고분자 응집제 농도의 측정 및 자동제어 기술

Abstract

급증하는 인구에 따라 도시의 고밀도화 및 산업화로 맑은 물에 대한 관심과 수요가 증가되고 있다. 현재 고액분리 공정에서 안정된 수질을 얻기 위해 여러 종류의 응집제가 사용되는데 슬러지의 해양투기 금지와 방류수의 수질 강화로 탈수공정 및 총인처리시설 등의 응집공정에 사용되는 응집제의 사용량이 매년 증가하고 있다. 고분자 응집제는 하수처리공정 및 슬러지 처리공정에서 부유물질의 제거와 잉여 슬러지의 탈수를 위해 사용되고 있다. 안정된 수질을 얻기 위해서는 특정 농도로 용해된 고분자 응집제를 일정하게 공급시켜 최적의 플럭을 형성시켜야한다. 하지만 고분자 응집제의 이송과정에서 계획된 양이 투입되지 않아 설정농도와 차이가 발생한다. 현장에서는 고분자 응집제의 용해농도를 측정할 수 없기 때문에 작업자의 촉감에 의해 용해 농도를 유추하여 공급한다. 고분자 응집제의 공급량이 부족하면 플럭 상태가 불량하게 되어 수질이 악화되고, 너무 많이 공급되면 약품 사용량이 증가하고, 잔류 약품에 의한 2차 환경오염이 우려된다. 따라서 안정적인 수질유지 및 비용절감을 위해 고분자 응집제의 용해농도 측정기술이 필요하다. 하지만 현재 고분자 응집제의 용해 농도를 측정 할 수 있는 기술은 개발되지 않았다. 본 연구에서는 수처리 공정에서 수질의 향상과 응집제 사용량의 절감을 위해 고분자 응집제의 용해 농도 측정 기술을 개발하였다. 고분자 응집제의 용해농도에 따른 전기적 특성변화를 이용하여 측정된 전압 데이터에 의해 고분자 응집제의 용해 특성 방정식을 얻었고 비선형회귀분석을 이용하여 임의의 고분자 응집제 용해농도를 측정하였다. 측정 가능한 고분자 응집제의 용해농도 범위는 0.00 ~ 0.25 wt.% 이고 측정 오차는 ± 0.01 wt,%를 만족하였다. 그리고 feedback 자동제어 기술을 적용하여 고분자 응집제의 용해농도를 일정하게 유지하는 기술을 개발하였다. 3단 연속 용해설비에서의 용해농도 변화 거동을 수학적으로 모델링하고 고분자 응집제 용해농도를 일정하게 유지할 수 있도록 제어기를 설계 하였다. 새롭게 적용한 feedback 제어 방식은 기존의 open loop 제어 방식에 비해 설정농도 도달 시간이 60% 향상되었고 외란에 의해 용해농도의 오차가 발생했을 때 기존의 open loop의 제어 방식의 경우에는 용해농도가 회복되지 않았지만 feedback 제어 방식의 경우에는 빠른 시간에 설정농도를 회복하는 것을 확인하였다. 그리고 개발된 고분자 응집제 용해설비를 공공하수처리시설의 슬러지 탈수시설에 설치하여 용해농도 유지 기능과 고분자 응집제의 사용량을 조사하였다. 그 결과 용해농도의 측정오차는 ± 0.01 wt,%를 만족하였고 슬러지 케익 1 ton을 발생시키기 위한 고분자 응집제의 사용량이 용해농도 측정 및 제어 기술 적용여부에 따라 1.162 kg에서 1.048 kg로 감소되었다.