활성 슬러지

Activated sludge
영국 Beckton 하수처리장의 활성 슬러지 탱크 - 흰색 기포는 확산 공기 통기 시스템 때문입니다.

활성 슬러지 공정은 박테리아와 원생동물로 이루어진 생물 플록과 통기를 이용하여 하수 또는 산업용 폐수를 처리하는 생물학적 폐수 처리 공정의 일종이다.공기(또는 산소)와 미생물을 사용하여 유기 오염 물질을 생물학적으로 산화시켜 산화 물질을 포함한 폐기물 슬러지(또는 플록)를 생성합니다.탄소질 오염 제거를 위한 활성 슬러지 공정의 일반적인 배치는 다음과 같다.혼합액에 공기(또는 산소)를 주입하는 통기 탱크.그 다음 생물학적 플록스(슬러지 블랭킷)가 침전되도록 하기 위해 침전조(보통 "최종 정화조" 또는 "2차 침전조"라 함)가 나타나며, 이를 통해 생물학적 슬러지가 깨끗한 처리수로부터 분리된다.폐기물 슬러지의 일부는 에어레이션 탱크에 재활용되고, 나머지 폐기물 슬러지는 추가 처리 및 최종 처리를 위해 제거된다.

발전소 유형에는 패키지 플랜트, 산화구, 딥 샤프트/수직 처리, 표면 공기 분지, 시퀀싱 배치 원자로(SBR)가 포함된다.에어레이션 방법에는 확산 에어레이션, 표면 에어레이터(원뿔) 또는 드물게 순수 산소 에어레이션이 포함된다.

슬러지 벌킹은 활성 슬러지의 침하를 어렵게 하고 최종 배수 품질에 악영향을 미치는 경우가 많습니다.진흙이 불어나는 것을 처리하고 재발 방지를 위해 공장을 관리하려면 숙련된 관리가 필요하며 즉각적인 [1]개입을 위해 전임 작업 인력이 필요할 수 있습니다.활성 슬러지 공정의 새로운 개발은 Nereda 공정입니다. Nereda 공정은 매우 [2]잘 침전되는 입상 슬러지를 생성합니다.[3]

목적

활성 슬러지 프로세스의 일반화된 개략도.
독일의 파일럿 스케일 멤브레인 바이오리액터에 활성 슬러지 첨가(시딩)
현미경 아래 활성 슬러지
러시아 모스크바 쿠리아노보 폐수처리장 항공사진.

오수(또는 산업용 폐수) 처리장에서 활성 슬러지 프로세스는 탄소질 생물물질의 산화, 질소물질의 산화, 주로 생물물질의 암모늄과 질소, 영양소(질소 및 인)의 제거 중 하나 또는 여러 가지 목적으로 사용할 수 있는 생물학적 과정이다.

공정설명

이 과정은 하수에서 유기물을 소화시킬 수 있는 호기성 미생물을 이용하고, 그렇게 할 때 (응집 작용에 의해) 뭉쳐진다.따라서 부유물 및 유기물이 비교적 없는 액체와 쉽게 침하되어 [4]제거할 수 있는 응집된 입자를 생성한다.

탄소질 오염 제거를 위한 활성 슬러지 공정의 일반적인 배치는 다음과 같다.

  • 혼합액에 공기(또는 산소)를 주입하는 통기 탱크.
  • 생물학적 플럭(슬러지 블랭킷)이 침전되도록 하는 침전조(보통 "최종 정화조" 또는 "2차 침전조"라 함)로, 생물학적 슬러지를 깨끗한 처리수로부터 분리한다.

질소물질 또는 인산염의 처리에는 인산염이 환원환경에서 가용화될 수 있고 질소산화물이 암모늄이온으로 환원될 수 있도록 프로세스가 무산소 영역을 생성하도록 관리되는 추가 단계가 포함된다.

바이오리액터 및 최종 정화제

이 과정에는 오수의 유기성분을 감소시키는 생물학적 플럭을 개발하기 위해 선별된 1차 처리 하수 또는 산업용 폐수(폐수)의 혼합물에 공기 또는 산소를 도입하는 과정이 포함됩니다.건강한 진흙 속에 있는 이 물질은 주로 사포영양균으로 구성되지만, 주로 아메배, 스피로트리치, 보르티셀리드를 포함한 페리트리치 및 다양한 필터 공급 종으로 구성된 중요한 원생동물 식물성분을 가지고 있다.다른 중요한 구성 요소로는 운동성 로티퍼와 좌회전 로티퍼가 있다.형편 없이 운영되는 활성 슬러지에서 점액을 분비하는 사상 세균의 범위-Sphaerotilus natans, Gordonia,[5]을 슬러지 블랭킷은 이번 타결이 탱크에 보에 심하게 최종 방류 qua을 오염시킬 decanting을 초래할 수 있는 해결하기는 어렵 슬러지를 다른 미생물을 포함한-발전할 수 있다.미스터리 한ty. 이 물질은 종종 하수균으로 묘사되지만 진균 군집은 상대적으로 드물다.

폐수와 생물학적 질량의 조합은 일반적으로 혼합주라고 알려져 있다.모든 활성 슬러지 플랜트에서는 폐수가 충분한 처리를 받은 후 여분의 혼합액을 침전조 내에 배출하고 처리한 상등액을 배출하기 전에 다시 처리한다.침전된 재료의 일부인 슬러지는 통기 시스템의 선두로 반환되어 탱크로 유입되는 새로운 폐수를 재씨드한다.이 플록의 일부를 리턴 활성 슬러지(R.A.S.)라고 합니다.

처리 전에 막 생물반응기를 사용하여 혼합액에서 일부 폐수를 제거함으로써 하수처리장에 필요한 공간을 줄일 수 있습니다.따라서 폐기물이 더욱 농축되어 활성화된 슬러지 공정을 사용하여 처리될 수 있습니다.

많은 하수 처리장은 축류 펌프를 사용하여 질화 혼합 액체를 통기 구역에서 무산소 구역으로 이동시켜 탈질한다.이러한 펌프를 내부 혼합액 재활용 펌프(IMLR 펌프)라고 합니다.원하수, RAS 및 질화 혼합액은 탈질하기 위해 무독성 구역에서 수중 혼합기에 의해 혼합된다.

슬러지 생산

활성 슬러지는 활성 슬러지 공장에서 생산되는 활성 생물학적 물질에 붙여진 이름이기도 합니다.과잉 슬러지는 "잉여 활성 슬러지" 또는 "폐기물 활성 슬러지"로 불리며 처리 과정에서 제거되어 폐수에서 공급되는 식품에 대한 바이오매스의 비율을 균형 있게 유지합니다.이 하수 슬러지는 보통 1차 정화제의 1차 슬러지와 혼합되며, 혐기성 소화, 비후화, 퇴비화 및 토지 도포 등의 추가적인 슬러지 처리를 거칩니다.

활성 슬러지 공정에서 발생하는 하수 슬러지의 양은 처리되는 폐수의 양에 정비례합니다.총 슬러지 생산량은 1차 침전 탱크의 1차 슬러지와 생물 반응기의 폐기물 활성 슬러지의 합계로 구성됩니다.활성 슬러지 프로세스는 약 70–100g/m/m3(1.9–2.7oz/cu yd)의 폐활성 슬러지(처리된 폐수 1m3당 생성되는 건조 고형분 그램)를 생성합니다.80g/입방미터(2.2oz/cu yd)가 [6]일반적인 것으로 간주됩니다.또한 1차 침전탱크에서는 약 110–170g/m3(3.0–4.6oz/cu yd)의 1차 침전탱크가 생성되며, 이 1차 침전탱크는 모든 활성 슬러지 프로세스 구성이 사용하는 [6]것은 아니다.

프로세스 관리

일반적인 공정관리방법은 슬러지 블랭킷 수준, SVI(Slunge Volume Index), MCRT(Mean Cell Residence Time), F/M(Food to Microganism) 등 활성 슬러지의 생물군과 주요영양소 DO(용해산소), 질소, 인산염, BOD(화학적인 산소요구량)를 모니터링하는 것이다.본 발명의 원자로/에어레이터 및 정화장치 시스템은 정화기 바닥에서 정화기 물기둥의 침전물 수준까지 진흙 블랭킷을 측정하는 것으로, 대형 플랜트에서는 하루에 3회까지 측정이 가능하다.

SVI는 건조 슬러지 고형물이 차지하는 침전 슬러지의 부피입니다.혼합액 시료의 침전 슬러지 부피를 L당 밀리리터 단위로 측정하여(침전 후 30분 후),[7][8] MLSS(Mixed Liques Suspent Solids)로 나누어 계산한다.MCRT는 공기 조절기 및 정화기의 혼합액 부유 고형물의 총 질량(kg 또는 파운드 단위)을 WAS 및 최종 [7][8]유출물로 유출되는 혼합액 부유 고형물의 질량 유량(하루 kg/파운드 단위)으로 나눈 값입니다.F/M은 통기 상태에서 유지되는 미생물 질량 대비 미생물에 매일 공급되는 식품의 비율이다.구체적으로는 에어레이터에 공급되는 BOD의 양(하루 kg/파운드)을 혼합액 휘발성 부유물질(MLVSS)의 양(kg 또는 파운드)으로 나눈 값입니다.참고: 편의상 MLSS(Mixed Liques Suspent Solid)를 사용하는 참고 자료도 있지만,[7][8] 미생물 측정에는 MLVSS가 더 정확하다고 판단됩니다.다시 말씀드리지만, 편의상 BOD 대신 COD를 사용하는 것이 일반적입니다. BOD는 결과에 5일이 소요됩니다.

이러한 관리 방법에 기초한 해결이 고체의 혼합액의 양이나 활성 오니(RAS) 돌아오는 활성 오니(WAS)을 낭비하고에 의해 다양하다.[표창 필요한]

식물의 종류

에는 활성 슬러지 식물의 여러가지 유형이 있다.[9]이들이 포함됩니다.

포장 플랜트

에는 패키지 식물들 유형의 광범위한, 종종 작은 지역 사회 또는는 하이브리드 치료 과정은 종종 에어로빅 슬러지의 사용은 들어오는 하수를 처리하다. 포함을 사용할 것 산업 공장을 제공할 것입니다.그런 식물들에서 치료의 일차적인 해결 단계 생략할 수 있다.이 식물들에서, 한 생물 floc는 필요한 기질을 제공한다 만들어집니다.패키지 식물과 전문 공학 기업들에 의해 꾸며지는 그들의 교통 수단은 공공 도로의 취업 사이틀 수 있는차원에서 3.7m(12피트×12피트)에 의해 일반적으로 너비와 3.7높이 설계된다.길이 용량을 가진 대형 플랜트를 조각으로, 현장에 용접 가공되는 것에 따라 다양하다.철강 합성의 물질들(예:플라스틱)에 대한 내구성에 선호된다.확장 에어 레이션의 패키지 식물들이 있commonly 변형,"건강하고 잊"접근법 작은 마을 공동체를 위한 전용 운영 직원들지 않고는 필요한 인상을 주게 된다.다양한 수준이 그들의 설계를 돕기 위해 있다.[10][11][12]

, 어려운 폐기물 치료하고, 간헐적인 흐름 더 적은 공간을 사용하려면 하이브리드 치료 식물의 디자인을 제작해 왔다.그러한 식물들은 종종 하나의 연합 무대의 세가지 주요 치료 단계에서 최소한 두 단계 결합합니다.영국, 폐수 처리 시설 중 많은 작은 인구에 봉사할 때 각각의 과정 무대용 큰 구조를 만드는데, 포장 식물이 실용적인 대안이다.미국에서는, 패키지 식물들 일반적으로 시골 지역 고속 도로 휴게소, 트레일러 공원에서 사용되고 있다.[13]

패키지 식물만큼 높거나 낮은 혐의로 기소될 참조됩니다.이것은 생물학적 부하가 처리되는 방식을 말합니다.고전하 시스템에서는 생물학적 스테이지에 높은 유기부하를 부여하고, 그 후 몇 시간 동안 혼합된 플록과 유기물을 산소로 처리한 후 새로운 부하로 다시 충전한다.저전하 시스템에서 생물학적 단계는 낮은 유기 부하를 포함하고 있으며 장기간 응집체와 결합됩니다.

산화구

더 많은 땅을 이용할 수 있는 일부 지역에서는 오수가 일반적으로 브러시 또는 디스크 에어레이터라고 불리는 하나 이상의 수평 에어레이터로 대형 원형 또는 타원형 도랑에서 처리되어 혼합된 액체를 도랑 주위에 몰아 [9]통기를 제공한다.이것은 파스비어, 오르발 또는 카루셀과 같은 제조 업체의 상호로 종종 언급되는 산화 도랑입니다.비교적 유지보수가 용이하고 소규모 지역사회(즉, 아침 식사 시간 및 저녁 시간)에서 자주 발생하는 충격 부하에 대한 탄력성이 뛰어나다는 장점이 있다.

산화 도랑은 일반적으로 '핏앤포겟' 기술로 설치되며, 일반적인 설계 매개변수는 24~48시간이고 슬러지 수명은 12~20일입니다.이는 질화 활성 슬러지 공장의 유지시간이 8시간이며 슬러지 수명은 8~12일인 것과 비교된다.

딥 샤프트/수직 처리

토지가 부족한 경우, 오수는 지면에 매설된 깊은 원기둥 탱크 밑면에 주입되는 압력식 리턴 슬러지 스트림에 산소를 주입하여 처리할 수 있다.이러한 갱도는 최대 100m(330ft) 깊이로 오수액으로 채워질 수 있습니다.오수가 상승함에 따라 축 밑부분의 압력에 의해 용액으로 강제된 산소는 활성 슬러지 생물에게 매우 효율적인 산소원을 제공하는 분자 산소로 발생합니다.상승하는 산소와 주입된 리턴 슬러지는 오수와 슬러지의 혼합을 위한 물리적 메커니즘을 제공합니다.혼합 슬러지와 오수를 표면에서 분리하여 상등액과 슬러지 성분으로 한다.딥 샤프트 처리의 효율은 높을 수 있습니다.

표면 공기 조절기는 통기 효율이 0.5–12.5 kg O/kWh(1.1–32.3 lb O/kWh), 확산 통기 효율은 1.5–2.5 kg2 O/kWh(3.3–5.5 lb2 O/kWh)인 것으로 일반적으로 알려져 있다.딥 샤프트는 5~8kg2 O/kWh(11~18lb2 O/kWh)를 주장합니다.

그러나 건축비는 비싸다.Deep Shaft는 국토 문제 때문에 일본에서 [14]가장 많이 흡수되었습니다.Deep Shaft는 ICI에 의해 Pruteen 프로세스에서 파생된 것으로 개발되었습니다.영국에서는 다음 3개의 사이트에서 볼 수 있습니다.산업 [15]기여도가 높은 폐수를 처리하는 Tilbury, 토지 공간 문제로 인해 United Utilities, 그리고 산업 폐수를 처리하는 ICI의 Billingham, 그리고 에이전트의 판매를 돕기 위해 ICI에 의해 건설되었습니다.

DeepShaft는 특허를 받은 라이센스 프로세스입니다.면허인은 여러 번 변경되었으며, 현재 (2015년) Noram[16] Engineering에서 판매하고 있습니다.

표면 통기 분지

상세 정보:통기성 석호
전형적인 지표면 통기 베이스링(모터 구동 부유식 에어레이터 사용)

산업용 폐수를 처리하는 대부분의 생물학적 산화 과정은 산소(또는 공기)와 미생물 작용을 공통적으로 사용합니다.표면 통기 분지는 1~10일의 [17]유지 시간으로 80~90%의 BOD 제거를 달성합니다.분지의 깊이는 1.5~5.0m(4.9~16.4ft)이며, [17]폐수 표면에 떠 있는 모터 구동식 에어레이터를 이용한다.

통기된 유역 시스템에서 에어레이터는 두 가지 기능을 제공합니다. 즉, 생물학적 산화 반응에 필요한 분지에 공기를 전달하고, 공기 분산과 반응 물질(즉, 산소, 폐수 및 미생물) 접촉에 필요한 혼합 기능을 제공합니다.일반적으로 부유면 에어레이터는 1.8~2.7kg2 O/kWh(4.0~6.0lb2 O/kWh)의 공기량을 제공하는 것으로 평가됩니다.그러나 활성 슬러지 시스템에서 일반적으로 얻을 수 있는 것만큼 좋은 혼합을 제공하지 못하기 때문에 통기성 유역은 활성 슬러지 [17]유닛과 동일한 성능 수준을 달성하지 못합니다.

생물학적 산화 과정은 온도에 민감하며, 0~40°C(32~104°F)에서 생물학적 반응 속도는 온도에 따라 증가합니다.대부분의 노면 통기 용기는 4~32°C(39~90°F)[17]에서 작동한다.

시퀀싱 배치 리액터(SBR)

주요 기사:시퀀싱 배치 원자로

시퀀싱 배치 원자로(SBR)는 동일한 용기 내에서 폐수를 일괄 처리한다.즉, 생물반응기와 최종 정화기가 공간 내에서 분리되지 않고 시간 순서대로 분리된다는 것을 의미합니다.설비는 적어도 두 개의 동일한 장비를 갖춘 탱크로 구성되며, 이 탱크는 서로 번갈아 사용할 수 있는 공통 입구를 가지고 있다.한 탱크가 안정/감소 모드인 동안 다른 탱크는 통기 및 충전 모드입니다.

통기 방식

확산 통기

호주 애들레이드 인근 활성 슬러지 하수처리장 통기조 내 미세 거품 확산기

오수액은 바닥에 부착된 확산망 통기 시스템이 있는 깊은 탱크에 흘러 들어간다.이것들은 열대어 수조에 사용되는 확산 공기석과 비슷하지만 훨씬 더 큰 규모이다.블록을 통해 공기를 펌핑하여 형성되는 기포의 막이 액체를 산소화하는 동시에 필요한 혼합작용을 제공한다.용량이 제한되거나 오수가 비정상적으로 강하거나 처리하기가 어려운 경우에는 공기 대신 산소를 사용할 수 있습니다.일반적으로 공기는 어떤 종류의 송풍기에 의해 생성됩니다.

표면 통풍기(원뿔)

활성 슬러지 하수 처리장의 통기 탱크용 표면 통기 장치(브라질 베스파시아노 Morro Alto 처리장)

깊이 있는 콘크리트 탱크 밑면 바로 위부터 하수액 표면 바로 아래까지 최대 직경 1m(3.3ft)의 수직으로 설치된 튜브.일반적인 샤프트의 높이는 10m(33ft)입니다.표면단부에서 튜브는 내면에 헬리컬 베인이 부착된 원추형으로 형성된다.튜브가 회전하면 베인은 원뿔에서 액체를 회전시켜 탱크의 바닥에서 새로운 하수액을 끌어냅니다.많은 작업에서 각 원뿔은 유지보수를 위해 필요한 경우 나머지 셀에서 분리할 수 있는 별도의 셀에 위치합니다.어떤 작품들은 셀에 2개의 원뿔을 가지고 있고 어떤 큰 작품들은 셀당 4개의 원뿔을 가지고 있다.

순수 산소 통기

순수 산소활성 슬러지 통기시스템은 밀폐탱크 원자로용기로, 표면통기식 임펠러가 탱크 내에 산소탄소액 표면 계면에 설치되어 있다.산소흡입량(DO)은 보 조정 레벨 제어와 환기 가스 산소 제어 산소 공급 밸브로 제어할 수 있습니다.산소는 공기의 극저온 증류, 압력 스윙 흡착 또는 기타 방법으로 현장에서 생성됩니다.이러한 시스템은 폐수 플랜트 공간이 많고 산소 정화에 높은 에너지 비용이 수반되기 때문에 높은 하수 처리량이 필요한 경우에 사용됩니다.

최근의 동향

활성 슬러지 공정의 새로운 개발은 Nereda 공정입니다. Nereda 공정은 매우 잘 침하되는 입상 슬러지를 생성합니다(슬러지 부피 지수가 200~300에서 40밀리리터/g(192-288에서 38 US floz/oz)).이 급속 침하 슬러지를 이용하기 위한 새로운 프로세스 원자로 시스템이 생성되어 외부에 [2]별도의 유닛이 없는 대신 통기 탱크에 통합된다.전 세계 약 30개의 Nereda 폐수 처리장이 운영 중이거나 건설 중이거나 설계 중이거나 규모가 5,000명에서 [3]858,000명까지 다양합니다.

문제들

프로세스의 혼란

상세 정보:2차 처리 § 설계상 고려사항

슬러지 벌킹은 활성 슬러지의 침하를 어렵게 하고 최종 배수 품질에 악영향을 미치는 경우가 많습니다.진흙이 불어나는 것을 처리하고 재발 방지를 위해 공장을 관리하려면 숙련된 관리가 필요하며 즉각적인 [1]개입을 위해 전임 작업 인력이 필요할 수 있습니다.

유독성 산업 오염을 주로 가정 오수를 처리하기 위해 설계된 처리 시설로 방출하는 것은 공정 혼란을 [18]야기할 수 있다.

비용 및 테크놀로지 선택

상세 정보:하수처리 types 처리과정 종류
상세 정보:하수처리 process 공정선택

활성 슬러지 프로세스는 다른 폐수 처리 시스템에 비해 상대적으로 비용이 많이 드는 첨단 기술, 에너지 집약적 또는 "기계화" 공정의 예입니다.그것은 매우 높은 수준의 [19]: 239 치료를 제공할 수 있다.

활성 슬러지 플랜트는 통기 탱크의 흡입구로 침전된 고형물을 이송하기 위해 통기기에 전력을 공급하고 많은 경우 폐기 슬러지 및 최종 유출물을 펌핑하기 위해 전적으로 전기 공급에 의존합니다.일부 작업에서는 처리되지 않은 오수를 펌프로 헤드워크로 끌어올려 작업 중에 충분한 낙하를 제공하여 최종 배수 헤드를 만족스럽게 할 수 있도록 한다.세류 필터 처리와 같은 대체 기술은 훨씬 적은 전력을 필요로 하며 중력만으로 작동할 수 있습니다.

역사

20세기 초에 활성 슬러지 공정을 개발한 Davyhulme 하수 작업 연구소.

활성 슬러지 공정은 1913년 영국에서 두 명의 엔지니어, 에드워드 아던과 W.T. [9]로켓에 의해 발견되었는데, 그들은 다비훌름 하수공장의 맨체스터 코퍼레이션 리버즈 부서에서 연구를 수행하던 중이었다.1912년, 맨체스터 대학의 과학자인 길버트 파울러 박사는 매사추세츠 로렌스 실험장에서 조류로 코팅된 병에 담긴 오수의 통기성을 포함한 실험을 관찰했다.파울러의 기술 동료인 아던과 로켓은 [9]드로우 앤 필(draw-and-fill) 원자로에서 오수를 처리하는 실험을 했는데, 이 원자로는 고도로 처리된 폐기물을 생산했다.그들은 폐수를 약 한 달 동안 지속적으로 통기시켜 샘플 물질의 완전한 질화를 달성할 수 있었다.활성탄과 유사한 방식으로 슬러지가 활성화되었다고 믿었기 때문에 활성 슬러지라고 명명되었습니다.훨씬 후에야 실제로 일어난 일이 생물학적 유기체를 집중시키는 수단이라는 것을 알게 되었고, 액체 유지 시간(콤팩트 처리 시스템의 경우 이상적이고 낮은)과 고체 유지 시간(BOD 및 암모니아 유출의5 경우 매우 높은 시간)을 분리했다.

그 결과는 1914년에 발표된 논문에 실렸으며, 2년 후 우스터에 최초의 본격적인 연속 흐름 시스템이 설치되었다.제1차 세계대전의 여파로 새로운 치료법은 특히 미국, 덴마크, 독일 및 캐나다로 빠르게 확산되었다.1930년대 후반까지, 활성화된 슬러지 처리는 하수 시스템과 하수 처리장이 [20]흔한 국가에서 잘 알려진 생물학적 폐수 처리 과정이 되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  3. ^ a b "First of three Nereda wastewater treatment plants in Ireland took flow". Dutch Water Sector. Partners for Water. 2015-09-10. Retrieved 2016-05-03.
  4. ^ "Explaining the Activated Sludge Process" (PDF). University of Virginia - National small flows clearing house. 2003. Archived from the original (PDF) on 17 August 2012. Retrieved 6 February 2022.
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