[논문]수질에 따른 응집제 주입 자동운영 방안

전욱표; 오석영; 라병필

doi:10.5293/kfma.2005.8.6.071

문제 정의

따라서 본 연구에서는 응집제에 관하여 보다 손쉽게 주입량을 결정하고 수질변화에 따라서 자동 적으로 주입량을 결정하고 조절할 수 있는 시스템으로 구성하여 정확하고 실시간 자동제어가 가능하도록 약품 주입설비를 구성하고자 하였다. 이를 위하여 우선 현장의 운영사례 조사를 통해 각종 약품주입률 결정방법을 분석하고, 현장 여건에 맞는 방법을 선정하여 기존 주입 장치의 신뢰도 향상을 위한 개선방안을 검토한 후 수질과 수량변화에 따른 응집제 자동주입시스템을 구성하여 현장실험을 통한 현장적용방안을 수립 제시코자 한다.
또한 SCD에 의한 자동제어시 원수가 도착하여 SC값을 계측하여 주입률을 제어하는 시점까지 초기제어를 위해 근무자들이 이해하기가 용이하고 시스템 구성이 용이한 통계처리법을 통하여 자동제어를 실시하고, SC값의 계측가능 시점에 도달하였을 경우 SCD에 의한 자동제어가 진행되도록 하는 복합제어방식으로 시스템의 안정성을 높이고자 하였다.

제안 방법

또한 상부 HMI와의 연계를 위한 네트워크의 구성은 Fig. 4에서와 같이 필드버스 방식의 개방화 시스템을 적용하여 하부 PLC에서 상부 HMI까지 통신케이블을 통한 데이터 통신 방식으로 많은 데이터의 실시간 전송이 가능함으로써 비용절감 및 원격지에서의 자동제어가 가능하도록 구성하였다.
또한, 다항식회귀방정식에 의한 통계처리법은 과거 수질자료를 이용하여 응집제주입률을 예측하기 위한 시뮬레이션 방법이므로 과거 수질자료의 신뢰성과 현재 수질과의 일치성이 수반되어야 하는 문제점이 있으므로 현재의 수질변화에 따른 실시간 제어를 목적으로 응집제 주입 직후의 수질상태를 계측기를 이용한 측정으로 후속공정에서의 결과를 예측함으로써 실시간 제어를 실현하고자 SCD에 의한 Feed Back 제어시스템을 구축하였다.
또한, 우리나라의 수질은 계절별 수질변화가 심하고 특히 홍수시 급격한 수질변화가 발생하는 점을 감안하여 Fig. 5에서와 같이 저탁도 및 고탁도시에 각각의 운전 모드를 구성하여 원수의 수질변화에 따라 모드를 변환하면서 운영하도록 구성하였으며, SCD에 의한 자동제어시 수질조건에 따라 setpoint를 자동결정하도록 구성하였다.
본 논문에서는 응집제주입률을 자동으로 결정하기 위하여 영향인자인 탁도, 수온, 알카리도, pH, 전기전도도 등의 수질자료를 계측기를 통하여 실시간으로 측정하고 과거에 주입하였던 실적을 토대로 다항식회귀방정식에 의한 통계처리 기법을 통하여 응집제주입률을 결정하도록 구성하였으며, 현장 정수장의 수질자료를 바탕으로 실제운전 주입률과 선형회귀방정식 및 지수회귀방정식에 의한 주입률을 계산하여 비교실험을 실시하였다.
응집제 주입공정의 구성은 Fig. 3에서 보는 바와 같이 원수유량과 원수수질 data를 바탕으로 과거수질 data를 활용하여 다항식회귀방정식에 의한 통계처리법을 통하여 응집제주입률을 결정하여 주입하고, 일정시간 경과 후 SCD에 의한 feed back 제어를 실시하도록 구성하였다.
응집제 주입의 자동제어를 위한 제어화면의 구성은 수동, 반자동, 자동모드로 구분하여 구성하였으며, 수동 운전모드에서는 응집제주입률 또는 응집제주입량을 운전근무자가 설정하여 운영하도록 구성하였고, 반자동 운전모드 선택시 운전근무자가 다항식회귀방정식에 의한 자동제어와 SCD에 의한 자동제어 중에서 선택하여 운영할 수 있도록 구성하였으며, 자동운전모드 선택시 최초 응집제의 주입은 원수유량과 원수수질 Data를 실시간 계측하여 다항식회귀방정식에 의해 주입률을 결정하고 SC값 검출시점까지 안정화 시간 경과후 SCD에 의한 feed back 제어를 실시하도록 구성하였다.
응집제의 자동주입 방안과 주입장치의 신뢰도 향상을 위해 한국수자원공사 황지정수장의 수질자료를 바탕으로 시범적용을 위한 자동주입 알고리즘을 비교 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
구성하고자 하였다. 이를 위하여 우선 현장의 운영사례 조사를 통해 각종 약품주입률 결정방법을 분석하고, 현장 여건에 맞는 방법을 선정하여 기존 주입 장치의 신뢰도 향상을 위한 개선방안을 검토한 후 수질과 수량변화에 따른 응집제 자동주입시스템을 구성하여 현장실험을 통한 현장적용방안을 수립 제시코자 한다.
황지정수장에 시범적용되는 응집제 자동주입 알고리즘은 다항식회귀방정식에 의한 시뮬레이션 결과를 토대로 실제 주입률의 변화에 매우 민감하게 대응하고 있으나, 이동평균선의 기울기가 실제 주입률과 비교적 일치하고 있는 선형 회귀방정식으로 선정하였다.
있다. 황지정수장은 심야전력을 이용한 비용절감을 위해 일일 용수생산량이 시간대별 큰 차이를 나타내고 있어 약품주입량 또한 시간대별 편차가 큰편이므로 설비의 안정성이 확보되고 응집제 주입범위를 폭넓게 조정할 수 있는 튜브펌프 형식으로 응집제 주입설비를 선정하였다.

데이터처리

응집제 자동주입을 위한 알고리즘의 구성은 통계해석법에 의해서 도출시키는데 통계해석시 목적 값으로 하는 목적변수를 응집제 주입률로 하고 이와 같은 목적변수를 구하는데 필요로 하는 변수로 탁도, 수온, 알카리도, pH, 전기전도도를 종속변수로 하여 선형회귀방정식과 지수회귀 방정식을 비교 검토하였다.

성능/효과

1) 과거의 수질자료를 활용한 응집제 주입률의 자동결정을 위하여 통계방정식을 이용한 알고리즘 중에서 선형회귀 방정식과 지수회귀방정식에 대한 실제주입률과의 시뮬레이션을 통하여 비교 분석하였으며, 자동주입의 성공을 위해서는 과거 수질자료에 대한 정확한 데이터의 축적과 수질계측기의 신뢰도가 중요함을 알 수 있었다.
2) SCD에 의한 응집제 주입률의 자동제어는 현재까지 수질변화가 심할 경우 추적결과가 좋지 않은 문제점 등으로 인하여 실제 적용이 지연되고 있으나, 수질조건에 따라 Setpoint를 자동결정하도록 구성하고 저탁도 및 고탁도시에 각각의 운전모드를 구성하여 원수의 수질변화에 따라 모드를 변환하면서 운영하도록 구성함으로써 자동제어가 가능함을 확인하였다.
실제 적용된 응집제 자동주입시스템에서 원수 수질에 의한 자동운전을 실시한 결과 원수 수질인자중 가장 큰 영향인자인 탁도와 응집제주입률을 실시간으로 비교하였으며 하절기 강우로 인한 급격한 수질변화시 응집제주입률의 변화량을 조사한 결과 Fig. 2에서와 같이 수질변화에 연동하여 자동으로 응집제주입률이 결정된 것을 볼 수 있다.

후속연구

결정하고 있다. 따라서 응집제 주입공정의 자동화를 위해서는 응집제주입률에 관계되는 수질 인자들의 지속적인 자료축적을 통하여 각 정수장의 실정에 맞는 통계해석이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

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