KR20150143496A - 폐수로부터 질소의 생물학적 제거를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, (a) 암모늄을 포함하는 폐수의 스트림을 제공하는 단계; (b) 아나목스(anammox) 박테리아의 코어(core) 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림(outer rim)을 갖는 과립들을 포함하는 과립형 슬러지(sludge)를 함유하는 반응기에, 상기 폐수의 스트림을 연속적으로 공급하는 단계; (c) 처리된 폐수에서 과립형 슬러지와 비과립형 슬러지의 분산물 및 질소를 포함하는 기체성 스트림을 수득하기 위하여, 5 내지 25℃의 범위로 존재하는 온도, 0.4 mg/L 내지 4.0 mg/L의 범위로 존재하는 폐수 중의 용해된 산소의 농도, 및 0.5시간 내지 1.5일의 범위로 존재하는 반응기에서의 폐수의 수력학적 체류시간을 포함하는 암모늄 산화 조건들 하에서 반응기에서의 폐수를 암모늄 산화에 가하는 단계; 및 (d) 수득된 분산물을, 과립형 슬러지를 포함하는 스트림 및 처리된 폐수 및 비과립형 슬러지를 포함하는 스트림으로 연속적으로 분리시키고; 과립형 슬러지를 포함하는 스트림을 반응기에 재순환시키고, 공정으로부터의 비과립형 슬러리를 배출하는 단계를 포함하되, 상기 과립형 슬러지는 상기 수력학적 체류시간의 적어도 10배의 반응기에서의 체류시간을 갖고, 상기 반응기에서의 임의의 비과립형 슬러지의 체류시간은 상기 수력학적 체류시간과 동일하거나 또는 이보다 많아야 3배인, 폐수로부터 질소의 생물학적 제거를 위한 방법에 관한 것이다.
Description
발명의 분야
본 발명은, 25℃ 미만의 온도에서 아나목스(anammox) 박테리아의 코어(core) 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림(outer rim)을 갖는 과립들을 포함하는 과립형 슬러지(sludge)를 함유하는 반응기에서, 폐수로부터 질소의 생물학적 제거를 위한 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
폐수의 질화(nitrification)와 혐기성 암모늄 산화(anaerobic ammonium oxidation, anammox)의 연합 처리(combined)에 대한 과정은, 당해 분야에 공지되어 있으며, 전형적으로는 중온성(mesophilic) 온도에서, 즉 25 내지 40 ℃의 범위에서 암모늄-풍부 폐수 스트림의 처리를 위해 사용되고 있다. 이 과정에서, 암모늄의 절반은 우선 암모니아 산화 박테리아에 의해 산화되어서 하기 반응식에 따라 아질산염을 형성한다:
4NH4 + + 3O2 -> 2NH4 + + 2NO2 - + 4H+ + 2H2O
(1)
그 다음, 생성된 암모늄 및 아질산염은 하기 반응식에 따라 아나목스 박테리아에 의해 이질소(dinitrogen) 기체로 전환된다:
NH4 + + NO2 - -> N2 + 2H2O
(2)
암모니아 산화 박테리아 및 아나목스 박테리아가 아나목스 박테리아의 코어 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림을 갖는 치밀한 슬러지 과립들을 형성하는 단일 반응기에서, 과정 단계들 모두를 실행하는 것으로 알려져 있다. 이러한 과정은 예컨대 문헌 [J.R. Vazquez-Padin et al., Water Science & Technology (2011), p. 1282-1288]에 기재되어 있다.
아나목스 박테리아는 느린 성장 속도를 가지며, 따라서, 폐수의 질화와 혐기성 암모늄 산화의 연합 처리는 약 30 ℃의 온도를 갖는 폐수 스트림에 주로 적용된다. 더욱이, 중온성 온도에서, 암모니아 산화 박테리아의 최대 성장 속도는 아질산염 산화 박테리아의 최대 성장 속도보다 크며, 따라서 질산염으로의 아질산염의 원하지 않는 산화가 회피된다.
그러나, 폐수의 질화와 혐기성 암모늄 산화의 연합 처리는 더욱 낮은 온도, 즉 25 ℃ 미만, 바람직하게는 10 내지 20 ℃에서 실행되는 것이 유리한 데, 이는 가정(domestic) 폐수가 전형적으로 이러한 더욱 낮은 온도에서 이용 가능하기 때문이다. 저온에서의 폐수의 질화와 혐기성 암모늄 산화의 연합 처리가 제안되어 있다. 문헌 [J.R. Vazquez-Padin et al., Water Science & Technology (2011), p. 1282-1288]에서, 2-유닛 배치구조에서 및 단일-유닛 배치구조에서 저온에서의 희석된 폐수 스트림의 질화와 혐기성 암모늄 산화의 연합 처리에 적합한 조건들이 연구되어 있다. 20 ℃에서 단일 반응기에서 질화와 혐기성 암모늄 산화의 연합 처리를 실행할 수 있다는 것을 밝혀졌다. 반응기는 5.5의 높이/직경 비율을 갖는다. 적용된 공정 조건들 하에서, 아나목스 박테리아의 코어 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림을 갖는 치밀한 슬러지 과립들이 형성된다. Vazquez-Padin 등에게서 개시된 공정은 배치 모드로 작동된다.
WO2011/110905에서는, 7 내지 25 ℃의 온도에서 낮은 산소 농도(용존 산소 1.0 mg/L 미만)에서 공기발생 탱크에서 암모늄-함유 폐수의 생물학적 정제를 위한 공정이 개시되어 있으며, 여기서 25 ℃ 초과의 온도에서 소화조(digester)로부터의 슬러지 물의 탈암모니아화(deammonification)에서 형성된 잉여 슬러지는, 공기발생 탱크에서 아나목스 박테리아의 양을 연속적으로 증대시키기 위하여 공기발생 탱크에 공급된다. WO2011/110905의 공정에서, 슬러지의 일부는 비과립형 슬러지의 제거 없이 공기발생 탱크를 가로질러 재순환된다.
J.R. Vazquez-Padin et al., Water Science & Technology (2011), p. 1282-1288
산업 규모에서 그리고 비희석된 폐수 스트림을 위해 실행될 수 있으며 아나목스 박테리아를 사용하는 연속적인 증대화가 요구되지 않는 저온에서의 질화와 혐기성 암모늄 산화의 연합 처리를 위한 개선된 공정에 대한 요구가 당해 분야에서 존재한다.
발명의 요약
현재, 과립형 슬러지의 체류시간이 수력학적 체류시간(hydraulic retention time)의 적어도 10배이고 반응기에서 형성된 임의의 비과립형 슬러지의 체류시간이 수력학적 체류시간의 많아야 3배이고 수력학적 체류시간이 0.5시간 내지 1.5일의 범위로 존재하는, 이러한 조건들 하에서 아나목스 및 암모니아 산화 박테리아를 갖는 과립형 슬러지를 포함하는 단일 반응기에서에서 질화와 혐기성 암모늄 산화의 연합 처리 공정을 작동함으로써, 25 ℃ 미만의 온도에서 심지어 상대적으로 낮은 높이 대 직경 비율을 갖는 반응기에서 심지어 아나목스 박테리아의 증대화 없이도 공정이 작동될 수 있음을 밝혀냈다. 과립형 슬러지의 체류시간이 수력학적 체류시간보다 실질적으로 높고 비과립형 슬러지의 체류시간이 수력학적 체류시간보다 그리 높지 않거나 또는 이와 유사한 조건들은, 과립형 슬러지를 포함하며 비과립형 슬러지를 매우 적은 양으로 포함하거나 또는 이를 포함하지 않는 분획, 및 비과립형 슬러지를 포함하는 분획으로 액체 반응기 유출물을 분리시킴으로써 수득된다. 이러한 분리는 예컨대 경사진 플레이트 세틀러(settler)를 사용함으로써 그리고 세틀러를 반응기 유출물의 상대적으로 높은 상향 속도에서 작동시킴으로써 수득된다. 분리된 과립형 슬러지는 반응기에 재순환되고, 비과립형 슬러지는 공정으로부터 빼낸다.
따라서, 본 발명은,
(a) 암모늄을 포함하는 폐수의 스트림을 제공하는 단계;
(b) 아나목스 박테리아의 코어 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림을 갖는 과립들을 포함하는 과립형 슬러지를 함유하는 반응기에, 상기 폐수의 스트림을 연속적으로 공급하는 단계;
(c) 5 내지 25℃의 범위로 존재하는 온도, 0.4 mg/L 내지 4.0 mg/L의 범위로 존재하는 폐수 중의 용해된 산소의 농도, 및 0.5시간 내지 1.5일의 범위로 존재하는 반응기에서의 폐수의 수력학적 체류시간을 포함하는 암모늄 산화 조건들 하에서, 상기 반응기에서의 폐수를 암모늄 산화에 가하여서, 처리된 폐수에서 과립형 슬러지와 비과립형 슬러지의 분산물 및 질소를 포함하는 기체성 스트림을 수득하는 단계; 및
(d) 상기 수득된 분산물을, 과립형 슬러지를 포함하는 스트림 및 처리된 폐수 및 비과립형 슬러지를 포함하는 스트림으로 연속적으로 분리시키고; 과립형 슬러지를 포함하는 스트림을 반응기에 재순환시키고, 공정으로부터의 비과립형 슬러지를 배출하는 단계를 포함하되,
상기 과립형 슬러지는 상기 수력학적 체류시간의 적어도 10배의 반응기에서의 체류시간을 갖고, 상기 반응기에서의 임의의 비과립형 슬러지의 체류시간은 상기 수력학적 체류시간과 동일하거나 또는 이의 많아야 3배인,
폐수로부터 질소의 생물학적 제거를 위한 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법의 장점은, 아질산염 산화 박테리아 및 종속영양(heterotrophic) 산화 박테리아가 반응기로부터 선택적으로 제거되는 한편, 아나목스 및 암모니아 산화 박테리아를 갖는 과립형 슬러지의 체류시간은 증가되는 것이다. 결과적으로, 질산염으로의 원하지 않는 아질산염 산화는 최소화된다. 더욱이, 아질산염 산화 박테리아 및 종속영양 산화 박테리아의 선택적 제거로 인해, 상대적으로 높은 용해된 산소 농도에서 본 발명에 따른 방법이 작동되며, 이는 질화 단계에서 전환 속도에 대해 유리하다. 본 발명에 따른 방법의 추가 장점은 전형적으로 임의의 유입물 고체들이 또한 비과립형 슬러지를 갖는 액체 반응기 유출물로부터 분리되는 것이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은, 단계(c)의 반응기에서 높은 전단의 조건들 하에서 작동된다. 이러한 높은 전단은 슬러지 과립들 상의 비과립형, 즉 유모성(flocculent) 바이오매스(biomass)의 성장이 방지되거나 또는 최소화되며, 이는 단계(d)에서 과립형과 비과립형 슬러지 사이의 분리를 유리하게 한다. 대안적으로, 단계(c)에서 암모늄 산화 박테리아로부터의 액체 유출물은 반응기의 외부에서 예컨대 단계(c)와 단계(d) 사이 또는 분리 단계(d) 도중 전단에 가해질 수 있다.
발명의 상
세한
설명
본 발명에 따른 방법에서, 암모늄을 포함하는 폐수의 스트림은 단계(a)에서 제공된다. 제공된 폐수의 스트림은 바람직하게는 100 mg/L 미만, 더욱 바람직하게는 25 내지 75 mg/L 범위로 질소 함량을 갖는다. 폐수의 스트림은 산소요구량(Biological Oxygen Demand)(BOD)으로서 표기되는 유기 물질을 함유한다. 본원에서 BOD는, 인큐베이션(incubation) 5일에 걸쳐 20 ℃에서 폐수에서 존재하는 유기 물질을 파쇄하기 위하여, 호기성 미생물들에 의해 폐수 1리터당 요구되는 용해된 산소의 양(mg)으로서 정의된다. 바람직하게는, 제공된 폐수의 스트림은 많아야 100 mg/L, 더욱 바람직하게는 많아야 75 mg/L, 더욱더 바람직하게는 많아야 50 mg/L의 BOD를 갖는다. 바람직하게는, 제공된 폐수의 스트림은, BOD와 질소 함량의 지수(quotient of BOD and nitrogen content)가 2.0 미만, 바람직하게는 1.5 미만, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1.0 범위로 존재하도록 BOD 및 질소 함량을 갖는다.
단계(b)에서, 폐수의 스트림은, 아나목스 박테리아의 코어 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림을 갖는 과립들을 포함하는 과립형 슬러지를 함유하는 반응기에 연속적으로 공급된다.
그 다음, 단계(c)에서, 폐수는 암모늄 산화 조건들 하에서 반응기에서 암모늄 산화에 가해진다. 암모늄 산화 조건들은 5 내지 25℃의 범위로 존재하는 온도, 0.4 mg/L 내지 4.0 mg/L의 범위로 존재하는 폐수 중의 용해된 산소의 농도, 및 0.5시간 내지 1.5일의 범위로 존재하는 수력학적 체류시간을 포함한다. 이들 조건 하에서, 암모늄의 일부는 식(1)에 따라 암모니아 산화 박테리아에 의해 산화되어서 아질산염을 형성할 것이며, 형성된 아질산염은 암모늄과 반응하여서 이질소를 형성할 것이다. 이들 조건 하에서, 전형적으로 또한 아질산염의 일부를 산화시켜서 질산염을 형성하도록 일부 아질산염 산화 박테리아는 성장할 것이고, 종속영양 산화 박테리아는 BOD를 산화시켜서 이산화탄소를 형성할 것이다. 이 암모늄 산화 단계에서, 처리된 폐수에서 질소, 이산화탄소 및 산소를 포함하는 기체 스트림 및 과립형 슬러지와 비과립형 슬러지의 분산물이 수득된다. 과립형 슬러지는 아나목스 박테리아의 코어 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림을 갖는 과립들을 포함하는 한편, 아질산염 산화 박테리아 및 종속영양 산화 박테리아는 전형적으로 비과립형, 즉 유모성 슬러지로서 존재할 것이다. 기체성 스트림은 통상적으로 반응기에서 액체 상으로부터 선택적으로는 반응기에서 혼용되거나 또는 단지 그의 하류에서만 혼용되는 기체/액체 분리기에 의해 분리시킨다. 기체성 스트림은 반응기로부터 빼낸다.
추가 단계(d)에서, 단계(c)에서 수득된 처리된 폐수에서의 과립형 슬러지와 비과립형 슬러지의 분산물은, 과립형 슬러지를 포함하는 스트림 및 처리된 폐수 및 비과립형 슬러지를 포함하는 스트림으로 연속적으로 분리된다. 이렇게 수득된 과립형 슬러지를 포함하는 스트림은 바람직하게는 비과립형 슬러지를 단지 적은 양으로 포함하거나 또는 이를 포함하지 않으며, 더욱 바람직하게는 상기 스트림 중의 슬러지의 총 중량에 기초하여 많아야 5 중량% 비과립형 슬러지, 더욱더 바람직하게는 많아야 1 중량% 비과립형 슬러지, 더욱더 바람직하게는 많아야 0.5 중량% 포함한다. 과립형 슬러지를 포함하는 스트림은 과립형 슬러지의 상대적으로 큰 체류시간을 유지하기 위하여 반응기에 재순환된다. 바람직하게는, 과립형 슬러지를 포함하는 전체 스트림은 반응기에 재순환된다.
처리된 폐수 및 비과립형 슬러지를 포함하는 스트림은 바람직하게는 과립형 슬러지를 단지 적은 양으로 포함하거나 또는 이를 포함하지 않는다. 더욱 바람직하게는, 이 스트림은 스트림의 총 부피에 기초하여 과립형 슬러지를 5 부피% 미만, 더욱 바람직하게는 1 부피% 미만, 더욱더 바람직하게는 0.5 부피% 미만 포함한다.
비과립형 슬러지는 공정으로부터 선택적으로는 처리된 폐수 및 비과립형 슬러지를 포함하는 스트림으로부터 분리된 후에 빼낸다. 이러한 분리의 경우, 비과립형 슬러지가 본질적으로 존재하지 않는 처리된 폐수는 부분적으로 단계(c)에 또는 예비-처리 단계에, 예컨대 단계(a)에서 제공되도록 폐수를 예비-처리하기 위한 예비-침강 단계에 재순환될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 단계(d)에서의 분리 및 재순환은, 과립형 슬러지가 수력학적 체류시간의 적어도 10배의 반응기에서의 체류시간을 갖고, 반응기에서의 임의의 비과립형 슬러지의 체류시간이 수력학적 체류시간과 동일하거나 또는 이의 많아야 3배가 되도록 작동된다. 바람직하게는, 과립형 슬러지의 체류시간은 수력학적 체류시간의 적어도 30배, 더욱 바람직하게는 적어도 50배, 더욱더 바람직하게는 적어도 100배이다. 과립형 슬러지의 체류시간은 수력학적 체류시간의 200배 정도, 또는 심지어 500배 또는 그 이상일 수 있다. 바람직하게는, 과립형 슬러지의 체류시간은 10 내지 100일, 더욱 바람직하게는 20 내지 80일, 더욱더 바람직하게는 40 내지 60일의 범위로 존재한다.
반응기에서의 임의의 비과립형 슬러지의 체류시간은 바람직하게는 수력학적 체류시간의 1 내지 2배의 범위, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 1.5배의 범위로 존재한다. 가장 바람직하게는, 비과립형 슬러지의 체류시간은 실시 가능할 정도로 수력학적 체류시간에 근접하게 존재한다.
반응기에서의 아질산염 산화 및 종속영양 산화 박테리아의 광범위한 성장을 피하기 위하여, 수력학적 체류시간은 1.5일 이하, 바람직하게는 1일 이하, 더욱 바람직하게는 12시간 이하이다. 충분한 질소 제거를 달성하기 위하여, 수력학적 체류시간은 적어도 0.5시간, 바람직하게는 적어도 1시간, 더욱 바람직하게는 적어도 2시간이다. 바람직하게는, 수력학적 체류시간은 1시간 내지 1일, 더욱 바람직하게는 2시간 내지 12시간의 범위로 존재한다.
본원에서는, 반응기에서의 폐수의 체류시간에 대하여 수력학적 체류시간을 참조한다.
과립형 및 비과립형 슬러지에 대한 원하는 체류시간은, 과립형 슬러지 대부분, 바람직하게는 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 적어도 95%, 더욱더 바람직하게는 적어도 99%가 반응기에 재순환될 수 있는 한편, 비과립형 슬러지 대부분, 바람직하게는 적어도 90%, 더욱 바람직하게는 적어도 95%, 더욱더 바람직하게는 적어도 99%가 공정으로부터 빼내도록, 단계(d)에서의 과립형 슬러지과 비과립형 슬러지 사이의 정확한 분리를 수행함으로써 달성된다.
이러한 정확한 분리를 수행하기 위하여, 임의의 적합한 액체/고체 분리기가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 단계(d)에서의 분리는 경사진 플레이트 세틀러를 사용하여 실시된다. 경사진 플레이트 세틀러는, 액체가 그 사이로 상향 유동하는 다수의 평행하게 경사진 플레이트들을 포함한다. 액체 중의 고체는, 경사진 평행 플레이트들 상에 침강하도록 그리고 세틀러의 바닥에 배치된 콘테이너, 예컨대 호퍼(hopper) 내로 슬라이딩하도록 허용된다. 경사진 플레이트 세틀러에서 단계(d)가 액체의 상대적으로 큰 상향 유동에서 실시되면, 과립형 슬러지와 비과립형 슬러지 사이의 정확한 분리가 달성된다는 것을 밝혀냈다. 바람직하게는, 따라서, 단계(d)는, 다수의 평행하게 경사진 플레이트들을 포함하는 경사진 플레이트 세틀러에서 분산물을 분리시키는 것을 포함하며, 상기 분산물은 상기 경사진 플레이트들 사이에서 3 내지 15 m/h, 더욱 바람직하게는 4 내지 12 m/h, 더욱더 바람직하게는 5 내지 9 m/h의 범위로 상향 속도에서 유동된다.
과립형 슬러지와 비과립형 슬러지 사이의 분리 및 그것과 함께 과립형 및 비과립형 슬러지의 원하는 체류시간은 슬러지 과립들에 전단을 적용함으로써 추가로 개선될 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 전단은 반응기에서, 즉 단계(c) 동안, 분리 단계(d) 동안, 또는 단계(c)와 단계(d) 사이에, 즉 분리 단계(d) 전에 반응기의 액체 유출물 상에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 전단은 50 내지 500 s-1, 더욱 바람직하게는 80 내지 300 s-1, 더욱더 바람직하게는 100 내지 200 s-1 범위의 전단 속도에서 슬러지 과립들에 적용된다.
전단은, 단계(c) 동안 반응기에서 과립들에, 예컨대 반응기에서 폐수를 통해 기체를 바람직하게는 상향유동(upflow) 방향으로 유동시킴으로써 적용될 수 있다. 바람직하게는, 전단은, 3 내지 20 m/h, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 m/h, 더욱더 바람직하게는 8 내지 12 m/h 범위의 겉보기 기체 속도(superficial gas velocity)에서 반응기에서의 폐수를 통해 기체를 유동시킴으로써 슬러지 과립들에 적용된다. 폐수를 통해 유동된 기체는 공기와 같은 임의의 적합한 기체 스트림일 수 있다. 반응기에 공급되는 공기의 양은 용해된 산소 농도에 대한 요건에 의해 제한되는 것으로 이해될 것이다. 원하는 용해된 산소 농도를 초과하지 않고서 반응기에서의 폐수를 통해 기체를 유동시킴으로써 원하는 전단을 달성하기 위하여, 단계(c)에서 수득된 기체 스트림의 일부는 폐수를 통해 유동된 기체의 적어도 일부를 형성하도록 반응기에 재순환될 수 있다.
대안적으로, 전단은 분리 단계(c) 동안, 또는 더욱 바람직하게는 단계(c)와 단계(d) 사이에서 과립들에 적용될 수 있다. 전단은 예컨대 단계(c)와 단계(d) 사이에서 액체 반응기 유출물을 통해, 즉 단계(d)에서 분리기에 분산물을 공급하기 전에 과립형 슬러지와 비과립형 슬러지의 분산물을 통해 기체를 유동시킴으로써 적용될 수 있다. 전단이 단계(c) 후에 적용된다면, 이는 분산물을 통해 공기를 유동시킴으로써 적합하게 실시될 수 있는 데, 이는 용해된 산소의 양이 이 공정의 단계에서는 중요하지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 반응기에서 아질산염 산화 및 종속영양 산화 박테리아의 농도가 낮게 유지되는 것이다. 따라서, 단계(c)에서 폐수 중 용해된 산소의 농도는 예컨대 WO2011/110905와 같이 아질산염 및 종속영양 산화 박테리아의 더욱 높은 농도를 갖는 공정에서보다 더욱 높을 수 있다. 단계(c)에서 용해된 산소의 농도는 0.4 내지 4.0 mg/L, 바람직하게는 0.5 내지 3.5 mg/L, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3.0 mg/L, 더욱더 바람직하게는 1.2 내지 2.5 mg/L의 범위로 존재한다.
반응기는 임의의 적합한 치수들을 가질 수 있으며, 바람직하게는 반응기는 5 미만, 더욱 바람직하게는 3 미만, 더욱더 바람직하게는 1 미만의 높이 대 직경 비율을 갖는다. 상대적으로 낮은 높이 대 직경 비율은 반응기에 대한 설비 비용을 절감하며, 반응기에 공급된 임의의 공기에 대하여 더욱 적은 압력이 요구된다.
암모늄을 포함하는 폐수의 스트림은, 암모늄이 제거되는 임의의 폐수 스트림, 예컨대 가정 또는 산업 폐수일 수 있다. 질소가 폐수 스트림으로부터 2.0 초과 또는 1.0 초과와 같이 상대적으로 높은 BOD/N으로 제거되는 경우, 방법은 바람직하게는, 암모늄을 포함하고 더욱 낮은 BOD/N을 갖는 폐수를 제공하기 위하여, 이러한 스트림으로부터 예컨대 예비-침강 단계에 의해 BOD를 제거하기 위한 예비처리 단계를 추가로 포함한다.
BOD 제거를 위한 예비-침강은 당해 분야에 잘 공지되어 있으며, 전형적으로는 하나 이상의 베이신(basin) 또는 청징기(clarifier)를 통해 폐수를 통과시키는 것을 포함하되, 여기서 고체 입자들은 베이신의 바닥에 침강된다. 당해 분야에 공지되어 있는 임의의 적합한 예비-침강 방법이 사용될 수 있다. 고체 침전물은 예비-침강에 가해진 폐수의 BOD의 상대적으로 큰 부분을 차지한다. 본 발명에 따른 방법에서, 주요 슬러지로서 전형적으로 지칭되는 고체 침전물은 바람직하게는 바이오가스를 수득하기 위해 혐기성 소화(digestion)에 가해진다. 예비처리로서 BOD 제거 단계를 갖는 것에서의 추가 장점은, 과립형 슬러지의 밀도보다 크거나 또는 이와 견줄만한 밀도를 갖는 폐수 스트림 중의 고체 화합물들이 또한 암모늄 산화 반응기에 폐수의 스트림을 공급하기 전에 제거될 것이라는 것이다.
Claims (15)
- (a) 암모늄을 포함하는 폐수의 스트림을 제공하는 단계;
(b) 아나목스(anammox) 박테리아의 코어(core) 및 암모니아 산화 박테리아의 외부 림(outer rim)을 갖는 과립들을 포함하는 과립형 슬러지(sludge)를 함유하는 반응기에, 상기 폐수의 스트림을 연속적으로 공급하는 단계;
(c) 5 내지 25℃의 범위로 존재하는 온도, 0.4 mg/L 내지 4.0 mg/L의 범위로 존재하는 폐수 중의 용해된 산소의 농도, 및 0.5시간 내지 1.5일의 범위로 존재하는 반응기에서의 폐수의 수력학적 체류시간(hydraulic retention time)을 포함하는 암모늄 산화 조건들 하에서, 상기 반응기에서의 폐수를 암모늄 산화에 가하여서, 처리된 폐수에서 과립형 슬러지와 비과립형 슬러지의 분산물 및 질소를 포함하는 기체성 스트림을 수득하는 단계; 및
(d) 상기 수득된 분산물을, 과립형 슬러지를 포함하는 스트림 및 처리된 폐수 및 비과립형 슬러지를 포함하는 스트림으로 연속적으로 분리시키고; 과립형 슬러지를 포함하는 스트림을 반응기에 재순환시키고, 공정으로부터의 비과립형 슬러지를 배출하는 단계를 포함하되,
상기 과립형 슬러지는 상기 수력학적 체류시간의 적어도 10배의 반응기에서의 체류시간을 갖고, 상기 반응기에서의 임의의 비과립형 슬러지의 체류시간은 상기 수력학적 체류시간과 동일하거나 또는 이의 많아야 3배인,
폐수로부터 질소의 생물학적 제거를 위한 방법.
- 제1항에 있어서,
단계(a)에서 제공된 폐수의 스트림은 생물학적 산소요구량(Biological Oxygen Demand)(BOD) 및 질소 함량을 가지며, BOD와 질소 함량의 지수(quotient)는 2.0 미만인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
임의의 비과립형 슬러지의 체류시간은 수력학적 체류시간의 1 내지 2배의 범위로 존재하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(d)는, 다수의 평행하게 경사진 플레이트들을 포함하는 경사진 플레이트 세틀러(settler)에서 분산물을 분리시키는 것을 포함하며, 상기 분산물은 3 내지 15 m/h의 범위로 상향 속도에서 상기 경사진 플레이트들 사이에서 유동되는 방법.
- 제4항에 있어서,
분산물은 4 내지 12 m/h의 범위로 상향 속도에서 상기 경사진 플레이트들 사이에서 유동되는 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(c) 동안, 단계(c)와 단계(d) 사이 또는 단계(d) 동안, 상기 슬러지 과립들에 전단이 적용되는 방법.
- 제6항에 있어서,
50 내지 500 s-1 범위의 전단 속도에서 전단이 적용되는 방법.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
3 내지 20 m/h 범위의 겉보기 기체 속도(superficial gas velocity)에서 반응기에서의 폐수를 통해 기체를 유동시킴으로써, 상기 슬러지 과립들에 전단이 적용되는 방법.
- 제8항에 있어서,
기체는 5 내지 15 m/h 범위의 겉보기 기체 속도에서 반응기에서의 폐수를 통해 유동되는 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,
단계(c)에서 수득된 기체 스트림은 반응기에 재순환되어서 폐수를 통해 유동된 기체의 적어도 일부를 형성하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
수력학적 체류시간은 1시간 내지 1일의 범위로 존재하는 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(c)에서 용해된 산소의 농도는 1.0 내지 3.0 mg/L의 범위로 존재하는 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
반응기는 5 미만의 높이 대 직경 비율을 갖는 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
암모늄을 포함하는 폐수의 스트림은, 산업 또는 가정 폐수 스트림으로부터 BOD를 제거함으로써 제공되는 방법.
- 제14항에 있어서,
산업 또는 가정 폐수로부터 제거된 BOD는 혐기성 소화에 가해져서 바이오가스를 수득하는 방법.
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