KR20030059178A - 개선된 고형물 저감 기능을 가지는 폐수 처리 장치 및 방법 - Google Patents
개선된 고형물 저감 기능을 가지는 폐수 처리 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폐수 처리 프로세스에 관한 것으로, 이는 생물학적 산소 요구량을 감소시키고 생물학적 영양물 저감을 활용하면서, 내생 호흡을 통해 총 고형물의 개선된 저감을 제공한다. 폐수 처리 프로세스는 유기물을 산화시키는데 필요한 시간을 극적으로 감소시키기 위해 효과적인 포기 전달 시스템을 사용하며, 유기물과 미소유기체를 재순환, 단편화 및 균질화하고, 종래의 시스템 보다 몇 배로 전체 질량을 산화시켜 보다 큰 생물학적 고형물 소화율을 초래한다.
Description
현재, 폐수 처리 플랜트에서 사용되는 프로세스는 땅의 대규모 사용과 함께 비교적 높은 비율로 에너지, 재료 및 노동력을 사용하는 전통적인 방법을 따른다. 전통적인 폐수 처리 방법에 연계된 높은 비용은 펌프, 송풍기, 공기 압축기, 스크레이퍼, 필터, 화학제, 열, 압력, 응고제, 응집제, 침전제 및 탈수제 같은 장비로 모든 폐수 유동 성분을 처리, 취급 및 모니터링하는 것으로 인한 것이다. 전통적인 폐수 처리 시스템에서, 폐수는 높은 에너지를 소모하는 방법을 사용하여 처리된다. 이들 방법은 호기성 소화, 혐기성 소화, 찌끼 농밀화, 및 고형물 탈수 프로세스를 비제한적으로 포함한다. 이들 처리와 연계된 비용의 양은 플랜트 운영 에너지 예산의 약 85%에 달한다.
폐수 처리를 받게되는 전통적인 유입 폐수 흐름에서, 전체 폐수 흐름의 99.9%는 물이고, 약 0.1%가 유기물, 무기물 및 용존 고형물이다. 통상적인 유입 폐수 흐름은 또한 다양한 농도의 영양물도 포함한다. 제거될 필요가 있는 폐수 흐름내의 영양물은 분해를 위해 반드시 충족되어야만 하는 산소 요구량을 가진다. 산업에서, 이 산소 요구량은 생화학적 산소 요구량(BOD)이라 지칭된다. 약 0.1% 고형물 중, 약 10% 내지 20%는 BOD의 약 35%를 포함하는 정착형 고형물이다. BOD의 나머지 65%는 도시 폐수의 용존 유기물 부분에 포함된다. 도 13 참조.
전통적인 폐수 처리 시스템의 고형물(찌끼) 취급 시스템에서, 가공 에너지는 체적의 약 50% 감소 레벨로 소화되어 감소되도록 전개되며, 유기물 중 나머지 50%는 지상 매립 폐기, 소각 및 지상 응용을 포함하는 다양한 수단에 의해 폐기된다. 기는 고형물의 취급을 위한 부가적인 에너지 및 비용을 소모한다. 유기물의 폐기에 대한 대부분의 필요성을 소거시키는 시스템 및 방법을 갖게되는 것이 유리하다.
본 발명은 개선된 수성 폐기물 처리를 제공하는 수성 폐기물 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 수성 폐기물의 처리의 개선을 제공하도록 개선된 기능성, 작업 및 포기(aeration) 기술을 채용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 다양한 폐수 처리 프로세스의 생물량, 용해성 유기 양분 및 총 산소 흡입 대 시간의 상대 농도를 도시하는 그래프.
도 2는 폐수 처리 프로세스의 대사작용 대 F/M(양분 대 미소유기체) 비율의 비율을 도시하는 그래프.
도 3은 다양한 폐수 처리 시스템에 대한 비교 데이터를 도시하는 챠트.
도 4A 및 도 4B는 굴곡 유동, 질화, 탈질화 및 인 감소를 도시하는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 8-용기 플랜트 레이아웃의 개략도.
도 5A 및 도 5B는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 8-용기 플랜트 레이아웃의 개략도.
도 6A 및 도 6B는 플러그 유동의 특정 유동 특성, 질화 및 탈질화를 도시하는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 7-용기 플랜트 레이아웃의 개략도.
도 7A 및 도 7B는 플러그 유동의 특정 유동 특성, 질화 및 탈질화를 도시하는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 6-용기 플랜트 레이아웃의 개략도.
도 8A 및 도 8B는 단계 공급의 특정 유동 특성, 질화, 탈질화 및 인 저감을 도시하는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 8-용기 플랜트 레이아웃의 개략도.
도 9A 및 도 9B는 단계 공급의 특정 유동 특성, 질화 및 탈질화를 도시하는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 7-용기 플랜트 레이아웃의 개략도.
도 10A 및 도 10B는 단계 공급의 특정 유동 특성 및 질화를 도시하는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 7-용기 플랜트 레이아웃의 개략도.
도 11은 각각 다수의 용기를 포함하는 다수의 처리 영역으로 구성된 폐수 처리 시스템의 개략적인 예시도.
도 12는 영역 유동도를 포함하는 본 발명의 용기 구조의 개략적인 예시도.
도 13은 전형적인 도시 폐수내의 원 유입의 고형물 조성을 예시하는 도면.
도 14는 폐수 질소 사이클을 도시하는 도면.
도 15는 선택적인 포기기 우회로를 구비한 재순환 포기 시스템(RCAS)의 개략적인 예시도.
도 16은 MCRT에 관련한 30분 고형물 정착을 도시하는 챠트.
도 17은 MCRT와 F/M 비율에 관련하여 부패 계수(kd)가 계산되는 방식을 예시하는 도면.
도 18은 재가공을 위해 포획된 고형물을 반환하기 위해 정화기에 연결된 여과 영역을 구비한, 도 5A 및 도 5B에 도시된 프로세스의 단순화된 도면.
본 발명의 목적은 유기물 및 화학제를 포함하는 수성 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유기물의 분해를 위해 필요한 시간 및 에너지를 감소시키기 위해 보다 큰 통풍 효율 및 처리 영역의 재순환으로 활성화된 찌끼 프로세스를 사용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템으로부터 정착된 유기물의 내부적 제거인 폐수 활성화 찌끼(WAS) 형태의 유기물의 폐기물을 현저히 감소시켜, 고형물 취급 설비의 비용 및 노력을 감소시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고농도의 산업적 유형의 영양물을 포함하는 수성 폐수를 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전형적 농도의 화학적 산소 요구량(COD), BOD, 암모니아 및 인을 가지는 도시 폐수를 처리하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 통상적으로 동물형 폐기물에서 발견되는 높은 농도 레벨의 COD, BOD, 암모니아 및 인을 가지는 산업적 강도의 폐기물을 처리하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 산업적 제조업자 또는 동물 폐기물 설비로부터 발생할 수 있는 것 같은 현장 설비로부터 폐수를 예비처리하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 포기 시스템 보다 우월하고, 보다 적합한 포기, 혼합, 균질화 및 단편화의 조합을 제공하는 효과적인 재순환 포기 시스템(RCAS)을 활용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 설계, 운영, 구축, 초기화, 관리, 확장 및 유지가 종래의 처리 시스템 보다 용이한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 처리 및 유동 조건의 변화에 보다 용이하게 적응할 수 있고, 자동화, 감시 및 제어가 종래의 처리 시스템 보다 용이한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유사한 폐수 처리 요구조건에 비해, 종래의 폐수 처리 플랜트에서 발견되는 것 보다 전체적으로 작은 점유면(지면적)을 사용하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 폐수 처리 시스템 보다 운영이 보다 경제적인 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 폐수 처리 시스템 보다 건축 및 운영이 저가인 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 강한 포기를 전달하는 기능에 관하여 확산기의 배치를 위한 용기 바닥 표면적에 의해 한정되지 않는 포기조내의 보다 많은 양의 폐수를 처리하기 위한 처리 용기의 기능을 증가시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 현저히 증가된 부패 계수(kd)를 제공하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 처리 시스템의 것을 초과하는 평균 셀 잔류 시간(MCRT)을 증가시켜 증가된 휘발성 고형물을 제공하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 처리 시스템의 비율 범위 초과 또는 미만의 미소유기체에 대한 고 유연성 양분(F/M) 비율 범위를 허용하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 매우 급속히 증가하는 혼합된 액체 현탁 고형물(MLSS) 농도, 개시 시동을 위한 낮은 전력 비용 및 속도 찌끼의 운반을 위한 감소된 비용을 비제한적으로 포함하는 시동 비용을 절감시켜 증가된 효율을 가지는설계 유동 용량을 달성하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 신속한 최초 플랜트 시동을 위해 시동 상태 동안 일 유형의 순차 배치 반응 시스템을 위한 원추 저면형 용기를 사용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 혼란 상태로부터 복구하는 미소유기체를 신속히 증식시키도록 미소 집단(micro colonies)이 프로세스를 혼란시킨 후속 상태를 급속히 증식시킬 수 있게 하는 일 유형의 순차 배치 반응을 위한 원추 저면형 용기를 사용하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 폐수 처리 시스템 보다 양호한 배출 품질로 폐수를 처리하기 위해 보다 적은 수의 장치와 공정을 포함하는 처리 플랜트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 정화기내에 스크랩핑, 레이킹(raking) 또는 브러싱 장치에 대한 필요 없이 정화를 통해 액체로부터 고형물을 분리하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 정화기, 여과 구조체 및 유기물을 추가로 포획하고 연속적 고형물 소화를 위해 포기 영역으로 유기물을 반환하는 광학적 제 3 처리 시스템을 비제한적으로 포함하는 고형물 포획 영역으로서 작용하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유기 질소의 산화를 통해 폐기물 흐름내의 전체 질소를 보다 안정한 질산염 화합물로 환원시키고, 그후, 이 질소화물 화합물이 탈질화 프로세스에 의해 폐기물 흐름내에서 환원되게 하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유기물의 분해시 새로운 세포로 증식하기 위해 사용되고 미소유기체 소화를 통해 폐기물 흐름내의 인을 감소시키는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 영역 지정이고, 용기 지정이 아닌 처리 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 지정 유동 및 지정 처리 프로세스를 수용하는 시스템 디자인을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐수내의 병원 유기체의 수의 감소를 위해 RCAS 시스템의 환상 소용돌이 작용을 사용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수성 용액의 화학적 산화를 허용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 미소유기체 집단 및 집단 공급 기질의 균질화를 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 큰 미소 유기체 침전물의 보다 작은 미소유기체 침전물으로의 배출을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 중앙을 포함하는 전체 미소유기체 침전물이 호기성을 남기게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 호기성 프로세스에 고농도의 용존 산소를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐수 호수에 대한 필요성 및 비용에 대한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공지된 폐수 처리 시스템 및 방법의 결점을 극복하는 것이다.
본 발명의 응용 분야 및 기능을 나타내기 위하여, 도시 폐수의 원천 유입이 처리 대상 수성 폐기물로서 예시된다. 그러나, 본 발명의 장치 및 방법의 실시예는 다양한 폐기물을 처리하도록 구현될 수 있다.
용어 포기(aeration)는 본 발명에 포함될 때, 2차 유체 유동(액체 또는 가스)의 주 유체 유동(액체 또는 가스)내로의 추가를 의미한다.
본 발명은 증가된 미소유기체 산소 흡입율 및 실질적으로 유기물의 100% 소화를 초래하는 유기물의 기능화, 단편화, 및 균질화를 초래하는 증가된 산소 전달 효율을 제공하는RCAS(재순환 포기 시스템)에 의한 강렬한 포기를 제공함으로써 폐수의 유기물을 처리할 수 있다. 이는 확산형 포기 같은 전통적인 포기를 사용하는 전통적인 처리 방법에 비해 가공 에너지의 현저히 보다 효율적인 사용이다. 또한, 본 발명은 주 정화 장비, 혐기성 소화 장비, 호기성 소화 장비, 주 처리호, 소각 및 찌끼 운반 장비 같은 다수의 전통적인 에너지 소모 장치를 감소 또는 제거한다.
본 발명은 폐수내의 유기물의 보다 효과적이고 완전한 소화를 가능하게 한다. 폐수 총 BOD의 유기물 부분은 제 1 호기성 반응 영역과 제 2 호기성 반응 영역에서 포기의 사용에 의해 처리되고, 수중 환경이 용이한 미소유기체 호흡을 위한 충분한 용존 분자 산소를 포함하지 않는, 무산소 환경이라고도 지칭될 수 있는 상태에서 폐수가 유지되는 무산소 선택기 영역 및 혐기성 상태조절 영역에서 처리된다. 이 무산소 상태는 일반적으로 질산염 같은 화학적으로 결합된 산소가 존재하는 환경을 의미한다. 유기물의 적극적인 소화는 혐기성 상태조절기, 제 1 호기성 반응기 영역, 무산소 선택기 및 제 2 호기성 반응기 영역에서 달성된다.
본 발명의 일 형태에 따라서, 폐기물 함유 수성 용액의 처리를 위한 방법은,
수성 총 고형물이 재순환, 혼합 및 현탁액 내에서 유지되는 혐기성 상태조절기에 유입 폐수 흐름을 제공하는 단계와,
혐기성 상태조절기 영역내의 낮은 용존 산소 레벨을 유지하기 위해, 무산소 선택기 영역으로부터 혐기성 상태조절기 영역에 저산소 레벨 혼합 액체 현탁 고형물을 제공하는 단계와,
혐기성 상태조절기 영역으로부터 제 1 호기성 반응기 영역으로의 유출유동을 제공하는 단계와; 혐기성 상태조절기 영역 유출유동은 제 1 호기성 반응기 영역에서 정화 영역으로부터의 반환 활성화 찌끼와 혼합되고, 그에 의해, 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물이 재순환 및 포기되고, 그에 의해, 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물내에 존재하는 정착가능한 고형물이 단편화되어 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키고 불활성 고형물을 축적하며,
제 1 호기성 반응기 영역으로부터 축적된 불활성 고형물을 배출시키는 단계와,
제 1 호기성 반응기 영역으로부터 무산소 선택기 영역내의 수성 용액이 재순환 및 혼합되는 무산소 선택기 영역으로의 유출유동을 제공하는 단계와,
저 산소 레벨/혼합 액체 현탁 고형물에 대응하는 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 1 부분을 혐기성 상태조절기 영역으로 전달하고, 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 제 2 호기성 반응기 영역으로 전달하는 단계와,
제 2 호기성 반응기 영역내에 포함된 수성 용액을 재순환 및 포기하여, 정착가능한 고형물이 단편화되어 현탁된 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키는 단계와,
제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 1 부분을 제 1 호기성 반응기 영역에 제공하는 단계와,
제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 정화 영역에 제공하여, 그 내부에 포함된 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키는 단계와,
활성화된 찌끼에 대응하는 정화 영역으로부터의 정착 또는 분리된 고형물을 제 1 호기성 반응기 영역에 제공하는 단계와,
정화 영역의 수성 용액을 여과 영역에 제공하여, 그에 제공된 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키는 단계와,
여과 영역의 유출유동의 액체 부분을 배출 용기에 전달하고, 여과 영역의 유출유동의 정착 또는 분리된 고형물 부분을 재처리를 위해 유입 폐수 흐름에 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라서, 유기 재료, 질소 및 인을 감소시키기 위해 폐기물을 함유하는 수성 용액의 생물학적 처리를 위한 방법은,
내부에서 수성 총 고형물이 재순환, 혼합 및 현탁액내에 유지되는 혐기성 상태조절기 영역에 미소유기체를 포함하는 유입 폐수 흐름을 제공하는 단계와; 여기서, 무산소 선택기 영역으로부터 혐기성 상태 조절기 영역으로의 저 산소 레벨 혼합 액체 현탁 고형물의 유동을 혐기성 상태 조절기 영역내에서 저 용존 산소 레벨을 유지하도록 규제함으로써 농후 인 흡입의 제 1 스테이지가 달성되고,
혐기성 상태조절기 영역으로부터 제 1 호기성 반응기 영역으로의 유출유동을 제공하는 단계와; 혐기성 상태조절기 영역 유출유동은 제 1 호기성 반응기 영역에서 정화 영역으로부터 받아들여진 반환 활성화 찌끼와 혼합되고, 그에 의해, 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물이 재순환 및 포기되고, 질화가 이루어지며, 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물내에 존재하는 정착가능한 고형물이 단편화되어 농후 인 흡입의 제 2 스테이지를 향상시킴과 함께 현탁된 고형물 및 유기물을 분해 및 산화시키고, 불활성 고형물을 누적시키며,
제 1 호기성 반응기 영역으로부터 누적된 불활성 고형물을 배출하는 단계와,
제 1 호기성 반응기 영역으로부터 무산소 선택기 영역으로의 수성 용액의 유출유동을 제공하는 단계와; 무산소 선택기 영역에서는 무산소 선택기 영역내의 수성 용액이 재순환 및 혼합되고, 수성 용액내에 포함된 유기물의 소모와 함께 샘물학적 인의 방출과 탈질화가 이루어지도록 무산소 선택기 영역내에 저 산소 환경이 존재하게 하며,
저산소 레벨/혼합 액체 현탁 고형물에 대응하는 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 1 부분을 혐기성 상태조절기 영역에 전달하고, 무산소 선택기 영역 수성용액의 제 2 부분을 제 2 호기성 영역에 전달하는 단계와; 적어도 무산소 선택기 영역 수성 용액은 미소유기체 및 영양물이 농후하며,
제 2 호기성 반응기 영역내에 포함된 수성 용액을 재순환 및 포기하여 질화가 이루어지고, 정착가능한 고형물이 단편화되어 현탁된 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키고, 농후 인 흡입의 제 2 스테이지를 추가로 향상시켜 미소유기체에 의해 대량의 인의 소모를 초래하는 단계와,
제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 1 부분을 제 1 호기성 반응기 영역에 제공하는 단계와,
제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 그에 제공된 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키기 위한 정화 영역에 제공하는 단계와,
반환 활성화 찌끼로서 정화 영역으로부터 제 1 호기성 반응기 영역으로 정착된 또는 분리된 고형물을 제공하는 단계와,
정화 영역의 수성 용액을 여과 영역에 제공하여, 그에 제공된 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키는 단계와,
여과 영역의 유출유동의 액체 부분을 배출 용기에 전달하여, 여과 영역의 유출유동의 정착된 또는 분리된 고형물 부분을 재처리를 위해 유입 폐수 흐름에 전달하는 단계를 포함하는 폐기물을 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라서, 폐기물을 포함하는 수성 용액의 처리 장치는,
입구에 유동소통적으로 연결되어, 입구를 통해 유입 폐수 흐름을 받아들이는혐기성 상태조절기 영역과; 혐기성 상태조절기 영역은 수성 총 고형물이 현탁액내에서 유지되도록 그 내부에 포함된 폐수를 재순환시키고, 혐기성 상태 조절기 영역은 혐기성 상태조절기 영역내의 낮은 용존 산소 레벨을 유지하도록 무산소 선택기 영역으로부터 저 산소 레벨 혼합 액체 현탁 고형물의 유동을 받아들이며,
혐기성 상태조절기 영역에 유동소통적으로 연결된 제 1 호기성 반응기 영역과; 제 1 호기성 반응기 영역은 정화 영역으로부터 받아들여진 반환 활성화 찌끼와 혼합되는 혐기성 상태조절기 영역의 유출유동을 받아들여, 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물이 재순환 및 포기 되고, 정착가능한 고형물이 단편화되어 현탁된 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키고, 제 1 호기성 반응기 영역은 불활성 고형물을 축적하며, 축적된 불활성 고형물은 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 배출되고,
혐기성 상태조절기 영역과 제 1 호기성 반응기 영역에 유체소통적으로 연결된 무산소 선택기 영역과; 무산소 선택기 영역은 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 수성 용액의 유출유동을 받아들이고, 무산소 선택기 영역내의 수성 용액은 재순환 및 혼합되고, 저 산소 레벨/혼합 액체 현탁 고형물에 대응하는 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 1 부분은 혐기성 상태조절기 영역에 제공되며,
무산소 선택기 영역 및 제 1 호기성 반응기 영역에 유체소통적으로 연결된 제 2 호기성 반응기 영역과; 제 2 호기성 반응기 영역은 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 받아들이고, 제 2 호기성 영역내의 수성 용액은 재순환 및 포기되어 정착가능한 고형물이 단편화되고, 제 2 호기성 반응기 영역의 제 1 부분은제 1 호기성 반응기 영역에 제공되고,
제 2 호기성 영역과 제 1 호기성 영역에 유체소통적으로 연결된 정화 영역과; 정화 영역은 제 2 호기성 반응 영역 수성 용액의 제 2 부분을 받아들이고, 그에 의해, 수성 용액으로부터 고형물의 정착 또는 분리 및 포획이 이루어지고, 반환 활성화 찌끼에 대응하는 정착된 고형물은 제 1 호기성 반응기 영역에 제공되며;
정화 영역, 입구 및 출구에 유체소통적으로 연결된 여과 영역을 포함하고,
여과 영역은 정화 영역의 내용물의 액체 부분으로부터 고형물을 분리시키도록 정화 영역으로부터의 유출유동을 받아들이고, 유출물에 대응하는 여과 영역의 내용물의 제 1 부분이 출구에 제공되고, 분리된 고형물에 대응하는 여과 영역의 내용물의 제 2 부분은 입구에 제공되어 재처리를 위해 유입 폐수 흐름과 조합되는 폐기물을 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조로 하는 하기의 양호한 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
화학적 및 생물학적 수성 폐기물의 처리는 본 발명의 방법 및 장치의 활용 및 구현을 통해 수행될 수 있다. 본 발명은 다양한 엄격한 포기 처리 방법 및 고형물의 호기성 생물학적 분해, 생물학적 산화, 화학적 산화 및 물리적 분리의 조합에 의해 수성 용액내의 수성 폐기물을 세정한다. 본 발명은 영양물 제거를 위한 화학제에 대한 의존이 감소된 호기성 처리 방법의 그 사용에 효과적이다. 이 방법은 처리 공정내의 다양한 안정화 단계에 존재한다.
본 발명의 처리 공정내의 성능(유입 대 유출)의 근사 레벨은 다음과 같다.
산화 및 후속 중력 정착을 통한 90% 내지 95%의 유입 총 BOD(생물학적 산소 요구량)의 감소.
산화를 통한 유기 질소의 제 1 암모니아, 제 2 아질산염 및 제 3 질산염으로의 환원.
질화를 통한 95% 내지 99.5%의 유입 암모니아 질소 농도의 감소.
상술한 질화 공정을 통하여 초래된 50% 내지 99.5%의 아질산염 및 질산염 질소 농도의 탈질화를 통한 환원.
농후 "P" 흡입을 통한 90% 내지 99.5%의 유입 총 인 농도의 감소.
강렬한 산화를 통한 99.5%에 달하는 유기 현탁 고형물 농도의 파괴.
하기의 설명은 처리를 위한 가공 영역으로부터 가공 영역으로 수성 용액이 진행할 때 이들 성능 레벨을 달성하는 본 발명의 프로세스를 설명한다. 본 발명의 디자인에서는 약 4 내지 8 시간의 가공 영역내의 영양물 산화를 위한 총 수력학적 계류 시간이 적합하다.
가공 성능
수성 폐기물로서 발생하는 화학제 및 유기물의 처리는 산화 또는 생물학적 수단 중 어느 하나를 통해 안정화된다. 안정화는 실제로 일족의 가공들이다. 예로서, 도시 폐수의 처리시, 질소 가스로 변환될때의 암모니아의 안정화는 몇 개의 단계 가공이다. 암모니아(NH3)는 아질산염(NO2)으로 생물학적으로 산화되고, 그후 이는 유기적으로 질산염(NO3)으로 안정화된다. 다음 및 최종 단계는 탈질화라 공지되어 있다. 이 단계가 달성되고 나면, 산소의 존재는 매우 낮은 레벨로 감소되고, NO3형태의 원소 결합 산소는 호흡을 위해 활용되고, 질소 가스(N2)는 대기중으로 방출된다.
처리의 다른 형태는 포기에 의해 달성되는 화학 콤파운드의 산화이다. 산화로부터 발생하는 반응은 화학 원소 또는 화합물이 전자를 잃게 만든다. 전자의 소실은 원소 또는 화합물을 보다 안정하게 한다.
생물학적 처리는 도시 폐수 처리의 가장 중요한 단계 중 하나이며, 그 처리의 간단한 설명은 본 발명 및 그 장치와 방법을 이해하는 데 도움이 된다. 생물학적 처리 동안, 미소유기체는 폐수내의 영양물(BOD)을 먹거나, 변환하거나, 소모한다. 이들 영양물은 자연상태로 생물분해가능한 유기체 또는 화학제일 수 있다. 전통적인 시스템에서, 침강에 의한 원 폐수의 물리적 처리 및 소모는 폐기물내에 포함된 정착불가능한, 용존 고형물에 포함된 BOD의 높은 백분율(BOD의 약 65%)로 인하여 BOD의 단지 약 35%만 제거한다. 본 발명은 수성 용액내의 총 BOD를 95% 이상의 레벨까지 제거시키도록 처리하기 위해 현탁 증식 처리를 통한 호기성 소화 처리를 사용한다.
액체 폐기물내에는 두 가지 유형의 고형물, 즉, 1) 유기물, 2) 무기물이 존재한다. 무기 고형물은 생물학적 처리에 의해 파괴되거나 분해되지 않는다. 따라서, 무기 또는 불활성 고형물이 가공 시스템내에 축정되기 시작할 때, 불활성 고형물의 소비가 이루어져야 한다. 이 소비는 유기 고형물에 대한 불활성 고형물의 사전결정된 농도비율로 설정된다. 대부분의 도시형 폐수내의 무기 또는 불활성 고형물의 백분율이 전체 고형물 로드 도입 시스템에 비해 작다는 사실에서, 불활성 소모를 위한 시간 프레임은 실질적으로 90일 과 360일 이상의 사이의 범위일 수 있다. 통상적인 도시 폐기물 흐름의 유기 고형물 함량은 폐수내의 고형물의 약 70% 내지 85%를 구성한다. 이들 고형물의 80% 내지 85%는 일반적으로 용존 고형물이며, 안정하지 않지만, 이들 고형물의 15% 내지 20%는 정착될 수 있다. 그러나, 이들 정착가능한 고형물은 미소유기체에 의한 보다 용이한 소모를 허용하는 본 발명에 사용되는 각 호기성 처리 영역의 재순환 공정 동안 단편화된다.
이 단편화는 미소유기체 집단 및 정착가능한 고형물이 균질화될 수 있게 함으로써 본 발명의 호기성 소화 처리 공정을 향상시킨다. 이 정착가능한 고형물의 균질화는 모든 양분 기질이 거의 용존 고형물이 되게 하며, 미소유기체 집단에 의한 보다 용이한 소모를 허용한다.
미소유기체 집단의 침전물은 본 발명의 RCAS를 통과할 때, 큰 침전물 부분이 보다 작은 침전물 입자로 지불된다. 침전물 크기의 감소는 침전물의 표면적을 증가시키고, 필요한 양분과 산소와의 보다 친밀한 접촉을 유발함으로써 미소유기체 집단에 의한 기질의 소모를 돕는다.
기질과 미소유기체 집단의 소화는 미소유기체 집단이 그 내용물에 호기성 처리량을 남길 때 증가된 속도로 이루어진다. RCAS 시스템은 침전물 미립자의 중앙에서 호기성 상태를 유지하도록 지불된 작은 침전물 미립자내의 미소유기체 집단을 유지함으로써 기질의 소화를 증가시킨다. 침전물 미립자가 보다 작아질 때, 호기성 영역내의 용존 산소의 농도는 침전물 미립자의 중심에 쉽게 억세스할 수 있다. 또한, 이는 높은 용존 산소 농도가 호기성 영역내에서 유지될 수 있게 한다.
본 발명의 가공 및 호기성 소화 처리 시스템은 유기 폐기물을 파괴시키도록 혼합된 생물학적 배양에 의존하는 살아있는 시스템에 의해 제공된다. 본 발명의 호기성 소화 처리 시스템은 증식하고, 비광합성 미소유기체, 즉, 유기 폐기물을 소비하는 생물질의 높은 개체수를 현탁액내에서 유지한다. 호기성 소화 상태하에서, 감소된 유기 화합물은 이산화 탄소 및 물의 최종 생성물로 산화된다.
비광합성 미소유기체의 증식 및 생존은 유기물을 신진대사시킴으로써 에너지를 얻기 위한 미소유기체의 기능에 의존한다. 전통적인 호기성 처리 공정은 완전한 신진대사와 유기물의 합성을 초래하여, 유출물의 품질을 절충하는 생물학적으로 과부하되게 되지 않도록 프로세스를 유지하기 위해 시스템으로부터 제거되어야만 하는 다량의 생물학적 증식을 생성한다. 본 발명은 F/M(양분-대-미소유기체) 비율 및 산소 전달을 제어 및 균형화(0.05 내지 0.80의 범위)시킴으로써, 도 2의 매우 양호한 "내생적 호흡 위상"으로 미소유기체 환경이 유지되는 생물질의 완전한 호기성 소화 처리를 사용한다. 이는 유기물의 완전한 신진대사 및 합성 뿐만 아니라, 처리의 종점에서의 생물학적 고형물의 현저한 감소를 초래한다.
본 발명의 다른 특징은 대량의 유기 질소의 암모니아로의 변환, 암모니아의 아질산염으로의 변환 및 아질산염의 질산염으로의 변환을 위한 질화 사이클의 사용이다. 질산염은 그후 대기중으로 질소를 방출시키는 탈질화처리되어 폐기물 흐름내의 총 질소의 감소를 초래한다.
본 발명의 또 다른 특징은 호기성 반응기 영역에서 이루어지는 것 같은 고 산소농도 시간 동안 새로운 세포 증식 및 세포벽 성장을 위한 양분 소스로서의 미소 유기체에 의한 인 도입 시스템의 소비이다.
이제 도 1을 참조하면, 미소유기체를 위한 특징적 증식 패턴이 도시되어 있으며, 여기서, 상대적 생물질 농도(수직축)가 시간(수평축)의 함수로서 도시되어 있다. 새로운 환경에 대한 적응을 위한 짧은 시간 주기 이후에, 미소유기체는 유기물을 소비하고, 이분에 의해 복제하여, 생존가능 세포 및 배양 매체내의 생물질의수가 지수함수적으로 증가한다. 이는 도 1의 차트의 최좌측부에 도시된 "로그 증식 위상"이다. "로그 증식 위상"의 신진대사의 비율은 유기물의 처리를 위한 미소유기체의 기능과, 호흡을 위한 미소유기체에 대해 가용한 용존 산소량 양자 모두에 의해 제한된다.
도 1에 도시된 "쇠퇴 증식 위상"은 미소유기체의 증식에 필요한 유기물의 증가하는 부족량에 의해 유발된다. "쇠퇴 성장 위상"에서, 미소유기체의 복제율은 감소한다. "쇠퇴 증식 위상"의 미소유기체의 증식은 증식 제한 유기물의 농도 및 미소유기체의 농도 양자 모두의 함수이다.
"쇠퇴 성장 위상"에는 "정체 위상"이 이어진다. "정체 위상"에서, 생물질 농도는 최대값에 도달하고, 낮은 농도의 잔여 유기물이 비교적 일정해지는 생물질 증식율을 실질적으로 제한한다.
"내생 호흡 위상"이 "정체 위상"에 이어진다. "내생 호흡 위상"에서, 생존할 수 있는 미소유기체는 처리를 받은 폐수내에 여전히 존재하는 소량의 유기물에 대해 경쟁한다. 결국, 미소 유기체의 아사가 발생하고, 그래서, 사멸률이 복제율을 초과한다. 따라서, 수성 용액내의 생물질의 농도는 "내생 호흡 위상" 동안 감소한다. 본 발명에서, 처리 기준에 대하여 일정한 농도로 유지되는 혼합 액체 현탁 고형물(MLSS)에 의해 입증된 바와 같이, 내생 호흡(ER)은 미소유기체의 사멸률이 미소유기체의 증식율과 동일해지도록 제어된다.
본 발명에 따른 폐수 처리가 이제 상세히 설명된다. 본 발명에서, 폐수 처리 가공은 세 스테이지로 이루어진다.
(1) 총 유기 질소 및 총 인 감소를 비제한적으로 포함하는 유기 폐기물 소비를 위한 대량 생물학적 호기성 소화.
(2) 고형물 포획 영역 정화/침강.
(3) 고형물을 호기성 반응기 공정으로의 반환에 의한 고형물 포획 영역 정착 고형물의 재처리.
본 발명의 가공 방법에서, 유기 폐기물의 소비는 높은 평균 세포 거주 시간(MCRT), 중간 양분 대 미소유기체(F/M) 비율 및 강렬한 포기로 구성된 환경을 유지함으로써 달성되며, 여기서, 미소유기체는 내생 호흡 위상에서 생존하도록 강요된다.
프로세스의 정화/침강 스테이지는 중력 정착을 통해 상청액(잔여액)으로부터 고형물을 분리시키기 위해 사용된다. 현탁 고형물을 포함하는 수성 용액이 상세히 후술되어 있는 호기성 반응기 영역 #2(도 4A 및 도 4B의 용기 20)로부터 정화 영역(도 4A 및 도 4B의 정화기 #1, 2, 3, 및 4에 대응하는 용기 76, 80, 84 및 88)으로 들어가고 나면, 상청액의 속도는 느려져서 고형물이 중력에 의해 정착할 수 있게 한다. 정착된 고형물이 정화 용기의 저면에 다소 집중하기 때문에, 이들은 빈번히, 그리고, 신속히 제거되어 추가 처리를 위해 용기 호기성 반응기 #1 영역(용기 18)으로 돌려보내져야 한다. 상청액(보다 청정한 수성 용액)은 처리를 계속 받게되고, 여기서, 이는 배출 이전에 생물학적 및 불활성 물질의 거의 완전한 제거를 위해 제 3 정화 또는 여과 같은 선택적인 제 3의 처리를 추가로 받게될 수 있다. 수용 흐름, 증발조, 조경 관계(landscape irrigation), 농작물 관계 또는 소정의다른 유형의 폐기가 이런 배출의 수용처가될 수 있다.
본 발명의 것 같은 호기성 소화 처리 시스템은 유기 폐기물을 소비하기 위해, 미소유기체의 개체를 현탁액내에서 성장 및 유지하여야만 한다. 비록, 도 1에 도시된 바와 같이, 개별 미소유기체가 급속히 성장하지만, 이는 시작시 또는 미소유기체의 원래의 낮은 농도를 유기 폐기물의 급속한 분해에 충분히 높은 레벨로 증가시키도록 주 로드(major load) 변화가 이루어질 때 시간을 소요한다. 따라서, 신속한 형태로 MLSS의 농도를 증가시키기 위한 방법을 사용하는 것이 중요해진다. 종래의 시스템에 관하여, 플랜트 시동 시간은 MLSS 농도가 허용 동작 레벨에 도달하기 위해, 30 내지 45일만큼 긴 범위이다. 본 발명을 사용하면, 플랜트 시동 시간은 본 발명과 함께 14일 이하만큼 작게 감소될 수 있다. 미소유기체에 대한 유독성 쇼크 로드로 인한 플랜트 재시동에 필요한 시간은 종래의 플랜트 시간 소요에 비해 감소된다. 이 방법이 후술된다.
호기성 소화 시스템을 위한 통상적 설계 개념은 평균 세포 거주 시간(MCRT)이며, 이는 미소유기체가 시스템내에서 보내는 평균 시간이다. 통상적인 처리 시스템의 MCRT는 폐기물 찌끼내의 처리 사이클로부터 빼내진 잉여 고형물과 유출물내에서 소실된 고형물의 양에 대한 활성화된 찌끼 프로세스내의 미생물 고형물의 양에 관련한다. 본 발명에 따라서, 폐기물 활성화 찌끼로서 빼내진 실질적인 불휘발성 고형물이 존재하기 때문에, MCRT는 비의도적 폐기인 유출물내에서 소실된 고형물의 양에 대한 호기성 처리 프로세스내의 미생물 고형물의 양에 관련한다. 전통적인 시스템을 위한 통상적인 MCRT 값은 15 내지 30일이다. 그러나, 본 발명을 위한MCRT 값은 30일에서 시작하고, 150 내지 250일 또는 그 이상(도 3 참조)의 수에 달한다. 30일 이상의 종래의 호기성 처리 시스템을 위한 MCRT값은 동작 문제를 유발할 수 있다. 부적절한 고형물의 폐기에 의해 유발된 시스템내의 고형물의 잉여 누적은 보다 높은 농도의 현탁 고형물, 탁도 등의 보유로 인한 열악한 유출물 품질의 일반적인 원인이다. 열악한 유출물 품질의 다른 원인은 극도로 오래된 저속 침강 고형물, 고형물의 과산화 및 고형물의 해체(deflocculation)를 포함한다. 결과적으로, 전통적인 호기성 처리 시스템을 위하여, 때때로, 도 3에 도시된 범위내에서 MCRT를 유지하기 위해 의도적으로 잉여 고형물을 폐기하는 것이 적합하다. 본 발명에서, 모든 유기 고형물의 거의 완전한 소화를 위한 그 기능으로 인하여 잉여 고형물의 제거는 불필요하다.
고형물의 양은 도 3에 도시된 종래의 시스템을 위한 값을 가지는 MLSS(혼합 액체 현탁 고형물)의 농도로 표현된다. 종래의 시스템을 위한 전형적인 MLSS값은 접촉 안정화 시스템을 위한 범위의 하단부에서의 1,000mg/L로부터 완전 혼합 및 확장된 포기 시스템을 위한 6,000mg/L까지의 범위이다. 본 발명의 혐기성 상태조절기 영역, 무산소 선택기 영역 및 호기성 반응기 영역 내의 미생물 고형물(MLSS)의 양(예로서, 후술된 도 4A 및 도 4B 참조)은 2,000 - 8000mg/L 이상의 범위이다. 본 발명의 장치 및 방법은 전형적인 도시형 폐기물의 유기물의 근사 완전 소화를 위해 도 3에 도시된 MLSS 농도를 본 발명에 사용된 것(재순환 포기 시스템 또는 "RCAS") 같은 효과적인 포기 전달 시스템 장치를 사용함으로써 특수 산업 유형 폐기물의 유기물의 근사 완전 소화를 위해, 도 3에 도시된 상승된 MLSS 농도로 유지할 수 있다. 본 발명에 사용된 포기 장치는 본 명세서에서 전문을 참조하고 있는 USP 5,893,641호(가르시아)에 기술된 것이다.
또한, 본 발명에 의해 구현된 프로세스는 산소 전달, 순환, 균질화 및 심층 혼합을 위해 필요한 대기성 공기를 전달하기 위해 상술한 효과적인 포기 전달 시스템(RCAS)을 사용함으로써 전체 유기 고형물 소화의 결과를 달성한다. 상술한 유형의 포기 시스템을 사용하는 구현된 프로세스의 부가적인 장점은 호기성 반응기 영역내에 거주하는 MLSS의 혼합 및 2차 산화이다. 이 혼합 및 2차 산화는 그 최하 지점에서 호기성 반응기 영역으로부터 MLSS 내용물을 제거하고, 재산화된 MLSS를 측면 수심의 표면 아래로 실질적으로 2/3의 높이에서 각 용기내로 배출시킴으로써 달성된다. MLSS의 2차 산화는 RCAS에 의해 주입된 잉여 포획 공기가 포기된 MLSS와 함께 운반되어 호기성 반응기 영역의 내용물내로, 그리고, 그를 통해 도관을 경유하여 유동할 수 있게 함으로써 달성된다. 호기성 반응기 영역 MLSS의 주 및 2차 산화는 용존 산소(DO) 농도가 실질적으로 3.0과 5,0mg/L 사이의 범위를 달성할 수 있게 한다. 호기성 반응기 영역내의 용존 산소 농도는 2.0mg/L인 통상적인 호기성 소화 시스템을 위한 상부 범위를 초과하는 동작 레벨에서 유지된다. 이 때문에, 특히, 본 발명은 그 효과적인 산소화합 처리 공정을 통해 보다 높은 수준의 유기 고형물 소화를 달성한다.
본 발명에 따라 달성되는 바와 같은 친밀한 혼합 및 정상 보다 높은 용존 산소 농도에서, 통상적인 포기 시스템에서 보다 높은 비율의 유기물의 부패 계수(kd)가 달성된다. 단어 "부패"는 MCRT에 F/M을 관련시키는 공식이 휘발성(유기) 현탁 고형물의 파괴(소화)를 표현하기 위해 사용되는 용어이다. 통상적인 포기 시스템은 0.04 내지 0.06 사이, 평균 0.05의 kd값을 가지는 반면에, 본 발명에서는 kd는 실질적으로 0.10 또는 통상적인 포기 시스템의 것의 두배이며, 따라서, 보다 큰 소화율을 산출한다. 부패 계수를 결정하기 위해 사용되는 공식은 도 17을 참조하라.
전통적인 산호 전달 효율은 반응기에 공급된 가스성 산소의 적용된 질량에 비한 생물학적 세포가 달성하는 산소 질량의 비율로서 표현된다. RCAS에 의해 허용된 기포로부터의 산소 전달율은 도관내의 폐수의 산소 전달 계수 및 용기내의 산소 전달 계수, 폐수의 산소 포화 계수 및 현재 용존 산소 농도와 수성 용액 내의 산소의 포화 농도를 비제한적으로 포함하는 폐수 특성에 따라 변화한다.
전통적인 포기 생물학적 처리 시스템에서, 폐수내의 유기물의 신진대사가 시스템내의 미소유기체의 증가된 생물학적 질량(증식)을 초래한다. 잉여 미소유기체는 양분 공급과 산소가 전달되는 포기조내에 존재하는 미소유기체 질량 사이의 적절한 균형을 유지하도록 시스템으로부터 제거 또는 폐기된다. 이 균형은 영양 대 미소유기체(F/M) 비율이라 지칭된다. 전통적인 포기조내에서 유지되는 0.05 내지 0.20의 F/M 비율이 확장된 포기 시스템의 동작을 규정한다는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 알고 있다. 도 2는 신진대사율에 증가되는 F/M 비율이 영향을 주는 방식을 예시한다. 비록, 도 2에 도시된 "지수함수적 증식 위상"이 유기물의 제거의 최대 속도를 위해 적합하지만, 이 위상에서 미소유기체는 분산 증식으로 존재하며,중력에 의한 용액의 장착 수행에 곤란함을 가지고 있다. 또한, 잉여 미소비 유기물이 용액내에 존재하면, 이는 전통적인 포기 시스템의 분산 증식 미소유기체 집단에 의해 제거될 수 없으며, 따라서, 유출물내의 시스템의 외측으로 빠져나온다. 따라서, 높은 F/M 비율에서의 전통적인 포기 처리 시스템의 동작은 비효율적이고 불충분한 BOD 제거를 초래한다.
낮은 F/M 비율에서, 포기조내의 전체 신진대사 작용은 내성적이다. 이 위상에서, 유기물의 신진대사는 거의 완료되고, 미소유기체가 급속하게 응집되고, 중력에 의해 용액 외측에 정착한다. 내생 위상의 동작은 높은 BOD 제거 효율이 적합한 것이 적합하다.
전통적인 포기 처리 시스템(F/M) 비율은 포기를 위해 필요한 저속을 위하여 0.05 내지 0.2의 범위로부터, 종래의 처리 속도를 위한 0.2 내지 0.4, 고속 처리를 위하여 0.4 내지 1.5의 범위까지의 범위이다. 그러나, 본 발명에서, F/M 비율은 종래의 속도와 고속 처리 프로세스의 일부 모두가 단일 처리 플랜트 디자인내에서 현저한 양의 유연성을 허용한다. 이 유연성은 처리 시스템의 유동이 증가하고, 유기물의 농도가 동일하게 남아있을 때, 재순환율이 재순환 펌프의 속도를 증가시키도록 포기기를 단순히 변조함으로써 증가될 수 있고, 이는 순차적으로 포기 전달율을 증가시킨다는 점에서 명백하다. 따라서, USP 5,893,641호 및 여기에 설명된 것 같은 포기 전달 시스템을 사용함으로써 달성되는 바와 같은 충분한 양의 가용 산소로, 본 발명을 위해 상술된 F/M 비율의 범위는 미소유기체가 유기물을 완전히 신진대사시킬 뿐만 아니라, 강한 포기를 통해, 미소유기체가 이를 소비할 때 양분원이감소하고, 따라서, 양분에 대한 경쟁이 증가한다. 미소유기체는 0.8의 보다 높은 F/M 비율에서도 내생 호흡 처리 프로세스에 있을 때 생존을 위해 그 자체 및 서로를 소비한다. 내생 호흡의 장기 동족섭생 상태는 본 발명의 호기성 소화 프로세스와 함께 발생하는 고형물의 축적의 질량 감소를 보증한다. 상술된 포기 장치 및 전달 시스템을 사용하여 경제적으로 가능한 바와 같이 높은 용존 산소량을 유지하면서, 본 발명에서와 같이 F/M 비율을 유지하면, 유기물의 산화는 신속히 완료된다.
미소유기체의 MCRT가 증가할 때, 미소유기체의 신속 정착의 촉진이 증가하고, 도 2 및 도 16에 도시된 바와 같이, 정화 프로세스를 양호하게 한다.
본 발명에 사용된 바와 같은 용어 "폐기"에 대한 보다 양호한 이해를 위해서, 하기의 설명이 주어진다. 불활성 고형물의 농도가 증가할 때, 이들 고형물의 제거 또는 폐기가 이루어져 생물학적 처리 영역내에 충분한 체적의 생물학적 미소유기체가 거주할 수 있게 하여야 한다. 이 때문에, 도 4A 및 도 4B 내지 도 10A 및 도 10B 및 도 18에 도시된 바와 같이, 호기성 반응기 #1로부터 무기물 또는 불활성 고형물의 제거를 위한 채비가 이루어져야 한다. 불활성체 농도가 제거 레벨에 도달할 때, 사전결정된 양의 고형물이 제거된다. 이 폐기 이전의 불활성 고형물의 농도는 유입 유동내의 극도로 낮은 농도(도 13에 표시된 바와 같은 정착형 고형물의 약 0.001%)로부터 생물학적 처리 영역내에 거주하는 총 고형물 농도의 실질적인 50%에 달하는 레벨까지 점진적으로 상승된다. 불활성 고형물과 상호혼합된 유기 고형물이 존재하고, 생물학적 처리 영역의 외부로 폐기된 유기 고형물의 총 중량은 생물학적 처리 영역으로 도입된 유기 고형물의 총 중량에 비교해서 0.01%와 0.05% 사이이다.이 불활성체 및 유기 고형물의 폐기는 생물학적 처리 영역내의 불활성 고형물 농도가 허용 처리 레벨로 강하될때까지 주기적으로 계속되어야 한다.
정화는 처리된 수성 용액으로부터 생물질을 분리시키는 것으로서 규정될 수 있다. 전통적인 포기 처리 및 고형물 분리 시스템은 응고 및 응집에 의해 시스템내의 미소유기체 덩어리를 유지하도록 시도하지만, 그러나, 동작 에너지 비용 제한과 함께 전통적인 프로세스 및 장치의 특성으로 인해 폐기가 이루어진다. 이때, 생물학적 고형물은 정화기의 저면에 정착한다. 생물학적 고형물의 대부분은 그후 포기조로 반환되고, 시스템으로부터 생물학적 고형물(활성화된 찌끼)의 일부를 의도적인 폐기(제거)하며, 이는 시스템의 설계 처리 소화 기능을 초과하는 활성화된 찌끼의 양이다. 본 발명은 정화 영역(도 4A 및 도 4B의 정화기 #1, 2, 3, 및 4)내의 모든 무기 고형물과 함께 생물학적 고형물을 정착시키고, 이들을 추가 처리를 위해 호기성 반응기 #1 영역(도 4A 및 도 4B의 용기 18)으로 반환시킴으로서, 시스템내의 미소유기체를 유지한다. 비워져 호기성 반응기 #1 영역으로 반환된 반환 활성화 찌끼(RAS)의 갤론수 및 빈도수에 의해 블랑켓 깊이(blanket depth)(정화기의 저면에 축적된 찌끼)를 최소치로 규제하도록 주의가 기울여져야 한다. 이 RAS의 배출 빈도는 정화 영역의 생물학적 고형물의 장기 계류를 제거하고, 이는 그렇지 않으면 정화 영역의 표면에 부유, 부패, 기화된다. 정화 영역내의 유체역학적 속도를 최소화하도록 RAS 유동의 배출을 위해 관찰 및 조절이 이루어져야 한다. 보다 높은 유체역학적 속도는 정화 영역내의 비효율적 정착을 유발하여, 그 유출물내에 생물학적 고형물이 수반되게 할 수 있다.
본 발명에서, 포기 사이클내에서의 수력 계류 시간은 완전 혼합 및 플러그 유동 처리의 범위이내이고, 특히, 고순도 산소 처리 범위이내이며, 연장된 포기 공정의 장점을 유도한다. 연장된 포기 공정은 일반적으로 도 3(가장 우측의 행 참조)에 도시된 바와 같은 유기물의 거의 완전한 산화(처리)까지 18 내지 36 시간을 사용한다. 본 발명은 실질적으로 4 내지 8 시간내에 유기물에 대하여 동일한 결과를 얻는다. 효과적인 포기 전달 시스템을 사용함으로써, 본 발명은 극적으로 유기물 산화에 필요한 시간을 감소시킨다. 이는 매 2 시간 마다 그 각 내용물 각각을 실질적으로 100체적% 재순환시키는 호기성 반응기 영역(도 4A 및 도 4B의 용기 18, 20), 혐기성 상태조절기 영역(도 4A 및 도 4B의 용기 8) 및 무산소 선택기 영역(도 4A 및 도 4B의 용기 58) 각각에 위치된 포기 전달 시스템에 의해 달성된다. 호기성 반응기 영역 및 무산소 선택기 영역 재순환 백분율과 함께 혐기성 상태조절기 영역을 조합할 때, 총 처리 재순환 백분율은 24시간 기간내에 처리 공정에 도입하는 유입 유동의 200% 이상이다. 포기 시스템은 유기물 및 미소유기체를 재순환, 단편화 및 균질화하고, 종래의 시스템 보다 몇 배 많은 전체 질량을 산화시켜 종래의 시스템 보다 짧은 시간 기간에 보다 큰 생물학적 고형물 소화율을 초래한다. 종래의 처리 시스템의 통상적인 재순환율은 완전 혼합 시스템에 대하여 유입 유동의 일당 25 내지 100%의 범위, 플러그 유동 시스템에 대하여 유입 유동의 일당 25 내지 50%, 연장된 포기 시스템에 대하여 유입 유동의 일당 75 내지 150%의 범위이다. 통상적인 활성 찌끼 처리 시스템에 속할 때, 재순환 백분율은 유입 유동에 비교한 반환 활성 찌끼(RAS)의 재순환의 백분율에만 의존한다. 본 발명이 동일 유형의 RAS 재순환 백분율을 사용하지만, 본 발명은 또한 종래의 활성 찌끼 처리 시스템에서 가능한 것 보다 큰 고형물 소화율을 달성하는 상술된 가공 재순환 백분율을 사용한다.
이제, 본 발명에 따른 생물학적 처리 기술이 설명된다. 미소유기체 세포의 조성은 70 내지 90중량%의 물과 10 내지 30중량%의 건조 재료를 포함한다. 이 건조 재료 중에서, 70 내지 95%는 유기물이고, 5 내지 30 %는 무기물이다. 유기 건조 재료의 95%는 탄소, 산소, 질소, 수소, 인 및 기타 미량 재료로 각각 구성된다. 본 발명은 유기 화합물의 완전 산화 뿐만 아니라, 동일 원소를 포함하는 생물질(폐수내의 폐기물상에 공급하는 생 유기체, 사 유기체 및 기타 파편으로 유기 재료의 질량이 구성됨)의 소비에 대하여 극도로 긴 MCRT를 유기함으로써 유기물의 큰 비율이 미소유기체에 가용한 장점을 취한다. 활성 찌끼 공정에서, 탄소, 산소, 질소 및 수소가 핵산, 인지질 및 뉴클레오티드 화합물의 구성 성분으로서 인이 사용되는 셀룰러 재료의 주 성분으로서 사용된다. 콤파운드는 두 가지 기본적 주 대사 활동을 수행하기 위해 그 환경으로부터 미소유기체에 의해 취해진다 : 생물에너지학을 통한 에너지 생성 및 생물합성을 통한 새로운 세포 재료의 합성. 미소유기체는 광, 유기 및 무기 화합물로부터 그자체를 위한 에너지를 생성한다. 에너지원으로서 미소유기체에 의해 사용되는 주 무기 화합물은 암모늄(NH4), 아질산염(NO2), 용존 황화물(H2S) 및 원소적 황이다. 이들 화합물은 산화되고, 방출된 에너지가 세포 유지, 새로운 세포 재료의 합성 및 이동가능한 경우에는 유기체의 이동을 위해 사용된다. 두 가지 유형의 미소유기체가 존재한다 : 생물합성을 위해 무기 탄소를 사용하는 자급 미소유기체 및 생물 합성을 위해 유기 탄소를 사용하는 헤테로트로픽 미소유기체.
탄소는 미소유기체 세포의 건조 질량의 약 50%를 구성한다. 따라서, 탄소는 생물합성 동안 사용되는 주 원소이다. 미소유기체는 지방산, 아미노산, 당, 유기산 또는 이산화탄소(시오2) 같은 유기 화합물 중 어느 하나를 새로운 세포 형성을 위한 그 에너지원 중 하나로서 사용한다. 생물학적 프로세스를 통해, 유기 탄소는 미소유기체 생물 합성 재료와 이산화탄소 같은 가스로 변환되며, 이 이산화탄소는 대기로 배출된다. 본 발명의 RCAS에 의한 호기성 반응기의 내용물의 200체적% 재순환을 통해, 미소유기체는 전통적인 시스템에서 보다 효과적으로 그 탄소원과 보다 많은 시간 동안 접촉할 수 있다.
산소 및 탄소는 셀룰러 재료에 사용되는 주 가스 원소이다. 미소유기체의 셀룰러 재료를 위한 산소원은 분자 산소, 유기 화합물 또는 이산화탄소에서도 발견된다. 본 발명은 호기성 반응기의 포기 전달 시스템(RCAS)을 통해 산소를 직접적으로 영양물의 수성 용액 및 미소유기체에 전달한다. 이는 미소 유기체에 가장 용이한 방식으로 호흡할 수 있는 기회를 제공하고, 생물 에너지학 및 생물 합성을 위한 대부분의 가용 산소를 제공한다. 미소유기체의 셀룰러 재료를 위한 수소원은 분자 수소 및 유기 화합물에서 발견된다. 전자 수용체로서의 산소는 미소 유기체의 정화를 위해 사용된다. 산소를 사용하는 미소유기체는 호기체라 지칭되고, 산소를 사용하지 않는 미소유기체는 혐기체라 지칭된다. 본 발명은 호기성 반응기내의 유기 화합물 안정화 및 분해를 위해 호기체를 사용한다.
질소는 미소유기체를 위한 단백질 및 핵산을 위한 주 소스이고, 셀룰러 재료의 14%를 포함한다. 미소유기체는 질소가스(N2), 암모니아-질소(NH3+NH4), 아질산염(NO2) 및 질산염(NO3)의 형태의 무기 질소를 사용할 수 있다. 사용되는 질소 가스는 먼저 암모늄(NH4)으로 변환되고, 그후, 고형물내에 고착하는 질소로서의 유기 질소로 변환되어야만 하지만, 암모니아-질소(NH3)는 미소유기체에 의한 영양물적 사용을 위해 100% 준비 및 가용 상태인 것으로 고려될 수 있다. 암모니아(NH3)의 아질산염(NO2) 및 질산염(NO3)으로의 변환은 그 단일 질소원으로서 NO2및 NO3을 사용하는 미소유기체를 위한 문을 연다. 그러나, 이 질소를 증식을 위한 소스로서 미소유기체가 사용할 수 있게 하기 위해서는 대량의 에너지가 필요하다. 이들 미소유기체는 NO2및 NO3를 그 질소원으로서 사용하기 위해 필요한 에너지를 갖기 위해 보다 많은 양의 유기 화합물을 산화시켜야만 한다. 이는 질소를 위한 소스로서 NH3를 사용할 때 보다 낮은 미소유기체 증식률을 초래한다. 본 발명은 미소유기체 증식의 양을 감소시키기 위해 극도로 긴 MCRT 및 가변적 F/M 비율을 유지할 때, 그 장점을 위해 이 보다 낮은 증식율을 이용한다. 조합시, 미소유기체는 보다 많은 양의 유기 화합물을 소비하고, 신속히 복제할 수 없다. 질소를 제거하기 위해 사용되는 세가지 생물학적 제거 공정이 존재하며, 이들은 질화 및 탈질화가 이어지는 암모니아화이다. 암모니아화 및 질화는 호기성 반응기에서 이루어지고, 탈질화는 무산소 선택기에서 이루어진다. 암모니아화는 헤테로트로픽 미소유기체에 의해 수행되며, 이는단백질 및 펩티드의 형태로 유기 질소를 취하고 이들을 암모니아 및 암모늄으로 분해한다. 암모니아를 NO2로 변환하고, 그후, NO3으로 변화시키는 자급 미소유기체는 질화를 수행한다. 이 공정의 제 3 스테이지는 탈질화이며, 여기서 헤테로트로픽 미소유기체의 다른 그룹이 NO3를 NO2로 환원시키고, 그후, NO로 환원시키며, 최종적으로 N2로 환원시켜 대기로 방출한다.
미소유기체는 세포 합성, 세포 유지 동안, 그리고, 에너지 전달시 인을 사용한다. 이로 인해, 유입물의 인의 약 10 내지 30%가 미소 유기체에 의해 소비되며, 그 신진대사 프로세스를 위해 사용된다. 그러나, 증식을 위해 필요한 것 보다 많은 양으로 인을 저장하기 위한 기능을 가지는 세가지 미소유기체가 존재한다. 이는 농후 인 흡입이라 지칭된다. 세가지 미소유기체, 즉, 아시네토박터(acinetobactor), 슈도모나스(pseudomonas) 및 모라크셀라(moraxella)는 집합적으로 폴리-P 박테리아라 지칭되며, 그 이유는 폴리포스페이트 입자의 형태로 인을 저장하는 그 기능 때문이다. 폴리-P 박테리아는 압박 상태에 있을 때 폴리포스페이트를 에너지원으로 사용할 수 있다. 이들 박테리아가 단지 호기성 상태하에 있을 때만 이 여분의 양의 인을 저장할 수 있기 때문에, 본 발명은 호기성 반응기 영역내에서 농후 인 흡입을 보증하도록 충분한 양으로 용존 산소를 유지한다. 본 발명은 이들 폴리-P 박테리아가 폴리포스페이트를 에너지로서 사용할 수 있게 하는 필수적인 압박 상태에 도달하기 위해 미소유기체를 위한 영역으로서 혐기성 상태조절기 영역을 사용하며, 따라서, 유출 흐름내의 인의 양을 감소시킨다.
요약하면, 탄소, 질소 및 인이 생물에너지학 및 생물 합성을 통해 미소유기체에 의해 감소된다. 이들 영양물의 제거량은 영양물의 농도 및 이들 영양물이 미소유기체에 노출되는 시간의 양에 직접적으로 관련된다. 본 발명의 경우에서와 같이, 균질화를 통해 영양물이 미소유기체 및 산소와 접촉하는 횟수를 증가시키는 것은 유기체 소화 프로세스를 가속시킬 수 있다. 2-시간 수력 계류을 실질적으로 충족시키도록 설계하고, 그 영역 외부로 흘러나가기 전에 호기성 반응기 영역의 전체 내용물을 매 2시간 마다 100체적% 재순환 또는 재포기시킴으로써, 미소유기체가 생물학적 소화프로세스를 가속할 수 있는 환경이 제공된다. 고형물 포획 영역으로부터 제거 및 가공 영역으로 반환된 모든 생물학적 고형물은 이 가속된 생물학적 소화를 마찬가지로 받게 된다. 상술된 바와 같이 본 발명은 이 효과를 생성하고, 종래의 처리 시스템에 비해 보다 작은 점유면 디자인을 활용하면서, 보다 많은 가용한 수력 계류 용량이 존재하는 것처럼 기능한다.
연장된 MCRT 및 유연한 F/M 비율을 사용하고, 상술한 바와 같이 재순환을 증가시킴으로써, 생물질의 소비도 발생하고, 소와를 통한 처리의 향상된 유기 고형물 감소를 달성한다. 사전결정된 농도의 유기 고형물이 도달된 직후, 가능한 높은 인 농도로, 단지 이들 무기 고형물만의 의도적으로 폐기되어 초기화된다.
본 발명의 "향상된 고형물 감소"(ESR) 폐수 처리 시스템의 다른 콤포넌트는 전체 시스템의 일부로서의 영역(용기)이다. 영역은 처리를 위한 폐수를 포함하는 용기 또는 용기 그룹으로 구성된다. 이들 용기는 원추형 저면으로 구성된 특정 형상을 가지는 것이 적합하다. 그러나, 본 발명에 따른 상기 폐수의 처리는 이 적합한 용기에 한정되지 않는다. 본 발명의 프로세스를 사용한 효과적인 처리는 평탄한 또는 경사진 저면을 가지는 정사각형 또는 직사각형 용기에서 얻어질 수 있다. 영역은 그 영역을 위한 전용의 프로세스에 고유하다. 프로세스 영역의 용기 디자인 및 구성은 시스템의 모듈화를 허용하는 ESR 폐수 처리 시스템의 콤포넌트이다. 양호한 실시예에서, 도 4A 및 도 4B에 예시된 영역은 영역 디자인 당 단일 용기로 이루어져 있다. 대안적인 장치 실시예는 그 영역의 독창적인 처리 기능을 수행하는 하나 이상의 용기를 가지는 영역을 닮을 수 있다. 대안적으로, 대용량 ESR 폐수 처리 시스템의 실시예로서, 도 11에 도시된 다수의 용기가 하나의 영역으로서 분류되고, 도 11의 다수의 용기를 닮은 부가적인 모듈이 대용량 처리 플랜트의 설계 기준이 충족될때까지 필요한 각 부가 처리 영역에 추가될 수 있다. 대안적인 디자인은 여기에 설명된 바와 동일한 처리 가공 기술을 사용하는 다양한 크기의 용기를 통합한다.
용기 디자인은 함몰형 저면을 가지는 수직방향 원통체를 포함하지만, 처리 동안 폐수 흐름의 양호한 경로를 향상시키기 위한 환경을 생성하기 위해 원추형 저면(도 12 참조)을 가지는 것이 적합하다. 원추형 저면 용기의 사용은 주기적 제거를 위해 인 농후 무기 고형물을 정착 및 농축시키는데 효과적으로 사용된다. 현탁액내의 고형물을 유지하는 것은 호기성 반응기 영역의 저면으로부터 펌프내로 유동을 수용할 때, RCAS 시스템에 의해 달성된다. 호기성반응기 영역 내용물은 그후 펌핑, 포기 및 재순환되어 호기성 반응기 영역 내용물이 양호하게 혼합되도록 RCAS 도관이 호기성 반응기내로 재방출하는 동안 속도를 생성한다.
정화 동안, 원통형 형상체를 사용하고, 유입 방향 및 그 배치 기준점과, 그 배치 기준점 및 재순환 방출 방향을 경유한 유동을 촉진함으로써, 폐수는 정착 고형물이 용기의 하부에 도달하고, 원하는 처리를 용이하게 하기 위해 축적, 농축 및 가공되도록 특정 시간 기간 동안 용기내에 잔류하도록 특정 거리에 대하여, 그리고, 특정 속도로, 특정 방향(바람직하게는 회전)으로 이동하도록 안내된다. 이동하는 폐수의 유동 특성과 함께 원추형 저면은 정착 고형물이 원추형 저면의 최하부 지점에 있는 기준 중심점(고형물 농축기라 지칭)에 축적되게 한다. 이들 축적된 정착 고형물은 그후 그 최하 지점에서 밖으로 나오는 포트에 의해 배출될 수 있다.
도 4A 및 도 4B의 실시예는 유입물이 정상 BOD, TSS(총 현탁 고형물) & NH3로딩 을 포함할 때, 양호한 유동 특성을 나타내기 위해 사용될 수 있고, 도시 폐수 처리 플랜트의 유입물 농도로 예시된 바와 같이 정상 질화, 탈질화 및 인 감소를 필요로한다. 도 4A 및 도 4B에서, 현탁 고형물 및 생물 분해성 유기 물질을 포함하는 미리 걸러진 유입 폐수는 유입물 공급 라인을 통과하고, 이는 유입물 분할기 박스내로 유동하며, 그후, 각 용기에 대한 취출 공급기를 가진다. 이는 도 4A 및 도 4B가 처리 제원을 변화시키기 위한 고려되는 모든 가능한 유동 특성을 대표하는 범용 구조를 나타낼 수 있게 한다.
유동 및 프로세스
이제 도 4A 및 도 4B를 참조하면, 본 발명에 따른 개선된 고형물 감소(ESR) 폐수 처리 시스템의 양호한 실시예가 도시되어 있으며, 이는 플러그 유동형 유동특성(양호한 프로세스 실시예)와 연계하여, 질화, 탈질화 및 인 감소의 처리 특성에 완전한 유연성을 제공한다. 본 발명의 양호한 실시예 및 특정 RCAS 시스템의 효율로 인하여, 폐수 처리의 경제성 및 처리성 향상이 종래의 폐수 처리 프로세스에 비해 달성된다. 양호한 실시예는 4-영역 생물학적 프로세스 및 고형물 포획 처리 영역에 대응한다. 생물학적 처리 영역은 비제한적으로 1) 혐기성 영역, 2) 호기성 영역, 3) 무산소 영역 및 4) 추가 호기성 영역을 포함한다. 고형물 포획 영역은 2차 정화, 제 3 정화, 여과 및 화학제 추가부를 비제한적으로 포함한다. 그러나, 값을 변경시킴으로써 유동 특성을 변화시켜, 소정의 대안적인 처리 실시예(후술됨)가 구현 및 사용될 수 있다. 본 발명의 양호한 가공 실시예는 용기 지정식이 아닌 영역 지정식인 가공 방법이다.
양호한 플러그 유동 특성을 위하여, 본 실시예에서는 통상적인 도시 폐수로서 예시되어 있는 유입물은 처리 용기로의 유입물의 유동을 규제 및/또는 분할하는 유동 분할기 박스(4)내로 라인(2)을 통해 안내된다.
본 실시예에서, 유입물의 전체 유동은 그후 라인(6)을 경유하여 용기(8)(V#1)로 안내되고, 이는 혐기성 상태조절기 영역으로서 사용되며, 그에 의해, 이 영역의 체적 내용물이 상술한 RCAS와 펌프(10)를 사용하여 매 2시간 마다 일회 재순환된다. 용기(8)의 크기는 처리대상 유입물의 체적에 의존한다.
용기(8)(혐기성 상태조절기 영역)는 농후 인 흡입의 제 1 스테이지를 시작하고, 이는 생물학적으로 인(바이오-P)을 방출한다. 농후 인 흡입의 제 1 스테이지는 용기내의 산소 부족 상태를 유지함으로써 달성된다. 혐기성 상태조절기 영역의 용존 산소 레벨은 0.10mg/L 이하로 유지되어 바이오-P의 방출시 미소유기체에 의해 사용되는 휘발성 지방산(VFA)의 형성을 허용한다. 이 바이오-P 방출이 일시적인 인의 증가를 생성하지만, 이 또한 미소유기체가 추후 프로세스 동안 보다 많은 인의 양을 신진대사하게 한다. 이 영역의 내용물은 라인(11)으로부터 펌프(12)를 통해, 그리고, 라인(14)을 통해 용기(8)(혐기성 상태조절기 영역)로의 용기(58)(무산소 선택기 영역-V #3)로부터의 저 용존 산소 레벨 혼합 액체 현탁 고형물의 제어된 도입에 의해 낮은 용존 산소 레벨로 유지될 수 있다.
용기(8)(V#1)로부터의 수성 총 고형물(TS)은 라인(16)을 통해 용기(18)(V#2)로 유동하고, 이 용기(18)는 동적 호기성 반응기 #1 영역이다. 또한, 용기(18)는 다른 유동, 즉 MLSS 재생을 받아들이고, 이는 동적 호기성 반응기 #2 영역인 용기(20)(V #4)로부터 도입한다. 용기(20)로부터의 유동은 펌프(24)를 통해, 그리고, 최종적으로 라인(26)을 통해 라인(22)으로부터 도입한다. 다른 유동은 네 개의 정화기(용기 76, 80, 84, 88)-(V#5, V#6, V#7 및 V#8) 각각으로부터 RAS 펌프(28, 30, 32 및 34)를 통한, 그후, 라인(36, 38, 40, 42)을 통한, 그리고, 최종적으로 라인(44, 46, 48 및 50) 각각을 통해 반환 활성화 찌끼(RAS)의 형태로 용기(18)로 들어간다. 용기(18)의 내용물, 체적부는 펌프(52)에 의해 동력공급되는 후술된 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여, 매 2시간 마다 한번씩 재순환된다. 용기(18)의 내용물의 재순환 절차 동안, 정착형 고형물은 펌프(52)의 RCAS 시스템을 통과할 때 단편화에 의해 용해될 수 있게 된다. 단편화는 수성 용액내의 고형물이 RCAS 시스템을 통해 처리될 때, RCAS 시스템의 환상 소용돌이 작용에 의해 이루어지며, 그래서, 미소 유기체 개체에 의해 보다 용이하게 소비되게 된다. 강한 포기도 재순환 절차 동안 RCAS 시스템을 통해 적용되어 용존 산소의 레벨이 실질적으로 3.5mg/L의 농도 이상으로 유지된다. 이 레벨에서 용존 산소 농도를 유지하는 것은 미소유기체 집단내에 거주하는 아질산균 및 질산균이 암모니아(NH3)를 아질산염(NO2)으로, 그리고, 최종적으로 질산염(NO3)으로 각각 산화시킬 수 있게 한다. 3.5mg/L 이상으로 유지되는 이 영역의 용존 산소 농도에서, 현탁된 고형물 및 기타 유기물은 분해되고, 보다 안정한 화합물로 산화된다.
RCAS에 의해 전달된 큰 체적의 대기성 공기를 사용하고, 종래의 포기 시스템에 의해 유지되는 것(2.0mg/L 내지 3.0mg/L) 보다 높은 레벨(양호하게는 3.5mg/L 이상)로 용존 산소를 유지하는 것은 장기 MCRT와 함께 미소유기체 집단이 내생 호흡(ER)이라 공지된 생물학적 라이프 사이클 모드로 들어가게 한다. 이 ER 모드에서, 살아있는 미소유기체는 그 환경으로부터 흡수한 새로운 유기물과 함께 그 소유의 셀룰러 질량의 일부를 신진대사하기 시작한다. 이는 내생 호흡 프로세스를 통해 미소 유기체 집단의 사망율이 미소유기체 집단의 증식율과 같아지도록 양분대 미소유기체 비율(F/M)의 조절을 통해 미소 유기체를 유지하면서, 고형물 감소를 향상시키는 것을 돕는다.
이 반응기내의 강한 포기의 전달의 다른 장점은 미소유기체에 의한 대량의 인의 향상된 소비이다. 미소유기체에 의해 취해진 인의 양은 상술한 바와 같이 용기(8)내에 미소유기체가 방출한 인의 양 보다 크다. 그후, 미소유기체는 이 새롭게취득된 인을 새로운 셀 벽 형성 및 다른 에너지 소요를 위해 사용한다.
불활성 고형물의 축적물은 농도가 사전결정된 레벨에 도달하였을 때, 용기(18)(호기성 반응기 #1)로부터 라인(5)을 경유하여 제거된다. 이는 본 발명의 모든 실시예에 대하여 마찬가지로 유지된다. 이 사전결정된 레벨은 용기(18)내의 총 고형물의 농도의 실질적인 50% 또는 프로세스가 영양물이 프로세스 유출물까지 통과하는 것을 허용하기 시작하는 레벨일 수 있다.
라인(54)을 경유하여 용기(18)를 벗어나는 유동은 분할기 박스(56)에 제공되고, 그후, 라인(60)을 경유하여 추가 처리를 위해 용기(58)에 제공된다.
용기(58)(무산소 선택기 영역 V#3)의 내용물(체적부)은 펌프(62)에 의해 실질적으로 매 2시간 마다 1회 재순환된다. 용기(58)는 질산염 질소(NO3) 및 아질산염 질소(NO2)의 형태로 질소 분자에 부착된 원소 산소를 받아들이고, 이는 주로, 용기(18)(호기성 반응기 #1 영역)내에서 이루어지는 질화라 공지된 암모니아 변환 프로세스로부터 주로 유도된다. 용기(58)내의 용존 산소(BO)의 양은 0.3mg/L 내지 0.5mg/L의 범위로 유지된다. 용기(58)의 폐수내에 포함된 미소유기체는 호흡을 위해 산소를 찾는다. 적은 용존 산소가 가용한 상태에서, 미소유기체는 질소와 결합되어 있는 NO3내의 원소 산소를 사용하게 만든다. 이 프로세스는 일반적으로 탈질화라 지칭된다. 질소와 산소 사이의 결합이 끊어지고 나면, 미소유기체는 호흡을 위해 원소 산소를 소비하여 질소가 대기중으로 방출될 수 있게 한다. 미소유기체는 여전히 폐수내의 유기물의 소비를 지속하기 위해 필요한 호흡을 위해서 이 산소를사용한다.
이 무산소 상태 동안, 낮은 용존 산소 가용도의 시간 동안 에너지를, 그러나, 용기(8)(혐기성 상태조절기 영역 V#1)내에서 이루어지는 것 보다 적은 양으로 보존하는 방식으로 미소유기체에 의한 인의 자연적 방출이 이루어진다. 이는 인의 일시적 증가를 생성하지만, 이 또한, 미소유기체가 추후 프로세스에서 보다 많은 양의 인을 신진대사하게 한다. 이 프로세스를 위한 유출물은 추가 처리를 위해 라인(64)을 통해 용기(20)상에 제공된다.
용기(20)는 동적 호기성 반응기로서 사용된다. 용기(20)의 내용물(체적부)은 펌프(66)에 의해 동력 공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 매 2시간 마다 실질적으로 1회 재순환 및 강하게 포기된다. 용존 및 현탁 유기물 양자 모두의 산화는 최소 3.0mg/L의 용존 산소를 유지함으로써 용기(20)내에서 이루어진다. 미소유기체 집단내에 거주하는 질산균 및 아질산균은 유기 질소를 암모니아(NH3)로, 그후, 아질산염(NO2)으로, 최종적으로 질산염(NO3)으로 각각 산화시킨다. 용기(20)(동적 호기성 반응기 #2 영역)의 미소유기체 집단을 포함하는 수성 용액이 포기되고, 용존 산소가 증가할 때, 미소유기체는 생명을 유지하기 위해 그들에게 필요한 것 보다 많은 양으로 인을 소비하기 시작한다. 소비되는 인의 양은 혐기성 상태조절기 영역 및 무산소 선택기 영역(용기 8 및 58)내에서 처리되는 동안, 미소유기체가 수성 용액내로 방출한 인의 양을 훨씬 초과한다. 이 효과는 "농후 인 흡입"이라 지칭되는 것이다., 용기(20)로부터의 혼합된 액체 현탁고형물(MLSS)의 부분은 펌프(24)를 사용하여 라인(22)을 통해 용기(18)(동적 호기성 반응기 #1 영역)으로 추가 소화를 위해 재생되고, 라인(26)을 통해 최종적으로 방출되며, 유출물은 정화 영역 유동 분할 박스(72)(SB Clar Inf)로 들어가기 이전에 용기(20)로부터 라인(68)을 통해 라인(70)내로 방출된다.
라인(70)으로부터의 유입물이 정화 영역 유동 분할기(72)(SB Clar Inf)로 들어갈 때, 유동은 네 개의 균등 부분으로 분할되고, 정화기 #1에 대응하는 용기(76)를 위한 라인(74), 정화기 #2에 대응하는 용기(80)를 위한 라인(84), 정화기 #3에 대응하는 용기(84)를 위한 라인(82) 및 정화기 #4에 대응하는 용기(88)를 위한 라인(86)을 통해 네 개의 정화기 각각으로 보내진다. 유동이 각 정화기로 들어갈 때 유속이 감소하여 고형물이 각 정화기의 저면부에 정착될 수 있게 한다. 정착한 고형물은 그후 용기(76)(정화기 #1)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(90)를 사용하여, 용기(80)(정화기 #2)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(92)를 사용하여, 용기(84)(정화기 #3)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 유도기(94)를 사용하여, 그리고, 용기(88)(정화기 #4)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 유도기(96)를 사용하여 정화기의 벽으로부터 분리되어, 고형물이 각 정화기 RAS 펌프(28, 30, 32 및 34)와 RAS 라인(36, 38, 40, 42) 각각을 통해 제거되어 추가 처리를 위해 용기(18)(동역학적 호기성 반응기 #1)로 보내지기 이전에 추가로 농밀해지게 한다. 정화 프로세스로부터 분리된 액체는 라인(98)을 통하여 용기(76)를, 라인(100)을 통하여 용기(80)를, 라인(102)을 통하여 용기(84)를, 및 라인(104)을 통하여 용기(88)를 벗어나고, 수집 박스(106)(CBClar Eff)내에서 모인다. 이 정화기는 최종 처리된 유출물로서 라인(108)을 통한 유출물을 제공한다.
본 발명의 양호한 실시예는 종래의 호기성 처리 시스템에 비해 동작 유연성의 개선을 허용한다.
본 발명의 대안적인 제 1 실시예가 도 5A 및 도 5B에 도시되어 있으며, 여기서는 도 4A 및 도 4B의 양호한 장치 실시예의 장비 및 미사용 도관이 제거된다. 그러나, 양호한 프로세스 실시예를 사용하여 폐수 유동을 처리하기 위해 필요한 모든 사용되는 라인 및 장비가 도시되어 있다. 도 5A 및 도 5B에 도시된 대안적인 실시예는 도 4A 및 도 4B에서 제공된 유연성이 불필요한 경우에, 그리고, 특정 유동 구조가 설치를 위해 고려될 때 활용된다. 전형적인 도시 폐수인 유입물은 라인(2)을 통해 혐기성 상태조절기 영역(V#1)으로서 사용되는 용기(8)내로 안내되고, 그에 의해 영역의 내용물(체적부)이 펌프(10)를 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 양호한 실시예의 것과 유사하게, 이 용기의 내용물은 용기(58)(무산소 선택기 영역)로부터, 펌프(12)를 통해 라인(10)으로부터 저 산소 레벨 MLSS의 제어된 도입에 의해 낮은 용존 산소 레벨로 유지되고, 라인(14)을 통해 용기(8)내로 공급될 수 있다.
용기(8)(혐기성 상태조절기 영역)로부터의 수성 총 고형물은 라인(16)을 통해 동적 호기성 반응기 #1 영역(V#2)인 용기(18)내로 유동한다. 또한, 용기(18)는 다른 유동, 즉, 동적 호기성 반응기 #2 영역으로서 사용되는 용기(20)로부터 도입하는 MLSS 재생을 받아들인다. 용기(20)로부터의 유동은 펌프(24)를 통해 라인(22)으로부터 최종적으로 라인(26)을 통해 도입한다. 다른 유동은 네 개의 정화기(후술된 용기 76, 80, 84, 88) 각각으로부터 RAS 펌프(28, 30, 32 및 34)를 통해, 그후, 라인(36, 38, 40 및 42) 각각을 통해, 최종적으로 라인(44, 46, 48, 50) 각각을 통해 용기(18)로 도입하는 반환 활성 찌끼(RAS)의 형태로 용기(18)로 들어간다. 용기(18)의 내용물(체적부)은 펌프(52)에 의해 동력공급되는 후술된 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번씩 재순환된다. 재순환 절차 동안, 정착형 고형물인 용기(18)의 내용물은 영역의 RCAS 시스템을 통과할 때 단편화에 의해 용해가능한 상태가 된다. 단편화는 수성 용액내의 고형물이 RCAS 시스템을 통해 처리될 때 RCAS 시스템의 환상 소용돌이 작용에 의해 이루어지며, 그래서, 미소유기체 개체에 의해 보다 용이하게 소비될 수 있다. 또한, 재순환 절차 동안 RCAS 시스템을 통해 강한 포기가 적용되고, 그래서, 용존 산소의 레벨이 실질적으로 리터당 3.5mg 이상의 농도로 유지된다.
유동은 라인(110)을 경유하여 용기(58)(무산소 선택기 영역- V#3)로 용기(18)(호기성 반응기 #1 영역)를 벗어난다. 용기(58)의 내용물은 펌프(62)에 의해 실질적으로 2시간 마다 한번씩 재순환된다. 용기(58)의 동작은 도 4A 및 도 4B와 관련하여 설명된 것과 유사하다. 용기(58)로부터의 유출물은 라인(64)을 경유하여 추가 처리를 위한 용기(20)에 제공된다.
용기(20)는 동적 호기성 반응기(V#4)이다. 용기(20)의 내용물은 펌프(66)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번씩 재순환 및 강하게 포기된다. 용기(20)의 동작은 도 4A 및 도 4B에 관련하여 설명된 것과 유사하다. 상술한 바와 같이, 용기(20)의 MLSS의 부분이 펌프(24)를 사용하여 라인(22)을 통해 용기(18)로 추가 처리를 위해 재생되고, 최종적으로 라인(26)을 통해 방출되며, 용기(20)의 유출물은 정화 영역 유동 분할기 박스(72)(SB Clar Inf)에 들어가기 이전에 라인(68)을 통해 라인(70)내로 방출된다.
라인(70)으로부터의 유입물이 정화기 영역 유동 분할기 박스(72)에 들어갈 때, 유동은 네 개의 부분들로 분할되어 정화기 #1에 대응하는 용기(76)에 대해서는 도관(74), 정화기 #2에 대응하는 용기(80)에 대해서는 도관(78), 정화기 #3에 대응하는 용기(84)에 대해서는 도관(82), 그리고, 정화기 #4에 대응하는 용기(88)에 대해서는 도관(86)을 통해 네 개의 정화기(V#5, V#6, V#7, V#8) 각각으로 보내지는 것이 적합하다. 유동이 각 정화기로 들어갈 때 유속이 감소되어 각 정화기의 저면으로 고형물이 정착할 수 있게 한다. 이들 정착한 고형물은 그후 용기(76)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(90)를 사용하여, 용기(80)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(92)를 사용하여, 용기(84)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 유도기(94)를 사용하여, 그리고, 용기(88)에 대하여 수력학적으로 동작되는 고형물 유도기(96)를 사용하여 용기의 벽으로부터 분리되어, 고형물이 각 정화기 RAS 펌프(28, 30, 32 및 34)와 RAS 라인(36, 38, 40, 42) 각각을 통해 제거되어 추가 처리를 위해 용기(18)로 보내지기 이전에 추가로 농밀해지게 한다. 정화 프로세스로부터 분리된 액체는 라인(98)을 통하여 용기(76)를, 라인(100)을 통하여 용기(80)를, 라인(102)을 통하여 용기(84)를, 및 라인(104)을통하여 용기(88)를 벗어나고, 수집 박스(106)(CB Clar Eff)내에서 모인다. 이 정화기는 최종 처리된 유출물로서 라인(108)을 통한 유출물을 제공한다.
도 18은 정화기의 출력부(라인 108)에 연결된 여과 영역(89)을 추가로 포함하는 도 5A 및 도 5B에 도시된 프로세스의 단순화된 도면이다. 여과 영역은 추가 러치를 위해 라인(108)을 경유하여 수성 용액(도 4A 및 도 4B에서, 유출물)을 받아들인다. 수성 용액은 고형물이 수성 용액의 액체 부분으로부터 분리 및 정착되는 여과 영역에 제공된다. 액체 부분으로부터 정착 및 분리된 고형물은 라인(109)을 경유하여 시스템을 통한 재가공 및 재처리를 위해 유입 라인(2)에 제공된다. 도 18에 도시된 여과 영역은 또한 도 4A 및 도 4B에 도시된 시스템에 포함되거나, 후술된 본 발명의 다른 실시예 중 어떠한 것에도 포함될 수 있다.
도 6A 및 도 6B에 도시된 본 발명의 대안적인 제 2 실시예는 플러그 유동형 흐름 특성과 관련한 질화 및 탈질화의 처리 특성을 제공하기 위해 본 발명의 대안적인 제 1 프로세스 실시예를 사용한다. 대안적인 제 2 장치 실시예는 대안적인 제 1 프로세스 실시예와 함께 사용된다. 본 발명의 대안적인 제 1 가공 실시예는 용기 지정식이 아닌 영역지정식인 가공 방법이다.
대안적인 제 1 프로세스 실시예에서, 전형적인 도시 폐수로 표시된 유입물은 라인(120)을 통해 무산소 선택기 영역(V#1)으로서 사용되는 용기(122)내로 안내되고, 그에 의해, 이 용기의 내용물(체적부)이 펌프(124)를 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 용기(122)에 도입하는 다른 유동은 라인(128)을 경유하여 용기(126)(호기성 반응기 #1 영역-V#2)로부터, 그리고, 라인(132)을 경유하여용기(130)(호기성 반응기 #2 영역-V#3)로부터 MLSS 재생의 형태로 들어오며, 이는 용기(122)내의 산소부족을 보완하기 위해 사용된다. 용기(122)로 들어오는 다른 유동은 네 개의 정화기(용기 134, 136, 138, 140) 각각으로부터 RAS 펌프(142, 144, 146 및 148)를 통해, 그후, 최종적으로 라인(150, 152, 154 및 156) 각각을 통해 반환 활성화 찌끼(RAS)의 형태로 들어온다. 용기(122)는 질산염 질소(NO3) 및 아질산염 질소(NO2)의 형태로 질소 분자에 부착된 원소 산소를 받아들이며, 이는 용기(126 및 130)(호기성 반응기 #1 영역 및 호기성 반응기 #2 영역)내에서 이루어지는 질화라 공지된 암모니아 변환 프로세스로부터 대부분 유도된다. 용기(122)내의 용존 산소의 양은 0.3mg/L 내지 0.5mg/L의 범위로 유지된다. 이는 펌프(158) 및 펌핑 라인(128)을 사용하여 용기(126)(호기성 반응기 #1 영역)로부터, 그리고, 펌프(160) 및 펌핑 라인(132)을 사용하여 용기(130)(호기성 반응기 #2 영역)로부터 용기(122)로의 MLSS 재생에 의해 가능해진다.
용기(122)(무산소 선택기 영역)의 폐수내에 포함된 미소유기체는 호흡을 위해 산소를 찾는다. 미소한 용존 산소가 가능한 경우에, 미소유기체는 질소가스와 결합한 NO3내의 원소 산소를 사용하도록 강요된다. 이 프로세스는 일반적으로 탈질화라 지칭된다. 질소와 산소 사이의 결합이 파괴되고 나면, 미소유기체는 호흡을 위해 원소 산소를 소비하여 대기내로 질소가 방출되게 한다.
용기(122)(무산소 선택기 영역)의 탈질화 프로세스의 호흡을 통한 산소의 소비 동안, 미소유기체는 용기(126, 130)(호기성 반응기 영역 #1 및 #2)의 재순환 프로세스에서 미소유기체 개체에 의하여 보다 용이하게 소비될 수 있도록 단편화 및 용해가능화된 총 현탁된 고형물 형태의 유기물의 부분도 소비한다.
용기(122)(무산소 선택기 영역)로부터의 수성 총 고형물(TS)은 중력에 의해 라인(162)을 통해 용기(126)(호기성 반응기 #1 영역)로 연속 처리를 위해 유동한다. 용기(126)의 내용물(체적부)은 펌프(164)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 재순환 절차 동안, 용기(126)의 내용물, 즉, 정착형 고형물은 요기의 RCAS 시스템을 통한 단편화에 의해 용해가능해진다. 단편화는 수성 용액내의 고형물이 RCAS 시스템을 통과할 때 RCAS 시스템의 환상 소용돌이 작용에 의해 이루어지며, 그래서, 미소 유기체 개체에 의해 보다 쉽게 소비되게 된다. 또한, 재순환 동안, 용존 산소 레벨이 실질적으로 3.5mg/L 이상의 농도로 유지되도록 RCAS 시스템을 통해 강한 포기가 적용된다. 이들 레벨로 용존 산소 농도를 유지하는 것은 미소유기체 개체내에 거주하는 질산균 및 아질산균이 암모니아(NH3)를 아질산염(NO2)으로, 그리고, 최종적으로 질산염(NO3)으로 각각 산화시킬 수 있게 한다. 숙련자들은 이 프로세스를 질화라 지칭한다. 이 영역의 용존 산소 농도가 3.5mg/L 이상으로 유지되는 상태에서, 현탁된 고형물과 기타 유기물은 보다 안정한 화합물로 분해 및 산화된다.
장기 MCRT와 함께, RCAS 시스템에 의해 전달되는 대량의 대기성 공기를 사용하고, 종래의 시스템에 의해 유지되는 것(2.0mg/L 내지 3.0mg/L) 보다 높은 레벨(양호하게는 3.5mg/L 이상)j로 용존 산소를 유지함으로써, 미소유기체 집단은 내생호흡(ER)이라 공지된 생물학적 라이프 사이클 모드로 들어가게 된다. 이 ER 모드에서, 살아있는 미소유기체는 그 환경으로부터 흡수한 새로운 유기물과 함께 그 소유의 셀룰러 질량의 일부를 신진대사하기 시작한다. 이는 내생 호흡 프로세스를 통해 미소 유기체 집단의 사망율이 미소유기체 집단의 증식율과 같아지도록 양분대 미소유기체 비율(F/M)의 조절을 통해 미소 유기체를 유지하면서, 고형물 감소를 향상시키는 것을 돕는다.
이 반응기내의 강한 포기의 전달의 다른 장점은 미소유기체에 의한 일부 인의 향상된 소비이다.
용기(126)(호기성 반응기 #1 영역)를 벗어나는 유동은 라인(166)을 통해 용기(130)로 벗어난다. 용기(130)는 호기성 반응기 #2 영역(V#3)으로서 사용되며, 그에 의해, 이 용기의 내용물(체적부)은 펌프(168)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환 및 강하게 포기된다. 용존 및 현탁 유기물 양자 모두의 산화는 적어도 3.0mg/L의 DO 레벨을 유지함으로써 이 용기내에서 이루어진다. 미소유기체 집단내에 거주하는 아질산균 및 질산균은 유기 질소를 암모니아(NH3)로 그후, 아질산염(NO2)으로, 최종적으로 질산염(NO3)으로 각각 이 용기내에서 산화시킨다. 질산염 농후 MLSS의 일부는 펌프(160)를 사용하여 라인(132)을 통해 용기(122)(무산소 선택기 영역)로 재생되고, 이는 탈질화 프로세스를 통한 질소 감소를 위한 것이다.
또한, 유동은 폐수의 액체 부분으로부터의 고형물의 정착을 위해 정화기 영역 유동 분할 박스(174)(SB Clar Inf)로 들어가기 이전에, 중력에 의해 라인(170)을 통해 라인(172)으로 벗어난다.
본 대안적인 실시예는 양호한 실시예에 존재하는 용기(V#4)를 포함하지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 이 용기는 유동이 추가 호기성 반응기에 대한 필요성을 실질적으로 필수적으로 증가시킬때까지 사용되지 않는다.
라인(172)으로부터의 유입물이 정화 영역 분할 박스(174)(SB Clar Inf)로 들어갈 때, 유동은 네 개의 균등 부분으로 분할되고, 용기(134)(정화기 #1)에 대해서는 라인(176)을 통해, 용기(136)(정화기 #2)에 대해서는 라인(178)을 통해, 용기(138)(정화기 #3)에 대해서는 라인(180)을 통해, 그리고, 용기(140)(정화기 #4)에 대해서는 라인(826)을 통해, 네 개의 정화기 용기(134, 136, 138, 140) 각각에 보내진다. 유동이 각 정화기에 들어갈 때 유속이 감소되어, 고형물이 정화기 용기 각각의 저면에 정착하게 한다. 정착하는 고형물은 그후, 용기(134)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(184), 용기(136)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(186), 용기(138)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(188), 그리고, 용기(140)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(190)를 사용함으로써, 원추 벽으로부터 분리되어, 정하기 RAS 펌프(142, 144, 146 및 148)와 RAS 라인(150, 152, 154 및 156) 각각을 통해 제거되어 추가 처리를 위해 용기(122)(무산소 반응기 영역)에 보내지기 이전에 고형물이 추가로 농밀해지게 한다. 정화 프로세스로부터 분리된 액체는 라인(192)을 통해 용기(134)(정화기 #1)를, 라인(194)을 통해 용기(136)(정화기 #2)를,라인(196)을 통해 용기(138)(정화기 #3)를, 그리고, 라인(198)을 통해 용기(140)(정화기 #4)를 벗어나고, 수집 박스(200)(CB Clar Eff)에 모인다. 정화기 유출물은 최종 처리된 유출물로서 라인(202)을 경유해 배출된다.
이제 도 7A 및 도 7B를 참조하면, 본 발명의 다른 대안적인 장치 실시예가 도시되어 있으며, 이는 플러그 유동형 유동 특성과 관련한 질화의 가공 특성을 제공하기 위해 대안적인 제 2 프로세스 실시예를 사용한다. 이 대안적인 장치 실시예는 제 2 대안적인 방법 실시예와 함께 사용된다. 본 발명의 대안적인 제 2 프로세스 실시예는 용기 지정식이 아니라 영역 지정식인 가공 방법이다.
도 7A 및 도 7B에 도시된 본 발명에 따라서, 전형적인 도시 폐수로 표시된 유입물은 호기성 반응기 #1 영역인 용기(212)내로 라인(210)을 통해 안내된다. 용기(212)로 도입하는 다른 유동은 RAS 펌프(222, 224, 226 및 228)를 통해 반환 활성 찌끼(RAS)의 형태로 네 개의 정화기(214, 216, 218, 220)로부터 들어오며, 각각 라인(230, 232, 234 및 236)를 통해 용기(212)로 전달된다.
용기(212)(호기성 반응기 #1 영역)의 내용물(체적부)은 펌프(238)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 재순환 절차 동안, 정착형 고형물인 용기(212)의 내용물은 RCAS 시스템을 통한 단편화에 의해 용해될 수 있게 된다. 단편화는 수성 용액내의 고형물이 RCAS 시스템을 통해 처리될 때, RCAS 시스템의 환상 소용돌이 작용에 의해 이루어지며, 그래서, 미소유기체 개체에 의해 보다 쉽게 소비될 수 있게 된다. 또한, 재순환 동안, 용존 산소 레벨이 실질적으로 3.5mg/L 이상으로 유지되도록 RCAS 시스템을 통해 강한 포기가 적용된다. 용존 산소 농도를 이들 레벨로 유지하는 것은 미소유기체 집단내에 거주하는 질산균 및 아질산균이 암모니아(NH3)를 아질산염(NO2)으로, 최종적으로, 질산염(NO3)으로 각각 산화시킨다. 본 기술 분야의 숙련자들에게는 이 프로세스가 질화라 공지되어 있다. 이 영역의 용존 산소 농도가 3.5mg/L 이상에서 유지되는 상태에서, 현탁된 고형물 및 다른 유기물은 보다 안정한 화합물로 분해 및 산화된다.
장기 MCRT와 함께, RCAS 시스템에 의해 전달되는 대량의 대기성 공기를 사용하고, 용존 산소를 종래의 시스템에 의해 유지되는 것(2.0mg/L 내지 3.0mg/L) 보다 높은 레벨(양호하게는, 3.5mg/L 이상)로 유지함으로써, 미소유기체 집단은 내생 호흡(ER)이라 공지된 생물학적 라이프 사이클 모드로 들어가게 된다. 이 ER 모드에서, 살아있는 미소유기체는 그 환경으로부터 흡수한 새로운 유기물과 함께 그 소유의 셀룰러 질량의 일부를 신진대사하기 시작한다. 이는 내생 호흡 프로세스를 통해 미소 유기체 집단의 사망율이 미소유기체 집단의 증식율과 같아지도록 양분대 미소유기체 비율(F/M)의 조절을 통해 미소 유기체를 유지하면서, 고형물 감소를 향상시키는 것을 돕는다.
이 반응기내의 강한 포기의 전달의 다른 장점은 미소유기체에 의한 일부 인의 향상된 소비이다.
유동은 라인(239)을 통해 추가 호기성 처리를 위한 용기(240)(호기성 반응기 #2 영역-V#2)내로 용기(212)(호기성 반응기 #1 영역)를 벗어난다. 용기(240)의 내용물(체적부)은 펌프(242)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 용기(240)의 내용물의 재순환 동안, 부가적인 강한 포기가 적용되고, 용존 산소 레벨은 실질적으로 3.0mg/L 이상의 농도로 유지된다. 용존 산소 농도를 이 레벨로 유지하는 것은 미소유기체가 총 BOD를 비제한적으로 포함하는 유기물 및 유기 질소를 암모니아로 먼저 변화시키고, 그후, 아질산염으로, 그리고 최종적으로 질산염으로 변화시키도록 기능할 수 있게 한다. 이 프로세스는 총 질소의 농도를 덜 유해한 화합물로 감소시킨다.
유동은 폐수의 액체 부분으로부터 고형물의 정착을 위하여, 정화 영역 유동 분할 박스(246)(SB Clar Inf)로 들어가기 이전에 바람직하게는 중력에 의해 라인(234)을 통해 라인(244)으로 용기(240)를 벗어난다.
이전 실시예에서 설명된 부가적인 호기성 반응기 용기는 유동이 실질적으로 부가 호기성 반응기에 대한 필요성을 실질적으로 필연적으로 증가시킬때까지 본 실시예에서 사용되지 않는다.
라인(244)으로부터의 유입물이 정화 영역 분할기 박스(246)(SB Clar Inf)로 들어갈 때, 유동은 네 개의 균등 부분으로 분할되고, 용기(214)(정화기 #1)에 대해서는 라인(248)을 통해, 용기(216)(정화기 #2)에 대해서는 라인(250)을 통해, 용기(218)(정화기 #3)에 대해서는 라인(252)을 통해, 그리고, 용기(220)(정화기 #4)에 대해서는 라인(248)을 통해, 네 개의 정화기(용기 214, 216, 218, 220) 각각으로 보내진다. 정화기 각각으로 유동이 도입될 때 유속이 감소되어 각 정화기의 저면에 고형물이 정착될 수 있게 한다. 설정하는 고형물은 그후, 용기(214)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(256), 용기(216)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(258), 용기(218)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(260), 그리고, 용기(220)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(262)를 사용하여 벽으로부터 분리되고, 각 정화기 RAS 펌프(222, 224, 226 및 228) 및 RAS 라인(230, 232, 234, 236)을 통해 제거되어 추가 처리를 위해 용기(212)(호기성 반응기 #1 영역)로 보내지기 이전에 고형물이 추가로 농밀해질 수 있게 한다. 정화 프로세스로부터 분리된 액체는 라인(264)을 통해 용기(214)를 벗어나고, 라인(266)을 통해 용기(216)를 벗어나고, 라인(268)을 통해 용기(218)를 벗어나고, 라인(270)을 통해 용기(220)를 벗어나며, 수집 박스(272)(CB Clar Eff)내에서 모인다. 정화기 유출물은 최종 처리된 유출물로서 라인(274)을 통해 배출된다.
이제 도 7A 및 도 7B를 참조하면, 본 발명의 다른 대안적인 실시예가 도시되어 있으며, 이는 단계 공급 유동형 유동 특성을 사용하는 것과 관련하여 질화, 탈질화 및 인 감소의 가공 특성을 제공하도록 본 발명의 대안적인 제 3 실시예를 사용하여 개선된 동작 유연성을 제공한다. 대안적인 제 3 공정 실시예와 관련하여 이 대안적인 실시예를 사용하는 것은 파라미터 변경 또는 공급 우선순위의 변화가 존재할 때 적합하며, 유출물 품질이 개선될 필요가 있을 때 적합하다. 또한, 유입물 유동 특성이 동일하게 남아 있으면서 유입 영양물 로드가 변화할때에도 적합하다. 본 발명의 대안적인 제 3 가공 실시예는 용기 지정식이 아닌 영역 지정식이다.
대안적인 제 3 프로세스 실시예에서, 유입물은 고강도 폐기물이며, 이는 고농도의 NH3, 높은 TSS 농도 및 높은 총 BOD 농도를 가지며, 산업적 강도의 폐기물 흐름의 유입물 농도에 의해 예시될 필요가 있을 수 있는 질화, 탈질화 및 인 감소를 필요로한다.
도 7A 및 도 7B에 도시된 대안적인 실시예에서, 현탁 고형물 및 생물 분해가능한 유기물질을 포함하는 유입물은 라인(280)을 통해 분할기 박스(282)(SB PLT Inf)로 들어가고, 여기서 이는 총 유입물 유동의 60%를 라인(286)을 경유하여 용기(284)(혐기성 상태조절기 영역-V#1)로, 총 유입물 유동의 30%를 라인(288)을 통해 용기(290)(호기성 반응기 #1 영역-V#2)로, 그리고, 5%를 라인(292)을 통해 용기(294)(무산소 선택기 영역- V#3)으로 전환시키고, 나머지 5%를 라인(296)을 통해 용기(298)(호기성 반응기 #2 영역-V#4)으로 전환시키는 방식으로 전환된다.
용기(284)는 펌프(302) 및 라인(304)을 사용하여 라인(300)을 통해 용기(294)로부터의 유동과 플랜트 유입물 유동의 60%를 받아들인다. 용기(284)의 내용물(체적부)은 펌프(306)를 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다.
용기(284)(혐기성 상태조절기 영역)는 제 1 농후 인 흡입 스테이지를 시작하고, 이는 생물학적 인(바이오-P)을 방출한다. 농후 인 흡입은 용기(284)내의 무산소 상태를 유지함으로써 달성된다. 용존 산소 레벨은 0.10mg/L 이하로 유지되어 미소유기체에 의한 바이오-P 방출을 유발한다. 이 바이오-P 방출이 일시적인 인의 증가를 형성하지만, 이 또한, 미소유기체가 추후 프로세스 동안 보다 많은 양의 인을 신진대사하게 만든다. 이 영역의 내용물은 펌프(302)를 통해 라인(300)으로부터 그리고, 라인(304)을 통해 용기(294)(무산소 선택기 영역)로부터 용기(284)로의 저 산소 레벨 MLSS의 제어된 도입에 의해 낮은 용존 산소 레벨로 유지할 수 있다. 그후, 유동은 처리를 위해 라인(308)을 통해 용기(290)(호기성 반응기 #1 영역)로 이어진다.
상술한 바와 같이, 용기(290)는 라인(288)을 통해 플랜트 유입 유동의 30%를 받아들이고, 호기성 반응기 #1 영역으로서 사용된다. 이 용기로 들어오는 다른 유동은 펌프(312)를 사용하여 용기(298)로부터 라인(310)을 통해서 들어오며, 그후, 라인(314)을 통해서 용기(290)내로 방출한다. 용기(298)(호기성 반응기 #2 영역)로부터의 유동은 MLSS 재생의 형태이다. 용기(290)로 들어가는 또 다른 유동은 RAS 펌프(324, 326, 328 및 330)를 통해, 그리고, 최종적으로 라인(332, 334, 336 및 338) 각각을 통해 네 개의 정화기 용기(316, 318, 320, 322) 각각으로부터 반환 활성화 찌끼(RAS)의 형태로 들어온다. 용기(290)의 내용물(체적부)은 펌프(340)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 재순환 절차 동안, 용기(284)의 내용물, 즉, 정착형 고형물은 그들이 용기의 RCAS 시스템을 통과할 때 단편화에 의해 용해가능한 상태가 된다. 단편화는 수성 용액내의 고형물이 RCAS 시스템을 통해 처리될 때, RCAS 시스템의 환상 소용돌이 작용에 의해 이루어지며, 그래서, 미소유기체 개체에 의해 보다 쉽게 소비될 수 있게 된다. 또한, 용존 산소 레벨이 실질적으로 3.5mg/L 이상의 농도로 유지되도록 재순환 절차 동안 강한 포기가 적용된다. 용존 산소 농도를 이 레벨로 유지하는 것은 미소유기체 개체내에 거주하는 질산균 및 아질산균이암모니아(NH3)를 아질산염(NO2)으로, 그리고, 최종적으로 질산염(NO3)으로 각각 산화시킬 수 있게 한다. 이 영역내의 용존 산소 농도가 3.5mg/L 이상인 상태에서, 현탁된 고형물 및 다른 유기물은 보다 안정한 화합물로 분해 및 산화된다. RCAS에 의해 전달된 큰 체적의 대기성 공기를 사용하고, 종래의 포기 시스템에 의해 유지되는 것(2.0mg/L 내지 3.0mg/L) 보다 높은 레벨(양호하게는 3.5mg/L 이상)로 용존 산소를 유지하는 것은 장기 MCRT와 함께 미소유기체 집단이 내생 호흡(ER)이라 공지된 생물학적 라이프 사이클 모드로 들어가게 한다. 이 ER 모드에서, 살아있는 미소유기체는 그 환경으로부터 흡수한 새로운 유기물과 함께 그 소유의 셀룰러 질량의 일부를 신진대사하기 시작한다. 이는 내생 호흡 프로세스를 통해 미소 유기체 집단의 사망율이 미소유기체 집단의 증식율과 같아지도록 양분대 미소유기체 비율(F/M)의 조절을 통해 미소 유기체를 유지하면서, 고형물 감소를 향상시키는 것을 돕는다.
이 반응기내의 강한 포기의 전달의 다른 장점은 미소유기체에 의한 대량의 인의 향상된 소비이다. 미소유기체에 의해 취해진 인의 양은 상술한 바와 같이 용기(284)(혐기성 상태조절기 영역)내에 미소유기체가 방출한 인의 양 보다 크다. 그후, 미소유기체는 이 새롭게 취득된 인을 새로운 셀 벽 형성 및 다른 에너지 소요를 위해 사용한다.
그후, 유동은 추가 처리를 위해 라인(342)을 통해 용기(294)(무산소 선택기 영역)로 용기(290)(호기성 반응기 #1 영역)를 벗어난다. 용기(290)으로부터의 라인(342)을 통한 유동에 부가하여, 용기(294)는 또한 라인(292)을 통해 플랜트 유입물의 5%의 추가 유동을 받아들인다. 이 용기의 내용물(체적부)은 펌프(344)에 의해 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 이 무산소 선택기 영역은 용기(290)(호기성 반응기 #1 영역)내에서 이루어지는 질화라 공지된 암모니아 변환 프로세스로부터 대부분 유도된 질산염 질소(NO3) 및 아질산염 질소(NO2) 형태의 질소 분자에 부착된 원소 산소를 받아들인다. 용기(294)내의 용존 산소(DO)는 0.3mg/L 내지 0.5mg/L의 범위로 유지된다. 용기(294)의 폐수내에 포함된 미소유기체는 호흡을 위해 산소를 찾는다. 미소한 가용 DO에서, 미소유기체는 질소와 결합된 NO3내의 원소 산소를 사용하게 된다. 이 프로세스는 통상적으로 탈질화라 지칭된다. 질소와 산소 사이의 결합이 파괴되고 나면, 미소유기체는 호흡을 위해 원소 산소를 소비하여 질소가 대기로 방출되게 한다. 여전히 폐수내에서 유기물의 소비를 지속하기 위해 필요한 호흡을 위해 이 산소를 사용한다.
이 무산소 상태동안, 이소 유기체에 의한 자연적 인 방출이 이루어지며, 이는 낮은 용존 산소 가용성의 시간 동안 에너지를 보존하지만, 용기(284)(혐기성 상태조절기 영역)내에서 보다 적은 양이 발생하는 방식으로 이루어진다. 이는 일시적인, 그러나, 미소한, 인의 증가를 초래하지만, 이 또한 미소유기체가 추후 프로세스에서 보다 많은 양의 인을 신진대사하게 만든다. 이 프로세스로부터의 유출물은 추가 처리를 위해 용기(298)(호기성 반응기 #2 영역)상으로 라인(346)을 통해 지속된다.
라인(346)을 통해 용기(298)(호기성 반응기 #2 영역)로 들어가는 유동에 부가하여, 플랜트 유입물의 5%의 유동이 라인(296)을 통해 용기(298)내로 제공된다. 이 영역의 내용물(체적부)은 펌프(348)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환 및 강하게 포기된다. 용존 및 현탁 유기물 양자 모두의 산화는 3.5mg/L의 용존 산소를 유지함으로써, 이 용기내에서 이루어지게 된다. 미소유기체 지반내에 거주하는 아질산균 및 질산균은 유기 질소를 암모니아(NH3)로, 그후, 아질산염(NO2)으로, 최종적으로 질산염(NO3)으로 이 용기내에서 각각 산화시킨다. 용기(298)의 미소유기체 집단을 포함하는 수성 용액이 포기되고, 용존 산소가 증가할 때, 미소유기체도 생명 유지를 위해 필요한 것 보다 많은 양의 인을 소비하기 시작한다. 소비된 인의 양은 용기(284 및 294)(혐기성 상태조절기 영역 및 무산소 선택기 영역)내에서의 처리 동안 수성 용액 내로 미소유기체가 방출한 인의 양을 훨씬 초과한다. 이는 본 기술 분야에서 "농후 인 흡입"이라 지칭된다. 용기(298)로부터의 MLSS 부분은 펌프(312)를 사용하여 라인(310)을 통해 용기(290)(호기성 반응기 #1 영역)로 재생되고, 최종적으로 라인(314)을 통해 배출되며, 유출물은 정화 영역 유동 분할기 박스(354)(SB Clar Inf)에 들어가기 이전에 라인(350)을 통해 라인(352)내로 이어진다.
라인(352)으로부터의 유입물이 정화 영역 분할기 박스(354)로 들어갈 때, 유동은 네 개의 균등 부분으로 분할되고, 용기(316)(정화기 #1)에 대하여서는 라인(356)을 통해, 용기(318)(정화기 #2)에 대하여서는 라인(358)을 통해, 용기(320)(정화기 #3)에 대하여서는 라인(360)을 통해, 그리고, 용기(322)(정화기#4)에 대하여서는 라인(362)을 통해, 네 개의 정화기(316, 318, 320, 322) 각각으로 보내지는 것이 적합하다. 정화기 각각으로 유동이 들어갈 때 유속이 감소되어 고형물이 각 정화기의 저면에 정착되게 한다. 정착하는 고형물은 그후, 용기(316)(정화기 #1)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(364)를, 용기(318)(정화기 #2)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(366)를, 용기(320)(정화기 #3)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(368)를, 그리고, 용기(322)(정화기 #4)에 대해서는 수력학적으로 동작되는 고형물 농도 유도기(370)를 사용하여 각 정화기 용기의 벽으로부터 분리되고, 각 정화기 RAS 펌프(324, 326, 328 및 330) 및 RAS 라인(332, 334, 336 및 338)을 통해 제거되어 추가 처리를 위해 용기(290)(호기성 반응기 #1 영역)로 보내지기 이전에 추가로 농밀해지게 된다. 정화 프로세스로부터 분리된 액체는 라인(372)을 통해 용기(316)(정화기 #1)를 벗어나고, 라인(374)을 통해 용기(318)(정화기 #2)를 벗어나고, 라인(376)을 통해 용기(320)(정화기 #3)를 벗어나고, 라인(378)을 통해 용기(322)(정화기 #4)를 벗어나며, 수집 박스(380)(CB Clar Eff)에서 조합된다. 정화기 유출물은 최종 처리된 유출물로서 라인(382)을 통해 배출된다.
이제 도 9A 및 도 9B를 참조하면, 본 발명의 다른 대안적인 실시예가 도시되어 있으며, 이는 단계 공급 유동 형 유동 특성을 사용하는 것과 연계하여 질화 및 탈질화의 가공 특성을 제공하기 위해 대안적인 제 4 프로세스 실시예를 사용한다. 본 발명의 대안적인 제 4 가공 실시예는 용기 지정식이 아니라 영역 지정식인 가공 방법이다.
대안적인 제 4 프로세스 실시예에서, 유출물은 고 강도 폐기물이고, 이는 높은 NH3농도를 포함하고, 높은 TSS 농도와 높은 총 BOD 농도를 가지며, 산업 강도 폐기물 흐름의 유입물 농도에 의해 예시될 필요가 있는 바와 같은 총 질소 감소를 위한 질화 및 탈질화를 필요로한다.
이제 도 9A 및 도 9B를 참조하면, 본 발명의 대안적인 실시예가 도시되어 있으며, 여기서는, 현탁 고형물 및 생물 분해성 유기 물질을 포함하는 유입물이 라인(290)을 통해 분할기 박스(392)(SB PLT Inf)로 들어오고, 여기서, 이는 라인(394)을 통해 총 유입물 유동의 75%를 용기(396)(무산소 선택기 영역-V#1)로 보내고, 총 유입물 유동의 15%는 분할기 박스(392)에 의해 라인(398)을 통해 용기(400)(호기성 반응기 #1 영역 V#2)로 전환되며, 총 유입물 유동의 나머지 10%는 분할기 박스(392)에 의해 라인(402)을 통해 용기(404)(호기성 반응기 #2 영역 V#3)로 전환된다.
용기(396)(V#1)는 라인(394)을 통해 유입물 유동의 75%를 수용하는 무산소 선택기 영역으로서 사용된다. MLSS 재생 형태의 추가 유동은 라인(406), 펌프(408) 및 라인(410)을 통해 용기(404)(V#3)로부터 받아들여진다. 용기(396)내의 용존 산소는 탈질화를 위해 0.5mg/L 미만의 레벨로 유지된다. 용기(396)는 호기성 유기물 및 용기(404)로부터 받아들여진 질산염 형태의 조합된 산소가 풍부하다. 0.5mg/L 범위의 용존 산소 레벨에서, 호기성 미소유기체는 호흡을 위해 질산염을 사용하도록 강요되고, 따라서, 추가 처리로 진행하기 이전에 폐수의 탈질화를 위해 사용된다.
라인(390)을 통해 받아들여진 유입물 유동은 영양물이 풍부하고, 용기(404)로부터 라인(410)을 통해 받아들여진 유동은 질산염 및 미소유기체가 풍부하다. 따라서, 유입물 유동의 일부를 이 용기내로 단계 공급할 때, 플랜트로 들어가는 유기물 로드는 본 발명의 양호한 장치 실시예의 현 디자인을 변경하지 않고도 증가될 수 있다. 용기(396)의 내용물(체적부)은 펌프(412)에 의해 2시간 마다 한번 재순환된다. 유동은 추가 처리를 위해 라인(414)을 통해 용기(400)내로 용기(396)로부터 벗어난다.
용기(400)(V#2)는 호기성 반응기 #1 영역으로서 사용되고, 라인(398)을 통한 총 유입 유동과, 라인(414)을 통한 용기(396)로부터의 유동을 받아들인다. 추가 유동은 각 정화기(416, 418, 420, 422)로부터 반환 활성화 찌끼(RAS)의 형태로 들어온다. 이 용기의 내용물(체적부)은 펌프(424)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환된다. 재순환 절차 동안, 용기(400)의 내용물, 즉, 정착형 고형물은 영역의 RCAS 시스템을 통과할 때 단편화에 의해 용해가능해진다. 단편화는 RCAS 시스템을 통해 수성 용액내의 고형물이 처리될 때 이루어지며, 그래서, 미소유기체 개체에 의해 보다 용이하게 소부될 수 있게 된다. 또한, 용존 산소 레벨을 실질적으로 3.5mg/L 이상의 농도로 유지하기 위해 재순환 처리 동안 강한 포기가 적용된다. 용존 산소 농도를 이 레벨로 유지하는 것은 미소유기체 집단내에 거주하는 질산균 및 아질산균이 암모니아(NH3)를 아질산염(NO2)으로, 그리고, 최종적으로 질산염(NO3)으로 각각 산화시킬 수 있게 한다. 본 기술 분야의 숙련자들에게 이 프로세스는 질화라 알려져 있다.
3.5mg/L 이상의 이 영역내의 용존 산소 농도에서, 현탁 고형물 및 기타 유기물은 보다 안정한 화합물로 분해 및 산화된다. 유기물을 복합물 형태에서 보다 단순한 형태로 파쇄하는 이 유기물의 초기 분해는 주로 호기성 박테리아의 소화 작용을 통해 이루어진다.
RCAS에 의해 전달된 큰 체적의 대기성 공기를 사용하고, 종래의 포기 시스템에 의해 유지되는 것 보다 높은 레벨(양호하게는 3.5mg/L 이상)로 용존 산소를 유지하는 것은 장기 MCRT와 함께 미소유기체 집단이 내생 호흡(ER)이라 공지된 생물학적 라이프 사이클 모드로 들어가게 한다. 이 ER 모드에서, 살아있는 미소유기체는 그 환경으로부터 흡수한 새로운 유기물과 함께 그 소유의 셀룰러 질량의 일부를 신진대사하기 시작한다. 이는 내생 호흡 프로세스를 통해 미소 유기체 집단의 사망율이 미소유기체 집단의 증식율과 같아지도록 양분대 미소유기체 비율(F/M)의 조절을 통해 미소 유기체를 유지하면서, 고형물 감소를 향상시키는 것을 돕는다. 유동은 라인(426)을 통해 용기(404)(호기성 반응기 #2 영역 V#3)로 용기(400)(호기성 반응기 #1 영역)을 벗어난다. 유입물 유동의 추가 10%는 라인(402)을 통해 분할기 박스(392)(SB PLT Inf)로부터 용기(404)(V#3)로 들어간다.
용기(404)의 내용물(체적부)은 펌프(428)에 의해 동력공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 실질적으로 2시간 마다 한번 재순환 및 강하게 포기된다. 용기(404)의 내용물의 재순환 동안, 설정형 고형물은 영역의 재순환 펌핑을 통한 단편화에 의해 추가로 용해가능해지며, 그래서, 미소유기체 개체에 의해 추가로 소비되게 된다. 또한, 재순환 동안 강한 포기가 적용되고, 그래서, 용존 산소 레벨이 실질적으로 3.0mg/L 이상으로 유지된다. 미소유기체 집단내에 거주하는 질산균 및 아질산균은 유기 질소를 암모니아(NH3)로, 그후, 아질산염(NO2)으로, 그리고, 최종적으로 질산염(NO3)으로 각각 이 영역내에서 산화시킨다.
용존 산소 농도를 3.5mg/L 이상으로 유지하는 것은 미소유기체 집단이 부가적인 총 BOD를 비제한적으로 포함하는 유기물을 부가적인 유기 질소와 함께 첫 번째로 암모니아로, 그후, 아질산염으로, 그리고, 최종적으로 질산염 및 다른 덜 유해한 화합물로 변환시킬 수 있게 한다. 이 프로세스는 탈질화 프로세스를 통해 수중 환경으로 방출된 총 질소의 농도를 감소시킨다. 용기(404)(호기성 반응기#2)내의 용존 산소는 폐기물 흐름내의 유기 영양물의 완전한 분해 및 산화를 보증하도록 적어도 3.5mg/L의 농도를 유지한다.
용기(404)의 내용물의 일부는 펌프(408)를 사용하여 라인(406)에서, 최종적으로는 라인(410)을 통해 MLSS 재생의 형태로 용기(396)(무산소 선택기 영역)로 재생된다. 호기성 미소유기체가 농후하며 산소와 결합되는 MLSS는 잔여 영양물의 계속적인 처리를 위해 용기(400, 404)로 반환되기 전에 용기(396)에서 탈질화된다.
이러한 프로세스로부터의 유출물은 정화 프로세스를 위해 라인(430)을 통해 라인(432)내로 유출된다. 라인(432)으로부터의 유입물이 정화 영역 분할기박스(434)(SB Clar Inf)로 유입될 때, 유동은 4개의 동일한 부분으로 적합하게 분할되어, 용기(416)(정화기 #1)용 라인(436), 용기(418)(정화기 #2)용 라인(438), 용기(420)(정화기 #3)용 라인(440) 및 용기(422)(정화기 #4)용 라인(442)을 통해 4개의 정화기(416, 418, 420, 422)의 각각으로 보내진다. 유속은 유동이 각각의 정화기로 유입될 때 감소되어, 각각의 정화기의 저면에 고형물이 정착될 수 있게 한다. 다음, 정착된 고형물은, 용기(416)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(inducer)(444), 용기(418)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(446), 용기(420)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(448), 용기(422)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(450)를 사용하여 원추 벽으로부터 제거되어, 각각의 정화기 RAS 펌프(452, 454, 456, 458) 및 RAS 라인(460, 462, 464, 466)을 통해 제거되어 부가의 처리를 위해 용기(400)(호기성 반응기 #1 영역)로 보내지기 전에 고형물이 더욱 농밀해질 수 있게 한다. 정화 프로세스로부터 분리된 액체는, 라인(468)을 통해 용기(416)로부터, 라인(470)을 통해 용기(418)로부터, 라인(472)을 통해 용기(420)로부터 및 라인(474)을 통해 용기(422)로부터 유출되어 수집 박스(476)(CB Clar Eff)에 합류된다. 상기 정화기 유출물은 최종 가공 유출물로서 라인(478)을 통해 유출된다.
도 10A 및 도 10B에 도시한 바와 같은 대안적 실시예는 미사용 라인들, 용기들 및 적합한 장치 실시예의 장비가 제거된 상태를 도시한다. 그러나, 대안적인 제 4 프로세스 실시예를 사용하여 폐수를 처리하는데 요구되는 모든 사용 라인들, 용기들 및 장비가 도시되어 있다.
도 10A 및 도 10B를 참조하면, 단계 공급 유동형 유동 특성을 사용하는 것과 함께 질화의 처리 특성을 제공하기 위해 본 발명의 대안적인 제 5 프로세스 실시예를 사용하는, 본 발명의 대안적인 장치 실시예가 도시되어 있다. 본 발명의 대안적인 제 5 처리 실시예는 영역 특성이지만 용기 특성은 아닌 처리 방법이다.
대안적인 제 5 프로세스 실시예에서, 유입물은, 산업적 강도 폐기물 스트림의 유입물 농도에 의해 표시될 필요가 있을 때 질화를 필요로 하면서, 높은 TSS 농도 및 높은 BOD 농도를 갖는 높은 NH3농도를 포함할 수 있는 고강도 폐기물로서 표현된다.
도 10A 및 도 10B의 본 발명의 대안적인 실시예에서, 현탁 고형물 및 생물 분해성 유기 물질을 포함하는 유입물은 라인(500)을 통해 분할기 박스(502)(SB PLT Inf)로 통과되며, 여기서 전환된다. 총 유입 유동의 50%는 라인(506)을 경유하여 용기(504)(호기성 반응기 #1 영역-V#1)내로 공급되고, 총 유입 유동의 30%는 라인을 통해 분할기 박스(502)(SB PLT Inf)에 의해 용기(510)(호기성 반응기 #2 영역-V#2)내로 전환되며, 유입물의 나머지 20%는 라인(512)을 통해 분할기 박스(502)(SB PLT Inf)에 의해 용기(532)(호기성 반응기 #3 영역-V#3)로 전환된다.
상술한 바와 같이, 용기(504)는 총 유입 유동의 50%를 수용하는, 호기성 반응기 #1 영역으로서 사용된다. 부가의 유동은 반환 활성화 찌끼(RAS)의 형태로 각각의 정화기(516, 518, 520, 522)로부터 유출된다. 용기(504)의 체적 단위의 내용물은, 펌프(524)에 의해 동력 공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RACS)을 사용하여2시간 마다 1회씩 실질적으로 재순환된다. 재순환 공정 중에, 정착성 고형물인 용기(504)의 내용물은, 용기의 RCAS 시스템을 통과할 때 단편화에 의해 용해 가능하게 된다. 단편화는, 수성 용액내의 고형물이 미소유기체 개체에 의해 보다 용이하게 소비될 수 있게 하기 위해 RCAS 시스템의 환상 소용돌이 작용에 의해 RCAS 시스템을 통해 처리될 때 발생한다. 용존 산소의 레벨이 실질적으로 3.5mg/L 이상의 농도로 유지되도록 강한 포기가 또한 재순환 공정 중에 적용된다. 상기 레벨로 용존 산소 농도를 유지하는 것은, 미소유기체 집단내에 존재하는 아질산균(bacteria nitrosomonas) 및 질산균(nitrobactor)이, 암모니아(NH3)를 아질산염(NO2)으로 최종적으로는 질산염(NO3)으로 각각 산화시킬 수 있게 한다. 당 기술 분야의 숙련자들은 이 프로세스를 질화로서 인지하고 있다.
상기 영역에서의 3.5mg/L 이상의 용존 산소 농도 레벨에 의해, 현탁 고형물 및 탄소성 BOD를 비제한적으로 포함하는 다른 유기 물질은 보다 안정적인 화합물로 분해되어 산화된다. 복잡한 형태로부터 단순한 형태로의 유기 물질의 파괴인 이러한 유기 물질의 초기 분해는 호기성 박테리아의 소화 작용에 의해 주로 발생된다.
RCAS 시스템에 의해 공급되는 큰 체적의 대기를 사용하고, 긴 MCRT와 함께, 종래의 포기 시스템에 의해 유지될 수 있는 것 보다 높은 레벨(3.5mg/L 이상)로 용존 산소를 유지함으로써, 미소유기체 집단은 내생 호흡(ER)으로서 공지된 생물학적 생명 주기 모드로 진입할 수 있다. 상기 ER 모드에서, 생존 미소유기체들은 그들이 흡수하거나 그들의 환경으로부터 흡수하는 임의의 새로운 유기 물질과 함께 그들의 고유의 세포 덩어리의 일부를 산화하기 시작한다. 이는 미소유기체의 사멸률이 ER에 의한 미소유기체의 증식률과 동일하도록 양분과 미소유기체의 비율의 조절을 통해 집단을 유지하면서, 고형물 환원의 증가를 보조한다.
상기 용기 내에서의 강한 포기의 다른 장점은 미소유기체에 의한 소정의 인의 소비이다.
유동은 라인(526)을 통해 용기(504)(호기성 반응기 #1 영역)로부터 유출되고 부가의 호기 처리를 위해 용기(510)내로 공급된다.
유동은 라인(508)에 의해 공급되는 플랜트 유입 유동의 30%와 함께 용기(504)로부터 용기(510)로 유입된다. 용기(510)는 호기성 반응기 #2 영역으로서 사용된다. 상기 용기의 체적 단위의 내용물은, 펌프(528)에 의해 동력 공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여 2시간 마다 1회씩 실질적으로 재순환된다. 재순환 공정 중에, 정착성 고형물인 용기(510)(호기성 반응기 #2 영역)의 내용물은, RCAS를 통과할 때 단편화에 의해 용해 가능하게 된다. 용기(510)(호기성 반응기 #2 영역)의 RCAS 시스템의 다른 장점은 적용되는 부가의 강한 포기이며, 용존 산소의 레벨은 실질적으로 3.5mg/L의 농도로 유지된다. 용존 산소 농도를 상기 레벨로 유지하는 것은, 총 BOD를 비제한적으로 포함하는 유기 물질의 변환 능력을 미소유기체 집단에 제공한다. 유기 질소는 또한, 먼저 암모니아로, 그 후 아질산염으로, 최종적으로는 질산염으로 변환된다. 이 프로세스는 총 질소의 농도 및 총 BOD를 덜 해로운 화합물로 감소시킨다. 재차, 미소유기체는 부가량의 인을 소비하여 시스템의 인 농도를 감소시킨다.
유동은 라인(530)을 통해 용기(510)(호기성 반응기 #2 영역)로부터 유출되고 용기(532)(호기성 반응기 #3 영역)내로 공급된다. 유동은 또한 분할기 박스(502)로부터 용기(532)로 유입된다[라인(512)을 경유하는 플랜트 유입 유동의 10%]. 용기(532)의 체적 단위의 내용물은 펌프(534)에 의해 동력 공급되는 재순환 도관 포기 시스템(RCAS)을 사용하여, 2시간 마다 1회씩 실질적으로 재순환된다. 재순환 공정 중에, 정착성 고형물인 용기(532)의 내용물은, RCAS 시스템을 통과할 때 단편화에 의해 용해 가능하게 된다. 용기(532)의 RCAS 시스템의 다른 장점은 적용되는 부가의 강한 포기이며, 용존 산소의 레벨은 3.5mg/L 이상의 농도로 실질적으로 유지된다. 용존 산소 농도를 상기 레벨로 유지하는 것은, 총 BOD를 비제한적으로 포함하는 유기 물질의 변환 능력을 미소유기체 집단에 제공한다. 이 프로세스는 총 BOD 농도를 덜 해로운 화합물로 감소시킨다. 재차, 불가피하게, 미소유기체는 부가량의 인을 소비한다.
유동은, 폐수의 액체 부분으로부터 고형물 부분의 정착을 위해 정화 영역 유동 분할기 박스(540)(SB Clar Inf.)로 유입되기 전에, 라인(536)을 통해 중력에 의해 용기(532)로부터 유출된다.
라인(538)으로부터의 유입물이 정화 영역 분할기 박스(540)(SB Clar Inf)로 유입될 때, 유동은 4개의 부분으로 적합하게 분할되어, 용기(516)(정화기 #1)용 라인(542), 용기(518)(정화기 #2)용 라인(544), 용기(520)(정화기 #3)용 라인(546) 및 용기(522)(정화기 #4)용 라인(548)을 통해 4개의 정화기(516, 518, 520, 522)의 각각으로 보내진다. 유속은 유동이 각각의 정화기 용기로 유입될 때 감소되어, 각각의 정화기 용기의 저면에 고형물이 정착될 수 있게 한다. 다음, 정착된 고형물은, 용기(516)(정화기 #1)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(550), 용기(518)(정화기 #2)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(552), 용기(520)(정화기 #3)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(554), 용기(522)(정화기 #4)용 유압 작동식 고형물 농도 유도기(556)를 사용하여 원추 벽으로부터 제거되어, 각각의 정화기 RAS 펌프(558, 560, 562, 564) 및 RAS 라인(566, 568, 570, 572)을 통해 제거되어 부가의 처리를 위해 용기(400)(호기성 반응기 #1 영역)로 보내지기 전에, 고형물이 더욱 농밀해질 수 있게 한다. 재순환 프로세스로부터 분리된 액체는, 라인(574)을 통해 용기(516)로부터, 라인(576)을 통해 용기(518)로부터, 라인(578)을 통해 용기(520)로부터 및 라인(580)을 통해 용기(522)로부터 유출되어 수집 박스(582)(CB Clar Eff)에 합류된다. 정화기 유출물은 최종 가공 유출물로서 라인(584)을 통해 유출된다.
재순환 포기 시스템(RCAS)
도 15를 참조하면, 본 발명의 증가된 고형물 환원 폐기물 처리 프로세스의 주요 구성 부품 중 하나가 도시도어 있다. RCAS는 요구가 있을 때 상기 사용된 각각의 수단에 의해 폐기물을 단편화하고, 혼합하고, 교반하고, 순환시키고, 포기하고, 균질화하고 포화하는 효과적인 수단이다. RCAS는, 용이한 유지 보수를 위해 각각의 용기의 외부 부분에 적합하게 위치되어 있는 차동 분사기를 통해 용기 내용물을 고속 유동을 생성시키는 기계적 펌프를 통해 용기의 내용물을 취득하는 도관 운반 시스템(conduit conveyance system)의 형태이다. 차동 분사기를 통과하는 공기는, 이후에 용기로 복귀되는 폐수 처리 유동 내로 분사된다. 용기의 내용물이 RCAS 시스템을 통과할 때, 유기 고형물의 단편화는, 미소유기체에 의한 용이한 소화를 위해 유기 고형물이 용해 가능해지고 균질화되도록 발생한다. RCAS 시스템의 다른 장점은 교반을 생성하는 장치(직렬식 분사기/혼합기/포기기)의 배출시의 환상 소용돌이 작용에 의한 병원 미소유기체의 파괴이다.
RCAS는 펌프(602)의 흡입측에 결합된 흡입측 도관(600), 미국 특허 제 5,893,641호(전체 개시 내용이 본원에 참조로서 합체되어 있는)에 개시된 바와 같은 직렬식 분사기/혼합기/포기기(606)를 내부에 포함하는 배출측 도관(604), 공기/산소 공급원 도관(608) 및 전달 도관(610)을 포함한다. 펌프(602)는 수성 용액을 포함하는 용기(612)로부터 폐수를 배출하여 혼합, 포기 및 교반을 위해 도관(600)을 통해 포기기(606)로 폐수를 전달한다. 다음, 폐수는 도관(610)을 경유하여 용기(612)로 반환되고, 여기서 도관(610)내의 폐수와 함께 이동하는 기포 내에 포획된 과잉의 대기가 해제되어 용기(612)내에 포함된 폐수의 제 2 포기, 교반 및 혼합 효과를 발생시킨다. 폐수의 이동 중에, 도 15에 도시한 바와 같이, 진공에 의해 대기가 흡인되는(벤추리 효과) 포기기(606)를 통과한다. 폐수와 대기는 직렬식 포기기(608)의 배출시에 혼합되고 도관(610)내에 캡슐화되어 산소로 폐수를 포화한다. 포기기(606)는 미국 특허 제 5,893,641호에 개시된 바와 같은 포기기일 수 있으며, 또는 그 전체 개시 내용이 본원에 참조로서 합체되어 있는 계류중인 PCT 출원 PCT/US01/11936호, 또는 미국 특허 출원 제 09/547,447호에 개시된 포기기들 중 임의의 하나와 같은 유사한 성능의 임의의 다른 포기기일 수 있다.
산소 포화 혼합 폐수는 도관(610)을 통해 이동하며, 그 후 용기(612)내로 재차 배출된다. 도관(610)내의 포화 폐수와 함께 이동되는 대기의 과잉 기포는, 도관(610)내에서 이동하는 폐수의 완전한 포화를 위해 요구되는 양 이상으로, 폐수 스트립 내로 주입된다. 과잉 공기가 포화 폐수와 함께 도관(610)으로부터 용기 내로 배출될 때, 과잉 공기는 용기(612)의 내용물에 전달되는 부가의 공기원이 되며, 이에 의해 용기의 아직 재순환되지 않은 내용물에 의해 흡수될 부가의 산소 공급원을 제공함으로써 용기의 전체 내용물의 포기 프로세스가 추가적으로 수행된다.
도관(614)을 통하는 폐수의 일부 또는 전체의 대안적인 유동은, 시스템의 혼합 성능을 유지하면서 포기를 감소시키기 위한 부가의 제어가 가능하도록 할 수 있다.
소정 조건하에서, 유도 압력은 제한 또는 마찰 손실(즉, 도관 크기 감소) 피팅, 밸브, 노즐 등을 갖는 전달 도관에 대한 저항을 부가함으로써 발생될 수 있다.
RCAS 시스템의 설치가 포기 또는 혼합 프로세스에 대한 설계 요구에 부합되지 않는 한정된 파라미터에 제한되는, 특정 도관 크기 요구 및 도관 길이 요구의 경우와 같은 도관(610)과 관련된 특정 조건에 있어서, 도관(610)내의 환경에 대한 보상을 제공할 수 있는 유도 압력이 도관(610)내에 발생될 수 있다. 이러한 도관(610)의 설계에 대한 보상은 원하는 특정 포기 기준을 제공하기 위해 이러한 도관 내에 포함된 상이한 직경, 길이 또는 소정 압력의 도관의 특성과 동일할 수 있다. 고려될 수 있는 보상은 도관(610)내의 밸브, 피팅, 직렬식 혼합기의 추가, 도관 직경의 감소 또는 증가, 또는 오리피스와 같은 제한부의 제공에 의해 표현된다.
재순환 과정, 산소 전달 능력 및 RCAS 시스템에 의한 미소 기포의 생성에 의해, 송풍기 및 압축기를 사용하는 종래의 포기 시스템에 비해 동력 소비의 감소가 성취된다. 이러한 RCAS의 효율은 본 발명이 총 플랜트 설계에 대해 소형의 점유면 사용할 수 있게 한다.
기포
수성 용액의 포기는 생물학적 영양물의 호기성 소화에 있어 중요하다. 기포가 작을수록, 용이하게 접근 가능한 용존 산소의 호흡에 기인하여 박테리아 및 다른 미소유기체의 호기성 소화 활동이 커진다. 이러한 두 개의 사실을 감안하여, 최선의 가능한 기포 전달 형태는 미소 기포이다. 이 미소 기포는 본 발명의 RCAS에 의해 제공된다.
수성 환경의 산화 생물학적 및 화학적 프로세스는 물 내의 산소의 낮은 용해도에 의해 제한된다. 이러한 물리적 제한은, 온도가 일정하게 유지될 때 액체 내에 용해되는 기체의 양은 기체에 의해 액체에 인가되는 압력에 비례한다는 헨리의 법칙(Henry's Law)에 의해 규정된다. RCAS 시스템의 사용시에, 기체와 액체의 압력은 폐수 내에 용해될 수 있는 기체 산소의 양을 증가시키기 위해 대기압 이상으로 증가된다.
순수 물(pure water) 내에서의 산소의 용해도는 상온 및 1기압에서 단지 약 10 백만분율(ppm) 정도이다.
대부분의 호기성 생물학적 처리에서, 용존 산소는, 용존 산소의 재충전이 프로세스의 속도를 제한하는 팩터가 되도록 신속하게 소비된다. 따라서, 생물학적 처리의 가장 중요한 부품은 프로세스의 액상으로의 산소의 질량 전달을 위한 수단이다. 박테리아의 활성 호흡 배양을 위해, 액체 매체 내의 산소는 박테리아의 산소 요구량을 유지하도록 충분한 비율로 필요에 따라 교환되어야 한다. 본 발명에 사용되는 RCAS 시스템에서, 용존 산소는 박테리아의 산소 요구량을 초과하는 비율로 재충전된다.
물은 통상적으로 기상 및 액상 사이의 접촉면을 제공함으로써 포기된다. 이는 벌크 액상 내로 산소원을 도입하거나 벌크 기상(공기)을 통해 분산된 물을 유동시킴으로써 수행될 수 있다. 기상 또는 액상이 산화 프로세스를 지배하는지의 여부에 무관하게, 산소 또는 다른 가스의 질량 전달은 가스 기포를 액상으로 도입함으로써 성취된다. 기체-액체 질량 전달의 효율은 기포의 특성에 상당한 정도로 좌우된다. 기포 거동은 하기의 질량 전달 파라미터에 상당히 영향을 미친다:
(a) 기포의 내부로부터 기체-액체 계면으로의 산소의 전달;
(b) 기체-액체 계면을 가로지르는 산소의 이동; 및
(c) 기포를 둘러싸는 비교적 정체된 액체를 통하는 산소의 확산.
생물학적 처리에서의 공기 기포의 가장 중요한 특성은 기포의 크기라는 것이 일반적이다. 소정의 가스 체적에 있어서, 가스가 보다 큰 기포보다는 다수의 작은 기포로 분산되는 경우 보다 큰 기상과 액상 사이의 계면 면적이 제공된다. 1 내지 3mm의 작은 기포는 큰 기포에 의해서는 공유되지 않는 하기의 유리한 특성을 갖는 것으로 판명되었다.
작은 가스 기포는 큰 기포 보다 느리게 성장하여 수성 위상에서 가스가 용해되는데 보다 많은 시간을 허용한다. 이 특성은 가스 정체(hold-up)라 칭하며, 물 내의 수소의 농도는 헨리의 법칙의 용해도 한도의 2배 이상이 될 수 있다. 예를 들면, 10ppm 산소의 포화 한도가 얻어진 후에, 작은 기포 내의 적어도 다른 10ppm 산소가 산소를 재충전하도록 이용 가능해질 수 있다.
기포가 형성되면, 액상으로의 산소 전달을 위한 주요 배리어는 기포를 둘러싸고 있는 액체 필름이다. 생화학 공학 연구에 의하면 상기 필름을 통하는 운반은 완전한 프로세스에서의 비율 제한 단계가 되며 전체 질량 전달 비율을 제어한다는 결론을 도출하였다. 그러나, 기포가 작아지면, 상기 액체 필름 두께는 감소하므로 벌크 액상내의 가스의 전달은 더 이상 방해받지 않는다.
RCAS 시스템에서와 같이, 펌프를 통하는 수성 용액의 유동과 동일한 속도 및 체적으로 공기가 진공에 의해 도입될 때, 미소 기포의 형성이 발생된다. 상기 미소 기포는 가스 정체의 작용에 의해 현탁액 내에 잔류됨으로써 박테리아의 요구 이상으로 용존 산소 농도를 증가시키는데 필요한 크기를 갖는다.
본 발명의 독창성
1) 본 발명은 종래의 폐수 처리 시스템과는 상이한 생물학적 가공 범위에서 작동한다.
본 발명은 30일 내지 150일 이상의 범위의 평균 셀 잔류 시간(MCRT)을 사용하지만, 종래의 시스템은 이러한 높은 잔류 기간을 성취할 수 없다.
본 발명에 의해 유지되는, 효율값을 지지하는 양분 대 미소유기체(F/M) 비율은, 다양한 종래의 시스템에 의해 기록된 바와 같은 제한 비율 범위에 비교하여, 실질적으로 0.05 내지 0.80 범위이다.
본 발명은 플랜트의 가공 작업에 의해 적은 에너지를 사용하여 폐수의 총 BOD 부분을 처리하기 위해 독창적인 설계를 갖는 폐수 처리 플랜트를 사용한다. 이 처리는, 모든 생물 분해성 고형물을, 제거되지 않는 경우, 상당히 감소시키도록 설계된다. 이러한 독창적인 프로세스는 처리 사이클을 통해 도입되는 포기 및 재순환 가공의 효율성에 의해 효율적인 레벨로 수행될 수 있다.
종래의 폐수 처리 플랜트의 설계 목적은 유입 유동으로부터 고형 물질을 가능한 한 많이 물리적으로 제거하고 처리 시스템으로부터 제거된 고형물을 건물의 외부로 최종적으로 폐기 또는 처분하는 것이다. 폐수의 잔여물은 청결도를 변경하는 다양한 수단에 의해 배출 필요한 레벨에 적절하게 부합하여 처리된다.
2) 본 발명은 정착된 고형물을 농축하는 기계적 수단의 사용 없이, 정착된 고형물을 수집하는 원추형 용기 저면을 갖는 정화 용기 디자인을 사용한다.
용기내의 폐수는 찌끼가 정착되도록 충분히 저속으로 회전하여, 원추형 저면의 측면에 찌끼가 고착되는 가능성을 제공하지 않는다. 회전하는 고형물의 속도는 고형물이 정착되어 현탁액 내에 잔류하지 않도록 충분히 저속으로 유지된다. 이는 용기 액체의 제어된 회전 이동을 위해 정화기에 사용되는 고형물 축적 유도 시스템에 의해 성취된다.
종래의 정화기는 제거를 위해 찌기 펌프의 섬프 영역 내로 찌끼를 운반하는 기계적 장치를 구비한다. 기계적 수단은 모터, 기어 감속기, 레이크 아암(rakearm), 블레이드 및 스크레이퍼 스퀴지(scraper squeegee) 및 스키머 아암으로 구성된다.
3) 본 발명은(적합한 장치 실시예에서) 실질적으로 종래의 용기 구조 및 외장품(outfitting)을 사용한다. 이는 상이한 프로세스에 대해 용기 용도의 변화를 허용한다. 모든 용기는 단일 가공 영역으로서 용기가 사용될 수 있게 하는 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 갖는다. 단일 가공 영역으로서의 사용의 예는 시동(start-up) 공정 중에 모든 용기를 호기성 반응기로서 사용하는 것이다. 모든 용기는 실질적으로 동일하게 배관되며 실질적으로 동일한 성능을 갖는다(원한다면). 시스템은, 용기들 중 임의의 하나가 유지 보수 기간 중에 바람직한 임의의 프로세스에 대해 사용될 수 있게 하는 동일한 크기 및 형상으로 각각의 용기가 구성되는 내장형 여분 성능(built-in redundancy capabilities)을 갖는다. 용기 및 배관 구조는, 임의의 가공 영역이 성능 및/또는 배출 허용 조건을 만족시키는데 필요한 프로세스 용기 및 배관을 단순히 배가함으로써 증분적으로 팽창할 수 있는 능력을 갖도록 구성된다. 배관 및 용기 구조에 의해, 작동 정지가 거의 없거나 전혀 없는 용기 가공 사용의 선택에 대한 허용이 가능해진다. 간단한 밸브 변경이 이를 가능하게 한다.
4) 본 발명은 각각의 영역에서의 고형물의 혼합 및/또는 정착을 위한 회전 속도 및 이동 시간을 조절하기 위해, 용기 내로의 배출 지점에서 RCAS 시스템의 속도, 유동의 체적 및 방향을 사용한다. 예를 들면, 호기성 반응기는 호기성 소화기로 하기의 방식에 의해 변환될 수 있다:
- 고형물의 완전한 소화를 위해 내용물을 유지하는 동안 시스템으로부터 호기성 반응기를 분리하고 내용물을 포기한다.
- 혐기성 상태조절기로 전달을 위해 고형물을 정착시키도록 무산소 선택기의 회전 속도를 감소시킨다.
- 호기성 소화기로 전달을 위해 고형물을 정착시키도록 혐기성 상태조절기의 회전 속도를 감소시킨다.
- 유기 물질의 소화를 거의 완료하기 위해 포기하는 동안 호기성 소화기의 내용물을 유지한다.
- 호기성 소화 작용을 정지시켜, 원추형 저면에 임의의 무기 물질이 정착되게 한 후, 임의의 무기 물질을 폐기를 위해 제거한다.
- 유기 고형물의 계속적인 소화를 위해 프로세스를 재차 시작한다.
모든 유기 소화의 완료시에, 호기성 소화기는 호기성 반응기로서의 작동으로 복귀될 수 있다.
5) 본 발명은 RCAS 시스템의 사용을 통해 폐수 내의 병원 유기체의 수를 감소시킨다. 이는 RCAS 장치의 환상 소용돌이 내의 난류 및 교반이 격렬한 반응을 발생시켜, 박테리아의 전자 수용기가 산소에 의해 사용되고, 그 후 박테리아를 산화시켜 박테리아를 사멸시키는 이. 코일(e. coil) 및 분변계 대장균군(fecal coliform)과 같은 박테리아의 셀 멤브레인을 전단시킬 때 발생한다.
본 발명의 예시적인 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 본원에 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않고 당 기술 분야의 숙련자에 의해 다양한 다른 변경 및 수정이 수행될 수 있다. 예를 들면, 종래의 가공 용기의 경우와 같이, 편평한 또는 경사진 저면을 갖는 정사각형 또는 직사각형 가공 용기의 사용은 RCAS 시스템에 의한 유효성과 함께 사용 가능하다. 본 발명의 생물학적 프로세스는 RCAS 시스템과는 별도의 충분한 순환, 교반, 포기 및 균질화로 기능한다.
Claims (3)
- 폐기물 함유 수성 용액의 처리를 위한 방법에 있어서,수성 총 고형물이 재순환, 혼합 및 현탁액 내에서 유지되는 혐기성 상태조절기에 유입 폐수 흐름을 제공하는 단계와,혐기성 상태조절기 영역내의 낮은 용존 산소 레벨을 유지하기 위해, 무산소 선택기 영역으로부터 혐기성 상태조절기 영역에 저산소 레벨 혼합 액체 현탁 고형물을 제공하는 단계와,혐기성 상태조절기 영역으로부터 제 1 호기성 반응기 영역으로의 유출유동을 제공하는 단계와; 상기 혐기성 상태조절기 영역 유출유동은 상기 제 1 호기성 반응기 영역에서 정화 영역으로부터의 반환 활성화 찌끼와 혼합되고, 그에 의해, 상기 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물이 재순환 및 포기되고, 그에 의해, 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물내에 존재하는 정착가능한 고형물이 단편화되어 상기 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키고 불활성 고형물을 축적하며,상기 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 축적된 불활성 고형물을 배출시키는 단계와,상기 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 상기 무산소 선택기 영역내의 수성 용액이 재순환 및 혼합되는 상기 무산소 선택기 영역으로의 유출유동을 제공하는 단계와,상기 저 산소 레벨/혼합 액체 현탁 고형물에 대응하는 상기 무산소 선택기영역 수성 용액의 제 1 부분을 상기 혐기성 상태조절기 영역으로 전달하고, 상기 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 제 2 호기성 반응기 영역으로 전달하는 단계와,상기 제 2 호기성 반응기 영역내에 포함된 수성 용액을 재순환 및 포기하여, 정착가능한 고형물이 단편화되어 현탁된 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키는 단계와,상기 제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 1 부분을 상기 제 1 호기성 반응기 영역에 제공하는 단계와,상기 제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 상기 정화 영역에 제공하여, 그 내부에 포함된 상기 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키는 단계와,활성화된 찌끼에 대응하는 상기 정화 영역으로부터의 상기 정착 또는 분리된 고형물을 상기 제 1 호기성 반응기 영역에 제공하는 단계와,상기 정화 영역의 수성 용액을 여과 영역에 제공하여, 그에 제공된 상기 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키는 단계와,상기 여과 영역의 유출유동의 액체 부분을 배출 용기에 전달하고, 상기 여과 영역의 상기 유출유동의 상기 정착 또는 분리된 고형물 부분을 재처리를 위해 상기 유입 폐수 흐름에 전달하는 단계를 포함하는 폐기물을 포함하는 수성 용액의 처리 방법.
- 유기 재료, 질소 및 인을 감소시키기 위해 폐기물을 함유하는 수성 용액의 생물학적 처리를 위한 방법에 있어서,내부에서 수성 총 고형물이 재순환, 혼합 및 현탁액내에 유지되는 혐기성 상태조절기 영역에 미소유기체를 포함하는 유입 폐수 흐름을 제공하는 단계와; 여기서, 무산소 선택기 영역으로부터 혐기성 상태 조절기 영역으로의 저 산소 레벨 혼합 액체 현탁 고형물의 유동을 상기 혐기성 상태 조절기 영역내에서 저 용존 산소 레벨을 유지하도록 규제함으로써 농후 인 흡입의 제 1 스테이지가 달성되고,혐기성 상태조절기 영역으로부터 제 1 호기성 반응기 영역으로의 유출유동을 제공하는 단계와; 상기 혐기성 상태조절기 영역 유출유동은 상기 제 1 호기성 반응기 영역에서 정화 영역으로부터 받아들여진 반환 활성화 찌끼와 혼합되고, 그에 의해, 상기 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물이 재순환 및 포기되고, 질화가 이루어지며, 상기 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물내에 존재하는 정착가능한 고형물이 단편화되어 농후 인 흡입의 제 2 스테이지를 향상시킴과 함께 현탁된 고형물 및 유기물을 분해 및 산화시키고, 불활성 고형물을 누적시키며,상기 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 상기 누적된 불활성 고형물을 배출하는 단계와,상기 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 상기 무산소 선택기 영역으로의 수성 용액의 유출유동을 제공하는 단계와; 상기 무산소 선택기 영역에서는 상기 무산소 선택기 영역내의 상기 수성 용액이 재순환 및 혼합되고, 상기 수성 용액내에 포함된 유기물의 소모와 함께 샘물학적 인의 방출과 탈질화가 이루어지도록 상기 무산소 선택기 영역내에 저 산소 환경이 존재하게 하며,저산소 레벨/혼합 액체 현탁 고형물에 대응하는 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 1 부분을 상기 혐기성 상태조절기 영역에 전달하고, 상기 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 제 2 호기성 영역에 전달하는 단계와; 적어도 상기 무산소 선택기 영역 수성 용액은 미소유기체 및 영양물이 농후하며,상기 제 2 호기성 반응기 영역내에 포함된 수성 용액을 재순환 및 포기하여 질화가 이루어지고, 정착가능한 고형물이 단편화되어 현탁된 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키고, 상기 농후 인 흡입의 제 2 스테이지를 추가로 향상시켜 상기 미소유기체에 의해 대량의 인의 소모를 초래하는 단계와,상기 제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 1 부분을 상기 제 1 호기성 반응기 영역에 제공하는 단계와,상기 제 2 호기성 반응기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 그에 제공된 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키기 위한 상기 정화 영역에 제공하는 단계와,반환 활성화 찌끼로서 상기 정화 영역으로부터 상기 제 1 호기성 반응기 영역으로 상기 정착된 또는 분리된 고형물을 제공하는 단계와,상기 정화 영역의 수성 용액을 여과 영역에 제공하여, 그에 제공된 상기 수성 용액으로부터 고형물을 정착 또는 분리시키는 단계와,상기 여과 영역의 유출유동의 액체 부분을 배출 용기에 전달하여, 상기 여과 영역의 상기 유출유동의 상기 정착된 또는 분리된 고형물 부분을 재처리를 위해 상기 유입 폐수 흐름에 전달하는 단계를 포함하는 폐기물을 포함하는 수성 용액의 생물학적 처리 방법.
- 폐기물을 포함하는 수성 용액의 처리 장치에 있어서,입구에 유동소통적으로 연결되어, 입구를 통해 유입 폐수 흐름을 받아들이는 혐기성 상태조절기 영역과; 상기 혐기성 상태조절기 영역은 수성 총 고형물이 현탁액내에서 유지되도록 그 내부에 포함된 폐수를 재순환시키고, 상기 혐기성 상태 조절기 영역은 상기 혐기성 상태조절기 영역내의 낮은 용존 산소 레벨을 유지하도록 무산소 선택기 영역으로부터 저 산소 레벨 혼합 액체 현탁 고형물의 유동을 받아들이며,상기 혐기성 상태조절기 영역에 유동소통적으로 연결된 제 1 호기성 반응기 영역과; 상기 제 1 호기성 반응기 영역은 정화 영역으로부터 받아들여진 반환 활성화 찌끼와 혼합되는 상기 혐기성 상태조절기 영역의 유출유동을 받아들여, 상기 제 1 호기성 반응기 영역의 내용물이 재순환 및 포기되고, 정착가능한 고형물이 단편화되어 현탁된 고형물 및 기타 유기물을 분해 및 산화시키고, 상기 제 1 호기성 반응기 영역은 불활성 고형물을 축적하며, 상기 축적된 불활성 고형물은 상기 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 배출되고,상기 혐기성 상태조절기 영역과 상기 제 1 호기성 반응기 영역에 유체소통적으로 연결된 무산소 선택기 영역과; 상기 무산소 선택기 영역은 상기 제 1 호기성 반응기 영역으로부터 수성 용액의 유출유동을 받아들이고, 상기 무산소 선택기 영역내의 수성 용액은 재순환 및 혼합되고, 상기 저 산소 레벨/혼합 액체 현탁 고형물에 대응하는 상기 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 1 부분은 상기 혐기성 상태조절기 영역에 제공되며,상기 무산소 선택기 영역 및 상기 제 1 호기성 반응기 영역에 유체소통적으로 연결된 제 2 호기성 반응기 영역과; 상기 제 2 호기성 반응기 영역은 상기 무산소 선택기 영역 수성 용액의 제 2 부분을 받아들이고, 상기 제 2 호기성 영역내의 상기 수성 용액은 재순환 및 포기되어 정착가능한 고형물이 단편화되고, 상기 제 2 호기성 반응기 영역의 제 1 부분은 상기 제 1 호기성 반응기 영역에 제공되고,상기 제 2 호기성 영역과 상기 제 1 호기성 영역에 유체소통적으로 연결된 정화 영역과; 상기 정화 영역은 상기 제 2 호기성 반응 영역 수성 용액의 제 2 부분을 받아들이고, 그에 의해, 상기 수성 용액으로부터 고형물의 정착 또는 분리 및 포획이 이루어지고, 반환 활성화 찌끼에 대응하는 상기 정착된 고형물은 상기 제 1 호기성 반응기 영역에 제공되며;상기 정화 영역, 상기 입구 및 출구에 유체소통적으로 연결된 여과 영역을 포함하고,상기 여과 영역은 상기 정화 영역의 상기 내용물의 상기 액체 부분으로부터 고형물을 분리시키도록 상기 정화 영역으로부터의 유출유동을 받아들이고, 유출물에 대응하는 상기 여과 영역의 상기 내용물의 제 1 부분이 상기 출구에 제공되고, 분리된 고형물에 대응하는 상기 여과 영역의 상기 내용물의 제 2 부분은 상기 입구에 제공되어 재처리를 위해 상기 유입 폐수 흐름과 조합되는 폐기물을 포함하는 수성 용액의 처리 장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0105 | International application |
Patent event date: 20030404 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20061004 Comment text: Request for Examination of Application |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20070830 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20080319 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20070830 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |