KR20160090300A - 자연적으로 발생하는 생물학적 증식 배지들을 이용하여 오염된 유동체들내 물질들의 감소 - Google Patents

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Abstract

제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 지방 자치, 상업용, 산업용, 및 기관 유동체들에 처리 프로세스는 접촉기, 포말기, 및 분리기를 포함한다. 유동체내 정착된, 순응 미생물 증식물을 포함하는 혼합물을 제공하기 위해서 유동체는 접촉기에서 분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM”), 미생물 증식물 접종원, 및 유동체의 적어도 일부와 혼합된다. 혼합물은 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 PNLM에 대한 물리적 바인딩 및 화학적 본딩, 바이오슬러지내 미생물 증식물에 의한 추가적 생리학적 흡수가 포말기로부터 토출되는 유동체내 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 농도를 제 2 농도로 줄이는 포말기로 도입된다. 바이오슬러지는 재생된 PNLM의 적어도 일부를 접촉기로 회수시키기 위해 분리된다.

Description

자연적으로 발생하는 생물학적 증식 배지들을 이용하여 오염된 유동체들내 물질들의 감소 {REDUCTION OF SUBSTANCES IN CONTAMINATED FLUIDS USING A NATURALLY OCCURRING BIOLOGICAL GROWTH MEDIA}
본 개시는 전반적으로 하나 이상의 오염 물질들을 함유하는 유동체들의 미생물학적 처리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM들”)을 이용하는 미생물학적 처리 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
생물학적 처리 시스템들은 지방 자치, 산업용, 및 상업용 물 처리 분야들 도처에서 발견된다. 생물학적 처리 시스템은 미생물 성장 (예를 들어, pH, 용존 산소량, 영양분들, 및 온도)에 유리한 조건들을 유지하야 시스템내 존재하는 생물학적 유기체들은 오염 물질들의 적어도 일부 또는 물에 존재하는 다른 물질들을 생물학적 증식물 (즉, 바이오매스(biomass)에 증가)로 및 하나 이상의 선호되는 부산물들 예컨대 물, 이산화탄소, 및 메탄으로 변환시킨다. 전통적으로, 생물학적 처리 시스템들은 주거용의, 기관, 상업용, 및 산업용 시설들로부터 수집된 폐기물 예컨대 하수를 음료로 적합한 물로 처리한다. 때때로, 생물학적 처리 시스템은 산업 및 상업용으로부터 추가 폐기물들을 수신한다. 다른 때에는, 생물학적 처리 시스템은 특별히 산업용 및 상업용 시설들에서의 많은 양의 빗물 유출을 또한 수용할 수 있다. 폐수를 생성하는 서로 전혀 다른 성질의 소스들이 주어진다면, 생물학적 처리 설비들은 하수 폐기물, 흙, 잔해, 오일, 및 그리스(grease)의 임의의 조합을 수신할 수 있다.
가변적 폐수 상태들을 수용하기 위해, 생물학적 처리 시스템들은 일반적으로 세개의 스테이지들을 포함하고, 흔히 주 처리, 2차 처리, 및 3차 처리로 지칭된다. 유입 폐수는 많은 스크린들, 필터들을 통과하거나 또는 크고 및/또는 밀도가 높은 잔해 (예를 들어, 모래, 바위, 헝겊, 막대기들, 플라스틱 백들, 및 다른 “쓰레기(trash)”)을 제거하기 위해 체로 걸러진다. 스크린된 폐수는 주 처리 스테이지로 흐른다. 주 처리 스테이지는 빈번하게는 유입 폐수를 수신하기 위해 무활동의(quiescent) 침사지 또는 침전지의 사용을 수반한다. 폐수에 존재하는 더 무거운 고형물은 침전지(settling basin)에 가라앉는 경향이 있고 드래그들(drags), 스크레이퍼들, 또는 유사한 장비를 이용하여 제거된다. 더 가벼운 재료들 예컨대 오일 및 그리스 및 부유 고형물은 침전지에 뜨는 경향이 있고 스키머(skimmer)들 또는 유사한 장비를 이용하여 제거된다. 적어도 일부 경우들에서, 하나 이상의 응집제들이 더 밀도가 높고, 더 용이하게 가라앉는 고형물의 형성을 촉진시키기 위해 침전지들에 도입될 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 용해된 공기가 폐수에 존재하는 오일들 및 그리스들의 적어도 일부를 수용하는 더 용이하게 탈지되는 거품 또는 포말(froth)의 형성을 촉진시키기 위해 침전지들에 도입될 수 있다. 이제 침전지에 제거된 더 무겁고 및 더 가벼운 고형물이 없는 정화된 물은 주 처리 스테이지로부터 2차 처리 스테이지로 흐른다.
2차 처리는 인체 폐기물, 음식 폐기물, 비누, 세제, 동물 프로세싱, 유기 및 무기 비료 유출, 및 유사한 것으로부터 유래된 하수를 분해시킨다. 2차 처리 스테이지는 또한 하나 이상의 물질- 폐수에서 발견되는 오염 물질들, 예를 들어 탄화수소 프로세싱 동작들 또는 거리/주차장 유출 동안에 생성된 폐수에 존재할 수 있는 탄화수소들을 분해시키기 위해 사용되는 미생물학적 유기체들을 또한 포함할 수 있다. 2차 처리 프로세스는 전형적으로 포말기에서 박테리아 및 원생동물은 생분해가능한 가용성 유기 오염 물질들 예컨대 설탕, 유지(fats), 유기 짧은-체인 탄소 분자들, 및 유사한 것을 소모시키고 다른 가용성 파편들이 없는 것을 응집된 덩어리로 바인딩하는 호기성 생물학적 프로세스의 사용을 수반한다.
2차 처리 시스템들은 미생물 증식물이 폐수와의 연속적인 또는 간헐적인 접촉상태에 있는 표면상에서 발생하는 고정된-필름 또는 부착된-증식 시스템들을 포함할 수 있다. 전형적인 예들은 살수여상(tricking filter), 바이오타워(biotower)들, 및 회전하는 생물학적 접촉기들을 포함한다. 2차 처리 시스템들은 폐수로부터 유기 재료들을 제거하기 위한 생물학적 플록(biological floc)의 증식을 촉진시키기 위해 포말기를 통하여 산소 함유 가스를 억지로 밀어 넣는 활성화된 슬러지 처리 시스템들을 포함할 수 있다. 2차 처리의 다른 형태들은 호기성 입상(granular) 슬러지, 표면-통기식 웅덩이, 여과대들, 구성된 습지, 생물학적 여상법(biological aerated filter), 회전하는 생물학적 접촉기들, 및 멤브레인 반응기들을 포함한다.
2차 처리 시스템내에 형성된 슬러지는 분리기 예컨대 청징기-침강 수조(clarifier-settler)에서 정화되고 가라앉혀진다. 일부 경우들에서, 슬러지의 일부는 미생물 모집단 유입 폐수에 존재하는 특정 구성물들, 오염 물질들, 또는 물질들에 순응된(acclimated) 미생물 모집단을 지속적으로 유지시키기 위해 설비 유입수(facility influent)로 재생될 수 있다. 가라 앉혀진 슬러지의 적어도 일부는 예를 들어 하나 이상의 원심 분리기들 또는 필터들을 통하여 폐기 전에 추가의 물을 제거하도록 추가로 프로세스 될 수 있다.
지방 자치, 산업용, 상업용, 및 기관 섹터들에 의해 발생된 폐기물들은 전형적으로 유동체 예컨대 하나 이상의 부유 물질들 및/또는 하나 이상의 용해된 물질들 전달하는 물을 포함한다. 이들 물질들은 하나 이상의 미생물 유기체들에 의해 생분해가능한 하수 및 탄화수소들과 같은 물질들을 함유하는 탄소를 포함할 수 있다. 상기 물질들은 하나 이상의 미생물 유기체들 (예를 들어, 질산염들은 질소 가스로 변환될 수 있다)에 의한 형태로 변환될 수 있는 및/또는 하나 이상의 미생물 유기체들 (예를 들어, 인은 임의 미생물 유기체들의 셀룰러 구조내에 저장될 수 있다)의 구조내에 동화될 수 있는 무기 화합물들 예컨대 질소 및 인 함유 화합물들을 포함할 수 있다. 모든 생물학적 처리 시스템들은 상기 미생물 유기체들이 상기 물질들을 분해시키거나 또는 그렇지 않으면, 동화시킬 수 있는 환경에서 상기 미생물 유기체들과 상기 하나이상의 물질들을 함유하는 유동체를 접촉시키는 것에 의존한다.
상기 유동체를 미생물 유기체들과 접촉시키기 위한 한가지 확립된 방법은 정착된 미생물 증식물을 포함하는 고정된 필름을 가로질러 상기 유동체를 통과시키는 것에 의한다. 이런 고정된 필름 처리 시스템(fixed film treatment system)들은 빈번하게 시간에 따라 성능이 저하될 수 있고 주기적이고, 비용이 많이 드는, 정화 및/또는 재배치를 필요로 할 수 있는 플라스틱 또는 다른 생분해가능하지 않은 생물학적 지지 배지들을 사용한다. 처리에서 새로운 성장들은 상기 미생물 유기체들이 기계적 및/또는 공기 교반(agitation)을 이용하여 상기 유동체 전체로 확산되는 부유 증식 시스템들의 사용을 포함한다.
활성화된 슬러지 시스템들은 바이오슬러지의 형성을 최소화하면서 상기 반응기내 고 바이오매스(biomass) 농도를 달성하기 위해 고 바이오슬러지 리사이클 비율(recycle ratio)에서 동작될 수 있다. 이런 고 리사이클 비율들은 그러나 상기 청징기내 슬러지 에이지(sludge age)를 증가시키는 경향이 있다. 상기 청징기내 상기 슬러지 에이지를 증가시키는 것은 유기체들의 축적 예컨대 사상균, 뿐만 아니라 생물학적 억제 화합물들의 축적으로 귀결될 수 있고, 이들 둘 모두는 상기 청징기에 슬러지를 정착시키는 능력을 저해할 수 있다.
발전된 고정-필름 반응기 디자인들 예컨대 유동화(fluidized) 또는 패키징된(packed) 슬러지 베드 시스템들은 효율 및 안정성, 특별히 높은 정도의 분해가 희망되는 경우에 효율 및 안전성이 입증되었다. 이런 고정-필름 시스템들의 한가지 중요한 컴포넌트는 미생물 증식물을 정착시키기 위해 사용되는 배지들(media)이다. 상기 배지들은 마이크로유기체들의 부착 및 증식을 고려한 큰 양의 표면적을 가져야 한다. 추가적으로, 상기 배지들은 값이 싸고, 강건해야 한다. 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM들”), 예컨대 분말 케나프(powdered kenaf)는 이런 지지 배지들을 제공할 수 있다. 부유 증식 처리 프로세스에 추가된 때, 상기 PNLM는 상당한 수의 유익한 미생물 유기체들을 포함하는 강건한 생물막의 성장을 지원하는 생물학적 증식 배지들 뿐만 아니라 흡착제로서 동작한다.
지지 배지들로서 PNLM들의 사용은 상기 처리 프로세스내 바이오매스 지속 및 정착을 개선시킬 수 있고 그렇게 함으로써 바이오슬러지를 재사용 능력을 개선시키고, 바이오슬러지 에이지를 증가시키고, 및 전체 바이오슬러지 생산을 줄인다. 상기 PNLM들의 지지 성질 뿐만 아니라 상기 유동체에 의해 전달된 물질들을 흡수하는 PNML들의 능력은 상기 청징기로의 충격 부하(shock loading)을 완화시키고 상기 처리 프로세스에 업셋(upset)의 가능성을 줄이는 경향이 있다. 생분해가능하지 않은 지지 필름들과 달리, PNLM들은 생분해가능하고(biodegradable) 그것의 유효 수명(useful life) 후에는 효율적으로 처리될 수 있다.
예시적인 생물학적 처리 시스템은 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 유동체가 PNLM 생물학적 증식 배지들 예컨대 분말 케나프 및 상기 PNLM 생물학적 증식 배지들 상에 정착되고(established), 순응된, 미생물 유기체들을 함유하는 바이오슬러지의 접종원과 혼합되는 접촉기(contactor)를 포함한다. 상기 정착되고, 순응된 미생물 유기체들은 상기 추가된 PNLM 생물학적 증식 배지들의 적어도 일부상에 생물막(biofilm)을 형성하기 위한 상기 접촉기내 조건들이 유지된다.
포말기는 상기 접촉기로부터 간헐적인, 주기적인, 또는 연속적인 기준에서 배출되는 상기 순응 미생물 증식물을 수신한다. 일부 경우들에서, 상기 포말기는 상기 제 1 농도에 상기 하나 이상의 물질들을 포함하는 추가 유동체를 수신할 수 있다. 공기와 같은 산소 함유 가스가 하나 이상의 분배기들 또는 유사한 것을 통하여 상기 포말기에 추가된다. 상기 포말기내 조건들은 상기 포말기의 하단 부분에 축적되는 부유 바이오슬러지의 형태로 추가 미생물 유기체들의 성장을 촉진한다. 상기 접촉기 및 포말기내 존재하는 PNLM 생물학적 증식 배지들은 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부를 흡수한다. 상기 PNLM 생물학적 증식 배지들에 의해 전달된 상기 미생물 증식물은 또한 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부를 분해시키거나 또는 소모한다. 이제 제 2 농도로 낮아진 적어도 일부의 상기 하나 이상의 물질들을 갖는 상기 유동체는 상기 포말기의 상단 부분에 축적된다. 상기 제 2 농도에 상기 하나 이상의 물질들을 포함하는 상기 유동체의 적어도 일부는 상기 포말기를 빠져나간다.
상기 포말기내 상기 바이오슬러지의 적어도 일부는 상기 PNLM 생물학적 증식 배지들상에 정착되고, 순응된, 미생물 유기체들을 함유하는 바이오슬러지의 접종원을 제공하기 위해 상기 접촉기로 재생된다. 상기 포말기내 상기 남은 부분 상기 바이오슬러지의 적어도 일부는 분리기로 배출된다. 상기 분리기는 상기 바이오슬러지로부터 상기 PNLM 생물학적 증식 배지들의 적어도 일부를 분리시킨다. 상기 분리된 PNLM 생물학적 증식 배지들의 적어도 일부는 상기 접촉기로 재생된다. 상기 PNLM 생물학적 증식 배지들로부터 분리된 상기 미생물 바이오매스 상기 분리기를 빠져나간다.
제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 유동체를 처리하는 시스템은 이하를 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 접촉기; 포말기; 및 분리기를 포함하되, (a) 상기 접촉기는: (i) 상기 제 1 농도에 상기 하나 이상의 물질들을 포함하는 상기 유동체의 제 1 부분을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부(inlet connection); (ii) 적어도 하나의 분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM:powdered natural lignocellulosic material”)를 포함하는 생물학적 증식 배지들을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;(iii) 미생물 증식물을 포함하는 생물학적 슬러지 (“바이오슬러지(biosludge)”)을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; 및 (iv) 상기 유동체, 상기 생물학적 증식 배지들, 및 상기 미생물 증식물을 포함하는 혼합물을 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부(outlet connection);를 포함하고, (b) 상기 포말기는:(i) 상기 제 1 농도에 상기 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 남은 부분을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; (ii) 상기 적어도 하나의 접촉기 아울렛 연결부에 유동적으로(fluidly) 결합된 적어도 하나의 인렛 연결부로서, 상기 적어도 하나의 인렛 연결부는 상기 혼합물의 일부 또는 전부를 수신하고;(iii) 산소 함유 가스를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; (iv) 상기 미생물 증식물의 적어도 일부에 의한 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 생리학적 소모를 통한 적어도 상기 미생물 증식물 및 상기 생물학적 증식 배지들을 포함하는 바이오슬러지의 형성을 호기성에서 자극하기 위해 상기 혼합물내로 상기 산소 함유 가스를 확산시키는 적어도 하나의 가스 확산 시스템 ; (v) 제 2 농도에 상기 하나 이상의 물질들의 일부 또는 전부를 포함하는 유동체를 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 제 2 농도는 상기 제 1 농도보다 낮은; 및 (vi) 상기 바이오슬러지의 제 1 부분을 상기 접촉기로 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부;를 포함하고 및 (c) 상기 분리기는 상기 바이오슬러지의 남은 부분을 생물학적 성분 및 적어도 약 60 wt % 생물학적 증식 배지들을 포함하는 분리된 생물학적 증식 배지들 성분으로 배분하고, 상기 분리기는: (i) 상기 포말기에 의해 배출된 상기 바이오슬러지의 남은 부분을 수신하는 상기 적어도 하나의 포말기 아울렛 연결부에 유동적으로 결합된 적어도 하나의 인렛 연결부;(ii) 상기 바이오슬러지를 유동체-풍부 부분 및 바이오슬러지-풍부 부분으로 배분하는 적어도 하나의 액상물/고형물 분리 스테이지; (iii) 상기 바이오슬러지-풍부 부분의 적어도 일부를 상기 분리된 생물학적 증식 배지들 성분 및 상기 생물학적 성분으로 배분하는 적어도 하나의 고형물/고형물 분리 스테이지; (iv) 상기 유동체-풍부 부분의 일부를 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부(discharge connection);(v) 상기 생물학적 성분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부; 및 (vi) 상기 분리된 생물학적 증식 배지들 성분의 적어도 일부를 상기 접촉기에 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부를 포함한다.
상기 PNLM는 분말 케나프를 포함할 수 있다. 상기 유동체는 물을 포함할 수 있고 상기 하나 이상의 물질들은 하나 이상의 탄화수소들을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 탄화수소들은: 벤젠 화합물, 톨루엔 화합물, 에틸벤젠 화합물, 크실렌 화합물, 및 페놀 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 제 1 농도는 약 400 ppm을 초과할 수 있다. 상기 제 2 농도는 20 ppm보다 작을 수 있다. 상기 하나 이상의 물질들은: 암모니아 및 수소 설파이드 중 하나이상을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 농도는 약 20 ppm을 초과할 수 있다. 상기 제 2 농도는 5 ppm보다 작을 수 있다. 상기 유동체는 물을 포함할 수 있고 상기 하나 이상의 물질들은 하나 이상의 4원의 아민 화합물들을 포함할 수 있다. 상기 액상물/고형물 분리 스테이지는: 중력 침전지, 원심 분리기, 또는 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 고형물/고형물 분리 스테이지는: 하나 이상의 원심분리기들, 하나 이상의 하이드로사이클론들, 및 하나 이상의 드럼 분리기들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 접촉기는 적어도 하나의 표면 고형물 제거 시스템을 더 포함할 수 있다. 상기 접촉기는 적어도 하나의 바닥 고형물 제거 시스템을 더 포함할 수 있다. 상기 상기 접촉기는 상기 유동체, 상기 생물학적 증식 배지들, 및 상기 미생물 증식물이 호기성 상태에서 유지되는 호기성 접촉기를 포함할 수 있다.
유동체내 존재하는 하나 이상의 물질들의 농도를 제 1 농도로에서 상기 제 1 농도보다 더 낮은 제 2 농도로 낮추는 방법은 이하를 포함하는 것으로 요약될 수 있다:순응 미생물 증식물을 제공하기 위해서 접촉기에서 상기 미생물 증식물을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계; 상기 순응 미생물 증식물, 상기 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체 및 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM”)를 포함하는 생물학적 지지 배지들의 적어도 일부를 포말기로 도입하는 단계; 상기 포말기에서 생물학적 지지 배지들 농도를 약 1 밀리그램 생물학적 지지 배지들 / 유동체 리터 (mg/l) 내지 약 5,000 mg/l로 유지시키는 단계; 상기 포말기에서 산소 함유 가스를 상기 유동체 내로 확산시킴으로써 용존 산소량 농도를 약 0.1 밀리그램 산소 / 유동체 리터 (mg/l) 내지 약 5 mg/l 로 유지시키는 단계; 상기 포말기내 상기 미생물 증식물 및 상기 생물학적 증식 배지들을 포함하는 생물학적 슬러지의 형성을 촉진시키는 단계; 상기 미생물 증식물의 적어도 일부에 의한 상기 유동체내 존재하는 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 생리학적 소모를 통하여 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도에서 상기 제 2 농도로 낮추는 단계; 상기 제 2 농도에 상기 물질들의 일부 또는 전부를 함유하는 상기 유동체를 상기 포말기로부터 토출시키는 단계; 및 생물학적 슬러지의 제 1 부분을 상기 포말기로부터 제거하는 단계; 상기 미생물 증식물의 적어도 일부를 포함하는 상기 생물학적 성분의 적어도 일부를 제공하기 위해 상기 생물학적 슬러지의 제 1 부분을 상기 포말기에서 상기 접촉기로 도입하는 단계; 생물학적 슬러지의 남은 부분을 상기 포말기로부터 제거하는 단계; 상기 생물학적 슬러지의 남은 부분을 분리기에서 적어도 약 50% 중량으로 분리된 PNLM 을 포함하는 PNLM 성분 및 상기 미생물 증식물을 포함하는 적어도 생물학적 성분으로 분리시키는 단계; 및 상기 적어도 하나의 PNLM의 적어도 일부를 제공하기 위해서 상기 분리된 PNLM 성분의 적어도 일부를 상기 접촉기로 도입하는 단계를 포함한다.
접촉기에서 미생물 증식물들을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는 호기성 상태에서 상기 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 적어도 일부를 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM”)를 포함하는 생물학적 지지 배지들 및 상기 미생물 증식물의 적어도 일부를 포함하는 생물학적 성분과 결합시키는 단계를 포함한다. 상기 제 1 농도에 상기 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 적어도 일부를 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM”)을 포함하는 생물학적 지지 배지들과 결합시키는 단계는 상기 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 적어도 일부를 케나프를 포함하는 하나 이상의 PNLM를 포함하는 생물학적 지지 배지들과 결합시키는 단계를 포함한다. 미생물 증식물들을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는 미생물 증식물을 약 500 ppmw (parts per million by weight)에서 또는 그 이상에 제 1 농도에 하나 이상의 탄화수소들을 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하고 물을 포함하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계를 포함할 수 있다. 물을 포함하는 유동체를 포함하고, 하나 이상의 탄화수소들을 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하는 환경에 미생물 증식물을 순응시키는 단계는 물을 포함하는 유동체, 벤젠 화합물, 톨루엔 화합물, 에틸벤젠 화합물, 또는 크실렌 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 탄화수소들을 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 미생물 증식물을 순응시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도로부터 상기 제 2 농도로 낮추는 단계는 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도로부터 20 ppmw (parts per million by weight) 또는 그 아래인 제 2 농도로 낮추는 단계를 포함할 수 있다. 미생물 증식물들을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는 미생물 증식물을 약 20 ppmw (parts per million by weight)에 또는 그 이상에 암모니아 화합물 또는 수소 설파이드 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하고, 물을 포함하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도로부터 상기 제 2 농도로 낮추는 단계는 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도로부터 2 ppmw (parts per million by weight) 또는 그 아래인 제 2 농도로 낮추는 단계를 포함할 수 있다. 미생물 증식물들을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는 미생물 증식물을 약 50 ppmw (parts per million by weight)에서 또는 그 이상에서 제 1 농도에 4원의 아민들을 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하고, 물을 포함하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도로부터 상기 제 2 농도로 낮추는 단계는 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도로부터 2 ppmw (parts per million by weight) 또는 그 아래인 제 2 농도로 낮추는 단계를 포함할 수 있다.
분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM”) 및 바이오매스를 포함하는 바이오슬러지를 적어도 50 중량 퍼센트 (wt %) PNLM 및 생물학적 성분을 포함하는 분리된 PNLM 성분으로 분리하는 분리기는 이하를 포함하는 것으로 요약될 수 있다:유동체에 의해 전달된 바이오슬러지를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;상기 바이오슬러지를 유동체-풍부 부분 및 바이오고형물-풍부 부분으로 배분하는 적어도 하나의 액상물/고형물 분리 스테이지; 상기 바이오고형물-풍부 부분을 상기 생물학적 성분 및 상기 PNLM 성분으로 배분하는 적어도 하나의 고형물/고형물 분리 스테이지; 상기 유동체-풍부 부분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부; 및 상기 바이오슬러지로부터 분리된 상기 생물학적 성분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부; 및 적어도 약 50 wt % PNLM를 포함하는 혼합물로서의 상기 PNLM 성분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부를 포함한다.
상기 PNLM는 분말 케나프를 포함할 수 있다. 상기 액상물/고형물 분리 스테이지는: 중력 침전지, 원심 분리기, 또는 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 고형물/고형물 분리 스테이지는: 하나 이상의 원심분리기들, 하나 이상의 하이드로사이클론들, 및 하나 이상의 드럼 분리기들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM”) 및 바이오매스를 포함하는 바이오슬러지를 적어도 50 중량 퍼센트 (wt %) PNLM 및 생물학적 성분을 포함하는 분리된 PNLM 성분으로 분리하는 분리기는 상기 PNLM 성분 및 상기 생물학적 성분을 포함하는 상기 바이오슬러지의 적어도 일부를 제공하기 위해서 상기 PNLM를 통한 미생물 증식물을 지원하는 적어도 하나의 포말기를 더 포함하되, 상기 포말기는: 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 유동체의 적어도 일부를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; PNLM를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부로서, 상기 PNLM의 적어도 일부는 하나 이상의 유기체들의 미생물 증식물을 포함하는 수립된 생물학적 성분을 포함하고;산소 함유 가스를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; 상기 유동체에 의해 전달된 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 상기 미생물 증식물의 적어도 일부에 의한 생리학적 소모를 통하여 미생물 증식물을 호기성상태에서 자극하도록 상기 유동체내로 상기 산소 함유 가스를 확산시키기 위해 상기 적어도 하나의 포말기 제 3 인렛 연결부에서 수신되는 산소 함유 가스를 분배시키는 적어도 하나의 가스 분배 어셈블리; 제 2 농도에 상기 하나 이상의 물질들의 일부 또는 전부를 포함하는 유동체를 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 제 2 농도는 상기 제 1 농도보다 낮은 ; 및 상기 적어도 하나의 분리기 유동체 인렛 연결부에 유동적으로 결합된 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 적어도 하나의 제 2 아울렛 연결부는 상기 유동체에 의해 전달된 상기 바이오슬러지를 배출시키고, 상기 바이오슬러지는 상기 생물학적 성분 및 상기 PNLM 성분을 포함한다.
분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM”) 및 바이오매스를 포함하는 바이오슬러지를 적어도 50 중량 퍼센트 (wt %) PNLM 및 생물학적 성분을 포함하는 분리된 PNLM 성분으로 분리하는 분리기는상기 하나 이상의 유기체들의 미생물 증식물을 포함하는 상기 확립된 생물학적 성분을 포함하는 상기 PNLM의 전부 또는 일부를 상기 포말기로 제공하는 적어도 하나의 접촉기를 더 포함하되, 상기 접촉기는:제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 상기 유동체의 적어도 일부를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; PNLM를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; 상기 적어도 하나의 포말기 유동체 아울렛 연결부로부터의 상기 유동체에 의해 전달되는 상기 생물학적 성분 및 상기 PNLM 성분을 포함하는 상기 바이오슬러지의 적어도 일부는 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; 및 상기 적어도 하나의 포말기 인렛에 유동적으로 결합된 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 적어도 하나의 아울렛 연결부는 상기 PNLM 배출하고, 상기 PNLM의 적어도 일부는 하나 이상의 유기체들의 상기 미생물 증식물을 포함하는 상기 정착된 생물학적 성분을 포함한다.
상기 유동체는 물을 포함할 수 있고 상기 하나 이상의 물질들은 하나 이상의 탄화수소들을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 탄화수소들은 : 벤젠 화합물들, 톨루엔 화합물들, 에틸벤젠 화합물들, 크실렌 화합물들, 및 페놀 화합물들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 물질들은 : 암모니아 및 수소 설파이드 중 하나이상을 더 포함할 수 있다. 상기 유동체는 물을 포함할 수 있고 상기 하나 이상의 물질들은 하나 이상의 4원의 아민 화합물들을 포함할 수 있다.
도면들에서, 같은 도면 번호들 유사한 엘리먼트들 또는 동작들을 식별한다. 도면들에서 엘리먼트들의 사이즈들 및 상대적 상태들은 반드시 축척에 맞도록 도시되지는 않는다. 예를 들어, 다양한 엘리먼트들 및 각도들의 위치들 축척에 맞게 되지 않고, 이들 엘리먼트들의 일부는 도면 가독성을 향상시키기 위해 임의로 확대되고 위치된다. 더구나, 도시된 엘리먼트들의 특정 형상들은 특정 엘리먼트들의 실제 형상에 관한 임의 정보를 전달하도록 의도되지 않고 인식 도면들에서 용이한 인식을 위해 단지 선택된 것이다.
도 1 은 하나의 비 제한적인 예시된 실시예에 따른 처리 프로세스를 증강시키고 바이오슬러지로부터 분리되고 처리 프로세스로 다시 재생되는 분말 천연 목질 섬유소 재료 (PNLM)를 이용하여 유동체내 하나 이상의 물질들의 농도를 줄이기 위한 예시적인 처리 시스템의 블럭 다이어그램이다.
도 2는 하나의 비 제한적인 예시된 실시예에 따른 처리 프로세스를 증강시키고 바이오슬러지로부터 분리되고 처리 프로세스로 다시 재생되는 분말 천연 목질 섬유소 재료 (PNLM)를 이용하여 유동체내 하나 이상의 물질들의 농도를 줄이기 위한 예시적인 처리 시스템의 개략도이다.
도 3은 하나의 비 제한적인 예시된 실시예에 따른 처리 프로세스를 증강시키고 바이오슬러지로부터 분리되고 처리 프로세스로 다시 재생되는 분말 천연 목질 섬유소 재료 (PNLM)를 이용하여 유동체내 하나 이상의 물질들의 농도를 줄이기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
이하의 설명에서, 어떤 특정 세부사항들은 다양한 개시된 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 실시예들이 하나 이상의 이들 특정 세부사항들 없이, 또는 다른 방법들, 성분들, 재료들, 등을 가지고 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 생물학적 처리 시스템들과 관련된 주지의 구조들 예컨대 폭기조, 살수여상, 송풍기들, 펌프들, 필터들, 착색액, 기구류, 및 제어들은 실시예들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 도시되지 않거나 또는 상세하게 설명되지 않는다.
문맥상 다른식으로 요구하지 않는다면, 아래에 명세서 및 청구항들내내, 단어“포함하다(comprise)” 및 그것의 변형들, 예컨대, “comprises” 및 “comprising”는 개방적, 포괄 의미, 즉, as “포함하되, 한정되는 것은 아닌”것으로 해석되어야 할 것이다.
“하나의 실시예” 또는 “일 실시예”에 대한 이 명세서 전체를 통한 언급은 실시예와 관련하여 설명되는 특정 특징부, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체의 여러 곳에서 어구 “하나의 실시예에서” 또는 “일 실시예에서”의 등장은 반드시 모두 동일한 실시예를 나타내는 것은 아니다. 더욱이, 특정한 특징부들, 구조들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에 사용되는, 단수 형태들 “a,” “an,” 및 “the” 은 내용이 명백히 다른 식으로 구술되지 않는다면 복수의 지시 대상을 포함한다. 또한 내용이 명백히 다른 식으로 구술되지 않는다면 용어 “또는(or)”는 일반적으로 “및/또는”를 포함하는 의미로 사용되는 것에 또한 유의하여야 한다.
본 출원에 제공된 개시의 제목 및 요약은 단지 편의를 위함이고 실시예들의 범위 또는 의미를 판단하지 않는다.
도 1 은 하나 이상의 실시예들에 따른 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체(fluid) (102)를 위한 일 예의 처리 시스템 (100)를 도시한다. 처리 시스템 (100)은 유동체 (102)에 존재하는 고형물 및/또는 미립자의 물질의 적어도 일부를 제거하는 옵션의 전처리 스테이지 (10)를 포함한다. 제 1 농도의 하나 이상의 물질들을 포함하는 유동체 (102)는 전처리 스테이지 (10)로부터 하나 이상의 접촉기(contactor)들 (120)로 흐른다. 하나 이상의 접촉기들 (120)에서, 적어도 하나의 분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM : powdered natural lignocellulosic material”) (106) 및 재생된(recycled) 바이오슬러지(biosludge) (108)를 포함하는 생물학적 증식 배지(biological growth media)들 (104)가 유동체 (102)에서 확산된다. 하나 이상의 접촉기들 (120)에서, 영양분들 및/또는 물질들이 유동체 (102)에 존재하고 및 바이오슬러지 (108)로 재생된 생물학적 유기체들은 생물학적 증식 배지들 (104) 상에서 미생물 증식물을 촉진시킨다. 적어도 일부 경우들에서, 생물학적 증식 배지들 (104)은 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (PNLM들)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 접촉기들 (120)은 생물학적 유기체들에 유동체 (102)에 존재하는 하나 이상의 물질들의 제 1 농도에 변화들 및/또는 조성물에서의 변화들에 점차적으로 순응하는 기회를 제공한다. 하나 이상의 접촉기들 (120)은 또한 서지(surge) 및/또는 업셋(upset) 조정 용량(equalization capacity)에 최소화 또는 그렇지 않으면, 유동체 (102)에 존재하는 물질의 제 1 의 농도에서의 급격한 변화들 또는 흐름에서의 급격한 변화들의 영향들이 하나 이상의 접촉기들 (120)의 다운스트림의 바이오매스(biomass)에 악영향을 미치고 및/또는 상태를 나쁘게 하는 것의 완화를 제공한다.
순응된 미생물 증식물 (110)을 함유하는 유동체가 하나 이상의 접촉기들 (120)을 빠져나가서 하나 이상의 포말기(aerator)들 (140)로 진입한다. 하나 이상의 포말기들 (140)에서, 추가의, 정착된, 미생물 증식물 (즉, 슬러지 또는 바이오슬러지), 생물학적 증식 배지들, 및 호기성 미생물 활동을 지속하기에 충분한 레벨에 용존 산소량을 포함하는 환경에서 유동체 및 순응 미생물 증식물 (110)이 확산된다. 하나 이상의 포말기들 (140)에 공급되는 산소 함유 가스 (114), 예컨대 공기는 적어도 미생물의 대사 작용의 산소 요건들을 충족시키기에 충분한 레벨에서의 용존 산소량을 제공한다. 하나 이상의 포말기들 (140)내에서는, 우호적이거나 또는 다른 상태의 조건들은 다른 영양분들과 함께 유동체에 존재하는 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 생리학적 소모를 통하여 미생물 증식물 및 재생성을 자극한다. 포말기 (140)에 추가된 생물학적 증식 배지들 (106)은 물리적으로 (예를 들어, 단위 체적당 매우 큰 양의 표면적을 제공함으로써) 및 생리학적으로 (예를 들어, 전분들 및 설탕들을 유동체에 방출하고 시간에 대하여 느리게 분해시킴으로써) 추가의 바이오슬러지 증식 및 성장 (예를 들어, “생물막(biofilm)”)을 지원한다. 유동체에 의해 포말기 (140)로 전달된 물질들의 적어도 일부의 소모는 포말기 (140)에 발생하는 생물학적 및 화학적 분해를 통하여 시간이 흐르면서 감소된다. 따라서, 포말기를 빠져나가는 유동체 (112)에 하나 이상의 물질들의 적어도 일부는 제 1 농도보다 낮은 제 2 농도이다.
예를 들어, 인입 유동체 (102)는 제 1 농도에 하나 이상의 물질들 예컨대 가용성 탄화수소들을 함유하는 유출 스트림(runoff stream) 또는 화학적 프로세스로부터 적어도 부분적으로 공급될 수 있다. 가용성 탄화수소들의 적어도 일부는 유동체에 이런 탄화수소들의 농도를 감소시키는 생물학적 증식 재료에 물리적으로 또는 화학적으로 본딩 될 수 있다. 추가 양의 가용성 탄화수소들은 생물학적 증식 배지들 (106)에 의해 전달된 미생물 모집단(population), 예컨대 속(genera)들 Alcanivorax, Marinobacter , Pseudomonas , 및 Acinetobacter로부터의 알려진 탄화수소 분해 박테리아에 의해 생리학적으로 소모된다. 따라서, 포말기 (140)를 빠져나가는 유동체 (112)는 제 1 농도보다 낮은 제 2 농도의 하나 이상의 물질들 (즉, 가용성 탄화수소들)의 적어도 일부를 포함한다.
다른 예에서, 인입 유동체 (102)는 적어도 부분적으로 제 1 농도에 하나 이상의 물질들 예컨대 암모니아, 질산염, 및 아질산염을 함유하는 비료(fertilizer) 유출 또는 음식물 처리와 같은 하나 이상의 질소함유 폐기물들 소스들로부터 공급될 수 있다. 전형적으로 이런 질소 함유 폐기물들은 박테리아 예컨대 암모니아를 아질산염으로 변환시키기 위해 Nitrosomonas 및 아질산염을 질산염으로 변환시키기 위해 Nitrobacter를 이용하는 질산화/탈질산화(nitrification/denitrification) 프로세스를 이용하여 질소로 변환될 것이다. 박테리아 예컨대 Pseudomonas 및 Clostridium는 혐기성 또는 무산소 상태들에서 질산염을 원소 질소로 변환시킨다. 질소 함유 폐기물들의 적어도 일부는 유동체에 이런 폐기물들의 농도를 감소시키는 생물학적 증식 재료(106)에 물리적으로 또는 화학적으로 본딩 될 수 있다. 따라서, 포말기 (140)를 빠져나가는 유동체 (112)는 제 1 농도보다 낮은 제 2 농도의 하나 이상의 물질들 (즉, 질소 함유 폐기물들)의 적어도 일부를 포함한다.
다른 예에서, 인입 유동체 (102)는 하나 이상의 인 화합물들 예컨대 제 1 농도에서의 인산염(phosphate)들을 함유하는 비료 유출과 같은 하나 이상의 폐기물들의 소스들로부터 적어도 부분적으로 공급될 수 있다. 전형적으로 이런 인 함유 폐기물들은 혐기성 조건들하의 종속영양 박테리아, 소위 PAO(polyphosphate-accumulating organisms)의 셀룰러 구조내 다중인산염으로 축적될 것이다 . 인 화합물들의 적어도 일부는 유동체에 이런 폐기물들의 농도를 감소시키는 생물학적 증식 재료(106)에 물리적으로 또는 화학적으로 본딩 될 수 있다. 따라서, 포말기 (140)를 빠져나가는 유동체 (112)는 제 1 농도보다 낮은 제 2 농도의 하나 이상의 물질들 (즉, 인 화합물들)의 적어도 일부를 포함한다.
다른 예에서, 인입 유동체 (102)는 유기 물질, 마른 잎들, 거름(manure), 하수, 음식 폐기물, 등의 소스들과 같은 고 생화학적 산소 요구량 (“BOD”)을 제공하는 하나 이상의 폐기물 소스들로부터 적어도 부분적으로 공급될 수 있다. 인입 유동체는 하나 이상의 무기의 폐기물들 (예를 들어, 수소 설파이드, 설페이트, 및 인산염들)이 소스들과 같은 고 화학적 산소 요구량 (“COD”)을 제공하는 하나 이상의 폐기물 소스들로부터 적어도 부분적으로 공급될 수 있다. 전형적으로 이런 높은 BOD 및 COD 폐기물들은 포말기 (140) 내 미생물 증식물을 해치지 않고 또는 포말기 (140)내 산소 고갈 환경을 발생시키기 않고서 BOD 및/또는 COD 요건들을 충족시키기 위해서 미생물 증식물을 유지시키는데 전형적으로 요구되는 것 이상의 레벨들에서의 추가의 산소의 공급을 필요로 할 것이다. 고 BOD 및 COD 레벨들을 유발하는 물질들의 적어도 일부는 유동체에 이런 폐기물들의 농도를 감소시키는 생물학적 증식 재료(106)에 물리적으로 또는 화학적으로 본딩 될 수 있다. 추가적으로, 고 BOD 및 COD 레벨들을 유발하는 물질들의 적어도 일부는 생물학적 증식 배지들 (106)에 의해 전달된 미생물 모집단에 의해 생리학적으로 소모된다. 따라서, 포말기 (140)를 빠져나가는 유동체 (112)는 제 1 농도보다 낮은 제 2 농도에서의 하나 이상의 물질들 (즉, BOD 및 COD)의 적어도 일부를 포함한다.
생물학적 증식 배지들 예컨대 PNLM의 사용은 포말기 (140)내 바이오슬러지(biosludge)를 유지시키는 추가 장점들을 제공한다. 물리적으로 및 생리학적으로 미생물 증식물을 지원하는 증식 표면(growth surface)을 제공하는 것에 추가하여, 증식 배지들은 또한 물리적 결합(binding) 또는 화학적 본딩(bonding)을 통하여 유동체 (102)에 존재하는 적어도 일부의 물질들을 흡수한다. 적어도 일부 경우들에서, 처리 프로세스로의 생물학적 증식 배지들 (106)의 추가는 후속 처리 단계들에서 바이오슬러지 침강성(settleability)을 향상시키고, 그렇게 함으로써 바람직하게는 다운스트림에 장비 예컨대 청징기(clarifier)들 및/또는 슬러지 분리기들(sludge separator)의 사이즈를 감소시킨다. 적어도 일부 경우들에서, 처리 프로세스로의 생물학적 증식 배지들 (106)의 추가는 슬러지의 침강성을 저해하는 경향이 있는 Nocardia , 및 Sphaerotilus Natans와 같은 사상균 균류(filamentous fungi) 및 박테리아의 과잉 증식을 꺼려하는 포말기 및 후속 슬러지 분리기들내 조건들을 추가로 생성할 수 있다.
포말기 (140)내 바이오슬러지 볼륨은 포말기 (140)에 수용된 바이오슬러지내 미생물 증식물의 결과로서 연속적으로 증가한다. 많은 경우에, 포말기 (140)내 희망하는 슬러지 에이지(sludge age)를 유지시키는 것은 포말기 (140)로부터 적어도 일부의 바이오슬러지 (116)를 연속적인 또는 간헐적인 기준(basis)에서 배출시키는 것을 필요로 한다. 포말기 (140)로부터 배출된 바이오슬러지 (116)는 미생물 증식물 및 생물학적 지지 배지들 (106) 양쪽 모두를 함유한다. 포말기 (140)로부터 제거된 바이오슬러지 (116)의 부분은 접촉기 (120)로 도입되는 증식 지지 배지들 (106)내 미생물 증식물을 정착시키는 접종원(inoculum)으로서의 도입을 위한 바이오슬러지 (108)로서 연속적인 또는 간헐적인 기준에서 재생된다. 남은 바이오슬러지 (116)의 부분은 분리기 (160)로 흘러간다.
분리기 (160)는 바이오슬러지 (116)를 세개의 주 성분들로 분리시키고, 유동체의 제 1 부분은 액상물-고형물 분리 스테이지 (170)에서 바이오슬러지 (116)로부터 분리되고 제거될 수 있다. 남아있는, 두꺼워진, 바이오슬러지는 그런다음 생물학적 증식 배지들-풍부 분리된 생물학적 증식 배지들 성분으로 구성된 제 2 부분 (142) 및 생물학적 증식 배지들 성분 (142)로부터 제거되거나 또는 다른식으로 분리된 미생물 증식물을 포함하는 미생물 증식물-풍부 생물학적 성분으로 구성된 제 3 부분 (144)으로 분리된다. 생물학적 증식 배지들-풍부 분리된 생물학적 증식 배지들 성분 (142)의 적어도 일부는 포말기 (140)로의 재도입을 위해 접촉기 (120)로 재생된다. 생물학적 미생물 증식물-풍부 생물학적 성분 (144)의 적어도 일부는 후속 후-처리 (예를 들어, 탈수 및/또는 분쇄(disposal))에 이용 가능하다.
도 2 은 하나 이상의 실시예들에 따른 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체(fluid) (102)를 위한 일 예의 처리 시스템 (200)를 도시한다. 적어도 일부 구현예들에서, 유동체 (102)는 주로 지방 자치, 상업용, 산업용, 또는 기관 폐수를 함유하는 수용성 스트림이다. 이런 폐수는 하수 형태의 지방 자치 폐기물 및 다른 가정 폐기물들; 음식물 처리, 경작 형태의 상업용 폐기물, 또는 유사한 폐기물들; 화학적 오염 물질들, 지방들, 오일들, 및 그리스들의 형태에 산업용 폐기물; 또는 기관들 예컨대 학교들, 병원들, 및 유사한 공공 설비들에 의해 발생된 하수 및 다른 폐기물들의 조합 형태의 기관 폐기물을 포함할 수 있다.
소정의 폐수에 발견되는 물질들의 제 1 의 농도는 주로 소스(source)에 의존하여 폭넓게 변화할 수 있다. 전형적인 지방 자치 폐수 (102)는 이하의 농도에 이하의 물질들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다: 약 1500 밀리그램/리터 (mg/l) 또는 그 미만의 총 고형물; 약 1000 mg/l 또는 그 미만의 총 용해된 고형물; 500 mg/l 또는 그 미만의 부유 고형물; 약 100 mg/l 또는 그 미만의 질소 (N); 약 50 mg/l 또는 그 미만의 인 (P); 약 125 mg/l 또는 그 미만의 클로라이드; 약 (250) mg/l 또는 그 미만의 알칼리성 (CaCO3); 약 (200) mg/l 또는 그 미만의 오일 및 그리스; 및 약 500 mg/l 또는 그 미만의 BOD5 (5 일 동안 20℃ 에서의 생화학적 산소 요구량 - 폐수내 생분해가능한 유기 물질의 측정).
산업용 폐수 조성물은 또한 산업 및 주 처리의 유형 및 산업에 의해 폭넓게 변화한다. 정제소 폐수 (102)는 전형적으로 폐수의 화학적 산소 요구량 및 생물학적 산소 요구량 둘 모두를 증가시킬 수 있는 탄화수소들을 함유한다. 예를 들어, 예시적인 정제소 폐기물은 하나 이상의 물질들 예컨대 약 1000 mg/l 또는 그 미만의 자유 탄화수소들; 약 500 mg/l 또는 그 미만의 부유 고형물; 약 700 mg/l 또는 그 미만의 용해된 고형물; 약 150 mg/l 또는 그 미만의 설파이드(S); 약 150 mg/l 또는 그 미만의 암모니아를 함유하는 물과 같은 유동체를 포함할 수 있다. 이런 정제소 폐수는 약 1500 mg/l 또는 그 미만의 화학적 산소 요구량 (“COD”) 및 약 600 mg/l 또는 그 미만의 생물학적 산소 요구량을 가질 수 있다. 탄화수소 물질들은 알칸, 알켄, 순환 화합물들, 및 방향족들을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 예시적인 가금 처리 폐수는 하나 이상의 물질들 예컨대 약 500 mg/l 또는 그 미만의 총 부유 고형물; 약 700 mg/l 또는 그 미만의 지방/오일/그리스 (“FOG”); 약 1,000 mg/l 또는 그 미만의 총 켈달 질소 (“TKN”); 및 약 100 mg/l 또는 그 미만의 총 인을 함유하는 물과 같은 유동체를 포함할 수 있다. 이런 가금 처리 폐수는 약 2,500 mg/l 또는 그 미만의 BOD5; 및 약 3,500 mg/l 또는 그 미만의 COD를 가질 수 있다.
인입 유동체 (102)는 두개의 부분들로 배분될 수 있고, 첫번째, 전체적으로 더 작은, 유동체 부분 (202)은 하나 이상의 인렛 연결부들을 통하여 접촉기 (120)로 도입된다. 두번째, 전체적으로 더 큰, 유동체 부분 (204)은 하나 이상의 인렛 연결부들을 통하여 포말기 (140)로 도입된다. 접촉기 (120)는 시스템 (200)에 포말기 (140)로 도입되기 전에 생물학적 증식 배지들의 존재시에 미생물의 생물막 증식 및 성장을 촉진시키는 능력을 제공한다. 온도, pH, 및 오염 물질들의 농도 및, 필요한 경우, 영양분들은 접촉기 (120)에서 미생물 바이오필름의 증식 및 성장에 유리한 범위에서 유지된다. 접촉기 (120)내 생물학적 증식 배지들 (106)의 존재는 미생물 증식물 및 미생물 바이오필름의 부착을 위한 큰 양의 표면적을 제공한다.
접촉기 (120)는 생물학적 증식 배지들 (206)을 건조된 형태로 또는 슬러리로서 (예를 들어, 물에 확산된 생물학적 증식 배지들로서) 수신한다. 일부 경우들에서, 접촉기 (120)로 전달되는 생물학적 증식 배지들 (206)을 제공하기 위해서 생물학적 증식 배지들-풍부 분리된 생물학적 증식 배지들 성분 (142), 및 새로운 생물학적 증식 배지들 (106)이 전체로 또는 부분으로 결합될 수 있다. 일부 경우들에서, 생물학적 증식 배지들-풍부 분리된 생물학적 증식 배지들 성분 (142)는 전부 또는 일부의 새로운 생물학적 증식 배지들 (106)로부터 추가 분리될 수 있다. 결합된 생물학적 증식 배지들 성분 (142) 및 새로운 생물학적 증식 배지들 (106)은 충분한 접촉기 (120)내 희망하는 생물학적 증식 배지들의 농도를 유지하기 위해서 충분한 비율로 추가된다. 접촉기 (120)내 생물학적 증식 배지들의 농도는 약 10,000 ppm(parts per million) 또는 그 미만; 약 5,000 ppm 또는 그 미만; 약 4,000 ppm 또는 그 미만; 약 3,000 ppm 또는 그 미만; 약 2,000 ppm 또는 그 미만; 약 1,000 ppm 또는 그 미만; 또는 약 500 ppm 또는 그 미만에서 유지될 수 있다. 생물학적 증식 배지들 (106)은 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (PNLM들)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 경우들에서, 생물학적 증식 배지들 (106)는 분말 케나프(powdered kenaf) (Hibiscus cannabinus, Malvaceae 패밀리내 식물)를 포함할 수 있다.
비록 도 2에 도시되지 않았지만, 처리 기술분야에 통상의 기술자들은 미생물 증식물에 유리한 조건들을 유지하기 위해서 추가의 재료들이 접촉기 (120)에 추가될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 정의된 범위(예를 들어, 6.5 내지 8.0)내에서 접촉기 함유량의 pH를 유지하기 위해서 pH 제어 시스템이 접촉기 (120)에 결합될 수 있다. 또한 접촉기 (120)내 미생물 증식물에 유리한 하나 이상의 선호되는 영양분들 (예를 들어, 메탄올)의 정의된 농도를 유지하기 위해 영양분 공급 시스템이 접촉기 (120)에 결합될 수 있다.
접촉기 (120)는 유동체 부분 (202), 생물학적 증식 배지들 (206), 및 포말기 (140)로부터 재생된 바이오슬러지 (108)의 혼합을 촉진시키는 임의 개수의 디바이스들, 성분들, 시스템들, 또는 그것의 조합들을 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 접촉기 (120)는 임의 개수의 교반 용기들을 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 접촉기 (120)는 하나 이상의 온도 제어되는 용기들, 예를 들어 용기들 열 전송 매체들이 순환되는 내부의 가열/냉각 코일들이 구비된 하나 이상의 자켓식(jacketed) 용기들 또는 하나 이상의 용기들을 포함할 수 있다. 접촉기 (120)내 함유량들의 온도는 약 5℃ 내지 약 45°; 약 10℃ 내지 약 40°; 약 10℃ 내지 약 35°; 약 10℃ 내지 약 30°; 약 15℃ 내지 약 30°; 또는 약 15℃ 내지 약 25℃의 온도에 유지될 수 있다. 일부 경우들에서, 접촉기 (120)는 접촉기 (120)로부터 축적된 순응 바이오매스(biomass) 및 생물학적 증식 배지들 (106)의 흐름을 보조하거나 또는 다른식으로 유도하기 위해 드래그(drag)들 또는 스크레이퍼(scraper)들이 구비될 수 있다. 일부 경우들에서, 접촉기 (120)는 하나 이상의 서브표면 라군(lagoon)들 또는 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 하나 초과의 접촉기 (120)가 사용될 수 있고, 예를 들어 많은 접촉기들 (120)이 직렬로 시퀀스될 수 있다. 다른 예에서, 하나 초과의 접촉기 (120)이 많은 상이한 순응 미생물 증식물들을 포말기 (140)에 추가하기 위해 병렬로 배열될 수 있다.
접촉기 (120)의 볼륨은 적어도 부분적으로 유동체 (202), 생물학적 증식 배지들 (206), 및 재생된 바이오슬러지 (108)의 희망하는 유지 시간에 근거하여 결정된다. 접촉기내 희망하는 유지 시간(retention time)은 적어도 부분적으로 생물학적 증식 배지들상에서 미생물 생물막의 정의된 양을 성장시키고 미생물의 생물막을 유동체 (202)에 존재하는 물질들에 순응시키기 위해 요구되는 시간에 기초된다. 접촉기 (120)는 적어도 약 4 hours; 적어도 약 12 hours; 적어도 약 24 hours; 적어도 약 48 hours; 적어도 약 72 hours; 적어도 약 96 hours; 또는 적어도 약 144 hours의 최소 시간동안 유동체 (202), 생물학적 증식 배지들 (206), 및 재생된 바이오슬러지 (108)를 함유하기 위한 사이즈의 하나 이상의 용기들 또는 유사한 컨테인먼트(containment) 구조들을 포함할 수 있다.
일부 경우들에서, 접촉기 (120)는 전체 시간들에 호기성 조건들에 남아 있을 수 있다. 접촉기 (120)는 접촉기 (120)내 정의된 레벨의 용존 산소량을 유지하기 위해서 하나 이상의 포말기들 (210)을 포함할 수 있다. 포말기 (210)는 약 0.1 ppm 또는 그 이상; 약 0.5 ppm 또는 그 이상; 약 1 ppm 또는 그 이상; 약 2 ppm 또는 그 이상; 또는 약 5 ppm 또는 그 이상의 접촉기 (120)내 용존 산소량 레벨을 유지할 수 있다. 일부 경우들에서, 접촉기 (120)는 호기성 상태들과 혐기성 또는 무산소 상태들 사이에서 순환할 수 있거나 또는 교번될 수 있다.
일부 경우들에서, 접촉기 (120)는 전부 또는 일부의 접촉기 (120)내 유동체 (202), 생물학적 증식 배지들 (206), 및 재생된 바이오슬러지 (108)의 균일한 또는 거의 균일한 분배를 촉진시키기 위한 하나 이상의 디바이스들 또는 시스템들을 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 주기적으로, 간헐적으로, 또는 연속적으로 접촉기 (120)의 함유량들의 적어도 일부를 제거 및 접촉기 (120)내 상이한 지점에서 제거된 함유량들을 재도입하기 위해서 하나 이상의 펌프들 (212) 또는 유사한 유동체 서큘레이터들이 사용될 수 있다. 다른 예들에서, 하나 이상의 교반기들 또는 유동체 믹서들 (214)이 접촉기 (120)의 함유량들을 주기적으로, 간헐적으로, 또는 연속적으로 순환시키기 위해 사용될 수 있다. 순응된 미생물의 생물막 (110)을 포함하는 생물학적 증식 배지들이 접촉기 (120)로부터 배출되고 포말기 (140)로 도입된다.
포말기 (140)는 호기성 상태들하에 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 유동체내 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물을 포함하는 바이오슬러지를 유지시키기에 적절한 임의 개수의 컴포넌트들, 디바이스들, 시스템들 또는 그것의 조합들을 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기 (140)는 산소 함유 가스 (114)가 하나 이상의 분배 및/또는 확산 구조들 (246)를 통하여 공급되는 고정된 필름 유형 포말기를 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기 (140)내 현탁액(suspension)내 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물을 유지시키기 위해 산소 함유 가스 (114)가 주기적으로, 간헐적으로, 또는 연속적으로 공급된다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기 (140)는 용존 산소량 레벨이 해당 시간의 적어도 일부에 정의된 범위에서 유지되는 호기성 상태에서 유지될 수 있다. 일부 경우들에서, 약 0.5 ppm 또는 그 이상; 약 1 ppm 또는 그 이상; 약 2 ppm 또는 그 이상; 약 3 ppm 또는 그 이상; 약 4 ppm 또는 그 이상; 또는 약 5 ppm 또는 그 이상의 레벨에서 포말기 (140)내 용존 산소량 레벨을 유지시키기 위해서 분배 또는 확산 구조에 산소 함유 가스 (114)가 공급된다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기 (140)는 포말기내 용존 산소량 레벨이 약 2 ppm 아래; 약 1 ppm 아래; 약 0.5 ppm 아래; 또는 약 0.1 ppm 아래에서 유지되는 무산소 또는 혐기성 상태에서 간헐적으로, 주기적으로, 또는 연속적으로 유지될 수 있다. 포말기 (140)가 때때로 호기성 상태 및 무산소 또는 혐기성 상태에서 유지되는 경우에, 호기성 상태들에서 소비한 시간 대 무산소 또는 혐기성 상태들에서 소비한 시간의 비율은 약 1:1 또는 그 미만; 약 2:1 또는 그 미만; 약 3:1 또는 그 미만; 또는 약 5:1 또는 그 미만일 수 있다.
포말기 (140)내 존재하는 유동체 및 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물간의 긴밀한 접촉은 유동체내 하나 이상의 물질들의 일부 또는 전부의 농도를 제 1 농도로부터 제 2, 더 낮은, 농도로 줄인다. 적어도 일부 경우들에서, 유동체내 존재하는 하나 이상의 물질들의 적어도 일부는 포말기 (140)내 생물학적 증식 배지들 (206)과 물리적으로 바인딩 및/또는 화학적으로 본딩한다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기 (140)내 미생물 증식물은 (102)에 존재하는 하나 이상의 물질들의 적어도를 일부를 생리학적으로 생리학적으로 소모한다. 따라서, 포말기 (140)내 생물학적 증식 배지들 (206) 및 미생물 증식물이 상승작용에 의해 결합되어 유동체내 존재하는 하나 이상의 물질들의 농도를 생물학적 증식 배지들 또는 미생물 증식물이 단독으로 달성할 수 있는 것보다 더 낮은 제 2 농도로 줄인다.
일부 경우들에서, 생물학적 증식 배지들 (206)을 함유하는 바이오슬러지 블랭킷(blanket)(242) 및 주로 정화된 유동체를 함유하는 바이오매스 및 유동체-풍부 계층 (244)을 제공하도록 포말기 (140)내에서 부유 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물이 간헐적으로, 주기적으로, 또는 연속적으로 가라 앉혀지는 것이 허용될 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 유동체-풍부 계층 (244)의 부분이 유동체-풍부 폐수 (112)를 제공하기 위해서 포말기 (140)로부터 제거될 수 있다. 유동체-풍부 계층 (244) 및 유동체-풍부 폐수 (112)에서, 하나 이상의 물질들의 적어도 일부는 유동체 (102)내 물질들의 제 1 농도보다 낮은 제 2 농도에 있다.
예를 들어, 유동체 (102)는 정제소 폐수 오수를 포함할 수 있고 물질들은 약 50 ppm 또는 그 이상; 약 100 ppm 또는 그 이상; 약 200 ppm 또는 그 이상; 약 300 ppm 또는 그 이상; 약 400 ppm 또는 그 이상; 약 500 ppm 또는 그 이상; 또는 약 1000 ppm 또는 그 이상의 제 1 농도에 하나 이상의 탄화수소들을 포함한다. 이런 예에서, 유동체-풍부 폐수 (112)는 하나 이상의 탄화수소들이 약 400 ppm 또는 그 미만; 약 300 ppm 또는 그 미만; 약 200 ppm 또는 그 미만; 약 100 ppm 또는 그 미만; 약 50 ppm 또는 그 미만; 약 25 ppm 또는 그 미만; 약 10 ppm 또는 그 미만; 약 5 ppm 또는 그 미만; 또는 약 1 ppm 또는 그 미만의 제 2 농도를 갖는 물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 유동체 (102)는 가금 처리 폐수 오수를 포함할 수 있고 및 물질들은 약 100 ppm 또는 그 이상; 약 200 ppm 또는 그 이상; 약 300 ppm 또는 그 이상; 약 400 ppm 또는 그 이상; 또는 약 500 ppm 또는 그 이상의 농동에 FOG; 약 500 ppm 또는 그 이상; 약 1000 ppm 또는 그 이상; 약 1500 ppm 또는 그 이상; 또는 약 2000 ppm 또는 그 이상의 농도에 BOD5; 약 500 ppm 또는 그 이상; 약 1000 ppm 또는 그 이상; 약 1500 ppm 또는 그 이상; 또는 약 2000 ppm 또는 그 이상의 COD; 및 약 100 ppm 또는 그 이상; 약 300 ppm 또는 그 이상; 약 500 ppm 또는 그 이상; 또는 약 700 ppm 또는 그 이상의 TKN을 포함한다. 이런 예에서, 유동체-풍부 폐수 (112)는 FOG 농도가 약 400 ppm 보다 낮은; 약 300 ppm 보다 낮은; 약 200 ppm 보다 낮은; 약 100 ppm 보다 낮은; 약 50 ppm 보다 낮은; 또는 약 10 ppm 보다 작고; 약 1000 ppm 보다 낮은; 약 500 ppm 보다 낮은; 약 200 ppm 보다 낮은; 약 100 ppm 보다 낮은; 약 50 ppm 보다 낮은; 또는 약 10 ppm 보다 낮은 BOD5; 약 2000 ppm 보다 낮은; 약 1000 ppm 보다 낮은; 약 500 ppm 보다 낮은; 약 500 ppm 보다 낮은; 약 100 ppm 보다 낮은; 또는 약 50 ppm 보다 낮은 COD; 및 약 500 ppm 보다 낮은; 약 300 ppm 보다 낮은; 약 200 ppm 보다 낮은; 약 100 ppm 보다 낮은; 약 50 ppm 보다 낮은; 또는 약 10 ppm TKN을 포함하는 물 포함할 수 있다.
유동체 (102)에 존재하는 하나 이상의 물질들의 농도를 줄이는 포말기 (140)의 능력은 적어도 부분적으로 포말기 (140)내 바이오슬러지 (또는 슬러지 에이지)의 유지 시간에 기초된다. 적어도 일부 경우들에서, 슬러지 에이지(sludge age), 즉, 포말기 (140)에 의해 매일 생산된 새로운 바이오슬러지 (242)의 질량으로 나누어진 혼합 용액 부유 고형물 (“MLSS: mixed liquor suspended solids”)은, 포말기 (140)에서 약 30 days 또는 그 미만; 약 25 days 또는 그 미만; 약 20 days 또는 그 미만; 약 15 days 또는 그 미만; 약 10 days 또는 그 미만; 약 5 days 또는 그 미만; 또는 약 2 days 또는 그 미만일 수 있다. 포말기 (140)의 성능은 포말기 (140)내 존재하는 MLSS 및 유동체 (102)내 물질들의 그 결과로 생긴 음식-대-질량 (“F/M : food-to-mass”) 비율에 적어도 부분적으로 의존한다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기내 F/M 비율은 약 0.5 kg BOD/Kg MLSS/day 미만; 약 0.4 kg BOD/Kg MLSS/day 미만; 약 0.3 kg BOD/Kg MLSS/day 미만; 약 0.2 kg BOD/Kg MLSS/day 미만; 약 0.1 kg BOD/Kg MLSS/day 미만; 약 0.05 kg BOD/Kg MLSS/day 미만; 또는 약 0.01 kg BOD/Kg MLSS/day 미만으로 유지된다.
적어도 일부 경우들에서, 하나 이상의 응집제들 (248)이 포말기 (140)에 선택적으로 도입될 수 있다. 이런 응집제들은 하나 이상의 유기 폴리머, 염화 제 2 철, 또는 명반(alum)을 포함할 수 있지만 그에 제한되지 않는다.
포말기 (140)는 정의된 상승률 또는 상향 속도를 수용하기에 충분한 직경을 갖는 수직 직선 벽 용기와 같은 지상 구조체를 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기내 상향(upflow) 속도는 약 0.1 미터/시간 (m/h) 또는 그 이상; 약 0.25 m/h 또는 그 이상; 약 0.5 m/h 또는 그 이상; 약 1 m/h 또는 그 이상; 약 2 m/h 또는 그 이상; 또는 약 3 m/h 또는 그 이상일 수 있다. 바람직하게는, 생물학적 증식 배지들의 사용은 포말기에서 보다 빠르게 가라앉는 더 밀한 슬러지로 귀결되는 경향이 있고, 그렇게 함으로써 더 높은 상승율에서의 사용을 허용하고 결과적으로 동등한 유압 로딩에 대하여 더 적은 포말기들의 사용을 허용한다. 포말기 (140)내 바이오슬러지는 미생물 증식물에 기인한 질량으로 증가할 것이다. 포말기 (140)내 바이오슬러지의 정의된 체적을 유지하기 위해서, 간헐적으로, 주기적으로, 또는 연속적으로 바이오슬러지 (116)는 포말기 (140)로부터 제거되고 분리기 (160)로 도입된다. 포말기 (140)로부터 배출된 바이오슬러지 (116)의 고형물 함유량(content)은 약 2 중량 퍼센트 (wt %) 고형물 또는 그 이상; 약 5 wt % 고형물 또는 그 이상; 약 7 wt % 고형물 또는 그 이상; 약 10 wt % 고형물 또는 그 이상; 약 12 wt % 고형물 또는 그 이상; 또는 약 15 wt % 고형물 또는 그 이상일 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 포말기 (140)는 포말기 (140)로부터 바이오슬러지 (116)의 흐름을 가능하게 하기 위해 원뿔 바닥(conical bottom)을 가질 수 있다.
분리기 (160)는 생물학적 증식 배지들을 포말기 (140)로부터 배출된 바이오슬러지 (116)로부터 분리하는 것이 가능한 임의의 컴포넌트들, 디바이스들, 시스템들, 또는 그것의 조합들을 포함할 수 있다. 적어도 일부 구현예들에서, 바이오슬러지 (116)는 유동체-풍부 유동체 (252), 미생물 증식물-풍부 생물학적 성분 (144) 및 생물학적 증식 배지들 (142)을 단일 스테이지에서 제공하도록 분리된다. 다른 구현예들에서, 바이오슬러지 (116)는 유동체-풍부 유동체 (252), 미생물 증식물-풍부 생물학적 성분 (144) 및 생물학적 증식 배지들 (142)을 두개의 스테이지 - 제 1 액상물/고형물 분리 스테이지 (260) 및 제 2 고형물/고형물 분리 스테이지 (280) - 에서 제공하도록 분리된다.
액상물/고형물 분리 스테이지 (260)는 바이오슬러지 (116)로부터 유동체의 적어도 일부를 제거함으로써 바이오슬러지 (116)를 두껍게 한다. 액상물/고형물 분리 스테이지 (260)는 하나 이상의 중력 침전기들, 원심 분리기들, 하이드로사이클론들, 경사진 플레이트 분리기들, 또는 그것의 조합들을 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서 액상물 고형물 분리 스테이지 (260)는 유입 바이오슬러지 (116)를 유동체-풍부 유동체 (252) 및 두꺼워진 바이오슬러지로 분리한다. 일부 경우들에서, 유동체-풍부 유동체 (252)의 적어도 일부는 접촉기 (129)로 재생될 수 있다. 다른 예들에서, 유동체-풍부 유동체 (252)의 적어도 일부는 도2에 미도시된 외부 처리 프로세스로 지향될 수 있다. 적어도 일부 구현예들에서, 액상물/고형물 분리 스테이지 (260)는 액상물/고형물 분리 프로세스 동안에 생물학적 지지 배지들로부터 미생물 증식물의 적어도 일부를 분리할 수 있다.
분리기 (160)로부터 배출된 유동체-풍부 유동체 (252)는 약 15 wt% 또는 그 미만; 약 12 wt% 또는 그 미만; 약 10 wt% 또는 그 미만; 약 8 wt% 또는 그 미만; 약 4 wt% 또는 그 미만; 약 2 wt% 또는 그 미만; 약 1 wt% 또는 그 미만; 또는 약 0.5 wt% 또는 그 미만의 고형물 함유량을 가질 수 있다. 액상물/고형물 분리 스테이지 (260)에 의해 생산된 두꺼워진 바이오슬러지는 약 4 중량 퍼센트 (wt %) 고형물 또는 그 이상; 약 10 wt % 고형물 또는 그 이상; 약 14 wt % 고형물 또는 그 이상; 약 20 wt % 고형물 또는 그 이상; 약 24 wt % 고형물 또는 그 이상; 또는 약 30 wt % 고형물 또는 그 이상의 고형물 함유량을 가질 수 있다.
두꺼워진 바이오슬러지는 고형물/고형물 분리 스테이지 (280)로 배출된다. 고형물/고형물 분리 스테이지 (280)는 고형물/고형물 분리 프로세스 동안에 생물학적 지지 배지들로부터 미생물 증식물의 적어도 일부를 분리할 수 있다. 고형물/고형물 분리 스테이지 (280)는 생물학적 증식 배지들 (142) 및 미생물 증식물-풍부 생물학적 성분 (144)을 제공하기 위해서 미생물 증식물과 생물학적 지지 배지들의 적어도 일부를 분리하는 것이 가능한 하나 이상의 필터들, 스크린들, 또는 다른 분리 디바이스들을 포함할 수 있다. 생물학적 증식 배지들 (142)의 적어도 일부는 접촉기 (120)내 생물학적 증식 배지들의 적어도 일부를 제공하기 위해 재생된다.
분리기 (160)로부터 배출된 생물학적 증식 배지들 (142)은 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물 둘 모두를 포함할 수 있다. 분리기 (160)로부터 배출된 생물학적 증식 배지들 (142)의 고형물 (즉, 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물 둘 다) 함유량은 약 30 wt% 또는 그 이상; 약 40 wt% 또는 그 이상; 약 50 wt% 또는 그 이상; 약 60 wt% 또는 그 이상; 약 65 wt% 또는 그 이상; 약 70 wt% 또는 그 이상; 또는 약 75 wt% 또는 그 이상일 수 있다. 생물학적 증식 배지들 (142)은 약 40 wt% 또는 그 이상 (건조 기준); 약 50 wt% 또는 그 이상; 약 55 wt% 또는 그 이상; 약 60 wt% 또는 그 이상; 약 65 wt% 또는 그 이상; 또는 약 70 wt% 또는 그 이상의 함유량의 생물학적 증식 배지들 함유량을 가질 수 있다. 분리기 (160)로부터 배출된 미생물 증식물 (144)은 약 35 wt% 또는 그 이상; 약 40 wt% 또는 그 이상; 약 45 wt% 또는 그 이상; 약 50 wt% 또는 그 이상; 약 55 wt% 또는 그 이상; 또는 약 60 wt% 또는 그 이상의 미생물 증식물 함유량을 가질 수 있다.
도 3 은 하나 이상의 실시예들에 따른 분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM”)를 포함하는 생물학적 증식 기재상에서의 미생물 증식물을 이용하는 활성화된 슬러지 처리 프로세스를 통하여 유동체내 하나 이상의 물질들의 농도를 제 1 농도로부터 제 2, 더 낮은, 농도로 줄이기 위한 예시적인 처리 방법을 도시한다. 적어도 일부 경우들에서, 처리 프로세스는 상기에서 상세하게 설명된 하나 이상의 접촉기들 (120), 하나 이상의 포말기들 (140), 및 하나 이상의 분리기들 (160)을 포함한다. 처리 방법은 (302)에서 시작된다.
(304)에서, 케나프(kenaf)를 포함할 수 있는 PNLM 생물학적 증식 배지들 (106)이 포말기 (140)로부터 제거된 바이오슬러, 및 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 인입 유동체 (102)의 적어도 일부(202)를 포함하는 접종원(inoculum)과 접촉기 (120)내에서 전체로 또는 부분으로 결합한다. 적어도 일부 경우들에서, 적어도 일부의 PNLM 생물학적 증식 배지들은 하나 이상의 분리기들 (160)에서, 예를 들어 하나 이상의 고형물/고형물 분리기들 (280)에서 분리된 생물학적 증식 배지들을 포함할 수 있다. 적어도 일부 경우들에서, 접촉기 (120)내 유동체의 적어도 일부 (252)는 하나 이상의 분리기들 (160)에서, 예를 들어 하나 이상의 액상물/고형물 분리기들 (260)에서 분리된 유동체-풍부 유동체를 포함할 수 있다.
하나 이상의 접촉기들 (120)에서 생물학적 증식 배지들, 미생물 증식물, 및 유동체의 혼합물 (110)의 유지 시간은 미생물 증식물 접종원에 의한 생물학적 증식 배지들상의 생물막을 정착시키기 위한 시간에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다. 하나 이상의 접촉기들 (120)에서 생물학적 증식 배지들, 미생물 증식물, 및 유동체의 혼합물 (110)의 유지 시간은 유동체(202)내 하나 이상의 물질들의 적어도 일부에 생물막을 순응(acclimate)시키기 위한 시간에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다. 이런 유지 시간은 몇 시간(hour)들만큼 작거나 몇 일(hour)과 같이 많을 수 있다.
하나 이상의 접촉기들 (120)내 조건들 (온도, pH, 영양분들, 등.)은 PNLM 생물학적 증식 배지들 상에서 순응된 생물막을 정착시키기에 유리한 정의된 범위들내에서 유지된다. 하나 이상의 접촉기들 (120)은 호기성 상태들, 무산소 상태들, 혐기성 상태들, 또는 일부 그것의 조합하에서 동작된다.
(306)에서, 하나 이상의 접촉기들 (120)내 순응된, 정착된 미생물 증식물, PNLM 생물학적 증식 배지들, 및 유동체를 함유하는 전부 또는 일부의 혼합물 (110)이 하나 이상의 포말기들 (140)로 도입된다. 혼합물 (110)은 하나 이상의 포말기들 (140)에 간헐적으로, 주기적으로, 또는 연속적으로 도입될 수 있다. 하나 이상의 접촉기들 (120)로부터의 혼합물 (110)에 추가하여, 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 남아있는 유동체 (204)가 또한 하나 이상의 포말기들 (140)로 도입된다. 혼합물 (110) 및 남아있는 유동체 (204)의 부분에 추가하여, 하나 이상의 응집제들(248)이 하나 이상의 포말기들 (140)에 선택적으로 추가될 수 있다. 혼합물 (110) 및 남아있는 유동체 (204)의 부분에 추가하여, 하나 이상의 영양분들이 하나 이상의 포말기들 (140)에 선택적으로 추가될 수 있다.
(308)에서, PNLM 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물을 포함하는 바이오슬러지 (242)의 형성을 촉진하는 선호 또는 다른 조건들이 하나 이상의 포말기들 (140)에서 유지된다. 하나 이상의 포말기들 (140)내 호기성 조건을 생성하기 위해서 하나 이상의 디퓨저들 또는 분배기들 (246)을 통하여 산소 함유 가스 (114), 예컨대 공기가 하나 이상의 포말기들 (140)에 추가된다. 적어도 일부 경우들에서, 하나 이상의 포말기들 (140)은 호기성 상태들, 무산소 상태들, 혐기성 상태들, 또는 일부 그것의 조합하에 있다. PNLM 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물은 바이오슬러지를 통과하는 산소 함유 가스 (114)의 통과에 의해 적어도 어느 정도는 포말기 (140)에서 부유된다. 바이오슬러지를 통과하는 산소 함유 가스 (114)의 통과는 또한 바람직하게는 바이오슬러지 (242)내 무산소 또는 혐기성 “데드 존들(dead zones)” 또는 울혈성 영역들의 형성을 줄인다.
(310)에서, 유동체 (102)에 존재하는 하나 이상의 물질들의 농도는 바이오슬러지 (242)에 존재하는 미생물들에 의해 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 생리학적 흡수(uptake)에 의해 축소된다. 제 2, 더 낮은, 농도에서의 하나 이상의 물질들의 적어도 일부를 포함하는 유동체 부분 (244)이 따라서 하나 이상의 포말기들 (140)에서 형성된다.
(312)에서, 적어도 하나의 포말기 (140)내 정의된 동작 레벨을 유지하기 위해서, 유동체 (244)의 적어도 일부는 유동체 (112)로서 하나 이상의 포말기들 (140)로부터 간헐적으로, 주기적으로, 또는 연속적으로 배출된다. 예를 들어, 지방 자치 폐기물은 유동체 예컨대 물 및 하나 이상의 물질들 예컨대 제 1 농도에서의 FOG 및 질소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 포말기들 (140)내에서, PNLM 생물학적 증식 배지들로의 물리적 바인딩 또는 화학적 본딩은 FOG 및 질소의 적어도 일부를 제거한다. 추가적으로, 하나 이상의 포말기들 (140)내 존재하는 미생물 증식물은 FOG 및 질소의 적어도 일부를 소모시킨다. 따라서, 하나 이상의 포말기들 (140)로부터 배출된 유동체 (112)내 물질들 (즉, FOG 및 질소)의 제 2 농도는 인입 유동체 (102)내 물질들의 제 1 농도보다 낮다.
다른 예에서, 음식물 처리 폐기물은 유동체 예컨대 물 및 하나 이상의 물질들 예컨대 제 1 농도에서의 TKN 및 FOG를 포함할 수 있다. 하나 이상의 포말기들 (140)내에서, PNLM 생물학적 증식 배지들로의 물리적 바인딩 또는 화학적 본딩은 TKN 및 FOG의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 포말기들 (140)내 존재하는 미생물 증식물에 의해 TKN 및 FOG의 적어도 일부가 소모될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 포말기들 (140)로부터 배출된 유동체 (112)내 물질들 (즉, TKN 및 FOG)의 제 2 농도는 인입 유동체 (102)내 물질들의 제 1 농도보다 낮다.
또 다른 예에서, 정제소 폐기물은 유동체 예컨대 물 및 하나 이상의 물질들 예컨대 제 1 농도에서의 짧은 체인 및 방향족 탄화 수소들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 포말기들 (140)내에서, PNLM 생물학적 증식 배지들로의 물리적 바인딩 또는 화학적 본딩은 짧은 체인 및 방향족 탄화수소들의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 포말기들 (140)내 존재하는 미생물 증식물은에 의해 짧은 체인 및 방향족 탄화수소들의 적어도 일부가 소모될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 포말기들 (140)로부터 배출된 유동체 (112)내 물질들 (즉, 짧은 체인 및 방향족 탄화수소들)의 제 2 농도는 인입 유동체 (102)내 물질들의 제 1 농도보다 낮다.
(314)에서, 하나 이상의 포말기들 (140)내 바이오슬러지 (242)의 적어도 일부 (108)는 하나 이상의 접촉기들 (120)내 접종원을 제공하기 위해서 하나 이상의 포말기들 (140)로부터 하나 이상의 접촉기들 (120)로 간헐적인, 주기적인, 또는 연속적인 기준에서 배출된다. 바이오슬러지 (108)는 PNLM 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물 둘 모두를 포함한다.
(316)에서, 적어도 하나의 포말기 (140)에서 정의된 슬러지 에이지 및/또는 바이오슬러지 레벨을 유지하기 위해서, 바이오슬러지 (242)의 적어도 일부는 바이오슬러지 (116)로서 하나 이상의 포말기들 (140)로부터 하나 이상의 분리기들 (160)로 간헐적으로, 주기적으로, 또는 연속적으로 배출된다. 바이오슬러지 (116)는 PNLM 생물학적 증식 배지들 및 미생물 증식물 둘 모두를 포함한다. 하나 이상의 분리기들 (160)에서, PNLM 생물학적 증식 배지들의 적어도 일부가 적어도 50 중량 퍼센트 (건조 고형물 기준) PNLM 생물학적 증식 배지들을 포함하는 PNLM 생물학적 증식 배지들 성분을 제공하기 위해서 바이오슬러지 (116)로부터 분리된다. 적어도 일부 경우들에서, 전부 또는 일부의 분리된 PNLM 생물학적 증식 배지들 성분 (142)이 하나 이상의 접촉기들 (120)내 PNLM 생물학적 증식 배지들 요구의 적어도 일부를 충족시키기 위해서 하나 이상의 접촉기들로 배출된다. 처리 방법은 (320)에서 종료된다.
상기에서 설명된 다양한 실시예들은 추가 실시예들을 제공하기 위해 결합될 수 있다. 그것들이 본 출원에 특정 교리들 및 정의들을 따르지 않는 한도에서, 본 명세서에 언급되고 및/또는 출원 데이터 시트에 열거된 미국 특허들, 미국 특허 출원 간행물들, 미국 특허 출원들, 외국 특허들, 외국 특허 출원들 및 비특허 간행물들의 전부, 한정되는 것은 아니지만: 2013년 10월 23일에 출원된 가 U.S. 특허 출원 일련 번호. 61/894,232, 2006년 1월 20일에 출원되고2007년 7월 26일에 공개된 U.S. 특허 출원 공개 번호. 2007/0170115; 2011년 5월 11일에 출원되고2011년 11월 17일에 공개된 U.S. 특허 출원 공개 번호. 2011/0281321; 2010년 5월 7일에 출원되고 2011년 11월 10일에 공개된 U.S. 특허 출원 공개 번호. 2011/0272350; 및2012년 3월 12일에 출원되고 2013년 9월 12일에 공개된 U.S. 특허 출원 공개 번호. 2013/023379는 그것들의 전체가 참조로서 본 출원에 통합된다. 실시예들의 측면들은 필요하면, 다른 추가 실시예들을 제공하기 위해 다양한 특허들, 출원들 및 간행물들의 프로세스들, 장비, 생물학적 증식 배지들, 및 개념들을 사용하도록 변형될 수 있다.
이들 및 다른 변화들은 상기의-상세한 설명을 고려한 실시예들에 제공될 수 있다. 일반적으로, 이하의 청구항들에서, 사용되는 용어들은 청구항들을 명세서 및 청구항들에 개시된 특정 실시예들에 제한하도록 해석되지 않아야 하지만, 이런 청구항들이 자격을 부여하는 등가물들의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시예들을 포함하도록 해석되어야 한다. 따라서, 청구항들은 개시에 의해 제한되지 않는다.

Claims (23)

  1. 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 유동체(fluid)를 처리하는 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
    접촉기(contactor);
    포말기(aerator); 및
    분리기(separator)를 포함하되,
    (a) 상기 접촉기는:
    (i) 상기 제 1 농도에 상기 하나 이상의 물질들을 포함하는 상기 유동체의 제 1 부분을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부(inlet connection);
    (ii) 적어도 하나의 분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM:powdered natural lignocellulosic material”)를 포함하는 생물학적 증식 배지(growth media)들을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    (iii) 미생물 증식물(microbial growth)을 포함하는 생물학적 슬러지 (“바이오슬러지(biosludge)”)을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; 및
    (iv) 상기 유동체, 상기 생물학적 증식 배지들, 및 상기 미생물 증식물을 포함하는 혼합물을 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부(outlet connection);를 포함하고,
    (b) 상기 포말기는:
    (i) 상기 제 1 농도에 상기 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 남은 부분을 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    (ii) 상기 적어도 하나의 접촉기 아울렛 연결부에 유동적으로(fluidly) 결합된 적어도 하나의 인렛 연결부로서, 상기 적어도 하나의 인렛 연결부는 상기 혼합물의 일부 또는 전부를 수신하고;
    (iii) 산소 함유 가스를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    (iv) 상기 미생물 증식물의 적어도 일부에 의한 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 생리학적 소모를 통한 적어도 상기 미생물 증식물 및 상기 생물학적 증식 배지들을 포함하는 바이오슬러지의 형성을 호기성 상태에서 자극하기 위해 상기 혼합물 내로 상기 산소 함유 가스를 확산시키는 적어도 하나의 가스 확산 시스템;
    (v) 제 2 농도에 상기 하나 이상의 물질들의 일부 또는 전부를 포함하는 유동체를 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 제 2 농도는 상기 제 1 농도보다 낮고; 및
    (vi) 상기 바이오슬러지의 제 1 부분을 상기 접촉기로 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부;를 포함하고, 및
    (c) 상기 분리기는 상기 바이오슬러지의 남은 부분을 생물학적 성분 및 적어도 약 60 wt % 생물학적 증식 배지들을 포함하는 분리된 생물학적 증식 배지들 성분으로 배분하고, 상기 분리기는:
    (i) 상기 포말기에 의해 배출된 상기 바이오슬러지의 남은 부분을 수신하는 상기 적어도 하나의 포말기 아울렛 연결부에 유동적으로 결합된 적어도 하나의 인렛 연결부;
    (ii) 상기 바이오슬러지를 유동체-풍부 부분 및 바이오슬러지-풍부 부분으로 배분하는 적어도 하나의 액상물/고형물 분리 스테이지;
    (iii) 상기 바이오슬러지-풍부 부분의 적어도 일부를 상기 분리된 생물학적 증식 배지들 성분 및 상기 생물학적 성분으로 배분하는 적어도 하나의 고형물/고형물 분리 스테이지;
    (iv) 상기 유동체-풍부 부분의 일부를 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부(discharge connection);
    (v) 상기 생물학적 성분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부; 및
    (vi) 상기 분리된 생물학적 증식 배지들 성분의 적어도 일부를 상기 접촉기로 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부를 포함하는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 PNLM는 분말 케나프(powered kenaf)를 포함하는, 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 유동체는 물(water)을 포함하고 상기 하나 이상의 물질들은 하나 이상의 탄화수소들을 포함하는, 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 하나 이상의 탄화수소들은: 벤젠 화합물, 톨루엔 화합물, 에틸벤젠 화합물, 크실렌 화합물, 및 페놀 화합물 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 하나 이상의 물질들은: 암모니아 및 수소 설파이드 (hydrogen sulfide)중 하나이상을 더 포함하는, 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 유동체는 물(water)을 포함하고 상기 하나 이상의 물질들은 하나 이상의 4원의(quaternary) 아민 화합물들을 포함하는, 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 액상물/고형물 분리 스테이지는: 중력 침전지, 원심 분리기, 또는 필터 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 고형물/고형물 분리 스테이지는: 하나 이상의 원심분리기들, 하나 이상의 하이드로사이클론들, 및 하나 이상의 드럼 분리기들 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 접촉기는 적어도 하나의 표면 고형물 제거 시스템을 더 포함하는, 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 접촉기는 적어도 하나의 바닥 고형물 제거 시스템을 더 포함하는, 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 접촉기는 상기 유동체, 상기 생물학적 증식 배지들, 및 상기 미생물 증식물이 호기성 상태에서 유지되는 호기성 접촉기를 포함하는, 시스템.
  12. 유동체내 존재하는 하나 이상의 물질들의 농도를 제 1 농도에서 상기 제 1 농도보다 더 낮은 제 2 농도로 낮추는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    순응(acclimated) 미생물 증식물을 제공하기 위해 미생물 증식물을 접촉기에서 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계;
    상기 순응 미생물 증식물, 상기 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체 및 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM”)를 포함하는 생물학적 지지 배지들의 적어도 일부를 포말기로 도입하는 단계;
    상기 포말기에서 생물학적 지지 배지들 농도를 약 1 밀리그램 생물학적 지지 배지들 / 유동체 리터 (mg/l) 내지 약 5,000 mg/l로 유지시키는 단계;
    상기 포말기에서 산소 함유 가스를 상기 유동체 내로 확산시킴으로써 용존 산소량 농도를 약 0.1 밀리그램 산소 / 유동체 리터 (mg/l) 내지 약 5 mg/l 로 유지시키는 단계;
    상기 포말기에서 상기 미생물 증식물 및 상기 생물학적 증식 배지들을 포함하는 생물학적 슬러지의 형성을 촉진시키는 단계;
    상기 미생물 증식물의 적어도 일부에 의한 상기 유동체내 존재하는 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 생리학적 소모를 통하여 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도에서 상기 제 2 농도로 낮추는 단계;
    상기 제 2 농도에 상기 물질들의 일부 또는 전부를 함유하는 상기 유동체를 상기 포말기로부터 토출시키는 단계; 및
    생물학적 슬러지의 제 1 부분을 상기 포말기로부터 제거하는 단계;
    상기 미생물 증식물의 적어도 일부를 포함하는 상기 생물학적 성분의 적어도 일부를 제공하기 위해 상기 생물학적 슬러지의 제 1 부분을 상기 포말기에서 상기 접촉기로 도입하는 단계;
    생물학적 슬러지의 남은 부분을 상기 포말기로부터 제거하는 단계;
    상기 생물학적 슬러지의 남은 부분을 분리기에서 적어도 약 50% 중량으로 분리된 PNLM 을 포함하는 PNLM 성분 및 상기 미생물 증식물을 포함하는 적어도 생물학적 성분으로 분리시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 PNLM의 적어도 일부를 제공하기 위해서 상기 분리된 PNLM 성분의 적어도 일부를 상기 접촉기로 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 미생물 증식물을 접촉기에서 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는:
    호기성 상태에서 상기 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 적어도 일부를 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM”)를 포함하는 생물학적 지지 배지들 및 상기 미생물 증식물의 적어도 일부를 포함하는 생물학적 성분과 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 적어도 일부를 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM”)를 포함하는 생물학적 지지 배지들과 결합시키는 단계는:
    상기 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 상기 유동체의 적어도 일부를 케나프를 포함하는 하나 이상의 PNLM를 포함하는 생물학적 지지 배지들과 결합시키는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 미생물 증식물을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는:
    미생물 증식물을 약 500 ppmw (parts per million by weight)에서 또는 그 이상에 제 1 농도에 하나 이상의 탄화수소들을 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하고, 물을 포함하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 청구항 12에 있어서, 상기 미생물 증식물을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는:
    미생물 증식물을 약 20 ppmw (parts per million by weight)에서 또는 그 이상에 제 1 농도에 암모니아 화합물 또는 수소 설파이드 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하고, 물을 포함하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 청구항 12에 있어서, 상기 미생물 증식물을 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계는:
    미생물 증식물을 약 50 ppmw (parts per million by weight)에서 또는 그 이상에서 제 1 농도에 4원의 아민을 포함하는 하나 이상의 물질들을 함유하고, 물을 포함하는 유동체를 포함하는 환경에 순응시키는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM”) 및 바이오매스를 포함하는 바이오슬러지를 생물학적 성분 및 적어도 50 중량 퍼센트 (wt %) PNLM을 포함하는 분리된 PNLM 성분으로 분리하는 분리기로서, 상기 분리기는:
    유동체에 의해 전달된 바이오슬러지를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    상기 바이오슬러지를 유동체-풍부 부분 및 바이오고형물-풍부(biosolids-rich portion) 부분으로 배분하는 적어도 하나의 액상물/고형물 분리 스테이지;
    상기 바이오고형물-풍부 부분을 상기 생물학적 성분 및 상기 PNLM 성분으로 배분하는 적어도 하나의 고형물/고형물 분리 스테이지;
    상기 유동체-풍부 부분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부; 및
    상기 바이오슬러지로부터 분리된 상기 생물학적 성분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부; 및
    적어도 약 50 wt % PNLM를 포함하는 혼합물로서의 상기 PNLM 성분을 배출하는 적어도 하나의 토출 연결부를 포함하는, 분리기.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 PNLM는 분말 케나프(powered kenaf)를 포함하는, 분리기.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 PNLM 성분 및 상기 생물학적 성분을 포함하는 상기 바이오슬러지의 적어도 일부를 제공하기 위해서 상기 PNLM를 통한 미생물 증식물을 지원하는 적어도 하나의 포말기를 더 포함하되, 상기 포말기는:
    제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 유동체의 적어도 일부를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    PNLM를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부로서, 상기 PNLM의 적어도 일부는 하나 이상의 유기체들의 미생물 증식물을 포함하는 정착된(established) 생물학적 성분을 포함하고;
    산소 함유 가스를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    상기 유동체에 의해 전달된 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 상기 미생물 증식물의 적어도 일부에 의한 생리학적 소모를 통하여 미생물 증식물을 호기성 상태에서 자극하도록 유동체내로 상기 산소 함유 가스를 확산시키기 위해 상기 적어도 하나의 포말기 제 3 인렛 연결부에서 수신되는 산소 함유 가스를 분배시키는 적어도 하나의 가스 분배 어셈블리;
    제 2 농도에 상기 하나 이상의 물질들의 일부 또는 전부를 포함하는 유동체를 배출하는 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 제 2 농도는 상기 제 1 농도보다 낮고; 및
    상기 적어도 하나의 분리기 유동체 인렛 연결부에 유동적으로 결합된 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 적어도 하나의 제 2 아울렛 연결부는 상기 유동체에 의해 전달된 상기 바이오슬러지를 배출시키고, 상기 바이오슬러지는 상기 생물학적 성분 및 상기 PNLM 성분을 포함하는, 분리기.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 하나 이상의 유기체들의 미생물 증식물을 포함하는 상기 정착된 생물학적 성분을 포함하는 상기 PNLM의 전부 또는 일부를 상기 포말기로 제공하는 적어도 하나의 접촉기를 더 포함하되, 상기 접촉기는:
    제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 포함하는 상기 유동체의 적어도 일부를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    PNLM를 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부;
    상기 적어도 하나의 포말기 유동체 아울렛 연결부로부터의 상기 유동체에 의해 전달되는 상기 생물학적 성분 및 상기 PNLM 성분을 포함하는 상기 바이오슬러지의 적어도 일부는 수신하는 적어도 하나의 인렛 연결부; 및
    상기 적어도 하나의 포말기 인렛에 유동적으로 결합된 적어도 하나의 아울렛 연결부로서, 상기 적어도 하나의 아울렛 연결부는 상기 PNLM 배출하고, 상기 PNLM의 적어도 일부는 하나 이상의 유기체들의 상기 미생물 증식물을 포함하는 상기 정착된 생물학적 성분을 포함하는, 분리기.
  22. 분말 천연 목질 섬유소 재료 (“PNLM”) 및 미생물 증식물을 포함하는 바이오슬러지를 분리하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    적어도 하나의 PNLM 및 미생물 증식물을 포함하는 바이오슬러지를 포말기로부터 수신하는 단계;
    액상물-풍부 액상물 및 고형물-풍부 두꺼워진 바이오슬러지를 제공하기 위해 상기 바이오슬러지로부터 유동체의 적어도 일부를 분리시키는 단계; 및
    상기 고형물-풍부 두꺼워진 바이오슬러지를 분리기에서 적어도 약 50% 중량으로 분리된 PNLM 을 포함하는 PNLM 성분 및 상기 미생물 증식물을 포함하는 적어도 생물학적 성분으로 분리시키는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 포말기에서, 제 1 농도에 하나 이상의 물질들을 함유하는 유동체 및 하나 이상의 분말 천연 목질 섬유소 재료들 (“PNLM”)를 포함하는 생물학적 지지 배지들을 수신하는 단계;
    상기 포말기에서 생물학적 지지 배지들 농도를 약 1 밀리그램 생물학적 지지 배지들 / 유동체 리터 (mg/l) 내지 약 5,000 mg/l로 유지시키는 단계;
    상기 포말기에서 산소 함유 가스를 상기 유동체 내로 확산시킴으로써 용존 산소량 농도를 약 0.1 밀리그램 산소 / 유동체 리터 (mg/l) 내지 약 5 mg/l 로 유지시키는 단계;
    상기 포말기에서 상기 미생물 증식물 및 상기 생물학적 증식 배지들을 포함하는 생물학적 슬러지의 형성을 촉진시키는 단계;
    상기 미생물 증식물의 적어도 일부에 의한 상기 유동체내 존재하는 상기 하나 이상의 물질들의 적어도 일부의 생리학적 소모를 통하여 상기 유동체내 상기 하나 이상의 물질들의 농도를 상기 제 1 농도에서 상기 제 2 농도로 낮추는 단계;
    상기 제 2 농도에 상기 물질들의 일부 또는 전부를 함유하는 상기 유동체를 상기 포말기로부터 토출시키는 단계; 및
    상기 생물학적 슬러지의 적어도 일부를 상기 포말기로부터 제거하는 단계;를 더 포함하는, 방법.
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