KR20120101464A - 순차적인 생물학적 반응기 내부에서 아질산염 농도의 인-라인 측정을 포함하는 순차적인 생물학적 반응기 내에서의 물 처리 방법 - Google Patents

순차적인 생물학적 반응기 내부에서 아질산염 농도의 인-라인 측정을 포함하는 순차적인 생물학적 반응기 내에서의 물 처리 방법 Download PDF

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줄리앙 샤우지
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베오리아 워터 솔류션즈 앤드 테크놀로지즈 서포트
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Abstract

본 발명은 암모늄 형태로 질소로 대전된 물을 처리하는 방법에 있어서, 상기 물을 적어도 하나의 순차적인 생물학적 반응기에 공급하는 제 1 단계 (i); 폭기된 아질산화 단계 (ii); 무산소 아탈질화 단계 (iii); 상기 반응기로부터 처리된 물을 추출하는 단계 (iv)를 적어도 포함하는, 아질산화-아탈질화에 의한 암모늄 형태로 질소로 대전된 물을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 방법은 또한 상기 반응기 내에 존재하는 상기 물의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정, 및 상기 방법의 적어도 하나의 단계를 모니터링하는 적어도 하나의 단계를 포함하며, 상기 모니터링 단계는 아질산염의 농도에 대한 상기 인라인 측정의 결과를 고려한다.

Description

순차적인 생물학적 반응기 내부에서 아질산염 농도의 인-라인 측정을 포함하는 순차적인 생물학적 반응기 내에서의 물 처리 방법{METHOD FOR TREATING WATER WITHIN A SEQUENTIAL BIOLOGICAL REACTOR INCLUDING AN IN-LINE MEASUREMENT OF THE NITRITE CONCENTRATION INSIDE SAID REACTOR}
1. 발명의 기술분야
본 발명의 기술분야는 암모늄 형태의 질소로 대전된 물을 처리하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 특히 혐기성 침지기 상층액, 습식 산화에 의한 슬러지 처리의 폐수, 가스 처리 응축물, 폐수 슬러지 처리의 응축물, 방출 분리물, 도축장 방출물, 돈 분뇨 또는 어떠한 다른 타입의 암모늄 형태의 질소로 대전된 방출물과 같은 산업적 또는 지방 자치의 방출물 처리에 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 그 내부에서 연속적으로 수행되는 순차적인 생물학적 반응기(SBR)를 수행하는, 특히 상기 반응기 내부에서 폭기 및 무산소 생물학적 처리 단계가 연속적으로 수행되는 순차적인 생물학적 반응기(SBR)를 수행하는 물 처리 방법에 관한 것이다.
2. 종래 기술
생물학적 수처리 방법은 일반적으로 물의 질소 오염 함량을 감소시키기 위해 사용된다.
이러한 생물학적 방법은 순차적인 생물학적 반응기(SBR)에서 수행되는 질화-탈질화 방법을 포함한다.
이러한 방법은 그 내부에서 폭기 및 무산소 구간이 교대로 수행되는 생물학적 반응기 내로 처리될 물을 도입시키는 것으로 구성된다.
폭기 구간 중에, 상기 반응기 내로 산소(예를 들어, 공기 또는 순수 산소의 형태로)의 주입은 암모니아 형태의 질소(NH4 +)를 질산염(NO3 -)의 전환을 가능하게 하는 독립영양 질화 바이오매스의 성장을 촉진시키며, 실제로 독립영양 질화 바이오매스는 암모니아 형태의 질소(NH4 +)를 아질산염(NO2 -)으로 전환시키는, AOB("암모니아 산화 박테리아") 바이오매스로 불리우는 바이오매스 및 아질산염(NO2 -)을 질산염(NO3 -)으로 전환시키는, NOB("아질산염 산화 박테리아") 바이오매스로 불리우는 바이오매스로 구성된다.
무산소 구간 중에, 반응기의 폭기 정지는 아질산염 구간을 통한 통과시 질산염을 분자 질소 가스(디아조트(diazote)) N2로 환원시키는 탈질화 바이오매스의 성장을 촉진시킨다. 이러한 탈질화 바이오매스는 본래 종속영양적인 것으로, 즉, 유기 탄소의 공급원의 존재하는 경우를 제외하고는 성장할 수 없다.
이러한 질화-탈질화에 의한 질소 오염 감소 방법을 도 1에 개략적으로 나타내었다.
이러한 종류의 생물학적 처리 방법은, 이의 수행이 물의 질소 오염 함량의 무시할 수 없는 감소를 일으키기 때문에 특히 효율적이다. 그러나, 이는 결점을 갖고 있다. 구체적으로, 이의 수행은 암모니아의 질산염으로의 전환을 보장하기 위해 상대적으로 다량의 산소를 반응기 내로 주입하는 것으로 필요로 한다. 더욱이, 처리될 물의 대부분은 질화-탈질화에 의한 질소 오염의 만족스러운 감소를 가능하게 하기에는 너무 낮은 유기 오염 함량(BOD 또는 생물학적 산소 요구량)을 갖는다. 따라서, 종속영양형 박테리아가 만족스러운 양으로 질산염의 제거를 확실히 할 수 있도록 종종 시약 형태로(예를 들어 쉽게 생분해가능한 탄소성 기질) 반응기에 탄소를 주입할 필요가 있다.
따라서, 질화-탈질화에 의한 이러한 처리 방법은 상당히 높은 산소의 소비 및 이에 수반되는 상당히 높은 탄소 시약의 소비 때문에, 상대적으로 비용이 많이 든다.
적어도 부분적으로 이러한 결점을 경감시키기 위해, 질산염의 형성을 최소화함으로써 암모늄 형태로 오염을 감소시킬 목적으로 방법이 개발되었다. 아질산화-아탈질화로도 알려진 이러한 방법은 또한 "질산염-션트(nitrates-shunt)"라고도 불리우며, 그 내부에서 NOB 박테리아에는 해로우나 AOB 박테리아의 성장을 촉진시키는 선택적인 압력을 제공하는 작동 조건에서 폭기 구간과 무산소 구간을 교대로 수행하는 순차적인 생물학적 반응기 내로 처리될 물을 도입시키는 것으로 구성된다. 이러한 작동 조건은 고 농도의 암모늄(NH4 +), 폭기 구간 중에 저 농도의 용존 산소, 28℃ 이상의 온도, 저 슬러지 일령(age) 또는 여러 복합 작동 조건일 수 있다.
폭기 구간 중에, 반응기 내로 산소의 주입은 암모니아 질소(NH4 +)에 작용하여 아질산염(NO2 -)을 형성하는 AOB 타입 박테리아의 성장을 가능하게 한다. 순차적인 생물학적 반응기의 사용은 처리를 위해 반응기에 물로 공급하는 각 일련의 공급 후 고 암모니아 농도를 제공한다. NOB 박테리아는 고 암모니아 농도에 의해 AOB 박테리아 보다 더 저해되기 때문에, 이의 성장은 제한된다. 더욱이, AOB 박테리아의 성장을 촉진시키고, AOB 박테리아의 일부에 산소에 대한 보다 높은 친화력 때문에 결국 NOB 박테리아를 손상시키기 위해, 바람직하게 반응기에 용존 산소의 저 농도를 유지하도록 산소가 주입된다. 이에 따라, NOB 바이오매스에 의한 아질산염으로부터 질산염의 생성은 제한된다.
무산소 구간 중에, 종속영양 바이오매스의 역할은 본질적으로 아질산염을 분자 질소로 전환시키는 것이며, 이에 따라 아질산염 함량은 낮아진다. 이러한 종속영양 바이오매스는 아질산염의 소비를 위해 NOB 바이오매스와 경합하며, NOB 바이오매스의 성장을 제한하는데 기여한다.
이러한 "질산염-션트"에 의한 질소 오염 감소 방법을 도 2에 개략적으로 나타내었다.
이러한 아질산화-아탈질화 방법의 수행은, 도 1에 나타낸 전형적인 질화-탈질화 방법에 비해 산소 소비를 약 25% 감소시키고, 탄소 시약 소비를 약 40% 감소시킨다. 따라서, 보다 경제적인 방식으로 물의 질소 오염의 만족스러운 감소를 달성한다.
"아질산화-디암모니아화(nitritation-deammonification)" 방법으로 불리우는 또 다른 종래 기술에 알려진 생물학적 방법이 있다. 이 방법은 물의 질소 오염 처리시 내재하는 비용을 더욱 감소시킨다.
이러한 방법에서, 처리될 물은 그 내부에서 폭기 구간 및 무산소 구간이 교대로 수행되는 순차적인 생물학적 반응기 내로 도입되며, 여기서 선택적인 작동 조건에 의해 질산염의 형성이 최소화되고, "아나목스(anammox)" 바이오매스로 알려진 특정 바이오매스로 수행된다.
폭기 구간 중에, 상기 "질산염-션트"에 대해 상술한 바와 같은 작동 조건의 수행은 AOB 박테리아의 선택을 가능하게 하고, 결국 NOB 박테리아를 손상시키고, NOB 바이오매스에 의해 아질산염으로부터 질산염의 생성을 최소화한다.
무산소 구간 중에, 상기 "질산염-션트" 방법에서 아탈질화 단계를 담당하는 종속영양 바이오매스와 달리, 아나목스 타입 박테리아가 성장하고, 암모늄 이온 및 아질산염에 작용하여 분자 산소 가스(N2) 뿐만 아니라 유기 탄소 소비 없이 소량의 질산염을 형성한다.
아질산염을 분자 질소 가스(N2) 형태로 분해하는 것으로 이루어진 아탈질화 단계가 아나목스 타입 박테리아를 포함하는 경우에, 아탈질화 단계로 알려진 이러한 단계는 보다 정확하게는 디암모니아화(deammonification)로 불리운다.
이러한 "아질산화-디암모니아화" 방법의 수행은 전형적은 "질화-탈질화" 방법에 비해 산소 소비를 약 60% 감소시키고, 탄소 시약 소비를 약 90% 감소시킨다. 따라서 물의 질소 오염을 만족스럽게 그리고 보다 경제적으로 감소시킨다.
이러한 "아질산화-디암모니아화"에 의한 질소 오염 감소 방법을 도 3에 개략적으로 나타내었다.
"질산염-션트" 및 "아질산화-디암모니아화" 방법을 수행할 경우에, 이에 연루된 다양한 반응들의 진행을 관리하기 위해 여러 파라미터가 일반적으로 모니터링된다.
국제 특허 출원 WO-A1-2007/014994에는 순차적인 생물학적 반응기 내에서 아질산화-아탈질화에 의한 수처리 방법이 개시되어 있으며, 이러한 수처리 도중에 하기들이 측정된다:
- 처리될 폐수(effluent)의 전도성 및 흐름 속도;
- 반응기에 공급하기 위한 최소 수의 구간, 폭기 및 무산소 구간의 기간 뿐만 아니라 공급되어야 하는 탄소 시약의 양을 측정하기 위한 반응기에서 용존 O2의 농도, pH 및 레독스 포텐셜.
프랑스 특허 출원 FR-A1-2921917에는 순차적인 생물학적 반응기 내에서 아질산화-디암모니아화에 의한 수처리 방법이 개시되어 있으며, 이러한 수처리 도중에 하기들이 측정된다:
- 질소 내의 처리될 전하 및 수행될 처리 시퀀스의 수를 측정하기 위한 처리될 폐수(effluent)의 흐름 속도, 전도성, 온도 및 pH;
- 폭기 및 비폭기 구간 중에 생물학적 프로세스의 진행을 모니터하고 이의 기간을 측정하기 위한 반응기 내에서의 용존 산소의 농도, 전도성, 온도, pH 및 암모늄 농도;
- 처리 효율을 측정하고 그 방법을 소급적으로 조절하기 위한 처리수의 전도성 및 흐름 속도.
이러한 관리의 실행은 물의 효율적인 질소 오염 함량 감소를 가능하게 하면서, 이와 동시에 산소 및 탄소 시약 소비에 대한 조절성을 향상시킬 수 있다.
3. 종래 기술의 결점
그러나, 이러한 관리 원칙의 수행은 폭기 및 무산소 구간의 기간을 최적화할 수 없으며, 따라서 SBR에서 총 사이클을 최적화할 수 없다. 결국, 필요에 따라(즉, "질산염-션트" 타입 방법을 수행할 경우) 산소 소비 또는 탄소성 기질 소비가 요구에 비례하여 조절하는데 사용할 수 없다.
실제로, 이러한 종래 기술에서, 이러한 조절은 생물학적 반응기에서 반응의 진행 상태를 알기 위해 일정수의 다양한 측정을 수반한다. 이러한 기술은 따라서 상대적으로 수행하기에 복잡하며 다수의 측정 기술에 의존한다.
더욱이, 측정된 변수는 그 방법의 상태의 정확한 지식, 즉, 수행된 생물학적 프로세스의 진행 상태 뿐만 아니라 질소 오염의 감소 진행 상태를 제공하지 못한다.
즉, 이러한 관리 원칙의 수행은 "질산염-션트" 타입 및 "아질산화-디암모니아화" 타입 처리 방법에 대한 조절성을 향상시킴에도 불구하고, 필요에 따라 탄소 시약 소비가 산소 소비에 비례하여 조절되는 것이 불가능하거나, 혹은 폭기 및 무산소 구간의 기간을 최적화하는 것이 불가능하여, 이에 따라 최적 방식으로 관련 생물학적 프로세스를 수행하도록 SBR에서 총 사이클의 기간을 최적화하는 것이 불가능하다.
4. 발명의 목적
본 발명은 특히 종래 기술의 이러한 결점을 극복하고, 각각 질산염 형성(아질산화) 단계 및 아질산염 분해(아탈질화) 단계를 포함하는 "질산염 션트" 및 "아질산화-디암모니아화" 타입 처리 방법의 성능을 향상시키는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 적어도 하나의 실시예로, 이의 성능 및 신뢰도가 종래 기술에 비해 향상된 아질산화-아탈질화에 의한 물 처리 방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 적어도 하나의 실시예로, 상기 수처리 방법에서 아질산화-아탈질화에 의한 수처리시 수행되는 생물학적 프로세스에 비해 향상된 지배력(mastery)을 가능하게 하는 수처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 적어도 하나의 실시예로, 상기 수처리 방법에 있어서 상기 종래 기술에 비해 보다 경제적으로 수행되는 수처리 방법을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은, 상기 수처리 방법에 있어서 적어도 하나의 실시예로, 필요에 따라 탄소 시약 소비를 산소 소비 요구에 따라 조절하는 것이 가능하고, SBR에서 공급, 폭기 및 무산소 구간의 기간을 최적화하고, 이에 따라 SBR에서 총 사이클의 기간을 최적화하는 것이 가능한 수처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 적어도 하나의 시리시예로, 상기 수처리 방법에 있어서 종래 기술에 비해 처리될 동일한 물의 양에 대해 순차적인 생물학적 반응기의 체적을 감소시킬 수 있는 수처리 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 이하 설명하게 될 다른 목적들은 암모늄 형태의 질소로 대전된 물의 처리 방법에 의한 본 발명에 따라 달성되며, 상기 방법은 적어도 하기 단계:
- 상기 물을 순차적인 생물학적 반응기에 공급하는 제 1 단계 (i);
- 폭기된 아질산화 단계 (ii);
- 무산소 아탈질화 단계 (iii);
- 상기 반응기로부터 처리된 물을 추출하는 단계 (iv);
- 상기 반응기 내에 존재하는 상기 물의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정;
- 상기 방법의 적어도 하나의 단계를 모니터링하는 적어도 하나의 단계,
를 포함하며, 상기 모니터링 단계는 아질산염의 농도에 대한 상기 인라인 측정의 결과를 고려한다.
따라서, 본 발명은 아질산화-아탈질화에 의한 물 처리 방법에 있어서, 이러한 처리에 포함된 생물학적 프로세서에 걸쳐 보다 효율적인 지배력(mastery)을 달성하기 위해, 그 내부에서 아질산화 및 아탈질화 반응이 일어나는 순차적인 생물학적 반응기에 존재하는 물에서 아질산염의 농도의 인-라인 측정을 수행하는 것으로 구성된 완전히 새로운 방법에 관한 것이다.
실제로, 반응기에 존재하는 물에서 질산염 농도에 대한 지식은 이러한 방법의 상태, 즉, 수행되는 생물학적 프로세스의 진행 수준 뿐만 아니라, 질소 오염의 감소 진행 상태에 대하여 정확한 반응을 제공한다. 즉, 이러한 정보의 지식은 이러한 프로세스의 진행 및/또는 상기 방법의 다른 단계들에 대한 가장 효율적인 모니터링 및 취급을 위해 제공되며, 따라서 이의 성능을 최적화한다.
아질산염 농도는 인-라인으로 측정된다. 즉, 생성 사이트에서 직접 수행되며, 시료 취득 후에 실험실에서 수행되지 않는다.
이러한 측정은 직접적으로, 즉, 용액에서 아질산염의 농도를 직접 측정하는 프로브에 의해 수행되거나, 혹은 간접적으로, 즉, 예를 들어 용액에서 산화 형태의 질소(NOX라고도 칭함) 뿐만 아니라, 질산염 이온을 측정하는 프로브에 의해 측정하고, 이러한 측정으로부터 계산에 의해 아질산염 농도를 산출함으로써 수행될 수 있다.
본 발명에 기재된 바와 같이, 아탈질화는 아질산염이 분자 질소 가스로 분해되는 단계이다. 이러한 분해는 종속영양 및/또는 아나목스 타입 박테리아를 포함할 수 있다. 아탈질화 단계가 아나목스 타입 박테리아를 포함할 경우에, 이는 특히 "디암모니아화"라고 불리운다.
상기 공급 및 폭기 단계는 처리 기간을 감소시키기위해 수반적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 처리될 모든 물의 반응기로의 공급, 아질산화, 아탈질화 및 처리된 물의 추출을 포함하는 단일 사이클을 포함할 수 있다. 다른 방법에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 처리될 물의 일부로만 반응기로의 공급, 아질산화 및 아탈질화를 포함하는 다수의 각 서브-사이클을 포함할 수 있다. 그 다음, 여러 서브-사이클은 처리될 물의 총 용적이 반응기 내로 도입되고 처리될 때까지 연속적으로 수행된다. 그 다음, 처리된 물은 반응기로부터 추출될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 이러한 방법은 상기 공급 단계를 모니터하는 단계를 포함한다.
반응기에서 아질산염의 농도의 지식은 상기 방법의 수행이 최적화되도록 반응기로의 물 공급을 효율적으로 모니터할 수 있게 한다.
이러한 경우에, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게, 상기 반응기 내에 존재하는 상기 물 내의 암모늄 이온의 농도에 대한 인라인 측정을 포함하며,
상기 공급 단계를 모니터링하는 단계는,
- 상기 아질산염의 농도와 상기 암모늄 이온의 농도의 합을 연산하는 단계;
- 상기 합을 제 1 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
- 상기 합이 상기 제 1 임계값보다 크자마자 상기 공급을 위한 제 1 단계를 중지하는 단계를 포함한다.
반응기 내에 고농도의 암모늄은 필수적으로 반응기 내에 고농도의 아질산염을 일으키는 것으로 관찰되었다. 이는 AOB-타입 박테리아가 암모늄을 아질산염으로 전환시키기 때문이다.
또한, 반응기 내에서 아질산염의 농도가 과다하게 높을 경우에, 아질산화에 포함된 AOB-타입 바이오매스는 수상에서 아질산염과 화학적 평형으로 존재하는 아질산(HNO2)에 의해 억제된다.
따라서, 반응기 내에서 아질산염의 농도를 아는 것은 암모늄-대전된 물로 반응기로의 공급을 정지시켜, 아질산화가 억제되지 않고, 상기 방법의 정화 성능에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 이러한 방법은 상기 폭기된 아질산화 단계의 기간을 모니터링하는 단계를 포함한다.
반응기 내에서 아질산염의 농도를 아는 것은 반응기의 폭기의 효율적인 모니터링을 가능하게 하여, 결국 상기 방법의 수행이 최적화되도록 할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 폭기된 아질산화 단계의 기간을 모니터링하는 단계는 하기를 포함한다:
- 상기 아질산염의 농도와 제 2 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
- 상기 아질산염의 농도가 상기 사전결정된 임계값보다 크자마자 상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)를 중지하는 단계.
반응기의 폭기 단계 중에 반응기 내의 아질산염의 농도가 높아질 경우, 아질산화에 포함된 AOB-타입 바이오매스는 억제된다. 반응기에서 아질산염의 농도의 지식은 아질산염의 농도 값이 AOB-타입 바이오매스의 억제가 일어날 수 있는 값으로 되자마자 반응기의 폭기를 중지시키고, 무산소 구간을 개시하는 것을 가능하게 한다. 그 다음, 생성된 아질산염은 상기 무산소 구간 중에 종속영양 박테리아 또는 무산소 박테리아의 활성 때문에 분자 질소로 분해될 것이다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 방법은 상기 무산소 아탈질화 단계의 기간을 모니터링하는 단계를 포함한다.
반응기에서 아질산염의 농도의 지식은 실제로 무산소 구간의 기간의 효율적인 모니터링을 가능하게 하여, 결국 상기 방법의 수행이 최적화되도록 한다.
이러한 경우에, 상기 무산소 아탈질화 단계의 기간을 모니터링하는 단계는 바람직하게 하기 단계를 포함한다:
- 상기 아질산염의 농도와 제 3 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
- 상기 아질산염의 농도가 상기 제 3 사전결정된 임계값보다 낮아지자마자 상기 무산소 아탈질화 단계 (iii)를 중지하는 단계.
또한, 본 발명자들은 반응기 내의 아질산염의 농도가 과하게 낮아지는 경우에, 아탈질화 반응의 동역학이 보다 느려지는 것에 주시하였다. 따라서, 아질산염 소비의 최대 가능한 동역학을 항상 갖기 위해서 무산소 구간을 중지하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 반응기에서 아질산염의 농도가 사전결정된 저 임계값에 이르자마자, 무산소 단계는 중지되어야 하며, 그 다음 단계가 시작될 수 있다. 본 발명자들은 아질산염 농도가 0이 되기 전에 무산소 단계를 종결하는 것이 무산소 구간 중에 아질산염 소비의 동역학을 최소화시킴으로써 상기 방법의 정화 성능을 향상시킬 수 있음을 관찰하였다.
제 1 실시예에 따라, 상기 무산소 아탈질화 단계는 상기 물을 종속영양 박테리아와 접촉하게 두는 단계를 포함한다.
그 다음, 본 발명에 따른 방법은 "질산염-션트" 형태로 수행되며, 암모늄이 AOB 박테리아에 의해 아질산염으로 전환되고, 그 다음 아질산염은 종속영양 박테리아에 의해 분자 질소 가스로 전환된다.
이러한 경우에, 상기 무산소 아탈질화 단계는 탄소를 상기 반응기 내로 주입하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 또한 상기 탄소를 주입하는 단계를 모니터링하는 단계를 포함하며, 이는 하기 단계를 포함한다:
- 상기 아질산염의 농도와 제 4 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
- 상기 아질산염의 농도가 상기 제 4 임계값 아래에 있자마자 상기 탄소 주입 단계를 중지하는 단계.
아질산염을 분자 질소 가스로 전환시키기 위해, 종속영양 박테리아는 유기 탄소를 소비한다. 그러나, 처리될 특정 타입의 물은 상대적으로 낮은 유기 탄소 함량을 갖는다. 그 다음, 탄소성 기질을 무산소 구간 중에 상기 반응기에 주입할 필요가 있다. 본 발명자들은, 이러한 탄소성 기질을 반응기에 첨가하는 것이 과다하게 많을 경우에, 이는 쉽게 생분해가능한 탄소성 기질이 이에 상응하는 무산소 구간 중에 전적으로 소비되지 않고, 이후 폭기 구간 중에 반응기 내에 주입된 산소는 암모늄으로부터 아질산염을 형성하는 AOB 박테리아에 의해서가 아니라 종속영양 박테리아에 의해 주로 사용되어 이러한 과다 탄소성 기질을 감소시키는 것을 주시하였다. 이러한 경우에, 다음 폭기 구간에서, 아질산염 형성의 동역학은 크게 줄어들 뿐만 아니라, 종속영양 박테리아의 신속한 발달에 의해 형성되는 슬러지의 양이 크게 증가하고, 또한 산소의 과다한 소비가 일어난다. 또한, 탄소성 기질의 과다하게 많은 주입은 높은 작업 비용을 일으킨다. 따라서, 아질산염 농도가 사전결정된 임계값 보다 적게 될 경우에 반응기 내로 탄소의 주입을 중지시키는 것은 필요에 따라 반응기 내로 주입되는 탄소의 양을 조절하는 것을 가능하게 하고, 다음 폭기 구간 중에 과다투여 및 이러한 부정적인 결과를 방지할 수 있다. 따라서, 탄소 주입, 산소 주입 및 생성된 잉여 슬러지의 방출에 내재된 비용이 감소하고, 상기 방법의 정화 성능이 확보된다. 또한, 상기 방법의 단계들의 기간이 감소된다. 이는 동일한 양의 처리수를 생성하며, 이와 동시에 이러한 목적으로 수행된 생물학적 반응기의 크기를 줄여준다.
바람직한 비제한적인 변형에 따르면, 상기 제 1 임계값은 1-400mgN/L 범위이며, 바람직하게 50-250mgN/L이며, 상기 제 2 임계값은 1-250mgN-NO2/L이며, 바람직하게 10-120mgN-NO2/L이며, 상기 제 3 임계값은 0-120mgN-NO2/L이며, 바람직하게 0-50mgN-NO2/L이며, 그리고 상기 제 4 임계값은 0-120mgN-NO2/L이며, 바람직하게 0-50mgN-NO2/L이다.
제 2 실시예에 따르면, 상기 무산소 아탈질화 단계는 상기 물을 아나목스 박테리아와 접촉하게 두는 단계를 포함한다.
그 다음, 본 발명에 따른 방법은 아질산화-디암모니아화 형태로 수행되며, 암모늄 이온의 일부는 AOB 박테리아에 의해 아질산염으로 전환되고, 그 다음 상기 아질산염 및 암모늄 이온의 나머지는 아나목스 박테리아에 의해 분자 질소 가스로 전환된다.
처리될 물은 이의 총 알칼리도(TA)의 값에 따른 알칼리도-결핍성이거나 아닐 수 있다.
처리될 물이 알칼리도-결핍성인 경우, 반응기 내에서 우세한 조건은 반응기 내로 도입된 처리용 물의 양에 함유된 암모니아의 아질산염으로의 총 전환을 가능하게 한다.
이러한 경우에, 상기 폭기된 아질산화 단계(ii)는 상기 폭기된 아질산화 단계 (ii) 후에, 폭기 없이 공급하는 제 2 단계가 따르며, 이는
- 상기 암모늄의 농도와 상기 아질산염의 농도의 비를 연산하는 단계;
- 상기 비를 제 5 임계값과 비교하는 단계; 및
- 상기 비가 상기 제 5 임계값보다 크자마자 상기 공급하는 제 2 단계 (i)를 중지하는 단계를 포함한다.
반응기 내로 도입된 처리용 물의 제 1 부분의 총 암모늄은 제 1 공급의 마지막에 아질산염으로 전환된다. 그 다음, 제 2 공급이 수행된다. 이는 반응기 내의 암모늄 및 아질산염의 농도가 아나목스 박테리아에 의한 암모늄 및 아질산염의 처리에 유리하게 되자마자 중지된다. 그 다음, 아나목스 박테리아가 수행하는 아탈질화 단계가 수행될 수 있다.
처리될 물이 알칼리도-결핍성인 경우에, AOB 박테리아가 수행하기에 가능한 pH가 유지될 수 없다. 그 다음, 반응기 내에 우세한 조건은 반응기 내로 도입된 처리용 물의 양에 함유된 암모니아의 아질산염으로의 총 전환을 불가능하게 한다.
이러한 경우에, 상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)를 모니터링하는 단계는,
- 상기 암모늄의 농도와 상기 아질산염의 농도의 비를 연산하는 단계;
- 상기 비를 제 5 임계값과 비교하는 단계; 및
- 상기 아질산염의 농도가 상기 제 2 사전결정된 아나목스 임계값보다 크자마자 또는 상기 비가 상기 제 5 임계값보다 낮아지자마자 상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)를 중지하는 단계를 더 포함한다.
그 다음, 아질산화는 반응기 내부의 암모늄 및 아질산염의 농도가 아나목스 박테리아에 의한 암모늄 및 아질산염의 처리에 적합해지자마자 그리고 AOB 및 아나목스 박테리아의 억제 임계값에 도달하기 전에 중지된다.
바람직하게, 상기 제 1 임계값은 1-300mgN/L 범위이며, 바람직하게 10-200mgN/L이며, 상기 제 2 임계값은 1-150mgN-NO2/L이며, 바람직하게 1-100mgN-NO2/L이며, 상기 제 3 임계값은 0-100mgN-NO2/L이며, 바람직하게 0-50mgN-NO2/L이며, 상기 제 4 임계값은 0.6-1.2 범위이며, 그리고 바람직하게 0.6-1 범위이다.
또한, 본 발명은
- 하나의 순차적인 생물학적 반응기;
- 상기 반응기에 물을 공급하는 수단;
- 상기 반응기를 폭기하는 수단;
- 상기 반응기에 물을 공급하는 수단 및 상기 반응기를 폭기하는 수단을 모니터링하는 수단
을 적어도 포함하며,
상기 모니터링하는 수단은 상기 반응기 내에 존재하는 상기 물 내의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정을 하는 수단을 포함하는, 물을 처리하는 플랜트에 관한 것이다.
6. 도면 리스트
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하 단순하고, 예시적이며 비제한적인 예로 나타낸 다른 바람직한 실시예들의 설명 및 첨부된 도면으로부터 보다 분명해질 것이다.
- 도 1은 질화-탈질화에 의해 질소 오염을 감소시키는 종래 기술 방법을 나타낸 것이며;
- 도 2는 "질산염-션트" 아질산화-아탈질화에 의해 질소 오염을 감소시키는 종래 기술 방법을 나타낸 것이며;
- 도 3은 아질산화-디암모니아화에 의해 질소 오염을 감소시키는 종래 기술 방법을 나타낸 것이며;
- 도 4는 본 발명에 따른 물 처리 플랜트를 나타낸 것이며;
- 도 5는 4 서브-사이클을 포함하는 본 발명에 따른 질산염-션트 방법을 수행함으로써 폐수(effluent)를 처리하는 시도 중에 반응기에서 NH4, NO2 및 NO3의 농도, 및 반응기 내로 첨가되는 처리될 폐수(effluent)의 용적에 대한 프로파일을 나타낸 것이다.
7. 본 발명의 일 실시예에 관한 설명
7.1. 본 발명의 원리
본 발명의 일반적인 원리는, 아질산화-아탈질화에 의해 암모늄의 형태로 질소로 대전된 물을 처리하기 위한 방법에서, 아질산화 및 아탈질화 반응을 일으키는 순차적인 생물학적 반응기 내에 존재하는 물 내의 아질산염 농도의 인라인 측정을 위한 단계와, 상기 방법의 적어도 하나의 단계를 모니터링하는 적어도 하나의 단계에 대한 실시에 따르며, 상기 모니터링 단계는 상기 처리에 수반된 생물학적 공정을 보다 효율적으로 제어하기 위해 아질산염 농도의 상기 인라인 측정의 결과를 고려한다.
본 발명자는, 반응기 내에 존재하는 물 내의 아질산염 농도에 대한 지식이 상기 방법에 대한 상태, 즉 질소 오염물의 환원에 대한 전개 상태뿐만 아니라, 실시되는 생물학적 공정에 대한 전개 레벨에 대한 정확한 지시를 제공한다. 다시 말하면, 이러한 정보에 대한 지식은 이러한 공정의 전개를 보다 효율적으로 관리가능하게 한다.
7.2. 본 발명에 따른 플랜트의 예
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 물을 처리하기 위한 설비에 대한 일 실시예를 제공한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 이러한 유형의 설비는 교반형 순차적인 생물학적 반응기(10)에 물을 공급하기 위한 수단을 포함한다.
공급 수단은,
- 교반기(27)를 수용하며, 암모늄 형태로 질소 풍부하게 처리될 물을 함유하도록 설계된 버퍼 탱크(11);
- 순차적인 생물학적 반응기(10)와 관련하여 버퍼 탱크(11)를 배치하는 공급 배관(12); 및
- 실시되는지의 여부에 따라서, 순차적인 생물학적 반응기(10)로의 처리를 위해 물을 공급하거나 또는 공급하지 않게 하는 펌프(13)를 포함한다.
폭기 수단(aeration means)은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 산소를 주입가능하게 한다. 이러한 폭기 수단은 배관(15)을 거쳐 에어 디퓨저(16)에 연결된 산소 조절 밸브(26) 및 블로어(14)를 포함한다. 이러한 에어 디퓨저(16)는 순차적인 생물학적 반응기(10)의 하부에 수용된다.
탄소 주입 수단은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 탄소 함유 기질의 주입을 가능하게 한다. 이러한 주입 수단은 탄소 함유 기질을 함유하도록 설계된 탱크(17), 탱크(17)와 순차적인 생물학적 반응기(10)를 연결하는 주입 배관(18), 및 실시되는지의 여부에 따라서, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 이러한 기질을 주입하거나 또는 주입하지 않게 하는 펌프(19)를 포함한다.
이러한 플랜트는 순차적인 생물학적 반응기(10)에 물을 공급하는 수단, 순차적인 생물학적 반응기(10)를 폭기하는 수단 및 순차적인 생물학적 반응기 내에 탄소를 주입하는 수단을 모니터링하는 수단을 포함한다.
이러한 모니터링 수단은, 예컨대 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내의 암모늄, 아질산염 및 산소의 농도 측정을 가능하게 하도록 설계된 암모늄 이온 프로브(21), 아질산염 프로브(22) 및 산소 프로브(25) 뿐만 아니라, 마이크로컨트롤러 또는 컴퓨터를 포함할 수 있는 제어 캐비넷(20)을 포함한다. 제어 캐비넷(20)은, 하기에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 암모늄 프로브(21), 아질산염 프로브(22) 및 산소 프로브(25)에 의해 이루어진 측정을 비교한 다음, 이들을 임계값과 비교하고, 펌프(13), 펌프(19), 블로어(14) 및 O2 조절 밸브(26)를 취급하도록 설계된다. 순차적인 생물학적 반응기(10)는 처리된 물을 추출하기 위한 배관(24) 및 슬러지 추출 배관(23)을 갖는다. 산소 프로브의 실시는 반응기 내의 산소 농도를 조절가능하게 한다. 산소 조절은, 예컨대 설정값에 대해 동작할 수 있으며, 폭기 구간(aerated phase)에서, 산화된 프로브 상에 측정된 값이 설정값보다 큰 경우에, 캐비넷은 보다 적은 산소가 SBR 내에 전달되도록 산소 조절 밸브를 작동시킨다. 반대로, 산소 프로브에서 측정된 값이 설정값보다 적은 경우에, 캐비넷은 보다 많은 산소가 SBR 내로 전달되도록 산소 조절 밸브를 지향시킨다. 실제로, 이러한 설정값은 0.1 내지 3mg O2/L의 범위일 것이다.
도시하지 않은 일 변형례에서, 이러한 설비 유형의 순차적인 생물학적 반응기는 pH 프로브, 아질산염 프로브, 온도 프로브를 구비할 수 있거나 또는 구비하지 않을 수 있다. 이러한 경우에, pH의 측정은, 처리될 물의 pH를 변경하도록 반응기 내로 시약의 주입을 모니터링하도록 제어 캐비넷으로 전송될 수 있다.
도시하지 않은 일 변형례에서, 암모늄 프로브는 전도성 프로브에 의해 대체될 수 있다. 실지로, 순차적인 생물학적 반응기 내에 위치된 물의 전도성으로부터, 대략적인 암모늄 농도를 도출하는 것이 가능함이 당업자에게 잘 공지되어 잇다.
7.3. 본 발명에 따른 방법의 실시예
7.3.1. "아질산염- 션트 " 구성
이제, 아질산염-션트 타입의 공정을 실시하는, 암모늄 형태로 질소로 대전된 물을 처리하기 위한 본 발명에 따른 방법을 기술한다.
본 실시예에서, 처리 방법은, 처리될 총 용적의 연속적인 부분 내에서 물을 처리하는 것으로 이루어진다.
이러한 방법에 따르면, 순차적인 생물학적 반응기(10)는 처리용 물로 공급된다. 그 결과, 제어 캐비넷(20)은 버퍼 탱크(11) 내에 함유된 처리용 물이 공급 배관(12)을 통해 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 떨어지도록 펌프(13)의 실시를 관리한다.
평행하게 동작하는, 즉 반응기에 공급하는 구간(phase) 동안의 제어 캐비넷(20)은, 배관(15)과 에어 디퓨저(16)를 통해 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 산소가 도입되도록 산소 제어 밸브(26) 및 블로어(14)의 실시를 관리한다.
그 다음, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에서 AOB 박테리아의 활동이 관찰된다. 이에 따라, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 처리될 물이 폭기 아질산화 단계를 받는다.
아질산화 동안에, AOB 박테리아는 산소를 소비함으로써 아질산염을 형성하도록 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내에 존재하는 암모늄 이온에 작용한다.
아질산염 및 암모늄의 농도는 제어 캐비넷(20) 및 아질산염 프로브(22) 및 암모늄 프로브(21)의 실시에 의해 인라인으로 측정된다. 일 변형례로서, 이러한 측정이 연속적이 아니라, 예컨대 규칙적인 빈도로 수행되는 것이 가능하다. 아질산염 프로브(22)는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정을 가능하게 한다.
반응기로의 물의 공급이 모니터링된다. 공급에 대한 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은,
- 아질산염의 농도와 암모늄의 농도의 합을 연산하고;
- 그 합을 100mgN/L와 동일한 제 1 임계값과 비교한다.
이와 같은 합이 제 1 임계값보다 크자마자, 제어 캐비넷(20)은 펌프(13)의 작동을 중지시켜, 순차적인 생물학적 반응기(10)로의 처리를 위한 물의 공급이 중지된다.
폭기된 아질산화 단계의 기간이 모니터링된다. 이러한 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은 아질산염 농도를 50mgN-NO2/L와 동일한 제 2 사전결정된 임계값과 비교한다.
아질산염 농도가 상기 제 2 사전결정된 임계값보다 크자마자, 제어 캐비넷은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 산소가 더 이상 전달되지 않도록 블로어(14)와 산소 조절 밸브(26)를 지향시킨다. 그 결과, 폭기된 아질산화 단계가 끝난다.
그 다음, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에서 종속 영양 박테리아의 활동이 관찰된다. 이에 따라, 순차적인 생물학적 반응기 내에 함유된 처리용 물이 무산소 아탈질화 단계를 받는다.
아탈질화 동안에, 종속 영양 박테리아는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 존재하는 탄소 함유 기질을 소비할 때 분자의 질소 가스를 형성하도록 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내에 존재하는 아질산염에 작용한다.
무산소 아탈질화 단계는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 탄소를 투입하는 단계를 포함한다. 이러한 탄소 투입은 모니터링된다. 탄소 투입의 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은 아질산염의 농도를 10mgN-NO2/L과 동일한 제 4 사전결정된 임계값과 비교한다.
아질산염의 농도가 제 4 임계값보다 낮아지자마자, 제어 캐비넷은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로의 탄소 주입이 중지되도록 펌프(19)를 지향시킨다. 주입된 탄소는 액체, 메탄올, 에탄올 또는 글리세롤, 혹은 임의의 다른 탄소 함유 기질의 형태를 취할 수 있다.
무산소 아탈질화 단계의 기간이 모니터링된다. 이러한 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은 아질산염의 농도를 2mgN-NO2/L과 동일한 제 3 사전결정된 임계값과 비교한다.
아질산염의 농도가 제 3 사전결정된 임계값 아래가 되자마자, 제어 캐비넷(20)은 무산소 아탈질화 단계를 중지하게 한다.
처리될 물의 총 용적의 새로운 부분을 처리하도록 또 다른 공급 단계, 폭기된 아질산화 및 무산소 아탈질화가 실시된다. 본 실시예에서, 처리 방법은 공급 단계, 폭기된 아질산화 단계 및 무산소 아탈질화 단계를 각각 포함하는 몇 가지의 서브-사이클을 포함한다. 생물학적 반응기(10)의 높은 레벨(28)이 성취될 때까지 복수의 서브-사이클이 실시된다.
모든 물의 용적이 처리되자마자, 즉 생물학적 반응기(10)의 높은 레벨(28)이 성취되자마자, 반응기 내에 함유된 물이 디켄테이션을 받도록 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에서의 교반이 정지된다. 그 다음, 처리된 물로부터 부유물이 분리된다. 디켄테이션이 종료되면, 추출 구간(물 및 슬러지)이 개시된다. 이러한 디켄테이션 동안에 형성된 슬러지는 추출 배관(23)을 통해 반응기로부터 추출된다. 처리된 물은 추출 배관(24)을 통해 반응기로부터 추출된다.
본 실시예에서, 하나의 완성 처리 사이클, 즉 처리될 물의 총 용적의 처리를 가능하게 하는 사이클은 몇 가지의 서브-사이클(공급, 폭기 아질산화 및 무산소 아탈질화), 처리된 물 및 슬러지의 디켄테이션 및 추출을 포함한다. 슬러지의 추출은 상기 방법의 슬러지 시기에 대한 체크를 가능하게 한다.
본 실시예에서, 적어도 아질산염 측정 프로브(22)를 통한 아질산염의 측정에 의해, 물 공급, 탄소 주입 및 순차적인 생물학적 반응기 내로의 탄소 주입이 모니터링된다. 변형례로서, 이러한 변수의 어느 정도만을 모니터링하는 것이 가능하다.
일 변형례로서, 처리될 물의 총 용적은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 한번만 도입될 수 있다. 이 경우, 하나의 서브-사이클만이 실시될 것이다.
7.3.2. 아질산화 - 디암모니아화 형태
7.3.2.1 알칼리도 비결핍성 폐수(effluent) 케이스
암모늄 형태로 질소 대전된, 알칼리도 비결핍성 물을 처리하기 위해, 단지 하나의 순차적인 생물학적 반응기에서 아나목스 박테리아에 의한 아질산화/디암모니아화 타입의 프로세스를 수행하는 본 발명에 따른 방법에 대한 설명이 기재된다.
이러한 실시예에서, 상기 처리 방법은 처리될 총 용적의 연속적인 부분에 의해 물을 처리하는 것으로 이루어진다.
이러한 방법에 따르면, 상기 순차적인 생물학적 반응기(10)는 제 1 공급 단계 중에 처리용 물로 공급된다. 그 결과, 제어 캐비넷(20)은 버퍼 탱크(11) 내에 함유된 처리용 물이 공급 배관(12)을 통해 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 떨어지도록 펌프(13)의 실시를 관리한다.
상기 제어 캐비넷(20)은 배관(15)과 에어 디퓨저(16)를 통해 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 산소가 도입되도록 평행하게 블로어(14) 및 산소 제어 밸브(26)의 실시를 관리한다.
그 다음, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에서 AOB 박테리아의 활성이 관찰된다. 이에 따라, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 처리될 물이 폭기 아질산화 단계를 받는다.
아질산화 동안에, AOB 박테리아는 산소를 소비함으로써 아질산염을 형성하도록 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내에 존재하는 암모늄 이온에 작용한다.
아질산염 및 암모늄의 농도는 제어 캐비넷(20)과 아질산염 프로브(22), 암모늄 프로브(21) 및 산소 프로프(25)에 의해 인라인으로 측정된다. 아질산염 프로브(22)는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정을 가능하게 한다. 상기 암모늄 측정 프로브(21)는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정을 가능하게 한다.
반응기로의 물 공급이 모니터링된다. 이러한 공급의 모니터링 동안에 제어 캐비넷(20)은,
- 아질산염의 농도와 암모늄의 농도의 합을 연산하고;
- 그 합을 100mgN/L와 동일한 제 1 임계값과 비교한다.
이와 같은 합이 제 1 임계값보다 크자마자, 제어 캐비넷(20)은 펌프(13)의 작동을 중지시켜, 순차적인 생물학적 반응기(10)로의 처리를 위한 물의 공급이 중지된다.
폭기된 아질산화 단계의 기간이 모니터링된다. 이러한 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은 아질산염 농도를 0mgN-NO2/L와 동일한 제 2 사전결정된 임계값과 비교한다.
아질산염 농도가 상기 제 2 사전결정된 임계값보다 크자마자, 제어 캐비넷은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 산소가 더 이상 전달되지 않도록 블로어(14)와 산소 조절 밸브(26)를 관리한다. 그 결과, 폭기된 아질산화 단계가 끝난다.
폭기가 없는 제 2 공급 실시가 수행된다. 반응기로 공급되는 물의 제 2 공급이 모니터링된다. 이러한 공급 실시의 모니터링 도중에 제어 캐비넷(20)은,
- 암모늄의 농도 대 아질산염의 농도의 비율을 연산하고;
- 상기 비율을 0.8과 동일한 상기 제 5 임계값과 비교한다.
상기 비율이 상기 제 5 임계값보다 크자마자, 제어 캐비넷(20)은 순차적인 생물학적 반응기(10)에 처리될 물의 공급이 중지되도록 펌프(13)의 작동을 중지시킨다.
그러면, 암모늄 및 아질산염의 농도는 폐수(effluent)에 함유된 암모늄 및 아질산염의 처리에 적합하다. 그 다음, 아나목스 박테리아의 활성이 순차적인 생물학적 반응기(10) 내부에서 관찰된다. 이에 따라, 순차적인 생물학적 반응기(10)에 함유된 처리될 물은 무산소 디암모니아화 단계를 받는다.
무산소 구간 동안에, 아나목스 박테리아는 물에 존재하는 암모늄 및 아질산염에 대해 작용하여 분자 질소 가스를 형성한다.
무산소 디암모니아화 단계의 기간이 모니터링된다. 이러한 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은 아질산염의 농도를 2mgN-NO2/L와 동일한 제 3 사전결정된 임계값과 비교한다.
아질산염의 농도가 이러한 사전결정된 임계값 아래로 되자마자, 제어 캐비넷(20)은 무산소 디암모니아화 단계를 중지시킨다.
제 1 공급, 폭기 아질산화, 제 2 공급, 그 다음 무산소 디암모니아화의 추가 단계들은 처리될 물의 총 용적의 새로운 일부를 처리하도록 수행된다. 이러한 실시예에서, 이에 따라 상기 처리 방법은 각각 제 1 공급 단계, 폭기 아질산화 단계, 제 2 비폭기 공급 단계 및 무산소 디암모니아화 단계를 포함하는 여러 서브-사이클을 포함한다. 다수의 서브-사이클은 제 1 및 제 2 공급 단계 동안에 높은 레벨(28)의 생물학적 반응기(10)가 획득될 때까지 수행된다. 이러한 높은 레벨은 상기 공급을 중지시키고, 마지막(last) 무산소 디암모니아화 단계를 활성화시킨다.
전체 용적의 물이 처리되자마자, 즉, 높은 레벨(28)의 생물학적 반응기(10)에 이르자마자 그리고 마지막 무산소 구간이 일어나자마자, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에서의 교반이 중지되어 이러한 반응기 내에 함유된 물은 디칸테이션을 받는다. 그 다음, 상기 물 내의 부유물이 상기 물로부터 분리된다. 이러한 디칸테이션 동안에 형성되는 슬러지는 추출 배관(23)을 통해 반응기로부터 추출된다. 처리된 물은 추출 배관(24)을 통해 반응기로부터 추출된다.
이러한 실시예에서, 이에 따라 전체 처리 사이클은 적어도 하나의 서브-사이클(제 1 공급 실시, 폭기 아질산화, 제 2 공급 실시 및 무산소 디암모니아화), 디칸테이션, 및 처리된 물과 슬러지의 추출을 포함한다. 슬러지의 추출은 상기 방법의 슬러지 일령(age)을 모니터링하는 것을 가능하게 한다.
일 변형례로, 처리될 물의 총 용적은 단지 1 서브-사이클을 수행하는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 2회 도입될 수 있다.
7.3.2.2 알칼리도-결핍 폐수(effluent) 케이스
암모늄 형태로 질소 대전된, 알칼리도 결핍성 물을 처리하기 위해, 단지 하나의 순차적인 생물학적 반응기에서 아나목스 박테리아에 의한 아질산화/디암모니아화 타입의 프로세스를 수행하는 본 발명에 따른 방법에 대한 설명이 기재된다.
이러한 실시예에서, 폐수(effluent)는 암모니아의 아질산염으로의 총 아질산화가 불가능하며, 폐수(effluent)에 이용가능한 알칼리도의 양이 AOB 박테리아가 작용하기에 가능한 pH를 유지하기에 불충분한 정도로 알칼리도가 결핍된 것이다.
이러한 실시예에서, 상기 처리 방법은 처리될 총 용적의 연속적인 부분에 의해 물을 처리하는 것으로 이루어진다.
이러한 방법에 따르면, 상기 순차적인 생물학적 반응기(10)는 처리용 물로 공급된다. 그 결과, 제어 캐비넷(20)은 버퍼 탱크(11) 내에 함유된 처리용 물이 공급 배관(12)을 통해 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 떨어지도록 펌프(13)의 실시를 관리한다.
상기 제어 캐비넷(20)은 배관(15)과 에어 디퓨저(16)를 통해 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 산소가 도입되도록 평행하게 블로어(14) 및 산소 제어 밸브(26)의 실시를 관리한다.
그 다음, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에서 AOB 박테리아의 활성이 관찰된다. 이에 따라, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 처리될 물이 폭기 아질산화 단계를 받으며, 여기서 AOB 박테리아가 포함된다.
아질산화 동안에, AOB 박테리아는 산소를 소비함으로써 아질산염을 형성하도록 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내에 존재하는 암모늄 이온에 작용한다.
아질산염 및 암모늄의 농도는 제어 캐비넷(20)과 아질산염 프로브(22), 암모늄 프로브(21) 및 산소 프로프(25)에 의해 인라인으로 측정된다. 아질산염 프로브(22)는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정을 가능하게 한다. 상기 암모늄 측정 프로브(21)는 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에 함유된 물 내의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정을 가능하게 한다.
반응기로의 물 공급이 모니터링된다. 이러한 공급의 모니터링 동안에 제어 캐비넷(20)은,
- 아질산염의 농도와 암모늄의 농도의 합을 연산하고;
- 그 합을 100mgN/L와 동일한 제 1 임계값과 비교한다.
이와 같은 합이 제 1 임계값보다 크자마자, 제어 캐비넷(20)은 펌프(13)의 작동을 중지시켜, 순차적인 생물학적 반응기(10)로의 처리를 위한 물의 공급이 중지된다.
폭기된 아질산화 단계의 기간이 모니터링된다. 상기 공급 실시의 이러한 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은,
- 아질산염의 농도를 50mgN-NO2/L와 동일한 제 2 사전결정된 임계값과 비교하며;
- 암모늄의 농도 대 아질산염의 농도의 비율을 연산하고, 이를 0.8과 동일한 제 5 임계값과 비교한다.
아질산염 농도가 상기 제 2 사전결정된 임계값보다 크거나 혹은 암모늄의 농도 대 아질산염의 농도의 비율이 상기 제 5 임계값보다 낮자마자, 제어 캐비넷(20)은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 산소가 더 이상 전달되지 않도록 블로어(14)와 산소 조절 밸브(26)를 관리한다. 그 결과, 폭기된 아질산화 단계가 끝난다.
그러면, 암모늄 및 아질산염의 농도는 폐수(effluent)에 함유된 암모늄 및 아질산염의 처리에 적합하다. 그 다음, 아나목스 박테리아의 활성이 순차적인 생물학적 반응기(10) 내부에서 관찰된다. 이에 따라, 순차적인 생물학적 반응기(10)에 함유된 처리될 물은 추가의 무산소 디암모니아화 단계를 받는다.
무산소 구간 동안에, 아나목스 박테리아는 물에 존재하는 암모늄 및 아질산염에 대해 작용하여 분자 질소 가스를 형성한다.
무산소 디암모니아화 단계의 기간이 모니터링된다. 이러한 모니터링 동안에, 제어 캐비넷(20)은 아질산염의 농도를 2mgN-NO2/L와 동일한 제 3 사전결정된 임계값과 비교한다.
아질산염의 농도가 이러한 사전결정된 임계값 아래로 되자마자, 제어 캐비넷(20)은 무산소 디암모니아화 단계를 중지시킨다.
공급, 폭기 아질산화, 제 2 공급, 그 다음 무산소 디암모니아화의 추가 단계들은 처리될 물의 총 용적의 새로운 일부를 처리하도록 수행된다. 이러한 실시예에서, 이에 따라 상기 처리 방법은 각각 공급 단계, 폭기 아질산화 단계 및 무산소 디암모니아화 단계를 포함하는 여러 서브-사이클을 포함한다. 다수의 서브-사이클은 공급 단계 동안에 높은 레벨(28)의 생물학적 반응기(10)가 획득될 때까지 수행된다. 이러한 높은 레벨은 상기 공급을 중지시키고, 마지막 폭기 아질산화 단계 및 마지막 무산소 디암모니아화 단계를 활성화시킨다.
전체 용적의 물이 처리되자마자, 즉, 높은 레벨(28)의 생물학적 반응기(10)에 이르자마자 그리고 마지막 마지막 폭기 아질산화 구간 및 마지막 무산소 디암모니아화 구간이 일어나자마자, 순차적인 생물학적 반응기(10) 내에서의 교반이 중지되어 이러한 반응기 내에 함유된 물은 디칸테이션을 받는다. 그 다음, 상기 물 내의 부유물이 상기 물로부터 분리된다. 이러한 디칸테이션 동안에 형성되는 슬러지는 추출 배관(23)을 통해 반응기로부터 추출된다. 처리된 물은 추출 배관(24)을 통해 반응기로부터 추출된다.
이러한 실시예에서, 이에 따라 전체 처리 사이클은 적어도 하나의 서브-사이클(공급, 폭기 아질산화, 무산소 디암모니아화), 디칸테이션, 및 처리된 물과 슬러지의 추출을 포함한다. 슬러지의 추출은 상기 방법의 슬러지 일령(age)을 모니터링하는 것을 가능하게 한다.
일 변형례로, 처리될 물의 총 용적은 순차적인 생물학적 반응기(10) 내로 단지 1회 도입될 수 있다.
7.4. 시운전
본 발명에 따른 방법의 효율을 나타내기 위해 시운전을 수행하였다.
이러한 시운전은 500-리터 SBR 내에서 질산염-션트 방법에 의해 폐수를 처리하는 것으로 이루어졌다.
모든 처리 단계들은 총 사이클 당 첨가된 215리터의 처리용 폐수의 최대 용적으로 순차적인 방식으로 동일한 반응기에서 수행되었다. 그 온도는 25℃이었으며, 폭기 구간 동안에 용존 산소 농도는 SBR에서 션트에 호의적이도록 하기 위해 낮았다(0.5mgO2/L). 이 SBR은 정화 구역(station)의 혐기성 침지기의 소화 슬러지의 탈수로부터 나온 배수 테이블(draining table)로부터 얻어진 여과물로 공급되었다. 그 여과물의 평균 조성을 하기 표에 나타내었다.
N- NH 4
( mgN /L) 		가용성 COD
( mg /L) 		P- PO 4 3 -
( mgP /L) 		SM
( mg /L) 		TA
(℉) 		pH
분 239 96 90 38 107 7.4
최대 721 218 145 1568 281 8.1
평균 466 147 109 216 163 7.68
표준편차 127 24.2 12.2 284 43 0.2
시료수 88 53 22 37 24 23
도 5는 4 서브-사이클을 포함하는 본 발명에 따른 질산염-션트 방법을 수행함으로써 폐수를 처리하는 시도 동안에 반응기에서 NH4, NO2 및 NO3의 농도, 및 반응기에 첨가된 처리될 폐수의 용적에 대한 프로파일을 나타낸 것이다.
나타낸 바와 같이, 각 서브-사이클은,
- (아질산화가 개시되는 동안에) 반응기 공급용 폭기 구간(1);
- (아질산화가 개시되는 동안에) 폭기 구간(2);
- (아탈질화가 개시되는 동안에) 에탄올 도핑을 갖는 무산소 구간(3);
- (아탈질화가 계속되는 동안에) 에탄올 도핑을 갖지 않는 무산소 구간(4)
을 포함한다.
반응기의 공급이 중지되고, 이의 폭기가 단독으로 계속된 이후에, 반응기 내의 N-NH4 및 N-NO2의 농도의 합에 해당하는, 제 1 임계값 S1의 값은 70mgN/L이었다.
반응기의 폭기가 중지되고, 무산소 구간이 시작된 이후에, 반응기 내의 NO2의 농도에 해당하는, 제 2 임계값 S2의 값은 20mgN-NO2/L이었다.
탄소성 기질 도핑을 갖는 무산소 구간이 중지되고, 탄소성 기질 도핑을 갖지 않는 무산소 구간이 시작된 이후에, 반응기 내의 NO2의 농도에 해당하는 제 4 임계값 S4의 값은 2mgN-NO2/L이었다.
탄소성 기질 도핑을 갖는 무산소 구간이 중지되고, 후속된 서브-사이클의 공급 구간이 개시된 이후에, 반응기 내의 NO2의 농도에 해당하는 제 3 임계값 S3의 값은 1mgN-NO2/L이었다.
상기 4 서브-사이클은 공급 단계 동안에 상기 순차적인 생물학적 반응기에서 높은 값이 획득될 때까지 조절기에서 규정된 상기 임계값들에 따라 순차적으로 다른 반응기에 뒤따른다.
상기 반응기에서 높은 레벨에 이르면, 높은 레벨의 반응기가 획득되는 동안에 서브-사이클이, 본 경우에는 상기 4 서브-사이클이 계속된다. 이 서브-사이클은 디칸테이션 단계가 뒤따르며, 그 다음 총 사이클의 마지막을 나타내는 처리된 폐수를 배수하는 단계가 뒤따른다.
각 서브-사이클에서 반응기 내로 첨가된 물의 용적은 반응기 내의 NH4의 농도에 따라 달라지거나 이에 의해 결정될 수 있다.
반응기의 폭기의 마지막 단계에서, 반응기에 존재하는 슬러지의 일령을 모니터링하도록 슬러지를 빼내는 단계를 수행한다.
이러한 시운전 결과는, 본 발명에 따른 방법의 적용이 반응기에서 NO3의 형성을 매우 뚜렷이 제한되는 것을 일으키며, 이에 따라, 질화-탈질화에 의한 반응기에서의 물 처리를 회피하고, 아질산화-아탈질화에 의한 대체 처리에 호의적임을 나타낸다.

Claims (21)

  1. 암모늄 형태로 질소로 대전된 물을 처리하는 방법에 있어서,
    - 상기 물을 순차적인 생물학적 반응기에 공급하는 제 1 단계 (i);
    - 폭기된 아질산화 단계 (ii);
    - 무산소 아탈질화 단계 (iii);
    - 상기 반응기로부터 처리된 물을 추출하는 단계 (iv)를 적어도 포함하며,
    상기 반응기 내에 존재하는 상기 물의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정, 및 상기 방법의 적어도 하나의 단계를 모니터링하는 적어도 하나의 단계를 더 포함하며, 상기 모니터링 단계는 아질산염의 농도에 대한 상기 인라인 측정의 결과를 고려하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급 단계 (i)을 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반응기(10) 내에 존재하는 상기 물 내의 암모늄 이온의 농도에 대한 인라인 측정을 포함하며,
    상기 공급 단계를 모니터링하는 단계는,
    - 상기 아질산염의 농도와 상기 암모늄 이온의 농도의 합을 연산하는 단계;
    - 상기 합을 제 1 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
    - 상기 합이 상기 제 1 임계값보다 크자마자 상기 공급을 위한 제 1 단계를 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)의 기간을 모니터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)의 기간을 모니터링하는 단계는,
    - 상기 아질산염의 농도와 제 2 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
    - 상기 아질산염의 농도가 상기 사전결정된 임계값보다 크자마자 상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)를 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무산소 아탈질화 단계 (iii)의 기간을 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무산소 아탈질화 단계 (iii)의 기간을 모니터링하는 단계는,
    - 상기 아질산염의 농도와 제 3 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
    - 상기 아질산염의 농도가 상기 제 3 사전결정된 임계값보다 낮아지자마자 상기 무산소 아탈질화 단계 (iii)를 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무산소 아탈질화 단계 (iii)는 상기 물을 종속 영양 박테리아와 접촉하게 두는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무산소 아탈질화 단계 (iii)는 상기 반응기 내에 탄소를 주입하는 단계를 포함하며,
    상기 방법은 상기 탄소를 주입하는 단계를 모니터링하는 단계를 포함하며, 이는
    - 상기 아질산염의 농도와 제 4 사전결정된 임계값과 비교하는 단계; 및
    - 상기 아질산염의 농도가 상기 제 4 임계값 아래에 있자마자 상기 탄소 주입 단계를 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제 1 임계값은 1mgN/L 내지 400mgN/L의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 임계값은 1mgN-NO2/L 내지 250mgN-NO2/L의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 임계값은 0mgN-NO2/L 내지 120mgN-NO2/L의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 4 임계값은 0mgN-NO2/L 내지 120mgN-NO2/L의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무산소 아탈질화 단계 (iii)는 상기 물을 아나목스 박테리아와 접촉하게 두는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 폭기된 아질산화 단계 (ii) 후에, 폭기 없이 공급하는 제 2 단계가 따르며, 이는
    - 상기 암모늄의 농도와 상기 아질산염의 농도의 비를 연산하는 단계;
    - 상기 비를 제 5 임계값과 비교하는 단계; 및
    - 상기 비가 상기 제 5 임계값보다 크자마자 상기 공급하는 제 2 단계 (i)를 중지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)를 모니터링하는 단계는,
    - 상기 암모늄의 농도와 상기 아질산염의 농도의 비를 연산하는 단계;
    - 상기 비를 제 5 임계값과 비교하는 단계; 및
    - 상기 아질산염의 농도가 상기 제 2 사전결정된 아나목스 임계값보다 크자마자 또는 상기 비가 상기 제 5 임계값보다 낮아지자마자 상기 폭기된 아질산화 단계 (ii)를 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 임계값은 1 내지 300mgN/L의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 임계값은 1 내지 150mgN-NO2/L의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 임계값은 0 내지 100mgN-NO2/L의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  20. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 5 임계값은 0.6 내지 1.2의 범위인 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
  21. 아질산화-아탈질화에 의해 물을 처리하는 플랜트에 있어서,
    - 하나의 순차적인 생물학적 반응기(10);
    - 상기 반응기(10)에 물을 공급하는 수단(11, 12, 13);
    - 상기 반응기(10)를 폭기하는 수단(14, 15, 16);
    - 상기 반응기(10)에 물을 공급하는 수단(11, 12, 13) 및 상기 반응기(10)를 폭기하는 수단(14, 15, 16)을 모니터링하는 수단(20, 21, 22); 및
    - 상기 반응기(10)로부터 처리된 물을 추출하는 배관(24)을 적어도 포함하며,
    상기 모니터링하는 수단(20, 21, 22)은 상기 반응기(10) 내에 존재하는 상기 물 내의 아질산염의 농도에 대한 인라인 측정을 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
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