KR100392831B1 - 농축된폐수의처리방법및처리장치 - Google Patents

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Abstract

상대적으로 BOD와 인 농도가 큰 고체가 많은 폐수 처리를 위한 가압 공정은 호기성과 혐기성 처리가 포함된다. 처리된 페수는 환경에 안전하게 방출되어 잔류 BOD 와 P는 고형부분에 농축되어 단백질원으로 이용될 수 있다.

Description

농축된 폐수의 처리방법 및 처리장치
폐수처리는 환경에 매우 중요한 것으로 여겨왔다. 식품 가공공장, 제지공장 및 도시오수 그리고 지류에서 동물 분뇨 처리등과 같은 것이 연관되어 있다. 전통적으로, 상당 수준의 BOD 를 가지는 유기물질은 미생물에 의해 유기물질을 분리하여 나머지 부분 또는 물부분으로 부터 활성오니 형태로 고형물을 만들게 된다.
물과 오니부분은 모두 환경으로 안전하게 복귀되도록 처리해야 하는데 이 부분에는 제거되어야 할 불순물이 서로 다르기 때문에 처리문제가 배가 된다.
호기성 또는 혐기성 세균작용 또는 이의 복합작용에 연관하여 오니의 발효를 통하여 유기물질을 분해하는 처리하는 것이 일반적이다. 이와같은 공정에는 물질의 화학적 산소 요구량(COD)과 생물학적 산소 요구량(BOD)을 감소시키거나 소모시켜 유기물질에서 환경적으로 안정된 수준으로 감소시키는데 이용된다. 인산염과 질산염을 포함하는 바람직하지 않은 양의 인산과 질소 화합물을 일반적으로 포함하는 물부분로 부터 바람직하지 못한 무기물질을 제거하는 것이 필수적이다.
가까운 막사에 상당수의 동물을 키우는 것과 연관된 문제점은 농업 특히, 비육장, 동물헛간 등과 연관된 동물 분뇨의 처리에 대한 요구조건에서 삭감하게 관련되는데 이와같은 장소에서는 처리되어야 할 유기물질에 BOD, 인산, 질소에 대해 상당량이 있어, 법적 처리조건이 지속적으로 제한되고 있다. 많은 지역에서, 예로써 비육장등은, 연방법 또는 지역 규칙에 의해 허가를 받아야 하고, 이와같은 생물학적이 폐기물의 처리와 폐기는 엄격히 감시된다. 예를들면, 1990년 미네소타 농업 통계 서비스 데이터에 따르면 미네소타에서는 300이상의 동물 유닛 있는 비육장이 있고 14,000 비육장 관리인은 300 동물 유닛(동물 유닛은 1-1000 1b 소 또는 2.5 큰 돼지와 같은 동물 1000 1bs)이고 조절 범주내에 있다. 동물 분뇨 처리에 해당되는 비용은 일반적으로 상당히 높고 규제가 더 제한되기 때문에 증가되고 있다.
또한, 이와같은 폐기물의 처리에 대한 기존 공정과 설치는 일반적인 도시 처리 시설과 연관하여 수만달러와 같이 설치비용이드는 대규모 작업이 된다. 대부분 공지된 처리 또는 공정은 일반적으로 상대적으로 낮은 BOD 를 가지는 유기물질 농도를 희석처리는 하는 것에 관계한다.
비육장 또는 동물 헛간에서의 폐수에는 약 0.5=10% 유기 고형물을 포함한다. 비록 이와같은 오수가 추가 세척수로 희석된다 하더라도 BOD 와 COD 와 연관된 상당히 높은 농도의 바이오매스가 남아있다. 일반적인 도시 하수처리와는 대조적으로, 200㎎/ℓ 또는 200 ppm BOD 를 가지는 오니를 상대적으로 희석하도록 된다. 헛간 또는 비육장 세척 오수는 기존의 공정에서 만나게 되는 것의 배이상인 10,000-100,000㎎/ℓ(ppm) BOD 를 가진다. 이 때문에, 폐수 단위 용적당 상당량의산소가 수용할 수 있을 정도의 BOD/CDD를 감소시키기 위해 요구되고, 물질에 냄새를 줄이게 한다.
액체 폐수의 호기성 처리에 제안된 시스템은 산소함량을 풍부하게 하거나 증가시켜, 대기압하에서 액체에 보통 용해된다. 예로써 Smith 미국특허 4 163 712 에서는 평형 포화치를 초과하여 상당량의 산소를 포함하는 지류를 생산하기 위해 압력과 회전 조건하여 지류내로 기체를 유입하는 것을 소개하고 있는데 초과량은 미세한 기포를 만들게 된다. 이와같은 지류는 압력을 가하지 않은 주요 바이오매스의 바닥과 같은 낮은 수준으로 들어가서 압력이 해제될 때 바이오매스를 통하여 용해안된 기체가 기포가 되고, 발생된 액체에 용해되어 이용할 수 있는 산소를 보충하게 된다. 이와같은 방법으로, 주요 반응성이 있는 바이오매스의 산소화 반응은 더 높은 수준에서 유지된다.
그러나, 이와같은 시스템은 풍부한 산소 함량 적절하게는 순수 산소와 근접한 산소함량(대기에서 보다는 많은)을 가지는 산소-함량 기체 혼합물을 요구하여, 개별적으로 가동될 수 있는 상대적으로 소규모 시스템에서 실시하기에는 비싼데 이는 매우 산소가 풍부한 공기를 생산하기 위해 액화 산소 또는 유사한 것을 지속적으로 공급해야 하기 때문이다. Franco(미국특허 4 645 603)에서는 5 내지 200 피트 깊이의 압력이 가해지지 않은 개방 탱크를 공기 순화시키기 위해 제트분사기를 이용하는 시스템에 대해 상술하고 있는데 이때 공기는 탱크의 유압 머리의 압력보다 약간 높은 압력에서(튜브 깊이에서)개방된 단부 혼합 튜브로 부터 공급되어, 반응 바이오매스를 통하여 기포로 방출된다.
또다른 접근방식에서, 시스템의 일부는 산소 용해도를 증가시키기 위해 압력을 가한다. 이것은 Stoyer(미국특허 4 042 494)에 포함된 것으로, 바이오매스가 이동하는 적절하게는 >1000 피트 길이 이상의 긴 경사를 가진 반응기 파이프의 아래 단부쪽으로 고압에서 산소가 용해되어 덩어리로 된 그리고 물질과 반응하는 산소기포가 파이프를 따라 펌프된다. Pollock 미국특허 4 340 484 에서는 강수관과 고압 용해능력을 얻기 위해 바닥루프에 연결된 수직관 형태의 500피트 높이의 개방된 수직 축을 이용한다.
공기는 수직축의 수직관 부분 바닥쪽으로 있는 폐수에 첨가되고, 방출되었을 때 용존산소 균형이 최대가 되어 물질이 수직관 부분을 따라 올라올 때 산소가 지속적으로 소비되어 압력(산소 균형 용해도)이 이에 상응하게 감소된다.
추가로 인을 소비하는 미생물을 이용하여 인을 제거하기 위해 혐기성 폐수 처리에 대한 방법과 시스템이 고안되었다.
Williamson의 미국특허 4 999 111에서는 질소, 인 그리고 다른 오염물질이 제거되는 산소와 무산소 지역을 이용하여 상대적으로 BOD 에 대한 P의 비율이 낮은 폐수로 부터 특히, 인산과 질산를 제거하는 것을 다루었다. 공정은 인의 소비와 질소제거 시스템을 유지시키면서 충분한 영양소를 공급하기 위해 주요 슬러지의 일부를 발효시켜 가용성 유기물질을 만드는 공정이다.
전술한 것에서 볼 수 있듯이, 폐수를 다루는 여러 접근 방식이 제안되었는데 이중에는 최대 O2호흡율을 증가시키는 것에 관계하는 것도 포함된다. 그러나 대부분 이들 공정과 기술은 산소가 풍부한 공기 또는 순수산소의 제공을 요구하거나 또는 상당히 깊은 축 또는 장방향 튜브 파이프 장치를 설치하는 것을 요구하기 때문에 작동에 상당히 많은 비용이 든다. 분명한 것은 지역적으로 작동시킬 수 있고 비육장과 동물헛간으로 부터 빗물관에 존재하는 농축 폐수(10,000-100,000㎎/ℓ BOD)를 처리하는 소형, 비용 단가가 낮은 시스템과 방법을 제공하는 것이 필수적이다.
따라서, 본 발명의 주요목적은, 개별 작업장에서 나오는 폐수 처리에 맞은 소형, 단가가 낮은 시스템에서, BOD 함량이 높은 농축 폐수를 처리하는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 다른 목적은, 작업장에서 직접 연결되도록 장치될 농축 폐수를 처리하는 방법과 장치에 관계한다.
본 발명의 또다른 목적은, 생물학적으로 인을 제거할 수 있는 BOD 가 높은 농축 폐수를 처리하는 방법과 장치에 관계한다.
본 발명의 또다른 목적은 생물학적으로 질소를 제거할 수 있는 BOD 가 높은 농축 폐수를 처리하는 방법과 장치에 관계한다.
본 발명의 또다른 목적은 산소가 풍부한 공기 또는 산소의 추가 필요없이 주요 반응기에서 용존 산소의 수준을 높게 유지시킬 수 있는 BOD 가 높은 농축 폐수의 처리 방법과 기구를 제공한다.
본 발명의 또다른 목적은 고단백 공급물로 이용하거나 이러한 분야에 분포하는데 접합한 오수를 생산할 수 있는 농축 폐수의 처리방법을 제공한다.
본 발명은 상당량의 유기물질을 포함하는 농축된 수용성 폐수의 처리를 개선하는 것에 관계하는데, 특히, 상대적으로 높은 생물학적 산소 요구량(BOD)을 가지는 고형 오수를 제공하는 공정에 관계한다.
도 1 에는 본 발명의 공정에 대한 블럭 다이아그램을 나타낸다.
도 2 에는 도 1 의 다이아그램 공정을 실행하는 장치의 구체예를 설명하고 있다.
* 부호설명
10, 12, 14 ... 헛간 16, 18, 20 ... 배수 탱크
22 ... 펌프 28 ... 수용 탱크
30 ... 액체 수위 스위치 32 ... 수위 송신기
34 ... 처리 시스템 공급 펌프 36 ... 흐름 제어기
38 ... 역류 차단 밸브 40 ... 라인
42 ... 라인 44 ... 혐기성 반응기
46 ... 냉각 폰드 48 ... 펌프
52 ... 호기성 반응 용기 56, 58 ... 분무노즐
60 ... 컴프레스 62 ... 공기 흡입구
68, 71 ... 라인 80 ... 센서
86 ... 전향장치
본 발명은 BOD 가 높은 농업용 축산 폐기물로 부터 BOD 값을 95%까지 감소시키는데 소형, 비용이 적게드는 폐수 처리 시스템 공정을 제공함으로써 기존 폐수 처리 방법과 설비와 연관된 많은 문제점을 해결한다. 이 방법에는 BOD 가 대사처리되는 호기성 단계와 인을 재흡수하거나 또는 대사처리하는 혐기성 단계를 포함한다. 호기성과 혐기성 단계를 고압과 최고 150℉(65℃)온도를 견딜 수 있는 자연발생적 유기 영양성 세균을 이용하여 실시한다. 세균은 인을 흡수하거나 대사처리하여 다량의 BOD가 조건화된 사료에 단세포 고단백원으로 이용될 수 있다.
상대적으로 높은 BOD 예로 10,000-100,000와 상대적으로 높은 P와 N 함량 예로써 최고 1%per 최고 1% N을 포함하고 0.5-10% 미세 절단된 고형을 포함하는 폐수를 처리하도록 되어 있다. 공급물질은 헛간이나 비육장과 같은 하나이상의 페수원에 직접 연결된 배수 시스템으로 받을 수 있고 미세하게 분쇄하고, 3내지 10대기압(45-150psia)으로 압력을 가하고, 활성 유기영양 세균을 포함하는 부분적으로 처리된 물질과 함께 우선 산소결핍 활성 단계를 거치도록 공급한다. 약 10-60 분의 잔류시간 동안에, 잔류 용해된 미네랄 O2를 전부 사용하게 되고, 박테리아는 공급원으로 부터 인을 동화시키기 위해 혐기성으로 작용한다. 이와같은 상대적으로 낮은 인물질을 호기성 반응 단계로 유도하고, 초고속 유동 순환 시스템에 넣는데, 이 시스템에는 컴프레스 등에 의해 가압공기가 물질을 통해 공급하여 최대 용존 산소 포화농도를 제공하는데, 이는 동시에 BOD 대사를 하고 있는 잔류 바이오매스를 포함하는 상대적으로 높은 산소 흡취율에서 호기성 단계로 혼합된다. 호기성 작용과 순환은 평균 2 내지 60시간 지속되는데 이때 일반적으로 BOD 의 30-95%가 흡수되거나 대사처리된다. 필요할 경우 추가 호기성 단계가 이용될 수도 있다. 반응된 물질은 대기압에서 압력 감소단계를 이용하여 방출하는데 이는 석호 또는 깊은 구덩이 냉각 못 또는 다른 적절한 처리장소에 뿌려질 수 있다. 처리시에 고체와 액체부분은 땅에 뿌리기에 적절한 형태이다.
공정의 구체예는 도 1 에서 단순화시킨 다이아그램으로 그리고 도 2에서는 특정장치에 대해서 나타내었다. 도 2 에서는 공정을 실행하는데 사용될 수 있는 장치의 대표적인 것을 나타내었다. 분명한 것은 이것은 예를 든것이지 이를 실행할 수 있는 공정 또는 형태를 범위를 한정하는 의도를 가지는 것은 아니다.
도 1 에서는 블럭형태로 본 발명의 공정에 대한 일반적인 구조를 나타낸다. 구조는 도 2 에 대해 좀더 상세한 설명을 하게되는 공정의 전반적인 개요를 제공한다. 따라서, 최고 10% 고형 유기 폐기물을 포함하는 폐기물은 110에서 모이게되고 112에서 선택적으로 분쇄과정 등에 의해 처리된다. 물질은 가라앉고, 일반적인 액체는 수득 시스템의 일부로써 재순환될 수 있고, 점더 농축된 고형 물질은 114에서 압력을 가하여 116의 혐기성 반응기로 들어가고 이때, 혐기 상태에서 작용하는 유기 영양성 세균은 폐수로 부터 인을 제거하고 118의 호기성 반응기에서 호기성으로 반응한다. 120에서 공급된 압축공기는 호기성 반응기(118)에서 상대적으로 높은용존 산소함량을 유지시킨다. 충분한 호기성 반응에 의해 BOD 가 원하는 수준으로 감소되면, 122에서 압력은 정상상태로 하고 액체와 슬러지 부분은 124에서 기본적으로 액체오수(126)가 슬러지 부분(128)으로 분리한다. 슬러지 부분은 나타낸 바와같이 순환시키고, 호기성 반응기(118)에서는 반응기에 있는 물질의 일부를 통상적으로 혐기성 반응기(116)에 첨가하여 호기성 반응기에서 충분한 박테리아 활성을 보장하게 한다. 각 단계는 도 2 에서 나타낸 바와같이 기구작동을 설명과 함께 더욱 자세히 설명한다.
도 2 에서는 일반적인 축산 과정과 연결된 도 1 의 처리 공정을 실행할 수 있는 단순화시킨 기구를 설명한다. 나타낸 것과 같은 시스템은 단유 농장 또는 비육장의 폐수 처리 시스템으로 장치될 수 있도록 고안된 것이다.
물론 시스템의 크기와 복합성이 고려되어야 하고 본 발명을 이용하여 보강될 수도 있다.
도 2 에서는 다수의 헛간이 블럭(10,12,14)으로 나타내었고 축산 폐기물은 빈번히 배수되는 얕은 통 또는 사용된 건물 특징에 따라 가능한 깊은 구덩이로 된 시스템에 모아둔다. 본 발명의 시스템은 어떠한 형태로든 작업하게 될 수 있으나, 적절하게는 지속적으로 배수되는 시스템이 좋다. 배수탱크 또는 보유탱크는 16, 18, 20으로 나타내었다. 펌프(22)는 라인 24의 순환하는 배수(22)를 이용하는데 라인(24)은 헛간과 배수탱크(16,18,20)의 지속적인 또는 간헐적으로 세척을 제공하여 고형을 제거하도록 자극을 받게된다. 선택적으로, 냄새 조절 물질 또는 항 박테리아 물질을 원하는 경우 배수에 첨가할 수 있다.
피트 시스템은 깨끗하게 배수될 수 있는 상측 경계를 이용하고, 깊은 피트로 부터 본 발명의 공정 시스템으로 물질을 옮겨서 배수된 시스템을 얕게하도록 바꿀 수도 있다. 이와같은 방법으로, 폐기물의 본 발명에 따른 배수 시스템에 따라 제거될 수 있도록 중앙을 향해 경사를 가지는 경계 쉬트는 경계중앙에 하부점에 연결된 장치된 가요성 또는 구부러진 파이프와 부유 쿠션을 이용하여 피트 시스템의 상부로 옮길 수 있다. 부유 쉬트는 뒤집어진 뗏목모양을 하고 새로운 폐수와 호기성 과정에서 나온 폐수 사이에 완전한 경계를 제공하기 위해 깊은 피트 시스템의 구멍이난 플로어 아래에 필요에 따라 연결시킬 수 있다.
헛간 또는 비육장으로 부터 배수된 물질은 통상적으로 0.5-10% 고형물질을 포함하고, 최고 10% 고형물질을 포함하는 폐수가 있는 지류도 포함한다. 일반적으로 1100-동물 유닛을 가정한다면, 배수될 슬러지 물질에서 일반적인 네트 증가는 약 분당 3갤론(gpm)이다. 일반적인 순환 펌프(22)는 이와같은 크기의 시스템에서 지속적인 순환시에 약 100gpm을 운반하게 된다. 물질은 유입구 또는 수용탱크(28)로 옮겨진다.
지속적인 순환 펌프(22)에 의해 이동되는 배수지류에는 분쇄된 고형물만을 포함하도록 하기 위해 침전 수용 탱크(28)로 들어가기전에 배수 탱크(16,18,20)으로 부터 운반될 물질에 고체를 분쇄하거나 나누기 위해 수축 분쇄기(나타내지 않음)를 제공할 수 있다. 이는 또한 스크린 또는 분류기에 고체가 쌓이는 것을 막고, 고체에 포함된 껍질, 섬유 그리고 기타 분해되지 않은 물질로 인한 라인 차단을 막는다. 물질의 지속적인 순환은 임의 입자를 너무 작게 파쇄하여 초기 스크린을 통하여 통과할 수 없게 된다.
물질은 수용 탱크(28)로 들어가는데, 수용탱크에는 액체수준 스위치(30)와 수용탱크에 있는 물질의 수위를 원하는 수위로 유지시키기 위해 처리 시스템 공급 펌프(34)를 제어하는 수위 송신기(32)가 제공된다. 수용 탱크로 부터 펌프되고 배수 시스템에 대해 순환된 물질은 탱크위에 있는 액체부분에서 취해지고, 고형 슬러지의 대부분은 펌프(34)에 의해 처리 시스템 내로 지속적으로 또는 간헐적으로 펌프된다. 펌프(34)는 또한 고형물질을 절단하기를 원하는 경우에 분쇄기와 연합시켜 둔다. 펌프(34)에 의해 공급되는 물질은 흐름을 따라 이동되는 외부 고형물질과 함께 0.5-10% 미세하게 절단된 활성 고형물을 포함하는 슬러지 형태가 된다. 흐름 제어기(36)가 잇고, 역류 방지 차단 밸브 일반적으로 솔레노이드(38로 나타낸)는 산소결핍/혐기성 반응 용기(44)의 유입구(42)에 연결된 라인(40)에 조절된 가압 공급 지류를 만드는데 공조한다. 선택적으로는 생산된 고형 저장 못, 냉각폰드, 깊은 피트 또는 다른 저장용기(46)로 부터 순환된 반응한 활성 슬러지는 펌프(48)에 의해 공급되고, 독성/혐기성 용기(44)에 조성 공급 지류를 만들기 위해 라인(41)을 통하여 라인(40)으로 유입 공급지류에 첨가될 수 있다. 반응한 고형 슬러지는 필요한 경우 라인(45)의 배수 지류내로 재순환 시킬 수 있다.
본 발명의 공정에서 중요한 것은 펌프(34)에서, 혐기성/호기성 지역(44)을 통과하여 하나이상의 큰 주요 호기성 반응 용기(52), 재순환 또는 플러그 플로우 꼭지 부분(54)를 포함하는 다른 주요 용기와 최종 분무노즐(56,58)에 의한 최종 방출 시에도 상승된 압력에서 실행한다는 것이다. 시스템은 4 내지 8 기압(atm)(60-100psi)의 압력, 가장 적절하게는 5 내지 7기압(70-100psi)압력에서 유지된다. 시스템에 대한 압력을 가하는 것은 라인(63)을 통하여 압착공기를 제어하에 공급하는 것인데 이는 하기에서 상술하는 것과 같이 시스템내에 압력을 조절할 수 있는 여과된 공기 흡입구(62)가 있는 벨트 구동 컴프레스(60)를 이용한다.
주요 반응 탱크(52)에서의 물질은 라인(68) 또는 (71)을 통하여 산소결핍/혐기성 지역의 상부에 첨가된다. 이와같은 물질은 주요탱크(52)에서 이미 호기성으로 반응된것이고 보통 약간의 산소(≤5㎎/ℓ)를 포함한다. 유입구(68,71)에 있는 산소는 공급지류(40)의 속도보다 약간 높거나 또는 3gpm 공급 시스템에 대한 3-6gpm 이다. 라인(41)에서 선택적으로 재순환된 슬러지는 시스템에서 고체의 높은 수위를 유지하는데 요구되는 것으로 이용된다.
그다음 혐기성 실은 혐기성 박테리아 활성을 높은 수준으로 유지하기 위해 순환된 슬러지로 부터 박테리아와 중력라인(68) 또는 펌프라인(71)을 통하여 주요 반응기로 부터 들어가는 다른 유기영양 박테리아를 포함할 수 있다.
산소결핍 탱크 또는 다른 지역(44)에서, 들어오는 공급 시스템에 있는 대부분의 인을 흡수하고 대사처리한다. 재순환은 높은 인함량(hpc)을 만들고 채택하기 위해 박테리아종을 조건화시킨다. 이는 공급물로 부터 다량의 인을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 이와같은 hpc 박테리아와 공정의 후반부 바이오매스에 BOD 구성물질을 흡수할 정도의 증가된 양의 에너지를 가진다. 세포 에너지는 BOD 의 흡수와 대사과정 동안에 혐기성 지역에서 BOD 를 지방으로 전환시키고 후에 저장된 에너지는 라인 70,78,82 를 통하여 호기성 반응기(52)로 들어올 때 이용할 수 있는저장된 에너지가 발생되고 지방이 대사된다.
세균에 의해 흡수된 BOD를 분해하기 위해 3-10atm 에서 공지의 지속적인 공급이 요구되고 호기성 반응에서 용존 산소 수위를 높게 유지할 수 있다. 공기에 의한 혼합은 플러그 플로우 기포 용기(54)에서 발생하는데 이는 확장된 파이프 부분이 되거나 또는 혼합지역의 용기 일부가 될 수도 있는데 이때 공기속도는 혼합시에 반응기로 들어가는 동안에 최대 산소 흡입을 위한 높은 용존 산소 수준을 유지하기 위해 조정되어야 한다. 물로 요구되는 양은 특정 산소 섭취율에 비례하나 시스템은 최대 특정 섭취율에서 약 10ppm 용존산소를 유지시키도록 고안되었다. (시간당 바이오매스 gm 당 산소 100㎎)
따라서, 컴프레스(60)는 76으로 들어가는 기포기(54)에서 라인(78)에 펌프(74)의 생산물질에 혼합되어 공기를 공급하기 위해 라인(63)을 통하여 공기를 공급한다. 압력을 나타내는 세서가 80에 제공된다. 기포기 부분(54)에서 산수 수준은 시스템이 작동하는 압력에서 용존된 산소에 기초하여 최대로 상승시킨다. 기포기 시스템에서 물질의 일반적인 잔류시간은 약 0.5 분 내지 2분정도가 되고 플러그 플로우가 용기(54)의 상단으로 진행됨에 따라 이는 호기성 반응용기(52)로 라인(82)을 통하여 옮겨지고 스탠드 파이프 또는 드래프트 튜브(84)의 바닥(85)에 근접하게 방출된다. 이와같은 방식으로, 최대 산소량을 가지는 물질을 용기(52)의 바닥쪽에서 수득할 수 있고 O2함량은 물질이 반응기의 상부 또는 바닥으로 이동됨에 따라 감소된다. 반응기(52)는 바닥의 배출구멍(87)을 통하여 짧은 순환되어 트래프트 튜브(84)로 부터 용기로 물질이 방출되는 것을 막기위해 전향장치(86)를 가진다.
용기(52)는 흡수된 BOD 를 분해하기 위해 이용할 수 있는 가능한 최대의 용존산소로 압축공기를 용해하는데 도움을 주기 위해 트래프트 튜브(84)와 같은 몇가지 형태의 믹서를 일반적으로 사용한다. 산소결핍 또는 혐기성 반응에서 제공받은 박테리아는 호기성 조건에서 BOD 대사과정에 적극적으로 참가할 수 있도록 한다. 하나의 반응 용기(52)를 나타낸 바와같이 추가 반응기 단계에서 추가 물질의 취급하거나 추가로 BOD를 감소시키기 위해 제공될 수 있다.
물질은 반응기(52)의 바닥(87)으로 부터 라인(88)으로 방출되고, 대부분은 펌프(74)와 고속의 기포기(54)를 통하여 다수 순환되어, 요구되는 산소량을 유지하고, 용기(52)에서 BOD 대사때문에 과열되는 것을 막는다. 용기(52)가 약 10,000 용액 겔론 용량을 가정하면, 펌프(74)가 이용할 수 있는 재순환 속도는 2,000gpm 정도가 된다. 가압 공기는 반응기(52)와 기포기 시스템(54)사이에 순환하여 지속적으로 물질에 공급하기 위해서는 반응기로 부터 순환지류와 공기 공급 시스템 사이에 30초 내지 1분 동안 접촉할 수 있도록 만든다. 고속의 공기 공급 반응을 유지하기 위해서는 압력하에서 고속의 순환 및 공급과 함께 드래프트 튜브 또는 스탠드피스(64)에서 상당량이 5㎎/ℓ(ppm)으로 용존산소를 유지시킨다. 사용된 공기의 평균양은 일반적으로 3gal/min 공정에서 40scfm 이다.
폐수물질은 반응기(52)에서 91과 92 수준을 조절하고, 다른 수준으로 방출되는 통합 컨트롤러(94)와 액체 콘트롤 밸브(94)와 함께 레벨 센서(91)와 (92)를 이용하여 반응기(52)에서 액체 수준을 컨트롤하면서 라인(89)을 따라 방출된다. 나타낸 바와같이, 약 3gpm 폐수 공급 크기 시스템에 이용될 수 있는 가압공기는 40 scfm 유입공기가 된다. 방출기체는 방출기체는(100), 압력 전환기(102) 그리고 대기로 필요한 양을 방출하는 배출 시스템에서 반응기(52)로 부터 라인(98)을 통하여 방출되고 소요의 시스템 압력을 유지시킨다. 슬러리 분문(58)을 작동시키고(스트레인드 액체)와 분무(56)를 조절하여 방출에 이용한다. 슬러지 블랭킷은 폐수에서 상대적으로 높은 O2수준 때문에 냉각 못(46)에서 형성된다. 고체는 일반적으로 희석된 액에 부분과 함께 냉각 폰드(46)의 아래로 가라앉고 또는 공기 공급이 지속되는 웅덩이 또는 피트(109)로 라인(108)에서 넘쳐흐르게 된다. 가압 공정의 BOD/COD 대사 과정은 유입되는 압축 공기에서 이용할 수 있는 산소의 약 86%를 소비하여 기체 방출물에는 4%-5% 산소, 20% CO2그리고 나머지 질소를 포함한다.
상승된 압력에서 시스템 작동과 함께 54에서 기포기를 통하여 압축공기의 주입과 고속의 순환은 최대 용존 산소 수준을 유지시켜 주고 스탠드 파이프(84)를 통하여 최대 속도의 순환은 반응기(52)의 지속적인 교반을 유지시켜준다. 높은 인 함량(hpc) 박테리아가 초대 호흡 속도에서 미리 흡수된 지방을 분해할 수 있도록 또는 산소가 세포벽을 통하여 제한된 확산이 되지 않도록 하기 위해 상당 수준의 용존 산소를 유지시킨다. 산소 결핍 부위에서 라인(41,68,71)을 통하여 순환되는 반응기 용액의 소부분이 공급물의 대부분 인의 함량을 혐기성으로 재흡수하고 대사시키기 위한 충분한 세균의 지속적인 공급을 보장한다.
10 내지 60분간 반응기액은 공급 지류(40)에서 들어오는 물질과 혼합하고 용기(44)에 남아있게 된다. 산소가 이와같은 시스템내에서 다 소비된 후에, 미생물은 P값을 흡수하고 대사처리하여 세포에서 고농도의 ATP를 만든다.
이로써 박테리아는 상당량의 BOD를 흡수하고 이를 직접적으로 세포 지방으로 전이시킨다. 지방으로의 전환은 발열반응으로 COD㎏당 20kcal 가 발생되고 BOD 가 CO2와 H2O로 완전 대사과정에 대해 COD ㎏ 당 480kcal 의 방출과 비교될 수 있다. 본 발명의 반응기 조건은 이들 미생물을 좋아하여 이들은 주로 본 발명의 공정에서 주로 나타낸 메탄 형성물질을 제거하고 냄새를 내는 바람직하지 못하는 유기물을 제거한다.
웅덩이 또는 피트(100)에 있는 액체 부분은 인의 함량이 상당히 낮기 때문에 상당량이 땅에 뿌릴 수 있다. 냉각 폰드(46)에서 가라앉는 인이 많은 물질은 궁극적으로 어디든간에 땅에 공급될 수 있는 고단백 공급물로 사용될 수 있다.
산소가 결핍된 지역(44)에서 방출되는 양을 포함한 주요 반응기(52)로 부터 순환된 물질의 많은 부분에 공기의 공급은 구멍을 가지는 큰 헤드파이프로 이루어질 수 있거나 또는 스폰지 스톤을 이용하거나 또는 헤드 파이프로 흐르는 것과 같이 시스템을 통하여 컴프레스로 부터 공기를 주입시키는 다른 시스템을 이용할 수 있다. 따라서, 용기(54)는 실제 대기에 공기가 균형이 되게 용해될 수 있도록 30초 내지 1분간 라인에서 잔류시간을 증가시키기 위해 순환 파이프에 직경이 확정된 부분이 된다. 드래프트 또는 스탠드파이프(84)는 나타낸 펌프속도에서 시스템의왕성한 혼합을 보장하기 위해 만들어질 수 있다(직경은 최고 1m).
분무 노즐로 부터 폐수는 스크린으로 지류를 나누어 세분화시킬 수 있다. 미세 액체는 기체로 원자화되어 신속하게 기화되는 100 미크론 또는 더 작은 방울로 된다. 고체는 1,000 미크론 직경으로 만들기 위해 노즐에서 분무되고 기화가 발생할 수 있다. 반응과 대기로 부터의 열이 기화에 도움이 된다. 따라서 웅덩이에는 상당량의 고체를 포함한다. 스프레이 노즐(56, 58)로 부터 방출되는 폐수에는 적절하게는 유입 지류에 약 10-20% BOD 를 포함한다. 스프레이는 대기로 부터 산소를 흡수한다. 저장된 웅덩이(109)와 냉각 폰트(46)의 표면은 호기성을 유지하여 BOD 감소가 시간이 지남에 따라서도 지속적으로 일어난다.
Per N 화합물은 주로 고체부분에 있고 물에는 없는 것을 알 수 있다. 다량으로 인은 방출된 박테리아에 포함되고 질소 화합물은 고형부분에 남아있게 된다.
기존 공기 컴프레스(60)를 이용하여 압력을 가하고 시스템을 유지하는 유입 펌프(34)의 평균 공급만을 요구함으로써, 시스템의 전력 요구량을 최소화한다. 정상적인 조건하에서, 반응기는 100℉ 내지 140℉에서 작동되기 때문에 냉각은 필요할 경우 냉각된 순환지류를 제공하기 위해 노즐(56,58)을 통하여 분무로 제공할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 상태를 알리고, 본 기술에 숙지된 자가 신규 원리를 적용하고 제조하고 특정 성분을 사용할 수 있도록 하기 위해 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명은 특별히 다른 장비나 장치에 의해서도 실행될 수 있기 때문에, 장비나 작동과정에서 다양한 변화는 본 발명의 범위에 속함을 인지할 것이다.
본 발명의 시스템 방법은 가족 농장 또는 비육장과 같은 단위 농장의 폐수를 처리하는데 바로 이용될 수 있다. 시스템은 동물 폐기물의 처리비용을 감소시키고 재생 단백질의 비용-효과적인 방법을 제시할 수도 있다. 1100 동물 유닛의 일반적인 처리에는 약 3.0gpm 폐수를 처리할 수 있는 시스템이 요구된다.

Claims (12)

  1. BOD와 인함량이 높은 저-용적, 고-고형 폐수를 처리하기 위한 상대적 고압공정에 있어서,
    a) 3 내지 10 기압의 선결정된 공정압력에서, 물부분과 고체부분으로 구성된 고-고형 폐수를 유입시키고;
    b) 공정압력하에서, 상기 폐수는 혐기성 처리하여 물부분의 인함량을 감소시키고, 인을 고체부분으로 전이시키고;
    c) 공정압력하에서, 상기 폐수는 첨가된 공기공급 산화제를 비롯한 호기성 처리하고, 이때, 첨가된 공기공급 산화제는 선결정된 공정압력으로 압착된 공기형태로 존재하고;
    d) 교반동안 상기 폐수의 가압 호기성 조건을 유지하여, 선결정된 수준으로 BOD를 감소시킨 관련 폐수를 만들고;
    e) 처리된 액체 폐수 및 고체 폐수를 방류하는 것을 특징으로 하는 고압공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 공정압력은 약 5 내지 7 기압인 것을 특징으로 하는 고압공정.
  3. 제 1 항에 있어서, 혐기성 처리단계는 호기성 처리단계 보다 선행하는 것을특징으로 하는 고압공정.
  4. 제 1 항에 있어서, 호기성 처리단계에서 얻은 폐수의 소량을 혐기성 처리할 물질에 첨가하여, 산소의 고갈직후 혐기성 박테리아의 활성을 보장하는 것을 특징으로 하는 고압공정.
  5. 제 1 항에 있어서, 공급되는 폐수의 BOD는 적어도 10,000mg/ 인 것을 특징으로 하는 고압공정.
  6. 제 1 항에 있어서, 방출된 폐수 또는 침전된 고체를 혐기성 수단에 첨가하여, 혐기성 수단내 고체 함량을 원하는 수준으로 유지시키기 것을 특징으로 하는 고압공정.
  7. 제 1 항에 있어서, 호기성처리동안 폐수는 고도-교반 혼합하는 것을 특징으로 하는 고압공정.
  8. 제 1 항에 있어서, 처리된 폐수 방류동안 또는 방류후에 물부분과 고체부분을 분리하는 특징으로 하는 고압공정.
  9. 제 1 항에 있어서, 폐수는 30분 내지 1시간동안 혐기성 처리하는 것을 특징으로 하는 고압공정.
  10. 제 1 항에 있어서, 호기성 처리는 BOD가 유입값의 1/2이하로 감소될 때까지 지속하는 것을 특징으로 하는 고압공정.
  11. 제 1 항에 있어서, 폐수는 2 내지 60시간 동안 호기성 처리하는 것을 특징으로 하는 고압공정.
  12. BOD와 인함량이 높은 고-고형 폐수의 가압처리를 위한 장치에 있어서,
    a) 공급원으로부터 고체부분과 물부분을 구성된 고-고형 폐수를 수용하는 수단;
    b) 장치의 압력을 선결정된 공정압력으로 상승시키기 위한 가압수단;
    c) 폐수를 혐기성 인 전이처리하기 위한 혐기성작용 박테리아를 비롯한 가압수단내 혐기성 처리수단;
    d) 상기 가압수단에 압축된 대기를 공급하기 위한 산화제 공급수단 및 공기공급된 폐수를 계속 교반하기 위한 교반수단을 포함하는 가압수단내 호기성 처리수단;
    e) 처리된 폐수를 대기압으로 방출하기 위한 방출수단으로 구성되고, 이때, c)의 혐기성 처리 수단을 이용하여 인을 전이처리하면, 인은 고체부분으로 전이되어 물부분의 인함량은 줄어들게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
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