하수처리장의 포기조 최적 DO 농도 산정 및 공기송풍량 자동제어를 통한 에너지 절감 효과 도출

Abstract

생물학적 하수처리공정에서 안정적인 방류수질 확보와 처리 비용을 적게 하는 것은 매우 중요하다. 하지만 유입수 유량 및 성분 농도의 변화와 미생물의 비선형적인 동특성, 기타 환경 요인에 의해서 최적의 운전 제어를 하기가 쉽지 않기 때문에, 기존의 하수처리장에서는 필요한 양 이상의 폭기 및 화학물질을 과량 주입하는 방법 등을 사용하였다. 본 연구에서는 포기조에서 미생물에 필요한 용존산 소농도를 유지함과 동시에 과폭기로 인한 전력 비용을 감소할 수 있는 최적 제어 방법을 제안하였다. 최적 제어를 위하여 실시간 미생물 호흡률 측정기(Oxygen uptake rate, OUR)을 이용하여 측정하였고, 실시간 호흡률 측정값을 바탕으로 현재 미생물에 필요한 최적 DO 농도를 제안하였으며, 이에 따라 공기송풍기가 자동제어될 수 있도록 구성하였다. 최적 제어 방법을 통하여 하수처리장 포기조의 공기 송풍량에 소요되는 전력비용을 절감할 수 있었다. It is important to keep stable effluent water quality and minimize operation cost in biological wastewater treatment plant. However, the optimal operation is difficult because of the change of influent flow rate and concentrations, the nonlinear dynamics of microbiology growth rate and other environmental factors. Therefore, many wastewater treatment plants are operated for much more redundant oxygen or chemical dosing than the necessary. In this study, the optimal control scheme for dissolved oxygen (DO) is suggested to prevent over-aeration and the reduction of the electric cost in plant operation while maintaining the dissolved oxygen (DO) concentration for the metabolism of microorganisms in oxic reactor. For optimal control, The oxygen uptake rate (OUR) is realtime measured for the identification of influent characterization and the identification of microorganisms' oxygen requirement in oxic reactor. Optimal DO seT-Point needed for the microorganism is suggested based on real time measurement of oxygen uptake of microorganism and the control of air blower. Therefore, both stable effluent quality and minimization of electric cost are satisfied with a suggested optimal setpoint decision system by providing the necessary oxygen supply requirement to the microorganisms coping with the variations of influent loading.