KR20240102958A - biological treatment device - Google Patents

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KR20240102958A
KR20240102958A KR1020247014052A KR20247014052A KR20240102958A KR 20240102958 A KR20240102958 A KR 20240102958A KR 1020247014052 A KR1020247014052 A KR 1020247014052A KR 20247014052 A KR20247014052 A KR 20247014052A KR 20240102958 A KR20240102958 A KR 20240102958A
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biological treatment
treatment device
vessel
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KR1020247014052A
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오리올 기옘 힐라베르트
스티븐 디 존스
제이 마르퀴스 슬라흐트
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디디피 스페셜티 일렉트로닉 머티리얼즈 유에스, 엘엘씨
스페셜티 일렉트로닉 머티리얼즈 네덜란즈 비브이
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Abstract

생물학적 처리 장치로서, (a) 용기; (b) 공급수를 유입구 영역에 제공하기 위한 유입구 도관; (c) 처리된 물을 배출구 영역으로부터 제거하기 위한 배출구 도관; (d) 유입구 덕트를 포함하는 유입구 분배기로서, 각각이 유입구 영역 및 유입구 덕트 벽의 다공성 표면 섹션 모두와 유체 연통되는, 유입구 분배기; (e) 복수의 배출구 덕트를 포함하는 배출구 분배기로서, 각각이 배출구 영역 및 배출구 덕트 벽의 다공성 표면 섹션 모두와 유체 연통되는, 배출구 분배기; 및 (f) 유입구 덕트 벽 및 배출구 덕트 벽 모두의 다공성 표면 섹션과 유체 연통되는 입자를 포함하는 매체 베드를 포함하고; 유입구 덕트의 길이 대 유입구 덕트와 배출구 덕트 사이의 최소 거리의 비율은 15:1 내지 2:1이다.A biological treatment device comprising: (a) a vessel; (b) an inlet conduit for providing feed water to the inlet area; (c) an outlet conduit for removing treated water from the outlet area; (d) an inlet distributor comprising an inlet duct, each of which is in fluid communication with both an inlet region and a porous surface section of the inlet duct wall; (e) an outlet distributor comprising a plurality of outlet ducts, each in fluid communication with both the outlet region and the porous surface section of the outlet duct wall; and (f) a media bed comprising particles in fluid communication with porous surface sections of both the inlet duct wall and the outlet duct wall; The ratio of the length of the inlet duct to the minimum distance between the inlet and outlet ducts is between 15:1 and 2:1.

Description

생물학적 처리 장치biological treatment device

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications

본원은, 2021년 9월 28일자로 출원되고 그 전체 내용이 본원에 참조로 포함되는 유럽 특허 제EP 202130908호에 대한 우선권의 이익을 주장하는 국제 출원이다.This is an international application claiming the benefit of priority to European Patent EP 202130908, filed on September 28, 2021, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

한외 여과(역삼투 또는 나노여과)와 같은 정제 공정을 사용하여 물에서 불순물을 제거하는 것이 종종 요구된다. 그러한 정제 공정에서의 한 가지 일반적인 어려움은 장치에서 박테리아가 성장하는 현상인 바이오파울링(biofouling)이다. 예를 들어, 정제 공정이 멤브레인을 통해서 물을 통과시키는 단계를 포함하는 경우, 생물막(biofilm)의 성장이 멤브레인 상에 발생할 수 있다.It is often necessary to remove impurities from water using purification processes such as ultrafiltration (reverse osmosis or nanofiltration). One common difficulty in such purification processes is biofouling, which is the growth of bacteria in the device. For example, if the purification process involves passing water through a membrane, the growth of a biofilm may occur on the membrane.

생물학적 처리 시스템이 한외 여과에 앞서서 물을 전처리하기 위해 사용되어 왔다. 이러한 시스템은 일반적으로 영양소, 예를 들어 유기 탄소, 질산염, 인산염과 같은 미생물 성장에 도움이 되는 물의 성분 및 산소를 물에서 제거하여, 한외 여과 모듈 내에서 미생물이 성장하는 데 불리한 환경을 조성한다. 예를 들어, US10301206B1에는, 물이 역삼투 유닛에 들어가기 전에 미립자 베드 전체를 통과해서 유동하도록 하는 구성의 미립자 베드를 포함하는 생물학적 처리 장치가 개시되어 있다. 불순한 물을 전처리하는 개선된 방법을 제공하는 것이 요구된다.Biological treatment systems have been used to pretreat water prior to ultrafiltration. These systems typically remove oxygen from the water and elements of the water that are conducive to microbial growth, such as nutrients, such as organic carbon, nitrates, and phosphates, creating an unfavorable environment for the growth of microorganisms within the ultrafiltration module. For example, US10301206B1 discloses a biological treatment device comprising a particulate bed configured to allow water to flow through the particulate bed before entering the reverse osmosis unit. There is a need to provide improved methods for pretreating impure water.

다음은 본 발명에 관한 설명이다.The following is a description of the present invention.

본 발명은 생물학적 처리 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는,The present invention relates to biological treatment devices. These devices are:

(a) 용기;(a) container;

(b) 공급수를 용기의 유입구 영역에 제공하기 위한 유입구 도관;(b) an inlet conduit for providing feed water to the inlet area of the vessel;

(c) 처리된 물을 용기의 배출구 영역으로부터 제거하기 위한 배출구 도관;(c) an outlet conduit for removing treated water from the outlet area of the vessel;

(d) 용기 내 복수의 유입구 덕트로서, 상기 유입구 덕트의 각각은 제1 유동 채널을 둘러싸는 유입구 덕트 벽을 포함하고, 상기 제1 유동 채널은 유입구 영역 및 유입구 덕트 벽의 다공성 표면 섹션 모두와 유체 연통되는, 복수의 유입구 덕트;(d) a plurality of inlet ducts in the vessel, each of the inlet ducts comprising an inlet duct wall surrounding a first flow channel, wherein the first flow channel communicates fluid with both the inlet region and the porous surface section of the inlet duct wall. a plurality of inlet ducts, in communication;

(e) 용기 내 복수의 배출구 덕트로서, 상기 배출구 덕트의 각각은 제2 유동 채널을 둘러싸는 배출구 덕트 벽을 포함하고, 상기 제2 유동 채널은 배출구 영역 및 배출구 덕트 벽의 다공성 표면 섹션 모두와 유체 연통되는, 복수의 배출구 덕트; 및(e) a plurality of outlet ducts within the vessel, each of the outlet ducts comprising an outlet duct wall surrounding a second flow channel, the second flow channel being configured to flow fluid with both the outlet region and the porous surface section of the outlet duct wall. a plurality of outlet ducts in communication; and

(f) 용기 내에 위치된 매체 베드(media bed)로서, 상기 매체 베드는 용기 내에 위치된 입자 매체 베드를 포함하고, 상기 매체 베드는 유입구 덕트 벽 및 배출구 덕트 벽 모두의 다공성 표면 섹션과 유체 연통되는 입자를 포함하는, 매체 베드(f) a media bed located within the vessel, the media bed comprising a particulate media bed positioned within the vessel, the media bed being in fluid communication with a porous surface section of both the inlet duct wall and the outlet duct wall. media bed, containing particles

를 포함하고,Including,

상기 유입구 덕트의 길이 대 상기 유입구 덕트와 상기 배출구 덕트 사이의 최소 거리의 비율은 15:1 내지 2:1이다.The ratio of the length of the inlet duct to the minimum distance between the inlet duct and the outlet duct is between 15:1 and 2:1.

다음은 도면의 간단한 설명이다.
도 1a 및 도 1b는 원통형 용기 내의 본 발명의 실시형태의 상면도 및 측면도를 각각 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시형태를 도시한다.
도 3은 생물학적 처리 장치 및 하류 구성요소를 도시한다.
The following is a brief description of the drawing.
1A and 1B show top and side views, respectively, of an embodiment of the invention within a cylindrical container.
Figure 2 shows an embodiment of the invention.
3 shows the biological treatment device and downstream components.

다음은 본 발명에 관한 구체적인 설명이다.The following is a detailed description of the present invention.

본원에 사용되는 바와 같이, 이하의 용어는, 문맥상 달리 명시되지 않는 한, 지정된 정의를 갖는다.As used herein, the following terms have the defined definitions unless the context clearly dictates otherwise.

본원에 사용되는 바와 같은 "수지"는 "중합체"와 동의어이다. 달리 특정되지 않는 한, 모든 백분율은 중량 기준이다. 비닐 단량체는 자유 라디칼 중합 공정에 참여할 수 있는 비-방향족 탄소-탄소 이중 결합을 갖는다. 비닐 단량체에는, 예를 들어 스티렌, 치환된 스티렌, 디엔, 에틸렌, 에틸렌 유도체 및 이들의 혼합물이 포함된다. 1작용성 비닐 단량체는 분자당 정확히 하나의 중합 가능한 탄소-탄소 이중 결합을 갖는다. 다작용성 비닐 단량체는 분자당 둘 이상의 중합 가능한 탄소-탄소 이중 결합을 갖는다.As used herein, “resin” is synonymous with “polymer.” Unless otherwise specified, all percentages are by weight. Vinyl monomers have non-aromatic carbon-carbon double bonds that can participate in free radical polymerization processes. Vinyl monomers include, for example, styrene, substituted styrene, dienes, ethylene, ethylene derivatives, and mixtures thereof. Monofunctional vinyl monomers have exactly one polymerizable carbon-carbon double bond per molecule. Multifunctional vinyl monomers have two or more polymerizable carbon-carbon double bonds per molecule.

카테고리 "아크릴계 단량체"는 아크릴산; 메타크릴산; 아크릴산 또는 메타크릴산의 치환 또는 비치환된 알킬 에스테르; 및 아크릴로니트릴로부터 선택되는 단량체의 군이다. 본원에 사용되는 바와 같이, "비닐 방향족 단량체"는 하나 이상의 방향족 고리를 함유하는 비닐 단량체이다.Category “acrylic monomers” include acrylic acid; methacrylic acid; Substituted or unsubstituted alkyl esters of acrylic acid or methacrylic acid; and acrylonitrile. As used herein, a “vinyl aromatic monomer” is a vinyl monomer containing one or more aromatic rings.

중합체의 중량을 기준으로 중합 단위의 적어도 90 중량%(바람직하게는 적어도 95 중량%, 바람직하게는 적어도 99 중량%)가 하나 이상의 비닐 단량체의 중합 단위인 중합체는 비닐 중합체이다. 비닐 방향족 중합체는 중합체의 중량을 기준으로 중합 단위의 50 중량% 이상(바람직하게는 적어도 80 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량%)이 하나 이상의 비닐 방향족 단량체 중합 단위인 중합체이다.A polymer is a vinyl polymer wherein at least 90% (preferably at least 95%, preferably at least 99%) of the polymerized units, based on the weight of the polymer, are polymerized units of one or more vinyl monomers. The vinyl aromatic polymer may comprise at least 50% by weight (preferably at least 80%, preferably at least 90%, preferably at least 95%) of the polymerized units, based on the weight of the polymer, of one or more polymerized units of vinyl aromatic monomer. It is a phosphorus polymer.

본원에서 수지는 중합체가 다작용성 비닐 단량체 중합 단위를 포함하는 경우, 즉 중합체가 1% 이상의 다작용성 비닐 단량체 중합 단위를 포함하는 경우 가교결합되는 것으로 간주된다. 비드의 경우, 중합체의 중량은 비드의 건조 중량인 것으로 간주된다. 수지 비드는 이온 교환을 위해 사용되는 전형적인 작용기를 포함할 수 있거나, 비작용화 "흡착성" 수지일 수 있다.A resin is considered to be crosslinked herein if the polymer comprises polyfunctional vinyl monomer polymerized units, i.e., if the polymer comprises at least 1% polyfunctional vinyl monomer polymerized units. For beads, the weight of polymer is considered to be the dry weight of the bead. The resin beads may contain typical functional groups used for ion exchange, or may be non-functionalized “adsorptive” resin.

입자가 구형인 정도는 다음과 같이 물체의 3개의 주 직교 축들, 즉 a(최장), b(중간) 및 c(최단)를 사용하여 정의되는 구형도(Ψ)에 의해 특징지어진다: Ψ = c / a .The degree to which a particle is spherical is characterized by its sphericity (Ψ), which is defined using the three main orthogonal axes of the object: a (longest), b (middle) and c (shortest) as follows: Ψ = c/a.

"원형도"(R)는 물체의 실루엣 내에 내접할 수 있는 가장 큰 원의 반경에 대한 실루엣의 모서리 및 연부의 평균 곡률 반경의 비로서 정의된다. 구형도 및 원형도는 문헌[H. Waddell, The Journal of Geology, vol. 41, pp. 310-331 (1933)]에 보다 상세히 기재되어 있다. 입자의 최소 치수는 질량 중심을 통과하는 입자를 가로지르는 최단 거리이다(예를 들어, 이러한 최소 치수는 구형 입자 및 세장형 원통체 모두에 대한 직경과 동일하지만, 이는 더 얇은 원통형 "팬케이크"에 대한 두께와 동일할 수 있다).“Roundness” (R) is defined as the ratio of the average radius of curvature of the corners and edges of the silhouette to the radius of the largest circle that can be inscribed within the silhouette of the object. Sphericity and circularity are determined according to the literature [H. Waddell, The Journal of Geology, vol. 41, pp. 310-331 (1933)], described in more detail. The minimum dimension of a particle is the shortest distance across the particle that passes through the center of mass (for example, this minimum dimension is the same as the diameter for both spherical particles and elongated cylindrical bodies, but it is may be the same as the thickness).

불순한 공급수가 매체 베드를 통과해서 유동할 때, 바이오매스(biomass)가 표면 상에 형성될 수 있다. 죽은 세포, 살아있는 세포, 및 세포 외 중합체 물질(EPS)을 포함하는, 생물막이 형성될 수 있다. 생물막이 계속 성장함에 따라, 생물막은 매체 베드를 통과해서 이동하는 유체에 대한 유동 저항을 증가시킬 수 있다. 동시에, 매체 베드 내의 생물막은 공급수 내의 동화성 영양소를 고갈시킬 수 있다.As impure feed water flows through the media bed, biomass can form on the surface. Biofilms may form, comprising dead cells, living cells, and extracellular polymeric substances (EPS). As the biofilm continues to grow, it can increase flow resistance for fluid moving through the media bed. At the same time, biofilm within the media bed can deplete assimilable nutrients in the feed water.

본 발명의 생물학적 처리 장치(10)는 본원에서 "공급수"로 지칭되는 불순한 물을 처리함으로써 하류에서의 생물학적 성장 가능성을 감소시킨다. 이러한 하나의 실시형태가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다. 도시된 장치는 매체 베드(14), 유입구 덕트(16), 및 배출구 덕트(18)을 갖는 용기(12)를 포함한다. 공급수는 매체 베드(14)를 통과하고, 주로 유입구 덕트(16) 내의 개구부로부터 배출구 덕트(18) 내의 개구부까지 매체 베드(14)를 통과해서 이동한다. 용기(12)를 통과하는 공급수와 관련된 압력 강하 및 유동을 모니터링할 수 있다.The biological treatment device 10 of the present invention reduces the potential for biological growth downstream by treating impure water, referred to herein as “feed water.” One such embodiment is shown in FIGS. 1A and 1B. The depicted apparatus includes a vessel (12) having a media bed (14), an inlet duct (16), and an outlet duct (18). The feed water passes through the media bed 14 and primarily travels through the media bed 14 from an opening in the inlet duct 16 to an opening in the outlet duct 18. The pressure drop and flow associated with the feed water passing through vessel 12 can be monitored.

미생물이 성장함에 따라, 매체 베드(14)를 통과하는 유동에 대한 저항이 증가되어, 그 결과 동일한 압력차에서 유동이 감소되거나 또는 원하는 유동을 달성하기 위한 유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이의 압력차가 증가한다. (유동에 대한 저항은 매체 베드(14) 전반에 걸친 압력 강하에 대략 비례하고 측정된 유동에 반비례한다. 보다 정확하게는 단위 거리당 압력 강하를 속도로 나눈 값으로 정의된다. 측정된 저항 값(R=ΔP/d/v)은 속도에 따라 달라지기 때문에, 유동에 대한 저항은 본 명세서에서 1 cm/초의 평균 공탑 속도(average superficial velocity)의 짧은 거리에 대해서 정의되고, 그에 따라 이는 동작 조건이 아닌, 매체의 특성이 된다) 본 발명의 장치가 정상적으로 동작하는 동안, 매체 전반에 걸친 압력 강하를 측정하거나, 바이오컨택터(biocontactor)의 하류에서 절대 압력을 측정하거나, 또는 유동 속도의 변화를 측정함으로써 바이오매스의 형성을 모니터링하는 것이 고려될 수 있다. 바이오매스를 정량화하는 다른 방법은 바이오매스에 의한 용존 산소 또는 인 소비량의 측정, 인산염 이외의 다른 영양소, 예를 들어 질소, 탄소의 소비량의 측정; 및 생체 동화성 탄소 및 BOD의 측정을 포함한다.As the microorganisms grow, the resistance to flow through the media bed 14 increases, resulting in reduced flow at the same pressure differential or through the inlet conduit 20 and outlet conduit 22 to achieve the desired flow. The pressure difference between them increases. (Resistance to flow is approximately proportional to the pressure drop across the media bed 14 and inversely proportional to the measured flow. More precisely, it is defined as the pressure drop per unit distance divided by the velocity. The measured resistance value (R Since =ΔP/d/v) depends on velocity, resistance to flow is defined herein for short distances with an average superficial velocity of 1 cm/sec, and therefore it is not an operating condition. During normal operation of the device of the present invention, by measuring the pressure drop across the medium, by measuring the absolute pressure downstream of the biocontactor, or by measuring changes in flow rate. Monitoring the formation of biomass may be considered. Other methods of quantifying biomass include measuring the consumption of dissolved oxygen or phosphorus by the biomass, measuring the consumption of nutrients other than phosphate, such as nitrogen and carbon; and measurements of bioassimilable carbon and BOD.

바람직한 실시형태에서, 매체 베드(14)는 최소 치수가 0.1 mm 초과인 입자를 포함한다. 보다 구체적으로, 최소 치수가 0.1 mm 초과인 입자는 0.2 mm 내지 6 mm의 최소 치수 중앙값(median)을 갖는다. 바람직하게는, 최소 치수가 0.1 mm 초과인 입자는, 바이오컨택터 하류의 절대 압력의 측정, 또는 유동 속도 변화의 측정에 의해 적어도 매체의 최소 치수 중앙값을 갖는다. 바이오매스를 정량화하는 다른 방법은 바이오매스에 의한 용존 산소 또는 인 소비량의 측정, 인산염 이외의 다른 영양소, 예를 들어 질소, 탄소의 소비량의 측정; 및 생체 동화성 탄소 및 BOD의 측정을 포함한다.In a preferred embodiment, media bed 14 comprises particles with a minimum dimension greater than 0.1 mm. More specifically, particles with a minimum dimension greater than 0.1 mm have a median minimum dimension between 0.2 mm and 6 mm. Preferably, particles with a minimum dimension greater than 0.1 mm have at least the median minimum dimension of the medium as measured by measurement of absolute pressure downstream of the biocontactor, or measurement of change in flow rate. Other methods of quantifying biomass include measuring the consumption of dissolved oxygen or phosphorus by the biomass, measuring the consumption of nutrients other than phosphate, such as nitrogen and carbon; and measurements of bioassimilable carbon and BOD.

바람직한 실시형태에서, 매체 베드(14)는 최소 치수가 0.1 mm 초과인 입자를 포함한다. 보다 구체적으로, 최소 치수가 0.1 mm 초과인 입자는 0.2 mm 내지 6 mm의 최소 치수 중앙값을 갖는다. 바람직하게는, 최소 치수가 0.1 mm 초과인 입자는, 본 단락에 기재된 최소 치수 중앙값에 관한 제한에 따른 중앙값 치수를 갖는, 적어도 0.95의 최소 치수 중앙값을 갖는다. 구 모양이 아닌 입자의 경우, 직경은 동일한 체적을 갖는 입자의 직경이다.In a preferred embodiment, media bed 14 comprises particles with a minimum dimension greater than 0.1 mm. More specifically, particles with a minimum dimension greater than 0.1 mm have a median minimum dimension between 0.2 mm and 6 mm. Preferably, particles with a minimum dimension greater than 0.1 mm have a median minimum dimension of at least 0.95, with the median dimension in accordance with the restrictions regarding minimum dimension medians described in this paragraph. For non-spherical particles, the diameter is the diameter of a particle with the same volume.

바람직하게는, 매체 입자는 유리, 금속 또는 중합체로 제조된다. 바람직하게는, 매체 입자는 수지 비드이다. 수지 비드는 이온 교환을 위해 사용되는 통상적인 작용기(예를 들어, 설포네이트, 카르복실레이트, 아미노, 4차 아미노)를 포함할 수 있으나, 바람직하게는 비작용화 "흡착성" 수지이다. 바람직하게는, 수지 비드는 중합된 아크릴 단량체, 중합된 비닐 방향족 단량체 또는 아크릴과 비닐 방향족 단량체의 중합된 조합이다. 바람직하게는, 매체 베드(14)는, 매체 입자의 부피를 전체 베드 부피, 즉 생물막을 제외한 부피로 나누어서 계산되는, 50 내지 75%의 팩킹 밀도(packing density)를 갖는다. 바람직하게는, 임의의 지점에서의 매체 베드(14)의 높이는 베드의 산술 평균 높이로부터 20% 초과, 바람직하게는 15% 초과로 변화되지 않는다.Preferably, the media particles are made of glass, metal or polymer. Preferably, the media particles are resin beads. The resin beads may contain common functional groups used for ion exchange (e.g., sulfonate, carboxylate, amino, quaternary amino), but are preferably non-functionalized “adsorptive” resins. Preferably, the resin beads are polymerized acrylic monomers, polymerized vinyl aromatic monomers, or a polymerized combination of acrylic and vinyl aromatic monomers. Preferably, the media bed 14 has a packing density of 50 to 75%, calculated by dividing the volume of media particles by the total bed volume, i.e., excluding biofilm. Preferably, the height of the media bed 14 at any point does not vary more than 20%, preferably more than 15%, from the arithmetic mean height of the bed.

유입구 도관(20)은 공급수를 유입구 영역(24)에 제공한다. 도 1b의 실시형태에서, 유입구 도관(20)은 용기(12) 위의 스피곳(spigot)이고, 연속적 또는 주기적인 공급수의 유동을 용기(12) 내로 제공하여 용기(12) 내에서 원하는 범위의 공급수 수위를 유지한다. 유사한 실시형태에서, 유입구 도관(20)은 용기(12) 내에 침잠될 수 있어, 그 단부가 용기(12) 또는 용기(12) 내의 구성요소에 연결되지 않는다. 대안적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 유입구 도관(20)은 용기(12) 내의 포트 또는 유입구 영역(24)을 정의하는 다수의 홀을 갖는 파이프와 같은 물리적 구조물에 부착되는 것이 바람직할 수 있다. 바람직한 기하학적 구조에서, 용기 물 수위는 입자 베드 위 그리고 용기 벽 높이 아래로 유지된다. 수위 제어 수단(28)은 여수로(spill way), 작동식 플로트 밸브, 또는 컴퓨터 제어 유동 조절기를 포함할 수 있다.Inlet conduit 20 provides feed water to inlet region 24. In the embodiment of FIG. 1B , inlet conduit 20 is a spigot above vessel 12 and provides a continuous or periodic flow of feed water into vessel 12 to maintain the desired range within vessel 12. Maintain the supply water level. In a similar embodiment, inlet conduit 20 may be submerged within vessel 12 so that its ends are not connected to vessel 12 or components within vessel 12. Alternatively, as shown in FIG. 2, inlet conduit 20 may preferably be attached to a physical structure, such as a port within vessel 12 or a pipe having a number of holes defining inlet region 24. there is. In the preferred geometry, the vessel water level is maintained above the particle bed and below the vessel wall level. The water level control means 28 may include a spill way, an actuated float valve, or a computer controlled flow regulator.

유입구 도관(20)은 공급수를 유입구 영역(24)에 제공하고, 유입구 영역은 공급수를 용기(12) 내 여러 유입구 덕트(16)에 분배할 수 있다. 유입구 영역(24)은 용기(12)의 내측 또는 외측에 위치될 수 있거나 그 각각에 부분적으로 위치될 수 있으나, 유입구 영역(24)이 여러 유입구 덕트(16)에 대한 매니폴드로서 작용할 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 유입구 영역(24)은, 유입구 도관(20)에 연결되고 개별적인 유입구 덕트들(16)에 부착하기에 적합한 개별 홀들 및 연결부들을 갖는, 물리적 디바이스 또는 파이프에 의해서 생성된다. 다른 바람직한 실시형태에서, 유입구 영역(24)은, 복수의 유입구 덕트(16)가 노출되는, 용기(12)의 개방 섹션일 수 있다. 이러한 것의 예가 도 1에 도시되어 있고, 여기에서 복수의 유입구 덕트(16)가 매체 베드(14) 위로 연장되어, 공급수가 낮은 저항으로 유입구 도관(20)으로부터 각 유입구 덕트(16)로 유동할 수 있도록 한다. (특정 유동 속도 및 경로 구조에 대한 압력 강하를 통해서 확인되는) 유입구 영역(24)을 통과하는 유동에 대한 저항이, 매체 베드(14)의 입자를 포함하는 유사한 형상의 섹션을 통과하는 유동에 대한 저항보다 훨씬 작은 것이 중요하다. 바람직하게는, 동작하는 동안, 유입구 영역(24)을 통과하는 유동에 대한 평균 저항은, 유사한 크기의 경로 및 거리에 대한 매체 베드(14)를 통과하는 유동에 대한 저항의 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 심지어는 1% 미만이다. 다른 실시형태에서, 유입구 영역(24) 내의 가장 가까운 표면에 대한 평균 거리는 매체 베드(14) 내의 중앙값 입자 직경보다 크고, 더 바람직하게는 적어도 1 mm, 보다 더 바람직하게는 적어도 10 mm이다. 매체 베드(14) 내의 입자는 유입구 덕트(16)와 배출구 덕트(18)를 분리한다. 입자들 사이의 복수의 유동 경로는 유입구 덕트와 배출구 덕트 사이의 매체 베드(14)를 통해서 존재하게 된다.Inlet conduit 20 provides feed water to inlet region 24, which may distribute feed water to various inlet ducts 16 within vessel 12. Inlet region 24 may be located inside or outside vessel 12, or may be located partially in each, although inlet region 24 may act as a manifold for several inlet ducts 16. In some preferred embodiments, inlet region 24 is created by a physical device or pipe, connected to inlet conduit 20 and having individual holes and connections suitable for attachment to individual inlet ducts 16. In another preferred embodiment, inlet region 24 may be an open section of vessel 12 where a plurality of inlet ducts 16 are exposed. An example of this is shown in Figure 1, where a plurality of inlet ducts 16 extend above the media bed 14, allowing feed water to flow from the inlet conduit 20 into each inlet duct 16 with low resistance. Let it happen. The resistance to flow through the inlet region 24 (ascertained through pressure drop for a particular flow velocity and path geometry) will be greater than that for flow through a similarly shaped section containing particles in the media bed 14. It is important to be much smaller than the resistance. Preferably, during operation, the average resistance to flow through the inlet region 24 is less than 10% of the resistance to flow through the media bed 14 for a similarly sized path and distance. Usually it is less than 5% or even less than 1%. In another embodiment, the average distance to the nearest surface within the inlet region 24 is greater than the median particle diameter within the media bed 14, more preferably at least 1 mm, even more preferably at least 10 mm. Particles in media bed 14 separate inlet duct 16 and outlet duct 18. Multiple flow paths between the particles exist through the media bed 14 between the inlet and outlet ducts.

각 유입구 덕트(16)는, 유입구 영역(24) 및 유입구 덕트 벽(50)의 다공성 표면 섹션(58) 모두와 유체 연통되는 제1 유동 채널(54)을 둘러싸는 유입구 덕트 벽(50)을 포함한다. 마찬가지로, 각 배출구 덕트(18)는, 배출구 영역(26) 및 배출구 덕트 벽의 다공성 표면 섹션(60) 모두와 유체 연통되는 제2 유동 채널(56)을 둘러싸는 배출구 덕트 벽(52)을 포함한다. 매체 베드 내의 입자는 유입구 및 배출구 덕트 벽(50, 52) 모두의 다공성 표면 섹션(58, 60)과 유체 연통된다. 유입구 또는 배출구 덕트를 통과하는 것보다 매체를 통과하는 유동에 대한 저항이 훨씬 더 크기 때문에, 다수의 유입구 및 배출구 덕트(16, 18)를 배치하면 매체 베드(14)를 통과하는 많은 짧은 경로가 가능해진다. 유입구 덕트와 인근 배출구 덕트(18) 사이의 매체를 통과하는 주된 경로는 유입구 또는 배출구 덕트(18) 중 하나의 길이보다 더 짧은 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 유입구 덕트(16)와 그에 가장 가까운 배출구 덕트(18) 사이의 평균 거리는 유입구 덕트(16)의 평균 길이의 50% 미만이다. 더 바람직하게는, 임의의 유입구 덕트와 그에 가장 가까운 배출구 덕트(18) 사이의 평균 거리는 유입구 덕트의 50% 미만이다.Each inlet duct 16 includes an inlet duct wall 50 surrounding a first flow channel 54 in fluid communication with both the inlet region 24 and the porous surface section 58 of the inlet duct wall 50. do. Likewise, each outlet duct 18 includes an outlet duct wall 52 surrounding a second flow channel 56 in fluid communication with both the outlet region 26 and the porous surface section 60 of the outlet duct wall. . Particles within the media bed are in fluid communication with porous surface sections 58, 60 of both the inlet and outlet duct walls 50, 52. Because there is much greater resistance to flow through the media than through the inlet or outlet ducts, placing multiple inlet and outlet ducts 16, 18 allows for many short paths through the media bed 14. It becomes. The main path through which the medium passes between the inlet duct and the adjacent outlet duct 18 is preferably shorter than the length of either the inlet or outlet duct 18. In a preferred embodiment, the average distance between the inlet duct 16 and its nearest outlet duct 18 is less than 50% of the average length of the inlet duct 16. More preferably, the average distance between any inlet duct and its nearest outlet duct 18 is less than 50% of the inlet duct.

바람직하게는, 생물학적 처리 시스템은 복수의 평행 유입구 덕트(16) 및 복수의 평행 배출구 덕트(18)를 포함한다. 가장 바람직하게는, 유입구 덕트(16)는 배출구 덕트(18)에 또한 평행하다. 본 설명을 위해서, 평행 유입구 덕트(16) 및 배출구 덕트(18)가 약 10° 이내에서 동일한 방향으로 배향되는 것으로 가정한다. 바람직한 실시형태에서, 평행 유입구 덕트(16) 또는 평행 배출구 덕트(18) 중 적어도 하나의 세트는 수직의 10° 이내로 배향되어, 이러한 덕트들의 길이가 대략 그 높이와 일치하게 된다.Preferably, the biological treatment system includes a plurality of parallel inlet ducts (16) and a plurality of parallel outlet ducts (18). Most preferably, the inlet duct 16 is also parallel to the outlet duct 18. For purposes of this description, it is assumed that the parallel inlet duct 16 and outlet duct 18 are oriented in the same direction within about 10°. In a preferred embodiment, at least one set of parallel inlet ducts 16 or parallel outlet ducts 18 are oriented within 10° of the vertical, such that the length of these ducts approximately matches their height.

유입구 덕트의 길이 대 유입구 덕트와 배출구 덕트(18) 사이의 최소 거리의 비율은 15:1 내지 2:1, 바람직하게는 12:1 내지 3:1, 바람직하게는 10:1 내지 4:1이다. 바람직하게는, 유입구 덕트(16) 및 배출구 덕트(18)는 실질적으로 수직이고(예를 들어, 수직의 15° 이내, 수직의 10° 이내, 수직의 5° 이내); 이러한 경우 유입구 덕트와 배출구 덕트(18) 사이의 최소 거리는 수평으로 측정된다. 바람직하게는, 유입구 덕트(16)의 개수 대 배출구 덕트(18)의 개수의 비율은 2:1 내지 1:2, 바람직하게는 1.5:1 내지 1:1.5, 바람직하게는 1.2:1 대 1:1.2이다. 바람직하게는, 유입구 덕트(16)의 개수는 5 내지 500개; 바람직하게는 적어도 8개, 바람직하게는 적어도 10개; 바람직하게는 300개 이하, 바람직하게는 200개 이하, 바람직하게는 100개 이하, 바람직하게는 50개 이하이다. 바람직하게는, 덕트 및 도관의 총 부피는 매체 베드(14)의 부피의 20% 이하, 바람직하게는 10% 이하이다. 덕트 및 도관의 바람직한 구성 재료는 금속, 중합체, 및 무기 충진재(예를 들어, 유리 섬유(파이버글라스) 또는 광물 입자)를 갖는 중합체; 바람직하게는 중합체 및 무기 충진재를 갖는 중합체를 포함한다. 바람직한 중합체는 예를 들어 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함한다.The ratio of the length of the inlet duct to the minimum distance between the inlet duct and the outlet duct 18 is 15:1 to 2:1, preferably 12:1 to 3:1, preferably 10:1 to 4:1. . Preferably, the inlet duct 16 and outlet duct 18 are substantially vertical (e.g., within 15° of vertical, within 10° of vertical, within 5° of vertical); In this case the minimum distance between the inlet duct and the outlet duct 18 is measured horizontally. Preferably, the ratio of the number of inlet ducts 16 to the number of outlet ducts 18 is 2:1 to 1:2, preferably 1.5:1 to 1:1.5, preferably 1.2:1 to 1:1. It is 1.2. Preferably, the number of inlet ducts 16 is 5 to 500; preferably at least 8, preferably at least 10; Preferably it is 300 or less, preferably 200 or less, preferably 100 or less, preferably 50 or less. Preferably, the total volume of ducts and conduits is no more than 20%, preferably no more than 10%, of the volume of media bed 14. Preferred materials of construction for ducts and conduits include metals, polymers, and polymers with inorganic fillers (e.g., glass fibers (fiberglass) or mineral particles); Preferably they include polymers and polymers with inorganic fillers. Preferred polymers include, for example, polyethylene and polypropylene.

덕트의 형상은 중요하지 않으나, 그 횡단면이 원형, 정사각형 또는 직사각형인 것이 바람직하다. (도 1a에서, 덕트는 원통형으로 도시되어 있지만, 도 2에는 덕트의 형상이 특정되어 있지 않음) 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 덕트는 좁은 직사각형 횡단면을 가지며, 그에 따라 덕트는 플레이트의 외관을 가지게 되며, 예를 들어 덕트의 두께는 다음의 가장 작은 치수의 25% 이하, 바람직하게는 20% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 바람직하게는 10% 이하이다. 바람직하게는, 덕트의 가장 큰 측면이 수직의 10% 이내, 바람직하게는 5% 이내가 되도록, 즉 덕트의 측면과 매체 베드(14)의 상단부의 각도가 이러한 90°에 대하여 이러한 백분율 이내가 되도록, 좁은 직사각형 횡단면을 갖는 덕트가 배치된다. 바람직하게는, 좁은 직사각형 횡단면을 갖는 덕트에서, 덕트의 개수는 3 내지 50개; 바람직하게는 적어도 5개, 바람직하게는 적어도 7개, 바람직하게는 40개 이하, 바람직하게는 30개 이하이다. 덕트는 다공성이며, 즉 덕트는 물이 덕트의 외부 및 매체 입자 내로 유동할 수 있게 하거나(유입구 덕트(16)의 경우) 물이 매체로부터 들어올 수 있게 하는(배출구 덕트의 경우) 개구부를 갖는다. 개구부의 크기는 중요하지 않으나, 바람직하게는 개구부는 매체 베드(14) 내의 입자의 99%보다 더 작은, 바람직하게는 매체 베드(14) 내의 입자의 99.9%보다 더 작은 최소 치수를 갖는다. 바람직한 실시형태에서, 덕트 내의 다공성 영역은 0.1 mm 직경의 입자가 통과하는 것을 방지하는 개구부를 갖는다.The shape of the duct is not critical, but it is preferred that its cross-section be circular, square or rectangular. (In FIG. 1A the duct is shown as cylindrical, but in FIG. 2 the shape of the duct is not specified.) In a preferred embodiment of the invention, the duct has a narrow rectangular cross-section, such that the duct has the appearance of a plate. For example, the thickness of the duct is 25% or less, preferably 20% or less, preferably 15% or less, preferably 10% or less of the next smallest dimension. Preferably, the largest side of the duct is within 10% of vertical, preferably within 5%, i.e. the angle between the side of the duct and the top of the media bed 14 is within this percentage relative to 90°. , a duct with a narrow rectangular cross-section is arranged. Preferably, in ducts having a narrow rectangular cross-section, the number of ducts is 3 to 50; Preferably at least 5, preferably at least 7, preferably 40 or less, preferably 30 or less. The duct is porous, that is, it has openings that allow water to flow outside the duct and into the media particles (in the case of the inlet duct 16) or to allow water to enter from the medium (in the case of the outlet duct). The size of the openings is not critical, but preferably the openings have a minimum dimension that is smaller than 99% of the particles in the media bed 14, preferably smaller than 99.9% of the particles in the media bed 14. In a preferred embodiment, the porous region within the duct has openings that prevent particles of 0.1 mm diameter from passing through.

배출구 영역(26)은 복수의 배출구 덕트(18)를 배출구 도관(22)에 연결하기 위한 매니폴드로서 작용한다. 유입구 영역(24)과 마찬가지로, 배출구 영역(26)은 용기(12)의 내부 또는 외부에 위치될 수 있거나, 그 각각에 부분적으로 위치될 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 배출구 영역(26)은, 배출구 도관(22)에 연결되고 개별적인 배출구 덕트들(18)에 부착하기에 적합한 개별 홀들 및 연결부들을 갖는, 물리적 디바이스 또는 파이프에 의해서 생성된다. 다른 바람직한 실시형태에서, 배출구 영역(26)은, 복수의 배출구 덕트(18)가 노출되는, 용기(12)의 개방 섹션일 수 있고, 개방 섹션은 배출구 도관(22)에 연결된다. 유입구 영역(24)에서와 같이, (특정 유동 속도 및 경로 구조에 대한 압력 강하를 통해서 확인되는) 배출구 영역(26)을 통과하는 유동에 대한 저항이, 매체 베드(14)의 입자를 포함하는 유사한 형상의 섹션을 통과하는 유동에 대한 저항보다 훨씬 작은 것이 중요하다. 바람직하게는, 동작하는 동안, 배출구 영역(26)을 통과하는 유동에 대한 평균 저항은, 유사한 크기의 경로 및 거리에 대한 매체 베드(14)를 통과하는 유동에 대한 저항의 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 심지어는 1% 미만이다. 다른 실시형태에서, 배출구 영역(26) 내의 가장 가까운 표면에 대한 (부피) 평균 거리는 매체 베드(14) 내의 중앙값 입자 직경보다 크고, 더 바람직하게는 적어도 1 mm, 보다 더 바람직하게는 적어도 10 mm이다.Outlet region 26 acts as a manifold for connecting a plurality of outlet ducts 18 to outlet conduit 22. Like inlet region 24, outlet region 26 may be located inside or outside of vessel 12, or may be located partially inside each. In some preferred embodiments, outlet region 26 is created by a physical device or pipe, connected to outlet conduit 22 and having individual holes and connections suitable for attachment to individual outlet ducts 18. In another preferred embodiment, outlet region 26 may be an open section of vessel 12 exposing a plurality of outlet ducts 18 , which are connected to outlet conduits 22 . As with the inlet region 24, the resistance to flow through the outlet region 26 (ascertained through the pressure drop for a particular flow velocity and path geometry) is similar to that of the inlet region 26 containing particles in the media bed 14. It is important that the resistance to flow through a section of the geometry is much smaller. Preferably, during operation, the average resistance to flow through outlet region 26 is less than 10% of the resistance to flow through media bed 14 for a similarly sized path and distance. Usually it is less than 5% or even less than 1%. In another embodiment, the (volume) average distance to the nearest surface in outlet region 26 is greater than the median particle diameter in media bed 14, more preferably at least 1 mm, even more preferably at least 10 mm. .

바람직하게는, 생물학적 처리 장치(10)의 배출구 도관(22)은 적어도 하나의 한외 여과 모듈(32)을 포함하는 한외 여과 시스템(31)의 상류에 위치하여 이와 유체 연통된다. 용어 "유체 연통"은, 본원에서 하나의 장비로부터 다른 장비까지 연속적으로 연결되는 경로가 존재하는 것으로 정의되고, 전체 경로가 항상 유체로 충전되어 있을 필요는 없으며, 예를 들어 펌프를 통과하는 경로의 일부가 때로는 유체로 충전되지 않는 경우에도 펌프에 의해서 분리된 두 물품이 유체 연통 상태일 수 있다. 생물학적 처리 장치(10)는 영양소, 예를 들어 유기 탄소, 질산염, 인산염과 같은 미생물 성장에 도움이 되는 물의 성분; 및 산소를 제거하여, 한외 여과 멤브레인에서 미생물이 성장하는 것을 감소시키게 된다. 바람직하게는, 한외 여과 시스템(31)은 생물학적 처리 장치(10)와 한외 여과 모듈(32) 사이에 적어도 하나의 펌프, 바람직하게는 고압 펌프(34)를 포함한다. 바람직하게는, 이러한 구성에서 사용되는 고압 펌프는 가압된 공급물을 한외 여과 모듈에 제공할 수 있다.Preferably, the outlet conduit 22 of the biological treatment device 10 is located upstream and in fluid communication with an ultrafiltration system 31 comprising at least one ultrafiltration module 32. The term "fluid communication" is defined herein as the existence of a continuous path from one piece of equipment to another, and the entire path need not always be filled with fluid, for example a path through a pump. Two articles separated by a pump may be in fluid communication even if some of them are sometimes not filled with fluid. The biological treatment device 10 may include nutrients, such as components of water that are conducive to microbial growth, such as organic carbon, nitrate, and phosphate; and oxygen removal, thereby reducing microbial growth on the ultrafiltration membrane. Preferably, the ultrafiltration system 31 comprises at least one pump, preferably a high pressure pump 34, between the biological treatment device 10 and the ultrafiltration module 32. Preferably, the high pressure pump used in this configuration is capable of providing pressurized feed to the ultrafiltration module.

매체를 통과하는 짧은 처리 경로가 많아지면 낮은 압력 강하로 동작하는 것이 가능해진다. 바람직하게는, 중력만으로 장치를 통과하는 유동이 가능하도록, 생물학적 처리 장치(10)가 구성된다. 바람직하게는, 생물학적 처리 장치는 가압 공급물 공급원 또는 압력 용기를 사용하지 않는다. 바람직하게는, 중력은 용기 벽에 가해지는 외측으로 향하는 힘의 적어도 80%를 제공한다. 바람직한 실시형태에서, 하류 저압 펌프(36)로부터의 흡인이 유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이에 추가적인 압력차(1 기압 미만)를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이의 압력차는 2 기압 미만이고 더 바람직하게는 1 기압 미만이다. 바람직하게는, 하류 저압 펌프(36)는 적어도 압력차의 1/3을 매체 베드(14) 전반에 걸쳐 생성한다.More short processing paths through the medium make it possible to operate with lower pressure drops. Preferably, the biological treatment device 10 is configured to allow flow through the device through gravity alone. Preferably, the biological treatment device does not use a pressurized feed source or pressure vessel. Preferably, gravity provides at least 80% of the outward force exerted on the container wall. In a preferred embodiment, suction from the downstream low pressure pump 36 may provide additional pressure differential (less than 1 atmosphere) between the inlet conduit 20 and outlet conduit 22. Preferably, the pressure difference between inlet conduit 20 and outlet conduit 22 is less than 2 atmospheres and more preferably less than 1 atmosphere. Preferably, the downstream low pressure pump 36 creates at least one-third of the pressure differential across the media bed 14.

하류 펌프 저압(36)이, 유동을 배출구 도관(22)으로부터 끌어오거나 유동을 장치의 배출구 도관(22)으로부터 가압하는 데 사용될 수 있으나, 바람직하게는 물을 강제적으로 유입구 분배기, 매체 베드(14), 및 배출구 분배기를 통과시키기 위해 유입구에서 펌프가 사용되지는 않는다. 바람직하게는, 유입구 도관(20)은 배출구 도관(22)보다 더 높은 수직 위치에 있다. 바람직하게는, 유입구 도관(20)은 용기의 상부 20% 내 또는 그 위(즉, 용기 높이의 적어도 80%인 용기(12)의 하단부로부터의 수직 거리), 바람직하게는 상부 10% 내 또는 그 위에 위치한다. 바람직하게는, 배출구 도관(22)은 용기(12)의 하부 10%, 바람직하게는 5% 내 또는 그 아래에 위치한다. 바람직하게는, 장치는 용기(12) 내의 액체 수위를 원하는 범위 내로 유지하기 위한 수위 제어 수단을 포함한다. 바람직한 수위 제어 수단(28)은, 물 취입 밸브에 연결된 수위 센서, 및 물 취입 밸브에 연결되어 장치 전반에 걸친 압력 강하를 측정하는 압력 센서를 포함한다.A downstream pump low pressure 36 may be used to draw flow from the outlet conduit 22 or pressurize the flow from the outlet conduit 22 of the device, but preferably forces water into the inlet distributor, media bed 14. , and no pump is used at the inlet to pass the outlet distributor. Preferably, the inlet conduit 20 is at a higher vertical position than the outlet conduit 22. Preferably, the inlet conduit 20 is within or above the top 20% of the vessel (i.e., the vertical distance from the bottom of the vessel 12 is at least 80% of the height of the vessel), preferably within or above the top 10%. It is located above. Preferably, outlet conduit 22 is located within or below the lower 10%, preferably 5%, of vessel 12. Preferably, the device includes level control means for maintaining the liquid level in the vessel 12 within a desired range. The preferred water level control means 28 comprises a water level sensor coupled to the water intake valve, and a pressure sensor coupled to the water intake valve to measure the pressure drop across the device.

바람직하게는, 배출구 도관과 하류 한외 여과 모듈(32) 사이의 경로는, 그 자체로 생물 성장의 제한 시약(limiting reagent)일 수 있는 산소의 유입을 방지하기 위해 밀봉된다. 매체 베드를 포함하는 용기는, 바람직하게는 과다한 가압(예를 들어, 대기압에 대해 1 bar 초과)에 적합하지 않으며, 일부 실시형태에서는 개방형 탱크일 수 있다. 그러나, 용기는 공기와 접촉되지 않도록 밀봉될 수도 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 덮개는, 가압 동작 없이도, 공기 교환을 방지할 수 있다. 물의 라인 내로 그리고 아래로 연장되는 덮개(30)는 공기의 이동을 제한할 수 있고, 마찬가지로 물 내로의 산소 교환을 제한할 수 있다.Preferably, the path between the outlet conduit and the downstream ultrafiltration module 32 is sealed to prevent the introduction of oxygen, which may itself be a limiting reagent for biological growth. The vessel containing the media bed is preferably not suitable for excessive pressurization (e.g. greater than 1 bar relative to atmospheric pressure) and in some embodiments may be an open tank. However, the container may be sealed to prevent contact with air. For example, the cover shown in Figure 2 can prevent air exchange even without pressurizing action. Shroud 30 extending into and down the line of water may restrict the movement of air and likewise restrict oxygen exchange into the water.

바람직하게는, 장치는, 매체 베드(14) 내의 입자를 이동시키고 매체 베드(14)의 성장 미생물을 제거하기 위해서, 매체 베드(14)를 통해서 가스(38)를 분배하기 위한 수단을 포함한다. 바람직하게는, 가스는 공기, 산소가 고갈된 공기, 질소 또는 희가스; 바람직하게는 공기, 산소가 고갈된 공기 또는 질소이다. 바람직하게는, 가스(38)를 분배하기 위한 수단은, 다수의 파이프 및 개구부를 갖는 분배기(예를 들어, 프랙탈 분배기(fractal distributor) 또는 용기 내의 유동을 분배하기 위해 사용되는 다른 공지된 분배기) 또는 가스를 도입하기 위한 용기 하단부 부근의 여러 포트를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 장치는 성장 미생물을 제거하기 위해서, 단독으로 또는 가스와 조합하여, 화학 작용제를 도입하기 위한 수단을 포함한다. 바람직한 화학 작용제는 표백제 및 알칼리(NaOH, KOH)를 포함한다. 바람직하게는, 화학 작용제를 도입하기 위한 수단은, 전술한 바와 같이, 가스를 분배하기 위한 수단과 동일하지만, 이러한 수단은 사용되는 작용제와 양립 가능하여야 하며; 이는 다양한 구성 재료에 대한 화학적 양립 가능성에 관한 차트를 통해 용이하게 결정될 수 있다.Preferably, the device includes means for distributing gas 38 through the media bed 14 to displace particles within the media bed 14 and eliminate growing microorganisms in the media bed 14. Preferably, the gas is air, oxygen-depleted air, nitrogen or a noble gas; Preferably it is air, oxygen-depleted air or nitrogen. Preferably, the means for distributing the gas 38 is a distributor having a plurality of pipes and openings (e.g. a fractal distributor or other known distributor used to distribute the flow in a vessel) or It contains several ports near the bottom of the vessel for introducing gas. In a preferred embodiment, the device comprises means for introducing a chemical agent, alone or in combination with a gas, to eliminate growing microorganisms. Preferred chemical agents include bleach and alkalis (NaOH, KOH). Preferably, the means for introducing the chemical agent are the same as the means for dispensing the gas, as described above, but these means should be compatible with the agent used; This can be easily determined through charts of chemical compatibility for various constituent materials.

일부 바람직한 실시형태에서, 장치는, 매체 베드(14)에 대한 덕트 또는 덕트에 인접한 부품의 기계적인 운동을 통해서, 과다한 성장 미생물이 덕트의 표면으로부터 제거될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 덕트는, 예를 들어 개별적으로 또는 함께 이루어지는 원통형 덕트들의 회전 또는 직사각형 덕트들의 병진운동에 의해서, 매체 베드(14)에 대해서 상승되거나 회전될 수 있다. 또한, 블레이드를 사용하여, 특히 좁은 직사각형 횡단면을 갖는 덕트(플레이트)의 경우에, 성장하여 입자에 부착된 미생물을 덕트의 표면으로부터 긁어낼 수 있다. 바람직하게는, 매체 베드(14)에 대한 이러한 기계적인 운동을 이용하여, 특히 유입구 덕트(16)의 외부 표면으로부터, 입자 및 생물막을 제거한다. 바람직한 실시형태에서, 용기(12)는 폐기물의 방출을 위해서 용기에 연결된 폐기물 제거 도관(48)을 추가로 포함한다.In some preferred embodiments, the device is configured such that excess growth of microorganisms can be removed from the surface of the duct through mechanical movement of the duct or parts adjacent to the duct relative to the media bed 14. For example, the ducts can be raised or rotated relative to the media bed 14, for example by rotation of cylindrical ducts or translation of rectangular ducts, individually or together. Additionally, the blade can be used to scrape off the surface of the duct any microorganisms that have grown and attached to the particles, especially in the case of ducts (plates) with a narrow rectangular cross-section. Preferably, this mechanical movement against the media bed 14 is used to remove particles and biofilm, especially from the external surface of the inlet duct 16. In a preferred embodiment, the vessel 12 further includes a waste removal conduit 48 connected to the vessel for discharge of waste.

바람직하게는, 장치는 박테리아 및 영양소를 제거하기 위한 복수의 유사하게 구성된 (매칭되는 매체 베드(14), 유입구 및 배출구 덕트(16, 18), 유입구 및 배출구 영역(24, 26), 및 유입구 및 배출구 도관(20, 22)을 갖는) 병렬 용기(12)를 추가로 포함한다. 복수의 병렬 용기(12) 각각으로부터의 배출구 도관(22)은 처리된 공급수를 동일한 한외 여과 시스템(31)에 제공할 수 있다. 격리 밸브(40)를 통해, 세척 목적을 위해, 복수의 병렬 용기(12)의 하위 세트가 다른 하위 세트로부터 격리될 수 있다. 바람직하게는, 장치는, 나머지 용기(12)가 활성화되어 원하는 수처리 속도를 처리하기에 충분한 상태에서, 용기(12') 중 적어도 하나가 임의의 특정 시간동안 사용되지 않을 수 있게 하고 과다 성장 미생물을 제거하기 위한 세척 공정을 수행할 수 있게 하기에 충분한, 다수의 용기(12)를 포함한다.Preferably, the device includes a plurality of similarly configured media beds (14), inlet and outlet ducts (16, 18), inlet and outlet regions (24, 26), and inlet and It further includes a parallel vessel (12) with outlet conduits (20, 22). Outlet conduits 22 from each of the plurality of parallel vessels 12 may provide treated feedwater to the same ultrafiltration system 31 . Via the isolation valve 40, a subset of the plurality of parallel vessels 12 can be isolated from other subsets for cleaning purposes. Preferably, the device allows at least one of the vessels 12' to remain unused for any specified period of time while the remaining vessels 12 are activated and sufficient to handle the desired water treatment rate and to promote overgrowth of microorganisms. It includes a plurality of vessels 12, sufficient to enable a cleaning process to be removed.

일부 실시형태에서, 입자 필터(46)가 배출구 도관과 상기 적어도 하나의 한외 여과 모듈 사이에 배치된다.In some embodiments, a particle filter 46 is disposed between the outlet conduit and the at least one ultrafiltration module.

일부 바람직한 실시형태에서, 생물학적 처리를 위한 매체를 포함하는 복수의 병렬 용기(12)로부터의 배출물을, 인산염 제거 수지(42), 예를 들어 침전된 철 산화물을 포함하는 수지 비드를 둘러싸는 하류 컨테이너로 보낼 수 있다. 이러한 후속 컨테이너는 바람직하게는 생물학적 처리를 위한 매체를 포함하는 용기(12) 다음에 그리고 한외 여과 모듈(32) 이전에 위치한다. 인산염 제거 수지를 위한 컨테이너는, 예를 들어 2 bar 초과의 동작에 적합하도록 가압될 수 있다.In some preferred embodiments, effluent from a plurality of parallel vessels 12 containing media for biological treatment is transferred to a downstream container surrounding resin beads containing phosphate removal resin 42, e.g., precipitated iron oxide. You can send it to This subsequent container is preferably located after the vessel 12 containing the media for biological treatment and before the ultrafiltration module 32. Containers for phosphate removal resins can, for example, be pressurized to suit operation above 2 bar.

생물학적 처리 장치(10)는, 용기(12)를 통과하는 복수의 유동 경로(44)가, 각 용기(12)에서, 유입구 도관(20), 유입구 영역(24), 유입구 덕트(16), 매체 베드(14), 배출구 덕트, 배출구 영역(26), 및 배출구 도관(22) 각각을 순차적으로 통과할 수 있도록 구성된다. 용기(12)를 통과하는 다수의 유동 경로(44)는 동시에 더 느린 속도 및 더 짧은 경로를 가능하게 하여, 용기(12)를 통과해서 이동하는 종들(species)의 체류 시간을 유사하게 함으로써, 하류 한외 여과 시스템(31)에서 파울링되기 쉬운 대부분의 동화성 재료를 제거할 수 있다. 동시에, 유입구 및 배출구 덕트(16, 18) 없이 매체를 통과하는 공급물 유체에 비해서, 동일한 압력 강하로 더 많은 양의 공급물 유체가 처리될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 수지를 포함하는 모든 용기(12)의 합계 횡단면 면적은 생물학적 처리 후의 제1 단계에서 한외 여과 모듈(32)을 포함하는 모든 하우징(압력 용기)의 합계 횡단면 면적보다 작다.Biological treatment device 10 includes a plurality of flow paths 44 through vessels 12, each vessel 12 comprising: an inlet conduit 20, an inlet region 24, an inlet duct 16, and a medium. It is configured to sequentially pass through each of the bed 14, the outlet duct, the outlet area 26, and the outlet conduit 22. Multiple flow paths 44 through vessel 12 simultaneously allow for slower velocities and shorter paths, thereby providing similar residence times for species moving through vessel 12, thereby allowing downstream In the ultrafiltration system 31, most assimilable materials that are prone to fouling can be removed. At the same time, larger amounts of feed fluid can be processed with the same pressure drop compared to feed fluid passing through the medium without inlet and outlet ducts 16, 18. In a preferred embodiment, the combined cross-sectional area of all vessels 12 containing the resin is less than the combined cross-sectional area of all housings (pressure vessels) containing ultrafiltration modules 32 in the first step after biological treatment.

본 발명은 또한, 바람직하게는 장치에 대해서 본원에 설명된 바람직한 제한 사항 중 하나 이상을 갖는, 본원에 설명된 생물학적 처리 장치(10)를 사용하여 물을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 유입구 도관(20)을 통과해서 장치에 들어간 공급수는 가압되지 않고, 장치가 위치한 곳의 정상 대기압의 5% 또는 그 이내이다. 바람직하게는, 유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이의 압력차는 0.25 bar 내지 2 bar, 더 바람직하게는 0.5 bar 내지 1.5 bar이다. 바람직하게는, 용기(12) 내의 평균 체류 시간은 1분 미만, 바람직하게는 1초 내지 30초; 바람직하게는 적어도 2초, 바람직하게는 적어도 3초; 바람직하게는 20초 이하, 바람직하게는 15초 이하이다. 바람직하게는, 생물학적 처리 장치(10)는 주변 온도, 바람직하게는 10℃ 이내, 바람직하게는 20℃ 이내, 그러나 바람직하게는 5℃ 이상에서 동작한다. 바람직하게는, 장치 전반에 걸친 유동에 대한 저항(유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이의 압력차를 유동으로 나눈 값)이 초기 값(최초 시동 시 또는 이전의 세척 단계 이후)으로부터 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 30% 증가할 경우, 과다 성장 미생물이 생물학적 처리 장치(10)로부터 제거된다. 이러한 저항 측정을 위해서, 유동 및 압력차가 유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이에서 0.5 bar로 결정될 수 있다. 예를 들어, 시스템이 일정한 유동으로 동작하는 경우, 저항은 유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이의 매체 전반에 걸친 관찰된 압력 강하에 비례한다. 바람직하게는, 장치는 유입구 도관(20)과 배출구 도관(22) 사이의 압력차가 미리 정의된 값을 초과한 후에 화학물질로 세척될 수 있다.The invention also relates to a method for treating water using the biological treatment device 10 described herein, preferably having one or more of the preferred limitations described herein for the device. Preferably, the feed water entering the device through the inlet conduit 20 is not pressurized and is at or below 5% of the normal atmospheric pressure at which the device is located. Preferably, the pressure difference between the inlet conduit 20 and the outlet conduit 22 is between 0.25 bar and 2 bar, more preferably between 0.5 bar and 1.5 bar. Preferably, the average residence time within vessel 12 is less than 1 minute, preferably 1 to 30 seconds; preferably at least 2 seconds, preferably at least 3 seconds; Preferably it is 20 seconds or less, preferably 15 seconds or less. Preferably, the biological treatment device 10 operates at ambient temperature, preferably within 10°C, preferably within 20°C, but preferably above 5°C. Preferably, the resistance to flow throughout the device (pressure difference between inlet conduit 20 and outlet conduit 22 divided by flow) is at least as small as from its initial value (on initial start-up or after a previous cleaning step). If there is an increase of 10%, preferably at least 20%, preferably at least 30%, overgrown microorganisms are removed from the biological treatment device 10. For this resistance measurement, the flow and pressure difference can be determined to be 0.5 bar between the inlet conduit 20 and the outlet conduit 22. For example, if the system is operating at constant flow, the resistance is proportional to the observed pressure drop across the medium between the inlet conduit 20 and outlet conduit 22. Preferably, the device can be cleaned with chemicals after the pressure difference between the inlet conduit 20 and the outlet conduit 22 exceeds a predefined value.

바람직하게는, 전술한 바와 같이, 분배기 또는 포트를 사용하여 매체 베드(14)를 통해 가스를 통과시킴으로써 과다 성장 미생물이 제거된다.Preferably, overgrowth is removed by passing gas through the media bed 14 using a distributor or port, as described above.

방법의 바람직한 실시형태에서, 전술한 바와 같은 화학 작용제를 용기(12)에 첨가하여 과다 성장 미생물을 제거한다. 바람직하게는, 보다 강력한 세척에서는, 화학 작용제가 적어도 40℃, 더 바람직하게는 50℃까지 가열된다. 다른 실시형태에서, 생물학적 세포의 주입(inoculation)이 세척 후에 생물학적 처리 장치(10)에 제공된다.In a preferred embodiment of the method, a chemical agent as described above is added to vessel 12 to remove overgrowth of microorganisms. Preferably, in more intensive cleanings, the chemical agent is heated to at least 40° C., more preferably to 50° C. In another embodiment, an inoculation of biological cells is provided to the biological processing device 10 after washing.

Claims (14)

생물학적 처리 장치로서,
(a) 용기;
(b) 공급수를 상기 용기의 유입구 영역에 제공하기 위한 유입구 도관;
(c) 처리된 물을 상기 용기의 배출구 영역으로부터 제거하기 위한 배출구 도관;
(d) 상기 용기 내의 복수의 유입구 덕트로서, 상기 유입구 덕트의 각각은 제1 유동 채널을 둘러싸는 유입구 덕트 벽을 포함하고, 상기 제1 유동 채널은 상기 유입구 영역 및 상기 유입구 덕트 벽의 다공성 표면 섹션 모두와 유체 연통되는, 복수의 유입구 덕트;
(e) 상기 용기 내의 복수의 배출구 덕트로서, 상기 배출구 덕트의 각각은 제2 유동 채널을 둘러싸는 배출구 덕트 벽을 포함하고, 상기 제2 유동 채널은 상기 배출구 영역 및 상기 배출구 덕트 벽의 다공성 표면 섹션 모두와 유체 연통되는, 복수의 배출구 덕트;
(f) 상기 용기 내에 위치된 매체 베드로서, 유입구 덕트 벽 및 배출구 덕트 벽 모두의 다공성 표면 섹션과 유체 연통되는 입자를 포함하는, 매체 베드
를 포함하고,
유입구 덕트의 길이 대 유입구 덕트와 배출구 덕트 사이의 최소 거리의 비율은 15:1 내지 2:1인, 생물학적 처리 장치.
As a biological treatment device,
(a) container;
(b) an inlet conduit for providing feed water to the inlet region of the vessel;
(c) an outlet conduit for removing treated water from the outlet area of the vessel;
(d) a plurality of inlet ducts within the vessel, each of the inlet ducts comprising an inlet duct wall surrounding a first flow channel, the first flow channel comprising an inlet region and a porous surface section of the inlet duct wall. a plurality of inlet ducts, all in fluid communication;
(e) a plurality of outlet ducts within the vessel, each of the outlet ducts comprising an outlet duct wall surrounding a second flow channel, the second flow channel comprising an outlet region and a porous surface section of the outlet duct wall. a plurality of outlet ducts, all in fluid communication;
(f) a media bed located within said vessel, comprising particles in fluid communication with porous surface sections of both the inlet duct wall and the outlet duct wall.
Including,
A biological treatment device wherein the ratio of the length of the inlet duct to the minimum distance between the inlet duct and the outlet duct is from 15:1 to 2:1.
제1항에 있어서,
상기 매체 베드는 최소 치수가 0.1 mm 초과인 입자를 포함하고, 0.1 mm 초과의 최소 치수를 갖는 상기 입자는 또한 0.2 mm 내지 6 mm의 최소 치수 중앙값을 갖는 것을 특징으로 하는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 1,
wherein the media bed comprises particles having a minimum dimension greater than 0.1 mm, and the particles having a minimum dimension greater than 0.1 mm also have a median minimum dimension between 0.2 mm and 6 mm.
제1항에 있어서,
상기 배출구 도관은 적어도 하나의 한외 여과 모듈을 포함하는 한외 여과 시스템의 상류에 위치하여 이와 유체 연통되고, 상기 한외 여과 시스템은 상기 생물학적 처리 장치와 상기 적어도 하나의 한외 여과 모듈 사이에 적어도 하나의 펌프를 포함하고, 상기 적어도 하나의 펌프는 가압 공급물을 상기 적어도 하나의 한외 여과 모듈에 제공할 수 있는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 1,
The outlet conduit is located upstream and in fluid communication with an ultrafiltration system comprising at least one ultrafiltration module, the ultrafiltration system comprising at least one pump between the biological treatment device and the at least one ultrafiltration module. and wherein the at least one pump is capable of providing pressurized feed to the at least one ultrafiltration module.
제3항에 있어서,
다수의 펌프가 상기 생물학적 처리 장치와 상기 적어도 하나의 한외 여과 모듈 사이에 위치하고, 상기 다수의 펌프 중 적어도 하나는 상기 유입구 도관과 상기 배출구 도관 사이에서 더 큰 차압을 유도함으로써 상기 매체 베드를 통과하는 유동을 증가시키는 데 적합한, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 3,
A plurality of pumps are positioned between the biological treatment device and the at least one ultrafiltration module, wherein at least one of the plurality of pumps induces a greater differential pressure between the inlet conduit and the outlet conduit to thereby increase flow through the media bed. A biological treatment device suitable for increasing .
제3항에 있어서,
상기 배출구 도관과 상기 적어도 하나의 한외 여과 모듈 사이의 처리된 물이 대기 중의 산소와 접촉하는 것을 방지하는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 3,
Preventing treated water between the outlet conduit and the at least one ultrafiltration module from contacting atmospheric oxygen.
제1항에 있어서,
상기 입자는 적어도 0.90의 구형도 및 0.2 mm 내지 2 mm의 중앙값 직경을 갖는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 1,
wherein the particles have a sphericity of at least 0.90 and a median diameter of 0.2 mm to 2 mm.
제1항에 있어서,
상기 매체 베드 내의 입자들을 혼합하는 공기 기포를 공급하기에 적합한 공기 분배기를 추가로 포함하는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 1,
A biological treatment device, further comprising an air distributor suitable for supplying air bubbles that mix particles in the media bed.
제1항에 있어서,
폐기물의 방출을 위해서 상기 용기에 연결된 폐기물 제거 도관을 추가로 포함하는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 1,
A biological treatment device, further comprising a waste removal conduit connected to the vessel for discharge of waste.
제1항에 있어서,
용기 내의 액체의 높이를 특정 범위 내로 유지하기 위한 수위 제어 수단을 추가로 포함하는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 1,
A biological treatment device, further comprising water level control means for maintaining the level of liquid in the vessel within a specific range.
제4항에 있어서,
상기 배출구 도관과 상기 적어도 하나의 한외 여과 모듈 사이에 입자 필터를 추가로 포함하는, 생물학적 처리 장치.
According to clause 4,
The biological treatment device further comprising a particle filter between the outlet conduit and the at least one ultrafiltration module.
제4항에 있어서,
상기 배출구 도관과 상기 적어도 하나의 한외 여과 모듈 사이에 위치된 인산염을 제거하는 데 적합한 수지를 추가로 포함하는, 생물학적 처리 장치.
According to clause 4,
The biological treatment device further comprising a resin suitable for removing phosphate positioned between the outlet conduit and the at least one ultrafiltration module.
제4항에 있어서,
매체를 포함하는 복수의 병렬 용기, 및 상기 복수의 병렬 용기 중 적어도 하나를 격리시키는 데 적합한 밸브를 추가로 포함하는, 생물학적 처리 장치.
According to clause 4,
A biological treatment device, further comprising a plurality of parallel vessels containing media, and a valve suitable for isolating at least one of the plurality of parallel vessels.
제4항에 있어서,
병렬로 동작되는 바이오컨택터 유닛들을 추가로 포함하고, 하나의 바이오컨택터 유닛이 때때로 청소를 위해 사용에서 제외되는, 생물학적 처리 장치.
According to clause 4,
A biological treatment device further comprising biocontactor units operated in parallel, wherein one biocontactor unit is occasionally taken out of service for cleaning.
제1항에 있어서,
상기 입자는 50 내지 75%의 팩킹 밀도를 갖는, 생물학적 처리 장치.
According to paragraph 1,
The biological treatment device of claim 1, wherein the particles have a packing density of 50 to 75%.
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