KR20190074312A - 강화된 전기부상을 통한 폐수 처리를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
강화된 전기부상을 통한 폐수 처리를 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
폐수 처리 방법은, 해수 및 폐수 혼합물의 스트림을, 회분식 탱크의 외부에 장착되어 있는 하나 이상의 전해조 내에서, 전기분해하는 단계를 포함한다. 전기분해된 스트림은 회분식 탱크 위에 장착되어 있는 진압 챔버로 이송된다. 희석된 폴리머 용액은 인라인 혼합기의 상류에서 진압 챔버 내로, 전기분해된 스트림과 실질적으로 동시에, 주입된다. 폴리머 용액 및 전기분해된 스트림은, 미세 샤워로서, 회분식 탱크 내의 잔류 해수 및 폐수 위로 분산된다. 폴리머 용액은 현탁된 고형 입자들의 응집을 촉진하고, 미세 기포가 부착된 응집된 고형 입자들의 뚜렷한 부상층을 형성한다. 실질적으로 정화된 유출물은 응집된 층으로부터 분리되어 중화된 후 배출된다. 응집된 층은 회분식 탱크로부터 탈수 시스템으로 펌핑되며, 거기에서, 동반된 고형물은 목적하는 수준까지 압축된다. 고형물/슬러지 탈수 단계 동안 발생된 센트레이트는 회분식 탱크로 재순환되며, 그 후, 후속 처리 사이클 동안, 해수에 대한 보충으로서, 해수의 첨가가 이루어진다.
Description
본 발명은 폐수 처리에 관한 것이며, 특히, 기계적으로-유도된 전기부상(electroflotation)을 사용하여, 현탁 고형물, 유기물, 중금속 및 박테리아를 포함하는 폐수 오염물의 산화 및 제거에 관한 것이다.
물 내의 고형물/현탁된 불순물을 제거하기 위한 몇 가지의 종래 공정이 있다. 그러나, 각각의 이들 공정은 하기에 기술된 바와 같은 관련된 단점을 갖는다.
용존 공기 부상법(dissolved air flotation: DAF)은 오일 및 그리스와 같은 현탁된 물질 또는 고형물을 제거하여 폐수를 정화하는 수처리 공정이다. 이 제거는 외부 압축 공기 공급 또는 송풍기 유닛으로부터의 공기 공급 중 하나를 사용하여 압력하에 폐수에 공기를 용해시킨 다음, 부상 탱크 수조에서 대기압에서 공기를 방출함으로써 달성된다. 방출된 공기는 폐수 중의 현탁 물질에 부착하는 미세 기포를 형성함으로써, 현탁 물질이 물의 표면으로 부상되도록 하며, 거기에서, 현탁 물질은 기계적 스키밍 장치(skimming device)에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 특수하고 값비싼 산기장치(diffuser) 및 고압 공기 공급 장치 없이, 현탁 물질을 효과적으로 부상시키기 위한 가장 최적의 미세 기포 크기(기포 플럭스)를 생성하는 것은 어렵다. 또한, DAF 탱크의 바닥에 장착된 버블 산기장치는 탱크의 표면적의 100% 커버리지를 제공할 수 없으며, 그에 따라, 폐수의 일부가 처리되지 않은 채, 결국, DAF 부상 공정을 우회하도록 할 수 있다. 또한, 부상 고형 물질이 물의 표면에서 유지되기 때문에, 탱크로부터 고형물을 효과적으로 제거하려면 기계식 스키밍 장치 또는 펌프가 필요하다. DAF는 더욱 기계 집약적(mechanically intensive)이지만, 장비 유지보수가 등한시될 수 있는 해양 시추 플랫폼과 같은 장소에서는 적합하지 않다.
전기적으로 생성된 기포에 의한 부상을 포함하는 전기부상(electroflotation, EF)은 액상 중에 현탁되거나 용해된 부상 이온 또는 단단한 고형물을 제거하는 또 다른 공정이다. EF는 캐소드(비산화성 재료로 만들어질 수 있음) 및 애노드(철 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있음)가 필요하다. 전극 판 또는 팩(electrode plates or packs)은 전력 공급원에 연결될 수 있으며, 부상 탱크 내에서 수면 아래에 배치될 수 있다. 전기분해 동안, 전극 판/팩은 작은 기포(예를 들어, O2, H2)를 발생시키며, 그 다음, 작은 기포들이 물 속에 있는 오염물질(예를 들어, 현탁 고형물)에 부착된 후, 이들은 부상 탱크 내에서 위로 부상하기 시작하며, 거기에서, 오염 물질은 더 쉽게 수집 및 제거될 수 있다. 그러나, 정확한 버블 크기를 생성하기 위해서는 물에 잠긴 전극 판/팩에 대한 확실한 전력 제어가 필요하다. 종래의 EF 공정은 전극 표면에 형성되는 철 또는 알루미늄 하이드레이트 및 옥사이드의 층으로 인해 연속적인 유지보수가 필요하다는 단점이 있는데, 그들을 분리하지 않으면, 시간이 지남에 따라 전류가 감소하고 그에 따라 하이드레이트가 형성된다. 또 다른 단점은 전극이 불규칙한 마모를 겪는다는 것인데, 이는, 전극이 완전히 마모되기 전에 전극을 자주 교체해야 하는 필요성을 발생시킨다. 또한, 전극 판/팩의 유지관리는, 점검하기 위해서 부상 탱크의 배수 또는 물 체적으로부터의 전극 제거를 요구한다. 탱크의 바닥에 장착된 전극 판/팩은 종종 탱크의 물 표면적의 100% 커버리지를 생성하지 않으므로, 폐수의 일부가, 결국, 부상 공정을 우회하여, 처리되지 않은 채 처리 유닛을 빠져나가도록 한다. 또한, DAF 공정과 유사하게, 부상 고형 물질이 물 기둥의 표면에서 유지되기 때문에, 탱크로부터 고형물을 효과적으로 제거하기 위한 다양한 기계적 스키밍 장치 또는 펌프가 필요하다.
이러한 이유로, 폐수 처리 산업, 특히 해양 오수 처리 산업은 효율적인 고형물 분리, 유기물 및 박테리아 제거를 위한, 기술적으로 및 경제적으로 실행 가능한 시스템이 필요하다.
하나 이상의 구현예에 따르면, 본 발명은 폐수를 처리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일 구현예에서, 본 발명은 폐수 또는 해양 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.
일 구현예에 따르면, 폐수를 처리하기 위한 시스템(또는, "처리 시스템")은 수위 제어 시스템을 갖춘 주 회분식 하수 처리 탱크, 국부적으로 장착된 전기 제어 패널, 고효율 전해조(들), 수소 희석용 송풍기, 및 온-스키드(on-skid) 자동 폴리머 블렌딩/혼합 시스템으로 구성된다. 처리 시스템은 선상적재(ship-loose) 소듐 술파이트/바이술파이트 저장/탈염소화(중화) 탱크 및 화학물질 주입 펌프를 포함하는 탈염소화 유닛을 추가적으로 포함한다. 탈염소화 유닛은 염소-무함유 국제 해사 기구(IMO)-준수 유출물이 바다로 배출되도록 보장한다. 처리 시스템의 처리 용량은 4.85 내지 49.95 m3/day의 범위이지만, 작은 설치 점유 공간을 사용한다. 일 측면에서, 처리 시스템은 해양 하수 처리를 위한 영구 또는 장기 운전을 필요로 하는 해양(marine) 및 근해(offshore) 설비에서 사용된다.
처리 시스템은 작업자 개입이 거의 없는 자동 모드에서 운전되도록 설계된다. 플랫폼 또는 선박의 하수 처리 수요에 따라, 처리 시스템은 하수 이송(sewage transfer)을 초기화(initialize)하고 처리 공정을 시작한다. 문제 해결 및 응급 펌프 배출 및/또는 처리 시스템의 플러싱(flushing)을 위해 수동 운전 모드가 제공된다.
본 발명은 이하에서 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이며, 모든 첨부 도면은 본 발명의 장치, 시스템 및 방법을 기술하거나 이와 관련된 것이다. 도면은 축척대로 그려지도록 의도되지 않았으며, 다양한 도면에 도시된 각각의 유사한 구성요소는 같은 숫자로 표시된다. 도면에서:
도 1a 및 도 1b는 일 구현예에 따른 폐수 처리를 위한 예시적인 시스템의 여러 측면을 도시한다.
도 2a는 일 구현예에 따른 전해조를 도시한다.
도 2b는 다른 구현예에 따른 전해조를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 일 구현예에 따른 예시적인 폴리머 혼합 시스템의 여러 측면을 도시한다.
도 4는 일 구현예에 따른 폐수 처리를 위한 예시적인 시스템의 블록도를 도시한다.
도 5는 일 구현예에 따른, 매립 폐기를 위해 폐수 처리로부터 생성된 슬러지를 탈수하기 위한 예시적인 시스템의 블록도를 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 일 구현예에 따른 폐수 처리를 위한 예시적인 시스템의 여러 측면을 도시한다.
도 2a는 일 구현예에 따른 전해조를 도시한다.
도 2b는 다른 구현예에 따른 전해조를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 일 구현예에 따른 예시적인 폴리머 혼합 시스템의 여러 측면을 도시한다.
도 4는 일 구현예에 따른 폐수 처리를 위한 예시적인 시스템의 블록도를 도시한다.
도 5는 일 구현예에 따른, 매립 폐기를 위해 폐수 처리로부터 생성된 슬러지를 탈수하기 위한 예시적인 시스템의 블록도를 도시한다.
문맥에 따라, 이하에서 "발명"에 대한 모든 언급은, 일부 경우에 있어서, 일부 특정 구현예만을 지칭할 수 있다. 다른 경우에 있어서, 인식되는 바와 같이, "발명"에 대한 언급은 청구항들 중 하나 이상(그러나, 반드시 모든 청구항인 것은 아님)에 기재된 주제를 지칭할 것이다.
일 구현예에서, 본 발명은 현탁 고형물 및 다른 불순물(예를 들어, 유기물, 박테리아, 등등)을 함유하는 폐수 또는 해양 폐수의 처리 시스템(100)에 관한 것이다. 시스템(100)은 회분식 처리 시스템이며, 이 회분식 처리 시스템은 전해조(들)를 사용하여 효율적인 산화제/미세-기포를 발생시키고, 응집제로서 폴리머를 사용하여 현탁 고형물의 "부상층(floating layer)"을 형성하며, 이 부상층은 각 처리 사이클의 종료시에 시스템으로부터 효과적으로 제거된다.
본 명세서에서 사용되는 "폐수"라는 용어는 근해 플랫폼 및 해양 선박으로부터의 블랙 워터(black water) 및 그레이 워터(gray water), 또는 산업, 농업 및 도시/주거지 원천의 폐수 스트림과 같은, 처리되어야 하는 임의의 물(생분해성 재료의 고형 오염물질을 함유)을 포함한다. 해양 폐수 스트림은 통상적으로 블랙 워터, 그레이 워터 및 이들의 조합을 포함한다. 용어 "블랙 워터"는 대장균 및 기타 세균을 포함하는 분뇨(human waste)로 오염된 물을 지칭한다. 용어 "그레이 워터"는 조리실, 세탁실, 싱크대 및 샤워실의 물과 같은, 분뇨 없는 사용된 물을 지칭한다. 통상적으로, 해양 폐수는 독성 및 비독성 유기 및 무기 오염물질들, 셀룰로오스, 모래(sand), 티끌(grit), 인체 바이오매스 및 에멀젼을 포함하는 미세 및 거대 현탁된 고형 오염물질들, 및 가스로 구성된다. 합쳐진 블랙 워터 및 그레이 워터의 오염 잠재력(pollution potential)은 몇 가지 폐수 파라미터에 의해 표시되며, 그 주된 항목은 생화학적 산소 요구량(BOD), 화학적 산소 요구량(COD), 대장균 박테리아, 및 현탁 고형물(SS)이다. TSS는 본질적으로 유기물일 수 있으며, 유해 박테리아 및 기타 미생물에 대한 안전한 피난처(safe havens)로서의 역할을 할 수 있다. "폐수", "하수" 및 "해양 폐수"라는 용어는 이 문서에서 상호교환적으로 사용된다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 폐수를 처리하기 위한 방법 및/또는 처리 사이클에 관한 것이다. 이 방법은, 현탁 고형물을 효과적으로 분리하고 물을 정화하기 위해, 전기분해, 및 강화/기계적-유도 전기부상 단계(enhanced/mechanically-induced electroflotation stage)를 포함한다. 제1 단계에서, 전해조(들)를 사용하여, 유기물을 산화시키고 미세-기포(수소/산소)를 발생시키는데 도움이 되는 살균제(disinfectant)(예를 들어, 소듐 하이포클로라이트)를 생성할 수 있다. 이들 기포는 회분식 탱크 물 체적 내의 임의의 현탁 고형 물질을 상승시킬 수 있다. 제2 단계에서, 소량의 폴리머가 시스템 내 배관의 혼합 스풀(mixing spool) 내에서 인시투적으로(in-situ) 혼합될 수 있다. 혼합 스풀을 통과하는 공정 흐름은, 블렌딩된 폴리머가 폐수 스트림 내에서 우수하게 분산되는 것을 보장한다. 첨가된 폴리머는, 제1 단계로부터의 미세 기포와 결합되어, 고형물 응집 및 액체 표면에서의 부상을 용이하게 하기 위한 전기부상 조건을 형성한다. 이 방법은, 처리 공정 동안 생성된 젖은 중합된 고형 폐기물/슬러지를 처리하여, 매립 폐기를 위한 센트레이트(centrate) 및 압축된 슬러지를 얻는 단계를 더 포함한다. 이 센트레이트는 후속 폐수 처리 사이클 동안 사용되는 해수의 양을 줄이거나 해수를 보충하는 데 사용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 폐수 처리를 위한 시스템(100)을 예시하는 특정의 비제한적인 구현예의 여러 측면을 도시한다. 시스템(100)은 처리될 폐수를 수용하기 위한 단일 회분식 탱크(105)를 포함한다. 이 회분식 탱크(105)는 또한, 폐수와 혼합될 해수를 함유하도록 설계된다. 예시적인 구현예에서, 회분식 탱크(105)는 부식-방지 아크릴 폴리우레탄 코팅으로 코팅된 탄소강으로 제조된다. 회분식 탱크는 슬러지 및 정화된 유출물을 탱크의 바닥으로부터 인출할 수 있는 방식으로 구성된다. 기존의 탱크에서, 정화된 유출물을 바닥에서 빼낼 때, 남아있는 슬러지는 탱크의 다른 장치들(예를 들어, 전해조)을 막거나 막히게 하여 유지보수 문제를 일으킬 수 있다. 이와 같이, 종래의 탱크에서, 고형 폐기물은 상부로부터 제거되어야 하는데, 이는 공정에 또 다른 단위 조작을 부가하게 된다. 이는 패들(paddle), 스키머(skimmer) 및 기타 기계적 장치의 추가를 요구함으로써 운전 비용을 증가시킨다.
회분식 탱크(105), 전해조(110), 폴리머 혼합 장치 또는 시스템(130), 등을 포함하는 시스템 구성요소들은 스키드(skid)(125) 상에 간편하게 장착된다. 스키드(125)는 소형 강철 기저 프레임을 포함할 수 있다. 다른 시스템 구성요소들은 도 4를 참조하여 기술된다. 펌프, 배관, 센서 또는 밸브와 같은 추가적인 공정 장비가 시스템(100) 전체에 걸쳐 사용될 수 있다. 시스템(100)은, 작업자의 개입이 최소화된 상태에서, 자동 회분식 모드로 동작하도록 구성된다. 시스템(100)은 해양 선박의 하수 처리 수요에 기초하여 하수 이송을 초기화하고 처리를 시작할 수 있다.
회분식 탱크(105)는 전해조(110)와 유체 연통된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "전해조(electrolytic cell)"라는 용어는 하나, 둘 또는 다수의 전해조들을 포함할 수 있다(예를 들어, 더 큰 해양 선박 또는 처리 유닛들에 사용하기 위해). 전해조(110)는 회분식 탱크(105)의 외부에 의도적으로 배치된다. 이는 회분식 탱크(105) 내에 함유된 구성요소/부품들을 감소시킨다. 이는 또한, 부식/마모 및 찢어짐을 최소화하고 전해조(110)를 정비하기에 보다 편리하게 한다. (만약 셀을 회분식 탱크 내에 배치한다면, 임의의 유지보수 작업을 수행하기 전에 탱크는 완전히 배수되어야만 한다). 소포제 주입 펌프(442)는 소량의 희석된 소포제를, 전해조(110)를 떠나는 산화된 폐수 혼합물에 주입하기 위해 제공된다. 송풍기(120)는 전해조(110)가 작동할 때 시동되도록 구성될 수 있다. 재순환 펌프(140)는 산화된 폐수 스트림을 인-라인 혼합 스풀/배관(135)을 통해 재순환시키도록 구성된다.
시스템(100)은 전기 제어 패널(150)을 포함한다. 제어 패널(150)은 간단하고 조작하기 쉽다. 제어 패널(150)은, 시스템(100)의 안전하고 효율적인 작동을 위한 기초로서, 스위칭 전원 공급 장치 및 스마트 릴레이 제어기(smart relay controller)를 사용한다. 모든 시스템 구성요소는 제어 패널(150)에 사전 배선될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 전해조(110A, 110B)의 2개의 예시적인 구현예의 등각 투영도(isometric view)를 보여준다. 전해조는 실질적으로 편평한/책-형태의 하우징(110A) 또는 실질적으로 원통형의 하우징(110B)을 가질 수 있다. 하우징 지오메트리(110A, 110B)에 관계없이, 전해조(110)는 해수로부터 하이포클로라이트 및 다른 혼합 산화제를 발생시킴으로써 폐수 내의 박테리아/병원체를 없애기 위한 주요 구성요소로서 기능하도록 구성된다. 전해조(110)에는 한 쌍 이상의 대향 전극들(미도시), 및 이 전극들 사이에 전류를 가하기 위한 수단(미도시)(예를 들어, DC 전원)이 구비된다. 전해조(110) 내의 전극들의 전기적 극성은, 유지보수를 최소화하기 위해, 주기적으로(즉, 처리 시스템이 연속적으로 작동될 때 매 24 시간마다 한번씩) 반전될 수 있다. 이 작업은 전극의 자가 세정이 가능하도록 하여 경도(hardness)(칼슘 및 마그네슘) 침착물을 제거한다. 처리 시스템(100)은 희생 전극(sacrificial electrode)을 포함하는 전해조(들)를 사용하지 않는다(희생 전극은 전형적으로 불균일한 마모를 겪기 때문에, 이들이 완전히 마모되기 전에, 빈번하게 이들을 교체할 필요성을 발생시킨다).
도 3a 및 도 3b는 폴리머 혼합 시스템(130)의 예시도를 보여준다. 폴리머 혼합 시스템(130)은 순수 폴리머를 미리 측정된 부피의 물, 전형적으로는 용수 또는 급수(utility or service water)와 혼합하기 위해 제공된다. 해수를 제외하고, 음용수(potable water) 또는 비음용수(non-potable water) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
이제 도 3a를 참조하면, 폴리머 혼합 시스템(130)은 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310)을 포함한다. 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310)은, 해수를 제외한 비음용수와 순수 폴리머를 혼합하기 위한 자동 고전단 폴리머 혼합기(320)를 포함하여, 희석된 폴리머 용액을 생성한다. 대부분의 폴리머의 점도가 높기 때문에, 폴리머 응집체 및 "피쉬 아이(fish eyes)" 없이 폴리머를 효과적으로 공정 흐름 속으로 분산될 수 있도록 하는 적합한 혼합이 필수적이다. (피쉬 아이는 혼합 공정 동안의 불량 분산으로 인해 발생되는 구형의 또는 부분적으로 수화된 폴리머이다). 일 측면에서, 혼합기(320)는 정사각형 구멍 고전단 헤드를 포함한다. 폴리머 혼합 시스템(130)에는 모터(330), 및 모터(330)에 대한 전기 연결을 위한 연결 박스가 제공된다. 모터(330)는 축(shaft)(전형적으로, 깨끗한 파이프)을 통해 믹서(320)에 작동 가능하게 연결된다. J-박스(340)는 폴리머 혼합기 모터에 대한 전기적 연결을 제공한다.
이제 도 3b를 참조하면, 폴리머 혼합 챔버/컬럼(130)은 2개의 스위치, 즉 고 액위 스위치(350A) 및 저 액위 스위치(350B)를 포함한다. 스위치(350A 및 350B)는 서로 다른 높이로 설정되어, 시스템(100)이 기울어지거나 기울어진 위치에 있을 때(예를 들어, 22.5 도의 경사)조차도, 희석된 폴리머의 최적의 정확한 양이, 인-라인 정적 혼합 스풀/배관(135)의 상류에서, 재순환되는 산화된 폐수에 첨가되는 것을 보장한다.
다시 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 희석된 폴리머는, 인-라인 정적 혼합 스풀/배관(135)의 상류에서, 희석 폴리머 주입 펌프(155)에 의해 첨가됨으로써 진압 챔버(quelling chamber)(115)로 이송된다.
시스템(100)을 사용하여 폐수를 처리하기 위한 예시적인 방법은 도 4를 참조하여 기술된다. 새로운 회분식 처리 사이클은, 소정의 부피의 해수(405)가 자동 해수 유입 밸브(407)를 개방함으로써 탱크(105)로 이송되는 충전 사이클로 시작된다. 해수는 내부 해수 분무기(410)에 의해 탱크(105)로 이송된다. 분무기(410)는 탱크(105)의 상단부를 따라 구성될 수 있다. 해수는 처리 공정의 중요한 요소인데, 왜냐하면, 유기물을 효과적으로 제거하고 분변 대장균을 죽이기 위해 필요한 양의 소듐 하이포클로라이트를 생성하기 위한 전해 산화/살균이 해수에 의존하기 때문이다. 탱크(105)는 수위 센서(409)로부터 수신된 측정치에 기초하여 미리 정의된 탱크 수위로 충전된다. 이해되는 바와 같이, 하나 이상의 수위 센서가 회분식 탱크(105) 내의 액체 수위를 검출하는데 사용될 수 있다. 일단 회분식 탱크(105) 내의 미리 정의된 해수 수위에 도달하면, 구동된 해수 공급 밸브(407)는 자동으로 닫히거나/동력원이 끊어지도록 구성된다.
해수 스트림이 회분식 탱크(105)에 첨가되는 것과 동시에, 순수 폴리머의 스트림이 순수(neat) 폴리머 저장 탱크(430)로부터 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310) 내로 순수 폴리머 주입 펌프(145)에 의해 펌핑된다. 해수(435)를 제외한 미리 측정된 부피의 음용수 또는 비음용수는, 밸브(437)를 개방함으로써, 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310) 내로 유입될 수 있다. 해수를 제외한 음용수 또는 비음용수 및 순수 폴리머는, 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310)에서 미리 설정된 유량으로 고 전단 혼합기(도 3a에 도시된 바와 같이)에 의해 매우 잘 혼합되어, 폐수 중에 현탁되어 있는 고형물의 응집 또는 덩어리화를 위해 사용 가능한 희석된/블렌딩된 폴리머 용액을 형성할 수 있다.
미리 정의된 해수 수위에 도달하면, 수위 센서(409)는 폐수(415)를 이송하기 위해 하수 이송 펌프에 신호를 전송할 수 있다. 흐름 제어용 볼 밸브(미도시됨), 또는 당해 기술분야에 공지된 다른 메커니즘은, 하수 이송 펌프에 설치되어, 탱크(105) 내로의 목적하는 또는 최적의 유량을 보장할 수 있다. 폐수는 회분식 탱크(105)에 미리 정해진 수위로 채워진다. 미리 결정된 수위에 도달하면, 수위 센서(409)는 폐수 이송을 종결시키기 위한 신호를 전송할 수 있다. 폐수 및 해수의 목적하는 또는 최적의 유량은 시스템(100)의 처리 능력에 따라 달라질 수 있다.
액체 수위 게이지/액체 수위 투시 유리(420)는 회분식 탱크(105)의 한 측면에 연결될 수 있다. 수위 게이지(420)는 투명한 튜브를 포함한다. 회분식 탱크(105) 내의 액체 수위가 변화할 때 수위 게이지(420)는 회분식 탱크(105) 내의 액체의 실제 수위를 시각적으로 표시한다. 이것은 작업자에게 회분식 탱크(105) 내의 실제 액체 수위를 모니터링하고 측정할 수 있는 편리한 메커니즘을 제공한다.
그런 다음 불림기(macerator)/그라인더(grinder) 펌프(425)에 전력이 공급된다. 밸브(422)가 개방되고, 회분식 탱크(105)의 바닥으로부터의 폐수 및 해수 혼합물의 스트림이 불림기(425)를 통해 보내진다. 불림기(425)는 폐수 스트림 중에서 발견되는 고형물을 수많은 높은 표면적들을 제공하는 더욱 작은 입자 크기로 효과적으로 갈거나 불려서 처리를 향상시키고 폐수 혼합물이 전해조를 막거나/가릴 위험 없이 전해조(110)의 대전된 표면을 통과하는 것을 돕도록 구성된다.
전환 밸브(427)가 활성화되거나 또는 거기에 동력원이 공급됨으로써, 불려진 폐수 혼합물이 전해조(110)로 이송되는 것이 가능하게 된다. 전환 밸브(427)는 밀봉 플러시 솔레노이드 밸브(seal flush solenoid valve)일 수 있다. 전해조(110)에 전력이 공급되고, 불려진 폐수 혼합물이 대향하는 전극들 사이에서 효과적으로 전기분해됨으로써, 혼합된 산화제가 형성된다. 산화제는 주로 소듐 하이포클로라이트를 포함한다. 소듐 하이포클로라이트는 효과적으로 폐수 혼합물을 산화시킬 수 있다. 소듐 하이포클로라이트는 상당한 양의 유기물을 제거하고 분변 대장균을 파괴한다. 작동 중에, 전해조(110)는 수면의 계면 수위에서 입자상 물질을 지지하기 위한 미세 기포를 발생시킬 수 있다. 폐수 혼합물의 재순환은 소정의 시간 동안 계속될 수 있다. 예를 들어, 폐 슬러리는 약 5 내지 20 분 동안 전해조(110)를 통해 재순환될 수 있다. 산화된/전해된 혼합물은 전해조로부터 회분식 탱크(105)와 유체 연통하는 진압 챔버(115)로 이송된다. 송풍기(120)는 전해조(110)에 전력이 공급될 때 시동되도록 구성될 수 있다. 축열식 송풍기(regenerative blower)(120)는 주변 공기를 통기 라인 내로 강제 주입하는데 사용된다.
소포제 저장 탱크(440)는 하나 이상의 희석된 소포제 또는 기포방지제를 저장하기 위해 제공된다. 일 측면에 있어서, 소포제는 유기 소포제이다. 소포제는 자연 발생 톨유 지방산(TOFA) 및 폴리올로부터 유도되어 폴리올 디에스테르를 형성할 수 있다. 산화/전기 분해 사이클 동안, 소포제 주입 펌프(442)는 전력이 공급되면 소량의 희석된 소포제를, 소포제 저장 탱크(440)로부터, 전해조(110)를 떠나는 산화된 폐수 혼합물 내로 주입한다. 소포제는 현탁 고형물 내에 동반된 임의의 가스로부터 발생하는 임의의 과도한 기포 축적을 관리하고, 전해조(110)를 빠져나가는 산화된 스트림에서의 기포 발생을 최소화하는데 사용된다. 또한, 통상적으로, 더 작은 기포는 종종 전해조(110)의 전극들 중 캐소드 표면을 가로질러 굴러다니다가 더 큰 기포로 응집된다. 본 발명자들은 소포제의 도입이 이러한 응집 작용을 억제한다는 것을 발견했다.
전기 분해 동안 수소, 산소 및 기타 잔류 가스의 작은 기포가 부생성물로서 생성된다. 이들 가스는 산화된 스트림에 동반된다. 전해조(110)를 빠져 나갈 때, 소듐 하이포클로라이트 및 가스와 혼합된 공정/산화된 스트림은 진압 챔버(115)로 보내진다. 진압 챔버(115)는 회분식 탱크(105) 위에 장착된다. 소듐 하이포클로라이트와 가스가 혼합된 공정 스트림이 진압 챔버(115)로 유입됨에 따라, 전기 분해 반응 동안 생성된 동반된 가스는, 주변 공기에 의해, 공기 중 수소의 폭발 하한치(또는, LEL(lower explosive level))인 25% 미만으로 희석된다. 희석된 가스는 진압 챔버(115)로부터 통기 라인(445)을 통해 안전한 위치로 확실하게 배출된다. 이것은 적어도 더 큰 공정 가스 기포가 안전한 방식으로 대기로 배출되도록 한다. 따라서, 잔류하는 공정 스트림은, 동반된 미세한/작은 가스 기포들을 예외로 하고, 실질적으로 탈기된다.
진압 챔버(115)는 분배 응집 팩(distribution coalescing pack)(450)을 더 포함한다. 응집 팩은 박스/콘테이너 내에 함유된 복수의 일체형 유동 산기 장치 또는 전환기 플레이트(diverter plates)를 포함한다. 미세 기포를 함유하는 산화된 스트림은 응집 팩(450) 위로 향한다. 스트림은 플레이트(450)를 통해 분산되어, 연속적인 스트림 또는 흐름 대신에 초미세 액적으로서, 회분식 탱크(105) 내의 물의 표면 상으로 쏟아져 내리거나 분산된다. 응집 팩(450)은 스트림의 접촉 표면적을 증가시켜 스트림을 분산시키고 그 유동 에너지를 제거한다.
진압 챔버(115)의 바닥은 플레이트(450)를 포함하고, 회분식 탱크(105) 내로 개방된다. 진압 챔버(115)는 스트림의 흐름을 늦추고 스트림 내의 임의의 고형 입자가 부서지지 않도록 보장한다. 센서(409)는 충전 부피를 제어하고 응집 팩(450)의 바닥과 회분식 탱크(105) 내의 물의 표면 사이에 소정의 공기 간격이 유지되도록 한다. 이 소정의 공기 간격은, 예를 들어, 약 2 인치 내지 8 인치, 바람직하게는 3 내지 6 인치로 미리 설정된다. 이 미리 설정된 간격은 회분식 탱크(105) 내에서의 효과적인 고형물 분리를 보장한다.
순수/농축된 폴리머는 순수 폴리머 저장 탱크/용기(430) 내에 저장될 수 있다. 순수 폴리머 저장 탱크(430)는 스키드(예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 도시된 125) 상에 장착될 수도 있다. 대안적으로, 폴리머는 스톡 용기(stock container) 또는 통(미도시)으로부터 인출될 수 있다. 폴리머는 폐수 중에 현탁된 고형물의 응집 또는 덩어리화를 촉진시키는 응집용/탈수용 폴리머이다. 폴리머는 양이온성 폴리머일 수 있다. 일 측면에서, 양이온성 폴리머는 양이온성 폴리아크릴아미드이다. 예를 들어, 폴리머는, 높은 분자량을 갖는 4차화된(quaternized) 양이온성 모노머와 아크릴아미드의 코폴리머(또는, 폴리아크릴아미드 인버스(inverse) 에멀젼)이다. 양이온성 폴리머는, 넓은 pH 범위(4.0 내지 9.0)에 걸쳐 효과적인 수용성 응집제이다.
전술한 바와 같이, 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310)은 폴리머 용액의 제1 또는 고 수위 및 폴리머 용액의 제2 또는 저 수위를 탐지하기 위한 2개의 스위치(350A 및 350B)를 포함한다. IMO 방출 표준을 충족시키기 위해 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310)에서 폴리머 수위를 모니터링하는 것이 중요하다. 정확한 양의 폴리머 블렌드/믹스가 회분식 탱크(105)에 첨가되도록 보장하기 위해서는 2개의 스위치가 필수적이다. 실험을 통해, 본 발명자는 처리 시스템이 기울어진 위치에 있을 때, 단일 스위치만 갖는 것은 회분 용액 중의 목적하는 양의 폴리머 혼합물을 생성하기에 충분하지 못하다는 것을 발견했다. 따라서, 폴리머 혼합 챔버/컬럼(310)은 처리 공정에 대한 더 나은 제어를 제공하기 위해 안전 장치로서 2개의 스위치를 갖도록 구성되었다.
재순환 펌프(140)에 전력이 공급되면, 재순환 펌프(140)는, 산화된 폐수 스트림을 인-라인 혼합 스풀/배관(135)을 통해 다시 진압 챔버(115)로 재순환시키기 시작한다. 희석된 폴리머 주입 펌프(155)에도 전력이 공급된다. 그런 다음, 이 혼합된 폴리머 용액이, 희석된 폴리머 주입 펌프(155)에 의해, 인-라인 혼합 스풀/배관(135)의 상류에 주입된다. 실질적으로 탈기된 공정 스트림과 유사하게, 폴리머 용액은 플레이트(450)에서 회분식 탱크(105) 내로 비처럼 쏟아져 내리게 된다. 산화된 폐수 스트림 재순환 및 희석된 폴리머 주입 사이클이 완료된 후, 회분식 탱크에서 짧고 조용한 체류 시간(예를 들어, 약 5 내지 15 분, 및 바람직하게는, 약 10 분)이 준수된다. 조용한 체류 시간은, 회분식 탱크(105) 액체 체적의 표면 상에서 부상 물질 층의 형태로 산화 스트림 내의 고형물이 농축되는 것과, 부상 층으로부터 맑은 유출물이 분리되는 것을 용이하게 한다.
진압 챔버(115)에 위치된 플레이트(450)는, 희석된 폴리머를 함유하는 산화된 폐수 스트림이, 평온 샤워(calming shower) 형태로, 탱크(105) 체적의 액체 표면 계면 상에 분산되도록 구성된다. 후속적으로, 매우 부유성인 현탁 고형물 덩어리가 물 표면에서 형성되고, 거기에서 미세 기포가 응집된 덩어리들에 부착된다. 응집된 입자는 회분식 탱크(150) 내의 물의 상단부 표면 상에 부상 층을 형성한다. 이러한 현상은 "전기부상(electroflotation)"으로 지칭된다. 따라서, 원래 폐수 스트림 중의 고형물 입자는 이제, 기포에 의해, 회분식 탱크의 물 표면 상에서, 부상 층으로서 부유되고, 반면에 이 부상 층 아래에는, 바다로 배출될 수 있는 실질적으로 맑은 처리된 유출물이 존재한다.
폴리머는 두 가지 기능을 한다. 첫째, 폴리머는 폐수 중에 현탁된 고형 불순물을 끌어당기고, 이 불순물의 표면 전하를 중화시킨다. 전하 중화는 전기부상 공정의 핵심이다. 둘째로, 폴리머는 산화된 폐수 스트림에 함유된 고형 불순물의 응집을 시작하기 위한 응집제로서 작용한다. 전기 분해 공정에서 나오는 동반된 미세 기포는 물 표면 계면에서 충격을 받아, 폐수 스트림에서 발견되는 응집된 입자의 부상을 촉진한다. 응집된 입자의 밀도는, 응집된 입자가 실질적으로 정화된 유출물의 표면 위에 머무르는 정도이다.
조용한 체류 시간 후에, 밸브(459)는 솔레노이드에 의해 작동되어 정화된 유출물의 통과를 촉진한다. 재순환 펌프(140)는 밸브(457)를 통해 정화된 유출물을 빼내서 바다로 또는 임의의 지정된 장소로 보내도록 작동된다. 선외로 배출되기 전에, 정화된 유출물 스트림은 술페이트계 화학물질을 첨가함으로써 중화된다. 중화 처리된 스트림(485)은 이제, 임의의 잔류 염소가 실질적으로 없는 상태이다. 정화된 유출물이 제거됨에 따라, 매끄러운 덩어리진 슬러지 층은 회분식 탱크(105)의 벽을 타고 내려가 탱크의 측면에 달라붙는다. 일 측면에서, 회분식 탱크(105)의 하나 이상의 측벽들의 일부는 회분식 탱크(105)의 바닥으로 슬러지가 낙하하기 용이하게 안쪽으로 경사져 있다. 고형물 트랩(455)은 회분식 탱크(105)의 바닥에 근접하도록 구성된다. 고형물 트랩(455)은 실질적으로 "버섯" 모양 캡을 갖는 배관 고정장치를 포함한다. 고형물 트랩(455)은, 펌프 배출(pump out) 또는 배출(discharge) 동안, 덩어리진 슬러지와 정화된 유출물의 교차 오염이 발생하지 않는 것을 보장하도록 구성된다. 다른 구현예에서, 캡은 종형, 볼록형(convex) 또는 우산형일 수 있다. 또 다른 측면에서, 고형물 트랩(455)은 "P-트랩" 배관 고정장치일 수 있다.
고형물 트랩(455)은 또한, 정화된 상청액/유출물과 함께 슬러지가 펌프 배출되는 것을 방지하도록 구성된다. 고형물 트랩(455)의 상단부 표면에 "정지 수위"가 설정될 수 있다. 센서(409)가 유출물 수위가 정지 수위에 도달했음을 감지하면, 재순환 펌프(140)에 대한 에너지 공급이 차단된다. 이러한 작동은 회분식 탱크(105)로부터의 정화된 유출물의 배수를 중단시키며, 그에 따라, 덩어리진 덩어리는 정화된 유출물과 함께 배출되지 않게 된다. 따라서, 고형물 트랩(455)은 덩어리진 덩어리에 대한 트랩으로서 작용한다(덩어리짐의 농도/밀도 때문에).
소량의 정화된 유출물이 회분식 탱크(105) 내에 잔류할 수 있다. 회분식 탱크(105)는 세척 분무기(wash down sprayer)(460)를 더 포함한다. 세척 분무기(460)는, 회분식 탱크(105) 내에서, 해수 분무기(410) 아래 및 고형물 트랩(455) 위에 위치한다. 분무기(460)는 각 충전 사이클의 시작 시에 탱크(105)의 내벽을 따라 임의의 고형 입자 또는 파편의 내부 세척을 촉진한다. 세척 분무기(460)는 회분식 탱크(105)에 남아있는 고형물을 잔류하는 정화된 유출물과 혼합하여 슬러리를 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 "탱크 세척" 단계는 탱크(105)의 측벽들의 적합한 세정을 허용하고, 슬러리의 적합한 혼합을 용이하게 하여, 고형물 배출 사이클 동안 탱크(105)로부터의 인출을 용이하게 한다. 슬러리는 약 0.8 내지 2.5 wt%의 고형물을 포함한다. 밸브(422)는, 탱크 고형물 트랩(455)의 바닥을 통해 슬러리를 빼내기 위해, 재위치(또는, 에너지 공급)된다. 불림기(425)에 에너지가 공급되면, 슬러리가 밸브(427 및 462)를 통해 재순환되어 회분식 탱크(105)로 되돌아간다. 이 단계는 "헹굼 단계"라고 불리며, 배출을 위해, 잔류하는 젖은 고형물을 생성한다. 짧은 시간 후에, 밸브(462)는, 고형물 탈수/취급 시스템 또는 고객의 고형물 저장 탱크로의 배출을 허용하도록, 재위치된다. 불림기 펌프(425)는 낮은 차단 수위 측정치가 회분식 탱크(105)의 수위 센서(409)에 의해 감지될 때까지 젖은 고형물을 이송한다. 낮은 차단 수위에 도달하면, 불림기 펌프(425)에 대한 에너지 공급이 차단된다. 배출 밸브(462)에 대한 에너지 공급이 차단되면, 배출 밸브(462)는 "정상" 위치로 되돌아간다. 이것은 본질적으로, 한 번의 완전한 회분식 처리 사이클을 완료시킨다. 회분식 탱크(105)는 다시 비워지고, 해수는 다음 처리 사이클을 위해 회분식 탱크를 채우기 시작할 수 있다. 자동 회분식 작동 사이클은, 시스템(100)이 물리적으로 자동 작동 모드에서 벗어나거나 시스템이 오류 또는 경보(alarm)를 만나지 않는 한, 계속될 수 있다.
중화 공정을 다시 참조하면, 일 측면에서, 탈염소화 유닛(480)이 제공된다. 탈염소화 유닛(480)은 화학물질 주입 펌프 또는 계량 펌프(475)를 포함한다. 회분식 탱크(105)를 떠나는 실질적으로 정화된 처리된 유출물은 선외로 배출되기 전에 최적의 양의 하나 이상의 탈염소화 화학약품(예를 들어, 소듐 바이술파이트, 소듐 술파이트, 소듐 티오술페이트 또는 이산화황)의 첨가에 의해 탈염소화될 수 있다. 출발 신호는 탈염소화 유닛(480)으로 보내져서 탈염소화 화학약품을 정화된 유출물 배출 스트림 내로 주입할 수 있다. 탈염소화된 유출물은 회분식 탱크(105) 내의 센서(409)에 의해 "저 수위" 스위치 포인트가 감지될 때까지 선외로 펌핑된다. 이것은 재순환 펌프(140)에 대한 에너지 공급을 차단하고, 탈염소화 신호는 제거된다. 유출물 배출 밸브(459)에 대한 에너지 공급이 차단되고, 유출물 배출 밸브(459)는 "정상" 위치로 되돌아간다.
배출되는 유출물의 염소 함량(< 0.5 mg/L)은, 추가 처리없이 해양 환경으로의 유출물 방출에 대한 IMO 결의안 MEPC.227(64)의 요건을 충족시키도록 구성된다. 탈염소화된 유출물은 환경적으로 안전하고, 잔류 염소를 실질적으로 결여한다.
탈염소화된 유출물(485)은 배관을 통해 선외로 중력을 이용하여 배수될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 탈염소화된 유출물을 선외로 배출하기 위해 스테인레스 스틸 원심분리 선외배수 펌프(미도시)를 포함할 수 있다. 배출된 유출물은 100 cfu/100 ml 미만의 분변 대장균, 17 mg/L 미만의 BOD5, 84 mg/L 미만의 COD, 23 mg/L 미만의 TSS, 6 내지 8.5의 pH, 및 0.5 mg/L 미만의 총 잔류 염소를 포함한다.
일 측면에서, 온라인 탁도 센서/전송기(470)는, 탈염소화되어 선외로 배출되기 전에, 맑은 처리된 유출물 내의 탁도/총 현탁 고형물 수준을 모니터링한다. 온라인 탁도 센서(470)는, 탈염소화 화학약품이 배출 유출물 내로 주입되기 전 및/또는 후에, 배출 유출물 내의 탁도를 감지(네펠로 탁도 단위(NTU))할 수 있도록 배치될 수 있다.
일 측면에서, 배출된 0.8 내지 2.5 wt% 젖은 고형물/슬러지(465)는 오프-스키드(off-skid) 하수 수집/균등화 탱크에서 수집될 수 있다. 하수 수집/균등화 탱크(미도시)는 시스템(100)의 고객/사용자에 의해 제공될 수 있다.
다른 측면에서, 회분식 탱크(105)로부터 배출된 0.8 내지 2.5 wt% 젖은 고형물/슬러지(465)는 탈수 처리와 같은 추가 처리를 거칠 수 있다. 도 5는, 도 4를 참조하여 전술된 폐수 처리 공정 동안 생성된 슬러지를 탈수 또는 압축하기 위한 시스템(500)의 예시적인 블록도를 보여준다. 탈수 시스템(500)은 원심분리-기반의 슬러지 탈수 시스템이다. 탈수 시스템(500)은, 0.8 내지 2.5 wt%의 젖은 고형물을 함유하는 슬러지를, 탈수된 슬러지가 10 내지 13 wt%의 고형물을 함유하게 되는 시점까지, 효과적으로 탈수하도록 구성된다. 탈수된 슬러지는 승인된 B급 시립 고형 폐기물 매립 시설에서 처분될 수 있는 "B급" 유형의 위생 폐기물로 분류될 수 있으며, 시립 처리 장소에서의 추가적인 육상 처리를 필요로 하지 않는다. 이 탈수 시스템(500)의 작동은 자동화될 수 있다. 탈수 시스템(500)은 원심 분리 시스템 제어 패널(미도시)을 통해 처리 시스템(100)과 통신할 수 있다.
탈수 시스템(500)은 자동 모드에서 작동된다. 탈수 시스템(500)은, 처리 시스템(100)으로부터 수용된 슬러지 배출물에 대한 탈수 작업을 시작할 준비가 되면, 신호(예를 들어, "원심분리기 수용 준비(centrifuge ready to receive)" 신호)를 전송하도록 구성된다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 처리 시스템(100)으로부터의 슬러지가 탈수 시스템(500)으로 이송될 준비가 되면, 불림기 펌프(425)는 0.8 내지 2.5 wt% 젖은 고형물/슬러지 스트림(465)을, 회분식 탱크(105)가 비워질 때까지, 슬러지 수집 탱크(510)로 이송하고, 이와 함께, "슬러지 이송" 신호와 같은 신호를 원심분리 유닛(530)에 전송한다. 슬러지 탈수 공정 동안, 슬러지 수집 탱크(510)는 서지 탱크(surge tank)로서 사용된다.
탈수 시스템(500)이 없는 경우, 고객은 많은 질량 및 부피의 슬러지를 해양 선박의 선상에서 저장하는 문제를 처리해야 할 것이다. 예를 들어, 제1 처리 사이클 후에 많은 부피의 슬러지(0.8 내지 2.5 wt% 고형물을 함유함)가 생성된다. 고객은 보관 기간에 따라 이러한 부피의 슬러지 폐기물을 저장할 수 있는 막대한 용량의 탱크가 필요할 것이다. 0.8 내지 2.5 wt% 젖은 고형물을 탈수시킴으로써, 약 10 내지 13 wt%의 농축된 고형물로 압축된다. 탈수 공정으로부터 얻은 센트레이트(centrate)는 회분식 탱크로의 재순환에 의해 재사용될 수 있으며, 그에 따라, 해수 사용 부피를 줄일 수 있다. 따라서, 고객은 작은 부피의 압축된 슬러지 만을 선박 상에서 보관하면 된다. 밸브(555)는, 센트레이트 흐름(560)이 처리 유닛에 있는 회분식 탱크(105)로 되돌아가도록 개방되는 작동화 볼 밸브(actuated ball valve)이다.
센트레이트(560)가 처리 시스템(100)으로 반송된 후, 슬러지 수집 탱크(510) 체적은, 온/오프 밸브(516)를 통해 중력 흐름에 의해 재순환 탱크(520)로 이송된다. 이것은 슬러지 수집 탱크(510)를 비운 후, 처리 시스템(100)으로부터의 다음 폐기물 회분의 슬러지/젖은 고형물을 수용하도록 준비된다.
탈수 시스템(500)은 이어서 처리 시스템(100)으로부터의 다음 회분의 슬러지 이송을 준비하기 위해 처리 시스템(100)에 "원심분리기 수용 준비" 신호와 같은 신호를 전송할 수 있다. 탈수 시스템(500)은 재순환 탱크(520)가 채워지면 작동을 시작한다.
재순환 펌프(526)는 재순환 탱크(520)로부터 슬러지를 인출한다. 펌프(526)는 원심분리기(530)를 통해 슬러지 스트림을 통과시킨다. 원심분리기(530)에서, 고속 회전에 의해 생성된 원심력은, 유체로부터, 동반된 고형물을 분리하는데 사용된다. 원심분리기(530)는 유체를 수용하기 위한 내부의 원심분리 보울(bowl)(미도시)을 포함한다. 일 측면에서, 미국 특허 제 6,224,532 호, 제 6,461,286 호, 제 6,478,724 호, 제 6,932,757 호 및 제 7,044,904 호(이들의 내용은 인용에 의해 본 명세서에 통합됨)에서 기술된 바와 같이, 원심분리기(530)는 축을 중심으로 회전하도록 구성된 스핀들(여기에서 내부 원심분리 보울은 스핀들과 함께 회전하도록 스핀들에 부착됨); 구동축; 구동축와 함께 회전하도록 구동축에 부착된 스크레이퍼 블레이드(scraper blade)(스크레이퍼 블레이드는 원심분리 보울의 내부 표면 상에 축적된 고형물을 선택적으로 제거할 수 있음); 및 클러치 메카니즘;을 포함한다. 슬러지가 회전하는 원심분리기로 들어가면, 슬러지는 원심분리기 보울의 벽 옆에 원환을 형성한다. 원심력으로 인해, 탈수된 고밀도 고형 물질은 원심분리 보울의 벽을 향해 바깥쪽으로 이동하고, 이와 동시에, 액체는 보울로부터 넘쳐 흘러서 재순환 탱크(520) 내로 중력 배수된다. 이 액체는 비교적 고형물을 결여한다. 10 내지 13 wt% 고형물은 원심분리기의 벽에 보유된다. 이것은 미리 설정된 시간 간격 동안 계속되며, 그 동안, 유체는 스트림에 동반된 고형물로부터 분리된다. 미리 설정된 시간이 만료된 후, 회전하는 원심분리기 보울은 서서히 멈추고 탈수된 고형물은 내부 스크레이퍼에 의해 원심분리기 보울로부터 긁어진다. 이들 고형물이 보울로부터 긁어지거나/제거될 때, 이들은, 탈수된 고형물 수집 용기(540) 내로 중력에 의해 떨어질 수 있게 된다. 탈수된 고형물 수집 용기(540)는 원심분리기(530) 밑에 배치될 수 있다.
이러한 전체 작동 동안, 수위 감지기들(514 및 524)은 관련 탱크들(510 및 520) 내의 수위들을 모니터링할 수 있다. 탱크(510 및 520)에는 각각 대기 탱크 통기구(atmospheric tank vent)(512 및 522)가 제공된다. 재순환 탱크(520) 내의 임의의 잔류 센트레이트 물(550)은 탈수 시스템(500)으로부터 밸브(528 및 545)를 통해 배출될 수 있다.
일 측면에 있어서, 탈수 시스템은 슬러지를 0.8 내지 2.5 wt% 고형물로부터 10 내지 13 wt% 고형물로 압축할 수 있으므로, 처분해야 할 슬러지의 질량 및 부피를 감소시킨다. 고객은 10 내지 13 wt% 고형물을 폐기하는 것에 대해서만 걱정하면 된다. 탈수 시스템(500)은 회분식 처리 시스템(100)과 동시에 작동한다.
일 측면에서, 폐수 처리는 해양 선박의 선상에서 수행될 수 있다. 이 선상 처리는 통상적으로 시립 수처리 플랜트 또는 이와 동등한 시설에 대한 접근이 제한적인 장소들에서 사용된다. 이러한 위치의 예는 선박 및 해상 굴착 플랫폼이다.
시스템의 하나 이상의 구현예는 감소된 점유면적(footprint)을 가지며, 폐수내의 고체 및 액체를 분리하는 구성요소의 수 및 복잡성을 감소시킴으로써(자동 밸브, 전해조의 수, 일상적인 유지보수 강철 지지체 구조, 전력 공급, 제어 시스템), 시스템이 작동하기 더 용이하다. 이것은 또한, 재료 비용 및 제조 인시(man-hour) 비용을 줄인다.
형식 승인 인증 시험
형식 승인 인증 시험은 출원인의 처리 시스템에 대해 선급협회(Bureau Veritas: BV) 공인 기관의 감독하에 수행되었다. 처리 시스템은 1976년 12월 3일 결의안 MEPC 2(VI)에서 국제 해사 기구(IMO)의 해양 환경 보호 위원회(MEPC)가 채택한 "유출물 기준에 관한 하수 처리 플랜트의 성능 시험에 대한 지침"; 및 2006년 10월 13일 MEPC 159(55) 및 2012년 10월 5일 MEPC 227(64)에서 채택된 수정안 아래에서 작동되었다.
형식 시험을 위한 원료 하수 특성: 전체 형식 시험 기간 동안의 원료 하수의 품질은 MEPC.227(64) 결의안의 5.2 절에 규정된 요건을 충족시켰다. 표 1은 원료 하수(유입수)에 대한 TSS, BOD5, COD 및 탁도의 기하 평균, 최소값 및 최대값을 나열한다.
표 1: 처리 시스템의 형식 시험 동안의 원료 하수 특성
| 파라미터 | 단위 | 육상 시험에 대한 MEPC.227(64) 요건 |
기하 평균 | 최소값 | 최대값 |
| TSS | mg/L | 500 (최소) | 796 | 497 | 1,303 |
| BOD5 | mg/L | 규정되지 않았음 | 211 | 127 | 281 |
| COD | mg/L | 규정되지 않았음 | 1,041 | 852 | 1,436 |
| 탁도 | NTU | 규정되지 않았음 | 427 | 190 | 590 |
| pH | - | 규정되지 않았음 | 7.1 | 6.7 | 7.4 |
| FC | CFU/100 mL | 규정되지 않았음 | >17,222 | 9,200 | >20,000 |
주: TSS - 총 현탁 고형물, BOD5 - 5일 생화학적 산소 요구량, COD - 화학적 산소 요구량, FC - 분변계 대장균, TRC - 총 잔류 염소, TN - 총 질소, 및 TP - 총 인. 기하 계산의 경우, 20,000 CFU/100 mL보다 크게 분석된 FC 값은 20,000 CFU/100 mL로 간주된다.
형식 시험의 탈염소 유출물 특성: 이 스트림은 처리 시스템을 빠져나오는 선외 유출물(overboard effluent)을 나타낸다. 표 2는 탈염소 유출물에 대한 TSS, BOD5, COD 및 탁도의 기하 평균, 최소값 및 최대값을 나열한다.
표 2: 처리 시스템에 의해 달성된 탈염소 유출물 특성
| 파라미터 | 단위 | IMO MEPC.227(64)에 따른 유출물 한계 |
OMNIPURETM Series 64 Gen II STP(희석 비: 0.67)에 대한 수정된 유출물 한계 | 기하 평균 |
최소값 | 최대값 |
| TSS | mg/L | 35 x Qi/Qe | 23 (35 x 0.67) | 14 | 9 | 35 |
| BOD5 | mg/L | 25 x Qi/Qe | 17 (25 x 0.67) | 13 | 2 | 23 |
| COD | mg/L | 125 x Qi/Qe | 84 (125 x 0.67) | 48 | 40 | 60 |
| FC | CFU/ 100mL | 100 | 100 | 23 | 1 | 609 |
| pH | 단위 | 6 내지 8.5 | 6 내지 8.5 | 7.0 | 6.7 | 7.4 |
| TRC | mg/L | <0.5 | <0.5 | 0.06 | 0.00 | 0.49 |
| TN | mg/L | 20 (또는 70% 감소) | 20 (또는 70% 감소) | NA | NA | NA |
| TP | mg/L | 1 (또는 70% 감소) | 1 (또는 70% 감소) | NA | NA | NA |
주: TSS - 총 현탁 고형물, BOD5 - 5일 생화학적 산소 요구량, COD - 화학적 산소 요구량, FC - 분변 대장균, TRC - 총 잔류 염소, TN - 총 질소, TP - 총 인, NA - 분석되지 않음. 기하 계산의 경우, 0.0 mg/L로 기록된 TRC 값은 0.001 mg/L로 간주되는 반면, < 2.0 mg/L로 기록된 BOD5 값은 2.0 mg/L로 간주된다.
따라서, 본 발명은 본 명세서에서 언급된 목적 및 장점을 얻기 위해서 뿐만 아니라 본 명세서에 내재된 목적 및 장점을 얻는데 매우 적합하다. 이전의 설명은 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않은 채 다른 측면들 또는 구현예들에 따라 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 일의적으로 한정된다. 문서, 행위, 재료, 장치, 물품 등의 논의는 본 발명의 맥락을 제공하기 위한 목적으로만 본 명세서에 포함된다. 이러한 사안들 중 일부 또는 전부가 선행 기술 자료의 일부를 형성했다거나 본 출원의 각 청구항의 우선권 날짜 이전에 본 발명과 관련된 분야에서 통상적인 일반 지식이었다는 것을 시사하거나 나타내지 않는다.
또한, 전술된 특정의 예시적인 구현예는 변경되거나 수정될 수 있으며, 이러한 모든 변형은 본 발명의 범위 및 사상 내에서 고려된다. 시스템 및 방법이 다양한 장치/구성요소 또는 단계를 "포함하는(comprising)", "함유하는(containing)", 또는 "포함하는(including)" 것으로 기술되어 있지만, 시스템 및 방법은 또한, 다양한 장치/구성요소 또는 단계로 "본질적으로 이루어지는(consist essentially of)" 또는 "이루어지는(consist of)" 것으로 이해될 수 있다. 하한 및 상한을 갖는 수치 범위가 개시될 때마다, 임의의 수 및 범위 내에 속하는 임의의 포함된 범위가 구체적으로 개시된다. 특히, 본 명세서에 개시된 모든 값 범위("약 a 내지 약 b," 또는, 동일하게, "대략 a 내지 b" 형태의)는 더 넓은 범위 내의 값들에 포함되는 모든 수 및 범위를 기재하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 특허권자가 명시적으로 명확하게 정의하지 않는 한, 청구항의 용어는 분명하고, 통상적인 의미를 갖는다. 더욱이, 청구항에서 사용된 바와 같이, 단수 용어는 본 명세서에서 그것이 소개하는 하나 또는 하나보다 많은 요소를 의미하도록 정의된다. 본 명세서 및 본 명세서에 인용에 의해 통합될 수 있는 하나 이상의 특허(들) 또는 기타 문서들에서 단어 또는 용어의 사용에 상충되는 부분이 있을 경우, 이 명세서와 일치하는 정의가 채택되어야 한다.
Claims (21)
- 미리 결정된 제1 수위에 도달할 때까지 회분식 탱크를 해수로 채우는 단계;
상기 회분식 탱크 내의 해수 및 폐수 혼합물이 미리 결정된 제2 수위에 도달할 때까지, 폐수를 상기 회분식 탱크로 이송하는 단계로서, 상기 폐수가 현탁된 고형 입자들을 포함하는, 단계;
상기 해수 및 폐수 혼합물의 스트림을 전해조 내에서 전기분해하는 단계로서, 상기 전해조는 상기 회분식 탱크 외부에 장착되어 있는, 단계;
상기 전기분해된 스트림을 진압 챔버(quelling chamber)에 이송(piping)하는 단계로서, 상기 진압 챔버는 상기 회분식 탱크 위에 장착되어 있고, 상기 진압 챔버는 폴리머 용액 및 상기 전기분해된 스트림을 분산시키기 위한 일체형 유동 산기장치 플레이트(integral flow diffuser plates)를 갖는 응집 팩(coalescing pack)을 포함하며, 상기 전기분해된 스트림은 상기 전기분해 동안 발생된 동반된 미세 기포(entrained micro/fine gas bubbles)를 포함하는, 단계;
희석된 소포제 용액을 화학물질 주입 펌프를 통해 소포제 저장 챔버로부터 상기 전해조의 출구에 주입하는 단계;
희석된 폴리머 용액을 인라인(in-line) 혼합기 배관의 상류에 주입하는 단계로서, 상기 폴리머 용액은 상기 전기분해된 스트림과 실질적으로 동시에 상기 진압 챔버 내로 이송되는, 단계;
상기 폴리머 용액 및 상기 전기분해된 스트림을 미세 샤워(fine shower)로서 상기 회분식 탱크 내에 잔류하는 해수 및 폐수 위에 분산시키는 단계로서, 상기 폴리머 용액은 상기 현탁된 고형 입자들의 응집(flocculation)을 촉진시키는, 단계;
상기 미세 기포가 부착된 상기 응집된 고형 입자들의 뚜렷한 부상층(distinct buoyant layer)을 형성하는 단계;
상기 응집된 층으로부터 실질적으로 정화된 유출물(clarified effluent)을 분리하는 단계;
상기 회분식 탱크에 상기 정화된 유출물의 스트림을 분무하여 잔류 고형 입자를 갖는 슬러리를 형성하는 단계;
상기 슬러리를 탈수하여 상기 잔류 고형물을 압축하고 센트레이트(centrate)를 발생시키는 단계; 및
후속 처리 사이클 동안 사용하기 위해 상기 센트레이트를 상기 회분식 탱크로 재순환시키는 단계;를 포함하는 폐수 처리 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 전기분해 단계 전에 상기 현탁된 고형 입자를 불리는(macerating) 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기분해된 스트림이 상기 진압 챔버로 이송되기 전에, 상기 소포제 용액이 상기 전기분해된 스트림 내의 과잉 기포 축적을 관리하는, 폐수 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 폐수 처리 방법은, 인시투 폴리머 혼합 시스템에서, 양이온성 폴리머를 미리 결정된 부피의 용수(service water)와 블렌딩하여, 희석된 상기 폴리머 용액을 제조하는 단계를 더 포함하고, 상기 폴리머 혼합 시스템은 폴리머 혼합 챔버/컬럼을 포함하는, 폐수 처리 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 해수를 상기 회분식 탱크로 이송하는 것과 동시에, 상기 양이온성 폴리머를, 상기 블렌딩 단계를 위해 상기 폴리머 혼합 챔버/컬럼 내로 펌핑하는 폐수 처리 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 폴리머 혼합 챔버/컬럼에 제1/상부 스위치 및 제2/하부 스위치를 제공하여, 상기 폴리머 혼합 챔버/컬럼 내의 폴리머 용액 수위를 감지함으로써, 상기 폴리머 용액의 최적량이 상기 회분식 탱크에 첨가되는 것을 보장하는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 응집된 층으로부터 상기 실질적으로 정화된 유출물의 상기 분리를 가능하게 하기 위한 침강(settling) 시간 사이클을 촉진하는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 정화된 유출물을 상기 회분식 탱크로부터 배출하는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 정화된 유출물의 상기 배출은 미리 결정된 제3 수위에 도달될 때 종료되는, 폐수 처리 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 배출 단계 이전에 하나 이상의 화학물질을 사용하여 상기 정화된 유출물 내의 잔류 염소를 중화시키는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 중화 단계 전에 및/또는 후에 상기 정화된 유출물의 탁도를 측정하는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 응집된 층이 상기 정화된 유출물과 함께 배출되지 않도록 하기 위해, 장치를 사용하여, 상기 회분식 탱크에서 상기 응집된 층을 실질적으로 포획(trapping)하는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 폐수 처리 방법은, 차단(shutoff) 수위가 상기 회분식 탱크에서 감지될 때까지, 상기 응집된 층을 상기 회분식 탱크로부터 슬러지 탱크 내로 펌핑하는 단계를 더 포함하고, 상기 차단 수위는 실질적으로 비어있는 회분식 탱크에 해당하는, 폐수 처리 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 회분식 탱크를 해수로 충전하는 것을 재개하여, 상기 폐수를 처리하기 위한 후속 사이클을 시작하는 단계를 더 포함하는 폐수 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 후속 처리 사이클 동안 해수의 상기 첨가 전에 상기 센트레이트가 상기 회분식 탱크에 다시 첨가되고, 상기 센트레이트는 상기 해수를 보충하는, 폐수 처리 방법.
- 폐수 처리 시스템으로서, 상기 폐수 처리 시스템은:
폐수 및 해수를 수용하기 위한 회분식 탱크로서, 상기 폐수는 현탁된 고형 입자들을 포함하는, 회분식 탱크;
상기 회분식 물 탱크와 작동가능하게 통신하는 전해조로서, 상기 전해조는 상기 회분식 탱크의 외부에 장착되어 있고, 상기 전해조는 상기 해수 및 폐수 혼합물의 스트림을 전기분해하도록 구성되며, 상기 전기분해된 스트림은 동반된 미세 기포(entrained micro/fine gas bubbles)를 포함하는, 전해조;
상기 회분식 탱크 위에 장착되어 있고, 상기 회분식 탱크와 유체 연통하는 진압 챔버; 및
인시투 폴리머 혼합 시스템으로서, 상기 폴리머 혼합 시스템은 폴리머 혼합 챔버/컬럼을 포함하며, 상기 폴리머 혼합 챔버/컬럼은 상기 폴리머 혼합 챔버/컬럼 내의 폴리머 용액 수위를 감지하기 위한 제1/상부 스위치 및 제2/하부 스위치를 갖는, 인시투 폴리머 혼합 시스템;을 포함하고,
상기 회분식 탱크는 하나 이상의 센서를 포함하고, 상기 하나 이상의 센서는:
상기 회분식 탱크 내의 미리 결정된 해수 충전 수위에 해당하는, 미리 결정된 제1 수위;
상기 회분식 탱크 내의 미리 결정된 폐수 충전 수위에 해당하는, 미리 결정된 제2 수위;를 감지하도록 구성되며,
상기 진압 챔버는 일체형 유동 산기장치 플레이트(integral flow diffuser plates)를 갖는 응집 팩(coalescing pack)을 포함하는,
폐수 처리 시스템. - 제 16 항에 있어서, 상기 폐수 처리 시스템은 스키드-장착되는(skid-mounted), 폐수 처리 시스템.
- 제 16 항에 있어서, 상기 폐수 처리 시스템은 소포제 주입기를 더 포함하고, 상기 소포제 주입기는 상기 회분식 탱크의 외부에서 상기 전해조의 근처에 배치되는, 폐수 처리 시스템.
- 제 16 항에 있어서, 상기 폐수 처리 시스템은 상기 정화된 유출물을 중화하기 위한 탈염소화 주입기를 더 포함하고, 상기 탈염소화 주입기는 상기 정화된 유출물을 배출하기 위한 포트의 근처에 배치되는, 폐수 처리 시스템.
- 제 16 항에 있어서, 상기 폐수 처리 시스템은 탈수 시스템을 더 포함하고, 상기 탈수 시스템은 젖은 슬러리 형태의 상기 응집된 고형 입자들을 수용하기 위한 원심분리기를 포함하는, 폐수 처리 시스템.
- 제 20 항에 있어서, 상기 탈수 시스템은 상기 응집된 고형 입자들/젖은 슬러리의 원심분리/탈수로부터 발생된 센트레이트를 상기 회분식 탱크로 순환시키기 위한 배관(piping)을 더 포함하는, 폐수 처리 시스템.
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