International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제16권3호
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pp.197-207
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2016
It is very important to maintain a constant chlorine concentration in the post chlorination process, which is the final step in the water treatment process (hereafter WTP) before servicing water to citizens. Even though a flow meter between the filtration basin and clear well must be installed for the post chlorination process, it is not easy to install owing to poor installation conditions. In such a case, a raw water flow meter has been used as an alternative and has led to dosage errors due to detention time. Therefore, the inlet flow to the clear well is estimated by a time series neural network for the plant without a measurement value, a new residual chlorine meter is installed in the inlet of the clear well to decrease the control period, and the proposed modeling and controller to analyze the chlorine concentration change in the well is a neuro fuzzy algorithm and cascade method. The proposed algorithm led to post chlorination and chlorination improvements of 1.75 times and 1.96 times respectively when it was applied to an operating WTP. As a result, a hygienically safer drinking water is supplied with preemptive response for the time delay and inherent characteristics of the disinfection process.
The tap water used in Seoul was found to be corrosive. Its corrosivity was effectively reduced by that the additions of alkali agent such as NaOH, $Ca(OH)_2$ and corrosion inhibitor such as $H_3PO_4$. For the corrosion test, carbon steel pipe 50 m long was exposed to the drinking water produced by a pilot plant at $36.5^{\circ}C$, similar to the existing process where it takes about 20 minutes to reduce the initial chlorine content of 0.5 mg/L to 0.05 mg/L. $CO_2$ and $Ca(OH)_2$ was added not only to control the Langelier index (LI) above -1.0 and but also, to increase the duration time of residual chlorine by about 6 times. The persistence effect of residual chlorine was in the order of $H_3PO_4$ > $Ca(OH)_2$ > NaOH. Measurements of weight loss showed that corrosion inhibition was effective in order of $Ca(OH)_2$ > $H_3PO_4$ > NaOH > no addition, where the concentrations of $Ca(OH)_2$ and phosphate were 5 ~ 10 mg/L (as $Ca^{2+}$) and 1 mg/L (as $PO{_4}^{3-}$), respectively.
최근 국내 상수도 관리 기술은 고도로 발달하고 있으며, 이 과정에서 상수관망 내 용수공급 현황을 파악하고 예측하기 위한 컴퓨터 수리·수질 해석 모형은 핵심적인 역할을 수행하고 있다. 그러나 대규모 네트워크의 경우 컴퓨터 해석모형의 부담을 가중하고, 특히 짧은 계산시간 간격과 긴 모의 시간이 요구되는 수질해석의 경우, 막대한 계산시간이 소요되어 다양한 수질모의 및 분석이 어려운 경우가 발생한다. 본 연구에서는 대규모 상수관망시스템의 수질해석의 계산효율을 개선하기 위해 상수도 공급계통을 2단계로 계층화한 후, 계층화된 네트워크를 대상으로 수질모의를 수행하는 계층적 수질모의 기법을 제안하였다. 제안된 모의기법은 국내 대규모 상수도 네트워크에 적용하였으며, 다양한 염소투입농도 시나리오에 따른 잔류염소농도의 시공간적 분포를 모의하고 분석한 결과를 제시하였다.
본 연구의 시료는 현재 서울특별시와 수도권 도시들에서 상수원수로 이용하고 있는 한강수를 대상으로 수행되었다. 배ㆍ급수계통의 2차 소독을 위한 클로라민소독의 특성에 관하여 고찰하였으며 그 결과는 다음과 같다. 1) $25^{\circ}C$, Cl$_2$ / NH$_3$-N비 1:1 ~ 14:1에서 PH6, 7, 8의 불연속점은 각각 Cl$_2$ / NH$_3$-N비 11:1, 9:1, 10:1이었다. pH6의 경우, Cl$_2$ / NH$_3$-N비가 9:1일 때 총 잔류염소량이 최대인 반면, pH 7, 8의 경우 Cl$_2$ / NH$_3$-N비가 각각 6:1, 5:1 일 때 최대가 되었다. 2) pH가 6, 7, 8로 증가함에 따라 모노클로라민이 최대로 생성되는 Cl$_2$ / NH$_3$-N비는 7:1에서 5:1로 이동하였으며, pH6 ~ 8 범위에서 pH가 증가함에 따라 모노클로라민의 생성량이 많았다. 3) 클로라민의 분해는 Cl$_2$ / NH$_3$-N비가 증가하고 pH가 낮을수록 증가하였다. 클로라민의 잔류성은 유리염소보다 월등히 좋았다. pH6에서 모노클로라민과 디클로라민이 생성된 이후, 접촉시간이 경과함에 따라 디클로라민의 분포비가 증가하였다.
일반적으로 정수처리 공정에서 염소에 의한 소독공정은 수인성 질병을 억제하고 상수도관망에서 미생물의 재성장을 억제하는 목적으로 사용되고 있다. 그러나 염소소독은 수중의 유기물과 반응하여 소독부산물(Disinfection By-products; DBPs) 과 같은 발암성 물질을 생성함으로 적절한 염소 주입이 필요하고 최근에는 관말지역에서의 잔류염소 확보를 위해 상수관로 나 배수지 등에서 재염소를 실시하는 경향이 증가하고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 정수장에서 최적의 염소주입과 재염소 주입량을 산정하기 위하여 미국 EPA에서 개발한 EPANET 2.0을 사용하여 최적 염소 주입량을 산정하고 그 효과를 모의하였다. 대상지역 상수관로에 대한 수질을 모의하기 위하여 bottle test를 통해 수체감소계수($k_{bulk}$)를 도출하였으며, syster-matic analysis method를 이용하여 관벽감소계수($k_{wall}$)를 도출하였다. 배ㆍ급수계통에서의 수질을 정확히 예측하고자 유량과 체류시간 등을 고려한 수리해석 모델을 기초로 하여 상수도관망에서의 잔류염소 농도를 예측하고 염소주입 농도에 따른 소독부산물(DBPs)인 트리할로메탄(Trihalomethanes; THMs)의 생성변화를 실험을 통해 확인하였다. 수체감소계수($k_{bulk}$)를 도출한 결과 온도가 높을수록 초기에 빠른 감소를 보였으며, $25^{\circ}C$의 경우 25시간이 지난 이후에는 절반이상이 감소하였다. 대상지역에 재염소 주입시설을 도입할 경우 최적 재염소 주입량을 산정하였으며, 관망도상에서 경제적으로 유리한 지점을 선정할 수 있었다.
This paper describes a fuzzy controlled pre-chlorination technique for purifying the pulluted raw water in water purification lants. For the purpose of obtaining the high quality water, the appropriate pre-chlorine dosage rate has to be continuously adjusted according to a change in quality of a intake raw water, weather, solar nergy mount, temperature and etc. Therefore, the method of expressing an expert's empirical knowledge cumulated from his past carrier by fuzzy reasoning and the fuzzy controller design technique is necessary.In this paper fuzzy membership functions and rules accordingto emprircal knowledge and experimental field data were obtained, And also fuzzy cintriller design using four feedforward components for the determination of pre-chlorine dosage rate and four feedback ones for the compensation of its dosage rate with residual chlorine and its change rate, was executed.
This study was carried to investigate the characteristics of chloramination as a disinfection in drinking water distribution system. The raw water comes from midstream of Han river. In the range of pH 6~8, preformed chloramine of $Cl_2/NH_3-N$ ratio 5:1 had the HPC inactivation of more than 99% with lower pH and shorter contact time and available chloramine residual was decreased a little. In the chloramines of $Cl_2/NH_3-N$ ratio 3:1~5:1, the higher $Cl_2/NH_3-N$ ratio, the much inactivation of HPC was increased, but as contact time was longer, HPC inactivation of $Cl_2/NH_3-N$ ratio 3:1~5:1 were equaled. Bactericidal activity of three chlorine and postammoniation was influenced by free available chlorine completely and that of preammoniation was as follows : free chlorine ${\fallingdotseq}$ postammoniation>preammoniation>preformed chloramine.
Prediction models for post-chlorination require complicated information of reaction time, chlorine dosage considering flow rate as well as environmental conditions such as turbidity, temperature and pH. In order to operate post-chlorination process effectively, the correlations between inlet and outlet of clear well were investigated to develop prediction models of chlorine dosages in post-chlorination process. Correlations of environmental conditions including turbidity and chlorine dosage were investigated to predict residual chlorine at the outlet of clear well. A linear regression model and autoregressive model were developed to apply for the post-chlorination which take place time delay due to detention in clear well tank. The results from autoregressive model show the correlationship of 0.915~0.995. Consequently, the autoregressive model developed in this study would be applicable for real time control for post chlorination process. As a result, the autoregressive model for post chlorination which take place time delay and have multi parameters to control system would contribute to water treatment automation system by applying the process control algorithm.
인구의 증가와 산업의 발전으로 물에 대한 수요가 점차 증가하고 있는 상황에서 안전하고 지속가능한 수자원을 확보하기 위한 방법으로 분리막을 이용한 수처리가 널리 사용되고 있다. 수처리장에서 가장 널리 사용되고 있는 분리막 중 하나인 폴리아마이드 분리막은 분리막 공정 전 단계에서 수행되는 염소살균 처리 후에 잔류하는 염소에 의해 화학적/구조적으로 영향을 받고 성능이 변화하는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 pH에 따라 수중에 용해되는 염소의 종변화 및 염소에 노출시 폴리아마이드 분리막의 표면 성질 변화와 성능변화의 원리를 다루었다.
The chlorine component in fly ash from municipal solid waste incineration ash was removed by water washing for the purpose of recycling fly ash as a raw material of ordinary portland cement. The samples were a different kind of 리y ashes using $Ca(OH)_2$and NaOH as media of wet scrubber for flue gas cleaning. The content of soluble salts of fly ash using $Ca(OH)_2$and NaOH was 32.8%, 50.1% and the content of chlorine component, 22.9% and 26.0% respectively, which was KCl, NaCl, CaC1OH mainly. When each fly ash was washed using water under conditions of a agitation speed of 300 rpm, a liquid to solid ratio of 10, most soluble salts in fly ash were dissolved within 30 minutes and the content of chlorine component in ash was diminished to the content of 4.4%, 2.O% at $20^{\circ}C$ and 1.7%, 0.8% at $50^{\circ}C$ respectively. And the main compound of residual chlorine component in ash after water washing was friedel`s salt ($3CaO.A1_2$$O_3$.$CaCl_2$.$10H2$O). From analysis results of water quality for wastewater by water washing, the components exceeding discharged wastewater standard were only Pb and Cd. But As pH was controlled to 10 with addition of $CO_2$(g) or $Na_2$$_CO3$in water, the concentration of heavy metals such as Pb and Cd was also under discharged wastewater standard.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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