KR20120060218A - 역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 생물부착 조절용 충전층 바이오리액터 - Google Patents

역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 생물부착 조절용 충전층 바이오리액터 Download PDF

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Abstract

지하수, 지표수 또는 3차 폐수 처리 라인의 일부인 생물부착으로부터 보호하려는 설비의 상류에서의 생물학적 처리 단계에 의해, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 장치 및 방법으로서, 상기 상류에서의 생물학적 처리 단계는 패킹 부재들로 충전된 용기 또는 탱크를 포함하는 적어도 하나의 충전층(packed bed) 바이오리액터에서 수행되며, iv) 상기 충전층의 패킹 부재들은 적어도 70%의 공극률을 나타내며, 상기 충전층 바이오리액터를 거치는 물의 흐름 속도는 적어도 20m/h가 되어, 상기 충전층이 물에 함유된 부유 고형물의 제거 효능을 갖지 않도록, 만일 있더라도 30% 이상으로는 갖지 않도록 하며, v) 상기 충전층의 패킹 부재들은 적어도 750㎡/㎥의 비표면적을 나타내고, vi) 상기 방법은 어떠한 살균제나 세균발육저지 화합물의 사용을 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는, 용해된 생분해성 화합물의 제거용 장치 및 방법이 제공된다.

Description

역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 생물부착 조절용 충전층 바이오리액터{PACKED BED BIOREACTOR FOR BIOFOULING CONTROL OF REVERSE OSMOSIS AND NANOFILTRATION MEMBRANES}
본 발명은 충전층 바이오리액터(packed bed bioreactor)를 이용하여 용해된 생분해성 화합물을 제거하여 역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 생물부착을 조절하는 방법에 관한 것이다.
멤브레인 분리 기술은 인간 소비용 물 및 산업용수의 생성을 위한 수처리에 점점 더 많이 사용되고 있다. 수처리에서 주요 멤브레인 공정은 마이크로여과(MF), 한외여과(UF), 나노여과(NF) 및 역삼투압(RO)이다. 마이크로여과 및 한외여과 공정은 물에 존재하는 고형 물질(미립자 및 콜로이드성 물질)의 상당히 높은 제거율을 가지며, 나노여과 및 역삼투압은 물에 용해된 화합물들의 제거가 가능한 특징을 갖는다.
통상적인 수처리 공정들을 비교하면, 멤브레인은 여러 장점들, 특히 보다 우수하면서 일정한 품질의 처리수를 제공한다.
멤브레인 공정의 실행을 위한 주요 문제는 멤브레인 오염의 조절이다.
통상적인 타입의 멤브레인 오염은 다음과 같다:
- 멤브레인 표면 상에 부착된 입자 및 콜로이드에 의한 오염
- 스케일링, 즉, 난용해성 염의 침전
- 유기 오염, 즉, 멤브레인 표면 상에서의 유기 화합물의 흡착
- 생물부착, 즉, 멤브레인 표면에서 생물막의 과도한 성장
역삼투압 및 나노여과에서, 가장 통상적인 멤브레인의 분리층은 염소와 같이 산화제에 매우 제한된 저항성을 갖는 폴리아미드로 구성된다. 현재, 역삼투압 및 나노여과에 일반적으로 사용되는 모듈 타입은 소위 스파이럴 권치형(spiral wound) 모듈이다. 제2 타입의 통상적으로 사용되는 역삼투압 및 나노여과 멤브레인은 홀로우 화이버이다.
이러한 폴리아미드 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인을 이용한 설비에서 관찰되는 다른 타입의 오염 중에서, 생물부착은 가장 빈번한 것이다. 멤브레인 생물부착은 증가된 압력 요건에 기인하여 증가된 에너지 소비를 일으킨다. 추가적인 문제는 증가된 운전 정지 시간에 기인하여 생산성 손실을 일으키고 감소된 멤브레인 수명을 일으키는 필요한 멤브레인 빈도의 증가이다. 또한, 모듈에 걸친(공급물과 농축물 사이) 매우 높은 압력 손실은 모듈의 기계적 손상을 일으킬 수 있다. 모든 경우에, 생물부착의 결과는 생산되거나 처리되는 물의 양에 드는 비용 증가이다.
역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 생물 부착의 조절은 일반적으로 하기의 방법들 중 하나 또는 이들의 결합에 의해 달성된다. 일 방법은 예를 들어, 쇼크 처리(shock treatment)로서 연속적으로 주입되거나 사용되는 비-산화 살균제 또는 모노클로라민과 같이, 멤브레인과 호환가능한 살균제 또는 세균발육저지제(biostatic agent)의 사용이다. 다른 방법은 공급물과 브라인(brine) 사이의 수두 손실(head loss)을 감소시키는 두꺼운 공급 스페이서와 함께 스파이럴 권치형 모듈을 사용하는 것이다. 다른 통상적인 방법은 예를 들어, 멤브레인 모듈에서 개질된 멤브레인 표면 또는 높은 수속(water velocity), 또는 예를 들어, 염소화를 통해 멤브레인에 대한 공급수를 소독한 다음, 멤브레인의 상류를 탈염소화 하는 것과 같은 생물막 부착 억제 기술의 사용이다. 다른 방법은 멤브레인을 자주 화학적으로 청소하는 것이다.
상기 모든 방법들은 환경적 문제, 비용 또는 제한된 효능과 같은 한계 또는 결점을 갖는다. 최근에, RO 또는 NF 멤브레인의 상류를 생물학적으로 처리하는 것으로 이루어진 다른 방법이 점점 더 적용되고 있다. 이 방법은 더 이상 멤브레인 상에서 생물막에 대해 더 이상 유용하지 않은 용해된 생물분해 화합물의 제거를 가능하게 한다. 결과적으로, 생물부착은 회피되거나 적어도 현저히 감소된다. 문헌적으로 찾아볼 수 있는, 영양물 제거에 기초한 역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 생물부착 조절을 위한 모든 공정들은 여과와 생물학적 처리를 병행한다. 이러한 공정들은 샌드 필터, 이중 미디어 필터, 다중 미디어 필터 및 과립 활성 탄소 필터 뿐만 아니라 멤브레인 바이오리액터 상에서의 생물여과이다.
입자상 물질 및 콜로이드에 의한 역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 오염을 회피하기 위한 가장 유용한 기술은 마이크로여과 또는 한외여과 멤브레인에 의한 전처리이다. 그러나, 다수의 설비들은 이러한 접근으로 설치되나, 전처리시 용해된 영양물들을 제거하지 못하거나 거의 제거하지 못하여 역삼투암 또는 나노여과 멤브레인 상에서의 생물부착으로부터 시달리고 있다.
Flemming 등은 영양 제한 기술의 최적화에 기초한 멤브레인의 생물부착의 억제 방법에 대해 개시하였다(H.-C. Flemming 등., Desalination, 113(1997) 215-225). 원하지 않는 자리에서 생물막 형성을 최소화하기 위해, 즉, 조절된 생물막 형성을 이루기 위해 적소(right place)에서의 생물막 사용이 제시되었다. 생물부착에 대해 보호하려는 시스템 앞쪽에 표면이 풍부한 구역(surface-rich area)을 제공하여, 생물막이 이러한 구역 상에 형성되도록 하고 수 스트림으로부터 분해성 물질을 소비하여, 후속 구획에서 생물막 형성 정도를 감소시키는 방법이 제시되었다. Flemming 등에 의해 개시된 실험에 사용된 생물막은 샌드 필터이다. 살균을 위한 살균제의 사용 또는 생물막에 기인한 수력학적 저항성의 문제를 극복하기 위한 생물막의 제거가 개시되었다. 이 문헌에는 이러한 표면이 풍부한 구역을 형성하는 방법, 및 하류 설비의 생물부착을 억제하기 위한 생물막 형성 및 영양물의 소모를 최적화하기 위해 어떻게 그 시스템을 운전해야 하는지에 대해 구체적인 설명을 제공하지 못하고 있다.
Brouwer 등은 역삼투압 시스템의 상류에서 바이오필터 DeNutritor®의 사용을 개시하였다. 이는 DeNutritor®를 이용한 공급수의 전처리가 멤브레인 상에서 생물부착 속도를 감소시키는 것을 나태내었다((H. Brouwer et al., Desalination, Volume 11, Issues 1-3, 20 November 2006, p.15-17). 그러나, DeNutritor®는 높은 고형물 하중을 다룰 경우에는 한계를 갖는다. 상기 기술은 만족스러운 수행을 위해 적절한 전처리를 필요로 한다. 부유 고형물을 제거하기 위해 최소한 멤브레인 여과를 이용한 적절한 전처리는 그 기술의 전체적인 투자 및 운전 비용을 증가시킨다.
DeNutritor®의 다른 결점은 사용된 발포성 담체 물질의 타입에 기인하여 제안된 컨셉의 직렬적 재생(in-line regeneration)이 불가능하다는 것이다. 바이오필터에 수용불가능한 압력 저하가 생기면, 생산을 정지시키고 그 포옴을 교환하거나 정비할 필요가 있다. 이는 현실적으로 연속적인 운전을 위해서 바이오필터의 100% 여분이 요구됨을 의미한다.
또한, 상기 포옴은 어느 보호 표면적을 갖지 않는다. 기본적으로, 이는 바이오필터에서 특정 수준의 생물활성을 유지하기 위한 목적으로 포옴의 재생이 조절될 수 없음을 의미한다.
WO01/72645에는 역삼투압 장치에 앞서 2 단계 처리, 즉, 물에 세균발육저지제를 첨가하는 생물반응 단계 및 컨디셔닝 단계를 갖는 시스템이 개시되어 있다. 이 출원에서 해결하고자 하는 문제는 이러한 두 상승적으로 작용하는 단계들을 통해 하류 멤브레인의 생물부착을 억제하는 것이다. 원리적으로, 상기 생물반응 단계에서 상기 담체 물질은 자갈, 활성탄 또는 생물흡수(bioresorption) 공정을 위해 특이적으로 큰 표면을 갖는 플라스틱 펠렛과 같은 여러 물질들로 구성될 수 있다. 다중매체 필터가 바람직하다. 이러한 제1 단계에서, TOC의 대부분은 미생물학적으로 반응한다. 이 발명은 특히 제2 단계의 장점, 즉, 세균발육저지제의 첨가 및 두 단계의 결합의 효과에 초점을 맞추었다. 원수에 존재하는 생물학적으로 분해가능한 TOC의 80-90%가 제거될 수 있는 것으로 주장되었다. 그러나, 상기 방법은 세균발육저지제의 주입을 포함하기 때문에, WO01/72645의 발명자들에 의해 사용된 생물여과에 의한 영양물 제거 단독으로는 생물부착 조절에 불충분하다고 결론지을 수 있다. 더욱이, 세균발육저지제의 사용은 비용이 많이 들 수 있으며, 잠재적으로 지속가능하지 못하며, 이 방법을 음용수 수처리에 적용하기에는 장애가 될 수 있다.
WO01/72645에는 생물반응 단계에서 여과의 실행에 대해 개시되어 있다. 그러나, 여과가 없는(통합된) 바이오리액터의 장점은 WO01/72645에 개시되어 있지 않다.
입자상 물질 및 콜로이드에 의한 역삼투압 및 나노여과 멤브레인의 오염을 회피하기 위한 가장 유용한 기술은 마이크로여과 또는 한외여과 멤브레인에 의한 전처리이다. 그러나, 다수의 설비들은 전처리시 용해된 영양물들을 제거하지 못하거나 거의 제거하지 못하여 역삼투암 또는 나노여과 멤브레인 상에서의 생물부착으로부터 시달리고 있다.
본 발명은 지하수, 지표수 또는 3차 폐수 처리 라인의 일부인 생물부착으로부터 보호하려는 설비의 상류를 생물학적으로 처리하는 단계에 의해, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 방법으로서, 상기 상류를 생물학적으로 처리하는 단계는 패킹 부재들로 충전된 용기 또는 탱크를 포함하는 적어도 하나의 충전층(packed bed) 바이오리액터에서 수행되는, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
용해된 생분해성 화합물을 제거하는 목적은 생물부착으로부터 하류 설비들을 보호하는 것이다. 처리하고자 하는 물은 지하수, 지표수(강, 호수, 저수지, 바다 등) 또는 3차 폐수일 수 있다.
본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 70%의 공극률을 나타내며, 상기 충전층 바이오리액터를 거치는 물의 흐름 속도는 적어도 20m/h, 바람직하게는 20-400m/h로 이루어져, 상기 충전층이 물에 함유된 부유 고형물의 제거 효능을 갖지 않도록, 만일 있더라도 30% 이상으로는 갖지 않도록 한 점에 특징이 있다. 또한, 본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 750㎡/㎥의 비표면적을 나타내고, 상기 공정은 효율적인 성능을 위해 어떠한 살균제나 세균발육저지제의 사용을 필요로 하지 않는 점에서 특징이 있다.
바이오필터 및 멤브레인 바이오필터와 비교한 생물학적 처리 공정의 장점은 특히 보다 단순한 디자인의 설비 및 보다 쉬운 운전에 있으며, 이는 보다 저렴한 비용이 든다.
바람직한 구현으로, 상기 충전층의 패킹 부재들은 적어도 350㎡/㎥의 보호 표면적을 나타낸다.
본 발명의 다른 구현으로, 상기 생물학적 처리 단계는 여과 단계와 결합된다. 이 여과 단계는 통상적인 여과 단계, 한외여과 또는 마이크로여과 단계일 수 있으며, 그리고 충전층 바이오리액터의 하류 또는 상류에 수행될 수 있다.
다른 구현으로, 상기 처리 라인은 적어도 하나의 나노여과 또는 역삼투압 멤브레인을 더 포함한다.
보다 바람직한 구현으로, 상기 여과 단계는 상기 충전층 바이오리액터의 하류 및 상기 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인의 상류에서 수행된다.
본 발명의 일 구현으로, 생물부착으로부터 보호하려는 상기 하류의 설비는 음용수 분배망(drinking water distribution network)이다.
다른 구현으로, 상기 처리 라인은 열 교환기를 포함한다. 이러한 구현에서, 원수의 고형분 함량은 본 발명의 생물학적 처리 공정이 생물부착으로부터 보호하려는 설비의 상류에 독립형 배열로 사용될 수 있을 정도로 충분히 낮다.
일 바람직한 구현으로, 상기 바이오리액터에서 생분해성 화합물의 분해는 바이오리액터의 폭기(aeration) 없이 일어난다.
또한, 본 발명은 지하수, 지표수 또는 3차 폐수 처리 라인의 일부인 생물부착으로부터 보호하려는 설비의 상류를 생물학적으로 처리하는 단계에 의해, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 시스템으로서, 상기 시스템은 패킹 부재들로 충전된 용기 또는 탱크를 포함하는 적어도 하나의 충전층(packed bed) 바이오리액터, 및 공급수를 충전층 바이오리액터 내로 펌핑하는 적어도 하나 수단을 포함하는, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 시스템을 제공한다. 본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 70%의 공극률을 나타내며, 상기 공급수를 상기 충전층 바이오리액터 내로 펌핑하는 수단은 상기 충전층 바이오리액터를 거치는 물의 흐름 속도를 적어도 20m/h, 바람직하게는 20-400m/h로 조절하여, 상기 충전층이 물에 함유된 부유 고형물의 제거 효능을 갖지 않도록, 만일 있더라도 30% 이상으로는 갖지 않도록 한 점에 특징이 있다. 또한, 본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 750㎡/㎥의 비표면적을 나타내는 점에서 특징이 있다. 또한, 이 구현은 적어도 하나의 충전층 바이오리액터의 상류에 적어도 하나의 여과 장치를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 일 구현으로, 상기 상류에서의 여과 장치는 멤브레인 여과 장치, 바람직하게는 한외여과 또는 마이크로여과 장치이다.
다른 구현으로, 상기 상류에서의 여과 장치는 통상적인 여과 장치이다.
일 바람직한 구현으로, 상기 시스템은 충전층 바이오리액터의 하류에 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인을 더 포함한다.
다른 바람직한 구현으로, 상기 충전층 바이오리액터는 상기 용기의 상부로부터 축 방향으로 공급수의 균등한 분배를 가능하게 하는 유입 분배기를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 바람직한 구현을 나타내며, 여기서 충전층 바이오리액터는 멤브레인 여과 단계의 상류에 존재한다.
도 2a는 본 발명의 다른 바람직한 구현을 나타내며, 여기서 충전층 바이오리액터는 멤브레인 여과 단계의 하류에 존재한다.
도 2b는 본 발명의 다른 선택적 구현을 나타내며, 여기서 카트리지 필터가 충전층 바이오리액터와 RO 멤브레인 사이에 배치된다.
도 3은 본 발명의 다른 구현을 나타내며, 여기서 충전층 바이오리액터는 통상적인 여과 단계의 상류에 존재한다.
도 4는 본 발명의 일 구현을 나타내며, 여기서 충전층 바이오리액터는 통상적인 여과 단계의 하류에 위치한다.
도 5는 본 발명의 다른 바람직한 구현을 나타내며, 여기서 충전층 바이오리액터(2)는 수 분배망 전의 여과 단계의 상류에 위치한다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 구현을 나타내며, 여기서 충전층 바이오리액터는 부가적인 여과 단계 없이 열 교환기의 상류에 직접적으로 위치한다.
도 7은 시험을 수행한 바에 따른 설정을 나타낸다.
도 8은 3가지 다른 바이오리액터를 이용한 바이오프로텍터(biopROtector)의 도식적 예비시험 배치를 나타낸다.
도 9는 도 8에 나타낸 설정에서 상기 3가지 바이오리액터의 산소 흡수율을 측정한 결과를 나타낸다.
도 10은 도 8에 나타낸 설정에서 상기 3가지 바이오리액터의 총 산소 흡수율을 퍼센트로서 나타낸 것이다.
도 11은 도 8에 나타낸 설정에서 3가지 모든 바이오리액터의 산소 흡수율을 나타낸 것이다.
도 12는 여러 질소 형태의 제거/생성을 나타낸다.
도 13은 질산염 생성에 대한 산소 흡수율을 나타낸다.
도 14는 바이오리액터 V10의 유입구와 배출구에서의 압력차이를 나타낸다.
도 15는 V10만을 이용하여 선행 바이오프로텍터(biopROtector)가 있는 경우 및 없는 경우에 가정 폐수 처리의 UF 배출물에 대한 멤브레인 오염 시뮬레이터(MFS)의 시각적 관찰 결과를 나타낸다.
도 16은 도 15에 나타낸 두 가지 모든 멤브레인 오염 시뮬레이터(MFS)의 압력 저하 발달을 나타낸다.
본 발명은 지하수, 지표수 또는 3차 폐수 처리 라인의 일부인 상류 생물학적 처리 단계에 의해, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 상기 상류 생물학적 처리 단계는 패킹 부재들로 충전된 용기 또는 탱크를 포함하는 적어도 하나의 충전층(packed bed) 바이오리액터에서 수행된다.
용해된 생분해성 화합물을 제거하는 목적은 생물부착으로부터 하류 설비들을 보호하는 것이다. 처리하고자 하는 물은 지하수, 지표수(강, 호수, 저수지, 바다 등) 또는 3차 폐수일 수 있다.
본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 70%의 공극률을 나타내며, 상기 충전층 바이오리액터를 거치는 물의 흐름 속도는 적어도 20m/h, 바람직하게는 20-400m/h로 이루어져, 상기 충전층이 물에 함유된 부유 고형물의 제거율을 갖지 않도록, 만일 있더라도 30% 이상으로는 갖지 않도록 한 점에 특징이 있다. 이러한 흐름 속도에서, 영양물의 생물막으로의 이송은 증가되고, 얇고 활성적인 생물막층이 유지된다.
또한, 본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 750㎡/㎥의 비표면적을 나타내는 점에 특징이 있다. 바람직한 구현으로, 상기 충전층의 패킹 부재들은 적어도 350㎡/㎥의 보호 표면적을 나타낸다. 본 발명에 따른 상기 비표면적은 헐거워지거나(loose) 구조화(structured)될 수 있다. 본 발명의 비표면적은 미생물이 정착하고 성장하는 능력을 갖게 되는 경쟁 성장 표면적(competing growth surface area)을 제공한다. 미생물은 상기 비표면적 상에 생물막을 형성하고 충전층 바이오리액터를 통해 흐르는 물의 공급 스트림에서 유용한 영양물을 고갈시킨다. 이는 영양물의 결핍을 일으키고, 이에 따라 하류 멤브레인 시스템에서 미생물의 성장 결핍을 일으킨다. 따라서, 본 발명의 일 주요 장점은 생물부착으로부터 보호하려는 멤브레인의 특정 구역 상류에서 미생물의 조절된 성장이다.
또한, 본 발명은 상기 공정이 어느 살균제나 세균발육저지제의 사용을 필요로 하지 않는데 특징이 있다. 예를 들어, 염소 또는 과산화수소 등의 산화제와 같은 살균제를 사용하는 주요 일 결점은 대부분의 적용시 하류 멤브레인이 이러한 살균제로부터 보호되어야만 한다는 것이다. 이에 따라, 공급수가 멤브레인 단계에 도달하기 전에 살균제를 제거하는 또 다른 단계가 추가되어야 한다. 상기 하류 멤브레인을 손상시키지 않는 비-산화 살균제가 사용될 수 있으나, 형성된 폐 스트림으로부터 멤브레인 단계에서 제거되어야 할 것이다. 미생물의 추가 성장을 억제하기 위해 세균발육저지제가 소량으로 첨가될 수 있으며, 이는 일반적으로 하류 멤브레인 단계의 기능을 저해하지 않는다.
본 발명의 일 구현으로, 본 발명의 패킹 부재는 금속, 세라믹 또는 플라스틱으로 제조될 수 있으며, 바람직한 구현으로, 상기 패킹 부재는 고밀도 폴리에틸렌으로 제조된다. 상기 패킹 부재의 밀도는 예를 들어, TiO2 또는 CaCO3를 함유하는 부재들의 마스터 뱃치의 사용에 의해 증가될 수 있다. 대부분의 적용에 있어서, 패킹 부재는 예를 들어, 0.95kg/d㎥ 및 0.98kg/d㎥와 같은 2가지의 밀도로 존재한다. 밀도 허용오차는 +/- 0.02kg/d㎥이다. 본 발명의 일 바람직한 구현으로, 상기 패킹 부재는 AnoxKaldnes® K1이다.
본 발명의 바이오리액터는 의도된(intended) 또는 강한 여과 특성을 갖지 않는다(실시예 2 및 도 14).
본 발명의 바이오리액터는 패킹 부재로 충전된 용기 또는 탱크를 포함한다.
본 발명의 일 구현으로, 본 발명의 용기 또는 탱크는 폐쇄된다. 상기 바이오리액터의 용기 또는 탱크에 가스 상이 존재하지 않는다. 즉, 상기 용기 또는 탱크 내의 패킹 부재는 완전히 침수된다. 이러한 구현에서, 상기 구현에서 처리하고자 하는 물은 단지 상대적으로 제한된 양의 영양물을 가지며, 바이오리액터로 들어가는 용해된 산소 농도는 일반적으로 영양물의 효과적인 생분해에 일반적으로 충분하기 때문에 폭기는 필요로 하지 않는다.
본 발명의 장점 중 하나는 무산소 또는 혐기성 조건의 경우에도, 상기 멤브레인 상에서 잠재적 무산소 또는 혐기성 생물부착은 또한 충전층 바이오리액터에서 무산소 또는 혐기성 생물성장에 의해 억제되기 때문에, 폭기의 부재는 생물부착으로부터 보호하려는 바이오리액터와 설비 사이에서 물이 어떠한 산소 흡수가 저해되는 한 어떠한 불편함을 나타내지 않는다.
마이크로여과 및 한외여과는 부유 고형물(미립자 및 콜로이드 물질)의 제거를 위한 가장 유용한 기술이다. 고형물 제거시 이들의 효능은 통상적인 과립 매체 여과보다 현저히 우수하다. 그러나, 이러한 멤브레인은 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인의 생물부착에 원인이 있는 용해된 영양물을 포함하는 어느 용해된 화합물을 제거하지 못한다. 후자의 결점은 이러한 멤브레인 여과 기술과 본 발명의 충전층 바이오리액터의 결합에 의해 극복된다.
통상적인 바이오필터와 비교한 상기 충전층 바이오리액터의 장점은 이의 보다 단순한 디자인 및 감소된 반응기 부피이며, 이는 투자 비용을 감소시킬 뿐만 아니라 감소된 수두 손실 및 매우 낮거나 없는 역세 빈도를 통한 단순화된 운전을 일으키고, 이는 운전 비용을 감소시킨다는 것이다. 요구되는 반응기 부피가 낮은 이유는 패킹 부재의 고 비표면적 및 바이오필름의 증가된 두께로 설명될 수 있는 보다 높은 고정 바이오매스 농도 때문이다. 추가적인 장점은 상기 충전층 바이오리액터는 필요에 따라, 직렬로 재생될 수 있으며, 바이오리액터가 보호된 표면적에 기인하여 재생 후에 본질적으로 충분한 생물활성을 갖게 될 것이며, 이에 따라 상기 바이오리액터는 어떠한 여분을 필요로 하지 않는 것이다.
도 1 및 2a에 나타낸 바람직한 구현으로, 충전층 바이오리액터(2)는 마이크로여과 또는 바람직하게는 한외여과 멤브레인을 이용하는 멤브레인 여과 단계(3)와 결합된다. 이러한 두 처리 단계의 결합 목적은 입자 및 콜로이드에 의한 오염을 회피하기 위한 것일 뿐만 아니라 하류 역삼투압 또는 나노여과 단계(4)에서 멤브레인의 생물 부착을 조절하기 위한 것이다.
도 1에 따른 바람직한 구현으로 상기 충전층 바이오리액터는 멤브레인 여과 단계의 상류에 위치하나, 한편으로 도 2a에 따른 바람직한 구현으로 이는 멤브레인 여과 단계의 하류에 위치한다.
도 1에 따라, 공급수(1)는 본 발명에 따른 충전층 바이오리액터(2)로 공급된다. 그 다음, 충전층 리액터(2)를 빠져나가는 물은 역삼투압 또는 나노여과 단계(4)에 도달하기 전에 멤브레인 여과 단계(3)로 흘러들어간다. 도 2a에 따라, 공급수 1은 본 발명에 따른 충전층 바이오리액터(2)로 들어가기 전에 멤브레인 여과 단계(3)으로 우선 공급된 다음, 역삼투압 또는 나노여과 단계(4)에 도달한다.
멤브레인 바이오리액터와 비교하여, 도 1 및 2a에 따른 본 발명의 상기 두 바람직한 구현은 주로 두 장점을 갖는다. UF 또는 MF 멤브레인 상에서의 감소된 고형물 하중, 즉, 충전층 바이오리액터에 고정된 바이오필름에 대한 멤브레인 바이오리액터에 존재하는 부유 바이오매스는 UF 또는 MF 멤브레인의 흐름 속도 디자인 및/또는 세척 빈도에 긍정적인 영향을 준다. 또한, 가압 타입 UF 또는 MF 멤브레인이 이러한 적용에 사용될 수 있으며, 일반적으로 수중(submerged) 멤브레인이 멤브레인 바이오리액터용으로 사용된다. 이러한 수중 멤브레인은 예를 들어, 이들의 비싼 가격, 보다 어려운 유지성(세척성), 투과물의 탈가스 필요성, 및 이에 따른 부가적인 가스 제거 장치의 필요 등과 같은 여러 단점을 갖는다.
도 1에 따른 바람직한 구현의 장점은 멤브레인 여과 단계에 의해 바이오리액터의 패킹부재 상에서 바이오필름으로부터 분리될 수 있는 바이오매스의 제거이다. 분리된 바이오매스는 잠재적으로 일부 경우에 제거되지 않으면 역 삼투암 또는 나노여과 멤브레인의 오염을 일으킬 수 있다.
이러한 구현에서 분리된 바이오매스가 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인에 도달할 위험이 없으므로, 역류 빈도가 감소될 수 있다.
도 2a에 따른 바람직한 구현의 장점은 충전층 바이오리액터(2)에 대한 공급수(1) 내에 부유물이 없다는 것이다. 매우 낮은 제거율에서도, 도 1에 따른 바람직한 구현의 형태에서 바이오필름에 의해 잠재적으로 포획된 부유물은 바이오리액터의 수두 손실의 증가에 기여할 수 있으며, 이에 따라 이의 세척 빈도에 영향을 줄 수 있다. 도 2a에 따른 구현의 다른 장점은, 한외여과 장치의 펌프가 충전층 바이오리액터의 기능을 위한 요건에 따른 공급 스트림을 위해 제공됨에 따라 한외여과 장치가 충전층 바이오리액터의 상류에 위치할 경우, 물을 바이오리액터로 공급하기 위한 부가적인 공급 펌프가 필요하지 않다는 것이다.
도 2b에 나타낸 바와 같은 구현의 다른 선택적 구현으로, 바이오리액터로부터 분리되고 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인(4)에 도달할 수 있는 어떠한 바이오고형물을 포집하기 위해, 카트리지 필터(8)가 충전층 바이오리액터(2)와 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인(4) 사이에 배치된다.
본 발명의 다른 바람직한 구현은 멤브레인 여과 단계 대신에 통상적인 여과 단계를 포함한다. 도 3에 나타낸 바와 같은 바람직한 구현으로, 충전층 바이오리액터(2)는 통상적인 여과 단계(5)의 상류에 위치하며, 이에 반해 도 4에 나타낸 바와 같은 바람직한 구현으로, 충전층 바이오리액터(2)는 통상적인 여과 단계(5)의 하류에 위치한다.
종래의 여과 단계(5)는 예를 들어, 비활성 또는/및 흡착성 필터 매체를 가진 과립 매체 필터, 스크린 또는 마이크로-스크린 필터, 섬유 번들 타입 필터 또는 디스크 타입 필터와 같은 멤브레인과 다른 어느 타입의 필터일 수 있다. 이러한 통상적인 여과의 경우에, 일부 생물학적 활성이 존재하지만, 아마도 멤브레인 여과의 경우에서와 같이 하류 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인(4)의 생물부착을 적절히 조절하기에는 불충분할 수 있다. 이러한 경우에, 보조 충천층 바이오리액터(2)가 유용한 영양물의 생분해를 증진시키며, 이에 따라 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인(4)의 생물부착 조절을 증가시킨다.
UF/MF 위에 대안적인 필터들을 사용하는 주요 이유는 저렴한 비용 때문이다. UF/MF는 스파이럴 권치형 타입의 RO 멤브레인의 견딜 수 있는 운전을 위한 전제조건인 고형물 제거에 우수한 성능을 갖는다. 그러나, 부유 고형물에 대한 배리어는 100%일 필요는 없다(UF/MF를 이용한 경우이기 때문에). 이는 비용이 보다 저렴한 대안적인 여과 기술을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 충전층 바이오리액터를 통상적인 여과 기술과 병용하는 것은 UF/MF에 대한 비용 효율적인 대안을 제공할 수 있다.
다른 바람직한 구현은 수 분배망에서, 특히 음용수 분배망(6)에서 바이오필름 형성의 감소를 위해 충전층 바이오리액터를 사용하는 방법에 관한 것이다. 일부 바이오필름이 충전층 바이오리액터(2)로부터 분리될 수 있기 때문에, 이러한 경우에 충전층 바이오리액터(2)는 도 5에 나타낸 바와 같이 수처리 라인에서 마지막 여과 단계의 상류에 위치한다. 감소된 양의 유용한 영양물은 전체 분배망(6)의 효율적인 살균에 필요한 살균 투여량 비율을 감소시킨다.
도 6에 나타낸 바와 같은 다른 바람직한 구현은 부가적인 여과 단계 없이 하류 설비들의 생물부착 조절을 위해 사용되는 충전층 바이오리액터(2)의 용도에 관한 것이다. 이 방법은 예를 들어, 처리하고자 하는 물이 낮은 부유물 함량을 갖거나, 생물부착으로부터 보호하려는 하류가 부유 고형물의 존재에 낮은 민감도를 갖는 경우에 적절하다. 이러한 바람직한 구현에서 생물부착으로부터 보호하려는 설비는 예를 들어, 도 6에 개시된 바와 같은 열 교환기(7)일 수 있다.
또한, 본 발명은 지하수, 지표수 또는 3차 폐수 처리 라인의 일부인 생물부착으로부터 보호하려는 설비의 상류를 생물학적으로 처리하는 단계에 의해, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 시스템으로서, 상기 시스템은 패킹 부재들로 충전된 용기 또는 탱크를 포함하는 적어도 하나의 충전층 바이오리액터, 및 공급수를 충전층 바이오리액터 내로 펌핑하는 적어도 하나 수단을 포함하는, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 시스템을 개시한다.
본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 70%의 공극률을 나타내며, 상기 공급수를 상기 충전층 바이오리액터 내로 펌핑하는 수단은 상기 충전층 바이오리액터를 거치는 물의 흐름 속도를 적어도 20m/h, 바람직하게는 20-400m/h로 조절하여, 상기 충전층이 물에 함유된 부유 고형물의 제거 효능을 갖지 않도록, 만일 있더라도 30% 이상으로는 갖지 않도록 한 점에 특징이 있다. 또한, 본 발명은 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 750㎡/㎥의 비표면적을 나타내는 점에서 특징이 있다. 바람직한 구현으로, 상기 충전층의 패킹 부재들은 적어도 350㎡/㎥의 보호 표면적을 나타낸다. 또한, 이 구현은 적어도 하나의 충전층 바이오리액터의 상류에 적어도 하나의 여과 장치를 포함하는 점에 특징이 있다. 본 발명에 따른 이러한 시스템의 장점은 충전층 바이오리액터의 상류에 있는 여과 장치가 충전층 바이오리액터에 대한 공급수 내의 부유물을 감소시키는 것이다. 이에 따라, 바이오리액터의 세척 빈도에 영향을 주는 바이오리액터의 수두 손실이 감소된다.
일 바람직한 구현으로, 상기 상류 여과 장치는 멤브레인 여과 장치, 바람직하게는, 한외여과 또는 마이크로 여과 장치이다. 이러한 구현의 장점은 한외여과 장치의 펌프가 충전층 바이오리액터의 기능을 위한 요건에 따른 공급 스트림을 위해 제공됨에 따라 한외여과 장치가 충전층 바이오리액터의 상류에 위치할 경우, 물을 바이오리액터로 공급하기 위한 부가적인 공급 펌프가 필요하지 않다는 것이다.
다른 구현으로, 상기 상류 여과 장치는 통상적인 여과 장치이다. 본 발명에 따른 통상적인 여과 장치는 예를 들어, 비활성 또는/및 흡착성 필터 매체를 가진 과립 매체 필터, 스크린 또는 마이크로-스크린 필터, 섬유 번들 타입 필터 또는 디스크 타입 필터와 같은 멤브레인과 다른 어느 타입의 필터일 수 있다. 본 발명에 따른 충전층 바이오리액터를 통상적인 여과 기술과 병용하는 것은 UF/MF에 대한 비용 효율적인 대안을 제공할 수 있다.
또한, 상기 시스템은 충전층 바이오리액터의 하류에 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인을 더 포함할 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 멤브레인 여과 장치와 함께 상류의 충전층 리액터에 의해 생물부착으로부터 보호된다.
다른 바람직한 구현으로, 또한, 상기 충전층 바이오리액터는 상기 용기의 상부로부터 축 방향으로 공급수의 균등한 분배를 가능하게 하는 유입 분배기를 더 포함한다. 상기 유입 분배기는 매체를 통해 물의 짧은 순환을 억제하는 축 방향으로 물을 균등하게 분배해야 한다.
본 발명의 일 구현에 따른 충전층 바이오리액터는 하부 및 상부를 가지며, 가압 조건 도중에 운전가능한 폐쇄 용기 또는 탱크를 포함한다.
상기 용기 또는 탱크는 균일하게 분포하고, 처리하고자 하는 물 보다 더 높거나 이에 근접한 밀도를 갖는 담체 매체로 부분적으로 충전된다. 처리하고자 하는 폐수는 상기 용기나 탱크의 상부로 펌핑되고, 유입 분배기를 사용하여 하향으로 동등하게 분배된다. 상기 유입 분배기는 상기 매체를 통한 물의 짧은 순환을 억제하는 축 방향으로 물을 균등하게 분배해야 한다. 이를 통해 매체가 통과하는 것을 억제하도록 맞추어진 구멍을 갖는 일련의 부착관(laterals) 또는 스크린이 상기 탱크의 바닥에 위치한다. 일반 운전 도중에, 상기 바이오리액터는 고정층(fixed bed)으로 운전된다. 재생 도중에, 상기 바이오리액터는 기존의 공급수 펌프를 사용하여 흐름 방향을 바꾸고, 밸브 위치를 전환하여 역류된다. 상기 매체는 확장되며, 유동층으로서 운전되어 일반 운전 도중에 상기 바이오리액터 내부에서 포획되거나 성장된 과량의 고형물을 방출한다.
본 발명에 따른 충전층 바이오리액터는 압력 저하시 역류될 수 있으며, 바람직하게 상기 바이오리액터는 수두 손실이 총 일련의 바이오리액터들에 대해 0.2bar 미만인 경우에 역류된다.
역류 속도는 부유 고형물을 제거하는 유동층을 생성할 정도로 충분히 높아야 하지만, 생물학적 활성의 현저한 손실, 바람직하게 20% 미만의 손실을 방지할 수 있어야 한다. 바람직하게, 역류 기간은 120초를 초과하지 않으며 공급수 또는 처리수로 수행될 수 없다. 본 발명에 따라 역류 도중에 폭기는 필요하지 않다.
압력 저하를 감소시키고, 과도한 부유 고형물을 제거하기 위해 역류가 필요한 경우에, 프리 헤드 스페이스(free head space)가 유동층을 이루는데 요구된다. 본 발명의 일 구현에 따라, 고형물을 씻어 내기 위해 유동층을 확장시키는데 필요한 프리 헤드 스페이스는 리액터 부피의 적어도 20%이다.
본 발명의 일 구현으로, 바이오리액터의 역류는 바이오리액터가 UF 멤브레인 뒤에 배치되는 경우에는 필요하지 않다.
본 발명의 목적은 RO 멤브레인에서 미생물의 생물학적 성장을 최소화하는 것이다. 이는 RO 멤브레인의 상류에 담체 표면을 제공함으로써 달성된다. 필요한 담체 표면의 양은 RO 멤브레인에서의 성장을 최소화하는데 필요한 영양물/유기 탄소 고갈 정도에 따라 달라진다. 측정에 필요한 주된 일 특징은 생물학적 성장을 억제하거나 최소화하기 위해 RO 멤브레인의 공급수에서 잔존하는 생물학적 활성도가 얼마나 많이 수용가능한지이다(부피 단위 당 및 시간 단위에 따른 부피 단위 당 산소 당량으로 표기됨). 본 발명에 따라, 총 담체 표면 대 하류 RO 멤브레인 표면의 최소 비율은 100%이다. 본 발명의 다른 구현으로, 영양물의 농도가 정해진 기준에 부합하지 않는 상황에는 재순환 루프가 충전층 바이오리액터에 부가될 수 있다.
실시예
실시예 1: 시험 설정 BiopROtector®
설정의 효율을 시험하기 위해, 도 7에 나타낸 설정에 따라 시험을 수행하였다.
시험 설정 1에서, 폐수는 한외여과 단계를 거쳐 본 발명에 따른 충전층 바이오리액터(BiopROtector®) 내로 안내되고, 그리고 마지막 단계로서 역삼투압 단계를 받게 하였다.
도 8에 도식적인 예비시험 배치 biopROtector를 나타내었다. 본 발명은 연속된 3개의 바이오리액터에서 시험하였으며, V10이 제1 바이오리액터이며, 그 다음 각각 V20 및 V30이 후속하였다.
산소 흡수율을 본 설정의 각 바이오리액터에서 측정하였다. 도 9는 각 바이오리액터에 대해 시간에 따른 산소 흡수율을 나타낸 것이다. 제1 바이오리액터 V10에서 최고 산소 흡수율이 일어났으며, 그 다음 V20, 마직막으로 V30의 순으로 산소 흡수율이 높았다.
도 10은 다른 바이오리액터들의 산소 흡수율을, 7일의 기간 동안 측정된 총 산소 이용률의 퍼센트로서 나타낸 것이다. 제1 바이오리액터(V10)는 산소 흡수에 있어서 최고 기여율(50-75%)을 가졌으며, 그 다음 각각 V20(20-33%) 및 V30(3-20%)의 순으로 산소 흡수 기여율이 높았다.
도 11에 3개의 모든 바이오리액터에 대한 산소 흡수율을 나타내었다. 최고의 산소 흡수율은 제1 바이오리액터(V10)에서 일어났으며, 그 다음 V20, 그리고 V30의 순으로 산소 흡수율이 높았다.
상기와 동일한 예비시험 배치 biopROtector에서, 질소 농도를 시료 지점(sample points) sp1, 2, 3 및 4에서 2009년 6월 23일에 측정하였다(도 8). 이러한 측정에 기초하여, 암모니아, 질산염, 아질산염 및 유기 질소에 대해 질소 물질 밸런스(mass balance)를 구하였다. 도 12는 제1 반응기에서 최고의 암모니아/질산염 제거율/생성률을 가지며, 그리고 제2 및 제3 바이오리액터에서는 보다 낮은 암모니아/질산염 제거율/생성률을 갖는, 여러 질소 형태의 제거율/생성률을 나타낸다. 상기 바이오리액터에서 산소의 이용률은 세균 성장 및 존재하는 유효 영양물 및 탄소 공급원의 제거율과 직접적으로 일치한다.
도 13은 1mg NO3-N의 생성에 필요한 4.33mg O2의 이론적 산소 이용률을 이용하여 3개의 모든 바이오리액터에 대해 생성된 질산염의 양에 기초하여, "측정된(measured)" 산소 흡수율 및 "요구(required)" 산소 흡수율을 나타낸다.
이러한 측정값으로부터(도 9-13), 연속된 일련의 3개의 바이오리액터를 이용해서 가정 폐수 처리 시설의 UF 배출물을 공급하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다:
1. 제1 바이오리액터에서 최고 산소 흡수가 일어나고(3개의 바이오리액터의 HRT 내에서 총 산소 이용률의 최대 70%까지), 그 다음, 하류의 제2 및 제3 바이오리액터에서 산소 흡수가 크게 감소한다.
2. 제1 바이오리액터에서 최고 산소 흡수율(OUR)이 일어나고, 그 다음, 하류의 제2 및 제3 바이오리액터에서 산소 흡수율이 크게 감소한다.
3. 제1 바이오리액터에서 최고 제거율을 나타내며, 그 다음, 하류의 제2 및 제3 바이오리액터에서 암모니아의 보다 낮은 제거율을 나타내는, 바이오리액터의 축 방향에서 영양물 고갈이 일어난다.
4. 3개의 모든 바이오리액터에서 산소 흡수는 질산염 생성과 상당히 일치한다. 즉, 측정된 산소 흡수는 암모니아 및 아질산염 질소의 산화에 의해 주로 야기된다.
5. 축 방향으로의 영양물의 고갈은 보다 낮은 산소 흡수 및 보다 낮은 산소 흡수율을 일으키고, 이에 따라 바이오리액터 하류에서 보다 낮은 바이오필름 성장률을 일으킨다.
물의 유기 함량은 측정하지 않았다. COD, TOC 및 BOD 측정값은 유입구와 배출구 사이의 작은 차이 및 COD, TOC 및 BOD 분석의 신뢰도 때문에 값이 거의 없거나 갖지 않았다. 따라서, COD, TOC 및 BOD에 대해 신뢰할 수 있는 질량 밸런스를 얻기가 매우 어려웠다. 그러나, 바이오리액터의 축 방향으로 암모니아 질소가 분명히 감소하였기 때문에, 유기 화합물은 바이오리액터를 따라 유사한 농도 감소를 보일 것으로 예측된다.
실시예 2: 바이오리액터의 비-여과 특성
독립영양 세균의 질소 산화에 기초하여, 예측된 고형물 성장을 산출할 수 있다. 하기 파라미터들이 가정 폐수 시설의 UF 배출물로 공급되는 바이오리액터에서 예측된 슬러지 생성 질소 산화의 산출에 사용되었다:
Figure pct00001

바이오리액터 V10에서 일일 슬러지 생성은 2.64mgMLSS/l로 산출되었다. 성장에 의해서만 축적된 슬러지 생성은 도 14에 나타낸 바와 같이, 1개월 기간 동안 약 1.9gMLSS/l가 되어야 한다. 그러나, 유효 탄소 공급원을 이용하는 종속영양 세균의 성장 및 세균 부패 공정은 고려하지 않았다. 도 14로부터, 고찰된 기간 내에서 V10에 대해 압력 증가가 일어나지 않은 것을 알 수 있다. 이러한 관찰은 상기 바이오리액터가 의도된(intended) 또는 강한 여과 특성을 갖지 않는다는 상기 주장을 뒷받침한다.
실시예 3: 멤브레인 오염 시뮬레이터
본 발명을 멤브레인 오염 시뮬레이터(MFS)(Virouwenvelder 등, 2006)를 이용하여 시험하였다. 상기 MFS는 오염 예측 및 조절을 위한 실용 도구이다. 상기 MFS를 이용하면, 오염은 예를 들어, 압력 저하 발달과 같은 운전 파라미터 및 비파괴(시각 및 현미경) 관찰에 의해 모니터될 수 있다.
도 15는 도 8에 따른 선행 바이오프로텍터(biopROtector)가 있는 경우 및 없는 경우에 가정 폐수 처리의 UF 배출물에 대한 멤브레인 오염 시뮬레이터(MFS)의 시각적 관찰 결과를 나타낸 것으로, 선행 바이오프로텍터가 있는 형태에서는 SP2에서 물을 샘플링하였으며, 선행 바이오프로텍터가 없는 형태에서는 SP에서 물을 샘플링하였다. 깨끗한 RO 멤브레인 및 스페이서를 가진 MFS를 공급하기 시작한 후 11일에, 사진촬영하였다. 운전 11일 후, 시각적으로 명확한 오염 정도의 차이가 관찰되었다.
이러한 시각적 관찰 결과는 도 16에 나타낸 바와 같은 모든 MFS의 압력 저하 발달에 의해 뒷받침된다. UF 투과 공급수는 어떠한 부유 고형물을을 함유하지 않으므로, 선행 바이오프로텍터가 없는 MFS에서 관찰된 압력 저하의 증가는 생물학적 성장의 직접적인 결과이다. 더욱이, 이러한 기하급수적 증가는 비제한적인 조건에서(영양물, 탄소 공급원 및 충분한 산소의 존재 하에서) 생물학적 성장에 대해 전형적인 것이다.

Claims (15)

  1. 지하수, 지표수 또는 3차 폐수 처리 라인의 일부인 생물부착으로부터 보호하려는 설비의 상류에서의 생물학적 처리 단계에 의해, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 방법으로서, 상기 상류에서의 생물학적 처리 단계는 패킹 부재들로 충전된 용기 또는 탱크를 포함하는 적어도 하나의 충전층(packed bed) 바이오리액터에서 수행되며,
    i) 상기 충전층의 패킹 부재들은 적어도 70%의 공극률을 나타내며,
    상기 충전층 바이오리액터를 거치는 물의 흐름 속도는 적어도 20m/h가 되어, 상기 충전층이 물에 함유된 부유 고형물의 제거 효능을 갖지 않도록, 만일 있더라도 30% 이상으로는 갖지 않도록 하며,
    ii) 상기 충전층의 패킹 부재들은 적어도 750㎡/㎥의 비표면적을 나타내고,
    iii) 상기 방법은 어떠한 살균제나 세균발육저지 화합물의 사용을 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패킹 부재들은 적어도 350㎡/㎥의 보호 표면적을 나타내는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 생물학적 처리 단계는 여과 단계와 결합되는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 라인은 적어도 하나의 나노여과 또는 역삼투압 멤브레인을 포함하는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 여과 단계는 상기 충전층 바이오리액터의 상류에서 수행되는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 여과 단계는 상기 충전층 바이오리액터의 하류 및 상기 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인의 상류에서 수행되는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 여과 단계는 한외여과 또는 마이크로여과 단계인,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 라인의 하류에서 보호하려는 설비는 음용수 분배망인,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 라인은 열 교환기를 포함하는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오리액터에서 생분해성 화합물의 분해는 바이오리액터의 폭기(aeration) 없이 일어나는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 방법.
  11. 지하수, 지표수 또는 3차 폐수 처리 라인의 일부인 생물부착으로부터 보호하려는 설비의 상류에서의 생물학적 처리 단계에 의해, 용해된 생분해성 화합물을 제거하는 시스템으로서, 상기 시스템은 패킹 부재들로 충전된 용기 또는 탱크를 포함하는 적어도 하나의 충전층(packed bed) 바이오리액터, 및 공급수를 충전층 바이오리액터 내로 펌핑하는 적어도 하나 수단을 포함하며,
    i) 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 70%의 공극률을 나타내며, 상기 공급수를 상기 충전층 바이오리액터 내로 펌핑하는 수단은 상기 충전층 바이오리액터를 거치는 물의 흐름 속도를 적어도 20m/h로 조절하여, 상기 충전층이 물에 함유된 부유 고형물의 제거 효능을 갖지 않도록, 만일 있더라도 30% 이상으로는 갖지 않도록 하며;
    ii) 상기 충전층의 패킹 부재들이 적어도 750㎡/㎥의 비표면적을 나타내며;
    iii) 상기 시스템은 적어도 하나의 충전층 바이오리액터의 상류에 적어도 하나의 여과 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상류에서의 여과 장치는 멤브레인 여과 장치, 바람직하게 한외여과 또는 마이크로여과 장치인,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 상류에서의 여과 장치는 통상적인 여과 장치인,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 시스템.
  14. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 충전층 바이오리액터의 하류에 역삼투압 또는 나노여과 멤브레인을 더 포함하는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 시스템.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기의 상부로부터 축 방향으로 공급수의 균등한 분배를 가능하게 하는 유입 분배기를 더 포함하는,
    용해된 생분해성 화합물의 제거 시스템.
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