KR20240041968A - 공공시설, 농업 및 제조업에서 탄소를 포함한 오염물질을 저감하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수 처리를 위해 젊은 첨가 미생물 개체군을 제공, 유지 및 사용하는 방법에 관한 것이다. 바이오 발효 미생물을 함유한 처리제로 폐수 및 폐기물 처리하기 위해, 바이오 발효를 이용하여 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로(Net Zero) 탄소 솔루션을 제공하는 방법이다.

Description

공공시설, 농업 및 제조업에서 탄소를 포함한 오염물질을 저감하기 위한 시스템 및 방법
본 발명은 생물 정화 및, 수류(water stream)를 포함하는 도시 및 제조 폐기물을 포함하는, 폐기물에 대한 새롭고 독특한 응용 및 용도에 관한 것이다.
인간, 도시 및 농촌 생활 환경, 농업 및 제조 활동에서 생성되는 폐수를 포함한 폐기물에서 오염물질을 없애고 제거하는 방법과 장치에 대한 요구는 오랫동안 지속되어 왔고 발전해왔다. 이러한 활동들로 인해 생성되는 이산화탄소를 포함한 온실 가스의 양을 줄여야 할 필요성이 계속 증가하고 있고, 이러한 활동들을 탄소 중립으로 만들어야 할 필요성이 오랫동안 지속되고 증가하고 있다. 본 발명은 무엇보다도 본 명세서에서 가르치고, 공개하고, 청구하는 물질, 재료, 제조물, 장치 및 공정의 구성을 제공함으로써 이러한 요구들을 해결한다.
전 세계적으로 폐수 처리는 이산화탄소 배출량의 3%, 즉 315억 톤을 차지한다. 지난 100년 동안 인구 증가와 폐수 처리 수요 증가에 대한 해결책은 자연의 생물학을 억제하기 위한 자본 시설과 에너지 집약적인 공정을 구축하는 것이었다. 목표는 깨끗한 물을 방류하기 전에 총 부유 물질(total suspended solids, TSS), 생화학적 산소 요구량(BOD)으로 측정되는 유기물, 질소(N) 및 인(P)과 같은 영양분을 제거하는 것이다. 이러한 에너지 집약적인 공정은 탄소 배출량을 증가시키고 기후 위기를 가중시킨다. 본 발명은 본 명세서에 규정된 처리 시설 및 그 시설의 운영 방법을 제공함으로써 이러한 문제뿐만 아니라 다른 문제도 해결한다.
본 발명 이전에는 바이오고형물 처리 문제를 해결하기 위한 고가의 복잡한 엔지니어링 솔루션만 존재했다. 이러한 모든 공정은 자본 투자가 필요하며, 구조물에 상당한 "내재 탄소"가 포함되어 있는데, 이는 대부분 무시된다. 또한, 바이오고형물의 전반적인 처리, 취급 및 폐기는 유틸리티 운영 예산의 30~40%를 차지할 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하고 이러한 모든 공정의 탄소 배출량을 20%에서 60%, 잠재적으로는 그 이상으로 줄일 뿐만 아니라 새로운 자본 투자의 필요성을 줄인다.
본 발명에 앞서, 폐수 처리 시스템에 미생물(예: 박테리아)을 첨가하는 것은 폐수로부터 오염 물질을 제거하는 데 있어 일부 이점을 제공하는 것으로 이해되었지만 매우 효과적인 것은 아니었다. 본 발명 이전에는, 이러한 첨가 미생물 유형 기술은 폐수 처리 시설의 탄소 배출량을 줄이거나 해당 시설에서 온실 가스 생산을 줄이기 위해 알려지지 않았거나 이해되지 않았거나 구현되지 않은 것으로 믿어진다.
폐수 처리 시설에서 사용하기 위해 현장에서 배양되거나 현장에서 제공되는 활성 미생물의 처리 배치를 사용하면, 처리 시설에서 나오는 배출수의 오염을 줄이는 데 상당한 이점을 제공한다. 이러한 "활성 처리 배치" 접근법의 바람직한 유형(예: 시스템, 방법, 방법론 및 기술)은 미국 특허 제11,155,484호, 제9,409,803호 및 제7,879,593호에 교시 및 공개되어 있으며, 각 공개 전체가 참조로 여기에 통합되어 있다. 특히 선호되는 활성 치료 배치 접근법 유형은 미국 특허 제11,155,484호, 제9,409,803호 및 제7,879,593호에 교시 및 공개되어 있는 Biofermentation® 접근법이다. 이러한 접근법은 예를 들어 폐수 시설 운영의 문제, 유입수의 오염 증가, 시설의 균형이 맞지 않는 문제, 유출수의 순도 증가(즉, 유출수의 오염 물질 감소), 유출수의 순도를 유지하면서 생성되는 슬러지의 양 감소, 오염 물질 수준이 감소된 슬러지(예: 클래스 A 슬러지) 제공 등을 해결하는 데 사용되어 왔다.
본 발명들 이전에, 폐수 처리 시설의 탄소 배출량 감소, 온실 가스 생산 증가를 요구하는 배출수 순도 증가의 패러다임 깨기, 이러한 혜택과 기타 혜택의 조합 및 변형과 같은 활성 처리 배치 방법론 및 기술, 예를 들어 Biofermentation® 방법론 및 기술의 구성, 구현 및 사용은 알려지거나 이해되거나 구현되지 않았다. 본 발명은 활성 처리 배치 방법론 및 기술 (예: Biofermentation® 방법론 및 기술)의 놀랍도록 새로운 용도, 적용 및 구성을 제공하고, 이는 무엇보다도 폐수 처리장의 탄소 배출량을 줄이고, 온실 가스 생산을 증가시키지 않고 폐수 유출수의 순도를 높이고, 유출수 순도 증가와 온실 가스 생산 증가를 연결하는 패러다임을 깨고, 본 명세서에 명시된 기타 혜택 및 장점을 제공한다.
따라서, 폐수 처리 시설의 초기 유량 결정하는 단계 (여기서, 상기 폐수 처리 시설은 내재 탄소 배출량(embodied carbon footprint)을 가지며, 상기 초기 유량은 폐수처리장의 배출수 내의 오염물질을 오염물질의 1등급 이하로 유지하기 위한 상기 내재 탄소 배출량의 용량임); 및, 증가된 유량을 제공하기 위해 상기 폐수 처리 시설의 유량을 증가시키는 단계 (여기서, 상기 증가된 유량은 상기 초기 유량보다 적어도 25% 이상 더 큰 것임); 를 포함하고, 상기 배출수의 오염물질 수준이 상기 증가된 유량에서 오염물질의 1등급 이하로 유지되고, 상기 폐수 처리 시설의 내재 탄소 배출량이 동일하게 유지되는, 폐수처리장의 탄소 배출량의 증가 없이 배출수의 수질을 유지하면서, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법이 제공된다.
또한, 바이오 발효 미생물을 함유한 처리제와 함께 폐수 및 폐기물을 처리하기 위해, 바이오 발효를 이용하여 폐수 및 폐기물의 처리에 관한 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로(net zero) 탄소 솔루션을 제공하는 방법이 제공된다.
폐수 처리의 초기 유량을 갖는 슬러지의 처리 및 폐기를 위해 폐수 처리 시설이 온실 가스의 제1 양을 생성하는 단계 (여기서, 폐수 처리장의 배출수 내 오염물질이 오염물질의 제1 등급 이하로 유지됨); 및, 상기 배출수 내 오염물질의 등급을 오염물질의 제1 등급 이하로 유지하면서, 상기 생성된 온실 가스의 제1 양을 적어도 25% 이상 감소시키는 단계; 를 포함하는, 폐수 처리와 관련된 온실 가스의 생성을 감소시키기 위해, 폐수의 수질을 유지하면서 폐수처리장의 용량의 감소 없이 폐수 처리 시설을 운영하는 방법이 제공된다.
또한, 다음 중 하나 이상의 특징을 갖는 이러한 방법들을 동작시키기 위한 시스템이 추가로 제공된다: 상기 증가된 유량이 상기 초기 유량보다 적어도 20% 이상 더 큰 것; 상기 증가된 유량이 상기 초기 유량보다 적어도 50% 이상 더 큰 것; 상기 증가된 유량이 상기 초기 유량보다 적어도 70% 이상 더 큰 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 바이오고형물의 양이 적어도 25% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 바이오고형물의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 바이오고형물의 양이 적어도 60% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 인의 양이 적어도 20% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 인의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 질소의 양이 적어도 20% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 질소의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것; 상기 온실가스가 적어도 30% 이상 감소되는 것; 상기 온실가스가 적어도 40% 이상 감소되는 것; 상기 온실가스가 적어도 60% 이상 감소되는 것; 상기 온실가스가 적어도 80% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 바이오고형물의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 바이오고형물의 양이 60% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 인의 양이 적어도 20% 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 인의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것; 상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리하여 생성되는 질소의 양이 적어도 20% 이상 감소되는 것; 지방, 기름 및 그리스(grease)를 처리하는 단계; 탈질화를 개선하여 알칼리도 회수를 증가시키는 단계; 바이오매스 침전성을 향상시키는 단계; 바람직하지 않은 필라멘트 성장을 제어하는 단계; 질산화를 개선하고 암모니아 제거양을 증가시키는 단계; 폐수 플랜트를 재평가하는 단계; 폐수 플랜트의 용량 및 유압 처리량을 증가시키는 단계; 및 증가시키는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 설계 또는 제안된 처리 시설의 실시예의 내재 탄소 배출량(embodied carbon footprint)에 대한 활성화된 활성 처리 배치(batch) 접근법의 실시예의 영향을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예가 내재 탄소와 운영 탄소(operating carbon)에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.
도 3는 본 발명에 따른 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예가 총 탄소 배출량에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예가 토지 활용 관행에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예가 소각 관행에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예가 인(phosphorous) 제거 증가에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예가 용량 증가 및 유압 처리량에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 암모니아-질소 제거 개선에 대한 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예의 영향을 보여주는 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 발명에 따른 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예가 개선된 정착성 및 필라멘트 성장 제어에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.
도 10a 및 10b는 본 발명에 따른 개선된 탈질화(denitrification)를 통한 알칼리도 회복에 대한 활성화된 활성 처리 배치 접근법의 실시예의 영향을 보여주는 도면이다.
도 11은 폐수 처리 시설의 실시예에서 활동당 전기 소비량을 보여주는 도면이다.
도 12는 폐수 처리 시설에 대한 실시예의 공정별 탄소 배출량을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 에너지 사용량 감소의 개선 실시예를 보여주는 도면이다.
일반적으로, 폐수 처리 시스템은 바람직하지 않은 물질로 오염된 물이 존재하는 지방 자치 단체, 산업 현장, 공장, 폭풍우 배수 시스템 및 기타 장소에서 나오는 배출수를 처리한다. 본 명세서에서 사용되는 경우, 명시되지 않는 한 "폐수 처리 시스템", "폐수 처리 시설", "처리 시설" 및 이와 유사한 용어는 가능한 한 가장 넓은 의미가 부여되어야 하며, 1차 처리, 2차 처리 또는 3차 처리 및 이들의 조합 및 변형; 호기성, 통성(facultative), 또는 혐기성 생물학적 폐수 시스템; 호기성 공정에는 예를 들어 활성 슬러지 시스템, 호기성 안정화조(aerobic stabilization basins, ASB), 폭기 라군(aerated lagoons), 단일 통과 라군 시스템, 안정화지(stabilization ponds), 회전 생물학적 접촉기 및 살수 필터(trickling filters)가 포함되며, 통성(facultative) 공정에는 예를 들어 통성 라군, 혐기성 공정에는 예를 들어 혐기성 연못, 혐기성 소화조, 형기 필터 또는 접촉기, 혐기 처리 시스템; 정화기, 침전조, 소화조, 활성 슬러지 시스템, 석호, 단일 통과 석호(single pass lagoons) 및 이들의 조합 및 변형을 갖는 시스템; 활성 슬러지 시스템과 같은 시스템, 회전 디스크 시스템, 수중 폭기 필터(submerged aerated filter), 부유 매체 필터(suspended media filters), 연속 회분식 반응조 비전기식 필터(sequencing batch reactors non-electric filters) 및 살수 필터; 및 이들의 조합 및 변형 및 폐수를 세척하기 위한 다른 장치를 갖는, 공업 및 시립 시스템을 포함한다.
폐수처리장은 일일 유량이 일당 갤런(gallons per day, GPD)으로 측정되는 소량에서부터 일당 백만 갤런(million gallons per day, MGD)의 유량으로 측정되는 대량까지 다양하다. 유량은 수 십, 수 백, 수 천, 수 만, 수 십만 GPD 일 수 있다. 일반적으로 도시 및 산업 현장의 경우, 폐수의 유량은 약 0.01 MGD 이상, 약 0.1 MGC 이상, 약 1 MGD 이상, 약 2 MGD 이상, 0.01 MGD에서 100 MGD까지, 0.05 MGD에서 50 MGD까지, 0.1 MGD에서2 MGD까지, 약 1 MGD에서 약 15 MGD까지, 약 5 MGD에서 약 25 MGD까지, 약 10 MGD 에서 40 MGD 까지, 약 20 MGD에서 100 MGD까지, 약 25 MGD에서 약 60 MGD까지, 약 200 MGD에서 약 300 MGD까지, 약 300 MGD 이상, 약 350 MGD 이상, 및 더 크고 더 작은 흐름 및 이러한 범위 내의 모든 유량이다.
폐수처리장의 용량이나 규모는 인구당량(Population Equivalent, PE)으로도 측정될 수 있다. PE는 유량을 측정하고 다른 처리장 간의 유량을 비교하는데 사용되는 표준화이다. PE는 24시간 동안 한 사람에 의해 생산된 가정 하수의 개인 인구에 대한 같은 기간 동안 산업 시설과 서비스에 의해 생산된 오염 부하의 합계의 비율을 나타내는 숫자이다.
일반적으로, PE 1단위는 24시간당 54 g의 BOD와 같다. 유량 측면에서 본 발명에서 사용되는 PE 단위는 하루에 1인당 50갤런 또는 하루에 1인당 200리터에 해당한다. 폐수처리장은 10,000 ~ 200,000 PE, 50,000 ~ 100,000 PE, 50,000 ~ 500,000 PE, 100,000 PE ~ 2,000,000 (2mm) PE, 1 mm PE ~ 4 mm PE, 150 mm PE 이상, 200 mm PE 이상, 약 300 mm PE, 및 이러한 범위 내의 모든 용량 그리고 더 크고 작은 용량을 가질 수 있다. 또한, 이러한 공장은 폭풍 해일 대비로 PE보다 크게 설계될 수 있다.
일반적으로, 슬러지 안정화 장비와 같은 값비싸고 때로는 신뢰할 수 없는 처리 장비나 공정들이 없는 경우, 하수 처리 시스템에서 생산되는 슬러지 또는 폐 슬러지 또는 바이오고형물은 본문에서 명시적으로 다르게 언급되지 않는 한 동의어로 사용되는 용어들로, 일반적으로 추가적인 비용이 들고 환경적으로 덜 바람직한 처분 기술이 필요한 불필요한 물질을 포함하고 있다. 이러한 공정들에는 많은 자본 지출이 필요하고 높은 탄소 배출량(carbon footprints)과 함께 높은 운영 비용이 필요하며, 부식성 및 산성 화학 물질과 같은 가혹하고 위험한 물질 및 기타 불리한 요구 사항을 사용한다. 특히, 후자의 이전 pH 기반 시스템 및 기타 이전의 소독 시스템은 신뢰할 수 없고, 바람직하지 않은 것으로 입증되었으며, 안전하고 사용 가능하며 경제적으로나 환경적으로 수용할만한 슬러지 및 공정 후 기타 공정 재료에 대한 요구를 충족시키지 못했다. 특히, 퇴비화와 같이 자본 집약적이지 않은 다른 변형은 나무껍질과 같은 충전제를 사용하는 단점이 있으며, 이는 법적으로 규정된 분변 물질로 오염되어 분변에 대한 기준을 충족하기가 더 어려울 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '유입수'라는 용어는 별도로 명시되지 않는 한 가능한 가장 넓은 의미로 사용되어야 하며, 장치, 시스템, 저수조(reservoir), 조(basin), 처리 공정 처리 시스템, 처리 장치, 탱크, 또는 처리장 또는 처리 시설로 유입되는 폐수 또는 기타 액체(처리되지 않은 또는 부분적으로 처리된 상태)를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '슬러지'라는 용어는 별도로 명시되지 않는 한 가능한 가장 넓은 의미로 사용되어야 하며, 폐수처리장에서 폐수에서 제거되는 물질을 포함한다. 일반적으로 슬러지는 약 0.2% 내지 약 80%의 고형물, 약 1% 내지 약 60%의 고형물, 약 0.25% 내지 0.5%의 고형물, 약 2% 내지 약 4%의 고형물, 약 50% 내지 약 99%의 고형물, 약 5% 내지 약 25%의 고형물, 약 5%의 고형물, 약 10 %의 고형물, 약 1%의 고형물, 약 10%의 고형물, 약 15%의 고형물, 약 0.5% 이상의 고형물, 약 2% 이상의 고형물, 약 5% 이상의 고형물, 및 이들의 조합 및 변형이 이러한 범위 내의 모든 값을 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '플록(floc) 형성 미생물', '플록 형성자', 플록 형성 및 이와 유사한 용어는 달리 명시되지 않는 한, 플록 형성을 유발하거나 응집하여 큰 덩어리 또는 함께 작용하는 박테리아 군집을 형성하는 미생물의 일반적인 그룹을 포함하여 가능한 가장 넓은 의미로 사용되어야 한다: 플록 형성 박테리아, 아크로모박터(Achromobacter), 플라보박테륨(Flavobacterium), 알칼리게네스(Alcaligenes), 아르드로박터(Arthrobacter), 점착 세균 집단(Zooglea), 아시네토박터(Acinetobacter), 시트로모나스(Citromonas); 포식자로는 원생동물(protozoa), 윤충류(rotifers), 선충류 보르티셀라(nematodes Vorticella), 아스피시디카(Aspicidica), 짚신벌레(Paramecium) 가 있다. 인산 축적 미생물 (Phosphate accumulating organisms, PAO), 조류(라군)(algae (lagoons)).
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '온실 가스' 및 이와 유사한 용어는 별도로 명시되지 않는 한, 대기 중 지구 온난화 또는 온도 상승에 기여하는 모든 가수를 포함한다. 이러한 가스에는 이산화탄소 (CO2), 메탄(CH4) 및 아산화질소(N2O)가 포함된다. 아산화질소는 지구 온난화에 미치는 영향이 이산화탄소보다 약 300배 더 크다. 동등하다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 별도로 명시되지 않는 한, 실온은 섭씨 25° C이다. 또한, 표준 온도 및 압력은 25° C이고, 1기압이다.
일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 '약'이라는 용어는, 별도로 명시되지 않는 한, ±10%의 변동 또는 범위, 또는 명시된 값을 얻는 것과 관련된 실험 또는 계측 오차 중 더 큰 것을 포함하는 것을 의미한다.
별도로 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 값의 범위를 나열하는 것은 각 범위 내의 개별 값을 개별적으로 참조하기 위한 단축 방법으로만 사용된다. 본 명세서에 별도로 명시되지 않는 한, 범위 내의 각각의 개별 값은 마치 본 명세서에서 개별적으로 인용되는 것처럼 명세서에 통합된다.
일반적으로, 본 발명들은 존재하는 온실 가스 및 특히 환경으로 방출되는 온실 가스를 포함하는 오염 물질의 양을 줄이기 위해 폐수 및 폐기물을 처리하는 시스템, 장치 및 프로세스에 관한 것이다. 따라서, 본 발명들의 실시예들은 생물학적 물질로 폐수 및 폐기물을 처리하는 것, 그러한 처리를 수행하기 위한 시스템 및 방법, 액체를 포함하는 유용하고 안전하며 환경적으로 허용 가능한 물질의 폐수로부터 생산하는 것에 관한 것이다. 미국 공개공보 제2020/0087183호에 개시된 유형의 장치, 장비, 시스템, 처리법 및 바이오 발효 방법은, 전체 개시 내용이 참조로 통합되어 본 발명에서 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 이득 및 이점을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서는 주로 도시 폐수처리장에 초점을 맞추고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에 명시된 본 시스템 및 방법의 실시예들은 펄프 및 제지 산업, 광업 및 상업적(공장) 농업 및 축산 시설과 같은 산업 폐수처리장에 대한 사용 및 적용 가능성을 발견하고 이점을 제공한다.
본 시스템들, 장치들 및 방법들의 실시예들은 낮은 온실 가스(예를 들어, CO2　N2O 및 CH4) 생산 및 생성을 얻을 수 있으며, 순 탄소(net carbon) 중립적인 방식으로 작동할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 처리 시설과 관련된 온실 가스 생산량을 증가시키지 않고도 배출수 스트림의 증가된 순도를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 온실 가스의 생성을 증가시키지 않고, 바람직하게는 온실 가스의 감소와 함께 증가된 배출수 순도, 즉 오염물질의 감소를 제공한다.
미국을 비롯한 전 세계에서 폐수에 대한 환경 품질 기준(EQS)이 강화됨에 따라 이러한 강화된 기준을 충족하기 위해 2차 또는 추가 처리 공정 및 장비가 일반적으로 요구되고 있다. 이러한 추가 처리 조치는 시멘트 사용량 증가를 포함하여 더 크거나 추가 시설물을 건설하고 시멘트 사용량을 증가시키는 것뿐만 아니라, 이러한 추가 시설물, 공정 또는 처리 장치를 운영하기 위해 에너지 사용량을 증가시키는 것을 요구한다. 따라서, 더 높은 EQS를 충족하는 것은 본 발명 이전에는 해결할 수 없었던 불행한 패러다임으로, 폐수 수질은 개선되지만, 탄소 배출량 및 온실 가스 오염이 증가하는 대가를 치르게 된다. 본 발명은 이러한 패러다임을 해결하고 극복한다. 본 발명의 실시예들은 사전 추가 조치 및 이러한 추가 조치와 관련된 탄소 배출량 및 온실 가스 증가 없이도 폐수 처리 시설에서 더 높은 ESQ 기준, 즉 더 깨끗한 폐수 배출을 충족시킬 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 도 1에 도시된 바와 같이 탄소 배출량을 현저히 감소시키면서 처리량 용량 및 배출 수질은 동일하거나 더 우수한 새로운 처리 시설의 건설을 가능하게 한다. 예를 들어, 활성 처리 배치 접근법을 사용하여 건설된 처리 시설은 용량을 보수적으로 25% 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 설계 및 신규 건설의 내재 탄소를 최소 25% 줄일 수 있다. 기존 처리 시설에 대해 탄소 배출량 절감의 예는 건설의 필요성을 제거하면서도 용량을 25% 증가시킴으로써 도 2에 의해 추가로 도시되어 있다. 예를 들어, 200~300 MGP 유량을 처리하는 처리 시설에 대한 가장 큰 도전은 다음 25년 동안 처리 시설의 용량을 25% 증가시키는 것이다. 이는 확장 또는 내재 탄소에 대한 모든 또는 대부분의 계획된 자본 지출이 간단히 제거될 수 있음을 의미한다. 따라서 예를 들어 내재 탄소는 14,500 ~ 300의 PE를 처리하는 플랜트(plant)의 경우 6.4 ~ 14년간의 운영 탄소 배출량을 나타낸다.
본 발명의 실시예들은, 예를 들어, 향후 10년, 향후 20년, 향후 25년과 같이 장기간에 걸쳐, 내재 탄소 배출량을 증가시키지 않으면서 처리 시설의 용량을 증가시킬 수 있다. 이러한 용량 증가는 25% 이상, 30% 이상, 50% 이상이 될 수 있다. 본 발명은 용량을 25% 증가시키는 것으로 제한하지 않으며, 이는 단지 예시에 불과하다. 탄소 배출량을 늘리지 않고 용량을 증가시키는 이러한 작동 구성 및 방법(예: 내재 탄소 배출량)은 10,000 내지 200,000 PE, 50,000 내지 100,000 PE, 50,000 내지 500,000 PE, 100,000 PE 내지 2mm PE, 1mm PE 내지 4mm PE, 150 mm PE 이상, 200mm PE 이상 및 약300mm PE의 용량을 갖는 폐수 처리 공장에서 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 장기간에 걸쳐, 예를 들어, 향후 10년, 향후 20년, 향후 25년 동안에도 내재 탄소 배출량을 증가시키지 않으면서 처리 시설의 용량을 증가시킬 수 있다. 이러한 용량 증가는 25% 이상, 30% 이상, 50% 이상이 될 수 있다. 본 발명은 용량을 25% 증가시키는 것으로만 청구범위를 제한하지 않으며, 이는 단지 일례에 불과하다. 탄소 배출량(예컨대, 내재 탄소 배출량)을 증가시키지 않고 용량을 증가시키는 이러한 운영 구성 및 방법은 폐수 유량이 약 0.01 MGD 이상, 약 0.1 MGD 이상, 약 1 MGD 이상, 약 2 MGD 이상, 0.01 MGD에서 100 MGD까지, 0.05 MGD에서 50 MGD까지, 0.1 MGD에서 2 MGD까지, 약 1 MGD에서 약 15 MGD까지, 약 5 MGD에서 약 25 MGD까지, 약 10 MGD에서 약 40 MGD까지, 약 20 MGD에서 약 100 MGD까지, 약 25 MGD에서 약 60 MGD까지, 약 200 MGD에서 약 300 MGD까지, 약 300 MGD 이상, 약 350 MGD 이상 및 이 범위 내의 크고 작은 모든 유량을 포함한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 활성 처리 배치 방법론 및 기술을 사용하고 최적화하여 상당한 내재 탄소 배출을 제거하는 폐수 처리 시설에 관한 것이다. 이러한 시설의 내재 탄소 배출량은 엔지니어링 솔루션보다4배 적다 (예: 동일한 수질과 처리량을 얻기 위해 추가 크기 및 공정이 필요함). 이러한 시스템의 운영 탄소 배출량은 엔지니어링 솔루션보다 3배 더 적고 더 좋다. 이러한 시설의 구현, 운영 및 이점은 도 3에서 자세히 도시되어 있다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 온실 가스를 줄이는 매립지 설계 및 운영과 관련된다. 따라서, 활성 처리 배치 방법론 및 기술은 슬러지 생산량을 최소 44% 감소시키며, 이는 처리 경로로 사용되는 매립지 애플리케이션에서 NOX 및 메탄의 방출에 비례적으로 영향을(예: 감소) 미친다. 이러한 시설의 구현, 운영 및 이점은 도 4에 자세히 도시되어 있다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 온실 가스를 감소시키는 슬러지 소각 작업에 관한 것이다. 따라서, 활성 처리 배치 방법론 및 기술은 슬러지 생산을 최소 44% 감소시키며, 이는 처리 경로로 사용되는 슬러지 소각 애플리케이션에 이산화탄소 및 NOX의 방출에 비례적으로 영향을(예: 감소) 줄 수 있다. 이러한 시설의 구현, 운영 및 이점은 도 5에 자세히 도시되어 있다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 폐수의 처리 및 이러한 처리로부터 생성된 슬러지의 처리에서 온실 가스의 방출을 감소하는 방법과 관련된다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 폐수 처리, 특히 도시 폐수 처리에 대한 온실 가스의 총체적 감소, 즉 시작부터 끝까지,를 제공한다.
따라서, 일반적으로, 본 발명의 실시예들은 유틸리티 및 운영자가 온실 가스 배출을 줄이고, 기존 시설 뿐만 아니라 새로 건설된 시설로부터 국가, 지역, 및 글로벌 규제 및 조직의 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 충족시키기 위한 솔루션을 제공하는 활성 처리 배치 방법론 및 기술을 활용하는 폐수 관리의 실시예들에 관한 것이다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 현장에서 재배되거나 현장에서 제공되는 활성 미생물의 처리 배치의 구현을 위해 구성되고, 건설되고, 개조되고, 운영되는 폐수 처리 시설 및 이러한 조합과 변형에 관한 것이다 (처리 배치의 활성 미생물은 포유류의 장내 프로바이오틱스와 유사하게 시너지 효과를 발휘하는 것으로 이론화되고 있다). 처리 배치는 처리 시설의 현장 또는 처리 시설과 가까운 위치에서 배양하여, 살아있는 활성 미생물이 포함된 액체 처리 배치가 하나 이상의 적용 지점에서 시설의 폐수에 제공될 수 있다.
이러한 액체 활성 처리 배치 접근법들(예: 시스템, 방법, 방법론 및 기술)의 바람직한 유형은 미국 특허 제11,155,484호, 제9,409,803호 및 제7,879,593호에 교시되고 개시되어 있다. 특히 선호되는 활성 처리 배치 접근법 유형은 미국 특허 제11,155,484호, 제9,409,803호 및 제7,879,593호에 교시 및 개시되어 있는 Biofermentation® 접근법이다. 액체 활성 처리 배치 접근법은 현장에서 사이드 스트림 반응기 또는 인근 오프사이트 시설에서 미생물 배양을 성장시키기 위한 반응기, 방법 및 프로세스를 활용하여 액체 처리 배치를 제공한다. 이러한 접근법은 미생물 배양을 반응기에 추가하기 전에 동결 건조 또는 보존 단계를 거치지 않고 처리 배치를 성장시키는 것이 바람직하며, 이는 99.9%의 매우 높은 사멸률을 가질 수 있다.
일반적으로, 액체 처리 배치의 미생물은 폐수 처리에 유용한 미생물 일 수 있으며, 바람직하게는 플록(floc) 형성 미생물들 중 하나 이상에서 선택된다. 일반적으로, 액체 처리 배치는 폐수 처리 시설의 하나 이상의 위치에 추가될 수 있고, 상기 폐수 처리 시설은 활성 슬러지 시스템, 호기성 안정화 분지(ASB), 호기성 라군(lagoons), 단일 통과 라군 시스템(single pass lagoon systems), 안정화 연못(stabilization ponds), 회전하는 생물학적 접촉기 및 살수 필터(trickling filters)을 포함한 을 포함하고; 임시(facultative) 공정은 예를 들어 임시조(facultative lagoons)를 포함하고; 혐기성 공정은 예를 들어 혐기성 연못, 혐기성 소화조, 형기성 필터 또는 접촉기, 혐기성 처리 시스템을 포함하고; 정화조, 침전조, 소화조, 활성 슬러지 시스템, 라군, 단일 통과 라군 및 이들의 조합 및 "槿活* 갖는 시스템; 활성 슬러지 시스템, 회전하는 디스크 시스템, 수중 폭기 필터, 부유 매체 필터, 시퀀싱 배치 반응기 비전기 필터 및 살수 필터와 같은 시스템, 폐수 정화를 위한 이들 및 기타 장치의 조합 및 변형을 포함한다. 이러한 활성 처리 배치 접근법(예: 시스템, 방법, 방법론 및 기술)의 바람직한 유형은 미국 특허 제11,155,484호, 제9,409,803호 및 제7,879,593호에 교시 및 공개되어 있으며, 각각의 전체 공개는 여기에 참조로 통합되어 있다.
일반적으로, 본 실시예들에서 사용하기 위한 액체 처리 배치 내의 미생물은 하나 이상의 균주, 미생물의 유형 또는 종 일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 미생물이라는 용어는 곰팡이, 효모, 박테리마 및 기타 생분해성 작은 단세포 유기체를 포함한다. 예를 들어, 미생물은 플록 형성 미생물일 수 있다. 액체 처리 배치에 사용하기 위한 특정 생분해 특성을 가진 미생물의 몇 가지 추가 예들이 표 1에 제공된다.
미생물 호흡 타입 어플리케이션 예 최종 산출물 예
슈도모나스 푸티다
(Pseudomonas putida)		 호기성 페놀, 톨루엔 물, CO2, 바이오매스
고초균
(Bacillus subtilis)		 호기성 탄수화물 물, CO2, 바이오매스
노카디아 spp.
(Nocardia spp.),		 호기성 시클로헥산 물, CO2, 바이오매스
백색부후균
(White Rot Fungus)		 호기성 유기 염소 물, CO2, 바이오매스
니트로좀모나스 spp.
(Nitrosomonas spp.)		 호기성 산화 암모늄 질산염(Nitrate)
니트로박터 spp.
(Nitrobacter spp.)		 호기성 질산염 산화(Nitrate Oxidation) 질산염(Nitrate)
티오스패라 판토르로파
(Thiosphera pantotropha)		 호기성 탈질소 질소 가스
메탄생성세균
(Methanogenic bacteria)		 혐기성 아세트산 메탄, CO2, 바이오매스
여기서, Spp. = 종, 이들은 변할 수 있으며, 서브틸리스(Subtilis)는 바실루스(Bacillus) 중 하나의 종이고, 푸티다는 슈도모나스 중 하나의 종이다. CO2 = 이산화탄소.
액체 처리 배치에 사용될 수 있는 미생물의 추가 예로는 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 및 노카르디아 균주(Nocardia strains) 및 기타 탄화수소의 생분해를 위한 균주들이 있으며, 이는 "Developments in Biodegradation of Hydrocarbons-1" (Watkinson, Applied Science Publishers, 1978 ISBN: 0-85334-751-4)에 참조로 통합되어 있는, 문서화된 기타 균주들이다. 백색부후균(White Rot Fungus)을 이용한 클로로유기물 생분해(Chloroorganics biodegradation)는 미국 특허 제4,554,075호에 잘 설명되어 있으며, 본 문서에 참조로 통합되어 있다. 배양 방법은 "Increasing Ligninolytic Enzyme Activities in Several White-Rot Basidiomycetes by Nitrogen Sufficient Media" Erwin etal, Biosource Technology" (Erwin etal, Biosource Technology, Volume 53, (1995), 133-139 페이지)에서 논의되며, 이는 본 명세서에 참조로 포함된다.
일반적으로, 초기 배양된 액체 처리 배치의 미생물 농도는 밀리미터당 약 107　- 1010　콜로니 형성 단위 (cfu/ml), 약 108　- 109　cfu/ml, 약 107 cfu 이상, 약 109 cfu 이상일 수 있다. 이러한 처리 배치는 현장에서 배양될 경우 폐수에 직접 첨가할 수 있다. 이러한 처리 배치는 미생물의 생존과 활성을 유지하는 방식으로 더욱 농축한 다음 처리장의 폐수에 공급될 수 있다. 이러한 처리 배치의 농도는 초기 배양 시 액체 처리 배치보다 2배에서 400배, 약 4배, 약 20배, 약 40배, 약 100배, 약 200배, 약 10배에서 100배, 그리고 약 300배에서 약 400배 더 높을 수 있으며(즉, 약 108 - 109 cfu/ml), 및 이 범위 내의 모든 값일 수 있다. 그런 다음 이러한 액체 농축 처리 배치는 제조 후 24시간 이내, 제조 후 최대 48시간 이내, 제조 후 최대 72시간 이내 또는 제조 후 1주일 이내에 또는 이에 상응하는 변형에 폐수에 첨가된다.
특정 처리 시스템에 추가되는 처리 배치의 양(예: 투여량 또는 투여 속도, 투여율)은 유량, PE, 유기 및 유압 재하율, 필요한 신속성 또는 반응, 직면한 문제, 겉보기 부하를 심각하게 증가시킨 도시 공장에서의 산업 배출, 기존 생물체를 죽이는 독성 또는 독성 화합물의 존재, 원하는 결과, 적용되는 액체의 농도 및 공장 유형 같은 요인에 따라 달라진다. 예를 들어, MCRT가 7일 이상인 활성 슬러지 공장의 경우 매주 처리 배치를 적용할 수 있지만, 최상의 결과를 얻으려면 단일 통과 라군을 지속적으로 추가해야 하며, 살수 필터는 매일 추가하는 것이 바람직하다. 앞서 언급했듯이, 처리 배치의 농도는 1배에서 400배까지 다양할 수 있으므로 그에 따라 양이 달라질 수 있다. 일반적으로 4배를 기준으로 1 MGD의 유량을 처리하기 위한 부피는 액체 처리 배치의 주당(per week) 100갤런에서 400갤런 사이가 될 것이다. PE가 14,500인 경우, 4배로 주당 1,500~5,000리터를 투여하는 것이 효과적이다.
또한, 예를 들어 PE가 14,500인 처리 플랜트는 4배 처리 배치 농도에서 주당 3,000리터로 처리된다. 6 GPM은 4배 처리 배치 농도에서 주당 200갤러능로 처리된다.
따라서, 4배 농도의 투여율은 주당 약 50갤런에서 주당 400갤런, 주당 약 100갤런에서 주당 약 300갤런, 주당 약 200갤런에서 주당 400갤런, 주당 약 50갤런 이상, 주당 약100갤런 이상, 주당 약 150갤런 이상, 주당 약 500갤런 이상, 주당 약 1,000갤런 이상(예: 10-50 MGD 플랜트의 경우) 이상 및 이 범위 내의 모든 값과 더 많고 적은 양의 범위가 있을 수 있다. 일반적으로 농도가 증가함에 따라 액체 처리 배치의 투여율(예: 주당 양)는 비례적으로 감소한다. 마찬가지로 PE가 증가하고 유량이 증가하면 액체 처리 배치의 투여율이 증가한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 "고급 소화(Advanced Digestion)"라고 하는 새롭고 독특한 공정에 관한 것이다. 고급 소화는 슬러지/기존 생물체의 분해를 포함하는 슬러지의 사멸 단계 또는 감소 단계에서 미생물 생존력을 증가시키기 위한 호기성 소화조에 대한 본 발명의 활성 처리 배치 접근법의 실시예와 관련된 본 발명의 실시예를 포함한다. 그 결과 암모니아가 방출되고 질화 박테리아(Nitrifying bacteria)에 의해 질산염으로 호기적으로 전환된다. 호기성 소화조에서 나온 디캔트(decant)는 일반적으로 폐수 처리 시설의 헤드로 보내져 암모니아 및/또는 질산염의 질소 부하를 추가한다. 고급 소화는 소화조에서 공기 온/오프를 반복하여 통성 또는 무산소 상태를 발생하게 하고, 이를 통해 세균이 질산을 사용하여 더 많은 슬러지를 분해할 수 있도록 한다. 결국, 질산이 소진되면 슬러지가 무산소 상태로 전환되어 더 많은 슬러지를 분해하여 더 많은 암모니아를 방출할 수 있다. 또는 폭기(aeration)를 다시 시작하여 질소화/탈질소화 사이클을 다시 시작할 수 있다. 이를 통해 슬러지를 장기간(예: 60개월) 폐기하거나 운반할 필요 없이 소화조를 운영할 수 있으며, 슬러지 운반을 줄이면서 전체 슬러지 처리 및 취급을 90% ± 5% 줄이는 동시에 슬러지 운반을 줄여 하류 처리, 취급 및 최종 처리를 위한 탄소 배출량을 줄일 수 있다. 폭기의 탄소 배출량은 소화조가 순환하는 슬러지 및 호기성, 무산소성, 혐기성 단계의 특성에 따라 30~70% 정도 감소한다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 본 활성 처리 배치 접근법 및 처리 시설의 실시예에 관한 것으로, 표 2의 하나 이상의 매개변수에 따라 구성되고 운영될 수 있다.
문제 및 해결 방법 개선점 CO2 배출량 감소
PE 용량 증가 125%+ 25-40%+
동의 규정 수준 10일 이내 25-40%+
자본 지출(CAPEX) 요구사항 감소 50%+ 25-40%+
운영 비용(OPEX) 요구사항 감소 20%+ 25-40%+
에너지 요구사항 감소 10-20%+ 25-40%+
유압 용량 증가 125-150%+ 25-40%+
유기 용량 증가 125-150%+ 25-40%+
복원력 향상 상당한 증가 25-40%+
필라멘트 부피 증가 제거 제거 25-40%+
질소 감소 50%+ 25-40%+
인 감소 50%- 25-40%+
바이오고형물 (슬러지) 감소 60%+ 25-40%+
고급 소화 (Advanced Digestion) 90%+ 25-40%+
클래스 A 잔여물 (미국) 선택적 이점 25-40%+
컬렉션 내 FOG 감소 상당히 25-40%+
악취 제어 개선 상당히 25-40%+
조류(algae) 제어 개선 상당히 25-40%+
파리 제어 개선 상당히 25-40%+
탄소 배출량 감소 및 온실 가스 감축을 평가하거나 억제하기 위한 매개변수는 지구 온난화 완화 기술의의 숙련자에게 알려져 있다. 예를 들어, 시멘트 1입방 야드(3900파운드)는 약 400파운드의 이산화탄소를 나타낸다.
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 다음 중 하나 이상을 제공한다:
1) 유압 처리량 = 동일한 장비로 더 많은 처리량
200+ % 더 많은 것을 입증했다.
2) 유기물 처리량 = 동일한 장비로 40~200% 더 많이 처리하고 추가 폭기(aeration)가 필요하지 않음 = 처리되는 유기물 질량당 에너지 소비 감소 = 더 적은 배출량
이 프로세스가 산소 전달 효율을 높인다고 생각한다 (펄프 및 제지 사례 연구 참조)
3) 바이오매스의 침전성(settleability)을 개선하면 재활용률이 높아져 전기 사용량이 감소하고 탄소 배출량이 줄어듦
4) 탈질(denitrification) 개선 = 유기 물질의 전환을 위해 산소 대신 질산염(nitrate)을 사용하기 때문에 에너지 회수율이 증가됨
5) 개선된 인산염(phosphate) 제거는 탄소 배출량이 많은 값비싼 화학 물질을 제거한다
6) 바이오고형물(예: 슬러지)
a) 폭기조(aeration basin)에서 바이오고형물 생산량을 최대 70%까지 감소시킴(최적화 없이 20~30%+) = 하류 처리 없음, 더 적은 화학물질 = 더 적은 탄소 배출량; 이것은 직접적으로 비례한다
b) 고급 소화
ⅰ. 등급 B, A 또는 AA, 또는 추가 자본 없이 낮은 대변(fecal) 한도를 충족(탄소 배출량 없음); ⅱ. 영양소 가치가 향상되고 그 양이 적어짐; 또는 ⅲ. 수년/수개월 동안 폐기하지 않음
일반적으로, 본 발명의 실시예들은 다음 중 하나 이상을 제공할 수 있다:
1. 콘크리트 사용량 감소 = 콘크리트 없이 용량 증가
2. 펌핑 및 폭기를 위한 전력 사용량 감소 = 바이오매스(biomass)의 침전성 향상 및 산소 전달 효율 향상
3. 바이오고형물의 질량 감소 = 현장 내 폭기조에서의 질량 감소 = 운송 및 모든 하류 처리 감소; 땅에 질량을 감소
다음 실시예는 본 발명의 시스템 및 방법의 다양한 실시예들을 설명하기 위해 제공된다. 이러한 실시예들은 설명적인 목적을 위한 것이며, 예언적일 수 있으며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서 안되며, 달리 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
예시 1
실시예에서, 폐수 처리 시스템의 미생물 개체군은 활성 처리 배치 접근법(예: Biofermentation®)을 사용하여 살아있는 미생물(예: 플록 형성 미생물(floc forming microbes), 슈도모나스(Pseudomonas), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노카디아(Nocardia), 등등, 을 원하는 수의 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 생물학적 산소 요구량(BOD)과 질소(N) 및 인(P)과 같은 영양분을 제거하는 살아있는 미생물 군집(예: 박테리아)을 제어하고 미리 결정할 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법을 사용하면 바이오매스 침전성이 크게 향상되어 폐수 처리장에서 배출수 혼탁도를 최소화하고, 총 인(P)을 최소화하고, 평균 슬러지 체류 시간(mean cell residence time, MCRT)을 최대화하여 보다 안정적인 인 제거를 할 수 있다. 이 실시예는 배출수의 오염물질을 줄이면서도 시설의 탄소 배출량을 증가시키지 않는다.
이러한 획기적인 발전은 배출수 순도를 높이는 것이 온실가스 생산량 증가와 연관되어 있다는 이전의 패러다임을 깨는 패러다임 전환을 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 전환은 폐수 시설에 대한 오랜 요구를 충족시켜 오늘날 업계가 직면한 현재의 규제 및 자금 제한에 대응하고, 국가, 지역 및 글로벌 규제 및 조직의 탄소 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 달성하는데 도움이 된다. 활성처리 배치 접근 프로세스는 현장에서 미생물을 배양하고, 이러한 미생물을 폭기조로 일상적으로 직접 주입하는 사이드스트림 반응기, 활성 슬러지 회수(RAS) 라인, 폐수 처리장의 무산소 구역 및 이들의 조합 및 변형을 사용하여 배양한다. 또는 처리 배치가 최대 2배, 최대 5배, 최대 10배, 최대 20배, 최대 40배 또는 최대 400배 또는 이들의 조합을 위해 부피를 줄이기 위해 농축할 수 있는 액체로 현장에 전달되는 경우. 그런 다음 이 액체 또는 농축액을 제조 후 24시간 이내, 제조 후 최대 48시간 이내, 제조 후 최대 72시간 이내 또는 제조 후 1주일 이내에 위에서 설명한대로 첨가하거나 그 변형된 방법을 사용한다. 이렇게 하면 바이오매스 친전성과 인 흡수가 크게 개선되어 폐수 시스템이 최대한의 건강한 잠재력을 발휘할 수 있다.
도 6을 보면 인의 감소를 볼 수 있다. 이 활성 처리 배치 접근법은 자본 지출 증가나 운영 비용 증가 없이 수익에 긍정적인 솔루션을 제공한다. 중요한 것은 활성 처리 배치 접근법은 자본 확장 비용을 없애고, 둘째로 바이오고형물 생산량을 약 25%에서 약 70%, 약 40%, 약 50%, 약 60%로 25% 이상, 50% 이상, 60% 이상 줄이면서 용량과 유압 처리량을 증가시킴으로써 상당한 이산화탄소를 절감할 수 있다는 점이다. 이러한 바이오고형물 및 인 감소는 활성 처리 배치 접근법이 달성하는 상기 바이오고형물 생산량 감소(예: 60% 이상 감소) 및 인 감소에 근접하기 위해 추가 및 운영(즉, 추가 에너지 사용) 해야 하는 이전 접근법과 비교할 때 최소 20% 감소, 최소 40% 감소, 최소 100% 감소, 최소 50% 감소, 그리고 40~70% 감소된 탄소 배출량과 함께 달성할 수 있다.
예시 2
실시예에서, 폐수 처리 시스템의 미생물 개체군은 활성 처리 배치 접근법(예: Biofermentation®)을 사용하여 살아있는 미생물(예: 플록 형성 미생물(floc forming microbes), 슈도모나스(Pseudomonas), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노카디아(Nocardia), 등등, 을 원하는 수의 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 생물학적 산소 요구량(BOD)과 과도한 생물학적 고형물을 제거하는 살아있는 미생물의 군집(예: 박테리아)을 제어하고 미리 결정할 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법을 사용하면 필라멘트 성장을 크게 제어하고 플록 구조를 개선하여 폐수 처리 시설에서 평균 슬러지 체류 시간(MCRT)을 최대화하여 단위 부피당 더 많은 유기물 부하와 유량을 처리할 수 있다. 이 실시예는 이러한 개선된 투입을 통해 배출수에서 필요한 낮은 수준의 오염 물질을 유지하면서 시설의 탄소 배출량을 증가시키지 않는다.
이러한 획기적인 발전은 배출수 순도를 높이는 것이 온실가스 생산량 증가와 연관되어 있다는 이전의 패러다임을 깨는 패러다임 전환을 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 전환은 폐수 시설에 대한 오랜 요구를 충족시켜 오늘날 업계가 직면한 현재의 규제 및 자금 제한에 대응하고, 국가, 지역 및 글로벌 규제 및 조직의 탄소 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 충족하는데 도움이 된다. 활성 처리 배치 접근 프로세스는 현장에서 미생물을 배양하고, 이러한 미생물을 폭기조로 일상적으로 직접 주입하는 사이드스트림 반응기, 활성 슬러지 회수(RAS) 라인, 폐수 처리장의 무산소 구역 및 이들의 조합 및 변형을 사용하여 배양한다. 이를 통해 바이오매스 침전성을 크게 개선하고 설계 용량의 125% 이상과 유압식으로(hydraulically) 150% 이상의 서지(surge)를 처리함으로써 폐수 시스템이 최대한의 건강한 잠재력을 발휘할 수 있도록 한다.
도 7을 보면 용량과 유압 처리량(through put)의 증가를 확인할 수 있다. 이 활성 처리 배치 접근법은 자본 지출 증가나 운영 비용 증가 없이 수익에 긍정적인 솔루션을 제공한다. 중요한 것은 활성 처리 배치 접근법은 자본 확장 비용을 없애고, 둘째로 바이오고형물 생산량을 약 25%에서 약 70%, 약 40%, 약 50%, 약 60%로 25% 이상, 50% 이상, 60% 이상 줄이면서 용량과 유압 처리량을 증가시킴으로써 상당한 이산화탄소를 절감할 수 있다는 점이다. 이러한 바이오고형물 감소 및 처리량 증가는 활성 처리 배치 접근법이 달성하는 상기 바이오고형물 생산량 감소(예: 60% 이상 감소)와 용량 및 유압 처리량 증가에 근접하기 위해 추가 및 운영(즉, 추가 에너지 사용)해야 하는 이전 접근법과 비교할 때 최소 20% 감소, 최소 40% 감소, 최소 100% 감소, 최소 50% 감소 및 40~70% 감소된 탄소 배출량과 함께 달성된다.
예시 3
실시예에서, 폐수 처리 시스템의 미생물 개체군은 활성 처리 배치 접근법(예: Biofermentation®)을 사용하여 살아있는 미생물(예: 플록 형성 미생물(floc forming microbes), 슈도모나스(Pseudomonas), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노카디아(Nocardia), 등등, 을 원하는 수의 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 생물학적 산소 요구량(BOD)과 과도한 생물학적 고형물을 제거하는 살아있는 미생물 군집(예: 박테리아)을 제어하고 미리 결정할 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법을 사용하면 침전성이 좋지 않아 질산화를 위한 최소 평균 슬러지 체류 시간(MCRT)인 8일을 달성할 수 없는 경우 필라멘트 성장을 제어하여 질산화를 수행할 수 있다. 추운 날씨와 MCRT가 질화 정도에 영향을 미치는 경우, 질화 유기체의 낮은 성장률을 상쇄하기 위해 MCRT를 증가시켜 안정적인 질산화 과정을 가능하게 할 수 있다. 이 실시예는 시설의 탄소 배출량을 증가시키지 않으면서도 질산화 및 탈질화를 개선한다.
이러한 획기적인 발전은 배출수 순도를 높이는 것이 온실가스 생산량 증가와 연관되어 있다는 이전의 패러다임을 깨는 패러다임 전환을 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 전환은 폐수 시설에 대한 오랜 요구를 충족시켜 오늘날 업계가 직면한 현재의 규제 및 자금 제한에 대응하고, 국가, 지역, 및 글로벌 규제 및 조직의 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 충족하는데 도움이 된다. 활성처리 배치 접근 프로세스는 현장에서 미생물을 배양하고, 이러한 미생물을 폭기조로 일상적으로 직접 주입하는 사이드스트림 반응기, 활성 슬러지 회수(RAS) 라인, 폐수 처리장의 무산소 구역 및 이들의 조합 및 변형을 사용하여 배양한다. 이를 통해 바이오매스 침전성과 질산화 및 탈질화가 크게 개선되어 폐수 시스템이 최대한 건강한 잠재력을 발휘할 수 있다.
도 8을 보면 암모니아성 질소 제거가 개선된 것을 볼 수 있다. 이 활성 처리 배치 접근법은 자본 지출 증가나 운영 비용 증가 없이 수익에 긍정적인 솔루션을 제공한다. 중요한 것은 활성 처리 배치 접근법은 자본 확장 비용을 없애고, 둘째로 바이오고형물 생산량을 약 25%에서 약 70%, 약 40%, 약 50%, 약 60%로 25% 이상, 50% 이상, 60% 이상 줄이면서 암모니아-질소 제거 개선 효과를 얻을 수 있다는 점이다. 이러한 바이오고형물 감소 및 암모니아-질소 제거 개선은 활성 처리 배치 접근법이 달성하는 상기 바이오고형물 생산량 감소(예: 60% 이상 감소)와 용량 및 유압 처리량 증가에 근접하기 위해 추가 및 운영(즉, 추가 에너지 사용)해야 하는 이전 접근법과 비교할 때 최소 20% 감소, 최소 40% 감소, 최소 100% 감소, 최소 50% 감소 및 40~70% 감소된 탄소 배출량과 함께 달성된다.
예시 4
실시예에서, 폐수 처리 시스템의 미생물 개체군은 활성 처리 배치 접근법(예: Biofermentation®)을 사용하여 살아있는 미생물(예: 플록 형성 미생물(floc forming microbes), 슈도모나스(Pseudomonas), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노카디아(Nocardia), 등등, 을 원하는 수의 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 생물학적 산소 요구량(BOD)과 과도한 생물학적 고형물을 제거하는 살아있는 미생물 군집(예: 박테리아)을 제어하고 미리 결정할 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법을 사용하면 플록 구조가 개선되어 폐수 처리장이 평균 슬러지 체류 시간을 최대화하여 단위 부피당 유기물 로딩 속도와 유량을 더 많이 처리할 수 있다. 이 실시 예는 시설의 탄소 배출량을 증가시키지 않으면서도 단위 푸비팡 유기물 부하 및 유량을 개선한다.
이러한 획기적인 발전은 배출수 순도를 높이는 것이 온실가스 생산량 증가와 연관되어 있다는 이전의 패러다임을 깨는 패러다임 전환을 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 전환은 폐수 시설에 대한 오랜 요구를 충족시켜 오늘날 업계가 직면한 현재의 규제 및 자금 제한에 대응하고, 국가, 지역 및 글로벌 규제 및 조직의 탄소 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 충족하는데 도움이 된다. 활성처리 배치 접근 프로세스는 현장에서 미생물을 배양하고, 이러한 미생물을 폭기조로 일상적으로 직접 주입하는 사이드스트림 반응기, 활성 슬러지 회수(RAS) 라인, 폐수 처리장의 무산소 구역 및 이들의 조합 및 변형을 사용하여 배양한다. 이를 통해 바이오매스 침전성과 단위 부피당 유기물 부하 및 유량을 크게 개선하여 폐수 시스템이 최대한의 건강한 잠재력을 발휘할 수 있다.
도 9a(미처리) 및 도 9b(활성 처리 배치 적용)를 보면 이러한 개선된 침전성 및 플록 구조를 통해 평균 슬러지 체류 시간을 최대화하여 단위 부피당 유기물 로딩 속도 및 유량을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법은 자본 지출 증가나 운영 비용 증가 없이 수익에 긍정적인 솔루션을 제공한다. 중요한 것은 활성 처리 배치 접근법은 자본 확장 비용을 없애고, 둘째로 바이오고형물 생산량을 약 25%에서 약 70%, 약 40%, 약 50%, 약 60%로 25% 이상, 50% 이상, 60% 이상 줄이면서 암모니아-질소 제거 개선 효과를 얻을 수 있다는 점이다. 이러한 바이오고형물 감소 및 단위 부피당 유기물 부하 및 흐름 개선은 활성 처리 배치 접근법이 달성하는 상기 바이오고형물 생산량 감소(예: 60% 이상 감소)와 단위 부피당 유기물 부하 및 흐름 개선에 근접하기 위해 추가 및 운영(즉, 추가 에너지 사용)해야 하는 이전 접근법과 비교할 때 최소 20% 감소, 최소 40% 감소, 최소 100% 감소, 최소 50% 감소 및 40~70% 감소된 탄소 배출량과 함께 달성된다.
예시 5
실시예에서, 폐수 처리 시스템의 미생물 개체군은 활성 처리 배치 접근법(예: Biofermentation®)을 사용하여 살아있는 미생물(예: 플록 형성 미생물(floc forming microbes), 슈도모나스(Pseudomonas), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노카디아(Nocardia), 등, 을 원하는 수의 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 생물학적 산소 요구량(BOD)과 과도한 생물학적 고형물을 제거하는 살아있는 미생물 군집(예: 박테리아)을 제어하고 미리 결정할 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법을 사용하면 무산소 구역 또는 폭기조에서 탈질화로부터 알칼리도 (3~3.6 mg/mg 질산염)을 회복할 수 있다. 알칼리도는 종종 제한적이지만 완전한 질화가 일어나기 위해 필요하다 (산화 암모니아 mg당 7.14 CaCO3). 폭기조에서 알칼리도가 회복되면 이는 동시 질화 및 탈질화(SND)의 지표가 되며, 25% 감소된 폭기로 25% 낮은 바이오고형물을 효율적으로 생산할 수 있다. 폭기조에서 알칼리도가 회복되면 이는 동시 질화 및 탈질화(SND)의 지표가 되며, 25% 감소된 폭기로 낮은 바이오고형물을 효율적으로 생산할 수 있다. 이 실시예는 시설의 탄소 배출량을 증가시키지 않으면서도 단위 부피당 유기물 부하 및 유량을 개선한다.
이러한 획기적인 발전은 배출수 순도를 높이는 것이 온실가스 생산량 증가와 연관되어 있다는 이전의 패러다임을 깨는 패러다임 전환을 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 전환은 폐수 시설에 대한 오랜 요구를 충족시켜 오늘날 업계가 직면한 현재의 규제 및 자금 제한에 대응하고, 국가, 지역 및 글로벌 규제 및 조직의 탄소 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 충족하는데 도움이 된다. 활성 처리 배치 접근 프로세스는 현장에서 미생물을 배양하고, 이러한 미생물을 폭기조로 일상적으로 직접 주입하는 사이드스트림 반응기, 활성 슬러지 회수(RAS) 라인, 폐수 처리장의 무산소 구역 및 이들의 조합 및 변형을 사용하여 배양한다. 이를 통해 질산염-질소 제거를 크게 개선하여 폐수 시스템이 건강하고 완전한 잠재력을 발휘할 수 있도록 한다.
도 10a 및 도 10b를 보면 알칼리도의 회복과 함께 질산염-질소 제거가 개선된 것을 알 수 있다. 이 활성 처리 배치 접근법은 자본 지출 증가나 운영 비용 증가 없이 수익에 긍정적인 솔루션을 제공한다. 중요한 것은 활성 처리 배치 접근법은 자본 확장 비용을 없애고, 둘째로 바이오고형물 생산량을 약 25%에서 약 70%, 약 40%, 약 50%, 약 60%로 25% 이상, 50% 이상, 60% 이상 줄이면서 질산염-질소 제거 개선 효과를 얻을 수 있다는 점이다. 이러한 바이오고형물 감소 및 처리량 증가는 활성 처리 배치 접근법이 달성하는 상기 바이오고형물 생산량 감소(예: 60% 이상 감소)와 질산염-질소 제거 개선에 근접하기 위해 추가 및 운영(즉, 추가 에너지 사용)해야 하는 이전 접근법과 비교할 때 최소 20% 감소, 최소 40% 감소, 최소 100% 감소, 최소 50% 감소 및 40~70% 감소된 탄소 배출량과 함께 달성된다.
예시 6
실시예에서, 폐수 처리 시스템의 미생물 개체군은 활성 처리 배치 접근법(예: Biofermentation®)을 사용하여 살아있는 미생물(예: 플록 형성 미생물(floc forming microbes), 슈도모나스(Pseudomonas), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노카디아(Nocardia), 등등, 을 원하는 수의 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 생물학적 산소 요구량(BOD)과 과도한 생물학적 고형물을 제거하는 살아있는 미생물 군집(예: 박테리아)을 제어하고 미리 결정할 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법을 사용하면 수거 시스템에서 FOG와 악취가 감소한다. 액체 처리 배치는 전용 공급 시스템을 사용하여 수거 네트워크의 습식 우물과 리프트 스테이션에서 매일 두 번 적용된다. 이 실시예는 시설의 탄소 배출량을 증가시키지 않으면서도 단위 부피당 유기물 부하와 유량을 개선한다.
이러한 획기적인 발전은 배출수 순도를 높이는 것이 온실가스 생산량 증가와 연관되어 있다는 이전의 패러다임을 깨는 패러다임 전환을 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 전환은 폐수 시설에 대한 오랜 요구를 충족시켜 오늘날 업계가 직면한 현재의 규제 및 자금 제한에 대응하고, 국가, 지역 및 글로벌 규제 및 조직의 탄소 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 달성하는데 도움이 된다. 활성처리 배치 접근 프로세스는 현장에서 미생물을 배양하고, 이러한 미생물을 폭기조로 일상적으로 직접 주입하는 사이드스트림 반응기, 활성 슬러지 회수(RAS) 라인, 폐수 처리장의 무산소 구역 및 이들의 조합 및 변형을 사용하여 배양한다. 이를 통해 FOG 및 악취 감소를 크게 개선하여 폐수 시스템이 최대한의 건강한 잠재력을 발휘할 수 있도록 한다.
이 활성 처리 배치 접근법은 자본 지출 증가나 운영 비용 증가 없이 수익에 긍정적인 솔루션을 제공한다. 중요한 것은 활성 처리 배치 접근법은 자본 확장 비용을 없애고 이산화탄소를 크게 절감하는 동시에 FOG 및 악취 감소를 개선할 수 있다는 점이다.
이러한 FOG 및 악취 감소의 개선은 활성 처리 배치 접근법이 달성하는 상기 개선된 FOG 및 악취 감소에 근접하기위해 추가 및 운영되어야 하는(즉, 추가 에너지 사용) 이전 접근법과 비교할 때, 최소 20% 감소, 최소 40% 감소, 최소 100% 감소, 최소 50% 감소 및 40~70% 감소된 탄소 배출량과 함께 달성된다.
예시 7
실시예에서, 폐수 처리 시스템의 미생물 개체군은 활성 처리 배치 접근법(예: Biofermentation®)을 사용하여 살아있는 미생물(예: 플록 형성 미생물(floc forming microbes), 슈도모나스(Pseudomonas), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 바실러스(Bacillus), 고초균(Bacillus subtilis), 슈도모나스(Pseudomonas), 예를 들어, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노카디아(Nocardia), 등등, 을 원하는 수의 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 추가 지점에서 폐수 시스템에 추가하여 생물학적 산소 요구량(BOD)과 과도한 생물학적 고형물을 제거하는 살아있는 미생물 군집(예: 박테리아)을 제어하고 미리 결정할 수 있다. 이러한 활성 처리 배치 접근법을 사용하면 바이오매스 침전성, 용량 및 유압 처리량 증가, 질소 및 인 제거 개선, 미국 클래스 A/AA 잔류물 또는 국제 동등 표준을 생성하여 탈수, 처리 및 바이오고형물 폐기의 부담 감소 중 하나 이상, 바람직하게는 모두를 제공한다. 본 실시예는 시설의 탄소 배출량을 증가시키지 않으면서도 이러한 개선된 운영 매개변수를 제공한다.
이러한 획기적인 발전은 배출수 순도를 높이는 것이 온실가스 생산량 증가와 연관되어 있다는 이전의 패러다임을 깨는 패러다임 전환을 제공한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 전환은 폐수 시설에 대한 오랜 요구를 충족시켜 오늘날 업계가 직면한 현재의 규제 및 자금 제한에 대응하고, 국가, 지역 및 글로벌 규제 및 조직의 탄소 제로 또는 저탄소 지침, 규칙 또는 표준을 달성하는데 도움이 된다. 활성처리 배치 접근 프로세스는 현장에서 미생물을 배양하고, 이러한 미생물을 폭기조로 일상적으로 직접 주입하는 사이드스트림 반응기, 활성 슬러지 회수(RAS) 라인, 폐수 처리장의 무산소 구역 및 이들의 조합 및 변형을 사용하여 배양한다. 이를 통해 운영 매개변수를 개선하여 폐수 시스템이 최대한의 건강한 잠재력을 발휘할 수 있다.
이러한 활성 처리 배치 접근법은 자본 지출 증가나 운영 비용 증가 없이 수익에 긍정적인 솔루션을 제공한다. 중요한 것은 활성 처리 배치 접근법은 자본 확장 비용을 없애고 이러한 개선된 운영 매개 변수를 제공함으로써 상당한 이산화탄소 절감 효과를 제공한다. 이러한 개선된 운영 매개변수는 활성 처리 배치 접근법이 달성하는 위의 개선된 운영 매개변수에 근접하기 위해 추가적으로 운영(즉, 에너지 사용량 추가)해야 하는 이전 접근법과 비교할 때 25%이상 (즉, 25% 이상) 낮은 탄소 배출량을 달성할 수 있다. 이러한 운영 매개변수는 표 3에 요약되어 있다.
문제 및 해결 방법 개선점 CO2 배출량 감소
PE 용량 증가 125%+ 25-40%+
자본 지출 요구사항 감소 50%+ 25-40%+
운영 비용 요구사항 감소 20%+ 25-40%+
에너지 요구사항 감소 10-20%+ 25-40%+
유압 용량 증가 125-150%+ 25-40%+
유기 용량 증가 125-150%+ 25-40%+
질소 감소 50%+ 25-40%+
인 감소 50%- 25-40%+
바이오고형물 (슬러지) 감소 60%+ 25-40%+
클래스 A 잔여물 (미국) 선택적 이점 25-40%+
예시 8
실시예에서, 폐수 처리 계획(약 100+ MG)에 대한 공정별 에너지 소비의 내역은 도11에 도시되어 있다. 가용성 유기물의 생분해를 위한 폭기가 전체 에너지 소비의 53%(180.2 GWh/년)를 차지하는 것을 알 수 있다. 혐기성 소화 및 벨트 프레스에 의한 잔류 바이오고형물 처리는 약 19%(64.6 GWh/년)를 차지한다.
특정 시스템에 추가되는 처리 배치의 양은 유량, PE, 유기 및 유압 부하율, 필요한 신속성 또는 반응, 직면한 문제, 도시 공장의 산업 배출로 인해 겉보기 부하가 심각하게 증가했는지, 기존 생물체를 죽이는 독성 또는 독성 화합물의 존재, 원하는 결과, 적용되는 액체의 농도 및 플랜트 유형에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, MCRT가 7일 이상인 활성 슬러지 플랜트의 경우 매주 처리 배치를 적용할 수 있지만, 최상의 결과를 얻으려면 단일 통과 라군을 지속적으로 추가해야 하며, 세류 필터는 매일 추가해야 한다. 앞서 언급했듯이 처리 배치의 농도는 1뱅서 400배까지 다양할 수 있으므로 그에 따라 양이 달라질 수 있다. 일반적으로 4배를 기준으로 하면 1 MGD의 유량을 처리하기 위한 부피는 주당 100갤런에서 400갤런 사이가 된다. PE가 14,500인 경우 4배로 주당 1,500~5,000 리터를 투여하는 것이 효과적이다.
본 활성 처리 배치 방법론 및 기술의 실시예를 사용하면, 폭기를 위한 전력 소비를 25%(45 GWh/년) 감소시킬 수 있고, 바이오고형물 처리 취급을 위한 전력 소비를 60%(38.7 GWh/년) 감소시킬 수 있으므로, 전체 전력 소비의 25%인 by 83.7 GWh/년의 전기 소비를 감소시키고, 이 전기의 생산을 위한 온실가스 배출을 줄일 수 있다. 또한, 바이오고형물의 전반적인 처리, 취급 및 폐기는 유틸리티 운영 예산의 30~40%를 차지할 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하고 이러한 모든 공정의 탄소 배출량을 20%에서 60%로, 잠재적으로는 그 이상으로 줄일 뿐만 아니라 새로운 자본 투자의 필요성을 줄인다. 또한, 본 실시예들은 탄소 배출량을 증가시키지 않고도 모든 설비 투자를 제거할 수 있는 기능을 제공한다.
이러한 실시예들은 도 12에 도시된 바와 같이 탄소 배출량 및 아산화질소(Nitrous Oxide, NOX)를 감소시킬 수 있다. 도 12에서 비교된 11개의 모든 기존 공정 및 폐기 방법의 총 탄소 배출랴을 사용하면, 평균 탄소 배출량은 연간 약 32,000톤의 이산화탄소 배출량이다. 따라서 이 예의 실시예는 연간 11,509대의 SUV가 도로에서 배출하는 것과 비슷한 양의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다.
예시 9
활성 처리 배치 방법론 및 기술을 사용하는 처리 시설 및 운영의 실시예에서, 도 13에 도시된 매개변수에 따라 운영될 수 있다.
예시 10
폐수 처리 시설을 건설하여 운영하거나, 기존 폐수 시설을 예시 1 내지 예시 9 중 하나 이상, 바람직하게는 모두의 조건 하에서 운영할 수 있다.
본 발명의 실시예의 대상이 되거나 이와 관련된 새롭고 획기적인 공정, 재료, 성능, 또는 기타 유익한 특징 및 특성의 기초가 되는 이론을 제공하거나 언급할 필요는 없다는 점에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서에는 이 분야의 기술을 더욱 발전시키기 위한 다양한 이론이 제공된다. 본 명세서에 제시된 이론들은, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 청구된 발명에 부여되는 보호 범위를 제한하거나, 좁히지 않습니다. 이러한 이론들은 본 발명을 활용하기 위해 요구되거나 실행되지 않는 경우가 많습니다. 본 발명은 본 발명의 방법, 물품, 재료, 장치 및 시스템의 실시예들의 기능-특징을 설명하기 위해 지금까지 알려지지 않은 새로운 이론으로 이어질 수 있으며, 그러한 후발 이론은 본 발명이 제공하는 보호 범위를 제한하지 않는다는 것이 추가로 이해된다.
본 명세서에서 개시된 시스템, 장비, 기술, 방법, 활동 및 동작의 다양한 실시예들은 본 명세서에 개시된 것들 이외에 다양한 다른 활동 및 다른 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예들은 향후 개발될 수 있는 다른 장비 또는 활동; 및 본 명세서의 가르침에 따라 부분적으로 수정될 수 있는 기존 장비 도는 활동과 함께 사용될 수 있다. 또한, 투여량 및 속도, 미생물 첨가 지점을 포함하여 본 명세서에서 개시된 다양한 실시예들은, 하나 이상의 실시예들에서, 그리고 서로 다른 다양한 조합으로 서로 사용될 수 있다.
본 발명은 그 정신이나 본질적인 특성을 벗어나지 않으면서 본원에 구체적으로 개시된 것 이외의 다른 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시예들은 모든 측면에서 예시적인 것으로만 간주되어야 하며 제한적인 것이 아니다.

Claims (32)

  1. a. 폐수 처리 시설의 초기 유량을 결정하는 단계 (여기서, 상기 폐수 처리 시설은 내재 탄소 배출량(embodied carbon footprint)을 가지며, 상기 초기 유량은 폐수처리장의 배출수 내의 오염물질을 오염물질의 1등급 이하로 유지하기 위한 상기 내재 탄소 배출량의 용량임); 및,
    b. 증가된 유량을 제공하기 위해 상기 폐수 처리 시설의 유량을 증가시키는 단계 (여기서, 상기 증가된 유량은 상기 초기 유량보다 적어도 25% 이상 더 큰 것임);
    를 포함하고,
    c. 상기 배출수의 오염물질 수준이 상기 증가된 유량에서 오염물질의 1등급 이하로 유지되고,
    d. 상기 폐수 처리 시설의 내재 탄소 배출량이 동일하게 유지되는,
    폐수처리장의 탄소 배출량의 증가 없이 배출수의 수질을 유지하면서, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증가된 유량은 상기 초기 유량보다 적어도 20% 이상 큰 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  3. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 증가된 유량이 상기 초기 유량보다 적어도 50% 이상 큰 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  4. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 증가된 유량이 상기 초기 유량보다 적어도 70% 이상 큰 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  5. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 바이오 고형물의 양이 적어도 25% 이상 감소하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  6. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 바이오 고형물의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  7. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 바이오 고형물의 양이 적어도 60% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  8. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 인(phosphorous)의 양이 적어도 20% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  9. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 인의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  10. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 질소의 양이 적어도 20% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  11. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 질소의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설의 용량을 증가시키는 방법.
  12. a. 폐수 처리의 초기 유량을 갖는 슬러지의 처리 및 폐기를 위해 폐수 처리 시설이 온실 가스의 제1 양을 생성하는 단계 (여기서, 폐수 처리장의 배출수 내 오염물질이 오염물질의 제1 등급 이하로 유지됨); 및,
    b. 상기 배출수 내 오염물질의 등급을 오염물질의 제1 등급 이하로 유지하면서, 상기 생성된 온실 가스의 제1 양을 적어도 25% 이상 감소시키는 단계;
    를 포함하는,
    폐수 처리와 관련된 온실 가스의 생성을 감소시키기 위해, 폐수의 수질을 유지하면서 폐수처리장의 용량의 감소 없이 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 온실 가스는 적어도 30% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  14. 전술한 청구항들 어느 하나에 있어서,
    상기 온실 가스는 적어도 40% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  15. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 온실 가스는 적어도 60% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  16. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 온실 가스는 적어도 80% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  17. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 바이오 고형물의 양은 적어도 50% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  18. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 바이오 고형물의 양이 적어도 60% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  19. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 인의 양이 적어도 20% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  20. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 인의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  21. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 질소의 양이 적어도 20% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  22. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    상기 초기 유량을 상기 증가된 유량으로 처리할 때 생성되는 질소의 양이 적어도 50% 이상 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리 시설을 운영하는 방법.
  23. 바이오 발효 미생물을 함유한 처리제와 함께 폐수 및 폐기물을 처리하기 위해, 바이오 발효를 이용하여 폐수 및 폐기물의 처리에 관한 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로(net zero) 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  24. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    지방, 기름(oils) 및 그리스(grease)를 처리하는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  25. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    탈질화(denitrification)를 개선하여 알칼리도 회수(alkalinity recovery)를 증가시키는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  26. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    바이오매스(biomass) 침전성을 향상시키는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  27. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    바람직하지 않은 필라멘트 성장을 제어하는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  28. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    질산화(nitrification) 개선하고 암모니아 제거양을 증가시키는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  29. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    폐수 플랜트들을 재평가하는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  30. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    폐수 플랜트들의 용량 및 유압 처리량을 증가시키는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  31. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    인 제거를 증가시키는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.
  32. 전술한 청구항들 중 어느 하나에 있어서,
    운영 비용을 최소화하는 단계를 포함하는, 친환경 지속가능한 미생물 넷 제로 탄소 솔루션을 제공하는 방법.

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