하수처리장 전력 사용량의 50∼65%를 사용하는 송풍기 사용 동력 절감은 Scope 2 탄소발생을 감소시킨다. 일반적으로 국내 하수처리장은 설계기준인 일 최대 유입하수량과 유입 수질 유입 시 방류수 배출기준을 만족하도록 설계된 운전 방법으로 상시 가동하는데, 일반적인 특성을 가진 하수를 처리하는 경우 이에 맞춘 운전을 하면 송풍 동력을 절감할 수 있다. 본 연구에서는, 시뮬레이션을 통해 일반적인 하수를 처리하는 경우 4개로 구분된 호기조 중 3개만 폭기하고, 말단 호기조의 용존산소 농도와 암모니아성 질소 농도를 기준으로 전체 호기조 공급 송풍량을 조절하면 폭기 에너지를 절약할 수 있는 것으로 파악되었다. 말단 호기조 용존산소 농도를 1.5 ㎎/L로 상시 유지하고, 시간 최대 암모니아성 질소 농도를 상시 4.0 ㎎/L 이하로 유지시키는 다단 제어시스템을 도입하면 전체적으로 설계운전에 비해 16.2%의 송풍량이 절감이 될 수 있는 것으로 시뮬레이션을 통해 파악되었다. 또한 16.2% 의 송풍량 절감은 0.00599 kg CO2.eq./m3, 연간 102.7 ton의 Scope 2 탄소 발생을 절감하는 것으로 나타나, 다단제어를 포함한 Digital Twin을 실 처리장에 적용하면 송풍량 최적화를 통한 탄소발생 저감이 수행될 수 있는 것으로 나타났다.

Aeration is known to consume 50-65% of electric power in wastewater treatment plant and reduction of power for aeration can lead to decrease the Scope 2 carbon emission. Generally, wastewater treatment plants in S. Korea are operated as written in design reports. However, electric power for aeration can be saved if the operation is customized according to bioreactor influent characteristics. In this study, electric power for aeration is proved to be saved when 3 of 4 oxic tanks are aerated with cascade control (Dissolved oxygen based and ammonia nitrogen based aeration controls) by simulation. When both 1.5 ㎎/L of dissolved oxygen concentration and below 4.0 ㎎/L of hourly maximum ammonia nitrogen concentration are maintained at the last oxic tank, annual saving for aeration air flowrate against design condition operation is 16.2% which accounts annual reduction of 102.7 ton, 0.00599 kg CO2.eq./m3 of Scope 2 carbon emission. This study shows that Scope 2 carbon emission can be reduced by optimizing aeration when Digital Twin with cascade control is implemented at real plants.

요약문
ABSTRACT
1. 서 론
2. 연구 방법
    2.1 DOBAC와 ABAC 적용을 위한 말단 호기조 DO 및NH3-N 농도 기준
    2.2 연구 대상 하수처리장 구성 및 생물반응조 유입수 조건
    2.3 각 호기조별 송풍 공기 배분비
    2.4 DOBAC와 ABAC를 이용한 다단제어 시뮬레이션
3. 연구 결과 및 고찰
    3.1 호기조를 4개 폭기하는 경우
    3.2 호기조를 3개 폭기하는 경우
    3.3 호기조를 2개 폭기하는 경우
    3.4 운전 형태별 총 송풍공기량 비교 및 송풍공기량절감 방안
    3.5 송풍량 감소에 따른 탄소배출량 감소량 산정
4. 결 론
사 사
References

• 한지수(경기대학교 대학원 환경에너지공학과) | Jisoo Han (Department of Environmental Energy Engineering, Graduate School, Kyonggi University)
• 이병희(경기대학교 사회에너지시스템공학과) | Byonghi Lee (Department of Civil & Energy System Engineering, Kyonggi University) Corresponding author