• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.495-495
• /
• 2023

본 연구는 하수처리장 운영시스템 자료를 활용하여, 머신러닝 기반의 예측 모델을 개발하고, 모델 정확도 향상에 대하여 검토하였다. 하수처리장에 설치된 각종 센서를 통해 실시간으로 자료가 모니터링되고 있으며, 수집된 자료는 운영시스템에 저장된다. 하수처리장 시스템은 설정된 값과 센서의 측정값을 비교해 이상치가 발생하면 운영자가 즉각적으로 조치하여 문제를 해결하고 있으나, 비정상적인 상황 발생시 이를 대처할 시간이 부족하여 적절한 조치가 이루어지지 못하는 경우가 발생 되고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 A 하수처리장 운영자료를 활용하여 결과 예측이 신속하고 신뢰도 높은 머신러닝 기반의 예측 모델을 개발하고자 하였다. 모델의 예측 정확도 및 신뢰성을 향상하기 위하여 결과에 영향을 미치는 주요 영향 인자를 분석하고, 이를 기반으로 모델의 추가 분석 및 개선을 수행하여 모델의 예측력을 평가하였다. 금회 연구는 데이터 전처리를 과정을 통한 인사이트를 도출하고 이를 활용하여 하수처리장 운영자료 예측 정확도를 높일 수 있었으며, 이 결과를 바탕으로 다른 하수처리장의 모델 개발시에도 유용하게 활용이 가능할 것으로 검토되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.499-499
• /
• 2023

최근 컴퓨터 성능 향상과 새로운 머신러닝 알고리즘 개발됨에 따라, 각 분야별 연구자들이 이를 활용한 연구를 다양하게 수행하고 있으며, 하수처리시설의 경우에는 막대한 양의 운영자료가 축척됨에 따라 머신러닝을 활용한 다양한 연구가 가속화 되고 있다. 기존 하수처리장의 물리학적 모델은 적용된 영향 인자에 여러 가지 가정이 고려되어 모델 정확도가 부정확해지는 경향이 있었으며, 이러한 문제점을 보완하기 위해 하수처리장의 수집된 운영자료 및 머신러닝 기반의 예측 모델을 활용하여 예측 모델 정확도를 향상하는 선행 연구들이 진행되고 있다. A 하수처리장의 부지 내에 설치된 센서를 통하여 운영자료가 중앙제어실 서버에 실시간으로 저장되는 자료를 활용하여 NN (Neural Network), SVM (Support Vector Machine), RF (Random Forest) 등과 같은 다양한 머신러닝 모델을 적용하였고, 하수처리장 운영자료를 적용할 경우 어느 모델이 가장 높은 성능이 나타나는지 인사이트를 도출하고자 하였다. 금회 연구는 A 하수처리장을 대상으로 여러 머신러닝 기반 예측 모델을 개발하고, 각 모델의 예측정확도를 서로 평가함으로써, 머신러닝 모델 최적화를 수행할 수 있었다. 이번 연구에서 도출된 결과를 활용하여 하수처리장 예측 모델 최적화를 진행할 경우, 향후 비교적 짧은 시간에 하수처리장 머신러닝 기반 예측 모델 개발이 가능하다는 점에 의의가 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.1646-1650
• /
• 2006

본 연구에서는 영산강의 수질이 가장 심각한 광주하수처리장 방류구 직하류부에 대한 오염물질 확산에 시.공간적 분포양상을 파악하기 위하여 대상하천 영산강 본류의 25km구간에 RMA4 모델을 적용하여 오염 물질의 농도변화를 예측하였다. RMA4 모델의 적용을 위하여 RMA2 모델을 수행하여 구한 출력자료를 입력자료 사용하였으며, 수치모델의 적용을 위하여 연구 대상하천의 25km구간에 대하여 유한요소망은 2,304개의 절점과 7,635개의 요소로 구성하였다. 광주하수처리장 방류구 직하류부에 대한 오염물질 확산에 시.공간적 분포양상을 파악하기 위하여 광주하수종말처리장의 방류수에 의한 오염물질유입에 대한 4개의 시나리오를 작성하여 RMA4 모델을 수행하였으며, 광주하수종말처리장의 평균방류량 6.13cms와 BOD 수질기준 110mg/L(2004년 하수종말처리장 유입원수의 평균농도)의 농도를 유입 오염물질로 가정하여 영산강의 저수기의 유출량을 대상으로 오염물질 유입시간에 따라 4개의 시나리오에 대한 오염물질의 확산의 시.공간적 분포양상, 유하길이에 대한 오염물질의 최대 오염원농도 도달시간을 제시하였다.

• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
• /
• v.26 no.2
• /
• pp.63-81
• /
• 2021

In this study, we investigated the tide-induced flow patterns near the ocean outfall of the Jeju and Bomok Wastewater Treatment Plants (WTP) in Jeju Island by using measurements of Acoustic Doppler Current Meter (ADCP) and a numerical experiment with inserting passive tracer into a regional ocean model. In late spring of 2018, the ADCP measurements showed that tidal currents dominate the flow patterns as compared to the non-tidal components in the outfall regions. According to harmonic analysis, the dominant type of tides is mixed of diurnal and semi-diurnal but predominantly semidiurnal, showing stronger oscillations in the Jeju WTP than those in the Bomok WTP. The tidal currents oscillate parallel to the isobath in both regions, but the rotating direction is different each other: an anti-clockwise direction in the Jeju WTP and a clockwise in the Bomok WTP. Of particular interest is the finding that the residual current mainly flows toward the coastline across the isobath, especially at the outfall of the Bomok WTP. Our model successfully captures the features of tidal currents observed near the outfall in both regions and indicates possibly high persistent pollutant accumulation along the coasts of Bomok.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.392-392
• /
• 2022

세계적 규모의 팬데믹 감염병의 출현은 전 세계적으로 경제적, 문화적, 사회적 파급효과가 매우 강력하며 전 인류를 위협하고 있다. 최근에 발병한 중증급성 호흡기질환 코로나바이러스 2(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2, SARS-CoV-2)는 2019년 12월 중국 우한에서 첫 보고 되었고 2022년 현재까지 종식되지 않고 있으며 바이러스의 전파력과 치명률이 높고 무증상 감염상태일 때에도 전염이 가능하여 현재 역학조사의 사후적 대응에 대한 한계가 있어 선제적 대응을 위한 수단이 필수 불가결해지고 있는 실정이다. 하수기반역학(Waste Based Epidemiology, WBE)이란 하수처리장으로 유입되기 전의 하수를 분석하여 하수 집수구역 내 도시민의 생활상을 예측하는 것으로 하수로 배출된 감염자의 분비물 및 배설물 속 바이러스를 하수관로에서 신속하게 검출함으로써 특정지역의 감염성 질환 전파 정도와 유행하는 타입(변이)등을 분석하고 기존 역학조사의 문제점을 극복할 수 있으며 선제적인 대응이 가능하다. 현재 COVID-19의 대유행과 관련하여 WBE를 기반으로 한 다양한 연구가 진행되고 있으며 실제 환자의 발생과 상관관계가 있음이 확인되고 있고 백신 접종과 새롭게 발생한 변이바이러스의 관계 속에서 발생하는 변수를 고려한 모델이 없다는 점을 들어 새로운 감염병 확산 예측 모델에 대한 필요성 또한 커지고 있다. 본 연구에서는 병원에서부터 하수처리장까지의 하수관거와 하수처리장에서의 SARS-CoV-2 검출농도 및 거동을 파악하는 것을 목적으로 하고 있으며 COVID-19의 감염규모 확산에 관한 방법론에서 수학적모델 (Euler Method, RK4 Method, Gillespie Algorithm)과 딥러닝 기반의 Nowcasting model과 Fore casting model을 살펴보고자 한다.

• Journal of Wetlands Research
• /
• v.24 no.4
• /
• pp.345-353
• /
• 2022

A wastewater treatment plant (WWTP) is a major gateway for the engineered nano-particles (ENPs) entering the water bodies. However existing studies have reported that many WWTPs exceed the No Observed Effective Concentration (NOEC) for ENPs in the effluent and thus they need to be designed or operated to more effectively control ENPs. Understanding and predicting ENPs behaviors in the unit and \the whole process of a WWTP should be the key first step to develop strategies for controlling ENPs using a WWTP. This study aims to provide a modeling tool for predicting behaviors and removal efficiencies of ENPs in a WWTP associated with process characteristics and major operating conditions. In the developed model, four unit processes for water treatment (primary clarifier, bioreactor, secondary clarifier, and tertiary treatment unit) were considered. Additionally the model simulates the sludge treatment system as a single process that integrates multiple unit processes including thickeners, digesters, and dewatering units. The simulated ENP was nano-sized TiO₂, (nano-TiO₂) assuming that its behavior in a WWTP is dominated by the attachment with suspendid solids (SS), while dissolution and transformation are insignificant. The attachment mechanism of nano-TiO₂ to SS was incorporated into the model equations using the apparent solid-liquid partition coefficient (Kd) under the equilibrium assumption between solid and liquid phase, and a steady state condition of nano-TiO₂ was assumed. Furthermore, an MS Excel-based user interface was developed to provide user-friendly environment for the nano-TiO₂ removal efficiency calculations. Using the developed model, a preliminary simulation was conducted to examine how the solid retention time (SRT), a major operating variable affects the removal efficiency of nano-TiO₂ particles in a WWTP.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
• /
• 1997.10a
• /
• pp.52-53
• /
• 1997

수역의 유기오염 개선을 위하여 생활하수, 산업폐수 등의 저하시키는데 주안점을 두어왔으나 공공수역에서의 제거되지 않은 질소와 인의 유입으로 부영양화가 진행되어 하천에는 남조류가 대량발생하고 해역에는 적조가 광역에서 발생하여 큰 사회문제가 되고 있고, 질소와 인의 유입으로 인한 자생 COD가 전체COD의 약 절반을 차지하고 있는 실정이다. 따라서 앞으로의 수질을 개선하기 위해서는 조류증식의 제한인자인 질소와 인의 규제가 필요할 뿐만아니라 하수처리장에 고차처리를 적용하거나, 해양의 회석자용을 이용한 Ocean을 적용하여 연안해역 수질을 관리해야 할 것이다. 따라서 본 연구는 수영만을 대상으로 Ocean Outfall과 폐수처리시절을 적절하게 조합하기 위해서 3차원 생태계모델을 적용하여 유기물질 뿐만 아니라 영양염류인 질소와 인의 농도를 예측하여 환경기준을 만족시키고 비용을 최소화 할 수 있는 폐수처리공법과 해중방류관의 위치를 선정하고자 하였다. 본 연구결과 수영만의 1994년 COD는 II등급, DIN과 DIP는 III등급이었다. 현재의 활성슬러지공법으로 질소와 인을 제거하지 않고 방류할 경우 2001년에 는 하수처리량의 증가로 인해 COD의 경우 1994년 보다 조금 감소하지만 DIN 과 DIP는 1994년과 같은 III등급을 유지하였다. 고도처리공법을 도입할 경우 COD의 농도는 광안리와 해운대해수욕장에서 I등급을 보이고, DIP의 농도도 수영만 전체에서 강등급을 보이지만, DM의 농도는 광안리해수욕장에서 II등급, 해운대해수욕장에서 IH등급을 보였다 하수처리장 유출수를 Ocean Outfall을 이용하여 하수처리장으로부터 4km에 서 방류할 경우의 COD농도는 I등급을 보이고, DE 농도도 광안리와 해운대해 수욕장에서는 I등급을 보이고, DU의 농도는 ll등급을 보여 수질이 개선된 것 을 볼 수 있다. 이상에서와 같이 광안리와 해운대해수욕장의 해역환경기준 ll등급을 만족 하는 하수처리방법은 Ocean Outfall이었다. 수영하수처리장에 인을 처리하기 위한 화학적 침전법의 경우 956억원이 소요되고, 질소를 제거하기 위한 질소제거공정을 추가 건설 할 경우는 2181억원이 전요된다. 그리고 두공정을 같이 건설할 경우에는 3137억원의 비용이 소요된다 수영하수처리장에서 4km 거리와 관경을 2m의 Ocean Outfall 건설비용은 325 억원 정도가 소요되는 것으로 산출되었다. 고차처리시 증가되는 비용으로 건설할 수 있는 Ocean Outfall의 길이는 인 제거공정을 첨가하는 경우에는 18km을 건설할 수 있고, 질소제거공정을 첨가 하는 경우에는 46km를 건설할 수 있는 것으로 산출되었다.

• Water for future
• /
• v.29 no.4
• /
• pp.131-138
• /
• 1996

The objective of this study is to develop an optimal operation model for the sewage treatment plants using nonlinear programming (NLP) technique and the QUAL2E model. The model finds the minimum-cost operation of sewage treatment plants while satisfying all design constraints and water quality (BOD) standard. The model is applied to four sewage treatment plants in Han River for the city of Seoul. It has been found that optimal operation schedule for the sewage treatment plants can be computed and it is more economic to operate the plants according to the schedule which satisfies the water quality constraints in the river. In addition, the water quality in the river can be predicted using the model under the treatment policy.

• Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
• /
• v.15 no.4
• /
• pp.37-42
• /
• 2001

This paper resents a biological reaction model of describing processing features in treating wastewater via activated sludge A proposed model is designed by combining fuzzy rules investigating several elements which have influence on variables to be supervised BOD and SS are suggested as common variables in input and output variables, and O$_2$quantity is closed as input variable. We chose triangular type membership functions for input variables and determined the grades in each membership function based upon process data According to simulation result to show the validity of proposed model, fuzzy model's outputs give almost similar data to process output under same input conditions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.1706-1709
• /
• 2010

Sewerage Treatment Plants(STPs) are complexes systems in which a range of physical, chemical and biological processes occur. Since Activated Sludge Model(ASM) No.1 was published, a number of new mathematical models for simulating biological processes have been developed. However, these models have disadvantages in cost and simplicity due to the laboriousness and tediousness of their procedures. One of the major difficulties of these mathematical model based tools is that the field-operators mostly don't have the time or the computer-science skills to handle there models, so it mainly remains on experts or special engineers. In order to solve these situations and help the field-operators, the $KM^2BM$(K-water & More-M Mass Balance Model) based on the dynamic-mass balance model was developed. This paper presents $KM^2BM$ as a simulation tools for STPs design and optimization. This model considers the most important microbial behavioral processes taking place in a STPs to maximize potential applicability without increasing neither model parameter estimation nor wastewater characterization efforts.