KR100524426B1 - 다단계 이중 사이클 유입 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 폐수 처리 장치는 혐기적 반응 저장소(1), 일반적으로 수직 분할 벽(13)에 의해 분리된 분리기(4), 폐수가 혐기적 반응 셀(1)로 유입되는 유입구(6), 혼합 수단(9a), 및 혼합액을 제거하기 위한 임의의 도관(23)을 갖는다. 상기 기술된 장치는 질화된 활성 슬러지를 농축시키고, 질화된 슬러지를 호기 셀로 재순환시켜서 하수 처리를 위한 보다 효과적인 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 기본적인 장치는 폐수의 함량을 기초로 하여 선택되는 수개의 구체예로 기술된다. 개선된 장치는 혼합액의 희석을 최소화하고, 다양한 공정 지점에서 수력학적인 체류 시간을 증가시키며, 에너지를 보존시킨다.
Description
본 발명은 생물학적인 폐수 처리 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 연속 회분식 반응(sequencing batch reaction)과 연속적인 흐름 공정을 조합하여 영양물, 유기물 및 고형물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
영양물을 제거하는 동시에 유입 스트림내의 유기 폐기물을 분해시키기 위해, 미생물, 주로 활성 슬러지내에 함유된 박테리아를 활용하는 전략은 하수 처리 분야에서 현재 가장 보편적이다. 이러한 비처리 하수는 비교적 높은 생물학적인 산소 요구량(BOD)을 가지며, 분해 생성물은 아세트산, 프로피온산 또는 부티르산과 같은 전형적인 저분자량 휘발성 지방산(VFA)이다. 부유 고형물에서도 그 조성은 매우 높게 나타난다. 질소는 암모니아 및 유기 질소 형태로 존재하며, 인은 무기 포스페이트 형태로 존재한다.
활성 슬러지내에 존재하는 천연 미생물 개체군은 매우 다양하며, 엄격한 호기성 생물로부터 통성(facultative) 혐기성 생물에서 편성(obligate) 혐기성 생물에 이르기까지 광범위한 종류를 나타낸다는 것이 공지되어 있다. 적합한 조작하에서 이러한 각종 미생물은 폐수 처리 방법의 몇몇 목적을 달성할 수 있다. 점차적으로, 민감한 생태 균형에 영향을 줄 수 있는 유기물의 제거를 달성하는 것 뿐만 아니라, 유기 질소, 암모니아 질소 및 산화 질소를 포함하는 총 질소 및 포스페이트와 같은 영양물을 제거하는 것이 폐수 처리 방법의 목적이 되어 왔다. 다른 종류의 미생물의 대사 및 이화작용의 이해를 통해서 이들 천연 방법을 이용하는 다양한 처리 프로토콜이 설계되기에 이르렀다.
유기 화합물은 박테리아 성장을 위한 양분을 제공한다. 폐수중에 함유된 단순하면서도 복잡한 유기물은 이러한 성장에 양분을 공급한다. 호기적 조건하에서, 다음과 같은 세가지 유형의 대사, 즉 (1) 유기 화합물이 이산화탄소와 물로 전환되는 기질 산화; (2) 유기 화합물 및 영양물이 세포 원형질로 전환되는 합성; 및 (3) 원형질이 이산화탄소, 영양물 및 물로 전환되는 내호흡이 일어날 수 있다[참고문헌: Metcalf & Eddy, Waste Water Engineering, 3rd ed., McGraw-Hill: 1991]. 또한, 에너지 및 대사가능한 탄소원이 영양물 활용을 위해 요구된다. 혐기적 조건하에서, 유기 화합물은 주로 통성 종에 의해 VFA로 더 발효될 수 있다. 폐수로부터 제거될 필요가 있는 두 가지 주된 영양물은 무기 포스페이트 및 질소 화합물이다. 유입 폐수는 전형적으로 유기 질소 및 암모늄(NH4
+) 형태의 암모니아를 함유한다. 유기 질소의 가수분해, 및 용액으로부터 대기로 용이하게 스트리핑될 수 있는 유리 질소 가스(N2)로의 암모니아 전환은 두 개의 별도 공정을 필요로 한다. 질화되는 동안, 암모니아는 니트로소모나스 종(Nitrosomonas spp.) 및 관련 유기체를 필요로 하는 독립영양 산화에 의해 아질산염(NO2
-)으로 전환되고, 이어서 니트로박터 종(Nitrobacter spp.)을 필요로 하는 질산염(NO3
-)으로의 추가 산화가 이루어진다. 그런 다음, 비교적 광범위한 종속영양 통성 유기체는 일련의 단계를 통해 질산염을 유리 질소(N2)로 전환시킨다. 질화 및 탈질화를 위한 기초적인 다단계 공정은 다음과 같은 반응으로 도해된다:
질화:
NH4 + + 1.5 O2 ----> NO2 - + 2H+ + H2O (1)
(니트로소모나스)
NO2 - + 0.5 O2 ----> NO3 - (니트로박터) (2)
탈질화:
NO3
- + 유기 탄소- ----> N2 + CO2 + OH-(통성 유기체) (3)
연구에 따르면, 단계 (1)이 질화의 율속 단계이고, 니트로박터는 전자 수용체인 NO2
-를 NO3
-로 매우 신속하게 전환시키는 것으로 나타났다. 한편, 탈질화는 유기 탄소원의 유용성에 의존한다.
질소 제거 방법이 먼저 질산염으로의 암모니아의 산화가 일어나는 호기 단계(질화), 및 이어서 통성 유기체가 질산염 및 아질산염을 방출가능한 유리 질소로 전환시키는 무산소 단계(탈질화)를 필요로 한다는 것은 자명하다. 최초의 가장 기초적인 생물학적인 폐수 처리는 일정한 폭기(aeration)를 이용하였다. 이들에는 두가지 처리 방법이 있는데, 하나는 충전시키고 반응시켜서 빨아내는 방법이고 나머지 하나는 반응을 통해 통상적으로 흐르게 한 후 침전시키는 방법이다.
충전시키고 반응시켜서 빨아내는 보다 최근의 방법에 있어서, 폐수는 활성 슬러지를 함유하는 단일 탱크로 도입된다. 혐기/무산소와 호기 단계를 번갈아 수행하여 탄소질 유기 산화, 질화 및 탈질화를 달성한다. 침전시킨 후, 정화된 물은 배출된다. 다중 셀 시스템에서, 일차적으로 정화된 물은 활성 슬러지와 혼합되어 혼합액을 형성한 후, 연속적인 흐름 공정으로 다수의 호기/무산소 셀을 통해 통과하고, 최종적으로 이차 정화기로 유입된다. 침전되는 슬러지의 일부는 반송되어 폐수와 혼합되고, 이에 의해 혼합액(mixed liquor)이 형성된다. 폭기 단계는 상기에서 개략적으로 설명된 두 개의 호기 공정하에서 바이오매스(biomass)를 생성하는 것을 돕고, 또한 암모니아를 질화시키는 것을 돕는다. 그런 다음, 무산소 셀 및 이차 정화기에서 무산소 조건 성립시, 탈질화가 어느 정도까지 일어난다. 후자의 경우, 탈질화는 내호흡에만 의존한다.
현대의 시스템은 또한 VFA를 포스페이트로 교환함과 동시에 인 종류를 제거하고자 한다. 포스페이트의 제거는 두 단계로 일어나며 일군의 인 부화 미생물(Bio-P), 주로 아시네토박터 종(Acinetobacter spp.) 및 일부 에어로모나스(Aeromonas)에 의해 매개된다. 이들 유기체는 혐기 영역을 통해 통과하는 슬러지내에 존재하는 경우 폴리포스페이트 형태로 저장된 에너지를 사용하여 음식물, 주로 VFA를 흡수하며, 이를 폴리-β-히드록시부티레이트(PHB)로 저장한다. 이러한 공정에서, 폴리포스페이트가 분해되어 에너지를 방출할 때, 유기체는 포스페이트를 방출시킨다. 이러한 처리 영역은, 그렇지 않은 경우에는 미생물에 의한 VFA 흡수 및 포스페이트 방출을 억제시키는 질산염이 없도록, 무산소성이라기 보다 혐기성이어야 한다. 때때로, 비처리 폐수는 이러한 공정을 억제할 수 있는 산화 질소를 함유한다.
포스페이트를 제거하는 제 2 단계에서, 호기 영역을 통해 이동중인 슬러지내에 함유된 호기성 박테리아는 바이오매스가 증가함에 따라, PHB를 대사시키고 포스페이트를 흡수한다. 이전에 방출된 것 보다 더 많은 포스페이트가 Bio-P 유기체에 의해 흡수되므로, 그 차이는 과잉 흡수(luxury uptake)로 알려져 있다. 다수의 통상적인 방법에서는, 일차 슬러지 발효로부터의 VFA가 첨가되어 성장을 위한 탄소원을 제공하며, 아세트산 또는 메탄올과 같은 저분자량 탄소질 화합물이 첨가되어 탈질화 도중 유기 탄소원을 제공한다. 세포 성장이 흡수된 유기 탄소원을 고갈시키고 동시에 인 흡수를 하기 때문에, 유기체는 내호흡으로 스위칭되고, 전형적으로 이차적인 정화기내에 침전되는 노화된 세포의 면상침전물(flocks)이 형성된다.
폐수 처리 효율을 개선시키도록 설계된 다수의 산업 공정을 배치하는데 있어 이러한 부류의 유기체의 대사 특성이 이용되었다. 기본적인 A/O 시스템(혐기 섹션과 호기 섹션을 연속하여 조합시키는 단일 슬러지 현탁 성장 시스템)에서는, 두 개의 연속적인 탱크 또는 지(池)(basin)가 제공된다. 유입수는 유기물이 인 방출 및 VFA 흡수와 함께 VFA로 발효되는 혐기성 소화 단계를 먼저 거친 후, 별도의 탱크내에서 호기 단계를 거친다. 그런 다음, 유입수는 정화기내에서 침전에 의해 추가로 정제된다. 영양물의 관점에서, 탈질화는 제 1 탱크내에서 일어날 수 있으며, 암모니아의 추가 질화 및 질소 가스의 스트리핑이 제 2 탱크내에서 일어날 수 있다. 이러한 방법에서, 슬러지의 재순환은 두가지 이유, 즉 바이오매스가 제 1 탱크내에서 혼합액의 공급원으로서 작용하고, 재순환된 질산염이 탈질화된다는 이유 때문에 중요하다. 포스페이트는 제 1 탱크내의 혐기적 조건하에서 방출되며 제 2 탱크내의 호기적 조건하에서 흡수된다. 기본적인 A/O형 방법은, 예를 들어 미국 특허 제 4,162,153호(스펙터(Spector)) 및 제 4,522,722호(니콜라스(Nicholas))에 기술되어 있다.
혐기와 호기 공정이 커플링되어 있을지라도, 이러한 시스템은 대용량의 유체 및 장기간 체류 타입에 있어서는 비교적 비효율적이다. 무기물, 영양물, 및 유기물은 용해된 물질 모두가 적합하게 분포되는 것은 아니기 때문에 정화기내로 누출된다. 비효율성에 대한 또다른 원인은 산화 질소 및 새로운 유입물을 함유하는 재순환 슬러지에 의한 혐기성 탱크내 비처리 물질의 일정한 희석이다.
기본적인 A/O형 방법의 많은 변형예들이 있으며, 이들은 일반적으로 선형(linear) 카테고리 대 연속적(sequencing)(비선형적) 카테고리로 분류할 수 있다. A/O 선형 배치의 변형예에는 별도의 혐기, 무산소, 및 호기 영역을 포함하고, 하나는 최종의 정화기로부터 혐기 영역까지, 다른 하나는 호기 유출구로부터 무산소 영역까지인 2개의 재순환 루프를 갖는 A2O 방법을 포함한다. A2O 시스템은 혐기 영역과 호기 영역을 수개의 셀로 분할하며, 이는 바르덴포(Bardenpho) 방법과 매우 유사하다. 이러한 시스템의 장점은 이러한 시스템이 고수준의 질산염을 함유하는 물질을 재순환시킴으로써 혐기 영역을 손상시키지 않는다는 것이다. 오히려 고수준의 질산염 함유물은 탈질화를 위해 무산소 조건으로 되돌아간다. 5 단계 바르덴포 방법은 혐기, 무산소 및 호기 A2O 시스템에 제 2 무산소 영역 및 호기 영역을 연속하여 포함하지만, A2O 재순환 루프를 보유한다. 이것은 시스템의 용적을 이론적으로 증가시키는 한편, 또한 영양물/BOD 감소 재순환 단계들을, 전체 유입 용량을 처리하는 별도의 무산소 호기 사이클과 조합시키는 장점을 갖는다.
그 밖의 선형으로 배치된 처리 시스템으로서, 침전후 및 혼합하여 혼합액을 형성하기 전에 제 2 유산소 셀(oxic cell)이 제공되는 시스템이 미국 특허 제 4,271,185호(첸(chen))에, 바닥에 배치된 틈에 의해 연결된 다수의 선형 처리 셀을 함유하는 시스템이 미국 특허 제 4,488,967호에, 및 바닥에 배치된 틈에 의해 처리 시리즈내에서 상호연결된 혐기 셀 및 호기 셀의 시리즈를 갖지만, 혐기 셀의 시리즈가 상부에 배치된 틈(이를 통해 정화기와 연통함)에 의해 호기 시리즈에 연결되는 시스템이 미국 특허 제 4,650,585호(홍(Hong))에 기술되어 있다. 흥미로운 변형예는 미국 특허 제 5,160,043(코스(Kos))에 기술되어 있으며, 여기서는 질산염 수준을 고갈시키기 위해 배기 탱크에 보유된 후 유산소 탱크로부터 재순환된 슬러지가 혐기 탱크로 반송된다. 또 다른 보다 복잡한 선형 시스템은, 미국 특허 제 5,213,681호(코스(Kos))에, 배기 탱크를 함유하는 혐기/호기 처리 루프 시리즈가 정화 후 유입 라인으로의 최종 재순환과 연결되는 것으로 기술되어 있다.
교호적인(alternating) 또는 연속(sequencing) 반응기 시스템에서는, 혼합액 또는 처리 슬러지가 다양한 시간에 하나 이상의 탱크 목적지로 보내질 수 있다. 이와 같이, 제시된 탱크는 하나의 단계에서 하나의 처리 공정 및 다른 단계에서 또 다른 처리 공정을 수행할 수 있다. 각각의 탱크 또는 처리 셀이 단일 처리 단계 전용이 아니기 때문에, 일반적으로 장비가 보다 효율적으로 사용된다. 이것은 처리 프로토콜을 설계하는데 있어서, 특히 유입물의 용량에 반응하여 상이한 단계 동안 처리 시간을 변화시키는데 있어 상당한 유연성을 제공한다.
유입물이 밸브가 장착된 도관에 의해 상호 연결된 두 개의 도수로(raceway) 중의 하나로 보내지는 초기의 연속 시스템(sequencing system)은 미국 특허 제 3,977,965호 (톨란더(Tholander))에 기술되어 있다. 하나의 도수로에 유입되는 물은 요망에 따라 호기 또는 혐기적 조건하에서 처리되고, 다양하게 처리될 수 있는 제 2 도수로를 통과한 후, 대용량 정화기로 배출될 수 있다. 제 2 사이클에 있어서, 유입물은 제 2 도수로로 보내지고, 제 1 도수로를 통과한 후, 동일한 정화기로 배출된다. 유입물 및 혼합액이 혐기성 탱크내에서 먼저 조절되는 경우 이들 시스템은 DE-디취(Ditch) 방법으로도 알려져 있다. 또 다른 변형예에서, 정화기는 침전 컨테이너로서 하나의 디취 또는 나머지 디취를 교대로 사용함으로써 제거될 수 있으며, 정화된 물은 조정가능한 둑(weir) 위로 배출된다. 이러한 방법의 장점은 폭기되지 않은 디취내에 무산소 영역을 생성시키면서, 분해가능한 탄소를 함유하는 유입 폐수를 첨가함으로써 탈질화를 위한 탄소원을 제공하는 것이다.
마지막으로, 연속 흐름 작업을 위해 선형으로 상호연결된 세 개 시리즈의 셀을 갖는 교호적인 시스템은 미국 특허 제 5,228,996호(랜스델(Lansdell))에 기술되어 있으며, 상기 세 개의 셀 시리즈 중 두 개의 셀 시리즈가 임의의 주어진 시간에 호기적으로 작동되고 나머지 하나의 셀 시리즈가 무산소적으로 작동된다. 각각의 처리 사이클에서, 상이한 세트의 두 시리즈는 호기성이고, 나머지 세트는 침전용으로 정지되어 있다. 시스템은 별도의 정화기 없이 작동하며, 슬러지 반송(sludge return)은 갖추고 있지 않다. 이것은 활성 슬러지가 각각의 셀 시리즈내에서 조건을 변화시킴으로써 무산소 또는 호기적 조건으로 교대로 처리되기 때문에 가능하다. 이와 같이, 교호적인 조건은 이전의 처리 단계의 반대조건으로의 반송 사이클의 생물학적인 등가물이다.
톨란더의 변형예로서, 교호적인 두 개 탱크의 무산소/호기 처리 전략을 제 2 호기적 처리 셀, 이어서 정화기와 조합시키는 방법은 미국 특허 제 5,137,636호 (번자드(Bundgaard))에 기술되어 있다. 정화된 슬러지는 유입 매니폴드로 반송된다. 포스페이트 제거는 표면상의 혐기 영역을 함유하지 않는 이러한 시스템에서 놀라울 정도로 효과적이다.
도 1은 분리기를 도시하는 횡단면도이다.
도 2는 전형적인 4개 탱크의 연속 회분식 반응기내의 셀의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 장치내의 폭기 셀의 위치를 도시하는 횡단면도이다.
도 4a-c는 혼합액 셀과 호기 셀 사이에 삽입된 혐기 셀을 갖는 장치의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 5a-c는 제 2 폭기 단계가 포함되어 있는 연속 회분식 반응기 장치의 또 다른 구체예를 도시하는 도면이다. 도 4 및 도 5에서, 프레임 "a"는 장치의 공간적 배치를 도시하고, 프레임 "b"는 공정 단계를 도시하며, 각각의 단계가 전용 셀을 갖는 경우 플로우 쓰루 다이아그램을 나타내고, 프레임 "c"는 분리기와 관련된 셀 배치를 도시한다.
발명의 요약
현대의 폐수 처리 시스템의 목적은 영양물 및 BOD를 동시에 제거하는 능력 및 효율성에 있다. 효율성 인자는 탱크 및 그 밖의 저장소의 배열 및 크기, 공정 단계의 수 및 타이밍, 공정 조정의 유연성, 및 고형물 형성의 조절 및 시스템의 분배를 포함한다. 본 발명은 이들 효율성 인자에 바람직하게 영향을 주는 공정 전략 및 장치를 포함한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 장치내로의 폐수의 흐름 및 장치로부터의 처리된 유출물의 흐름을 방해하지 않으면서 회분식 장치(batch system)의 균일성 및 공정 제어를 제공하는 데에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 이전의 슬러지 재순환 루프에서 발생하는 부분적으로 질화된 물로 인한 혼합액의 희석을 방지하는 데에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 장치 전체에 유기 탄소의 분포를 달성하는 데에 있다. 마지막으로, 본 발명의 목적은 별도의 정화기 없이 유출물 배출 전에 최종 단계의 침전 단계에서 투명한 상청액을 신속하게 생성시키는 데에 있다. 이하의 내용을 통해 자명하게 되겠지만, 이러한 모든 목적을 만족시키면 전체 공정의 효율이 상당히 개선된다.
본 발명은 먼저 폐수를 상 분리에 의해 수득된 농축된 재순환 슬러지 상과 혐기적으로 혼합시키고, 이차적으로 혼합액을 본질적으로 무산소 조건하에서 액상 및 고형물 활성 슬러지 상 둘 모두를 갖는 질화된 현탁액과 혼합시켜서 용액을 탈질화시키고 질산염을 유리 질소 가스로 전환시키고 유기 화합물을 대사시키며, 삼차적으로 재순환을 위해 상 분리시에 질화된 현탁액으로부터 활성 슬러지 상을 분리시키는 공정을 구체화한다.
혼합된 질화 슬러지 현탁액의 분리기내로의 유출은 고형물 분획의 일부를 재순환용의 농축된 슬러지 상내로 침전시키면서 액상 및 고상의 부분적인 분리를 허용한다. 농축된 고상 슬러지가 혼합액에 직접 혼합되기 때문에, 폐수중에 함유된 VFA는 최소로 희석되어, 다른 공정에서 일어나는 것과 같이, 유기 탄소원 및 에너지원으로서 초기에 소모될 것이다. 슬러지 재순환의 희석율(dilution factor)은 전형적으로 1Q 미만, 바람직하게는 0.5Q 미만이며, 심지어 유체정력학적 헤드(hydrostatic head)의 적합한 조정에 의해 음의 값이 될 수 있다. 실질적으로 질화된 현탁액과 혼합액의 혼합은 별도의 셀에서 수행되며, 산화 질소를 실질적으로 탈질화시키는데 충분한 시간 동안 지속된다. 대안적으로, 혼합액은 폐수의 질소 함량에 따라서 한 단계 이상의 탈질화 또는 질화 단계로 처리될 수 있다.
탈질화는 내호흡으로 인해 일어난다. 분리기의 챔버에서, 탈질화의 속도는 고형물의 농도가 증가함에 따라 증가함으로써 혐기 셀로 반송되는 슬러지중의 산화 질소의 수준은 매우 낮아진다.
상 분리기는 농축 활성 슬러지(1200mg/L 고형물 이상)를 혐기 셀로 반송시켜 다음과 같은 결과를 초래한다:
1. 임의의 잔류하는 산화 질소 종(질산염 및 아질산염)의 제거 및 또한 아마도 반송 슬러지 용적의 총량을 감소시킴으로써 탈질화 셀로부터의 재순환 슬러지중의 일부 용존 산소의 제거.
2. 반송된 농축 활성 슬러지는 상 분리기의 바닥에서 비교적 고농도로 농축된 슬러지 블랭킷(sludeg blanket)을 통과하므로, 슬러지 블랭킷의 농축 활성 슬러지(보다 많은 개체수의 살아있는 유기체를 가짐)의 높은 내호흡은 잔류 용존 산소 및 산화 질소를 소모할 것이다. 따라서, 산소 함유 종은 혐기 셀로의 반송 슬러지의 한정된 용적에 거의 잔류하지 않을 것이다.
3. 전체 반송 슬러지의 감소는 이용할 수 있는 비처리 폐수 유기 탄소, 특히 VFA로부터의 세척 및 희석을 제거하여, VFA 및 그 밖의 유기 탄소의 농도를 증가시킨다. 이로 인해 인 방출량, VFA 흡수율, 및 Bio-P 유기체의 PHB 저장율이 증대된다.
4. 전체 반송 슬러지 용적의 감소는 혐기 셀에서 실제 폐수 및 혼합액 체류 시간을 증가시킨다. 보다 긴 체류 시간으로 인해 보다 많은 비-VFA, 느린 생분해성 유기 탄소 종 또는 VFA로 전환되는 화합물이 생성되고, 혐기 셀에서 VFA의 이용율이 증가되며, Bio-P 유기체가 인을 방출하고 VFA를 흡수하고 VFA를 PHB로 전환시킬 기회가 더 많아진다.
5. 희석율의 감소는 혐기 셀내의 유기체의 활성 슬러지 개체군을 촉진함으로써 인 방출량, VFA 흡수율 및 PHB 전환율을 증대시킨다.
수처리 장치에서, 장치로 유입되는 유입수의 용적은 수량(quantity)의 의미로 보통 "Q"로서 언급된다. 연속 흐름 장치에서, 장치로의 유입량이 1Q인 경우에, 장치로부터의 유출량도 1Q이어야 한다. 처리 장치에는, 흐름이 부분적으로 전환되거나 흐름이 모이는 다수의 지점이 존재할 것이다. 이와 같이, 상기 지점에서의 유량은 Q의 분수 또는 배수일 수 있다. 전형적인 통상적 재순환 루프에서, 루프의 유량 Q는 1 또는 그 배수이다. 1인 경우, 전체 처리량 Q는 2가 되며, 상기 공정 단계에서의 액체의 체류 시간은 절반이다.
본 발명의 분리기 및 분리 단계에서는, 재순환 슬러지의 흐름이 전환되어 중요한 고형물 성분이 1Q 미만이 되고, 또 다른(호기) 단계로 통과되는 상청액이 Q 보다 커진다. 이와 같이, 본 발명에서, 호기적 조건하에서 폐수와 혼합되어 혼합액을 형성하는 재순환 슬러지는 1Q와 동일한 양의 고형물을 함유하지만, 1Q 미만의 용적에 함유되므로, 수력학적인 체류 시간을 연장시키고 VFA의 희석율을 감소시켜서 혐기 단계로 재순환시키는 것을 공정 효율적으로 만든다. 일반적으로, Q 미만의 용적에 함유된 흐름의 1Q과 등량인 어떠한 재순환 슬러지도 효과가 있지만, 0.5Q 또는 0.25Q 미만의 재순환 용적이 본 발명을 실시함에 있어 바람직하다. Q가 혐기 셀의 작동중인 유체정력학 헤드의 적합한 조정에 의해 음의 값을 실제로 달성할 수 있다는 사실에 주의해야 한다. 이와 같이, 음의 흐름은 순수(net) 반송 고형물이 여전히 존재하는 경우에도 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일면에서, 무기 포스페이트 형태의 인은 혐기적 조건하에서 Bio-P 유기체, 주로 아시네토박터(Acinetobacter)에 의해 용액으로 방출된다. 그런 다음, 무산소 조건하에서 혼합액을 추가로 처리하게 되면 탈질화가 일어난다. 질소 및 인 둘 모두의 생물학적인 제거 공정은 고상 활성 슬러지 성분 및 액상 성분을 함유하는 반송 슬러지를 혐기적 조건하에서 혼합액과 혼합하여 블렌드를 형성시키는 것을 포함한다.
제 2 단계에서, 혼합액은 무산소 조건하에서 탈질화된다. 그런 다음, 탈질화된 무기 포스페이트 부화 액체를 새로운 혼합액의 존재하에서 폭기시켜 과잉 포스페이트 흡수에 의해 포스페이트를 제거한다. 많은 Bio-P BNR 장치에서는, 생분해가 용이한 유기 화합물을 첨가하여 바이오매스의 증가에 부수적인 연료 포스페이트 흡수를 위한 에너지원 및 유기 탄소원을 제공하고 무산소 영역에서의 탈질화를 증대시킨다. 본 발명자들은 탈질화에 가외의 유기 탄소 및 에너지가 요구되는 공정중의 임의의 지점으로 유기 탄소를 함유하는 혼합액을 수송하면 고가의 외인성 탄소/에너지원 및 가외의 재순환 루프에 대한 필요성이 회피됨을 발견하였다.
폭기 후에, 바이오매스는 슬러지가 침전되도록 한 정지 용기내에서 슬러지 블랭킷 또는 필터를 통해 통과한다. 슬러지 블랭킷을 통해 슬러지 블렌드를 여과시키는 것은 상당한 포스페이트 방출 없이 추가의 탈질화를 허용한다. 그런 다음, 블렌드의 액체 성분은 장치로부터 배출구로 경사분리될 수 있다.
본 발명자들은 앞서의 본 발명의 단계를 구현하는 매우 효과적인 처리 장치가, 둘 이상의 연속(sequencing) 셀 간의 공정의 사이클링이 잔류 바이오매스를 연속적인 교호식 호기 및 무산소 처리에 반복하여 노출시키는 다단계(multiphase) 공정을 포함하는 것을 발견하였다. 수가지의 이들 단계에서 변형된 회분식 처리(modified batch treatment)의 사용은 처리 단계에서의 균일성 및 미생물의 개체군 및 현탁된 고형물의 균일한 분포를 보장한다. 이중 사이클에서 교호적 연속 용기로부터 연속적인 정화된 유출물 흐름과 함께 분리기 블렌딩 용기(separator blending vessel)내로 연속적인 유입물 흐름을 유지하면서 유기물 및 영양물을 제거하기 위한 변형된 연속 회분식 반응기(modified sequencing batch reactor)는 연속적인 유입 폐수가 제 1 단계에서 무산소 조건하에서 농축 슬러지와 혼합되어 혼합액이 형성되는 제 1 사이클을 포함한다. 이러한 혼합액의 일부는 고형의 슬러지 성분 및 액체 성분을 함유하는 질화된 현탁액과 혼합되어 블렌드가 형성되는 제 1 연속 용기로 통과된다. 이것은 이 단계가 혼합액중에 함유된 유기 탄소원을 고비율로 내호흡을 하는 미생물의 개체군과 조합시켜서 탈질화를 위한 커다란 에너지 저장소를 제공하기 때문에 중요하다.
혼합액의 또 다른 일부는 연속적인 혼합 및 폭기의 조건하에서 폭기 용기로 동시에 수송된다. 앞서의 내용은 5개 챔버 장치내에서 폐수 처리를 수행할 때 필수적인 공정 단계를 설명하고 있다.
연속 회분식 반응기 장치는 상이한 공정 단계에 대하여 동일한 셀이 활용되는 장점 및 회분 균일성(batch uniformity)을 위해 공정 단계가 일시적으로 분리되는 장점을 갖는다. 그러나, 전체 공정은 플로우 쓰루 장치(flow through system)로 반복될 수 있으며, 여기에서 각각의 단계는 전용 셀에 할당된다. 이러한 장치는 본 명세서에 기재된 본 발명의 모든 측면을 구현하며, 본 발명의 또 다른 구체예를 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 공정은 특정의 처리 목적을 수행하는데 필요한 사이클에 따라서 변화될 수 있다. 기본적인 탈질화 공정에서, 혼합액은 유입 폐수로부터 혐기적 조건하에서 형성되며, 탈질화된 슬러지는 분리기로부터 수득된다. 혼합액은 질화된 슬러지와 조합되어 블렌드를 형성하는데, 상기 블렌드는 무산소 조건하에서 혼합되어 상당히, 그러나 불완전하게 탈질화된다. 분리기에서는 침전에 의해 상청액과 농축 슬러지 부분으로 분리될 수 있는 부유 고형물을 갖는 블렌드가 분리되고, 침전물이 미처리 폐수와 조합됨으로써 재순환되어 새로운 혐기적 탈질화가 개시된다. 슬러지가 침전에 의해 약간 치밀화되기 때문에, 분리기에서 추가의 탈질화가 일어나서 혐기 셀내의 산화 질소 수준이 매우 낮아진다.
혼합액이 혐기적 조건하에서 형성될 때, Bio-P 미생물은 포스페이트를 방출시키고 휘발성 지방산을 흡수한다. 탈질화의 무산소 조건하에서, 이러한 포스페이트 방출이 중단된 후, 후속 호기 단계에서 인의 과잉 흡수 및 VFA의 추가 대사가 일어난다. 개방된 연속 셀의 바닥에 있는 슬러지 블랭킷을 통해, 또는 처리된 물이 셀의 바닥에서 유입되는 최종 정화기를 통해 여과된 후, 정화된 물이 배출된다. 공정의 추가 변형예로는 무산소 조건하에서 블렌딩된 혼합액과 질화된 폐수를 2회째에 혼합시키거나, 폐수의 함량에 따라서 2회째에 폭기시키는 것이 있다. 그러나, 각각의 경우에, 탈질화된 활성 슬러지 침전물이 혐기적 조건하에서 혼합액으로 재순환된다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
본 발명의 하나의 일면에서, 아시네토박터 종 및 관련 유기체에 의한 무기 포스페이트의 방출 및 VFA의 흡수/이용은, 엄격한 혐기적 조건, 높은 VFA 농도를 유지시키고 다수 개체의 유기체 및 혼합액 부유 고형물을 갖는 농축 활성 슬러지를 제공함으로써 용이해진다. 농축 슬러지 부유 고형물 수준은 전형적으로 2000mg/L 보다 크고, 적어도 1200mg/L 내지 2500mg/L의 범위가 바람직하다. 대부분의 통상적인 슬러지 재순환 장치에서, 농축 슬러지는 파이프를 통해 펌핑시킴으로써 상이한 공정 셀로 간단하게 방향전환된다. 유기물은 목적지 셀내에 함유된 부유물을 희석시킨다. 본 발명에서, 상 분리기는 탈질화된 슬러지를 중력에 의해 고농도로 침전시키고 이어서 펌핑에 의한 수송 없이 혐기적 조건하에서 유입 폐수와 직접적으로 조합시켜 혼합액을 희석시킨다.
세로 횡단면도인 도 1을 보면, 분리기는 일반적으로 수직 분할 벽(13)에 의해 분리된 혐기적 반응 저장소(1)와 분리 챔버(4)를 포함한다. 분리 챔버(4)는 두 개의 측벽(도시되지 않음), 및 혐기적 반응 저장소(1)의 바닥 벽(12)을 가로지르는 경사진 보유 벽(11)에 의해 경계를 이룬다. 수직 분할 벽(13)은 어느 정도까지만 분리기의 바닥에 연장되어, 슬러지 침전물이 혐기적 저장소(1)로 통과되는(화살표로 도시) 통로(communicating aperture)(15)를 제공한다. 도 1은 폐수가 혐기적 반응 셀내로 유입되는 유입구(6), 혼합 수단(9a), 및 혼합액 제거용 임의의 도관(23)도 도시하고 있다.
탈질화 전후에 무산소 조건하에서 처리되는 물은 분리 챔버(4)의 상부에서 유입된다. 상청액은 배출구 또는 둑(10)에서 배출되고, 침전물 슬러지는 분리 챔버(4)의 바닥으로 침전된다. 슬러지의 추가 농축은 경사진 벽에 의해 달성되고, 중력을 통해 침전물이 점차적으로 보다 작은 용적으로 된다. 침전된 슬러지는 혐기적 반응 저장소(1)내에서 혼합 작용에 의해 재부유된다. 따라서, 반송 슬러지를 희석시키는 높은 재순환 속도가 회피된다. 두 개의 챔버 분리기는 통상적인 재순환에 대하여 수가지 장점을 갖는다.
본 분리기에서, 재순환 슬러지는 혼합액을 최소로만 희석시킨다. 이것은 슬러지가 혐기적 반응 셀에서 VFA를 흡수하고 무기 포스페이트를 방출시키는 Bio-P 미생물을 함유하기 때문에 중요하다. VFA는 미생물에 대한 유기 탄소원 및 에너지원이며, 이러한 공정은 높은 VFA 농도에서 훨씬 더 효과적이다. 혼합액의 희석을 감소시킴으로써, 혼합액은 후속적인 탈질화 동안 유기 탄소 및 에너지원으로서 작용하여 외부 공급원에 대한 요건을 피한다. 이것은 통상적인 장치에서와 같이 일차적인 슬러지 발효기로 반송시킬 필요성, 일차적인 슬러지 발효 뿐만 아니라 슬러지 농축 단계를 포함하는 가외의 과정을 미연에 방지한다. 두 번째 장점은 분리기의 바닥에서 고농도의 미생물의 내호흡을 통한 탈질화로 인해 침전물중의 산화 질소의 농도가 매우 낮아서 혐기 셀내로 유입되는 산화 질소의 총량이 적어져 슬러지 재순환이 혐기적 반응기 저장소의 혐기적 조건을 방해하지 않는다는 것이다. 세 번째 장점은 혼합액의 저희석율 때문에 혐기적 반응기 셀을 통해 이동하는 부유물의 전체 용적이 임의의 주어진 유속에 비하여 작아서 수력학적인 체류 시간(HRT)이 증가된다는 것이다. 이것은 유입수중의 유기물이 통상적인 공정 보다 우수하게 VFA로 전환되고, Bio-P 박테리아에 보다 많은 PHB가 저장됨을 의미한다. VFA의 보다 큰 전환율 및 보다 큰 인 방출량은 증가된 HRT로부터 달성된다.
앞서의 내용을 통해 볼때, 기술된 바와 같은 분리기는 효율적으로 에너지의 소모 없이 종래 기술에서 유입수와 혼합액의 실질적인 희석을 피한다는 의도된 작용을 수행하며, 분리 자체는, 저장소에서의 혼합 작용을 통한 농축 슬러지의 블렌딩과 함께, 중력에 의해 일어나는 것이 분명하다. 본원에 기술된 분리 장치는 주어진 용적의 액체중에 함유된 고형물을 거꾸로 혐기 셀에 수송하는데 필요한 어떠한 펌핑 또는 그 밖의 어떠한 수송 수단도 없기 때문에 구성상 매우 효율적이다. 그러나, 실제로, 본 발명의 다른 구체예에서, 중력 정화기 유닛은 슬러지 반송과 혐기 셀 사이에 위치되어 많은 동일한 작용을 달성할 수 있으나, 효율은 동일하지 않다. 따라서, 슬러지 침전물을 재순환 루프에서의 흐름의 1Q 미만의 희석율, 바람직하게는 0.5Q 미만의 희석율로 혼합액의 용기에 수송하기 위한 당분야에 공지된 임의의 수단에 의해 분리가 수행될 수 있는 것으로 생각된다.
분리기/혐기적 반응 셀의 연통하는 2개 셀 구성은 수가지 방식으로 형성될 수 있다. 각각의 셀 또는 챔버의 기하학 및 용적은 주로 폐수의 예상 유속 및 함량에 의해 정해진다. 기본적인 요건은 (1) 혐기적 반응기 저장소가 분리 챔버의 하부에 침전되는 조밀하게 침전된 슬러지를 재부유시키기에 충분하도록 연속적으로 교반되는 혼합 챔버이고, (2) 분리 챔버, 즉 분리기 챔버의 벽이 일반적으로 하향으로 경사져서 슬러지 침전이 치밀해지며, (3) 분리기 챔버의 기저, 및 분리기 챔버에 근접한 혼합 챔버의 하부에 통로가 있어서 슬러지를 혐기적 저장소의 기저로 수용시킨다. 하향으로 경사진 벽은 3면 또는 평탄한 원통형일 수 있다. 통로의 크기는 재순환되는 슬러지의 양을 수용하도록 조정될 수 있다.
본 발명의 모든 공정 변형예에서, 혼합액은 고도로 질화된 폐수와 조합되고, 무산소 조건하에서 처리되어 탈질화가 이루어진다. 도 2에 도시된 바와 같은 제 1 구체예에서, 혼합액은 슬러지 재순환에 의해 분리전에 질화된 부유물과 조합된다. 도 4a에 도시된 바와 같은 제 2 구체예에서, 탈질화는 상 분리 및 슬러지 재순환 후에 일어난다. 제 1 구체예는 분리기 셀(4)에 함유된 실질적으로 모든 부유물을 무산소 조건하에 유지시켜서 임의의 산화 질소가 잔류하여 혐기적 반응기 저장소에서 포스페이트 방출을 방해할 가능성을 감소시키는 장점을 갖는다. 이하의 설명으로부터 자명해질 것이지만, 제 2 구체예의 장점은 공정 사이클이 동시적인 인 제거 및 탈질화를 허용함으로써 단순화된다는 점이다.
탈질화 단계가 수행된 후, 산소가 폭기 수단에 의해 제공되고 부유물이 격렬하게 혼합되는 호기적 처리 단계가 수행된다. 폭기 장치는 임의의 통상적 디자인일 수 있지만; 과량의 에너지가 소모되지 않도록 공인된 공학 원리에 따른 장치의 치수화(sizing)가 강력하게 추천된다. 유기 질소 및 암모니아 질소는 질화에 의해 질산염으로 전환된다. 유기 포스페이트의 과잉 흡수는 폭기 동안 Bio-P 유기체내에 저장된 PHB의 호기적 대사와 동시에 일어난다. 산소의 효율적인 이용은 비용 절감의 측면에서 중요하다. 예를 들어, 혐기적 조건의 재구축이 에너지적으로 비용이 많이 들고, 영양물 제거 전략에 불리하기 때문에, 폭기된 폐수는 무산소 영역으로 재순환되지 않아야 한다. 일정 기간의 침전 후에, 정화된 물이 장치로부터 배출될 수 있다. 본 발명자들은 유입 폐수의 유기 탄소를 함유하는 혼합액이 도 5a-c에 도시된 바와 같이 질화에 있어서 우수한 유기 탄소원 및 에너지원임을 발견하였다. 혼합액의 일부를 하나 이상의 무산소 셀로 전환시키게 되면 외부적인 유기 탄소원에 대한 필요성이 제거된다. 이러한 목적을 위한 혼합액의 유용성은 혼합액 재순환에 의한 최소 희석에 의해 증대된다.
도 2는 본 발명의 원리를 구현하는 폐수 처리 장치의 하나의 구체예를 도시하는 다이아그램이다. 이러한 장치는 다수의 별개의 처리 셀, 또는 구획으로 격리된 지(basin)를 갖는다. 이들 처리 셀은 유입 혐기적 반응 저장소(1), 제 1 연속 처리 셀(2), 제 2 연속 처리 셀(3), 분리 챔버(4) 및 폭기 셀(5)이다. 생물학적인 처리 공정은 2개의 연속적인 사이클을 포함하며, 각각은 본질적으로 5개의 연속적인 단계로 구성되어 총 10개의 단계를 제공한다. 처리 장치 및 공정은 유출수의 연속적인 배출과 동시에 연속적으로 유입되는 비처리 폐수를 수용한다.
처리 공정에서의 사이클 No. 1의 단계 No. 1에서, 유입되는 비처리 폐수는 유입 수단(6)을 통해 유입 혐기적 반응 셀(1)내로 연속적으로 통과된다. 그 안에서, 유입물은 근접한 분리 챔버(4)로부터의 활성 슬러지와 혼합 수단(9a)에 의해 연속적으로 혼합되어 실질적으로 혐기적 조건하에서 혼합액을 생성한다. 유입 혐기적 반응 셀(1)의 내용물을 혼합하는데 사용된 혼합 수단(9a), 및 두 개의 연속 처리 셀(2 및 3) 및 폭기 셀(5)의 혼합 수단(9b-e)이 도면에 기호로 도시되어 있지만, 혼합 수단(9a-e)은 당분야에 공지된 임의의 통상적인 수단 중의 어느 하나 또는 조합으로 구성될 수 있다.
분리 챔버(4)내의 침전된 슬러지는 하향으로 경사진 벽(11)을 따라 유입 혐기적 반응 셀(1)의 하부로 하향 통과된다. 슬러지는 유입 혐기적 반응 저장소(1)의 하부로 경사진 벽(11)을 따라서 하향 통과되고 혼합되어 혼합액을 형성하지만, 실질적으로 투명한 상청액이 조절가능한 수송 수단(16)을 통해 분리 챔버(4)의 상부로부터 폭기 셀(5)로 통과해 나온다. 침전된 활성 슬러지를 유입 혐기적 반응 셀(1)내로 통과시킴으로써 그리고 상청액을 폭기 셀(5)내로 통과시킴으로써, 분리 챔버(4)는 내부 전용 상 분리기로서 역할을 한다. 폭기 셀(5)의 내용물은 연속적으로 혼합되고 10개 단계 이중 사이클 처리 공정 전체에 걸쳐 폭기된다.
혼합 수단(9a-e)과 유사하게, 폭기 셀(5) 및 두 개의 연속 처리 셀(2 및 3)의 내용물을 폭기시키는데 사용된 폭기 수단(18a-d)이 도면에 기호로 도시되어 있지만; 폭기 수단(18a-d)은 당분야에 공지된 통상적인 수단 중의 하나 또는 조합으로 구성될 수 있다. 동시에, 혼합액은 조절가능한 재순환 수단(19)을 통해 유입 혐기적 반응 셀(1)로부터 제 1 연속 처리 셀(2)로 재순환된다. 이전 사이클로부터 고도로 질화된 활성 슬러지 부유물 및 혐기 셀(1)로부터 유입되는 혼합액으로 구성되는 제 1 연속 처리 셀(2)의 내용물은 폭기 없이 혼합된다. 이러한 조건하에서 탈질화가 일어나 질소 가스가 방출된다.
셀(2) 내용물의 일부는 제 1 연속 처리 셀(2)과 분리 챔버 셀(4) 사이에 위치된 조절가능한 수송 수단(21)을 통해 분리 챔버(4)내로 통과된다. 또한, 혼합액은 조절가능한 수송 수단(23)을 통해 유입 혐기적 반응 셀(1)로부터 폭기 셀(5)로 직접 통과된다. 이것은 모든 10개 처리 단계 동안 일어난다. VFA 함량이 높은 혼합액의 흡수는 폭기 동안 대사될 수 있다. 혼합액 수송이 두 처리 사이클의 모든 단계 동안 일어나면, 혼합액 수송은 유입 혐기적 반응 셀(1)로부터 연속 처리 셀(2, 3)의 어느 하나로 재순환된 혼합액의 유속 이하의 유속에서 일어나야 한다. 폭기 셀(5)로부터의 폭기된 혼합액은 폭기 셀(5)과 제 2 연속 처리 셀(3) 사이에 위치한 조절가능한 수송 수단(24)을 통해 제 2 연속 처리 셀(3)로 통과된다. 제 2 연속 처리 셀(3)은 처리 사이클 No. 1의 모든 5개 단계에서 침전 영역으로서 역할을 하며, 실질적으로 투명한 액이 제 2 연속 처리 셀(3)의 단부에 위치한 유출 수단(26)을 통해 처리 장치로부터 통과해 나온다.
사이클 No. 1의 단계 No. 2는 다음의 두 가지를 제외하고는 단계 No. 1과 본질적으로 동일하다: (1) 재순환 수단(19)을 통한 유입 혐기적 반응 셀(1)로부터 제 1 연속 처리 셀(2)로의 혼합액의 재순환 흐름이 중단되고, (2) 폭기된 혼합액이 무산소 혼합을 위한 조절가능한 재순환 수단(19)을 통해 폭기 셀(5)로부터 제 1 연속 처리 셀(2)로 통과된다. 사이클 No. 1의 단계 No. 1에서와 같이, 비처리 폐수는 유입 혐기적 반응 셀(1)내로 연속적으로 통과되고, 여기서 실질적으로 혐기적 조건하에서 혼합 수단(9a)에 의해 분리 챔버(4)로부터의 활성 슬러지와 혼합되어 혼합액을 형성한다. 분리 챔버(4)와 폭기 셀(5) 사이에 위치한 수송 수단(16)을 통해 분리 챔버(4)로부터 폭기 셀(5)로의 상청액의 흐름은 지속된다. 혼합액은 두 개의 셀(1, 5)을 연결하는 조절가능한 수송 수단(23)을 통해 유입 혐기적 반응 셀(1)로부터 폭기 셀(5)로 직접 통과될 수 있다. 폭기 셀(5)로부터 폭기된 혼합액은 폭기 셀(5)과 제 2 연속 처리 셀(3) 사이에 위치한 조절가능한 수송 수단(24)을 통해 제 2 연속 처리 셀(3)내로 연속적으로 통과된다. 제 2 연속 처리 셀(3)은 계속해서 침전 영역으로서 작용하며, 실질적으로 투명한 액이 제 2 연속 처리 셀(3)의 단부에 위치한 유출 수단(26)을 통해 처리 장치로부터 연속적으로 통과해 나온다.
사이클 No. 1의 단계 No. 3은 다음의 세가지 방식에 있어서 이전 단계들과 상이하다: (1) 분리 챔버(4)와 제 1 연속 처리 셀(2) 사이에 위치한 조절가능한 수송 수단(21)을 통한 제 1 연속 처리 셀(2)로부터 분리 챔버(4)로의 혼합액의 흐름이 중단되고, (2) 제 1 연속 처리 셀(2)의 내용물을 폭기시키는데 사용된 폭기 수단(18a)이 단계 전체에 걸쳐서 폭기를 계속하여 혼합액을 폭기시키며, (3) 제 1 연속 처리 셀(2)로부터 폭기된 혼합액이 조절가능한 재순환 수단(19)을 통해 폭기 셀(5)로 재순환된다. 폭기된 혼합액의 흐름은 추가로 폭기되고 혼합되는 조절가능한 수송 수단(28)을 통해 제 1 연속 처리 셀(2)내로 통과된다. 폭기된 혼합액은 폭기 셀(5)과 제 2 연속 처리 셀(3) 사이에 위치한 조절가능한 수송 수단(24)을 통해 폭기 셀(5)로부터 제 2 연속 처리 셀(3)로 연속적으로 통과된다. 제 2 연속 처리 셀(3)은 계속해서 침전 영역으로서 작용하며, 실질적으로 투명한 액이 제 2 연속 처리 셀(3)의 단부에 위치한 유출 수단(26)을 통해 처리 장치로부터 연속적으로 통과해 나온다.
처리 사이클 1의 단계 No. 4는 두가지 측면에 있어서 바로 이전 단계 No. 3와 상이하다: (1) 재순환 수단(19)을 통한 제 1 연속 처리 셀(2)로부터 폭기 셀(5)로의 폭기된 혼합액의 재순환 흐름이 중단되고, (2) 폭기 셀(5)과 제 1 연속 처리 셀(2) 사이에 위치한 조절가능한 수송 수단(28)을 통한 폭기 셀(5)로부터 제 1 연속 처리 셀(2)로의 폭기된 혼합액의 흐름이 중단된다.
처리 사이클 No. 1의 단계 No. 5는 단지 하나의 측면에서 이전의 단계 No. 4와 상이하다: 제 1 연속 처리 셀(2)의 내용물을 폭기시키고 혼합시키기 위한 폭기 수단(18a) 및 혼합 수단(9b)의 사용이 중단된다. 이로 인해 사이클 No. 2의 단계 1 내지 5 전체 동안 셀(2)로부터 실질적으로 투명한 액이 통과되는 제 1 연속 처리 셀(2)내에서 고형물의 침전이 개시된다. 침전 공정에서 고형물의 농축은 유입되는 액체의 여과율을 증대시키고, 내호흡에 의한 탈질화를 완료시킨다.
처리 사이클 No. 2는 제 1 및 제 2 연속 처리 셀(2, 3)의 작용면에서 처리 사이클 No. 1의 "경상(mirror image)"이다. 각 처리 사이클이 개시될 때, 이들의 작용은 "교대(rotate)"되거나 "연속(sequence)"된다. 처리 사이클 No. 1, 단계 1 내지 5 전체에 걸쳐서, 제 2 연속 처리 셀(3)은 폭기된 혼합액이 두 개의 셀(3 및 5) 사이에 위치한 조절가능한 수송 수단을 통해 폭기 셀(5)로부터 수용되는 침전 영역으로서 작용하며, 실질적으로 투명한 액은 유출 수단(26)을 통해 장치로부터 통과해 나온다. 처리 사이클 No. 1의 단계 1 내지 4에서, 제 1 연속 처리 셀(2)은 혼합 또는 혼합+폭기가 일어나는 진정한 "처리" 셀로서 작용한다. 처리 사이클 2의 개시시에, 두 개의 연속 처리 셀(2 및 3)은 그 역할을 바꾼다. 즉, 제 2 연속 처리 셀(3)은 "처리" 셀이 되고, 제 1 연속 처리 셀은 침전 영역이 된다.
상기 5 단계 사이클 각각에서 일어나는 중요한 생물학적인 공정 파라미터를 요약하면 다음과 같다:
단계 1: 부유 고형물의 재분포; 탈질화를 증대시키기 위해 첨가된 유기 탄소를 함유하는 비처리 폐수와 함께 탈질화를 위한 무산소 혼합.
단계 2: 부유 고형물의 재분포; 유기 탄소의 소모 및 미생물의 내호흡으로 인한 연속적인 탈질화.
단계 3: 부유 고형물의 재분포; 잔류하는 유기 탄소를 제거하기 위한 폭기; 부유 고형물의 안정화, 및 형성된 질소 가스의 스트리핑.
단계 4: 셀(2 또는 3)과 폭기 셀(5) 사이에 부유 고형물의 분포 없이 지속되는 폭기.
단계 5: 다음 사이클에서의 최종의 마무리를 위한 슬러지 블랭킷을 생성시키는 응집 및 침전.
도 3은 도 1에 도시된 분리기의 세로 횡단면도로서, 도 2에 나타낸 배열에 따라서 분리기의 침전 챔버(4)에 대한 폭기 셀(5)의 관계를 추가로 도시하고 있다. 이러한 구체예에서, 침전 챔버(4)로부터의 상청액은 수단(10)을 통해 폭기 셀(5)로 직접 통과된다. 상청액 공급원은 혐기 셀로부터 부분적으로 정화되고 탈질화된 물이다. 또한, 혼합 수단(9b) 및 폭기 수단(18c)도 도시된다. 또한, 도 3은 수송 수단(23)을 통해 셀(1)로부터 폭기 셀(5)로의 혼합액의 수송을 도시하고 있다.
대안적인 구체예에서는, 측면 셀(2 또는 3)로의 재순환을 제거함으로써 공정이 단축된다. 도 4a를 보면, 제 1 단계에서, 혼합액은 도 2에 도시된 호기 셀(5)과 분리기 사이에 삽입된 무산소 셀(6)로 통과된다. 화살표는 셀 사이에서의 흐름의 지향성을 나타낸다. 이와 같이, 단계 1에서, 저장소(1)내에 혐기적으로 형성된 혼합액은 호기 셀(5)로 흐르기 전에 전용 무산소 셀(6)내에서 계속해서 탈질화된다. 폭기된 부유물의 일부는 제 1 연속 셀(2)을 통해 통과되는 한편, 동일 용적의 제 2 부분은 정화 탱크로서 작용하는 연속 셀(3)내의 슬러지 블랭킷을 통해 통과된다. 이와 같이, 분리기는 이러한 구체예에서 질화 및 부분적으로 탈질화된 부유물로부터 농축 슬러지를 수집하는 작용을 한다. 산화 질소가 가용성이므로, 산화 질소는 상청액으로 무산소 셀로 통과되는 반면, 침전물은 질산염 양이 저장소(1)내에서의 혐기적 처리를 간섭하지 않을 정도로 충분하게 낮다. 점선으로 표시된 화살표로 나타낸, 셀(5)로부터 셀(6)으로의 재순환 라인은 더욱 많은 산화 질소를 무산소 셀로 수송하여 탈질화를 증대시킨다.
후자의 구체예는 5개의 셀을 사용하기 보다 6개의 셀을 사용한다. 이러한 구체예는 Q 재순환이 세 개의 단계를 거치면서 1에서 2로 증가하기 때문에 측면 셀로의 펌핑 재순환이 제거되는 장점을 갖는다. 도 4b는 도 4a의 구체예의 플로우 쓰루 장치 변형예를 도시하고 있다. 도 4b는 도 4a의 공정 배치도이다. 도 4a 및 4c는 공정을 수행하기 위한 셀의 물리적 배치를 도시하고 있다. An, Ax 및 Ae는 각각 혐기, 무산소, 및 호기적 조건의 표준 약어이다. 번호를 매긴 셀 또는 단계는 공정 단계를 도 2 및 도 4의 상응하는 번호의 장치 셀에 대하여 상관시킨다.
두 구체예의 비교는 많은 공통 요소를 드러내지만 약간 상이하다. 두 장치 모두에서, 농축 슬러지가 유입수 및 혼합액과 혼합되어 보다 많은 혼합액을 형성하며, 이 경우 슬러지 조합시의 희석율이 최소이고, 부유 고형물의 농도가 슬러지중 1500mg/L 보다 크다. 인 방출 또는 탈질화에서와 같이 외부 에너지가 요구되는 공정중의 임의의 지점으로 유기 탄소원으로서의 혼합액을 전달하는 공급 단계가 또한 존재한다.
공정은 탈질화가 6개 셀 장치에서는 별도의 무산소 셀내에서 주로 일어나고 5개 셀 장치에서는 연속 처리 셀내에서만 일어난다는 점에서 상이하다. 5개 셀 장치의 분리기는 혐기 단계에서 6개 셀 장치와 같이 효과적으로 작동되는데, 이는 아마도 폭기 동안 발생된 질산염이 무산소 셀(6)로 유도되는 상청액 상에 있기 때문일 것이다.
도 5a에 도시된 추가의 구체예에서, 무산소 셀(6) 및 추가의 이차적인 폭기 셀(7)은 주요 폭기 셀(5)과 연속 처리 셀(2 및 3) 사이에 삽입된다. 장치가 두 개의 연속 탈질화 단계를 제공하기 때문에, 이러한 변형은 유입되는 유기 질소 및 암모니아 질소가 매우 높은 경우에 특히 효과적이다. 이러한 장치의 중요한 특징은 혼합액의 분할 흐름(split flow)이다. 혼합액은 주요 무산소 셀(6)로 유입되기 전에 분리기로부터의 상청액 배출물과 조합되며, 이것은 도 2의 연속 처리 셀(2)에 혼합액을 첨가하는 것과 동등하다. 유기 탄소가 효과적인 탈질화에 요구되기 때문에, 고농도의 유기 탄소질 물질을 함유하는 혐기 셀로부터 혼합액의 분할 흐름의 일부가 무산소 셀(6)에 첨가된다.
공정 단계의 정확한 수 및 타이밍은 주로 유입 폐수의 조성에 의해 정해진다. 5개 셀 장치에 대한 전형적인 사이클에 있어서는, 무산소 셀 및 폭기 셀로 혼합액을 10 내지 15분 동안 공급시킨 후 무산소 혼합을 하여 탈질화시킨다. 이것은 50 내지 70분이 소요되는 일반적으로 가장 긴 공정 단계이다. 셀에서의 폭기는 폭기 셀에서의 연속적인 폭기하의 물을 측면 셀의 물과 조합시키는 혼합 단계를 포함하여 총 약 15 내지 20분만을 차지할 것이다. 이는 매우 효율적인 산소의 이용, 적은 개체수의 유기체의 낮은 내호흡율로 인한 낮은 산소 요구량, 및 침전 및 정화를 위한 셀의 제조를 허용한다. 사전 침전 단계는 30 내지 40분 동안 지속되고, 유입되는 부유 고형물을 정화시키는 효율적인 슬러지 필터를 형성시킨다.
처리 장치에서, 평균적인 고형물 수준은 약 2000 내지 2800mg/L이다. 침전 후의 셀에서, 고형물의 수준은 4000 내지 5000mg/L에 이른다. 통상적인 혐기 셀(예를 들어, UCT 방법)에서, 고형물의 농도는 희석율로 인해 보통 나머지 셀의 50%에 불과하다. 본 발명에서, 혐기 셀내의 고형물 함량은 나머지 셀 보다 높게 유지된다. 이러한 독특한 혼합액에서는, 혐기적 셀내의 VFA의 농도가 80 내지 150mg/L 범위이며, 보통의 폐수에서 나머지 인 제거시의 농도의 거의 두배에 이른다. 이는 10% 미만의 용적 희석율을 갖는 고형물 분리를 통해 달성된다. 이와 같이, Bio-P에 의한 호기적 과잉 인 흡수 및 무산소 탈질화와 같은 중요한 공정에서 먹이 공급원을 제공할 수 있는 영양물 혼합액은 800 내지 1500mg/L의 고형물 함량 및 80 내지 150mg/L의 VFA 함량을 갖는다. 공정 사이클을 변화시키고 여러 셀간의 흐름을 조정함으로써, 부유 고형물 함량이 변화될 수 있지만, 무산소 셀의 혼합액중의 유기 탄소 함량을 이러한 고수준으로 유지시킴으로써 메탄올과 같은 추가의 외부 화학물질 없이 유기 탄소원으로서 폐수의 활용이 허용된다.
연속 회분식 반응기 장치는 공간 절약의 장점, 및 회분식 단계의 균일성을 갖지만, 본 발명의 공정의 모든 중요한 단계를 플로우 쓰루 모드 형태로 수행하는 것이 가능하다. 이것은 다수의 연속적인 공정 단계에 대하여 연속 처리 셀을 이용하는 대신에, 공정 단계의 수와 동등한 다수의 전용 처리 셀이 제공되어 어떠한 단계에서도 회분식 처리(batch treatment)가 존재하지 않음을 의미한다. 플로우 쓰루 모드의 작동은 각각의 공정 단계가 전용 셀을 가지므로 공정 단계에 상응하며 그 결과 어떠한 단계도 회분식(batch mode)으로 일어나지 않는 도 4b 및 5b에 도해되어 있다.
본 발명의 추가의 장점은 하기의 실시예를 통해 자명해질 것이다.
변형된 연속 회분식 반응기(modified sequencing batch reactor: MSBR®)에 대하여 도 2에 도시된 바와 같이 배치된 셀을 함유하는 장치를 사용하여 4개 셀 장치의 파일럿 연구를 수행하였다. 평균적인 작업 용량이 1200갤런, 전체 폭이 6.5피트, 길이가 14피트, 높이가 7피트인 장치를 설계하였다. 매일 1200갤런을 처리할 수 있도록 유량을 조정하였다. 이러한 장치를 이용하여 일리노이 록톤에서 도시 폐수 처리 시설로부터 수득된 비처리 하수를 처리하였다.
다음의 약어는 결과를 나타내는 데이터의 표에 적용된다:
COD = 화학적인 산소 요구량
BOD5 = 생물학적인 산소 요구량(5일)
TSS = 전체 부유 고형물
TKN = 전체 킬달 질소(total kjeldahl nitrogen)
NH4-N = 암모니아 질소
NO3-N = 질산염 질소
NO2-N = 아질산염 질소
TN = 전체 질소
TP = 전체 인
VSS = 휘발성 부유 고형물
오르토 P = 오르토 인 (PO4
-3)
MLSS = 혼합액 부유 고형물
장치는 폐수의 높은 질소 함량 때문에 작업상 24시간의 수력학적인 체류 시간을 필요로 하였다.
MSBR® 파일럿 유닛은 폭기 장치, 조절기, 혼합기, 펌프, 탱크 설비 및 밸브로 구성되었다. 모든 조절기, 혼합기, 모터 및 밸브는 온오프식으로 작동되도록 설계하여 작동 수명을 연장시켰다.
대부분의 모든 현존하는 생물학적인 인 제거 방법(예를 들어, 바르덴포, A/O 및 UCT)은 1Q 이상의 혐기적 재순환 유량(평균적인 일일 비처리 폐수 유량)을 갖는다. 어떠한 용이하게 생분해가능한 유기 탄소(RBCOD)원도 함유하지 않는 재순환 흐름은 혐기 셀내의 VFA 농도 및 탄소질 유기 농도를 희석시킬 것이다. 1Q 재순환은 혐기 셀내에서 이용될 수 있는 VFA 및 RBCOD가 절반까지 감소됨을 의미한다. 상 분리기에 있어서, 혐기 셀로의 재순환 흐름은 0.2Q 내지 0.3Q까지 감소된다. 이것은 VFA 희석이 단지 약 15 내지 20%까지 재순환 흐름을 감소시켰음을 의미한다. 그 밖의 긍정적인 요소를 고려하지 않는다면, 혐기 셀내에서 VFA 농도는 1Q 혐기적 재순환 장치와 비교하여 60% 이상으로 증가할 것이다. 감소된 재순환 유량은 Bio-P 유기체에 대한 PHB 저장을 증대시키며, 이것은 나중 단계에서 인 흡수에 대한 보다 큰 구동력을 야기시킨다.
낮은 재순환 유량은 보다 높은 실제 HRT를 제공할 수 있다. 혐기 셀로 유입되는 재순환 유량이 1Q에서 0.25Q로 떨어지는 경우, 혐기 셀을 통한 전체 유량은 2Q에서 1.25Q로 감소된다. 이것은 실제 HRT를 혐기 셀에 대하여 60%까지 증가시킬 것이다. 보다 긴 혐기적 HRT는 보통의 종속영양주가 산 발효를 통해 보다 많은 비-VFA RBCOD를 VFA로 전환시키도록 한다. 이것은 VFA 농도를 증가시킨다. 보다 긴 HRT는 또한 Bio-P 유기체로 하여금 이용가능한 VFA의 저장 시간 및 VFA의 PHB로의 전환 시간을 보다 길게 갖도록 한다. 따라서, PHB가 Bio-P 유기체 내에서 대사되는 단계인 후속 탈질화 및 산화 단계에서 보다 다량의 인이 흡수되어 인 제거 효율을 개선시킬 수 있다.
절반 사이클의 제 1 단계 동안, 비처리 폐수를 연속 처리 셀로 직접 공급하는 대신에 혼합액이 혐기 셀로부터 연속 처리 셀로 수송된다. 이것은 셀에서 탈질화 속도를 증대시킬 수 있는 연속 처리 셀내의 유기 탄소 농도를 증가시킨다. 수송된 혼합액으로부터 Bio-P 유기체의 내부에 저장된 PHB는, 전자 수용체로서 질산염 및 아질산염을 사용하고 이용가능한 유기 탄소원을 보다 효율적으로 이용하는 탈질화 및 인 흡수와 함께 대사될 것이다. Bio-P 유기체의 내부에 저장된 그 밖의 PHB는 인 흡수와 함께 폭기 시간 동안 주요 폭기 셀 및 연속 처리 셀내에서 산화될 것이다.
본 연구에서 사용된 완전 자동화 및 스키드 설치된 MSBR 파일럿 유닛은 도 2에 도시된 바와 같이 배치되었다. 파일럿 유닛은 페인트를 칠한 탄소강으로 제조하였으며, 그 내부 반응기의 치수는 75"×95"이고 42"의 물 깊이를 수용하도록 측면웰의 깊이는 48"이었다. 반응기의 전체 부피는 상기 물 깊이에서 약 1280갤런이었다. 강 슬롯을 반응기의 바닥과 측면에 일체화시켜 가요성 탄소유리 시이트의 삽입을 용이하게 하였다. 이들 시이트는 다양한 장치 처리 배치를 시뮬레이션하도록 조정될 수 있는 이동성 벽 및 배플로서 기능하였다.
장치를 개시시킨 후, 그 지역은 예기치 않게도 겨울이 찾아들었다. 저온(<5℃)은 미생물의 성장을 매우 더디게 하여 개시를 매우 어렵게 하였다.
기계적인 문제가 보완되고 작동 온도가 10℃ 이상 상승되면, 유출되는 전체 인은 1mg/L 미만으로 떨어졌고, 유출되는 오르토-인은 0.5mg/L 미만으로 감소하였다. 장치는 이 기간 동안 평균적으로 전체 인의 11.4mg/L을 제거하였다(93% 제거율). 결과는 비처리 폐수 및 재순환 흐름에 존재하는 아질산염이 생물학적인 인 장치에서의 인 제거 효율을 감소시킬 수 있음을 보여주었다. 재순환 활성 슬러지를 위한 상 분리기의 독특한 디자인은 재순환 흐름으로부터의 산화 질소가 혐기 셀로 유입되지 않게 하면서 혐기 셀내의 유기 탄소가 희석되지 않도록 하였다. 장치가 비처리 폐수로부터 평균적으로 평균 28mg/L의 산화 질소를 수용하였지만, 장치는 여전히 매우 낮은 인 배출량, 특히 가용성 오르토-포스페이트 배출량을 유지하였다. 질산염/아질산염 재순환의 제거는 어떠한 추가의 산화된 아질산염도 혐기 셀로 로딩되지 못하도록 하였다. 희석이 없다면, 고도로 이용가능한 유기 탄소는 비처리 폐수로부터 신속하게 산화 질소를 탈질화시킬 수 있었을 것이다. 이들 결과는 개발된 장치가 비처리 폐수가 상당량의 산화 질소를 함유하는 경우에도 폐수로부터 인을 효과적으로 제거할 수 있음을 보여준다.
이러한 데이터 수집을 시작한 지 일주일 후에, 현미경 검사 결과 단지 소수의 서서히 움직이는 섬모성 원생동물 및 포복하는 약간의 편모성 원생동물이 활성 슬러지에 존재하는 것으로 나타났고, 이는 이른 슬러지령(young sludge age)임을 나타낸다. 불충분한 미생물 개체군에 있어서 이른 슬러지령은 장치내에 약간의 분산된 박테리아를 생성시켜서 유출물을 뿌옇게 하였다. 이러한 기간의 전반기 동안, 최종적으로 유출되는 TSS는 30mg/L 이상으로 유지되었다. 서서히 움직이는 섬모성 원생동물 및 포복하는 원생동물이 보다 많이 축적되었을 때, 유출되는 TSS 방출은 개선되었다. 이러한 기간이 끝나갈 무렵에, 유출되는 전체 부유 고형물의 양은 5mg/L 미만으로 떨어졌다. 최종 유출되는 부유 고형물은 2주 동안 평균 16.5mg/L이었다. 이른 슬러지령은 질화세균의 개체수를 제한하여 최종 유출되는 NH4-N의 양을 평균 2.8mg/L이 되게 하였다. 그 후, 미생물 개체군의 성장은 장치의 질화를 개선시켰다. 유출되는 NH4-N의 양은 데이터 수집이 거의 끝나갈 무렵에는 약 1mg/L로 감소하였다.
분사형 가열기를 사용하여 반응기 온도를 평균 17℃로 유지시켰다. 제한된 질화세균 개체군 하에서 질화를 증대시키기 위해서, 장치는 폭기 HRT가 9.8시간인 24시간의 전체 HRT에서 작동되었다. 평균 MLSS는 2,495mg/L이었다. 장치내에 미생물 개체군을 축적시키기 위해, 이 기간 동안 슬러지 폐기없이 장치로부터 단지 찌꺼기만을 폐기시켰다.
이러한 장치는 특히 연구의 목적에 가까운 인 제거에 대하여 우수한 처리 결과를 달성하였다.
전체적으로 볼 때, 수집된 데이터는 MSBR 공정이 간단한 소용적의 단일 탱크 유닛내에서 높은 폐수 처리 효율을 달성할 수 있다는 것을 입증한다. 이러한 단순한 방식으로 작동되고 완전하게 자동화된 장치에 있어서, 다량의 BOD5, TSS, 질소 및 심지어 인을 저자본 및 저작업 비용으로 제거할 수 있다.
| 유입량 (mg/L) | 유출량(mg/L) | 제거율 (%) | |
| BOD5 | 310 | 13.5 | 96 |
| TSS | 332 | 16.5 | 95 |
| VSS | 288 | 12.5 | 96 |
| TKN | 48.5 | 5.75 | 88 |
| NH4-N | 28 | 2.8 | N/A |
| NO3-N | 4.7 | 3.4 | N/A |
| NO2-N | 23.2 | 3.25 | N/A |
| TN | 76.5 | 12.4 | 84 |
| TP | 12.3 | 0.90 | 93 |
| 오르토 P | 6.8 | 0.57 | N/A |
| HRT = 24시간(4시간 혐기, 1.3시간 액체 고체 상 분리기, 8시간 주요 폭기)(각각의 연속 처리 셀에 대하여 5.35시간)온도 = 17℃ | |||
Claims (8)
- 혐기적 조건하에서 유입 폐수와 탈질화된 슬러지의 혼합액을 형성시키는 단계;혼합액을 질화된 슬러지와 조합시켜서 상청액 부분과 농축 고형물 부분으로 분리될 수 있는 블렌드를 형성시키는 단계;블렌드를 탈질화시키기에 충분한 기간 동안 무산소 조건하에서 블렌드를 혼합시키는 단계;블렌드를 상청액 부분과 농축 슬러지 부분으로 분리하는 단계; 및농축 슬러지 부분을 혼합액과 조합시킴으로써 재순환시키는 단계를 포함하여, 유기물을 함유하는 폐수를 탈질화시키는 방법.
- 혐기적 조건하에서 유입 폐수와 탈질화된 슬러지의 혼합액을 형성시키는 단계;혼합액을 질화된 슬러지와 조합시켜서 상청액 부분과 농축 고형물 부분으로 분리될 수 있는 블렌드를 형성시키는 단계;블렌드를 탈질화시키기에 충분한 기간 동안 무산소 조건하에서 블렌드를 혼합시키는 단계;블렌드를 상청액 부분과 농축 슬러지 부분으로 분리하는 단계;농축 슬러지 부분을 침전에 의해 치밀화시켜서 추가 탈질화를 달성하는 단계; 및농축 슬러지 부분을 혼합액과 조합시킴으로써 재순환시키는 단계를 포함하여, 유기물을 함유하는 폐수를 탈질화시키는 방법.
- 제 1항에 있어서, 농축 슬러지 부분이 혼합액을 1Q 미만까지 희석시킴을 특징으로 하는 방법.
- 유입 폐수와 탈질화된 재순환 슬러지의 혼합액을 형성시켜서 Bio-P 미생물에 의한 포스페이트 방출 및 휘발성 지방산의 흡수를 달성하는 단계;혼합액을 질화된 슬러지와 조합시켜서 블렌드를 형성시키는 단계;블렌드를 탈질화시키기에 충분한 기간 동안 무산소 조건하에서 블렌드를 혼합시키는 단계;블렌드를 상청액 부분과 재순환 슬러지 부분으로 분리하는 단계;휘발성 지방산의 이용 및 인의 과잉 흡수를 위해 호기적 조건하에서 상청액과 질화된 블렌드를 혼합시키는 단계;정화된 물을 슬러지 블랭킷을 통해 여과시키는 단계; 및정화된 물을 배출시키는 단계를 포함하여, 부분적으로 재순환된 폐수로부터 생물학적인 영양물을 제거하여 정화된 물을 수득하는 방법.
- 혐기적 조건하에서 유입 폐수와 탈질화된 슬러지의 혼합액을 형성시키는 단계;혼합액을 질화된 슬러지와 조합시켜서 상청액 부분과 농축 고형물 부분으로 분리될 수 있는 블렌드를 형성시키는 단계;블렌드를 탈질화시키기에 충분한 기간 동안 무산소 조건하에서 블렌드를 혼합시키는 단계;잔류 암모니아를 추가로 질화시키기에 충분한 기간 동안 폭기시키는 단계;무산소 조건하에서 블렌드를 2회째 혼합시켜 블렌드를 추가로 탈질화시키는 단계;블렌드를 상청액 부분과 농축 슬러지 부분으로 분리하는 단계;농축 슬러지 부분을 침전에 의해 치밀화시켜서 추가 탈질화를 달성하는 단계; 및농축 슬러지 부분을 조합된 혼합액 및 탈질화된 슬러지와 조합시킴으로써 재순환시키는 단계를 포함하여, 다량의 질소를 함유하는 폐수를 탈질화시키는 방법.
- 이중 사이클에서 분리기 블렌딩 용기로의 연속적인 유입 흐름 및 교호적인 연속 용기로부터의 연속적인 유출 흐름에 의해, 유입물로부터 폐수 유기물 및 무기 영양물을 제거하고 고형물을 감소시키기 위한 변형된 연속 회분식 반응 방법으로서,연속적인 유입 폐수가 혐기적 조건하에서 농축 슬러지와 혼합되어 혼합액을 형성하고, 혼합액이 고형 슬러지 성분 및 액체 성분을 함유하는 질화된 부유물과 혼합되어 블렌드가 형성되는 제 1 연속 용기로 부분적으로 통과되고, 연속적인 혼합 및 폭기의 조건하에서 폭기 용기로 통과되며, 블렌드가 액체 성분이 상청액으로서 폭기 용기로 통과되며, 고형 슬러지 성분이 내부 분리기의 바닥부에 침전되어 농축 슬러지로서 유입 폐수와 혼합되어 혼합액이 형성되는 내부 분리기로 부분적으로 통과되는 제 1 단계,제 1 단계에서 형성된 상청액과 폭기된 혼합액으로부터 형성된 질화된 용액이 고형 성분 및 액체 성분을 갖는 질화된 부유물과 혼합되어 블렌드가 형성되는 제 1 연속 용기로 통과되고, 블렌드가 액체 성분이 상청액으로서 폭기 용기로 통과되며, 고형 성분이 분리기의 바닥부에 침전되어 농축 슬러지로서 유입 폐수와 혼합되어 폭기 용기로 부분적으로 통과되는 혼합액이 형성되는 내부 분리기로 부분적으로 통과되는 제 2 단계,제 1 연속 용기내에 함유된 용액이 폭기되고 혼합되는 동안 부유물이 폭기 용기로부터 연속 용기로 통과하는 제 3 단계,폭기가 연속 용기내에서 회분식으로 지속되는 제 4 단계, 및폭기가 제 1 연속 용기내에서 중단되고 무산소 정지 조건이 성립되어 부유물이 정지 침강되는 제 5 단계를 포함하는 제 1 사이클; 및상기 5개 단계와 동일한 5개 단계를 포함하고, 연속 용기가 제 2 연속 용기이며 유출물이 제 1 연속 용기로부터 연속적으로 배출되는 제 2 사이클을 포함하는 방법.
- 농축 활성 슬러지를 유입 폐수와 조합시켜서 혼합액을 형성하기 위한 폐수 처리 장치로서,활성 슬러지를 포함하는 혼합액을 함유하기 위한 분리기 챔버로서, 하나 이상의 하향으로 경사진 벽을 포함하고, 침전된 농축 활성 슬러지를 함유하기 위한 하부 챔버 부분을 갖는 분리기 챔버,분리기 챔버의 하부 챔버 부분과 연통하여 침전된 농축 활성 슬러지를 하부 챔버 부분으로부터 수용하기 위한 바닥부를 갖는 혼합 챔버, 및내용물을 교반하기에 충분한 높이에서 혼합 챔버내에 배치된 혼합기를 포함하여, 분리기 챔버내에서 분리되어 통로와 근접한 이들의 바닥부에 침전되는 농축 활성 슬러지가 혼합 챔버내로 유도되고 유입 폐수와 혼합되는 폐수 처리 장치.
- 폐수로부터 영양물 및 BOD를 제거하기 위한 생물학적인 처리 장치로서,폐수 유입구, 및 하나 이상의 하향으로 경사진 벽을 포함하고 침전 슬러지를 수거하기 위한 하부 챔버 부분을 갖는 분리기 챔버를 가지며, 분리기가 분리기 챔버의 하부 챔버 부분과 연통하는 바닥부를 포함하는 혼합 챔버를 추가로 갖는 분리기 블렌딩 용기;분리기 블렌딩 용기와 각각의 연속 용기 사이에 밸브가 장착된 연결 수단을 가지며, 용기내에 함유된 용액을 교반시킬 수 있는 연속 용기내에 배치된 혼합기를 갖는 2개 이상의 연속 용기;각각의 연속 용기와 연통하는 용기의 바닥에 밸브가 장착된 연결 수단을 갖는 폭기 용기를 포함하고;상기 각각의 연속 용기가 정화된 유출 폐수의 연속적인 배출을 위한 배출구를 갖는 생물학적인 처리 장치.
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