KR20100136989A - 호기성 및 혐기성 하이브리드 폐수 및 슬러지 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

호기성 및 혐기성 하이브리드 폐수 및 슬러지 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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웬준 리우
에드워드 제이. 조던
조셉 이. 주백
조지 더블유. 스미쓰
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지멘스 워터 테크놀로지스 코포레이션
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Abstract

에너지 사용을 감소시키면서 폐수를 처리하는 하이브리드 방법 및 시스템이 개시되고 있다. 그러한 처리 시스템은 수착 시스템, 수착 시스템으로부터의 고형물 또는 슬러지의 일부 또는 전부를 소화하거나 전환시키는 혐기성 소화기 및 수착 탱크로부터의 슬러지의 일부의 산소 요구량을 부분적으로 감소시키는 호기성 처리 탱크를 지닌다.

Description

호기성 및 혐기성 하이브리드 폐수 및 슬러지 처리 시스템 및 방법{HYBRID AEROBIC AND ANAEROBIC WASTEWATER AND SLUDGE TREATMENT SYSTEMS AND METHODS}
관련 출원의 참조
본 출원은 발명의 명칭 "GREEN WASTEWATER TREATMENT PROCESS"의 2008년 3월 28일자 출원된 미국 가출원 제61/040,149호; 발명의 명칭 "HYBRID PROCESS TO CONVERT ANAEROBIC WASTEWATER TREATMENT TO ANAEROBIC SLUDGE TREATMENT"의 2008년 4월 2일자 출원된 미국 가출원 제61/041,720호; 및 발명의 명칭 "MINIMIZING ENERGY USAGE BY APPLYING HYBRID ANAEROBIC DIGESTION FOR WATER RECLAMATION"의 2008년 4월 21일자 출원된 미국 가출원 제61/046,631호의 우선권을 주장하며, 본원에서는 이들 각각을 모든 목적으로 참조로 인용한다.
발명의 배경
1. 발명의 분야
본 발명은 폐수 처리 시스템 및 방법, 특히 생물학적 수착, 호기성 처리, 혐기성 슬러지 분해, 막 여과 시스템이 있는 시퀀싱 배치 반응기를 이용하여 폐수를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술에 대한 설명
이로 한정되는 것은 아니지만, 배치식 또는 연속식 반응기에서 사용될 수 있는 시퀀스 또는 스테이지를 포함한, 본원에서 참조로 인용되는 필그램(Pilgram) 등의 미국특허 제6,383,389호는 폐수 처리 시스템 및 그러한 처리 시스템을 제어하는 방법을 교시하고 있다. 제어 시스템은 배치 흐름 작동 방식 또는 연속 흐름 방식으로 처리 단계를 순서대로 배열하고 관리한다.
수톤(Sutton)의 미국특허출원 제2008/0223783호는 폐수 처리 시스템 및 폐수를 처리하는 방법을 교시하고 있다. 그러한 시스템은 호기성 막 생물반응기 및 호기성 막 생분반응기로부터의 폐 고형물을 연속적으로 수용하도록 연결된 혐기성 소화 시스템을 포함한다. 그러한 시스템은 또한 혐기성 소화 시스템으로부터의 유출물을 연속적으로 호기성 막 생물반응기로 반송한다.
발명의 요약
본 발명의 하나 이상의 양태는 폐수 및 슬러지를 처리하는 방법에 관한 구체예를 포함한다. 그러한 방법은 처리하고자 하는 폐수를 제공하고; 처리하고자 하는 폐수의 생물학적 수착를 촉진하여 제 1 혼합액을 생성시키고; 혼합액으로부터 고형물-풍부한 슬러지와 고형물-적은 부분을 생성기키고; 고형물-풍부한 슬러지의 제 1 부분을 호기성으로 처리하여 적어도 부분적으로 호기성 처리된 슬러지를 생성시키고; 고형물-풍부한 슬러지의 제 2 부분을 혐기성으로 소화시켜서 혐기성으로 소화된 슬러지를 생성시키고; 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지의 적어도 일부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합하고, 혐기성으로 소화된 슬러지의 적어도 일부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합함을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 추가의 양태는 처리하고자 하는 폐수 스트림을 제공하고; 폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크내로 도입하여 제 1 혼합액 스트림을 생성시키고; 혼합액 스트림을 분리기에 도입하여 고형물-풍부한 스트림 및 고형물-적은 스트림을 생성시키고; 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 호기성 처리 탱크내로 도입하여 적어도 부분적으로 호기성 처리된 슬러지 스트림을 생성시키고; 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 혐기성 소화기내로 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림을 생성시키고; 적어도 부분적으로 혐기성 처리된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생물학적 수착 탱크내로 도입하고; 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생물학적 수착 탱크내로 도입함을 포함하여 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나 이상의 추가의 양태는 처리하고자 하는 폐수의 공급원; 폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결된 수착 탱크 입구를 지닌 생물학적 수착 탱크; 생물학적 수착 탱크의 하류에 유체 소통가능하게 연결된 분리기 입구, 슬러지 출구, 및 고형물 적은 출구를 지니는 분리기; 슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 호기성 탱크 입구, 및 수착 탱크 입구에 유체 소통 가능하게 연결된 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지 출구를 지니는 호기성 처리 탱크; 및 슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 소화기 입구 및 수착 탱크 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 소화된 슬러지 출구를 지닌 혐기성 소화기를 포함하는 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 하나 이상의 추가의 양태는 처리하고자 하는 폐수의 공급원; 폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 베이슨(basin) 입구를 지닌 베이슨, 폭기 시스템(aeration system), 슬러지 출구를 지닌 슬러지 수집 시스템, 및 상등액 출구를 지닌 배출 시스템(decanting system)을 지니는 시퀀싱 배치 반응기(sequencing batch reactor); 슬러지 출구 하류에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 소화기 입구 및 베이슨 입구에 유체 소통 가능하게 연결된 소화된 슬러지 출구를 지니는 혐기성 소화기(anaerobic digester); 및 베이슨 입구와 폐수 공급원 사이에 소체 소통을 제공하는 제 1 출력 신호 및 슬러지 출구와 소화기 입구 사이에 유체 소통을 제공하는 제 2 신호를 생성시키도록 구성된 제어기를 포함하는 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 하나 이상의 추가의 양태는 처리하고자 하는 폐수의 공급원; 처리하고자 하는 폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결되고, 혐기성 반응기, 무산소 반응기 및 호기성 반응기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 생물학적 반응기를 포함하는 제 1 생물학적 처리 트레인(first biological treatment train); 생물학적 처리 트레인의 고형물-풍부한 폐기물 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 혐기성 소화기; 및 혐기성 소화기의 소화된 슬러지 출구와 하나 이상의 생물학적 반응기의 입구를 유체 소통 가능하게 연결하는 소화된 혐기성 슬러지 재순환 라인을 포함하는 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 하나 이상의 추가의 양태는 혐기성 반응기, 무산소 반응기 및 호기성 반응기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 생물학적 반응기를 지닌 생물학적 처리 트레인을 지니는 폐수 처리 시스템에서 폐수 처리를 촉진하는 방법에 관한 것이다. 그러한 방법은 혐기성 소화기의 입구의 상류에 생물학적 처리 트레인의 고형물-풍부한 출구를 유체 소통 가능하게 연결시키고; 하나 이상의 생물학적 반응기의 입구의 상류에 혐기성 소화기의 소화된 슬러지 출구를 유체 소통 가능하게 연결시킴을 포함할 수 있다.
첨부된 도면은 척도로 도시되지 않는다. 여러 도면에서 예시되는 동일한 또는 거의 동일한 부품 또는 특징은 유사한 참조 번호로 나타낸다. 명확히 하기 위해서, 모든 부품이 모든 도면에서 표지되지는 않으며, 당업자가 본 발명을 이해하는데 설명이 필요하지 않는 본 발명의 각각의 구체예의 모든 부품이 도시되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 대표적인 처리 시스템을 예시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 또 다른 대표적인 처리 시스템을 예시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 또 다른 대표적인 처리 시스템을 예시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 처리 시스템을 위한 혐기성 소화기에 유입되는 활성화된 슬러지의 양(백분율)에 비한 메탄 생산으로부터의 에너지 획득 그래프이다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 처리 시스템을 위한 혐기성 소화기에 유입되는 활성화된 슬러지 백분율에 대한 폭기 에너지 감소의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 처리 시스템을 위한 혐기성 소화기에 유입되는 활성화된 슬러지 백분율에 대한 순수 에너지 획득의 그래프이다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 처리 시스템을 위한 혐기성 소화기에 유입되는 활성화된 슬러지 백분율에 대한 혐기성 소화기 에너지에 의한 COD제거 백분율의 그래프이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 처리 시스템을 위한 혐기성 소화기에 유입된 활성화된 반송 슬러지 백분율에 대한 슬러지 생성율의 그래프이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 양태에 적절한 또 다른 대표적인 처리 시스템을 예시하는 공정 흐름도이다.
발명의 상세한 설명
본 발명은, 예를 들어, 산소 요구량, 예컨대, 생물학적 산소 요구량(BOD)을 감소시키고, 물을 이차 사용 또는 환경으로의 배출에 적합하게 하는 물, 폐수 또는 슬러지를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나 이상의 양태는 폐수 처리 시스템 및 이의 작동 및 촉진 방법에 관한 것이다. 추가의 양태는 부산물, 예컨대, 오프-가스(off-gas)를 생성시키거나 수집하고, 처리 시스템의 하나 이상의 유닛 작동을 위해서 연료 공급원으로서 부산물을 이용하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 그 적용이 본원에 기재된 부품들, 시스템들 또는 서브시스템들의 구성 및 배열에 대한 상세한 설명으로 한정되지 않으며, 여러 방식으로 실행 또는 수행될 수 있다. 전형적으로, 처리되는 물, 예컨대, 폐수 또는 폐수 스트림은, 일부의 경우에, 고형물 및 가용성 및 불용성 유기 및 무기 물질을 포함할 수 있는 폐기 물질을 함유한다. 환경으로의 배출 전에, 그러한 스트림은 정화되거나, 확립된 규제 요건 또는 가이드라인 하에 적어도 부분적으로 폐수 스트림이 친환경적이 되게 하거나 적어도 배출에 충족되게 하는 처리를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 물은 그 BOD 또는 또 다른 특성, 예컨대, 자아르디아 함량(Giardia content)이 허용 한계내로 감소하도록 처리될 수 있다.
본 발명의 일부 양태는 폐수중의 하나 이상의 종의 적어도 일부의 생물분해 가능한 물질의 박테리아 소화를 촉진함으로써 폐수를 생물학적으로 처리함을 포함할 수 있다. 본 발명의 추가의 양태는 동반 액체로부터의 전환되고 소화되고 생물 분해된 고형 물질의 분리를 수행하거나 적어도 이를 촉진하는 것에 관할 수 있다. 본 발명의 추가의 양태는 폐수로부터의 고형물의 양을 감소시킴을 수행하거나 적어도 이를 촉진하는 것에 관할 수 있다.
본 발명은, 예를 들어, 산소 요구량, 예컨대, 생물학적 산소 요구량(BOD) 및 화학적 산소 요구량(COD)을 감소시키고, 물을 이차 사용 또는 환경으로의 배출에 적합하게 하는, 물을 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나 이상의 양태는 폐수 처리 시스템 및 이의 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명은 그 적용이 본원에 기재된 부품들, 시스템들 또는 서브시스템들의 구성 및 배열에 대한 상세한 설명으로 한정되지 않으며, 여러 방식으로 실행 또는 수행될 수 있다.
전형적으로, 처리되는 물, 예컨대, 폐수 또는 폐수 스트림은, 일부의 경우에, 고형물 및 가용성 및 불용성 유기 및 무기 물질을 포함할 수 있는 폐기 물질을 함유한다. 환경으로의 배출 전에, 그러한 스트림은 정화되거나, 확립된 규제 요건 또는 가이드라인 하에 적어도 부분적으로 폐수 스트림이 친환경적이 되게 하거나 적어도 배출에 충족되게 하는 처리를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 물은 그 BOD 또는 COD가 허용 한계 내로 감소하도록 처리될 수 있다.
본 발명의 일부 양태는 폐수중의 하나 이상의 종의 생물분해 가능한 물질의 박테리아 소화를 촉진함으로써 폐수를 생물학적으로 처리함을 포함할 수 있다. 본 발명의 추가의 양태는 동반 액체로부터의 전환되고 소화되고 생물 분해된 고형 물질의 분리를 수행하거나 적어도 이를 촉진하는 것에 관할 수 있다. 본 발명의 추가의 양태는 폐수로부터의 고형물의 양을 감소시킴을 수행하거나 적어도 이를 촉진하는 것에 관할 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "물", "폐수", 및 "폐수 스트림"은 처리되는 물, 예컨대, 가정, 상업, 또는 도시, 산업 및 농업 공급원, 및 이들의 조합으로부터의 물의 스트림 또는 보디를 나타내며, 그러한 공급원들은 전형적으로는 생물학적 처리에 의해서 환경 친화적이거나 적어도 덜 위반되는 화합물로 분해되거나 전환될 수 있는 생물분해성, 무기 또는 유기 물질로 구성된 하나 이상의 바람직하지 않은 종, 또는 오염물을 함유한다. 처리되는 물은 또한 다른 유기 화합물 및 부수적인 처리 작업으로부터의 구성물에 비해서 생물 분해되기에 어려운 화합물류 또는 난분해성 물질(recalcitrant), 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 니트로사민 및 내분비계 장애물질(endocrine disruptor)을 포함한 생물학적 고형물, 불활성 물질, 유기 화합물을 함유할 수 있다.
용어 "고형물-적은" 부분은 전형적으로는 하나 이상의 침전 또는 분리 작동 후에 출발 혼합액에 비해서 현탁된 고형물이 더 적은 물이다. 반대로, 용어 "고형물-풍부한" 슬러지는 전형적으로는 하나 이상의 침전 또는 분리 작동 후에 출발 혼합액에 비해서 고형물 농도가 더 높은 물이다. 예를 들어, 현탁된 고형물을 지니는 혼합액은 인공적으로 유도되거나 자연적인 중력에 의해서 전형적으로는 하층수와 상층수를 형성시키게 됨에 따라서, 물중에 현탁된 고형물의 적어도 일부; 생성되는 수체(water body)의 침강을 촉진하게 할 수 있으며, 여기서, 하층수는 출발 혼합액 및 상층의 고형물-적은 수층에 비해서 더 높은 농도의 고형물을 지닌다. 추가로, 고형물-적은 수층은 전형적으로는 출발 혼합액에 비해서 더 작은 농도의 현탁된 고형물을 지닐 것이다. 다른 분리 작동은 고형물-풍부한 슬러지와 고형물-적은 부분을 생성시키기 위한 여과를 포함할 수 있다.
용어 "처리된" 부분은 전형적으로는 하나 이상의 처리 스테이지, 예컨대, 하나 이상의 생물학적 또는 분리 작동 후의 출발 "고형물-적은" 부분에 비해서 더 적은 바람직한 종 또는 오염물을 지니는 물이다. 바람직하지 않은 종, 예컨대, 가용성 무기 또는 유기 화합물을 지니는 "고형물-적은" 부분은, "처리된" 부분이 필터를 통해서 통과되게 하면서, "제 2 혼합액"으로서 필터의 제 1측 상에 무기 또는 유기 화합물을 보유할 수 있는 막 여과 장치 또는 막 생물반응기에 도입될 수 있다.
본원에 개시된 본 발명의 시스템 중 하나 이상은 하나 이상의 생물학적-기반 또는 비-생물학적-기반 유닛 작동을 포함할 수 있다. 본 발명의 시스템 및 기술은 전형적으로 전처리, 일차 처리, 이차 처리 및 후처리 또는 폴리싱 작동(polishing operation)중 하나 이상을 포함하는 오염 제거 또는 처리 시스템으로서 또는 적어도 그 일부로서 수행될 수 있다. 추가로, 본 발명의 하나 이상의 양태를 이용할 수 있는 처리 설비는 전처리, 일차 처리, 이차 처리 및 후처리 또는 폴리싱 작동 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전처리 시스템 및 작동은 그리트(grit), 모래, 및 자갈을 제거할 수 있다. 일차 처리 작동 또는 시스템은 적어도 부분적인 평형, 중화 및/또는 처리하고자 하는 물중의 큰 불용성 물질, 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 지방, 오일, 및 그리스의 제거를 포함할 수 있다. 전처리 및 일차 처리 작동은 조합되어 그러한 물질 및 침강성 고형물 및 부유성 물질, 및 불용성 물체, 예컨대, 단편물질(rag) 및 스틱(stick)을 제거할 수 있다. 일차 정화기는 고형물을 분리하도록 이용될 수 있다.
이차 처리 유닛 작동 또는 시스템은 생물학적 처리, 예컨대, 전형적으로 박테리아를 지닌 바이오매스(biomass) 또는 미생물의 조합을 이용하여 생물분해 가능한 물질, 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 당, 지방, 유기 분자 및 물에서 산소 요구를 유발시키는 화합물을 적어도 부분적으로 가수분해하거나 전환시키는 생물학적 처리를 포함할 수 있다. 사실, 본 발명의 일부 유리한 양태는 생물학적 과정 및 시스템을 이용하여 처리하고자 하는 물중의 유기 물질의 적어도 일부를 제거 또는 전환시킬 수 있다.
후처리 또는 폴리싱 작동 또는 시스템은 생물학적 처리, 화학적 처리 및 분리 시스템을 포함할 수 있다. 후처리 작동은 생물학적 질화/탈질화 및 인 제거를 포함하는 과정을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 화학적 처리는 화학적 산화 및 화학적 침전을 포함할 수 있다. 분리 시스템은 이온 교환, 한외여과(ultrafiltration), 역삼투, 또는 전기 투석에 의한 용존 무기 고형물 제거를 포함할 수 있다. 추가로, 처리 과정은 화학적 또는 물리적 수단에 의한 소독(disinfection), 오염물 제거 또는 어떠한 잔류 미생물의 적어도 일부의 불활성화를 포함할 수 있다. 예를 들어, 소독은 산화제들중 어떠한 하나 이상 또는 화학 방사선에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 본 발명의 일부 구체예에서 이용될 수 있는 시판중인 여과 시스템은, Siemens Water Technologies Corp.로부터의 MEMCOR® CMF (가압된) XP, CP, 및 XS 막 여과 시스템 뿐만 아니라, CMF-S™ 연속 막 여과 모듈을 사용하는 시스템을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 분리기는 필터 프레스(filter press) 및 원심분리기를 포함한다.
본 발명의 처리 시스템의 일부 구체예는 처리하고자 하는 폐수의 공급원, 폐수 공급원에 유체 소통 가능하게 연결된 수착 탱크 입구를 지닌 생물학적 수착 탱크를 포함할 수 있다. 본 발명의 처리 시스템은 또한 생물학적 수착 탱크의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 분리기 입구, 슬러지 출구, 및 고형물-적은 출구를 지닌 분리기를 포함할 수 있다. 본 발명의 처리 시스템은 추가로 슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 호기성 탱크 입구 및 수착 탱크 입구에 유체 소통가능하게 연결된 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지 출구를 지니는 호기성 처리 탱크를 포함할 수 있다. 본 발명의 처리 시스템은 추가로 슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 소화기 입구 및 수착 탱크 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 소화된 슬러지 출구를 지니는 혐기성 소화기를 포함할 수 있다.
본 발명의 처리 시스템의 하나 이상의 구성에 사용될 수 있는 정화기 또는 이의 부품의 비-제한 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, Siemens Water Technologies Corp.로부터의 ENVIREX® FLOC-CLARIFIER 시스템, SPIRACONE™ 상향류식 슬러지 블랭킷 정화기, RIM-FLO® 원형 정화기, 및 TRANS-FLO® 정화기를 포함한다.
본원에 개시된 하나 이상의 구성에 따라서 사용될 수 있는 막 생물반응기(Membrane bioreactor: MBR) 시스템은, 이로 한정되는 것은 아니지만, Siemens Water Technologies Corp.로부터의 MEMPULSE™ 막 생물반응기 시스템(MEMPULSE™ membrane bioreactor system), PETRO™ 막 생물반응기 시스템(PETRO™ membrane bioreactor system), 침지된 막 생물반응기 시스템(Immersed Membrane Bioreactor System), 및 XPRESS™ MBR 패키징된 폐수 시스템(XPRESS™ MBR Packaged Wastewater system)을 포함한다.
폐수 시스템의 하나 이상의 구성에 사용될 수 있는 혐기성 시스템의 부품 또는 그 일부의 비-제한 예는, 이로 한정되는 것은 아니지만, Siemens Water Technologies Corp.로부터의 DYSTOR® 소화기 가스 홀더 시스템(DYSTOR® digester gas holder system), CROWN® 붕해 시스템(CROWN® disintegration system), PEARTH® 소화기 가스 혼합 시스템(PEARTH® digester gas mixing system), PFT® 나선 유도 소화기 가스 홀더(PFT® spiral guided digester gas holder), PFT® 수직 유도 소화기 홀더(PFT® vertical guided digester holder), DUO-DECK™ 부유 소화기 커버(DUO-DECK™ floating digester cover), PFT® 히터(PFT® heater) 및 열 교환기 시스템을 포함한다.
본 발명의 일부 양태에 적절한 하나 이상의 구체예는 처리하고자 하는 폐수의 공급원 및 폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 베이슨 입구를 지닌 베이슨, 폭기 시스템, 슬러지 출구를 지닌 슬러지 수집 시스템, 및 상등액 출구를 지닌 배출 시스템을 지니는 시퀀싱 배치 반응기를 포함하는 폐수 처리 시스템을 포함할 수 있다. 폐수 처리 시스템은 또한 슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결 가능한 소화기 출구, 베이슨 출구에 유체 소통 가능하게 연결 가능한 소화된 슬러지 출구를 지닌 혐기성 소화기, 및 베이슨 입구와 폐수의 공급원 사이에 유체를 소통시키는 제 1 출력 신호 및 슬러지 출구와 소화기 입구 사이에 유체를 소통시키는 제 2 신호를 생성시키도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 본 발명의 방법 및 기술은 처리하고자 하는 폐수를 제공하고 처리하고자 하는 폐수의 생물학적 수착을 촉진하여 제 1 혼합액을 생성시킴을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법 및 기술은 추가로 혼합액으로부터 고형물-풍부한 슬러지 및 고형물-적은 부분을 생성시키고, 고형물-풍부한 슬러지의 제 1 부분을 호기성으로 처리하여 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지를 생성시킴을 포함할 수 있다. 고형물-풍부한 슬러지의 제 2 부분은 혐기성으로 소화되어 혐기성으로 소화된 슬러지를 생성시킬 수 있다. 본 발명의 방법 및 기술은 또한 추가로 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지의 적어도 일부를 처리하고자 하는 물과 혼합하고, 혐기성으로 소화된 슬러지의 적어도 일부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합함을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 구체예에서, 본 발명의 방법 및 기술은 처리하고자 하는 폐수 스트림을 제공하고, 폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크에 도입하여 제 1 혼합액 스트림을 생성시킴을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법 및 기술은 또한 혼합액 스트림을 분리기내로 도입하여 고형물-풍부한 스트림과 고형물-적은 스트림을 생성시킴을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법 및 기술은 또한 추가로 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 호기성 처리 탱크내로 도입하여 적어도 부분적으로 호기성 처리된 스트림을 생성시킴을 포함할 수 있다. 또한, 추가로, 본 발명의 방법 및 기술은 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 혐기성 소화기에 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림을 생성시킴을 포함할 수 있다. 또한, 추가로, 본 발명의 방법 및 기술은 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생물학적 수착 탱크에 도입하고, 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생물학적 수착 탱크내로 도입함을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 양태에 적절한 하나 이상의 구체예는 처리하고자 하는 폐수의 공급원 및 처리하고자 하는 폐수의 공급원에 유체 소통가능하게 연결된 생물학적 처리 트레인을 포함할 수 있다. 제 1 처리 트레인은 혐기성 반응기, 무산소 반응기 및 호기성 반응기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 생물학적 반응기를 포함할 수 있다. 폐수 처리 시스템은 또한 생물학적 처리 트레인의 고형물-풍부한 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 혐기성 소화기 및 혐기성 소화기의 소화된 슬러지 출구와 하나 이상의 생물학적 반응기의 입구를 유체 소통가능하게 연결하는 소화된 혐기성 슬러지 재순환 라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가의 구체예에서, 본 발명의 방법 및 기술은 혐기성 반응기, 무산소 반응기 및 호기성 반응기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 생물학적 반응기를 지닌 생물학적 처리 트레인을 지니는 폐수 처리 시스템에서 폐수 처리를 촉진하는 방법을 포함할 수 있다. 그러한 방법은 혐기성 소화기의 입구의 상류에서 생물학적 처리 트레인의 고형물-풍부한 출구를 유체 소통 가능하게 연결시키고, 하나 이상의 생물학적 반응기의 입구의 상류에서 혐기성 소화기의 소화된 슬러지 출구를 유체 소통 가능하게 연결시킴을 포함할 수 있다.
본 발명의 시스템 및 부품은 또한 혐기성 소화와 결부된 생물학적 과정의 이용을 통한 다른 폐수 처리 시스템에 비해서 비용을 유리하게 할 수 있다. 본 발명의 폐수 처리 과정은 생물학적 과정 및 재순환 스트림을 포함하는 여러 유닛 작동의 이용을 통해 슬러지 생산을 감소시킬 수 있다. 폐수 처리 과정은 또한, 예를 들어, 혐기성 소화기내로 도입된 슬러지를 농축시키거나 증강시킴으로써, 혐기성 폐수 처리 과정의 이용과 연관되는 기술적 어려움의 일부를 극복한다. 추가로, 통상의 호기성 안정화의 이용과 관련된 비용이 전형적으로는 감소되는데, 그 이유는 혐기성 소화기 및 여러 재순환 스트림의 사용으로 인해서 호기성 과정에서 폭기가 덜 요구되기 때문이다. 이러한 과정은 또한 혐기성 소화 과정의 생성물로서 메탄을 생성시킬 수 있으며, 이는 에너지 공급원으로서 사용될 수 있다. 특정의 구체예에서, 화학적 산소 요구량(COD)와 생물학적 산소 요구량(BOD)의 대부분이 혐기성 소화기를 사용함으로써 감소될 수 있다. 이는 폭기와 산소 요구를 감소시킬 수 있고, 그에 따라서, 작동 비용을 감소시킬 수 있으며, 에너지 원으로서 사용될 수 있는 메탄 생산량을 증가시킬 수 있다. 추가로, 혐기성 소화가 슬러지중의 COD 및 BOD를 감소시키도록 사용될 것이기 때문에, 이러한 시스템 슬러지 수율이 또한 감소될 수 있다.
슬러지 안정화가 수 시간, 예컨대 1 내지 2 시간의 체류 시간을 요하는 호기성 슬러지 안정화 탱크에서 수행되는 통상의 접촉식 안정화 과정과는 대조적으로, 본 발명의 처리 시스템중 하나 이상은 복수의 서브-트레인(sub-train) 및 현탁 및/또는 용존 물질의 동화 또는 생물학적 수착을 촉진시키는 하나 이상의 수착 시스템을 이용할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 여러 시스템 및 기술은 변화된 수리학적 부하를 지니는 복수 개의 서브-트레인을 이용함으로써 폐수 처리를 유리하게 할 수 있다. 제 1 트레인은 대부분의 반송 활성화 슬러지, 바람직하게는 혐기성으로 소화된 반송 활성화 슬러지를 지닐 수 있으며, 제 2 트레인은 호기성으로 처리된, 전형적으로는 모든 산소 요구량의 다소 불완전한 전환 또는 소비를 위한 호기성 활성화에 노출됨으로써 단지 부분적으로 호기성으로 처리된 활성화 슬러지 분획을 지닐 수 있다. 본 발명의 시스템의 다양한 구성은 추가로 자본 요구를 감소시키는 고형물/액체 분리기를 사용할 수 있다. 따라서, 일부의 경우에, 하나 이상의 분리기는 서브-트레인중 하나 이상에서 처리하고자 하는 슬러지 또는 고형물-풍부한 스트림을 분리하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 처리 시스템의 일부 다른 구체예는 다야한 물질을 수집하고/거나 전환시켜서 슬러지 물질을 생성시킴을 포함할 수 있다. 생물학적 수착 과정은 물 또는 폐수중의 현탁된 고형물뿐만 아니라 용존 고형물의 적어도 일부의 전환을 촉진하는 흡착 및 흡수 과정 둘 모두를 포함할 수 있다. 흡착 과정에서, 이온 및 분자 입자는 물리적으로 또 다른 분자 또는 화합물의 표면상에 유착 또는 결합한다. 예를 들어, 흡착 과정은 화합물 또는 분자를 가용성 및 불용성 입자의 표면에 부착시켜 이들이 하류 정화기에서 침강되게 함을 포함할 수 있다. 흡수 과정에서, 화합물 또는 물질이 한 상태에서 다른 상태의 또 다른 화합물 또는 물질로 전환되는 화학적 및 생화학적 반응이 일어날 수 있다. 예를 들어, 폐수 중의 화합물이 또 다른 화합물로 전환되거나, 새로운 박테리아를 성장시키기 위해서 박테리아에 의해서 또는 박테리아 내로 혼입될 수 있다. 폭기가 생물학적 수착 과정에 제공되어 혼합시키며 호기성 환경을 제공할 수 있다. 생물학적 수착 탱크내의 체류 시간은 수 분 내지 수 시간, 예를 들어, 약 5분 내지 2 시간, 더욱 바람직하게는 30분 내지 1 시간일 수 있다. 혼합을 유발시키고 응집을 촉진하는 호기성 환경을 유지시키도록 폭기가 수행될 수 있다. 추가로, 응집 또는 축적이 호기성 처리 탱크를 이용하는 시스템에서 수행될 수 있다. 그러나, 일부의 경우에, 호기성 처리 탱크는 실질적으로 모든 용존 산소를 생물학적 수착 탱크내로 제공한다.
일부의 경우에, 처리 시스템은 업셋(upset)후의 안정된 상태 조건으로 신속한 회귀를 촉진하는 미생물의 여러 조합을 지니는 유닛 작동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리 시스템은 혐기성 소화 활성을 제공하거나 촉진하는 미생물을 순환시킬 수 있다. 특정의 구체예에서, 생물학적 수착 탱크는 혐기성 소화기에서 생존할 수 있고 호기성 환경으로 재순환될 수 있는 질화 박테리아(예컨대, 암모니아 산화 및 아질산염 산화 바이오매스)로 일정하게 시딩(seeding)된다. 예를 들어, 질화 및 탈질화가 생물학적 수착 탱크에서 수행될 수 있다. 본 발명의 특정의 구체예에서, 호기성 처리 및/또는 혐기성 소화를 통해서 처리된 슬러지가 또한 재순환 스트림으로서 생물학적 수착 탱크에 유입되어 생물학적 수착 과정을 보조할 수 있다. 다른 처리된 스트림, 예컨대, 농축장치(thickener) 또는 정화기를 빠져 나오는 고형물-적은 부분 또는 슬러지-적은 부분, 또는 폴리싱 유닛으로부터 생성되는 혼합액이 또한 재순환 스트림으로서 생물학적 수착 탱크에 도입되어 생물학적 수착 과정을 보조할 수 있다.
일부 다른 경우에, 일부 구성은 화학적으로 촉진된 수착 메카니즘을 포함할 수 있다.
본 발명의 처리 과정의 일부 구체예는 처리하고자 하는 폐수로부터의 슬러지의 적어도 일부를 생물학적으로 처리함을 포함할 수 있다. 생물학적 처리 과정은 처리하고자 하는 물중의 바람직하지 않은 물질, 예를 들어, 유기 오염물을 제거하고/거나 생물분해시키는데 사용될 수 있다. 특정의 구체예에서, 생물학적 처리 과정은 호기성 생물학적 처리 과정일 수 있다. 작동 조건에 따라서, 처리하고자 하는 물 또는 슬러지 중의 유기 물질의 적어도 일부는 생물학적으로 산화되고 이산화탄소와 물로 전환될 수 있다. 특정의 구체예에서, 산소 요구량의 감소는 약 80 내지 90%만큼 높을 수 있다. 일부 구체예에서, 처리하고자 하는 물 또는 슬러지중의 유기 물질의 일부는 충분하지 못한 폭기율 및 충분하지 못한 체류 시간을 이용함으로써 단지 부분적으로 감소될 수 있다. 예를 들어, 산소 요구량의 감소는 70% 미만, 50% 미만, 30% 미만 또는 10% 미만일 수 있다. 특히 바람직한 구체예에서, 산소 요구량의 감소는 8% 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.08% 내지 약 6%일 수 있다. 처리하고자 하는 물 또는 슬러지는, 예를 들어, 공기 확산기 또는 폭기 장치를 사용한 개방형 탱크에서 일정 시간 동안 폭기되고 혼합될 수 있다. 호기성 생물학적 처리 과정은 0.2 mg/L 내지 5 mg/L, 더욱 바람직하게는, 1.5 mg/L 내지 2.5 mg/L의 용존 산소 함량을 제공하도록 수행될 수 있다. 호기성 처리 탱크에서의 체류 시간은 수 주일, 더욱 바람직하게는 1 내지 6시간의 범위, 더욱더 바람직하게는 1 내지 2 시간 범위일 수 있다.
본 발명의 처리 시스템의 일부 구체예는 여러 물질을 다른 보다 유용한 최종 생성물로 파괴 및/또는 전환시킬 수 있는 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 시스템에서, 미생물은 산소의 부재하에 생물 분해성 물질을 분해시킬 수 있다. 이러한 혐기성 소화 과정에서, 많은 유기 물질, 예컨대, 폐지, 목초 부스러기(grass clipping), 음식물, 오물, 및 동물 폐기물이 처리될 수 있다. 이러한 과정은 시스템내로 도입되는 슬러지의 부피와 질량을 감소시키는데 유리하다. 이러한 과정은 에너지 생산에 적합한 메탄과 이산화탄소 풍부한 바이오가스를 생성시킨다. 혐기성 소화 과정은 소화기 내로 도입되는 슬러지의 박테리아 가수분해를 포함할 수 있다. 이러한 과정은 불용성 유기 폴리머, 예컨대, 탄화수소를 당, 아미노산 및 지방산으로 파괴할 수 있다. 특정의 혐기성 소화기에서, 산 생성 박테리아(acidogenic bacteria)가 이들 물질을 탄산, 알코올, 수소, 이산화탄소, 암모니아 및 유기 산으로 전환시킬 수 있다. 산 발생 박테리아에 의해서 전환된 화합물은 추가로 아세트산 생성 미생물(acetogenic microorganism)에 의해서 소화되어 아세트산, 이산화탄소 및 수소를 생성시킬 수 있다. 메탄 발생 박테리아(methanogenic bacteria) 또는 메타노겐(methanogen)이 이어서 이산화탄소, 수소, 암모니아 및 유기산을 메탄 및 이산화탄소로 전환시킬 수 있다. 이러한 혐기성 소화 과정으로부터 생성된 메탄은 에너지원으로서 사용될 수 있다. 특정의 구체예에서, 혐기성 소화기는 처리 과정의 슬러지에 잔류하는 메타노겐들의 조합이 일정하게 씨딩될 수 있다. 특히 느리게 성장하는 혐기성 박테리아, 예컨대, 아세트산 분해 메타노겐(acetoclastic methanogen) 및 수소 이용성 메타노겐(hydrogentrophic methanogen)이 본 발명의 호기성 환경에서 생존할 수 있으며, 혐기성 소화기에 반송되어 혐기성 소화기가 적지 않은 수준의 메탄 생성균으로 일정하게 씨딩되게 할 것이다. 이는 보다 신뢰할 만한 처리 과정을 가능하게 하고, 시스템 내에서 문제가 발생되면 일정한 상태로의 더 부드러운 전이를 가능하게 한다.
이러한 혐기성 소화 과정은, 소화 동안 이용된 박테리아의 유형에 따라서, 20℃ 내지 75℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 중온 박테리아(mesophilic bacteria)의 사용은 전형적으로는 약 20℃ 내지 45℃의 작동 온도를 필요로 하며, 고온 박테리아(thermophilic bacteria)는 전형적으로는 약 50℃ 내지 75℃의 작동 온도를 필요로 한다. 특정의 구체예에서, 바람직한 작동 온도는 고온 박테리아 활성 보다는 중온 박테리아 활성을 촉진하는 약 25℃ 내지 35℃일 수 있다. 다른 작동 파라메타에 따라서, 혐기성 소화기에서의 체류 시간은 7 내지 50일의 체류 시간, 더욱 바람직하게는 15 내지 30일의 체류 시간일 수 있다. 특정의 구체예에서, 산소 요구량의 감소는 50%일 수 있다.
특정의 구체예에서, 혐기성 소화기를 통해서 처리되는 슬러지는 생물학적 수착 과정의 입구로 재순환될 수 있다. 혐기성으로 소화된 슬러지를 생물학적 수착 과정으로 재순환시키기 전에, 혐기성 슬러지는 호기성 조건 탱크를 통해서 처리되어 혐기성 소화된 슬러지의 특성을 변화시킬 수 있다. 특정의 구체예에서, 혐기성으로 소화된 슬러지는 또한 호기성 처리 탱크의 입구로 재순환되어서 호기성 처리 탱크로 유입되는 고형물-풍부한 슬러지와 혼합될 수 있다.
처리 시스템의 일부 다른 구체예는 분리 과정을 수행할 수 있는 하나 이상의 시스템을 포함할 수 있다. 분리 과정은 처리하고자 하는 물 또는 슬러지의 특정 부분을 분리할 수 있다. 분리 과정은 폐수로부터의 큰 물질, 예를 들어, 그리트, 모래 또는 자갈을 제거할 수 있다. 다른 분리 과정은 처리하고자 하는 물중의 큰 불용성 물질, 예컨대, 이로 한정되는 것은 아니지만, 지방, 오일 및 그리스를 제거할 수 있다. 다른 분리 시스템은 물질, 예컨대, 침강성 고형물 및 부유체(floating body)의 침강특성의 이점을 취할 수 있다. 다양한 분리가 유닛 작동, 예컨대, 침강 탱크, 정화기, 농축장치 및 여과 시스템을 사용할 수 있다.
처리 시스템의 일부 다른 구체예는 제 1 유닛 작동의 산출물을 제 1 유닛 작동의 상류의 제 2 유닛 작동의 입구에 전달할 수 있는 하나 이상의 재순환 스트림을 포함할 수 있다. 특정의 구체예에서, 혐기성 소화기, 호기성 소화기, 슬러지 농축장치, 또는 호기성 폴리싱 유닛으로부터의 산출물이 일차 정화기 또는 생물학적 수착 탱크의 입력물에 재순환될 수 있다. 다른 구체예에서, 혐기성 소화기의 산출물은 호기성 처리 탱크의 입력물에 재순환될 수 있다.
처리 시스템의 일부 다른 구체예는 처리하고자 하는 폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결되는 시퀀싱 배치식 반응기를 포함할 수 있다. 시퀀싱 생물반응기는 생물분해 가능한 물질의 분해 또는 전환을 촉진시킨 다음, 전환된 물질을 포함하는 혼합액을 침강시키고/거나 배출시킴으로써 폐수를 생물할적으로 처리할 수 있다. 시퀀싱 배치식 반응기는 반응기의 하류에 위치한 혐기성 소화기에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 양태에 따른 구체예를 예시적으로 설명하고 있다. 처리 시스템(10)은 처리하고자 하는 물의 공급원(110)에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있거나 연결 가능하다. 본 발명의 상기된 양태중 어떠한 하나에 따라서, 처리 시스템(10)은 하나 이상의 생물학적 처리 과정 및 하나 이상의 고형물-감소 및 소형물-수집 시스템 또는 과정을 포함할 수 있는 하나 이상의 처리 유닛 작동을 포함할 수 있다.
처리하고자 하는 물의 공급원(110)은 도시, 거주 공동체, 및 산업 또는 상업 시설, 및 상류 전처리 시스템, 또는 이들의 조합중 하나 이상으로부터의 물 수집 시스템일 수 있다. 예를 들어, 공급원(110)은 하수 시스템으로부터의 물을 수용하는 침전 또는 침강 탱크일 수 있다.
처리 시스템(10)은 용존 및 현탁된 고형물의 적어도 일부의 응집을 촉진하는 하나 이상의 생물학적 수착 탱크를 포함할 수 있다. 생물학적 수착 탱크(112)는 처리하고자 하는 물중의 생물분해 가능한 물질을 대사할 수 있는 미생물의 바이오매스를 포함할 수 있거나 이를 함유하도록 구성된다. 예를 들어, 생물학적 수착 탱크(112)는 생물분해 가능한 물질의 흡수를 통해서 처리하고자 하는 물중의 생물분해 가능한 물질을 처리하는 미생물의 바이오매스를 포함할 수 있거나 이를 함유하도록 구성된다. 생물학적 수착 탱크(112)는 또한 폐수중의 가용성 및 불용성 물질, 예컨대, 유기 화합물의 흡착을 촉진하는 물질 또는 화합물을 포함할 수 있거나 이를 함유하도록 구성된다. 생물학적 수착 과정은 폭기 및 혼합을 포함하여 생물학적 수착 탱크(112)내의 호기성 환경을 유지하는 것을 도울 수 있다.
생물학적 수착 탱크(112)는 분리기, 예컨대, 정화기(114)에 도입되어 고형물-적은 스트림(214)과 고형물-풍부한 슬러지(216)를 생성시킬 수 있는 제 1 혼합액(212)을 생성시킨다. 고형물-적은 스트림(214)은, 추가로, 예를 들어, 적어도 부분적으로 처리된 물이 폴리싱 유닛(118)에서 배출되어서, 다른 용도에 적합하고 또한 폐수 공급원(110)으로 재순환될 수 있는 제 2 혼합액(222)일 수 있는 처리된 생성물(120)을 생성하기에 적합하게 하도록 처리될 수 있다.
고형물-풍부한 슬러지(216)는 고형물-풍부한 슬러지(216)의 적어도 일부가 호기성 처리 탱크(116)에서 호기성으로 처리되어 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 스트림(224)을 생성하도록 분할될 수 있다. 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 스트림(224)은 처리하고자 하는 폐수 공급원(110)에 재순환되거나, 그와 혼합되거나, 처리 시스템의 다른 유닛 작동 내로 도입될 수 있다.
고형물-풍부한 슬러지(216)의 적어도 일부는 혐기성 소화기(122)로 도입되어 혐기성으로 소화된 슬러지(226)를 생성시킬 수 있다. 혐기성으로 소화된 슬러지(226)의 일부는 폐기물 슬러지(130)로 처리될 수 있다. 혐기성으로 소화된 슬러지(226)의 일부는 또한 폐수의 공급원(110)으로 재순환되거나, 그와 혼합되거나, 처리 시스템의 다른 유닛 작동내로 도입될 수 있다.
임의로, 고형물-풍부한 슬러지(216)의 적어도 일부를 혐기성 소화기(122)에 도입하기 전에, 고형물-풍부한 슬러지(216)의 적어도 일부는 농축장치(124)로 도입되어 농축된 슬러지(228)과 슬러지 적은 부분(232)을 생성시킬 수 있다. 농축된 슬러지(228)는 이어서 혐기성 소화기(122)로 도입되고, 슬러지-적은 부분(232)은 폐수의 공급원(110)으로 재순환되거나, 그와 혼합되거나, 처리 시스템의 다른 유닛 작동내로 도입될 수 있다.
고형물-풍부한 슬러지(216)의 0 내지 100%의 어떠한 분획이 호기성 처리 탱크(116)내로 도입될 수 있고, 나머지는 혐기성 소화기로 유도될 수 있다. 특정의 예에서, 농축장치(124) 또는 혐기성 소화기(122)내로 도입된 분획은 고형물-풍부한 슬러지(216)의 약 2 내지 20%일 수 있다.
특정의 예에서, 처리된 생성물(120)은 용존 고형물 함량, COD/BOD, 또는 다른 확인된 특성에 대해서 모니터링될 수 있다. 어떠한 한 가지 확인된 특성의 수준이 요구된 범위 또는 요구된 수준에 있지 않으면, 처리 시스템에 대한 조절이 수행될 수 있다. 예를 들어, 처리된 생성물의 COD가 요구된 수준을 벗어나면, 혐기성으로 처리된 슬러지(226)의 더 많거나 더 적은 부분이 폐기물 슬러지(130)로서 배출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 양태에 따른 또 다른 구체예를 예시적으로 설명하고 있다. 처리 시스템(30)은 처리하고자 하는 물의 공급원(310)에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 본 발명의 상기 기재된 양태의 어떠한 한 가지에 따라서, 처리 시스템(30)은 하나 이상의 생물학적 처리 과정과 하나 이상의 고형물 감소 및 고형물-수집 시스템 또는 과정을 포함할 수 있는 하나 이상의 처리 유닛 작동을 포함할 수 있다.
시스템(30)은 하나 이상의 일차 분리기를 지닐 수 있다. 예를 들어, 처리하고자 하는 물의 공급원(310)에 유체 소통 가능하게 연결된 일차 정화기(311)가 처리하고자 하는 물의 공급원(310)의 성분의 적어도 일부를 침강시켜서 고형물-적은 폐수(411)가 생성되고 생물학적 수착 탱크(312)에 도입되게 할 수 있게 하는데 이용될 수 있다. 일차 정화기(311)는 또한 고형물-풍부한 폐수 스트림(413)을 생성시킬 수 있고, 그러한 고형물-풍부한 폐수 스트림(413)은 고형물-풍부한 슬러지(416)와 혼합되거나, 이하 보다 상세히 설명되는, 혐기성 소화기(322)내로 도입되는 농축된 슬러지(428)와 혼합될 수 있다. 이로 한정되는 것은 아니지만, 일차 분리기를 포함한, 사용될 수 있는 시스템의 분리기는, 그리트 제거를 수행하거나 그리트 제거를 수행하지 않으면서, 필터 및 용존 공기 부양 유형 유닛을 포함한다.
고형물-적은 폐수(411)는 전형적으로는 생물학적 수착 탱크(312)내로 도입되어 제 1 혼합액(412)을 생성시키며, 그러한 제 1 혼합액은 분리기, 예컨대, 정화기(314)에서 분리되어 고형물-적은 스트림(414)과 고형물-풍부한 슬러지(416)을 생성시킬 수 있다. 고형물-적은 스트림(414)은, 추가로, 예를 들어, 막 생물반응기(318)을 지닌 삼차 또는 후처리 트레인에서 처리되어서 다른 용도에 적합할 수 있는 처리된 생성물(320)을 생성시킨다. 막 생물반응기(318)로부터 생성된 제 2 혼합액(422)은 고형물-적은 폐수(411)와 혼합되도록 재순환되거나, 그와 혼합되거나, 처리 시스템의 다른 유닛 작동 내로 도입될 수 있다.
고형물-풍부한 스트림(416)은 고형물-풍부한 스트림(416)의 적어도 일부가 호기성 처리 탱크(316)에서 호기성으로 처리되어 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 스트림(424)을 생성하도록 하게 분할될 수 있다. 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 스트림(424)은 고형물-적은 폐수(411)와 혼합되도록 재순환될 수 있다.
고형물-풍부한 슬러지(416)의 적어도 일부는 혐기성 소화기(322)에 도입되어 혐기성으로 소화된 슬러지(426)를 생성시킬 수 있다. 혐기성으로 소화된 슬러지(426)의 일부는 폐기물 슬러지(330)로 처리될 수 있다. 혐기성으로 소화된 슬러지(426)의 일부는 또한 고형물-풍부한 슬러지(416)와 혼합되어 호기성 처리 탱크(316)로 도입되도록 재순환될 수 있다.
고형물-풍부한 슬러지(416)의 적어도 일부를 혐기성 소화기(322)로 도입하기 전에, 고형물-풍부한 슬러지(416)의 적어도 일부가 농축장치(324)에 도입되어 농축된 슬러지(428)와 슬러지 적은 부분(432)을 생성시킬 수 있다. 농축된 슬러지(428)는 이어서 혐기성 소화기(322) 내로 도입될 수 있고, 슬러지-적은 부분(432)은 고형물-적은 폐수(411)와 혼합되도록 재순환될 수 있다.
고형물-풍부한 슬러지(416)의 0 내지 100%의 어떠한 부분이 호기성 처리 탱크(316)내로 도입될 수 있고, 나머지가 혐기성 소화기에 유도된다. 특정의 예에서, 농축장치(324) 또는 혐기성 소화기(322)내로 도입된 분획은 고형물-풍부한 슬러지(416)의 약 2 내지 20%일 수 있다. 그러나, 일부의 경우에, 고형물-풍부한 슬러지(416)의 일부가 폐기물 슬러지(330)로서 배출될 수 있다.
특정의 예에서, 처리된 생성물(320)은 용존 고형물 함량, COD/BOD, 또는 다른 확인된 특성에 대해서 모니터링될 수 있다. 어떠한 한 가지 확인된 특성의 수준이 요구된 범위 또는 요구된 수준에 있지 않으면, 처리 시스템에 대한 조절이 수행될 수 있다. 예를 들어, 처리된 생성물의 COD가 요구된 수준을 벗어나면, 혐기성으로 처리된 슬러지(426)의 더 많거나 더 적은 부분이 폐기물 슬러지(330)로서 배출될 수 있다.
하나 이상의 질화 유닛이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이동상 생물반응기일 수 있는 바이오필름 질화 유닛(biofilm nitrification unit)이 분리기로부터의 고형물-적은 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 처리될 수 있다. 질화 유닛으로부터의 유출물은 정화기로부터의 슬러지와 혼합되어 적어도 부분적인 탈질화를 수행할 수 있다. 이어서, 재-폭기가 수행되어서 질소의 적어도 일부를 가스로서 제거할 수 있다. 그러한 변화는 외부 탄소 공급원의 사용을 감소시키거나 제거할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 양태에 따른 또 다른 구체예를 예시적으로 설명하고 있다. 처리 시스템(50)은 처리하고자 하는 물의 공급원(510)에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있다. 본 발명의 상기 기재된 양태의 어떠한 한 가지에 따라서, 처리 시스템(50)은 하나 이상의 생물학적 처리 과정과 하나 이상의 고형물 감소 및 고형물-수집 시스템 또는 과정을 포함할 수 있는 하나 이상의 처리 유닛 작동을 포함할 수 있다.
임의의 일차 정화기(511)가 처리하고자 하는 물의 공급원(510)에 유체 소통 가능하게 연결되거나 연결 가능할 수 있다. 일차 정화기(511)는 전형적으로는 고형물-적은 폐수(611)와 고형물-풍부한 폐수(613)를 생성시킨다. 고형물-적은 폐수(611)의 적어도 일부는 하나 이상의 시퀀싱 배치 반응기(512)에 도입될 수 있고, 여기서, 하나 이상의 처리 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어, 시퀀싱 배치 반응기(512)가 하나 이상의 스테이지에서 작동하여 요구된 방식으로 처리하고자 하는 물 또는 폐수를 처리할 수 있다.
시퀀싱 배치 반응기(512)는, 전형적으로는 충전 스테이지(FILL stage)라 일컬어지는 제 1 스테이지에서 공급원(510)으로부터 처리하고자 하는 물을 수용하도록 작동 또는 구성될 수 있다. 충전 스테이지는 폭기, 무산소 또는 폭기와 무산소 조건의 조합으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 처리하고자 하는 유입수는 하나 이상의 유입 분배 매니폴드를 통해서 시퀀싱 배치 반응기(512)의 베이슨내로 도입된다. 베이슨은 요구된 수리학적 체류 시간을 수용하거나 제공하도록 또는 처리하고자 하는 물의 용적 및 유입 유량을 수용하도록 크기 조절될 수 있다.
시퀀싱 배치 반응기(512)의 베이슨이 적어도 부분적으로 충전되는 경우에 또는 그 후에, 시퀀싱 배치 반응기(512)는, 전형적으로는 반응 스테이지(REACT stage)로 일컬어지는, 제 2 스테이지에서 생물분해 가능한 물질의 적어도 일부를 전환 또는 처리하는 박테리아 대사 활성에 유리하도록 작동될 수 있다. 하나 이상의 이산 단계 또는 스테이지에서 수행될 수 있는 반응 스테이지는 또한 다른 과정, 예컨대, 생물학적 수착 과정을 수행하도록 작동될 수 있다. 그러나, 일부의 경우에, 생물학적 수착은 충전 스테이지에서 수행되거나 완료될 수 있다. 반응 스테이지는 혼합액중에 침지된 폭기 매니폴드를 통해서 하나 이상의 공기 공급원으로부터 산소, 바람직하게는 공기를 도입함으로써 호기성 조건하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 충전 스테이지 후에 및/또는 배출 스테이지(DECANT stage) 후에, 수행될 수 있는 하나 이상의 반응 스테이지는, 예컨대, 생물학적 수착에 의해서, 적어도 부분적인 생물분해 또는 적어도 전환를 촉진하기에 충분한 시간 동안, 즉, 현탁된 입자 및 가용성 물질의 흡착 및 흡수를 촉진하기에 충분한 시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 폭기는 호기성 조건을 생성시키는 베이슨에서 폭기 시스템을 통해서 수행되어 질화 박테리아에 의한 암모니아에서 질산염으로의 산화를 촉진할 수 있다. 공기 공급원은 바람직하게는 추가로 공기 버블로서 폭기 시스템의 폭기 매니폴드를 통해서 방출된 공기를 시퀀싱 배치 반응기(512)의 베이슨내의 혼합제의 혼합을 유도하기에 충분한 양으로 제공한다. 대안적으로, 또는 폭기 유도된 현상과 결부되어, 혼합은 또한, 혼합이 공기를 혼합액에 도입하지 않으면서 요구되는 경우에 유리할 수 있는 혼합기, 예컨대, 임펠러(impeller)에 의해서 수행될 수 있다. 하나 이상의 반응 스테이지는 공기의 사용으로 한정되지 않으며, 혼합액중의 표적 용존 산소 농도를 제공하는 산소의 어떠한 공급원이 반응 스테이지의 각각 또는 이들중 하나 이상을 위해서 사용될 수 있다. 하나 이상의 반응 스테이지는 폭기 스테이지 및 폭기 스테이지 후의 일정 시점에서 발생되는 별도의 재-폭기 스테이지를 포함할 수 있다.
침강 스테이지(SETTLE stage)는 전형적으로는 하나 이상의 폭기, 생물학적 수착 및/또는 혼합 스테이지를 수반하여 침전 조건을 생성시키며, 그러한 침전 조건은 혼합액중의 바이오매스의 적어도 일부가 침전되게 하여 상등액, 상등액 아래의 고형물-적은 혼합액 및 고형물-풍부한 또는 슬러지 층을 형성시킨다. 침강 스테이지의 기간은 다양할 수 있으며, 이로 한정되는 것은 아니지만, 혼합액의 온도 및 바이오매스의 성질 및 조성을 포함한 여러 인자에 좌우될 수 있다.
고형물-적은 혼합액(614)은 이어서 배출 스테이지에서 회수되거나 배출될 수 있으며, 예를 들어, 폴리싱 유닛(518)에서 추가로 처리될 수 있다. 침강된 슬러지의 적어도 일부는 매니폴드를 통해서 회수되며 여러 생물학적 과정 또는 소독 처리에 의한 추가의 처리로 유도된다. 고형물-풍부한 스트림(616)의 적어도 일부는 회수되거나, 여러 다른 생물학적 과정, 예를 들어, 호기성 처리 또는 혐기성 소화(522)에 도입될 수 있다. 처리된 유출물 또는 고형물-적은 혼합액(614)의 회수 또는 배출은 바람직하게는 베이슨내의 배출 시스템을 사용함으로써 수행되며, 그러한 배출 시스템은 전형적으로는 고형물-적은 상등액의 회수 동안 침강된 고형물-풍부한 층을 교란시키는 교란 상태의 가능성을 적어도 감소시키거나 그렇지 않은 구멍을 지니도록 구성된 부유 고형물-배제 배출기 또는 스키머(skimmer)를 지닌다.
본 발명의 시퀀싱 배치 반응기(612)가 처리하고자 하는 유입물이 수용되기를 기다리는 아이들 스테이지(IDLE stage)가 임의로 포함될 수 있다.
일부의 경우에, 어떠한 기능 또는 활성이 하나 이상의 스테이지로 수행될 수 있다. 예를 들어, 고형물-풍부한 슬러지(616)의 회수는 침강 스테이지 동안 및 아이들 스테이지 동안 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본원에서 나타낸 스테이지의 시퀀스를 따르지 않으면서 실행될 수 있다. 추가로, 어떠한 스테이지 또는 더 많은 스테이지가 생략되거나 조합될 수 있다. 예를 들어, 일부의 경우에, 반응 스테이지가 충전 스테이지 동안 수행되어 반응 스테이지의 기간을 조합 또는 연장할 수 있다.
Siemens Water Technologies Corp.로부터의 OMNIFLOW® 시퀀싱 배치 반응기 시스템은 본 발명의 일부 양태에 따라서 생물학적 영양물 제거를 수행하는데 사용되는 생물학적 트레인을 포함할 수 있는 시판중의 처리 시스템의 예이다. 추가로, 본 발명의 추가의 양태는 본원에서 참조로 인용되는 컬타르프(Calltharp) 또는 컬타르프 등의 미국특허 제4,775,467호, 제5,021,161호, 및 제6,884,354호에 의해서 개시된 시스템 및 방법을 이용할 수 있다. 사실, 일정 수준 시퀀싱 배치 반응기 시스템에 관한 일부 유리한 특징이 이용될 수 있다. 그러한 일정 수준 생물학적 전환 시스템은 유리하게는 하류 여과 작동 동안 어떠한 작동상의 변동 또는 변화를 감소시킴으로써 전체 처리 시스템의 공정 제어를 추가로 개선시킬 수 있다. 추가의 이점은, 일부의 경우에, 어떠한 균등 탱크의 크기를 감소시킬 수 있거나, 그러한 유닛 작동에 대한 필요 조차도 제거할 수 있으며, 이는 전체 처리 시스템을 위한 공간 및 자본 요구를 감소시킨다.
여러 스테이지의 시퀀싱은 하나 이상의 시퀀싱 배치 반응기(512), 일차 정화기(511), 폴리싱 유닛(518), 농축 유닛(524), 및 혐기성 소화기(522)에 작동 가능하게 연결된 하나 이상의 제어기(534)를 이용함으로써 촉진될 수 있다. 하나 이상의 센서가 전형적으로는 시퀀싱 배치 반응기(512)의 하나 이상의 유닛 작동에서 또는 그와 함께 이용되어 처리 과정 동안 공정의 상태 또는 조건의 표시 또는 특성을 제공한다. 예를 들어, 하나 이상의 수준 인디케이터(indicator)(도시되지 않음)가 시퀀싱 배치 반응기(512)의 베이슨에 배치되고 하나 이상의 제어기(534)에 베이슨내에 함유된 액체 수준을 표시를 전송하도록 구성될 수 있다. 제어기(534)는, 하나 이상의 센서로부터 수신된 신호를 기초로 하여, 제어 신호를 생성시키고 이를 일차 정화기(511), 폴리싱 유닛(518), 농축 유닛(524), 및 혐기성 소화기(522) 또는 구성요소의 부품중 어떠한 부품에 전달할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 수준 인디케이터에 의해서 측정된, 베이슨내의 높은 액체 수준 상태에서, 제어기(534)는 제어 신호를 생성시키고 이를 공급원(510)과 시퀀싱 배치 반응기(512)의 베이슨을 유체 소통에 관해서 분리시키는 입구 밸브를 폐쇄하는 액추에이터(actuator)에 전송할 수 있다. 제어기(534)는 전형적으로는 하나 이상의 시퀀싱 배치 반응기(512)의 스테이지를 개시 및 종결시키는 제어 신호를 추가로 생성시킨다. 예를 들어, 제어기(534)는 제어 신호를 생성시켜서 시퀀싱 배치 반응기(512)를 위한 공기 공급원을 가동시키거나 가동 중지시킬 수 있다.
시퀀싱 배치 반응기(512)로부터 배출된 고형물-적은 스트림(614)은 폴리싱 처리 시스템에서 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 개시된 처리 시스템의 하나 이상의 구성은, 이로 한정되는 것은 아니지만, 생물학적 질화/탈질화 및 인 제거, 화학적 산화, 화학적 침전, 및 이온 교환, 한외여과, 역삼투, 자외선 방사 또는 전기투석에 의한 용존 무기 고형물 제거를 포함한 분리 시스템을 포함하는 처리 과정을 이용하는 하나 이상의 폴리싱 유닛(518)을 포함할 수 있다. 처리된 생성물(520)은 저장 또는 이차 사용에 전달되거나, 환경으로 배출될 수 있다.
고형물-풍부한 슬러지(616)는 추가로 혐기성 소화기(522)에서 처리되어 혐기성으로 소화된 스트림(626)을 생성시킬 수 있다.
처리 시스템의 작동 동안에, 하나 이상의 표적 특성이 이용되어 시스템의 유닛 작동의 어떠한 작동의 하나 이상의 작동 파라메터를 조절할 수 있다. 혐기성으로 소화된 스트림(626)의 일부는 처리하고자 하는 폐수 공급원(510) 또는 고형물-적은 폐수(611)와 혼합되도록 재순환될 수 있다. 혐기성으로 소화된 스트림(626)의 일부는 또한 폐기물 슬러지로서 시스템(50)으로부터 배출될 수 있다.
임으로, 고형물-풍부한 슬러지(616)의 적어도 일부를 혐기성 소화기(522)에 도입하기 전에, 고형물-풍부한 슬러지(616)의 적어도 일부는 농축장치(524)에 도입되어 농축된 슬러지(628)와 슬러지 적은 부분(632)을 생성시킬 수 있다. 농축된 슬러지(628)는 이어서 혐기성 소화기(522)내로 도입되고 슬러지-적은 부분(632)은 폐수의 공급원(510), 고형물-적은 폐수(611)로 재순환되거나, 그와 혼합되거나, 처리 시스템의 다른 유닛 작동내로 도입될 수 있다.
본원에 개시된 여러 시스템 및 기술은 에너지 소모를 현저하게 감소시키거나, 또한 에너지를 제공할 수 있으며, 또한 폐수 처리 동안 생성된 슬러지의 양을 감소시킬 수 있다.
다른 유닛 작동, 예컨대, 필터 및 스트레이너(strainer)가 또한 사용될 수 있다.
추가로, 제어기는 처리 시스템의 작동 파라메터를 촉진하거나 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 하나 이상의 스트림의 재순환율, 하나 이상의 체류 시간의 기간, 온도, 처리 시스템의 유닛 작동중 어떠한 작동에서의 유체의 용존 산소 농도를 조정하도록 구성될 수 있다.
제어기는 타이머(도시되지 않음) 및/또는 처리 시스템내의 어떠한 특정 장소에 위치한 센서(도시되지 않음)로부터의 신호에 반응할 수 있다. 예를 들어, 혐기성 반응기에 위치한 센서는 그 내부의 최적 상태가 아닌 상태를 표시할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 센서는 하나 이상의 작동 파라메터, 예컨대, 압력, 온도, 혼합액의 하나 이상의 특성, 및/또는 유출 스트림중의 어떠한 스트림의 하나 이상의 특성을 모니터할 수 있다. 유사하게, 재순환 스트림중 어떠한 스트림내에 배치되거나, 달리 그와 함께 배치된 센서는 요구된 또는 표적 유속, 그 미만의 유속, 또는 그 초과의 유속을 나타낼 수 있다. 제어기는 이어서 제어 신호를 발생시켜서 재순환 유속의 증가 또는 감소를 유발시킴으로써 대응할 수 있다. 폴리싱 서브-트레인으로부터의 혼합액의 표적 재순환 유속은 처리 시스템의 작동 파라메터에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 표적 재순환 유속은 처리하고자 하는 유입수의 유입 유속의 몇 배, 예를 들어, 두 배 이상일 수 있다. 일부의 경우에, 고형물 배출 속도가 조절되어 처리된 물의 하나 이상의 목적 특성을 달성할 수 있다. 다른 제어 설계(control scheme)는 처리하고자 하는 유입물 또는 물의 산소 요구량에 적어도 부분적으로 기초하여 혐기성 소화기와 호기성 처리 탱크 사이의 상대적인 유속을 적절히 변화시킴을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구체예의 시스템 및 제어기는 다중 작동 방식을 지니는 다능성 유닛을 제공하며, 그러한 유닛은 다수의 입력에 반응하여 폐수 처리 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
제어기는 일반 컴퓨터, 예컨대, 인텔 PENTIUM®-타입 프로세서(Intel PENTIUM®-type processor), 모토로라 PowerPC® 프로세서(Motorola PowerPC® processor), 휴렛-팩커드 PA-RISC® 프로세서(Hewlett-Packard PA-RISC® processor), 썬 UltraSPARC® 프로세서(Sun UltraSPARC® processor), 또는 어떠한 다른 유형의 프로세서 또는 이들의 조합일 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템을 사용함으로써 실행될 수 있다. 대안적으로, 컴퓨터 시스템은 특수-프로그래밍된 특정-목적 하드웨어, 예를 들어, 수 처리 시스템으로 의도된 주문형 집적회로(application-specific integrated circuit: ASIC) 또는 제어기를 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템은 하나 이상의 메모리 장치에 전형적으로 연결된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있으며, 이러한 장치는, 예를 들어, 디스크 드라이브 메모리, 플래쉬 메모리 장치, RAM 메모리 장치 또는 데이터를 저장하기 위한 그 밖의 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 전형적으로는 처리 시스템의 작동 동안 프로그램 및 데이터를 저장하기 위해서 사용된다. 예를 들어, 메모리는 시간에 따른 파라메터, 및 작동 데이터에 관한 시간적 데이터를 저장하기 위해서 사용될 수 있다. 본 발명의 구체예를 실행하는 프로그래밍 코드를 포함하는 소프트웨어는 컴퓨터 판독 및/또는 작성 가능한 비휘발성 기록 매체상에 저장되고, 이어서 전형적으로 메모리 내로 복사되며, 이어서 하나 이상의 프로세서에 의해서 수행될 수 있다. 그러한 프로그래밍 코드는 어떠한 다수의 프로그래밍 언어, 예를 들어, Java, Visual Basic, C, C#, 또는 C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL 또는 이들의 어떠한 다양한 조합으로 작성될 수 있다.
컴퓨터 시스템의 부품은 별도의 이산 장치상에 있는 부품들 사이에서 동일한 장치 및/또는 네트워크내에 통합시키는 부품들 사이에 하나 이상의 버스(buss)를 포함할 수 있는 하나 이상의 상호연결 메카니즘에 의해서 커플링될 수 있다. 상호연결 메카니즘은 전형적으로는 시스템의 부품들 사이에 통신, 예를 들어, 데이터, 명령들이 교환되게 할 수 있다.
컴퓨터 시스템은 또한 하나 이상의 입력 장치, 예를 들어, 키보드, 마우스, 트랙볼(trackball), 마이크로폰, 터치 스크린, 및 그 밖의 사람-기계 인터페이스(interface) 장치, 및 하나 이상의 출력 장치, 예를 들어, 인쇄 장치, 디스플레이 스크린, 또는 스피커를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템은, 시스템의 부품들 중 하나 이상에 의해서 형성될 수 있는 네트워크에 추가로 또는 그에 대안적으로, 통신 네트워크에 컴퓨터 시스템을 연결할 수 있는 하나 이상의 인터페이스(도시되지 않음)를 함유할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구체예에 따르면, 하나 이상의 입력 장치는 시스템(10) 및 이의 부품의 하나 이상의 파라메터를 측정하는 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 센서, 계량 밸브 및/또는 펌프, 또는 이들 부품의 모두가 컴퓨터 시스템에 작동 가능하게 결합되는 통신 네트워크에 연결될 수 있다. 상기 부품중 어느 하나 이상은 하나 이상의 통신 네트워크에 걸친 컴퓨터 시스템과 통신하도록 또 다른 컴퓨터 시스템 또는 부품에 결합될 수 있다. 그러한 형태는 어떠한 센서 또는 신호-생성 장치가 컴퓨터 시스템으로부터 상당한 거리에 위치하게 하거나, 어떠한 센서가 어떠한 서브시스템 및/또는 제어기로부터 상당한 거리에 위치되게 하면서 그들 사이에 여전히 데이터를 제공하게 한다. 그러한 통신 메카니즘은, 이로 한정되는 것은 아니지만, 무선 프로토콜을 이용하는 기술을 포함한 어떠한 적합한 기술을 이용함으로써 영향을 받을 수 있다.
제어기는 하나 이상의 컴퓨터 저장 매체, 예컨대, 판독 가능 및/또는 기록 가능한 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있고, 여기서, 그러한 매체에, 프로그램이 하나 이상의 프로세서에 의해서 수행되게 하는 신호가 저장될 수 있다. 매체는, 예를 들어, 디스크 또는 플래쉬 메모리일 수 있다. 전형적인 작동에서, 하나 이상의 프로세서가 데이터, 예컨대, 본 발명의 하나 이상의 구체예를 실행시키는 코드가 저장 매체로부터 메모리 내로 판독되게 할 수 있고, 그러한 메모리는 매체에서 하는 것보다 더 신속한 정보에 대한 접근이 하나 이상의 프로세서에 의해서 가능하게 한다.
본 발명의 여러 양태가 실시될 수 있는 한 가지 유형의 컴퓨터 시스템으로 예를 들어서 컴퓨터 시스템이 설명되고 있지만, 본 발명은 소프트웨어에서 실행되거나 예시적으로 나타낸 바와 같은 컴퓨터 시스템상에서 실행되는 것으로 제한되지 않음을 인지해야 한다. 사실, 그렇게 실행되기 보다는, 예를 들어, 일반용 컴퓨터 시스템, 제어기, 또는 이들의 부품 또는 서브섹션이 전용 시스템으로서 또는 전용 프로그램 가능한 논리 제어기(programmable logic controller: PLC)로서, 또는 보급된 제어 시스템에서 대안적으로 실행될 수 있다. 추가로, 본 발명의 하나 이상의 특징 또는 양태는 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어(firmware), 또는 이들의 어떠한 조합으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)에 의해서 수행 가능한 알고리즘의 하나 이상의 세그먼트가 별도의 컴퓨터에서 수행되고, 이어서, 하나 이상의 네트워크를 통해서 통신될 수 있다.
일부 특정의 구체예에서, 제어기는 시퀀싱 배치 반응기의 하나 이상의 사이클 또는 스테이지를 개시하거나 종결하는 다수의 출력 신호를 생성시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 처리하고자 하는 물의 공급원에 하나 이상의 시퀀싱 배치 반응기의 하나 이상의 베이슨을 유체 소통 가능하게 연결하는 하나 이상의 입구 밸브를 작동시키는 출력 신호를 생성시킬 수 있다. 제어기는 이어서 밸브를 바람직하게는, 폐쇄하지만, 필수적으로는, 폐쇄시키지 않고, 예를 들어, 0.5 내지 2mg/L의 표적 용존 산소 수준으로 산소 공급원을 제공하도록 하나 이상의 시퀀싱 배치 반응기의 폭기 시스템을 작동시키는 제 2 출력 신호를 생성시킬 수 있다. 그에 따라서, 제어기는 용존 및 현탁된 고형물의 적어도 일부를 응집시키는 생물학적 수착 현상을 촉진하도록 구성될 수 있다. 이어서, 제어기는 침강 가능한 성분의 적어도 일부를 침강시키는 베이슨중의 적어도 하나에서 침전 상태를 촉진하는 제 3 출력 신호를 생성시킬 수 있다. 일부의 경우에, 침전 상태는 출력 신호를 종결시킴으로써 수행되고, 제 3 출력 신호가 제어기에 의해서 생성되어, 예를 들어, 침강 후의 베이슨내의 고형물-풍부한 부분을 배출시킴으로써 상등액중의 어떠한 상등액의 회수를 촉진할 수 있다. 이어서, 또 다른 출력 신호가, 폭기 시스템을 재활성화시키는, 예를 들어, 제 5 출력 신호를 생성시킬 수 있다.
본 발명의 추가의 양태는 본원에 기재된 처리 방법의 다양한 특징을 촉진하는 컴퓨터-판독 매체 또는 이를 제공함을 포함하거나 이에 관할 수 있다.
예를 들어, 컴퓨터-판독 매체는, 처리하고자 하는 폐수를 제공하는 단계, 처리하고자 하는 폐수의 생물학적 수착을 촉진하여 제 1 혼합액을 생성시키는 단계, 혼합액으로부터 고형물-풍부한 슬러지와 고형물-적은 부분을 생성시키는 단계, 고형물-풍부한 슬러지의 제 1 부분을 호기성으로 처리하여 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지를 생성시키는 단계, 고형물-풍부한 슬러지의 제 2 부분을 혐기성으로 소화시켜서 혐기성으로 소화된 슬러지를 생성시키는 단계, 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지의 적어도 일부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합하는 단계, 및 혐기성으로 소화된 슬러지의 적어도 일부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합하는 단계중 하나 이상의 단계를 포함하는, 폐수 처리 시스템에서 폐수를 처리하는 방법을 수행하는 컴퓨터 시스템 또는 제어기상에서 실행가능한 명령을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 고형물-풍부한 슬러지를 농축시켜서 농축된 슬러지와 슬러지-적은 부분을 생성시키고, 슬러지-적은 부분의 적어도 일부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합함을 포함할 수 있으며, 여기서, 고형물-풍부한 슬러지의 제 2 부분을 혐기성으로 소화시키는 것은 농축된 슬러지를 혐기성으로 소화시켜서 혐기성으로 소화된 슬러지의 적어도 일부를 생성시킴을 포함한다. 상기 방법은, 추가로, 고형물-적은 부분의 적어도 일부를 호기성으로 처리하여 처리된 생성물 및 제 2 혼합액을 생성시킴을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 제 2 혼합액의 적어도 일부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합함을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 혐기성으로 소화된 슬러지의 적어도 일부를 고형물-풍부한 슬러지의 제 1 부분과 함께 호기성으로 처리하여 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지를 생성시킴을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 처리하고자 하는 폐수로부터 고형물-풍부한 폐수와 고형물-적은 폐수를 생성시킴을 포함할 수 있으며, 여기서, 처리하고자 하는 폐수의 적어도 일부의 생물학적 수착을 촉진시킴은 고형물-적은 폐수의 생물학적 수착을 촉진하여 제 1 혼합액을 생성시킴을 포함한다. 상기 방법은, 추가로, 고형물-적은 부분을 막 생물반응기내로 도입시킴을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 처리하고자 하는 폐수를 고형물-적은 폐수와 고형물-풍부한 폐수로 분리하고, 고형물-적은 폐수의 생물학적 수착을 촉진하여 제 1 혼합액의 적어도 일부를 생성시키고; 고형물-풍부한 폐수를 고형물 풍부한 슬러지의 제 2 부분과 함께 혐기성으로 소화시켜서 혐기성으로 소화된 슬러지와 메탄을 포함하는 오프-가스를 생성시킴을 포함할 수 있다.
다른 구성으로, 컴퓨터-판독 매체는 처리하고자 하는 폐수 스트림을 제공하는 단계, 폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크내로 도입하여 제 1 혼합액 스트림을 생성시키는 단계, 혼합액 스트림을 분리기에 도입하여 고형물-풍부한 스트림과 고형물-적은 스트림을 생성시키는 단계, 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 호기성 처리 탱크내로 도입하여 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지 스트림을 생성시키는 단계, 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 혐기성 소화기내로 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림을 생성시키는 단계, 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생물학적 수착 탱크로 도입하는 단계, 및 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생물학적 수착 탱크내로 도입하는 단계를 포함하는 폐수를 처리하는 하나 이상의 단계를 지니는, 폐수 처리 시스템에서 폐수를 처리하는 방법을 수행하는 컴퓨터 시스템 또는 제어기상에서 실행가능한 명령을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 일부의 경우에, 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 슬러지 농축장치내로 도입하여 농축된 슬러지 스트림과 슬러지-적은 스트림을 생성시킴을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 고형물-풍부한 스트림의 적어도 일부를 혐기성 소화기내로 도입하는 것은 농축된 슬러지 스트림을 혐기성 소화기내로 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림을 생성시킴을 포함한다. 또한, 추가의 경우에, 폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크내로 도입시키는 것은 처리하고자 하는 폐수 스트림을 일차 분리기내로 도입하여 고형물-풍부한 폐수 스트림과 고형물-적은 폐수 스트림을 생성시킴과, 고형물-적은 폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크내로 도입하여 제 1 혼합액 스트림을 생성시킴을 포함한다. 상기 방법은, 추가로, 고형물-풍부한 폐수 스트림을 혐기성 소화기내로 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생성시킴을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 호기성 처리 탱크내로 도입하여 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지 스트림의 적어도 일부를 생성시킴을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 분리기로부터의 고형물-적은 스트림을 막 생물반응기내로 도입함을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 고형물-적은 스트림의 적어도 일부를 호기성 폴리싱 시스템내로 도입하여 처리된 스트림과 제 2 혼합액 스트림을 생성시킴과, 제 2 혼합액 스트림의 적어도 일부를 생물학적 수착 탱크내로 도입시킴을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 추가로, 혐기성 소화기로부터의 오프-가스, 메탄을 포함하는 오프-가스를 수집함을 포함할 수 있다.
본원에 개시된 시스템과 기술의 이들 및 다른 구체예의 기능 및 이점이 이하 실시예에서 더욱 상세히 이해될 것이다. 하기 실시예는 개시된 처리 방법의 이점을 설명하고자 하는 것이며 그 전체 범위를 예시하는 것이 아니다.
실시예 1
에너지 획득 및 슬러지 수율이 도 9에 도시된 처리 시스템을 수치적으로 시뮬레이션(simulation)함으로써 산정되었다. 설명된 바와 같이, 제안된 처리 시스템은 처리하고자 하는 폐수의 유입물 또는 공급원에 유체 소통 가능하게 연결된 일차 정화기(711)를 지니는 것으로 여겨졌다. 일차 정화기는 고형물 적은 폐수 스트림과 고형물 풍부한 폐수 스트림을 생성시키는 것으로 여겨졌다. 고형물 적은 폐수는 생물학적 수착 탱크(712)내로 도입되어 혼합액을 생성시키는 것으로 여겨졌으며, 고형물 충부한 폐수 스트림은 혐기성 소화기(722)내로 도입되는 것으로 여겨졌다. 생물학적 수착 탱크(712)로부터의 혼합액은 분리기(714)내로 도입되어 막 생물반응기에서 추가로 처리되어야 하는 고형물 적은 스트림과 슬러지 스트림을 생성시키는 것으로 여겨졌다. 슬러지의 일부는 슬러지 농축장치(724)내로 도입되어 농축된 슬러지와 고형물-적은 슬러지를 생성시키는 것으로 여겨졌다. 슬러지의 또 다른 부분은 호기성 처리 탱크(716) 내로 도입되어서 적어도 부분적으로 호기성으로 처리된 슬러지를 생성시키는 것으로 여겨졌으며, 이러한 슬러지는 재순환되어서 고형물 적은 폐수와 함께 생물학적 수착 탱크(712)에서 처리되었다. 농축된 슬러지는 혐기성 소화기(722)내로 도입되어 생물학적으로 소화된 슬러지를 생성시키는 것으로 여겨졌으며, 이의 일부가 처리 탱크(716)에서 적어도 부분적으로 호기성으로 처리되도록 재순환되고, 소화된 슬러지의 또 다른 부분은 고형 폐기물(730)로서 배출되었다.
처리 시스템은 캐나다 온타리오 소재의 EnviroSim Associates Ltd.로부터의 BIOWEM 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 수치적으로 시뮬레이션되었다. 시뮬레이션 작동은 분리기 또는 정화기(714)를 빠져나가는 2 내지 20%의 고형물-풍부 슬러지(816)가 농축장치(724)와 최종 혐기성 소화기(722)로 유도되게 수행되었다.
전형적인 폐수 농도가 시뮬레이션에 이용되었고; 상세한 원료 폐수 화학양론이 표 1에 기재되어 있다.
표 1. 원료 폐수 농도 및 화학양론(BIOWIN 시뮬레이션 소프트웨어를 위한 대응 파라메터와 함께)
Figure pct00001
주된 유닛 공정에 대한 다음 작동 파라메터가 가정되었다.
· 일차 정화기 60% TSS 제거
· 슬러지 농축기 80% TSS 제거
· 전체 RAS 흐름 100%의 유입물 흐름
· 생물학적 수착 탱크 2mg/L의 DO 세트 포인트를 지닌 500m3
· 호기성 안정화 탱크 2mg/L의 DO 세트 포인트를 지닌 600m3
· 혐기성 소화기: 2900m3
에너지 균형 계산을 위해서 다음 가정이 이루어졌다.
· CH4의 에너지 함량은 35846 kJ/m3(0℃ 및 1 기압에서) (Tchobanoglous et ah, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf & Eddy 2004).
· 생물학적 수착 탱크 및 호기성 처리 탱크에서의 폭기 에너지 효율은 1.52kg O2/KWh일 것이다(Tchobanoglous et ai, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf & Eddy 2004).
· 혐기성 소화기에서의 TTS 농도가 40g/L 미만인 때에 혐기성 소화기에 대한 혼합 에너지는 0.008KW/m3일 것이다(Tchobanoglous et ai, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Metcalf & Eddy 2004).
· 하류 막 여과 공기 스코어링 및 여과 에너지는 0.2 kwh/m3의 유출물일 것이며, MBR 공기 스코어링으로부터의 O2 전달은 질화에 충분할 것이다.
· 혐기성 소화기에 유입되는 혼합액은, 에너지를 회수하기 위한 열 교환 없이, 20℃ 내지 35℃로 가열될 것이다.
반송 활성화 슬러지(return activated sludge: RAS)의 2%가 혐기성 소화기(722)로 유입되는 때에, 모든 소화기 유출물은 폐기물 활성화 슬러지(730)로서 시스템으로부터 세척되어야 하며, 혐기성 슬러지가 생물학적 수착 탱크(712)로 재순환되지 않아야 한다. 혐기성 소화기(722)에 유입되는 최소 RAS는 약 2%인 듯하다.
메탄 생성으로부터의 예측된 에너지 획득, 폭기 에너지 감소, 순수 에너지 획득, 혐기성 소화기에 의한 COD 제거의 백분율 및 슬러지 수율이 도 4 내지 도 8에 도시되어 있다.
20%의 RAS가 혐기성 소화기(722)로 유입되는 경우에, 시뮬레이션 소프트웨어는 다음 데이터를 생성시켰다:
· 일차 정화기(711)내로의 유입물: 6000 kg COD/일(day)
· 일차 정화기(711)로부터 침강된 물질: 2273 kg COD/일
· 이차 정화기(714)로부터 MBR(718)로의 유출물: 1022 kg COD/일
· 슬러지 농축장치(724)로부터의 고형물-적은 부분: 2205 kg COD/일
· 혐기성 소화기(722)내로의 농축된 부분: 8119 kg COD/일
· 혐기성 소화기(722)로부터의 유출물: 7045 kg COD/일
· 혐기성 소화기(722)로부터 WAS(730)로의 유출물: 1110 kg COD/일
혐기성 소화기(722)에서의 슬러지 체류 시간은 약 16.1일(day)일 것이며, 혐기성 소화기(722)에서의 TSS 농도는 40763 mg/L일 것이다.
호기성 슬러지 체류 시간, 또는 생물학적 수착 탱크(712) 및 20% RAS 질량 흐름 속도에 대한 호기성 처리 탱크(716)에서의 MLSS 기록은 0.7일일 수 있다.
전체 COD 제거는 3868 kg COD/일(6000-1110-1022)일 것이다. 혐기성 소화기(722)를 통한 COD 제거는 3347 kg COD/일(2273 + 8119 - 7045)이거나 87%의 예측된 제거율(3347/3868)일 것이다.
호기성 COD 제거는 13%이어서, 폭기 에너지 소비가 적지만, 여전히 탱크를 혼합하기에 충분할 것이다.
20%의 RAS가 혐기성 소화기에 유입되는 때에, 약 87%의 COD 제거가 발생될 것이다. 따라서, 약 20% 또는 그 미만의 RAS가 혐기성 소화기에 도입되어 현저한 COD 제거를 제공할 수 있다.
더 많은 슬러지가 혐기성 소화기(722)를 통과하는 경우, 호기성 활성은 감소한다(참조: 도 5). 약 20% RAS가 혐기성 소화기(722)에 유입되는 경우, 생물학적 수착 탱크(712)와 호기성 처리 탱크(716)에서의 산소 이용율(oxygen utilization rate: OUR)은 각각 시간당 21 mgO2/L 및 시간당 22 mgO2/L일 것이다. 80%의 RAS가 호기성 처리 탱크를 통과하지만, 그러한 탱크에서의 COD 감소율은 낮은 듯하다. 혐기성 소화기에 유입되는 20%의 반송 활성 슬러지 상태에서 COD 질량 흐름도가 도 9에 도시되어 있으며, 여기서, COD 질량 유속은 kgCOD/일(day)로 나타낸다.
추가로, 약 5% 내지 약 8% RAS 혐기성 소화에 의해서 슬러지 생성의 감소와 메탄의 증가와 함께 잠재적 이익이 실현될 수 있으며, 이는 대량의 혐기성 소화 과정과 연관된 자본 지출을 피할 수 있다.
결과는 또한 기존의 폐수 처리 설비가 본원에 개시된 시스템 및 기술의 하나 이상의 여러 양태를 포함하여 에너지율을 감소시키고 슬러지의 양을 감소시키면서 물을 처리하도록 변형되거나 개장될 수 있음을 나타내고 있다.
본 기술분야의 전문가라면 본원에 기재된 파라메터 및 형태가 예시적인 것이며, 실제 파라메터 및 형태는 본 발명의 시스템 및 방법이 이용되는 특정의 적용에 좌우될 것임을 인지할 것이다. 본 기술분야의 전문가라면 통상의 실험으로 본 발명의 특정의 구체예와의 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 기술분야의 전문가라면 본 발명에 따른 시스템 및 이의 부품이 시스템의 네트워크를 추가로 포함할 수 있거나 처리 시스템의 부품일 수 있음을 인식할 수 있다. 따라서, 상기 기재된 구체예는 단지 예를 나타내는 것이며, 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물의 범위내에서, 본 발명에 개시된 처리 시스템 및 기술이 특별히 설명된 바와 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 용어 "상등액"이 분리 생성물을 나타내는데 본원에서 사용되고 있지만, 그러한 용어는 예시목적으로 사용된 것이며, 그 사용이 청구의 범위를 특정의 분리 기술로 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 처리 시스템 및 기술은 본원에 기재된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 또한, 그러한 특징, 시스템 또는 방법이 서로 조화되지 않는 경우가 아니면, 둘 이상의 그러한 특징, 시스템 또는 방법의 어떠한 조합도 본 발명의 범위내에 포함된다.
추가로, 본 기술분야의 전문가라면 다양한 변경, 변화 및 개선을 용이하게 이끌어낼 것임을 인지해야 한다. 그러한 변경, 변화 및 개선은 본원의 일부이며, 본 발명의 사상 및 범위내에 있는 것이다. 예를 들어, 고형물-풍부한 스트림 또는 슬러지 스트림의 일부는 상류 유닛 작동, 예컨대, 일차 정화기, 또는 생물학적 수착 탱크, 또는 이들 둘 모두에 도입될 수 있다. 다른 경우로, 고형물 적은 부분 또는 슬러지 적은 부분은 또 다른 분리기 및/또는 폴리싱 유닛에 유도될 수 있다. 다른 예로, 기존의 처리 설비가 본 발명의 어떠한 하나 이상의 양태를 이용하거나 이를 포함하도록 변경될 수 있다. 따라서, 일부의 경우에, 처리 시스템은, 임의로 생물학적 수착 탱크와 함께 호기성 소화기, 및 호기성 처리 탱크를 포함하도록 기존의 설비를 연결시키거나 이를 구성시킴을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 기재된 설명 및 도면은 단지 예를 나타내는 것이다. 추가로, 도면에서의 묘사는 특별히 예시된 표현으로 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 예를 들어, 하나 이상의 생물학적 반응기가 처리 시스템의 하나 이상의 트레인에서 사용될 수 있다.
서수 용어, 예컨대, 청구 요소를 변화시키기 위해서 청구범위에서 사용된 "제 1", "제 2", 및 "제3" 등의 사용은 그 자체로 한 청구 요소의 다른 청구요소에 대한 어떠한 우선, 선호, 또는 순서 또는 방법의 실행이 수행되는 시간적 순서를 내포하지 않으며, 특정의 명칭을 지니는 한 청구 요소를 동일한 명칭을 지니지만 청구요소를 구별하기 위한 서수 용어의 사용을 위해서 라벨로서 단지 사용되고 있다.

Claims (43)

  1. 처리하고자 하는 폐수를 제공하고;
    처리하고자 하는 폐수의 생물학적 수착을 촉진하여 제 1 혼합액을 생성시키고;
    혼합액으로부터의 고형물-풍부한 슬러지와 고형물-적은 부분을 생성시키고;
    고형물-풍부한 슬러지의 제 1 부분을 호기성으로 처리하여 부분적으로 또는 전체적으로 호기성으로 처리된 슬러지를 생성시키고;
    고형물-풍부한 슬러지의 제 2 부분을 혐기성으로 소화시켜 혐기성으로 소화된 슬러지를 생성시키고;
    부분적으로 또는 전체적으로 호기성으로 처리된 슬러지의 일부 또는 전부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합하고;
    혐기성으로 소화된 슬러지의 일부 또는 전부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합함을 포함하여, 폐수를 처리하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    고형물-풍부한 슬러지를 농축시켜 농축된 슬러지와 슬러지-적은 부분을 생성시키고;
    슬러지-적은 부분의 일부 또는 전부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합함을 추가로 포함하며,
    고형물-풍부한 슬러지의 제 2 부분을 혐기성으로 소화시키는 것이 농축된 슬러지를 혐기성으로 소화시켜 혐기성으로 소화된 슬러지의 일부 또는 전부를 생성시킴을 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    고형물-적은 부분의 일부 또는 전부를 호기성으로 처리하여 처리된 생성물과 제 2 혼합액을 생성시킴을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    제 2 혼합액의 일부 또는 전부를 처리하고자 하는 폐수와 혼합함을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    혐기성으로 소화된 슬러지의 일부 또는 전부를 고형물-풍부한 슬러지의 제 1 부분과 함께 호기성으로 처리하여 부분적으로 또는 전체적으로 호기성으로 처리된 슬러지를 생성시킴을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    처리하고자 하는 폐수로부터 고형물-풍부한 폐수와 고형물-적은 폐수를 생성시킴을 추가로 포함하고, 처리하고자 하는 폐수의 일부 또는 전부의 생물학적 수착을 촉진시킴이 고형물-적은 폐수의 생물학적 수착을 촉진시켜 제 1 혼합액을 생성시킴을 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    고형물-적은 부분을 막 생물반응기내로 도입함을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    처리하고자 하는 폐수를 고형물-적은 폐수와 고형물-풍부한 폐수로 분리하고;
    고형물-적은 폐수의 생물학적 수착을 촉진시켜 제 1 혼합액의 일부 또는 전부를 생성시키고;
    고형물-적은 폐수를 고형물-풍부한 슬러지의 제 2 부분과 함께 혐기성으로 소화시켜 혐기성으로 소화된 슬러지와 메탄을 포함한 오프-가스(off-gas)를 생성시킴을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  9. 처리하고자 하는 폐수 스트림을 제공하고;
    폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크내로 도입하여 제 1 혼합액 스트림을 생성시키고;
    혼합액 스트림을 분리기에 도입하여 고형물-풍부한 스트림과 고형물-적은 스트림을 생성시키고;
    고형물-풍부한 스트림의 일부 또는 전부를 호기성 처리 탱크내로 도입하여 부분적으로 또는 전체적으로 호기성으로 처리된 슬러지 스트림을 생성시키고;
    고형물-풍부한 스트림의 일부 또는 전부를 혐기성 소화기내로 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림을 생성시키고;
    부분적으로 또는 전체적으로 호기성으로 처리된 슬러지 스트림의 일부 또는 전부를 생물학적 수착 탱크내로 도입하고;
    혐기성으로 소화된 슬러지의 일부 또는 전부를 생물학적 수착 탱크내로 도입함을 포함하여, 폐수를 처리하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    고형물-풍부한 스트림의 일부 또는 전부를 슬러지 농축장치내로 도입하여 농축된 슬러지 스트림과 슬러지-적은 스트림을 생성시킴을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    고형물-풍부한 스트림의 일부 또는 전부를 혐기성 소화기내로 도입함이 농축된 슬러지 스트림을 혐기성 소화기 내로 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림을 생성시킴을 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크내로 도입함이 처리하고자 하는 폐수 스트림을 일차 분리기로 도입하여 고형물-풍부한 폐수 스트림과 고형물-적은 폐수 스트림을 생성시킴과, 고형물-적은 폐수 스트림을 생물학적 수착 탱크내로 도입하여 제 1 혼합액 스트림을 생성시킴을 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    고형물-풍부한 폐수 스트림을 혐기성 소화기내로 도입하여 혐기성으로 소화된 슬러지 스트림의 일부 또는 전부를 생성시킴을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    혐기성으로 소화된 슬러지 스트림의 일부 또는 전부를 호기성 처리 탱크내로 도입하여 부분적으로 또는 전체적으로 호기성으로 처리된 슬러지 스트림의 일부 또는 전부를 생성시킴을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    분리기로부터의 고형물-적은 스트림을 막 생물반응기내로 도입함을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  16. 제 9항에 있어서,
    고형물-적은 스트림의 일부 또는 전부를 호기성 폴리싱 시스템(aerobic polishing system)내로 도입하여 처리된 스트림과 제 2 혼합액 스트림을 생성시키고;
    제 2 혼합액 스트림의 일부 또는 전부를 생물학적 수착 탱크내로 도입함을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  17. 제 9항에 있어서,
    혐기성 소화기로부터 메탄을 포함한 오프-가스를 수거함을 추가로 포함하는, 폐수를 처리하는 방법.
  18. 처리하고자 하는 폐수의 공급원;
    폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결된 수착 탱크 입구를 지닌 생물학적 수착 탱크;
    생물학적 수착 탱크의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 분리기 입구, 슬러지 출구, 및 고형물-적은 출구를 유체 소통 가능하게 지니는 분리기;
    슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 호기성 탱크 입구, 및 수착 탱크 입구에 유체 소통 가능하게 연결된 부분적으로 또는 전체적으로 호기성으로 처리된 슬러지 출구를 지닌 호기성 처리 탱크; 및
    슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 소화기 입구, 및 수착 탱크 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 소화된 슬러지 출구를 지니는 혐기성 소화기를 포함하는 폐수 처리 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 농축장치 입구, 소화기 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 농축된 슬러지 출구, 및 수착 탱크 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 슬러지-적은 출구를 지닌 슬러지 농축장치를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  20. 제 18항에 있어서,
    혐기성 소화기가 호기성 처리 탱크를 통해서 수착 탱크 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결되는 폐수 처리 시스템.
  21. 제 18항에 있어서,
    처리하고자 하는 폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결된 일차 분리기 입구, 수착 탱크 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 고형물-적은 폐수 출구를 지닌 일차 분리기를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    일차 분리기가 소화기 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 고형물-풍부한 폐수 출구를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  23. 제 18항에 있어서,
    분리기의 고형물-적은 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 호기성 폴리싱 유닛을 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  24. 제 23항에 있어서,
    호기성 폴리싱 유닛의 출구와 수착 탱크 입구를 유체 소통 가능하게 연결하는 혼합액 재순환 라인을 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  25. 제 18항에 있어서,
    분리기의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 막 생물반응기를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  26. 처리하고자 하는 폐수의 공급원;
    폐수의 공급원과 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 베이슨 입구(basin inlet)를 지닌 베이슨, 폭기 시스템, 슬러지 출구를 지닌 슬러지 수거 시스템, 및 상등액 출구를 지닌 배출 시스템을 지니는 시퀀싱 배치 반응기(sequencing batch reactor);
    슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 소화기 입구, 및 베이슨 입구에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 소화된 슬러지 출구를 지니는 혐기성 소화기; 및
    베이슨 입구와 폐수의 공급원 사이에 유체를 소통하게 하는 제 1 출력 신호, 및 슬러지 출구와 소화기 입구 사이에 유체를 소통하게 하는 제 2 신호를 발생시키도록 구성된 제어기를 포함하는 폐수 처리 시스템.
    폐수 처리 시스템.
  27. 제 26항에 있어서,
    제어기가 폭기 시스템을 작동시키는 제 3 출력 신호를 생성하도록 추가로 구성되는 폐수 처리 시스템.
  28. 제 27항에 있어서,
    제어기가 폭기 시스템의 작동 후에 시퀀싱 배치 반응기에서 침전 상태를 촉진하는 제 4 출력 신호를 생성시키도록 추가로 구성되는 폐수 처리 시스템.
  29. 제 28항에 있어서,
    제어기가 제 4 출력 신호를 생성시킨 후에 배출 시스템을 작동시키는 제 4 출력 신호를 생성시키도록 추가로 구성되는 폐수 처리 시스템.
  30. 제 29항에 있어서,
    제어기가 제 5 출력 신호를 생성시킨 후에 폭기 시스템을 작동시키는 제 6 출력 신호를 생성시키도록 추가로 구성되는 폐수 처리 시스템.
  31. 제 26항에 있어서,
    상등액 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 막 생물반응기를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  32. 제 26항에 있어서,
    상등액 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 호기성 폴리싱 유닛을 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  33. 제 26항에 있어서,
    폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결된 분리기 입구 및 베이슨 입구에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 고형물-적은 폐수 출구를 지니는 일차 분리기를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  34. 제 33항에 있어서,
    일차 분리기가 소화기 입구에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 고형물-풍부한 폐수 출구를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  35. 제 26항에 있어서,
    슬러지 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있으며, 소화기 입구에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 농축된 슬러지 출구 및 베이슨 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 슬러지-적은 출구를 지니는 슬러지 농축장치를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  36. 처리하고자 하는 폐수의 공급원;
    처리하고자 하는 폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결되며, 혐기성 반응기, 무산소 반응기, 및 호기성 반응기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 생물학적 반응기를 포함하는 제 1 생물학적 처리 트레인;
    생물학적 처리 트레인의 고형물-풍부한 폐기물 출구의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 혐기성 소화기; 및
    혐기성 소화기의 소화된 슬러지 출구와 하나 이상의 생물학적 반응기의 입구를 유체 소통 가능하게 연결시키는 소화된 혐기성 슬러지 재순환 라인을 포함하는 폐수 처리 시스템.
  37. 제 36항에 있어서,
    하나 이상의 생물학적 반응기의 하류에 유체 소통 가능하게 연결된 입구와 혐기성 소화기의 입구의 상류에 유체 소통 가능하게 연결된 고형물-풍부한 출구를 지니는 분리기를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  38. 제 36항에 있어서,
    하나 이상의 생물학적 반응기가 하나 이상의 시퀀싱 배치 반응기를 포함하는 폐수 처리 시스템.
  39. 제 36항에 있어서,
    폐수의 공급원에 유체 소통 가능하게 연결된 분리기 입구와 베이슨 입구에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 고형물-적은 폐수 출구를 지니는 일차 분리기를 추가로 포함하는 폐수 처리 시스템.
  40. 혐기성 반응기, 무산소 반응기 및 호기성 반응기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 생물학적 반응기와 함께 생물학적 처리 트레인을 지니는 폐수 처리 시스템에서 폐수 처리를 촉진시키는 방법으로서,
    혐기성 소화기의 상류에 생물학적 처리 트레인의 고형물-풍부한 출구를 유체 소통 가능하게 연결시키고;
    하나 이상의 생물학적 반응기의 입구의 상류에 혐기성 소화기의 소화된 슬러지 출구를 유체 소통 가능하게 연결시킴을 포함하는, 폐수 처리를 촉진시키는 방법.
  41. 제 40항에 있어서,
    하나 이상의 생물학적 반응기가 시퀀싱 배치 반응기를 포함하는, 폐수 처리를 촉진시키는 방법.
  42. 제 40항에 있어서,
    생물학적 처리 트레인이 하나 이상의 생물학적 반응기의 하류에 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 분리기를 포함하고, 그러한 분리기가 혐기성 소화기의 입구에 유체 소통 가능하게 연결된 고형물-풍부한 출구를 지니는, 폐수 처리를 촉진시키는 방법.
  43. 제 40항에 있어서,
    하나 이상의 생물학적 반응기의 입구의 상류에 일차 정화기의 출구를 유체 소통 가능하게 연결시킴을 추가로 포함하는, 폐수 처리를 촉진시키는 방법.
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