KR101802534B1 - 폐수 처리 시스템 및 일차 고체의 방사선 조사를 포함하는 방법 - Google Patents

폐수 처리 시스템 및 일차 고체의 방사선 조사를 포함하는 방법 Download PDF

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사우디 아라비안 오일 컴퍼니
지멘스 인더스트리, 인크.
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Abstract

본 발명은 고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물의 대부분을 일차 분리 공정을 사용하여 폐수 공급물로부터 분리시켜서 고체상 및 수상을 생성시키는 폐수 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 고체상은 방사선 조사되어, 고체가 환경 친화성 방식으로 처분될 수 있도록 고체 치환물 및/또는 첨가제로서 사용하기에 안전할 정도로 병원균의 수준을 감소시킨다. 추가적 구현예에서, 방사선에 의해 살균된 고체는 토양 치환물, 비료, 퇴비 또는 다른 토양 첨가제를 생성시키기 위해 적합한 불활성 충전제 물질과 혼합된다. 액체상은 현탁 매질 생물학적 반응기 시스템을 포함할 수 있는, 전농도 폐수를 처리하기 위해 필요한 것보다 실질적으로 더 작은 시스템에서 처리된다. 액체 처리 시스템은 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기와 통합된 고유량 흡착 물질 처리 시스템을 포함할 수 있다.

Description

폐수 처리 시스템 및 일차 고체의 방사선 조사를 포함하는 방법{WASTEWATER TREATMENT SYSTEM AND PROCESS INCLUDING IRRADIATION OF PRIMARY SOLIDS}
본 출원은 본원에 참고문헌으로 인용된, 2009년 7월 8일자로 출원된 미국 임시 출원 번호 제61/224,016호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 폐수 처리를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가정용 하수 및 산업폐수의 효과적인 취급은 삶의 질 및 정수의 보전을 증가시키는 매우 중요한 측면이다. 약 반세기 전까지의 표준 관행인, 강, 호수 및 대양과 같은 수자원에서 폐수를 단순히 방출시키는 것과 관련된 문제점은 명백하며 - 생물학적 및 화학적 폐기물은 전염병의 확산 및 발암성 화학 물질에 대한 노출을 포함하는 모든 생활형에 대한 위험을 발생시킨다. 따라서, 폐수 처리 공정은 가축 개체군으로부터의 위생적 폐수를 세척하는 아주 흔한 도시 폐수 처리 설비로부터 다양한 산업 분야로부터의 폐수 중의 특정 개체군을 해결해야 하는 특수화된 산업폐수 처리 공정으로의 시스템으로 발달하였다.
폐수 처리 설비는 대표적으로 예비 처리, 이차 처리 및 삼차 처리를 포함하는 다중 처리 단계를 사용한다. 생물학적 산화는 폐수 오염 물질의 대부분을 제거하기 위해 사용되는 널리 공지된 이차 처리 단계이다. 공통적으로, 생물학적 산화 및/또는 다른 이차 처리 공정으로부터의 유출물은 여전히 이들의 제거를 위한 삼차 처리와 같은 추가의 처리를 필요로 하는 수준의 오염 물질을 함유한다.
생물학적 내성 및 생물학적 억제성 유기 및 무기 화합물은 처리하려는 특정 산업적 및 위생적 폐수 스트림 중에 존재한다. 이러한 생물학적 내성 및 생물학적 억제성 화합물의 처리를 해결하기 위한 다양한 시도가 이루어졌다. 공지된 처리의 특정 유형은 생물학적 내성 및 생물학적 억제성 유기 화합물을 흡착시키고 후속적으로 제거하기 위한 분말 활성탄의 사용을 포함한다.
운전상으로 비용 집약적인 일회의 특정 폐수 처리 공정은 폭기 또는 다른 이차 공정에 의해 처리된 폐수로부터의 비교적 저농도의 오염 물질의 제거를 수반한다. 다양한 시스템이 흡착 및 필터와 같은 삼차 처리를 위해 사용되었지만, 통상적인 공정과 관련된 제한 및 단점 없이 더욱 효율적이고 저비용의 삼차 처리에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 폐수 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
하나 이상의 구현예에 따라, 본 발명은 폐수를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물의 대부분을 일차 분리 공정을 사용하여 폐수 공급물로부터 분리시켜서 고체상 및 수상을 생성시키는 폐수 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 고체상은 방사선 조사되어, 고체가 환경 친화성 방식으로 처분될 수 있도록 토양 치환물 및/또는 첨가제로서 사용하기에 안전할 정도로 병원균의 수준을 감소시킨다. 추가적 구현예에서, 방사선에 의해 살균된 고체는 토양 치환물, 비료, 퇴비 또는 다른 토양 첨가제를 생성시키기 위해 적합한 불활성 충전제 물질과 혼합된다. 액체상은 현탁 매질 생물학적 반응기 시스템을 포함할 수 있는, 전농도 폐수를 처리하기 위해 필요한 것보다 실질적으로 더 작은 시스템에서 처리된다. 본 발명에 따르는 액체 처리 시스템은 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기와 통합된 고유량 흡착 물질 처리 시스템을 포함한다.
하나 이상의 구현예에 따라, 본 발명은 고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물을 포함하는 폐수를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은,
고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물의 대부분을 일차 분리 공정을 사용하여 폐수 공급물로부터 분리시켜서 고체상 및 폐수, 및 특정 구현예에서, 저농도 폐수를 포함하는 수상을 제공하는 단계로서, 고체상이 초기 수준의 병원균을 함유하는 단계;
고체상을 방사선 조사하여 병원균의 수준을 감소시키는 단계;
상기 폐수를, 흡착 물질 상으로의 폐수로부터의 오염 물질의 흡착을 위해 충분한 시간 동안 혼합 영역에서 흡착 물질과 혼합시키는 단계;
폐수와 흡착 물질의 혼합물로부터 폐수의 대부분을 분리하고 제거하는 단계;
오염 물질이 흡착된 흡착 물질 및 폐수의 소부분을 생물학적 재생 반응기로 통과시키는 단계;
흡착 물질 및 폐수를 생물학적 재생 반응기 중의 미생물을 흡착된 오염 물질의 적어도 일부에 생물학적으로 작용하도록 하기에 충분한 기간 동안 생물학적 재생 반응기의 현탁액 중에 유지시키는 단계;
생물학적으로 처리된 물 유출물을 생물학적 재생 반응기로부터 방출시키는 단계; 및
재생된 흡착 물질을 혼합 영역으로 재순환시키는 단계를 포함한다.
하나 이상의 구현예에 따라, 본 발명은 폐수의 처리를 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 방사선 공급원을 갖는 방사선 처리 영역, 일차 고체를 수용하기 위한 유입구, 방사선 조사된 고체를 방출하기 위한 고체 배출구 및 폐수 배출구를 포함한다. 시스템은 또한 방사선 처리 영역의 폐수 배출구와 연통하고 있는 폐수 유입구, 흡착 물질 유입구 및 방출 배출구를 갖는 혼합 영역을 포함한다. 시스템은 혼합 영역의 방출물 배출구와 연통하고 있는 슬러리 유입구, 처리된 물 배출구, 및 오염된 흡착 물질 배출구를 갖는 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역을 추가로 포함한다. 시스템은 또한 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역의 오염된 흡착 물질 배출구와 연통하고 있는 오염된 흡착 물질 유입구, 생물학적으로 처리된 물 배출구, 및 혼합 영역의 흡착 물질 유입구와 연통하고 있는 재생된 흡착 물질 배출구를 포함하는 생물학적 재생 반응기를 갖는 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템을 포함한다.
하나 이상의 구현예에 따라, 본 발명은 폐수의 처리를 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 방사선 공급원을 갖는 방사선 처리 영역, 일차 고체를 수용하기 위한 유입구, 방사선 조사된 일차 고체를 방출시키기 위한 고체 배출구 및 폐수 배출구를 포함한다. 시스템은 고유량 흡착 시스템 및 저유량 생물학적 흡착 시스템을 추가로 포함한다. 고유량 흡착 시스템은 방사선 처리 영역의 폐수 배출구와 유체 연통하고 있는 유입구, 폐수에 접촉하고 폐수로부터의 오염 물질을 흡착시키기 위한 흡착 물질의 공급원, 흡착 물질에 의해 접촉된 수용된 폐수의 대부분을 방출하기 위한 액체 배출구, 및 흡착된 오염 물질 및 수용된 폐수의 소부분을 갖는 흡착 물질을 방출하기 위한 흡착 물질 배출구를 포함한다. 저유량 생물학적 흡착 시스템은 미생물이 흡착된 유기 오염 물질을 소화하도록 하기에 충분한 기간 동안 현탁액 중에 흡착된 오염 물질을 갖는 흡착 물질을 유지시키기 위한 것이다. 저유량 생물학적 흡착 시스템은 고유량 흡착 시스템의 흡착 물질 배출구로부터의 흡착된 오염 물질을 갖는 흡착 물질을 수용하기 위한 유입구, 혼합액 배출구, 및 고유량 흡착 시스템의 흡착 물질의 공급원과 연통하고 있는 흡착 물질 배출구를 갖는 생물학적 재생 반응기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 폐수 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 하기에 그리고 모두 본 발명의 장치, 시스템 및 방법을 기술하고 이에 관한 첨부 도면을 참조하여 추가로 상세히 기술될 것이다. 축척으로 도시하도록 의도되지 않은 도면에서, 다양한 도면으로 예시된 각각의 유사한 부품은 유사한 번호로 표시된다.
도 1은 현탁액 중의 흡착 물질을 갖는 하나 이상의 영역을 함유하는 생물학적 반응기를 사용하는 막 생물학적 반응기 시스템의 개략도이다;
도 2는 흡착 물질을 재생 및/또는 재활성화시키기 위해 본 발명에 사용되는 막 운전 시스템의 상류의 생물학적 반응기에서 흡착 물질을 사용하는 폐수 처리 시스템의 한 구현예의 개략도이다;
도 3은 혼합 영역을 갖는 고유량 흡착 물질 처리 시스템의 한 구현예 및 생물학적 재생 반응기 및 막 운전 시스템을 갖는 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기와 통합된 흡착 물질 침전 및 액체 경사분리 영역을 포함하는 폐수 처리 시스템의 개략도이다;
도 4는 혼합 영역을 갖는 고유량 흡착 물질 처리 시스템 및 저유량 흡착 물질 막 생물학적 재생 반응기와 통합된 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역의 또 다른 구현예를 포함하는 폐수 처리 시스템의 개략도이다;
도 5는 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기의 또 다른 구현예와 통합된 고유량 흡착 물질 처리 시스템을 포함하는 폐수 처리 시스템의 개략도이다;
도 6은 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기와 통합된 고유량 흡착 물질 처리 시스템의 추가의 구현예를 포함하는 폐수 처리 시스템의 개략도이다;
도 7은 일차 고체의 방사선 조사를 포함하는 본 발명의 하나의 구현예에 따라 폐수를 처리하기 위한 공정 흐름의 개략도이다;
도 8은 일차 고체의 방사선 조사를 포함하는 본 발명의 또 다른 구현예에 따라 폐수를 처리하기 위한 공정 흐름의 개략도이다.
본원에 사용되는 바와 같이, "생물학적 내성 화합물"은 미생물과 접촉할 때에 생물학적으로 분해되기 어려운 폐수 중의 화학적 산소 요구("COD") 화합물(유기 및/또는 무기)의 유형을 의미한다. "생물학적 내성 화합물"은 약간의 내성 내지 고도의 내성의 변동 정도의 내성을 가질 수 있다.
"생물학적 억제성 화합물"은 생물학적 분해 공정을 억제하는 폐수 중의 화합물(유기 및/또는 무기)을 의미한다.
"생물학적으로 불안정한"은 사람 및 동물 폐기물과 같은 단순 유기물, 음식 폐기물, 및 암모니아 및 인계 화합물과 같은 무기물을 "소화하기 쉬운"을 의미한다.
"COD" 또는 "화학적 산소 요구량"은 유기 물질의 산화 및 암모니아 및 아질산염의 무기 화학물질의 산화를 발생시키는 화학 반응 동안 산소를 소모하기 위한 폐기물의 용량의 측정값을 의미한다. COD 측정은 생물학적으로 불안정하고, 생물학적으로 억제성이고 생물학적으로 내성인 화합물을 포함한다.
"BOD5"는 5일의 기간의 경과에 따라 생물학적으로 분해될 수 있는 생물학적 산소 요구 화합물을 의미한다.
"혼합액 현탁 고체" 또는 "MLSS"은 처리되는 폐수 중에 존재하는 둘 모두 용해되고 현탁된 미생물 및 다른 물질을 의미하고; "혼합액 휘발성 현탁 고체" 또는 "MLVSS"는 MLSS 중의 활성 미생물을 의미하고; "혼합액"은 폐수, MLSS 및 MLVSS의 조합된 혼합물을 의미한다.
본원에 사용되는 바와 같이 "흡착제" 또는 "흡착 물질"은 처리하려는 폐수 중에 존재하는 것으로 밝혀진 예정된 화학종, 금속 또는 다른 화합물에 대한 친화성을 제공하도록 처리된 과립 활성탄; 과립 철계 화합물, 예를 들어 산화철 복합체; 합성 수지; 및 과립 알루미노-실리케이트 복합체 중 하나 이상을 의미한다.
시스템의 한 구획으로부터 또 다른 구획으로, 예를 들어 현탁된 흡착 물질을 함유하는 생물학적 반응기로부터 막 운전 시스템으로 통과하는 유출물 중의 흡착 물질의 존재를 기술하는 것과 관련하여 "실질적으로 함유하지 않는" 또는 "실질적으로 방지된"은 막 운전 시스템으로 통과하는 흡착 물질의 양을 막 여과 공정의 필요한 효율에 악영향을 주지 않는 양으로 한정하는 것을 의미한다. 예를 들어, 특정 구현예에서, "실질적으로 함유하지 않는" 또는 "실질적으로 방지된"은 생물학적 반응기 또는 하나 이상의 생물학적 반응 영역 내에서 소정의 시스템에 사용하려는 흡착 물질의 예정된 양의 적어도 약 80 부피%, 추가의 구현예에서, 적어도 약 90 부피% 및 더욱 추가의 구현예에서 적어도 약 95 부피%, 및 더욱더 추가의 구현예에서 적어도 약 99 부피%를 유지시키는 것을 의미한다. 그러나, 본원의 설명에 근거하여, 이들 비율이 단순히 예시적인 것이며, 사용되는 막(들)의 유형 및 이들의 내마모성, 필요한 유출물질, 소정의 시스템에 사용하려는 흡착 물질의 예정된 양 및 다른 요인을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 요인들에 의존하여 변할 수 있음이 당업자에 의해 인지될 것이다.
본 발명은 폐수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본원에 사용되는 바와 같이 "폐수"는, 예를 들어 유입물 흐름 (101), (201), (301), (401), (501), (601) 또는 (701)으로서, 폐수 처리 시스템 내로 유동하는 박테리아, 생물학적 내성 화합물 및/또는 생물학적 억제성 화합물에 의해 분해될 수 있는 생분해성 물질, 무기물, 불안정한 유기 화합물의 오염 물질을 갖는, 지표수, 지하수, 및 산업적, 농업용 및 도시 공급원으로부터의 폐수의 스트림과 같은 처리하려는 임의의 물을 규정한다.
산업적 및 도시 공급원으로부터의 폐수는 대표적으로 생물학적 고체 및 불활성 물질, 및 생물학적으로 억제성이고 내성인 유기물을 포함하는 유기물을 함유한다. 생물학적으로 억제성이고 내성인 유기물의 예는 고분자전해질 처리 화학물질과 같은 합성 유기 화학물질을 포함할 수 있다. 다른 생물학적으로 억제성이고 내성인 유기물은 폴리염화비페닐, 다환 방향족 탄화수소, 폴리염화 디벤조-p-디옥신, 및 폴리염화 디벤조푸란을 포함한다. 내분비계 교란 화합물은 또한 생물 내의 호르몬에 영향을 줄 수 있고 환경에서 발견되는 한 부류의 생물학적으로 억제성이고 내성인 유기물이다. 내분비계 교란 화합물의 예는 오일 및 천연 호르몬을 제거하기 위해 사용되는 노닐페놀과 같은 알킬페놀 화합물, 및 17-b-에스트라디올, 에스트론, 테스토스테론, 에티닐 에스트라디올과 같은 피임약에서 발견되는 합성 스테로이드를 포함한다.
처리하려는 폐수의 다른 예는 고농도 폐수; 저농도 폐수; 및 매립지로부터의 침출수를 포함한다. 물은 또한 바이러스를 제거하기 위해 처리될 수 있다. 폐수 중의 오염 물질의 다른 예는 내연제, 용매, 안정화제, 폴리염화비페닐(PCB); 디옥신; 푸란; 다핵 방향족 화합물(PNA); 약제, 석유; 석유 화학 생성물; 석유 화학 부생성물; 셀룰로오스; 펄프 및 제지 산업으로부터의 폐기 생성물; 인; 인 화합물 및 유도체; 및 비료, 살충제 및 제초제로부터 유도되거나 이들을 생성시키기 위해 사용되는 것과 같은 농업용 화학물질을 포함한다.
산업적 및 도시 공급원으로부터의 폐수는 또한 수처리 공정 동안 유래되고 후속적으로 제거하기 어려운 미량 성분 화합물을 함유할 수 있다. 수처리 공정 동안 도입되는 미량 성분의 예는 전용 양이온성 및 음이온성 수지로부터 방출될 수 있는 N-니트로소디메틸아민(NDMA)과 같은 니트로사민을 포함한다.
본원에 사용되는 바와 같이, "저농도 폐수"는 대표적으로 활성 슬러지 폭기 공정 또는 막 생물학적 반응기와 같은 통상적인 이차 처리 시스템을 지지하는 유입 공급물 농도보다 낮은 저농도의 생물학적으로 불안정한(즉, 소화하기 쉬운) 유기 화합물을 갖는 폐수를 의미한다. 또한, 본원에 사용되는 바와 같이, "저농도 폐수"는 폐수가 농도가 너무 낮고 쉽게 생물학적으로 분해되지 않는 화합물을 함유함에 따라, 통상적인 처리 생물학적 시스템에서 생물학적으로 산화되기 어려운 유입물을 포함한다. 이들은 또한 생물학적으로 산화될 수 없는 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물, 또는 이들의 조합물을 함유하거나, 대표적으로 생물학적 산화 시스템에 이용할 수 있는 것보다 훨씬 더 긴 잔류 시간을 필요로 할 수 있다.
또한, 본원에 사용되는 바와 같이, "상류 폐수 처리되는 유출물"은 일반적으로 하나 이상의 통상적인 또는 임의의 후개발된 폐수 처리 시스템으로부터의 유출물을 의미한다. "상류 폐수 처리되는 유출물"은 예비 및/또는 일차 처리 공정, 및 이차 처리 공정, 예를 들어, 활성 슬러지 폭기 공정 또는 막 생물학적 반응기로 처리되고, 일반적으로 활성 슬러지 폭기 공정 또는 막 생물학적 반응기와 같은 대부분의 통상적인 이차 처리 시스템에서 대표적으로 생물학적 반응을 지지하기에 충분하지 않은 저농도의 생물학적으로 불안정한 (즉, 소화하기 쉬운) 유기 화합물을 갖는다. 또한, 본 발명의 특정 구현예에서, "상류 폐수 처리되는 유출물"은 하나 이상의 통상적인 또는 후개발된 삼차 처리로 또한 처리된 유출물임이 고려된다. 예를 들어, 특정 폐수 처리 설비에서, 삼차 처리 시스템으로부터의 유출물은 규정된 방출 수준을 초과하는 오염 물질 수준을 함유할 수 있으며, 이러한 유출물은 본 발명의 시스템 및 방법에 의해 처리될 수 있다. 추가의 구현예에서, "상류 폐수 처리되는 유출물"은 침전기, 정화기 또는 다른 고체 분리 장치 중 하나와 같은, 실질적으로 모든 고형물을 제거한 일차 분리 시스템으로부터 유도될 수 있다. 추가의 구현예에서, "상류 폐수 처리되는 유출물"은 일차 분리 시스템 및 후속 방사선 조사로 처리된 폐수를 포함할 수 있다.
일반적으로, 폐수 처리 설비는 물을 세척하기 위해 다중 처리 단계를 사용하여, 물이 호수, 강, 및 스트림과 같은 수역으로부터 안전하게 방출될 수 있게 된다. 현재, 많은 위생적 하수 처리 플랜트는 큰 물체(예를 들어, 바아 스크린(bar screen)), 및 모래, 그릿 및 돌이 침전하는 모래 또는 그릿 채널을 제거하기 위해 기계적 수단을 사용하는 예비 처리 단계를 포함한다. 일부 처리 시스템은 또한 특정 지방, 그리스 및 오일이 스키밍을 위해 표면으로 부유하고, 더 무거운 고체가 바닥에 침전되며, 후속적으로 유산소 또는 무산소 소화조 내에서 처리되어 바이오매스를 소화시키고 생물학적 고체의 수준을 감소시키는 일차 단계를 포함한다.
예비 및/또는 일차 처리 후에, 폐수는 이차 생물학적 활성 슬러지 처리 단계로 전달된다. 폐수의 생물학적 처리가 널리 실시된다. 폐수는 폐기물 활성화 슬러지로 처리되며, 생물학적 고체가 처리 탱크 내에서 박테리아에 의해 처리된다. 활성화 슬러지 공정은 폭기 탱크에서, 대표적으로 그 다음에 정화기/침전 탱크에서의 유산소 생물학적 처리를 수반한다. 침전된 슬러지는 오염 물질을 소화시키기 위해 충분한 혼합액 현탁 고체 농도를 유지시키기 위해 폭기 탱크로 다시 재순환된다. 과량의 바이오고형물, 예를 들어 슬러지의 처분을 위해 이용할 수 있는 일부 대안은 소각, 매립지에서의 처분, 또는 독성 성분이 없는 경우에 비료로서의 사용을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다.
폭기 탱크에서, 공기 또는 순산소와 같은 산소 함유 가스가 혼합액에 첨가된다. 산소는 대표적으로 박테리아에 의해 사용되어, 폐수 공급물 내에서 현탁액 중에 용해되거나 운반되는 유기 화합물을 생물학적으로 산화시킨다. 생물학적 산화는 대표적으로 폐수로부터 암모니아 및 인 화합물과 같은 유기 오염 물질 및 일부 무기 화합물을 제거하기 위해 이용할 수 있는 최저 비용 산화 방법이며, 생물학적으로 처리가능한 유기 화합물로 오염된 폐수에 대한 가장 널리 사용되는 처리 시스템이다. 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물을 함유하는 폐수는 통상적인 단순 생물학적 폐수 처리 시스템에 의해 충분히 처리되지 않을 수 있다. 이들 화합물은 단지 처리 탱크 내에서 수리학적 체류 시간 동안 박테리아에 의해 처리될 수 있다. 수리학적 체류 시간은 일반적으로 충분한 양의 생물학적 억제성 화합물 및/또는 생물학적 내성 화합물의 생물학적 산화를 위해 불충분하기 때문에, 이들 내성 화합물의 일부는 충분히 처리되거나 파괴되지 않을 수 있고, 유출물 또는 과량의 잔류 슬러지에서 방출 전에 불변하거나 단지 부분적으로 처리된 처리 공정을 통해 통과할 수 있을 것이다.
폭기 탱크로부터의 혼합액 유출물은 대표적으로 정화기/침전 탱크에 들어가서, 농축된 혼합액 현탁 고형물을 포함하는 슬러지가 중력에 의해 침전된다. 침전된 바이오매스는 부지 밖 처분을 위해 폐기, 즉 방출되거나, 폭기 탱크로 다시 순환된다. 그러나, 폐수 및 경제적 요구에 근거하여, 일부 생물학적 산화 시스템은 폐수 유출물로부터 고형물을 제거하기 위해 상이한 처리 방법을 사용한다. 정화기/침전 탱크는 막 운전 시스템, 또는 용해된/유도된 공기부유 장치와 같은 또 다른 단위운전 장치로 교체될 수 있다. 정화기/침전 탱크, 운전 시스템 또는 용해된/유도된 공기부유 장치로부터의 액체 유출물은 방출되거나, 방출 전에 추가로 처리된다. 정화/분리 장치로부터 제거되는 고체는 시스템 중의 박테리아의 충분한 농도를 유지하기 위해 귀환 활성 슬러지로서 폭기 탱크로 귀환된다. 활성 슬러지로서 공지된 상기 귀환 활성 슬러지의 일부분은 혼합액 중의 박테리아의 농도를 제어하기 위해 폐기 상기 재순환 라인으로부터 주기적으로 제거된다. 상기 폐기 활성 슬러지는 예정된 방식으로 처리된다.
종래의 산업적 생물학적 폐수 처리 플랜트 기술에서의 하나의 최근의 진전은 혼합액에 대한 분말 활성탄 입자의 첨가를 포함한다. 분말 활성탄을 이용하는 생물학적 처리 공정에서, 유기물은 활성탄 상에 흡착되고, 슬러지 잔류 시간과 유사한 수리학적 체류 시간 동안 처리 탱크 내에서 유지되며, 따라서 특정 생물학적 억제성 또는 내성 화합물의 증강된 제거를 발생시키는 흡착성 및 연장된 생물학적 처리 둘 모두를 일으킬 수 있다. 이들 공정에서, 특정 유기 및 무기 화합물은 분말 활성탄 입자의 표면에 물리적으로 흡착된다. 이들 화합물의 적어도 일부는 시스템 중에 존재하는 연장된 시간 동안 생물학적으로 분해되며, 예를 들어 유산소 공정으로 산화되고, 나머지는 시스템으로부터 폐기될 때에 활성탄에 흡착되고 방출된다.
분말 활성탄은 생물학적 억제성 및 생물학적 내성 화합물을 흡착시킬 수 있는 능력 때문에 통상적인 생물학적 처리 플랜트에 사용되어, 더 낮은 농도의 이들 오염 물질을 갖는 유출물을 제공하여 왔다. 혼합액 중의 분말 활성탄의 포함은 많은 운전적 이점을 제공한다. 탄소는 증가된 오염 물질 제거 및 변동 상태에 대한 증가된 내성을 포함하는 현탁 매질 생물학적 처리 시스템의 장점을 제공한다. 또한, 탄소는 생물학적 억제성 및 생물학적 내성 화합물이 탄소의 표면 상에 흡착하도록 하고, 통상적인 생물학적 처리 시스템에서보다 충분히 더 긴 기간 동안 생물에 노출되도록 하여, 고정막 시스템의 이점과 유사한 이점을 제공한다. 탄소는 또한 생물학적 억제성 유기 물질을 더 소화시킬 수 있는 특이적 균주의 진화를 가능하게 한다. 탄소가 귀환 활성 슬러지를 갖는 폭기 탱크로 연속적으로 다시 재순환된다는 사실, 즉 슬러지 잔류 시간은 박테리아가 생물학적 처리 시스템의 수리학적 체류 시간보다 더 긴 기간 동안 탄소의 표면 상에 흡착되는 생물학적 억제성 유기 화합물을 소화시키는 데에 작용할 수 있음을 의미한다. 상기 공정은 또한 탄소의 생물학적 재생을 발생시키고, 탄소가 탄소의 흡착 용량이 배출되면 탄소의 빈번한 교체 또는 고비용의 물리적 재생을 필요로 하는 단순 충전층 탄소 필터 시스템에서보다 현저히 더 많은 생물학적 억제성 및 생물학적 내성 화합물을 제거하도록 한다. 혼합액 중의 탄소는 또한 특정 화합물을 흡착시키고, 따라서 통상적인 생물학적 산화, 또는 다른식으로 전체적으로 생분해에 대한 저항성에 의해 처리될 수 없는 실질적으로 감소된 농도의 화합물을 함유하지 않거나 갖는 유출물을 제공할 수 있다. 공지된 분말 활성탄 시스템의 하나의 예는 상표명 "PACT®" 하에 Siemens Water Technologies에 의해 제공된다.
그러나, 유기 및 무기 화합물의 생물학적 성장 및 흡착 둘 모두가 분말 형태로 활성탄 상에서 일어나기 때문에, 과량의 고체의 폐기가 필요하다. 또한, 분말 활성탄은 바이오 고형물의 제거와 함께 처리 공정으로부터 방출되고, 따라서, 연속적으로 교체되어야 한다. PACT® 시스템에서의 오염 물질 제거의 일차 방식은 흡착이고, 이차 기능은 분말 활성탄 상에 흡착된 유기물의 생물학적 재생이며; 분말 활성탄은 생물학적 재생이 일차 처리 메커니즘이 되도록 하기에 충분한 기간 동안 시스템에서 유지되지 않는다.
점점 더, 위생적 폐수는 막 생물학적 반응기 기술을 사용하여 처리되어, 개선된 유출물질, 더 작은 물리적 풋프린트(단위 면적당 더 많은 폐수가 처리될 수 있음), 변동 상태에 대한 증가된 내성, 처리하기 어려운 폐수를 처리하는 개선된 능력 및 다양한 다른 운전적 장점을 제공한다. 예를 들어, 높은 총 용해된 고형물을 함유하는 폐수는 통상적인 정화기/침전 탱크에서의 침전 문제점을 나타내고, 용해된/유도된 공기부유 장치 또는 일부 다른 고체 제거 시스템과 같은 현저히 더 많은 운전하기 어려운 고체 분리 장치를 필요로 할 수 있다. 그러나, 막 생물학적 반응기는 정화기/침전 탱크 시스템에 의해 발생되는 침전 문제점을 해결하면서, 이들은 자주 정화기를 사용하는 통상적인 시스템에서 일어나지 않는 막 오손 및 발포의 문제점을 제공한다. 막 오손은 혼합액 현탁 고체 중의 생물학적 생활형의 파괴, 오일과 같은 유기 물질의 축적으로부터, 또는 무기 물질에 의해 유발되는 스케일링에 의해 발생되는 세포외 중합체 화합물의 결과일 수 있다.
또한, 지금까지, 막 생물학적 반응기는 분말 활성탄 첨가로 상업적으로 이용되지 않았다. 여과를 위해 막을 이용하는 표면 수처리 시스템에서 분말 활성탄이 일부 사용되어 왔다. 그러나, 막 및 분말 활성탄을 사용하는 이들 표면 수처리 시스템은 막을 마멸시키는 탄소 및 막을 영구적으로 플러깅 및/또는 오손시키는 탄소가 갖는 문제점을 갖는 것으로 보고되었다.
방출 및 재사용 전에 처리되어야 하는 산업폐수는 자주 유화된 탄화수소를 함유할 수 있는 유성 폐수를 포함한다. 유성 폐수는 강 및 알루미늄 산업, 화학 처리 산업, 자동차 산업, 세탁 산업, 및 원유 생산 및 정유 산업을 포함하는 다양한 산업으로부터 유래할 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 특정량의 비-유화된 오일 및 다른 탄화수소가 일차 처리 공정에서 제거될 수 있으며, 여기에서 부유 오일은 상부로부터 스키밍된다. 그러나, 생물학적 이차 폐수 공정은 일부 프리 오일이 존재할 수도 있지만 일반적으로 폐수로부터의 잔류 오일, 대표적으로 용해되고 유화된 오일을 제거하기 위해 사용된다. 일차 처리 후에 잔류하는 대표적 탄화수소는 윤활유, 절삭유, 타르, 그리스, 원유, 디이젤유, 가솔린, 등유, 제트 연료 등을 포함할 수 있다. 이들 탄화수소는 대표적으로 환경 내로의 물의 방출 및 산업적 공정에서의 물의 재사용 전에 제거되어야 한다. 정부 규제 및 생태학적 관심사 이외에, 잔류 탄화수소의 효율적인 제거는 또한, 충분히 처리된 폐수가 많은 산업적 공정에 사용될 수 있고 수처리 원가를 제거하고 규제 방출 문제를 감소시키므로 이점을 갖는다.
처리되어야 하는 다른 유형의 폐수는 약제, 다양한 제품, 농업용 생성물(예를 들어, 비료, 살충제, 제초제) 및 종이 처리 및 의료 폐수의 제조와 같은 다른 산업적 공정으로부터의 오염된 공정 용수를 포함한다.
유성/산업폐수의 처리에서 막 생물학적 반응기의 상업적 배치는 주로 막의 오일 및 화학적 오손과 관련된 유지 문제점으로 인해 개발하기가 매우 느렸다. 혼합액에 첨가되는 분말 활성탄을 갖는 막 생물학적 반응기에서 처리되는 산업적/유성 폐수의 시험은 분말 활성탄을 포함하는 통상적인 생물학적 폐수 처리 시스템에서 관찰되는 바와 같은 동일한 처리 장점을 나타내었다. 또한, 막 생물학적 반응기를 사용하는 장점이 또한 달성될 수 있음이 유의된다. 분말 활성탄의 첨가 또는 첨가 없이 막 생물학적 반응기의 나란한 비교는 분말 활성탄을 갖는 막 생물학적 반응기가 활성탄을 갖지 않는 막 생물학적 반응기와 비교하여 처리 장점을 제공함을 입증하였다. 또한, 탄소가 첨가되지 않은 막 생물학적 반응기는 막을 오손시키는 용해된 유기물 및 세포외 중합체 화합물 때문에 운전하기가 매우 어려웠다. 그러나, 시험은 추가로, 분말 활성탄의 첨가가 매우 실현 가능한 생물학적 폐수 처리 시스템을 제공하지만, 탄소는 막에 대한 상당한 양의 마모 및 막의 비가역적 오손의 유해 효과를 가짐을 입증하였다. 상기 마모 및 비가역적 오손은 막의 현저히 감소된 기대 수명 및 막 세척 빈도 때문에 운전하는 데에 고비용이 드는 시스템을 생성시키기에 현저히 충분하였다.
폐수의 종래 생물학적 산화는 공통적으로, 이것이 대표적으로 폐수 중의 유기 화합물을 처리하기 위해 이용할 수 있는 최소한 고비용의 산화 방법이므로, 폐수 오염 물질의 대부분을 위해 사용되는 이차 처리 단계이다. 또한, 더 적은 정도로, 생물학적 시스템은 또한 산화될 수 있는 무기 오염 물질 (예를 들어, 암모니아, 인산염)이 바이오매스에 부착함에 따라 일부 무기 화합물을 제거할 수 있거나, 바이오매스에 의해 흡착될 수 있다. 이것이 바이오매스에 의해 흡착되는 경우, 이는 궁극적으로 폐기물 활성 슬러지와 함께 방출된다.
생물학적 산화 공정 및 다른 이차 처리에서의 진전 및 발달에도 불구하고, 많은 이차 처리 시스템은 생물학적 산화만으로는 폐수 공급물을 충분히 처리할 수 없다. 이차 처리로 처리된 폐수 유출물은 종종 조절 한계에 따라 방출 또는 재사용을 허용하도록 충분히 저수준의 유기 및/또는 무기 오염 물질을 갖지 않는다. 따라서, 삼차 처리 단계가 자주 필요하다.
종래의 삼차 처리 단계는 자주 공통적으로 "연마"로서 공지된, 활성탄과 같은 흡착 물질을 포함하는 하나 이상의 흡착제 칼럼을 통해 이차 처리로 처리된 유출물의 통과를 포함한다. 다른 삼차 처리 공정은 하나 이상의 필터, 코얼레서, UV 산화, 화학적 산화, 다른 삼차 처리 시스템, 또는 이들 시스템의 조합을 통해 이차 처리 유출물을 통과시키는 것을 포함한다. 그러나, 이들 삼차 처리 시스템은 자주 운전하기에는 크고/거나 비싸다. 종래의 삼차 처리 시스템의 문제시되는 크기 및 비용에 대한 주요 원인은 비교적 저농도의 오염 물질을 갖는 전체 이차 처리 유출물 또는 이들의 실질적 부분이 이들 처리로 처리된다는 점이다.
본 발명의 시스템 및 방법 기존의 삼차 처리 시스템의 단점을 해결하며, 특정 구현예에서 특히 처리하려는 폐수가 저농도 폐수인 경우에 이차 또는 삼차 처리 시스템으로서 사용될 수 있는 시스템을 제공한다.
본 발명은 저유량을 갖는 생물학적 처리 시스템에서 유입 유속과 유사한 유속, 즉, 고유량을 갖는 폐수 스트림을 처리하기 위한 개선된 폐수 처리 공정 및 시스템에 관한 것이다. 이는 고유량 스트림 중의 오염 물질을 흡착 물질 상에 흡착시킨 후, 현탁 매질 막 생물학적 재생 반응기 시스템에서 흡착 물질을 생물학적으로 재생 및/또는 재활성화시킴으로써 달성된다. 상기 시스템은 저수준의 생물학적으로 불안정한 화합물 때문에 통상적인 생물학적 폐수 처리에 특히 적합하지 않은 저농도 폐수의 처리에 특히 유용하다.
특정 구현예에서, 낮은 오염 물질 농도 폐수를 위한 폐수 처리 공정 및 시스템은 이차 처리 및/또는 다른 상류 처리로 처리된 유출물의 실질적 부분을 고유량 흡착 물질 처리하고, 흡착 물질 상에 흡착된 비교적 더 높은 수준의 오염 물질을 갖는 소부분을 저유량 흡착제 생물학적 재생 처리 시스템으로 처리하여 흡착 물질을 재생시키는 삼차 처리 시스템으로서 유용하다.
본 발명의 폐수의 처리를 위한 시스템 및 방법은 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기와 통합된 고유량 흡착 물질 처리 시스템을 포함하는 처리 시스템을 이해한다. 일반적으로, 고유량 흡착 물질 처리 시스템은 저농도 폐수, 또는 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물 또는 이들의 혼합물을 함유하는 다른 폐수를 감소된 농도의 오염 물질을 갖는 흡착 물질 및 경사분리 액체 유출물과 혼합시키기 위한 하나 이상의 단위운전을 포함한다.
흡착 물질의 표면 및/또는 세공 벽의 표면 상에 흡착된 저농도 폐수로부터의 오염 물질을 갖는 흡착 물질은 생물학적 미생물이 유기 및 특정 무기 오염 물질을 분해하고, 이것이 새로운 흡착제로서 재사용될 수 있을 정도로 더 낮은 농도의 이들 화합물을 갖는 흡착 물질을 제공하는 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기로 통과된다. 생물학적 반응기가 유산소 미생물을 지지하기 위해 산소의 공급원을 갖는 유산소 생물학적 반응기인 특정 구현예에서, 생물학적 반응은 폐수 중의 유기 오염 물질이 일반적으로 이산화탄소 및 물로 대사되는 생물학적 산화를 포함한다. 과량의 바이오매스는 흡착 물질로부터 제거되고, 재생된 흡착 물질은 고유량 흡착 물질 처리 시스템으로 재순환된다. 택일적으로, 저유량 흡착 물질 생물학적 반응기는, 예를 들어 흡착 물질 상에 흡착시키려는 화합물을 무산소 반응기에서 더 쉽게 분해하는 무산소 생물학적 재생 반응기 시스템일 수 있다.
하나 이상의 구현예에 따라, 본 발명은 과립 활성탄 폭기 반응기 및 후속 막 운전 시스템과 같은 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템을 포함하는 시스템을 사용하며, 여기에서 흡착 물질은 본원에 참고문헌으로 인용된 PCT 공고 번호 WO/09085252호에 기술된 바와 같이 막 운전 시스템에 들어가는 것이 실질적으로 방지된다.
하나의 바람직한 구현예에서, 본 발명은 흡착 물질을 저농도 폐수와 혼합시키는 단계; 흡착 물질을 침전시키는 단계; 흡착 물질에 의해 접촉된 물을 경사분리 또는 다른 식으로 제거하는 단계; 흡착된 오염 물질을 갖는 흡착 물질을 생물학적 재생 반응기에서 처리하는 단계; 흡착 물질을 실질적으로 함유하지 않는 혼합액 현탁 고체 및 휘발성 혼합액 현탁 고형물을 포함하는 생물학적 반응기로부터의 혼합액을 막 운전 시스템에서 처리하는 단계; 흡착 물질로부터 과량의 바이오매스를 제거하는 단계; 및 흡착 물질을 고유량 흡착 물질 처리 시스템에서 이를 저농도 폐수와 혼합시키는 단계로 재순환시키는 단계를 포함하는 삼차 처리 공정을 제공한다. 유리하게는, 경사분리된 상등액은 저농도 폐수의 실질적 부분을 포함한다. 따라서, 생물학적 재생 반응기 및 막 운전 시스템은 종래의 공정에서 사전에 상류 처리로 처리된 전체 저농도 폐수 유출물의 부피의 소부분만을 처리하기 위해 사용된다. 이에 의해, 특히 대표적으로 이차 처리 영역으로부터 방출되는 폐수를 연마시키기 위해 이용되는 과립 활성탄 흡착 칼럼과 같은 통상적인 삼차 처리 시스템과 비교하여 저농도 폐수를 위한 비용 효율적 처리가 제공된다. 이들 시스템은 대표적으로 열기 재생 또는 스팀 재생과 같은 에너지 집약적인 재생 공정에 의해 흡착 물질을 재생시킨다.
본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템은 특정한 바람직한 구현예에서 유기 화합물을 저농도로 흡착시키도록 배치된 하나 이상의 용기에서 과립 활성탄인 흡착 물질을 포함한다. 흡착된 유기물은 후속적으로, 과립 활성탄 필터 내에서 대표적 수리학적 잔류 시간보다 훨씬 더 긴 기간 동안 저유량 흡착 물질 생물학적 반응기 중의 생물학적 미생물에 노출된다. 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템 및 공정은 상류 폐수 처리로 처리된 유출물로부터 이들 유기 화합물을 농축시킨다. 따라서, 삼차 처리 시스템으로서 사용될 경우에, 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템 및 공정은 유기 오염 물질이 통상적인 이차 처리 시스템에서 상류 폐수 처리의 유량을 기준으로 정상적으로 달성될 수 있는 것보다 긴 기간 동안 박테리아에 노출되도록 한다. 따라서, 미생물이 호기성 박테리아인 구현예에서 생물학적 반응, 예를 들어 생물학적 산화를 위한 시간은 실질적으로 증가된다. 연마 필터에서 재생된 과립 활성탄에 대표적으로 사용되는 에너지 집약적인 시스템보다는 생물학적 재생의 사용은 훨씬 더 비용 효과적인 재생 시스템이다.
하나 이상의 구현예에 따라, 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템은 특정한 바람직한 구현예에서 유기 화합물을 저농도로 흡착시키도록 배치된 하나 이상의 용기에서 과립 활성탄인 흡착 물질을 포함한다. 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템 및 공정은 상류 폐수 처리로 처리된 유출물로부터 이들 유기 화합물을 농축시킨다. 따라서, 삼차 처리 시스템으로서 사용될 경우에, 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템 및 공정은 유기물이 통상적인 삼차 처리 시스템, 예를 들어 탄소 연마 시스템에서 상류 폐수 처리의 유량을 기준으로 정상적으로 달성될 수 있는 것보다 긴 기간 동안 박테리아에 노출되도록 한다. 따라서, 미생물이 호기성 박테리아인 구현예에서 생물학적 반응, 예를 들어 생물학적 산화를 위한 시간은 전체 유출물 흐름을 처리하는 생물학적 반응기에서 달성될 수 있는 것보다 실질적으로 더 길다.
또한, 하나 이상의 구현예에 따라, 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템 및 공정은 저농도 폐수, 예를 들어 이차 처리 시스템으로부터의 완전 흐름 저농도 폐수 스트림으로부터의 오염 물질을 흡착시키고, 본원에 참고문헌으로 인용된 공동 계류 중인 공동 소유의 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644, 및 또한 본원에 참고문헌으로 인용된 PCT 공고 번호 WO/09085252에 기술된 막 생물학적 반응기 시스템과 유사한 배치를 갖는 비교적 작은 막 생물학적 반응기 시스템 내로 흡착 오염 물질을 갖는 흡착 물질을 전달하도록 과립 활성탄과 같은 흡착 물질을 사용한다. 흡착 물질 상에 흡착되는 유기 화합물은 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템에서 생물학적으로 처리되고, 따라서 상류 폐수 처리 시스템으로부터 전체 폐수 흐름 및 유기 충전물을 처리할 필요성을 제거한다. 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템이 유산소 시스템인 구현예에서, 바이오매스에 공기 확산기 및/또는 다른 공급원으로부터의 공기 또는 산소를 사용함으로써 생물학적 산화에 필요한 산소가 공급된다. 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템이 무산소 생물학적 반응기인 구현예에서, 시스템은 화합물을 무산소적으로 분해하기 위해 필요한 조건 하에 운전된다. 따라서, 비교적 작은 막 생물학적 반응기 시스템은 상류 폐수 처리로 처리된 유출물의 고유량 스트림 중에 저농도로 존재하는 유기 화합물을 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 특정 구현예는 일차 및/또는 이차 공정을 포함하는 하나 이상의 상류 폐수 처리 공정으로부터의 유출물을 처리하기 위한 삼차 시스템 및 공정으로서 기술되지만, 본 발명의 시스템 및 방법이 예를 들어 통상적인 생물학적 반응기에서 생물을 효과적으로 지지하는 저농도의 유기물을 갖는 특정 공정으로부터 직접 폐수 유출물을 처리하기 위해 사용될 수 있음이 당업자에 의해 인지될 것이다.
도 1 및 2는 저농도 폐수를 처리하기 위한, 특히, 고유량 흡착 단계에서 오염 물질이 흡착된 흡착 물질을 재생 및/또는 재활성화시키기 위해 본 발명의 시스템과 통합시키기 위해 적합한 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템을 나타낸다. PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호 및 PCT 공고 번호 WO/09085252호에 기술된 이들 시스템은 막 운전 시스템의 상류의 생물학적 반응기 시스템에서 과립 활성탄과 같은 흡착 물질의 사용을 제공한다. 특히, 시스템은 흡착 물질이 막 운전 시스템으로 통과하여 막을 마모시키거나, 오손시키거나 다른 식으로 손상시키는 것을 실질적으로 방지하는 분리 서브시스템을 포함한다.
도 1을 참조하면, 막 운전 시스템(104)의 상류에 생물학적 반응기 시스템(102)을 포함하는 폐수 처리 시스템(100)이 개략적으로 도시되어 있다. 특정 구현예에서, 생물학적 반응기 시스템(102)은 단일 생물학적 반응기 용기를 포함한다. 추가적 구현예에서, 생물학적 반응기 시스템(102)은 복수의 생물학적 반응기 용기, 분리 구획으로 분할된 하나의 생물학적 반응기 용기, 또는 일부 또는 전부가 분리 구획으로 분할될 수 있는 복수의 생물학적 반응기 용기를 포함한다. 개별 반응기 용기 또는 분리된 구획은 본원에서 생물학적 반응 영역으로서 언급된다. 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템을 사용하는 폐수 처리 운전 동안, 미생물과 함께 흡착 물질은 생물학적 반응 영역 모두 또는 생물학적 반응 영역의 총수의 부분 집합에서 현탁액 중에 유지된다. 막 운전 시스템(104)은 본원에 기술된 분리 서브시스템 중 하나 이상을 사용하여 흡착 물질을 실질적으로 함유하지 않고 유지된다. 유입 폐수 스트림(106)은 일차 처리 시스템, 예비 스크리닝 시스템으로부터, 또는 사전에 처리되지 않은 폐수의 직접 흐름으로서 도입될 수 있다. 추가의 구현예에서, 유입 폐수 스트림(106)은 사전에 처리된 폐수, 예를 들어, 유산소 생물학적 반응기, 무산소 생물학적 반응기, 연속 흐름 반응기, 연속 회분식 반응기, 또는 유기 화합물 및 특정 구현예에서 일부 무기 화합물을 생물학적으로 분해할 수 있는 임의의 많은 다른 유형의 생물학적 처리 시스템을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 하나 이상의 상류 생물학적 반응기로부터의 유출물일 수 있다.
생물학적 반응기(들) 및/또는 특정 생물학적 반응기 영역은 유산소 생물학적 반응기, 무산소 생물학적 반응기, 혐기성 생물학적 반응기, 연속 흐름 반응기, 연속 회분식 반응기, 살수 필터, 또는 유기 화합물 및 특정 구현예에서 일부 무기 화합물을 생물학적으로 분해시킬 수 있는 임의의 많은 다른 유형의 생물학적 처리 시스템을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 다양한 유형의 생물학적 반응기일 수 있다.
또한, 본원에서 사용되는 생물학적 반응기(들) 및/또는 특정 생물학적 반응기 영역은 현탁 시스템과 함께 흡착 물질을 현탁시키기에 적합한 임의의 크기 또는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 용기는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 임의의 불규칙 형태와 같은 임의의 형태의 단면적을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 용기는 흡착 물질의 적합한 현탁을 촉진하도록 구성되거나 변형될 수 있다.
도 2는 감소된 농도의 생물학적 불안정성, 생물학적 내성, 생물학적 억제성 화합물 및/또는 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 및 무기 화합물을 갖는 처리된 유출물을 생성시키기 위한 폐수 처리 시스템(200)의 갖는 공정흐름도를 개략적으로 도시한 것이다. 시스템(200)은 일반적으로 생물학적 반응기(202) 및 막 운전 시스템(204)을 포함한다. 생물학적 반응기(202)는 폐수를 수용하기 위한 유입구(206), 및 혼합액 휘발성 현탁 고체 및/또는 혼합액을 포함하는 생물학적으로 처리된 유출물을 막 운전 시스템(204)으로 방출시키기 위한 배출구(208)를 포함한다.
생물학적 반응기(202)는 혼합액 중의 생물학적으로 불안정하고, 특정 생물학적으로 내성이고/거나 생물학적 억제성 화합물에 작용하기 위한, 세공(236)을 갖는 흡착 물질(234)의 분산 매스, 및 흡착 물질에 부착되고 혼합액 중의 흡착 물질로부터 자유 부유 및 분리되는 유효량의 하나 이상의 미생물(238)을 포함한다. 흡착제 과립 또는 입자의 외부 표면 및 세공(236)의 벽 표면을 포함하는 흡착 물질 흡착 자리는 초기에 생물학적 분해에 대한 저항성인 생물학적 불안정성, 생물학적 내성, 생물학적 억제성 및/또는 유기 및 무기 화합물에 대한 흡착 자리로서 작용한다. 또한, 미생물(238)은 흡착 물질의 흡착 자리 상에 흡착될 수 있다. 이는 특정 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 화합물이 생물학적 반응기 내에서 단리되거나 유지되는 흡착 물질 상에 연장된 기간 동안 유지된다는 사실로 인해 비교적 더 긴 수리학적 체류 시간 및 슬러지 체류 시간을 필요로 하지 않으면서 더 높은 소화 수준의 특정 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 화합물을 허용한다.
일반적으로, 생물학적 불안정성 화합물 및 특정 무기물은 흡착 물질에 부착되지 않은 미생물, 즉 혼합액 중의 자유 부유 미생물에 의해 비교적 빠르고 우세하게 소화될 것이다. 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기물 및 무기물 및 매우 내성인 생물학적 내성 및 생물학적 억제성 화합물을 포함하는 특정 성분은 흡착 물질 상에 흡착되어 유지될 것이거나, 반응기(들) 중의 자유-부유 생물학적 물질에 의해 흡착 및/또는 흡수될 수 있다. 궁극적으로, 이들 비-소화성 화합물은 유출물의 양을 허용될 수 있는 수준으로 유지시키기 위해 흡착제의 제거 또는 폐기 및 교체가 필요할 지점까지 흡착제 상에 농축될 것이다. 흡착 물질이 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템에서 유지됨에 따라, 미생물은 성장하고, 일반적으로 흡착 물질 상에 농축된 특정 유입 폐수 중의 특정 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 화합물의 적어도 일부를 분해시키도록 충분히 길게 흡착 물질 상에서 유지된다. 이론적으로 결부시키려는 것은 아니지만, 미생물은 결국 특정 유입 폐수 중의 특정 처리하기 어려운 화합물의 적어도 일부를 분해시키기 위해 필요한 특정 순응을 갖는 성숙 균주로 진화할 수 있는 것으로 믿어진다. 특정 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 화합물을 갖는 흡착 물질이 시스템에서 유지되는 추가 시간, 예를 들어, 수일 내지 수주의 경과에 따라, 고도의 특이성을 갖는 미생물은 이차, 삼차 및 더 높은 세대가 되어, 시스템이 순응하게 됨에 따라, 특정 유입 폐수 중에 존재하는 특정한 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 화합물 중 특정 화합물의 적어도 일부를 분해시키기 위한 효율을 증가시킨다.
다양한 유입 폐수는 생물학적 반응기(202)에서 발생하는 생물에 유익한 특정 영양소가 결핍될 수 있다. 추가로, 특정 유입 폐수는 과도하게 산성 또는 가성인 pH 수준을 가질 수 있다. 따라서, 당업자에게 인지될 바와 같이, 인, 질소, 및 pH 조절 물질, 보조 단순 탄소 또는 화학물질이 첨가되어 반응기(202)에서 생물학적 산화를 포함하는 생물학적 수명 및 관련된 활동도에 대한 최적 영양소 비 및 pH 수준을 유지시킬 수 있다.
생물학적 반응기(202)로부터의 유출물은 분리 서브시스템(222)을 통해 막 운전 시스템(204)의 유입구(210)로 도입된다. 생물학적 반응기(202)에서 처리된 상기 전달된 혼합액은 흡착 물질을 실질적으로 함유하지 않는다. 막 운전 시스템(204)에서, 폐수는 하나 이상의 정밀여과 또는 한외여과 막을 통해 통과하여, 정화 및/또는 삼차 여과에 대한 필요성을 제거 또한 최소화시킨다. 막 투과물, 즉 막(240)을 통해 통과하는 액체는 배출구(212)를 통해 막 운전 시스템(204)으로부터 방출된다. 막 잔류물, 즉 활성 슬러지를 포함하는 생물학적 반응기(202) 유출물로부터의 고체는 귀환 활성 슬러지 라인(214)을 통해 생물학적 반응기(202)로 귀환된다.
생물학적 반응기(202)로부터의 소모된 흡착 물질, 예를 들어 전체적으로 생분해에 대해 저항성인 특정 화합물, 생물학적 내성 화합물 및 생물학적 억제성 화합물과 같은 오염 물질을 흡착시키는 데에 더 이상 효과적인지 않은 과립 활성탄은 생물학적 반응기(202)의 혼합액 폐기물 방출구(216)를 통해 제거될 수 있다. 폐기물 배출구(218)는 또한 귀환 활성 슬러지 라인(214)에 연결되어, 처분을 위해, 예를 들어, 혼합액 및/또는 배양액의 농도를 제어하기 위해 귀환 활성 슬러지의 일부 또는 전부를 우회시킬 수 있다. 슬러지는 혼합액 고체 농도가 특정 막 생물학적 반응기 시스템의 운전을 차단할 정도로 높은 지점까지 증가할 때에 폐기물 활성 슬러지를 갖는 장치로부터 방출된다. 또한, 혼합액 폐기물 방출구(216)가 사용되어 흡착 물질의 일부를 제거하여, 폐기물 활성 슬러지를 갖는 귀환 활성 슬러지 라인으로부터 보다는 생물학적 내성 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 및 무기 화합물의 일부분을 제거하여, 막 생물학적 반응기 중의 방출 및 더 안정한 바이오매스에서의 더 낮은 농도의 이들 생물학적 내성 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 및 무기 화합물을 발생시킬 수 있다. 동등한 양의 새로운 또는 재생된 흡착 물질이 첨가되어 제거된 흡착제를 대체할 수 있다.
예비 스크리닝 및/또는 분리 시스템(220)이 생물학적 반응기(202)의 유입구(206)의 상류에 제공될 수 있다. 상기 예비 스크리닝 및/또는 분리 시스템은 용해된 공기부유 시스템, 거친 스크린 또는 이들의 조합 및/또는 당분야에 공지된 유형의 현탁된 물질을 분리시키기 위한 다른 예비 처리 장치를 포함할 수 있다. 임의적으로, 처리되는 특정 폐수에 의존하여, 예비 스크리닝 및/또는 분리 시스템(220)이 제거될 수 있거나, 다른 유형의 예비 처리 장치가 포함될 수 있다.
흡착 물질(234)의 적어도 대부분이 막 운전 시스템(204)에 들어가고 막(240)의 바람직하지 않은 마모 및/또는 오손을 유발시키는 것을 방지하기 위해, 분리 서브시스템(222)이 제공된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 분리 서브시스템(222)은 생물학적 반응기(202)의 배출구의 근위에 위치한다. 그러나, 특정 구현예에서, 분리 서브시스템(222)은 생물학적 반응기(202)의 하류의 분리 용기에 위치할 수 있다. 각각의 경우에, 분리 서브시스템(222)은 막 운전 시스템(204)에서 흡착제(234)와 막(240)의 적어도 대부분 사이의 접촉을 방지하기 위한 적합한 장치 및/또는 구조를 포함한다. 분리 서브시스템(222)은 스크리닝 장치, 침전 영역, 및/또는 다른 적합한 분리 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템의 특정 구현예에 사용하기 위한 스크린 또는 스크리닝 장치의 적합한 유형은 원통형 또는 평평한 배열의 웨지 와이어 스크린, 금속 또는 플라스틱 천공판, 또는 직물을 포함하고, 수직으로 배열된 각, 수평으로 배열된 각 또는 이들 사이의 임의의 각을 포함하는 다양한 각으로 배열된다. 추가의 구현예에서, 회전 드럼 스크린, 진동 스크린 또는 다른 이동 스크리닝 장치와 같은 활성 스크리닝 장치가 사용될 수 있다. 일반적으로, 분리 서브시스템(222)이 스크리닝 장치인 시스템에 대해, 메쉬 크기는 사용되는 흡착 물질의 유효 과립 또는 입자 크기의 바닥 한계보다 작다.
다른 유형의 분리 서브시스템이 또한 스크리닝 장치에 대한 대안으로서 또는 조합하여 분리 서브시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 하기에 추가로 설명되는 바와 같이, 흡착 물질이 중력에 의해 침전되는 침전 영역이 제공될 수 있다.
택일적 구현예에서, 또는 사전에 기술된 구현예와 함께, 분리 서브시스템은 원심분리 시스템(예를 들어, 하이드로사이클론, 원심분리기 등), 폭기된 그릿 챔버, 부유 시스템(유도된 가스 부유 또는 용해된 가스와 같은), 또는 다른 공지된 장치를 포함할 수 있다.
선택적으로, 또는 생물학적 반응기(202)의 배출구 근위의 분리 서브시스템(222)과 조합하여, 생물학적 반응기(202)와 막 운전 시스템(204) 사이에 분리 서브시스템이 제공될 수 있다(도시되지 않음). 상기 대안적 또는 추가적 분리 서브시스템은 유형 및/또는 치수에서 분리 서브시스템(222)과 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 특정 구현예에서, 침전 영역, 정화기, 하이드로사이클론 분리기, 원심분리기, 또는 이들의 조합이 생물학적 반응기(202)와 막 운전 시스템(204) 사이의 독특한 단위운전으로서 제공될 수 있다.
분리 서브시스템(222)은 막 운전 시스템으로의 원래의 치수로 흡착 물질의 통과를 방지하기 위해 매우 효과적임이 유의된다. 특정한 바람직한 구현예에서, 분리 서브시스템(222)은 흡착 물질(234)의 실질적으로 전부가 막 운전 시스템(204)으로 통과하는 것을 방지한다. 그러나, 시스템(200)의 운전 동안, 고정식 또는 이동 장비 내에서 과립의 과립간 충돌, 전단, 순환, 또는 충돌을 포함하는 흡착 물질의 소모의 다양한 원인이 분리 서브시스템(222)에 효과적으로 유지되기에는 너무 작은 입자가 생성되도록 한다. 막에 대한 손상 및 소모에 대한 흡착 물질의 손실을 최소화하기 위해, 특정 구현예는 원래의 치수의 약 70 내지 약 80 % 내에서 흡착 물질(234)의 실질적으로 전부의 통과를 방지할 수 있는 분리 서브시스템(222)을 포함한다. 원래의 치수의 허용될 수 있는 비율의 감소는 예를 들어 경제적 평가에 근거하여 당업자에 의해 결정될 수 있다. 치수의 감소가 스크리닝 시스템을 통해 통과하는 입자의 증가를 발생시키는 경우, 막은 증가된 마모를 나타낼 것이다. 따라서, 비용 편익 분석은 원래의 흡착 물질 과립 또는 입자보다 훨씬 더 작은 입자의 통과를 방지할 수 있는 분리 서브시스템과 관련한 파손, 및 취급 및 운전 비용을 최소화시키는 흡착 물질과 관련한 비용과 비교하여 막의 마모 및 궁극적 교체의 비용에 근거하여 흡착 물질의 허용될 수 있는 비율의 감소를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 고정식 또는 이동 장비 내에서 어느정도의 과립간 충돌, 또는 과립의 충돌이 흡착 물질의 외부 표면으로부터 과량의 바이오매스를 스트립핑시키기 위해 바람직하다.
생물학적 반응기(202)로부터의 선별되거나 분리된 혼합액 유출물은 (특정 시스템의 설계에 의존하여) 막 운전 시스템(204) 내로 펌핑되거나 중력에 의해 유동할 수 있다. 외부 분리 서브시스템(도시되지 않음)을 사용하는 시스템에서, 외부 미세 스크린 또는 분리기 서브시스템을 통해 통과하는 혼합액으로부터 분리되는 흡착 물질이 생물학적 반응기(202) 내로 다시 중력에 의해 떨어질 정도로 장치가 구성되는 것이 바람직하다.
예를 들어 흡착 물질의 슬러리를 생성시키도록 적합하게 사전 습윤된 과립 활성탄과 같은 흡착 물질이 예를 들어 흡착 물질의 공급원(229)으로부터 시스템(200) 내의 다양한 지점에서 폐수에 첨가될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 흡착 물질은 하나 이상의 위치(230a), (230b), (230c) 및/또는 (230d)에서 도입될 수 있다. 예를 들어, 흡착 물질은 예비 스크리닝 시스템(220)의 하류의 공급물 스트림에 첨가될 수 있다(예를 들어, 위치(230a). 임의적으로, 또는 조합하여, 흡착 물질은 생물학적 반응기(202)에 직접 첨가될 수 있다(즉, 위치(230b). 특정 구현예에서, 흡착 물질은 귀환 활성 슬러지 라인(214)을 통해 도입될 수 있다(예를 들어, 위치(230c). 추가적 구현예에서는, 예비 스크리닝 시스템(220)의 상류에서 흡착 물질을 첨가하는 것이 바람직할 수 있으며(예를 들어, 위치(230d), 여기에서 예비 스크리닝 시스템(220)은 흡착 물질을 생물학적 반응기(202)를 통해 그리고 그 내부로 통과시키도록 하는 스크리닝을 포함시킴으로써 본 출원에 대해 특별히 설계된다. 혼합액은 분리 서브시스템(222)을 통해 통과하고, 흡착 물질은 혼합액 현탁 고형물을 갖는 막 운전 시스템(204) 내로 통과하는 것이 실질적으로 방지된다.
흡착 물질이 시스템에서 유지되고 생물학적으로 내성, 생물학적 억제성 화합물 및/또는 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 및 무기 화합물을 포함하는 폐수 구성 성분에 노출됨에 따라, 흡착 물질의 일부 또는 전부는 구성 성분을 처리하기 위해 비효과적이 될 것이며, 즉 흡착 용량이 감소한다. 이는 막 운전 시스템(204)에 들어가는 이들 구성 성분의 더 높은 농도를 발생시키며, 여기에서 이들은 막을 통해 통과하고 막 유출물(212)과 함께 방출된다. 또한, 흡착 물질은 박테리아, 다당류 및/또는 세포외 중합체 물질에 의한 코팅으로 인해 비효과적이 될 수 있다. 상기 코팅층은 세공 자리를 막고, 및 생물학적 내성, 생물학적으로 억제성 및/또는 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 및 무기 화합물에 대한 접근을 방지하고, 및 결과적으로 흡착을 방지하고 생분해를 억제하는 수준에 도달할 수 있다. 현탁 매질 막 생물학적 반응기의 특정 구현예에서, 상기 코팅은 혼합액 중에 현탁된 흡착 물질 과립 사이의 충돌 또는 흡착 물질의 현탁 및/또는 이동과 관련된 전단력과 같은 시스템 내의 하나 이상의 메커니즘에 의해 생성되는 전단 작용에 의해 제거될 수 있다.
흡착 물질이 생물학적으로 내성, 생물학적으로 억제성이고/거나 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 및 무기 화합물의 유출물 농도를 감소시키기 위한 효율의 일부 또는 전부를 손실하는 경우, 흡착 물질의 일부는 예를 들어 분산된 흡착 물질을 함유하는 혼합액의 일부를 방출시킴으로써 폐기물 구멍(216)을 통해 폐기될 수 있다.
추가적인 새로운 또는 재생된 흡착 물질은 흡착 물질 도입 장치(229)를 통해 그리고/또는 하나 이상의 적합한 첨가 위치에서 상기 기술된 바와 같이 시스템 내로 도입될 수 있다. 유입구 폐수 및 유출물 폐수 COD 화합물 농도 및/또는 무기 화합물 농도는 시스템 내의 흡착 물질 및 이의 동반 바이오매스가 감소된 효과를 나타내는 때를 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 유입구 COD 농도에 의해 나눈 유입구와 유출물 COD 사이의 차의 플롯은 혼합액 중의 흡착 물질의 효율의 점진적 손실을 나타낼 것이다. 동일한 유형의 플롯이 시스템 중의 무기물 제거 용량 또는 특정 유기 종의 제거를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 공급물 스트림으로부터 제거되는 COD의 양은 폐수 공급물로부터 제거되는 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 유기 화합물의 상대적 양의 표시를 제공할 수 있다. 시스템의 운전자가 특정 폐수를 처리하는 경험을 발달시킴에 따라, 이들은 상기 비가 생물학적 반응기 중의 흡착 물질의 일부를 제거하고 이를 새로운 흡착 물질로 교체할 필요성이 있는 지점을 나타내는 때를 결정할 수 있을 것이다. 따라서, 시스템의 필요한 효율은 생물학적 내성, 생물학적 억제성 및/또는 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물에 대해 회복되어, 예를 들어 규제 요건을 준수하는 유출물을 생성시킬 것이다. 특정 유기 및 무기 화합물의 농도에 대한 유출물의 샘플링 및 분석이 또한 사용되어, 혼합액 중의 흡착 물질 및 이의 동반 바이오매스의 효율이 감소되고 부분 교체가 개시되어야 하는 때를 결정할 수 있다.
현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템(200)의 운전자는 특정 유기 또는 무기 화합물의 유출물 농도가 이들 화합물에 대한 설비의 허용되는 방출 농도에 도달하기 시작하는 때에 흡착 물질의 일부를 교체하는 것을 시작할 수 있다. 허용된 방출 농도는 대표적으로 예를 들어 미국 환경보호국 또는 특정 주 또는 국가에서의 다른 유사한 규제 조직체에 의해 규제되는 National Pollutant Discharge Elimination System(NPDES) 허가 프로그램에 의해 결정되는 바와 같이 설비의 허용치에 의해 제한된다. 운전자가 이들의 특정 폐수를 사용하여 상기 시스템을 운전하는 데에 있어서 경험을 얻음에 따라, 이들은 흡착 물질의 교체를 개시할 때를 예상할 것이다. 운전자가 흡착 물질 및 이의 동반 바이오매스의 효율이 오염 물질의 필요한 유출물 농도를 달성하기 위한 능력에 도달하는 것을 결정하는 경우에, 라인(218)으로부터의 귀환 활성 슬러지를 폐기함으로써 수행되는 과량의 바이오매스의 정상 폐기가 중단될 수 있고, 과량의 바이오매스 및 동반 흡착 물질은 폐기물 구멍(216)을 통해 생물학적 반응기(202)로부터 폐기된다. 폐기되는 물질의 양은 특정 막 생물학적 반응기 시스템에 대한 최적 운전 범위 내에서 혼합액 현탁 고형물을 유지시키기 위해 무엇이 필요한 지에 의해 결정된다. 흡착 물질의 일부의 교체 후에, 유출물은 필요한 오염 물질 제거 효율이 재생되었는 지를 결정하기 위해 운전자에 의해 모니터링된다. 운전 경험에 근거하여 필요에 따라 추가적인 교체가 이루어질 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템 및/또는 시스템의 개별 장치는 필요에 따라 시스템을 모니터링하고 조절하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 예를 들어 유출물 스트림에 대한 정부 규제에 근거할 수 있는 바람직한 운전 조건에 의존하여 시스템 내의 임의의 파라미터를 지시할 수 있다. 제어기는 시스템 또는 개별 장치 내에 위치한 센서 또는 타이머에 의해 발생되는 하나 이상의 신호에 근거하여 각각의 포텐셜 흐름과 관련된 밸브, 공급기 또는 펌프를 조정 또는 조절할 수 있다. 제어기는 또한 예정된 기간의 경과에 따라 시스템의 특징 또는 특성에서 특유한 경향, 예를 들어 상향 또는 하향 경향을 나타내는 센서 또는 타이머에 의해 발생되는 하나 이상의 신호에 근거하여 각각의 포텐셜 흐름과 관련된 밸브, 공급기 또는 펌프를 조정 또는 조절될 수 있다. 예를 들어, 유출물 스트림에서 센서는 생물학적 내성 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및 또는 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물과 같은 오염 물질의 농도가 예정된 값 또는 경향에 도달하였는 지를 나타내거나, COD 수준이 예정된 값 또는 경향에 도달하였는 지를 나타내는 신호를 발생시켜서, 제어기를 자극하여 센서로부터의 상류, 센서로부터의 하류 또는 센서에서 일부 작용을 수행하도록 할 수 있다. 상기 작용은 흡착 물질을 생물학적 반응기로부터 제거하고, 새로운 또는 재생된 흡착 물질을 생물학적 반응기에 첨가하고, 상이한 유형의 흡착 물질을 첨가하고, 공급물 유입구 또는 유입구에서 시스템 내의 또 다른 장치로의 폐수의 흐름을 조절하고, 시스템 내의 또 다른 장치로의 공급물 유입구 또는 유입구의 흐름을 저장 탱크로 재유도하고, 생물학적 반응기 내의 기류를 조절하고, 생물학적 반응기 또는 다른 장치 내의 잔류 시간을 조절하고, 생물학적 반응기 또는 다른 장치 내의 온도 및/또는 pH를 조절하는 것 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 센서가 시스템의 하나 이상의 장치 또는 스트림 내에 또는 함께 사용되어 시스템에서 수행되는 임의의 하나 이상의 공정의 상태 또는 조건의 표시 또는 특징을 제공할 수 있다.
현탁 매질 막 생물학적 반응기의 하나 이상의 구현예의 시스템 및 제어기는 폐수 처리 시스템의 효율을 증가시키도록 다중 입력에 반응할 수 있는 다중 운전 방식을 갖는 범용 유닛을 제공한다. 제어기는 예를 들어, 범용 컴퓨터일 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템을 사용하여 실행될 수 있다. 택일적으로, 컴퓨터 시스템은 수처리 시스템을 위해 의도된 특수적으로 프로그램화된, 특수용 하드웨어, 예를 들어, 특수 용도의 집적 회로(ASIC) 또는 제어기를 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템은 대표적으로 예를 들어 디스크 드라이브 메모리, 플래쉬 기억 장치, RAM 기억 장치, 또는 데이터를 저장하기 위한 다른 장치 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 이상의 기억 장치에 연결된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 대표적으로 시스템의 운전 동안 프로그램 및 데이터를 저장하기 위해 사용된다. 예를 들어, 메모리는 기간 경과에 따라 파라미터에 관한 히스토리컬 데이터를 저장하고 데이터를 운전하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 구현예를 실행하는 프로그래밍 코드를 포함하는 소프트웨어는 컴퓨터 판독 및/또는 기록 비휘발성 기록 매체에 저장된 후, 대표적으로 메모리로 복제되며, 이는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 이러한 프로그래밍 코드는 복수의 프로그래밍 언어 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 기록될 수 있다.
컴퓨터 시스템의 부품은 예를 들어 동일한 장치 내에 통합된 부품들 사이의 하나 이상의 버스, 및/또는 분리 불연속 장치 상에 잔류하는 부품들 사이의 네트워크를 포함할 수 있는 하나 이상의 상호연결 메커니즘에 의해 결합될 수 있다. 상호연결 메커니즘은 대표적으로 시스템의 부품들 사이에서 통신, 예를 들어, 데이터, 지시가 교환될 수 있도록 한다.
컴퓨터 시스템은 또한 하나 이상의 입력 장치, 예를 들어 키보드, 마우스, 트랙볼, 마이크로폰, 터치 스크린, 및 다른 인간-머신 인터페이스 장치 및 하나 이상의 출력 장치, 예를 들어 프린팅 장치, 디스플레이 스크린, 또는 스피커를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 시스템을 시스템의 부품들 중 하나 이상에 의해 형성될 수 있는 네트워크에 이외에 또는 대안으로서 통신망에 연결시킬 수 있는 하나 이상의 인터페이스를 함유할 수 있다.
현탁 매질 막 생물학적 반응기의 하나 이상의 구현예에 따라, 하나 이상의 입력 장치는 시스템 및/또는 이의 부품의 임의의 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 택일적으로, 센서, 펌프, 또는 계량 밸브 또는 용적식 공급기를 포함하는 시스템의 다른 부품 중 하나 이상은 컴퓨터 시스템에 운전적으로 연결된 통신망에 연결될 수 있다. 상기 중 임의의 하나 이상은 또 다른 컴퓨터 시스템 또는 부품에 결합되어 하나 이상의 통신망에 걸쳐 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 이러한 배열은 임의의 센서 또는 신호 발생 장치가 컴퓨터 시스템으로부터 상당한 거리에 위치하도록 하고/거나 임의의 센서가 임의의 서브시스템 및/또는 제어기로부터 상당한 거리에 위치하도록 하면서, 여전히 이들 사이에 데이터를 제공한다. 이러한 통신 메커니즘은 무선 프로토콜을 이용하는 것을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 임의의 적합한 기술을 이용함으로써 영향받을 수 있다.
컴퓨터 시스템은 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템 및 본 발명의 다양한 측면이 실시될 수 있는 컴퓨터 시스템의 하나의 유형으로서 예에 의해 기술되었지만, 본 발명은 소프트웨어에서, 또는 예시적으로 도시된 바와 같은 컴퓨터 시스템 상에서 실행되는 것으로 제한되지 않음이 인지되어야 한다. 실제로, 예를 들어 범용 컴퓨터 시스템 상에서 실행되는 것보다는, 제어기, 또는 이의 부품 또는 소구획이 택일적으로 전용 시스템으로서 또는 전용 논리 연산 제어기(PLC)로서 또는 분산 제어 시스템에서 실행될 수 있다. 추가로, 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템 및 본 발명의 하나 이상의 특징 또는 측면은 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에서 실행될 수 있음이 인지되어야 한다. 예를 들어, 제어기에 의해 실행될 수 있는 알고리즘의 하나 이상의 세그먼트는 분리 컴퓨터에서 수행될 수 있으며, 이는 또한 하나 이상의 네트워크를 통해 통신될 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 센서는 수동 운전이자 또는 자동화 제어 시스템과 통신하여 논리 연산 제어 막 생물학적 반응기 시스템에서 적합한 공정 변경을 실행하는, 시스템(200)의 전체에 걸친 위치에 포함될 수 있다. 하나의 구현예에서, 시스템(200)은 임의의 적합한 프로그램화 또는 전용 컴퓨터 시스템, PLC, 또는 분산 제어 시스템일 수 있는 제어기(205)를 포함한다. 특정 유기 및/또는 무기 화합물의 농도는 제어기(205)와 유출물 라인(212) 및 배출구(208)와 유입구(210) 사이의 중간 유출물 라인 둘 모두 사이의 점선 연결에 의해 표시된 바와 같이 막 운전 시스템 유출물(212) 또는 생물학적 반응기(202)의 배출구(208)로부터의 유출물에서 측정될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 휘발성 유기 화합물의 농도 또는 시스템의 다른 특성 또는 특징은 유입구(201),(206), 또는(210) 중 하나 이상에서 측정될 수 있다. 공정 제어 장치의 당업자들에게 공지된 센서는 유출물 중의 유기 또는 무기 화합물의 농도 또는 시스템의 다른 특성 또는 특징의 원위치 실시간 모니터링에 적합한 레이저-유도 형광 또는 임의의 다른 센서에 근거한 장치를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 센서는 TriOS 광학적 Sensors(Oldenburg, Germany)로부터 입수할 수 있는 엔비로Flu-HC(enviroFlu-HC) 센서와 같은 검출용 UV 형광을 사용하는 수중유 측정에 사용하기 위한 수중 센서를 포함한다. 센서는 코팅되거나 다른 식으로 처리되어 렌즈 상에서 발생하는 오손 또는 막을 방지하거나 양을 제한하는 렌즈를 포함할 수 있다. 시스템 중의 하나 이상의 센서가 하나 이상의 유기 및/또는 무기 화합물의 농도가 예정된 농도를 초과한다는 신호를 발생시키는 경우, 제어 시스템은 흡착 물질을 폐기물 방출구(216)를 통해 제거하고(제어기(205)와 폐기물 방출구(216) 사이의 점선 연결부에 의해 표시된 바와 같이); 새로운 또는 재생된 흡착 물질을 흡착 물질 도입 장치(229)를 통해 또는 다른 위치 중 하나에서 첨가하고(제어기(205)와 흡착 물질 도입 장치(229) 사이의 점선 연결부에 의해 표시되는 바와 같이); 상이한 유형의 흡착 물질을 첨가하고; 수리학적 체류 시간을 변경시키고; 미생물에 대한 단순 탄소 먹이와 같은 생물학적 특징을 변경시키거나 인, 질소 및/또는 pH 조절 화학물질을 첨가하는 것을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 적합한 피드백 작용 또는 피드포워드 작용과 같은 반응성 작용; 및/또는 상기 기술된 바와 같고 당업자들에게 명백해질 다른 변경을 실행할 수 있다.
제어기(205) 및 흡착 물질 도입 장치(229)가 단지 도 2에 관하여 도시되어 있지만, 이들 특징 및 다양한 피드백 및 피드포워드 능력이 본원에 기술된 시스템 중 임의의 것에 합체될 수 있음이 유의된다. 또한, 제어기(205)는 폐수 공급물 펌프 및 현탁 시스템(232)과 같은 다른 부품에 전자 접속될 수 있다.
혼합액이 생물학적 반응기(202)에서 폭기되고 흡착 물질에 의해 처리된 후, 처리된 혼합액은 분리 서브시스템(222)을 통해 통과하고, 흡착 물질을 실질적으로 함유하지 않는 막 운전 시스템(204)에 전달된다. 분리 서브시스템(222)은 흡착 물질이 막 운전 시스템(204) 내로 통과하는 것을 방지한다. 흡착 물질을 생물학적 반응기(202)에서, 또는 막 운전 시스템(204)의 다른 상류에서 유지시킴으로써, 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템은 흡착 물질에 의한 막 운전 시스템 탱크 막의 오손 및/또는 마모의 가능성을 최소화 또는 제거한다.
막 운전 시스템(204)은 막 운전 시스템 탱크(204)에서의 혼합액 중의 바이오매스 및 임의의 다른 고형물을 생물반응기(212)로부터 여과하기 위한 여과막(240)을 함유한다. 당업자들에게 공지된 바와 같이, 중공 섬유 막 또는 다른 적합한 배열의 형태를 가질 수 있는 이들 막(240)은 대표적으로 매우 비싸며, 이들의 유효 수명을 최대화하기 위해 이들을 손상으로부터 보호하는 것이 매우 바람직하다. 현탁 매질 막 생물학전 반응기 시스템(200)에서, 분리 서브시스템(222)이 실질적으로 막 운전 시스템(204) 내로의 과립 활성탄과 같은 흡착 물질, 및/또는 임의의 다른 고체 과립 및 입자의 도입을 감소 또는 제거하기 때문에, 운전 시스템 탱크에서 막의 수명은 연장된다.
배출구(212)는 여과된 유출물을 막 운전 시스템 탱크(204)로부터 운반한다. 귀환 활성 슬러지 라인(214)은 귀환 활성 슬러지 스트림을 폐수 공급물 스트림의 처리에 추가로 사용하기 위해 막 운전 시스템 탱크(204)로부터 생물학적 반응기(202)로 운반한다. 과량의 슬러지는 통상적인 막 생물학적 반응기 시스템에서와 같이 폐기물 라인(218)을 사용하여 시스템으로부터 폐기된다.
현탁 시스템(232)은 흡착 물질(234)의 소모를 최소화하면서 현탁액 중에 흡착 물질(234)을 유지시키기 위해 제트 현탁, 기계적 혼합, 거친 버블 폭기, 흡출관(들) 및 드래프트 트로프(들)과 같은 가스 리프트 시스템, 및 다른 유형의 기계적 또는 공기 현탁 중 하나 이상을 이용한다.
특정 구현예에서, 흡착 물질(234)이 생물학적 반응기(202) 내에 있고 일부 과립 파손이 일어나는 초기 기간 후에, 예를 들어, 흡착 물질(234)의 거친 및/또는 돌출 표면의 일부는 분리되어 분말, 미분, 니들 또는 다른 작은 미립자가 되며, 현탁 시스템(232)에 의해 현탁액 중에 유지되는 흡착 물질(234)은 안정화되어, 추가로 파손 또는 크기의 분해가 거의 일어나지 않게 된다.
혼합액 중의 흡착 물질의 농도는 일반적으로 설비의 방출 요건을 충족시키기 위해 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 유기 또는 무기 화합물의 특정 조합을 처리하기 위한 특정한 시스템 파라미터 및 폐수에 근거하여 결정된다. 시험은 대표적 산업적 혼합액 현탁 고체 농도(사용되는 특정 막 생물학적 반응기 배열에 정상 범위 내) 및 약 20% (총 혼합액 현탁 고체 농도의)의 과립 활성탄과 같은 흡착 물질 농도를 갖는 막 생물학적 반응기를 운전하는 것이 사용되는 스크리닝 시스템에 대한 오손 문제점을 발생시키지 않으면서 폐수 공급물 중에 존재하는 생물학적 내성 및/또는 생물학적 억제성 유기 화합물을 제거하기에 충분함을 나타내었다. 더 높은 농도의 흡착 물질이 첨가되어, 생물학적 내성 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 또는 무기 화합물의 정상 유출물 농도보다 더 높은 농도를 유발시킬 수 있는 공정 문제에 대한 안전성의 추가적 마진을 제공할 수 있다. 상기 추가적인 흡착 물질이 증가된 스크리닝 및/또는 침전 요건을 발생시킬 것임이 유의된다. 이용될 수 있고 여전히 필요한 유출물질을 달성할 수 있는 흡착 물질의 최저 농도는 경험에 근거하고 다른 식으로 특정 시스템 및 공정에 적합한 것으로 간주되는 공정 문제에 대한 안전성의 바람직한 마진에 근거하여 실험적으로 결정될 수 있다.
유기 및 무기 물질(생물학적으로 내성, 생물학적 억제성 또는 다른 식의 물질)을 흡착시키고 현탁 매질 막 생물학적 반응기를 제공하기 위해 막 운전 시스템 탱크의 상류의 흡착 물질을 사용하는 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템은 다양한 상이한 배열을 위해 응용될 수 있다. 또한, 다양한 분리 장치는 또한 흡착 물질을 생물학적 반응기에서 유지시키기 위해 사용될 수 있다. 상이한 시스템이 폐수의 개별 특징 및 설비를 설치하려는 영역에 근거하여 상이한 경제적 이점을 가질 것임이 당업자에 의해 인지될 것이다.
최적 처리 조건을 발생시키도록 제어되는 요인은 혼합액 중의 과립 현탁액을 위한, 즉 과립 활성탄을 현탁 매질로서 유지시키기 위한 크기, 형태, 경도, 비중, 침전 속도, 필요한 기류 또는 다른 현탁 필요성을 포함하는 흡착 물질의 유형, 스크린 바아 간격 또는 개구부 크기 및 구멍 배열, 혼합액 중의 흡착 물질의 농도, 혼합액 휘발성 현탁 고체의 농도, 혼합액 현탁 고체의 총 농도, 막 운전 시스템 탱크에 들어가는 혼합액의 유속에 의해 나눈 귀환 활성 슬러지 유속의 비, 수리학적 체류 시간 및 슬러지 체류 시간을 포함한다. 상기 최적화는 혼합액 중에 현탁된 과립 활성탄과 같은 흡착 물질에 의한, 생물학적 내성 화합물, 분해하기 쉬운 생물학적 산소 요구 화합물(BOD5), 생물학적 억제성 화합물, 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 유기 또는 무기 화합물 및 세포외 중합체 물질의 일부분의 흡착을 제공한다.
현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템의 또 다른 이점은 혼합액 현탁 고체 중의 미생물이 부착할 수 있는 자리가 제공된다는 점이다. 공정의 상기 측면은 변동 상태에 대한 반응에서 더욱 안정하고 내성인 혼합액 휘발성 현탁 고체 스트림을 생성시키고, 유사한 수리학적 체류 시간 및 슬러지 체류 시간으로 운전되는 비-과립 활성탄 증강 막 생물학적 반응기와 비교하여 폐수 중에 존재하는 유기물의 증강된 생분해를 허용한다. 흡착 물질의 세공 공간 내측 또는 표면 상의 미생물의 공급원은 혼합액 중에서 자유롭게 부유하는 실현 가능한 미생물의 일부의 손실을 발생시키는 상류 공정 업셋의 경우에 시드 박테리아의 공급원으로서 역할을 한다. 통상적인 시스템에서 특정 박테리아를 종결시키는 시스템에 대한 열적 또는 독성 화학적 쇼크의 경우에, 세공 공간 내 또는 표면 상의 미생물의 일부는 생존할 수 있어서, 흡착제 없는 통상적인 시스템과 비교하여 회수 시간의 일부만이 필요하게 된다. 예를 들어, 박테리아가 중온성인 시스템에서, 흡착제는 세공 자리 내의 일부 박테리아가 증가된 온도로 인한 열적 쇼크의 경우에 생존하게 할 수 있다. 또한, 박테리아가 호열성인 시스템에서, 흡착제는 세공 자리 내의 일부 박테리아가 감소된 온도로 인한 열적 쇼크의 경우에 생존하게 한다. 이들 환경 둘 모두에서, 배양액을 재순응시키기 위해 필요한 시간이 크게 감소할 수 있다. 또한, 미생물 개체군의 전부 또는 일부를 종결시키는 시스템 쇼크의 경우에, 흡착 물질의 존재는 연속 작을 허용하여, 불안정하고, 내성이고 억제성인 오염 물질이 흡착되면서, 미생물 개체군이 조절될 수 있다.
다양한 이점은 폐수 공급물에 대한 혼합액의 더욱 빠른 순응을 발생시키고, 막의 오손을 감소시키고, 공급물 농도 및 유속의 변동에 대한 내성을 개선시키고, 취급하기가 더 쉬운 유성 성질이 덜한 더욱 빠르게 탈수될 수 있는 슬러지, 및 통상적인 막 생물학적 반응기 장치로부터 얻어질 수 있는 것보다 더 낮은 농도의 유기 및 무기 불순물을 갖는 유출물을 생성시키는 것으로 입증되었다.
분말 활성탄 대신에 과립 활성탄과 같은 흡착제의 사용은 분말 활성탄 막 생물학적 반응기 시험에서의 문제점과 동일한 막 오손 및/또는 마모의 제거를 허용한다.
분말 활성탄 대신에 과립 활성탄의 사용은 탄소를 중량 기준으로 효과적으로 사용하지 않지만, 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템 및 분리 시스템은 실질적으로 과립 활성탄이 막 운전 시스템에 들어가는 것을 방지하여, 막의 마모 및 오손의 가능성을 최소화하거나 제거한다. 그러나, 분말 활성탄 대신에 과립 활성탄을 사용하는 결과로서 감소된 흡착 효율의 영향은 전체 활성탄-증강 막 생물학적 반응기 장치의 효율에 현저히 영향을 주지 않는다.
시험은 특정 생물학적 억제성 유기물 및/또는 생물학적 내성 화합물의 제거의 주요 메커니즘이 생물학적 내성 및 생물학적 억제성 화합물이 분말 활성탄 증강된 장치에서 미생물에 노출되는 잔류 시간의 증가에 관련됨을 나타내었다. 과립 활성탄과 같은 흡착 물질 상에 흡착된 혼합액 휘발성 현탁 고체 중의 미생물은 이들 특정 생물학적 내성 및 생물학적 억제성 화합물을 소화시키기 위해 더 긴 기간을 갖는다. 생분해를 위한 증가된 잔류 시간은 막 생물학적 반응기 유출물 중의 특정 생물학적 내성 및 생물학적 억제성 화합물의 농도를 감소시키는 주요 요인인 것으로 입증되었으며, 바람직한 결과를 달성하기 위해 분말 활성탄의 더 높은 흡착 효율을 필요로 하지 않는다.
탄소 보조 막 생물학적 반응기 중의 과립 활성탄은 과립 활성탄의 실질적 재생을 허용함으로써 생물학적 내성 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 전체적으로 생물학적 분해에 대한 저항성인 화합물, 및 세포외 중합체 화합물의 제거를 증강시키는 데에 있어서 분말 활성탄 증강 막 생물학적 반응기보다 상당히 또는 더 우수하게 기능을 수행한다. 또한, 이의 더 큰 크기, 이는 막 운전 시스템 탱크(들)에 들어가는 혼합액으로부터 효과적으로 여과되거나 다른 식으로 분리될 수 있다. 분말 활성탄을 사용할 때에 발생하는 마모는 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템에 과립 활성탄을 사용함으로써 제거되거나 현저히 감소될 수 있다.
막 생물학적 반응기에서 분말 활성탄 입자의 사용은 과립 활성탄 시스템에 대해 상기 기술된 동일한 장점의 일부를 나타내었지만, 막 운전 시스템 탱크(들)에서 분말 활성탄 입자로부터의 관찰된 막 마모는 막의 유효 수명이 허용될 수 없는 수준, 예를 들어, 막의 대표적 기대 수명보다 현저히 더 낮은 수준으로 감소될 수 있으므로 허용될 수 없다. 막의 비용은 막 생물학적 반응기 시스템의 총 비용의 상당한 부분을 나타내므로, 이들 유효 수명의 연장이 막 운전 시스템의 운전 비용에서 중요한 요인이다.
도 3-6은 본 발명의 폐수 처리 시스템의 특정 구현예를 도시하고 있다. 상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 폐수 처리 시스템은 도 1 및 2에 관하여 그리고 또한 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호 및 공고 번호 WO/09085252호에 기술된 현탁 매질 막 생물학적 반응기 시스템을 사용할 수 있다. 특정 바람직한 구현예가 예를 들어 상류 폐수 처리로 처리되는 유출물로부터 유도되는 저농도 폐수의 처리와 함께 기술되었지만, 본 발명의 폐수 처리 시스템이 유리하게는 생물학적으로 불안정한 화합물 및 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물 또는 이들의 조합물의 일부 수준을 갖는 폐수를 처리하기 위해 사용될 수 있음이 본 명세서의 이점을 갖는 분야의 당업자에 의해 인지될 것이다.
도 3을 참조하면, 포괄적으로 폐수 처리 시스템(350)으로서 확인되는 하나 이상의 상류 폐수 처리 단계로부터의 유출물(351)을 처리하기 위한 처리 시스템(354)이 개략적으로 도시되어 있다. 폐수 처리 시스템(350)은 대표적으로 유입구(301)를 처리하고, 및 통상적으로 공지된 바와 같이 "저농도 폐수" 또는 "상류 폐수 처리되는 유출물"로서 본원에 언급된 과량의 활성 슬러지(352) 및 액체 처리된 유출물(351)을 방출시킨다. 하기의 설명은 하나 이상의 상류 폐수 처리 단계, 예를 들어 일차 및/또는 이차 단계로부터 유도되는 바와 같은 유출물(351)을 언급하지만, 본 발명의 시스템 및 방법이 또한 저수준의 현탁 고체 및 비교적 저수준의 용해된 유기물을 갖는 공정으로부터 직접과 같이 다른 공급원으로부터의 저농도 폐수를 처리하기 위해 효과적임이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 폐수 처리 시스템은 유리하게는 생물학적으로 불안정한 화합물 및 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물 또는 이들의 조합물의 일부 수준을 갖는 폐수를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 이들 구현예에서, 스트림(351)은 직접 유입물일 수 있거나, 실질적으로 모든 고체가 제거된 일차 분리 시스템과 같은 최소 상류 처리로 처리될 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, 이차 처리 영역으로부터의 유출물의 삼차 처리는 공통적으로 필요한 수질 표준을 달성하기 위해, 하나 이상의 과립 활성탄 칼럼 또는 추가적인 처리, 예를 들어 연마를 위한 다른 삼차 시스템을 통해 전체 이차 유출물을 통과시키는 것을 포함한다. 대조적으로, 삼차 처리 시스템으로서 사용될 수 있는 본 발명의 처리 시스템(354)은 실질적 양의 오염 물질을 흡착시키기 위한 고유량 흡착 물질 시스템(359)과 흡착된 오염 물질, 즉, 흡착 물질 상에 흡착된 오염 물질을 생물학적 재생 및/또는 재활성화에 의해 생물학적으로 처리하기 위한 추가의 시스템(399)의 조합을 사용한다.
일반적으로, 본 발명의 처리 시스템(354)은 고유량 흡착 물질 처리 시스템(359) 및 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템(399)을 이해한다. 고유량 흡착 물질 처리 시스템(359)은 예를 들어 흡착 물질의 공급원(393)으로부터의 새로운 및/또는 재순환 흡착 물질을 수용하기 위한 혼합 영역(360)을 포함한다. 혼합 영역(360)은 상류 폐수 처리로 처리되는 유출물 또는 다른 저농도 폐수와 같은 저농도 폐수(351)의 공급원과 유체 연통하고 있다. 혼합 영역(360)은 흡착 물질 및 폐수를 친밀히 혼합시키고, 저농도 폐수와 흡착 물질(361)의 혼합물을 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)으로 통과시킨다. 전체 액체 부피/유량의 대부분은 임의적으로 추가의 삼차 처리(390)로 처리될 수 있는 유출물(371)로서 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)으로부터 경사분리되거나 다른 식으로 방출된다. 흡착 물질은 생물학적 재생 반응기(302), 막 운전 시스템(304), 흡착 물질 전단 영역(386) 및 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)을 포함하는 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템(399)으로 통과되는 흡착 물질 유출물 방출물(372)로서 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)으로부터 제거된다. 유산소 시스템에서, 생물학적 재생 반응기(302)는 추가로 산소의 공급원을 포함하고, 미생물은 생물학적 재생 반응기(302)에서 흡착 물질 상에 흡착된 유기물 및 특정 무기물을 생물학적으로 산화시키며, 혼합액 휘발성 현탁 고형물을 포함하는 혼합액은 흡착제 고체 분리 장치(322)로 통과되고 배출구에서 생물학적 재생 반응기 혼합액 유출물(308)로서 고체 분리 장치로 방출되어 혼합액 중의 바이오매스 및 임의의 다른 고형물을 제거한다. 예를 들어, 본 발명의 특정 구현예에서, 고체 분리 장치는 생물학적 재생 반응기 유출물(308)을 막 운전 시스템(304)의 유입구(310)로 통과시켜서 혼합액 중의 바이오매스 및 임의의 다른 고형물을 제거하는 막 운전 시스템(304)을 포함한다. 막-처리된 유출물(312)은 투과물로서 방출되고, 활성 슬러지(314)는 잔류물로서 생물학적 재생 반응기(302)로 귀환된다. 활성 슬러지의 일부는 폐기물 라인(318)을 통해 시스템으로부터 방출된다. 생물학적 재생 반응기(302)로부터의 흡착 물질은 과량의 바이오매스를 흡착 물질의 과립 또는 입자로부터 전단시키는 흡착 물질 전단 영역(386)으로 통과된다. 바이오매스는 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)에서 흡착 물질로부터 분리된다. 생물학적 재생 반응기(302)를 통해 재생되고, 후속적으로 영역(386 및 387)에서 전단되고 분리된 흡착 물질은 재순환 라인(389)을 통해 혼합 영역(360)으로 재순환되고, 바이오매스는 (388)을 통해 생물학적 재생 반응기(302)로 귀환된다. 소모된 흡착 물질은 라인(316)을 통해 생물학적 재생 반응기(302)로부터, 또는 라인(392)을 통해 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)으로부터 제거될 수 있다.
특정 구현예에서, 흡착 물질 전단 영역(386) 및 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)의 기능은 단일 단위운전에 통합될 수 있다. 전단 및 바이오매스 분리를 수행할 수 있는 장치의 예는 연속 역세정 필터 및/또는 호두모양 외관의 필터를 포함한다. 추가적 구현예에서, 흡착 물질 전단 영역(386) 및 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)의 기능의 일부 또는 전부는 예를 들어 생물학적 재생 반응기(302)에 필요한 전단을 촉진하기 위해 충분한 난류가 적합하게 설치된 경우에 생물학적 재생 반응기(302)에서 수행될 수 있다. 이들 구현예에서, 바이오매스는 생물학적 재생 반응기(302)에서 유지되고, 재생되고, 전단되고 분리된 흡착 물질은 혼합 영역(360)으로 직접 통과될 수 있다.
또한, 흡착 물질은 시스템 내의 다양한 위치에서 도입될 수 있다. 예를 들어, 공급원(393)은 예를 들어 혼합 영역(360)으로 귀환된 재순환 흡착 물질과 혼합된 새로운 또는 재생된 흡착 물질을 라인(389)을 통해 도입시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 적합한 위치는 흡착 물질을 예를 들어 도 2와 관련하여 기술된 바와 같이, 혼합 영역(360) 내로 직접 또는 액체 분리 영역(370) 내로 직접 도입시키기 위해 사용될 수 있다.
특정 구현예에서, 흡착 물질 유출물 스트림(372)은 생물학적 재생 반응기(302)에서 생물을 유지시키기 위해 충분한 영양소가 결핍되어 있다. 따라서, 유입물(301)로부터의 원료 폐수의 일부는 예를 들어 우회 스트림(303)을 통해 생물학적 재생 반응기(302) 내로 도입될 수 있다. 상기 스트림(303)은 폐수의 유형, 이의 구성 성분, 및 폐수 조성이 시간 경과에 따라 변하는 지의 여부에 의존하여 간헐적 또는 연속적일 수 있다. 상기 원료 폐수 또는 일부 다른 단순 탄소원의 첨가는 흡착 물질에 의해 저농도 폐수 스트림(351)으로부터 제거되는 내성 유기물의 최적 분해를 위해 필요한 박테리아의 발달을 향상시킬 수 있다. 원료 폐수는 초기에 원료 폐수 공급물 구성 성분에 순응하게 되는 박테리아를 제공하며, 이들 박테리아는 내성 유기물을 생물학적으로 분해할 수 있는 박테리아에 대한 출발점을 제공한다. 초기 박테리아는 시간 경과에 따라 내성 유기물을 소화할 수 있는 종으로 진화할 수 있다. 비처리된 폐수 스트림이 생물학적 재생 반응기(302)에 생물을 공급하면, 폐수 처리 시스템에서 박테리아에 대한 일반적으로 가장 공통적인 출발점인 위생적 폐수 처리 시스템에 존재하는 박테리아보다 더 복잡한 유기 화합물을 소화할 수 있는 박테리아 개체군이 발생할 것이다. 택일적으로, 또는 조합하여, 시드 배양액이 생물학적 재생 반응기(302)에 첨가될 수 있다. 주기적으로, 동일한 또는 상이한 유형의 추가적인 시드 배양액은 예를 들어 박테리아 개체군이 상류 이벤트 또는 열충격으로 인해 감소하거나, 폐수 오염 물질이 변하는 경우에 첨가될 수 있다.
유입 저농도 폐수는 생물학적 재생 반응기(302)에서 발생하는 생물에 유익한 특정 영양소가 결핍될 수 있다. 추가로, 특정 유입 폐수는 과도하게 산성 또는 가성인 pH 수준을 갖는다. 따라서, 당업자에게 인지되는 바와 같이, 인, 질소, 및 pH 조절 화학물질이 첨가되어 생물학적 재생 반응기(302)에서 생물학적 산화를 포함하는 생물학적 수명 및 관련된 활동도에 대한 최적 영양소 비 및 pH 수준을 유지시킬 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 단순 탄소 화합물의 스트림이 첨가되어 흡착된 오염 물질의 생분해 속도를 증가시킬 수 있다.
특히, 저농도 폐수가 혼합 영역(360)에 도입되며, 과립 활성탄과 같은 흡착 물질이 공급된다. 흡착 물질은 시스템 내로부터, 즉, 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)으로부터 재순환되는 새로운 흡착 물질 및/또는 흡착 물질을 포함할 수 있다. 저농도 폐수 및 흡착 물질은 혼합 영역(360)에서 치밀히 혼합되며, 유출물(351) 중에 존재하는 용해된 유기물 및/또는 무기물의 적어도 일부는 흡착 물질 상에, 즉 외부 표면 상에, 세공 벽 표면 상에 또는 둘 모두 상에 흡착된다.
유출물(351)로부터의 유기물 및/또는 무기물의 적어도 일부를 흡착시킨 흡착 물질을 포함하는 혼합 영역(360)으로부터의 혼합된 스트림(361)은 예를 들어 슬러리의 형태로 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)으로 통과된다. 유기물 및/또는 무기물이 혼합물(361)의 액체 부분에 유지되는 경우, 흡착은 흡착성 물질의 유속, 침전율, 흡착 용량 및 다른 요인에 의존하여 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)에서 계속될 수 있다. 바람직하게는, 실질적 양의 오염 물질은 고유량 흡착 물질 유출물 스트림(371)으로서 경사분리되거나 다른식으로 제거된 나머지 액체 부분이 최소한 관련된 관리 기관에 의해 규제된 수준을 충족시키도록 제거되며, 환경 친화적 방식으로 재순환 또는 방출될 수 있다. 필요한 경우, 스트림(371)은 최종 연마를 위해 삼차 처리 영역(390)으로 통과되며, 연마된 유출물(391)이 방출된다. 유리하게는, 스트림(371)으로부터 제거되는 유기물 및/또는 무기물 (즉, 폐수 처리 시스템(350)으로부터의 유출물(351)과 비교하여)은 흡착 물질 상에 흡착되고, 스트림(371)은 시스템(354)에 제공되는 초기 저농도 폐수 스트림, 예를 들어, 스트림(351)의 액체 부피의 대부분을 나타낸다. 특정 구현예에서, 스트림(371)의 유량은 스트림(351)의 유량의 적어도 90%이고; 다른 구현예에서, 스트림(371)의 유량은 스트림(351)의 유량의 적어도 95%이고; 추가적 구현예에서, 스트림(371)의 유량은 스트림(351)의 유량의 적어도 99%이고; 추가의 구현예에서, 스트림(371)의 유량은 스트림(351)의 유량의 적어도 99.9%이며; 추가의 구현예에서, 스트림(371)의 유량은 스트림(351)의 유량의 적어도 99.99%이다. 스트림(351)에 대한 스트림(371)의 비율은 초기 오염 수준, 혼합 영역(360)에서의 혼합 정도, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370) 내에서의 부피, 배열 및 잔류 시간, 흡착 물질의 흡착 용량 및/또는 다른 요인을 포함하는 다양한 요인에 의존한다.
하나의 구현예에서, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)은 역원뿔형 또는 절두-원뿔형 바닥 부분(385)을 갖도록 구성된 용기를 포함한다. 따라서, 흡착 물질은 유입 스트림(351)으로부터의 물의 소부분과 함께 용기의 바닥에서 방출구를 통해 중력 침전에 의해 제거된다. 또한, 유기물 및/또는 무기물이 혼합 영역(360)에서 충분히 흡착되지 않는 구현예에서, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)은 이렇게 처리된 폐수 유출물과 흡착 물질 사이의 추가의 접촉 시간을 제공하도록 적합하게 치수화될 수 있다. 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)의 특정 구현예에서, 이는 약 5분 초과의 저농도 폐수 잔류 시간을 제공하고, 특정 구현예에서 약 15분 초과의 잔류 시간을 갖는 용기에 의해 달성될 수 있다. 물론, 본원의 지식을 갖는 당업자는 유출물로부터의 흡착제의 분리에 필요한 시간이 흡착 물질의 밀도, 폐수의 밀도 및 탱크의 기하학적 형태를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 요인에 의존할 것이다.
흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)은 바람직하게는 흡착 물질이 액체 유출물(371)의 고흐름을 갖는 흡착 물질 침전 및 액체 경사분리 영역으로부터 배출되는 것을 방지하기 위한 분리 서브시스템을 포함한다. 특정 구현예에서, 분리 서브시스템은 예를 들어 배플(381 및 382)에 의해 형성되는 정지 영역(384)을 포함할 수 있다. 이는 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)에 존재하는 흡착 물질의 실질적 양이 역원뿔형 또는 절두-원뿔형 바닥 부분(385)을 향해 안내되도록 한다. 추가적 구현예에서, 분리 서브시스템은 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)의 배출구 근위의 스크리닝 장치(383)를 포함할 수 있다. 스크리닝 장치(383)는 고정식 스크린, 이동 스크린, 웨지 와이어 스크린, 회전 드럼 스크린, 또는 다른 적합한 스크린 유형일 수 있다. 추가의 구현예에서, 분리 서브시스템은 정지 영역(384) 및 스크리닝 장치(383) 둘 모두를 포함할 수 있다. 추가의 구현예에서, 분리 서브시스템은 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)의 액체 유출물(371) 배출구에 위치한 정지 영역 및 위어를 포함할 수 있다. 흡착 물질 침전 및 액체 경사분리 영역(370)에 사용되는 분리 서브시스템은 스크리닝 시스템, 침전 영역 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 생물학적 재생 반응기(302)에 사용되는 분리 서브시스템과 동일하거나 상이할 수 있음이 유의된다. 또한, 유출물(371)로부터의 추가의 고체 제거가 필요한 경우, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)의 유출물(371) 배출구의 하류에서 유체 연통하고 있는 정화기, 필터, 또는 다른 분리 장치가 포함될 수 있다.
예를 들어, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370) 내의 분리 서브시스템은 흡착 물질이 비교적 고비중 (예를 들어, 20℃에서 물 중에서 약 1.10 초과, 특정 구현예에서 20℃에서 물 중에서 약 1.40 초과, 및 추가적 구현예에서 20℃에서 물 중에서 약 2.65 이하의 비중을 가짐), 이에 의해, 바닥 부분(385)의 기하학적 형태 및 유출물(371) 배출구의 위치를 포함하는 흡착 물질 침전 및 액체 경사분리 영역(370)의 적합한 치수 및 구성과 조합하여 높은 침전 속도를 가는 구현예에서 제거될 수 있다. 이들 구현예에서, 정화기, 필터, 또는 다른 분리 장치가 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)의 하류에 제공된다. 택일적으로, 정화기, 필터, 또는 다른 분리 장치는 유출물(371)이 최종 연마 장치(390)로 처리되는 구현예에서 제거될 수 있다. 특정 구현예에서, 최종 연마 장치(390)가 고정층 과립 활성탄 흡착 칼럼인 경우에, 유출물(371)과 함께 통과할 수 있는 흡착 물질 침전 및 액체 경사분리 영역(370)으로부터의 임의의 과량의 흡착 물질은 이것이 연마 장치(390)에서 트래핑될 것이므로 최종 유출물에 영향을 주지 않을 것이다.
흡착 물질은 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)으로부터 생물학적 재생 반응기로 통과하여, 미생물이 흡착 물질 상에 흡착된 유기물 및 특정 무기물을 생물학적으로 분해한다.
특정 구현예에서, 생물학적 재생 반응기(302)는 유산소 시스템이며, 여기에서 미생물은 호기성이고, 생물학적 재생 반응기(302)는 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호에 기술된 바와 같이 산소의 공급원(도시되지 않음), 예를 들어, 하나 이상의 확산기, 제트 현탁 장치, 또는 가스 리프트 현탁 시스템을 포함하는 폭기 탱크이며, 생물학적 분해는 생물학적 산화를 포함한다. 생물학적 재생 반응기 내의 생물 작용은 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호 및 PCT 공고 번호 WO/09085252호에 더 상세히 기술되어 있다.
추가적 구현예에서, 생물학적 재생 반응기(302)는 무산소 시스템이며, 여기에서 미생물은 혐기성이다.
혼합액 휘발성 현탁 고형물을 포함하는 혼합액은 생물학적 반응기(302) 내 또는 하류에서 분리 서브시스템(322)을 통해 방출되고, 생물학적 반응기(302)의 배출구(308)로부터 유입구(310)를 통해 막 운전 시스템(304)으로 통과된다. 막 운전 시스템(304)은 하나 이상의 막(340)을 함유한다. 막-처리된 유출물(312)은 투과물로서 방출되고, 잔류물로서 활성 슬러지(314)는 생물학적 재생 반응기(302)로 귀환된다. 임의적으로, 활성 슬러지 폐기물은 귀환 활성 슬러지 라인(314)으로부터 폐기물 라인(318)을 통해 방출된다. 또한, 임의적 흡착 물질 폐기물 라인(316) (긴 점선에 의해 표시됨)은 이의 효율을 상실한 소모된 흡착 물질을 제거할 수 있거나, 도 2와 함께 그리고 PCT 공고 번호 WO/09085252호 및 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호에 기술된 바와 같이 흡착 물질을 주기적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 제거된 소모된 흡착 물질은 동등한 양의 새로운 또는 재생된 흡착 물질로 보충된다. 추가의 임의적 구현예에서, 막 처리된 유출물(312)의 전부 또는 일부는 최종 연마를 위해 임의적 라인(313)(긴 점선에 의해 표시됨)을 통해 삼차 처리 영역(390)으로 통과될 수 있다.
생물학적 재생 반응기(302) 내로 통과된 스트림(372) 중의 과립 활성탄과 같은 흡착 물질, 및 임의의 동반된 액체는 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644 및 PCT 공고 번호 WO/09085252에 기술된 막 생물학적 반응기 시스템과 유사한 방식으로 처리된다. 그러나, 스트림(372)의 유량은 비교적 낮다. 예를 들어, 스트림(372)의 유량은 스트림(351)의 유량의 약 10% 미만, 5% 미만, 1% 미만, 0.1% 미만 또는 심지어는 약 0.001% 미만일 수 있다. 특정 구현예에서, 유량은 생물학적 재생 반응기(302)에서 미생물의 작용성에 영향을 주지 않으면서 막 운전 시스템(304)을 통해 통과될 수 있는 최소 흐름이다. 택일적으로, 상기 시스템은 폐수가 충분히 처리된 경우에 유출물을 방출시키는 연속 회분식 반응기로서 운전될 수 있다. 또한, 특정 구현예에서, 생물학적 재생 반응기(302)는 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644에 기술된 바와 같이 제트 현탁 또는 가스 리프트 현탁, 정지 영역 및 웨지 와이어 스크린의 조합을 합체시킨 폭기 탱크일 수 있다. 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템(354)의 막 운전 시스템(304)은 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호 및 PCT 공고 번호 WO/09085252호에 기술된 막 생물학적 반응기와 유사한 방식으로 운전하나, 매우 낮은 유속으로 운전한다. 바이오매스가 상기 시스템에서 축적됨에 따라, 이는 통상적인 막 생물학적 반응기 시스템과 유사한 방식으로, 예를 들어, 귀환 활성 슬러지 폐기물 라인(318)을 통해 폐기될 수 있다. 흡착 물질 폐기물 라인(316)이 또한 제공된다. 예를 들어, 흡착 물질은 상류 폐수 처리로 처리되는 유출물이 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템을 사용하여 실질적으로 증가된 잔류 시간에서도 산화되지 않는 무기물 또는 생물학적 억제성 화합물을 함유하는 조건에서 그 흡착 용량을 상실시킬 수 있다. 흡착 물질은 시스템에서, 예를 들어 PCT 공고 번호 WO/09085252호에 기술된 흡착 물질 입력 위치 중 하나 이상을 사용하여, 또는 또 다른 적합한 위치, 또는 공급원(393)에서 교체될 수 있다.
연속 또는 간헐적 기준으로, 흡착 물질, 및 임의적으로 전달을 가능하게 하는 흡착 물질에 대한 액체 담체 (예를 들어, 슬러리의 형태로)를 제공하기 위한 혼합액을 포함하는 사이드 스트림은 생물학적 재생 반응기(302)로부터 제거되고 전단 영역(386)으로 통과된다. 전단 영역(386)에서, 과량의 바이오매스는 혼합 영역(360) 및/또는 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370) 중의 흡착 물질의 흡착 용량이 최대화될 정도로 흡착 물질의 외부 표면으로부터 전단된다. 전단 영역(386)은 펌프, 제트 노즐, 폭기된 그릿 챔버, 기계적 믹서, 하이드로사이클론 또는 원심분리기와 같은 원심분리 장치, 또는 전단을 유발하고 특정 구현예에서 흡착 물질로부터의 바이오매스의 분리를 촉진하기 위한 충돌을 가능하게 하는 다른 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 전단 영역의 난류, 과립간 충돌, 및 다른 고체 물체와의 충돌 (고정식 또는 이동) 및 특정 구현예에서, 전단 영역과 생물학적 재생 반응기(302) 사이의 배관은 흡착 물질의 외부 표면으로부터의 과량의 바이오매스의 전단을 발생시키고, 혼합액 휘발성 현탁 고형물을 포함하는 자유 부유 혼합액 현탁 고체가 될 수 있다.
또한, 과량의 바이오매스를 갖는 흡착 물질의 고속 액체 및/또는 가스 접촉 표면을 포함하는 유체 순환의 작용은 바람직한 전단에 기여한다.
특정 구현예에서, 흡착 물질 전단 영역(386)은 예를 들어 Siemens Water Technologies로부터 시판되는 유형의 호두껍질 매질 없이, 예를 들어 호두모양 외관의 필터 또는 다른 유사한 단위운전의 구성을 갖는 연속 재생 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡착 물질이 연속 역세정 필터 또는 호두모양 외관의 필터와 같은 연속 재생 시스템을 통해 통과됨에 따라, 연속 재생 시스템에서 과립간 충돌 및 다른 고체 물체 및/또는 표면과의 충돌은 흡착 물질의 과립으로부터 과량의 바이오매스의 전단을 유발한다.
전단된 흡착 물질, 흡착 물질로부터 전단된 자유 바이오매스 및 임의의 혼합액을 포함하는 슬러리는 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)으로 통과되어, 더 조밀한 흡착 물질로부터의 흡착 물질로부터 전단된 혼합액 현탁 고체 바이오매스를 분리시킨다. 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)은 하이드로사이클론 분리기, 원심분리기, 연속 재생 시스템으로부터 떨어진 사이드 스트림, 또는 바이오매스로부터 흡착 물질을 분리시키기 위해 적하한 다른 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
생물학적 재생 반응기(302)가 제트 노즐, 또는 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호에 기술된 바와 같이 생물학적 재생 반응기(302) 내에서 전단을 유발하는 다른 장치를 포함하는 특정 구현예에서, 전단 영역(386)은 제거되거나 우회되어, 생물학적 재생 반응기(302)로부터의 사이드 스트림이 흡착/바이오매스 분리 영역(387)으로 직접 통과됨을 유의한다.
흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)으로부터의 분리된 흡착 물질은 라인(389)을 통해 혼합 영역(360)으로 통과된다. 혼합 영역(360)으로 귀환된 흡착 물질은 감소된 농도의 미생물을 함유하여, 저농도 폐수 중의 유기물은 생물학적 재생 반응기(302) 내로의 통과 전에 혼합 영역(360) 및 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)에서 흡착되고, 바람직한 생물 작용에 노출될 수 있다.
흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)으로부터 혼합액 현탁 고체 및 혼합액 휘발성 현탁 고형물을 갖는 혼합된 액체를 포함할 수 있는 전단된 바이오매스는 라인(388)을 통해 생물학적 재생 반응기(302)로 통과된다.
택일적 구현예에서, 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)으로부터의 혼합액은 생물학적 재생 반응기(302)의 분리 서브시스템(322)으로부터 하류로 전달되고, 예를 들어 유출물(308)과 조합되거나, 또는 막 운전 시스템 내로 직접 통과될 수 있다. 현저하게, 분리 서브시스템(322)의 분리 요건은, 혼합액이 추가의 분리에 대한 필요성 없이 전달될 수 있음에 따라, 상기 대안적 구현예에서 감소되거나 제거될 수 있다. 특정 구현예에서, 막 운전 시스템(304) (또는 도 3과 연관하여 기술된 정화기/침전 탱크(395)에 대한 혼합액의 공급원은 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387)으로부터의 액체 유출물일 수 있다.
특정한 바람직한 구현예에서, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)에서 흡착 물질의 침전을 가능하게 하기 위해, 비교적 고비중 수준을 갖는 과립 활성탄이 사용된다. 예를 들어, 1.10 초과의 비중을 갖는 과립 활성탄이 사용될 수 있다. 추가의 구현예에서, 1.40 초과의 비중을 갖는 과립 활성탄이 사용될 수 있다. 과립 활성탄을 함유하는 혼합물의 유속은 비교적 낮고, 생물학적 재생 반응기(302) 및 막 운전 시스템(304)은 비교적 작기 때문에, 생물학적 재생 반응기(302) 내에서 바람직한 수준의 생물 작용을 유발시키기에 충분한 기간 동안 현탁액 중에 더 조밀한 흡착 물질을 유지시키기 위한 더 높은 에너지 요건은 운전 시스템의 전체 에너지 요건에서 중요한 요인이 아니다.
특정 저농도 폐수 유입물은 미생물에 의해 분해될 수 없는 무기 화합물을 포함한다. 이들 무기물의 수준은 대표적으로 규제된 조절 요건 내로 감소된다. 흡착 물질은 흡착 물질은 예를 들어 PCT 출원 번호 PCT/US10/38644호에 추가로 기술된 바와 같이 적합한 화합물을 함침시킴으로써, 처리 공정 및/또는 종에 의해 변형되어 폐수 중의 특정 화학종 및/또는 금속에 대한 친화성을 제공할 수 있다. 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템 중의 미생물이 이들이 유기 화합물을 제거할 있을 만큼 효과적으로 이들 무기 화합물을 제거할 수 없으므로, 무기 오염 물질을 흡착시키기 위해 흡착 물질을 사용하는 시스템은 일반적으로 단지 유기 화합물을 처리하는 시스템과 비교하여 흡착 물질의 더욱 빈번한 교체를 필요로 한다. 소모된 흡착 물질은 이것이 각각의 화합물을 저농도 폐수로부터 제거하는 흡착 한계에 도달함에 따라 시스템으로부터 제거된다. 예를 들어, 샘플링 및 분석 또는 온라인 모니터링이 주기적으로 또는 연속으로 수행되어, 다양한 화합물에 대한 과립 활성탄의 흡착 용량이 반대로 유출물(371) 중의 폐기물 농도에 관련되므로, 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템으로부터 유기 또는 무기 농도를 결정할 수 있다.
삼차 처리 시스템(390)이 사용되고 통상적인 흡착 물질 여과 시스템을 포함하는 추가 구현예에서, 시스템(390)으로부터의 오염된 흡착 물질은 삼차 처리 시스템(390)과 생물학적 재생 반응기(302) 사이의 라인(394)에 의해 표시된 바와 같이 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템(399)을 사용하여 재생 및/또는 재활성화될 수 있다. 특정 기존의 과립 활성탄 흡착제 필터 시스템은 단계적인 흡착을 사용하며, 여기에서 새로운 과립 활성탄이 최종 하류 필터에 첨가되고, 부분적으로 충전된 과립 활성탄이 상류 필터(들)에 사용된다. 시스템(390)으로부터의 오염된 흡착 물질이 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템(399)을 사용하여 재생 및/또는 재활성되는 본 발명의 구현예에서, 부분적으로 충전된 과립 활성탄은 혼합 영역(360) 중의 흡착 물질의 전부 또는 일부로서 재생 및 재사용을 위해 생물학적 재생 반응기(302)에 전달된다. 라인(394)이 부분적으로 충전된 흡착 물질을 생물학적 재생 반응기(302)로 직접 전달하는 것으로서 도시되어 있지만, 본원의 지식의 이점을 갖는 당업자는 상기 부분적으로 충전된 흡착 물질이 흡착 물질 전단 영역(386), 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(387), 흡착 물질의 공급원(393), 혼합 영역(360), 또는 액체 분리 영역(370) 중에 도입될 수 있음을 인지할 것이다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 센서는 고유량 흡착 물질 처리 시스템(359) 및 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템(399) 내를 포함하는 시스템(350)의 골고른 위치에서 포함될 수 있다. 이들 센서는 수동으로 제어되고 운전되는 시스템 또는 자동화 제어 시스템에 사용되어 논리 연산 제어 폐수 처리 시스템에서 적합한 공정 변경을 실행할 수 있다. 하나의 구현예에서, 시스템(350) (또는 고유량 흡착 물질 처리 시스템(359) 및 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템(399)은 임의의 적합한 프로그램화 또는 전용 컴퓨터 시스템, PLC, 또는 분산 제어 시스템일 수 있는 제어기(305)를 포함한다. 특정 유기 및/또는 무기 화합물의 농도는 제어기(305)와 유출물 라인(312) 및 배출구(308)와 유입구(310) 사이의 중간 유출물 라인 둘 모두의 사이의 점선 연결부에 의해 표시된 바와 같이, 유출물(312) 또는 생물학적 재생 반응기(302)의 배출구(308)로부터의 로부터의 유출물과 유체 연통하고 있는 센서(들)에 의해 모니터링되고 측정될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 휘발성 유기 화합물의 농도 또는 시스템의 다른 특성 또는 특징은 유입구(301, 351 또는 310) 중 하나 이상에서 측정될 수 있다. 추가 구현예에서, 특정 유기 및/또는 무기 화합물의 농도는 제어기(305)와 유출물 라인(371) 사이의 점선 연결부에 의해 표시되는 바와 같이, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(370)의 유출물(371)과 유체 연통하고 있는 센서(들)에 의해 모니터링되고 측정될 수 있다. 공정 제어 장치의 당업자들에게 공지된 센서는 유출물 중의 유기 또는 무기 화합물의 농도 또는 시스템의 다른 특성 또는 특징의 원위치 실시간 모니터링에 적합한 레이저-유도된 형광 또는 임의의 다른 센서에 근거한 센서를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 센서는 TriOS 광학적 Sensors(Oldenburg, Germany)로부터 입수할 수 있는 enviroFlu-HC (enviroFlu-HC) 센서와 같은 검출용 UV 형광을 사용하는 수중유 측정에 사용하기 위한 수중 센서를 포함한다. 센서는 코팅되거나 다른 식으로 처리되어 렌즈 상에서 발생하는 오손 또는 막을 방지하거나 양을 한정하는 렌즈를 포함할 수 있다. 시스템 중의 하나 이상의 센서가 하나 이상의 유기 및/또는 무기 화합물의 농도가 예정된 농도를 초과한다는 신호를 발생시키는 경우, 제어 시스템은 흡착 물질을 폐기물 방출구(316)를 통해 제거하고 (제어기(305)와 폐기물 방출구(316)와 관련된 밸브 사이의 점선 연결부에 의해 표시된 바와 같이); 귀환 활성화 슬러지를 폐기물 라인(318)을 통해 제거하고 (제어기(305)와 폐기물 방출구(318)와 관련된 밸브 사이의 점선 연결부에 의해 표시된 바와 같이); 새로운 또는 재생된 흡착 물질을 흡착 물질 공급원(393)을 통해 또는 나머지 위치 중 하나에서 첨가하고 (제어기(305)와 흡착 물질 공급원(393)과 관련된 밸브 사이의 점선 연결부에 의해 표시되는 바와 같이); 상이한 유형의 흡착 물질을 첨가하고; 수리학적 체류 시간을 변경시키고; 미생물에 대한 단순 탄소 먹이와 같은 생물학적 특징을 변경시키거나 인, 질소 및/또는 pH 조절 화학물질을 첨가하는 것을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 적합한 피드백 작용 또는 피드포워드 작용과 같은 반응성 작용; 및/또는 상기 기술된 바와 같고 당업자들에게 명백해질 다른 변경을 실행할 수 있다.
추가 구현예에서, 흡착 물질을 함유하는 슬러리의 조건은 광학적 센서 및/또는 UV 형광 센서와 같은 하나 이상의 센서 (도 3에서 음영 원으로 표시됨)를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서 제어기(305)와 스트림(372) 사이의 점선 연결부에 의해 표시된 바와 같이, 흡착 물질 유출물 스트림(372)과 관련되어 스트림 중의 하나 이상의 화합물의 농도를 측정하고/거나 슬러리 중의 흡착 물질의 질을 결정할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 센서는 제어기(305)와 생물학적 재생 반응기와 흡착 물질 전단 영역(386) 사이의 라인 사이의 점선 연결부에 의해 표시된 바와 같이, 생물학적 재생 반응기로부터의 흡착 물질 유출물 스트림과 관련될 수 있고/거나, 하나 이상의 센서는 제어기(305)와 재순환 라인(389) 사이의 점선 연결부에 의해 표시된 바와 같이 흡착 물질 재순환 라인(389)과 관련될 수 있다. 이들 센서 및/또는 다른 센서 또는 정보의 공급원 중 하나 이상으로부터의 정보에 근거하여, 흡착 물질이 감소된 흡착 용량을 갖는 경우에, 적절한 피드백 또는 피드포워드 작용이 작용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 시스템(354)과 유사한 저농도 폐수 처리 시스템(454)이 개략적으로 도시되어 있다. 시스템(454)에서, 하나 이상의 원심분리기, 하이드로사이클론, 정화기, 다양한 유형의 필터, 또는 다른 적합한 분리 장치일 수 있는 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(470)이 제공된다. 흡착 물질 침전 및 액체 분리 영역(470)은 액체를 혼합 영역(460)으로부터의 저농도 폐수 및 흡착 물질을 함유하는 혼합된 스트림(461)으로부터 분리시킨다.
시스템(454)의 특정 구현예에서, 고유량 흡착 물질 시스템(459) 내의 유속은 스트림(451)으로부터의 필요한 수준의 오염 물질을 과립 활성탄과 같은 흡착 물질 상에 흡착시키고, 및 유출물 방출을 위해 또는 보조 삼차 처리 시스템(490)에서 편리하게 처리되기에 충분히 낮은 오염 물질의 수준에서 규제된 품질 수준을 충족시키는 스트림(471)을 방출하기에 충분한 잔류 시간을 제공하도록 제어된다. 저농도 폐수 처리 시스템(454)의 다른 측면은 시스템(354)과 관련하여 기술된 것과 실질적으로 동일하며, 유사한 참조 부호가 도 4에 사용되어 유사하거나 동등한 부품을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 시스템(454)과 유사한 저농도 폐수 처리 시스템(554)이 개략적으로 도시되어 있으며, 여기에서 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 재생 시스템(599)은 막 운전 시스템과는 상이한 생물학적 반응기 시스템을 포함한다. 특히, 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템(599)은 생물학적 재생 반응기(502), 흡착 물질 전단 영역(586), 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(587), 및 고체 분리 장치로서의 정화기/침전 장치(595)를 포함한다. 정화기/침전 장치(595)는 정화기 장치, 침전 장치, 또는 정화 및 침전 둘 모두를 수행하는 장치일 수 있다. 시스템은 시스템(354)과 유사한 방식으로, 그러나 막 운전 시스템(304) 없이 운전된다. 오히려, 혼합액 중의 바이오매스 및 임의의 다른 고형물을 제거하기 위해, 정화기/침전 장치(595)가 사용된다. 특히, 정화기/침전 장치(595)는 활성 슬러지가 침전되도록 하고, 이는 귀환 활성 슬러지 라인(514)을 통해 생물학적 반응기(502)로 귀환된다. 정화된 액체는 유출물(512)로서 통과된다. 정화기/침전 탱크(595)는 도 3, 4 및/또는 6과 관련하여 기술된 시스템 중 임의의 것에서 대체될 수 있다. 저농도 폐수 처리 시스템(554)의 다른 측면은 시스템(354)과 연관하여 기술된 것과 실질적으로 동일하며, 유사한 참조 부호가 도 5에 사용되어 유사하거나 동등한 부품을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 도 3에 도시된 시스템(354)과 유사한 저농도 폐수 처리 시스템(654)이 개략적으로 도시되어 있으며, 여기에서 고유량 흡착 물질 시스템(659)은 통합된 혼합/침전 단위운전이다. 예를 들어, 특정 구현예에서, 고유량 흡착 물질 시스템(659)은 연속 역세정 필터, 또는 예를 들어 Siemens Water Technologies로부터 시판되는 유형의 연속 재생 호두모양 외관의 필터와 유사한 연속 재생 여과 시스템 (호두껍질 매체 없음)을 포함할 수 있다. 흡착 물질은 유출물(672)로서 제거되고, 및 유출물(671)은 이로부터 흡착된 오염 물질을 갖는 폐수이다. 특정 구현예에서, 연속 재생 시스템은 또한 흡착 물질 전단 영역(686), 및 흡착 물질/바이오매스 분리 영역(687)과 조합하여 또는 이에 대한 대안으로서 스트립핑 기능을 수행할 수 있다. 이러한 구현예에서, 흡착 물질/바이오매스 분리 영역이 연속 역세정 고유량 흡착 물질 시스템(659)의 하류에 제공됨이 유의된다. 추가적 구현예에서, 고유량 흡착 물질 시스템(659)은 통상적인 삼차 탄소 필터와 같은 흡착 물질 여과 장치를 포함하며, 여기에서 처리된 물은 스트림(671)으로서 방출되고, 예를 들어, 통상적인 열기 또는 스팀 재생으로 처리되는 것 대신에 부분적으로 충전된 흡착 물질(672)이 도 3과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 운전되는 흡착된 오염 물질을 생물학적으로 처리하기 위한 시스템(699)을 사용하여 재생되며, 재생된 흡착 물질(688)은 고유량 흡착 물질 시스템(659)에 포함된 삼차 탄소 필터 내로 도입된다. 저농도 폐수 처리 시스템(654)의 다른 측면은 시스템(354)과 연관하여 기술된 것과 실질적으로 동일하고, 유사한 참조 부호가 도 6에 사용되어 유사하거나 동등한 부품을 나타낸다.
본 발명의 추가 구현예에서, 본 발명에 따르는 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기와 통합된 고유량 흡착 물질 처리 시스템에 의해 처리된 폐수의 공급원은 BOD5 화합물의 일부를 포함하는 일차 고형물을 방사선 조사에 의해 처리하는 시스템으로부터 유래할 수 있다. 특히, 그리고 도 7과 관련하여, 현탁된 유기 고체, 용해된 유기 고체, 및 임의적으로, 무기물과 같은 다른 오염 물질을 함유하는 유입 폐수 스트림(701)을 처리하기 위한 시스템(700)이 도시되어 있다. 유입 폐수 스트림(701)은 생물학적 고형물을 침전시키는 침전 영역, 정화기, 원심분리기, 필터, 스크린, 벨트 프레스, 와류 분리기, 부유 장치, 또는 다른 고체 제거 시스템과 같은 일차 분리 시스템(753) 내로 도입된다. 일차 분리 시스템(753)에서, 고체, 및 분해하기 쉬운 생물학적 산소 요구 화합물(BOD5) 물질의 일부는 폐수 스트림으로부터 분리된다.
대표적 일차 처리 시스템은 일반적으로 BOD5 농도를 약 40% 내지 약 50% 까지 감소시키고, 총 현탁 고체 농도를 약 60% 내지 약 70% 까지 감소시킬 수 있다. 상기 단계에서 제거된 고체는 일반적으로 더 큰 더 느린 생분해성 현탁 고체이며, 유출물은 대표적으로 위생적 폐수 중에 존재하는 더 휘발성의 처리하기 쉬운 화합물의 혼합물이다. 추가의 단위운전이 또한 사용되어, 원료 폐수 중의 비용해된 오염 물질의 더 높은 제거 효율을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 원심분리기 장치, 침전 장치, 또는 부유 장치 (예를 들어, 용해된 공기, 유도된 공기 부유)가 사용될 수 있다. 추가의 구현예에서, 추가의 단위운전은 원료 폐수 중에 존재하는 덜 조밀한 고체의 적어도 일부를 제거하기 위해 처리하도록 적절한 화학적 화합물의 첨가를 포함할 수 있다.
특정 구현예에서, 대표적으로 용해된 오염 물질 및 소부분의 현탁 고형물을 포함하는 수상은 일부 수준의 생물학적으로 불안정한 화합물을 함유하는 폐수 유출물, 또는 저농도 폐수 유출물(751)로서 방출된 후, 예를 들어 상기 기술된 시스템(354, 454, 554 또는 654) 중 하나 이상과 유사한 방식으로 운전되는 폐수 처리 시스템(754)에 의해 하류에서 처리될 수 있다. 일반적으로 공정용수로서의 재순환, 관개, 또는 환경친화성 방출에 적합한 유출물(712)이 방출된다. 비처리된 생물학적 고체는 대표적으로 동반된 액체를 함유하는 고체 유출물 스트림(774)으로서 일차 처리 시스템(753)으로부터 분리되고, 예를 들어, 고체-풍부 액체 및 슬러리의 취급을 위해 적합한 하수 쓰레기 펌프 또는 추진 공동형 펌프 (도시되지 않음)를 사용하여 균질화 영역(775)으로 통과되며, 여기에서 고체는 하나 이상의 분쇄기 및/또는 파쇄기와 같은 적합한 기계적 장치에 의해 균질화된다. 균질화 영역(775)은 하류 방사선 조사 / 살균 영역(777) 내로 고체의 다짐 덩어리가 도입되지 않는 것을 보장하여, 최대 수준의 살균을 보장한다.
일반적으로 슬러리 형태의 비처리된 균질화된 고체(776)는 방사선 조사 / 살균 영역(777)으로 압출되며, 여기에서 고체는 베타-선, 감마-선, x-선 또는 전자 빔 방사선을 사용하여 살균되어, 예를 들어, United States Environmental Protection Agency Class A 또는 B 바이오고형물 살균 요건, 또는 다른 관할구역의 규제된 슬러지 살균 요건을 달성한다. 살균된 고체(778)는 환경친화적 방식으로 처리될 수 있다.
도 8은 불활성 물질과 혼합되어 이를 토양 대체물로서 또는 다른 용도를 위해 재사용되도록 하는 일차 고체의 방사선 조사를 포함하는 폐수 처리 시스템의 또 다른 구현예를 도시한 것이다. 특히, 시스템(800)은 혼합 영역(763)의 추가적인 운전으로 시스템(700)과 유사하며, 여기에서 살균된 고체(778)는 모래, 점토, 및/또는 또 다른 적합한 충전제 물질과 같은 불활성 충전제 물질(762)과 같은 불활성 충전제 물질(762)과 혼합되어, 토양, 퇴비, 또는 비료로서 유용할 수 있는 생성물(764)을 생성시킨다. 생성물(764)을 제공하는 것을 포함하는 시스템(800)이 독성 유기 또는 무기 화합물을 갖지 않는 고형물을 갖는 폐수를 처리하기 위해 특히 바람직하다.
선택적으로, 탈수 영역이 시스템(700 또는 800)에 제공될 수 있다. 그러나, 시스템(800)에서, 과량의 물 은 살균된 일차 고체와 혼합된 모래 또는 다른 불활성 물질에 의해 흡착될 수 있다.
특정 구현예에서, 유입 폐수(701)는 고농도의 금속, 다른 무기물, 또는 독성 유기물을 포함한다. 따라서, 적합한 수준으로 살균될 경우에도, 살균된 바이오고형물과 충전제 물질의 혼합물은 토양, 퇴비 또는 비료 생성물로서 허용되지 않는다. 그러나, 살균된 물질을 예를 들어 건조 및/또는 적합한 불활성 물질과의 혼합 후에 매립지에서 처분되는 구현예에서도, 실질적 자본 비용, 에너지 및 크기 이점이 달성될 수 있다.
본 발명의 특정 구현예에서, 시스템은 예를 들어, 스키드, 차대, 트레일러 등에 설치된 휴대용 시스템으로서 구성된다. 휴대성은 삼차 처리 시스템이 턴키로서 제조되고 운반되도록 한다. 휴대용 또는 스키드-설치 시스템은 또한 예를 들어 다른 삼차 처리 시스템이 작동 중에 있거나, 수리 중에 있거나 구성되고 있는 경우에, 필요에 따라 삼차 시스템의 제공을 가능하게 할 것이다. 추가로, 짧은 기간 동안 화학물질을 처리하고, 특히 처리하기 어려운 폐수 스트림을 발생시키는 특정 설비가 본 발명에 따르는 휴대용 또는 스키드-설치 시스템으로부터 유익할 수 있다. 본 발명의 시스템의 쉽고 빠른 설치를 위해 기존의 폐수 처리 플랜트에서 표준 이음쇠 및 구멍과 짝을 이룰 수 있도록 조정되는 관 이음쇠가 제공될 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 이차 처리로 이미 처리된 폐수, 예를 들어 이차 시스템으로부터의 유출물을 흡착 물질 혼합 영역을 통과함으로써 저농도 폐수를 처리하는 것과 관련된 종래 기술의 문제점을 해결하며, 여기에서 흡착 물질 및 이차 유출물은 치밀히 혼합된다. 흡착 물질 혼합 영역으로의 통과 지점에서 이차 유출물은 실질적으로 모든 고형물을 가지며, 따라서 높은 BOD5 성분의 대부분이 제거됨이 유의된다. 따라서, 이차 유출물은 폐수가 농도가 너무 낮고, 생물학적으로 산화될 수 없는 생물학적 내성 화합물을 함유하거나, 생물학적 억제성 화합물을 함유하거나, 무기 화합물을 함유하거나 이들의 조합물을 함유하므로, 통상적인 처리 생물학적 시스템으로부터의 생물학적 산화가 어렵거나, 대표적으로 생물학적 산화에 이용될 수 있는 것보다 훨씬 더 긴 잔류 시간을 필요로 한다. 통상적으로, 과립 활성탄 흡착 필터 또는 또 다른 삼차 처리 시스템과 같은 더욱 에너지 집약적인 삼차 시스템이 사용되어, 정상 생물학적 산화에 의해 더 이상 처리될 수 없는 상기 스트림을 연마한다.
본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템은 오염 물질을 탄소 상에 농축시키도록 하고, 저농도 폐수, 또는 생물학적 억제성이고/거나 생물학적 내성인 화합물을 포함하는 화합물을 생물학적으로 처리하기 어려운 화합물을 갖는 폐수의 처리를 제공한다. 또한, 저농도 폐수 중에 존재하는 무기 화합물이 흡착될 수 있다.
본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템은 이것이 생물학적 산화 - 대표적으로 폐수를 처리하기 위해 이용될 수 있는 최저 비용 제거 기술을 이용함에 따라, 현재 사용되는 방법에 대한 저비용 대안이다. 활성탄 흡착 칼럼은 대표적으로 운전하기가 매우 비싸며, 대표적으로 과립 활성탄을 재생시키기 위한 소각에 근거하여 탄소를 재생시키기 위한 매우 에너지 집약적인 공정을 필요로 한다. 활성탄 칼럼에 대한 교체 또는 보충물로서 본 발명의 삼차 처리 시스템의 배치는 상당한 에너지 절약을 발생시킬 수 있다. 결과적으로, 감소된 에너지 소비와 관련된 이산화탄소 감소에 대한 탄소 배출권이 획득될 수 있다.
본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템 내에서 다양한 운전에 대한 용적식 용량 요건은 동일한 부피의 폐수를 처리하기 위해 사용되는 통상적인 막 생물학적 반응기보다 현저히 더 작을 수 있으며, 막을 이용하지 않는 통상적인 하수 처리 시스템보다 현저히 더 작다.
본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템의 사용은 비교적 저농도 폐수, 특히 폐수 중의 단지 용해된 오염 물질 및 소량의 동반된 고체의 처리를 허용하고, 폐수 중에 원래 존재하는 매우 저농도의 처리하기 어려운 (내성 화합물) 또는 단순 유기 화합물을 갖는 유출물을 여전히 발생시킨다. 특정 바람직한 구현예는 저농도 폐수의 처리와 함께 기술되고 "저농도 폐수 처리 시스템"으로서 언급됨을 유의한다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서의 이점을 갖는 당업자에 의해 인지되는 바와 같이, 본 발명의 폐수 처리 시스템은 유리하게는 생물학적으로 불안정한 화합물 및 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물, 또는 이들의 조합물의 일부 수준을 갖는 폐수를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 용해제 생물학적으로 불안정한 화합물은 전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물, 또는 이들의 조합물과 함께 흡착 물질 상에 흡착될 수 있으며, 본원에 기술된 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템으로 통과된다. 생물학적으로 불안정한 화합물은 단독으로, 또는 미생물을 지지하기 위한 이차 영양소 공급원과 조합하여 먹이로서 역할을 할 수 있다.
본 발명을 위해 유용한 흡착 물질은 활성탄과 같은 다양한 유형의 탄소를 포함한다. 특히, 과립 활성탄은 과립의 크기 범위 및 밀도가 시스템의 예정된 부분에서의 이들의 체류를 가능하게 하도록 선택되어, 이들이 막을 오손 및/또는 마모시키는 것을 방지하므로 매우 효과적이다.
과립 활성탄이 현저한 전단력 및/또는 과립간 충돌을 받지 않는 시스템에서, 과립 활성탄은 나무, 코코넛, 버개스, 톱밥, 이탄, 펄프 밀 폐기물, 또는 다른 셀룰로오스계 물질로부터 생성될 수 있다. 하나의 적합한 예는 14 × 35의 공칭 메쉬 크기 (U.S. Standard Sieve Series에 근거함)을 갖는 MeadWestvaco Nuchar® WV B이다.
추가 구현예에서, 특히 전단 작용이 펌프 및/또는 제트 노즐에서의 난류 및/또는 과립간 충돌에 의해 제공되는 구현예에서, 더 높은 경도 값을 갖는 흡착 물질(들)의 사용이 바람직하다. 예를 들어, 역청 또는 석탄계 물질로부터 유도되는 과립 활성탄이 효과적이다. 특정 구현예에서, 과립 활성탄은 갈탄으로부터 유도된다.
처리 공정 및/또는 종에 의해 변형되어 폐수 중의 특정 화학종 및/또는 금속에 대한 친화성을 제공하는 탄소 물질이 또한 제공된다. 예를 들어, 비교적 고수준의 수은을 갖는 폐수에서, 흡착 물질의 적어도 일부는 바람직하게는 요오드화칼륨 또는 황으로 함침된 과립 활성탄을 포함한다. 다른 처리 및/또는 함침된 종이 특정 금속, 다른 무기 화합물 및/또는 유기 화합물을 표적화시키기 위해 제공될 수 있다.
또한, 흡착제는 활성탄과는 다른 물질일 수 있다. 예를 들어, 철계 화합물 또는 합성 수지가 단독으로 또는 다른 흡착 물질과 조합하여, 예를 들어 과립 활성탄과 조합하여 흡착 물질로서 사용될 수 있다. 추가로, 특정 금속, 다른 무기 화합물 또는 유기 화합물을 표적화 하는 활성탄과는 다른 처리된 흡착 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 비교적 고수준의 철 및/또는 망간을 갖는 폐수에서, 흡착제의 적어도 일부는 과립 이산화망간 여과재를 포함할 수 있다. 비소를 갖는 폐수에서, 흡착제의 적어도 일부는 과립 산화철 복합체를 포함할 수 있다. 납 또는 중금속을 포함하는 폐수에서, 흡착제의 적어도 일부는 과립 알루미노-실리케이트 복합체를 포함할 수 있다.
하나의 구현예에서, 흡착 물질은 바람직한 비중 범위를 기준으로 선택될 수 있다. 현탁액 중에 흡착 물질을 허용될 수 있는 에너지 소비/비용 내에서 유지시키기 위해, 폐수의 비중 범위에 비교적 근접한 비중 범위가 바람직하다. 다른 한편으로는, 분리가 적어도 부분적으로 물질의 빠른 침전을 기준으로 하는 구현예에서는, 더 높은 비중이 더욱 적합하다. 일반적으로, 비중은 20℃에서 수중에서 바람직하게는 약 1.05 초과이다. 특정 구현예에서, 비중은 20℃에서 수중에서 약 1.10 초과이다. 비중에 대한 적합한 상한은 특정 구현예에서 20℃에서 수중에서 약 2.65이다.
따라서, 충분한 현탁 및 따라서 폐수 및 이의 오염 물질과의 충분한 접촉을 제공하는 비중 범위를 갖는 흡착 물질이 선택된다. 또한, 특정 구현예에서, 비중 범위는 폐수로부터의 흡착 물질의 후속 제거를 위한 충분한 침전 특징을 제공한다. 추가의 구현예에서, 흡착 물질의 비중의 선택은 현탁액 중에 흡착 물질을 유지시키기 위해 필요한 에너지의 최소화를 기준으로 한다.
이외에도, 과립 활성탄과 같은 바람직한 흡착 물질은 과립간 충돌 및 다른 공정 효과로 인해 미분 및 다른 미립자의 생성을 최소화시키는 경도 수준을 갖는다.
분리 서브시스템이 유지하여 막 운전 시스템 내로의 통과를 방지하도록 설계되는 흡착 물질의 크기가 막 운전 시스템에 들어가는 흡착 물질 및 미분의 양을 최소화하도록 최적화된다. 따라서, 고체 분리 장치가 막 운전 시스템에 사용되는 구현예에서, 막에 영향을 주는 탄소 과립 또는 다른 과립 물질에 의해 유발되는 마모 및 오손은 최소화되면서, 활성탄을 포함하는 흡착 물질의 사용과 관련된 운전 장점을 여전히 제공한다.
흡착 물질에 대한 적합한 과립 크기는 선택된 스크리닝/분리 방법, 및 처리되는 특정 폐수의 필요성을 보완하도록 선택된다. 특정한 바람직한 구현예에서, 흡착 물질의 유효 과립 크기의 바닥 한계는 이것이 막이 위치하는 막 운전 시스템 탱크(들)에 들어가는 혼합액의 흐름으로부터 쉽게 분리될 수 있도록 선택된다. 일반적으로, 흡착 물질의 유효 과립 크기는 약 0.3 ㎜의 바닥 한계를 가지며, 여기에서 흡착 물질의 약 99.5 중량% 초과는 바닥 한계보다 높고; 바람직하게는 약 0.3 ㎜의 하한 내지 약 2.4 ㎜의 상한(United States Standard Sieve Series를 기준으로 메쉬 크기 50 내지 메쉬 크기 8에 상응함)을 가지며, 여기에서 흡착 물질의 99.5 중량% 초과는 하한 및 상한 내에 있고; 특정한 바람직한 구현예에서는 약 0.3 ㎜ 내지 약 1.4 ㎜(United States Standard Sieve Series를 기준으로 메쉬 크기 50 내지 메쉬 크기 14에 상응함)이며, 여기에서 흡착 물질의 약 99.5 중량% 초과는 하한 및 상한 내에 있다. 약 0.5 ㎜ 내지 약 0.6 ㎜의 최소 유효 과립 크기를 갖는 과립 활성탄이 적합한 분리 시스템에 의해 혼합액으로부터 쉽고 효과적으로 선별되며, 적합한 밀도의 과립 활성탄에서 이러한 유효 크기가 또한 현탁액 중에 경제적으로 유지될 수 있음이 입증되었다.
전체적으로 생분해에 대한 저항성인 화합물, 생물학적 억제성 화합물, 및/또는 생물학적 내성 화합물, 또는 이들의 조합물을 흡착시키기 위한 흡착 물질의 사용은 유기 화합물을 생물학적으로 생물이 통상적인 시스템의 수리학적 잔류 시간에 의해 제한되지 않으므로, 공정이 통상적인 시스템보다 훨씬 더 높은 유속의 폐수를 취급하도록 한다. 생물학적 억제성 화합물 및/또는 특정 생물학적 내성 화합물은 연장된 기간 동안 흡착 물질 상에 유지되고, 따라서 미생물은 수리학적 잔류 시간이 이들을 분해시키는 많은 시간을 갖는다. 이렇게 됨으로써 흡착 물질의 첨가 없을 시 필요하게 되는 것보다 현저히 더 작은 유닛이 폐수 스트림을 처리할 수 있다.
종래의 시스템 또는 분말 활성탄이 첨가된 종래의 시스템보다는 본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템의 사용은 유출물로부터의 고체 분리를 위해 막을 사용하지 않는 고유속 통상적인 시스템에서 일어나는 고체의 침전과 관련된 문제점을 해결한다.
본 발명의 저농도 폐수 처리 시스템은 관심 있는 특정 오염 물질을 선택적으로 흡착하도록 특수하게 처리된 흡착 물질을 사용함으로써 임의의 특정 폐수 중에 존재할 수 있는 특정 오염 물질을 처리하도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 금속을 흡착하도록 특수하게 처리된 과립 활성탄 또는 다른 흡착 물질은 고농도의 금속을 갖는 폐수를 위해 사용될 수 있다. 용해된 금속은 처리된 과립 활성탄 상에 우선적으로 흡착된 후에, 유출물로부터 제거될 수 있다. 흡착 물질의 주기적 교체는 금속이 시스템으로부터 제거되도록 하고, 바람직한 수준의 흡착 용량을 유지시킨다.
본 발명은 고비용 활성탄 흡착 칼럼, 또는 운전하기에 비싼 많은 다른 삼차 처리 시스템 중 임의의 것의 영구적 설치에 대한 저비용 대안을 제공한다. 또한, 본 발명은 매우 짧은 기간 내에 설정되고 운전될 수 있고, 필요한 경우, 휴대용 시스템/장치로서 구성될 수 있는 더 단순하고 더 작은 푸트 프린트, 더 낮은 운전 비용 폐수 처리 시스템을 제공한다. 이는 업셋 상태의 기간 동안, 또는 폐수 처리 플랜트가 정상적으로 처리할 수 없는 폐기물을 처리하기 위해 필요할 때의 이벤트 동안 배치될 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 고가의 삼차 처리 시스템에서 전체 유출물 스트림의 처리를 방지한다. 이는 저농도 폐수로부터의 오염 물질을 흡착시키고, 이들을 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기와 통합된 고유량 흡착 물질 처리 시스템에서 처리한다.
이전에 개발된 삼차 시스템은 저농도의 오염 물질을 갖는 기존의 폐수 처리 플랜트으로부터의 유출물을 고가의 활성탄 흡착 시스템 또는 일부 다른 고가의 삼차 처리 시스템으로 처리하는 것을 시도한다. 이들 모두에서, 전체 폐수 스트림은 삼차 처리 방법으로 처리된다. 본 발명의 시스템 및 방법은 오염 물질을 흡착에 의해 완전 폐수 스트림으로부터 제거한 후, 흡착 물질을 운전하기에 비교적 저가인 저유량 생물학적 재생 시스템에서 처리한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 상기 및 첨부된 도면에 기술되어 있지만; 변경이 당업자들에게 명백해질 것이고, 발명의 보호 범위는 하기의 특허청구범위에 의해 규정되어야 한다.

Claims (49)

  1. 고형물, 생물학적 산소 요구 화합물, 및 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물을 함유하는 폐수를 처리하기 위한 방법으로서,
    고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물을 일차 분리 공정을 사용하여 폐수 공급물로부터 분리시켜서 고체상 및 폐수를 포함하는 수상을 제공하는 단계로서, 고체상이 초기 수준의 병원균을 함유하는 단계;
    상기 병원균의 수준을 감소시키기 위해 고체상을 방사선 조사하는 단계;
    생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물을 포함하는 폐수를, 흡착 물질 상으로의 폐수로부터의 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물의 흡착을 위해 충분한 시간 동안 혼합 수단에서 흡착 물질과 혼합시켜서, 흡착-처리된 폐수와, 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물이 흡착된 흡착 물질의 혼합물을 생성하는 단계로서, 상기 흡착 물질은 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물에 대한 흡착 용량에 특징이 있고, 상기 흡착 물질은 유기 및 무기 오염 물질을 분해시킬 수 있는 상기 흡착 물질에 부착된 미생물을 포함하고, 결합된 흡착 물질 특성은 상기 흡착 물질의 생물학적 재생에 기여하는 단계;
    상기 흡착-처리된 폐수와 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물이 흡착된 흡착 물질의 혼합물로부터 적어도 90%의 상기 흡착-처리된 폐수를 분리 및 제거하는 단계;
    생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물이 흡착된 흡착 물질 및 나머지 10% 미만의 상기 흡착-처리된 폐수를 미생물을 함유하는 생물학적 재생 반응기로 유도하는 단계;
    오염 물질이 흡착된 흡착 물질 및 나머지 10% 미만의 상기 흡착-처리된 폐수를 생물학적 재생 반응기 중의 미생물이 흡착 물질 상의 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물의 적어도 일부에 생물학적으로 작용하도록 하기에 충분한 기간 동안 상기 생물학적 재생 반응기의 현탁액 중에 유지시켜서 생물학적으로 재생된 흡착 물질 및 생물학적으로 처리된 물 유출물을 생성시키는 단계;
    상기 생물학적으로 처리된 물 유출물을 상기 생물학적 재생 반응기로부터 방출시키는 단계;
    막 운전 시스템, 정화기, 침전기, 및 막 운전 시스템, 정화기 또는 침전기의 적어도 하나를 포함하는 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 고체 분리 장치를 이용하여 생물학적 재생 반응기 물 유출물로부터 고형물을 제거하는 단계로서, 상기 생물학적 재생 반응기 물 유출물이 상기 생물학적 재생 반응기 내에 흡착 물질을 분리하기 위한 서브시스템을 통해 상기 생물학적 재생 반응기의 하류를 통과하여, 흡착 물질을 함유하지 않는 상기 생물학적 재생 반응기 물 유출물을 상기 고체 분리 장치로 도입하는 단계; 및
    생물학적으로 재생된 흡착 물질을 상기 혼합 수단으로 재순환시키는 단계를 포함하는 폐수 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 흡착 물질은 과립 활성탄, 과립 철계 화합물, 과립 망간계 화합물, 과립 알루미노-실리케이트 복합체, 합성 수지 및 이들의 적어도 하나의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 흡착 물질은 과립 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 과립 활성탄은 유입 폐수에 존재하는 것으로 밝혀진 예정된 화학종, 금속 또는 다른 화합물에 대한 친화성을 제공하도록 처리되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 흡착 물질은 과립 철계 화합물, 과립 망간계 화합물, 과립 알루미노-실리케이트 복합체 및 합성 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 추가 흡착 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 분리된 고체상을 방사선 조사 전에 균일화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 방사선 조사 단계는 고체상을 베타-선, 감마-선, x-선 또는 전자 빔 방사선 중 하나 이상에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물을 폐수 공급물로부터 분리시키는 단계가 저농도 폐수를 생성시키는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 활성 슬러지의 적어도 일부를 고체 분리 장치에서 생물학적 재생 반응기로 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  10. 청구항 1 또는 9에 있어서, 흡착 물질은 적어도 0.3 mm의 유효 과립 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  11. 청구항 1 또는 9에 있어서, 흡착 물질은 적어도 0.5 mm의 유효 과립 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 재생된 흡착 물질로부터의 축적된 바이오매스를 상기 재생된 흡착 물질을 상기 혼합 수단으로 재순환시키기 전에 전단시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 재생된 흡착 물질로부터의 상기 축적된 바이오매스를 상기 재생된 흡착 물질을 상기 혼합 수단으로 재순환시키기 전에 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 방법.
  14. 청구항 1의 방법을 수행하는 단계; 및 방사선 조사된 고체상을 충전제 물질과 혼합시켜서 토양, 퇴비 또는 비료 생성물을 생성시키는 단계를 포함하는 토양, 퇴비, 또는 비료 생성물을 생성하기 위한 방법.
  15. 폐수 처리 시스템으로서,
    방사선의 공급원; 및 일차 고체를 수용하기 위한 유입 장치, 방사선 조사된 일차 고체를 방출하기 위한 고체 배출 장치 및 폐수 배출 장치를 포함함과 더불어 유입 폐수로부터 고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물을 분리하기 위한 수단을 포함하는 방사선 처리 수단;
    새로운 또는 재생된 다공성 흡착 물질의 공급원 - 상기 흡착 물질은 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물에 대한 흡착 용량에 특징이 있고, 상기 흡착 물질은 유기 및 무기 오염 물질을 분해시킬 수 있는 상기 흡착 물질에 부착된 미생물을 포함하고, 결합된 흡착 물질 특성은 상기 흡착 물질의 생물학적 재생에 기여함;
    방사선 처리 수단의 폐수 배출 장치와 연통하고 있는 폐수 유입 장치, 흡착 물질 유입 장치 및 방출물 배출 장치를 포함하는 혼합 수단;
    혼합 수단의 방출물 배출 장치와 연통하고 있는 슬러리 유입 장치, 흡착-처리된 물 배출 장치 및 오염된 흡착 물질 배출 장치를 포함하는 흡착 물질 침전 및 액체 분리 수단; 및
    흡착 물질 침전 및 액체 분리 수단의 오염된 흡착 물질 배출 장치와 연통하고 있는 오염된 흡착 물질 유입 장치, 생물학적으로 처리된 물 배출 장치 및 혼합 수단의 흡착 물질 유입 장치와 연통하고 있는 재생된 흡착 물질 배출 장치를 포함하는 생물학적 재생 반응기; 생물학적 재생 반응기의 생물학적으로 처리된 물 배출 장치와 연통하고 있는 유입 장치 및 처리된 유출물을 방출하는 배출 장치를 갖춘 고체 분리 장치; 및 생물학적으로 처리된 물을 생물학적으로 처리된 물 배출 장치에서 흡착 물질을 함유하지 않는 고체 분리 장치로 통과시키도록 구성 및 배치되며, 상기 생물학적 재생 반응기 내에 또는 상기 생물학적 재생 반응기의 하류에 그리고 상기 생물학적 재생 반응기와 상기 고체 분리 장치 사이에 위치된 분리 서브시스템을 포함하는 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템을 구비한 폐수 처리 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서, 흡착 물질은 과립 활성탄, 과립 철계 화합물, 과립 망간계 화합물, 과립 알루미노-실리케이트 복합체, 합성 수지 및 이들의 적어도 하나의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  17. 청구항 15에 있어서, 흡착 물질은 과립 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 과립 활성탄은 유입 폐수에 존재하는 것으로 밝혀진 예정된 화학종, 금속 또는 다른 화합물에 대한 친화성을 제공하도록 처리되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  19. 청구항 17에 있어서, 흡착 물질은 과립 철계 화합물, 과립 망간계 화합물, 과립 알루미노-실리케이트 복합체 및 합성 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 추가 흡착 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  20. 청구항 15에 있어서, 방사선 처리 수단의 상류에 균일화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  21. 청구항 15에 있어서, 상기 고체 분리 장치는 막 운전 시스템, 정화기, 침전기, 및 막 운전 시스템, 정화기 또는 침전기의 적어도 하나를 포함하는 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  22. 청구항 15에 있어서, 활성 슬러지의 적어도 일부를 고체 분리 장치에서 생물학적 재생 반응기로 귀환시키기 위한 귀환 활성 슬러지 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  23. 청구항 15 또는 21에 있어서, 흡착 물질은 적어도 0.3 mm의 유효 과립 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  24. 청구항 15 또는 21에 있어서, 흡착 물질은 적어도 0.5 mm의 유효 과립 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  25. 청구항 15에 있어서, 상기 재생된 흡착 물질 배출 장치와 연통하고 있는 유입 장치 및 상기 혼합 수단의 흡착 물질 유입 장치와 연통하고 있는 배출 장치를 구비한 상기 흡착 물질로부터 바이오매스를 전단하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 전단 수단의 배출 장치와 연통하고 있는 유입 장치 및 상기 혼합 수단의 상기 흡착 물질 유입 장치와 연통하고 있는 배출 장치를 구비한 상기 바이오매스로부터 흡착 물질을 분리하기 위한 분리 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  27. 청구항 15에 있어서, 상기 재생된 흡착 물질 배출 장치와 연통하고 있는 유입 장치 및 상기 혼합 수단의 상기 흡착 물질 유입 장치와 연통하고 있는 배출 장치를 포함하는 흡착 물질로부터 바이오매스를 전단 및 분리시키기 위한 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  28. 청구항 15에 있어서, 방사선의 공급원이 베타-선, 감마-선, x-선 또는 전자 빔 방사선 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  29. 청구항 15에 있어서, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 수단은 상기 오염된 흡착 물질 배출 장치가 위치된 역원뿔형 또는 절두-원뿔형 바닥 부분을 갖도록 구성된 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  30. 청구항 15에 있어서, 흡착 물질 침전 및 액체 분리 수단은 원심분리기, 하이드로사이클론, 및 정화기로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  31. 청구항 15에 있어서, 혼합 수단, 및 흡착 물질 침전 및 액체 분리 수단은 통합된 혼합/침전 단위운전으로서 제공되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  32. 청구항 31에 있어서, 통합된 혼합/침전 단위운전은 연속 역세정 필터 또는 연속 재생 여과 시스템인 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  33. 폐수 처리 시스템으로서,
    방사선의 공급원; 및 일차 고체를 수용하기 위한 유입 장치, 방사선 조사된 일차 고체를 방출하기 위한 고체 배출 장치 및 폐수 배출 장치를 포함함과 더불어 유입 폐수로부터 고형물 및 생물학적 산소 요구 화합물을 분리하기 위한 수단을 포함하는 방사선 처리 수단;
    생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물을 포함하는 폐수를 수용하기 위한 방사선 처리 수단의 폐수 배출 장치와 연통하고 있는 유입 장치, 새로운 또는 재생된 다공성 흡착 물질의 공급원, 적어도 90%의 흡착-처리된 폐수를 방출하기 위한 액체 배출 장치, 및 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물이 흡착된 흡착 물질 및 나머지 10% 미만의 흡착-처리된 폐수를 방출하기 위한 흡착 물질 배출 장치를 포함하는 고유량 흡착 시스템 - 상기 흡착 물질은 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물의 흡착 용량에 특징이 있고, 상기 흡착 물질은 유기 및 무기 오염 물질을 분해시킬 수 있는 상기 흡착 물질에 부착된 미생물을 포함하고, 결합된 흡착 물질 특성은 상기 흡착 물질의 생물학적 재생에 기여하며, 상기 흡착 물질은 폐수에 접촉하고 폐수로부터의 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물을 흡착시켜서 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물이 흡착된 흡착 물질 및 흡착-처리된 폐수를 생성함; 및
    상기 고유량 흡착 시스템의 흡착 물질 배출 장치로부터 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물이 흡착된 흡착 물질을 수용하기 위한 유입 장치, 혼합된 액체 배출 장치, 및 상기 고유량 흡착 시스템의 흡착 물질의 공급원과 연통하고 있는 흡착 물질 배출 장치를 갖춘 생물학적 재생 반응기; 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템과 연통하고 있는 유입 장치 및 처리된 유출물을 방출하는 배출 장치를 갖춘 고체 분리 장치; 및 생물학적으로 처리된 물을 혼합된 액체 배출 장치에서 흡착 물질을 함유하지 않는 고체 분리 장치로 통과시키도록 구성 및 배치되며, 상기 생물학적 재생 반응기 내에 또는 상기 생물학적 재생 반응기의 하류에 그리고 상기 생물학적 재생 반응기와 상기 고체 분리 장치 사이에 위치된 분리 서브시스템을 포함함과 더불어, 미생물이 흡착 물질 상의 흡착된 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물의 적어도 일부에 생물학적으로 작용하도록 하기에 충분한 기간 동안 현탁액 중에 생물학적 내성 화합물 또는 생물학적 억제성 화합물이 흡착된 흡착 물질을 유지시키기 위한 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템을 구비한 폐수 처리 시스템.
  34. 청구항 33에 있어서, 흡착 물질은 과립 활성탄, 과립 철계 화합물, 과립 망간계 화합물, 과립 알루미노-실리케이트 복합체, 합성 수지 및 이들의 적어도 하나의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  35. 청구항 33에 있어서, 흡착 물질은 과립 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  36. 청구항 35에 있어서, 과립 활성탄은 유입 폐수에 존재하는 것으로 밝혀진 예정된 화학종, 금속 또는 다른 화합물에 대한 친화성을 제공하도록 처리되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  37. 청구항 35에 있어서, 흡착 물질은 과립 철계 화합물, 과립 망간계 화합물, 과립 알루미노-실리케이트 복합체 및 합성 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 추가 흡착 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  38. 청구항 33에 있어서, 활성 슬러지의 적어도 일부를 고체 분리 장치에서 생물학적 재생 반응기로 귀환시키기 위한 귀환 활성 슬러지 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  39. 청구항 38에 있어서, 상기 고체 분리 장치는 막 운전 시스템, 정화기, 침전기, 및 막 운전 시스템, 정화기 또는 침전기의 적어도 하나를 포함하는 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  40. 청구항 33 또는 38에 있어서, 흡착 물질은 적어도 0.3 mm의 유효 과립 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  41. 청구항 33 또는 38에 있어서, 흡착 물질은 적어도 0.5 mm의 유효 과립 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  42. 청구항 33에 있어서,
    상기 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템이,
    생물학적 재생 반응기 내로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 위치하고 상기 생물학적 재생 반응기로부터 분리되며 상기 생물학적 재생 반응기로부터의 재생된 흡착 물질을 수용하기 위한 상기 흡착 물질 배출 장치에 연결되는, 흡착 물질로부터의 축적된 바이오매스를 전단시켜서 전단된 흡착 물질과 자유 바이오매스의 혼합물을 생성시키기 위한 전단 장치;
    전단된 흡착 물질과 자유 바이오매스의 혼합물로부터 자유 바이오매스를 분리시켜서 분리된 전단된 흡착 물질과 자유 바이오매스를 생성시키기 위한 분리 수단;
    상기 분리된 전단된 흡착 물질을 상기 분리 수단으로부터 상기 고유량 흡착 시스템으로 통과시키기 위한 흡착 물질 도관; 및
    자유 바이오매스를 상기 분리 수단으로부터 상기 생물학적 재생 반응기 및 상기 생물학적 재생 반응기의 하류의 위치 중 적어도 하나로 통과시키기 위한 바이오매스 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  43. 청구항 33에 있어서,
    상기 저유량 흡착 물질 생물학적 재생 반응기 시스템이,
    생물학적 재생 반응기 내로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 위치하고 상기 생물학적 재생 반응기로부터 분리되며 상기 생물학적 재생 반응기로부터의 재생된 흡착 물질을 수용하기 위한 상기 재생된 흡착 물질 배출 장치에 연결되고, 분리된 전단된 흡착 물질을 방출하기 위한 배출 장치 및 자유 바이오매스를 방출하기 위한 배출 장치를 갖는, 재생된 흡착 물질로부터의 축적된 바이오매스를 전단시키고 분리하기 위한 조합된 장치;
    상기 재생된 흡착 물질을 고유량 흡착 시스템으로 귀환시키기 위한 상기 조합된 장치의 상기 재생된 흡착 물질 배출 장치와 연통하고 있는 흡착 물질 도관; 및
    자유 바이오매스를 상기 생물학적 재생 반응기 및 상기 생물학적 재생 반응기의 하류의 위치 중 적어도 하나로 통과시키기 위한, 상기 조합된 장치의 상기 바이오매스를 방출하기 위한 배출 장치와 연통하고 있는 바이오매스 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  44. 청구항 33에 있어서, 상기 고유량 흡착 시스템이 혼합 수단 및 침전 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  45. 청구항 44에 있어서, 침전 수단은 흡착 물질 배출 장치가 위치된 역원뿔형 또는 절두-원뿔형 바닥 부분을 갖도록 구성된 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  46. 청구항 33에 있어서, 상기 고유량 흡착 시스템이 흡착 물질 여과 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  47. 청구항 33에 있어서, 상기 고유량 흡착 시스템이 연속 역세정 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  48. 청구항 33에 있어서, 상기 고유량 흡착 시스템이 연속 재생 여과 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
  49. 청구항 33에 있어서, 방사선의 상기 공급원이 베타-선, 감마-선, x-선 또는 전자 빔 방사선 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
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