Abstract
A mathematical model comprised with eight simultaneous quasi-linear partial differential equations was suggested to provide optimal chlorination strategy. Upstream weighted finite element method was employed to construct multidimensional numerical code. The code was verified against measured concentrations in three type of reactors. Boundary conditions and reaction rate were calibrated for the sixteen cases of experimental results to regenerate the measured values. Eight reaction rate coefficients were estimated from the modeling result. The reaction rate coefficients were expressed in terms of pH and temperature. Automatic optimal algorithm was invented to estimate the reaction rate coefficients by minimizing the sum of squares of the numerical errors and combined with the model. In order to minimize the concentration of chlorine and pollutants at the final usage sites, a real-time predictive control system is imperative which can predict the water quality variables from the chlorine disinfection process at the water purification plant to the customer by means of a model and operate the disinfection process according to the influent water quality. This model can be used to build such a system in water treatment plants.
최적의 염소 소독 전략을 구축하기 위해 8개의 연립 준선형 편미분방정식으로 구성된 수학적 모형이 제안되었다. 다차원 수치 프로그램을 개발하기 위해 상류 가중 유한요소법을 사용하였다. 프로그램은 세 가지 유형의 반응기에서 측정된 농도에 대해 검증되었다. 16개의 실험 결과에 대해 경계 조건 및 반응 속도를 보정하여 측정된 값을 재생시켰다. 모델링 결과로부터 8개의 반응 속도계수가 추정되었다. 반응 속도계수는 pH 및 온도로 표현되었다. 반응 속도계수를 추정하기 위해 수치 오차의 제곱의 합을 최소화하는 자동 최적 알고리즘의 프로그램을 개발하고 모형에 결합하였다. 최종 사용지에서 염소 및 오염물의 농도를 최소화하기 위해서는 정수장의 염소소독공정으로부터 최종 사용지까지의 수질 변화를 모형에 의해 예측하고 이를 기반으로 유입수 수질에 따라 염소소독공정을 운영하는 실시간 예측 제어 시스템이 필요하다. 본 모형을 이용하여 정수장에 이러한 시스템을 구축할 수 있을 것이다.
