KR100753455B1 - 서지 무산소 혼합의 연속 배치 반응기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에서는 질소 제거를 용이하게 하는 상호 작용 서지 무산소 혼합 영역과, 이 영역에 대해 BOD 제거 및 질산염 생성을 위한 공기 주입을 용이하게 하기 위한 호기성의 연속 배치 반응, 정화 및 취출 영역을 이용한다. 혐기성의 재생에 의해 오니 감소도 달성될 수 있다.

Description

서지 무산소 혼합의 연속 배치 반응기 시스템{SURGE ANOXIC MIX SEQUENCING BATCH REACTOR SYSTEMS}
본 발명은 폐수 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐수 처리를 위한 연속 배치 반응 방법 및 장치에 관한 것이다.
총 부유 고형물(total suspended solids, TSS), 생물학적 산소 요구량(BOD), (질산염 및 암모니아와 같은) 질소 및 인 등의 폐수 성분을 다량의 도시 폐수 및 산업 폐수로부터 경제적으로 제거하기 위하여, 폐수 처리 및 처리된 유출물에 대한 목표 및 기준은 점점 더 엄격해지고 있다. 종래에, 유입물 스트림이 연속적으로 처리되고 하나 이상의 처리 영역을 통해 연속적으로 배출되는 연속 유동형 또는 연속한 유입물 스트림이 연속적으로 처리되고 간헐적으로 배출되는 연속 배치 반응기형의 활성 오니(汚泥)(activated sludge) 시스템이 폐수 처리를 위해 사용되었다.
활성 오니 배양물(cultures)의 각종 미생물은 상이한 폐수 성분들을 최적으로 제거하기 위하여 통상 다른 영양소와 산소화 및 다른 조건을 이용한다. 폐수의 유기(有機) 물질(organic materials)은 에너지 합성 및 세포 합성을 위해 "활성 오니" 미생물에 의해 소모되고, 산화될 폐수 성분(전자 공여자)으로부터 산화 물질(전자 수용자)로의 전자 전달을 포함하는 생물학적 산화-환원 반응에 의해 구동된다. 종속 영양 물질 대사(heterotrophic metabolism)에서는 전자 공여자로서 유기 폐수 성분을 이용하고, 독립 영양 물질 대사(autotrophic metabolism)에서는 전자 공여자로서 비유기(무기) 폐수 성분을 이용한다. 폐수가 공기 주입 처리되는 호기성(好氣性) 시스템에서, 산소는 "활성 오니" 미생물에 의해 최종 전자 수용자로서 사용된다. 무산소 시스템(anoxic systems)에서, 산소는 실질적으로 고갈되고, "활성 오니" 미생물은 주요한 최종 전자 수용자로서 질산염 및 아질산염을 이용한다. 혐기성(嫌氣性) 상태 하에서, 산소와 질산염 및 아질산염 성분은 실질적으로 고갈되고, 탄산염 및 황산염은 세포 반응에서 주요한 최종 전자 수용자 역할을 한다[엠.지. 맨트(M.G. Mandt)와 비.에이. 벨(B.A. Bell)의 "산화 경로(Oxidation Ditches)", p169, 1982, Ann Arbor Science Publishers]. 이와 같은 상이한 호기성 상태와 무산소 상태 및 혐기성 상태 하에서, 상이한 미생물 및/또는 물질 대사 경로가 우세할 수도 있다는 것에 유념하여야 한다.
맨트에게 허여된 미국 특허 제4,596,658호에 개시된 것과 같은 연속 배치 반응기(sequencing batch reactors)가 종래에, 동일한 배치 반응기 장치의 배치 모드에서, 주어진 양의 폐수를 미리 정해진 상이한 처리 단계 순서로 처리함으로써 폐수를 처리하여 양질의 유출물을 제공하도록 사용된다. 그러나, 연속 배치 반응기가 효율적이고, 유연하며 경제적인 폐수 처리 장치라는 것이 밝혀졌지만, 폐수 성분 제거를 위한 무산소 처리 상태 및 호기성 처리 상태와 같은 처리 상태를 최적화 및/또는 처리 효율을 증대시킬 수 있는 개선점이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 개선된 방법 및 장치와, 이러한 방법 및 장치를 이용하는 연속 배치 반응기 시스템을 제공하는 것이다.
도시 폐수(municipal wastewater)를 처리하는 많은 생물학적 처리 플랜트에서, 유입물의 약 1 vol.% 내지 2 vol.%는 추가 처리 및/또는 처분을 요하는 묽은 폐오니(waste sludge, WAS)로서 처리 프로세스를 빠져나간다.
따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 몇몇 실시예의 목적은 쓰레기 처리지(landfill)에서 또는 추가 처리에 의해 처분되어야 하는 오니의 양을 실질적으로 감소시킬 수 있는 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 여러 선택적인 실시예의 다른 목적은 표면 찌끼(scum)를 함유하고 폐수를 정지(靜止) 상태로(quiescently) 이송하며, 및/또는 처분할 총 슬러지의 양을 처리할 유입 폐수의 약 1 vol.% 이상에서 0.011 vol.% 미만으로 감소시킬 수 있는 처리 시스템 및 프로세스를 제공하는 것이다. 이러한 실시예의 또 다른 목적은 궁극적으로 용지 또는 국부적 쓰레기 처리지에서 처분하기 위한 "오니 특성이 덜한" 특징을 개선한 안정되고 비교적 비활성의 부산물을 만들어 내는 것이다.
(본 발명의 다른 실시예의 목적과 독립적이거나 바람직한 실시예의 다른 목적과 결합될 수도 있는) 상기 목적 및 다른 목적은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 통해 명확해질 것이다.
전체적으로, 본 발명에 따르면, 폐수의 고형물 함량, 생물학적 산소 요구량, 질소 함량을 감소시키기 위하여, 연속적으로 상호 작용하는 별개의 무산소 처리 영역(anoxic treatment zone) 및 호기성 처리 영역(aerobic treatment zone)을 사용하여 폐수를 처리하는 상호 작용형 무산소 혼합 영역 및 연속 배치 호기성 반응 영역을 이용하는 연속 배치 반응 폐수 처리 방법 및 장치가 제공된다. 이러한 방법에 따르면, 처리할 유입 폐수는 처리 미생물(treatment microorganisms)을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 무산소 폐액 처리 영역 내로 도입될 수도 있다. 통상적으로, 처리 사이클의 연속 프로세스 단계를 수행하는 전체 사이클 시간은 온도, 처리할 불순물의 타입 및 농도 등의 요인에 따라 변하기는 하지만 20 시간 미만이고, 바람직하게는 15 시간 미만이다. 유입 폐수는, 각종 불순물 뿐만 아니라 암모니아, 유기 질소, 질산염, 아질산염, 용해 가능한 탄화 수소 및 용해 불가능한 탄화 수소, 셀루로오스 섬유, 침적 가능한 콜로이드 형태의 고형물, 다른 유기 물질, 무기 고형물 또는 그릿(grit), 지방, 오일, 그리스(grease), 인산염(phosphates)과 같은 각종의 분술물을 포함할 수도 있는 도시 폐수 또는 산업 폐수일 수 있다. 이러한 폐수는 직접 상기 무산소 처리 영역 내로 도입될 수도 있고, 무산소 처리 영역 내로 도입되기 전에, "트래쉬 트랩(trash trap)" 고형물 집속 챔버와 같은 혐기성 처리 또는 보유 영역을 통해 필터링, 스크린 처리(screening), 탈그릿 처리(degritting), 주요 정화 및/또는 통과에 의해 예비 처리할 수도 있다. 재생 혐기성 예비 처리의 이점은 서지 무산소 혼합 처리를 설명한 후에 설명한다.
본 발명의 여러 양태에 따르면, 무산소 폐액 처리 영역으로부터의 폐수 및 처리 미생물은, 호기성 상태 하에서 처리 사이클의 적어도 대부분의 사이클에 대해 유지되는 것이 바람직한 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 호기성의 연속 배치 반응기(SBR) 공기 주입 처리 영역(aeration treatment zone) 내로 도입된다. 상기 호기성 연속 배치 공기 주입 처리 영역의 폐액은 공기 주입 처리 사이클 중에 혼합되고 공기 주입 처리되어 폐수의 생물학적 산소 요구량을 감소시키고, 질소 폐수 성분의 적어도 일부를 무기 질산염 또는 아질산염 성분으로 전환시킨다. 전술한 바와 같이, 비교적 질산염의 함량이 많은 폐수와 같은 유입 폐수에 대해 보다 적은 공기 주입 처리 시간이 요구될 수도 있지만, 폐수는 전체 처리 사이클 시간 중 적어도 절반 동안 상기 공기 주입 처리 영역의 호기성 상태 하에서 유지되는 것이 바람직하다. 연속 배치 공기 주입 영역으로부터의 폐액 및 처리 미생물도 상기 무산소 혼합 처리 영역 내로 도입되고 그 영역에서 혼합되어 무산소 처리 미생물 물질 대사를 위한 질산염 또는 아질산염 산화 성분을 제공하고, 그 질산염 또는 아질산염 성분을 무산소 처리 영역에서 폐수로부터 제거하기 위해 질소로 전환하는 것은 본 방법의 중요한 양태이다. 이어서, 상기 공기 주입 처리된 처리 영역의 폐액은 침적 기간 동안 정지 상태로 유지되어, 정화된 상부층과, 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 층화(層化)된 하부층을 형성한다. 처리된 유출물의 정화된 상부층 일부는 상기 연속 공기 주입 처리 영역으로부터 취출(取出) 처리(decantation)함으로써 제거될 수 있다. 취출 처리되고 정화된 액체는 양질의 처리된 유출물이다. 처리할 유입 폐수는 일반적으로 연속적인 베이스(continuous basis) 상에 생성될 수 있는 데, 그 유량은 하루 중 매시간, 추가적으로 주간, 계절, 다른 변동 사항에 따라 변동될 수도 있다. 따라서, 유입 폐수는, 연속 배치 반응기 시스템의 처리 사이클 중에 유입 흐름을 적어도 부분적으로 완충시키는 역할을 하는 무산소 폐액 처리 영역 내로 도입된다. 유입 흐름은 유량이 변동될 수도 있지만, 종종 연속적이다. 유입 흐름은 불연속적(단속적)일 수 있지만, 통상은 연속적이고 즉시 처리 용량(ready treatment capacity)을 필요로 한다. 연속적이면서 지속적인 흐름을 쉽게 수용할 수 있다는 것은 서지 무산소 혼합 시스템의 이점이다. 무산소 폐액 처리 영역의 체적 대 호기성 연속 배치 처리 영역의 비는 무산소 혼합 영역의 흐름 버퍼링 또는 균등화(equalization) 기능과, 폐수 내의 질소 대 BOD 성분의 상대비와 관련이 있다. 통상적으로, 무산소 혼합 처리 영역과, 이 영역이 공급하고 상호 작용하는 호기성 배치 처리 영역의 체적비는 약 0.2 내지 약 1.0, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 0.7의 범위에 있다. 도시 폐수에 대하여, 서지 무산소 혼합 처리 영역은, 고질소(예컨대, 40 mg/l의 농도)의 산업 또는 도시 폐수에 대하여, 무산소 처리 영역의 체적은 질소 제거를 적절히 진행하기 위하여 호기성의 연속 배치 처리 영역의 체적과 동일할 수도 있지만, 통상 공기 주입 처리된 연속 배치 처리 영역 체적의 약 절반이다. 전술한 바와 같이, 공기 주입 처리 영역과 무산소 혼합 영역 사이에서의 폐액의 상호 작용은 중요하다. 이러한 상호 작용은 효과적으로 되려면 충분히 빨라야 하지만, 각 영역에서의 무산소의 최적화된 반응 구배 및 호기성의 최적화된 반응 구배가 유지되지 않을 만큼 빨라서는 안된다. 무산소 폐액 처리 영역으로부터 호기성 연속 배치 처리 영역으로의 폐수 및 처리 미생물의 도입과, 연속 배치 공기 주입 처리 영역으로부터 무산소 혼합 처리 영역으로의 폐수 및 처리 미생물의 도입은 시간당 호기성 처리 영역 전체 체적의 적어도 약 20%, 바람직하게는 적어도 약 50%의 속도로 상기 상호 작용 중에 이루어지는 것이 좋다. 상기 호기성 처리 영역에서 폐액의 상호 작용은 원하는 수준의 BOD 및 질소 감소가 달성될 때까지 계속된다. 상호 작용 단계에 이어서, 호기성 처리 영역의 폐수는 정지 상태로 유지되어 폐수의 상부층을 정화하고, 이 정화된 상부층의 일부는 처리된 폐수로서 상기 처리 영역으로부터 배출된다. 이어서, 상기 연속 배치 처리 사이클이 반복된다.
본 발명의 방법의 특히 바람직한 실시예에서는 다음과 같은 일련의 반복적인 단계, 즉
유입 폐수를 무산소 혼합 영역 내로 도입하고, 호기성의 연속 배치 반응 영역에서 미리 정해진 상부의 액체 수위가 도달할 때까지 상기 무산소 혼합 영역으로부터 호기성의 연속 배치 공기 주입 처리 영역 내로 그 폐수를 펌핑하는 충전 단계와,
상기 폐액을 호기성의 연속 배치 공기 주입 처리 영역에서 공기 주입 또는 혼합하고, 질산염 또는 아질산염 성분을 포함하는 호기성 영역으로부터의 액체를 상기 무산소 혼합 영역에 도입하며, 무산소 영역으로부터의 무산소 폐액을 호기성 영역 내로 도입하는 상호 작용 단계와,
유입 폐수를 상기 무산소 처리 영역 내로 도입하고, 상기 호기성 영역의 폐액을 무산소 영역으로부터의 폐액과 실질적으로 혼합하지 않고, 공기 주입 처리 하지 않거나 그 폐액을 도입하지 않으면서 정지 상태로 유지하여 상부의 정화된 폐수 영역을 제공하는 침적 단계와,
정화된 유출물을 상기 호기성 처리 영역의 정화된 상부 영역으로부터 빼내는 취출 단계
를 반복적으로 이용한다. 상기 공기 주입 처리 영역으로부터 무산소 혼합 영역 내로의 액체 도입과, 무산소 혼합 영역으로부터 호기성 처리 영역으로의 액체 도입은, 시간당 무산소 혼합 영역의 액체 체적의 적어도 0.2 배의 속도로 수행되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 시간당 상기 호기성 처리 영역의 전체 폐액 체적의 약 50% 내지 약 500% 범위의 속도로 상기 상호 작용 단계 중에 수행된다.
상기 각 단계의 사이클 시간과, 전체 배치 프로세스 사이클 시간은 각종의 시스템 구조 변수와, 폐수 불순물 적재, 폐수의 온도 및 유사한 요인들에 종속한다. 각 단계의 개시와, 선행 단계의 종료는 타임 베이스(timed basis)와 같은 임의의 적당한 방식으로 제어되거나 처리 시스템 내의 여러 폐수 수위 상태에 의해 유발될 수 있다. 연속 처리 단계의 타이밍도 산소 센서 및 질산염 센서와 같은 적절한 센서에 의해 제어될 수 있다. 총 처리 사이클은 통상적으로 약 2 시간 내지 약 12 시간 정도 걸릴 수 있지만, 예컨대 추운 날씨 또는 유기물 또는 질소가 다량 적재된 상태 하에서는 더 길어질 수도 있다. 상기 충전 단계는 총 처리 사이클 시간의 약 10% 내지 약 30% 동안 수행되고, 이는 유압 유지 시간(hydraulic retention time)이 약 16 시간 내지 약 20 시간인 시스템에 대하여 약 6 분, 즉 0.1 시간 내지 약 60분 즉 1 시간일 수 있다. 상기 상호 작용 단계는 총 처리 사이클 시간의 약 25% 내지 약 75% 동안 수행되고, 이는 유압 유지 시간이 약 16 시간 내지 약 20 시간인 시스템에 대하여 약 0.1 시간 내지 약 2 시간일 수 있다. 상기 침적 단계는 총 처리 사이클 시간의 약 10% 내지 약 30% 동안 수행되고, 이는 유압 유지 시간이 약 16 시간 내지 약 20 시간인 시스템에 대하여 약 0.5 시간 내지 약 1 시간일 수 있다. 상기 취출 단계는 총 처리 사이클 시간의 약 5% 내지 약 25% 동안 수행되고, 이는 유압 유지 시간이 약 16 시간 내지 약 20 시간인 시스템에 대하여 약 0.1 시간 내지 약 1 시간일 수 있다.
상기 방법은, 상기 상호 작용 단계 후 및 침적 단계 전에 별개의 공기 주입 및/또는 혼합 반응 단계를 포함할 수도 있는데, 이 단계에서는 유입물이 상기 무산소 혼합 영역 내로 도입되고, 호기성 처리 영역의 폐수는 무산소 혼합 영역으로부터의 폐수를 호기성 처리 영역 내로 도입하지 않으면서 혼합되고 공기 주입 처리된다. 상기 선택적인 별개의 공기 주입 및/또는 혼합 단계는 통상 약 0 시간 내지 12 시간, 바람직하게는 약 0.1 시간 내지 약 3 시간 동안 수행되거나, BOD가 20 mg/l 미만의 미리 정해진 값으로 감소될 때까지 수행될 수 있다.
이러한 처리 방법에 있어서, 특히 폐수에서 성장할 수 있는 미생물학적 처리 유기체를 포함하는 폐수 고형물은 상기 처리 시스템으로부터 주기적으로 제거될 수도 있다. 이와 관련하여, 폐수 고형물의 일부는 정화된 유출물의 취출 중에 또는 취출 후에, 그리고 상기 충전 단계의 완료 전에 상기 호기성 처리 영역으로부터 제거되는 것이 좋다. 폐수 미생물체 및 다른 고형물을 함유하는 폐수는 종래의 실시에 따라서 종래의 고형물 분리, 분해 또는 처분 장치 쪽으로 펌핑될 수도 있다. 그러나, 이러한 고형물을 함유하는 폐수의 일부는 후속하여 무산소 혼합 영역 내로 재도입하기 위해 혐기성 "트래쉬 트랩"과 같은 무기성 분해 영역 내로 도입될 수도 있다. 이런 식으로, 처리 시스템에 의해 생성된 총 고형물은 폐고형물의 혐기성 분해에 의해 상당히 감소될 수 있다. 또한, 인의 제거도 용이해질 수 있다. 이와 관련하여, 혼합된 액체 미생물은 혐기성 상태에 놓여지고, 세포는 인 및 암모니아를 용액 내로 다시 내주어 보다 많은 인 및 질소가 풍부한 유입물 스트림을 만들어 내는 경향이 있다. 후속하여, 살아 남은 미생물이 무산소 혼합 영역 또는 호기성 연속 배치 반응 영역의 무산소 환경 또는 호기성 환경에 놓여지면, 특히 인영양(phosphotroph) 물질 대사와 관련하여, 내주어진 것보다 더 많은 인을 차지하는 경향이 있다.
침적 사이클 및 취출 사이클은 시간 소모적이기 때문에, 무산소 폐수는 무산소 혼합 영역의 이용을 최대화하기 위하여, 무산소 혼합 영역으로부터 복수의 호기성 처리 영역으로 연속적으로 운반될 수도 있다. 이와 관련하여, 상기 무산소 혼합 영역은, 제1 호기성 처리 영역이 그 침적 사이클 및 취출 사이클에 있는 동안에 제2 호기성 영역을 채우고 그 영역과 상호 작용할 수도 있다. 이는 무산소 혼합 영역의 이용을 최대화하는데, 왜냐하면 무산소 혼합 영역은 그 동작을 위해 질산염 및 아질산염 영양분을 보다 일정하게 공급하고, 상기 시스템의 연속 처리 사이클 중에 계속적인 유입 흐름을 수용하는 데에 요구되는 균등화 또는 "버퍼링" 탱크 체적을 감소시키기 때문이다. 이는 처리 사이클 중에 서지 무산소 혼합 처리 영역의 동작 수위 및 공기 주입 처리 영역으로의 펌핑을 위한 리프트 수위(lift level) 변화도 감소시킬 수 있고, 이는 에너지 효율을 증대시킨다.
본 발명은 또한 폐수 처리를 위한 멀티 챔버 연속 배치 반응기 시스템에 관한 것이다. 이러한 처리 시스템에는 서지 무산소 혼합 반응 탱크와, 처리할 폐수를 상기 무산소 반응 탱크 내로 도입하는 무산소 반응 탱크 유입구와, 폐수 및 폐수 처리 미생물을 혼합하고 공기 주입하기 위한 공기 주입 반응 탱크와, 상기 서지 무산소 혼합 반응 탱크로부터 상기 공기 주입 반응 탱크로 폐액을 도입하기 위한 펌프가 포함된다. 상기 공기 주입 반응 탱크에는 호기성 반응 탱크 내의 폐수에 공기 주입하기 위한 공기 주입기(aerator)와, 호기성 반응 탱크의 상부로부터 액체를 빼내는 취출기(decanter)가 포함된다. 상기 처리 시스템의 중요한 구성 요소는, 바람직하게는 상기 무산소 혼합 탱크로부터의 폐수를 상기 공기 주입 반응 탱크 내로 펌핑하면서 폐수를 호기성 반응 탱크로부터 무산소 혼합 처리 탱크 내로 도입하는 수단이다. 폐수를 상기 무산소 혼합 탱크로부터 연속 공기 주입 탱크로 이송하는 수단은 총 펌핑 용량이 폐수 처리 시스템의 하루 평균 처리 흐름 용량의 적어도 약 2 배, 바람직하게는 적어도 3 배인 공기 리프트 펌프 또는 원심력 펌프인 것이 좋고, 폐수를 상기 호기성 반응 탱크로부터 상기 무산소 반응 탱크 내로 도입하는 상기 수단은, 상기 공기 주입 반응 탱크의 미리 정해진 상부 액체 수위에 흡입 오리피스가 마련되고, 상기 무산소 반응 탱크 내로 배출되는 패시브 오버플로우 구조 또는 위어(weir)인 것이 바람직하다. 상기 무산소 혼합 영역으로부터 호기성 영역 쪽으로 펌핑하고, 호기성 영역으로부터 무산소 혼합 영역 쪽으로 펌핑하는 데에 별개의 펌핑 시스템이 사용될 수도 있다. 그러나, 패시브 오버플로우 위어를 사용하는 것이 특히 효율적이고 유지가 필요 없으며, 유리하게도 표면 찌끼를 무산소 탱크에 복귀시켜 추가 처리한다. 또한, 탱크 사이에 밸브 없이도 연속적인 흐름을 수용할 수 있고, 정지 상태의 침적을 가능하게 한다.
도 1은 무산소 배치 처리 영역 및 공기 주입 처리된 배치 처리 영역을 상호 작용시켜 폐수를 처리하는 본 발명에 따른 서지 무산소 혼합의 연속 배치 반응 프로세스의 일실시예를 개략적으로 나타내는 프로세스 흐름도이다.
도 2는 한 서지 무산소 영역으로부터의 혼합된 액체가 선택적으로 두 공기 주입 처리된 배치 반응 영역 및 취출 영역과 상호 작용하는 도 1에 나타낸 것과 유사한 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 프로세스 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서지 무산소 혼합 처리 구조를 이용하는 이중 처리 용기 연속 배치 반응기 폐수 처리 플랜트의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선을 따라 취한 서지 무산소 혼합의 연속 배치 폐수 처리 플랜트의 부분 측단면도이다.
도 5는 도 4의 B-B 선을 따라 취한 도 3의 처리 플랜트의 서지 무산소 혼합 챔버와 연속 배치 반응 챔버의 측단면도이다.
도 6은 단일의 서지 무산소 혼합 챔버가 단일의 연속 배치 공기 주입 및 취출 챔버와 상호 작용하는 콤팩트 구조의 연속 배치 반응기 시스템의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 A-A 선을 따라 취한 연속 배치 반응기 시스템의 단면도이다.
도 8은 도 1 내지 도 7에 도시한 서지 무산소 혼합 시스템과 같은 폐수 처리 시스템용의 개선된 표면 찌끼 제거, 탱크간 유동 배플링 및 확산 장치의 일실시예를 나타내는 측단면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 유동 배플링 및 정지 확산 장치를 나타내는 사시도이다.
도 10a은 서지 무산소 혼합 폐수 처리 시스템의 동작시 취출 단계 중에 고유동 상태에서의 도 9의 유동 배플링 및 정지 확산 장치의 평면도이다.
도 10b는 서지 무산소 혼합 처리 시스템의 상호 작용 단계 중에 있는 도 9에 도시한 장치의 평면도이다.
도 11a는 종래의 폐수 처리 장치용의 전형적인 고형물 비를 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 11b는 본 발명에 따른 특정 실시예에서의 고형물 비를 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 12a와 도 12b는 재생 혐기성 오니 감소가 있는 통합된 서지 무산소 혼합 시스템의 개략적인 흐름도이고, 도 12c와 도 12d는 재생 혐기성 예비 처리를 이용하고, 함유 무기물 제거가 있는 오니 감소 시스템과 같은 것을 포함하는 독립적인 오니 감소 시스템을 나타낸다.
도 13은 도 12에 도시한 것과 같은 유동 처리 구조에 유용한 오니 감소 시스템의 측단면도이다.
도 14는 도 12에 도시한 것과 같은 유동 처리 구조에 유용한 오니 감소 시스 템의 평면도이다.
본 발명의 여러 실시예의 방법 태양에 따르면, 처리할 폐수는 처리 미생물을 함유하는 폐고형물이 들어 있는 상호 작용형의 혼합된 액체 처리 영역 내로 연속적으로 도입될 수 있다. 상기 호기성 폐수의 혼합된 액체는 일정 기간 동안 미리 정해진 상태 하에서 공기 주입 처리되어 그 폐수의 생물학적 산소 요구량을 감소시킨다. 후속하여, 상기 혼합된 액체는 침적 기간 동안 연속 배치 공기 주입 영역에서 정지 상태로 유지되어, 정화된 상부층과, 폐고형물을 함유하는 층화된 하부층을 형성할 수도 있다. 많은 시스템에 대하여, 혼합 및 공기 주입 시간 주기(충전 및 상호 작용)는 약 1 시간 내지 약 5 시간, 바람직하게는 약 2 시간 내지 약 4 시간의 범위에 있을 수 있다. 침적의 정지 상태 기간은 통상 약 2 시간 미만이고, 바람직하게는 약 30 분 내지 약 90 분의 범위에 있을 수 있다. 취출 시간은 통상 약 0.1 시간 내지 약 1 시간의 범위에 있을 수 있다. 이들 시간은 처리 사이클당 시간이다.
도 1에는 본 발명에 따른 서지 무산소 혼합의 연속 배치 반응 프로세서의 일실시예를 개략적으로 나태내는 프로세스 흐름도가 도시되어 있고, 이는 도 3 내지 도 5에 도시한 폐수 처리 시스템의 한 동작 양식을 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 여러 폐수 처리 방법 실시예에 따르면, 처리할 폐수의 유입물 스트림(100)은, 공기 주입된 연속 배치 반응 영역(104) 부근의 서지 무산소 혼합 처리 영역(102) 내로 계속 도입된다. 처리할 폐수(8)는 통상, 유량이 계절, 주중 또는 매일 변할 수 있지만 지속적으로 발생되는 도시 폐수일 수 있다. 상기 유입물 스트림은 도시, 산업 또는 다른 발생원으로부터 직접 도입될 수도 있지만, 통상 그릿 및 고형물 제거 시스템에 의해 예비 처리되고, 상기 무산소 혼합 영역 내로 도입되기 전에 먼저 "트래쉬 트랩"과 같은 혐기성 처리 영역 내로 도입될 수도 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 무기성 처리 영역은 후술하는 바와 같이, 상기 시스템에 의해 발생되는 고형물을 더욱 감소시키는 데에 사용될 수도 있다.
도 1에서, 상기 처리 방법은 5개의 처리 단계, 즉 초기의 충전 단계, 상호 작용 단계, 선택적인 반응 단계, 정화 단계, 처리된 유출물의 제거 단계로 도시되어 있다. 충전 단계에서, 상기 공기 주입 처리 영역은, 처리할 유입 폐수가 상기 무산소 혼합 영역 내로 도입됨에 따라, 상기 무산소 혼합 영역으로부터의 폐수로 채워진다. 공기 주입된 배치 반응기 영역(104)으로의 폐수 도입은 공기 주입된 영역(104)의 비교적 낮은 액체 수위에서 시작된다. 서지 무산소 혼합 영역(102)과 연속 배치(공기 주입) 반응 영역(104)에는 유지된 "활성 오니" 처리 미생물이 함유된 혼합 액체가 포함되어 있다. 서지 무산소 혼합 영역(102)은 기계식 또는 유압식으로 혼합될 수도 있지만, 통상 완전히 공기 주입 처리되지는 않아, 그 영역의 혼합된 액체 박테리아 배양물에 의한 산화 작용제로서 질산염과 아질산염의 사용과 통하는 무산소 상태에 있다. 상기 연속 배치 반응 영역(104)은 비교적 많이 공기 주입 처리되고, 기계식 또는 유압식으로 혼합되어, 그 영역의 혼합된 액체는 공기 주입된 영역(104)의 혼합된 액체 배양물에 의한 산화 작용제로서 산소의 사용과 통하는 공기 주입된 상태에 있게 된다. 상기 충전 단계는 공기 주입 처리된 반응 영역이 미리 정해진 높이 또는 체적으로 채워질 때까지 계속된다. 바람직하게는, 상기 높이는 액체를 무산소 혼합 영역 쪽으로 복귀시키는 패시브 액체 복귀 위어 및 도관의 흡입 높이에 의해 정해진다. 이 충전 단계는 상기 호기성의 SBR 탱크(104)가 채워질 때 종료되거나 종료될 수 있어, 호기성 탱크 영역(104)으로부터의 질산염 함유 폐수는 무산소 혼합 영역(102) 쪽으로 복귀된다.
상기 충전 단계에 이어 상호 작용 단계가 이어진다. 이 상호 작용 단계 중에, 상기 SBR 영역에서의 호기성 산화 처리 진행 하의 상기 혼합된 액체는, 무산소 처리 영역(102)에서의 무산소 처리 진행 하의 혼합된 액체 및 유입물(100)과 상호 혼합되고, 유입 폐수(100)는 무산소 영역 내로 도입된다. 무산소 탱크로부터 펌핑되는 모든 갤런에 대하여, 1갤런이 상기 호기성 탱크로부터 복귀한다. 상기 상호 작용 단계에는 시간 또는 용해된 산소 및/또는 질산염 센서에 의해 제어되는 간헐적인 펌핑 및 공기 주입이 포함될 수도 있다. 상기 처리 시스템[영역(102)]의 충전은, 처리할 유입 폐수가 무산소 처리 영역 내로 계속 유동하기 때문에, 상기 상호 작용 단계 전체에 걸쳐 계속된다는 것에 유의하여야 한다.
전기 모터 구동식 유체 펌프 또는 공기 리프트 펌프와 같은 임의의 적당한 펌프가 사용될 수 있다. 상기 상호 작용 단계 중에, 서지 무산소 혼합 영역(102)으로부터의 무산소 혼합된 액체는 공기 주입 처리된 배치 반응 영역(104) 내로 도입되고, 상기 연속 배치 반응 영역(104)으로부터의 공기 주입되고 혼합된 액체는 상기 서지 무산소 혼합 영역 내로 도입된다. 이는 상기 무산소 혼합 영역으로부터의 혼합된 액체를 실질적으로 완전한 공기 주입 처리된 반응기 영역(104) 내로 펌핑하고, 공기 주입 처리된 배치 반응 영역(104)으로부터의 혼합된 액체를 상기 서지 무산소 혼합 영역 내로 오버플로우 복귀시킴으로써 달성될 수 있다. 패시브 오버플로우 시스템은 비교적 유지가 필요 없고 에너지 효율적이며, 부유 찌끼 또는 부스러기를 상기 무산소 혼합 영역으로 복귀시키는 것과 같은 이점이 있다. 펌핑 속도(또는 상호 혼합 속도)는 유입 폐수(100)를 서지 무산소 혼합 영역 내로 도입하는 하루 평균 속도의 적어도 2 배이어야 하고, 바람직하게는 적어도 5 배이다.
서지 무산소 혼합 영역에서, BOD를 구성하는 유기물 성분을 포함하는 유입 폐수 성분은, 상기 공기 주입 처리된 배치 반응 영역에서 생기고 상기 영역(104)으로부터 영역(102)으로 이송되고 혼합되는 질산염 및 아질산염을 사용하는 혼합된 액체 미생물에 의해 부분적으로 소비된다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 질산염 및 아질산염 성분은 질소 가스로 환원되어, 폐수로부터 제거된다. 상기 무산소 혼합 영역에는 비교적 큰 BOD와 적게 용해된 산소의 반응 구배가 있는데, 이는 탈질소 작용을 용이하게 하며, 상기 호기성 처리 영역에는 비교적 낮은 BOD와 많이 용해된 산소의 반응 구배가 있는데, 이는 BOD 제거와 함께 질산화를 위해 보다 최적이다. 따라서, 상기 상호 작용 단계 중에, 상기 폐수 성분은 공기 주입된 배치 반응 영역(104)에서 급속히 산화되기도 하고, 이는 상기 혼합된 액체에 질산염 및 아질산염을 생성하여 상기 서지 무산소 혼합 영역에서 사용(및 N2로서 제거)한다. 상기 상호 작용 단계는 연속 배치 반응 프로세스의 총 사이클 시간의 약 20% 내지 약 80%를 구성한다.
폐고형물(오니)은 상기 처리 사이클의 상호 작용 단계 중에 상기 무산소 영역으로부터 제거되거나, 전술한 바와 같이 혐기성의 예비 처리 영역 내로 도입될 수도 있어 분해되고 이어서 상기 무산소 혼합 영역 내로 재도입됨으로써 총 고형물 감소 및/또는 인 제거를 용이하게 한다. 상기 무산소 영역의 혼합된 액체는 상기 상호 작용 단계 중에, 예컨대 제트 모티브 펌프 또는 호기성 영역 재생과 같은 적절한 방식에 의해 상기 무산소 영역에서 연속적으로 또는 간헐적으로 혼합될 수도 있지만, (상기 시스템 구조 조건을 초과하는 유입물 흐름 조건과 같은 예외적인 상황을 제외하고는) 일반적으로 공기 주입 처리되지 않는다. 상기 무산소 혼합 영역으로부터의 혼합된 액체가 상기 공기 주입 처리된 SBR 영역으로 도입되는 속도는 유입 폐수(102)의 평균 유입 유량의 적어도 2 배, 바람직하게는 적어도 3 배이고, 특히 효율이 좋은 실시예에서는 유입 폐수 유량의 적어도 약 5 배이다. 이와 관련하여, 상기 펌핑 용량은 피크 구조 유입 유량을 초과하여야 하는데, 이는 통상 도시 폐수 처리 시스템에 대하여 평균 유입 유량의 약 2 배 내지 4 배일 수 있다.
상기 SBR 영역(104)의 혼합된 액체는 그 영역에 있는 폐수의 생물학적 산화를 효율적으로 높이기 위하여, 상기 처리 영역(104) 내에서 연속적으로 또는 간헐적으로 공기 주입 처리되고 혼합된다. 플루이딘 코포레이션(Fluidyne Corporation)에서 제조하고 산소화 이송 효율이 적어도 20%인 F2JA 제트 공기 주입기(aerators)와 같은 모티브 제트 공기 주입기에 의한 연속적인 공기 주입 및 혼합은 에너지 면에서 효율적인 방식으로 혼합 및 공기 주입하는 데에 효과적이다. 처리 단계의 진행이 수위 상태에 의해 정해지는 시스템에 있어서, 상기 상호 작용 단계는, 무산소 영역의 액체 수위가 제어 수위 설정점, 또는 선택적인 공기 주입 반응 단계가 이용되는 경우라면 중간의 수위에 도달할 때까지, 상기 호기성의 연속 배치 공기 주입 처리(SBR) 영역(104)이 채워지는[그리고 무산소 영역(102) 내로 오버플로우 복귀하는] 시간으로부터 연장될 수도 있다. 별법으로서, 시간 조절된 처리 제어 시스템 및/또는 질산염 센서 및 산소 센서가 상기 중간 처리 단계의 길이를 제어하는 데에 사용될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 상기 상호 작용 단계에 후속하여, 선택적인 공기 주입 반응 단계 또는 정화 단계가 실행된다. 폐수의 적어도 가장 쉽게 생물학적으로 산화 가능한 성분(특히 무산소 처리 영역으로부터 가장 최근에 도입된 것)이 무산소 영역으로부터의 "신선한" 폐수의 도입 없이 적당한 기간 동안 상기 SBR 영역에서 처리되도록 하기 위하여, 비교적 지속 시간이 짧더라도, 공기 주입 처리 작용 단계가 바람직할 수 있다. SBR 공기 주입 반응 단계 중에, 상기 유입 폐수는 무산소 영역 내로 계속 도입되는데, 이는 충전됨에 따라 체적 버퍼의 역할을 한다. 상기 무산소 영역은 혼합되거나 교반될 수도 있지만, 폐수는 일반적으로, 상기 선택적인 작용 단계가 이용된다면 그러한 단계 중에 상기 무산소 영역(102)으로부터 SBR 영역(104) 내로 상당량으로 도입되지는 않는다.
상기 반응 단계 또는 어떠한 반응 단계도 이용되지 않는다면 상기 상호 작용 단계에 이어서, 정화 단계가 실행되는데, 이 정화 단계에서는 SBR 영역(104)에서의 혼합 및 공기 주입 처리가 정지되어, 정지 상태가 됨으로써 미생물 처리 배양물이 침적되어 정화된 상부층을 제공한다. 효과적인 정화를 달성하는 시간은 통상적으 로 약 45분이다. SBR 영역(104)에서의 정화 단계 중에, 무산소 처리 영역(102) 내로 유입 폐수(100)가 계속 도입될 수도 있어, 상기 영역(102)에서의 액체 수위를 상승시킬 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 상기 정화 및 침적 단계는, 취출 후에 SBR 영역(104)에서 달성되는 바닥 수위 미만으로 생물학적 고형물이 잘 침적될 수 있도록 하기에 충분한 미리 정해진 시간 동안 계속된다.
이와 관련하여, SBR 영역(104)에서의 혼합된 액체가 침적되어 정화된 상부층(106)과 하부 오니 영역(108)이 제공된 후에, 상기 영역(106) 내의 처리되고 정화된 유입물은 실질적으로 침적된 오니와 재혼합되지 않으면서 미리 정해진 수준으로 제거된다. 미국 특허 제4,596,659호에 개시되어 있고 플루이딘 코포레이션에서 제조하는 고정된 공기 작동형의 고형물 배제 취출기(solid excluding decanter, SED) 취출 시스템과 같은 취출 시스템이 실질적인 교란을 일으키지 않으면서 표면수(surface water)를 제거하는 데에 사용될 수 있다. 통상적으로, SBR 영역에 있는 물의 적어도 약 15%는 상기 유출물 제거 단계에서 취출된다. 상기 유출물 제거 단계 중에, 상기 유입 폐수는 계속 무산소 혼합 영역(102) 내로 도입되어, 수위를 그 최고 높이까지 상승시킨다. 상기 SBR 영역으로부터의 질산염 함유 혼합 액체를 상호 혼합하지 않고도, 상기 영역(102)의 혼합된 액체는 너무 오랫 동안 남아 있으면 혐기성으로 되고, 따라서 필요하다면 혼합되거나 적절히 공기 주입 처리될 수도 있다.
상기 유출물 제거 단계(취출)에 이어서, 상기 처리 사이클이 반복된다. 상기 호기성 SBR 영역(104)은 충전 단계에서, 상기 충전된 무산소 혼합 영역(102)으 로부터의 혼합된 액체를 정화된 유출물 제거 단계 이후 낮은 수위에 있는 SBR 영역(104) 내로 펌핑함으로써 충전되고, 나머지 단계가 반복된다.
연속 배치 공기 주입 및 취출 챔버와 상호 작용하는 무산소 혼합 챔버가 마련된 서지 무산소 혼합 상호 작용 구조의 이러한 연속 배치 반응기 시스템은 단일의 연속 배치 공기 주입 및 취출 처리 챔버가 마련된 종래의 연속 배치 반응기에 비해 중요한 이점을 제공할 수 있다. 종래의 연속 배치 반응기 시스템과, 상호 작용하는 서지 무산소 혼합 구조의 연속 배치 반응기 시스템에 대한 다음의 계산된 구조 비교는 몇몇 잠재적인 이점을 나타낸다. 이 비교에 따르면, 총 탱크 체적은 종래의 SBR 체적의 70%로 감소(1.08 mg 대 0.77 mg)하였고, 동작 파워 조건은 56 bhp에서 44 bhp로 감소하였다.
종래의 연속 배치 반응기 시스템 상호 작용 서지 무산소 혼합 영역이 있는 호기성 SBR
유입물 상태
Flow(m3/d) 3785 3785
Flow(mgd) 1.000 1.000
Flow(gpm) 694 694
BOD(mg/l) 200 200
BOD(1b/d) 1668 1668
TSS(mg/l) 200 200
TSS(1b/d) 1668 1668
NH3-N(mg/l) 30 30
NH3/N(1b/d) 250 250
산소 요구 조건
Lbs. TKN required for synthesis 58 58
Lbs. NO3-N produced 192 192
Lbs. 02 recovered/lb NO3-N reduced 2.6
Lbs. Oxygen/lb. Of BOD 1.4 1.4
Lbs. Oxygen/lb. TKN 4.6 4.6
Actual Oxygen Demand(lb 02/d)Total 3486 2719
Alpha 0.9 0.9
Beta 0.95 0.95
Theta 1.024 1.024
Operating Dissolved Oxygen(mg/l) 1 1
Clean Water Oxygen Sat. at Op. Temp(Mg/l) 9.09 9.09
Clean Water oxygen sat. at Std Temp(mg/l) 9.09 9.09
Clean Water 02 sat,std temp, mid depth(mg/l) 11.50 11.50
Std. Condition ambient pressure (psia) 14.7 14.7
Oper. Condition ambient pressure (psia) 14.5 14.5
Wastewater temperature(℃) 20 20
SOR/AOR ratio 1.31 1.31
Standard Oxygen Demand(lb/02/d)total 4557 3554
standard Oxygen Demand(lb/02/hr) 380 296
Specific oxygenation rate(mg/l-hr) 42 70
Lbs. of oxygen/lb. Of air 0.23 0.23
Clean Water Efficiency(%) 25 25
Lbs. of Air/Cubic Ft. of air 0.075 0.075
Aeration hours per day 12.00 12.00
Air flow rate(SCFM/tank) 734 572
질산화/탈질화
Required alkalinity for mitrification 164 164
Alkalinity recovered, denitrification(mg/l) 69 69
Net alkalinity required (mg/l) 95 95
Mixed liquor temperature,℃. 15 15
종래의 연속 배치 반응기 시스템 상호 작용 서지 무산소 혼합 영역이 있는 호기성 SBR
ML dissolved oxygen (mg/l) 1 1
Max, nitrifier growth rate, day-1 0.204 0.204
Minimum solids retention time (SRT) required for nitrification, days 4.89 4.89
Actual or Design SRT, days 19.27 8.68
Kn, half velocity constant (mg/l) 0.40 0.40
Design growth rate for heterotrophs/nitrifiers 0.0519 0.1152
Projected effluent soluble NH3-N,mg/l 0.14 0.52
Specific utilization rate, lbs BOD 5/lb mlvss 0.19 0.30
Lbs, mlvss required for BOD & NH3 removal 9002 5552
mlvss (mg/l) 1500 1500
Tank volume req.for BOD & NH3 removal (MG) 0.72 0.44
Denitrification rate (g/g/day) 0.043 0.047
lbs mlvss required for denitrification 4484 4076
Tank volume required for NO3 removal(MG) 0.36 0.33
SBR Tank Configuration
No. of tanks 2 2
Length SBR (ft) 90 42
Length Surge anoxic tank 27
Width (ft) 45 45
Bottom water level (ft) 14 14
Top water level (ft) 18 18
Cycle Water Level 15
No. decanters/tank 4 4
SBR tankage volume a TWL (MG) 1.0906 0.5089
HRT (hrs) 26.17 12.21
사이클 횟수/용량 계산값
Total Decant Volume (cubic feet) 32,400 15,120
Total Decant Volume (gallons) 242,352 113,098
Decant volume per tank (gallons) 121,176 56,549
Number of cycles per day/tank 4.13 8.84
Total time per cycle (minutes) 349 163
Fill rate (gpm) 694 2730
Fill time (minutes) 174 21
Feed rate (gpm) 694 347
Interact period (minutes) 81
React period (minutes) 69
Settle period(minutes) 45 45
Average decant rate (gpm/ft decanter) 100 100
Decanting length(feet) 36 36
Decanting time (minutes) 34 16
Decanting rate (gpm) 3600 3600
Peak decanting rate (gpm at start of decant) 3960 3960
Idle period time (minutes) 27 0
종래의 연속 배치 반응기 시스템 상호 작용 서지 무산소 혼합 영역이 있는 호기성 SBR
Zero idle & react, flow rate (MGD) 2.22 2.00
Maximum aeration period available (hours/day) 13.85 15.05
장비 선택
Air flow per nozzle (scfm) 38 38
Number of nozzles required (per tank) 19.31 15.06
Number of nozzles provided (per tank) 20 16
Actual airflow per nozzle required (scfm) 36.69 35.77
Blower capacity provided (scfm) 734 572
동력 소모 계산값
Pump Efficiency 0.76 0.76
Blower Efficiency 0.6 0.6
Pump horsepower,BHP/tank 24 19
Mixing BHP/MG 32 25
Blower horsepower/BHP/tank 58 44
Aeration BHP/MG 103 174
Total design equivalent horsepower, BHP 56 44
오니 생성
Sludg Yield Factor 0.7 0.7
Net Sludg Yield (lbs/d) 1012 1048
Sludge Concentration(%)from SBR 0.21 0.21
Sludge Wasting Rate (gpd) 56609 58644
Waste Sludge/cycle (gal) 6860 3316
WAS Pumping Rate (gpm) 75 75
Waste Sludge Cycle Time(min) 91.5 44.2
Thickened Sludge Concentration(%) 1.5 1.5
Thickened Sludge (gpd) 8087 8378
MLSS (mg/10 @ TWL 2143 2143
Sludge Inventory Total(lbs) 19490 14943
Sludge Inventory in SBR (lbs) 19490 9595
SRT (l/days)Total 19.27 14.26
SRT in SBR (l/days) 19.27 8.68
F/M 0.09 0.11
SVI (ml/g) 200 200
Sludge blanket level(ft) 7.73 7.73
Organic loading(lbs(BOD/1000ft3) 11.44 14.92
도 1에 도시한 처리 방법 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이, 처리 사이클의 정화 단계 및 선택적인 반응 단계 중에, 서지 무산소 혼합 영역과, SBR 영역에서 폐수와 미생물 처리 배양물 사이에 상호 작용은 없거나 있더라도 거의 없다. 따라서, 도 1의 방법에 있어서 산화 에너지원 역할을 하는 질산염/아질산염 성분은 상기 서지 무산소 혼한 영역에 주기적으로 도입된다. 유입 폐수에서 제거하는 질소 및 BOD의 상대량, 여러 연속 처리 단계 중에 유입 폐수를 수용하기에 적절한 저장 체적과 같은 요인에 따라, 서지 무산소 혼합 영역과 공기 주입 처리된 SBR 영역 사이에 보다 연속한 상호 작용을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 도 2에는 도 1에 도시한 것과 유사하지만, 한 공기 주입 처리 영역의 충전 단계 및 상호 작용 단계가 다른 공기 주입 처리 영역의 침적 단계 및 취출 단계에 대응하도록 엇갈린 처리 사이클을 갖는 복수(도 2에서는 두 개)의 공기 주입 처리된 연속 배치 반응 영역(104, 106)과 서지 무산소 혼합 영역(202)이 상호 작용하는 폐수 처리 방법의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 서지 무산소 혼합 영역(202)에는 두 개의 SBR(204, 206) 사이에서 번갈아 반복되는 이중 사이클이 있어, 그 영역은 SBR 영역(204, 206) 중 적어도 하나의 정지 상태 및 취출 단계 중에 SBR 영역(204, 206)의 적어도 다른 하나를 실질적으로 연속하게 충전 및/또는 그 영역과 상호 작용한다. 무산소 처리 영역 대 호기성 처리 영역의 크기는 유압 조건 뿐만 아니라 키네틱스에 의한 반응 처리의 함수이다. 두 호기성 처리 영역에 하나의 서지 무산소 혼합 영역을 제공하는 유압적인 고려를 통해 무산소 영역 대 총 호기성 영역의 체적비를 더 작게 하거나, 역으로 동일한 체적비에 대해 서지 무산소 혼합 영역에서 빼내어 지는 것을 더 작게 할 수 있다. 통상, 유입 유동의 유압 조건을 위해 조정될 수도 있는 탱크 치수를 계산하는 데에 바이오키네틱스를 이용할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 서지 무산소 혼합 사이클 중 "제1" 사이클은 SBR 영역(204) 중 하나에서 개시된다. 다음에, 서지 무산소 혼합 영역(202)과 SBR 영역(204) 사이에 실질적으로 상호 작용이 없는 SBR 처리 영역(204)의 (선택적인) 반응 단계, 정화 단계 및 유출물 제거 단계 중에, 서지 무산소 혼합 영역(202)과 제2 SBR 영역(206) 사이에서 "제2" 상호 작용 사이클이 개시된다. 도 2를 통해 이해할 수 있는 바와 같이, 공기 주입 영역과 취출 영역의 사이클을 옵셋함으로써, 상기 무산소 혼합 영역을 보다 효율적으로 이용할 수 있다. 이러한 방법에서는 서지 무산소 혼합 영역에서의 생물학적 효율이 증대될 수 있고, 주어진 SBR 사이클 시간 동안 연속적인 폐수 유입 흐름을 수용하는 데에 보다 적은 서지 무산소 혼합 저장 용량이 요구될 수 있기 때문에, 탱크 체적 사용 개선과 관련되는 비용 개선이 이루어질 수 있다. 작동 이점으로는 취출되는 무산소 혼합 수준이 적고, 보조 혼합기 없이도 NO3 복귀와 혼합이 보다 일관되게 이루어지며, 유압 피크 흐름 조종을 보다 잘 할 수 있게 되는 것 등이 있다. 불리한 점으로는 과잉(redundancy)과 턴다운(turndown)이 있다. 특히, 도 2에 도시한 것과 같은 이중의 공급 방법 및 처리 시스템의 고용량의 관점에서, 그리고 특히 유입 흐름이 작은 상태에서, 새로운 충전 단계로 되기에 충분한 유입이 있기 전에, 각 호기성 영역에서 취출 단계에 이어 "공전(idle)" 시간이 있을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 상호 작용의 무산소 및 공기 주입 처리된 호기성의 연속 배치 반응 탱크를 이용하도록 구성되어 있는 폐수 처리용의 멀티 챔버 연속 배치 반응기에 관한 것이기도 하다. 이러한 SBR 시스템에는 처리할 폐수를 무산소 반응 탱크 내로 도입하기 위한 유입구가 있는 무산소 반응 탱크와, 이 무산소 반응 탱크로부터의 폐수를 수용하고, 폐수와 폐수 처리 미생물을 연속적으로 혼합 및 공기 주입 처리하며, 그 폐수를 침적시키고, 호기성 반응 탱크의 상부로부터 정화수를 빼내고, 호기성 반응 탱크로부터의 폐수를 무산소 혼합 처리 탱크 쪽으로 도입하는 연속 배치 호기성 반응 탱크(SBR)가 포함된다.
상기 연속 배치 반응 시스템에는 폐수를 무산소 혼합 탱크로부터 상기 호기성의 연속 배치 반응 탱크 쪽으로 이송하고, 펌핑 용량이 시간당 무산소 혼합 탱크 체적의 적어도 약 0.2 배, 바람직하게는 약 0.5 배 내지 5 배인 펌프와, 상기 호기성 반응 탱크 내의 미리 정해진 또는 조정 가능한 상단 액체 수위에서 폐수를 상기 호기성 반응 탱크로부터 무산소 반응 탱크 내로 도입하는 패시브 오버플로우 위어가 포함되는 것이 좋다. 상기 시스템에는 호기성 반응 탱크용의 바닥 수위 제어 시스템이 포함될 수도 있는데, 이는 바닥 수위(BWL)에 도달하는 호기성 SBR 탱크 내의 수위에 의해 유발될 때 시스템 충전 사이클을 개시한다. 상기 제어 시스템은 급송 및/또는 제트 모티브 펌프가 시동되도록 동작하여, 서지 무산소 혼합 탱크로부터 호기성 반응 탱크 쪽으로 펌핑시킨다. SBR 탱크가 충전된 후에, 그리고 충전후 미리 정해진 (조정 가능한) 기간 후에 또는 용해 산소 설정점이 도달될 때까지, 상기 제어 시스템은, 전술한 바와 같이, 상호 작용 단계 중에 연속적 또는 간헐적인 베이스 상에서 시간 및/또는 D.O. 및/또는 NO3 수준에 기초하여 급송 및/또는 제트 모티브 펌프를 반복적으로 계속하도록 동작된다. 상기 제어 시스템에는 서지 무산소 혼합 탱크 내에 제어 수위(CWL) 센서도 포함될 수 있다. 상기 제어 시스템은, 상기 서지 무산소 혼합 탱크의 폐수 수위가 CWL에 도달하면, 서지 무산소 혼합 탱크, 급송 펌프 및/또는 제트 모티브 펌프의 제어 수위가 정지되고, 정화 사이클을 위해 침적 타이머가 시동되도록 동작한다. 침적 타이머가 시간 종료되면, 취출이 시작된다. 상기 SBR 수위가 바닥 취출 수위(BWL)에 도달하면, 급송 및/또는 제트 모티브 펌프(또는 제1 폐오니 펌프)가 시동된다.
도 3 내지 도 5에는 명목상의 피크 처리 용량이 0.5 mgd 내지 4.4 mgd가 되도록 설계된 서지 무산소 혼합, 연속 배치 반응기 도시 폐수 처리 플랜트의 실시예(300)가 도시되어 있다. 상기 시스템의 피크 유압 흐름 대 평균 유입 흐름의 비는 비교적 크고, 이는 시스템의 다양성을 나타낸다[피크 흐름에서, 상기 시스템은 별도로 NO3를 생성하도록 동작하지 않는다는 것에 유념하여야 한다. 도 3은 상기 시스템의 평면도로서, 그 시스템에는 실질적으로 동일한 두 별개의 처리 시스템(302, 304)(단계 1 및 단계 2)이 마련되어 있다]. 처리 시스템(300)의 구조 사양은 하루 평균 폐수(ADW) 설계 유량, 피크 설계 유량에 대하여 다음의 표 2에 나타내었고, 그 상세한 설명 및 용어는 맨트 등의 것에서 정의된 것을 참조하면 된다.
평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 피크 계량
단계 1 단계 1 단계 2 단계 2 단계
유입물 상태
Flow (m3/d) 2534 8697 4626 16430
Flow (mgd) 0.669 2.298 1.222 4.351
Flow (gpm) 465 1596 849 3014 190 lps
BOD (mg/l) 161 94 147 83
BOD (lb/d) 900 1800 1503 3005 1366 kg/d
TSS (mg/l) 116 68 121 68
TSS (lb/d) 647 1294 1232 2464 1120 kg/d
NH3-N (mg/l) 30 17 30 17
NH3-N (lb/d) 168 335 306 612 278 kg/d
산소 필요 조건
Lbs.TKN required for synthesis 31 63 53 105
Lbs.NO3-N produced 136 0 253 0
Lbs.02 recovered/lb NO3-N reduced 2.6 0.0 2.6 0.0
Lbs.Oxygen/lb.of BOD 1.4 1 1.4 1
Lbs.Oxygen/lb. TKN 4.6 0 4.6 0
Actual Oxygen Demand (lb 02/d)Total 1532 1800 2610 3005 1366 kg/d
Alpha 0.9 0.9 0.9 0.9
Beta 0.95 0.95 0.95 0.95
Theta 1.024 1.024 1.024 1.024
Operating Dissolved Oxygen 2 0.5 2 1
(mg/l)
Clean Water Oxygen Sat. at Op. Temp (mg/l) 9.09 9.09 9.09 9.09
Clean Water Oxygen Sat. at Std. Temp (mg/l) 9.09 9.09 9.09 9.09
Clean Water 02 Sat, Std Temp, Mid Depth (mg/l) 11.50 11.50 11.50 11.50
평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 피크 계량
PHASE 1 PHASE 1 PHASE 2 PHASE 2 PHASE
Std.Condition Ambient Pressure (psia) 14.7 14.7 14.7 14.7
Oper. Condition Ambient Pressure (psia) 14.5 14.5 14.5 14.5
Watewater Temperature(℃) 20 20 20 20
SOR/AOR ratio 1.46 1.24 1.46 1.31
Standard Oxygen Demand(lb/02/hr) total 2230 2238 3800 3928
Stand Oxygen Demand (lb/02/hr) 161 230 300 391
Specific Oxygenation Rate (mg/l-hr) 33 47 30 40
Lbs.of Oxygen/Lb. of Air 0.23 0.23 0.23 0.23
Clean Water Eficiency(%) 25 25 25 25
Lbs.of Air/Cubic Ft. of Air 0.075 0.075 0.075 0.075
Aeration hours Per Day 13.88 13.88 13.88 13.88
Air Flow Rate (SCFM/tank) 311 445 290 378
Air Pressure Losses (lines and nozzle) 0.7 0.7 0.7 0.7
Maximum Air Pressure(psig) 7.64 7.64 7.64 7.64
Average Air Pressure(psig) 6.72 6.72 6.72 6.72
질산화/탈질화
Required alkalinity for nitrification 174 0 177 0
Alkalinity recovered, denitrification (mg/l) 73 0 75 0
평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 피크 계량
단계 1 단계 1 단계 2 단계 2 단계
Net alkalinity required(mg/l) 101 0 103 0
Mixed liquor temperature,C. 20 20 20 20
ML dissoved oxygen (mg/l) 1 1 1 1
Max. nitrifier growthrate, day-1 0.334 0.334 0.334 0.334
Minimum SRT required for nitrification, days 3.00 3.00 3.00 3.00
Kn, halfvelocity constant (mg/l) 0.73 0.73 0.73 0.73
Design growth rate for heterotrophs/ nitrifiers 0.0366 0.0813 0.0293 0.9655
Projected effluent soluble NH3-N,mg/l 0.09 0.23 0.07 0.18
Specific utilization rate, lbs BOD5/lb mlvss 0.16 0.24 0.14 0.21
Lbs. mlvss required for BOD&NH3 removal 5713 7541 10427 14185
mlvss(mg/l) 2000 2000 2000 2000
Tank volume req. for BOD & NH3 removal(MG) 0.34 0.45 0.63 0.85
Aerobic hrs/day required, hr. 13.88 18.32 12.66 17.23
Denitrification rate(g/g/day) 0.060 0.060 0.060 0.060
Lbs mlvss required for denitrification 2267 0 4220 0
Tank volume required for NO3 removal(MG) 0.14 0/00 0.25 0.00
Anoxic hrs/d required/hr. 5.51 0.00 5.13 0.00

평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 피크 계량
단계 1 단계 1 단계 2 단계 2 단계
Total tank volume required(MG) 0.48 0.45 0.88 0.85
SBR TANK COFIGURATION
No. of tanks 2 2 4 4
Length(ft) 55.76 55.76 55.76 55.76 17
Width(ft) 39.36 39.36 39.36 39.36 12
Bottom water level(ft) 13.776 13.776 13.776 13.776 4.2
Top water level(ft) 18.04 18.04 18.04 18.04 5.5
No. decanters/tank 2 2 2 2
Total Tankage Volume@TWL(MG) 0.5923 0.5923 1.1846 1.1846
HRT(hrs) 21.23 6.19 23.26 6.55
사이클 횟수/ 용량 계산값
Total Decant Volume(gallons) 18,717 18,717 37,433 37,433 1061 M3
Total Decant Volume(gallons) 140,000 140,000 279,999 279,999
Decant Volume per tank(gallons) 70,000 70,000 70,000 70,000 265.2 m3/tank
Number of cycles per day/tank 4.78 13.29 4.36 12.99
Total time per cycle(minutes) 301 108 330 111
Fill rate(gpm) 2389 2389 2389 2389
Fill time(minutes) 29 29 29 29
Fill time surge anoxic mix tank(minutes) SWL 121 15 53 17

평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 피크 계량
단계 1 단계 1 단계 2 단계 2 단계
Interact period (min) 121 15 53 17
Settle period 45 45 45 45
(minutes)
Average decant rate (gpm/ft decanter) 100 100 100 100
Decanter length(feet) 36 36 36 36
Decanting time(minutes) 19 19 19 19
Decanting rate(gpm) 3600 3600 3600 3600
Peak decanting rate(gpm at start of decant) 3960 3960 3960 3960
Idle period time(minutes) 86 0 183 0
Zero idle & react time,flow rate(MGD) 1.57 1.57 1.57 1.57
Maximum aeration period available (hours/day) 18.86 9.72 19.31 10.05
장비 선택
Air flow per nozzles(scfm) 35 35 35 35
Number of nozzles required(per tank) 8.87 12.71 8.28 10.79
Number of nozzles provided(per tank) 14 14 14 14
Actual airflow per nozzle required(scfm) 22.18 31/78 20.71 26.97
Blower capacity provided(scfm) 311 445 290 378
동력 소모 계산값
Pump efficiency 0.73 0.73 0.73 0.73
Blower efficiency 0.6 0.6 0.6 0.6
Pump horsepower BHP/tank 14 14 14 14
평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 피크 계량
단계 1 단계 1 단계 2 단계 2 단계
Mixing BHP/MG 49 49 49 49
Blower horespower, BHP/tank 14 20 13 17
Total horespower, BHP/tank 28 34 27 31
Aeration BHP/MG 95 115 92 105
Total design equivalent horespower, BHP 39 28 70 52
오니 생성
Sludge Yield Factor 0.7 0.7 0.7 0.7
Net Sludge Yield(lbs/d) 517 1147 826 1878
Sludge Concentration(%) from SBR 0.29 0.29 0.29 0.29
Sludge Wasting Rate(gpd) 21695 48139 34664 78805
Waste Sludge/cycle(gal) 2268 1810 1985 1517
WAS Pumping Rate (gpm) 50 50 50 50
Waste Sluge Cycle 45.4 36.2 29.7 30.3
Time (min)
Thickened Sludge Concentration(%) 1.5 1.5 1.5 1.5
Thickened Sludge(gpd) 4132 9169 6603 15011
MLSS (mg/l)@ TWL 2857 2867 2867 2867
Sludge inventory (lbs) 14114 14114 28228 28228
SRT (l/days) 27.30 12.30 34.17 15.03
F/M 0.06 0.13 0.05 0.11
SVI (ml/g) 200 200 200 200
평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 평균 하루 폐수 유동 피크 유압 유동 피크 계량
단계 1 단계 1 단계 2 단계 2 단계
Sludg blanket level (ft) 10.32 10.32 10.32 10.32
Organic loading (lbs BOD/ 1000 ft3) 11.36 22.73 9.49 18.98
호기성 분해기
Number of tanks 1 1 2 2
Length(ft) 55.76 55.76 55.76 55.76 17
Width(ft) 39.36 39.36 39.36 39.36 12
TWL (ft) 18.04 18.04 18.04 18.04 5.5
Total volume (gal) available 296,153 296,153 592,306 592,306
Days sludge storage available 71.67 32.30 89.71 39.46
Total sludge age including SBR(days) 98.97 44.60 123.88 54.49
Pounds sludge 265 318 491 615
destroyed
% sludge reduction 51 28 59 33
Thickened, digested sludge(gpd) 2011 6628 2680 10096
Lbs oxygen/sludge destroyed 1.42 1.42 1.42 1.42
Aeration hours/days 10 10 10 10
SOR/tank (lbs/hr) 57 68 52 65
Clean water efficiency(%) 25 25 25 25
SCFM/tank 218 262 202 253
Air flow per jet 35 35 35 35
AVERAG EDAILY WASTE WATER FLOW PEAK HYDRAU LIC FLOW AVERAGE DAILY WASTE WATER FLOW PEAK HYDRAUL ICFLOW PEAK METRI C
PHASE 1 PHASE 1 PHASE 2 PHASE2 PHASE
Number of jets required pertank 6.24 7.48 5.77 7.23
Number of jets provided 14 14 14 14
Pump horsepower (bhp) 14.40 14.40 14.40 14.40
Blower horsepower (bhp) 11 14 11 13
Mixing energy (hp/MG) 87 95 84 93
Total design equivalent horsepower, BHP 11 12 21 23
처리 플랜트(300)의 동작시, 유입 폐수(306)는 고형물의 폐수 성분을 제거하는 종래 구조의 나선형 체(sieve)(310)가 포함된 유입물 체 탱크(308) 내로 도입된다. 체로 걸러진 폐수는 수동 또는 자동으로 제어되는 정지 게이트(312) 및 수문(314)을 통해 혐기성의 그리스 및 그릿 탱크(316) 내로 흐르는데, 그 탱크에는 종래의 설계 실시에 따르면, 오니를 유지하고 두껍게 하는 탱크(318), 혐기성의 상태 전개를 제어할 수 있는 제트 흡기기(jet aspirator)(320), 탱크 배플(322)이 포함되어 있다. 그릿 및 그리스 트랩 탱크(316)로부터의 폐수는 악취 제어를 위해 유압 폐수를 탱크(324)의 바닥 쪽으로 향하게 하는 도관(326)을 통해 서지 무산소 혼합 탱크(324) 내로 도입된다. 서지 무산소 혼합 탱크(324)에는 탱크 내의 액체 및 처리 배양물을 혼합하는 선형 배열 형태의 모티브 제트 혼합기(326)도 마련되어 있다. 상기 제트 혼합기는 서지 무산소 혼합 탱크(324) 내에 흡입기가 마련된 15 마력의 모티브 제트 펌프(328)에 의해 구동된다. 서지 무산소 혼합 탱크(324) 내에서 처리 과정을 겪는 상기 혼합된 액체 폐수는 연속 배치 반응 탱크(330, 332) 중 어느 한 쪽으로 또는 양쪽으로 펌핑될 수 있다. 서지 무산소 혼합 탱크(324)와 연속 배치 반응 탱크(330)의 단면도인 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 서지 무산소 혼합 탱크(324) 내부에 배치된 흡입구가 있는 모티브 펌프(332)는 연속 배치 반응 탱크 내부에 위치된 플루이딘 코포레이션사의 모델 F2JA 제트 공기 주입기와 같은 선형 배열(336)의 제트 공기 주입기에 동력을 공급하는 데에 사용된다. 압축 공기가 송풍기(338)(도 3) 및 적절한 공기 주입 파이프 라인(340)에 의해 제트 공기 주입기에 공급된다. 혼합된 액체 복귀 위어(342)(도 3)는 그 흡입기가 미리 정해진 상단의 SBR 탱크 수위에 있도록 배치되는데, 그 수위는 연속 배치 반응 탱크(330) 내의 "충전된" 상태에 대응한다. 이들 폐액 위어 및 혼합된 액체를 공기 주입 탱크로부터 무산소 혼합 탱크 쪽으로 복귀시키는 도관은, 전술한 바와 같이 SBR 탱크(330) 내의 호기성 폐수와, 서지 무산소 혼합 탱크(324) 사이에서 상호 작용을 제공함에 있어서 중요하다.
상기 SBR 처리 탱크에는 탱크 내의 폐수 액체를 혼합하고, 그 탱크 내의 액체에 공기를 주입하는 수단이 포함된다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 혼합 기능 및 공기 주입 기능은 상기 무산소 혼합 탱크로부터 인출된 압축 폐수 스트림을 상기 제트 공기 주입 혼합기의 폐수 매니폴드 내로 도입하는 폐수 펌프(122)가 포함 되어 있는 제트 공기 주입 장치(120)에 의해 수행된다. 종래의 실시에 따라 압축 공기가 송풍기에 의해 제트 공기 주입 혼합기의 압축 공기 매니폴드 내로 도입될 수도 있다. 상기 압축 액체 및 공기는 조합되어, 도시된 실시예에서 압축 유체 및 압축 공기 매니폴드를 따라 균일한 간격을 두고 규칙적으로 배치된 복수 개의 노즐을 통해 탱크(330) 내로 배출될 수도 있다. 상기 노즐로부터 배출되는 상기 압축 액체 또는 압축 공기 스트림은 탱크의 반대쪽 벽을 향하고, 탱크를 완전히 혼합하도록 탱크(102)의 바닥을 가로질러 훑고 지나가게 약간의 경사를 두고 하측으로 향할 수도 있다.
SBR 탱크(330)에는 SBR 탱크로부터, 유출물이 여과, 살균되어 고도로 정화된 물 스트림으로서 둘레로 복귀되는 유출물 배출 채널(344) 쪽으로 정화되고 처리된 유출물을 인출하기 위하여 용량이 2500 gpm인 플루이딘 코포레이션의 모델 SED 18 취출기와 같은 고형물 배제 취출기(342)가 포함되어 있다.
전형적인 가정 오수 처리를 위한 서지 무산소 혼합 탱크의 유압 유지 시간은 약 2 시간 내지 8 시간 범위에 있는 것이 바람직하고, 호기성의 연속 배치 공기 주입 탱크의 유압 유지 시간은 약 4 시간 내지 약 16 시간인 것이 바람직하며, (하루 평균 유입 유량에 기초한) 총 유압 유지 시간은 총 서지 무산소 혼합 및 호기성 처리 탱크 체적에 대해 약 6 시간 내지 24 시간의 범위에 있다. 바람직하게는, 상기 유압 유지 시간은, 총 탱크 체적이 플랜트에 의해 조종되는 총 하루 처리 체적보다 작게 20 시간 미만인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 18 시간 미만이다. 예를 들면, 하루에 2,400,000 갤런의 폐수를 처리하도록 설계되고 유압 유지 시간이 16 시간인 폐수 처리 시스템에 대하여, 서지 무산소 혼합 및 호기성의 연속 배치 반응기 탱크의 처리 체적은, 유압 유지 시간이 약 16 시간이 되도록 약 1,600,000 갤런이다. 고형물은 연장된 처리 시간 동안 처리지(treatment basin) 내부에 유지되기 때문에, 고형물 유지 시간(SRT)은 유압 유지 시간(HRT)보다 실질적으로 작다.
연속 배치 반응기의 작동시 종래의 실시에 따르면, 폐수의 고형물 오니는 적당한 파이프 라인 시스템(도시 생략)에 의해 무산소 혼합 및/또는 호기성 처리지의 바닥으로부터 제거함으로써 주기적으로 회수될 수 있다. 그러나, 배양 미생물이 들어 있는 고형물은, 전술한 바와 같이, 총 고형물을 감소시키고 인의 제거를 증대시키기 위하여 호기성 및/또는 무산소 처리 탱크로부터 혐기성 트래쉬 트랩(316) 쪽으로 이송될 수도 있다. 무산소 혼합 탱크로부터의 이러한 회수 또는 이송은 매 처리 사이클에서 소량으로 수행되거나, 보다 연장된 간격에서 다량으로 수행될 수도 있다. 인의 제거가, 후속하여 무산소 영역 내로 적어도 부분적으로 도입되는 폐수 고형물을 혐기성 영역 쪽으로 이송함으로써 증대될 때, 다량의 인 오니를 혐기성 영역보다는 무산소 또는 호기성 영역으로부터 제거하는 것이 바람직하다.
연속 배치 반응기(330)의 배출 막바지에서, 미리 정해진 양의 정화수를 처리지(330)로부터 주기적으로 제거하는 데 사용되는 미국 특허 제4,596,658호에 개시된 것과 같은 함침된 배출 매니폴드 고형물 배제 취출 시스템(300)이 제공된다.
동작시, 서지 무산소 혼합 탱크가 제어 수위(CWL)에 도달함에 따라, 무산소 혼합 탱크로부터의 폐수는 펌핑되어 SBR1을 충전하고, 계속 과충전(상호 작용)하며, 시간 및/또는 SBR 탱크와 서지 무산소 혼합 탱크 내의 DO 및/또는 NO3 수준에 기초한 급송 펌프를 상기 서지 무산소 혼합 탱크 제어 수위(CWL)가 다시 도달할 때까지 반복한다.
다음에, SBR1으로의 급송이 정지되고, SBR1에 대한 침적 타이머가 시동되며, SBR1은 상부의 취출 영역을 정화하기 위해 정지 상태로 유지된다. 상기 서지 무산소 혼합 탱크로부터의 급송은 SBR2 쪽으로 시동되고, SBR1에 대하여 전술한 것과 같이 계속된다.
SBR1용 침적 타이머가 종료되면, SBR1에 대한 취출 사이클은 SBR1 BWL이 도달될 때까지 시작된다. 서지 무산소 혼합 탱크에서 다시 CWL에 도달되면, 상기 사이클이 반복된다.
도 6 및 도 7에는 인구 200 내지 500의 휴양지 또는 작은 오피스-산업 복합체와 같이, 비교적 적은 폐수 흐름에 대한 비교적 콤팩트한 서지 무산소 혼합, 연속 배치 반응기 폐수 처리 시스템의 다른 실시예(600)가 도시되어 있다. 처리 시스템(600)에 대한 구조 사양 및 계산을 다음의 표 3 및 표 3a에 나타내었다.
유입물 상태
Flow(mgd) 0.019
Flow(gpm) 32
BOD(mg/l) 286
BOD(lb/d) 45
TSS(mg/l) 1300
TSS(mg/l) 206
TKN(lb/d) 163
TKN(1b/d) 26
산소 요구 조건
Lbs. TKN required for synthesis 2.27
Lbs. NO3-N produced 24
Lbs. 02 recovered/1b NO3-N reduced 2.6
Lbs. Oxygen/1b. of BOD 1.4
Lbs. Oxygen/1b. TKN 4.6
Actual Oxygen Demand(1b 02/d)Total 111
Alpha 0.9
Beta 0.95
Theta 1.024
Operating Dissolved Oxygen(mg/l) 1
Clean Water Oxygen Sat.at Op. Temp(Mg/l) 10.07
Clean Water Oxygen sat. at Std. Temp(mg/l) 9.09
Clean Water 02 sat, std temp, mid depth(mg/l) 10.49
std. condition ambient pressure(psia) 14.7
Oper. condition ambient pressure(psia) 11.65
Wastewater temperature(℃) 15
SOR/AOR ratio 1.69
Standard Oxygen Demand(1b 02/d) total 187
Standard Oxygen Demand(1b/02/hr) 15.44
유입물 상태
Specific Oxygenation Rate(mg/l-hr) 53
Lbs. of oxygen/lb. of air 0.23
Clean Water Efficiency(%) 15
Lbs. of Air/Cubic Ft. of air 0.075
Aeration hours per day 12.12
Air flow rate(SCFM/tank) 99
질산화/탈질화
Required alkalinity for nitrification(mg/l) 1062
Alkalinity recovered, denitrification(mg/l) 446
Net alkalinty required(mg/l) 616
Mixed liquor temperature, ℃. 15
ML dissolved oxygen(mg/l) 1
Max. nitrifier growth rate, day-1 0.204
Minimum SRT required for nitrification, days 4.89
Actual or Design SRT, days 83.63
Kn, half velocity constant(mg/l) 0.40
Design growth rate for heterotrophs/nitrifiers 0.0120
Projected effluent soluble NH3-N, mg/l 0.03
Specific utilization rate, lbs BOD5/1b mlvss 0.11
lbs. mlvss required for BOD & NH3 removal 402
mlvss(mg/l) 3250
Tank volume req.for BOD & NH3 removal(MG) 0.015
Aerobic hrs/day required, hr. 10.12
Denitrification rate(g/g/day) 0.043
lbs mlvss required for denitrification 551
Tank volume required for NO3 removal(MG) 0.020
Anoxic hrs/d required/hr 13.86
Anoxic mix hrs/d 9.69
유입물 상태
Total tank volume required(MG) 0.0352
SBR Tank Configuration
No. of tanks 1
Length overall (ft) 32
Length Surge Anoxic Mix tank (ft) 10.70
Length SBR tank (ft) 21.30
Width (ft) 14
Bottom water level (ft) 8.4
Top water level (ft) 10.5
Top of Wall (ft) 12
No. decanters/tank 1
Total tankage volume a TWL(MG) 0.0352
HRT(hrs) 44.45
사이클 횟수/용량 계산값
Total Decant Volume(cubic feet) 626
Total Decant Volume(gallons) 4,684
Decant volume per tank(gallons) 4,684
Number of cycles per day/tank 4.06
Total time per cycle(minutes) 355
Fill rate(gpm) 742
Fill time(minutes) 6.31
Interact period(min) 287
Settle period(minutes) 50
Average decant rate(gpm/ft decanter) 100
Decanter length(feet) 4
Decanting time(minutes) 12
Decanting rate(gpm) 400
Peak decanting rate(gpm at start of decant) 440
Idle period time(minutes) 0
유입물 상태
Zero idle & react time, flow rate(MGD) 0.109
Peak/average flow 5.762
Maximum aeration period available(hours/day) 19.83
장비 선택
Air flow per nozzle(scfm) 100
Number of nozzles required(per tank) 0.99
Number of nozzles provided(per tank) 2
Actual airflow per nozzle required(scfm) 49.74
처리 시스템(600)에서, 처리할 유입 폐수는 트래쉬 트랩 탱크(602) 내로 계속 도입되는데, 상기 탱크는 일반적으로 탱크(602)에서 혐기성 생물이 우세한 혐기성 상태에 있다. 유입물은 트랩 탱크(602)로부터, 명목상의 (충전된) 체적이 20,000 갤런이고, 탱크(604)의 바닥 부근에 유체 흡입기가 마련된 2 개의 10 마력 모티브 펌프(606)를 포함하는 무산소 혼합 탱크(604) 쪽으로 흐른다. 각 모티브 펌프 출력은 도관을 통해 제트 흡기 공기 주입기(610)[명목상의 (충전된) 체적이 35,000 갤런이고, 연속 배치 반응 공기 주입 탱크(612) 내로 향하는 플루이딘 코포레이션 모델 FJASQ4] 쪽으로 향한다. 상기 공기 주입 탱크에는 오버플로우 위어 조립체(616)도 포함되어 있는데, 이 조립체는 도 7에 명확히 도시된 바와 같이, 혼합된 액체를 상단 수위(10.5 ft)에서 다시 무산소 혼합 탱크 내로 배수시킨다. SBR 공기 주입 영역에는 상부의 정화된 층의 미리 정해진 일부를 제거하는 데 적합하게 되어 있고 정화된 물을 상기 처리 영역의 길이를 따라 수평하게 배향된 취출 오리피스를 통해 빼냄으로써 상기 처리 영역으로부터 제거되는 플루이딘 SED6 취출기와 같은 취출 시스템(618)도 포함되어 있다. 상기 취출기(618)는 동작되면 공기 취입 탱크를 그 상단의 10.5 feet 수위로부터 바닥의 약 8.4 feet의 수위로 배수하는 기능을 한다.
상기 취출 단계는 취출기(618) 내의 단일 밸브를 개폐하고, 상기 정화된 액체가 유압에 의해 수평하게 연장된 취출 오리피스를 통해 강제되도록 함으로써 제어될 수도 있다. 상기 취출 단계는 상기 유체 트랩 영역으로부터 공기를 제거함으로써 시작되어 유압 트랩 영역에 연속적인 액체 칼럼을 형성할 수 있다. 상기 처리된 취출기(618) 유출물은 유출물 배출 챔버(620) 쪽으로 향하게 되는데, 상기 챔 버로부터 유출물은 추가로 여과, 살균되어 주변으로 배출될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 각종 양태의 장치에는 연속 배치 반응 탱크와, 처리할 폐수를 상기 탱크 내로 도입하는 탱크 유입 수단과, 미리 정해진 최소의 수위 취출 높이에 실질적으로 상응하는 미리 정해진 높이에서 상기 탱크 내부에 배치되고, 수평하게 연장되며, 액체를 상기 탱크로부터 빼내는 취출 수단이 포함되어 있다.
도 1 내지 도 7에 도시한 것과 같은 연속적인 시스템, 연속 배치 반응기, 서지 무산소 혼합 처리 시스템을 포함하는 공기 주입 및 다른 생물학적 처리 탱크에는 탱크 내용물의 표면에 기포 및 찌끼가 축적되는 문제가 있을 수도 있다. 기포는 통상 생물학적 프로세스의 시동시에 존재한다. 공기 주입 중에, 유입 폐수 내에 함유된 표면 활성제는 충분한 박테리아 성장 및 생물학적 활동에 의해 상기 표면 활성제가 기포 발생을 억제하기에 충분한 정도로 생물 분해될 때까지 기포를 발생시킨다. 폐수 처리 박테리아가 성장하고 시간이 지나감에 따라, 상기 탱크의 물 표면에 찌끼가 축적될 수도 있다. 이 찌끼는 통상 박테리아와, 나타디아(nacardia) 및 다른 안티나미세테스(antinamycetes) 또는 균류와 같은 다른 생물학적 성장을 포함한다. 상기 찌끼는 보이지 않고, 악취원일 수 있다. 찌끼는 취출기, 정화기, 오니 유지 및 처리 탱크 및 장치와 같은 기계식 장치의 적절한 동작을 간섭할 수도 있다.
상업적으로 이용할 수 있거나 주문품의 각종 찌끼 제거기(skimmers)가 있지만, 이들은 찌끼를 제거할 때 충분히 효과적이지 않다는 것이 증명되었다. 이는, 찌끼 제거기가 임의의 시간에 제한된 표면적으로부터 찌끼를 제거하기만 하고, 제한된 폐수의 찌끼 제거를 포함하며, 바람 및 파동 작용에 영향을 받는 공기 주입 탱크에서 특히 사실이다.
본 발명에 따른 바람직한 시스템의 어떤 양태는 보다 완벽하고 효율적인 찌끼 제거에 관한 것이다. 도 8에는 도 1 내지 도 7에 도시한 것과 같은 서지 무산소 혼합 처리 시스템의 호기성 처리 영역(806)과 무산소 처리 영역(804) 사이에서의 흐름을 제어하도록 배치되어 있는 적절한 위어 조립체(802)가 개략적으로 도시되어 있다. [유체가 무산소 혼합 영역(804)으로부터 호기성 처리 영역(806) 내로 도입되고, 유체가 상기 영역(806)으로부터 영역(804) 내로 다시 오버플로우되는] 처리 사이클의 상호 작용 단계와, [무산소 혼합 영역(804)으로부터의 유체가 실질적으로 혼합되지 않으면서 정지 상태의 호기성 처리 영역(806) 내로 도입되는] 처리 사이클의 취출 단계의 개략도가 도 8에 도시되어 있다. 도 9, 도 10a, 도 10b와 함께 도 8에 나타낸 바와 같이, 탱크의 내용물을 여러 목적의 유동 및 찌끼 컨트롤러(802)를 통해 오버플로우시킴으로써, 기포와 찌끼는 상기 탱크로부터 효율적으로 제거되어 다른 탱크에 집중될 수 있다. 도 9 내지 도 10에 도시한 것과 같은 적절한 위어 배치를 통해, 상승되는 물은 찌끼 및 다른 부유물을 운반하는 실질적인 속도로 상기 위어를 오버플로우 하여 별도의 집중 및 유지 탱크 내로 들어가거나, 처리 프로세스의 "상류" 영역으로 들어갈 수 있다. 찌끼가 상류의 처리 영역으로 향하면, 그 찌끼는 추가적으로 생물학적 처리된다. 찌끼가 별도의 유지 탱크로 향한다면, 그 찌끼는 오랜 기간의 생물 분해를 통해 붕괴되어, 그 찌끼의 추가 처리가 제거된다. 다음에, 상기 찌끼와 합체되거나 그 찌끼가 걷어 내어진 비생물학적 또는 비활성 물질은 별도의 배수 또는 흡인 시스템과 같은 적절한 방식에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 오버플로우되는 탱크 내용물로부터 이용할 수 있는 유압 헤드(hydraulic head)는 상기 집중 및 유지 탱크를 혼합하는 데에 사용될 수도 있다. 유사한 조합의 오버플로우 위어가 상기 탱크 조합체를 통해 흐르는 고유동을 함유하고 그 유동을 확산시키는 데에 사용될 수도 있다. 흐름은 역유동 방식으로 상기 찌끼층 아래에서 유지 탱크를 빠져 나가고, 침적 동작 및 취출 동작 중에 상기 탱크를 방해하지 않도록 확산 덮개(shroud)를 통해, 상기 찌끼가 걷어 내어진 탱크로 들어간다.
벽(906)으로 분리되어 있는 호기성 처리 영역(902)과 무산소 처리 영역(904) 사이에서 유체 이송 기구 역할을 하는 위어 조립체(802)가 도 9에 도시되어 있다. 위어 조립체(802)에는 탱크 벽(906)에 평행한 제1 배플(810)과 상기 평행한 배플(810)을 벽(906)에 결합시키는 두 개의 측면 외부 배플(812, 814)로 이루어지는 외측 유동 배플과, U자형의 내부 엔클로져를 형성하는 배플(820, 822, 824)로 이루어지는 내측 유동 배플과, 상기 U자형 엔클로져의 바닥으로부터 하측으로, 그리고 영역(902)으로부터 탱크 벽(906)을 통해 영역(904)으로 연장되는 도관(826)이 포함되어 있다. 연속 처리 사이클의 침적 및 취출 단계 중에, 무산소 혼합 탱크 또는 영역 또는 임의의 다른 공급원으로부터의 유체 도입에 의해, 침적된 유출물이 교란되지 않고 유출물 유출 스트림에 "단락(short circuit)"을 야기하지 않는 것이 중요하다. 이와 관련하여, 처리 사이클의 침적 및 취출 사이클 중에 유체를 무산소 혼합 영역으로부터 공기 주입 영역 내로 도입하는 것은 바람직하지 않다. 그러나, 유입 유동이 큰 상태 중에, 상기 시스템의 처리 용량은 초과될 수도 있고, 따라서 무산소 영역 내의 부분적으로 처리된 폐수의 일부를 침적 및 취출 단계 중에 공기 주입 영역 내로 통과시킬 필요가 있을 수 있다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 위어 장치(802)는, 흐름이 무산소 혼합 탱크로부터 침적 및 취출이 일어나는 공기 주입 영역으로 도입될 수 있는 상황 하에서 유동 배플링 및 확산을 효율적으로 달성한다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 무산소 혼합 영역의 유압 수준이 배플판(820, 810, 824)의 상단을 초과하면, 상기 유압 헤드에 의해 도입된 흐름은 내부 배플 및 도관(826)을 둘러싸는 배플판(812, 810, 814)에 의해 형성된 덮여진 영역(shrouded zone)을 통과한다. 따라서, 폐유체는 약간의 하향 모멘트를 갖고 상기 공기 주입 영역 내로, 침적된 고형물 및 박테리아가 있는 하부의 침적 영역 내로, 처리 및 정화된 유출물이 제거되는 상부의 정화된 영역으로부터 멀리 도입된다. 이러한 방식으로, 유출물 및/또는 무산소 혼합 탱크 내용물의 단락이 방지된다. 배플링, 스틸링(stilling) 및 유동 방향이 제공되고, 유입물은 침적된 오니 내로 확산되어 고유량으로 처리를 증대시킨다. 다시, 도 1 내지 도 7에 도시된 것과 같은 서지 무산소 혼합 처리 시스템을 참조하면, 처리 사이클의 상호 작용 단계 중에, 위어 장치(802)는 전술한 바와 같이 찌끼 제거 기능 및 혼합된 액체 재생 기능을 수행한다. 이와 관련하여, 상호 작용 단계 중에, 무산소 영역으로부터의 폐액은 공기 주입 영역에서의 유압 수위가 위어 장치(802)의 상단 수준에 도달할 때까지 공기 주입 영역 내로 도입된다. 이는, 무산소 혼합 영역에서의 유압 수위를 부수하여 낮춤으로써 (또한 유입 폐수에 대한 어카운트 후에) 달성된다. 도 10b에 도시한 바와 같이, 공기 주입 탱크의 유압 수위가 배플(820, 810, 824)에 의해 형성된 위어의 상단에 도달하면, 그 위어 부근의 호기성 영역의 표면에 있고 찌끼 및/또는 기포를 포함하는 폐수는 도관(826) 아래로, 벽(906)을 통해 인접 무산소 혼합 영역 내로 이송된다. 폐수가 공기 주입 영역 내로 (전술한 것과 같은 별도의 펌프를 통해) 계속 펌핑됨에 따라, 표면 액체, 에워싸는 찌끼, 표면 부스러기 및/또는 기포는 상류의 무산소 혼합 영역 쪽으로 계속 이송되어 연속 처리된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 개시된 일부 실시예는 오니 생성 수준을 감소시킨 집적 폐수 처리 시스템 및/또는 폐수의 생물학적 처리 오니가 특히 그 유기물을 포함하는 체적 및 벌크를 감소시키도록 처리되는 독립적인, 즉 "독립형" 시스템에 관한 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 오니 감소 능력은 전술한 서지 무산소 혼합, 연속 배치 반응기, 폐수 처리 시스템의 구조에 통합될 수 있다. 이러한 시스템에 있어서, 처리할 유입 폐수는 혐기성의 처리 영역 내로 도입되는데, 상기 영역에서는 유입 폐수의 총 부유 고형물의 적어도 일부가 혐기성 처리 영역의 하부의 침적된 고형물 혐기성 영역에 침적된다. 무산소 처리 프로세스 및 호기성 처리 프로세스에 의해 생성된 미생물 오니를 함유하는 무산소 및/또는 공기 주입 처리된 영역으로부터의 폐액은 무기성 처리 영역 쪽으로 재생되는데, 이 영역에서는 그 영역 쪽으로 재생된 폐액의 미생물 오니 및 다른 고형물 함량(TSS)의 적어도 약 50 중량%는 침적된 유입 폐수 고형물과 함께 혐기성 처리 영역의 하부에 있는 혐기성의 침적된 고형물 영역에 침적된다. 혐기성의 분해 상태 하에서, 미처리 유입 고형물과 재생된 미생물 오니 고형물의 침적된 혼합물은 혐기성적으로 분해된다. 통상, 침적된 고형물 영역에 침적되는 유입 유기 고형물과 재생된 미생물 고형물의 적어도 약 50 중량%는 혐기성적 및 생물학적으로 분해되어 혐기성 처리 영역에 혐기성적으로 분해된 고형물, 용해 가능한 성분 및 가스 성분을 만들어 낸다. 유입 폐수와 재생된 폐액 폐수를 포함하는 혐기성 처리 영역으로부터의 폐수는 상기 혐기성 영역으로부터 무산소 영역으로 안내되고, 상기 무산소 영역에서의 무산소 생물 처리, 호기성 처리 영역에서의 호기성 생물 처리를 위한 용해 가능한 혐기성 분해 성분을 운반한다. 유사하게, 호기성 또는 혐기성 분해자 또는 활성 오니 시스템과 같이, 독립적인 생물 처리 또는 오니 처리 시스템으로부터의 오니를 처리하기 위한 독립적인 시스템이 제공되어 그러한 분해자 또는 다른 오니 공급원으로부터의 오니 양을 감소시킬 수 있는데, 이러한 오니는 쓰레기 처리지 또는 장기간의 처리 프로세스를 통해 처분되어야 한다. 이러한 통합된 오니-감소 시스템과 독릭적인 오니 감소 시스템의 예로서, 미처리 오수 처리 및/또는 오니 관리, 감소 및 소모 또는 분해를 위한 혐기성 프로세스, 무산소 프로세스, 호기성 프로세스를 통합한 시스템이 도 11 내지 도 14에 도시되어 있다. 이러한 시스템은 궁극적으로 처리해야 할 유기물 오니의 양을 이러한 특징부가 없이 생성된 오니와 비교하여, 80 중량% 이상 감소시킬 수 있어야 한다. 이와 관련하여, 호기성 또는 혐기성 분해 이전에 종래식으로 생성된 유기물 오니의 양은 처리할 유입 폐수의 BOD5 그램당 약 0.4 내지 약 0.8 그램이다. 혐기성/무산소 오니 재생을 이용하는 본 발명의 시스템은 바람직하게는 그 시스템에 의해 생성된 유기물 오니의 양을 유입물 BOD5의 그램당 유기물 오니의 약 0.2 그램 미만으로 감소시키고, 바람직하게는 BOD5의 그램당 유기물 오니의 약 0.1 그램 미만으로 감소시킨다.
도 11 내지 도 14에 도시한 것과 같은 시스템에서, 미처리 또는 예비 처리된 오수가 제1 혐기성 영역 내로 도입되는데, 이 영역은 도 3에 도시한 시스템의 트랩 영역(316) 또는 도 6에 도시한 시스템의 트랩 영역(602)에 상응할 수 있다. 상기 혐기성 영역은, 무기물 및 급속 침적 유기 고형물이 상기 영역의 바닥에 침적되어 그 영역의 바닥에 집중되도록 혼합되지 않거나 약간 혼합된다. 침적된 유기 고형물 및 침적되지 않은 유기 고형물은 혐기성 분해를 겪고, 유기물 성분을 소모하며, 이산화탄소, 메탄, 암모니아, 황화 수소, 유기 중간물 또는 붕괴 부산물과 같은 혐기성 분해 부산물을 생성한다. 이들 많은 혐기성 분해 부산물은 용해 가능하고, 액체 상태로 다음의 무산소/호기성 영역을 통과하며, 전술한 것과 같은 무산소 상태 및 호기성 상태 하에서 미생물 처리된다. 상기 부산물의 일부는 휘발되어 가스 상태를 통과한다. 상기 오프 가스는 종래의 실시에 따라, 기본적인 흡착제(basic absorbent)를 통과시키거나 여과시키는 것과 같이 필요에 따라 악취 제어를 위해 처리할 수 있다(덮여 있는 혐기성 처리 탱크를 나타내는 도 14 참조). 혐기성 영역의 표면 적재율은 약 100 내지 1000 갤런/ft2/day(4 내지 40 M3/M2/day)인 것이 바람직하다. 상기 유기물 적재율은 약 60 내지 300 파운드/1000 ft3/day(1 내지 5 kg/M3/day)인 것이 바람직하다.
혐기성 영역을 통과하는 폐수는 고형물, 유기물, 질소 함유 성분을 전술하고 도 11b 및 도 12에 도시한 것과 같이 무산소 영역 및 호기성 영역의 후속 처리부로 운반한다. 무산소 및/또는 호기성 영역에서 생성된 폐오니는 혐기성 영역 쪽으로 재생되어 추가 분해된다. 혐기성 영역의 유기 고형물은 전술한 바와 같이 계속적으로 분해 및 소모되고, 상기 혐기성 영역을 통한 유동에 의해 유기물이 씻겨 버리거나 걸러지며, 무거운 무기 고형물을 혐기성 영역에 남겨 둔다. 상기 무거운 무기 고형물은 생물학적으로 보다 비활성인 유기물과 함께 혐기성 영역의 바닥에 집중되는데, 이 바닥에서는 그 고형물이 혐기성 프로세스에 의해 계속 천천히 분해되고, 주기적으로 제거될 수 있다. 그러나, 순수한 호기성 분해와는 달리, 본 발명에 따른 시스템을 사용하여 보다 많은 고형물의 집중이 가능하다. 80% VSS 감소 및 5% 잔류 고형물 농도에서, 하루에 단지 2,000 갤런의 잔류 고형물만이 전술한 가설의 1MGD 플랜트로부터 처리를 위해 남겨진다. 이는 유입 유량의 약 0.2%에 불과하다. 도 11a에는 "종래의" 폐수 처리를 위한 전형적인 고형물 비(balance)가 도시되어 있다. 도 11a에 도시한 바와 같이, 유입 폐수(1102)에는 통상 0.02 중량%의 총 부유 고형물(TSS)이 포함되어 있는데, 이중 약 85%의 총 부유 고형물이 휘발성 부유 고형물(volatile suspended solids, VSS)일 수 있다. 나머지 15%의 총 부유 고형물은 생물학적으로 분해 불가능한 비활성의 무기물 또는 다른 고정된 부유 고형물(FSS)이다. 유입 폐수(1102)는 생물 처리 시스템(1104)에 의해 처리되어, 처리된 유출물(1106)을 생성하는데, 이 유출물에서 총 부유 고형물은 약 0.002 중량%로 감소되고, 이는 실질적으로 100% 휘발성 부유 고형물(VSS)이다. 이와 관련하여, 실질적으로 모든 비활성의 무기 또는 그렇지 않다면 고정 부유 고형물(fixed suspended solids, FSS)은 처리된 유출물 스트림(1106)으로부터 종래의 생물 처리에 의해 제거된다. 상기 생물 처리 시스템(1104)은 통상적으로 약 0.2 내지 약 1%의 총 부유 고형물을 포함할 수도 있는 폐오니 스트림(1108)을 생성하는데, 이 중 약 70 중량%는 휘발성 부유 고형물이고, 나머지 30%는 유입 폐수 스트림(1102)의 혐기성의 비활성 및 고정된 부유 고형물이다. 통상적으로, 상기 생물 처리 폐스트림은 호기성 분해기(1110)에서 호기성 분해 처리되도록 하여 병원균 및 휘발성의 부유 고형물 함유량을 더욱 감소시킨다. 호기성 분해기로부터의 오니 스트림(1112)에는 약 2 중량%의 비교적 다량의 총 부유 고형물 함유물이 있는데, 이중 약 60%는 비분해 상태의 휘발성 부유 고형물이고, 나머지 40%는 최초 유입 스트림(1102)의 고정된 부유 고형물이다. 호기성 분해기(1110)로부터의 오니 스트림(1112)은 종래식으로 원심 분리기 또는 다른 적당한 탈수 시스템(1114)에 의해 탈수되어 총 약 15% 내지 20%의 고형물을 함유하는 오니 케이크(1116)를 만들어 내는데, 이 중 약 60 중량%는 휘발성의 부유 고형물 함유물 상태로서 남아 있다. 이 오니 케이크(1116)는 전술한 바와 같이, 처분 및/또는 후속 처리를 필요로 한다. 탈수 시스템에 의해 분리된 폐수 스트림(1118)은 호기성 분해기(1110)로부터의 정화된 유출물과 같이 생물 처리 시스템(1104) 내로 재도입될 수도 있다.
본 발명의 오니 감소 시스템은, 유입 폐수의 생물 처리에 의해 생기는 폐수 오니의 재생 혐기성 처리를 이용하는 오니 감소 시스템에 대한 전형적인 고형물 비인 도 11b에 나타낸 것과 같은 폐수 처리 시스템에 의해 생기는 고형물을 상당히 감소시킬 수 있다. 도 11b에 도시한 바와 같이, 유입 폐수 스트림(1103)에는 약 0.02 중량%의 총 부유 고형물이 포함되어 있는데, 이 중 약 85%는 휘발성의 부유 고형물 성분일 것이다. 다시, 유입 폐수 스트림(1103)의 총 부유 고형물의 나머지 15%는 생물 분해 불가능한 비활성의 무기물 또는 다른 고정된 부유 고형물이다. 도 11b의 재생 혐기성 시스템에 있어서, 유입 폐수 스트림(1103)은 혐기성 처리 영역(1105) 내로 도입된다. 혐기성 영역(1105)에서, 유입 폐수( 및 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 혐기성 영역 내로 도입되는 다른 오니 성분)는 혐기성 분해 처리되어, 전술한 바와 같이 용해 가능한 유기 화합물과 함께 이산화탄소, 메탄, 암모니아, 황화 수소와 같은 저분자량의 용해 가능한 휘발성 성분을 만들어 낸다. 혐기성 처리 영역(1105)을 빠져 나오는 폐수 스트림(1107)에는 통상 약 0.1%의 총 부유 고형물이 포함될 수 있는데, 이 중 약 95%는 휘발성의 부유 고형물이고, 5 중량%만이 고정된 부유 고형물이다. 혐기성 유출 스트림(1107)은, 전술한 바와 같이, 서지 무산소 혼합, 연속 배치 반응기 시스템의 무산소 처리 영역(1109)으로 도입되고 그로부터 호기성 처리 영역(1111) 내로 도입된다. 연속 배치 반응기 시스템에 폐수 처리 유기물이 보유되어 있기 때문에, 무산소 처리 영역(1109)과 호기성 처리 영역(1111) 사이에서 연속적으로 재순환되는 폐수 스트림(1113, 1115)에는 유사하게 약 0.2 중량% 내지 약 0.5 중량%의 총 부유 고형물이 포함되고, 이 중 약 95%는 휘발성의 부유 고형물이다. 호기성 처리 영역(1111)으로부터 배출된 피처리(처리된) 폐수 스트림(1117)에는 약 0.001%의 총 부유 고형물만이 포함되어 있는데, 이 중 실질적으로 모든 고형물이 휘발성의 부유 고형물이다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 오니 감소 시스템에서는 폐수 처리 프로세스에 의해 생긴 오니를 재생 혐기성 처리한다. 이와 관련하여, 폐수 스트림(1119)은 서지 무산소 혼합 처리 시스템[무산소 혼합 탱크(1109) 또는 호기성 처리 탱크(1111)]으로부터 안내된다. 호기성 처리 영역의 폐수 액체에는 부유 고형물을 침적시킴으로써 정화된 유출물을 만들어 내는 취출 단계 후에 다소 많은 고형물 함유물이 있다. 스트림(1119)이 호기성 처리 영역(1111)으로부터 취출 단계의 종료 시점에서 남아 있는 침전물 및 액체로부터 선택된다면, 총 부유 고형물 함량은 다소 더 많아질 것이고, 이 고형물 함유물을 운반하는 데 필요한 액체의 체적은 다소 더 작을 것이다. 그러나, 이는 별도의 펌프를 필요로 할 수 있고, 보다 많은 호기성 액체를 혐기성 영역 내로 도입한다. 따라서, 본 발명의 시스템의 바람직한 실시예는 폐수 액체를 무산소 처리 영역(1109)으로부터 혐기성 영역(1105)까지 연속하여 재생하는 것을 포함할 수 있다. 어쨌든, 혐기성 처리 영역(1105) 쪽으로 복귀되는 폐수 액체(1119)의 총 부유 고형물 함량은 처리 시스템 쪽으로 유입되는 유입수(1103)의 총 부유 고형물 또는 BOD5 함유량의 적어도 약 0.3 배이다. 따라서, 무산소 및/또는 혐기성 영역(1109/1111)으로부터 혐기성 영역(1105) 쪽으로 연속적으로 또는 간헐적으로 재생되는 액체 스트림(1119)의 유량은 처리할 폐수의 유입(1103) 유량의 약 50/1 내지 약 1/300의 범위에 있다(보다 통상적으로는 100% 내지 200%). 비교적 정지 상태의 혐기성 처리 영역(1105) 내로 들어가면, 재생된 액체(1109)의 미생물 및 다른 고형물 함유물은 혐기성 처리 탱크(1105)의 바닥에 침적되는 경향이 있는데, 이 곳에서는 전술한 바와 같이, 그 미생물 및 다른 고형물은 혐기성 분해 과정을 겪고 가스 및 보다 용해 가능한 성분으로 부분 전환된다. 약 절반이 휘발성의 부유 고형물이고 나머지 절반은 고정된 부유 고형물인 약 3 중량% 내지 약 5 중량%의 총 부유 고형물의 비교적 다량의 고형물 함량의 스트림(1121)이 혐기성 영역(1105)으로부터 배출되어 추가 처리 및 처분될 수 있다. 감소 및 휘발성 부유 고형물은 후속 처리 과정에서 상당한 경제적 이득을 나타낸다는 것을 유의하여야 한다. 오니 감소 단계가 액체 처리 단계에 합체된 통합 시스템에 있어서, 혐기성 영역의 체적은 통상 혐기성 체적과 무산소 체적 및 호기성 체적의 총 체적의 20% 내지 40%이고, 유입 스트림의 침적 조건 및 유기물 농도에 의해 설정 또는 제어된다. 가정 오수에 대하여, 바람직한 표면 적재율은 혐기성 영역/하루의 약 300 갤런/ft3 내지 혐기성 영역/하루의 약 600 갤런/ft3이다. 유입 유동은 별도의 시스템에서 조종되고 유기물 적재는 처리할 오니 스트림에 집중되는 고유기 농도 또는 별도의 오니 감소 시스템이 마련된 산업 용수에 대하여, 혐기성 영역은 통상 총 체적 비율이 더 크다. 이러한 경우에 혐기성 영역 체적은 약 2 kg BOD5/M3 내지 약 6 BOD5 kg/M3의 유기물 적재율을 제공하도록 설정된다.
잔류 고형물은 추가의 별도 프로세스에 의해 더욱 더 감소될 수도 있다. 도 12에는 제공된다면 혐기성 처리 영역, 무산소 처리 영역, 호기성 처리 영역을 통한 폐액 재생에 의한 오니 감소를 통합시킨 서지 무산소 혼합 폐수 처리 시스템이 도시되어 있다. 이와 관련하여, 처리할 폐수 유입물(1202)은 비교적 정지 상태의 혐기성 처리 영역(1204) 내로 도입되는데, 이 영역에서는 유입되는 부유 고형물이 침적되어 무기적으로 분해될 수 있다. 혐기성 분해에 의해 생성되고 용해된 유기 성 분을 함유하는 혐기성 처리 영역으로부터의 유출물(1206)은 무산소 처리 영역(1208) 내로 도입되는데, 이 영역에서 상기 유출물은 무산소 처리되어 용해 가능한 유기 물질을 소모하고 질소를 방출하며, 무산소 스트림(1214)과 같이 펌프(1212)에 의해 호기성 처리 영역(1210) 쪽으로 펌핑된다. 전술한 바와 같이, 호기성 처리 영역(1210)의 폐액은 주기적으로 호기성 처리되고 무산소 영역 쪽으로 재생되며, 정화 및 처리된 유출물 스트림(1216)이 침적 및 취출된다. 무산소 영역(1208) 및 호기성 영역(1210)은, 특히 도 11b와 관련하여 전술한 바와 같이, 폐액 스트림(1222)을 무산소 영역 및/또는 호기성 영역으로부터 혐기성 영역(1204) 쪽으로 재생함으로써 혐기성 영역(1204)과 통합된다. 생물 분해를 위해 VSS를 집중시키기 위하여, 스크린(1218)은 생물 분해될 수 없는 플라스틱편과 같은 비교적 큰 고형의 비활성 물질을 분리하고, 비교적 비활성인 출력물 성분(1220)으로서 그 물질을 제거한다. 스크린 처리된 폐액 스트림(1224)은 도 12a에 도시한 것과 같이 혐기성 영역 쪽으로 복귀된다. 혐기성 영역(1204)에서, 그 영역의 바닥에 침적된 고형물의 일부(1226)는 세다 폴스 아이오와에 소재하는 플루이딘 코포레이션에서 판매하는 모델 # FHG1 하이드로그릿(TM) 그릿 분리기와 같은 종래의 구조일 수 있는 그릿 분리기 사이클론(1228)을 통해 주기적으로 펌핑되고, 비교적 정지 상태의 방식으로 혐기성 영역 쪽으로 복귀된다. 이러한 처리에 의해 제거되는 그릿 스트림(1230)은, 폐수 필터 케이크보다는 쓰레기 집적지에서 보다 쉽게 탈수 및 처분되는 샌드 및 클레이와 같이 비교적 무기물 성분이 많다. 이러한 분리기 스크린과 그릿 사이클론 처리는 상기 통합된 시스템에서 여러 다른 스트림에 적용될 수도 있 다. 유기물 오니 VSS 성분은 오니를 더욱 감소시키기 위해 상기 시스템에 유지되지만, 과잉의 오니는 필요할 때 종래 실시에 따라 주기적으로 제거될 수도 있다. 오니 감소 처리 구조가 마련된 도 2 및 도 3에 도시한 것과 같은 이중 서지 무산소 혼합 처리 시스템이 유사하게 도 12b에 도시되어 있다. 폐수 유입물 스트림(1252)은 교반되지 않은 혐기성 처리 탱크(1254) 쪽으로 도입되어, 두 호기성 탱크(1258, 1260)와 상호 작용하는 단일의 무산소 탱크(1256) 쪽으로 배출된다. 무산소 탱크(1256)로부터의 폐액은, 보다 크고 생물 분해될 수 없는 물질을 제거하는 스크린(1262, 1264)을 통해 혐기성 탱크 쪽으로 재생되고, 혐기성 고형물은, 전술한 바와 같이 FSS(1268)을 제거하는 무기물 그릿 분리기(1266)를 통해 재생될 수도 있다.
작은 처리 플랜트에 대하여, 상기 혐기성 영역은, 트래쉬와 그릿을 포집하고 궁극적으로 처분하기 위하여 그 트래쉬와 그릿을 세정함으로써 예비 처리를 하는 데에 사용될 수 있다. 더 큰 플랜트에서는 별도의 예비 처리를 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 이러한 시스템에는 오니가 재생되고 무산소 혼합 탱크 쪽으로 배출되는 별도의 예비 처리 탱크가 마련될 수도 있다. 상기 탱크 내의 오니는 도 12 내지 도 14에 도시하고 설명한 바와 같이, 비활성의 고형물을 제거하는 스크린 및/또는 사이클론 필터를 통해 재생될 수도 있다.
본 발명에 따른 처리 시스템은 빠져 나가거나 별도의 생물 처리 플랜트로부터 나오는 오니를 처리하고 감소시키는 데에 사용될 수도 있다. 이러한 용례에 있어서, 바람직한 실시예에서는 연속적이거나 주기적인 오니 스크린 처리 및 무기물 제거가 통합되어 무기물을 제거 및 집중시키고, 나머지 유기 오니를 실질적으로 완전히 산화시킨다. 도 12c(오니 감소 시스템, 무기물 제거가 마련된 오니 감소 시스템)에 도시한 바와 같이, 생물 처리 플랜트 또는 오니 유지 탱크(1284)로부터의 폐오니 또는 혼합된 액체(1282)는 미세한 스크린(0.010 내지 0.100 슬롯 개구)(1286)을 통과할 수 있고, 스크린 처리된 오니 전부 또는 일부는 교반되지 않은 혐기성 영역(1288) 내로 도입된다. 나머지는 생물 처리 플랜트 및/또는 호기성 분해기(1290) 쪽으로 재생된다. 재생 펌퍼(1292)는 상기 혐기성 또는 무산소 영역으로부터 무기물 함유 오니를 취해 그 오니를 사이클론(1294)을 통해 통과시켜 계속적으로 그 무기물을 제거한다. 상기 미세한 스크린은, 본래 유기물이지만 생물 분해에 저항하고 따라서 본질적으로 비활성인 것으로서 간주될 수 있는 플라스틱편 및 플라스틱 조각을 제거한다. 상기 미세하 스크린은 보다 큰 무기물 입자를 제거할 수도 있다. 상기 하이드로클론은 주요 치수가 25 미크론 정도로 미세한 무기물 입자를 제거할 수도 있다. 상기 스크린 및 하이드로사이클론으로부터의 폐물(rejects)은 본질적으로 50% 이상의 고형물 농도로 탈수된다. 무기물을 연속적으로 제거함으로써 혐기성 처리 영역(1288)에 나머지 유기 고형물에 대한 추가 공간을 마련할 수 있게 되어, 추가적인 처리 시간 및 생물 분해가 가능해진다. 적당한 시간 및 상태가 주어지면, 유기물 오니는 궁극적으로 그리고 실질적으로 소모되고 파괴된다. 다음에, 상기 주요 잔류 생성물은 스크린 처리물 및 제거된 무기물로 되고, 이는 최종적으로 쓰레기 처분지에서 처분하기 위한 쓰레기 수납기(dumpsters)에 수집하기에 적당하다. 상기 스크린 처리물 및 무기 고형물은 생물 처리되었기 때문에, 쓰레기 처분지 목적에 비교적 안정되고 무난하다. 유사하게, 도 12d에는 종래의 생물 처리 또는 오니 유지 탱크(1283)로부터 폐오니(1281)를 처리하기 위하여, 본 명세서에서 설명한 서지 무산소 혼합 연속 배치 반응 시스템을 사용하기에 적합한 독립적인 오니 감소 시스템이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 폐오니는 먼저 휴대용 쓰레기 수납기 또는 다른 용기에 처분하기 위한 플라스틱편과 같은 보다 큰 생물 분해 불가능한 성분을 분리하도록 스크린 처리되고, 비교적 정지 상태의 혐기성 처리 탱크(187)와 호기성 처리 탱크(1289)를 포함하는 오니 감소 시스템의 무산소(또는 혐기성) 처리 탱크(1285) 내로 직접 도입될 수 있다. 상기 폐액은, (유입 폐수로서 폐수 처리 시스템 쪽으로 도입될 수 있는) 탱크로부터의 유출물(1292)을 정화한 후에, 그릿 사이클론을 통해, 무산소 탱크(1285) 및/또는 호기성 탱크(1289)로부터 혐기성 처리 탱크 쪽으로 재생된다. 상기 무기물 그릿 성분은 처분 목적을 위해 비교적 온화하고, 그 성분을 제거하면 상기 혐기성 처리 탱크를 보다 효율적으로 생물 처리할 수 있게 해주는데, 그 탱크는 그와 같이 처리하지 않으면 상기 무기 그릿 성분이 축적될 수 있다. 도 12d의 독립적인 오니 감소 시스템에 있어서, 그 시스템으로 도입된 폐오니(1281)에는 비교적 많은 양의 고형물(예컨대, 적어도 약 0.2 중량%의 고형물)이 포함되어 있고, 상기 시스템은 특히 오니의 VSS 성분을 감소시키는 데에 적합하게 되어 있다. 이와 관련하여, 호기성 탱크(1289)[또는 무산소 탱크(1285)]로부터 펌핑된 폐액의 재생 유량은 통상, 처리를 위한 무산소(또는 혐기성) 탱크 내로 도입된 폐오니(1281)의 유량의 적어도 약 50%이다. 도시 폐수 오니에 대하여, 상기 재생 유량은 바람직하게는 폐오니(1281)의 유입 유량의 약 0.5 배 내지 약 5 배의 범위에 있는 것이 바람직하다. 혐기성 탱크(1287)는 통상, 혐기성 탱크(1285), 무산소 탱크(1287), 호기성 탱크(1289)의 총 체적의 약 20% 내지 약 60%를 구성한다. 유사하게, 무산소 탱크(1285)는, 상기 시스템의 오니 감소 용량을 최대화하기 위하여, 혐기성 탱크, 무산소 탱크, 호기성 탱크의 총 처리 또는 탱크 용량, 체적의 약 10% 내지 약 40%를 포함하고, 혐기성 탱크(1289)는 약 20% 내지 약 60%를 포함한다.
실질적으로 모든 무기 부유 고형물이 50% 고형물 함량에서 제거 및 처분되고, 5%의 고형물 농도에서 10% 잔류 유기 고형물이 있다고 가정하면, 전체적으로 단지 400 gpd의 잔류물만을 전술한 1 MGD로부터 궁극적으로 처분할 필요가 있다. 이는 유입 유량의 0.1% 미만이고, 종래의 기준 폐수 처리 시스템과 비교하여 궁극적인 처분을 위한 잔류물에서 10 대 1의 감소보다 더 좋다는 것을 나타낸다.
도 13 및 도 14에는 폐수 처리 시스템으로부터의 총 폐오니 출력물을 감소시키기 위하여, 인접한 폐수 처리 시스템(도 13에서 부분적으로 나타냄)과 함께 사용되는 독립적인 오니 감소 시스템(SRS)(1300)이 도시되어 있다. SRS 시스템(1300)의 평면도인 도 13에 도시한 바와 같이, 그 시스템은 폐수 처리 시스템의 연속 배치 반응기 탱크(1302) 부근에 있고, 폐수 시스템용의 별개의 종래 호기성 분해기 탱크(1304) 부근에 있다.
오니 감소 시스템(1300)에는 전술하고 대략 축소하여 나타낸 혐기성 탱크(1308), 무산소 탱크(1310), 공기 주입 탱크(1312)가 포함되어 있다. 공기 주 입 탱크(1312)는 제트 흡기기(1314)에 의해 혼합 및 공기 주입되고, 폐오니를 시스템 내에 적절히 도입함으로써 호기성 분해기(1304)로부터 폐오니를 수용하여 처리할 수 있다. 이와 관련하여, SBR 탱크(1302) 또는 호기성 분해기(1301)로부터의 폐오니(1306)가 보다 크고 일반적으로 비활성인 입자를 여과시키는 스크린을 통해, 덮여진 혐기성 처리 탱크(1308) 내로 도입될 수 있다. 스크린(1316)은 탱크(1308, 1310, 1312) 중 임의의 탱크 내로, 그러나 바람직하게는 혐기성 또는 무산소 탱크 내로 배출될 수도 있다. 통상 다량의 무기물이 들어 있는 혐기성 탱크(1308)의 바닥으로부터 침적된 무거운 고형물은 그릿 제거를 위한 그릿 사이클론(1318)을 통해 펌핑되어 혐기성 처리 탱크 또는 호기성 분해기 쪽으로 복귀될 수 있다.
본 발명을 특정 실시예의 장치 및 방법에 관하여 설명하였지만, 청구항의 범위 내에서 본 발명의 개시 내용에 기초하여 여러 변형 및 수정을 할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

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  9. 20 시간 미만의 전체 순차적 배치 처리 사이클 시간 내에 고형물 함량과 생물학적 산소 요구량(BOD) 및 질소 함량을 감소시켜 폐수를 처리하기 위한 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법으로서,
    무산소 폐액 처리 영역과, 하나 이상의 개별적인 호기성의 순차적 폐액 처리 영역을 마련하되, 상기 무산소 폐액 처리 영역과 상기 호기성의 순차적 폐액 처리 영역의 체적비는 0.2:1 내지 1:1의 범위에 있는 것인, 처리 영역 마련 단계와,
    무산소 상태 하에서, 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 무산소 폐액 처리 영역 내로 폐수 고형물, 생물학적 산소 요구량 및 질소 성분을 포함하는 처리할 유입 폐수를 도입하는 것인, 유입 폐수 도입 단계와,
    상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터, 호기성 상태 하에서, 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역 내로 폐수 및 처리 미생물을 도입하는 것인, 폐수 및 처리 미생물 도입 단계와,
    상기 전체 순차적 배치 처리 사이클 시간 중 절반 이상 동안, 상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역의 폐액을 혼합하고 공기 주입하여, 상기 폐수의 생물학적 산소 요구량을 감소시키고 폐수의 질소 성분의 일부 또는 전부를 무기 질산염 성분 또는 무기 아질산염 성분으로 전환시키는 것인, 혼합 및 공기 주입 단계와,
    상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역으로부터 상기 무산소 폐액 처리 영역 내로 시간당 무산소 영역 총 체적의 0.1 이상의 속도로 상호 작용 시간의 기간 동안 폐액 및 처리 유기물을 도입 및 혼합하여, 상기 무산소 처리 미생물의 물질 대사를 위한 질산염 또는 아질산염 산화 성분을 제공하고, 그 질산염 또는 아질산염 성분을 상기 폐수로부터 제거하기 위해 질소로 전환하는 것인, 도입 및 혼합 단계와,
    상기 도입 및 혼합 단계에 후속하여, 상기 전체 순차적 배치 처리 사이클 시간의 10 내지 30% 인 침적 기간 동안 정지(靜止) 상태로 상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역의 폐액을 유지하여, 정화된 상부층과, 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 층화된 하부층을 상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역 내에 형성하는 단계와,
    상기 유입 폐수에 대해 고형물 함량, BOD 및 질소 함량이 감소된 처리된 유출물 스트림으로서, 상기 정화된 상부층의 미리 정해진 일부를 각각의 상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역으로부터 제거하는 단계
    를 포함하는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 처리할 유입 폐수는 상기 무산소 폐액 처리 영역으로 연속적으로 도입되고, 상기 무산소 폐액 처리 영역의 체적과 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역의 체적비는 0.3:1 내지 0.7:1의 범위에 있는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로의 폐수 및 미생물의 도입과, 상기 순차적 호기성 폐액 처리 영역으로부터 상기 무산소 폐액 처리 영역으로의 폐수 및 미생물의 도입은 시간당 각각의 호기성 순차적 폐액 처리 영역 총 체적의 50% 이상의 속도로 수행되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 유입 폐수를 상기 무산소 폐액 처리 영역 내로 도입하고 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역에서 미리 정해진 상부의 액체 수위가 도달할 때까지 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역 내로 그 폐수를 펌핑하는 충전 단계와,
    상기 폐액을 상기 호기성의 순차적 폐액 처리 영역에서 공기 주입하고, 질산염 또는 아질산염 성분을 포함하는 상기 호기성 영역으로부터의 공기 주입된 액체를 상기 무산소 영역 내로 도입하며, 상기 무산소 영역으로부터의 무산소 폐액을 상기 호기성 영역 내로 도입하는 상호 작용 단계와,
    상기 호기성 영역의 폐액을 혼합하거나 공기 주입하지 않고, 상기 무산소 영역으로부터의 폐수를 상기 호기성 영역으로 도입하지 않고 정지(停止) 상태로 유지하면서 유입 폐수를 상기 무산소 처리 영역으로 도입하여, 상기 호기성 영역의 상부에 정화된 폐수 영역을 제공하는 침적 단계와,
    정화된 유출물을 상기 호기성 처리 영역의 정화된 상부 영역으로부터 주기적으로 빼내는 취출 단계
    를 반복하여 순차적으로 이용하는 것을 특징으로 하는 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 충전 단계는 0.1 시간 내지 2 시간 동안 수행되고, 상기 상호 작용 단계는 0.1 시간 내지 2 시간 동안 수행되며, 상기 침적 단계는 0.5 시간 내지 1 시간 동안 수행되고, 상기 취출 단계는 0.1 시간 내지 2 시간 동안 수행되며, 상기 총 처리 사이클은 1 시간 내지 12 시간 동안 수행되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상호 작용 단계의 후와 상기 침적 단계의 전에, 상기 유입 폐수가 상기 무산소 혼합 영역으로 도입되고, 상기 무산소 혼합 영역으로부터 상기 호기성 처리 영역으로 폐수가 도입되지 않은 채 상기 호기성 폐액 처리 영역이 혼합 및 공기 주입되는 공기 주입 반응 단계를 더 포함하는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  15. 청구항 9에 있어서, 상기 정화된 유출물의 취출 동안 또는 취출 후에, 그리고 상기 충전 단계의 완료 전에, 상기 폐수 고형물의 일부분이 상기 호기성 처리 영역으로부터 제거되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  16. 청구항 9에 있어서, 2개의 호기성 순차적 폐액 처리 영역이 마련되고, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역 중 각각의 하나로의 폐수 및 처리 미생물의 도입과, 상기 하나의 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로부터 상기 무산소 폐액 처리 영역으로의 폐액 및 처리 미생물 혼합물의 도입은, 나머지 하나의 호기성 순차적 폐액 처리 영역이 정지(靜止) 상태로 유지되거나 나머지 하나의 호기성 순차적 폐액 처리 영역의 정화된 상부층이 제거되는 동안에 부분적 또는 전체적으로 수행되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  17. 청구항 9에 있어서, 상기 무산소 영역으로 도입된 상기 폐수는 상기 무산소 영역으로 도입되기 전에 혐기성 처리 또는 고형물 보유 영역을 통해 필터링, 스크린 처리(screening), 탈그릿 처리(degritting), 주요 정화(primary clarification) 또는 통과에 의해 예비 처리되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  18. 청구항 9에 있어서, 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역에서의 혼합 및 공기 주입 단계와, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로의 폐액 및 처리 미생물의 도입 단계와, 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로부터의 폐액 및 처리 미생물 도입 및 혼합 단계가, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로 폐액을 펌핑하는 것에 의해 수행됨으로써 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역에서의 공기 주입 구동 흐름으로서 작용하고, 상기 상호 작용의 일부, 또는 상기 순차적 처리 싸이클의 일부분 동안에 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역의 폐액이 상기 무산소 폐액 처리 영역으로 오버플로우되어 복귀하는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  19. 폐수 처리를 위한 멀티 챔버 순차적 배치 반응기로서,
    무산소 서지 반응 탱크와,
    처리할 폐수를 상기 무산소 서지 반응 탱크 내로 도입하는 무산소 반응 탱크 유입구와,
    호기성 반응 탱크로서, 상기 호기성 반응 탱크 내로 폐수를 도입하지 않으면서 폐수 및 폐수 처리 유기물을 주기적으로 혼합 및 공기 주입 처리하고, 상기 호기성 반응 탱크 내의 폐수의 고형물과 미세 성분을 주기적으로 정지(靜止) 상태로 침적시키기 위한, 호기성 반응 탱크와,
    펌핑 용량이 시간당 상기 무산소 서지 반응 탱크 체적의 0.1 배 이상이고, 상기 호기성 반응 영역으로부터 상기 무산소 혼합 처리 탱크 쪽으로 주기적으로 폐수를 전달하고, 상기 호기성 반응 탱크의 정지(靜止) 상태 동안 상기 무산소 서지 반응 탱크로부터 폐수 및 처리 미생물의 전달을 주기적으로 중단하기 위한 펌프와,
    상기 호기성 반응 탱크 내의 폐수를 주기적으로 혼합 및 공기 주입하기 위하여 상기 호기성 서지 반응 탱크 내에 배치된 모티브 제트 공기 주입기를 포함하는 공기 주입 수단과,
    상기 호기성 반응 탱크의 상부 정지(靜止) 정화 영역으로부터 처리액을 제거하여, 상기 순차적 배치 반응기로부터의 배출을 하기 위한 취출 수단과,
    상기 무산소 서지 반응 탱크와 상기 호기성 반응 탱크 사이에서 미리 정해진 상단 액체 수위에 있는 패시브 오버플로우 위어를 포함하고, 상기 호기성 반응 탱크로부터 상기 무산소 서지 반응 탱크 내로 폐수를 도입하는 수단
    을 포함하는 멀티-챔버 순차적 배치 폐수 처리 반응기.
  20. 20 시간 미만의 전체 순차적 배치 처리 사이클 시간 내에 고형물 함량과 생물학적 산소 요구량(BOD) 및 질소 함량을 감소시켜 폐수를 처리하기 위한 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법으로서,
    혐기성 선 처리 영역과, 무산소 폐액 처리 영역과, 하나 이상의 개별적인 호기성의 순차적 폐액 처리 영역을 마련하되, 상기 무산소 폐액 처리 영역과 상기 호기성의 순차적 폐액 처리 영역의 체적비는 0.2:1 내지 1:1의 범위에 있고, 상기 혐기성 처리 영역의 처리 체적은 상기 무산소 처리 영역의 처리 체적의 30% 내지 300% 범위에 있는 것인, 처리 영역 마련 단계와,
    무산소 상태 하에서, 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 혐기성 선 처리 영역 내로 폐수 고형물, 생물학적 산소 요구량 및 질소 성분을 포함하는 처리할 유입 폐수를 도입하는 것인, 유입 폐수 도입 단계와,
    무산소 조건 하에서, 상기 혐기성 처리 영역으로부터 처리 미생물을 포함하는 폐 고형물을 포함하는 상기 무산소 폐액 처리 영역으로 폐수를 도입하는 단계와,
    상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터, 호기성 상태 하에서, 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역 내로 폐수 및 처리 미생물을 도입하는 것인, 폐수 및 처리 미생물 도입 단계와,
    상기 전체 순차적 배치 처리 사이클 시간 중 절반 이상 동안, 상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역의 폐액을 혼합하고 공기 주입하여, 상기 폐수의 생물학적 산소 요구량을 감소시키고 폐수의 질소 성분의 일부 또는 전부를 무기 질산염 성분 또는 무기 아질산염 성분으로 전환시키는 것인, 혼합 및 공기 주입 단계와,
    상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역으로부터 상기 무산소 폐액 처리 영역 내로 시간당 무산소 영역 총 체적의 0.1 이상의 속도로 상호 작용 시간의 기간 동안 폐액 및 처리 유기물을 도입 및 혼합하여, 상기 무산소 처리 미생물의 물질 대사를 위한 질산염 또는 아질산염 산화 성분을 제공하고, 그 질산염 또는 아질산염 성분을 상기 폐수로부터 제거하기 위해 질소로 전환하는 것인, 도입 및 혼합 단계와,
    상기 도입 및 혼합 단계에 후속하여, 정지(靜止) 상태로 상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역의 폐액을 유지하여, 정화된 상부층과, 처리 미생물을 포함하는 폐고형물이 들어 있는 층화된 하부층을 형성하는 단계와,
    상기 유입 폐수에 대해 고형물 함량, BOD 및 질소 함량이 감소된 처리된 유출물 스트림으로서, 상기 정화된 상부층의 미리 정해진 일부를 각각의 상기 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역으로부터 제거하는 단계
    를 포함하는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 하나 이상의 호기성 순차적 배치 공기 주입 처리 영역에의 폐액 혼합 및 공기 주입 단계는 총 순차적 배치 반응 처리 사이클 시간의 절반 이상이고, 상기 혐기성 영역의 표면 적재율(surface loading rate)은 100 내지 1000 갤런/ft2/day(4 내지 40 M3/M2/day)이며, 상기 호기성 영역의 유기물 적재율은 60 내지 300 파운드/1000 ft3/day(1 내지 5 kg/M3/day)이고, 생성된 유기물 오니의 양은 유입물 BOD5 그램당 0.2 그램 미만인 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 유입 폐수를 상기 무산소 폐액 처리 영역 내로 도입하고 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역에서 미리 정해진 상부의 액체 수위가 도달할 때까지 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 하나 이상의 호기성의 순차적 폐액 처리 영역 내로 그 폐수를 펌핑하는 충전 단계와,
    상기 폐액을 상기 호기성의 순차적 폐액 처리 영역에서 공기 주입하고, 질산염 또는 아질산염 성분을 포함하는 상기 호기성 영역으로부터의 공기 주입된 액체를 상기 무산소 영역 내로 도입하며, 상기 무산소 영역으로부터의 무산소 폐액을 상기 호기성 영역 내로 도입하는 상호 작용 단계와,
    상기 호기성 영역의 폐액을 혼합하거나 공기 주입하지 않고, 상기 무산소 영역으로부터의 폐수를 상기 호기성 영역으로 도입하지 않고 정지(停止) 상태로 유지하면서 유입 폐수를 상기 무산소 처리 영역으로 도입하여, 상기 호기성 영역의 상부에 정화된 폐수 영역을 제공하는 침적 단계와,
    정화된 유출물을 상기 호기성 처리 영역의 정화된 상부 영역으로부터 주기적으로 빼내는 취출 단계
    를 반복하여 순차적으로 이용하는 것을 특징으로 하는 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 충전 단계는 0.1 시간 내지 2 시간 동안 수행되고, 상기 상호 작용 단계는 0.1 시간 내지 2 시간 동안 수행되며, 상기 침적 단계는 0.5 시간 내지 1 시간 동안 수행되고, 상기 취출 단계는 0.1 시간 내지 2 시간 동안 수행되며, 상기 총 처리 사이클은 1 시간 내지 12 시간 동안 수행되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 상호 작용 단계의 후와 상기 침적 단계의 전에, 상기 유입 폐수가 상기 무산소 혼합 영역으로 도입되고, 상기 무산소 혼합 영역으로부터 상기 호기성 처리 영역으로 폐수가 도입되지 않은 채 상기 호기성 폐액 처리 영역이 혼합 및 공기 주입되는 공기 주입 반응 단계를 더 포함하는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  25. 청구항 20에 있어서, 2개의 호기성 순차적 폐액 처리 영역이 마련되고, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역 중 각각의 하나로의 폐수 및 처리 미생물의 도입과, 상기 하나의 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로부터 상기 무산소 폐액 처리 영역으로의 폐액 및 처리 미생물 혼합물의 도입은, 나머지 하나의 호기성 순차적 폐액 처리 영역이 정지(靜止) 상태로 유지되거나 나머지 하나의 호기성 순차적 폐액 처리 영역의 정화된 상부층이 제거되는 동안에 부분적 또는 전체적으로 수행되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  26. 청구항 20에 있어서, 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역에서의 혼합 및 공기 주입 단계와, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로의 폐액 및 처리 미생물의 도입 단계와, 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로부터의 폐액 및 처리 미생물 도입 및 혼합 단계가, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로 폐액을 펌핑하는 것에 의해 수행됨으로써 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역에서의 공기 주입 구동 흐름으로서 작용하고, 상기 상호 작용의 일부, 또는 상기 순차적 처리 싸이클의 일부분 동안에 상기 하나 이상의 호기성 순차적 폐액 처리 영역의 폐액이 상기 무산소 폐액 처리 영역으로 오버플로우되어 복귀하는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  27. 청구항 20에 있어서, 상기 호기성 영역 표면의 공기 유입된 액체는 상기 무산소 영역으로 도입되어 찌끼(scum), 기포(foam) 및 기타 부유물을 무산소 영역으로 복귀시키고, 상기 무산소 영역의 액체는 상기 호기성 영역의 하부로 확산 흐름 방식으로 도입되어 상기 호기성 영역에서의 혼합을 제한하는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  28. 청구항 20에 있어서, 상기 처리할 유입 폐수는 상기 무산소 폐액 처리 영역으로 연속적으로 도입되고, 상기 무산소 폐액 처리 영역의 체적과 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역의 체적비는 0.3:1 내지 0.7:1의 범위에 있는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  29. 청구항 20에 있어서, 상기 무산소 폐액 처리 영역으로부터 상기 호기성 순차적 폐액 처리 영역으로의 폐수 및 미생물의 도입과, 상기 순차적 호기성 폐액 처리 영역으로부터 상기 무산소 폐액 처리 영역으로의 폐수 및 미생물의 도입은 시간당 각각의 호기성 순차적 폐액 처리 영역 총 체적의 50% 이상의 속도로 수행되는 것인 서지 무산소 혼합 및 순차적 배치 반응 방법.
  30. 폐수 처리를 위한 멀티 챔버 순차적 배치 반응기로서,
    무산소 서지 반응 탱크와,
    처리할 폐수를 상기 무산소 서지 반응 탱크 내로 도입하는 무산소 반응 탱크 유입구와,
    호기성 반응 탱크로서, 폐수 및 폐수 처리 유기물을 주기적으로 혼합 및 공기 주입 처리하고, 상기 호기성 반응 탱크 내의 폐수의 고형물과 미세 성분을 주기적으로 정지(靜止) 상태로 침적시키기 위한, 호기성 반응 탱크와,
    펌핑 용량이 시간당 상기 무산소 서지 반응 탱크 체적의 0.1 배 이상이고, 상기 호기성 반응 영역으로부터 상기 무산소 혼합 처리 탱크 쪽으로 주기적으로 폐수를 전달하며, 상기 호기성 반응 탱크의 정지(靜止) 설정 동안 상기 무산소 서지 반응 탱크로부터 폐수 및 처리 미생물의 전달을 주기적으로 중단하기 위한 펌프와,
    상기 호기성 반응 탱크 내의 폐수를 주기적으로 혼합 및 공기 주입하기 위하여 상기 호기성 서지 반응 탱크 내에 배치된 모티브 제트 공기 주입기와,
    상기 호기성 반응 탱크의 상부로부터 액체를 제거하기 위한 취출기와,
    상기 무산소 서지 반응 탱크와 상기 호기성 반응 탱크 사이의 폐수 표면을 미리 예정된 상단 액체 수위로 스키밍(skimming)하기 위한 패시브 오버플로우 위어로서, 상기 패시브 오버 플로우 위어는 개방된 상부를 가지고 폐쇄된 하단부에서 유체 도관과 연결되는 내부 배플과, 상기 호기성 서지 반응 탱크로부터 상기 무산소 서지 반응 탱크로 폐수를 도입하기 위하여 개방된 상부를 가지고 하단부가 개방된 둘러싸는 덮개(surrounding shroud)를 구비하는 것인, 패시브 오버 플로우 위어
    를 포함하는 멀티-챔버 순차적 배치 폐수 처리 반응기.
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