KR102519431B1 - 처리 시스템 및 처리 방법 - Google Patents

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브루스 존슨
조슈아 피. 볼츠
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Abstract

유동 지지된 생물막을 이용하는 오염수의 처리용 시스템 및 방법이 본원에서 기재된다. 처리 시스템은 생물반응기, 생물반응기 내부에 배치된 이동형 생물막, 및 생물반응기에 부착된 고체-고체 분리 유니트를 포함한다. 고체-고체 분리 유니트는 생물반응기로부터 유출물 스트림을 수용하기 위해(여기서 유출물은 이동형 생물막을 포함한다), 그리고 유출물로부터 이동형 생물막의 적어도 일부를 분리시키고 이것을 생물반응기로 반송하기 위해 적응된다.

Description

처리 시스템 및 처리 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2014년 5월 21일에 출원되고 명칭이 "생물막 담체 처리 시스템, 및 오수 처리 방법"인 미국 출원 번호 62/001,241의 우선권을 주장하며, 이는 이에 의해 참고로 편입된다.
기술 분야
본원에서 개시내용은 이동형 생물막을 사용하는 오염수의 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
물은 생명에 필수적인 중요한 천연 자원이다. 지구의 표면의 대략 71 퍼센트는 물이 차지한다. 그러나, 지구상에서 발견되는 물의 단지 2.5 퍼센트가 담수 (즉, 염수 또는 기수(brackish water)가 아님; 이 둘 모두는 인간 소비에 적합하지 않다)로 여겨진다. 더욱이, 상기 담수의 98.8 퍼센트는 얼음 및 지하수에 함유된다. 모든 담수의 0.3 퍼센트 미만이 지표수 전체(surface water bodies) 예컨대 호수 및 강에서 발견될 수 있다. 오염수는 환경 및 공중 건강에 해롭다. 결과적으로, 오염수의 처리 및 점검을 지배하는 규제는 선진국 예컨대 미국에 존재한다. 오염수의 처리 및 점검에 대한 유사한 표준은 전세계적으로 개발도상국가에서 부상하고 있다.
비록 물 오염원(들)의 공급원 및 성질에 의존하여도, 오염수의 처리는 특정 처리 대상, 또는 처리 대상들을 최대 효율 및 최소 총 수명-주기 비용 (즉, 20 년으로서 전형적으로 정의된 예비-설정된 작동 수명에 대한 자본과 조작 비용의 결합)으로 충족시키기 위해 마련되는 일련의 처리 단계를 포함한다. 오염수는, 비제한적으로, 재생수, 휴대용 식수, 우수, 산업 오수, 및 도시 오수를 포함한다. 후자, 도시 오수는, 예를 들어, 미립자이면서 용해된 유기 오염물질 및 영양소 (- 주로 다량영양소 질소 및 인) 모두를 포함한다. 중앙집중식 오수 처리장의 도시 오수 처리는 4개의 주요 공정 요소: 예비, 1차, 2차, 및 3차 처리를 포함한다. 제1 공정 요소는 커다란, 비-생분해성 미립자 물질을 제거하기 위하여 제공되고 예비 처리 (예를 들어, 스크리닝 및 그릿 제거)로서 공지된다. 제2 공정 요소는 쉽게 침강성 유기 및 무기 미립자 물질을 제거하기 위하여 제공되고 1차 처리로서 공지된다. 1차 처리는 침전지, 또는 1차 청징기(clarifier), 및 용해된 공기 부유 유니트로 달성된다.
제3 공정 요소는 2차 처리로서 공지되고 생물학적 오수 처리 공정을 편입시킨다. 2차 처리 공정은 전형적으로 생물학적 반응기, 또는 생물반응기, 및 액체-고체 분리 유니트 공정을 포함한다. 함께, 생물반응기 및 액체-고체 분리 유니트 공정 (예를 들어, 침전지, 용해된 공기 부유, 또는 막)은 생분해성 유기물 (용해된 및 미립자) 및 현탁된 고형물을 제거한다. 그렇게 하도록 설계된 경우, 생물반응기 및 액체-고체 분리 유니트 공정은 또한 영양소 제거 (예를 들어, 질소, 인, 또는 질소와 인)를 가능하게 한다. 생물반응기는, 처리 대상에 따라 오염수 스트림에서 오염원을 생화학적으로 산화 (예를 들어, 5-일 생화학적 산소 요구량, BOD5; 암모니아-질소, NH3-N으로서 정량화된 유기 오염원) 또는 환원 (예를 들어, 니트라이트-질소, N02-N; 니트레이트-질소, NO3-N)시킬 수 있는 박테리아 집단을 성장 및 유지하기 위해 필요한 특이적인 환경적 조건을 유지한다. 액체-고체 분리 유니트 공정은 처리수로부터 생물반응기의 유출물 스트림에서 잔류하는 박테리아 및 미립자 물질을 분리시킨다. 박테리아는 생물학적 플록(floc) (즉, 현탁된 증식물)에서 또는 생물막에서 존재할 수 있다. 제4 공정 요소는 3차 처리이다. 다양한 3차 처리 공정은 처리 대상에 따라 존재하고 화학적으로 향상된 3차 정화 (인 제거를 위하여), 과립 담체 여과 (예를 들어, 샌드 필터로), 또는 진전된 산화 공정을 포함할 수 있다. 유출물 스트림의 방류에 앞서 오수 처리장 유출물의 소독은 커플 소독 대안으로 명명하기 위해 염소 또는 자외선으로 달성될 수 있고 3차 처리의 정의에서 전형적으로 포함된다.
용해된 유기 화합물의 생화학적 변환, 즉, 중앙집중식 도시 오수 처리장의 전형적으로 특성인 제3 공정 요소는 현탁된 증식물 공정 (즉, 다양한 활성화 슬러지 공정)를 이용하여 가장 통상적으로 수행된다. 현탁된 증식물 공정은 오염원 - 오염수 스트림에서 전형적으로 유기물 그리고 영양소 질소 및 인 - 을 바이오매스 및 다른 반응 부산물로 생화학적으로 변형시키는 미생물 (박테리아로서)을 포함한다.
현탁된 증식물 공정은 또한 생물막이 되도록 개질될 수 있다. 그와 같은 경우에, 상기 공정은 구획되고 각 박테리아 형태는 현탁된 증식물 구획 및 생물막 구획으로서 언급된다. 생물막은 다양한 표면상에서 형성하고 다양한 표면을 코팅하는 박형의, 보통의 내성있는, 미생물 (박테리아로서)의 층이다. 생물막이 증식하는 표면은 기층(substratum)으로서 공지된다. 생물막은, 단일 생물반응기에서 단독 또는 현탁된 증식물과 결합하여, 쉽게 생분해성 유기물 (또는 생물막 속으로 쉽게 확산할 수 있는 유기물)의 산화 및/또는 오염수로부터 질소성 화합물의 산화 또는 환원을 위하여 전형적으로 사용된다. 현탁된 증식물 구획과 함께 사용될 때, 생물막 구역은 다른 상황에서는 현탁된 증식물 구획의 고형물 체류 시간 특성에서 유의미한 양으로 현탁된 증식물 구획에서 존재하지 않을 수 있는 느린-증식성 박테리아의 증식물을 지지하기 위해 설정된다. 현탁된 증식물 및 생물막 구획의 함께 사용은 다른 상황에서는 추가의 생물반응기 용적 및 2차 청징기 구역을 필요로 할 수 있는 처리 대상물(들)을 충족시키는 공정을 허용한다. 그렇게 함으로써, 전형적으로 실질적인 비용 절감을 초래하는, 공정 탱크 및 공정 기계 장비를 추가하는데 필요한 건축 및 토지로 인한 자본 비용을 회피한다.
다른 사례에서, 생물막의 제공 및 유지는 오염수 처리 효율 및 일관성을 최대화하는 미생물 집단을 더욱 일정하게 할 수 있다. 단지 생물막 구획을 이용하는 생물반응기는 하기를 포함한다: 살수 필터 (TF), 회전 생물학적 접촉기 (RBC), 생물학적 활성 필터 (BAF), 이동층 생물막 반응기 (MBBR), 유동층 생물막 반응기 (FBBR), 과립 슬러지 반응기 (GSR), 및 멤브레인 생물막 반응기 (MBfR). 현탁된 증식물 및 생물막 구획 양쪽을 이용하는 시스템은 통상적으로 통합된 고정-막 활성화 슬러지 (IFAS) 공정으로 언급된다. 오염수를 처리하기 위해 사용된 생물막용 기층은 하기를 포함한다: 분말화된 천연 리그노-셀룰로오스 물질, 샌드 (미립자 생물막), 비-생분해성 박테리아 물질 (즉, 과립 슬러지), 및 인조 물질 예컨대 폴리스티렌 및 고-밀도 폴리에틸렌.
Skillicorn, 미국 특허 번호 7,481,934는 오염수 처리용 활성화 슬러지 공정에서 현탁된 증식물과 결합되는 경우 생분해성 흡착제 및 생물막 증식물용 기층 모두로서 작용하는 케나프 섬유 (분말화된 천연 리그노-셀룰로오스 물질)의 이용을 기재한다. 생물막은, 생물반응기 유출물을 수용하는, 현탁된 증식물과 함께, (침전지인 것으로 추정된) 액체-고체 분리 유니트에서 침강하는 것이 허용된다. 일부 경우에서, 액체-고체 분리 공정은 화학 응집 (즉, 화학적으로 향상된 정화)에 의해 도움받고, 생물막/현탁된 증식물 혼합물은 처리수로부터 분리된다. 다른 사례에서, 생물막/현탁된 증식물 혼합물의 일부(즉, 반송 활성화 슬러지 스트림을 통해)는 추가의 처리 사이클용 접종제(inoculent)로서 생물반응기 유입물에 반송된다.
Brown, 미국 특허 공개 번호 2013/0233,792 및 2013/0233,794는, 호기 및 혐기 박테리아 모두를 포함하는 생물막을 형성하기 위해, 리그노셀룰로오스 섬유, 예컨대 케나프 섬유의 이용을 기재한다. 예를 들어, 호기 및 혐기 구역 양쪽을 포함하는 생물막은 호기 구역에서 암모니아 산화 박테리아 (AOB) 및 혐기 구역에서 혐기 암모니아 산화 박테리아 (아남목스)의 증식을 지지할 수 있고; 따라서, 생물막은 외부 탄소 공급원의 재순환 및 제공 없이 단일 생물반응기에서 암모니아-질소를 질소 기체로 전환시킬 수 있다. 생물막은 액체-고체 분리 유니트 공정에서 현탁된 증식물로 침강하는 것이 허용된다. 다른 고형물로부터 생물막의 분리가 수행되지 않는다.
Veolia Water Solution & Technologies는 ANOXKALDNES®　MBBR 및 하이브리드 생물막-활성화 슬러지 (HYBAS®) 공정을 판매한다. 두개의 이들 공정은, 쐐기 와이어 또는 천공된 플레이트로 구성된 스테인레스강 스크린으로, 특이적 생물반응기, 또는 생물반응기 구역에서 유지되는 자유-이동 플라스틱 생물막 캐리어를 포함한다. 스크린은 호기 구역에서 스테인레스강, 중간-기포 살포기 및/또는 무산소 구역에서 곡면날 혼합기와 함께 공정 패키지에서 포함된다. 자유-이동 플라스틱 생물막 캐리어는 전형적으로 10 내지 50-mm 직경의 크기 범위이고 벌집을 닮는다. 자유-이동 플라스틱 생물막 캐리어는 생물반응기 내부에서 영구적으로 유지된다.
요약
본원에 개시된 것은 하나 이상의 오염물질을 갖는 유입물(influent)을 수용하기 위해 적응된 유입구, 거기에 배치된 이동형 생물막, 및 이동형 생물막을 포함하는 생물반응기 유출물(effluent)을 분배하기 위해 적응된 유출구를 포함하는 생물반응기; 및 생물반응기 유출구에 부착되어 생물반응기 유출물의 적어도 일부를 이동형 생물막을 포함하는 스트림 및 잔류 고형물을 포함하는 스트림 속으로 수용하고 분리하기 위해, 및 이동형 생물막을 포함하는 스트림을 생물반응기로 반송하기 위해 적응된 고체-고체 분리 유니트를 포함하는 처리 시스템이다. 일부 구현예에서, 생물반응기는 호기 조건, 무산소 조건, 혐기 조건, 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트는 생물반응기 유출구와 유체 소통하도록 유입구, 이동형 생물막을 포함하는 스트림을 분배하기 위한 제1 유출구, 및 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 분배하기 위한 제2 유출구를 포함한다. 일부 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트는 하이드로사이클론을 포함한다.
일부 구현예에서, 처리 시스템은 추가로 하이드로사이클론으로부터 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 수용하기 위해 그리고 추가로 스트림을 2차 유출물 및 저류(underflow)로 분리하기 위해 적응된 액체-고체 분리 유니트를 포함한다. 일부 구현예에서, 처리 시스템은 추가로 생물반응기 유출구와 하이드로사이클론 사이에서 유체 소통하도록 배치된 액체-고체 분리 유니트, 생물반응기 유출물을 2차 유출물 부분 및 저류 부분으로 수용하고 분리하기 위해 적응된 액체-고체 분리 유니트를 포함하고, 여기에서 하이드로사이클론은 생물반응기 유출물의 저류 부분의 적어도 일부를 수용하고 분리하기 위해 적응된다. 일부 상기 구현예에서, 저류는 제1 저류 부분 및 제2 저류 부분으로 나눠지고, 여기에서 제1 저류 부분은 생물반응기에 반송되고 제2 저류 부분은 하이드로사이클론으로 향하게된다.
처리 시스템의 일부 구현예에서, 생물반응기 유출물은 제1 생물반응기 유출물 및 제2 생물반응기 유출물로 나눠지고, 여기에서 액체-고체 분리 유니트는 제1 생물반응기 유출물을 2차 유출물 부분 및 저류 부분으로 수용하고 분리하기 위해, 및 저류 부분을 생물반응기로 향하도록하기 위해 적응되고; 그리고 하이드로사이클론은 제2 생물반응기 유출물을 이동형 생물막 부분 및 잔류 고형물 부분으로 수용하고 분리하기 위해, 및 이동형 생물막 부분을 생물반응기로 향하도록하기 위해 적응된다.
처리 시스템의 일부 구현예에서, 이동형 생물막은 리그노셀룰로오스성 입자 또는 생물학적 과립을 포함한다. 처리 시스템의 일부 구현예에서, 이동형 생물막을 포함하는 스트림은 하이드로사이클론에 의해 수용되는 생물반응기 유출물 부분에 존재하는 이동형 생물막의 50%와 100% 사이를 포함한다.
처리 시스템의 일부 구현예에서, 생물반응기는 제1 생물반응기이고, 시스템은 추가로 하이드로사이클론과 제1 생물반응기 사이에서 유체 소통하도록 배치되고 하이드로사이클론으로부터 이동형 생물막 스트림을 수용하기 위해 적응된 제2 생물반응기를 포함하고, 2차 생물반응기는 이동형 생물막 스트림을 수용하기 위한 제1 유입구, 제2 생물반응기 유입물을 수용하기 위한 제2 유입구, 및 제2 유출물을 분배하기 위한 유출구를 갖고, 여기에서 제2 유출물은 제1 생물반응기로 향하게된다. 일부 상기 구현예에서, 제1 및 제2 생물반응기 유입물은 상이하다. 일부 상기 구현예에서, 2차 생물반응기는 호기 조건, 무산소 조건, 혐기 조건, 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함한다. 일부 상기 구현예에서, 처리 시스템은 추가로 하이드로사이클론으로부터 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 수용하기 위해 적응된 제3 생물반응기를 포함하고, 제3 생물반응기는 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 수용하기 위한 제1 유입구, 제3 생물반응기 유입물을 수용하기 위한 제2 유입구, 및 제3 유출물을 분배하기 위한 유출구를 갖는다. 일부 상기 구현예에서, 제3 생물반응기 유입물은 제1 및 제2 생물반응기 유입물과 상이하다.
일부 구현예에서, 처리 시스템은 추가로 하이드로사이클론으로부터 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 수용하기 위해 적응된 제2 생물반응기를 포함하고, 제2 생물반응기는 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 수용하기 위한 제1 유입구, 제2 생물반응기 유입물을 수용하기 위한 제2 유입구, 및 제2 유출물을 분배하기 위한 유출구를 갖는다.
또한 본원에서 개시된 것은 오수의 처리 방법이고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다: (a) 제1 유입물 및 이동형 생물막을 제1 생물반응기에 부가하는 단계; (b) 이동형 생물막에 적합한 조건을 제공하여 유입물에서 하나 이상의 오염물질을 생화학적으로 변형시켜 적어도 이동형 생물막, 물, 및 잔류 고형물을 포함하는 유출물을 형성하는 단계; (c) 이동형 생물막의 50% 내지 100%를 유출물의 제1 부분으로부터 사이클론성으로 단리시켜 단리된 이동형 생물막 스트림 및 잔류 고형물 스트림을 형성하고, 그리고 단리된 이동형 생물막 스트림을 제1 생물반응기로 반송하는 단계; 및 (d) 물의 실질적인 부분을 유출물의 제2 부분으로부터 분리시켜 저류를 형성하는 단계.
일부 구현예에서, (a)는 추가로 현탁된 증식물을 제1 생물반응기에 부가하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 순서 (a), (b), (c), (d)로 수행되고, 여기에서 (c)로부터 잔류 고형물 스트림은 (d)에서 유출물의 제2 부분이고, 추가로 저류를 처분하는 단계 또는 저류에 추가 처리를 행하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 구현예에서, 상기 방법은 순서 (a), (b), (d), (c)로 수행되고, 여기에서 (d)로부터 저류는 (c)에서 유출물의 제1 부분이고, 잔류 고형물 스트림을 처분하는 단계 또는 잔류 고형물 스트림에 추가 처리를 행하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 상기 구현예에서, 상기 방법은 저류를 제1 저류 및 제2 저류로 분할시키고, 그리고 제1 저류를 제1 생물반응기에 향하도록 하는 단계를 추가로 포함하고, 여기에서 제2 저류는 (c)에서 유출물의 제1 부분이다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 이로써 (c) 및 (d)가 동시에 수행되는 방식으로 수행되고, 상기 방법은 잔류 고형물 스트림을 처분하는 단계 또는 잔류 고형물 스트림에 추가 처리를 행하는 단계; 및 저류를 제1 생물반응기에 향하도록 하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 단리된 이동형 생물막 스트림을 제1 생물반응기로 반송하기에 앞서 제2 생물반응기에 향하도록 하는 단계; 및 제2 유입물을 제2 생물반응기에 부가하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 상기 구현예에서, 상기 방법은 잔류 고형물 스트림을 제3 생물반응기에 향하도록 하는 단계; 및 제3 유입물을 제3 생물반응기에 부가하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 잔류 고형물 스트림을 제2 생물반응기에 향하도록 하는 단계; 및 제2 유입물을 제2 생물반응기에 부가하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 추가의 이점 및 신규 특성은 후술하는 설명에서 부분적으로 제시될 것이고, 부분적으로 하기의 시험시 당해 분야의 숙련가에게 분명해질 것이거나, 또는 본 발명의 실행시 일상적인 실험과정을 통해 배울 수 있다.
도 1은 본 발명의 처리 시스템의 제1 구현예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 처리 시스템의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 처리 시스템의 추가의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 처리 시스템의 추가의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 처리 시스템의 추가의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 처리 시스템의 추가의 또 다른 구현예의 개략도이다.
상세한 설명
비록 본 개시내용이 바람직한 구현예에 참조하여 제공하지만, 당해 분야의 숙련가는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부사항에서 변화될 수 있음을 인식할 것이다. 다양한 구현예는 도면을 참조로 상세히 기재될 것이고, 여기에서 유사 참조 숫자는 몇 개의 관점 전반에 걸쳐 유사 부분 및 어셈블리를 나타낸다. 다양한 구현예에 대한 참조는 본원에 첨부된 청구항의 범위를 제한하지 않는다. 추가로, 본 명세서에서 제시된 임의의 실시예는 제한하려는 의도가 없으며 첨부된 청구항을 위하여 많은 가능한 구현예의 일부를 단지 제시할 의도이다.
정의
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "현탁된 증식물"은 생물학적 플록, 즉, 물에서 현탁되는 미생물 (박테리아로서)의 응집 덩어리(flocculent mass)를 의미한다. 박테리아는 살아있거나 죽었거나, 또는 이들의 조합이다. 플록은 이동형 생물막과 비교할 경우 개방형 구조이고 기층을 함유하지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "이동형 생물막"은 기층에 의해 지지된 생물막을 의미하고 여기에서 결합된 생물막 및 기층은 존재하는 물, 잔류 고형물, 및 임의의 현탁된 증식물과 함께 생물반응기 속으로, 내부에서, 및 외부로 이동할 수 있다. 생물막 기층은 사실상 미립자이고 분말화된 리그노셀룰로오스 물질, 샌드, 비-생분해성 박테리아 물질, 및, 예를 들어, 폴리스티렌 또는 고밀도 폴리에틸렌으로부터 형성된 합성 미립자와 같은 물질을 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "액체-고체 분리 유니트"는 액체 예컨대 물로부터 불용해된, 또는 현탁된, 고형물을 실질적으로 분리하기 위해 이용된 임의의 장치(device)를 의미한다. 상기 장치는, 비제한적으로, 막 여과 유니트, 정화 (또는 침강) 탱크 유니트, 과립 담체 여과 유니트, 용해된 공기 부유 유니트, 밸러스트 응집 정화 (또는 침강) 유니트, 원심분리기, 등을 포함한다. "액체-고체 분리 유니트 공정"은 선택된 액체-고체 분리 유니트에 의해 수행된 분리의 공정이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "고체-고체 분리 유니트"는, 비제한적으로, 구심력, 유체 내성 (드래그), 침강 속도, 및 입자 특성 예컨대 크기, 형상, 및 밀도가 포함된 인자에 기반하여 액체 또는 슬러지 스트림에서 다른 불용해된, 또는 현탁된, 고형물로부터 이동형 생물막을 실질적으로 분리하기 위해 이용된 임의의 장치를 의미한다. 상기 장치는, 비제한적으로, 하이드로사이클론, 라멜라 플레이트 침강기, 스크린, 체, 스피츠카스텐 (크기에 기반하여 입자를 순차적으로 분리시키는 일련의 원뿔형), 이중-원뿔형 청징기, 세광기 (수직 칼럼), 반복혼합 (기포발생) 챔버, 및 부유 챔버를 포함한다. 일부 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트는 2 이상의 상기 장치 (여기에서 상기 장치는 동일 또는 상이하다); 예를 들어 연속적으로 배열된 4 하이드로사이클론, 또는 반복혼합 챔버와 결합된 부유 챔버, 등을 포함한다. "고체-고체 분리 유니트 공정"은 선택된 고체-고체 분리 유니트에 의해 수행된 분리의 공정이다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "슬러지"는 생물반응기 유출물 스트림에서 현탁된 또는 액체-고체 또는 고체-고체 분리 유니트를 이용하여 이로부터 분리된 압축 유기 및 무기 미립자 물질을 의미한다. 미립자 물질은 현탁된 증식물 및 다른 미립자를 포함한다. 일부 구현예에서 슬러지는 이동형 생물막을 포함한다. 전형적으로 슬러지는 현탁된 증식물, 및 다른 미립자 물질이 생물반응기 유출물로부터 분리되는 액체-고체 분리 유니트에서 수행된 분리 공정에 의해 압축된다. 일부 구현예에서, 슬러지의 부분은 거기에 유입물로서 생물반응기에 반송된다. 상기 구현예에서, 슬러지의 상기 부분은 "반송 활성화 슬러지 (return activated sludge)" 또는 RAS로서 언급된다. 생물반응기에서 (안정한 현탁된 고형물 농도를 이용하여 전형적으로 평가된) 안정한 현탁된 증식물 덩어리를 유지시키기 위해, 슬러지의 부분은 박테리아 증식물, 또는 산출량과 동등한 속도로 전형적으로 처분된다. 처분된 슬러지는 처분에 앞서 추가 처리(들) 예컨대 증점제, 소화, 및/또는 탈수 처리될 수 있다. 슬러지 증점 유니트, 소화 유니트, 탈수 유니트, 및 때때로 다른 기술은 고형물 관리 설비로서 집합적으로 언급된다. 슬러지의 폐기된 부분은 "폐기 활성화 슬러지" 또는 WAS로서 언급된다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "폐기 고형물"은 액체-고체 분리 유니트 공정에서 제거된 미립자 물질을 갖지 않고 생물반응기로부터 직접적으로 유동하는 스트림 함유 미립자 물질 (예를 들어, 떼어낸 생물막 단편)을 의미하거나, 또는 액체-고체 분리 유니트 공정으로부터 유동하는 압축된 고형물이다. "폐기 고형물"은 반송 활성화 슬러지 스트림을 이용하여 현탁된 증식물을 축적하지 않는 시스템에만 있는 독특한 것이다. 일부 구현예에서 폐기 고형물은 처분에 앞서 추가로 처리과정(들)이 행하여 진다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "생물반응기 유입물"은 생물반응기 안에 존재하는 하나 이상의 오염물질 (오염원이라고로 알려짐)을 갖는 생물반응기 속으로 유동하는 물을 의미한다. 생물반응기 유입물의 공급원은, 비제한적으로, 재생수, 휴대용 식수, 우수, 산업 오수, 및 도시 오수를 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "생물반응기 유출물"은 액체-고체 분리 유니트 공정에서 제거된 미립자 물질을 갖지 않는 생물반응기로부터 유동하는 물을 의미한다. 생물반응기 유출물 스트림을 구성하는 물은 생물반응기에서 환경적 조건 (예를 들어, 온도, pH, 용해된 산소 농도, 및 현탁된 고형물 농도)의 특이적 세트로부터 비롯하는 생화학적 변환 공정에 의해 산화된 또는 박테리아로 유도된 생물반응기 유입물 스트림에서 오염물질의 전부 또는 일부를 가졌다. 박테리아는 이동형 생물막 및 선택적인 현탁된 증식물로서 존재한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "2차 유출물"은 생물반응기로부터 제거된 고형물의 실질적인 부분을 갖는 생물반응기 유출물을 의미하고, 여기에서 고형물은 액체-고체 분리 유니트 예컨대 침전지에 의해 액체로부터 분리된다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "저류(underflow)"는 액체-고체 분리 유니트 공정으로부터 유동하는 압축 현탁된 고형물, 또는 슬러지를 의미한다. 일부 구현예에서, 저류 속도는 생물반응기 유출물 유속 빼기 2차 유출물 유속이다. 일부 구현예에서 저류는 이동형 생물막을 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "분리된 이동형 생물막"은 고체-고체 분리 유니트 공정에 의해 생물반응기 유출물에서 하나 이상의 추가 고형물로부터 분리되는 이동형 생물막을 의미한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "생물반응기 회수"는 폐기 활성화 슬러지, 또는 WAS를 통해 액체- 고체 분리 유니트 저류로부터 폐기를 위한 고형물의 추출 대신 생물반응기로부터 직접적으로 폐기를 위한 고형물 (현탁된 증식물, 이동형 생물막, 잔류 고형물, 및 다른 미립자 물질 포함)의 추출을 의미한다. 처리 대상 및 오수 특성에 따라, 내부 회수는 생물반응기에서 임의의 지점으로부터, 또는 만일 생물반응기가 분할되면 임의의 구역으로부터 추출될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "내부 재순환"은 특이적 위치 (또는 분할된 생물반응기에서 특이적 구역)으로부터 현탁된 고형물 (현탁된 증식물, 이동형 생물막, 잔류 고형물, 및 다른 미립자 물질 포함)의 추출 및 생물반응기 내부의 또 다른 위치 (또는 분할된 생물반응기에서 특이적 구역)에의 이들 현탁된 고형물의 이송을 의미한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "호기"는 단지 산소의 존재하에 살아있는, 활성적인, 또는 발생하는 것을 의미한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "무산소"는 단지 산소의 부재하이지만, 니트레이트-질소 및/또는 니트라이트-질소의 실질적인 존재하에 살아있는, 활성적인, 또는 발생하는 것을 의미한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "혐기"는 단지 산소, 니트레이트-질소, 및 니트라이트-질소의 부재하에 살아있는, 활성적인, 또는 발생하는 것을 의미한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "격벽(partition)" 또는 "분할된"은 생물반응기에 관련하고 2 이상의 구역으로 분리된 생물반응기를 나타낸다. 구역은 또 다른 구역으로부터 상이한 조건을 갖는 생물반응기 내부의 영역으로서 정의되고, 여기에서 조건은 호기, 무산소, 및 혐기 조건으로부터 선택된다. 특정한 생물반응기 환경적 조건은 호기, 무산소, 또는 혐기로 제한되지 않는다. 일부 생물반응기 구역에서, 환경적 조건은 2 이상의 상이한 환경적 조건에서 주기적으로 변경된다 (예를 들어, 환경적 조건은 기류가 종료될 때까지 예비-설정된 기간 동안 호기이고, 기류가 재사용될 때까지 혐기인 환경을 초래한다). 일부 구현예에서, 구역은, 예를 들어, 하나 이상의 격벽, 또는 벽에 의해 물리적으로 분리된다. 격벽은 둑 벽(weir wall), 잠겨진 둑 벽, 커튼, 또는 다른 물리적 분리 장치를 포함한다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 격벽은 생물반응기에서 유동하는 오염수의 방향과 평행하게 위치되어 그렇게 함으로써 생물반응기를 병렬적으로 창작한다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 격벽은 생물반응기에서 유동하는 오수의 방향과 수직으로 위치되어 그렇게 함으로써 생물반응기를 연속적으로 창작한다. 다른 구현예에서, 구역은 유동, 예를 들어, 생물반응기의 업스트림 부분에서 무 산소 부가 및 생물반응기의 다운스트림 부분에서 산소의 부가에 의해 단독으로 분리된다. 임의의 이들 분할된 구현예는 다르게는 구체화되지 않는 한 아래 분할된 생물반응기로 언급되는 경우에 포함된다. 본원에서 기재된 임의의 생물반응기는 특정한 구현예에서 그대로 명시되는지와 무관하게 분할된 생물반응기일 수 있다. 특이적 분할 반응식의 대표적인 예는 다르게는 구체화되지 않는 한 다른 분할 반응식에 대해 구현예를 제한하지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같이, 본 개시내용의 구현예를 기재하는데 이용된, 예를 들어, 농도, 용적, 공정 시간, 수율, 유속, 압력, 및 유사 값, 및 이들의 범위를 조정하는 용어 "약"은, 예를 들어, 화합물, 조성물, 농축물 또는 이용 배합물의 제조에 사용된 전형적인 측정 및 작동 절차를 거쳐; 이들 절차에서 부주의한 실수를 거쳐; 상기 방법을 수행하기 위해 사용된 개시 물질 또는 성분의 제조, 공급원, 또는 순도의 차이를 거쳐; 및 유사 근접한 고려사항들을 거쳐 발생할 수 있는 숫자로 나타낸 양의 편차를 언급한다. 용어 "약"은 또한 특정한 초기 농도의 물질 또는 혼합물의 노후화로 인해 달라지는 양, 및 특정한 초기 농도의 물질 또는 혼합물의 혼합 또는 가공으로 인해 달라지는 양을 포함한다. 용어 "약"에 의해 변형되는 경우, 본원에 첨부된 청구항은 이들 양과 등가를 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 예를 들어, 본 개시내용의 구현예를 기재하는데 이용된, 특성, 측정가능한 양, 방법, 위치, 값, 또는 범위를 변형하는 단어 "실질적으로"는 의도된 특성, 양, 방법, 위치, 값, 또는 범위를 부정하는 방식으로 전반적으로 인용된 이의 특성, 양, 방법, 위치, 값, 또는 범위에 영향을 주지 않는 편차까지 언급한다. 용어 "실질적으로"에 의해 변형되는 경우, 본원에 첨부된 청구항은 이들 양, 방법, 위치, 값, 또는 범위와 등가를 포함한다.
처리 시스템
발명자들은 적어도 생물반응기, 이동형 생물막, 및 고체-고체 분리 유니트를 포함하는 오염수 처리용 시스템을 본원에서 보고한다. 일부 구현예에서 시스템은 추가로 액체-고체 분리 유니트를 포함한다. 일부 구현예에서 생물반응기는 단일 조건 (즉, 호기, 무산소, 또는 혐기)를 지지한다. 다른 구현예에서 생물반응기는 호기, 무산소, 및/또는 혐기 상태를 포함하는 2 이상의 환경적 조건을 포함하기 위해 분할된다. 일부 구현예에서 고체-고체 분리 유니트는 생물반응기로부터 출력을 직접적으로 수용하기 위해 적응된다. 생물반응기가 또한 액체-고체 분리 유니트를 포함하는 일부 구현예에서, 생물반응기는 액체-고체 분리 유니트에 부착되고 고체-고체 분리 유니트는 액체-고체 분리 유니트로부터 출력을 수용하기 위해 적응된다.
각각의 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트에 의해 수용된 유동은 이동형 생물막을 포함한다. 이동형 생물막은 생물반응기를 통해 순환하기 위해 이용되고, 여기에서 고체-고체 분리 유니트는 하나 이상의 추가 유동 성분으로부터 이동형 생물막을 분리하고 이동형 생물막을 생물반응기 속으로 향하도록하기 위해 적응된다. 액체-고체 분리 유니트가 이용되는 경우, 생물반응기, 액체-고체 분리 유니트, 및 고체-고체 분리 유니트는 다양한 입체배치에서 유익하게는 배열된다.
생물반응기 유출물, 액체-고체 분리 유니트 저류, 및 생물반응기 회수는 이동형 생물막을 포함한다. 2차 유출물은 오수 처리 시스템에 존재하는 모든 고형물로부터 실질적으로 분리된다. 개별적으로 분리된 성분, 그의 일부, 결합된 성분, 또는 그의 일부는 생물반응기 유입물에 또는 오염된 유입물 스트림의 처리를 위하여 직접적으로 생물반응기에 반송된다. 나머지 성분, 그의 일부, 결합된 성분, 또는 그의 일부는 단리되고 종래의 기술을 이용하여 추가 처리 및/또는 폐기물 처분 공정으로 처리된다.
발명자들은 비제한적으로, 재생수, 휴대용 식수, 우수, 산업 오수, 및 도시 오수를 포함하는 물로부터 오염물질의 제거용 처리 시스템을 본원에서 추가로 보고한다. 상기 처리 시스템은 단일-단계 생물반응기 내부에 위치한 이동형 생물막, 분할된 생물반응기, 또는 연속적으로 위치한 2 이상의 단일-단계 또는 분할된 생물반응기를 포함한다. 다양한 구현예에서, 단일-단계 생물반응기는 단일 환경적 조건 (예를 들어, 호기, 무산소, 또는 혐기)을 갖는다. 다른 구현예에서, 단일-단계 생물반응기는 호기, 무산소, 또는 혐기 조건 사이에서 교대함으로써 하나의 환경적 조건에서 또 다른 것으로 변화하는 교대 조건을 갖는다 (예를 들어, 환경적 조건은 기류가 종료될 때까지 예비-설정된 작동 기간 동안 호기이지만, 이는 기류가 재사용될 때까지 혐기인 환경적 조건을 초래한다). 또 다른 구현예에서, 생물반응기는 분할된다; 즉, 생물반응기는 호기, 무산소, 또는 혐기인 하나 이상의 환경적 조건을 갖는다. 또 다른 구현예에서, 처리 시스템은 연속적으로 배열된 다중 생물반응기를 포함한다.
생물반응기 유입물 스트림은 오염원으로 오염된다. 오염원은, 비제한적으로, 하나 이상의 미립자 유기물, 용해된 유기물, 질소성 화합물, 및 인산 화합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 호기 생화학적 변환 공정에 필요한 용해된 산소는 거시적 오리피스 또는 다공성 물질 예컨대 미세-기포 살포기 내의 것들을 통과한 압축된 공기의 방출에 의해 생물반응기 속으로 공급된다. 한 상기 구현예에서, 송풍기로서 공지된 (저압에서 작동하는) 원심 압축기는 배관망을 통해 미세-기공 살포기 등으로 이송되는 공기를 압축한다. 기체가 공기인 경우, 미세-기공 살포기는 소-직경 기포를 방출시킨다. 그렇게 함으로써, 공기는 충분한 용해된 산소를 제공하여 호기 생물반응기, 또는 분할된 생물반응기의 호기 구역에서 공정 요건을 충족시키고, 생물반응기 속으로 공기 유동에 의해 부여된 에너지는 적절한 혼합을 추가로 제공하고 생물반응기 내용물의 침강을 방지한다. 사용 동안, 생물반응기에의 오염된 유입물 스트림은 처리되어 이로써 생물반응기 유출물 스트림은 처리수, 이동형 생물막, 및 다른 용해된 및 미립자 물질을 포함한다. 일부 구현예에서, 생물반응기 유출물 스트림은 현탁된 증식물을 포함한다.
구현예의 제1 세트는 처리 시스템에 관한 것이다. 구현예의 제1 세트에서, 고체-고체 분리 유니트는 그 전체로 생물반응기 유출물 스트림을 수용하기 위해 적응된다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 당해 기술에 널리 이해되는 공정 원리에 따라 고체-고체 분리 유니트에 생물반응기 유출물 스트림을 제어하기 위해 다양한 구현예에서 이용된다. 구현예의 상기 제1 세트에서, 이동형 생물막은 고체-고체 분리 유니트에 의해 나머지 미립자 물질로부터 분리된다. 분리된 이동형 생물막은, 예를 들어, 펌프의 작용에 의해 공정 배관을 거쳐 생물반응기 유입물, 또는 분할된 생물반응기의 예비-설정된 구역로 향하게된다. 고체-고체 분리 유니트를 거쳐 유동화 이후, 생물반응기 유출물은, 예를 들어, 펌프의 작용에 의해 공정 배관을 거쳐 액체-고체 분리 유니트 속으로 향하게된다. 액체-고체 분리 유니트는 저류로부터 2차 유출물을 분리시킨다.
일부 구현예에서, 2차 유출물은 액체-고체 분리 유니트로부터 추가 처리용 다운스트림 유니트 공정 또는 이송용 펌프장 속으로 향하게된다. 일부 구현예에서, 저류는 고형물 관리 설비로 이송된다.
구현예의 제2 세트는 또 다른 처리 시스템에 관한 것이다. 구현예의 제2 세트에서, 액체-고체 분리 유니트는 전체 생물반응기 유출물을 수용하기 위해 적응된다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 당해 기술에 널리 이해되는 공정 원리에 따라 액체-고체 분리 유니트에 생물반응기 유출물의 스트림을 제공 및 제어하기 위해 다양한 구현예에서 이용된다. 액체-고체 분리 유니트는 생물반응기 유출물을 2차 유출물 및 저류로 분리시킨다. 저류는 다른 고형물에 더하여 이동형 생물막을 포함한다. 일부 구현예에서, 2차 유출물은 추가 처리용 다운스트림 유니트 공정 또는 이송용 펌프장으로 향하게된다.
구현예의 상기 제2 세트의 일부에서, 저류의 제1 부분은 반송 활성화 슬러지 (또는 RAS)로서 생물반응기 유입물에 반송된다. 저류의 제1 부분은 또한 이동형 생물막의 부분을 포함한다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 당해 기술에 널리 이해되는 공정 원리에 따라 생물반응기에 반송 활성화 슬러지를 제어하기 위해 다양한 구현예에서 이용된다. 상기 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트는 저류의 제2 부분을 수용하기 위해 그리고 저류의 제2 부분으로부터 이동형 생물막을 분리하기 위해 적응되고; 분리된 생물막은 생물반응기에 반송되고, 저류의 나머지 제2 부분은 폐기 활성화 슬러지를 포함한다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 고체-고체 분리 유니트에 저류의 제2 부분을 제어하기 위해, 그리고 당해 기술에 널리 이해되는 공정 원리에 따라 생물반응기 유입물에, 또는 분할된 생물반응기의 예비-설정된 구역에 분리된 이동형 생물막의 반송을 제공 및 제어하기 위해 다양한 구현예에서 이용된다. 일부 구현예에서, WAS 는 고형물 관리 설비에 이송된다.
대안적으로, 구현예의 제2 세트에서, 분리된 이동형 생물막은 2차 생물반응기 유입물로 공급되기 위해 추가로 적응되는 제2 생물반응기로 향하게된다. 상기 구현예에서, 상기 논의된 생물반응기는 제1 생물반응기로서 언급된다. 일부 구현예에서, 2차 생물반응기 유입물은 제1 (1차) 생물반응기 유입물과 상이하다. 일부 구현예에서, 제2 생물반응기에서 환경적 조건은 제1 생물반응기에 존재하는 환경적 조건 (또는 제1 분할된 생물반응기의 하나 이상의 구역에 존재하는 조건)과 상이하다. 구현예의 제2 세트에서 추가 대안으로서, WAS는 3차 생물반응기 유입물로 공급되기 위해 추가로 적응되는 제3 생물반응기로 향하게된다. 일부 구현예에서, 3차 생물반응기 유입물은 1차 및 2차 생물반응기 유입물 스트림과 상이하다. 일부 구현예에서, 제3 생물반응기에서 환경적 조건은 제1 및 제2 생물반응기에서 존재하는 조건 (또는 제1 및/또는 제2 분할된 생물반응기의 하나 이상의 구역에 존재하는 조건)과 상이하다.
한 예증적인 예에서, 제2 생물반응기는, 도시 오수 처리 경우, 상대적으로 높은 암모니아-질소 (예를 들어, 1,000 mg N/L) 및 오르토-인 (예를 들어, 200 mg P/L) 농도 및 1차 생물반응기 유입물 스트림과 비교할 경우 낮은 체적 유량을 갖는 제2 오수 스트림인 2차 생물반응기 유입물을 수용하기 위해 적응된다. 상기 구현예에서, 제2 생물반응기는 정확하게 용해된 산소, pH, 및 온도 제어를 가해서 하나 이상의 산화환원 구역을 포함하는 생물막의 성장을 촉진하고 하나 이상의 특이적 박테리아 유형(들)을 위하여 선택한다. 예를 들어, 일부 구현예에서 상이한 산화환원 구역은 호기 생물막 구역에서 주로 암모니아 산화 박테리아, 또는 AOB 및 혐기 생물막 구역에서 주로 혐기 암모니아 산화 박테리아, 또는 아남목스를 형성하는데 필요하다. 2차 생물반응기는 이동형 생물막을 제1 생물반응기 유입물, 또는 제1 분할된 생물반응기의 예비-설정된 구역에 공급하기 위해 적응되어, 제1 생물반응기, 또는 분할된 생물반응기의 제1 구역에서 탈암모니아화를 촉진시킨다. 2차 생물반응기 사용의 다른 예는 숙련가에 의해 쉽게 구상된다. 한 예시적인 예는 제2 생물반응기에서 (박테리아로서), 특정한 미생물, 또는 미생물의 그룹의 증식 및 축적이고, 여기에서 제2 생물반응기는 제1 생물반응기에서 존재하는 (박테리아로서), 특정한 미생물, 또는 미생물의 그룹의 집단의 촉진으로서 - 이동형 생물막에서 - 박테리아를 체계적으로 (즉, 연속식으로 또는 배치식으로) 공급하기 위해 제1 생물반응기에서 환경적 조건과 실질적으로 상이한 환경적 조건을 포함한다. 이러한 공정은, 정의상, 오염물질의 생물학적 분해의 속도를 촉진하기 위해 그리고 감손된 박테리아 집단을 복원하기 위해 또는 불필요한 공급으로서 (박테리아로서) 미생물의 특이적 유형의 과잉량을 축적하기 위해 요구되는 바와 같이 필요한 영양소 및 박테리아 배양물의 부가인 생물촉진화(bioaugmentation)의 예이다. 생물촉진화는 미생물 집단에 부가하기 위한, 또는 제1 생물반응기로부터 이동형 생물막의 부분, 또는 전체 손실의 경우에 적절한 이동형 생물막으로 제1 생물반응기를 재생하기 위해 이동형 생물막 공급을 저장하기 위한, 또는 양쪽을 위한 구현예에서 유용하다.
구현예의 제3 세트는 또 다른 처리 시스템에 관한 것이다. 구현예의 제3 세트에서, 생물반응기 유출물은 제1 생물반응기 유출물 및 제2 생물반응기 유출물로 나눠진다. 액체-고체 분리 유니트는 제1 생물반응기 유출물을 수용하기 위해 적응된다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 숙련가에 널리 이해되는 공정 원리에 따라 액체-고체 분리 유니트에 제1 생물반응기 유출물의 스트림의 유동을 제어하기 위한 다양한 구현예에서 이용된다. 액체-고체 분리 유니트는 제1 생물반응기 유출물을 2차 유출물 및 저류로 분리시킨다. 저류는 다른 고형물에 더하여 이동형 생물막을 포함하고, 여기에서 저류의 부분은 반송 활성화 슬러지, 또는 RAS로서 생물반응기에 반송된다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 생물반응기에 저류의 반송을 제어하기 위한 다양한 구현예에서 이용된다. 일부 구현예에서, 2차 유출물은 추가 처리용 다운스트림 유니트 공정 또는 이송용 펌프장으로 향하게된다.
고체-고체 분리 유니트는 만일 생물반응기가 분할되면 생물반응기 또는 예정된 구역에서 임의의 지점으로부터 회수될 수 있는 제2 생물반응기 유출물을 수용하기 위해 적응된다. 제2 생물반응기 유출물 회수 지점은 오염수 품질 및 처리 대상(들)에 의해 정의된다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 숙련가에 널리 이해되는 공정 원리에 따라 고체-고체 분리 유니트에 제2 생물반응기 유출물 스트림의 유속을 제어하기 위한 다양한 구현예에서 이용된다. 고체-고체 분리 유니트는 제2 생물반응기 유출물에 현탁된 다른 고형물로부터 이동형 생물막을 분리시킨다. 분리된 이동형 생물막은 생물반응기 유입물 또는 분할된 생물반응기의 예비-설정된 구역에 이송된다. 나머지 제2 생물반응기 유출물은 폐기 활성화 슬러지, 또는 WAS, 및 다른 미립자 물질을 포함한다. 다양한 공정 기계, 제어 및 감시 장비는 숙련가에 널리 이해되는 공정 원리에 따라 생물반응기에 분리된 이동형 생물막의 반송을 제어하기 위한 다양한 구현예에서 이용된다. 일부 구현예에서, WAS는 처분에 앞서 추가 처리를 위하여 고형물 관리 시설에 이송된다. 다르게는, WAS는 최종 처분된다.
제3 구현예 설계는 제1 및 제2 생물반응기 유출물의 할당을 허용하여 이로써 WAS의 처분된 양 대 RAS의 양이 쉽게 조정되어 생물반응기 내부에서 현탁된 증식물 (활성화 슬러지라고로 알려짐)의 일정한 양을 유지하면서, 이동형 생물막의 실질적인 부분을 생물반응기에 일관되게 반송한다.
구현예의 제3 세트에서, 제2 생물반응기가 구현예의 제2 세트에서와 동일한 방식으로 이의 일부 구현예에서 이용되는 것이 유익하다고 인식할 것이다. 따라서, 상기 구현예에서, 제2 생물반응기는 고체-고체 분리 유니트와 생물반응기 사이에서 배치되고, 이로부터 분리된 이동형 생물막을 수용하기 위해 적응되고, 여기에서 제2 생물반응기는 추가로 상기 구현예의 제2 세트에서 기재된 바와 같이 2차 생물반응기 유입물을 포함한다.
구현예의 제3 세트의 일부 처리 시스템은 추가로 2 이상의 구역으로 분할되는 제2 생물반응기를 포함한다. 분할된 제2 생물반응기의 제1 구역은 2차 생물반응기 유입물 및 고체-고체 분리 유니트로부터 분리된 이동형 생물막 모두를 수용한다. 분할된 제2 생물반응기의 제2 구역은, 현탁된 증식물 및 다른 미립자 물질을 포함하는, 고체-고체 분리 유니트로부터 WAS 스트림을 수용한다. 이런 식으로, WAS로부터 현탁된 증식물은 특이적 박테리아, 예를 들어 암모니아 산화 박테리아 (또는 AOB)의 증식을 촉진시키기 위해 조절된다. 일부 구현예에서, 단일 분할된 생물반응기보다, 구현예의 제3 세트는 연속적으로 배열된 2 이상의 추가의 생물반응기를 포함한다. 일부 구현예에서, 분할된 제2 생물반응기의 제2 구역에서 박테리아는 박테리아가 그의 내부 보관 물품, 예컨대 인을 방출시키도록 특이적인 환경적 조건이 가해진다. 따라서, 2 이상의 구역을 갖는 분할된 제2 생물반응기는 고체-고체 분리 유니트와 제1 생물반응기 사이에서 배치되고, 분리된 이동형 생물막을 수용하기 위한 제1 구역 및 WAS를 수용하기 위한 제2 구역을 위하여 적응되거나, 또는 이로부터 현탁된 증식물 및 다른 미립자 물질로 분리된다.
본원에서 기재된 처리 시스템은 본원에서 기재된 각각의 구현예에서 함께 작업하는 적어도 3개의 요소: 생물반응기, 이동형 생물막, 및 고체-고체 분리 유니트를 포함한다. 생물반응기 및 고체-고체 분리 유니트는 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고 이동형 생물막은 생물반응기와 고체-고체 분리 유니트 사이에서 진행하고, 여기에서 이동형 생물막은 생물반응기 유출물 또는 저류로부터 반복적으로 분리되고, 생물반응기에 반송된다. 일부 구현예에서, 2 이상의 상기 사용의 사이클은 이동형 생물막에 의해 실현된다. 예를 들어, 약 2 내지 1,000,000,000 사용 사이클, 또는 약 10,000 내지 100,000,000 사이클, 또는 약 100,000 내지 10,000,000 사이클, 또는 약 1,000,000 내지 10,000,000 사용 사이클은 처리 시스템의 내부에서 생물막에 의해 실현된다.
일부 구현예에서, 본원에서 기재된 처리 시스템은 배치식 공급/회수 유형 시스템에서; 즉, 배치식 처리 시스템으로서 이용된다. 생물반응기 폐기 고형물 스트림으로부터 이동형 생물막을 분리 및 재순환시키기 위해 고체-고체 분리 유니트의 능력과 함께 이동형 생물막 요소의 이용 이점이 오염수의 처리용 배치식 공급/회수 공정에 또한 유용함이 인식될 것이다. 그러나, 연속식 처리 시스템은 이러한 시스템에서 이용된 다수의 변형으로 인해 본원에서 상세히 기재되고, 상기 시스템은 다중 환경에서 유용성을 갖는다.
본원에서 기재된 처리 시스템에서 이용된 고체-고체 분리 유니트는 고체-고체 분리 유니트에 공급되는 스트림, 또는 고체-고체 분리 유니트 유입물에 현탁된 다른 미립자 물질과 비교할 경우 상대적으로 좁은 범위의 특이적 특성을 갖는 입자의 분리에서 이용된 종래의 고체-고체 분리 유니트이다. 일부 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트는 하이드로사이클론이다. 숙련가는 하이드로사이클론의 치수가 분리되는 고형물의 유형 및 양, 구체적으로 이들 사이의 밀도 차이, 처리되는 오염수로부터 발생하는 고형물의 유형으로 인한 입자 크기 차이, 및 이동형 생물막 기층으로서 선택된 특성 예컨대 입자 크기에 의해 결정됨을 인식할 것이다. 다른 예는 상이한 유형의 고체-고체 분리 유니트를 사용하는 경우, 숙련가에 의해 쉽게 구상된다.
본원에서 기재된 처리 시스템에서 유용한 이동형 생물막은 크기, 화학작용, 및 밀도의 범위 이상의 입자를 사용한다. 가장 유용하게 입자에서 이용된 물질 - 특히, 입자 표면에서 이용된 물질 - 은 하나 이상의 하기 특성을 갖는다: 생분해 조건에 대한 내구성; 0 내지 14 범위의 pH 값 이상의 내성인 pH; 기대된 물 오염물질에 대한 화학적 내성; 및 마모 내성. 유용한 입자 크기는 특히 제한되지 않고; 일부 구현예에서 입자 크기는 약 500 nm 내지 5 mm 최대 치수, 또는 약 1 μm 내지 3 mm 최대 치수, 또는 약 2 μm 내지 2 mm 최대 치수, 또는 약 5 μm 내지 1 mm 최대 치수 범위이다. 더 작은 입자 크기는 생물막 증식물에 대하여 더 많은 표면적을 제공하지만, 기층을 덮는 생물막의 성장 이전 및 이후 모두를 분리시키는 것을 더 어렵게 한다. 일부 구현예에서, 입자는 실질적으로 구형인 반면, 다른 구현예에서 입자는 비제한적으로 직사각형, 섬유질, 불규칙적으로 형상화된, 또는 임의의 다른 형상이다. 일부 구현예에서, 종횡비 약 25 초과:1, 예를 들어 약 50:1 내지 1,000,000:1, 또는 약 100:1 내지 100,000:1을 갖는 섬유질 미립자는 고체-고체 분리 유니트를 이용한 상기 미립자 분리의 어려움으로 인해 덜 유용하다.
일부 구현예에서, 입자는 열가소성 또는 열경화성 합성 폴리머로부터 형성된다. 유용한 폴리머성 물질은 하기를 포함한다: 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐할라이드 폴리머, 폴리비닐리덴 할라이드 폴리머, 등 뿐만 아니라 코폴리머, 합금, 그라프팅된 또는 블록 코폴리머, 및 그들의 배합물. 일부 구현예에서, 입자는 천연 발생 폴리머, 예컨대 셀룰로오스, 리그노셀룰로오스, 등 또는 본원에서 열거된 합성 폴리머 또는 코폴리머와 그라프팅된 그의 코폴리머로부터 형성된다. 또 다른 구현예에서, 입자는 샌드이거나, 또는 유리 또는 세라믹 물질 예컨대 실리카 유리, 제올라이트, 티타니아, 보로실리케이트, 등으로부터 형성된다. 또 다른 구현예에서, 입자는 금속 또는 블렌드 또는 그의 합금 예컨대 티타늄, 스테인레스강, 등 뿐만 아니라 폴리머 또는 유리 코팅된 금속으로부터 형성된다. 또 다른 구현예에서, 입자는 탄소, 예컨대 카본블랙, 또는 활성탄으로부터 형성되거나 또는 이들을 포함한다. 또 다른 구현예에서 입자는 불용성이고 오염수에서 일반적으로 분해성이 아닌 생물학적 부산물 (즉, 과립)이다.
일부 구현예에서, 입자의 밀도는 액체-입자 및/또는 입자-입자 분리를 촉진시키기 위해 대상 액체 (예를 들어, 물)의 밀도 초과 또는 미만이 되도록 사용자에 의해 추가로 선택된다. 4℃에서 순수의 밀도가 1.000 g/cm3인 반면, 티타늄의 밀도는 4.506 g/cm3이고; 실리카의 밀도는 약 2.65 g/cm3이고; 강성 폴리비닐클로라이드의 밀도는 약 1.30 내지 1.45 g/cm3이고; 폴리우레탄의 밀도는 특정한 구조에 따라 약 1.01 내지 1.20 g/cm3범위이고; 폴리스티렌의 밀도는 약 0.96 내지 1.04 g/cm3이고; 생물학적 과립의 밀도는 약 1.00 내지 1.05 g/L이고; 케나프의 밀도는 약 0.91 내지 1.13 g/cm3이다. 추가로, 일부 물질의 고유한 밀도는 입자 자체의 구조를 조정함으로써 변경된다. 예를 들어, 입자가 합성 폴리머, 금속, 또는 유리로부터 형성되는 일부 구현예에서, 입자는 기포 입자로 적합하게 형성된다. 기포(bubble) 입자는 내부 중공 부분을 특성으로 한다. 쉘 물질의 고유 밀도와 함께 기포 내부 (공기) 용적 대 쉘 두께의 비는 기포 입자의 밀도를 결정한다. 심지어 고-밀도 물질, 예컨대 실리카 유리가 쉘 물질로서 이용되는 경우, 실질적으로 1.00 g/cm3 미만인 밀도를 갖는 기포 미립자는 쉽게 형성된다. 예를 들어, Maplewood, MN의 3M®　Co.는 0.30 g/cm3　내지 0.69 g/cm3 범위의 밀도를 갖는 유리 기포를 판매한다. 이동형 생물막의 겉보기 밀도는 모든 기층 입자 밀도 및 기층에 의해 지지되는 생물막의 밀도 양쪽의 함수임이 이해될 것이다.
일부 구현예에서, 이동형 생물막, 액체 스트림, 및 나머지 불용해된, 또는 현탁된, 고형물 (또는 미립자) 사이의 밀도 차이는 고체-고체 분리의 기반이다. 이동형 생물막 밀도가 이를 운반하는 액체 스트림의 밀도 미만인, 상기 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트는 이동형 생물막이 최상부 유동 (또는 최상부 부분)으로 고체-고체 분리 유니트를 빠져나갈 방식으로 이동형 생물막을 분리시킬 것이다. 이동형 생물막의 밀도가 이를 운반하는 액체 스트림의 밀도 초과인 경우, 고체-고체 분리 유니트는 이동형 생물막이 최하부 유동 (또는 최하부 부분)으로 고체-고체 분리 유니트를 빠져나갈 방식으로 이동형 생물막을 분리시킬 것이다. 미립자가 각 경우에 선택되어, 선택된 지점에서 고체-고체 분리 유니트를 빠져나가고 아래에서 제시된 다양한 구현예; 숙련가에 의해 인식될 바와 같은 이의 변혀예와 관련하여 선택된 유동 스트림에 진입하게 된다.
일부 구현예에서, 본원에서 기재된 처리 시스템에서 유용한 이동형 생물막은 생물막 기층의 표면상에 유입물 오염물질의 흡수를 촉진시키는 특성으로 기층 또는 캐리어를 이용 또는 사용한다. 예를 들어, 일 구현예에서, 생물막 기층은 순 음전하를 갖는다. 그와 같은 생물막 기층은 오염물질, 예컨대 암모니아를 순 양전하로 흡수한다. 통기되지 않은 상(un-aerated phase) 동안, 생물막 기층은 순 양전하 오염물질, 예컨대 암모니아를 활성적으로 제거(흡수)하는 것은, 통기되지 않은 조건에서, 질산화세균 (nitrifiers), 예를 들어, AOB가 생물막에서 활성이 아니기 때문이다. 그 다음 호기 조건 동안, 순 양전하 오염물질, 예컨대 암모니아는 AOB에 의해 직접적으로 대사작용된다. 유리하게도 이는 생물막 표면과 관계없이 액체상에서 생물막상에 위치된 물질 전달 제한을 감소 또는 회피한다.
일부 구현예에서, 상기-기재된 생물막 기층은 흡수된 유입물 오염물질의 생물학적 흡수를 촉진시키는 다양한 환경적 조건에 노출된다. 환경적 조건은 호기 조건, 무산소 조건, 또는 혐기 조건의 하나, 또는 호기 조건, 무산소 조건, 및 혐기 조건 중 하나 초과의 설정을 포함한다. 예를 들어, 일 구현예에서, 혐기 상 동안, 유입물 오염물질, 예컨대 암모니아는 생물막 기층상에 흡수된다. 생물막은 니트라이트가 액체상으로부터, 예컨대 무산소 또는 호기 구역에서 이용가능한 환경적 조건에 노출된다. 상기 조건이 안나목스 박테리아의 증식을 촉진시키는 것은 박테리아가 생물막 내부에서 액체상 또는 AOB 층으로부터 흡수된 오염물질 (예를 들어, 암모니아) 및 니트라이트를 대사작용하기 때문이다.
처리 방법
구현예의 제4 세트는 오염수의 처리 방법에 관한 것이다. 구현예의 제4 세트에서, 오염수의 처리 방법은 이동형 생물막을 생물반응기에 부가하는 단계; 이동형 생물막에서 미생물 (박테리아로서)에 의해 하나 이상의 오염물질의 생화학적 변환에 적합한 생물반응기에서 조건을 설정하는 단계; 이동형 생물막, 대사작용된 오염물질, 및 처리수를 포함하는 생물반응기 유출물을 생산하기 위해, 계속해서 유동하는 생물반응기 유입물을 생물반응기에 부가하는 단계; 생물반응기 유출물로부터 이동형 생물막의 적어도 일부를 단리하는 단계; 및 분리된 이동형 생물막을 생물반응기로 반송하는 단계를 포함한다. 단리는 고체-고체 분리 유니트에 의해 달성된다. 일부 구현예에서, 단리는 사이클론성 단리를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 추가로 현탁된 증식물을 생물반응기에 부가하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 분할된 생물반응기 또는 연속적으로 2 이상의 단일-단계 또는 분할된 생물반응기 내부에서 호기 조건, 무산소 조건, 또는 혐기 조건의 하나, 또는 호기 조건, 무산소 조건, 및 혐기 조건 중 하나 초과의 설정을 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 추가로 생물반응기 내부에서 고형물의 침강 또는 부유를 충분히 방지하기 위해 생물반응기 내용물을 진탕하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 나머지 생물반응기 유출물로부터 이동형 생물막의 단리 이후, 상기 방법은 추가로 나머지 생물반응기 유출물을 분리시켜 2차 유출물 및 저류를 형성하는 단계를 포함한다. 다른 구현예에서, 상기 방법은 추가로 이동형 생물막의 단리에 앞서 생물반응기 유출물을 분리시켜 2차 유출물 및 저류를 형성하는 단계를 포함한다. 일부 상기 구현예에서, 상기 방법은 저류의 제1 저류 부분 및 제2 저류 부분으로의 분할, 제1 저류 부분의 생물반응기에 반송, 제2 저류 부분의 이동형 생물막 부분 및 나머지 고형물 부분으로의 분리, 및 분리된 이동형 생물막 부분의 생물반응기에 반송을 포함한다. 따라서, 상기 구현예에서, 저류는 2개의 분절, 반송 활성화 슬러지 및 폐기 활성화 슬러지로 분리된다. 반송 활성화 슬러지는 생물반응기 유입물에 이송된다. 폐기 활성화 슬러지는 고체-고체 분리 유니트에 이송되고 여기에서 이동형 생물막의 적어도 일부는 생물반응기 유출물로부터 분리되기 보다는 저류 지정된 폐기 활성화 슬러지의 부분에서 다른 미립자 물질로부터 분리된다. 분리된 이동형 생물막은 생물반응기에 반송된다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 생물반응기 유출물의 제1 생물반응기 유출물 및 제2 생물반응기 유출물로 분리하는 단계, 제1 생물반응기 유출물로부터 이동형 생물막의 적어도 일부의 단리 및 단리된 이동형 생물막을 생물반응기로 반송하는 단계, 액체-고체 분리 유니트 공정에서 제2 생물반응기 유출물을 2차 유출물 및 저류로 분리하는 단계, 및 저류를 반송 활성화 슬러지로서 생물반응기에 반송하는 단계를 포함한다.
구현예의 임의의 제4 세트에서, 생물반응기는 제1 생물반응기이고 생물반응기 유입물은 제1 생물반응기 유입물이고, 상기 방법은 단리된 생물막의 제1 생물반응기로 반송하기에 앞서 제2 생물반응기를 거쳐 단리된 이동형 생물막의 통과 단계를 추가로 포함하고, 추가로 여기에서 2차 생물반응기 유입물은 제2 생물반응기에 부가되고 제2 생물반응기의 조건은 제1 생물반응기의 조건과 상이하다.
도면의 상세한 설명
도 1은 이동형 생물막 120을 갖는 생물반응기 110, 고체-고체 분리 유니트 130, 및 액체-고체 분리 유니트 140을 포함하는 처리 시스템 100을 보여준다. 생물반응기 110은 살포기 112, 유입구 114, 및 유출구 116을 포함한다. 생물반응기 유입물은 살포기 112를 거쳐 기류에서 비롯하는 용해된 산소로 인해 호기 조건 처리되는 유입구 114를 통해 생물반응기 110에 진입한다. 이동형 생물막 120은 생물반응기 110 전반에 걸쳐 고르게 분배된다. 생물반응기 유입물이 유출구 116을 향하여 일반적으로 유입구 114로부터의 방향에서 생물반응기 110을 거쳐 유동함에 따라, 생물반응기 유입물에서 존재하는 하나 이상의 오염물질은 살포기 112, 생물반응기 유입물내 용해된 및 미립자 오염물질, 및 이동형 생물막 120을 거쳐 유동하는 공기에서 이용가능한 용해된 산소의 조합된 작용과 함께 생화학적 변환 공정을 거쳐 바이오매스 및 다른 반응 부산물로 전환된다. 유입물이 유출구 116에 도달함에 따라 생물반응기 유출물가 된다. 생물반응기 유출물은 생화학적 변환 공정에서 비롯하는 적어도 미립자 물질, 다른 용해된 및 미립자 물질, 처리수, 및 이동형 생물막을 포함하고; 생화학적 변환에서 비롯하는 고형물은 떼어낸 생물막 단편, 및 떼어낸 생물막 단편에서 결합되고 유출물 스트림에 현탁된 유기 및 무기 미립자 물질을 포함한다.
생물반응기 유출물은 고체-고체 분리 유니트 130으로 보내진다. 상기 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트 130은 하이드로사이클론이지만; 그러나, 숙련가는 다른 고체-고체 분리 유니트가 본원의 다양한 구현예에서 비제한적으로 유사하게 유용함을 인식할 것이다. 고체-고체 분리 유니트 130은 재도입 유입구 134를 거쳐 분리된 이동형 생물막을 생물반응기 110으로 선도하는 제1 유출구 132; 및 액체-고체 분리 유니트 유입구 138로 선도하는 제2 유출구 136을 갖는다. 고체-고체 분리 유니트 130의 작용은 제1 유출구 132 스트림 및 제2 유출구 136 스트림을 포함하는 출력의 분리된 스트림을 제공한다. 제1 유출구 132 스트림은 이동형 생물막 120 및 생물반응기 유출물의 나머지로부터 실질적으로 분리되는 처리수의 부분을 포함하고; 제1 유출구 132 스트림은 생물반응기 유입구 114에 재도입 유입구 134를 통해 생물반응기 110에 반송되는 이동형 생물막 120을 포함한다. 제2 유출구 136으로부터 스트림은 액체-고체 분리 유니트 유입구 138을 통해 액체-고체 분리 유니트 140에 이동한다. 보이는 특정한 구현예에서, 액체-고체 분리 유니트 140은 침전지 (또는 2차 청징기)이지만; 그러나, 다른 액체-고체 분리 유니트가 비제한적으로 본원의 다양한 구현예에서 이용됨이 인식될 것이다. 액체-고체 분리 유니트 140은 둑 142, 2차 유출물 유출구 144, 및 저류 유출구 146을 포함한다. 고체-고체 분리 유니트 제2 유출구 136 스트림은 저류로서 공지된 압축된 고형물을 창작하는 액체-고체 분리 유니트 140의 최하부를 향하여 고형물을 침강시키기 위해 고형물상에서 중력이 작용하는 액체-고체 분리 유니트 140에 진입하고, 그래서 저류가 액체-고체 분리 유니트 유출구 146에서 액체-고체 분리 유니트 140을 빠져나간다. 고체-고체 분리 유니트 유출구 136을 거쳐 생물반응기 유출물의 계속되는 유동은 2차 유출물가 둑(weir) 142를 통과하게 하고 2차 유출물 유출구 144를 빠져나가게 한다. 유출구 144 및 146을 빠져나가는 2차 유출물은 처분 또는 종래의 기술을 이용하는 차후의 처리를 위하여 단리된다.
도 2는 처리 시스템 100과 유사한 처리 시스템 101을 보여주지만, 단, 처리 시스템 101은 2개의 구역으로 분할된다. 제1 구역은 무산소 구역 115이고 제2 구역은 호기 구역 118이다. 무산소 구역 115 및 호기 구역 118은 격벽 벽 117에 의해 분리된다. 무산소 구역 115는 진탕기 119를 포함하고, 살포기 112의 결여를 특성으로 한다. 진탕기 119는, 무산소 구역 115 내부의 큰 표면적을 유지하고 생물반응기 유출물 유출구 116에 처리 시스템을 거쳐 일관된 유동을 확인하는, 이동형 생물막 120의 군집 및 침강/부유를 방지한다. 생물반응기 유입물은 유입구 114를 통해 생물반응기 110에 진입하고, 여기에서 살포기 112를 거쳐 호기 구역 118 속으로 기류를 통하여 호기 조건 처리된다. 이동형 생물막 120은 생물반응기 110 전반에 걸쳐 고르게 분배된다. 생물반응기 유입물이 일반적으로 생물반응기 유입물 유입구 114로부터 생물반응기 유출물 유출수 116을 향하는 방향으로 생물반응기 110을 거쳐 유동함에 따라, 생물반응기 유입물에서 존재하는 하나 이상의 오염물질은 무산소 환경, 호기 구역 118내 살포기 112를 거쳐 유동하는 공기에서 이용가능한 산소, 이동형 생물막 120, 및 내부 재순환 스트림 113의 조합된 작용을 갖는 생화학적 변환 공정을 거쳐 바이오매스 및 다른 반응 부산물로 전환된다. 내부 재순환 스트림 113은 생물반응기 유입물에서 다르게는 이용할 수 없는 반응 부산물로 부담된 물을 이송하고; 그렇게 함으로써, 이들 반응 부산물, 예를 들어 니트레이트/니트라이트-질소 (NOx-N)는 생물반응기 유입물에서 유기물과 반응하여 산화된 질소성 화합물을 오염수로부터 제거한다. 이동형 생물막 120을 포함하는, 생물반응기 유입물이 격벽 벽 117에 도달함에 따라 격벽 벽 117을 넘어 호기 구역 118로 유동한다. 유입물이 생물반응기 유출물 유출구 116을 향하여 계속 유동함에 따라, 생물반응기 유입물은 호기 조건하에서 이동형 생물막 120에서 증식하는 박테리아의 작용에 의해 생화학적 변환 공정이 추가로 행하여 진다.
도 3은 생물반응기 210, 액체-고체 분리 유니트 240, 및 고체-고체 분리 유니트 230을 포함하는 처리 시스템 200을 보여준다. 생물반응기 210은 살포기 212, 생물반응기 유입물 유입구 214, 및 생물반응기 유출물 유출구 216을 포함한다. 생물반응기 유입물은 살포기 212를 거쳐 기류에 의해 호기 조건 처리되는 생물반응기 유입물 유입구 214를 통해 생물반응기 210에 진입한다. 이동형 생물막 220 및 현탁된 증식물 218은 생물반응기 210 전반에 걸쳐 실질적으로 고르게 분배된다. 생물반응기 유입물이 일반적으로 생물반응기 유입물 유입구 214로부터 생물반응기 유출물 유출수 216을 향하는 방향으로 생물반응기 210을 거쳐 유동함에 따라, 생물반응기 유입물에서 존재하는 하나 이상의 오염물질은 살포기 212를 거쳐 유동하는 공기에서 이용가능한 용해된 산소, 현탁된 증식물 218, 및 이동형 생물막 220의 조합된 작용을 갖는 생화학적 변환 공정을 거쳐 바이오매스 및 다른 반응 부산물로 전환된다. 생물반응기 유입물이 생물반응기 유출물 유출구 216에 도달함에 따라 생물반응기 유출물가 된다. 생물반응기 유출물 유출구 216을 빠져나가는 생물반응기 유출물은 생화학적 변환에서 비롯하는 적어도 고형물, 다른 용해된 및 미립자 물질, 처리수, 현탁된 증식물 218, 및 이동형 생물막 220을 포함한다. 생화학적 변환에서 비롯하는 고형물은 떼어낸 생물막 단편, 현탁된 증식물, 유출물 스트림에 현탁된 유기 및 무기 미립자 물질, 떼어낸 생물막 단편 및 현탁된 증식물에서 결합된 유기 및 무기 미립자 물질을 포함한다.
생물반응기 유출물은 생물반응기 유출물 유출구 216을 빠져나가고 액체-고체 분리 유니트 240에 진입한다. 상기 구현예에서, 액체-고체 분리 유니트 240은 침전지이지만; 그러나, 숙련가는 다른 분리 유니트가 본원의 다양한 구현예에서 그리고 비제한적으로 유사하게 유용함을 인식할 것이다. 액체-고체 분리 유니트 240 내부에서, 중력은 떼어낸 생물막 단편, 현탁된 증식물 218, 및 이동형 생물막 220이 액체-고체 분리 유니트 240의 최하부를 향하여 침강하게 한다. 압축된 미립자 물질은 액체-고체 분리 유니트 유출구 246을 거쳐 액체-고체 분리 유니트 240을 빠져나가는 저류가 된다. 생물반응기 유출물 유출구 216을 거쳐 생물반응기 유출물의 계속되는 유동은 2차 유출물가 둑 242를 넘어 통과하게 하고 2차 유출물 유출구 244를 빠져나가게 한다. 2차 유출물 유출구 244는 처분 또는 종래의 기술을 이용하는 다른 최종 처리를 위하여 단리된다.
액체-고체 분리 저류 유출구 246은 2개의 스트림으로 나눠진다. 제1 저류 스트림은 반송 활성화 슬러지 유입구 248을 거쳐 생물반응기로 향하도록하는 반송 활성화 슬러지이다. 제2 저류 스트림은 고체-고체 분리 유니트 230에 진입한다. 상기 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트 230은 하이드로사이클론이지만; 그러나, 숙련가는 다른 고체-고체 분리 유니트가 본원의 다양한 구현예에서 그리고 비제한적으로 유사하게 유용함을 인식할 것이다. 고체-고체 분리 유니트 230은, 출력 스트림 238에 의해 나타내는 바와 같이, 폐기 활성화 슬러지가 종래의 기술을 이용하여 처분되게 하거나 다른 최종 처리에 유도되게 하는 제1 유출구 232를 갖는다. 고체-고체 분리 유니트 230은 또한 분리된 이동형 생물막을 생물반응기 210에 반송하는 재도입 유입구 235에 선도하는 제2 유출구 236을 갖는다. 저류 유출구 246으로부터 저류 스트림상에서 고체-고체 분리 유니트 230의 작용은 액체-고체 분리 유니트 유출구 246을 거쳐 액체-고체 분리 유니트 240을 빠져나가고 있는 저류에서 현탁된 다른 미립자 물질 및 현탁된 증식물 218로부터 분리되는 이동형 생물막 220의 표적 밀도 및 크기에 기반하여 제1 유출구 232 스트림 및 제2 유출구 236 스트림으로 스트림을 분리시킨다. 고체-고체 분리 유니트 제2 유출구 236 스트림은 이동형 생물막 220 및 저류의 나머지로부터 실질적으로 분리된 처리수의 부분을 함유하고; 이동형 생물막 220을 포함하는 고체-고체 분리 유니트 제2 유출구 236 스트림은 재도입 유입구 235를 통해 생물반응기 210에 반송된다. 고체-고체 분리 유니트 제1 유출구 232 스트림을 거쳐 유동하는 폐기 활성화 슬러지는 처분 또는 종래의 기술을 이용하는 다른 최종 처리를 위하여 단리된다.
반송 활성화 슬러지 유입구 248을 거쳐 생물반응기 210 속으로 역으로 향하도록하는 액체-고체 분리 유니트 유출구 246을 빠져나가는 저류의 양이 미리-한정된 체적 유량을 유지하기 위해 세팅되지만, 저류 및 반송 활성화 슬러지로서 체적 유량의 차이가 시스템으로부터 방출된 폐기 활성화 슬러지의 양에 기반하여 선택되는 것이 인식될 것이다.
일부 구현예에서, 도 3의 생물반응기는 2 이상의 구역으로 분할된다. 추가로, 일부 구현예에서, 생물반응기는 연속식 유동 교반 탱크 반응기, 또는 이의 시리즈로서 기능한다. 추가로, 일부 구현예에서, 생물반응기는 플러그 유동 반응기, 또는 이의 시리즈로서 기능한다. 추가로, 일부 구현예에서, 생물반응기는 배치식 반응기, 또는 이의 시리즈로서 기능한다. 추가로, 일부 구현예에서, 생물반응기는 호기 조건 대신 생물반응기 (또는 생물반응기 구역) 내부에서 무산소 또는 혐기 조건 처리된다. 호기 생물반응기는 탱크 최하부에 고정된 살포기를 거쳐 공기 유입을 수용한다. 상기 살포기를 거친 기류는 공정 요건을 만족시키기 위해 그리고 생물반응기 벌크-액체 용적 전반에 걸쳐 내용물을 고르게 분배하기 위해 필요한 용해된 산소를 제공한다. 혐기 및 무산소 생물반응기는 무산소 또는 혐기 환경이 필요한 생화학적 변환 공정을 심하게 억제하는 용해된 산소의 도입 없이 생물반응기 벌크-액체 용적 전반에 걸쳐 내용물을 고르게 분배하기 위해 진탕기 예컨대 프로펠러, 임펠러, 등을 필요로 한다.
도 4는 생물반응기 310, 액체-고체 분리 유니트 340, 및 고체-고체 분리 유니트 330을 포함하는 처리 시스템 300을 보여준다. 생물반응기 310은 살포기 312, 생물반응기 유입물 유입구 314, 제1 생물반응기 유출물 유출구 316, 및 제2 생물반응기 유출물 유출구 317을 포함한다. 생물반응기 유입물은, 살포기 312를 통해 호기 조건 처리되는, 생물반응기 유입물 유입구 314를 통해 생물반응기 310에 진입한다. 이동형 생물막 320 및 현탁된 증식물 318은 생물반응기 310에서 벌크-액체 전반에 걸쳐 실질적으로 고르게 분배된다. 생물반응기 유입물이 일반적으로 생물반응기 유입물 유입구 314로부터 제1 생물반응기 유출물 유출수 316을 향하는 방향으로 생물반응기 310을 거쳐 유동함에 따라, 생물반응기 유입물에서 오염물질 및 다량영양소는 살포기 312를 거쳐 기류에 의해 제공된 용해된 산소, 이동형 생물막 320, 및 현탁된 증식물 318의 조합된 작용에 의해 생화학적으로 변환된다. 생물반응기 유입물이 생물반응기 유출물 유출구 316에 도달함에 따라 생물반응기 유출물가 된다. 생물반응기 유출물 유출구 316 및 317을 빠져나가는 생물반응기 유출물은 생물반응기 310에서 발생하는 생화학적 변환 공정에서 비롯하는 적어도 미립자 물질, 다른 용해된 및 미립자 물질, 처리수, 현탁된 증식물 318, 및 이동형 생물막 320을 포함하고; 생물반응기 310에서 발생하는 생화학적 변환 공정에서 비롯하는 미립자 물질은 떼어낸 생물막 단편, 현탁된 증식물 318, 및 생물반응기 유출물 316, 317에 현탁된 및 떼어낸 생물막 단편 및 현탁된 증식물에 결합된 유기 및 무기 미립자 물질을 포함한다.
생물반응기 유출물의 제1 부분은 제1 생물반응기 유출물 유출구 316을 빠져나가고 액체-고체 분리 유니트 340에 진입한다. 다시, 보여준 액체-고체 분리 유니트 340은 침전지 (또는 2차 청징기)이지만, 액체-고체 분리를 위한 또 다른 장치는 비제한적으로 또한 적합하게 사용된다. 액체-고체 분리 유니트 340 내부에서, 중력은 생물반응기 유출물의 제1 부분이 2차 유출물 및 저류로 분리시키게 하고, 여기에서 저류는 적어도 현탁된 증식물 318 및 이동형 생물막 320을 포함한다. 저류는 액체-고체 분리 유니트 340을 액체-고체 분리 유니트 유출구 346을 거쳐 빠져나가고 생물반응기 유입물 유입구 314를 통해 생물반응기 310에 반송된다. 제1 생물반응기 유출물 유출구 316으로부터 생물반응기 유출물은 2차 유출물가 둑 342 넘어 통과하게 하고 2차 유출물 유출구 344를 통해 빠져나가게 하는 액체-고체 분리 유니트 340으로 유동한다. 2차 유출물 유출구 344를 빠져나가는 2차 유출물은 처분 또는 종래의 기술을 이용하는 다른 최종 처리를 위하여 단리된다.
생물반응기 유출물의 제2 부분이 제2 생물반응기 유출물 유출구 317을 빠져나가고 고체-고체 분리 유니트 330에 진입한다. 다시, 상기 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트 330은 하이드로사이클론이지만; 그러나, 숙련가는 다른 고체-고체 분리 유니트가 본원의 다양한 구현예에서 그리고 비제한적으로 유사하게 유용함을 인식할 것이다. 제2 생물반응기 유출물 유출구 317이 생물반응기에서 위치한 지점은 인자 예컨대 오염수 품질 및 처리 대상에 기반하여 선택된다. 일부 구현예에서, 생물반응기는 예컨대 상기 기재된 구현예에서 분할되고, 제2 생물반응기 유출물 유출구 317은 분할화의 성질, 오염수 품질, 및 처리 대상에 기반하여 예정된 구역에 위치된다. 고체-고체 분리 유니트 330은 제1 유출구 332 및 제2 유출구 336을 갖는다. 고체-고체 분리 유니트 330의 작용은, 현탁된 증식물 및 다른 미립자 물질의 실질적인 부분을 포함하는 고체-고체 분리 유니트 출력을 포함하는 제1 유출구 332, 및 분리된 이동형 생물막 320의 실질적인 부분을 포함하는 고체-고체 분리 유니트 출력을 포함하는 제2 유출구 336을 제공한다. 이동형 생물막 320은 제2 유출구 336에서 고체-고체 분리 유니트 330으로부터 분배되고 재도입 유입구 335를 통해 생물반응기 310에 반송된다. 재도입 유입구 335가 생물반응기에 위치된 지점은 인자 예컨대 오염수 품질 및 처리 대상에 기반하여 선택된다. 일부 구현예에서, 생물반응기는 예컨대 상기 기재된 구현예에서 분할되고, 재도입 유입구 335는 분할화의 성질, 오염수 품질, 및 처리 대상에 기반하여 예정된 구역에 위치된다. 생물반응기 유출물의 제2 부분으로부터 나머지 물질은 제1 유출구 332에서 고체-고체 분리 유니트 330으로부터 분배되고 처분 또는 종래의 기술을 이용하는 다른 최종 처리를 위하여 단리된다.
일부 구현예에서, 생물반응기 유출물 유출구 316 및 317은 분할되는 단일 유출구 속으로 조합되고, 여기에서 유동은 재순환된 분리된 고형물 대 처분된 고형물의 양을 제어하기 위해 고체-고체 분리 유니트 330 및 액체-고체 분리 유니트 340 속으로 분할 경로 사이에서 분할된다. 모든 상기 시나리오 및 이중 유출구 시나리오에서, 처분된 고형 폐기물의 양은 쉽게 제어되면서 이동형 생물막 320은 시스템 내부에서 확실하게 그리고 제어가능하게 재순환된다.
본원의 임의의 구현예에 기재된 바와 같이 실질적으로 임의의 입체배치의 시스템에서 다른 고형물로부터 이동형 생물막의 분리시 고체-고체 분리 유니트 효율은 임의의 주어진 시간에서 시스템에 체류하는 입자의 수 및 특정한 특성에 기반하여 약 50% 내지 99.9999%이다. 일부 구현예에서, 다른 고형물로부터 이동형 생물막의 분리시 고체-고체 분리 유니트 효율은 임의의 주어진 시간에서 시스템에 체류하는 입자의 수에 기반하여 약 60% 내지 99.9999%, 또는 약 70% 내지 99.999%, 또는 약 80% 내지 99.999% 또는 약 90% 내지 99%, 또는 약 95% 내지 99.9%, 또는 약 98% 내지 99.99%이다. 100% 미만인 오염수 처리 시스템 내부에서 다른 고형물로부터 이동형 생물막의 분리시 액체-고체 분리 유니트 공정 및 고체-고체 분리 유니트 효율의 결과는 이동형 생물막, 또는 이동형 생물막 기층이 경시적으로 대체되어야 한다는 것이다. 대체 이동형 생물막, 또는 이동형 생물막 기층은 유실된 이동형 생물막, 또는 이동형 생물막 기층을 대체하기 위해 시스템에 부가된다. 일부 구현예에서, 고체-고체 분리 유니트에서 다른 입자로부터 이동형 생물막 분리의 효율은 최적의 효율, 비용 유효성, 또는 다른 기준에 대하여 시스템 설계자에 의해 선택된다.
일부 구현예에서, 대체 입자는 오염수 처리 시스템으로부터 유실된 또는 분리된 2차 유출물 또는 다른 부분을 갖는 시스템을 빠져나가는 유실 이동형 생물막을 보충하기 위해 부가된다. 이동형 생물막, 또는 이동형 생물막 기층을 대체하기 위한 필요성에 영향을 미치는 다른 인자는 다르게는 물리적 손상, 생분해, 화학 분해, 또는 기층의 마멸을 포함한다. 일부 구현예에서, 이동형 생물막 기층은 (오염수 처리 시스템으로부터) 이동형 생물막 마멸의 속도와 동일한 속도로 오염수 처리 시스템에 계속해서 부가된다. 다른 구현예에서, 이동형 생물막 기층은 주기적으로, 즉, 배치식으로 부가된다. 주기적 부가는, 구현예에서, 오염수 처리 시스템 성능 악화를 초래하지 않는 간격으로 수행된다. 이런 식으로, 시스템은 처리 대상을 일정하게 및 일관되게 충족시킬 수 있다. 또 다른 구현예에서, 생물반응기는 제1 생물반응기이고 이동형 생물막 기층의 추가의 부분은 이동형 생물막의 증식을 촉진시키는 제2 생물반응기에서 증식 조건 처리된다. 제2 생물반응기에서 이동형 생물막은 오염수 처리 시스템 처리 대상을 충족시킬 수 있다. 제2 생물반응기에서 이동형 생물막은 이동형 생물막 마멸의 속도와 동일한 속도로 구현예에서 제1 생물반응기 (즉, 오염수 처리 시스템)로 향하게된다.
상기 기재된 처리 시스템과 함께 적합하게 이용된 추가의 구현예는 고체-고체 분리 유니트 유출구, 또는 유출구들의 다운스트림에 접해서 위치된, 2차 생물반응기, 또는 생물반응기들의 이용을 포함한다. 예를 들어, 도 1-4에서 보여준 임의의 구현예에서, 생물반응기는 제1 생물반응기이고 제2 생물반응기는, 예를 들어, 도 1 또는 2에서 재도입 유입구 134에 따라, 또는 도 3의 재도입 유입구 235에 따라, 또는 도 4의 재도입 유입구 335에 따라 적합하게 위치된다. 고체-고체 분리 유니트 유출구(들)과 제1 생물반응기 사이에 제2 생물반응기의 편입으로, 1차 생물반응기 유입물 스트림과 상이한 특성을 갖는 폐기 스트림은 제2 생물반응기 속으로 공급될 수 있고, 제2 생물반응기는 특이적 미생물, 또는 미생물 (박테리아로서)의 그룹을 증식시키기 위해 고유 설정된 환경적 조건을 갖는다. 상기 특이적 미생물, 또는 미생물 (박테리아로서)의 그룹은 그 다음 단지 제1 생물반응기에서 다르게는 가능하지 않은 오염수 처리의 기전을 달성하기 위해 2차 생물반응기에 공급되고/거나 제1 생물반응기에 공급되는 오염수 스트림의 처리에 사용된다. 일부 구현예에서, 특이적 미생물, 또는 미생물 (박테리아로서)의 그룹은 호기, 무산소, 또는 혐기 환경에서 증식한다. 다른 구현예에서, 사전규정된 기간 동안 교대 환경 예컨대 주기적 호기 및 혐기 조건을 필요로 한다.
한 상기 구현예에서, 혐기 암모니아 산화, 또는 아남목스, 박테리아는 상기 제1, 제2, 또는 제3 구현예에 기재된 바와 같이 오염수 처리 시스템에 따라 위치된 2차 생물반응기 내부에서 이용된 이동형 생물막에 축적할 수 있다. 아남목스 박테리아는 질화 생물막 및 활성화 슬러지 공정에서 발견되는 흔한 박테리아 종인 니트라이트 산화 박테리아, 또는 NOB를 축적하는 오염수 처리 시스템에서 축적하지 않을 것이다. 현명하게 선택된 입자 크기 및 밀도를 갖는 및 적절한 고체-고체 분리 유니트 치수로 커플링된 이동형 생물막의 사용은 이동형 생물막과 조합된 현탁된 증식물을 갖는 생물반응기로부터 출력을 수용하기 위해 유용하게 연결되고, 특이적 미생물, 또는 미생물 (박테리아로서)의 그룹 예컨대 아남목스 박테리아의 축적을 촉진시키기 위해 2차 생물반응기에 현탁된 증식물이 없는 이동형 생물막을 전달할 수 있음이 본 발명의 이점이다. 이런 식으로, 모든 유기 폐기물 및 질소성 화합물로 오염된 물 스트림을 처리할 수 있는 압축 및 효율적 시스템이 제공된다.
도 5는 도 4처럼 예시된 처리 시스템을 보여주고, 도 5의 구현예에서 제1 생물반응기 310인, 생물반응기 310 및 (분리된 이동형 생물막을 포함하는) 고체-고체 분리 유니트 330 제2 유출구 336과 유체 소통하도록, 재도입 유입구 335에 따라 위치된 제2 생물반응기 350을 부가한다. 제2 생물반응기 350은 이동형 생물막 320, 진탕기 352, 제1 유입구 354, 제2 유입구 356, 및 유출구 358을 포함한다. 제2 생물반응기 350은 현탁된 증식물 318의 실질적인 부재를 특성으로 한다. 생물반응기 전반에 걸쳐 공정 산소 요건 및 이동형 생물막의 실질적으로 고른 분배는 진탕기/통풍기 352로 달성된다. 2차 유입물은 생물반응기 유입물 유입구 314를 거쳐 제1 생물반응기 310에 진입하는 1차 생물반응기 유입물의 속도 초과, 동일, 또는 미만인 속도로 제1 유입구 354를 거쳐 제2 생물반응기 속으로 유동한다. 2차 유입물 공급원은 생물반응기 유입물 유입구 314를 통해 제1 생물반응기 310에 진입하는 생물반응기 유입물 공급원과 동일한 유입물 공급원이거나, 또는 상이한 유입물 공급원이다. 이동형 생물막 320은 고체-고체 분리 유니트 330의 제2 유출구 336으로부터 제2 유입구 356을 통해 제2 생물반응기 350에 진입한다. 2차 생물반응기 유입물은 이동형 생물막 320의 존재하에 호기, 무산소, 혐기, 또는 주기적 조건 처리된다. 이동형 생물막 320은 통풍기/진탕기 352에 의해 제2 생물반응기 350 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분배된다. 2차 생물반응기 유입물이 일반적으로 제1 유입구 356으로부터 유출구 358을 향하는 방향으로 제2 생물반응기 350을 거쳐 유동함에 따라, 2차 생물반응기 유입물은 제2 생물반응기 350 내부에서 지지된 생화학적 변환 공정을 거쳐 2차 생물반응기 유출물가 된다. 이동형 생물막 320을 포함하는, 2차 생물반응기 유출물은 재도입 유입구 335를 통해 제1 생물반응기 310에 재도입된다.
대안적으로, 상기 제시된 도 5에서, 재도입 유입구 335의 위치는 유입물 스트림의 특성 및 최종적인 처리 대상에 기반하여 선택된다. 따라서, 예를 들어, 일부 구현예에서 재도입 유입구 335는 직접적으로 생물반응기 310 보다는 생물반응기 유입물 유입구 314와 유체 연결로 적합하게 배치되고; 재도입 유입구 335를 위한 다양한 위치는 본 개시내용 전반에 걸쳐 이용된 시스템의 범위 내로서 추가로 구상된다.
도 5에 대한 또 다른 대안에서, 생물반응기 310은 2 이상의 구역으로 분할되고, 재도입 유입구 335의 위치는 처리 대상, 오염수 품질, 및 숙련가에 의해 구상될 수 있는 다른 고려사항들에 기반하여 구역들 중 하나로 유동하도록 선택된다.
도 5에서, 제2 생물반응기 유입물은 사용자에 의해 선택된 바와 같이 호기, 무산소, 및/또는 혐기 조건, 또는 주기적 호기-무산소 조건 처리된다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 제2 생물반응기는 아주 낮은 용해된 산소 농도를 유지하기 위한 살포기 및 생물반응기 내에서 모든 고형물의 실질적으로 균일한 분배를 확인하기 위한 진탕기를 포함한다.
도 6은 도 5의 또 다른 대안적인 구현예를 보여준다. 도 6에서, 제2 생물반응기 351은 (분리된 이동형 생물막을 유도하는) 고체-고체 분리 유니트 제2 유출구 336과 유체 소통하도록 재도입 유입구 335에 따라 고체-고체 분리 유니트 330의 다운 스트림에 인접해서 위치되고, 제1 생물반응기 310에 그 내용물을 궁극적으로 재유도한다. 제2 생물반응기 351의 내용물이 재도입 유입구 335를 거쳐 제1 생물반응기 310에 도입되는 지점은 처리 대상, 오염수 품질, 및 숙련가에 의해 구상될 수 있는 다른 고려사항들에 의해 결정된다. 제2 생물반응기 351은 이동형 생물막 320, 통풍기/진탕기 352, 제1 유입구 356, 제2 유입구 353, 및 유출구 358을 포함한다. 제2 생물반응기 351은 실질적인 현탁된 증식물 318의 부재를 특성으로 한다. 2차 생물반응기 유입물 공급원은 생물반응기 유입물 유입구 314를 거쳐 제1 생물반응기 310에 진입하는 생물반응기 유입물의 속도 초과, 동일, 또는 미만인 속도로 제1 유입구 353을 거쳐 진입한다. 2차 유입물 공급원은 생물반응기 유입물 유입구 314를 통해 생물반응기 310에 진입하는 생물반응기 유입물 공급원과 동일한 유입물 공급원이거나, 또는 상이한 유입물 공급원이다. 이동형 생물막 320은 고체-고체 분리 유니트 제1 유출구 336으로부터 제1 유입구 356을 통해 제2 생물반응기 351에 진입한다. 2차 생물반응기 유입물은 제2 생물반응기 351 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분배되는 이동형 생물막 320의 존재하에 호기, 무산소, 및/또는 혐기 조건 처리된다. 2차 생물반응기 유입물이 일반적으로 제1 유입구 356으로부터 유출구 358을 향하는 방향으로 제2 생물반응기 351을 거쳐 유동함에 따라 유입물은 제2 생물반응기 351 내부에서 지지된 생화학적 변환 공정을 거쳐 2차 생물반응기 유출물가 된다. 이동형 생물막 320을 포함하는, 2차 생물반응기 유출물은 재도입 유입구 335를 통해 제1 생물반응기 310에 재도입된다.
도 6의 대안적인 구현예에서, 제1 생물반응기 310은 분할된다. 그와 같은 구현예에서, 제2 생물반응기 351의 내용물이 재도입 유입구 335를 거쳐 제1 생물반응기 310에 도입되는 구역은 숙련가에 의해 구상된 처리 대상, 오염수 품질, 및 다른 고려사항들에 의해 결정된다.
도 6은 추가로 현탁된 증식물 318 및 다른 미립자 물질을 포함하는 고체-고체 분리 유니트 제2 유출구 332와 유체 소통하도록 고체-고체 분리 유니트 330의 다운 스트림에 위치한 제3 생물반응기 361을 보여주지만, 그러나 이동형 생물막 320으로부터 실질적으로 분리된다. 제3 생물반응기 361은 현탁된 증식물 318', 통풍기/진탕기 362, 제1 유입구 364, 제2 유입구 363, 및 유출구 368을 포함한다. 현탁된 증식물 318'는, 제3 생물반응기 361 내부에서 환경적 조건에 따라 현탁된 증식물 318과 동일하거나, 또는 상이하다. 제3 생물반응기 361은 거기에서 처분된 이동형 생물막의 실질적인 부재를 특성으로 한다. 3차 생물반응기 유입물 공급원은 제1 생물반응기 310에 진입하는 1차 생물반응기 유입물의 속도 초과, 동일, 또는 미만인 선택된 속도로 제2 유입구 363을 거쳐 진입한다. 제3 생물반응기 제2 유입구 363을 거쳐 유동하는 3차 유입물 공급원은 제1 생물반응기 310에 진입하는 1차 유입물 공급원과 동일하거나, 또는 제2 생물반응기 351에 진입하는 2차 생물반응기 유입물 공급원과 동일하거나, 또는 한쪽 1차 또는 2차 유입물 공급원과 상이한 유입물 공급원이다.
현탁된 증식물 318'는 고체-고체 분리 유니트 제2 유출구 332로부터 제1 유입구 364를 거쳐 제3 생물반응기 361에 진입한다. 제3 생물반응기 유입물은 또한 2차 생물반응기 361 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분배되는 현탁된 증식물의 존재하에 선택된 바와 같이 호기, 무산소, 및/또는 혐기 조건 (예를 들어, 정적 또는 주기적 호기-무산소 조건) 처리되고; 따라서, 일부 구현예에서, 산소의 공급원은 제3 생물반응기 361 내부에 추가로 제공된다. 3차 생물반응기 유입물이 일반적으로 제1 유입구 354로부터 유출구 368을 향하는 방향으로 제3 생물반응기 361을 거쳐 유동함에 따라, 3차 유입물은 제3 생물반응기 361 내부에서 지지된 생화학적 변환 공정을 거쳐 3차 생물반응기 유출물가 된다. 현탁된 증식물 318'를 포함하는, 3차 생물반응기 유출물은 현탁된 증식물 유출구 366과 붙어있는 공지된 기술로 고형물 관리 설비로 처리되거나 또는 이송된다.
도 6에 의해 예시된 대안적인 구현예의 적용예는, 예를 들어, 미국 특허 번호 7,604,740에 기재된 공정과 함께 유용하고, 여기에서 슬러지 처리에 앞서 인 및 마그네슘의 선택적 방출은, 휘발성 지방산이 풍부한, 제3 생물반응기 361의 제2 유입구 363에 의해 제공된 상기 구현예에서, 특성적 스트림을 가짐으로써 수행된다. 제3 생물반응기 유입구 364는, 현탁된 증식물 318, 다른 미립자 물질을 포함하는, 고체-고체 분리 유니트 제2 유출구 332로부터 현탁된 증식물을 수용하고, 이동형 생물막이 실질적으로 없다. 본 예 구현예에서, 제3 생물반응기 361은 현탁된 증식물 318'가 거기에 내인성 호흡 또는 대사성 공정의 결과로서 생물반응기 361 속으로 방출된 내부 마그네슘 및 인 보관 저장기를 갖는 혐기 조건하에서 작동한다. 따라서, 유출구 368을 통해 제3 생물반응기 361을 빠져나가는 출력은 상승된 인 및 마그네슘 농도를 특성으로 한다. 폐기 활성화 슬러지 유출구 366에 남아있는 과잉의 인 및 마그네슘은 오수 및/또는 슬러지 처리를 위하여 마그네슘 및/또는 인을 필요로 하는 생물학적 오수 처리 유니트에 적용되는 바와 같이 또는 화학 영양소 생성물로서 제3 생물반응기 361에서 방출된 마그네슘 및/또는 인을 복구하기 위한 방법으로 처리될 수 있다. 본원에서 개시된 바와 같이 실질적으로 이러하면서 관련된 시스템에서, 처리 대상을 위하여 마그네슘 및 인을 필요로 하는 임의의 오염수 처리 방법이 상기 제3 생물반응기 봉입체(inclusion)로부터 유익할 것임이 인식될 것이다.
숙련가는 특화된 처리 시나리오를 위하여 맞춤화된 추가의 특화된 생물반응기 및 처리 시스템을 포함하는 이의 다른 특화된 시스템 및 변형이 본원에서 기재된 임의의 다른 구현예와 함께 제시된 일반적인 원리를 사용하여 쉽게 시행됨을 인식할 것이다. 예를 들어, 구현예에서, 다중 이동형 생물막-기반 생물반응기는 유입물 및/또는 유출물 스트림의 현명한 분할에 의해 단일 처리 시스템에서 유체 연결로 시행된다. 또 다른 예에서, 2차 생물반응기는 제2 호기 생물반응기이다. 추가의 또 다른 예에서, 도 5의 생물반응기 310은 혐기 생물반응기이고 2차 생물반응기 350은 호기 생물반응기이다. 숙련가는 많은 추가의 예를 쉽게 구상할 수 있다.
본원에서 예시적으로 개시된 본 발명은 본원에서 특이적으로 개시되지 않은 임의의 요소의 부재하에 적합하게 실시될 수 있다. 본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태로 되기 쉬우면서, 이의 세목은 예로써 보여지고, 상세히 기재된다. 그러나, 본 발명이 기재된 특정한 구현예에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 반대로, 취지는 본 발명의 정신 및 범위 내에 해당하는 변형, 등가, 및 대안을 포함하는 것이다. 본원에 기재된 바와 같이, 추가로 본 발명의 각각의 그리고 모든 구현예는 본원에서 기재된 임의의 다른 구현예와 조합으로 또는 단독으로 사용될 의도 뿐만 아니라 본 발명의 정신 및 범위내에 해당하는 이의 변형, 동등, 및 대안이 사용될 의도이다.
다양한 구현예에서, 본 발명은 본원에서 기재된 요소를 적합하게 포함하거나, 본질적으로 이루어지거나, 또는 이루어지고 그리고 청구항에 따라 청구된다.

Claims (49)

  1. 하기를 포함하는, 처리 시스템:
    하나 이상의 오염물질을 갖는 제1 생물반응기 유입물(influent)을 수용하기 위해 적응된 유입구, 상기 제1 생물반응기로부터 생물반응기 유출물(effluent)의 제1 부분을 분배하기 위해 적용된 제1 생물반응기 유출물 제1 유출구 및 상기 제1 생물반응기로부터 생물반응기 유출물의 제2 부분을 분배하기 위해 적용된, 상기 제1 생물반응기 유출물 제1 유출구와 상이한, 제1 생물반응기 유출물 제2 유출구를 포함하는 제1 생물반응기로서, 상기 생물반응기 유출물의 제2 부분은 이동형 생물막을 포함하는, 제1 생물반응기;
    상기 제1 생물반응기 유출물 제1 유출구과 직접적인 유체 소통되는 액체-고체 분리 유니트;
    상기 제1 생물반응기의 제1 생물반응기 유출물 제2 유출구와 직접적인 유체 소통되면서, 상기 생물반응기 유출물의 제2 부분을 이동형 생물막을 포함하는 스트림 및 잔류 고형물을 포함하는 스트림 속으로 수용하고 분리하기 위해 적응되고, 그리고 상기 이동형 생물막을 포함하는 상기 스트림을 상기 제1 생물반응기로 반송하기 위한 유출구를 포함하는 고체-고체 분리 유니트; 및
    상기 제1 생물반응기와 상기 고체-고체 분리 유니트의 유출구 간에 유체 소통되도록 배치되는 제2 생물반응기로서, 상기 고체-고체 분리 유니트로부터 이동형 생물막을 포함하는 스트림을 수용하기 위한 제1 유입구, 제2 생물반응기 유입물을 수용하기 위한 제2 유입구, 및 제2 유출물을 상기 제1 생물반응기로 분배하기 위한 유출구를 갖는 제2 생물반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 생물반응기가, 작동시에, 호기 조건, 무산소 조건, 혐기 조건, 또는 이들의 2 이상의 조합을 유지하는, 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고체-고체 분리 유니트로부터 잔류 고형물을 포함하는 상기 스트림을 수용하기 위하여 그리고 잔류 고형물을 포함하는 상기 스트림을 2차 유출물 및 저류(underflow)로 추가 분리하기 위하여 적응된 또 하나의 액체-고체 분리 유니트를 추가로 포함하는, 처리 시스템.
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  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고체-고체 분리 유니트가 하이드로사이클론을 포함하는, 처리 시스템.
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  9. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 생물막이 리그노셀룰로오스성 입자, 생물학적 과립, 또는 이들의 조합을 포함하는, 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 생물막이 유입물 오염물질의 흡수를 촉진시키는 특성을 포함하는, 처리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 특성이 순 음전하인, 처리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 유입물 오염물질이 순 양전하를 갖는, 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 유입물 오염물질이 암모니아인, 처리 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 생물반응기가, 작동시에, 호기 조건, 무산소 조건, 혐기 조건, 또는 이들의 2 이상의 조합을 유지하는, 처리 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서, 이동형 생물막을 포함하는 상기 스트림이 상기 고체-고체 분리 유니트에 의해 수용되는 상기 생물반응기 유출물의 제2 부분에 존재하는 50%와 100% 사이의 이동형 생물막을 포함하는, 처리 시스템.
  16. 삭제
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 생물반응기 유입물의 공급원이 상기 제2 생물반응기 유입물의 공급원과 상이한, 처리 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 생물반응기가, 작동시에, 호기 조건, 무산소 조건, 혐기 조건, 또는 이들의 2 이상의 조합을 유지하는, 처리 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 고체-고체 분리 유니트로부터 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 수용하기 위해 적응된 제3 생물반응기를 추가로 포함하고, 상기 제3 생물반응기가 잔류 고형물을 포함하는 스트림을 수용하기 위한 제1 유입구, 제3 생물반응기 유입물을 수용하기 위한 제2 유입구, 및 제3 유출물을 분배하기 위한 유출구를 갖는, 처리 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제3 생물반응기 유입물의 공급원이 상기 제1 및 제2 생물반응기 유입물의 공급원과 상이한, 처리 시스템.
  21. 삭제
  22. 하기 단계를 포함하는, 오염수의 처리 방법:
    (a) 제1 생물반응기 유입물 및 이동형 생물막을 제1 생물반응기에 부가하는 단계;
    (b) 상기 이동형 생물막에 적합한 조건을 제공하여 상기 제1 생물반응기 유입물에서 하나 이상의 오염물질을 생화학적으로 변형시켜 적어도 상기 이동형 생물막, 물, 및 잔류 고형물을 포함하는 제1 생물반응기 유출물을 형성하는 단계;
    (c) 액체-고체 분리 유니트에서, 상기 제1 생물반응기 유출물의 제1 부분으로부터 물을 분리시켜 저류를 형성하는 단계;
    (d) 고체-고체 분리 유니트에서, 상기 제1 생물반응기 유출물의 제2 부분으로부터 50% 내지 100%의 이동형 생물막을 단리시켜 단리된 이동형 생물막 스트림 및 잔류 고체 스트림을 형성하는 단계;
    (e) 제2 생물반응기 유입물, 및 상기 단리된 이동형 생물막 스트림의 일부분을, 상기 고체-고체 분리 유니트와 상기 제1 생물반응기 사이에 위치하는, 제2 생물반응기에 부가하는 단계;
    (f) 상기 제2 생물반응기에 부가된 단리된 이동형 생물막 스트림의 일부분에 적합한 조건을 제공하여 상기 제2 생물반응기 유입물에서 하나 이상의 오염물질을 생화학적으로 변형시켜 상기 단리된 이동형 생물막을 포함하는 제2 생물반응기 유출물을 형성하는 단계; 및
    (g) 상기 제2 생물반응기 유출물을 상기 제1 생물반응기로 전달하는 단계.
  23. 제 22 항에 있어서, 단계 (a)가 현탁된 증식물을 상기 제1 생물반응기에 부가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 단리가 사이클론성 단리인, 방법.
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  32. 제 22 항에 있어서, 또 하나의 액체-고체 분리 유니트에서, 상기 제1 생물반응기 유출물의 제2 부분으로부터 물을 분리시켜 저류를 형성하는 단계로서, 상기 제1 생물반응기 유출물의 제2 부분은 상기 잔류 고체 스트림을 포함하는, 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  33. 제 22 항에 있어서, 또 하나의 고체-고체 분리 유니트에서, 상기 액체-고체 분리 유니트의 저류내의 이동형 생물막을, 상기 액체-고체 분리 유니트의 저류내의 잔류 고형물로부터 단리시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  34. 제 22 항에 있어서, 단계(c) 및 (d)가 동시에 수행되고, 하기 단계를 추가로 포함하는, 방법:
    상기 잔류 고형물 스트림을 처분하는 단계 또는 상기 잔류 고형물 스트림에 추가 처리를 행하는 단계; 및
    상기 저류를 상기 제1 생물반응기로 향하도록하는 단계.
  35. 제 22 항에 있어서, 상기 잔류 고형물 스트림을 또 하나의 액체-고체 분리 유니트로 향하도록하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  36. 제 22 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는, 방법:
    상기 고체-고체 분리 유니트로부터의 상기 잔류 고형물 스트림을 제3 생물반응기로 향하도록하는 단계; 및
    제3 생물반응기 유입물을 상기 제3 생물반응기에 부가하는 단계.
  37. 제 22 항에 있어서, 상기 저류를 상기 제1 생물반응기로 전달하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  38. 제 22 항에 있어서, 상기 잔류 고형물 스트림을 제3 생물반응기로 전달하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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