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유입수질 변동은 하수처리공정의 성능을 좌우하는 대표적 외란으로, 유입수질 변동에 따른 공정의 최적운전을 위해서는 공정 제어의 적용이나 최적운전방안 도출을 위한 공정 모의가 필수적이다. 공정 모의를 위해 현재 전 세계적으로 널리 사용되는 질소⋅인 제거공정 모델에는 IWA의 ASM2d 모델이 있고, 바이오가스 생산공정의 모의를 위해서는 ADM1 모델이 사용되며, 이들 모델은 상미분방정식으로 이루어져 있다. 하나의 하수처리장을 모의하는 데 있어 주어진 일련의 외란 조건과 운전 조건 하에서 공정의 정상상태를 모사하는 단계는 필수적인데, 이 때 상미분방정식를 해석하는 단계에서 연산시간이 오래 걸리는 단점이 존재한다. 연산시간을 단축하기 위해 본 연구에서는 상미분방정식 해석과 뉴턴-랩슨 알고리즘을 결합한 개선된 뉴턴-랩슨 방법을 제안하였다. 제안된 방법으로 공정을 모의한 결과, 상미분방정식 해석만을 적용하는 것과 비교할 때 ASM2d는 32.3배, ADM1은 8배 빠른 속도로 연산을 수행할 수 있었다.
In order to optimize the process operation against fluctuating influent water quality, it is essential to apply process control and simulate the process for deriving the optimal operation method. To simulate the process, the ASM2d model and ADM model of the IWA have been widely used for the simulation of the nitrogen and phosphorus removal process and biogas production process, which consist of ordinary differential equations. In order to simulate a sewage treatment plant, it is essential to simulate the steady state of a process under a given set of disturbances and operating conditions. However, the disadvantage is that the calculation time is long when analyzing the ordinary differential equations. In order to shorten the computation time, we propose an improved Newton-Raphson method. As a result, the ASM2d and the ADM1 were able to simulate the processes 32.3 times and 8 times faster than ordinary differential equation analysis, respectively.
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ASM2d, ADM1, Process Simulation, Steady-state, ODE, Newton-Raphson
