이차적 치료

Secondary treatment
농촌 하수도 처리장에 있는 이 작은 이차 클리어라이너는 부유 성장이나 고정 필름 생물 거름에서 형성된 생물학적 고형물을 제거하기 위한 전형적인 위상 분리 메커니즘이다.

이차적 처리란 하수나 비슷한 종류의 폐수에서 생분해성 유기물(용액 또는 정지 중)을 제거하는 것이다.[1]: 11 의도된 폐기 또는 재사용 방법에 적합한 하수처리장에서 일정 수준의 폐수 품질을 달성하는 것을 목적으로 한다."1차 치료" 단계는 종종 2차 치료보다 선행하는데, 이때 물리적인 위상 분리를 사용하여 정착 가능한 고형분을 제거한다.2차 치료 중에는 생물학적 과정이 생화학적 산소요구량(BOD)으로 측정된 용해 및 부유 유기물을 제거하는데 사용된다.이러한 과정은 치료 기술에 따라 미생물이 관리하는 에어로빅 또는 혐기성 공정에서 수행한다.박테리아와 원생대는 생물학적 고형물의 세포를 형성하기 위해 재생산하는 동안 생분해성 용해성 유기오염물질(예: 인간쓰레기, 음식물쓰레기, 비누, 세제 등의 유기적 쇼트체인 탄소분자)을 소비한다.2차 처리는 하수 처리에서 널리 사용되고 있으며 많은 농업 및 산업 폐기물에도 적용된다.

2차 치료 시스템은 고정 필름 또는 부유 성장 시스템으로 분류되며, 에어로빅 대 혐기성으로 분류된다.고정 필름 또는 부착된 성장 시스템으로는 미디어에서 바이오매스가 자라고 오수가 표면 위를 통과하는 트롤링 필터, 건설된 습지, 바이오 토우, 회전하는 생물 접촉기가 있다.[2]: 11–13 고정 필름 원리는 이동식 침대 바이오 필름 원자로(MBBR)[3]와 통합 고정 필름 작동 슬러지(IFAS) 공정으로 더욱 발전했다.[4]부유식 성장 시스템에는 폐수에서 운반되는 유기물을 흡수하고 흡착할 수 있는 미생물(박테리아, 원생동물)로 구성된 복합 바이오매스의 유지와 재순환에 기초한 에어로빅 처리 시스템인 활성 슬러지가 포함된다.건설된 습지도 이용되고 있다.혐기성 2차 처리 시스템의 예로는 상행 혐기성 슬러지 담요 원자로가 있다.

고정 필름 시스템은 생물학적 물질의 양에 대한 급격한 변화에 더 잘 대처할 수 있으며, 유기 물질과 부유 고형물의 제거율을 부유식 성장 시스템보다 더 높게 제공할 수 있다.[2]: 11–13 대부분의 에어로빅 2차 치료 시스템은 정착을 위한 2차 클리어라이너를 포함하고 2차 치료 생물반응기에서 자란 생물학적 플록이나 여과 물질을 분리한다.

정의들

1차 치료

본 섹션은 하수처리 § 1차 처리에서 발췌한 것이다.[편집]

이차적 치료

일차 처리 정착은 고체의 약 절반과 BOD의 1/3을 원하수에서 제거한다.[5]이차적 치료는 "생분해성 유기물질(용액 또는 부유물)과 부유물질의 제거"로 정의된다.통상적인 2차 치료의 정의에도 소독이 포함된다."[1]: 11 생물학적 영양소 제거는 일부 위생 기술자에 의해 2차 치료로, 다른 사람들에 의해 3차 치료로 간주된다.[1]: 11

이런 종류의 처리 후에 폐수를 이차 처리된 폐수라고 부를 수도 있다.

3차 치료

본 섹션은 하수처리 § 3차 처리에서 발췌한 것이다.[편집]
미세 여과 시스템의 전반적인 설정
고급 하수 처리에는 일반적으로 1차, 2차, 3차 처리라고 하는 3가지 주요 단계가 포함되지만 중간 단계와 최종 연마 과정도 포함될 수 있다.3차 치료("고급 치료"라고도 함)의 목적은 최종 치료 단계를 제공하여 수용수체에 방류되거나 재사용되기 전에 폐수의 질을 더욱 향상시키는 것이다.3차 치료 공정을 어느 치료 공장에서나 둘 이상 사용할 수 있다.소독을 실천한다면 언제나 마지막 과정이다.그것은 또한 "유연 연마"라고도 불린다.3차 치료에는 생물학적 영양소 제거(대안적으로 2차 치료로 분류할 수 있음), 환경 지속성 의약품 오염물질과 같은 미세공해제 소독 및 제거가 포함될 수 있다.

프로세스 유형

2차 처리 시스템은 고정 필름 또는 부유 성장 시스템으로 분류된다. 많은 2차 처리 프로세스가 존재한다. 자세한 내용은 폐수 처리 기술 목록을 참조하십시오.주요 내용은 아래에 설명되어 있다.

고정 필름 시스템

필터베드(산화베드)

주요 기사:트롤링 필터

오래된 식물이나 가변 하중을 받는 식물에서는 정착된 하수주가 콜라(탄화석탄), 석회석 칩 또는 특수 제작된 플라스틱 매체로 구성된 침대의 표면에 퍼지는 곳에 트롤링 필터 베드를 사용한다.그러한 매체는 형성되는 바이오필름을 지지하기 위해 넓은 표면적을 가져야 한다.이 술은 일반적으로 구멍이 뚫린 스프레이 암을 통해 유통된다.분배된 술은 침대를 통해 흘러나와 밑바닥의 배수구에 모아진다.이 배수구들은 또한 침대를 통해 스며들어 에어로빅을 유지시키는 공기의 원천을 제공한다.박테리아, 원생동물, 곰팡이의 생물필름은 미디어의 표면에 형성되어 유기농 성분을 먹거나 감소시킨다.[6]: 12 필터는 매달린 유기물을 소량 제거하는 반면, 유기물질의 대다수는 필터 안에서 일어나는 생물학적 산화 및 질화작용에서 미생물 번식과 세포 성장을 지원한다.이 에어로빅 산화와 질화 작용으로 유기 고형물은 곤충 애벌레, 달팽이, 벌레들이 갈아놓은 바이오필름으로 전환되어 최적의 두께를 유지하는데 도움을 준다.침대의 과부하로 인해 바이오 필름 두께가 증가하여 혐기성 조건과 필터 매체의 생물 로깅 및 표면의 연못화가 발생할 수 있다.[7]

회전 생물학적 접촉기

이 절은 회전 생물학적 접촉기에서 발췌한 것이다.[편집]
일반적인 회전 생물학적 접촉기(RBC)의 개략도.처리된 배출 클리어라이너/세틀러는 다이어그램에 포함되지 않는다.
회전하는 생물학적 접촉기 또는 RBC는 1차 처리 후 폐수의 2차 처리에 사용되는 생물학적 고정 필름 처리 과정이다.[8][9][10][11][12]1차 처리 과정에서는 선별 과정을 통해 그릿, 모래, 거친 부유물을 제거한 후 부유 고형물을 정착시키는 것이 포함된다.RBC 공정은 처리된 폐수가 환경(일반적으로 강, 호수 또는 바다)으로 배출되기 전에 폐수의 오염물질을 제거하기 위해 생물학적 필름과 접촉할 수 있도록 한다.회전하는 생물학적 접촉기는 이차적(생물학적) 처리 과정의 한 유형이다.그것은 폐수 표면 바로 위에서 지지되는 회전축에 장착된 일련의 밀접하게 간격을 두고 평행한 디스크로 구성되어 있다.폐수 오염물질의 생물학적 저하가 일어나는 디스크 표면에서 미생물이 자란다.

조성된 습지

이 구간은 조성된 습지에서 발췌한 것이다.[편집]
독일 뤼베크 인근 플린텐브레아이트의 생태 정착지에 습지를 조성한 것
건설된 습지(CW)는 하수, 그레이워터, 폭풍우 유출수 또는 산업용 폐수를 처리하기 위한 인공 습지다.그것은 또한 채굴 후 토지 매립을 위해 설계되거나 토지 개발로 손실된 자연 지역을 위한 완화 단계로 설계될 수 있다.건설된 습지는 식물, 토양, 유기체의 자연적인 기능을 사용하여 폐수에 이차적인 처리를 제공하는 공학적 시스템이다.건설된 습지의 설계는 처리할 폐수의 종류에 따라 조정되어야 한다.건설된 습지는 중앙집중식 폐수 시스템과 분산형 폐수 시스템 모두에서 사용되어 왔다.부유물질이나 가용성 유기물질(BOD와 COD로 측정)이 다량 있을 때 1차 치료를 권고한다.[13]

부유식 성장 시스템

활성화 슬러지

주요 기사:활성화 슬러지
활성 슬러지 공정의 일반화된 도식.

활성화 슬러지는 2차 치료의 일반적인 부유식 성장 방법이다.활성 슬러지 식물은 유기 물질을 실질적으로 제거하는 생물학적 플록의 성장을 촉진하기 위해 용존 산소를 사용하는 다양한 메커니즘과 과정을 포함한다.[6]: 12–13 생물학적 floc는 1차 클리어라이어 배출물의 영양소를 먹고 사는 생물체의 생태계다.대부분 탄산가소성 용존 고형물은 분해되어 생물학적으로 이산화탄소로 산화되거나 미생물을 재생산하는 추가적인 생물학적 고형물로 변환된다.질소성 용존 고형분(아미노산, 암모니아 등)은 생물학적 플록으로 변환되거나 플록이 질산염, 질산염, 그리고 어떤 과정에서는 변질화를 통해 질소 가스로 산화된다.일부 처리 과정에서는 변연화가 권장되지만, 변연화는 종종 플랜트의 정착을 방해하여 많은 부유식 방열 공장에서 낮은 품질의 방출을 야기한다.활성화된 슬러지 혼합 챔버의 오버플로는 처리된 물이 3차 처리 또는 소독으로 이동하는 동안 매달린 생물학적 플록이 정착되는 . ifier로 전송된다.정착된 플록은 1차 배출물에서 계속 자라기 위해 혼합 분지로 되돌려진다.대부분의 생태계와 마찬가지로 활성 슬러지 생물군 사이의 인구 변화는 치료 효율을 떨어뜨릴 수 있다.때때로 하수 균류로 잘못 식별되는 떠다니는 갈색 거품인 심초음파(Noardnia)는 많은 다른 곰팡이들과 원생들 사이에서 가장 잘 알려져 있는데, 이 균류는 플룩스를 과대포화시키고 공정의 변동을 일으킬 수 있다.농약, 산업용 금속 도금 폐기물 또는 극한 pH를 포함한 독성 폐기물의 농도가 높아지면 활성 슬러지 원자로 생태계의 생물학적 특징을 죽일 수 있다.[14]

배치형 원자로 시퀀싱

2차 처리와 정산을 결합한 시스템 중 하나는 순환 활성 슬러지(CASBR) 또는 시퀀싱 배치 원자로(SBR)이다.일반적으로 활성 슬러지는 유입되는 생하수와 혼합된 후 혼합하여 공기를 배출한다.정산된 슬러지는 본공장으로 일정 부분을 반환하기 전에 소진 및 재배출된다.[15]

CASBR 공정의 단점은 타이밍, 믹싱 및 aeration의 정밀한 제어가 필요하다는 것이다.이 정밀도는 일반적으로 센서에 연결된 컴퓨터 제어를 통해 달성된다.그러한 복잡하고 취약한 시스템은 제어장치가 신뢰할 수 없거나, 유지관리가 제대로 되지 않거나, 전원 공급이 간헐적일 수 있는 장소에는 적합하지 않다.

패키지 식물
본 섹션은 활성화된 슬러지 § 패키지 공장에서 발췌한 것이다.[편집]
다양한 종류의 패키지 플랜트가 있으며, 종종 유입되는 오수를 처리하기 위해 에어로빅 슬러지를 사용하는 혼합 처리 과정을 사용할 수 있는 소규모 커뮤니티 또는 산업 플랜트가 있다.그러한 발전소에서는 1차 정산 단계를 생략할 수 있다.이 식물들에서는 필요한 기질을 제공하는 생물학적 플록이 생성된다.패키지 공장은 특수 엔지니어링 회사가 설계 및 제작하여 공공 고속도로의 작업 현장까지 운송할 수 있는 치수(일반적으로 3.7 X 3.7m(12ft × 12ft)로 한다.길이는 대형 발전소를 조각으로 제작하여 현장에서 용접하는 용량에 따라 달라진다.강재는 내구성을 위해 합성재료(예: 플라스틱)보다 선호된다.패키지 플랜트는 일반적으로 확장형 aeration의 변형으로서, 전담 운영 인력이 없는 소규모 커뮤니티에 필요한 "적합하고 망각" 접근방식을 촉진한다.그들의 디자인에 도움이 되는 다양한 기준이 있다.[16][17][18]

확장형 aeration 패키지 플랜트는 aeration과 안착을 위해 별도의 basin을 사용하며, 타이밍 감도가 감소된 SBR 플랜트보다 다소 크다.[19]

멤브레인 바이오액터
주요 기사:멤브레인 바이오레터

멤브레인 바이오액터(MBR)는 멤브레인 액상-고체 위상 분리 공정을 이용한 활성 슬러지 시스템이다.멤브레인 성분은 저압 마이크로필트레이션이나 초경막 등을 사용하며 2차 클리어라이버나 여과가 필요 없다.일반적으로 막은 aeration tank에 담그지만, 일부 용도는 별도의 막 탱크를 사용한다.MBR 시스템의 주요 이점 중 하나는 기존의 CAS(활성화된 슬러지) 공정에서 슬러지의 정착 불량과 관련된 한계를 효과적으로 극복한다는 것이다.이 기술은 슬러지 안착에 의해 제한되는 CAS 시스템보다 혼합주류 부유물질(MLSS) 농도가 상당히 높은 바이오레터 작동을 허용한다.공정은 일반적으로 MLSS에서 8,000–12,000 mg/L 범위에서 운용되는 반면, CAS는 2,000–3,000 mg/L 범위에서 운용된다.MBR 공정에서 바이오매스 농도가 높아짐에 따라 용해성 물질과 미립자 생분해성 물질을 높은 부하율에서 매우 효과적으로 제거할 수 있다.따라서 보통 15일을 초과하는 슬러지 보유 시간이 증가하면 극도로 추운 날씨에도 완전한 질화(nitrification)를 보장할 수 있다.

MBR을 건설하고 운영하는 비용은 종종 전통적인 하수 처리 방법보다 높다.멤브레인 필터는 그리스로 눈이 멀거나 매달린 그릿에 의해 마모될 수 있으며 최고 흐름을 통과하는 클리어라이너의 유연성이 결여되어 있다.이 기술은 신뢰할 수 있는 사전 처리된 폐기물 흐름에서 점점 더 인기를 끌게 되었고, 침투와 유입이 통제된 곳에서는 널리 받아들여지고 있으며, 라이프사이클 비용은 꾸준히 감소하고 있다.MBR 시스템의 작은 설치 면적과 고품질 배출물은 특히 물 재사용을 위해 유용하다.[20]

에어로빅 과립
주요 기사:에어로빅 과립
Nereda biomass left and activated sludge after only minutes of settling.jpg

에어로빅 과립 슬러지는 PAO(폴리인산염 축적 유기체)와 GAO(글리코겐 축적 유기체)와 같이 느리게 성장하는 유기체를 선호하는 특정한 공정 조건을 적용함으로써 형성될 수 있다.과립의 또 다른 핵심 부분은 느린 침전성 슬러지가 폐기물의 슬러지와 더 빠른 침전 바이오매스를 보존하면서 배출되는 선택적 낭비다.이 공정은 네레다 공정으로 상용화되었다.[21]

표면적 건조 라건 또는 연못

주요 기사:공기식 석호
일반적인 표면 가열 분지(모터 구동 플로팅 에어로 사용)

에어로티드 라곤은 수면에 떠 있는 모터 구동식 에어로 석호로의 대기 산소 전달을 늘리고 석호 내용물을 혼합해 사용하는 저기술 부유식 2차 처리 방식이다.부유 표면 에어로기는 일반적으로 1.8 ~ 2.7 kg O2/kW 및 h에 해당하는 공기의 양을 전달하도록 등급이 지정된다.에어로티드 라건들은 기존의 활성 슬러지 시스템보다 덜 효과적인 혼합을 제공하며 동일한 성능 수준을 달성하지 못한다.분지의 깊이는 1.5미터에서 5.0미터 사이일 수 있다.표면 건조 분지는 1~10일의 유지 시간으로 BOD를 80~90% 제거할 수 있다.[22]미국의 많은 소규모 도시 하수 시스템(100만 갤./일 이하)은 에어로빅 라곤을 사용한다.[23]

신흥 기술

  • BAF(Biological Airated, 또는 Anoxic) 필터(Biological Airculated, 또는 Anoxic) 필터(BAF) 또는 바이오필터는 여과와 생물 탄소 감소, 질화 또는 변성화를 결합한다.BAF는 보통 필터 매체로 채워진 원자로를 포함한다.용지는 필터 발치에 있는 자갈 층에 의해 지지되거나 현수된다.이 매체의 이중 목적은 매체에 부착된 고활성 바이오매스를 지원하고 부유 고형물을 여과하는 것이다.탄소 감소와 암모니아 변환은 에어로빅 모드에서 발생하며 질산염 변환은 음산 모드에서 발생하는 반면, 때로는 단일 원자로에서 달성된다.BAF는 제조업체가 지정한 설계에 따라 업플로 또는 다운플로 구성으로 운용된다.[24]
  • 통합 고정 필름 작동 슬러지
  • 이동식 베드 바이오필름 원자로(MBBR)는 일반적으로 부유식 성장 시스템보다 작은 설치 공간을 요구한다.[25][26]

설계 고려사항

미국 환경보호국(EPA)은 20세기 후반에 관찰된 미국의 대표적인 생활하수를 처리하는 생물작용제들의 성능을 근거로 2차 처리를 정의했다.[27]2차 처리된 오수는 월평균 30mg/l BOD 미만, 부유물질 30mg/l 미만인 유출물이 발생할 것으로 예상된다.주간 평균은 최대 50%까지 높아질 수 있다.1차 및 2차 처리를 모두 제공하는 하수처리장은 최소 85%의 BOD와 부유물을 생활하수에서 제거할 것으로 예상된다.EPA 규제는 안정화 연못을 2차 처리와 동등한 처리 방법으로 유입하수에서 BOD와 부유 고형물을 제거하고 현대식 생물작용제보다 약 50% 높은 배출 농도를 방출하는 것으로 설명한다.이 규정은 또한 복합하수도, 희석된 산업폐수, 침식/유입의 특정 제거율을 충족시키는 것이 어렵다는 점을 인정하고 있다.[28]

프로세스 업셋

프로세스 업셋은 2차 치료 생태계 내에서 상당한 인구 변화로 인한 치료 플랜트 성능의 일시적 저하를 말한다.[29]이변을 일으킬 가능성이 있는 조건에는 유독성 화학물질과 생물작용제 생태계를 위한 식품을 제공하는 비정상적으로 고농도 또는 저농도의 유기 폐기물 BOD가 포함된다.

균일한 폐수 적재를 생성하는 척도는 상승 확률을 감소시키는 경향이 있다.고정필름 또는 부착 성장 2차 처리 생물반응기는 플러그 유량 원자로 모델이 바이오필름에 의해 식민지화된 표면 위로 물을 순환시키는 것과 유사하며, 부유성 성장 생물반응기는 물을 처리하는 동안 미생물을 매달아 두는 지속적인 저온 전차 원자로와 유사하다.이차 처리 생물작용제는 처리된 물에서 생물학적 고형분을 제거하기 위해 물리적 위상 분리를 따를 수 있다.고정 필름 2차 처리 시스템의 비정상적인 지속 시간은 처리 표면을 다시 식민지화하는 데 필요한 시간 때문에 더 길어질 수 있다.일시 중단된 성장 생태계는 인구 저수지로부터 회복될 수 있다.활성화된 슬러지 재활용 시스템은 시정 조치에 맞춰 이상 상태가 감지될 경우 통합 저장소를 제공한다.희석 시 BOD 농도를 낮게 유지할 경우 최대 폭풍 흐름 시 슬러지 배출 방지를 위해 슬러지 재활용을 일시적으로 중지할 수 있다.부유식 생장 활성 슬러지 시스템은 동일한 양의 물을 처리하는 고정필름 슬러지 필터 시스템보다 더 작은 공간에서 작동할 수 있지만, 고정필름 시스템은 생물학적 물질의 양의 급격한 변화에 더 잘 대처할 수 있고, suspe보다 유기 물질과 부유 고형분의 제거율을 더 높게 제공할 수 있다.중성 성장 [6]: 11–13 시스템

하수관로에 의한 풍수 집수를 제한하고, 산업시설은 발생 직후가 아닌 시간 간격에 걸쳐 처리폐기물을 하수로 배출하도록 함으로써 폐수유동 변화를 줄일 수 있다.적정 유기농 사업장폐기물 배출은 생활폐기물 배출량이 적은 기간을 통하여 2차 처리 생태계를 지속할 수 있도록 시기를 정할 수 있다.[30]휴일 폐기물 부하 변동을 경험하는 하수 처리 시스템은 사용 기간 단축을 통해 2차 처리 생태계를 유지할 수 있는 대체 식품을 제공할 수 있다.작은 시설은 용해성 당질의 용액을 준비할 수 있다.다른 이들은 사용량이 적은 기간 동안 정화조 펌프에 적합한 농업 폐기물을 찾거나 폐기장려금을 제공할 수 있다.

독성

2차 처리 생태계 내성 수준을 초과하는 생물산화물 농도를 포함하는 폐기물은 하나 이상의 중요한 생태계 종의 주요 부분을 죽일 수 있다.일반적으로 이 종에 의해 달성되는 BOD 감소는 다른 종들이 해당 식품원을 이용하기에 적합한 모집단에 도달하거나, 생물체 농도가 감소함에 따라 원래 모집단이 회복될 때까지 일시적으로 중단된다.[31]

희석

비정상적으로 낮은 BOD 농도를 포함하는 폐기물은 정상적인 폐기물 농도에 필요한 2차 처리 인구를 유지하지 못할 수 있다.기아 사태에서 살아남은 감소된 인구는 폐기물 부하가 정상으로 돌아올 때 이용 가능한 BOD를 완전히 활용하지 못할 수 있다.희석 현상은 폭풍우 유출수와 같은 비교적 오염되지 않은 많은 양의 물이 복합 하수구에 추가되어 발생할 수 있다.소규모 하수처리장은 냉각수 배출, 주요 배관 누수, 소방 또는 대형 수영장 배수 등으로 희석될 수 있다.

저유량 때문에 2차 처리 생물원료 내 폐기물 체류시간이 증가하면 BOD 농도가 낮아질 때도 비슷한 문제가 발생한다.학생들의 학업/수면 주기에서 발생하는 폐기물 부하 변동에 적응하는 대학 공동체의 2차 치료 생태계는 학교 방학에서 살아남는 데 어려움을 겪을 수 있다.산업 설비의 일상적인 생산 주기에 익숙해진 이차 처리 시스템은 산업 공장 가동 중단에서 살아남기 어려울 수 있다.유입되는 폐기물을 섭취하는 종의 개체수는 이러한 식량의 농도가 감소함에 따라 처음에는 감소한다.생태계의 포식자 개체수가 영양 수준이 낮은 유기체의 개체 수를 줄이기 위해 경쟁함에 따라 개체수의 감소가 계속되고 있다.[32]

최대 폐기물 하중

높은 BOD 농도는 2차 처리 생태계가 이용 가능한 식품을 활용할 수 있는 능력을 우선한다.유산소생물의 생태계 개체수는 2차 치료 생물작용제의 산소전달 한계에 도달할 때까지 증가한다.2차 치료 생태계 모집단은 산소 요구량이 낮은 종으로 이동할 수 있지만, 이러한 종들이 일부 식품 공급원을 사용하지 못하면 더 높은 배출 BOD 농도를 생성할 수 있다.BOD 농도의 극단적인 증가는 2차 치료 생태계 집단이 조정하기 전에 산소 농도를 떨어뜨릴 수 있으며, 중요한 종들 사이에서 급격한 개체군 감소를 야기할 수 있다.산소 농도가 정상으로 올라간 후 유산소 종의 개체수가 회복될 때까지 정상 BOD 제거 효율은 회복되지 않을 것이다.

온도

생물학적 산화 과정은 온도에 민감하며, 0 °C에서 40 °C 사이에서는 온도에 따라 생물학적 반응 속도가 증가한다.대부분의 표면 에어로빅 용기는 4°C에서 32°C 사이에서 작동한다.[22]

참고 항목

참조

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