호흡률 측정법과 유전자 알고리즘을 이용한 ASM3의 유기물 분해와 질산화 공정의 매개변수 추정

Abstract

본 연구에서는 호흡률 측정법과 최적화 기법인 유전자 알고리즘을 활용하여 ASM3 (Activated Sludge Model No.3)의 유기물 분해와 질산화 과정에 사용된 매개변수를 추정하였다. 이를 위해 ASM3를 이용하여 유기물 분해와 질산화 공정의 호흡률 모델을 구성하였다. 그리고, 시뮬레이션 결과를 최적화하는 모델의 매개변수를 유전자 알고리즘을 이용하여 최적화 하였다. 유기물 분해에 사용되는 9개의 매개변수를 하나의 호흡률 곡선을 이용하여 동시에 추정한 결과, 매개변수의 오차 사이의 상쇄작용으로 인해 부정확한 매개변수 값을 도출하는 한계를 발견하였다. 따라서, 본 연구에서는 추정 가능한 매개변수의 수를 제한하기 위해 민감도 분석을 통해 우선순위를 결정하였다. 그 결과 유기물 분해에 대해서 YSTO,O2, YH,O2, μH, bH,O2 질산화에 대해서 μA, YA 순서로 민감함을 알 수 있었다. 한편, 유전자 알고리즘이 매개변수를 추정하는 정확성을 검토하기 위해, 기존의 연구자들이 제안한 매개변수 값으로 시뮬레이션한 호흡률을 유전자 알고리즘의 입력값으로 사용하여 활성슬러지의 동역학적 계수 및 양론 계수(YSTO,O2, YH,O2, μH, bH,O2, μA, YA) 및 미생물 농도값 (XH, XA)를 추정하고 이를 시뮬레이션 초기값과 비교하였다. 이 때 다양한 기질과 미생물 농도 조건에서 시뮬레이션 된 호흡률 값이 사용되는데, 모든 조건에서 유전자 알고리즘은 오차 10% 이내의 정확성으로 매개변수를 추정하였다. 마지막으로 측정한 유기물 분해, 질산화 호흡률 값을 이용하여 매개변수를 추정함으로 본 기법의 유효성을 확인하였다.