KR101006763B1 - 수처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부식의 억제를 제공함과 동시에 선박에 의해 물을 처리하는 것을 가능하게 하는 시스템 및 방법을 제공한다. 산소 스트리핑 가스는 바람직하게 그러나 필요에 따라 벤츄리 인젝터에 직접적으로 펌핑될 수 있고, 또는 최초에 빈 탱크에 펌핑되고, 그 후 인젝터 수단에 전달될 수 있는 산소 스트리핑 가스를 생성한다. 이송 파이프 수단을 개재하여 인젝터를 통해 펌핑된 물은 산소 스트리핑 가스와 접촉하고, 물 속의 용존산소는 인젝터에 의해 생성되는 미세기포로 이동한다. 물 및 미세기포는 인젝터로부터 탱크로 펌핑되고, 미세기포는 표면에 부양하고, 산소는 탱크의 헤드스페이스에 방출된다. 탈산소화된 물은 추가적인 탈산소화용의 시스템을 통해 재순환될 수 있고, 또는 탱크로부터 주위의 수로에 방출될 수 있다.
Figure R1020047017355
수처리, 밸러스트워터, 부식 방지, 산소 스트리핑 가스

Description

수처리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF WATER TREATMENT}
발명의 배경
발명의 분야
벤츄리 인젝터를 사용하는 수처리 시스템 및 방법은 물로부터 용존산소의 제거를 촉진하고, 이것에 의해 물 속의 원하지 않는 수생 유기체의 개체수를 감소시키고, 동시에 부식을 억제한다. 수처리 시스템 및 방법은 항만 구역으로부터 다른 항만 구역에 수송되는 밸러스트워터를 선박에 의해 처리하는 것을 가능하게 하고, 이것에 의해 환경에의 악영향을 제한하고, 동시에 부식을 억제하는 것에 의해 선박에 관련한 사용에 특히 유용하다. 수처리 시스템 및 방법은 석유생산 등 기타의 용도를 가질 수 있다.
예를 들면, 선박은 빈 상태 또는 부분적으로 적재된 상태로 출항하기 전에 밸러스트 탱크에 물을 취수하여 안정성을 유지하고, 부력을 조절한다. 사실상, 모든 경우에 있어서 이 밸러스트워터에는 물 속의 용존산소의 농도에 의해 영향을 받는 살아있는 유기체가 포함된다. 선박이 목적지에 도착하고, 화물을 적재할 준비가 되면 이 밸러스트워터를 방출하므로 목적지의 항의 수환경에 침범의 가능성이 있는 종이 도입된다. 약 40,000척의 대형화물선이 연간 몇십억톤의 밸러스트워터를 세계에 운반하고 있고, 수백의 해양성 침범종을 비원생 환경에 도입하는 원인이 되고 있는 것으로 생각된다. 이러한 침범의 총 비용은 미확정이지만 다수의 추정치는 수십억 달러로 추정한다.
이러한 현안에 대처하기 위해, 많은 국가의 정부 및 미국의 주정부는 밸러스트워터의 관리를 통제하는 규정을 가결하였다. 국제해양기관은 밸러스트워터의 추천되는 처리에 관한 가이드라인 안을 제안하고 있다. 미국연안경비대는 현재 미국 내의 항에서 통상을 행하는 선박에 관하여 장래적으로 고려되는 밸러스트워터 처리요건에 대한 가이드라인을 책정하고 있다.
군함 및 일반상선을 포함하는 세계의 선박군의 압도적 대부분은 강철에 의해 건조되어 있다. 강철은 산소 및 물에 노출되었을 때 부식한다. 선박의 부식된 강철구조는 내항성(耐航性; seaworthiness)을 감소시키고, 이것을 회피 또는 수리하기 위해 광범한 조치가 강구되고 있다. 선박의 부식으로부터의 보호 및 수리의 비용의 추정액은 세계 전체로 연간 수십억 달러에 달하고 있다.
부식이 특히 염려되는 선박의 일구역은 밸러스트워터 탱크이다. 예를 들면, 최대급의 석유탱커는 최대 15,000,000갤런(57,000톤)의 밸러스트워터 용량을 가질 수 있다. 밸러스트 탱크구조가 장기적으로 물(많은 경우, 염수)에 노출되면 급속한 부식을 유도하는 조건이 형성된다. 본 명세서의 집필시 밸러스트 탱크를 도장하는 비용은 통상 1평방피이트 당 $5.00 내지 $10.00이고, 다른 추정에서는 부식구역을 수리하는 비용은 1평방피이트 당 약 $500이다.
따라서, 시간 및 비용효율이 우수한 방식으로 부식의 억제를 제공함과 동시에 수생 유기체를 배제하기 위하여 물을 처리하는 시스템이 요망된다. 밸러스트워터 내의 수생 유기체를 배제하는 일형태는 주위의 수로로부터 물을 취수할 때의 물의 탈산소화를 통하는 것이다. 용액 중의 용질가스의 농도는 용액 상방의 가스의 분압에 정비례한다(이 물리현상은 헨리의 법칙에 의해 지배되고, 용해농도는 그 용질에 대한 헨리의 법칙의 정수를 사용하여 계산될 수 있다) . 그러므로, 스트리핑 가스(질소 또는 그 밖의 저산소 가스혼합물)에 노출될 때, 산소는 6 내지 10 ppm(0.001%)의 용존산소를 포함하는 물로부터 용이하게 확산되어 나오고, 약79%의 질소와 21%의 산소인 공기 중에 존재하는 혼합물로 복귀하려 한다. 밸러스트워터에 존재하는 용존산소를 제거하기 위한 질소가스의 사용은 효율적이고 경제적으로 소망의 밸러스트워터 처리수단을 제공하고, 동시에 부식억제 효과를 제공하는 것으로서 기록되어 있다[문헌: MARIO N. TAMBURRI et al.: Ballast water deoxygenation can prevent aquatic introductions while reducing ship corrosion. Biolog. Conserv. (2002) 103:331-341]. 다양한 스트리핑 가스 및 그 혼합물에 대한 헨리의 법칙의 정수는 다양한 가스를 사용하여 물을 탈산소화시킬 수 있는 것을 입증해준다.
선상에서, 물 속의 용존산소를 스트리핑에 노출시키기 위한 효율적인 방법은 수중에서 가스의 미세기포를 형성하는 것이다. 수중에서 형성되는 미세 스트리핑 가스기포는 미세기포가 탱크 저부로부터 상부로 부양할 때에 용존산소를 물로부터 이송시키는 능력을 가진다. 미세기포를 형성하기 위한 일반적으로 인식되는 효율적이고, 안전하고, 신뢰성이 높은 방법은 벤츄리 인젝터의 사용에 의한 것이다.
종래 기술의 설명
수처리, 더욱 상세하게는 밸러스트워터 처리장치 및 방법은 어느 항만 구역으로부터 다른 항만 구역에 수송되는 물을 선박에 의해 처리하는 것을 가능하게 하기 위해 요망된다. 이와 같은 처리는 나중에 물을 최초에 취수한 환경과 생태학적으로 다른 환경에 물을 방출할 때 발생할 수 있는 환경적으로 위험한 영향을 제한한다.
수처리장치 및 방법의 사용은 종래기술에서 알려져 있다. 예를 들면, 브라우닝(Browning)에게 허여된 미국특허 제6,171,508호에서는 선박의 밸러스트워터 내의 미생물을 사멸시키는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 그러나, 브라우닝의 '508 특허는 밸러스트워터를 탈산소화하는 것에 스트리핑 가스를 사용하지 않고, 결과적으로 어떤 부식억제 특성도 개시하고 있지 않고, 더욱 밸러스트워터로부터 용존산소를 제거하기 위해 효율이 낮은 진공기구를 사용하는 결점을 가진다.
로덴(Rodden)에게 허여된 미국특허 제6,125,778호는 오존을 사용하여 밸러스트워터를 처리하는 밸러스트워터 처리를 개시하고 있다. 그러나, 로덴의 '778 특허는 부식에 관한 것을 제공하지 않고, 밸러스트워터를 처리하기 위하여 보다 효율적인 벤츄리 인젝터에 의해 촉진되는 수단을 사용하지 않는다.
마찬가지로, 길(Gill)에게 허여된 미국특허 제5,192,451호는 수용성 디알킬 디아릴 제4암모늄 중합체에 의해 밸러스트워터를 처리하고, 선박 밸러스트 탱크 내의 얼룩말홍합을 방제하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 길의 '451 특허는 화학반응이 발생하지 않는 수처리는 불가능하고, 어떤 부식억제 특성도 제공하지 않는다.
또, 챙(Chang)에게 허여된 미국특허 제5,376,282호 및 제5,578,116호는 공히 진공 및 교반을 사용하고, 얼룩말홍합의 생존을 억제하는 목적에서 물로부터 용존산소를 제거하는 것을 개시하고 있다. 그러나, '282 및 '116 특허는 밸러스트워터를 탈산소화하기 위해 보다 효율적인 벤츄리 인젝터에 의해 촉진된 스트리핑 가스의 전달을 제공하지 않고, 더욱 물로부터의 용존산소의 제거 중에 부식억제 효과를 제공하지 않는다는 결점을 가진다.
덱커(Decker)에게 허여된 미국특허 제6,126,842호는 산소 중의 저농도 오존가스의 가스혼합물을 폐수 흐름에 주입하고, 동시에 혼합하고, 폐물의 오염물질의 제거를 제공하는 저농도 오존 폐수처리방법을 개시하고 있다. 그러나, 덱커의 '842 특허는 벤츄리 인젝터를 사용한 효율적인 오존에 기초한 처리시스템을 제공하는 것이지만 선박 상에서의 밸러스트워터의 처리를 개시하지 않고, 더욱 '842 특허는 효율 향상 및 부식의 억제와 같은 산소 스트리핑 가스를 사용하여 얻어지는 더욱 큰 이점을 제공하지 않는다.
하트위그(Hartwig)에게 허여된 미국특허 제6,274,052호는 오존전달을 위해 일련의 벤츄리 인젝터를 사용한 푸울의 물의 오존처리를 개시하고 있다. 그러나, 하트위그의 '052 특허는 물을 산소화하는 목적에서 벤츄리 인젝터를 통해 수중에 산소 스트리핑 가스를 주입하는 것을 개시하지 않고, 설명되는 처리 중에 어떤 부식억제 효과도 제공하지 않는다는 추가의 결점을 가진다.
사바드(savard)에게 허여된 미국특허 제4,246,111호는 폐물을 생물학적으로 처리하고, 처리물을 생물학적으로 정화하기 위한 장치를 개시하고 있다. 그러나, 사바드의 '111 특허는 바람직하게 그러나 필요에 따라 밸러스트워터인 물의 탈산소화에 관하여 산소 스트리핑 가스를 사용하지 않고, 더욱 부식의 억제를 제공하지 않는다.
마지막으로, 놀드(Nold)에게 허여된 미국특허 제3,676,983호는 진공실 및 교반을 사용하여 액체로부터 가스를 제거하는 장치 및 방법을 개시하고 있다. 그러나, 놀드의 '983 특허는 액체의 캐비테이션(cavitation)을 필요로 하고, 액체의 가스제거를 더욱 효율적으로 촉진하는 벤츄리 인젝터를 사용하지 않는다.
위에서 설명한 발명은 그 특정의 목적 및 요건을 만족시키지만 상기의 특허는 어느 항만 구역으로부터 다른 항만 구역으로 수송되는 물을 선박에 의해 처리하는 것을 가능하게 하고, 동시에 부식의 억제를 제공하는 시스템 및 방법이 설명되어 있지 않다.
상기의 특허와 본 기술분야에서 현재 공지되어 있는 다른 수처리 시스템 및 방법은 부식의 억제를 제공하면서 스트리핑 가스에 의한 탈산소화를 촉진하는 인젝터 수단을 사용한 수처리를 제공하고 있지 않다.
발명의 요약
종래기술에 존재하는 공지의 유형의 수처리 시스템 및 방법에 내재하는 상기의 결점을 고려하여, 본 발명은 물의 탈산소화를 촉진하는, 바람직하게 그러나 필요에 따라 벤츄리 인젝터인 인젝터 수단을 통해 주입되는 산소 스트리핑 가스를 사용하는 개량된 시스템 및 방법을 제공하고, 종래기술에서 지적된 불리점 및 결점을 극복한다. 그러므로, 본 발명의 일반적인 목적은 후에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이 전술한 종래기술의 모든 이점과 종래기술 또는 그 임의의 조합에 의해 예측, 명백한 제공, 제안, 또는 암시되지 않은 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 다수의 새로운 특징을 가지는 새로운 개량된 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
이것을 달성하기 위하여 본 발명은 용기와, 필요에 따라 그러나 바람직하게 벤츄리 인젝터이고, 물을 수용하는 유입포트, 산소 스트리핑 가스를 수용하는 인젝터 포트, 및 물을 방출하는 출구포트를 가지는 인젝터 수단을 가지는 수처리 시스템을 포함한다. 물은 유입포트에 유입되고, 인젝터를 통과하고, 여기서 물은 인젝터 수단의 인젝터 포트를 통해 수용되는 스트리핑 가스와 접촉한다. 물은 그 후 출구포트로부터 용기에 방출된다. 인젝터 수단에 의해 수용되는 스트리핑 가스는 가스생성원으로부터 공급된 것이다. 가스는 바람직하게 그러나 필요에 따라 밸러스트 탱크일 수 있는 용기에 가스원을 접속하는 제1의 가스전달수단과, 용기를 인젝터 수단의 인젝터 포트에 접속하는 제2의 가스전달수단에 의해 인젝터 수단에 전달될 수 있다. 대안으로서, 용기는 필요에 따라 물이 직접적으로 인젝터 수단으로부터 주변 수로로 통과하는 수관(water conduit)일 수 있다. 제1 및 제2의 가스전달수단의 조합에서, 또는 대안에서, 가스원을 상기 인젝터 수단의 인젝터 포트에 접속하고, 이것에 의해 스트리핑 가스를 가스원으로부터 인젝터 포트에 직접적으로 전달하는 제3의 가스전달수단이 존재할 수 있다. 바람직하게 그러나 필요에 따라, 인젝터 수단은 유입포트가 이송 파이프 수단을 통과하는 상기 물을 수용하고, 출구포트가 용기에 접속될 수 있는 이송 파이프 수단에 물을 재방출하도록 이송 파이프 수단에 직렬로 접속된다. 추가하여, 인젝터 수단으로의 스트리핑 가스의 흐름을 제어하기 위하여 부스터 블로우어 및/또는 필요에 따라 그러나 바람직하게 디맨드밸브(demand valve)인 레귤레이터를 용기와 인젝터 수단의 사이에 제2의 스트리핑 가스 전달수단에 직렬로 장착될 수 있다. 많은 선박에서 발견되는 바와 같은, 바람직하게 그러나 필요에 따라 밸러스트 펌프인 펌프수단은 외부의 수원으로부터의 물을 수용하고, 인젝터 수단을 통해 물을 펌핑할 수 있다.
이 시스템은 또 용기에 물을 취수하고, 재순환 파이프 수단을 개재하여 용기로부터 물을 재순환시키고, 인젝터 수단을 통해 용기에 물을 재펌핑하는 재순환수단을 포함할 수 있다. 이 재순환수단은, 필요에 따라 그러나 바람직하게, 제어패널 수단에 의해 기동될 수 있는 센서에 의해 모니터되고, 센서는, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 처리하는 물 속에 존재하는 산소의 농도를 모니터하는 기체산소 및 용존산소 센서다. 본 발명은 또 재산소화 수단과, 탈산소화된 물의 방출 전에 발생하는 재산소화 단계를 가질 수 있다. 이 재산소화는 대량의 탈산소화된 물을 주변 수로에 방출할 때에 발생될 수 있는 환경의 악영향을 저감하는 역을 한다. 물론, 이하에서 설명되고, 부기된 청구항의 내용을 형성하는 본 발명의 추가적인 특징도 존재한다.
본 발명의 다수의 목적 및 이점은 첨부도면과 함께 현시점에서 바람직한 그러나 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명을 읽는 것에 의해 당업자에게는 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명은 그 적용에서 이하의 설명에 기재되거나 도면에 예시되는 구조의 상세한 구성 및 배치에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예가 가능하고, 다양한 형태로 실시 및 실행될 수 있다. 또, 본 명세서에서 이용되는 표현 및 용어는 설명을 목적으로 하는 것이고 한정으로서 간주되어서는 안되는 것으로 이해되어야 한다.
그러므로, 당업자는 본 개시의 기초가 되는 개념을 본 발명의 다수의 목적을 실천하는 기타 구조, 방법, 및 시스템의 설계의 기반으로서 용이하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 특허청구의 범위는 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않는 한 이와 같은 등가의 구성을 포함하는 것으로서 간주되는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 수처리장치 및 방법의 이점과, 추가적인 이점 및 이익을 가지는 수처리를 위한 신규의 개량된 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 다른 목적은 종래기술의 시스템 및 방법에서 그 이점의 일부를 제공하고, 동시에 종래기술의 시스템 및 방법에 관련된 결점의 일부를 극복하는 신규의 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 다른 목적은 산소 스트리핑 가스를 사용하고, 이것에 의해 다른 산포 또는 기포확산식 가스전달방법보다 효율이 높은 스트리핑 가스전달을 제공하는 시스템이다. 이것에 의해 물이 최초에 취득된 환경과 생태학적으로 상이한 환경에 미처리된 물이 방출되었을 때 발생될 수 있는 환경에 대한 악영향을 제한하는 경제적으로 유리하고 효율적인 방법이 가능하다.
본 발명의 더욱 다른 목적은 바람직하게 그러나 필요에 따라 벤츄리 인젝터에 의해 물의 흐름에 주입되는 산소 스트리핑 가스에 의해 선박에서 물을 처리하는 것을 가능하게 하는 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 이것에 의해 부식을 억제하면서, 바람직하게 그러나 필요에 따라 밸러스트워터인 물을 효율적으로 처리하는 것이 가능해지고, 그 결과 수처리에 관련된 전체적인 유지비 및 비용을 감소시킨다.
추가적으로, 본 발명은 물로부터 산소를 스트리핑하는 스트리핑 가스촉진형 탈산소화를 이용하는 수처리 시스템 및 방법을 더욱 제공한다. 이 산소 스트리핑 시스템 및 방법에서는 효율이 높고 화학물질을 사용하지 않는 수처리가 가능해진다.
본 발명의 추가의 목적은 바람직하게는 수생 유기체의 생존의 억제 및/또는 부식의 억제를 목적의 일부로 하여 물을 탈산소화하기 위한 신규의 개량된 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 물을 수용하는 유입포트와, 스트리핑 가스를 수용하는 인젝터 포트와, 물을 방출하는 출구포트를 가지는, 바람직하게 그러나 필요에 따라 벤츄리 인젝터인 인젝터 수단을 이용하는 것을 포함하고, 처리될 물은 유입포트에 공급되고, 스트리핑 가스는 인젝터 포트에 공급되고, 이것에 의해 수중에는 무수한 미세기포가 도입되고, 물 속의 산소는 상기 미세기포 내에서 수상으로부터 기체상으로 확산된다. 이 방법은 더욱 물과 미세기포를 인젝터 수단의 출구포트로부터 바람직하게 그러나 필요에 따라 밸러스트 탱크인 용기에 방출하는 것을 포함하고, 여기서 미세기포는 물로부터 방출되고, 산소는 이것에 의해 물로부터 확산된다. 이 물을 탈산소화하는 방법은 탈산소화를 제공하기 위해 인젝터 수단을 통해 상기 물을 재순환시키는 것을 더욱 포함할 수 있고, 바람직하게 그러나 필요에 따라 밸러스트 탱크이고, 또는 대안으로서, 단 한정되지 않고, 폐쇄된 탱크 또는 주변 수로에 접속되는 수관인 용기로부터 주변 수로에 물을 방출하기 전에 물을 재산소화 하는 것을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 용이하고 효율적으로 제조 및 판매될 수 있는 수처리를 위한 신규의 개량된 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 마지막 목적은 재료 및 노력의 양방에 관하여 제조비용이 비교적 저렴하고, 따라서, 일반소비자 및 소비업계에 대해 비교적 저가격으로 판매할 수 있는 수처리를 위한 신규의 개량된 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
이상은 이하의 본 발명의 상세한 설명이 보다 양호하게 이해되고, 이 기술에 대한 현시점에서의 공헌이 보다 양호하게 인식되도록 본 발명의 중요한 특징의 개요를 기술한 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명을 특징으로 하는 신규성의 다양한 특징과 함께 본 개시에 부기되고, 본 개시의 일부로 되는 청구항에서 상세하게 지적된다. 본 발명과 그 동작 상의 이점과 사용에 의해 달성되는 특정의 목적을 보다 깊이 이해하기 위하여, 본 발명의 현재의 실시형태가 예시되는 첨부도면과 기술내용을 참조해야 한다. 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해 동일한 부분을 지시한다.
다음에 도면, 특히 도 1내지 5를 참조하면, 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 현재의 실시형태가 도시되어 있고, 그 전체가 참조번호 10으로 표기되어 있다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 수처리 시스템 및 방법의 현재의 실시형태의 공정 흐름도이다.
도 2는 선박에 위치된 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 수처리 시스템 및 방법을 내부에 포함하는 선박의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 벤튜리 인젝터 구성요소의 정면도이다.
도 6은 저장소에 존재하는 본 발명의 폐재순환 시스템의 정면도이다.
동일 도면 부호는 각종 도면 전반에 걸쳐 동일 부위를 언급한다.
이하 첨부 도면, 특히 도 1 내지 5에 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 실시형태가 도시되고 전체가 도면 부호 10으로 표시되어 있다.
도 1에서 부식의 억제를 제공하면서 어떤 항만 구역으로부터 다른 항만 구역에 수송되는 물을 선박에 의해 처리하는 것이 가능한 스트리핑 가스탈산소화를 사용하는 신규의 개량된 수처리 시스템(10)의 기본 흐름도가 예시 및 설명된다. 더욱 상세하게는 스트리핑 가스탈산소화를 사용하는 수처리 시스템(10)은 취수수단(12)을 가지고, 이 취수수단(12)을 통해 선박의 외부로부터 물이 유입된다. 그 후 물은 밸러스트 펌프(14)와 같은 펌프수단을 통해 벤츄리 인젝터 등의 인젝터 수단(16)의 유입포트에 송입된다. 스트리핑 가스 공급원(18)로부터 취득되는 산소 스트리핑 가스는 부스터 블로우어(booster blower; 20)에 의해 촉진되는 인젝터 수단(16)의 유입포트에 전달되고, 바람직하게 그러나 필요에 따라 디맨드밸브(demand valve)인 레귤레이터(22)에 의해 제어될 수 있다. 추가로, 스트리핑 가스는 스트리핑 가스 공급원(18)으로부터 바람직하게 그러나 필요에 따라 선박의 밸러스트 탱크인 용기(24)에 송입될 수 있다. 인젝터 수단(16)에 전달된 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16) 내에서 물과 접촉하고, 스트리핑 가스와 물의 혼합물은 인젝터 수단(16)으로부터 용기(24) 또는 선박의 밸러스트 탱크로 송입된다. 혼합물이 용기(24) 내부에 들어가면 인젝터 수단(16)에 의해 생성된 미세기포 내에서 결합된 물의 용존산소와 스트리핑 가스는 용기(24)의 헤드 스페이스(headspace; 26)로 부양한다. 바람직하게 그러나 필요에 따라 기체산소 센서(28) 및 용존산소 센서(30)인 일련의 센서는 수중에 잔존하는 용존산소의 양을 모니터하기 위하여 용기(24) 내에 설치될 수 있다. 더욱, 센서 및 시스템전체의 추가의 조절 및 제어를 제공하기 위해 제어패널 수단(32)이 설치될 수 있다. 하나의 압력밸브 및/또는 일련의 압력밸브(34)는 통상 용기(24)의 상부에 배치되고, 용기 내의 압력을 조절하기 위해 가스를 수동적으로 방출한다. 필요한 경우, 용기(24) 내의 물의 일부는, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 제어패널 수단(32)에 의해 제어될 수 있는 일련의 센서에 의한 결정 및/또는 제어에 응하여 재순환 취수포트(36)에 재순환되고, 밸러스트 펌프(14)와 인젝터 수단(16)을 통해 용기(24)에 재송입될 수 있다.
도 2는 본 발명이 선박, 대형선, 기타 항해선에 위치할 때의 수처리용 시스템을 표현하고 있다. 도시한 바와 같이, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 밸러스트워터인 물은 일반적으로 선박의 선미에 위치하는 취수수단(12)에 의해 선박에 적재된다. 그 후 물은 밸러스트 펌프(14) 등의 펌프수단을 통해 벤츄리 인젝터 등의 인젝터 수단(16)에 송입된다. 스트리핑 가스 공급원(18)으로부터 취득되는 산소 스트리핑 가스는 그 후 부스터 블로우어(20)를 통해 인젝터 수단(16)에 송입된다. 부스터 블로우어(20)는 선박의 용기(24)에서 물에 의한 스트리핑 가스의 이동을 따라 잡을 수 있도록 물에 도입되는 스트리핑 가스의 양을 제어하는 역할도 수행할 수 있다. 또한 스트리핑 가스는 빈 용기(24) 내의 추가의 부식 억제를 제공하기 위해 스트리핑 가스 공급원(18)으로부터 용기(24) 또는 밸러스트 탱크로 송입된다. 인젝터 수단(16)에 전달된 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16) 내에서 물과 접촉하고, 2물질의 혼합물은 인젝터 수단(16)으로부터 필요에 따라 그러나 바람직하게 밸러스트 탱크인 선박의 용기(24)에 송입된다. 인젝터 수단(16)에 의해 생성된 미세기포 내에서 결합된 물로부터의 용존산소와 스트리핑 가스는 용기(24) 내부에 진입한 후 용기(24) 내의 헤드 스페이스(26) 또는 물 위의 기타 구역으로 부양한다. 일련의 압력밸브(34)는, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 용기의 최상부에 배치되고, 선박의 데크에 연장되고, 임의의 시점에서 용기(24) 내부의 압력의 레벨을 제어한다.
도 2는 본 발명이 선박, 대형선, 기타 항해선에 위치할 때의 수처리용 시스템을 표현하고 있다. 도시한 바와 같이, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 밸러스트워터인 물은 일반적으로 선박의 선미에 위치하는 취수수단(12)에 의해 선박에 적재된다. 그 후 물은 밸러스트 펌프(14) 등의 펌프수단을 통해 벤츄리 인젝터 등의 인젝터 수단(16)에 송입된다. 스트리핑 가스 공급원(18)으로부터 취득되는 산소 스트리핑 가스는 그 후 부스터 블로우어(20)를 통해 인젝터 수단(16)에 송입된다. 부스터 블로우어(20)는 선박의 용기(24)에서 물에 의한 스트리핑 가스의 이동을 따라 잡을 수 있도록 물에 도입되는 스트리핑 가스의 양을 제어하는 역할도 수행할 수 있다. 또한 스트리핑 가스는 빈 용기(24) 내의 추가의 부식 억제를 제공하기 위해 스트리핑 가스 공급원(18)으로부터 용기(24) 또는 밸러스트 탱크로 송입된다. 인젝터 수단(16)에 전달된 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16) 내에서 물과 접촉하고, 2물질의 혼합물은 인젝터 수단(16)으로부터 필요에 따라 그러나 바람직하게 밸러스트 탱크인 선박의 용기(24)에 송입된다. 인젝터 수단(16)에 의해 생성된 미세기포 내에서 결합된 물로부터의 용존산소와 스트리핑 가스는 용기(24) 내부에 진입한 후 용기(24) 내의 헤드 스페이스(26) 또는 물 위의 기타 구역으로 부양한다. 일련의 압력밸브(34)는, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 용기의 최상부에 배치되고, 선박의 데크에 연장되고, 임의의 시점에서 용기(24) 내부의 압력의 레벨을 제어한다.
도 3은 선박 내에 설치된 경우의 수처리용 시스템의 위치를 표시하기 위하여 선박을 상방으로부터 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 수처리용 시스템(10)은, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 선박의 선미 또는 그 부근에 위치하고, 바람직하게는 선박에 위치하는 밸러스트 탱크(24)인 용기에 물을 펌핑한다.
도 4에서, 본 발명은 주변 수로로부터의 물이 이송 파이프 수단(38)을 통해 선박에 유입하도록 도시되어 있다. 물은 그 후 밸러스트 펌프(14) 등의 펌프수단을 통해 필요에 따라 그러나 바람직하게 이송 파이프 수단(38)에 직렬로 접속된 벤츄리 인젝터인 인젝터 수단(16)의 유입포트에 펌핑되고, 이송 파이프 수단(38)에는 용기에의 전달을 위한, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 제트노즐의 네트워크를 조합할 수 있다. 가스원(18)으로부터 취득되는, 바람직하게 그러나 필요에 따라, 적어도 90%의 질소를 포함하는 산소 스트리핑 가스는 제1의 스트리핑 가스 전달수단(40)을 개재하여 바람직하게 그러나 필요에 따라 밸러스트 탱크인 빈 용기(24)에 전달된다. 이 스트리핑 가스는 그 후 제2의 스트리핑 가스 전달수단(42)에 의해 용기(24)로부터 인젝터 수단(16)의 유입포트에 전달된다. 인젝터 수단(16)에의 스트리핑 가스의 전달은 부스터 블로우어(20)에 의해 촉진될 수 있고, 부스터 블로우어(20)는 밸러스트 탱크, 수괴(body of water), 또는 수관(water conduit) 등의 용기(24) 내에서의 물에 의한 스트리핑 가스의 이동에 대응하기 위하여 물에 도입하는 스트리핑 가스의 양을 증가시키는 기능도 수행할 수 있다. 인젝터 수단(16)에 전달되는 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16) 내에서 물과 접촉하고, 스트리핑 가스와 물의 혼합물은 인젝터 수단(16)으로부터 이송 파이프 수단(38)을 통해 용기(24)에 송입된다. 바람직하게 (복수의) 용기(24) 사이의 공간은 일반적으로 선박 상에 구성되는 화물 영역(44) 등을 나타낸다. 바람직하게는 기체산소 센서(28) 및 용존산소 센서(30)인 일련의 센서는 방출된 용존산소의 양 및 수중에 잔존하는 용존산소의 양을 모니터하기 위하여 (복수의) 용기(24) 내에 설치할 수 있고, 또 임의로 시스템을 기동 및 제어하기 위하여 제어패널 수단이 설치될 수 있다.
도 5에 이송 파이프 수단(36)에 직렬로 부착된 벤츄리 인젝터(46)가 도시되어 있다. 이 예에서, 벤츄리 인젝터는 캘리포니아주 베이커필드의 Mazzei Injector Corporation이 제조한 모델 12050-SS Mazzei 인젝터이다. 이 Mazzei 인젝터의 구조 및 동작은 Angelo L. Mazzei에게 1999년 1월 26에 허여된 미국특허 제5,563,128호에 예시 및 설명되어 있고, 이 특허의 개시는 본 명세서에 전체가 기재되는 것과 동일한 범위로 참조로서 본 명세서에 도입되었다. 펌프수단으로부터의 물은 벤츄리 인젝터(46)의 유입포트(48)에 유입된다. 산소 스트리핑 가스는 인젝터 포트(50)를 통해 벤츄리 인젝터(44)에 전달되고, 물과 스트리핑 가스는 벤츄리 인젝터(46)의 수축부분(52)에서 접촉한다. 물과 스트리핑 가스는 그 후 수축부분(52)으로부터 펌핑되고, 다음에 수중에 존재하는 용존산소와 스트리핑 가스는 스트리핑 가스와 물을 벤츄리 인젝터(46)를 통해 송출하는 것에 의해 생성된 미세기포(56) 내에서 벤츄리 인젝터(46)의 출구포트(54)를 통과한다. 미세기포(56)와 이 시점에서 부분적으로 탈산소화된 물은 출구포트(54)로부터 이송 파이프 수단(38)으로 이동하고, 이송 파이프 수단(38)은 탈산소화된 물과 미세기포를 최종적으로 용기에 운반하고, 여기서 추가적인 탈산소화가 발생될 수 있다.
도 6은 용기 내의 폐재순환(closed re-circulation) 시스템을 도시하고 있다. 미처리수는 이송 파이프 수단(38)을 통해 필요에 따라 그러나 바람직하게 밀폐 가능한 탱크인 용기(24)에 유입된다. 용기(24) 내에는 추가적인 이송파이프(38)를 통해 물을 펌핑하기 위한 펌프수단(14)이 제공된다. 물은 그 후 필요에 따라 그러나 바람직하게 벤츄리 인젝터인 인젝터 수단(16)의 유입포트(48)에 유입된다. 인젝터 수단(16)의 수축부분(52) 내에서, 물은 인젝터 수단(16)의 인젝터 포트(50)에 수용되어 있는 산소 스트리핑 가스에 접촉한다. 필요에 따라 그러나 바람직하게 용기(24)의 외부에 근접하여 배치되는 스트리핑 가스 공급원(18)은 가스전달수단에 의해 인젝터 포트(50)에 전달되는 스트리핑 가스를 생성한다. 수중에 존재하는 용존산소의 대부분과 스트리핑 가스는 스트리핑 가스와 물을 인젝터 수단(16)을 통해 펌핌하는 것에 의해 생성된 미세기포 내에서 수축부분(52)으로부터 인젝터 수단(16)의 출구포트(54)를 통과한다. 출구포트(54)에 접속된 이송파이프(38)는 미세기포와 이 시점에서 부분적으로 탈산소화된 물을 인젝터 수단으로부터 제트노즐(58)을 통해 용기(24) 내에 이송하고, 여기서 미세기포는 용기 내의 헤드 스페이스(26)로 이동하고, 이것에 의해 물로부터 산소를 방출한다. 하나의 압력밸브(34), 또는 일련의 압력밸브는 용기(24) 내부에서 압력이 축적되는 것을 방지하기 위해 용기(24)의 최상부에 제공할 수 있다. 용기(24) 내의 물은 계속적으로 재순환될 수 있고, 용존산소 및 스트리핑 가스의 레벨을 모니터하고, 재순환 속도 및/또는 처리 완료된 물을 용기(24)로부터 필요에 따라 그러나 바람직하게 추가적인 이송파이프를 통해 방출하는 속도를 결정할 수 있도록 일련의 센서 및/또는 제어패널 수단이 설치될 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 수처리는, 바람직하게는 그러나 한정적이 않게, 선박이 바람직하게는 벤츄리 인젝터 등의 인젝터 수단을 통해 선박에 물을 펌핑할 때, 인젝터 수단에 도입된 산소 스트리핑 가스와 물이 접촉하도록 이루어진다. 일반적으로, 하나의 펌프 또는 일련의 펌프일 수 있는 펌프수단은 선박을 둘러싸고 있는 수로로부터 물을 이송 파이프 수단에 흡인한다. 선박의 산소 스트리핑 가스 공급원은 침투막형 질소발생기, 선박의 연도가스, 불활성 가스발생기, 또는 기타와 같은 본 기술에서 공지된 표준적인 공급원 또는 방법일 수 있다. 스트리핑 가스전달의 제어는 인젝터 수단에 접속되는 스트리핑 가스 전달수단에 직렬로 접속되는 부스터 블로우어 및/또는 레귤레이터를 통해 실시될 수 있다. 스트리핑 가스 공급원은 스트리핑 가스 전달수단에 의해 바람직하게 그러나 필요에 따라 (복수의) 밸러스트 탱크인 용기, 또는 임의로 복수의 용기와 인젝터 수단의 양자에 접속된다. 스트리핑 가스는 스트리핑 가스 전달수단에 의해 용기에 전달되어 용기를 충만시킬 수 있다. 다른 스트리핑 가스 전달수단에 의해 스트리핑 가스가 인젝터 수단을 통해 흐르는 것이 가능하다. 이 스트리핑 가스 전달수단은 용기에 접속하여 스트리핑 가스를 전달할 수 있고, 또는 스트리핑 가스 공급원에 접속하여 직접적으로 스트리핑 가스를 전달할 수 있다. 스트리핑 가스가 바람직하게는 벤츄리 인젝터인 인젝터 수단에 전달되는 경우, 인젝터를 통해 펌핑되는 물이 스트리핑 가스에 접촉하고, 수중에 존재하는 용존산소는 물로부터 인젝터 수단에 의해 생성된 미세기포로 이동한다. 이와 같은 미세기포는 스트리핑 가스 및 산소의 혼합물을 포함하고, 물과 함께 인젝터 수단으로부터 용기 내에 펌핑된다. 물이 용기에 송입되면 용기에 제공될 수 있는 스트리핑 가스는 바람직하게는 단 한정적이지 않게는 1:1의 체적비율로 교환된다. 이 스트리핑 가스는 인젝터 수단에 재순환되어 스트리핑 가스의 더욱 높은 사용 효율을 제공한다.
용기 내에서 미세기포는 용기 내의 물의 표면으로 부양하고, 스트리핑 가스-산소 혼합물은 용기의 헤드스페이스 또는 물 위의 구역 내에 방출된다. 본 발명은 처리 완료된 물이 용기에 유입될 때, 탈산소화된 물에 산소가 재도입하는 것을 방지하기 위해, 빈 용기에 스트리핑 가스를 전달하는 스트리핑 가스 전달수단을 더욱 포함할 수 있다. 이 산소 스트리핑의 전체로서 바람직하지만 임의적인 효과는 밸러스트워터에 일반적으로 존재하는 수생 유기체 등의 생존을 방해하는 동시에 부식의 억제를 동시에 또는 대안으로서 제공하는 것이다.
수처리의 개시와 정지는 선박의 취수와 동시에 일어난다. 물을 더욱 처리하기 위하여 재순환기구가 채용될 수 있고, 그 필요성은 용기 내에 존재하고, 임의적으로 소독을 검증하도록 물 속의 용존산소 농도를 기록하는 기체산소 및 용존산소 센서 등을 포함하는 일련의 센서에 의해 결정될 수 있다. 재순환기구의 기동이 필요한 경우, 정지동작은 바람직하게 그러나 필요에 따라 센서 및 밸브에 접속된 제어패널수단에 의해 제어될 수 있다.
사용에 있어서, 수처리 시스템 및 방법은 비화학적으로 효율적인 수처리를 사용될 수 있고, 동시에 부식을 억제하는 작용을 할 수 있다.
수처리 시스템 및 방법의 현재의 실시형태에 대하여 상세하게 설명하였으나, 그것에 대한 개조 및 변경이 가능하고, 이들 모든 개조 및 변경은 본 발명의 본래의 취지 및 범위 내에 속한다는 것은 명백하다. 전술한 설명에 대하여, 크기, 재료, 형상, 형태, 기능, 동작, 조립 및 사용방법의 변경을 포함하는 본 발명의 부품의 최적의 치수 관계는 당업자가 용이하게 구현할 수 있고, 도면에 예시되고 명세서에 설명된 것과 동등한 관계는 본 발명에 포함시키고자 한다. 예를 들면, 다양한 금속, 플라스틱, 또는 다른 견고한 재료로 제작된 임의의 적절한 원통관을 전술한 이송 파이프 수단 및/또는 재순환 파이프 수단으로서 사용할 수 있다. 더욱, 이상에서는 바람직하게 그러나 필요에 따라 선박에서 수성종(aquatic species)의 소독 및 부식억제 특성의 양자를 가지는 스트리핑 가스 유도식 탈산소화를 사용한 수처리에 대하여 설명하였으나, 본 명세서에서 설명된 수처리 시스템 및 방법은 폐수관리, 농업용도, 푸울 및 온천용도, 석유 및 가스용도, 및 다양한 소독용도 등을 포함하는 광범한 수처리 용도에 적합한 것으로 평가될 수 있다. 추가하여, 많은 형상 및 크기의 광범한 선창 및 탱크, 개방된 수괴를 전술한 기본적인 용기 또는 밸러스트 탱크의 대신에 사용할 수 있다. 더욱, 방법, 구성, 크기, 형상, 압력 및 체적 요건은 광범한 형상 및 크기의 광범한 선박에 일치될 수 있고, 전술한 폐재순환 시스템 및 방법은 어떤 용기로부터 다른 용기에 이전이 가능한 것일 수 있다. 본 발명은 더욱 광범한 펌프, 용기, 스트리핑 가스발생기 또는 발생원, 압력밸브, 본 발명에 필요한 그러나 선박 또는 기타 처리장소에 이미 존재하는 기타의 구성요소와 함께 사용하도록 구성될 수 있다.
따라서, 전술한 것은 본 발명의 원리만을 예시한 것으로 간주되어야 한다. 더욱, 당업자는 다수의 개조 및 변화에 용이하게 상도할 수 있으므로, 도시 및 설명된 엄밀한 구성 및 동작에 본 발명을 한정하는 것은 소망되지 않고, 따라서 전체의 적절한 변형예 및 등가물은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 재분류될 수 있다.

Claims (20)

  1. 밸러스트 수처리용 시스템으로서,
    산소 스트리핑 가스 공급원;
    물을 수용하는 유입포트, 산소 스트리핑 가스를 수용하는 인젝터 포트, 및 상기 물을 방출하는 출구포트를 가지는 인젝터 수단; 및
    밸러스트 탱크를 포함하고;
    상기 물이 상기 인젝터 수단을 통과하고, 이것에 의해 상기 인젝터 포트를 통해 수용되는 상기 산소 스트리핑 가스와 접촉하고;
    상기 물이 상기 출구포트로부터 상기 밸러스트 탱크에 방출되는 밸러스트 수처리용 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 제1의 스트리핑 가스 전달수단 및 제2의 스트리핑 가스 전달수단을 더 구비하고, 상기 제1의 스트리핑 가스 전달수단이 상기 스트리핑 가스 공급원을 상기 밸러스트 탱크에 접속하고, 상기 제2의 스트리핑 가스 전달수단이 상기 밸러스트 탱크를 상기 인젝터 수단의 상기 인젝터 포트에 접속하는 밸러스트 수처리용 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 이송 파이프 수단을 더 구비하고, 상기 인젝터 수단이 이송 파이프 수단에 직렬로 접속되고, 상기 유입포트가 상기 이송 파이프 수단으로부터 물을 수용하고, 상기 출구포트가 상기 이송 파이프 수단을 통해 밸러스트 탱크에 물을 방출하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수처리용 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 인젝터 포트에 의해 수용되는 상기 산소 스트리핑 가스를 조절하는 부스터 블로우어를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수처리용 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 외부의 수원으로부터 물을 수용하는 펌프수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수처리용 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 인젝터 포트에 의해 수용되는 상기 산소 스트리핑 가스를 조절하는 레귤레이터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수처리용 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 밸러스트 탱크 내에 부착된 센서 수단을 더 구비하고, 상기 센서 수단이 제어패널 수단에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수처리용 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 재순환수단을 더 구비하고, 재순환 파이프 수단이 상기 용기로부터 연장되고, 상기 물이 상기 인젝터 수단의 상기 유입포트에 의해 수용되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수처리용 시스템.
  13. 밸러스트 물을 탈산소화하는 방법으로서,
    물을 수용하는 유입포트와 산소 스트리핑 가스를 수용하는 인젝터 포트와 상기 물을 방출하는 출구포트를 가지는 인젝터 수단을 이용하는 단계,
    상기 유입포트에 처리될 상기 물을 공급하는 단계,
    상기 산소 스트리핑 가스를 산소 스트리핑 가스 공급원으로부터 상기 인젝터 포트에 공급하는 것에 의해 상기 물에 무수한 미세기포를 제공하는 단계로서, 상기 물 속의 산소가 상기 미세기포 내에서 수상으로부터 기체상으로 확산하는, 상기 단계, 및
    상기 물과 상기 미세기포를 상기 출구포트로부터 밸러스트 탱크에 방출하는 단계로서, 상기 미세기포를 상기 물로부터 방출하는 것에 의해 상기 산소를 상기 물로부터 확산시키는 단계를 구비하는 밸러스트 물의 탈산소화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 물로부터 상기 산소를 확산하는 단계가 상기 물 속의 유기체의 생존을 억제하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 물의 탈산소화 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 물로부터 상기 산소를 제거하는 단계가 부식을 억제하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 물의 탈산소화 방법.
  16. 삭제
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 밸러스트 탱크 내에서의 부식을 억제하는 목적에서 산소 스트리핑 가스를 상기 밸러스트 탱크에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 물의 탈산소화 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 추가의 탈산소화를 제공하기 위해 상기 인젝터 수단을 통해 상기 물을 재순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 물의 탈산소화 방법.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 물을 상기 밸러스트 탱크로부터 주위의 수로에 방출하기 전에 상기 물을 재산소화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 물의 탈산소화 방법.
  20. 삭제
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