KR101125165B1

KR101125165B1 - 활성 슬러지를 사용하고 폭기(曝氣) 조절을 포함하는생물학적 수처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101125165B1
Application number: KR1020067002445A
Authority: KR
Inventors: 로익 오거; 팡 애니 타지; 미쉘 페이라도
Original assignee: 베올리아 워터 솔루션즈 앤드 테크놀러지스 써포트
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: WO2005021446A1; JP4625806B2; ATE544731T1; AU2004268806B2; CN100360438C; CA2531764A1; EP1651574A1; AU2004268806A1; JP2007501112A; FR2858609B1; FR2858609A1; US7473365B2; CA2531764C; CN1829666A; US20060283794A1; KR20060119863A; PL1651574T3; EP1651574B1

Abstract

본 발명은 활성 슬러지 탱크의 폭기를 포함하며, 활성 슬러지 또는 혼합된 배양을 이용한 생물학적 수처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 (a) 폭기(T1min과 T1max) 및 비폭기(T2min과 T2max)기간, 처리수 또는 혼합 용액의 높은 질산염 설정치(SHNO3) 및 낮은 질산염 설정치(SBNO3) 및 탱크에 존재하는 물의 높은 산화 환원 전위 설정치(SH redox)를 정하는 단계, 및 (b) 폭기 시간(T1), 비폭기 시간(T2) 및 처리수 혹은 홉합액에서의 질산염 수준 및 상기 혼합액의 산화환원전위를 지속적으로 측정하는 단계; (i) 질산염 농도가 SB NO3보다 적고, T2가 T2min보다 작을 때, 혹은 (ⅱ) 질산염 농도가 SB NO3보다 크지만, T2가 T2max에 도달하지 못한 경우에 상기 혼합용액에 비폭기하는 단계 및 (c) (i) 측정된 질산염 농도가 SH NO3보다 높을 때, (ⅱ) 측정된 산화 환원 전위값이 SH redox보다 크고 T1이 T1min보다 작을 때, (ⅲ) 질산염 농도가 SH NO3에 비해서 적을 때, 혹은 (ⅳ) 산화-환원 전위값이 SH redox에 비해 적지만, T1이 T1max에 도달하지 못한 경우에, 상기 혼합액에 폭기하는 단계,를 포함한다.

생물학적 수처리, 폭기조절, 산화환원전위, 질산염 함량

Description

활성 슬러지를 사용하고 폭기(曝氣) 조절을 포함하는 생물학적 수처리 방법 및 장치{METHOD AND INSTALLATION FOR THE BIOLOGICAL TREATMENT OF WATER USING ACTIVATED SLUDGE AND COMPRISING AERATION REGULATION}

본 발명은 물의 정화를 목적으로 하는 생물학적 처리에 관한 것이다. 여기에서의 물이란 생활폐수나 산업폐수로 이루어진 것을 예로 들 수 있다.

좀 더 정확하게 설명한다면, 본 발명은 활성 슬러지 기술(Activated sludge technique) 또는 혼합 배양 기술을 이용하여 물을 생물학적으로 처리하는 기술에 관한 것이다.

활성 슬러지 기술은 프리 바이오매스(Free biomass), 다시 말하면 담체(Support)에 부착되지 않은 바이오매스를 사용하며, 최소 1개 이상의 폭기 수단(Aeration means)이 구비된 처리지(處理池,pond)에서 이루어진다.

혼합 배양 기술은 폭기 수단이 구비되어 있는 처리지의 프리 바이오매스 및 부유물 상태로 유지되는 담체에 부착되어 있는 바이오매스를 사용한다.

이들 기술들에 의할 때, 상기 바이오매스는 처리될 물의 내부에 포함된 탄소 질의 오염은 물론 질소질의 오염 역시 낮춰준다.

이것을 달성하기 위해, 장치 처리지(들)(plant pond)에는 공기 또는 산소의 주입 수단(작은 기포, 터빈, 브러쉬 등에 의한 주입)(이하, "폭기수단"이라 한다.)이 구비된다.

이들 폭기 수단의 작동은 같은 처리지에서의 폭기 기간과 산소결핍 기간(Anoxia periods)이 체계화될 수 있도록 차례차례(순차적으로) 행하여질 수 있다.

다른 방식의 장치에 의하는 경우, 동일한 처리지 또는 수개의 처리지에 최소 하나의 폭기 구역(Aerated zone) 및 최소 하나의 비폭기 구역(Non-aerated zone)이 각각 구비된다.

폭기는 상기 처리된 물의 탄소질 오염(Carbonaceous pollution)의 감소와 질화 작용(Nitrification)을 일으킨다.

물에 대한 비폭기(Non-aeration)는 물의 탈질화 작용(Denitrification)을 일으킨다.

질화 상태와 탈질화 상태의 교호(alternation)는 처리될 물의 질소 오염을 낮추는데 도움을 준다.

폭기 수단의 작동과 특히 폭기 상태 및 비폭기 상태의 교호(Alternation)는 조절되어야 하는 필요성이 있음이 밝혀졌다.

연구에 의하면 폭기 수단에 의한 바이오매스에의 과량의 산소 공급은 질화물의 정확한 제거를 방지하며, 반면에 불충분한 산소 공급은 경우에는 암모니아의 제거에 한계가 있다는 점이 밝혀졌다.

따라서 폭기수단이 폭기지(aeration ponds)에 너무 많거나 또는 너무 적은 산소를 공급하지 않는 절충점이 되도록 폭기 수단의 작동은 지속적으로 조절되어야 할 필요가 있다.

이러한 적절한 조절을 위한 다른 수단은 기존의 연구에서도 제안된 바 있다.

첫번째 접근법에 의하면, 탐색기(probe)를 사용하여 활성 슬러지 처리지에 머무는 동안 물에 녹아있는 산소의 함유량을 검출하고 배출구에서의 기록 및 NH₄ 및 NO₃의 함유량에 따라 폭기수단에 의해 첨가되는 산소의 양이 일정하게 되도록 폭기 수단의 작동기간 및 간격을 조절하는 것이 제안되었다.

그러나, 상기 용존산소 함유량이 0.5mg/L 미만인 경우, 그러한 용존산소의 측정 방법으로는 처리수(Treated water)중의 질산염 함유량을 항상 용인될 수 있는 임계치 이내로 유지시킬 수가 없다.

따라서, 용존산소의 농도 측정과 활성 슬러지 처리지에 존재하는 물의 산화 환원 전위(Redox Potential) 측정의 결합이 제안되었다. 이러한 기술은 이미 특허 FR 2779140에 기술되어 있다. 그러나, 상기 기술은 산화 환원 전위(redox potential) 설정치의 빈번한 수동 재조정을 필요로 하는 단점이 있다. 산화 환원 전위의 조절은 활성 슬러지에 침적된(Immersed) 여과막을 사용하는 생물학적 장치에 대해서 특히 비효율적이다.

등록 특허 FR 2685692에서 기재되어 있는 기술은, 상기 산화 환원 전위의 최소 하나의 설정치에 대해 상기 폭기 수단의 조작을 종속시키기 위하여, 그리고 상 기 산화 환원 전위 설정치를 처리된 배출수에서의 질산염 및/또는 암모니아 함유량 측정에 대해 종속시키기 위하여 폭기 수단이 구비되는 생물학적 처리지에서 산화 환원 전위를 측정하는 것을 제시하고 있다.

상기 기술은 효과적이기는 하지만, 매번 측정 기구들에 대한 신뢰성이 요구되며, 특히 질산염 측정기 또는 암모니아 측정기에서 지속적으로 설정치를 수정해야 한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 폭기 수단을 조절하여 활성 슬러지 또는 혼합 배양을 이용함으로써, 기존의 최신 기술에 의한 가능했던 방법보다 더욱 효과적인 폭기 조정을 할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 한 목적은 처리수중의 질소질 오염의 양을 매우 낮은 수준, 실제로 10mg/L미만의 매우 낮은 수준으로 지속적으로 제한하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시간에 따른 임계치의 조정을 빈번하게 수동으로 조작할 필요가 없는 방법을 제공하는 것이다.

게다가 본 발명의 다른 목적은 어떠한 타입의 활성 슬러지 또는 혼합 배양 처리 장치, 특히 여과막을 사용하는 장치에 사용 가능한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 최적화되고 폭기에 필요한 에너지 소비가 감소되는 방법을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명의 다른 목적은 종래의 기술에 비해 신뢰도가 큰 방법을 제공하는 것이다.

이러한 다양한 목적들은

- 처리지 내부에서는 폭기수단의 작동 개시와 중단에 의해서 산화 및 환원 기간이 교호(alternation)되고, 바이오매스가 제공된 최소 하나의 생물학적 처리지에 물을 흐르게 하는 단계, 및

- 슬러지와 처리수를 얻기 위하여 생물학적 처리지에서 혼합액에 대하여 최소 1회의 분리단계를 수행하는 단계,

를 포함하는 생물학적 수처리 방법에 있어서,

- 상기 혼합액에 대한 최소 허용 폭기시간(aeration time)(T1min), 최대 허용 폭기시간(T1max), 최소 허용 비폭기시간(non-aeration time)(T2min), 그리고 최대 허용 비폭기시간(T2max)을 정하는 단계;

- 처리수 또는 혼합액의 질산염 함유량의 낮은 설정치(SB NO3)와 최소 하나의 높은 설정치(SH NO3)를 정하는 단계;

- 상기 혼합액의 산화 환원 전위의 최소 하나의 높은 설정치(SH redox)를 정하는 단계;

로 구성되는 예비 단계: 및

- 처리수 또는 혼합액에 대한 질산염 함유량을 지속적으로 측정하는 단계;

- 상기 생물학적 처리지내의 혼합액의 산화 환원 전위를 지속적으로 측정하는 단계;

- 혼합액의 폭기 시간 T1과 비폭기 시간 T2를 측정하는 단계;

- 측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 적게 유지되고 측정된 비폭기 시간 T2가 최소 허용 비폭기 시간 T2min에 도달하지 않는 동안, 또는

측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 크게 유지되고 측정된 비폭기 시간 T2가 최대 허용 비폭기 시간 T2max보다 작을 때, 혼합액에 폭기하지 않는 단계;

- 측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 크게 유지되는 동안 또는 측정된 산화환원 전위(redox potential) 값이 상기 높은 산화환원 전위 설정치(SH redox)보다 크게 유지되고 측정된 폭기시간 T1이 최소 허용 폭기시간 T1min보다 작을 때, 또는

측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 적게 유지되는 경우 또는 측정된 산화 환원 전위값이 상기 높은 산화 환원 전위치(SH redox)보다 적게 유지되는 경우이며 측정된 폭기시간 T1이 최대 허용 폭기시간 T1max보다 작을 때, 혼합액에 폭기하는 단계,

로 구성되는 추가 단계,

를 포함하여 이루어지는 생물학적 수처리 방법에 관한 본 발명에 의해 달성된다.

따라서 이러한 폭기의 조정을 이용한 생물학적 처리 방법은 생물학적 처리지 에 존재하는 처리수 또는 혼합액의 질산염 및 혼합액의 산화환원 전위의 지속적인 측정에 기초를 두고 있다.

본 발명에 의하면, 폭기수단에 의한 공기 주입은 다음의 상태가 관찰될 경우에 최대한 빨리 시작(trigger)된다:

- 첫번째 상태 : 처리된 배출수(effluent) 내의 질산염 함유량이 낮은 설정치(SB NO3)(낮은 임계치)에 도달하고 최소 산소결핍 기간(T2min)이 관찰되는 경우,

- 두번째 상태(선택적(alternative)) : 처리수 또는 혼합 용액의 질산염 함유량이 낮은 설정치(SB NO3)에 도달하지는 못했으나 최대 산소결핍 기간(T2max)이 관찰되었을 경우.

최소 비폭기 기간 T2min과 최대 비폭기 기간 T2max는 중간 휴식 시간(timeout)을 형성하며, 상기 중간 휴식 시간의 목적은 이하 설명될 탈질화 과정 또는 질산염 함유량 측정 수단의 오동작의 경우에 안전한 메카니즘으로 동작하도록 하기 위함이다.

질화 반응(nitrification process)이 원하는 만큼 일어나지 않는 경우, 다시 말하면 질산염 함유량이 미리 정한 설정치에 미치지 못하는 경우 혹은 질산염 측정 수단에서 오동작이 발생하는 경우에, 최대 허용 비폭기 기간(T2max)은 산소결핍 기간(Anoxia period)을 제한한다.

상기 측정수단의 오동작이 발생한 경우라도 상기 최소 허용 비폭기 기간(T2min)은 최소 탈질화 반응을 얻기에는 충분하다.

본 발명에 의하면, 폭기수단에 의한 공기주입은 다음의 상태가 관찰될 경우 최대한 빨리 중단된다.

- 첫번째 상태 : 처리된 배출수의 질산염 함유량이 높은 설정치(SH NO3)(높은 임계치)에 도달한 경우 또는 폭기지의 물의 산화환원 전위가 높은 설정치(SH redox)(높은 임계치)에 도달한 경우 그리고 최소 폭기기간(T1min)이 관찰된 경우;

- 두번째 상태(선택적) : 처리수의 질산염의 높은 설정치(SH NO3) 또는 폭기지에 존재하는 물의 높은 산화환원 전위 설정치(SH redox)에 도달하지 못하거나 혹은 최대 폭기 기간 T1max가 관찰되는 경우.

높은 산화 환원 전위 설정치의 사용은 폭기를 제한하는데, 예를 들어 오염 함유량이 적은 기간 동안에 그러하다.

최소 폭기 기간 T1min과 최대 폭기 기간 T1max는 중간 휴식 시간(timeout)을 형성하는데, 이 중간 휴식 시간의 목적은 질화 반응 과정의 오동작 또는 질산염 함유량 측정 수단의 오동작의 경우에 안전한 메카니즘으로 동작되도록 하기 위한 것이다.

최소 폭기 기간 T1min은 최소 바이오매스 폭기시간을 가능하게 하며 따라서 처리수나 혼합액의 질산염 함유량 또는 폭기지에 존재하는 혼합액의 산화환원 전위를 측정하는 수단이 오동작하는 경우에 안전성을 제공한다.

최대 폭기 기간(duration) T1max는 질산염 함유량의 높은 기준 임계치에 도달하기 힘든 경우에 발생할 수 있는 생물학적 처리지 내에서의 과폭기(Over-aeration)를 방지한다.

본 발명의 일 변형에 의하면, 상기 방법은 처리수나 혼합액의 질산염 함유량의 매우 높은 설정치(STH NO3) 및 혼합액의 산화 환원 전위의 매우 높은 설정치(STH Redox)를 정하는 단계(fixing)로 구성되는 추가 예비단계를 포함하며,

그리고 상기 방법은

- 측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 적게 유지되는 동안 및 측정된 비폭기 시간 T2가 최소 허용 비폭기 시간 (T2min)보다 작은 경우,
또는 측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 크게 유지되나, 측정된 비폭기 시간 T2가 최대 허용 비폭기 시간(T2max)에 도달하지 않은 경우에,

상기 혼합 용액에 폭기하지 않는 단계,

- 측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 크게 유지되거나 또는 측정된 산화 환원 전위값이 상기 높은 산화 환원 전위 설정치(SH redox)보다 높게 유지되고, 그리고

측정된 폭기 시간 T1이 최소 허용 폭기 시간(T1min)보다 작고,

측정된 질산염 함유량이 상기 매우 높은 설정치(STH NO3)에 도달하지 못했거나 또는 측정된 산화 환원 전위가 상기 매우 높은 설정치(STH Redox)에 도달하지 못한 동안, 또는

상기 측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 적게 유지되는 경우 또는 상기 측정된 산화 환원 전위값이 상기 높은 산화 환원 전위 설정치(SH redox)보다 낮게 유지되나, 측정된 폭기 시간 T1이 최대 허용 폭기 시간 T1max에 도달하지 않은 때에,

상기 혼합 용액에 폭기하는 단계로 구성된다.

매우 높은 질산염 임계치의 사용은 처리될 물의 오염 함유량이 표준 이하인 경우에 발생할 수 있는 과폭기 문제를 제한한다. 상기 경우는 폭우가 내리는 동안 수집된 물을 포함하는 도시의 배출수로 이루어진 수처리의 경우에 특히 발생한다.

매우 높은 질산염 임계치(STH NO3)의 사용은 생물학적 처리지에 과량의 용해 산소(Excess dissolved oxygen)가 추가되는 것을 방지한다. 상기 매우 높은 임계치에 도달한 때, 최소 및 최대 허용 폭기 시간과 무관하게 폭기는 중단된다. 따라서, 처리될 물의 서로 다른 수질에 따라 조절되는 많은 횟수의 중간 휴식 시간이 제거된다.

매우 높은 산화 환원 전위 임계치(STH redox)의 사용은 매우 높은 질산염 수준에 도달하지 않은 경우라도 폭기를 중단시킨다. 상기 매우 높은 산화 환원 전위 임계치의 사용은 처리될 물의 유기질의 오염 함유량이 낮은 경우에 특히 유용하다. 이런 상황은 처리될 물이 아주 묽은 도시 배출수, 예를 들어 야간 동안에 수집된 물과 같은 경우에 특히 발생한다.

폭기는 한개 또는 수개의 주어진 에어플로우(airflow)에 의해 사용될 수 있다. 상기 에어플로우들의 값은 경험으로 얻은 주어진 기간동안, 예를 들어 하루동안에 미치는 오염 함유량의 지식에 의한 함수(function)으로 정해질 것이다. 따라서, 도시 배출수의 처리에 대해서, 오염도가 높은 상태(Peaks)가 계속되는 동안에 높은 에어플로우가 정해지게 되고, 오염도가 낮은 상태(Troughs)가 계속되는 동안에는 평균 또는 낮은 에어플로우가 정해지게 된다.(예를 들어 야간)

그러나, 본 발명에 의한 변형에 의하면, 상기 에어플로우는 지속적으로 조정될 수 있으며, 이는 상기 방법이 처리될 물의 오염 함유량의 변화에 대해 개질(adapt)될 수 있는 것을 의미한다.

본 발명에 대한 상기 변형에 의하면, 본 발명의 상기 방법은

- 시간에 따른 처리지의 산화환원 전위 변화를 나타내는 최소 하나의 곡선의 기울기 설정치를 정하는 단계(fixing);

- 상기 기울기를 지속적으로 계산하는 단계;

- 산화환원 기울기가 상기 기울기 설정치와 거의 같게 유지되도록 폭기 도중에 분배되는(dispensed) 에어플로우를 지속적으로 조절하는 단계;

로 구성되는 추가 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 상기 방법은 폭기 및 비폭기 기간이 관리될 수 있을 뿐만 아니라, 폭기 기간 동안의 폭기세기(aeration intensity) 또한 관리가능함을 의미한다.

그러한 산화 환원 기울기 계산의 통합은 본 발명에 의한 방법의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 방법은 다른 타입의 수처리 방법들에도 사용될 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명은 생물학적 처리지로부터 나오는 혼합액의 분리 단계가 기존의 라멜라(Lamellar) 또는 비라멜라(Non-lamellar) 침전 탱크에서 행하여지는 침전단계(settlement step)인 경우에도 사용이 가능하다.

본 발명은 분리단계가 막여과 단계인 경우에도 또한 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 막들은 침적된(immersed) 또는 가압된 막으로 최소 하나의 외부 여과 루프에 이용될 수 것거나, 또는 처리지에 침적된 막들일 수 있다.

상기 침적된 여과막은 여과막들이 막히는(Clogged) 것을 방지하거나, 만약 막힌 여과막을 뚫어줄(Unclog) 필요가 있을 경우에 그것들을 뚫어줄 수 있도록 설계된 특정한 폭기 수단과 결합되는 것이 일반적이다.

이 경우, 본 발명에 의한 방법은 막에 의해 여과된 물의 유량(flow)을 측정하는 단계 및 상기 여과된 물의 유량에 따라 막을 뚫을 수 있도록 분배되는(dispensed) 에어플로우를 조절하는 단계로 구성되는 추가단계를 바람직하게 포함할 것이다. 막이 처리지에 침적되어 있으므로 막을 뚫어주는데 사용되는 공기(air)는 처리지에 존재하는 배양액(Medium)의 산소화(oxygenation)에 참여한다.

본 발명은 또한 상기 방법의 사용을 위한 다른 타입의 장치에도 적용된다.

따라서 본 발명은 처리될 물을 운반하는 수단이 구비되는 어떠한 타입의 장치, 폭기 수단이 구비되는 활성 또는 혼합 슬러지가 수집되는 최소 하나의 생물학적 처리지, 막여과 수단 및 상기 막여과 수단으로부터 여과된 물을 배출하는(evacuate) 수단에 적용될 수 있으며,

상기 배출수단(evacuation means) 또는 상기 생물학적 처리지에 구비되는 질소 함유량 측정수단, 상기 생물학적 처리지에 구비되는 산화 환원 전위 측정수단, 상기 질산염 측정수단과 산화 환원 전위 측정수단으로부터 전송된 측정값의 함수로 상기 폭기수단에 대하여 작동되도록 설계된 조정수단(regulation menas)을 가지며, 상기 조정수단은 산화 환원 전위 설정치(들), 질산염 농도 설정치(들), 그리고 최소 및 최대 폭기 및 비폭기 시간들을 입력하는 수단을 포함함을 특징으로 한다.

일 변형에 의하면, 상기 장치 조정수단은 산화 환원 기울기 설정치(들)를 입력하는 수단을 또한 포함한다.

일 변형에 의하면, 상기 막여과 수단은 주 활성 슬러지 처리지의 외부 루프에 침적 또는 가압된(pressurised) 막으로 구비된다.

다른 변형에 의하면, 상기 막여과 수단이 상기 생물학적 처리지에 침적되어 있으며 막들이 막히는 것을 방지해주거나 막힌 막을 뚫어주도록 공기를 분배할 수 있는 폭기수단과 상호작용한다.

이 경우, 상기 장치는 상기 배출수단에 제공된 여과된 물의 유량(flow)을 측정하는 수단과 상기 유량 측정수단(flow measurement means)으로부터 전송된 측정값의 함수로 상기 폭기수단을 작동시키도록 설계된 제 2 조정수단을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명 및 본 발명의 다양한 장점은 이하 도면을 참조한 본 발명의 다른 구현에 대한 설명으로 부터 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

- 도1 내지 도4는 본 발명에 의한 방법의 실행에 사용되는 다른 생물학적 수처리 장치를 나타내는 도면이며;

- 도5 내지 도7은 본 발명에 의한 방법의 3가지 변형을 나타내는 다른 흐름도이며;

- 도8은 본 발명에 의한 방법의 제 1 변형에 의해 처리된 물의 질산염 함유량의 변화(질산염-산화 환원 조정)를 나타내는 도면이며;

- 도9는 본 발명에 의한 방법의 제 2 변형에 의해 처리된 물의 질산염 함유량의 변화(질산염-산화 환원-산화 환원 기울기 조정)를 나타낸 도면이다.

도1은 폐수의 생물학적 처리에 관한 장치를 도식적으로 나타내고 있다.

상기 장치는 처리되어야 하는 물의 이동수단(1), 바이오매스를 포함하며 폭기수단(3)이 구비된 생물학적 처리지(2)를 포함한다.

폭기수단(3)은 상기 생물학적 처리지(2)의 하부에 구비된 폭기 매니폴드(aeration manifold)(3a)과 연결되어 있는 공기 이송 파이프(4)와, 상기 폭기 매니폴드(3a)을 통한 공기 배출 조작이 필요할 때 폭기를 개시 및 중단하는 수단(5)을 포함한다.

생물학적 처리지(2)에 들어있는 상기 바이오매스는 상기 폭기수단(3) 작동 도중의 폭기 상태와, 비작동 도중의 산소결핍(anoxia) 상태의 교호에 의하여 탄소질 오염과 질소질 오염을 감소시킨다.

상기 폭기 처리지(2) 안에 들어있는 물과 슬러지의 혼합액은, 상기 혼합액을 분리 수단(7)까지 보내주는 파이프(6)를 통해 비워지게 된다.

실제, 상기 수단들은 침전 탱크(7a)로 구성된다. 상기 침전 탱크(7a)는 상기 혼합 용액을 파이프(8)를 통해서 배출되는 처리된 배출수와 생물학적 처리지(2)로 최소 부분적으로나마 재순환되는 슬러지(9)로 분리시킨다.

상기 장치는 본 발명에 의한 방법의 수행을 위하여, 상기 침전 탱크(7a)에서 처리된 물이 배출되는 파이프(8)에 구비된 질산염 함유량을 측정하는 수단(10)(이하 "질산염 측정기"라고 한다)과 상기 생물학적 처리지(2)에 설치되어 있는 산화 환원 전위를 측정하는 수단(11)을 포함한다. 변형으로서, 상기 질산염 측정기는 혼합액 안에 설치될 수 있다.

상기 장치는 상기 폭기 수단들 (3), (3a), (4) 및 (5)를 상기 질산염 측정수단(10)와 상기 산화 환원 전위 측정 수단(11)에 의해 전송된 측정값의 함수로 작동시키도록 설계된 조절 수단(12)을 또한 포함한다. 상기 조정수단(12)들은 산화 환원 전위 설정치(들), 질산염 함유량 설정치(들) 그리고 최소 및 최대 폭기 및 비폭기 시간들을 입력하는 수단들을 포함한다.

도2는 본 발명에 의한 생물학적 수처리 방법을 수행하는데 사용될 수 있는 다른 장치를 나타낸다. 상기 장치는 상기 처리지(2)로부터 혼합액을 분리하는 수단이 막을 포함하는 막여과수단(7b)로 구성되며, 침전 탱크(7a)를 더이상 포함하지 않는다는 점에서만 도 1의 장치와 다르다. 상기 막여과 수단(7b)들은 상기 처리지(2)로부터 나오는 혼합액을 운반하는 상기 혼합 용액 이송용 파이프(6) 및 상기 막 에 남은 잔류물(retentate)을 상기 처리지로 되돌리는 파이프(9)로 구성되는 여과 루프(loop)에 구비된다. 상기 여과수단들은 상기 처리지(2) 이외의 다른 처리지 안에 가압되거나 침적되어 있다.

도3은 본 발명에 의한 방법을 수행하는데 역시 사용될 수 있는 장치의 제 3 타입을 도식적으로 나타낸다.

상기 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 막 분리수단(7b)들이 상기 처리지(2) 외부의 여과 루프에 구비되지 않고, 상기 처리지 내부에 침적되어 있으며, 따라서, 상기 막여과 수단(7)들은 막 하부에 구비되며 막이 막히는 것을 방지하거나, 막이 막혔다면 막힌 막을 뚫을 수 있도록 막에 공기를 분배(dispense)하도록 설계된 폭기 매니폴드(13a)을 포함하는 폭기수단(13)과 상호작용하는 것을 특징으로 하는 점에서만 도2의 장치와 다르다. 상기 매니폴드(13a)은 공기 유입 파이프(14)에 의해 막의 폭기 개시 및 중단 수단(15)과 연결되어 있으며, 이것에 의해 에어플로우 분배(airflow dispense)가 조절된다.

도4는 상기 방법의 수행을 위한 다른 타입의 장치를 나타낸다.

상기 장치는 유량계(flowmeter)(16)가 역시 상기 파이프(8)에 장착되어 있으며, 상기 유량계(16)는, 매니폴드(manifold)(13a)를 통하여 분배되는 에어플로우(airflow)를 개시, 중단 또는 조절(조정)하기 위한 수단(15)을 동작시킴으로써 상기 막여과 수단(7b)에서 여과된 물의 배출에 관한 출력(output)을 조정수단(17)에 지속적으로 제공해주는 점을 특징으로 하는 점에서만 도 3의 장치와 다르다.

도1 내지 도4에서 나타난 장치들은 도5, 도6 및 도7에 도시한 흐름도를 참조하여 상세하게 후술한 본 발명에 의한 방법의 다른 변형에 사용될 수 있다.

도5에 도시한 제 1 변형에 의하면, 상기 수단(12)은 처리수의 질산염 함유량의 높은 설정치(SH NO3), 처리수의 질산염 함유량의 낮은 설정치(SB NO3), 산화 환원 전위의 높은 설정치(SH redox), 최소 폭기 시간(T1min), 최대 폭기 시간(T1max), 최소 비폭기 시간(T2min), 그리고 최대 비폭기 시간(T2max)으로 설정된다.

폐수처리를 위한 상기 파라미터들에 대한 다음의 값은 비제한적인 예이다:

- SH NO3 : 6 mg/L

- SB NO3: 1 mg/L

- SH redox : 150 mV

- T1min : 10 분

- T1max : 60 분

- T2min : 15 분

- T2max : 120 분

도5에 도시한 흐름도를 참고할 때, 상기 장치의 작동은 다음과 같다:

상기 기기(11)은 상기 폭기지(2)에 존재하는 혼합액의 산화 환원 전위를 지속적으로 측정하고, 질산염 측정기(10)는 파이프(8)를 통하여 비워지는 처리 배출수의 질산염 함유량을 지속적으로 측정한다.

상기 질산염 측정기(10)에 의해 기록된 측정값이 6 mg/L(SH NO3)를 넘지 않는 동안 또는 상기 기기(11)에 의해 기록된 측정값이 150 mV를 넘지 않는 동안 그리고 10분(T1min)의 최소 폭기 기간에 도달하지 않은 동안, 상기 폭기 수단은 상기 매니폴드(3a)을 통하여 폭기 기간이 60분(T1max)에 도달할 때까지 공기를 분배한다.

시간 T1max에 도달했을 때, 비록 질산염 함유량이 6 mg/L를 넘지 않았다 해도 또한 산화 환원 전위가 150 mV를 넘지 않았다 해도, 상기 폭기 작동 개시 및 중단 수단(5)을 통한 상기 매니폴드(3a)으로의 공기 주입은 중단된다.

일단 공기 주입이 중단되면, 상기 질산염 측정기(10)에 의해 측정된 질산염 함유량이 1 mg/L(SB NO3)에 도달하지 않는 동안 그리고 15분(T2min)의 최소 비폭기 기간에 도달하지 않는 동안, 상기 공기 주입 중단은 계속된다.

T2max(120분)에 도달하였을 때, 낮은 설정치(SB NO3)에 도달하지 않았더라도 폭기는 재개된다.

T1min, T1max, T2min, T2max의 상기 중간 휴식 시간들은 상기 질산염 측정기 또는 상기 산화 환원 전위 측정 장치의 오동작에 대한 보호수단으로 사용된다.

본 발명에 의한 방법의 다른 변형은 도6에서 도시된 흐름도에 부호로 나타내었다.

매우 높은 산화 환원 전위 임계치 SH redox의 사용은 몇몇 상황에서, 특히 오염 함유량이 낮은 기간 동안에는, 상기 폭기를 제한한다.

상기 구현에 의하면, 상기 수단(12)은 SH NO3, SB NO3, SH redox, T1min, T2min, T1max, T2max 파라미터들 뿐만 아니라, 매우 높은 질산염 함유량 설정치(STH NO3)와 매우 높은 산화 환원 전위 설정치(STH redox)로 설정된다.

예를들어, STH NO3는 13 mg/L와 같을 것이고 STH redox가 200 mV와 같을 것이다.

상기 매우 높은 설정치들의 사용은 최소 폭기 시간이 지켜지지 않더라도, 상기 질산염 측정기(10) 또는 상기 산화 환원 전위 측정기기(11)에 기록된 측정값들이 상기 설정치들을 초과하는 경우에 폭기를 멈출 수 있도록 해준다.

질산염 함유량과 관련된 상기 매우 높은 설정치들의 사용은, 처리될 물의 각각 다른 수질에 따라 조절되는 많은 횟수의 중간 휴식 시간(timeouts)의 문제점을 제거해줄 수 있다.

매우 높은 산화 환원 전위 설정치의 사용은 처리하려는 배출수가 묽은 경우에 특히 유용하다.

도7에 도시된 흐름도를 참고하여 기술한 본 발명에 의한 방법의 다른 변형에 의하면, 상기 수단(12)가 상기 처리지에 존재하는 혼합액의 산화 환원 전위의 시간에 대한 변화를 나타내는 곡선의 기울기 설정치로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 설정치는 예를들어, 5 mV/min로 정할 수 있다.

상기 수단(12)은 상기 기기(11)로부터 공급되는 데이터를 사용함으로써 지속적으로 상기 기울기(dredox/dt)를 계산할 수 있고, 만일 기울기가 설정치보다 작아지면 에어플로우(Qair)를 증가시키는 방법으로, 역으로 기울기가 설정치보다 커지 면 에어플로우(Qair)을 감소시키는 방법으로 공기 주입량을 조절할 수 있다.

활성 슬러지 처리지(2)에 침적되어 있는 막여과 수단(7)을 사용하는 도3에 도시한 상기 타입의 시험 장치가, 상기 처리지(2)에서 다른 폭기 조정 과정들을 테스트하는데 사용되었으며, 상기 폭기 조정은 최신 기술에 의하여 활성 슬러지 처리지에서의 산화 환원 전위 측정만을 기초로 한다.

- 도6의 흐름도에 부호로 나타낸 상기 방법의 변형에 의한 조정(질산염-산화 환원 조절)

- 도7의 흐름도에 부호로 나타낸 상기 방법의 변형에 의한 조절(질산염-산화 환원-산화 환원 기울기 조절)

다음의 파라미터들이 질산염-산화 환원 조정에 사용되었다.

- SB NO3: 1 mg/L

- SH NO3: 6 mg/L

- STH NO3: 13 mg/L

- SH redox : 150 mV

- STH redox : 200 mV

상기 방법은 다음과 같은 오염의 원수(raw water)를 사용했다.

- 총 COD(Chemical Oxygen Demand) : 466 mg/L

- NNH₄ : 36.4 mg/L

- 총 N : 46.7 mg/L

상기 폭기 수단은 두가지 유량 즉, 5 Nm³/h 또는 24 Nm³/h으로 사용되었다.

상기 처리수의 질산염과 암모니아의 함유량 및 처리지에 존재하는 물의 산화 환원 전위의 변화는 도8에 나타내었다. 본 발명에 의한 상기한 방식의 질산염-산화 환원 조절에 의한, 처리수의 총 질산염 함유량은 8.9 mg/L와 같게 된다.

고립된 높은 오염 함유량의 경우, 첨가되는 산소의 부족에 의한 질화 작용 의 감소 때문에 처리 효율은 감소하게 될 것이다.

반면에, 오염 함유량이 낮은 경우, 묽은 배출수를 처리하는 동안 과폭기(over-aeration) 때문에 탈질화 반응이 감소하게 된다.

상기 상황이 발생하였을 경우에, 에어플로우나 중간 휴식 시간이 낮동안은 수동으로 조작되어야 한다. 그러나, 상기 수동 조작은 만일 배출수의 수질이 매우 빈번하게 변하는 경우에는 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.

도7의 흐름도에 도시한 본 발명의 변형에 의한 방법(질산염-산화 환원 기울기-산화 환원 조절)은 상기 조건하에서도 이롭게 사용될 수 있다.

도9는 5 mV/min의 기울기 설정치로 에어플로우를 조절했을 경우의 잇점을 나타낸다. 처리될 물의 희석에 의한 변화에도 불구하고, 평균 질산의 함유량은 약 10 mg/L를 유지한다.

Claims

- 프리 바이오매스(Free biomass) 또는 혼합된 바이오매스가 제공되고 처리지 내부는 폭기수단의 개시 및 중단에 의해 산화 및 환원 기간이 교호(交互)되는 최소 하나의 생물학적 처리지에 물을 통과시키는 단계, 및

- 슬러지와 처리수를 얻기 위하여 상기 생물학적 처리지의 혼합액에 대하여 최소 한번의 분리 단계를 수행하는 단계,

를 포함하는 생물학적 수처리 방법에 있어서,

- 상기 혼합액의 최소 허용 폭기 시간(T1min), 최대 허용 폭기 시간(T1max), 최소 허용 비폭기 시간(T2min) 및 최대 허용 비폭기 시간(T2max)를 정하는 단계(fixing);

- 상기 처리수 또는 상기 혼합액의 질산염 함유량의 낮은 설정치(SB NO3)와 최소 하나의 높은 설정치(SH NO3)를 정하는 단계;

- 상기 혼합액의 산화 환원 전위의 최소 하나의 높은 설정치(SH redox)를 정하는 단계;로 구성되는 예비 단계: 및

- 상기 처리수 또는 상기 혼합액의 질산염 함유량을 지속적으로 측정하는 단계;

- 상기 생물학적 처리지의 상기 혼합액의 산화 환원 전위를 지속적으로 측정하는 단계;

- 혼합액의 폭기 시간 T1과 비폭기 시간 T2를 측정하는 단계;

- 측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 적게 유지되고 측정된 비폭기 시간 T2가 최소 허용 비폭기 시간 T2min보다 작은 동안,

또는 측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 크게 유지되고 측정된 비폭기 시간 T2가 최대 허용 비폭기 시간 T2max에 도달하지 않는 경우에, 상기 혼합액에 폭기하지 않는 단계,

- 측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 크게 유지되거나 또는 측정된 산화 환원 전위값이 상기 높은 산화 환원 전위 설정치(SH redox)보다 크게 유지되고 측정된 폭기 시간 T1이 최소 허용 폭기 시간 T1min보다 작을 때,

또는 측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 적게 유지되는 경우 또는 측정된 산화 환원 전위가 상기 높은 산화 환원 전위 설정치(SH redox)보다 적게 유지되는 경우이고 측정된 폭기 시간 T1이 상기 최대 허용 폭기시간 T1max에 도달하지 않았을 때, 상기 혼합액에 폭기 하는 단계;로 구성되는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 수처리 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방법은 상기 처리수 또는 상기 혼합액의 질산염 함유량의 매우 높은 설정치(STH NO3) 및 상기 혼합액의 산화 환원 전위의 매우 높은 설정치(STH redox)를 정하는 단계로 구성되는 추가 예비단계를 포함함을 특징으로 하며, 그리고

- 상기 방법은 상기 측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 적게 유지되고 상기 측정된 비폭기 시간 T2가 상기 최소 허용 비폭기 시간 T2min보다 작은 동안, 또는

상기 측정된 질산염 함유량이 상기 낮은 설정치(SB NO3)보다 크게 유지되나 상기 측정된 비폭기 시간 T2가 상기 최대 허용 비폭기 시간 T2max에 도달하지 못했을 때,

상기 혼합액에 폭기하지 않는 단계,

- 상기 측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 크게 유지되거나 또는 상기 측정된 산화 환원 전위값이 상기 높은 산화 환원 전위 설정치(SH redox)보다 크며,

그리고 상기 측정된 폭기 시간 T1이 상기 최소 허용 폭기 시간 T1min보다 작고,

상기 측정된 질산염 함유량이 상기 매우 높은 설정치(STH NO3)에 도달하지 않거나 또는 상기 측정된 산화 환원 전위가 상기 매우 높은 설정치(STH redox)에 도달하지 않은 동안,

또는 상기 측정된 질산염 함유량이 상기 높은 설정치(SH NO3)보다 적게 유지되거나 또는 측정된 산화 환원 전위값이 상기 높은 산화 환원 전위 설정치(SH redox)보다 적게 유지되나 측정된 폭기 시간 T1은 최대 허용 폭기 시간 T1max에 도달하지 않았을때,

상기 혼합액에 폭기하는 단계;로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서,

- 혼합액에서 시간에 따른 산화 환원 전위의 변화를 나타내는 곡선의 기울기의 최소 하나의 설정치를 정하는 단계;

- 상기 기울기를 지속적으로 계산하는 단계;

- 산화 환원 기울기를 일정하게 유지하고 상기 기울기 설정치에 대략 같아지도록 폭기하는 동안 분배되는 에어플로우(airflow)를 지속적으로 조정하는 단계;로 구성되는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 단계는 침전 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 분리 단계는 최소 하나의 막여과에서의 여과 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 분리 단계는 상기 생물학적 처리지로부터 나온 상기 혼합액을 막에서 여과하는 단계로 구성되며, 침적 또는 가압된 막이 구비되어 있는 최소 하나의 외부 여과 루프(Loop)에서 실행됨을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 분리 단계는 상기 생물학적 처리지에 침적된 최소 하나의 막을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 침적된 막이 막히는 것을 방지하기 하기 위해 또는 상기 침적된 막이 막힌 것을 뚫기 위해 상기 침적된 막에 폭기하는 단계를 포함하며, 그리고 여과된 물의 유량을 측정하는 단계 및 여과된 물의 유량의 함수로서 상기 막에 폭기하기 위해 분배되는 에어플로우를 조정하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.