KR20240031935A - 생물학적으로 오염된 수류를 처리하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

생물학적 오염수 스트림 내의 병원균들을 용해시키기 위해 생물학적 오염수 스트림을 처리하는 시스템이 제공된다. 본 시스템은 생물학적 오염수 스트림을 수용하고 생물학적 오염수 스트림의 액체로부터 증기를 분리하도록 구성된 플래시 용기, 플래시 용기로부터 분리된 증기를 수용하고 생물학적 오염수 스트림으로 재도입하기 위해 분리된 증기를 압축하도록 구성된 송풍기, 플래시 용기로부터 분리된 액체를 수용하고 분리된 액체를 순환 스트림으로 가압하도록 구성된 순환 펌프, 순환 스트림으로부터 처리수를 수용하여 생물학적 오염수 스트림을 예열하도록 구성된 예열 교환기, 및 플래시 용기에 의해 수용되기 전에 생물학적 오염수 스트림의 압력을 낮추도록 구성된 압력 강하 디바이스를 포함할 수 있다.

Description

생물학적 오염수 스트림들을 처리하기 위한 시스템들 및 방법들

관련 출원에 대한 상호-참조

본 출원은 2021년 2월 4일에 출원된 미국 가출원 번호 63/145,912호의 이익을 주장하며, 이는 본 명세서에 참조로 포함된다.

기술 분야

본 개시내용은 도시 또는 공업 용수 처리 시설들에서의 생물학적 오염수와 같은 생물학적 오염수의 처리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 생물학적 오염수의 세포 용해, 생물학적 오염수의 병원균들의 파괴 및 생물학적 오염수 스트림의 탈수를 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

생물학적 산소 요구량(BOD: Biological Oxygen Demand) 측면에서 측정된 유기물 수준들이 높은 오염수는 종종 오염수에서 유기물을 제거하기 위해 생물학적 처리 공정을 사용한다. 이 공정은 오염수의 유기 폐기물을 세포 번식을 위해 활용하는 생물학적 유기물들(주로 박테리아)의 기하급수적 성장에 유리한 환경을 조성한다. 생물학적 처리 공정의 결과는 유기물이 용수에서 제거되고(용수의 BOD 수준들이 감소) 많은 양의 생물학적 유기물들이 생성된다는 것이다. 생성되는 한 종류의 바이오매스는 흔히 활성 슬러지로 칭해진다. 생성되는 과잉 바이오매스는 폐활성 슬러지(WAS: waste activated sludge)로 칭해진다.

이러한 생물학적 처리 공정과 연관된 한 가지 문제는 오염된 폐기물에서의 고형물들의 최종 처분에 관련된다. WAS, 또는 생물학적 처리 공정 내에서 더 이상 필요하지 않은 바이오매스는 일반적으로 재사용 가능한 제품으로서(비료로서) 또는 매립지에서 처분된다. 그러나 WAS는 단순히 처분할 수 있는 폐기물이 아니다. 이것은 WAS에는 병원균들(질병을 일으키는 박테리아)이 포함되고, 용수를 쉽게 보유하기 때문이다. 따라서 기존의 용수 분리 기술들을 사용하여 WAS의 전체 부피를 감소시키는 것이 어렵다. 따라서, 미국의 거의 모든 도시 폐수 처리장(약 16,000개 장소들)에서 매일 WAS를 생성하기 때문에 WAS 처분은 심각한 문제이다.

미국 전역의 많은 장소들에서, WAS는 약 20%의 고형물 함량과 80%의 용수 함량으로 탈수된다. 그런 다음 처분을 위해 매립지로 배송된다. 대규모 도시 공장들은 종종, 에너지 생산을 위한 일부 천연 가스를 생성하고, 최종 처분량을 약간 감소시키며, 가장 중요하게는 병원균들을 파괴하여 재사용 응용들을 위해 WAS를 더 안전하게 만드는 소화조들을 사용하여 WAS를 처리할 것이다. 그러나, 소화조들을 사용하더라도 WAS 탈수는 개선되지 않는다. 즉, 여전히 약 20%의 고형물 대 80%의 용수 비율로 남아 있다.

표준 규모의 폐수 처리장(미국의 16,000개 시스템들 중 단 1개)이 하루에 3,000Ibs의 건식 WAS를 생성하는 경우, 이는 하루에 약 15,000Ibs의 탈수된 WAS가 재사용하거나 처분하기 위해 배송된다는 것을 의미한다. 미국 전역 매립지들에서 WAS에 대한 처분 비용들이 증가하고 있으며 정기적으로 톤당 50달러 이상이다. 이는 전국의 폐수 처리장들에 대한 상당한 비용을 초래한다.

본 발명자들은 병원균들을 파괴함으로써 소화조와 같은 슬러지를 조절할 수 있는 시스템을 개발하는 것이 유리할 것이라는 점을 인식했다. 또한, WAS를 더 높은 고형물/용수 비율로 탈수되게 함으로써, 처분 비용들을 감소시키고 재사용 가능성들을 증대시킬 수 있는 시스템도 필요하다.

본 개시내용에 기재된 시스템들 및 방법들은 최대 약 4% 고형물 대 96% 용수의 비율 또는 이보다 많은 생물학적 폐수 스트림(WAS와 같이)을 처리하고 조절하도록 동작 가능하다. 생물학적 폐수 스트림이 이렇게 조절되면, 소화조 및/또는 탈수 기술을 통해 추가 처리할 준비가 된다. 본 명세서에 기재된 시스템들 및 방법들은 소화 및 탈수 공정 모두를 향상시킨다. 소화조를 사용하는 응용의 경우, 시스템들 및 방법들은 처리 속도를 향상시켜 소화조가 더 소형 크기의 소화조 내에서 더 큰 흐름들을 처리할 수 있게 한다. 다른 이점으로는, 혐기성 소화조와 함께 사용될 때, 바이오-가스(메탄) 생성이 추가로 25% 증가할 것으로 예상된다. 또한, 호기성 또는 혐기성 소화조와 함께 사용될 때, 고형물 생성이 추가로 25% 감소할 것으로 예상된다. 탈수의 경우, 시스템들 및 방법들은 생물학적 폐수 스트림의 탈수성을 향상시켜 처분될 재료의 전체 부피를 감소시킬 수 있다. 향상된 소화 및 탈수의 이점들은 본 명세서에 기재된 시스템들 및 방법들과 연관된 추가적인 가동 및 에너지 비용들보다 큰 것으로 추정된다.

일례에서, 생물학적 폐수 스트림 내의 병원균들을 용해시키기 위한 생물학적 폐수 스트림 처리 시스템이 제공된다. 본 시스템은 생물학적 폐수 스트림을 수용하고 생물학적 폐수 스트림의 액체로부터 증기를 분리하도록 구성된 플래시 용기(flash vessel), 플래시 용기로부터 분리된 증기를 수용하고 생물학적 폐수 스트림으로 재도입하기 위해 분리된 증기를 압축하도록 구성된 송풍기(blower), 플래시 용기로부터 분리된 액체를 수용하고 분리된 액체를 순환 스트림으로 가압하도록 구성된 순환 펌프, 순환 스트림으로부터 처리수를 수용하고 생물학적 폐수 스트림을 예열하도록 구성된 예열 교환기, 및 플래시 용기에 의해 수용되기 전에 생물학적 폐수 스트림의 압력을 낮추도록 구성된 압력 강하 디바이스를 포함할 수 있다.

일례에서, 본 시스템은 플래시 용기와 송풍기 사이에 배치되는 미스트 분리기(mist separator)를 더 포함할 수 있다. 미스트 분리기는 분리된 증기로부터 액체를 추출하도록 동작 가능하다.

일례에서, 생물학적 오염수 스트림은 순환 펌프와 압력 강하 디바이스 사이의 순환 스트림과 합류된다. 처리수는 펌프와 순환 스트림 및 생물학적 오염수 스트림의 합류 사이의 순환 스트림으로부터 분리될 수 있다. 압력 강하 디바이스로 향하기 전에 생물학적 오염수 스트림을 추가로 가열하도록 동작 가능한 열 교환기가 더 제공될 수 있다.

다른 예에서, 생물학적 오염수 스트림 내의 병원균들을 용해시키기 위한 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템이 제공된다. 본 시스템은 병원균들 및 고형물들을 포함하는 생물학적 오염수 스트림을 포함하는 순환 스트림에 열을 가하도록 구성된 열원, 순환 스트림을 수용하고 순환 스트림의 액체로부터 증기를 분리하도록 구성된 플래시 용기, 및 플래시 용기로부터 분리된 증기를 수용하도록 구성된 송풍기를 포함할 수 있다. 송풍기는 분리된 증기를 압축할 수 있고, 이것은 그 후에 증발 잠열을 회수하기 위해 순환 스트림으로 재도입될 수 있다.

본 시스템은 플래시 용기로부터 분리된 액체를 수용하고 분리된 액체를 순환 스트림으로 가압하도록 구성된 순환 펌프, 및 순환 스트림이 플래시 용기에 의해 수용되기 전에 순환 스트림의 압력을 낮추도록 구성된 압력 강하 디바이스를 더 포함할 수 있다. 압력 강하 디바이스 및 순환 펌프는 순환 스트림 내의 병원균들의 세포벽들을 파괴하게 할 수 있다. 본 시스템은 순환 스트림으로부터 처리수를 수용하고, 처리수로부터 열을 회수하기 위해 순환 스트림에 추가될 투입수를 예열하도록 구성된 예열 교환기를 더 포함할 수 있다.

일례에서, 열원은 열 교환기이다. 다른 예에서, 열원은 순환 스트림에 대한 보충 증기의 추가를 포함한다.

일례에서, 분리된 증기는 플래시 용기와 순환 펌프 사이의 순환 스트림으로 재도입된다.

다른 예에서, 생물학적 오염수 스트림의 병원균으로부터 용수를 채취(harvest)하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 처리수 스트림으로부터의 열을 사용하여 생물학적 오염수 스트림을 예열하는 단계, 예열된 생물학적 오염수 스트림을 순환 스트림에 추가하는 단계, 순환 스트림에 가압하고 열을 가하는 단계, 순환 스트림의 압력을 강하하는 단계, 순환 스트림의 액체로부터 증기를 분리하는 단계, 증기를 압축하고 증기를 순환 스트림으로 재도입하는 단계, 및 순환 스트림으로부터 처리수 스트림을 출력하는 단계를 포함한다.

일례에서, 액체로부터 증기를 분리하는 단계와 예열된 생물학적 오염수 스트림을 순환 스트림에 추가하는 단계 사이에서 순환 스트림이 가압된다.

일례에서, 본 방법은 예열된 생물학적 오염수 스트림을 순환 스트림에 추가한 후 순환 스트림에 추가 열을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 증기를 압축하기 전에 증기로부터 액체 스트림을 추출하고 액체 스트림을 순환 스트림에 추가하는 단계를 포함할 수 있다. 일례에서, 증기는 순환 스트림을 가압하기 전에 순환 스트림으로 재도입될 수 있다.

본 발명의 실시예들의 추가적인 특징들 및 이점들은 본 발명의 특징들을 예로서 함께 예시한 첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고; 여기서:
도 1은 예시적인 실시예에 따른 생물학적 오염수를 처리하기 위한 시스템의 개략도이다;
도 2는 예시적인 실시예에 따른 생물학적 오염수를 처리하기 위한 시스템의 개략도이다; 그리고
도 3은 예시적인 실시예에 따른 생물학적 오염수를 처리하기 위한 시스템의 개략도이다.
이제 예시된 예시적인 실시예들을 참조할 것이며, 이를 설명하기 위해 본 명세서에서 특정 언어가 사용될 것이다. 그렇더라도, 본 발명의 범위가 이에 의해 제한되려는 것이 아님을 이해할 것이다.

본 발명의 실시예들이 기술되기 전에, 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 특정 구조들, 공정 단계들 또는 재료들에 제한되지 않고, 관련 기술 분야들의 통상의 기술자들에 의해 인식되는 등가물들까지 확장된다는 점을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 사용된 용어는 특정 예들 또는 실시예들을 기술하기 위한 목적으로만 사용되며 제한하려는 의도가 아니라는 점을 이해해야 한다. 상이한 도면들에서 동일한 참조번호들은 동일한 요소를 나타낸다. 흐름도들 및 공정들에 제공된 숫자들은 단계들 및 동작들을 명확하게 예시하기 위해 제공되며 반드시 특정 순서나 시퀀스를 나타내는 것은 아니다.

또한, 기술된 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 다음의 설명에서는, 다양한 발명의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 조성물들, 투여 형태들, 처치들 등의 예들과 같은 다수의 특정 세부사항들이 제공된다. 그러나 관련 기술 분야의 기술자는 이러한 상세한 실시예들이 본 명세서에 설명된 전체 발명의 개념들을 제한하는 것이 아니라, 단지 이를 대표할 뿐이라는 것을 인식할 것이다.

본 명세서에서 사용된 단수형들( "a", "an" 및 "the")은 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상들을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어, "스트림(a stream)"에 대한 참조는 그러한 스트림들 중 하나 이상에 대한 참조를 포함하고, "유기물(the organism)"에 대한 참조는 그러한 유기물들 중 하나 이상에 대한 참조를 포함한다.

본 개시내용에서, "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising, containing)" 및 "갖는(having)" 등은 미국 특허법에서 그들에게 부여된 의미를 가질 수 있고 "포함하다(includes)", "포함하는(including)" 등을 의미할 수 있고, 일반적으로 개방형 용어들로 해석된다. 용어들 "구성하는(consisting of)" 또는 "구성하다(consists of)"는 폐쇄형 용어들이며, 이러한 용어들과 관련하여 구체적으로 나열된 구성요소들, 구조들, 단계들 등 뿐만 아니라, 미국 특허법에 따르는 것만을 포함한다. "본질적으로 구성되는(Consisting essentially of)" 또는 "본질적으로 구성되다(consists essentially of)"는 미국 특허법에 의해 그들에게 일반적으로 부여되는 의미를 갖는다. 특히, 그러한 용어들은, 이와 관련하여 사용된 항목(들)의 기본적이고 새로운 특성들 또는 기능에 실질적인 영향을 미치지 않는 추가 항목들, 재료들, 구성요소들, 단계들 또는 요소들의 포함을 허용하는 것을 제외하고는 일반적으로 폐쇄적인 용어이다. 예를 들어, 조성물에 존재하지만 조성물들의 성질이나 특성들에 영향을 미치지 않는 미량 원소들은 그러한 용어를 따르는 항목 목록에 명시적으로 언급되지 않더라도, "본질적으로 구성되는" 언어로 존재하는 경우 허용된다. 서면 설명에서 "포함하는(comprising" 또는 "including)"과 같은 개방형 용어를 사용할 때, 명시적으로 언급된 것처럼 "본질적으로 구성되는" 언어뿐만 아니라 "구성되는" 언어에도 직접적인 지원이 제공되어야 하고 그 반대로도 가능하다는 것을 이해한다.

본 설명 및 청구범위에서 용어들 "제1(first)", "제2(second)", "제3(third)", "제4(fourth)" 등은 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되며, 반드시 특정 순차적 또는 연대순 순서를 기술하기 위한 것은 아니다. 그렇게 사용된 임의의 용어들은 적절한 상황들 하에서 상호 교환 가능하여, 본 명세서에 기술된 실시예들이 예를 들어 본 명세서에 예시되거나 기술된 것 이외의 순서들로 동작할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 방법이 일련의 단계들을 포함하는 것으로 본 명세서에 기술된 경우, 본 명세서에 제시된 단계들의 순서는 반드시 그러한 단계들이 수행될 수 있는 유일한 순서는 아니며, 언급된 단계들 중 특정 단계가 생략될 수도 있고 및/또는 본 명세서에 기술되지 않은 특정 다른 단계들이 본 방법에 추가될 수도 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "증가된(increased)", "감소된(decreased)", "더 양호한(better)", "더 악화된(worse)", "더 높은(higher)", "더 낮은(lower)", "향상된(enhanced)", "최대화된(maximized)", "최소화된(minimized)" 등과 같은 비교 용어들은, 주변 또는 인접한 영역에 있거나, 유사하게 위치되어 있거나, 단일 디바이스 또는 조성물에 있거나 또는 다수의 비교 가능한 디바이스들 또는 조성물들에 있거나, 그룹이나 클래스에 있거나 또는 다수의 그룹들이나 클래스들에 있는 다른 디바이스들, 구성요소들, 조성물들 또는 활동들과 측정 가능하게 상이한, 또는 알려진 최신 기술에 비교한 디바이스, 구성요소, 조성물 또는 활동의 속성을 나타낸다.

본 명세서에서 사용된 용어 "미생물(microorganism)"은 너무 작아서 육안으로 개별적으로 볼 수 없는 임의의 유기물을 나타낸다. 일부 미생물은 내부 소기관 및 핵산 등과 같은 구성요소들을 수용하는 셀룰로오스 또는 지질 구조를 포함하는 세포벽 또는 다른 막을 포함할 수 있으며, 용수 또는 다른 유체들을 더 포함할 수 있다. 이러한 미생물들의 예들은 조류, 박테리아, 포자, 바이러스, 원생동물 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 본 명세서에 사용된 용어 "병원균(pathogen)"은 질병을 촉진하는 임의의 미생물을 나타낸다.

본 명세서에 사용된 용어 "생물학적 폐수(biological wastewater)", "생물학적으로 오염된 폐수(biologically contaminated wastewater)" 및 "생물학적 오염수(biologically contaminated water)"는 상호 교환적으로 사용될 수 있으며, 이들뿐만 아니라 유사한 용어들이 적어도 하나의 미생물의 측정 가능한 양을 함유하는 조성물 또는 용액(예를 들어, 수용액)을 나타낸다.

본 명세서에 사용된 용어 "결합된(coupled)"은 화학적, 기계적, 전기적 또는 비전기적 방식으로 직접 또는 간접적으로 연결되는 것으로 규정된다. 본 명세서에서 서로 "인접한(adjacent to)" 것으로 기술된 대상들은 해당 문구가 사용되는 문맥에 따라 적절하게, 서로 물리적으로 접촉하거나, 서로 근접하거나, 서로 동일한 일반 구역 또는 영역에 있을 수 있다. "직접 결합된(directly coupled)" 대상들 또는 요소들은 서로 물리적으로 접촉한다.

본 명세서에서 구문 "일 실시예에서(in one embodiment)" 또는 "일 양태에서(in one aspect)"의 발생들은 반드시 모두 동일한 실시예 또는 양태를 나타내는 것은 아니다.

본 명세서에 사용된 용어 "실질적으로(substantially)"는 작용, 특성, 속성, 상태, 구조, 항목 또는 결과의 완전하거나 거의 완전한 범위 또는 정도를 나타낸다. 예를 들어, "실질적으로" 둘러싸인 대상은 대상이 완전히 둘러싸여 있거나 거의 완전히 둘러싸여 있음을 의미한다. 절대 완전성으로부터의 정확한 허용 편차 정도는 특정 문맥에 따라 달라질 수 있다. 그러나 일반적으로 말하면, 완성의 근접성은 절대적이고 완전한 완성이 얻어진 것과 같은 전체적인 결과를 갖게 될 것이다. "실질적으로"의 사용은 작용, 특성, 속성, 상태, 구조, 항목 또는 결과의 완전한 또는 거의 완전한 부족함을 나타내는 부정적인 의미로 사용될 때 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 입자들이 "실질적으로 없는(substantially free of)" 조성물은 입자들이 완전히 부족하거나 입자가 거의 완전히 부족하여 입자들이 완전히 부족한 것과 동일한 효과를 갖는다. 즉, 성분이나 원소가 "실질적으로 없는" 조성물도 측정 가능한 효과가 없는 한 실제로 그러한 항목을 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용된 용어 "약(about)"은 주어진 값이 끝점의 "약간 위(a little above)" 또는 "약간 아래(a little below)"일 수 있다는 것을 제공함으로써 수치 범위 끝점에 유연성을 제공하는 데 사용된다. 달리 명시하지 않는 한, 특정 숫자 또는 수치 범위에 따른 용어 "약"의 사용은 용어 "약" 없이 그러한 수치 용어들 또는 범위에 대한 지지를 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 편의와 간결성을 위해, "약 50옹스트롬 내지 약 80옹스트롬(about 50 angstroms to about 80 angstroms)"의 수치 범위는 "50옹스트롬 내지 80옹스트롬" 범위에 대한 지지를 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서는 용어 "약"이 함께 사용될 때에도 실제 수치값들에 대한 지지가 제공되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "약" 30이라는 언급은 30보다 약간 높은 값과 약간 낮은 값에 대한 지지를 뿐만 아니라 실제 수치 값인 30에 대해서도 마찬가지로 지지를 제공하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 복수의 항목들, 구조적 요소들, 조성 원소들 및/또는 재료들은 편의를 위해 공통 목록으로 제시될 수 있다. 그러나 이러한 목록들은 목록의 각 구성원이 별도의 고유한 구성원으로 개별적으로 식별되는 것처럼 해석되어야 한다. 따라서 이러한 목록의 개별 구성원은 반대 표시 없이 공통 그룹에서 그들만의 표시를 기반으로 하여 동일한 목록의 임의의 다른 구성원과 사실상 동등한 것으로 해석되어서는 안 된다.

농도들, 양, 수준들 및 다른 수치 데이터가 본 명세서에서 범위 형식으로 표현되거나 제시될 수 있다. 이러한 범위 형식은 단지 편의와 간결함을 위해 사용된 것이므로 범위의 한계들로 명시적으로 언급된 수치 값들 뿐만 아니라 모든 개별 수치 값들 또는 하위-범위들, 또는 각 수치 값 및 하위-범위가 명시적으로 언급된 것처럼 그 범위 내에 포함되는 소수 단위도 포함하도록 유연하게 해석되어야 한다는 점을 이해해야 한다. 예시로서, "약 1 내지 약 5"의 수치 범위는 약 1 내지 약 5의 명시적으로 언급된 값들 뿐만 아니라 표시된 범위 내의 개별 값들 및 하위범위들도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서 이 수치 범위에는 2, 3, 4와 같은 개별 값들과 1-3, 2-4 및 3-5 등과 같은 하위-범위들 뿐만 아니라 1, 2, 3, 4 및 5가 개별적으로 포함된다. 이러한 동일한 원리는 단 하나의 수치 값만 최소값 또는 최대값으로 나타내는 범위들에도 적용된다. 또한 이러한 해석은 범위의 폭이나 기술되는 특성들에 관계없이 적용되어야 한다.

본 명세서 전반에 걸쳐 "예(an example)"에 대한 참조는 적어도 예와 관련하여 기술된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에 나타나는 "예에서(in an example)"라는 문구들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.

본 개시내용은 폐활성 슬러지(WAS)와 같이 생물학적 오염수에서 유기물(예를 들어 박테리아) 세포들을 파괴(용해)하기 위해 열을 사용하는 열 시스템을 기재한다. 예를 들어, 액체의 온도를 100℃ 이상으로 높이면, 박테리아 세포벽들이 약해지고 파열되기 시작할 것이다. 또한, 급격하게 변화하는 압력들은 세포에 가해지는 외부 압력에 기초하여 박테리아 세포가 팽창 및/또는 수축하게 하여 세포벽들을 더욱 약화시키고 파괴시킨다. 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 오염수에서 세포들을 용해시켜 세포 내부에 갇힌 용수를 방출하는 기술들 중 하나 또는 둘 모두를 활용할 수 있다. 또한, 증가된 온도 및 급격한 압력 변화들은 오염수에서 더 큰 사슬형 중합체들(chain polymers) 및 복잡한 유기 분자들을 변성시키는 역할을 한다.

하기에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 본 개시내용은 시스템의 오염수를 표준 대기압에서 비등 온도 이상으로 가열하기 위해 증기와 압력의 추가를 활용할 수 있다. 그런 다음 펌프를 사용하여, 시스템은 비등하는 오염수를 오리피스(orifice)를 통해 순환시킬 수 있다. 이는 액체 압력을 지속적으로 높이거나 낮추어 오염수의 유기물 세포벽들에 대한 압력을 높이거나 낮출 수 있다. 또한 시스템의 활성 비등으로 생성된 증기들은 송풍기를 통해 수집 및 압축된 다음 액체 스트림에 재주입될 수 있다. 이는 끓는 용액에서 증발 잠열을 회수하여 효율성을 증가시키는 데 도움이 될 수 있다.

이 시스템은 에너지 보존에 유의하면서 오염수의 세포 용해 및 변성을 달성할 수 있다. 나가는 오염수는 열 교환기를 통해 보내질 수 있고, 이는 막 유입되고 있는 들어오는 오염수로 다시 전달함으로써 열에너지를 회수할 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 증기 형태의 방출된 용수는 압축되어 들어오는 오염수에 다시 재주입되어 증발 잠열을 회수할 수 있다. 전체적으로, 시스템은 건식 오염수 고형물 톤당 약 500KWH의 에너지 수요에서 오염수 스트림의 완전한 세포 파괴를 생성할 수 있을 것으로 추정된다. $0.08/KWH의 표준 에너지 비용시, 이는 건식 오염수 고형물 톤당 $40의 비용이다. 이에 비해, 습식 오염수 고형물 톤당(건식 톤의 5배의 양일 수 있음) $50의 추정 처분 비용은 해당 국가의 매립 처분에 대한 일반적인 요금이다. 이 두 가지 가치들을 비교해서, 본 명세서에 기재된 시스템들 및 방법들을 활용하면 처분 비용들을 크게 감소시킬 수 있다. 오염수에서도 병원균들이 사멸된다는 점을 고려할 때, 매립 처분을 위한 제품만을 고려하는 대신 재사용 가능성이 높아진다.

위에서 언급한 것처럼, 시스템은 소화조와 함께 사용할 수 있다. 시스템은 처리 속도를 향상시켜 소화조가 더 작은 크기의 소화조 내에서 더 큰 흐름들을 처리할 수 있도록 한다. 일부 예들에서, 시스템은 소화조 전면의 전처리로 구현될 수 있으며 소화조로 향하는 생물학적으로 오염된 폐수 스트림의 흐름을 관리할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 소화조 후면에서 전면으로 순환하는 슬립 스트림(slip stream)으로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 소화조는 혐기성 소화조일 수 있다.

이제 시스템들 및 방법들의 비제한적인 예들이 도면들을 참조하여 기술될 것이다. 도 1은 용수 처리 서비스들을 제공하기 위한 시스템의 실시예를 도시하는 개략적인 블록도이다. 시스템(1)이 제공되며, 세포벽들을 용해시켜 세포들 내에서 용수와 유체를 방출함으로써 오염수를 처리하도록 동작 가능하고, 따라서 용수를 더 쉽게 여과하고 그에 따라 처분될 고형물들을 최소화한다. 시스템(1)은 EPA 사양들에 따른 온도 및 체류 시간에 의해 위험한 병원균들을 파괴하도록 추가로 동작 가능하며, 더욱이 고형물들을 더 쉽게 처분하는 데 기여한다.

시스템(1)은 시스템(1)으로 들어가는 생물학적 오염수 공급 스트림(100) 및 시스템(1)에서 나가는 처리수 스트림(119)을 포함할 수 있다. 생물학적 오염수 공급 스트림(100)은 폐활성 슬러지 소화조들(예를 들어, 호기성 또는 혐기성 소화조들), 필터들, 원심 분리기들, 병원들, 의약품 제조, 식품 공장들 등과 같지만 이에 제한되지 않고 오염수를 생성하는 임의의 상류 장비 또는 공정들로부터 나올 수 있다. 또한, 오염수 스트림(100)은 상이한 농도 범위들의 고형물들(예를 들어, 0% 내지 30%)을 포함할 수 있다. 시스템(1)에서 나가는 처리수(119)는 추가 처리 또는 고형물 분리를 위해 보내질 수 있으며, 이는 본 명세서에 도시되지 않는다. 처리수(119)의 고형물 함량과 부피는 오염된 공급 증기(100)와 동일하거나 약간 더 클 수 있다.

시스템(1)은 생물학적 오염수 스트림(100)을 취하여 고온 처리수 스트림(118)을 열원으로 사용하여 예열기 교환기(101)에서 이를 예열한다. 이것은 시스템(1)으로부터 열을 회수하고 시스템(1)을 더욱 효율적으로 만들어, 시스템(1)과 연관된 에너지 비용들을 감소시키는 데 도움이 된다. 예열된 생물학적 오염수 스트림(102)은 그런 다음 순환 스트림(106)에 합류한다.

이제 순환 스트림(106)에서의 오염수의 순환이 도 1에 도시된 플래시 용기(103)를 시작으로 기술될 것이다. 플래시 용기(103) 바닥의 액체는 라인(104)을 통해 흡입되어 플래시 용기(103)에서 순환 펌프(105)로 빠져나간다.

순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)에서 오염수의 압력을 증가시키도록 동작 가능하다. 예를 들어, 순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)의 압력을 약 15PSIG에서 약 100PSIG로 증가시킬 수 있다. 순환 펌프(105)를 통한 유속은 예를 들어 생물학적 오염수 공급(100)의 유속의 약 5배 내지 약 400배일 수 있다. 순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)으로 배출된다. 그런 다음 메인 순환(106)은 메인 순환 스트림(106)의 부분(106A)과 고온 처리수 스트림(118)으로 분리되며, 이는 그런 다음 상술한 바와 같이 열 교환기(101)로 들어가고 처리수 스트림(119)으로서 시스템(1)에서 빠져나간다.

순환 펌프(105)는 원심 분리형, 용적형, 다이어프램형, 또는 다른 유형의 펌프일 수 있다. 예열된 오염수 공급(102)은 메인 순환 스트림(106)의 부분(106A)과 합류하여 메인 순환 스트림(106)의 부분(106B)을 형성한다. 송풍기(113)로부터의 압축 증기(114)는 부분(106C)에서 메인 순환 스트림(106)을 가열하기 위해 부분(106B)에서 증기 스파저(115; steam sparger)를 통해 메인 순환(106)으로 주입될 수 있다.

보충 증기(116)가 증기 스파저(117)를 통해 메인 순환(106C)으로 도입되어 부분(106D)에서 순환 스트림(106)에 보충 열을 제공할 수 있다. 보충 증기(116)가 외부 소스로부터 제공되어 시스템(1)에 열 에너지를 가할 수 있다. 증기 스파저들(115, 117)은 천공된 파이프, 이덕터(eductor), 또는 파이프에서 증기와 액체를 혼합할 수 있는 다른 디바이스일 수 있다. 그런 다음 메인 순환 스트림(106)의 가열된 부분(106D)은 압력 강하 디바이스(107)를 통해 플래시되어 순환 스트림(106)의 부분(106E)에 증기를 형성할 수 있으며, 이는 그런 다음 플래시 용기(103) 내의 플래시 스파저(108)로 도입될 수 있고 여기서 증기와 액체가 분리된다. 압력 강하 디바이스(107)는 오리피스 플레이트, 밸브, 게이트, 도어, 수축부(예를 들어, 벤튜리), 필터, 접합부, 굴곡부, 또는 압력 강하를 생성하는 다른 디바이스 또는 구성일 수 있다. 압력 강하 디바이스(107)는 높은 온도와 높은 압력에서 낮은 압력으로의 변화로 인해 많은 세포 용해가 발생할 수 있는 곳이다. 일부 실시예들에서, 압력 강하는 약 100PSIG 내지 50PSIG일 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 강하는 약 150PSIG 내지 15PSIG일 수 있다. 일부 실시예들에서, 압력 강하는 더 높은 압력에서 더 낮은 압력으로 약 10% 압력 강하부터 약 90% 압력 강하일 수 있다. 다른 실시예들에서, 강하는 특정 결과를 달성하기 위해 필요에 따라 약 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 그 사이의 다른 백분율 강하들일 수 있다. 이러한 압력 강하들은 본 명세서에 논의된 바와 같이 미세세포 유기물들의 용해에 크게 기여할 수 있다. 메인 순환 스트림(106)의 온도들은 생물학적 오염수 스트림(100)을 통해 시스템(1) 내로 도입된 모든 병원균들을 파괴하기에 충분한 화씨 150도 내지 300도 범위일 수 있다.

효율성을 증가시키기 위해, 플래시 용기(103)로부터의 증기는 포집되고 라인(109)을 통해 안내되어 미스트 제거기(110)로 들어가고 여기서 임의의 미스트가 증기로부터 분리될 수 있다. 미스트 제거기(110)로부터 회수된 액체는 라인(111)을 통해 안내되어 플래시 용기(103)로 재도입된다. 미스트 제거기(110)로부터의 건식 증기는 라인(112)을 통해 안내되어 송풍기(113)에서 압축될 수 있다. 예를 들어, 송풍기(113)의 출구 압력은 5PSIG 내지 30PSIG일 수 있다. 송풍기(113)는 회전 로브, 팬, 원심 분리형, 또는 다른 유형의 압축기일 수 있다. 송풍기(113)로부터의 압축 증기는 위에서 언급한 바와 같이, 라인(114)을 통해 안내되어 증기 스파저(115)를 통해 부분(106B)에서 메인 순환 스트림(106)으로 재도입된다. 이러한 증기 포집 및 재도입 공정은 시스템(1)의 잠열을 회수하여 전체 효율성을 증가시키는 데 도움이 된다.

위에서 언급한 바와 같이, 메인 순환(106)으로부터의 고온 처리수(118)는 순환 라인(106)으로부터 분리되어 예열기(101)로 향하고 여기서 생물학적 오염수 공급(119)을 가열하면서 처리수 배출 스트림(119)을 냉각한다. 예열기(101)는 플레이트 및 프레임, 나선형, 쉘 및 튜브 또는 다른 유형의 열 교환기일 수 있다.

도 2는 용수 처리 서비스들을 제공하기 위한 시스템의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 블록도이다. 도 2에 도시된 시스템(2)은 도 1과 유사하며, 동일한 부분들은 동일한 식별자들을 사용하여 라벨이 붙여진다. 시스템(2)은 세포벽들을 용해시켜 오염수를 처리하도록 동작 가능하고, 따라서 용수를 더 쉽게 여과하고 그에 따라 처분될 고형물들을 최소화한다. 시스템(2)은 EPA 사양들에 따른 온도 및 체류 시간에 의해 위험한 병원균들을 파괴하도록 추가로 동작 가능하며, 더욱이 고형물들을 더 쉽게 처분하는 데 기여한다.

시스템(2)은 시스템(2)으로 들어가는 생물학적 오염수 공급 스트림(100) 및 시스템(2)에서 나가는 처리수 스트림(119)을 포함할 수 있다. 생물학적 오염수 공급 스트림(100)은 폐활성 슬러지 소화조들, 필터들, 원심 분리기들, 병원들, 의약품 제조, 식품 공장들 등과 같지만 이에 제한되지 않고 오염수를 생성하는 임의의 상류 장비 또는 공정들로부터 나올 수 있다. 또한, 오염수 스트림(100)은 0% 내지 30%의 고형물들을 포함할 수 있다. 시스템(2)에서 나가는 처리수(119)는 추가 처리 또는 고형물 분리를 위해 보내질 수 있으며, 이는 본 명세서에 도시되지 않는다. 처리수(119)의 고형물 함량과 부피는 오염된 공급 증기(100)와 동일하거나 약간 더 클 수 있다.

시스템(2)은 생물학적 오염수 스트림(100)을 취하여 고온 처리수 스트림(118)을 열원으로 사용하여 예열기 교환기(101)에서 이를 예열한다. 이것은 시스템(2)으로부터 열을 회수하고 시스템(2)을 더욱 효율적으로 만들어, 시스템(2)과 연관된 에너지 비용들을 감소시키는 데 도움이 된다. 예열된 생물학적 오염수 스트림(102)은 그런 다음 순환 스트림(106)에 합류한다.

이제 순환 스트림(106)에서의 오염수의 순환이 도 2에 도시된 플래시 용기(103)를 시작으로 기술될 것이다. 플래시 용기(103) 바닥의 액체는 라인(104)을 통해 흡입되어 플래시 용기(103)에서 순환 펌프(105)로 빠져나간다. 도 1에 도시된 시스템(1)과 달리, 송풍기(113)로부터의 압축 증기는 라인(214)을 통해 공급되어 증기 스파저(215A)를 통해 메인 순환 스트림(106)의 라인(104)으로 주입되어 부분(104A)에서 메인 순환 스트림(106)을 추가로 가열한다. 메인 순환 스트림의 부분(104A)은 순환 펌프(105)로 이동한다.

순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)에서 오염수의 압력을 증가시키도록 동작 가능하다. 예를 들어, 순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)의 압력을 15PSIG 내지 100PSIG 만큼 증가시킬 수 있다. 순환 펌프(105)를 통한 유속은 예를 들어 생물학적 오염수 공급(100)의 유속의 약 5배 내지 약 400배일 수 있다. 순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)으로 배출된다. 그런 다음 메인 순환(106)은 메인 순환 스트림(106)의 부분(106A)과 고온 처리수 스트림(118)으로 분리되며, 이는 그런 다음 상술한 바와 같이 열 교환기(101)로 들어가고 처리수 스트림(119)으로서 시스템(1)에서 빠져나간다.

순환 펌프(105)는 원심 분리형, 용적형, 다이어프램형, 또는 다른 유형의 펌프일 수 있다. 예열된 오염수 공급(102)은 메인 순환 스트림(106)의 부분(106A)과 합류하여 메인 순환 스트림(106)의 부분(106B)을 형성한다. 보충 증기(116)는 증기 스파저(117)를 통해 메인 순환(106B)으로 도입되어 부분(106C)에서 순환 스트림(106)에 보충 열을 제공할 수 있다. 보충 증기(116)는 외부 소스로부터 제공되어 시스템(1)에 열 에너지를 가할 수 있다.

증기 스파저들(215A 및 117)은 천공된 파이프, 이덕터, 또는 파이프에서 증기와 액체를 혼합할 수 있는 다른 디바이스일 수 있다. 그런 다음 메인 순환 스트림(106)의 가열된 부분(106D)은 압력 강하 디바이스(107)를 통해 플래시되어 순환 스트림(106)의 부분(106E)에 증기를 형성할 수 있으며, 이는 그런 다음 플래시 용기(103) 내의 플래시 스파저(108)로 도입될 수 있고 여기서 증기와 액체가 분리된다. 압력 강하 디바이스(107)는 오리피스 플레이트, 밸브, 또는 압력 강하를 생성하는 다른 디바이스일 수 있다. 압력 강하 디바이스(107)는 높은 온도와 높은 압력에서 낮은 압력으로의 변화로 인해 많은 세포 용해가 발생할 수 있는 곳이다. 메인 순환 스트림(106)의 온도들은 생물학적 오염수 스트림(100)을 통해 시스템(1) 내로 도입된 모든 병원균들을 파괴하기에 충분한 화씨 150도 내지 300도 범위일 수 있다.

효율성을 증가시키기 위해, 플래시 용기(103)로부터의 증기는 포집되고 라인(109)을 통해 안내되어 미스트 제거기(110)로 들어가고 여기서 임의의 미스트가 증기로부터 분리될 수 있다. 미스트 제거기(110)로부터 회수된 액체는 라인(111)을 통해 안내되어 플래시 용기(103)로 재도입된다. 미스트 제거기(110)로부터의 건식 증기는 라인(112)을 통해 안내되어 송풍기(113)에서 압축될 수 있다. 예를 들어, 송풍기(113)의 출구 압력은 5PSIG 내지 30PSIG일 수 있다. 송풍기(113)는 회전 로브, 팬, 원심 분리형, 또는 다른 유형의 압축기일 수 있다. 그런 다음, 송풍기(113)로부터의 압축 증기는 위에서 언급한 바와 같이, 라인(214)을 통해 안내되어 증기 스파저(215A)를 통해 메인 순환 스트림(106)으로 재도입된다. 이러한 증기 포집 및 재도입 공정은 시스템(2)의 잠열을 회수하여 전체 효율성을 증가시키는 데 도움이 된다.

위에서 언급한 바와 같이, 메인 순환(106)으로부터의 고온 처리수(118)는 순환 라인(106)으로부터 분리되어 예열기(101)로 향하고 여기서 생물학적 오염수 공급(119)을 가열하면서 처리수 배출 스트림(119)을 냉각한다. 예열기(101)는 플레이트 및 프레임, 나선형, 쉘 및 튜브 또는 다른 유형의 열 교환기일 수 있다.

도 3은 용수 처리 서비스들을 제공하기 위한 시스템의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 블록도이다. 도 3에 도시된 시스템(3)은 도 1 및 도 2와 유사하며, 동일한 부분들은 동일한 식별자들을 사용하여 라벨이 붙여진다. 시스템(3)은 세포벽들을 용해시켜 오염수를 처리하도록 동작 가능하고, 따라서 용수를 더 쉽게 여과하고 그에 따라 처분될 고형물들을 최소화한다. 시스템(3)은 EPA 사양들에 따른 온도 및 체류 시간에 의해 위험한 병원균들을 파괴하도록 추가로 동작 가능하며, 더욱이 고형물들을 더 쉽게 처분하는 데 기여한다.

시스템(3)은 시스템(3)으로 들어가는 생물학적 오염수 공급 스트림(100) 및 시스템(3)에서 나가는 처리수 스트림(119)을 포함할 수 있다. 생물학적 오염수 공급 스트림(100)은 폐활성 슬러지 소화조들, 필터들, 원심 분리기들, 병원들, 의약품 제조, 식품 공장들 등과 같지만 이에 제한되지 않고 오염수를 생성하는 임의의 상류 장비 또는 공정들로부터 나올 수 있다. 또한, 오염수 스트림(100)은 0% 내지 30%의 고형물들을 포함할 수 있다. 시스템(3)에서 나가는 처리수(119)는 추가 처리 또는 고형물 분리를 위해 보내질 수 있으며, 이는 본 명세서에 도시되지 않는다. 처리수(119)의 고형물 함량과 부피는 오염된 공급 증기(100)와 동일하거나 약간 더 클 수 있다.

시스템(3)은 생물학적 오염수 스트림(100)을 취하여 고온 처리수 스트림(118)을 열원으로 사용하여 예열기 교환기(101)에서 이를 예열한다. 이것은 시스템(3)으로부터 열을 회수하고 시스템(3)을 더욱 효율적으로 만들어, 시스템(3)과 연관된 에너지 비용들을 감소시키는 데 도움이 된다. 예열된 생물학적 오염수 스트림(102)은 그런 다음 순환 스트림(106)에 합류한다.

이제 순환 스트림(106)에서의 오염수의 순환이 도 3에 도시된 플래시 용기(103)를 시작으로 기술될 것이다. 플래시 용기(103) 바닥의 액체는 라인(104)을 통해 흡입되어 플래시 용기(103)에서 순환 펌프(105)로 빠져나간다.

순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)에서 오염수의 압력을 증가시키도록 동작 가능하다. 예를 들어, 순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)의 압력을 15PSIG 내지 100PSIG 만큼 증가시킬 수 있다. 순환 펌프(105)를 통한 유속은 예를 들어 생물학적 오염수 공급(100)의 유속의 5배 내지 400배일 수 있다. 순환 펌프(105)는 순환 스트림(106)으로 배출된다. 그런 다음 메인 순환(106)은 메인 순환 스트림(106)의 부분(106A)과 고온 처리수 스트림(118)으로 분리되며, 이는 그런 다음 상술한 바와 같이 열 교환기(101)로 들어가고 처리수 스트림(119)으로서 시스템(1)에서 빠져나간다.

순환 펌프(105)는 원심 분리형, 용적형, 다이어프램형, 또는 다른 유형의 펌프일 수 있다. 예열된 오염수 공급(102)은 메인 순환 스트림(106)의 부분(106A)과 합류하여 메인 순환 스트림(106)의 부분(106B)을 형성한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 순환 스트림(106)의 부분(106B)은 열 교환기(321)로 향해질 수 있다. 열 교환기는 열 교환기(321)에 열을 제공하기 위해 외부 소스로부터 취해지는 열 입력(316)을 포함한다. 열 교환기(321)에서 빠져나가는 복귀 라인(322)이 제공된다. 일부 실시예들에서, 열 입력(316) 및 복귀 라인(322)은 외부 소스로부터 시스템(3)으로 열을 가져오기 위한 폐루프 유체 흐름의 일부일 수 있다. 열 교환기(321)는 메인 순환 스트림의 부분(106C)에서 열 교환기(321)에서 빠져나가는 열 에너지를 메인 순환 스트림(106)에 가한다.

송풍기(113)로부터의 압축 증기(114)는 증기 스파저(115)를 통해 부분(106C)에서 메인 순환(106)으로 주입되어 부분(106D)에서 메인 순환 스트림(106)을 추가로 가열할 수 있다. 증기 스파저(115)는 천공된 파이프, 이덕터, 또는 파이프에서 증기와 액체를 혼합할 수 있는 다른 디바이스일 수 있다. 그런 다음 메인 순환 스트림(106)의 가열된 부분(106D)은 압력 강하 디바이스(107)를 통해 플래시되어 순환 스트림(106)의 부분(106E)에 증기를 형성할 수 있으며, 이는 그런 다음 플래시 용기(103)의 플래시 스파저(108)로 도입될 수 있으며, 여기서 증기와 액체가 분리된다. 압력 강하 디바이스(107)는 오리피스 플레이트, 밸브, 또는 압력 강하를 생성하는 다른 디바이스일 수 있다. 압력 강하 디바이스(107)는 높은 온도와 높은 압력에서 낮은 압력으로의 변화로 인해 많은 세포 용해가 발생할 수 있는 곳이다. 메인 순환 스트림(106)의 온도들은 생물학적 오염수 스트림(100)을 통해 시스템(1) 내로 도입된 모든 병원균들을 파괴하기에 충분한 화씨 150도 내지 300도 범위일 수 있다.

일부 실시예들에서, 순환 스트림의 압력 증가는 세포 미생물들(예를 들어, 박테리아)의 용해를 유도하거나 그렇지 않으면 유발할 수 있다. 다른 실시예에서, 순환 스트림의 압력 강하 또는 변화는 세포 미생물들의 용해를 유도하거나 그렇지 않으면 유발할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 순환 스트림에 가해지는 열은 세포 미생물들의 용해를 유도하거나 그렇지 않으면 유발할 수 있다. 추가 실시예들에서, 상기한 것 중 2개 이상의 조합(예를 들어 압력 증가, 압력 강하 또는 온도)은 순환 스트림에서 세포 미생물들의 용해를 유도하거나 그렇지 않으면 유발할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이들 조건들 중 하나 이상(예를 들어 임의의 개별적으로, 둘의 임의의 조합, 또는 셋 모두의 조합)은 순환 스트림의 세포 미생물의 5% 내지 100%로 충분할 수 있다. 다른 실시예에서, 이들 조건들 또는 이벤트들 중 하나 이상은 순환 스트림의 세포 미생물의 20% 내지 100%를 용해시키기에 충분할 수 있다. 다른 실시예에서, 용해된 세포 미생물들의 양은 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 또는 95%보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 이들 조건들 또는 이벤트들 중 하나 이상은 바이러스 및 다른 핵산 물질들(예를 들어, 변성 등에 의해)과 같은 순환 스트림의 다른 비세포성 병원균들을 사멸하거나, 파괴하거나, 그렇지 않으면 비활성화하거나 불활성화할 수 있다. 이전에 언급한 바와 같이, 세포 미생물들을 포함하는 세포 물질들의 용해와 액체(예를 들어, 용수) 및 다른 내부 물질들의 방출은 시스템에 의해 생성되는 고형물 생산량을 극적으로 감소시키고 용수의 추가 회수 또는 전환을 허용할 수 있다.

효율성을 증가시키기 위해, 플래시 용기(103)로부터의 증기는 포집되어 라인(109)을 통해 안내되어 미스트 제거기(110)로 들어가고 여기서 임의의 미스트가 증기로부터 분리될 수 있다. 미스트 제거기(110)로부터 회수된 액체는 라인(111)을 통해 안내되어 플래시 용기(103)로 재도입된다. 미스트 제거기(110)로부터의 건식 증기는 라인(112)을 통해 안내되어 송풍기(113)에서 압축될 수 있다. 예를 들어, 송풍기(113)의 출구의 압력은 5PSIG 내지 30PSIG일 수 있다. 송풍기(113)는 회전 로브, 팬, 원심 분리형, 또는 다른 유형의 압축기일 수 있다. 송풍기(113)로부터의 압축 증기는 위에서 언급한 바와 같이, 라인(114)을 통해 안내되어 증기 스파저(115)를 통해 부분(106C)에서 메인 순환 스트림(106)으로 재도입된다. 이러한 증기 포집 및 재도입 공정은 시스템(1)의 잠열을 회수하여 전체 효율성을 증가시키는 데 도움이 된다.

위에서 언급한 바와 같이, 메인 순환(106)으로부터의 고온 처리수(118)는 순환 라인(106)으로부터 분리되어 예열기(101)로 향하고 여기서 생물학적 오염수 공급(119)을 가열하면서 처리수 배출 스트림(119)을 냉각한다. 예열기(101)는 플레이트 및 프레임, 나선형, 쉘 및 튜브 또는 다른 유형의 열 교환기일 수 있다.

앞선 예들이 하나 이상의 특정 응용들에서 본 발명의 원리들을 예시하지만, 본 기술 분야에서 통상의 기술자들은 본 발명의 원리들 및 개념들을 벗어나지 않으면서, 형태, 사용법 및 구현의 세부사항들에서 다수의 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 하기에 기재된 청구범위에 의하지 않고는 본 발명이 제한되도록 의도되지 않는다.

Claims (26)

1. 생물학적 오염수 스트림을 처리하기 위한 시스템에 있어서:
   생물학적 오염수 스트림을 수용하고 상기 생물학적 오염수 스트림의 액체로부터 증기를 분리하도록 구성된 플래시 용기(flash vessel);
   상기 플래시 용기로부터 상기 분리된 증기를 수용하고 상기 생물학적 오염수 스트림으로 재도입하기 위해 상기 분리된 증기를 압축하도록 구성된 송풍기(blower);
   상기 플래시 용기로부터 상기 분리된 액체를 수용하고 상기 분리된 액체를 순환 스트림으로 가압하도록 구성된 순환 펌프;
   상기 순환 스트림으로부터 처리수를 수용하고 상기 생물학적 오염수 스트림을 예열하도록 구성된 예열 교환기; 및
   상기 플래시 용기에 의해 수용되기 전에 상기 생물학적 오염수 스트림의 압력을 낮추도록 구성된 압력 강하 디바이스를 포함하는 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 플래시 용기와 상기 송풍기 사이에 배치되는 미스트 분리기(mist separator)를 더 포함하고, 상기 미스트 분리기는 상기 분리된 증기로부터 액체를 추출하도록 동작 가능한, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 오염수 스트림은 상기 순환 펌프와 상기 압력 강하 디바이스 사이의 상기 순환 스트림과 합류되는, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 처리수는 상기 펌프와 상기 순환 스트림 및 상기 생물학적 오염수 스트림의 상기 합류 사이의 상기 순환 스트림으로부터 분리되는, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 압력 강하 디바이스로 향하기 전에 상기 생물학적 용수 스트림을 추가로 가열하도록 동작 가능한 열 교환기를 더 포함하는 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 순환 펌프는 상기 순환 스트림의 미세세포 유기물들의 적어도 일부를 용해시키기에 충분한 압력으로 상기 순환 스트림을 가압하는, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
7. 생물학적 오염수 스트림을 처리하기 위한 시스템에 있어서:
   미생물들 및 고형물들을 포함하는 생물학적 오염수 스트림을 포함하는 순환 스트림에 열을 가하도록 구성된 열원;
   상기 순환 스트림을 수용하고 상기 순환 스트림의 액체로부터 증기를 분리하도록 구성된 플래시 용기;
   상기 플래시 용기로부터 상기 분리된 증기를 수용하고, 상기 분리된 증기를 압축하고, 증발 잠열을 회수하기 위해 상기 분리된 증기를 상기 순환 스트림으로 재도입하도록 구성되는 송풍기;
   상기 플래시 용기로부터 상기 분리된 액체를 수용하고 상기 분리된 액체를 상기 순환 스트림으로 가압하도록 구성된 순환 펌프;
   상기 순환 스트림이 상기 플래시 용기에 의해 수용되기 전에 상기 순환 스트림의 압력을 낮추도록 구성된 압력 강하 디바이스로서, 상기 압력 강하 디바이스 및 상기 순환 펌프는 상기 순환 스트림 내에서 상기 미생물들의 세포벽들을 파괴시키는, 상기 압력 강하 디바이스; 및
   상기 순환 스트림으로부터 처리수를 수용하여, 상기 처리수로부터 열을 회수하기 위해 상기 순환 스트림에 추가될 투입수를 예열하도록 구성된 예열 교환기를 포함하는 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 플래시 용기와 상기 송풍기 사이에 배치되는 미스트 분리기를 더 포함하고, 상기 미스트 분리기는 상기 분리된 증기로부터 액체를 추출하도록 동작 가능한, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
9. 제6항에 있어서, 상기 열원은 열 교환기인, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
10. 제6항에 있어서, 상기 열원은 상기 순환 스트림에 대한 보충 증기의 추가를 포함하는, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
11. 제6항에 있어서, 상기 분리된 증기는 상기 플래시 용기와 상기 순환 펌프 사이의 상기 순환 스트림으로 재도입되는, 생물학적 오염수 스트림 처리 시스템.
12. 생물학적 오염수 스트림의 미생물로부터 용수를 채취(harvest)하기 위한 방법에 있어서:
    처리수 스트림으로부터의 열을 사용하여 생물학적 오염수 스트림을 예열하는 단계;
    상기 예열된 생물학적 오염수 스트림을 순환 스트림에 추가하는 단계;
    상기 순환 스트림에 가압하고 열을 가하는 단계;
    상기 순환 스트림의 압력을 강하하는 단계;
    상기 순환 스트림의 액체로부터 증기를 분리하는 단계;
    상기 증기를 압축하고 상기 증기를 상기 순환 스트림으로 재도입하는 단계; 및
    상기 순환 스트림으로부터 상기 처리수 스트림을 출력하는 단계를 포함하는 용수 채취 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 액체로부터 상기 증기를 분리하는 단계와 상기 예열된 생물학적 오염수 스트림을 상기 순환 스트림에 추가하는 단계 사이에서 상기 순환 스트림이 가압되는, 용수 채취 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 예열된 생물학적 오염수 스트림을 상기 순환 스트림에 추가한 후 상기 순환 스트림에 추가 열을 가하는 단계를 더 포함하는 용수 채취 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 증기를 압축하기 전에 상기 증기로부터 액체 스트림을 추출하고 상기 액체 스트림을 상기 순환 스트림에 추가하는 단계를 더 포함하는 용수 채취 방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 순환 스트림을 가압하기 전에 상기 증기가 상기 순환 스트림으로 재도입되는, 용수 채취 방법.
17. 생물학적 오염수 스트림으로부터 용수 회수를 최대화하는 방법에 있어서:
    압력 또는 열 또는 이들의 조합을 사용하여 상기 오염수 스트림에서 미세세포 유기물들을 용해시키는 단계를 포함하는 용수 회수 최대화 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 압력은 압력 증가, 압력 강하, 또는 이들의 조합인, 용수 회수 최대화 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 압력은 증가 및 압력 강하인, 용수 회수 최대화 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 오염수 스트림의 상기 미세세포 유기물의 5% 내지 100%가 용해되는, 용수 회수 최대화 방법.
21. 제17항에 있어서, 상기 미세세포 유기물들은 박테리아를 포함하는, 용수 회수 최대화 방법.
22. 제17항에 있어서, 상기 용수 스트림에서 용해되지 않은 임의의 다른 병원균들을 비활성화하는 단계를 더 포함하는 용수 회수 최대화 방법.
23. 생물학적 오염수 스트림으로부터 획득된 고형물 함량의 중량을 감소시키는 방법에 있어서:
    상기 용수 스트림의 미세세포 유기물들을 용해시키고 그로부터 용수를 방출하는 단계;
    상기 방출된 용수를 상기 오염수 스트림의 다른 용수와 함께 모으는 단계; 및
    상기 용수에서 상기 고형물들을 분리하는 단계를 포함하는 고형물 함량의 중량 감소 방법.
    제23항에 있어서, 상기 용해는 압력, 열 또는 이들의 조합을 사용하여 수행되는, 고형물 함량의 중량 감소 방법.
24. 제17항에 있어서, 상기 압력은 압력 증가, 압력 강하, 또는 이들의 조합인, 용수 회수 최대화 방법.
25. 제18항에 있어서, 상기 압력은 증가 및 압력 강하인, 용수 회수 최대화 방법.
26. 제17항에 있어서, 상기 오염수 스트림의 상기 미세세포 유기물의 5% 내지 100%가 용해되는, 용수 회수 최대화 방법.