KR20180051529A - 폐수의 처리를 위한 연속적인 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, (a) 폐수와 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 혐기성 대역에서 단계(c)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지와 폐수를 접촉시키는 단계; (b) 물과 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 단계(a)로부터 유래하는 혼합물 및 단계(c)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지를 호기성 대역에 가하는 단계; (c) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 선택 단계에 가하는 단계로서, 슬러지는 침강 속도에 기초하여 선택되고, 저속 침강 슬러지를 함유하는 제 1 부분 및 고속 침강 슬러지를 함유하는 제 2 부분이 수집되고, 고속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 저속 침강 슬러지의 침강 속도보다 크고, 제 1 부분은 단계(b)로 복귀되고, 제 2 부분은 단계(a)로 복귀되는 단계; 및 (d) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 2 부분으로부터 슬러지를 분리하여 처리된 폐수를 얻는 단계를 포함하는, 폐수의 처리를 위한 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐수의 처리를 위한, 특히 미생물들을 이용한 폐수의 2차 처리를 위한 개선된 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
배경
폐수 처리는 전형적으로 수 개의 단계를 포함한다. 1차 처리 동안, 중질(heavy) 고체는 유역(basin)의 바닥에 침강되고, 경질(light) 유성 물질은 물의 표면에 축적된다. 중질 고체 및 경질 오일은 제거되고, 1차-처리된 폐수는 2차 처리에 가해지고, 여기서 용해되고 부유된 생물학적 물질이 제거된다. 2차 처리는 전형적으로 생물학적 물질을 슬러지로 전환시키는 미생물을 사용하여 수행된다. 전형적으로, 2차 처리는 3차 처리와 조합되며, 여기서 인산염 및 질산염과 같은 오염물은 미생물에 의해 제거된다. 폐수의 조합된 2차와 3차 처리는 전형적으로 혐기성 대역, 무산소 대역 및 호기성 대역을 포함하며, 여기서 폐수는 활성 슬러지와 접촉한다. 슬러지에 존재하는 미생물은 슬러지 성장을 수행하며, 여기서 유기물은 슬러지로 전환된다. 잉여 슬러지는 침강에 의해 처리된 물로부터 분리되고, 후속적으로 폐수 처리 플랜트로부터 폐기물로서 배출된다.
폐수의 처리를 위한 방법은 예를 들어 WO 2008/141413에 공지되어 있으며, 여기서 혐기성 및 호기성 대역의 다운스트림에서 폐수와 슬러지의 혼합물은 불연속적으로 작동하는 고속 침강기(settler)로 유도된다. 침강된 슬러지는 혐기성 대역으로 이송되고, 혼합물의 나머지는 제 2 침강기로 보내진다. 대안적인 폐수 처리 시스템은 US 2014/0144836에 기재되어 있으며, 여기서 공정에서 형성된 슬러지의 일부는 중력 셀렉터(gravimetric selector)에 가해진다. 중질 슬러지는 공정에 역으로 공급되는 한편, 경질 슬러지는 사후-처리에 가해진다. 슬러지와 물의 혼합물의 나머지 부분은 침강기로 보내지고, 그의 안에 침강된 슬러지는 처리 방법의 시작으로 재순환된다.
JP 2008/284427에는, 발효된 미가공 슬러지를 유기 폐수로부터 분리하여 유기산을 생성시키고, 유기산을 사용하여 안정적이고 효율적으로 과립 슬러지를 생성하는 폐수 처리 방법이 개시되어 있다. 최종 침강(sedimentation) 단계 후까지는 분리가 없으며, 이는 0.5 mm보다 큰 크기의 과립을 걸러내는 과립 유출 방지 섹션보다 선행된다. 더 큰 부분을 걸러낸 후, 모든 슬러지는 생물학적 처리 및 과립 형성/생산으로 복귀된다.
요즘, 슬러지 플록(flocs)에 반대되는 슬러지 과립의 형성은 폐수의 처리에 최적인 것으로 고려된다. 과립 슬러지는 탁월한 침강 성질을 가지고 있다. 과립 슬러지는 슬러지 플록보다 더 빠르게 침강되므로, 처리된 폐수가 슬러지로부터 분리될 수 있도록 많은 시간(전형적으로 적어도 4 시간) 동안 존재해야 하는 거대한 침강 탱크의 필요성이 제거된다. 과립 슬러지를 사용하면, 폐수 처리 플랜트의 면적이 원래 면적의 5분의 1로 감소시킬 수 있으며, 이는 이러한 플랜트의 환경 영향을 현저히 감소시킨다. 배치식(batch-wise) 폐수 처리 방법에 대한 과립 슬러지의 형성이 공지되어 있다. WO 98/37027 및 WO 2004/024638에 개시되어 있으며, Nereda 폐수 처리 방법에서 성공적으로 실행되었다. 과립 슬러지의 최초 형성 이래로, 현장(field)에서는 연속적인 폐수 처리 방법에서 과립 슬러지의 형성을 가능하게 하는 수단을 찾고자 하였다. 현재까지 이러한 수단은 발견되지 않았다. 본 발명은 과립 슬러지가 형성되고/되거나 유지되는 연속적인 폐수 처리 방법에 대한 필요성을 제공한다.
발명의 요약
본 발명은 폐수의 개선된 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명자는 놀랍게도, 폐수가 연속 방식으로 처리되는 동시에, 슬러지 과립이 폐수 처리 시스템 내에서 형성 및/또는 유지되는 것을 발견하였다. 슬러지 과립이 효과적으로 형성되고 유지되는 폐수의 처리를 위한 연속적으로 작동 가능한 공정은 당해 분야에 전례가 없다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은 혐기성 단계(a), 호기성 단계(b), 슬러지 선택 단계(c) 및 슬러지 제거 단계(d)를 포함한다. 이 방법은, 호기성 단계(b)로부터 유래하는 슬러지의 일부로부터 고속 침강 슬러지(fast settling sludge)를 선택하고, 그의 슬러지를 단계(a)의 혐기성 대역으로 복귀시키는 것을 포함하며, 여기서 이것은 유입 폐수와 접촉한다. 저속 침강 슬러지(slow settling sludge)는 혐기성 대역으로 복귀되지 않고, 대신에 단계(b)의 호기성 대역으로 복귀된다. 이와 같이, 시스템 내의 총 슬러지 함량은 보장되고, 동시에 고속 침강 슬러지의 성장은 촉진되지만, 저속 침강 슬러지의 성장은 그렇지 않다. 통상적인 폐수 처리와 비교하여, 본 방법은 적어도 하나 또는 두 가지 측면에서 상이하다. 먼저, 슬러지의 일부만이 재순환 단계(단계(a) 및 (b)로 재순환됨과 함께 슬러지 선택 단계(c))에 가해지고, 이어서, 재사용된 고속 침강 슬러지가 특이적으로 혐기성 대역으로 복귀되고, 폐수 처리 시스템의 다른 대역으로는 그렇지 않다. 놀랍게도 본 발명자는, 이 2 가지 특징이 폐수의 처리를 위한 연속적인 방법에서 결합될 때, 과립 슬러지가 형성된다는 것을 발견하였다. 고속 침강 슬러지가 혐기성 대역으로 특히 복귀되지 않는 종래 기술의 폐수 처리 방법은, 특히 이 고속 침강 슬러지의 성장을 자극하지 않아서 과립 슬러지가 그의 안에서 형성되지 않는다는 것을 발견하였다.
본 발명에 따른 방법은 종래 기술의 연속적인 폐수 처리 방법에 비해 크게 개선된 것이다. 종래 기술 방법에 대한 개선은 주로 시스템 내에서 과립 슬러지가 형성되고 유지되는 것에 있으며, 이는 본 방법 및 시스템에 몇 가지 이점을 제공한다. 우선, 단계(d)의 침강은 슬러지 플록보다 과립 슬러지가 현저하게 침강됨에 따라 획기적으로 감소될 수 있다. 또한, 단계(d)의 침강은 (증가된) 업플로우(upflow)를 사용할 수 있다. 종래 기술 방법은 이러한 업플로우를 사용하지 않거나, 또는 단지 매우 낮은 업플로우 속도로만 사용한다. 슬러지와 처리된 물의 효과적인 분리를 유지하면서, 더욱 빠른 업플로우는 본 방법에서 사용될 수 있다. 둘째, 호기성 대역으로부터 무산소 대역 및 혐기성 대역까지의 물/슬러지 재순환뿐만 아니라, 혐기성과 호기성 대역 사이의 무산소 탱크의 사용은 필요하지 않으며, 폐수로부터 질소 화합물의 완전한 제거가 여전히 가능하다. 또한, 종래 기술의 방법에서 희석된 플록 슬러지(floccular sludge)와 비교하여, 혐기성 대역에 가해진 슬러지는 과립 슬러지의 농축된 스트림이기 때문에, 혐기성 탱크의 부피가 크게 감소될 수 있다. 이 모든 것은 연속적이고 안정적인 작동 가능한 공정과 결합되며, 여기서 과립 슬러지는 용이하게 유지된다. 이러한 장점은 폐수 처리 플랜트를 획기적으로 간소화시킬뿐만 아니라, 유입 폐수를 줄어들지 않게 정화하는 효능을 높게 유지한다.
바람직한 실시양태의 목록
1. (a) 폐수와 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 폐수를 혐기성 대역에서 단계(c)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지와 접촉시키는 단계;
(b) 물과 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 단계(a)로부터 유래하는 혼합물 및 단계(c)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지를 호기성 대역에 가하는 단계;
(c) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 선택 단계에 가하는 단계로서, 슬러지는 침강 속도에 기초하여 선택되고, 저속 침강 슬러지를 함유하는 제 1 부분 및 고속 침강 슬러지를 함유하는 제 2 부분이 수집되고, 고속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 저속 침강 슬러지의 침강 속도보다 크고, 제 1 부분은 단계(b)로 복귀되고, 제 2 부분은 단계(a)로 복귀되는 단계; 및
(d) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 2 부분으로부터 슬러지를 분리하여 처리된 폐수를 얻는 단계
를 포함하는,
폐수의 처리 방법.
2. 제 1 실시양태에 있어서, 단계(c)의 슬러지 선택은, 바람직하게는 1 내지 25 m/h 범위의 업플로우로 작동되는 업플로우 반응기에서 수행되는, 방법.
3. 제 1 또는 제 2 실시양태에 있어서, 단계(c)는 단계(b)의 혼합물의 제 1 부분과 실질적으로 일정한 공급 속도로 작동하는, 방법.
4. 선행하는 임의의 실시양태에 있어서, 연속적으로 작동되는, 방법.
5. 선행하는 임의의 실시양태에 있어서, 단계(c)에서, 저속 침강 슬러지를 함유하는 제 3 부분은 수집되며, 이는 폐 슬러지로서 배출되는, 방법.
6. 선행하는 임의의 실시양태에 있어서, 혼합물은 단계(a)로부터 단계(b)까지, 단계(b)로부터 단계(c)까지 그리고 단계(b)로부터 단계(d)까지 장벽 없이 이송되는, 방법.
7. 선행하는 임의의 실시양태에 있어서, 단계(d)로부터 유래하는 슬러지의 적어도 일부는 단계(b)로 복귀되는, 방법.
8. 선행하는 임의의 실시양태에 있어서, 단계(c)로부터 유래하는 슬러지의 제 3 부분 및/또는 단계(d)로부터 유래하는 슬러의 적어도 일부는 슬러지 처리에 가해지는, 방법.
9. 선행하는 제 9 내지 제 11 실시양태 중 임의의 하나에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템으로서,
(a) 폐수를 수용하기 위한 그리고 출구(c3)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지를 수용하기 위한 하나 이상의 입구, 및 폐수와 슬러지의 혼합물을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(a3)를 포함하는 혐기성 탱크;
(b) 출구(a3)로부터 유래하는 슬러지와 폐수의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b1), 물과 슬러지 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 셀렉터(c)로 배출하기 위한 출구(b2), 물과 슬러지의 혼합물의 제 2 부분을 세퍼레이터(d)로 배출하기 위한 출구(b3), 및 출구(c2)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b4)를 포함하는 호기성 탱크;
(c) 출구(b2)로부터 유래하는 슬러지와 물의 혼합물의 제 1 부분을 수용하기 위한 입구(c1), 저속 침강 슬러지의 제 1 부분을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(c2), 고속 침강 슬러지의 제 2 부분을 탱크(a)로 배출하기 위한 출구(c3), 및 침강 속도에 기초하여 슬러지를 선택하기 위한 수단(c4)을 포함하는 슬러지 셀렉터; 및
(d) 출구(b3)로부터 유래하는 혼합물의 제 2 부분을 수용하기 위한 입구(d1), 처리된 물을 배출하기 위한 제 1 출구(d2), 및 분리된 슬러지를 배출하기 위한 제 2 출구(d3)를 포함하는, 슬러지를 분리하기 위한 세퍼레이터
를 포함하며,
출구(a3)는 입구(b1)와 유체 연결되고, 출구(b2)는 유체(c1)와 유체 연결되고, 출구(b3)는 입구(d1)와 유체 연결되고, 출구(c2)는 입구(b4)와 유체 연결되고, 출구(c3)는 유닛(a)의 입구와 유체 연결되어 있는 시스템.
10. 제 9 실시양태에 있어서, 유닛(a)은 폐수를 수용하기 위한 제 1 입구(a1) 및 출구(c3)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지를 수용하기 위한 제 2 입구(a2)인 2개의 입구를 포함하며, 출구(c3)는 입구(a2)와 유체 연결되어 있는 시스템.
11. 제 9 또는 제 10 실시양태에 있어서, 슬러지 셀렉터(c)는 호기성 탱크(b)에서 통합되어 있는 시스템.
12. 선행하는 제 9 내지 제 11 실시양태 중 임의의 하나에 있어서, 슬러지 셀렉터(c)는 1 내지 25m/h의 업플로우 속도로 작동할 수 있는 업플로우 반응기인 시스템.
13. 선행하는 제 9 내지 제 12 실시양태 중 임의의 하나에 있어서, 출구(c3)와 입구(a2) 사이의 유체 연결부는 공기 또는 액체의 상향 스트림을 사용하는 펌프 또는 스크류 펌프가 장착되어 있는 시스템.
14. 선행하는 제 9 내지 제 13 실시양태 중 임의의 하나에 있어서, 세퍼레이터(d)는 0.5 내지 10 m/h의 업플로우 속도로 작동할 수 있는 업플로우 반응기인 시스템.
15. 선행하는 제 9 내지 제 14 실시양태 중 임의의 하나에 있어서, 출구(a3)는 입구(b1)와 함께 벽 분리 탱크(a) 및 (b)의 바닥 부분에서 개구의 형태를 취하는 시스템.
도 1은 본 발명에 따른 시스템이다.
상세 설명
본 발명은 폐수의 개선된 처리 방법 및 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된 시스템에 관한 것이다. 숙련자는, 본 발명에 따른 방법에 대해 아래에서 모두 언급된 것이 본 발명에 따른 시스템에 동등하게 적용되고, 그의 반대로도 적용된다는 것을 알 것이다.
방법
본 발명에 따른 방법은
(a) 폐수와 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 혐기성 대역에서 단계(c)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지와 폐수를 접촉시키는 단계;
(b) 물과 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 단계(a)로부터 유래하는 혼합물 및 단계(c)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지를 호기성 대역에 가하는 단계;
(c) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 선택 단계에 가하는 단계로서, 슬러지는 침강 속도에 기초하여 선택되고, 저속 침강 슬러지를 함유하는 제 1 부분 및 고속 침강 슬러지를 함유하는 제 2 부분이 수집되고, 고속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 저속 침강 슬러지의 침강 속도보다 크고, 제 1 부분은 단계(b)로 복귀되고, 제 2 부분은 단계(a)로 복귀되는 단계; 및
(d) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 2 부분으로부터 슬러지를 분리하여 처리된 폐수를 얻는 단계
를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 단계(b)는, 단계(a)에서 얻어진 슬러지와 폐수의 혼합물에 대해 임의의 유의적인 추가 변경 없이 단계(a) 직후에 수행된다. 하나의 실시양태에서, 단계(c)는, 단계(b)에서 얻어진 슬러지와 물의 혼합물의 제 1 부분에 대해 임의의 유의적인 추가 변경 없이 단계(b) 직후에 수행된다. 하나의 실시양태에서, 단계(d)는, 단계(b)에서 얻어진 슬러지와 물의 혼합물의 제 2 부분에 대한 임의의 현저한 변경없이 단계(b) 직후에 수행된다. 하나의 실시양태에서, 단계(a)는, 단계(c)에서 얻어진 고속 침강 슬러지를 함유하는 제 2 부분에 대한 임의의 유의적인 추가 변경 없이 단계(c) 직후에 수행된다. 하나의 실시양태에서, 단계(b)는, 단계(c)에서 얻어진 저속 침강 슬러지를 함유하는 제 1 부분에 대한 어떠한 현저한 변경없이 단계(c) 직후에 수행된다. 하나의 실시양태에서, 단계(a)에서 얻어진 혼합물은 유입 폐수 및 단계(c)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지에 의해 실질적으로 전체적으로 형성된다. 하나의 실시양태에서, 단계(b)에서 얻어진 혼합물은 실질적으로 단계(a)로부터 유래하는 혼합물, 단계(c)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지 및 임의적으로 단계(d)로부터 유래하는 슬러지에 의해 실질적으로 모두가 형성된다. 하나의 실시양태에서, 제 1 부분의 슬러지는 저속 침강 슬러지이고, 제 1 부분은 또한 저속 침강 슬러지의 제 1 부분으로서 지칭될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제 2 부분의 슬러지는 고속 침강 슬러지이고, 제 2 부분은 또한 고속 침강 슬러지의 제 2 부분으로서 지칭될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 임의적으로 얻어진 제 3 부분의 슬러지는 저속 침강 슬러지이고, 제 3 부분은 또한 저속 침강 슬러지의 제 3 부분으로서 지칭될 수 있다.
본 발명의 방법에서, 폐수는, 당해 분야에 공지된 바와 같이, 혐기성 및 호기성 대역을 사용하는 인산염 제거, 질화(nitrification) 및 탈질소화(denitrification)를 포함하는, 미생물을 사용하는 통상적인 폐수 정화에 가해진다. 본 발명에 따른 방법에서, 폐수는 단계(a)의 혐기성 대역에서 고속 침강 슬러지와 접촉된다. 본 발명에 따른 방법의 주요 이점 중 하나가 연속적으로 수행될 수 있다는 것이지만, 배치식(batches-wise) 성능은 배제되지 않는다. 또한, 본 발명자는 연속 작동, 특히 고속 침강 슬러지를 혐기성 대역에 연속적으로 공급함으로써 시스템 내 과립 슬러지의 형성 및 유지를 더욱 최적화한다는 것을 발견하였다. 혐기성 대역에서 계속적인 영양물질 흡수(uptake)는 가장 최적으로 과립 슬러지 형성을 촉진시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 방법은 연속적인 방법인 것이 바람직하다. 여기서, 폐수는 본 발명의 방법의 단계(a)로 연속적으로 공급되는 반면, 처리된 물은 단계(d)로부터 연속적으로 배출된다. (폐수) 물이 공정을 통해, 특히 단계(a), (b) 및 (d)를 통해 진행될 때, 슬러지에 존재하는 미생물은 폐수에 존재하는 유기물을 추가의 슬러지로 전환시킨다. 본 발명에 따른 방법 중 특히 단계(a) 및 (b) 동안, 조건은 슬러지의 성장이 촉진되도록 하는 것이다. 따라서, 슬러지의 양은 증가되지만, 오직 슬러지의 일부만이 공정을 진행시키는 데 필요하다. 따라서, 단계(c)에서, 공정 진행을 유지하는 데 가장 적합한 슬러지, 즉 고속 침강 슬러지가 선택되고, 단계(a)로 복귀된다. 단계(c)에서 제 2 부분으로서 얻어진 이 침강 슬러지는 과립형이며, 우수한 침강 성질을 갖는다. 보다 느리게 침강되고 단계(c)에서 제 1(및 임의로 제 3) 부분으로서 수득되고 단계(d)에서 분리된 슬러지로서 수득되는 슬러지의 잔류 물은 전형적으로 단계(b)의 호기성 대역에 공급되고, 또는 방법에서 배출될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 놀라운 이점 중 하나는 단계(c)에서 공정을 수행하기 위한 최상의 슬러지가 선택되어 단계(a)로 복귀된다는 것이다. 또한, 이는 단계(b)의 말단에 존재하는 완전한 슬러지 분획이 이러한 슬러지 선택을 받아야 하지만, 오직 그의 일부만이 슬러지 선택 단계(c)에 가해져야 하는 동안 달성된다. 슬러지 선택 단계(c)는 원하지 않는 저속 침강 플록 슬러지로부터 원하는 고속 침강 과립 슬러지의 분리를 최적으로 유지하면서, 예를 들어 하기에 기술되는 바와 같이 다소 높은 업플로우 속도를 갖는 업플로우 반응기에서 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법에서, 고속 침강 슬러지 또는 "중질 슬러지(heavy sludge)"(단계(c)로부터 유래하는 제 2 부분)가 유입 폐수와 혼합되어서, 폐수와 슬러지의 혼합물을 형성한다. 이 혼합물은 혐기성 대역에서 직접 형성될 수 있거나, 또는 별도의 셀렉터가 혐기성 대역의 업스트림(upstream)에 존재할 수 있으며, 여기서 슬러지 및 유입 폐수는 혐기성 대역으로 공급되기 전에 혼합된다. 슬러지와 폐수의 혼합물은 단계(a)의 혐기성 대역에 일정 시간 동안 존재한다. 단계(b)의 호기성 대역에, 슬러지(단계(c)로부터 유래하는 제 1 부분)의 일부가 단계(a)로부터 유래하는 혼합물에 첨가된다. 이 부분은 전형적으로 선택 단계(c)로부터의 저속 침강 슬러지 또는 "경질 슬러지(light sludge)"와 관련되기 때문에 주로 비-과립 슬러지를 함유한다. 또한, 단계(b)에서 존재하는 물은 단계(a)에서 유기물의 대부분이 슬러지에 의해 흡수되므로 부분적으로 미리 처리된다. 따라서, 단계(b)의 호기성 대역에 존재하는 혼합물은 슬러지와 물의 혼합물로 지칭된다.
하나의 실시양태에서, 공정은 단계(a)에서 유입 폐수의 제 1 배치를 본 발명에 따른 25 내지 80 중량 %, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량 %의 침강 슬러지를 포함하는 슬러지와 혼합함으로써 유리하게 시작된다. 운송의 부담을 극대화하기 위해서는 최대 값이 바람직하다. 비교적 고속 침강 슬러지의 양은 단계(c)에서 얻어진 중질 슬러지의 양을 최적화하는 것을 돕고, 따라서 단계(c)에서 슬러지 셀렉터의 크기 및 복잡성을 감소시키면서 작동할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 방법으로 또는 본 발명에 따른 시스템으로 처리될 폐수는 전형적으로 유기 영양물질(유기 물질)을 함유한다. 일반적으로 유입 폐수의 생화학적 산소 요구량(biochemical oxygen demand)(BOD)은 적어도 50 mg/L, 예컨대 100 내지 10000 mg/L이다. 하수와 같은 임의의 유형의 폐수가 본 발명에 따라 처리될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 하수 처리(sewage treatment)로서 지칭될 수도 있다. 본 발명에 따른 방법으로 처리된 폐수는 당해 분야에 공지된 1차 처리를 받은 폐수와 같은 단계(a) 이전에 사전-처리될 수 있지만, 1차 처리가 본 방법을 효율적으로 작동시키는 데 반드시 필요한 것은 아니다. 폐수의 전형적인 사전-처리는 하나 이상의 정화(clarification), 그릿(grit) 제거, 지방(fat) 및 그리스(grease) 제거 및 사전 침강을 포함한다.
본 발명자는 공정에서 형성되어 순환하는 슬러지가 주로 과립임을 발견하였다. 단계(c)에서, 특히 고속 침강 슬러지(또는 "중질 슬러지")가 선택되고, 유입 폐수에 존재하는 유기 영양물질의 최고 농도와 접촉되는 단계(a)로 공급된다. 슬러지에 의한 영양물질의 흡수가 단계(a) 동안 혐기성 조건에 의해 촉진되기 때문에, 본 발명에 따른 방법에서 과립 슬러지의 성장이 촉진된다. 슬러지는 폐수 처리 플랜트에 존재하고 생성되는 슬러지에 공통적인 미생물을 함유한다. 종래의 폐수 처리 플랜트는 슬러지 플록을 함유하고 있지만, 본 발명자는 폐수 처리 시스템의 현재 구성으로 슬러지가 플록 대신 과립 형태로 성장한다는 것을 발견하였다. 그럼에도 불구하고, 소량의 플록 슬러지가 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템 내에 존재할 수 있다. 이러한 플록 슬러지는 단계(a)에 가해지지 않기 때문에, 그의 성장은 촉진되지 않고 플록 슬러지의 분획은 일반적으로 무시할 정도로 작다. 본 방법은 미량의 플록 슬러지로 원활하게 진행된다. 미생물의 존재를 고려하여, 본 발명에 따른 시스템에 존재하는 슬러지는 또한 "활성 슬러지(active sludge)"로서 지칭될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 필요한 미생물은 통상적인 폐수 처리 플랜트의 슬러지에서 발견될 수 있다. 지정된 조건에 따라 이 미생물이 슬러지 과립의 일부로 남아 있기 때문에 이을 분리할 필요가 없다. 본 발명에 따른 방법의 조건은 종래의 폐수 처리 플랜트에서 얻어진 슬러지 플록보다 현저히 크고 조밀 한 슬러지 과립의 형성을 야기한다. 슬러지 과립은 전형적으로 1 m/h 초과, 바람직하게는 5 m/h 초과 또는 심지어 10 m/h 초과의 평균 침강 속도를 가지며, 침강 속도는 슬러지 플록에 대해 최고 1 m/h이다. 물에 현탁된 슬러지의 평균 침강 속도는 본 명세서에서 상부 폐수 중에 실질적으로 슬러지가 존재하지 않는 슬러지/물 현탁액에서 생성된 최대 업플로우 속도와 동일한 속도로서 정의된다. 침강 속도 또는 침강 속도는 당해 분야에서 일반적으로 결정된다. 평균 침강 속도를 결정하기 위한 통상적인 절차는 교반되지 않은 용기에서 슬러지 정면의 하향 운동의 속도(m/h)를 측정하는 것이다. 이 측정은 시스템 내에서 발생할 수 있다. 혐기성 탱크 또는 호기성 탱크(측정 중에 산소의 유입이 중단된 경우) 또는 슬러지/물 혼합물 샘플을 실험실로 이송할 수 있다. 당해 기술 분야에서 평균 침강 속도에 대해 잘 알려진 추가 측정은 슬러지 부피 지수(sludge volume index)(SVI)이다. SVI는 일정 시간 침강한 후 1 그램의 슬러지가 차지하는 부피(ml)로 정의된다. 과립 슬러지에 대한 침강 30 분(SVI-30) 후 SVI에 대한 침강 5 분(SVI-5) 후의 SVI 대 전형적인 값은 3 미만, 일반적으로 2 내지 2.8, 더욱 일반적으로는 약 2.5이며, 종래의 플록 슬러지는 3 초과의 SVI-5/SVI-30 비율을 갖는다.
시스템 내의 고속 침강 슬러지의 농도가 비교적 작을 때, 예를 들어, 시스템의 시동 동안, 단계(c)에서 제 2 부분으로 선택된 고속 침강 슬러지의 양은 비교적 적지만, 더 많은 부분의 슬러지가 제 1 부분으로서 선택되기 때문에, 슬러지의 총 함량은 시스템은 충분히 높게 남아 있다. 고속 침강 슬러지만이 단계(a)에 가해지기 때문에, 이 슬러지 부분은 크기가 커질 것이다. 따라서, 단계(c)에서 제 2 부분으로서 선택된 고속 침강 슬러지의 양이 증가할 것이다. 본 발명에 따른 방법이 정상 상태(steady state)에서 실행될 때, 단계(c)에서 선택된 제 2 부분은 훨씬 더 클 것이고, 추가 슬러지 부분, 즉 단계(b) 동안 첨가되는, 단계(c)에서 선택된 제 1 부분은 비교적 더욱 작다.
고속 침강 슬러지의 방해받지 않는 통과를 허용하기 위해, 단계(a)의 혐기성 대역과 단계(b)의 호기성 대역 사이의 전이가 장벽이 없는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 단계(b)의 호기성 대역과 단계(c)의 슬러지 셀렉터 사이의 전이가 장벽이 없는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 단계(b)의 호기성 대역과 단계(d)의 세퍼레이터 사이의 전이는 장벽이 없는 것이 바람직하다. 바람직한 실시양태에서, 혼합물은 단계(a)로부터 단계(b)까지, 단계(b)로부터 단계(c)까지 및 단계(b)로부터 단계(d)까지 장벽이 없다. 본 명세서에서, "장벽이 없는(barrier-free)"은 본 발명에 따른 시스템 내의 다양한 대역, 탱크 또는 모듈 사이의 높이 차이(문턱, 상승 등) 및 펌프와 같은 물리적 장벽의 부재를 지칭하며, 본 시스템에서 형성된 침강 슬러지는 시스템을 통해 순환할 수 있는 방해물이 아니며 용이하다. 고속 침강 슬러지는 탱크의 바닥에 축적되는 경향이 있으므로, 슬러지/물 혼합물의 이러한 효과적인 유동은 탱크 사이의 전이가 장벽이 없는 경우에 얻어진다. 이러한 장벽이 없는 전이는 전형적으로 유닛을 분리하는 벽에 개구부의 형태를 취한다. 시스템 전체에 걸쳐 고속 침강 슬러지의 효율적인 순환을 위해, 개구부가 벽의 바닥 부에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 유닛의 바닥과 유닛을 분리하는 벽 사이에 개구가 존재한다. 이와 같이, 중질 침강 슬러지가 시스템을 통해 순환하는 장벽은 가능한 한 제거된다.
단계(a) 및 (b): 혐기성 및 호기성 폐수 처리
폐수의 처리를 위한 혐기성 및 호기성 대역의 사용은 당해 분야에 공지되어 있다. 여기서, 폐수와 슬러지의 혼합물은 우선 혐기성 대역에 가해지고, 이어서 호기성 대역으로 이동된다. 폐수 처리는 일반적으로 탱크에서 발생하기 때문에, 혐기성 대역은 혐기성 탱크로서 지칭될 수 있고, 호기성 대역은 호기성 탱크로서 지칭될 수 있다. 업스트림 혐기성 대역 및 다운스트림 호기성 대역의 순서는 폐수에 존재하는 유기물을 슬러지로 전환시키는 데 사용되며, 이는 슬러지에 존재하는 미생물에 의해 달성된다. 슬러지 과립의 내부가 전체 공정을 통해 혐기성 또는 무산소 상태로 남아 있기 때문에, 혐기성 대역과 호기성 대역 사이에 무산소 탱크를 사용할 필요가 없다. 또한, 호기성 대역으로부터 무산소 대역까지 및/또는 무산소 대역으로부터 혐기성 대역까지 슬러지/물 혼합물의 재순환은 필요하지 않지만, 폐수의 정제는 여전히 유효하다. 이러한 재순환을 제거하는 것은 처리된 폐수와 아직 처리되지 않은 폐수의 혼합이 회피됨으로써 공정의 효율을 크게 향상시킨다. 이와 같이, 단계(a)를 넘은 유기 영양물질의 농도는 매우 낮다.
유입 폐수와 접촉하기 위해 단계(a)에서 사용되는 슬러지는 단계(c)에서 제 2 부분으로서 얻어진 고속 침강 슬러지이다. 이 제 2 부분은 우수한 침강 성질을 갖는 슬러지를 함유하며, 이는 단계(a)에서 사용하기 위해 단계(c) 동안 선택적으로 수집된다. 본 발명에 따른 방법에서, 이 고속 침강 슬러지는 주로 과립이며, 특히 이 고속 침강 슬러지가 유입 폐수와 함께 혐기성 대역에 놓이게 함으로써, 슬러지 과립의 성장이 선택적으로 촉진된다. 고속 침강 슬러지는 유기 물질 함량이 가장 많은 유입 폐수와 접촉하여 그의 성장을 촉진하다. 이와 같이, 폐수 시스템 내에 존재하는 슬러지는 주로 또는 심지어 배타적으로 과립 형태이다. 고속 침강 슬러지의 존재가 공정의 추가 단계, 특히 단계(d)의 분리를 크게 용이하게 하기 때문에, 침강 슬러지의 함량을 가능한 한 높게 유지하는 것이 본 발명에 따른 방법의 주요 목적이다. 이를 위해, 단계(a)로의 저속 침강(비-과립) 슬러지의 재활용은 가능한 한 많이 피해야 한다. 이것은 이후 기술되는 바와 같이 슬러지 선택 단계(c)에 의해 달성된다. 이와 같이, 저속 침강 슬러지는 주로 단계(a)에서 소비되므로 미량의 유기 영양물질과 접촉하지 않으며, 따라서 성장은 가능한 한 억제된다. 따라서, 고속 침강 슬러지의 성장은 단계(a)에서 촉진되는 반면, 저속 침강 슬러지의 성장은 혐기성 대역에 적용되지 않기 때문에 감소된다. 이 효과는 고속 침강 슬러지가 단계(a) 동안 가능한 최대 농도의 유기 영양물질에 노출되기 때문에 상기 논의된 바와 같이 재생 물질의 제거에 의해 더욱 강화되는 한편, 유기 물질과의 저속 침강 슬러지의 접촉은 가능한 한 제한된다.
임의적으로 사전-처리된 폐수는, 우선 단계(a)에서 폐수 처리 방법의 혐기성 대역으로 가해지며, 여기서 폐수는 단계(c)에서 선택적으로 수집된 고속 침강 슬러지와 접촉된다. 따라서, 혐기성 대역 내에서 폐수와 고속 침강 슬러지의 혼합물이 얻어진다. 혐기성 대역에서, 분자 산소의 존재는 배제되지만, 폐수에 용해된 산소와 같은 산소의 흔적이 공정을 방해하지 않고서 존재할 수 있다. 단계(a) 동안의 조건은 산소가 첨가되지 않기 때문에 "혐기성(anaerobic)"으로서 언급된다. 혐기성 대역 내에서, 폐수의 조건 및 체류 시간은 슬러지 과립이 유입 폐수로부터 유기 영양물질을 흡수할 수 있도록 한다. 이러한 유기 영양물질은 일반적으로 폴리-베타-하이드록시뷰티레이트(PHB)와 같은 중합체 형태로 미생물 내에 저장된다. 단계(a)의 호기성 대역에서 슬러지와 물의 혼합물에 대한 전형적인 평균 체류 시간은 15 분 내지 5 시간, 바람직하게는 30 분 내지 2 시간이다.
단계(a)의 말단에서 얻어진 폐수와 슬러지의 혼합물은 단계(b)의 호기성 대역으로 이송되고, 거기에 분자 산소가 공급된다(통기). 당해 분야에 공지된 에어레이터(aerator)를 사용한다. 단계(b)에 가해진 물은 유입 폐수와 비교하여 유기 영양물질이 고갈된다. 바람직하게는 무산소 대역이 혐기성 대역과 호기성 대역 사이에 존재하지 않고, 단계(b)의 호기성 대역은 단계(a)의 혐기성 대역 바로 뒤에 위치한다. 단계(b) 동안, 적어도 하나의 추가 슬러지 분획이 혼합물, 즉 단계(c)로부터 유래하는 슬러지의 제 1 부분에 첨가된다. 선택적으로, 단계(d)로부터 유래하는 분리된 슬러지의 적어도 일부가 단계(b) 동안 첨가된다. 이러한 추가 슬러지 분획은 통상적으로 슬러지가 호기성 대역에서 상당한 기간 동안 존재하도록 단계(b)의 초기에 당해 기술 분야에서 통상적으로 첨가된다. 단계(b)의 호기성 대역에서 슬러지와 물의 혼합물의 평균 체류 시간은 예를 들어, 유입 폐수의 오염 범위 및 유형이며 일반적으로 30 분 내지 3 일, 바람직하게는 1 시간 내지 2 일이다. 단계(b) 동안, 산소 함유 가스, 전형적으로 공기가 슬러지와 물의 혼합물에 도입된다. 이러한 호기성 조건 하에서, 폐수에 존재할 수 있는 암모늄은 질산염 및/또는 아질산염으로 전환된다(질화(nitrification)). 슬러지 과립의 내부가 혐기성으로 남아 있기 때문에, 저장된 유기 영양물질은 질산염 또는 아질산염과 반응하여 질소 가스(탈질소화(denitrification))를 형성할 수 있으며, 이는 환경으로 배출된다. 따라서, 과립 형태의 슬러지의 존재로 인해, 동일한 대역에서 질화 및 탈질이 발생할 수 있어 무산소 대역이 필요없고, 호기성 대역으로부터 무산소 대역까지 그리고 무산소 대역으로부터 혐기성 대역까지 재순환될 필요가 없다. 호기성 대역의 폭기는, 단계(b) 동안의 폐수 중의 용해된 분자 산소 농도가 바람직하게는 적어도 0.05, 더욱 바람직하게는 적어도 0.1 mg/ml이 되도록 하는 속도로 수행되지만, 바람직하게는 5 mg 이하, 더욱 바람직하게는 2 mg/ml 이하이다. 이러한 산소 공급을 사용하여, 질화 및 탈질소화 공정은 모두 효과적으로 발생하고, 질소는 폐수로부터 효과적으로 제거된다.
유입 폐수로부터 유기물, 질소 및 인의 효과적인 흡수 및/또는 제거를 허용하기에 충분한 시간 동안, 단계(a) 및 (b)의 혐기성 및 호기성 대역에 (폐수)물과 슬러지의 혼합물이 존재한다. 단계(b)의 말단에서, 슬러지와 물의 혼합물은 슬러지 선택 단계(c)에 공급되는 제 1 부분 및 분리 단계(d)에 공급되는 제 2 부분으로 나누어진다. 공정을 연속적으로 원활하게 작동시키기 위해, 단계(c)에 공급되는 혼합물의 양은 실질적으로 일정하게 유지되는 반면, 단계(c)로 유도되는 양은 단계(a)에서 유입 폐수의 양에 따라 변한다. 이와 같이, 슬러지 선택 단계는 연속 운전에 필수적인 폐수의 인플로우(inflow)와는 독립적으로 작동할 수 있다. 폐수 처리 플랜트는 일반적으로 폐수 유입의 큰 변화에 대처해야 한다. 예를 들어, 폭우가 심한 기간 동안, 상대적 가뭄 기간에 비해 폐수의 인플로우가 크게 증가할 수 있다. 전형적으로, 제 1 및 제 2 부분의 각각의 양은 혼합물이 단계(b)로부터 단계(c) 또는(d)로 각각 유동하는 통로의 영역에 의해 결정된다. 작동 중에, 제 1 및 제 2 부분의 각각의 양은 원한다면 단계(c)에서 슬러지 셀렉터의 작동 파라미터를 조정함으로써, 예컨대 업플로우 반응기에서의 업플로우를 조절함으로써 영향을 받을 수 있다.
단계(c) : 슬러지 선택
단계(c)에서, 단계(b)로부터 유래하는 슬러지의 제 1 부분은 슬러지 선택 단계에 가해지며, 여기서 슬러지는 침강 속도에 기초하여 선택되고, 저속 침강 슬러지의 제 1 부분 및 고속 침강 슬러지의 제 2 부분이 수집된다. 여기서, "선택된(selected)"은 2 개 이상의 슬러지 부분의 분리를 지칭한다. 제 2 부분의 평균 침강 속도는 제 1 부분의 침강 속도보다 크며, 바람직하게는 2 배 이상, 더욱 바람직하게는 5 배 이상, 또는 심지어 10 배 이상이다. 제 1 부분은 단계(b)로 복귀되고, 제 2 부분은 단계(a)로 복귀된다. 이러한 슬러지 선택은 중량 또는 침강 속도에 기초한 현탁액 중의 고체 입자를 분리하는 당해 분야에 공지된 임의의 수단에 의해 수행될 수 있다. 적합한 슬러지 셀렉터는 업플로우 반응기 및 라멜라 정화기(lamella clarifier)를 포함한다. 편리하게, 업플로우 반응기가 사용된다. 이러한 수단은 단계(b)의 호기성 대역 내에 통합될 수 있거나, 슬러지의 제 1 부분은 업플로우 반응기로 이송될 수 있다. 여기서, 고속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 전형적으로 저속 침강 슬러지의 평균 침강 속도의 적어도 2 배, 바람직하게는 적어도 5 배 또는 심지어 적어도 10 배 높다. 저속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 전형적으로 1 m/h 초과, 바람직하게는 5 m/h 초과, 가장 바람직하게는 10 m/h 초과이며, 저속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 전형적으로 최고 1 m/h 또는 심지어 0.5 m/h 미만이다. 5 m/h 초과 또는 심지어 10 m/h 초과의 침강 속도는 과립 슬러지를 나타내는 반면, 슬러지 플록은 일반적으로 최고 1 m/h의 평균 속도로 침강한다. 고속 침강 슬러지의 평균 침강 속도에는 실질적인 제한이 없지만, 일반적으로 25m/h 이하이다. 바람직한 실시양태에서, 침강 속도는 1 내지 25 m/h의 범위 내에서 공정 중에 변화된다. 이렇게 하면 슬러지 블랭킷의 생성을 줄일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 침강 속도는 주기적 이벤트로서 상기 범위 내에서 변경된다. 업플로우 반응기가 단계(c)에서 사용되는 경우, 고속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 업플로우 반응기가 작동하는 업플로우의 속도보다 큰 것으로 정의되는 것이 바람직하지만, 저속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 업플로우의 속도보다 작은 것으로 정의된다.
단계(b)의 말단에서, 물에 슬러지가 현탁되어 시스템 내에 존재하게 된다. 편리하게는, 슬러지/물 혼합물의 스트림은 2 개의 부분으로 분할되고, 그의 중 하나(즉, 제 1 부분)는 단계(c) 및 하나(즉, 제 2 부분) 내지 단계(d)에 가해진다. 슬러지의 일부가 단계(c)에 가해지는 것이 필수적이지만, 슬러지는 단계(b)의 말단에 존재하므로, 슬러지와 물의 혼합물로서 단계(c)를 편리하게 수행한다. 단계(b)의 호기성 대역의 말단에서, 전형적으로 단계(c)의 업플로우 반응기로의 통로가 제공되어, 슬러지의 제 1 부분이 방해받지 않고 업플로우 반응기로 유동할 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 적절한 조작에 대해, 단계(b)의 말단에 존재하는 모든 슬러지가 슬러지 선택 단계(c)에 가해진다는 것은 요구되지 않는다. 이와 같이, 단계(c)에서 사용된 슬러지 셀렉터의 용량은 감소될 수 있지만, 동시에 고속 침강 슬러지의 상당한 부분이 수집되고 단계(a)로 복귀되어서, 과립 슬러지가 시스템에서 효과적으로 형성되고 유지된다.
중요한 것은, 단계(c)는 시간에 따라 크게 변할 수 있는 폐수의 인플로우와 독립적으로 수행된다는 것이다. 편리하게는, 단계(c)에 가해진 단계(b)로부터 유래하는 슬러지의 제 1 부분의 절대량은 시간에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지된다. 즉, 단계(c)는 단계(b)의 혼합물의 제 1 부분의 실질적으로 일정한 공급 속도로 작동되는 것이 바람직하다. 단계(c)에서 수득되고 단계(a)로 되돌아가는 제 2 부분의 슬러지의 농축된 스트림은 일정하고 유입 폐수의 유동과 무관하다. 이와 같이, 본 방법은 폐수 처리 플랜트에 대해 전형적으로 유입 폐수 유동의 큰 변화에 완벽하게 대처할 수 있으며, 동시에 과립 슬러지를 형성 및/또는 유지하면서 원활하게 작동한다. 따라서, 단계(c)에 적용되는 슬러지의 제 1 부분의 상대적 양은 단계(a) 동안의 폐수의 인플로우에 따라 크게 변할 수 있다. 숙련자에 의해 이해되는 바와 같이, 단계(a)에서 유입 폐수에 존재하는 폐기물에 대한 슬러지의 비율은 다소 일정하게 유지되어야 하며, 폐수 처리 플랜트의 크기에 의존할 수 있다.
고속 침강 슬러지를 단계(a)로 재순환시킴으로써, 이 슬러지는 유입 폐수에 함유되어 있는 유기물의 최대량과 접촉하여, 고속 침강 슬러지의 성장을 촉진시킨다. 이와 같이, 슬러지 과립이 형성되고, 이어서 단계(a)로부터 단계(b)를 통해 단계(c)까지 순환하고, 이어서 단계(a)로 역으로 순환함으로써 시스템에서 유지된다. 유입 폐수에 존재하는 유기물은 단계(a) 동안 과립 슬러지로 전환되는 반면, 슬러지 플록과 같은 저속 침강 슬러지는 단계(b)에만 적용되어 그의 성장이 촉진되지 않는다. 특히 고속 침강 슬러지의 성장 촉진은 종래 기술의 폐수 처리 방법에 비해 현저한 개선이다. 놀랍게도, 본 발명자는, 고속 침강 슬러지의 성장을 선택적으로 촉진시키는 것이, 과립 슬러지가 형성되고 시스템 내에서 유지되는 것을 보장한다는 것을 발견하였다. 여기서, 고속 침강 슬러지를 함유하는 제 2 부분은 단계(b)의 호기성 대역에서와 같이 산소와 접촉되기 전에 유입 폐수와 접촉하는 것이 필수적이다. 고속 침강 슬러지는 유입 폐수와 함께 단계(a)의 혐기성 대역에 공급된다. 단계(a)에서의 고속 침강 슬러지와 폐수의 이러한 접촉을 달성하기 위해, 제 2 부분은 혐기성 대역 자체로 또는 혐기성 대역의 업스트림에 위치한 셀렉터로 복귀할 수 있다. 유입 폐수와 활성 슬러지를 혼합하기 위한 이러한 셀렉터는 당해 분야에 공지되어 있다. 셀렉터 내에서 혐기성 조건이 존재한다. 바람직하게는, 제 2 부분은 단계(a)의 혐기성 대역으로 직접 복귀된다.
단계(b)로부터 유래하는 슬러지의 제 2 부분은 이후 기술된 바와 같이 단계(d)에 가해진다. 바람직하게는, 단계(c)에 적용되는 슬러지의 제 1 부분 및 단계(d)에 적용되는 슬러지의 제 2 부분은 모두 함께 단계(b)의 말단에 존재하는 슬러지의 총량을 구성한다. 따라서, 단계(b)의 말단에 존재하는 모든 슬러지는 단계(c) 또는 단계(d)에 가해진다. 환언하면, 슬러지와 물의 스트림은 단계(b)의 말단에서 두 부분, 단계(c)에 적용되는 제 1 부분 및 단계(d)에 적용되는 제 2 부분으로 나누어진다. 단계(b)의 말단에 존재하는 슬러지의 총량은, 단계(a)로부터 유래하는 슬러지 및 단계(b) 동안 형성된 슬러지, 뿐만 아니라 단계(c)로부터 제 1 부분으로서 유래하고 단계(b) 동안 첨가되는 추가 슬러지 분획 및 임의적으로는 단계(d)로부터 유래하고 단계(b) 동안 첨가되는 추가 슬러지 분획에 의해 형성된다.
슬러지 선택 단계(c)는 단계(c)에 가해진 슬러지의 적어도 두 부분, 바람직하게는 세 부분의 수집을 포함한다. 제 1 부분은 저속 침강 슬러지를 함유하고, 제 2 부분은 고속 침강 슬러지를 함유한다. 여기서, "저속 침강(slow settling)" 및 "고속 침강(fast settling)"은 다른 부분과 비교하여 한 부분에서의 슬러지의 평균 침강 속도를 의미한다. 따라서, 제 2 부분의 평균 침강 속도는 제 1 부분의 침강 속도보다 크다. 제 1 부분은 단계(b)로 복귀되고, 제 2 부분은 전형적으로 에어리프트 펌프(airlift pump) 또는 스크류 펌프(screw pump)와 같은 상향 스트림의 공기 또는 액체를 이용하는 펌프를 사용하여 단계(a)로 복귀된다. 이러한 펌프를 사용하여, 기계적 응력은 시스템을 통한 고속 침강 슬러지의 신속한 순환을 가능하게 하고, 슬러지 과립의 손상을 방지하는 가능한 한 많이 제거된다. 전형적으로, 고속 침강 슬러지가 시스템을 통해 순환하는 것이 빠를수록, 더욱 많은 과립 슬러지가 형성되고 시스템에서 유지된다. 전형적으로, 고속 침강 슬러지를 함유하는 제 2 부분은 농축된 형태로 얻어지며, 이는 단계(a)에서 폐수와 접촉되는 총 부피가 비교적 작아서 혐기성 대역의 총 부피가 상당히 감소될 수 있는 데, 예컨대 기존 연속 폐수 처리 플랜트에 비해 부피가 40 % 이하로 적다. 또한, 폐수의 인플로우로부터 단계(c)의 독립성에 견주어, 본 방법은 단계(a)에서 폐수와 접촉되는 고품질의 슬러지의 연속적인 유동을 가능하게 한다. 과립 슬러지의 가장 최적의 형성을 위해, 단계(c)에서 제 2 부분으로서 수집된 고속 침강 슬러지의 실질적으로 모두가 단계(a)로 복귀되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 과립 슬러지는 최적으로 성장할 수 있다. 전술된 바와 같이, 단계(c)는 폐수 유입과 독립적으로 작동할 수 있다. 따라서, 연속 단계(b) -> (c) -> (a)의 슬러지 사이클은 폐수 유입과 독립적으로 작동할 수 있으며, 이는 슬러지 선택 단계를 지속적으로 수행할 수 있고, 특히 고속 침강 슬러지의 최적 성장을 보장한다.
선택적으로, 단계(c) 동안 제 3 부분이 수집되며, 이는 폐 슬러지 스트림이다. 제 3 부분의 폐 슬러지 스트림은 제 1 부분과 마찬가지로 저속 침강 슬러지를 함유한다. 제 3 부분이 수집되는 지의 여부 및 범위는 주로 시스템 내의 슬러지 농도에 따라 달라진다. 이와 같이, 슬러지 농도는 다소 일정하게 유지되는 것이 적합하고, 필요에 따라 추가적인 슬러지가 제 3 부분으로서 시스템으로부터 용이하게 배출된다. 바람직하게는, 단계(c)에 적용되는 실질적으로 모든 슬러지는 제 1, 제 2 또는 임의의 제 3 부분에서 끝난다. 제 3 부분은 본 발명에 따른 폐수의 처리의 부산물인 폐 슬러지이며, 따라서 시스템으로부터 배출된다. 그것은 적합하다고 간주되어 사용되거나 또는 가공될 수 있다. 전형적으로, 이는 당해 분야에 공지된 슬러지 처리 단계에 가해진다. 제 1 부분은, 단계(c)로부터 유래하는 제 3 부분 및 단계(d)로부터 유래하는 침강된 슬러지를 함유하고 임의로 단계(b)에 재순환되는 슬러지가 후술하는 바와 같이 제거되는 결합된 슬러지 분획이 슬러지 처리될 수 있도록, 단계(d)로부터 유래하는 침강된 슬러지와 결합될 수 있다. 편리하게, 제 3 부분은 분리된 부분으로서 수집되고, 추가의 펌프가 구비된 별도의 출구를 통해 슬러지 세퍼레이터로부터 배출된다. 하나의 실시양태에서, 제 3 부분은 다른 폐수 처리 방법을 접종하거나 시작하는 데 사용될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 업플로우 반응기는 단계(c)의 슬러지 선택에 사용된다. 업플로우 반응기는 당해 분야에 공지되어 있으며 임의의 유형이 단계(c)에서 사용될 수 있다. 업플로우 반응기에서 슬러지 입자는 침강 속도에 따라 분리된다. 침강되는 슬러지 입자는 업플로우 반응기의 바닥에 빠르게 축적된다. 과립 슬러지는 우수한 침강 성질을 가지므로 업플로우 반응기의 바닥에 축적되고, 거기로부터 본 발명에 따른 방법의 단계(a)로 재순환된다. 공정에 다량으로 포함되지 않고 본 방법의 단계(a)로 적어도 재순환되어서는 안되는 약한 침강 성질을 갖는 임의의 슬러지는 업플로우 반응기에서 더 높은 곳으로부터 수집된다. 업플로우 반응기는 바람직하게는 1 내지 25 m/h, 더욱 바람직하게는 2 내지 15 m/h, 가장 바람직하게는 3 내지 8 m/h의 업플로우 속도로 작동한다. 전형적으로, 당해 분야에 공지된 바와 같은 펌프, 예를 들어 업플로우 반응기의 최상부 근처에 배치된 축-유동 펌프(axial-flow pump)가 이러한 업플로우를 달성하는 데 사용된다. 제 1 부분은 업플로우 반응기의 상단 절반으로부터 수집되고, 슬러지의 제 2 부분은 업플로우 반응기의 바닥으로부터 수집된다. 환언하면, 업플로우 반응기로부터 제 1 부분을 배출하기 위한 출구는 반응기 이상의 전체 높이의 50 % 또는 초과에 위치하며, "상단 절반으로부터(from the top half)"는 "상부 50 %로부터(from the upper 50 %)"와 동의어이다. 따라서, 제 1 부분은 업플로우 반응기의 전체 높이의 50 내지 100 %, 바람직하게는 전체 높이의 75 내지 100 %, 가장 바람직하게는 반응기의 상단에서 수집된다. 선택적인 제 3 부분은 또한 업플로우 반응기의 상부 절반에서 수집된다. 제 1 부분 및 선택적으로 제 3 부분을 배출하기 위한 출구는 업플로우 반응기의 상부에서 오버플로우(overflow)의 형태를 취할 수도 있다. 마찬가지로, 업플로우 반응기로부터 제 2 부분을 배출하기 위한 출구는 반응기의 전체 높이의 25 % 이하에 위치하며, "바닥으로부터(from the bottom)"는 "하부 25 %로부터(from the lower 25 %)"와 동의어이며, 바람직하게는 제 2 부분은 업플로우 반응기의 하부 10 %로부터 수집되고, 가장 바람직하게는 제 2 부분을 수집하기 위한 출구가 업플로우 반응기의 바닥에 위치한다. 업플로우 반응기를 사용하여, 슬러지의 제 2 부분은 슬러지의 농축된 스트림으로 수집된다.
단계(d) : 분리
단계(d)에서, 단계(b)로부터 유래하는 슬러지와 물의 혼합물의 제 2 부분은 슬러지와 처리된 물로 분리된다. 전형적으로, 제 2 부분은 슬러지 셀렉터로 제 1 부분이 이송된 후, 단계(b)의 말단에 존재하는 혼합물의 잔류물이다. 분리는 전형적으로 슬러지 입자의 침강에 기초하고, 바람직하게는 침강 탱크 또는 업플로우 반응기를 사용하여 수행된다. 따라서, 단계(d)는 침강 단계로 지칭될 수도 있다. 본 발명에 따른 방법에 가해지고, 세퍼레이터로부터 배출되는 물은 "처리된 물(treated water)"로서 지칭된다. 폐수 처리 시스템 내의 과립 슬러지의 존재를 고려하면, 슬러지 플록이 사용되는 폐수 처리 플랜트와 비교하여, 업플로우 반응기 또는 침강 탱크의 용량이 현저히 감소될 수 있다. 슬러지를 물과 분리하는 것은 당해 분야에 공지되어 있다.
침강 단계(d)에서, 단계(b)로부터 유래하는 슬러지와 물의 혼합물 중 제 2 부분에서의 슬러지를 침강시킨다. 슬러지가 처리된 물로부터 분리되는 이러한 침강 단계는 통상적인 폐수 처리 플랜트에 공통적이다. 그러나, 슬러지 플록 대신에 과립 슬러지가 존재하기 때문에, 단계(d)가 수행되는 침강 탱크는, 슬러지 플록을 침강시키기 위해 필요한 종래의 침강 탱크와 비교하여 훨씬 더 작을 수 있다(예를 들어, 동일한 폐수 투입에 대해 약 1/5). 공정(b)로부터 유래하는 물과 슬러지의 유입 혼합물은 침강 탱크 또는 업플로우 반응기에 충분한 양의 시간 동안 체류하여 슬러지를 침강시킨다. 일단 슬러지가 본질적으로 침강되면, 슬러지로부터 물이 깨끗 해지고, 깨끗한 것으로 간주되어 환경으로 배출될 수 있지만, 일부 적용 및/또는 위치에서는 금속의 제거와 같은 추가적인 처리가 요구될 수 있다. 추가 처리가 수행되는 지의 여부는 본 발명과 무관하다.
전형적으로, 단계(d)의 침강은 침강 탱크에서 발생한다. 당해 분야에 공지된 임의의 유형의 침강 탱크가 본 방법에서 사용될 수 있다. 침강 탱크는 일반적으로 넓은 상부 및 좁은 바닥이 있는 원추형을 갖는다. 슬러지 입자는 바닥에서 축적되며, 여기로부터 이것이 바람직하게는 침강 탱크의 바닥에 위치한 출구를 사용하여 수집된다. 처리된 물은 일반적으로 침강 탱크 상단의 출구를 통해 배출되며, 바람직하게는 오버플로우를 사용하여 배출된다.
업플로우 반응기가 단계(d)에서 사용되는 경우, 업플로우를 사용하여 슬러지의 침강이 촉진된다. 여기서, 단계(b)로부터 유래하는 슬러지와 물의 혼합물의 제 2 부분은 업플로우 반응기에 가해지는 데, 여기서 슬러지 입자는 바닥에서 침강되고, 슬러지에서 고갈된 물은 업플로우 반응기의 상단에서 나온다. 이 물은 처리된 물로서 배출된다. 업플로우 반응기는 바람직하게 0.5 내지 10 m/h, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 m/h의 업플로우 속도로 작동한다. 이러한 업플로우 속도는 종래 기술의 침강 단계에서 통상적으로 사용되는 업플로우 속도의 2 내지 10 배이며, 이는 본 방법의 효율을 더욱 향상시킨다. 이러한 업플로우 속도는, 슬러지의 대부분이 과립이며 신속하게 침강하므로, 본 방법에서 사용될 수 있다. 이러한 업플로우로 작동되는 침강 탱크 또는 업플로우 반응기를 사용하여 모든 슬러지는 - 과립 또는 아닌 것 - 침강이 허용되고, 처리된 물은 모든 슬러지로부터 정화되어 시스템으로부터 배출된다. 업플로우 반응기에서 슬러지와 물의 혼합물의 전형적인 체류 시간은 5 분 내지 2 시간, 바람직하게는 15 분 내지 1 시간이다. 이러한 체류 시간은 2 시간 이상의 체류 시간, 전형적으로 4 내지 10 시간이 통상적인 종래 기술의 공정보다 훨씬 더 짧다. 슬러지의 과립 성질을 고려하면, 짧은 체류 시간은 여전히 슬러지와 처리된 물의 효과적인 분리를 허용한다.
분리되는 슬러지는 바람직하게는 적어도 부분적으로 단계(b)의 호기성 대역으로 복귀된다. 나머지는 본 발명에 따른 폐수의 처리의 부산물이며, 따라서 시스템으로부터 배출된다. 그것은 적합하다고 간주되어 사용되거나 처리될 수 있다. 유리하게는, 배출된 슬러지는 다른 또는 종래의 또는 과립 기반의 폐수의 처리에서의 침강을 시작하거나 또는 개선시키는 데 사용될 수 있다. 전형적으로 배출된 슬러지는 당해 분야에 공지된 슬러지 처리 단계에 가해진다. 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 슬러지는 가치있는 성분을 함유하기 때문에, 슬러지로부터 추출될 수 있다. 숙련된 사람은 공정을 효과적으로 수행하기 위해 단계(b)로 복귀되어야 하는 슬러지의 양을 결정하는 방법을 알고 있다.
단계(d)에서 세퍼레이터로부터 배출되는 처리된 물은 본 발명에 따른 방법의 주된 생성물이다. 처리된 물은 유입 폐수에 비해 유기물(유기 영양물질)이 고갈된다. 단계(d)에서 배출된 처리된 물은 환경으로 배출되고, 더욱 정화되거나 적절하다고 판단되는대로 사용될 수 있다.
시스템
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 구현하도록 특별히 설계된 장치 또는 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시스템에서, 적어도 4 개, 바람직하게는 적어도 5 개 또는 심지어 6 개의 유닛이 서로 유체 연결되어 있다. 여기서, 각각의 유닛은 별개의 엔티티(entity)일 수 있거나 2 이상의 유닛이 단일 유닛 내에 통합될 수 있다. 바람직하게는, 유닛(b) 및 유닛(c)는 단일 유닛으로 통합되고, 나머지 유닛은 별도의 유닛이며, 이는 시스템에서 식별 가능하다. 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템은 또한 폐수 처리 플랜트 또는 하수 처리 플랜트로서 지칭될 수 있거나, 또는 폐수 처리 플랜트 또는 하수 처리 플랜트 내에 통합될 수 있다. 본 발명에 따른 시스템은 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
본 발명에 따른 시스템은
(a) 폐수를 수용하기 위한 그리고 출구(c3)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지를 수용하기 위한 하나 이상의 입구, 및 폐수와 슬러지의 혼합물을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(a3)를 포함하는 혐기성 탱크;
(b) 출구(a3)로부터 유래하는 슬러지와 폐수의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b1), 물과 슬러지 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 셀렉터(c)로 배출하기 위한 출구(b2), 물과 슬러지의 혼합물의 제 2 부분을 세퍼레이터(d)로 배출하기 위한 출구(b3), 및 출구(c2)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b4)를 포함하는 호기성 탱크;
(c) 출구(b2)로부터 유래하는 슬러지와 물의 혼합물의 제 1 부분을 수용하기 위한 입구(c1), 저속 침강 슬러지의 제 1 부분을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(c2), 고속 침강 슬러지의 제 2 부분을 탱크(a)로 배출하기 위한 출구(c3), 및 침강 속도에 기초하여 슬러지를 선택하기 위한 수단(c4)을 포함하는 슬러지 셀렉터; 및
(d) 출구(b3)로부터 유래하는 혼합물의 제 2 부분을 수용하기 위한 입구(d1), 처리된 물을 배출하기 위한 제 1 출구(d2), 및 분리된 슬러지를 배출하기 위한 제 2 출구(d3)를 포함하는, 슬러지를 분리하기 위한 세퍼레이터
를 포함한다.
본 발명에 따른 시스템에서, 상이한 유닛이 상호 연결된다. 즉, 하나의 유닛의 출구는 다른 유닛의 입구와 유체 연결된다. 이와 같이, 슬러지/물 혼합물과 같은 유체의 일정한 유동이 시스템을 통해 가능해진다. 따라서, 출구(a3)는 입구(b1)와 유체 연결되고, 출구(b2)는 입구(c1)와 유체 연결되며, 출구(b3)는 입구(d1)와 유체 연결되고, 출구(c2)는 입구(b4)와 유체 연결되고, 출구(c3)는 유닛(a)의 입구와, 바람직하게는 입구(a2)와 유체 연결되어 있다. 출구(d3)는 바람직하게는 이하에서 설명되는 바와 같이 입구(b5)와 유체 연결된다. 여기서, 유체 연결은 예를 들어 도관 형태를 취할 수 있거나, 하나의 유닛의 출구 및 다른 유닛의 입구는 함께 두 유닛을 분리하는 벽에 개구를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 출구(a3) 및 입구(b1)는 함께 벽 분리 유닛(a) 및 (b)에 개구를 형성한다. 바람직하게는, 출구(b2) 및 입구(c1)는 함께 벽 분리 유닛(b) 및 (c)에 개구를 형성한다. 출구(b3) 및 입구(d1)는 함께 벽 분리 유닛(b) 및 (d)에 개구를 형성하는 것이 바람직하다. 시스템 전체에 걸쳐 과립 슬러지를 효율적으로 순환시키기 위해서는 개구가 벽의 바닥 부에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 유닛의 바닥과 유닛을 분리하는 벽 사이에 개구가 존재한다. 따라서 고속 침강 슬러지가 시스템을 통해 순환하는 장벽은 최대한 제거된다.
유닛(a)은 폐수 및 슬러지가 접촉되는 당해 분야의 공지된 혐기성 탱크 또는 용기이다. 유닛(a)은 유닛(c)의 출구(c3)로부터 폐수를 수용하고 슬러지를 수용하기 위한 하나 이상의 입구를 포함한다. 하나 이상의 입구는 예를 들어 2 개의 입구, 하나는 유입 폐수를 수용하기 위한 것, 하나는 슬러지를 수용하기 위한 것, 또는 유입 폐수와 슬러지의 혼합물을 수용하기 위한 하나의 입구일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 사전-처리 설비로부터 유래할 수 있는 유입 폐수 및 유닛(c)의 출구(c3)로부터 유래하는 슬러지는 전형적으로 셀렉터에서 유닛(a)의 업스트림으로 혼합되고, 유닛(a)는 셀렉터로부터 폐수 및 슬러지의 혼합물을 수용하기 위한 하나의 입구. 다른 바람직한 실시 예에서, 유닛(a)은 사전-처리 설비로부터 유래할 수 있는 폐수를 수용하기 위한 입구(a1) 및 유닛(c)의 출구(c3)로부터 슬러지를 수용하기 위한 입구(a2)를 포함한다. 유닛(a)에서 폐수와 과립 슬러지를 접촉시켜 폐수에 존재하는 유기 영양물질을 슬러지 입자로 흡수시켜 슬러지 성장을 가능하게 한다. 유닛(a)의 출구(a3)는 폐수와 과립 슬러지의 혼합물을 유닛(b)로 배출하기 위한 것이다. 출구(a3)는 입구(b1)와 함께 전형적으로 탱크(a) 및 (b)를 분리하는 벽, 바람직하게는 바닥 부분의 개구의 형태를 취한다.
유닛(b)는 당해 분야에 공지된 호기성 탱크 또는 용기로서 유닛(a)으로부터 유래하는 폐수와 과립 슬러지의 혼합물은 입구(b1)를 통해 수용된다. 출구(a3)는 입구(b1)와 유체 연결되어 있으며, 바람직하게는 2 개의 유닛을 분리하는 벽의 바닥에 개구가 형성되어 있다. 유닛(b)은 물/슬러지 혼합물의 제 1 부분을 업플로우 반응기(c)로 배출하기 위한 출구(b2) 및 물/슬러지 혼합물의 제 2 부분을 유닛(d)로 배출하기 위한 출구(b3)를 더 포함하며, 여기서 제 2 부분은 전형적으로 물/슬러지 혼합물의 나머지이다. 출구(b2)는 입구(c1)와 함께 전형적으로 벽, 바람직하게는 바닥 부분, 분리 탱크(b) 및 업플로우 반응기(c)의 개구의 형태를 취한다. 출구(b3)는 입구(d1)와 함께 전형적으로 벽, 바람직하게는 바닥 부분, 분리 탱크(b) 및 세퍼레이터(d)의 개구의 형태를 취한다. 유닛(b)은 유닛(c)의 출구(c2)로부터 유래하는 슬러지의 제 3 부분을 수용하기 위한 입구(b4)를 더 포함하며, 바람직하게는 유닛(d)로부터 유래하는 분리된 슬러지의 적어도 일부를 수용하기 위한 추가 입구(b5)를 더 포함한다. 유닛(b)에서, 폐수 및 과립 슬러지는 (더) 접촉되어 질화 및 탈질소화를 수행한다. 호기성 탱크이기 때문에, 유닛(b)는 산소, 전형적으로 공기를 탱크 내로 도입하기 위한 당해 분야에 공지된 수단을 더 포함한다.
유닛(c)는 슬러리 셀렉터, 예를 들어 라멜라 정화기 또는 업플로우 반응기이다. 유닛(c)는 유닛(b)에 통합되거나 그의 다운스트림에 배치될 수 있으며, 유닛(b)의 호기성 탱크에 통합되는 것이 바람직하다. 유닛(c)는 유닛(b)로부터 물/슬러지 혼합물의 제 1 부분을 수용하기 위한 입구(c1)를 포함한다. 유닛(c)는 침강 속도에 기초한 슬러지를 선택하기 위한 수단(c4)을 더 포함하며, 여기서 물/슬러지 혼합물의 제 1 부분은 슬러지 선택을 받는다. 유닛(c)은 시스템으로부터 슬러지의 제 1 부분을 배출하기 위한 제 1 출구(c2) 및 슬러지의 제 2 부분을 배출하기 위한 제 2 출구(c3)를 포함한다. 출구(c2)는 입구(b4)와 유체 연결되어 있다. 출구(c3)는 입구(a2)와 유체 연결되어 있다. 출구(c3)와 입구(a2) 사이의 연결부에는 바람직하게는 슬러지의 제 2 부분을 유닛(a)의 혐기성 탱크로 펌핑할 수 있는 펌프가 장착된다. 바람직하게는, 고속 침강 슬러지의 기계적 응력이 가능한 한 많이 제거되도록 에어리프트 펌프 또는 스크류 펌프와 같은 업플로우의 공기 또는 액체를 이용하는 펌프가 사용된다. 유닛(c)는 바람직하게는 슬러지의 제 3 부분을 배출하기 위한 제 3 출구(c5)를 포함한다. 출구(c5)는 본 발명에 따른 시스템으로부터 폐기물 슬러지를 배출하기 위한 것이며, 슬러지 처리 설비와 유체 연결될 수 있다. 출구(c5)로부터 유래하는 유체 연결부는 출구(d3)로부터의 유체 연결부와 결합될 수 있으며, 여기서 2개의 출구로부터 유래하는 유동은 슬러지 처리 설비와 유체 연결되는 단일 스트림으로 결합된다.
바람직한 실시양태에서, 유닛(c)는 업플로우 반응기이다. 업플로우 반응기에서, 입구(c1)는 바람직하게는 반응기(c)의 바닥 또는 그의 부근에, 더욱 바람직하게는 반응기의 전체 높이의 하부 25 %에 위치한다. 하나의 실시양태에서, 업플로우 반응기(c)는 반응기의 상단 부근, 예컨대 반응기의 전체 높이의 75 %, 바람직하게는 반응기의 전체 높이의 적어도 90 %에 위치한 펌프, 통상적으로 축-유동 펌프를 포함할 수 있다. 이러한 펌프가 사용되는 경우, 업플로우 반응기를 바람직하게는 1 내지 25 m/h, 더욱 바람직하게는 2 내지 15 m/h, 가장 바람직하게는 3 내지 8 m/h의 업플로우 속도로 작동시킬 수 있다. 임의의 경우, 업플로우 속도가 상기 범위 내에서, 바람직하게는 슬러지 블랭킷을 피하기 위해 변화될 수 있는 것이 바람직하다. 출구(c2)는 업플로우 반응기의 상단 절반에 위치하고, 출구(c3)는 반응기의 하부 25 %에 위치한다. 따라서, 슬러지의 제 1 부분을 유닛(b)으로 배출하기 위한 출구(c2)는 반응기의 전체 높이의 50 % 이상, 바람직하게는 전체 높이의 75 내지 100 %, 가장 바람직하게는 반응기의 상단에 위치한다. 슬러지의 제 2 부분을 유닛(a)으로 배출하기 위한 출구(c3)는 반응기의 전체 높이의 25 % 이하, 바람직하게는 전체 높이의 0 내지 10 %, 가장 바람직하게는 반응기의 바닥에 위치한다. 슬러지의 제 3 부분을 배출하기 위한 출구(c5)는 업플로우 반응기의 상단 절반, 바람직하게는 전체 높이의 75 내지 100 %, 가장 바람직하게는 반응기의 상단에 위치한다. 출구(c4)에는 추가 펌프가 장착되거나, 또는 오버플로우 형태가 될 수 있다.
유닛(d)는 처리된 물에서 슬러지를 분리하기 위한 세퍼레이터이다. 세퍼레이터는 바람직하게는 침강 탱크 또는 업플로우 반응기, 더욱 바람직하게는 업플로우 반응기이다. 당해 분야에 공지된 임의의 침강 탱크 또는 임의의 업플로우 반응기가 사용될 수 있다. 전형적인 침강 탱크는 좁은 바닥과 넓은 상단을 갖는 원뿔형이다. 업플로우 반응기가 사용되는 경우, 업플로우 반응기는 바람직하게 0.5 내지 10 m/h, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 m/h의 업플로우 속도로 작동할 수 있다. 유닛(d)은 유닛(b)로부터 물/슬러지 혼합물의 제 2 부분을 수용하기 위한 입구(d1)를 포함한다. 입구(d1)는 전형적으로 세퍼레이터의 바닥 근처에 위치한다. 출구(b3)는 입구(d1)와 유체 연결되어 있다. 유닛(d)은, 전형적으로 오버 플로우인 처리된 물을 배출하기 위한 제 1 출구(d2) 및 침강된 슬러지를 배출하기 위한 제 2 출구(d3)를 더 포함한다. 제 2 출구(d3)는 전형적으로 세퍼레이터의 바닥 근처에 또는 심지어 바닥에도 위치하며, 바람직하게는 유닛(b)의 입구(b5)와 유체 연결된다. 이와 같이, 침강된 슬러지의 적어도 일부는 편리하게 유닛(b)의 호기성 탱크로 복귀된다. 출구(d3)로부터 유래하는 유체 연결부는 침강된 슬러지의 일부를 폐 슬러지로서 시스템으로부터 배출시키는 수단을 포함할 수 있으며, 이는 출구(c5)로부터 유래하는 유체 연결부와 결합될 수 있고 슬러지 처리 설비와 유체 연결될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시스템은
(a) 폐수를 수용하기 위한 입구(a1), 유닛(c)의 출구(c3)로부터 고속 침강 슬러지를 수용하기 위한 입구(a2) 및 폐수와 슬러지의 혼합물을 배출하기 위한 출구(a3)를 포함하는 혐기성 탱크;
(b) 출구(a3)로부터 유래하는 슬러지와 폐수의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b1), 물과 슬러지 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 셀렉터(c)로 배출하기 위한 출구(b2), 물과 슬러지의 혼합물의 제 2 부분을 세퍼레이터(d)로 배출하기 위한 출구(b3), 출구(c2)로부터의 슬러지와 물의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b4) 및 출구(d3)로부터 슬러지를 수용하기 위한 입구(b5)를 포함하는 호기성 탱크;
(c) 1 내지 25 m/h의 업플로우 속도로 작동할 수 있는 업플로우 반응기로서,
출구(b2)로부터 유래하는 슬러지와 물의 혼합물의 제 1 부분을 수용하기 위한 입구(c1), 업플로우 반응기의 상단 절반에 위치하며 저속 침강 슬러지의 제 1 부분을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(c2), 업플로우 반응기의 바닥에 또는 바닥 근처에 위치하며 고속 침강 슬러지의 제 2 부분을 탱크(a)로 배출하기 위한 출구(c3), 및 업플로우 반응기의 상단 절반에 위치하며 저속 침강 슬러지의 제 3 부분을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(c5)를 포함하는 업플로우 반응기; 및
(d) 0.5 내지 10 m/h의 업플로우 속도로 작동할 수 있는, 처리된 물로부터 슬러지를 분리하기 위한 업플로우 반응기로서,
출구(b3)로부터의 슬러지와 물의 혼합물의 제 2 부분을 수용하기 위한 입구(d1), 처리된 물을 배출하기 위한 제 1 출구(d2), 및 분리된 슬러지를 배출하기 위한 제 2 출구(d3)를 포함하는 업플로우 반응기
를 포함하며,
여기서 출구(a3)는 입구(b1)와 유체 연결되고, 출구(b2)는 유체(c1)와 유체 연결되고, 출구(b3)는 입구(d1)와 유체 연결되고, 출구(c2)는 입구(b4)와 유체 연결되고, 출구(c3)는 입구(a2)와 유체 연결되고, 출구(d3)는 입구(b5)와 유체 연결된다.
Claims (15)
- (a) 폐수와 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 혐기성 대역에서 단계(c)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지와 폐수를 접촉시키는 단계;
(b) 물과 슬러지의 혼합물을 얻기 위해, 단계(a)로부터 유래하는 혼합물 및 단계(c)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지를 호기성 대역에 가하는 단계;
(c) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 선택 단계에 가하는 단계로서, 슬러지는 침강 속도에 기초하여 선택되고, 저속 침강 슬러지를 함유하는 제 1 부분 및 고속 침강 슬러지를 함유하는 제 2 부분이 수집되고, 고속 침강 슬러지의 평균 침강 속도는 저속 침강 슬러지의 침강 속도보다 크고, 제 1 부분은 단계(b)로 복귀되고, 제 2 부분은 단계(a)로 복귀되는 단계; 및
(d) 단계(b)로부터 유래하는 혼합물의 제 2 부분으로부터 슬러지를 분리하여 처리된 폐수를 얻는 단계
를 포함하는,
폐수의 처리 방법.
- 제1항에 있어서,
단계(c)의 슬러지 선택은, 바람직하게는 1 내지 25 m/h 범위의 업플로우로 작동되는 업플로우 반응기에서 수행되는, 폐수의 처리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
단계(c)는 단계(b)의 혼합물의 제 1 부분과 실질적으로 일정한 공급 속도로 작동하는, 폐수의 처리 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
연속적으로 작동되는, 폐수의 처리 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(c)에서, 저속 침강 슬러지를 함유하는 제 3 부분은 수집되며, 이는 폐 슬러지로서 배출되는, 폐수의 처리 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
혼합물은 단계(a)로부터 단계(b)까지, 단계(b)로부터 단계(c)까지 그리고 단계(b)로부터 단계(d)까지 장벽 없이 이송되는, 폐수의 처리 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(d)로부터 유래하는 슬러지의 적어도 일부는 단계(b)로 복귀되는, 폐수의 처리 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(c)로부터 유래하는 슬러지의 제 3 부분 및/또는 단계(d)로부터 유래하는 슬러지의 적어도 일부는 슬러지 처리에 가해지는, 폐수의 처리 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템으로서,
(a) 폐수를 수용하기 위한 그리고 출구(c3)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지를 수용하기 위한 하나 이상의 입구, 및 폐수와 슬러지의 혼합물을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(a3)를 포함하는 혐기성 탱크;
(b) 출구(a3)로부터 유래하는 슬러지와 폐수의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b1), 물과 슬러지 혼합물의 제 1 부분을 슬러지 셀렉터(c)로 배출하기 위한 출구(b2), 물과 슬러지의 혼합물의 제 2 부분을 세퍼레이터(d)로 배출하기 위한 출구(b3), 및 출구(c2)로부터 유래하는 저속 침강 슬러지의 혼합물을 수용하기 위한 입구(b4)를 포함하는 호기성 탱크;
(c) 출구(b2)로부터 유래하는 슬러지와 물의 혼합물의 제 1 부분을 수용하기 위한 입구(c1), 저속 침강 슬러지의 제 1 부분을 탱크(b)로 배출하기 위한 출구(c2), 고속 침강 슬러지의 제 2 부분을 탱크(a)로 배출하기 위한 출구(c3), 및 침강 속도에 기초하여 슬러지를 선택하기 위한 수단(c4)을 포함하는 슬러지 셀렉터; 및
(d) 출구(b3)로부터 유래하는 혼합물의 제 2 부분을 수용하기 위한 입구(d1), 처리된 물을 배출하기 위한 제 1 출구(d2), 및 분리된 슬러지를 배출하기 위한 제 2 출구(d3)를 포함하는, 슬러지를 분리하기 위한 세퍼레이터
를 포함하며,
출구(a3)는 입구(b1)와 유체 연결되고, 출구(b2)는 유체(c1)와 유체 연결되고, 출구(b3)는 입구(d1)와 유체 연결되고, 출구(c2)는 입구(b4)와 유체 연결되고, 출구(c3)는 유닛(a)의 입구와 유체 연결되어 있는
시스템.
- 제9항에 있어서,
유닛(a)은, 폐수를 수용하기 위한 제 1 입구(a1) 및 출구(c3)로부터 유래하는 고속 침강 슬러지를 수용하기 위한 제 2 입구(a2)인 2개의 입구를 포함하며, 출구(c3)는 입구(a2)와 유체 연결되어 있는 시스템.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,
슬러지 셀렉터(c)는 호기성 탱크(b)에서 통합되어 있는 시스템.
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
슬러지 셀렉터(c)는 1 내지 25m/h의 업플로우 속도로 작동할 수 있는 업플로우 반응기인 시스템.
- 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
출구(c3)와 입구(a2) 사이의 유체 연결부는 공기 또는 액체의 상향 스트림을 사용하는 펌프 또는 스크류 펌프가 장착되어 있는 시스템.
- 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
세퍼레이터(d)는 0.5 내지 10 m/h의 업플로우 속도로 작동할 수 있는 업플로우 반응기인 시스템.
- 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
출구(a3)는 입구(b1)와 함께 벽 분리 탱크(a) 및(b)의 바닥 부분에서 개구의 형태를 취하는 시스템.
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