KR102367743B1

KR102367743B1 - 하이브리드 폐수 처리

Info

Publication number: KR102367743B1
Application number: KR1020147029198A
Authority: KR
Inventors: 톰 빌 데오 피터스
Original assignee: 하스코닝디에이치브이 네덜란드 비.브이.
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2022-02-25
Also published as: HK1205497A1; NL2008598C2; BR112014024671A8; MY168655A; US20150336826A1; MX2014011972A; SG11201406330SA; CA2869656C; JP6563333B2; EP2834198B1; NZ700605A; MX351163B; KR20150010940A; BR112014024671B1; CO7170186A2; EP2834198A1; ZA201407205B; JP2015512335A; WO2013151434A1; IN2014DN08410A

Abstract

하이브리드 병렬 공정 형태로 호기성 입상화 바이오매스 시스템을 부가함으로써 통상적인 활성 슬러지 시스템의 성능이 향상되는 생물학적 폐수 처리 방법이 제공된다. 호기성 입상화 바이오매스 시스템으로부터 폐 바이오매스 및 부유물은 이러한 목적으로 통상적인 활성 슬러지 시스템에 도입된다. 하이브리드 공정 형태에서, 양쪽 시스템의 이점이 결합되어 새로운 이점을 생성하며, 한편으로는 각 시스템의 결점이 현저한 정도로 감소된다.

Description

하이브리드 폐수 처리{HYBRID WASTEWATER TREATMENT}

본 발명은 호기성 입상화 바이오매스 반응기를 포함하는 하이브리드 공정에서 활성 슬러지 반응기를 사용한 향상된 폐수 처리 방법에 관한 것이다.

통상적인 실시로, 폐수 처리 설비(WWTPs)는 고형물, 부유된 가용성 유기물 및 영양물을 함유하는 폐수의 일부가 (주로 미생물로 구성된) 활성 슬러지에 의해 처리되는 생물학적 공정 단계를 포함한다. 이 공정은 혐기 또는 호기적으로 발생할 수 있다. 호기적 폐수 처리를 위해 가장 광범위하게 적용되는 공정은 '표준 활성 슬러지(conventional activated sludge)' (CAS) 방식이라 불린다. 이는 스크리닝되고 이따금 일차 처리된 하수 또는 산업 폐수와 정제 바이오매스의 혼합물(이는 또한 '활성 슬러지'라고도 칭함)을 함유하는 생물학적 처리 반응기내로 도입되는 공기 또는 산소를 포함한다. 혼합액 부유 고형물(MLSS)은 바이오매스-함유 플록으로 발달하며, 이는 전형적으로 부유된 플러피(fluffy) 집합체에서 성장한다. 생물학적 플록이 침전되고, 이에 따라 처리수로부터 정제 슬러지를 분리할 수 있도록 후속적인 침전조(보통 "최종 정화기(final clarifier)"라 함)가 사용된다. 침전된 슬러지는 '반송 활성 슬러지(return activated sludge)'(RAS)로서 생물학적 공정을 향해 재순환된다. 바이오매스 성장 중에 원하는 수준으로 처리 반응기에서 바이오매스를 유지하기 위해, 주기적으로 RAS의 일부를 '폐수 활성 슬러지(waste activated sludge)'(WAS)로서 폐기된다.

CAS 공정은 병렬 또는 연속 처리 트레인(들)에 하나 또는 다중 탱크를 포함하는 다양한 형태로 적용된다. 이러한 탱크는 예를 들어, 플러스-플로우 반응기로서, 연속 교반 탱크 반응기(CSTR)로서 또는 시퀀싱 뱃치 반응기(SBR)로서 운전될 수 있다. CAS 공정은 광범위하게 사용되나, 이는 저조한 침전 슬러지 특성, 저 MLSS 농도에 대한 제한, 플로팅 슬러지를 발달시키는 경향 및 소정의 활성 슬러지 체류 시간과 같은 여러 중요한 결점을 갖는다. 이러한 결점은 이하 간략히 설명된다.

저조한 침전 슬러지 특성

활성 슬러지의 플록성 구조에 기인하여, 설비가 잘 작동되더라도 활성 슬러지의 침전 특성은 상대적으로 저조하다. 이는 커다란 최종의 정화기에 대한 필요성을 형성하며, 이에 따라 고 제조비용 및 대 설비 풋프린트에 대한 필요성을 형성한다. 이에 따라 과거에 다수의 개선은 향상된 분리 기술을 달성하는데 촛점이 맞추어져 왔다. 이들 중 하나는 멤브레인 바이오 리액터(MBR)에서 처리수로부터 활성 슬러지를 분리하기 위해 마이크로여과를 사용하는 것이다. 또 다른 것은 바이오매스 침전 특성을 향상시키기 위하여 화학물질을 첨가하는 것이다. WO96/14912에는, 가스를 추출하고 보다 높은 바이오매스 밀도를 생성함으로써 활성 슬러지의 침전 특성을 향상시키는 방법이 기재되어 있다. EP1627854에는 저조하게 침전되는 슬러지를 선택적으로 회수하는 방법이 기재되어 있다.

저 MLSS 농도에 대한 제한

CAS 공정은 상대적으로 낮은 농도의 MLSS, 전형적으로 3-5g MLSS/L로 제한된다. 보다 높은 농도의 MLSS는 최종 정화기에서, 특히 평균 유체 유동보다 높은 조건 중에, 잠재적인 슬러지 수세에 불리한 지연된 슬러지 정체를 일으킨다. MLSS의 수준을 증가시키는 방법의 최신 기술은 예를 들어, WO03/068694에 기재된 바와 같이, 바이오매스 농도를 증진시키기 위해 침전 또는 침수된 캐리어 물질의 사용 대신에 슬러지/물 분리에 대한 마이크로여과의 적용에 촛점을 맞추고 있다.

플로팅 슬러지

CAS 공정은 플로팅의 주기적 발생과 일치하거나, 또는 활성 슬러지 플록에서 필라멘트성 미생물의 증가된 성장에 의해 야기된 현상인 '벌킹 슬러지(bulking sludge)'를 침전시키기 매우 어렵다. 전형적인 대응법은 주로 필라멘트성 유기체를 파괴하기 위한 화학적 산화 또는 필라멘트성 미생물의 성장이 감소하기 전에 활성 슬러지 전에 특별한 바이오매스 선택 반응기들의 사용을 포함한다.

소정의 활성 슬러지 체류 시간

영양물 제거를 위한 CAS 공정은 전형적으로 시스템에서 5-15일의 소정의 활성 슬러지 체류 시간으로 디자인된다. 이러한 기간은 처리 시스템에서 유지될 수 없는, 저 성장 속도를 갖는 우호적인 미생물종의 축적에 대한 제한을 설정한다. 슬러지 체류 시간을 연장하는 방법은 멤브레인 바이오 리액터, 결합 성장을 위한 침수된 캐리어 물질의 첨가 및 바이오-오그멘테이션(bio-augmentation)의 사용을 포함한다. 이러한 바이오-오그멘테이션 공정에서, 특정 미생물 집단이 배양되고, 종종 바이오-오그멘테이션 반응기에 고정화된다. 반응기에 폐수 처리 설비로부터 특정 물질 또는 통합 폐기물 사이드 스트림을 공급한 다음, 예를 들어, EP0562466에 기재된 바와 같이 CAS 시스템에 투여된다. 이러한 원 위치 바이오-오그멘테이션 공정의 또 다른 예는 WO00/05177에 기재되어 있다. 이 문헌에는 활성 슬러지 매트릭스에 특정 유기체를 풍부하게 하기 위한 외부 바이오-오그멘테이션 반응기가 기재되어 있다.

전형적인 CAS 시스템의 결점은 Delft University of Technology(WO2004/-024638)에 의해 개발된 호기성 입상화 바이오매스(AGB) 공정 및 시스템에 의해 상당히 해소된다. 이 공정에서, 0.2-3.0mm의 전형적인 크기를 갖는 입상화 바이오매스는 CAS에서 성장된 플록과 매우 다른 특성을 갖도록 성장된다. 예를 들어, 적용된 과립의 침전 속도는 5.0-50.0m/h의 범위이다(비교: CAS에 있어서 전형적으로 0.5-1.0m/h임). 호기성 입상화 바이오매스에 대한 슬러지 부피 지수(SVI)는 70ml/g 또는 이하이며, 전형적으로 5분 및 30분의 침전 시간 후의 값과 대등하다. 또한, MLSS 농도는 CAS 시스템에서 보다 더 2-4배 더 높은 수준으로 유지될 수 있으며, 이는 약 2-4배 더 높은 '정제력(purification power)'을 형성한다. 더욱이, 호기성, 무산소 및 혐기성 영역에서 과립의 층화 구조 및 과립 크기의 범위 모두는 대 분포의 슬러지 일령(a large distribution of sludge ages)을 형성한다. 이는 저 성장 속도를 갖는 특정의 호의적인 미생물이 AGB 공정에서 생존가능하도록 한다.

그러나, AGB 공정의 일 결점은 시퀀싱 뱃치 반응기내의 비연속적으로 공급되는 시스템에서 과립이 성장될 필요가 있다는 사실이다. AGB는 단지 서서히 성장하는 미생물이 고 공급 농도로 선택된 다음, 비공급 조건 중에 기근 체제에서 뱃치-와이즈 운전에서만 발달되고 유지될 수 있다는 것이 보고된바 있다(WO2004/024638 참조). 이러한 조건은 연속적으로 공급되는 CAS 시스템에서 쉽게 확립되는 것이 아니라 정의에 의해 이루어질 수 있다.

따라서, 연속적으로 공급되는 CAS 시스템을 목표로 하는 성장되는 AGB의 시스템에 새로 장착하기 위한 기술이 쉽게 사용될 수 없다. 광범위하게 사용되는 연속 CAS 시스템의 대체는 큰 자본적 투자 중단을 의미할 수 있다. 연속적으로 공급되는 AGB 시스템을 개발하려는 노력은 문헌으로 보고된바 있으나, 이제까지 현실적인 조건에서 실현가능한 것으로 입증되지 않았다. 참고문헌은 연속 시스템에서 호기성 과립의 형성 및 안정성에 대한 연구로 이루어진다: (N. Morales, et al., Separation and Purification Technology, volume 89, page 199-205, 2012 ). 또한, 멤브레인 오염을 감소시키기 위해 연속 MBR 시스템에서 활성 슬러지를 호기성 입상화 바이오매스로 대체하기 위한 노력이 이루어져 왔다. 연속 MBR 시스템에서 활성 슬러지가 배양 반응기에서 성장된 또는 입상화 바이오매스 반응기에서 성장된 입상화 바이오매스로 대체될 수 있는지 조사되었다. 그 결과는 MBR 시스템에서 호기성 과립을 유지하는 것이 실현가능하지 않은 것으로 나타났다: 과립은 신속히 악화되었다(참고문헌: Xiufen et al., Characteristics of Aerobic Biogranules from Membrane Bioreactor System, Journal of Membrane Science, 287, page 294-299, 2006). 결론적으로, 최신 기술에서, 호기성 입상화 바이오매스를 이용하는 현존하는 CAS 시스템의 성능을 업그레이드하는 것은 CAS 시스템을 시퀀싱 뱃치 작동 AGB 반응기에 재조절(retrofitting)하는 것에 의해서만 가능하다.

가상적인 경우에, 입상화 바이오매스가 CAS에서 생존할 수 있을지라도, 과립의 크기 및 침전 특성은, 다수의 CAS에서 혼합 강도가 충분하지 않고, 바닥에 침전하고 처리 공정에 불활성적으로 된다.

AGB 시스템과 같은 뱃치 운전 시스템의 추정되는 결점은 오프-스펙(off-spec) 고 수력학적 부하 변동에 대한 민감성이다. 이는 모든 작동이 하나의 탱크에서 일어나고, 하나의 탱크에 대한 공급이 비연속적이기 때문이다. 이는 정화기가 슬러지 손실을 억제하는 버퍼 탱크로 작용할 수 있는 커다란 최종 정화기가 장착된 CAS 시스템과 다르다. 이 결점은 공급 버퍼 탱크를 설치하거나 다중 AGB 공정 탱크에 걸친 공급 패턴을 조절함으로써 해소될 수 있다.

JP-A 2009-090161에는 일련의 (병렬 배열이 아닌) 폭기 탱크를 포함하는 호기성 폐수 처리가 기재되어 있다. 과립 플래이킹된 슬러지가 제1 폭기 탱크에서 캐리어 물질과 함께 진동 베드에서 생성되고, 제2 탱크로 공급된다. JP-A 2007-136368에는 슬러지가 접촉 탱크에서 입상화된 다음, 슬러지를 다운스트림 반응기로 공급하고; 호기성 반응기로부터 과잉 입상화 슬러지를 접촉 탱크로 되돌리는 호기성 폐수 처리가 기재되어 있다. WO 2007/029509에는 분할된 폭기 탱크 및 제1 구획내의 캐리어상에 고정된 미생물을 이용하여 슬러지를 회수하는 호기성 폐수 처리 공정이 기재되어 있다.

CAS 시스템에 AGB 시스템을 부가하고, AGB 시스템으로부터 슬러지 흐름을 조정함으로써, 종래 기술 공정의 결함 및 결점이 해소될 수 있다는 것을 예기치 않게 발견하였다. 그 결과 형성된 하이브리드 공정 파생 제품은 폐수 처리 설비의 최신 기술의 성능 및 유연성을 상당히 향상시킨다.

이에 따라, 본 발명은 CAS 시스템의 성능이 향상되는 새로운 생물학적 폐수 처리 방법을 포함한다. 하나 이상의 AGB 반응기의 부가는 2가지 목적을 제공한다: 1) 원 폐수의 일부를 처리하고, 이로써 전체 하이브리드 처리 설비의 전체 처리 성능에 기여하는 것 및 2) 이로써 화학물질을 첨가하지 않고, 시퀀스 뱃치 운전에 전체 CAS 시스템의 조정(retrofit) 없이, 탈기 수단 또는 멤브레인을 이용하지 않고, 침수된 바이오매스 지지 물질을 사용하지 않고, 그리고 외부 기질에 의해 생성되는 배양된 특정 또는 고정화된 미생물을 함유한 바이오-오그멘테이션을 사용하지 않고 기존의 CAS의 성능을 상승적으로 증가시키는 것. 또한, 효과적인 폐수 처리를 유지하면서 수력학적 부하 변동이 수용될 수 있다.

첨부된 도면에서,
도 1은 본 발명의 하이브리드 폐수 처리 공정 장치를 도식적으로 나타낸 것이며;
도 2는 착수 단계에서 작동되는 본 발명의 하이브리드 폐수 처리 공정의 변형을 도식적으로 나타낸 것이며;
도 3은 폐수 슬러지 공정 유닛을 포함하는 본 발명의 하이브리드 폐수 처리 공정의 또 다른 변형을 도식적으로 나타낸 것이며;
도 4는 본 발명의 호기성 입상화 공정에 사용되는 반응기를 도식적으로 나타낸 것이다.

이에 따라, 본 발명은 폐수 공급의 일부를 플록-유사(floc-like) 호기성 바이오매스를 사용하여 활성 슬러지 공정을 받도록 하는 단계, 및 호기성 입상화 바이오매스를 이용하여 폐수의 일부를 입상화 바이오매스에 공급하는 단계를 포함하며, 여기서 바이오매스의 일부, 즉, 입상화 바이오매스로부터 나오는 폐 바이오매스 및 부유 고형물을 활성 슬러지 공정에 공급하는, 폐수 처리 방법을 제공한다.

활성 슬러지 공정(CAS 시스템) 및 입상화 바이오매스 공정(AGB 반응기)은 병렬로 운전되며, 이는 수반하는 바이오매스를 소량으로 AGB 시스템으로부터 CAS 시스템으로 이송하는 것 외에는, 주 폐수 스트림이 CAS 시스템으로 받게되는 스트림 및 AGB 반응기(들)로 받게되는 스트림으로 분할되며, 그리고 분할 스트림은 처리 공정 중에 실질적으로 혼합되지 않는 것을 의미한다. 병렬 구성은 이하 보다 상세히 설명된다. 활성 슬러지 공정으로 공급되는 입상화 바이오매스 공정으로부터 바이오매스의 일부, 즉, 부유 고형물은 특히 바이오매스의 보다 가벼운 부분, 즉, CAS 시스템으로 공급되지 않는 부분 보다 작은 입자 크기를 가지며 그리고/또는 보다 낮은 침전 속도(특히 보다 낮은 침전 속도)를 갖는 부분으로서, 즉, AGB 반응기에 잔류하는 부분이다. AGB 반응기로부터 과잉 입상화 바이오매스는 바람직하게 CAS 시스템으로 공급되지 않으나, 상기 공정 밖에서 처리되거나 재사용될 것이다. CAS 시스템으로부터 과잉 슬러지는 바람직하게 입상화 바이오매스 공정에 공급되지 않는다.

입상화 바이오매스 공정 및 플록-유사 호기성 바이오매스에 사용되며, 통상적인 활성 슬러지 공정(CAS)에 사용되는, 본 명세서에 사용된, 호기성 입상화 바이오매스(AGB)는 하나 이상의 하기 특성들로 구별된다:

(1) 30분 침전 후 1g의 부유물에 의해 차지되는 밀리리터로의 부피로 정의되는 슬러지 부피 지수(SVI₃₀): 호기성 입상화 바이오매스는 70ml/g 미만, 바람직하게 60ml/g 미만, 보다 바람직하게 50ml/g 미만, 가장 바람직하게 40ml/g 미만인 SVI₃₀을 가지며; 한편, 플록-유사 호기성 바이오매스는 전형적으로 70ml/g 이상, 특히 80ml/g 이상, 특히 90-150ml/g의 SVI₃₀을 가지며; 여기서 사용되는 슬러지 바이오매스는 이에 따라, SVI₃₀이 70ml/g 미만인 경우 과립으로 칭하여지며, 그리고 SVI₃₀이 70ml/g 이상인 경우에는 플록-유사물로 칭하여진다. 또한, 5분 침전 후 이에 상응하는 SVI는 SVI₅로 칭하여지며, 호기성 입자상 바이오매스에 대해 150ml/g 미만, 바람직하게 100ml/g 미만, 보다 바람직하게 70ml/g 미만, 가장 바람직하게 60ml/g 미만이며; 한편, 플록-유사 호기성 바이오매스는 150ml/g 이상, 전형적으로 250ml/g 이상의 SVI₅를 갖는다. 여기서 사용된 슬러지 바이오매스는 이에 따라 변형적으로 또는 부가적으로, SVI₅가 150ml/g 미만인 경우에 과립으로 칭하여지며, 그리고 SVI₅가 250ml/g 이상인 경우에는 플록-유사물로 칭하여진다.

(2) 시간당 침전되는 슬러지의 높이로 정의되는 침전 속도: 호기성 입상화 바이오매스는 적어도 3m/h, 바람직하게 적어도 4m/h, 보다 바람직하게 10-50m/h의 침전 속도를 가지며, 한편 플록-유사 호기성 바이오매스는 3m/h 미만, 특히 2m/h 미만, 보다 특히 0.5-1.5m/h의 침전 속도를 가지며; 이에 따라 여기서 사용되는 슬러지 바이오매스는, 침전 속도가 3m/h 이상이면 과립으로 칭하여지며, 그리고 침전 속도가 3m/h 미만이면 플록-유사물로 칭하여진다.

(3) 평균 입자 크기: 호기성 입상화 바이오매스는 가벼운 수 세척하에 실험실에서 기계적인 체질(mechanical sieving) 후에 적어도 0.2mm, 바람직하게 0.4-3mm의 평균 입자 크기를 갖는 개별 입자를 포함하며, 한편 가벼운 수 세척하에 실험실에서 기계적인 체질 중에 플록-유사 호기성 바이오매스 덩어리는 0.2mm 미만의 평균 입자 크기, 특히 0.1mm 미만의 평균 입자 크기를 나타내며; 이에 따라 여기서 사용되는 슬러지 바이오매스는, 슬러지의 평균 입자 크기가 0.2mm 이상인 경우에 과립으로 칭하여지며, 그리고 슬러지의 평균 입자 크기가 0.2mm 미만이면 플록-유사물로 칭하여진다.

활성 슬러지 공정으로 공급되는 입상화 바이오매스 공정으로부터 나오는 바이오매스의 일부는 전형적으로 상기 정의된 바와 같은 호기성 입상화 바이오매스의 특성과 플록-유사물 호기성 바이오매스의 특성 사이의 중간에 있는 특성을 갖는다. 따라서, AGB 반응기(들)로부터 CAS 시스템으로 이송되는 바이오매스의 일부는 40-90ml/g, 특히 50-90ml/g, 및 70-250ml/g, 특히 150-250ml/g의 상기 정의한 바와 같은 슬러지 부피 지수(SVI₃₀)를 가질 것이다. 마찬가지로, AGB 반응기(들)로부터 CAS 시스템으로 이송되는 바이오매스의 일부는 1.5-10m/h, 특히 3-10m/h의 침전 속도를 가질 것이다. 부가적으로 혹은 변형적으로, AGB 반응기(들)로부터 CAS 시스템으로 이송되는 바이오매스의 일부는 0.1-0.4mm의 평균 입자 크기를 가질 것이다.

유리한 구현으로, 본 발명의 하이브리드 공정의 활성 슬러지 공정은 통상적인 연속 방식으로 작동되며, 여기서 활성 슬러지 반응기로부터의 배출물은 연속적으로 정화기에 공급되며, 여기서 배출물은 정화액 및 슬러지 분획으로 분리된다. 정화액은 바람직하게 입상화 바이오매스 공정으로부터 나온 처리수와 혼합되며, 여기서 필요에 따라 더욱 후처리된다. 정화기로부터 분리된, 비-용해된 물질의 일부(즉, 슬러지 분획)는 활성 슬러지 공정으로 회수되며, 일부는 방류되거나 또는 하기와 같이 더욱 처리될 수 있다. 최종 정화기없이 시퀀싱 뱃치 반응기를 이용하는 것과 같은 변형적인 구현이 또한 본 발명의 일부이다.

본 발명의 하이브리드 공정의 입상화 바이오매스 공정은 유리하게 뱃치-와이즈 작동된다. 입상화 공정은 하기와 같이 WO2004/024638에도 기재된 바와 같은 교호 단계들(alternating steps)에 의해 작동될 수 있다: (a) 반응기에서 호기성 입상화 바이오매스에 폐수를 첨가하고 한편으로는 반응기로부터 처리수를 방류하는 단계, (b) 산소-함유 가스, 특히 공기를 반응기내의 첨가된 폐수에 공급하고 한편으로는 반응기에서 폐수내 산소 수준을 0.2-5mg/l, 바람직하게 0.4-4mg/l, 보다 바람직하게 1-3mg/l로 유지하는 단계, (c) 입상화 바이오매스가 침전되도록 하는 단계, 및 (d) 반응기로부터 바이오매스의 일부(부유 고형물: MLSS)를 방류한 다음, 단계 (a)로 회수시키는 단계. 이 방류된 바이오매스의 적어도 일부는 활성 슬러지 공정으로 공급된다. 상기 공정의 단계 (d), 즉, 부유 고형물의 일부의 방류는 상기 공정의 각각의 모든 사이클에 포함될 필요는 없으며, 활성 슬러지 공정 및 입상화 공정의 상대적 슬러지 요건에 따라 달라진다. 예를 들어, 단계 (d)가 2회 또는 3회 등의 사이클에 한 번 포함될 수 있다.

단계 (a)에서 처리수를 방류하는 대신에, 즉, 반응기에 원 폐수를 공급하는 것과 동시에, 처리수는 단계 (d)에서 반응기로부터 바이오매스의 일부의 방류와 함께, 즉, 단계 (d)가 후속하는 공급 단계 (a)에 전에, 방류될 수 있다. 이 경우에, 처리수 및 바이오매스는 활성 슬러지 공정으로 공급될 수 있다. 이는 특히 시스템을 착수할 경우에 유용하다.

본 발명의 방법의 중요한 특징은, 호기성 입상화 공정으로부터 제거되며 활성 슬러지 공정으로 공급될 수 있는 바이오매스(부유 고형물)의 평균 입자 크기 및/또는 침전 속도가 호기성 입상화 반응기에 잔류하는 호기성 입상화 바이오매스의 평균 입자 크기 및/또는 침전 속도 보다 낮다는 점이다. 그러나, 이송된 바이오매스는 상술한 바와 같이 활성 슬러지 공정에서 슬러지의 평균 입자 크기 및/또는 침전 속도 보다 더 큰 입자 크기 및/또는 더 높은 침전 속도를 가질 것이며, 활성 슬러지 공정의 성능을 향상시킬 것이다.

입상화 바이오매스 공정은 상향유동 방식으로 작동되며, 여기서 단계 (a)에서 폐수는 하부로부터 공급되며, 반응기의 상부에서 처리수를 상류쪽으로 대체한다. 산소-함유 가스는 새로운 폐수의 공급 후 보다 이르지 않게 반응기의 하부에 단계 (b)에서 공급된다. 단계 (c)에서, 부분적으로 입상화 바이오매스 전구체, 보다 작은 입상화 바이오매스 및 보다 낮은 침전 속도를 가진 바이오-응집물(bio-agglomerates)을 포함하는 부유물이 하부로부터 상부로 측정된 반응기의 높이의 30-90%에서 방류되며, 한편 보다 큰 과잉 입상화 바이오매스는 반응기의 하부로부터 공정에서 주기적으로 제거될 수 있다. 보다 상세한 설명을 하기 도 4에 나타내었다. 따라서, 2가지 타입의 바이오매스가 호기성 입상화 공정으로부터 방류될 수 있다. 우선, 부유 고형물, 즉, 상대적으로 가벼운, 작은 크기의 서서히 침전하는 입자상 바이오매스의 일부로서, 이는 하부로부터 반응기의 높이의 적어도 30%에서 종종 폐기된다. 그리고, 2번째로 무거운 입상화 바이오매스로서, 이는 반응기의 하부로부터 보다 낮은 빈도로 폐기될 수 있다.

도 1에 나타낸 바람직한 공정 형태로, AGB 반응기(4)가 구성되고, 그리고 기존 CAS 반응기에 병렬적으로, AGB 반응기에는 도입되는 원 폐수 또는 전처리된 폐수(1)의 일부가 공급되고, 한편 호기성 입상화 바이오매스 반응기(10)로부터 폐기된 부유물은 종종 CAS 시스템(3+5)으로 공급되고, 서서히 CAS 공정의 향상된 용량 및 정제 능력을 형성시키는 것과 같은 방식으로, AGB 반응기(4)rk 기존 CAS 반응기(3)와 결부(tied-in)된다. 도 1에서, (5)는 CAS 반응기로부터 오버플로우에 의해 연속적으로 공급되는 최종 정화기를 나타내며, (7)은 RAS(8) 및 WAS(9)로 분리되는 슬러지 회수 흐름을 나타낸다. AGB 유출물(12)은 직접적인 방류 또는 3차 처리를 위해 최종 정화기로부터 유출물(13)에 직접 취해진다. 보다 크고 완전히 성장된 과잉 과립은 주기적으로 AGB 반응기(11)로부터 폐기된다. 새로운 AGB 반응기(들)는 새로운 탱크를 부가함으로써 또는 기존 CAS 반응기(들) 또는 이의 구획의 일부를 재조절(retrofitting)함으로써 구성될 수 있다.

입상화 바이오매스 공정에 공급되는 폐수의 일부와 활성 슬러지 공정에 공급되는 폐수의 일부의 비율은 폐수의 질에 따라 다르게 조절될 수 있다. 보다 전형적으로, AGB 플로우 및 CAS 플로우의 비율은 5:95 내지 75:25 사이에서 선택된다. 이러한 방식으로, 본 발명의 공정 형태는, 복합된 하수도 시스템을 갖는 영역에서 발생하는 강우 유량과 건천후 유량 사이에 보다 큰 비율로 수력학적 부하의 큰 변동을 다루는 도전이 되는 뱃치-와이즈 AGB의 결함 중 하나를 감소시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 강우 수 유량 컨디션 중에, 폐수가 풍부하며 상대적으로 희석될 경우에, 수력학적 부하의 대부분은 연속적으로 공급된 CAS 시스템에 공급되고, 최종 정화기의 도움으로 처리될 수 있으며, 한편 AGB 시스템에 대한 수력학적 부하는 단지 경미하게 증가된다. 다른 한편, 건천후 컨디션하에서 일어날 수 있는 것과 같이, 상대적으로 농축된 폐수의 보다 작은 부피의 경우에, 상대적으로 고 비율의 폐수가 입상화 바이오매스 공정으로 공급될 수 있다. 특정 환경에서, 폐수는 활성 슬러지 공정으로 또는 입상화 공정으로 독점적으로 공급될 수 있다. 이 공정 형태는 AGB 탱크 부피 또는 강우 수 버퍼 탱크 부피를 현저히 감소시키고, 전체 제작 비용을 절감할 수 있다.

원칙적으로, 사용되는 바이오매스에 심하게 독성적인 것이 아닌 어느 폐수가 본 발명의 방법에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 폐수는 l당, COD로서 표현되는 10mg 내지 8g의 수준으로, 특히 l당 50mg 내지 2g COD의 수준으로 유기 폐수를 함유할 수 있다. 변형적으로 또는 부가적으로, 폐수는 (질소로서) l당 0.2-1000mg, 특히 1-75mg의 수준으로 (암모니아 및/또는 다른 질소 화합물로서) 총 질소를 함유할 수 있으며, 이는 이하 설명되는 바와 같이 질소의 적어도 부분적 제거를 이끌 것이다. 또한, 폐수는 (인으로서) l당 0.05-500mg, 특히 1-15mg의 (인산염 및/또는 다른 인 화합물로서) 총 인을 함유할 수 있다.

상기 공정 형태는 CAS 시스템으로 작동되는 WWTPs의 전체 성능을 증가시키는데 호의적으로 적용될 수 있다. 이 공정 형태에서, 하나 이상의 새로운 AGB 반응기는 기존의 CAS 시스템 다음에 병렬적인 처리 트레인으로 구성된다. 기존의 CAS 시스템은 원 폐수 또는 전처리 폐수의 대부분으로 공급되나, 나머지 부분은 AGB 시스템에 의해 처리된다. 이렇게 함으로써, 기존 CAS 시스템의 용량 및 성능이 상승적으로 증가되기 때문에, 계획된 연장의 AGB 처리 트레인의 크기 및 용량이 보다 작아질 수 있다. 한편, AGB 시스템의 작은 풋 프린트는 동일한 전제에서 기존의 CAS 시스템(들) 다음에 설비 용량 연장으로 지어질 수 있도록 하며, 이는 설비 연장에 대한 풋 프린트가 제한되거나 고가인 경우에 중요하다.

따라서, 활성 슬러지 공정, 즉, CAS 시스템은 병렬적으로 2, 3, 4 또는 그 이상의 처리 트레인 런을 포함할 수 있다. 복합 CAS 반응기의 CAS 유출물은 단일 정화기에 공급되거나, 또는 변형적으로 각 CAS 반응기는 그 자신의 정화기로 제공될 수 있다. 바람직하게, 병렬적으로 운전되는 다중 CAS 반응기들의 각각은 호기성 입자상 공정으로부터 바이오매스로 공급되나, 바이오매스 공급은 각 활성 슬러지 반응기와 동일하거나 연속적일 필요는 없다. 다중의 CAS 반응기가 사용될 경우에, 입상화 바이오매스 공정은 하나의 처리 트레인을 포함하거나, 또는 변형적으로 다중 입상화 처리 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 상기 공정은 단일 CAS 시스템 및 2, 3, 또는 그 이상의 호기성 입상화 트레인을 포함하는 것이 고려될 수 있다.

병렬적인 AGB 및 CAS의 하이브리드 형태는, 부가적인 완충 탱크가 종종 AGB 반응기로부터 비연속 폐수 흐름의 균형을 맞추어 줄 필요가 있어 감소된 설비 용량으로 연속적인 슬러지 농화 및 탈수를 가능케 하는 점에서 부가적인 이점을 갖는다. 본 발명의 새로운 공정 형태를 적용함으로써, AGB 반응기로부터 폐기되는 모든 바이오매스 및 다른 부유물은 비연속적으로 병렬 CAS 시스템으로 공급될 수 있으며, 또한 연속적으로 CAS 슬러지 처리 설비에서 활성 슬러지로 처리될 수 있다.

본 발명의 예기치 않은 이점들을 시험하고 입증하였다. 기존 CAS 시스템을 대체하기 위하여 그리고 기존 WWTP의 요구되는 증가된 용량 및 정제 성능을 수용하기 위해 AGB 반응기를 구성하였다. AGB 시스템은 도 2에 나타낸 바와 같은 CAS 시스템에 병렬적으로 작동하였다. 부분적으로 입상화 바이오매스 전구체, 보다 작은 입상화 바이오매스 및 바이오-응집물을 포함하는 부유물을 함유하는 AGB 시스템(10)으로부터의 폐수는 또한 AGB에 병렬적으로 작동하는 기존의 CAS 시스템으로 일시적으로 폐기되었다. AGB 시스템(4)으로부터 폐기물은 (11-6-5-7-8)을 통해 CAS 시스템(3+5)으로 서서히 이송되었다. 이는 착수 중에 AGB 시스템의 감소된 영양물 제거 효능에 대해 보상하기 위한 일시적인 방법으로 수행되었다. 그 다음, AGB 시스템과의 상호작용의 결과로서 CAS 시스템의 성능 및 공정 안정성이 서서히, 하지만 현저히 향상되는 것을 예기치 않게 발견하였다. 이 향상은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 폐기물의 방류가 CAS 시스템(3)을 거치지만(11) 이에 직접적으로 더 이상 진행되지 않고, 유출물이 최종 정화기(5) 후에 직접 방류된 경우에 제때에 더욱 발달하였다.

상술한 바와 같이, 입상화 바이오매스 공정으로부터 폐 슬러지(부유 고형물)는 활성 슬러지 공정으로 향한다. 또한, 입상화 바이오매스 공정으로부터 액체 유출물은 비연속적으로 활성 슬러지 공정으로 향할 수 있다.

새로운 AGB 반응기의 착수 전에, CAS 시스템에서 슬러지 부피 지수(DSVI₃₀)는 125-175mL/g이었으며, 이는 CAS 시스템에서 이루어지는 어떠한 변화없이 75-100mL/g으로 현저히 저하되었다. 결과적으로, CAS 시스템에서 바이오매스 농도는 이의 유출물내 부유 고형물의 수준에 영향을 주지 않고 3-4g MLSS/L에서 4-5g MLSS/L로 증가될 수 있다. 명확히, AGB 시스템으로부터의 폐 바이오매스는 CAS 시스템에서 유리하게 크게 포획되었다. 더욱이, CAS 시스템으로부터 총 폐 바이오매스 농도는 슬러지 처리 설비에 대해 감소된 유량에서 8g MLSS/L에서 12g MLSS/L로 증가하였다.

CAS 시스템에서 미생물 집단은 보다 다양해지고, 또한 전에 비해 보다 특성화되고 보다 느리게 성장하는 미생물을 특징으로 하는 것이 예기치 않게 발견되었다. CAS 시스템의 바이오매스는 이의 플록-유사 구조를 여전히 유지하나, 작은 폐 입상화 바이오매스의 포함으로 더욱 조밀해 졌으며, 이는 향상된 정제 능력 및 침전 능력을 형성하였다. 또한, CAS 시스템의 바이오매스에서 바이오폴리머 및 세포외 폴리머 물질의 농도가 현저히 증가한 것으로 측정되었다. 이러한 발견에 부가적으로, 기존 고-부하된 완전 통기 CAS 시스템은 탈질소에 대해 강하게 향상된 능력을 나타내었다. 이러한 고 비율의 탈질소는 CAS 시스템에서 지배적인 호기 조건 및 슬러지 일령에 기초하여서는 불가능하기 때문에 주목할 만한 발견이다. 시험 결과, 8-10g NO₃ ^-N/L에서 3-4g NO₃ ^-N/L으로 감소하는 NO₃ ^-N 유출물 농도를 나타내었다.

AGB 시스템의 폐 유출물에서 입자성 물질은 CAS 시스템에서 활성 슬러지의 일부를 대체할 것이다. AGB 폐 유출물(부유 고형물)은 아주 작은 호기성 과립의 분획, 과립 전구체, 바이오-응집물 및 과립 분획을 함유하며, 이는 보다 큰 (그리고 보다 오래된) 과립을 부순다. 상술한 바와 같이, AGB 및 이의 일부는 특성화되고 호의적인 저 성장 미생물을 포함하는 매우 다양한 미생물 집단을 함유한다. 입자성 AGB 폐기물의 물리적 특성은 CAS 시스템에서 악화되지 않았으며, 또한 상기 물질은 보다 큰 과립에 대해 전형적인 이의 탈질 능력을 상실하지 않았다는 것을 예기치 않게 발견하였다.

또 다른 공정 형태에서, CAS 시스템을 가진 하이브리드 형태에서 AGB 시스템을 작동하는 상승적 효과는 폐수로부터 질소 성분을 효율적으로 제거하는데 유익하게 사용될 수 있다. 폐수로부터 고 수준의 질소 화합물을 제거하는데 AGB 시스템의 증진된 능력을 사용한다. 이러한 공정 형태에서, 도 3에 도시한 바와 같이, AGB 시스템(4)은, 예를 들어, 폐 슬러지 공정 유닛(14)로부터 비롯되는 고 수준의 질소 화합물을 함유하는 CAS 시스템(3+5)의 사이드 스트림(16)에 의해 (부분적으로) 공급된다. 대부분 이러한 사이드 스트림은 AGB에 의해 처리될 수 있는 유출물(1)과 비교하여 부피가 작지만 영양분 농도(질소, 인 화합물)가 높다. 이러한 사이드 스트림의 예는 탈수 장치로부터의 반송수(reject water), 소화조로부터 디캔팅수(decanting water), 무산소 선별 탱크로부터의 물 및 이러한 스트림과 유출물의 혼합물이다. AGB 시스템(12)의 유출물은 이의 폐 부유물 및/또는 바이오매스(10)와 함께 CAS 시스템으로 향한다. 이 하이브리드 AGB/CAS 시스템 공정 형태는 CAS 시스템에 AGB 시스템의 부가가 WWTP의 전체 성능에 미치는 호의적 영향의 또 다른 예를 입증한다.

예기치않게, 본 발명은 또한 화학적 P 제거를 갖춘 기존 CAS 시스템의 인(P)의 생물학적 제거의 성능을 향상시키기 위해 비용-효율적인 용액을 제공한다. CAS 시스템에서 통상적인 생물학적 P 제거를 위해, 증가된 P 흡수가 후속적인 무산소/호기성 조건하에서 CAS 시스템에서 발생하기 전에 P 방출이 이루어지도록 하는 활성 슬러지의 혐기성 전제조건이 요구된다. WO 2004/024638로부터 알려져 있는 바와 같이, AGB 시스템은 호기성/혐기성 층화 과립에서 인산염 축적 유기체(PAOs)의 증식과 관련된 생물학적 P 제거 능력을 증가시켰다. 또한, 과립에서 pH 프로파일에 기인한, 바이오-촉매화된 인산염 침전이 일어날 수 있으며, 이는 AGB 시스템의 P 제거 능력을 더욱 향상시키는 것이 알려져 있다.

본 발명은 기존 WWTP 시스템에 생물학적 인산염 제거 능력을 부가하고, 앞서 설명한 바와 같이 향상된 CAS 바이오매스 침전 특성과 이를 결합하는데 사용될 수 있다. 그러나, 하이브리드 AGB/CAS 시스템의 전체적인 생물학적 P 제거 능력은 이러한 2가지가 결합된 공정의 합에 기초하여 산출될 수 있는 것보다 훨씬 더 컸다. CAS에서 P 침전을 위한 화학적 투여 요구의 현저한 감소가 관찰되었으며, 이는 호의적인 상당히 보다 낮은 화학적 슬러지 생성을 일으킨다. AGB 폐기물은 AGB 시스템으로부터 소 입상화 바이오매스로 CAS 바이오매스 플록의 대체 또는 결합을 형성한 것으로 또한 나타났다. 이 입자성 물질은 CAS 시스템에서 호기성 조건하에서 우수한 생물학적 P 제거 능력을 갖는 특성을 여전히 갖는다. 본 발명은 CAS 시스템에서 분리된 무산소 구획 및 혐기성 구획의 복잡한 구성없이, 부가적인 생물학적 P 제거 능력을 CAS 시스템에 도입하는 것을 가능케 하며, CAS 시스템에서 화학적 P 제거가 덜 중요해 지거나 심지어 불필요하게 된다.

또한, 본 발명은 저 분자량 유기물을 포함하는 폐수 혼합물을 처리하는 CAS 시스템의 성능을 최적화하는데 사용될 수 있다. 이러한 화합물은 필라멘트성 미생물에 의해 슬러지를 종종 더 크게 만들면, 이는 침전시키기에 어렵다. 생물학적 처리 공정에서 제1 단계로서 셀렉터 탱크는 종종 이러한 문제를 최소화하기 위해 사용된다. 이러한 셀렉터 탱크에서, 이러한 성분들은 선택적으로 부분적으로 생분해된다. 이러한 폐수 또는 이러한 폐수의 일부가 CAS 시스템과 병렬적으로 작동하는 AGB 시스템에서 처리된 경우에, 저 분자 유기물의 일부가 과립의 혐기 영역에서 AGB에 의해 생분해되는 것이 발견되었다. 이는 통기를 위하여 그리고 포획 및 활용될 수 있는 바이오가스의 생성을 위하여, 보다 낮은 에너지 소비를 형성한다. 특히, 통상적인 혐기성 반응기에서 메탄올 및 에탄올과 같은 저급 알코올 화합물은 거의 전환되지 않기 때문에, 메탄올 및 에탄올과 같은 저급 알코올 화합물의 혐기성 분해가 측정된 것은 상당히 주목할만 것이었다. 또한, 이러한 주목할만한 혐기성 처리 능력은 하이브리드 CAS/AGB 체제에서 AGB로부터 CAS 시스템으로 이전된 것이 주목되었다. 결론적으로, 본 발명의 또 다른 형태는 슬러지 침전 특성을 향상시키기 위해 CAS 시스템에 병렬적으로 AGB 시스템을 작동하며, 이와 동시에 전체 WWTP에서 요구되는 통기 성능을 감소시킨다.

호기성 입상화 공정의 수행을 도 4에 도식적으로 나타내었으며, 이는 호기성 입상화 반응기(3)를 나타낸다. 반응기는 보다 큰 입상화 바이오매스를 함유하는 보다 작은 베드(40), 및 부분적으로 입상화 바이오매스 전구체, 보다 작은 입상화 바이오매스 및 바이오-응집물을 포함하는 부유물을 함유하는 상부를 포함하는 상향 흐름 방식으로 작동된다. 폐수(2), 및 선택적으로 사이드 스트림(16)은 유입 수단(42)을 통해 하부에 도입된다. 공기는 분배 수단(도시하지 않음)으로 하부에서 입구(43)을 통해 도입되고, 소모된 공기는 상부에서 반응기를 빠져나간다. 세정된 유출물(12)은 오버플로우 및 출구(exit)(45)를 통해 반응기를 빠져나간다. 반응기내 입상화 바이오매스의 평균 입자 크기 보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 잉여 물질(10)은 출구(46)를 통해 방류될 수 있으며, 이 출구는 반응기의 (액체) 높이의 30-90 사이의 어딘가에 위치한다. 보다 큰 잉여 입상화 바이오매스(11)는 배출구(44)를 통해 제거될 수 있다. 입구(42 및 43) 및 배출구(44, 45 및 46)는 바람직하게 다양한 스트림의 유입 및 유출을 조절하는 밸브로 제공된다. 특히, 공기 공급 및 분배 수단(43)은 최적 입상화 바이오매스 특성을 생성하기 위해 요구되는 한계, 즉, 0.2-5mg/l 이내의 반응기 함량으로 산소 농도를 유지하도록 반응기 함량으로 산소 수준이 조절되는 흐름 조절기로 제공된다.

다른 유리한 공정으로, CAS 및 AGB 시스템의 하이브리드 형태가 폐수 처리 보다는 AGB 내의 입상화를 표적하기 위해 적용된다. 성장된 과립의 생성된 잉여물은 유용한 폐 바이오매스로 수거되고, 새로운 AGB 시스템을 위한 시드 물질로 판매될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 AGB 및 CAS 시스템을 이용한 하이브리드 공정 형태를 이행하기 위한 설비를 포함한다. 이러한 설비는 유리하게 액체 입구, 액체 배출구, 가스 입구를 갖는 활성 슬러지 반응기(3), 반응기의 하부에 액체 입구(42) 및 반응기의 상부에 액체 배출구(45) 및 입상화 바이오매스 반응기(4)의 높이의 적어도 1/3에 배출구(46), 반응기의 하부에 가스 입구(43), 입상화 바이오매스 반응기(4)의 배출구를 활성 슬러지 반응기(3)과 연결하는 액체 라인, 및 바람직하게 활성 슬러지 반응기(3)의 액체 배출구와 연결된 분리기(5)를 가지며, 상기 분리기는 슬러지 배출구 및 정화된 액체 배출구를 갖는 입상화 바이오매스 반응기(4)를 포함하며, 그리고 활성 슬러지 반응기(3)의 액체 입구 및 입상화 바이오매스 반응기(4)의 액체 입구에 대한 상대적인 액체 흐름을 조절하는 조절 밸브를 더 포함한다. 상기 설비는 병렬로 배열된 다중 활성 슬러지 반응기(3) 및/또는 다중 입상화 바이오매스 반응기(4)를 포함할 수 있다.

Claims

주 폐수 스트림을 (i) 플록-유사(floc-like) 호기성 바이오매스를 사용하는 활성 슬러지 공정을 받도록 하는 폐수 스트림과, (ii) 상기 활성 슬러지 공정에 병렬로 작동되며 호기성 입상화 바이오매스를 사용하는 입상화 바이오매스 공정에 공급되는 폐수 스트림의 일부로 분리하는 단계를 포함하되,
여기서 상기 입상화 바이오매스 공정으로부터 나오는 바이오매스의 일부를 상기 활성 슬러지 공정에 공급하고, 여기서 활성 슬러지 공정으로 공급되는 상기 바이오매스의 일부는 활성 슬러지 공정으로 공급되지 않는 입상화 바이오매스 공정의 바이오매스의 일부보다 더 낮은 침전 속도를 가지며, 여기서 입상화 바이오매스 공정으로부터의 유출물은 최종 정화기로부터의 유출물로 직접 취해지고, 직접 방류되거나 3차 처리되며, 그리고 여기서 상기 호기성 입상화 바이오매스는, 30분 침전 후 1g의 부유물(suspension)에 의해 차지되는 밀리리터로의 부피로 정의되는 슬러지 부피 지수 70ml/g 미만; 적어도 3m/h의 침전 속도; 및 적어도 0.2mm의 평균 입자 크기 중 하나 이상을 특징으로 하며, 그리고 여기서 활성 슬러지로 공급되는 입상화 바이오매스 공정으로부터 나오는 바이오매스의 일부는, 30분 침전 후 1g의 부유물에 의해 차지되는 밀리리터로의 부피로 정의되는 슬러지 부피 지수 40-90ml/g; 1.5-10m/h의 침전 속도; 및 0.1-0.4mm의 평균 입자 크기 중 하나 이상을 특징으로 하는,
폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 플록-유사 호기성 바이오매스는
30분 침전 후 1g의 부유물에 의해 차지되는 밀리리터로의 부피로 정의되는 슬러지 부피 지수 70ml/g 초과;
3m/h 미만의 침전 속도; 및
0.2mm 미만의 평균 입자 크기인 것 중 하나 이상을 특징으로 하는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
호기성 입상화 바이오매스는 5분 침전 후 1g의 부유물에 의해 차지되는 밀리리터로의 부피로 정의되는 슬러지 부피 지수가 150ml/g 미만인 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
플록-유사 호기성 바이오매스는 5분 침전 후 1g의 부유물에 의해 차지되는 밀리리터로의 부피로 정의되는 슬러지 부피 지수가 250ml/g 초과인 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
입상화 바이오매스 공정은 (a) 반응기에서 호기성 입상화 바이오매스에 폐수를 첨가하고 한편으로는 반응기로부터 처리수를 방류하는 단계, (b) 산소-함유 가스 또는 공기를 반응기에 공급하고 한편으로는 반응기에서 폐수내 산소 수준을 0.2-5mg/l로 유지하는 단계, (c) 입상화 바이오매스가 침전되도록 하는 단계, 및 (d) 반응기로부터 바이오매스의 일부를 철수하고, 이를 활성 슬러지 공정으로 적어도 부분적으로 공급하는 단계의 연속 단계에 의해 수행되며, 여기서 철수되는 바이오매스의 평균 입자 크기는 반응기에 잔류하는 바이오매스의 평균 입자 크기보다 작은, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
입상화 바이오매스 공정은 (a) 반응기에서 호기성 입상화 바이오매스에 폐수를 첨가하는 단계, (b) 산소-함유 가스 또는 공기를 반응기에 공급하고 한편으로는 반응기에서 폐수내 산소 수준을 0.2-5mg/l로 유지하는 단계, (c) 입상화 바이오매스가 침전되도록 하는 단계, 및 (d) 반응기로부터 바이오매스의 일부를 철수하는 것 및 이를 활성 슬러지 공정으로 적어도 부분적으로 공급하는 것을 포함하는 반응기로부터 처리수를 방류하는 단계의 연속 단계에 의해 수행되며, 여기서 철수되는 바이오매스의 평균 입자 크기는 반응기에 잔류하는 바이오매스의 평균 입자 크기보다 작은, 폐수 처리 방법.
제6항에 있어서,
입상화 바이오매스 공정은 상향 흐름 방식으로 수행되며, 여기서 단계 (a)에서 폐수는 하부로부터 공급되고, 처리수를 대체하며, 이는 동일한 단계에서 반응기의 상부에서 방류되며, 단계 (b)에서 산소-함유 가스는 반응기의 하부에서 공급되고, 그리고 단계 (d)에서 보다 낮은 입자 크기를 갖는 바이오매스는 하부에서 상부로 반응기의 높이의 30-90%에서 철수되는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
입상화 바이오매스 공정으로 공급되는 폐수의 일부와 활성 슬러지 공정으로 공급되는 폐수의 일부의 비율은 폐수 공급물의 질에 따라 조절될 수 있으며, 5:95 내지 75:25로 선택되는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
폐수는 l당, COD로서 표현되는 10mg 내지 8g의 수준으로 유기 폐수, l당 0.2-1000mg의 수준으로 총 질소, 또는 l당 0.05-500mg의 총 인을 함유하는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
활성 슬러지 공정은 2 이상의 처리 트레인(treatment trains)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
입상화 바이오매스 공정은 하나의 처리 트레인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
입상화 바이오매스 공정은 2 이상의 처리 트레인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 방법.
제1항에 있어서,
활성 슬러지 공정으로부터 유래하며, 초기 폐수보다 더 높은 영양 수준을 함유하는 사이드 스트림 공정의 적어도 일부는 입상화 바이오매스 공정으로 회수되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 방법.
액체 입구, 액체 배출구, 가스 입구를 갖는 활성 슬러지 반응기(3),
입상화 바이오매스 반응기(4)로서, 반응기의 하부에 액체 입구, 및 반응기(4)의 높이의 적어도 1/3에 하나 이상의 액체 배출구 및 반응기(4)의 하부에 액체 배출구, 반응기의 하부에 가스 입구, 입상화 바이오매스 반응기(4)의 높이의 적어도 1/3에 하나 이상의 액체 배출구의 배출구를 활성 슬러지 반응기(3)의 입구와 연결하는 액체 라인을 갖는 입상화 바이오매스 반응기(4), 및
활성 슬러지 반응기(3)의 액체 배출구와 연결되며, 슬러지 배출구 및 정화된 액체 배출구를 갖는 최종 정화기(5)
를 포함하며, 그리고 활성 슬러지 반응기(3)의 액체 입구 및 입상화 바이오매스 반응기(4)의 액체 입구에 대한 상대적인 액체 흐름을 조절하는 장치를 더 포함하며, 그리고 여기서 입상화 바이오매스 반응기(4)로부터의 유출물은 최종 정화기(5)로부터의 유출물로 직접 취해지고, 직접 방류되거나 3차 처리되는, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 폐수 처리 방법을 수행하기 위한, 설비.
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