대전과 천안의 하수종말처리장에 유입되는 하수의 구성성분을 1일 1회 채취하여 약 300일 분석하였다. 그 결과 일차 침전조를 통과한 뒤 구성성분의 농도가 증가하는 것이 관찰되었는데, 이는 슬러지 처리 계통에서 발생하는 처리수가 반송되기 때문인 것으로 밝혀졌다.

 

 유입 경향을 세밀하게 검토하기 위해 대전 하수종말처리장에서 2시간 간격으로 하수를 채취하여 분석하였다. 구성성분의 농도와 유량이 오전과 오후에 각각 2회의 첨두값을 보였다. 시간대별 유량의 평균값을 계산한 결과 하루에 최대 62% 정도의 증감량 보이는 것을 알 수 있었다.

 

구성 성분 농도는 최대 120%의 정도의 증감량을 보였다. 유량과 농도를 고려하여 부하율을 계산한 결과 오전과 오후의 부하율 차이가 7배 이상인 것으로 밝혀져 이의 영향에 대한 연구가 필수적으로 판단 되었다.

유입하수의 발생 현상을 수학적으로 모사하였다. 몇 가지 가정을 수립하고 유입 하수의 발생, 침투수로 인한 희석, 초기 강우 효과를 수학적으로 표현하였고, 측정한 자료를 이용하여 모델의 매개변수를 추정하였다. 모사된 유량과 TSS (total suspended solid) 농도는 일정한 하수의 발생 패턴을 잘 모사하였으며, 더불어 강수로 인한 월류수, 침투수의 증가 및 감소에 따른 영향을 잘 나타내 주고 있었다.

 

추정된 매개변수 값을 이용하여 모사한 유량의 결과값과 실측값과의 차이는 약 2,100 m3/h이며, 이는 전체 유량 대비 7.8% 정도이다. 또한, TSS의 경우는 모사한 유량의 결과값과 실측값과의 차이는 20.4mgTSS/L이며, 이는 전체 농도 대비 약 22.9% 정도이다.

300nm UV 파장에서의 흡광도와 1차 회귀분석을 이용한 TSS, TCOD, TN, TP에 대 한 높은 예측 능력 확인하였는데, 측정값과의 RMSE 평균값은 각각 TSS 19.3, TCOD 26.7, TN 5.4, TP 0.45이었다. 300nm에서의 흡광도와 유량, 그리고 유입 시간을 이용한 인공신경망 기법에서 측정값과의 RMSE 평균값이 각각 TSS 14.4, TCOD 25.1, TN 4.1, TP 0.39로서, 모든 항목에 대해 흡광도법을 이용한 예측보다 향상된 측정능력 을 보였다.

GPS-X를 이용한 동적 시뮬레이션을 통해 현실감 있는 모사가 가능하였으며, 다양한 환경에서의 시뮬레이션은 공정을 이해하고 적용하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 판단되었다. 대부분의 하수 구성성분은 1일을 기준으로 비슷한 경향을 반복하고 있었다. 이는 유량과 구성성분의 농도가 1일을 기준으로 반복되는 경향을 보이기 때문인 것으로 생각된다.

Matlab/Simulink를 이용한 하수처리장의 모사 및 벤치마킹 시뮬레이션을 수행하였고 건기와 우기, 장기우기에 대해 반응조 내부 거동을 확인하고 적절한 운전 전략을 수립하였다. 본 연구에서 크게 내부반송률을 이용한 nitrate의 제어와 폭기 조건의 kLa 값를 조절한 용전산소 농도의 제어, 무산소 조에서의 탈질률 증가를 위한 외부탄소원의 주입이 사용되었다. 단순한 스위치를 이용한 각각의 제어의 성능을 확인 할 수 있었고, 비용의 절감도 확인할 수 있었다.

 

 

[원문 파일첨부 참조]