, 이 추출된 보존 데이터를 시계열적으로 나타낸 것이다. 이 도에 나타나는 바와 같이, 통상, 강우가 없으면, 피크 지점이 낮무렵 및 저녁무렵에 존재하는 산 모양의 파형이 된다.

본 실시 형태의 수질 제어 목표치 판정수단(24)은, 유입 수질 예측수단(34)으로부터의 예측치를 전질소 농도계(28)(도 1)로부터의 계측치 대신 입력하고, 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 유입유량계(27)로부터의 계측치, 및 질화균 농도 추정치를 입력한다. 또한, 이들의 입력에 의거하여, 수질 제어 목표치 설정기(22)에 설정되어 있는 목표치가 도달 가능한 것인지의 여부에 대하여 판정을 행한다.

상술한 제3 실시 형태에서는, 유입 전질소 농도를 과거의 추세 데이터로부터 예측하도록 하고 있으므로, 고가의 전질소 농도계를 생략할 수 있고, 또한 효율좋 게 폭기풍량 제어를 행할 수 있다. 따라서, 시스템의 비용 절감에 기여할 수 있다.

또한, 도 3에 나타낸 예에서는, 데이타베이스에 보존된 데이터에 의거하여 유입 전질소 농도를 예측하고 있지만, 이러한 예측을 행하는 방법은 반드시 데이타베이스를 사용하는 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 유입유량계(27) 외에, UV계 및 SS계 등의 수질 센서를 사용하여, 식(3.1)에 의거하여 유입 전질소 농도 P_T-N을 예측하게 하여도 좋다. 단, Qin는 유입유량, SS는 유입 SS계 계측치, UVin는 유입 UV계 계측치, a, b, c, d는 정수이다.

P_T-N = aㆍQin+bㆍSSin+cㆍUVin+d …… 식(3ㆍ1)

또한, 제1 실시 형태의 끝부분에 기술한 (1)∼(9)의 형태는, 제3 실시 형태에서도 포함되는 것이다.

다음에, 본 발명의 제4 실시 형태를, 도 5에 의거하여 설명한다. 도 5가 도 1과 다른 주된 점은, 감시장치(21D)에 유입 부하량 데이타베이스(35), 유입 부하량 예측수단(36), 및 목표치 계획수단(37)이 부설되어 있는 점, 전질소 농도계(28)가 생략되어 있는 점이다.

즉, 본 실시 형태에서는, 유입 부하량 예측수단(36)이 유입 부하량 데이타베이스(35)를 검색하여 운전 당일에 유사한 날에서의 유입 수질 패턴 및 유입유량 패턴을 추출하고, 이들의 곱을 유입 부하량으로서 예측하게 되어 있다. 또한, 유입 부하량 데이타베이스(35)에 보존되어 있는 데이터의 내용은, 도 4(a)에 나타낸 것 과 마찬가지의 것이다.

도 6 (a)은, 유입 부하량 예측수단(36)이 예측한 유입 질소 부하량의 패턴예를 나타내는 특성도이다. 통상, 강우가 없으면, 피크 지점이 낮무렵 및 저녁무렵에 존재하는 산 모양의 파형으로 되지만, 유량 및 전질소의 쌍방의 피크 지점이 낮 및 저녁에 존재하기 때문에, 도 4(b)에 나타낸 수질만의 변동에 비하여, 이 부하량의 변동의 쪽이 큰 것으로 되어 있다.

목표치 계획수단(37)은, 유입 부하량 예측수단(36)이 예측한 유입 부하량에 의거하여, 도 6(b)에 나타내는 바와 같은, 호기조(6)에서의 암모니아성 질소 농도의 목표치 계획을 작성한다. 또한, 목표치 계획수단(37)이 작성한 목표치 계획은 수질 제어 목표치 설정기(22)에 출력되어, 이 목표치 계획치가 수질 제어 목표치로서 수질 제어 목표치 설정기(22)에 설정된다. 또한, 수질 제어 목표치 판정수단(24)은, 유입 부하량 예측수단(36)으로부터 유입 부하량의 예측치를 입력하고 있다. 따라서, 목표치 계획수단(37)으로 작성한 목표치가 일단 수질 제어 목표치 설정기(22)에 설정된 뒤는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용으로 된다.

상술한 제4 실시 형태에서는, 유입유량과 유입 수질의 곱으로 나타나는 유입 부하량을 과거의 추세 데이터로부터 예측하게 하고 있으므로, 제3 실시 형태와 같이, 고가의 전질소 농도계를 생략할 수 있고 또한, 효율좋게 폭기풍량 제어를 행할 수 있다. 따라서, 시스템의 비용 절감에 기여 할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태의 끝부분에서 기술한 (1)∼(9)의 형태는, 제4 실시 형태에서도 포함되는 것이다.

상기 구성에 의하면, 생물반응조에서의 수질을 목표치 레벨에 도달시키는 것이 불가능한 정황이 발생했다 하여도, 정황에 따른 적절한 수질 제어를 실행함이 가능하게 된다.

Claims

최초침전지, 생물반응조, 및 최후침전지를 포함하는 하수 처리 프로세스를 구비하고, 이들 하수 처리 프로세스에 설치된 상기 프로세스 기기의 조작량(폭기 풍량 또는 탄소원 주입량)을 제어함으로써, 상기 생물반응조에서의 수질(질산성 질소 농도 또는 암모니아성 질소 농도)을 미리 설정한 수질 제어 목표치에 도달시키도록 수질 제어를 행하는 하수 처리 시스템에 있어서,

계측 데이터(유입하는 하수의 유량 및 전질소 농도, 또는 호기조로부터 무산소조로 순환되는 처리수에 대한 순환 유량 및 질산성 질소 농도) 및 예측 데이터(유입하는 하수의 전질소 농도에 대한 과거의 시계열 데이터) 중 어느 한 쪽 또는 쌍방의 입력에 의거하여 수질 한계 예측치를 연산하고, 그 수질 한계 예측치와 상기 수질 제어 목표치의 비교에 의거하여 그 수질 제어 목표치가 도달 가능한 것인지의 여부를 판정하는 수질 제어 목표치 판정수단과,

상기 수질 제어 목표치 판정수단이 도달 불가능이라는 취지로 판정한 경우, 그 판정 결과를 알림과 동시에, 그 수질 제어 목표치를 달성 가능한 레벨로 변경하든가 또는 상기 프로세스 기기의 조작량을 고정하는, 판정 결과 실행수단을 구비한 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 생물반응조에서의 수질은, 그 생물반응조의 일부를 구성하는 호기조에서의 암모니아성 질소 농도이며,

상기 하수 처리 프로세스에 설치된 상기 프로세스 기기의 조작량은, 상기 호기조에 설치된 블로어의 폭기풍량인 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 생물반응조에서의 수질은, 그 생물반응조의 일부를 구성하는 호기조 전단의 무산소조, 또는 그 무산소조 전단의 혐기조에서의 질산성 질소 농도이며,

상기 하수 처리 프로세스에 설치된 상기 프로세스 기기의 조작량은, 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량인 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 수질 제어 목표치 판정수단은, 상기 계측 데이터만에 의거하여 상기 판정을 행하는 것이며, 그 계측 데이터는, 상기 하수 처리 프로세스에 유입하는 하수의 유량 및 전질소 농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 수질 제어 목표치 판정수단은, 상기 계측 데이터 및 예측 데이터의 쌍방에 의거하여 상기 판정을 행하는 것이며,

그 계측 데이터는, 상기 하수 처리 프로세스에 유입하는 하수의 유량이며,

그 예측 데이터는, 그 유입하는 하수의 전질소 농도에 대한 과거의 시계열 데이터인 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 예측 데이터에 의거하여 목표치 계획을 작성하고, 이 작성한 목표치 계획을 상기 수질 제어 목표치로서 설정하는 목표치 계획수단을 구비한 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 수질 제어 목표치 판정수단은, 상기 계측 데이터 만에 의거하여 상기 판정을 행하는 것이며,

그 계측 데이터는, 상기 하수 처리 프로세스에 유입하는 하수의 유량, 및 상기 호기조로부터 상기 무산소조로 순환되는 처리수에 대한 순환유량 및 질산성 질소 농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 하수 처리 프로세스에 설치된 상기 프로세스 기기의 조작량을, 상기 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량에 대신하여, 상기 생물반응조를 구성하는 상기 혐기조, 상기 무산소조, 및 상기 호기조에 대한 각 하수의 스텝 유입량으로 한 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 하수 처리 프로세스에 설치된 상기 프로세스 기기의 조작량을, 상기 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량에 대신하여, 상기 최초침전지를 우회하여 상기 생물반응조에 유입하는 최초침전지 우회유량으로 한 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제3항에 있어서,

상기 하수 처리 프로세스에 설치된 상기 프로세스 기기의 조작량을, 상기 탄소원 주입펌프의 상기 무산소조 또는 혐기조에 대한 탄소원 주입량에 대신하여, 상기 혐기조 또는 상기 무산소조에 대한 상기 최초침전지의 저부로부터의 생오니 투입량으로 한 것, 또는 상기 최초침전지의 저부로부터의 생오니를 발효시켜 생성한 발효물의 상기 혐기조에 대한 생오니 발효물 투입량으로 한 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 수질 제어 목표치 판정수단은, 상기 생물반응조에서의 수질을 결정하는 물질의 수지를 연산하는 물질수지 모델, 또는 그 물질의 수지 연산 결과의 과거 데이터를 출력하는 통계 모델에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 수질 제어 목표치 판정수단은, 상기 수질 한계 예측치를 복수 단계로 나누어 연산함과 동시에, 그 복수 단계의 각 예측치와 상기 수질 제어 목표치 사이의 차이에 따라, 상기 판정을 복수 단계마다 행하는 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.
제12항에 있어서,

상기 수질 제어 목표치 판정수단에 의한 상기 복수 단계마다의 판정 결과를 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 하수 처리 시스템.