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A²/O 공정의 유출수 NH₄-N에 대한 모델기반 예측 제어 알고리즘 개발 및 평가
우대준(Dae Joon Woo),김효수(Hyosoo Kim),김예진(Ye Jin Kim),차재환(Jae Hwan Cha),최수정(Soo Jung Choi),김민수(Min Soo Kim),김창원(Chang Won Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.1
본 연구에서는 하수처리공정의 유출 수질을 안정적인 유지하기 위하여, 유입수 패턴을 이용한 모델 기반 NH₄-N 예측제어 알고리즘을 개발하고 A₂/O 공정을 대상으로 적용 및 평가하였다. 평가에 사용된 자료는 B 시 S 하수처리장에 위치한 pilot 규모의 A₂/O 공정 운전자료를 사용하였다. 생물학적 반응조를 모사하기 위해 수정된 ASM<sup>3+</sup>bio-P 모델(Lee, 2003)을 사용하였고, 침전조 농도 거동 모사를 위해 일차원 이중 지수 함수 모델(Takacs et al., 1991)을 사용하였다. 유입수 패턴을 이용하여 하루 뒤 유출수 NH₄-N 농도를 예측하고, 사전 작성된 NH₄-N 제어 schedule을 사용하여 pilot plant의 호기조 DO를 조절하는 제어 로직을 적용하였다. 제어 적용성을 평가하기 위해 제어를 적용하지 않은 경우와 적용한 경우를 비교하였고, 계절적 영향을 알아보기 위해 여름철과 겨울철에 NH₄-N 제어 schedule을 적용한 실험을 하였다. 여름철 및 겨울철 모두 제어를 적용하지 않은 경우 수질기준을 초과하는 사례가 발생하였지만, 제어를 적용한 경우 목표수질 이내의 안정적인 유출수질이 방출됨을 확인하였다. 제어를 적용하지 않은 경우에 비교해서, 예측 제어를 적용한 경우에는 송풍기의 RPM이 약 9.1% 증가하였고, 유출수의 NH₄-N 농도는 약 45.2% 감소하였다. 이를 통해 본 연구에서 개발된 유출수 NH₄-N 예측 제어 알고리즘 적용으로 인한 운영비용 증가 대비 수질 개선 효과가 크게 나타났기 때문에, 안정적인 유출수 확보를 위한 측면에서 효율적인 제어기법으로 판단된다. In this study, model-based NH₄-N predictive control algorithm by using influent pattern was developed and evaluated for effective control application in A₂/O process. A pilot-scale A₂/O process at S wastewater treatment plant in B city was selected. The behaviors of organic, nitrogen and phosphorous in the biological reactors were described by using the modified ASM<sup>3+</sup>Bio-P model.11) A one-dimensional double exponential function model12) was selected for modeling of the secondary settlers. The effluent NH₄-N concentration on the next day was predicted according to model-based simulation by using influent pattern. After the objective effluent quality and simulation result were compared, the optimal operational condition which able to meet the objective effluent quality was deduced through repetitive simulation. Next the effluent NH₄-N control schedule was generated by using the optimal operational condition and this control schedule on the next day was applied in pilot-scale A₂/O process. DO concentration in aerobic reactor in predictive control algorithm was selected as the manipulated variable. Without control case and with control case were compared to confirm the control applicability and the study of the applied NH₄-N control schedule in summer and winter was performed to confirm the seasonal effect. In this result, the effluent NH₄-N concentration without control case was exceeded the objective effluent quality. However the effluent NH₄-N concentration with control case was not exceeded the objective effluent quality both summer and winter season. As compared in case of without predictive control algorithm, in case of application of predictive control algorithm, the RPM of air blower was increased about 9.1%, however the effluent NH₄-N concentration was decreased about 45.2%. Therefore it was concluded that the developed predictive control algorithm to the effluent NH₄-N in this study was properly applied in a full-scale wastewater treatment process and was more efficient in aspect to stable effluent.
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