KR101151400B1 - 옥시던트 합성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용액내의 옥시던트의 준비를 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 철산염 합성장치에 관한 것이다. 일실시예에서, 상기 장치는 시재료를 보유하기 위한 하나 이상의 콘테이너; 상기 시재료의 양을 측정하기 위한 측정장치; 철산염을 생성하기 위해 반응하도록 상기 시재료의 상기 측정된 양을 혼합하기 위한 믹서; 반응챔버; 및 상기 철산염이 얻어지고, 상기 철산염을 사용하는 장소와 인접한 곳에 배치되는 배수관을 포함한다.
옥시던트, 철산염, 합성, 콘테이너, 측정장치, 믹서, 반응챔버, 배수관

Description

옥시던트 합성장치{APPARATUS FOR SYNTHESIZING AN OXIDANT}
본 발명은 용액내의 옥시던트의 제조를 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 철산염 합성장치에 관한 것이다.
철산염은 다양한 무기질 또는 유기질의 환원제(reducing agent) 및 기질(substrate)과 반응할 수 있는 강한 옥시던트이다(R.L.Bartzatt, J.Carr, Trans.Met.Chem., Vol.11(11), pp.414-416)(1986); T.J.Audette, J.Quail, and P.Smith, J.Tetr.Lett., Vol.2, pp.279-282(1971); D.Darling, V.Kumari, and J.BeMiler, J.Tetr.Lett., Vol.40, p.4143(1972); and R.K.Murnann and H.J.Goff, J.Am.Chem.Soc., Vol.93, p.6058-6065(1971)). 철산염은 합성 유기물 연구를 위해 선택적 옥시던트로서 역할을 할 수 있고, 수용 및 비수용 매질 내의 많은 오염물과 다양한 유기화합물 및 무기화합물을 산화/제거할 수 있다.
철산염은 용액으로부터 철산염 자체 제거를 위한 적당한 메카니즘을 제공하기 때문에 수처리에 특히 중요하다. 모든 산화반응에서, 최종 철 생성물은 하이드록사이드 올리고머(hydroxide oligomer)를 형성하는 무독성의 페릭 이온(ferric ion)이다. 결국 플로큘레이션(flocculation)과 세팅이 발생하여 부유상태의 미립자 물질을 제거한다.
따라서, 철산염의 사용은 용수, 폐수, 및 슬러지 처리를 위해 현재의 방법에 안전하고 편리하며 다용도적이고 비용면에서 효과적인 대안을 제공한다.
이와 관련하여, 철산염은 환경적으로 중요한 다른 옥시던트들, 특히, 크로메이트(chromate) 및 클로린(chlorine)을 대신할 수 있는 친환경적인 옥시던트이다.
일반적으로 녹으로 알려진 페릭 옥사이드(ferric oxide)는, 철산염 환원의 철 생성물이다. 따라서, 철산염은 환경적으로 안전한 옥시던트인 특징을 갖는다. 비록 철산염에 의한 산화반응은 이미 알려진 MnO4 - 및 CrO4 2 - 의 산화반응과 유사하게 나타나지만, 철산염은 그 산화에서 더 높은 비율의 반응성을 가짐으로써 더 큰 작용기 선택도를 나타내고, 일반적으로 더 깨끗한 반응 생성물을 생성하도록 반응한다.
2002년 10월 24일에 '옥시던트 합성 방법과 그것의 응용(METHODS OF SYNTHESIZING AN OXIDANT AND APPLICATIONS THEREOF)'의 명칭의 미국특허공보 제 2002-0155044호에는 철산염이 생성되는 공정과 철산염 사용방법이 개시되어 있다. 또한, 상기 공보에는 일반적으로 철산염 합성에 사용될 수 있는 장치가 개시되어 있다. 그러나, 상기 공보에는 사용 장소와 인접한 곳에서 철산염의 합성을 위한 효율적인 장치에 대한 기술의 필요성이 나타나 있다.
본 발명은 철산염 제조장치, 특히 철산염의 합성장치가 개시된다. 상기 장치는 철산염을 생성할 수 있고, 2002년 10월 24일에 '옥시던트 합성 방법과 그것의 응용(METHODS OF SYNTHESIZING AN OXIDANT AND APPLICATIONS THEREOF)'의 명칭의 미국특허공보 제2002-0155044호에 기재된 공정과 방법을 수행하는데 최대한으로 활용될 수 있다.
어떤 실시예에서, 상기 개시된 장치는 사용장소에 인접한 생성장소에 배치된다. 여기서, '생성장소'는 철산염 생성 장치가 배치되는 장소를 말한다. 여기서, 예를 든 일실시예에서, 상기 생성장소는 철산염 생성을 위한 반응챔버를 포함한다. '사용장소' 또는 '처리장소'는 철산염을 산화, 합성, 소독, 클린, 플레이트, 캡슐화, 흡수, 공동침전, 또는 응고시키는 물체와 철산염이 접촉되는 장소를 말한다.
일반적으로 '아주 인접한' 및, '인접한'은 여기서 상호 교대로 사용된다. 이러한 용어들은 생성장소 및 사용장소의 상대위치에 따라 사용된다. 철산염이 그 분해(decomposition)의 반감기 범위내의 시간동안 이동할 수 있도록 하는 간격 내에 두개의 장소가 배치되는 경우 상기 두개의 장소는 서로 인접하게 된다. 분해의 '반감기'는 분해를 하는데 존재하는 재료의 절반에 대한 시간의 양이다. 소정의 철산염 성분에 대한 반감기는 철산염이 생성되거나 저장되는 조건에 의존한다. 따라서, 예를 들면, 온도, 염기(base) 농도, 산화제 농도, 불순물의 존재, 또는 교반은 철산염 성분의 반감기에 영향을 미치기 쉽다. 그러나, 반감기는 종래의 기술분야에서 보통의 기술을 가진 사람들에 의해서 쉽게 측정될 수 있다. 따라서, 전달하는 때에 사용장소에서 철산염의 농도가 생성장소에서 철산염의 농도의 절반보다 더 크거나 같을 경우, 생성장소는 사용장소와 인접하게 된다. 생성장소와 사용장소 사이의 거리는 단지 물리적인 거리보다는 전달하는데 요구되는 시간의 길이와 반감기로써 정의된다. 따라서, 서로 인접한 생성장소와 사용장소 사이의 물리적인 거리는 두개의 장소 사이에 전달되는 철산염 성분의 반감기와 상기 성분이 전달되는 비율에 따라 변한다. 이에 따라, 철산염 전달비율과 반감기 모두에 영향을 미치는 인자들은 두개의 장소들이 인접한 상태를 유지하도록 하는 최대 물리적인 거리에 최대한도로 영향을 미칠 것이다. 철산염 전달비율에 영향을 미치는 인자들은 전달에 사용된 펌프에 의해 발생된 압력, 전달에 사용된 플러밍(plumbing)의 온도, 및 전달에 사용된 플러밍의 사이즈를 포함한다.
어떤 실시예에서, 상기 개시된 장치는 철염(iron salt)과 산화제로 이루어진 반응 혼합물을 발생시킨다. 철염은 영(zero)이 아닌 산화상태에서 철원자로 이루어진 화합물을 말한다. 본 발명의 방법에 의해 사용된 철염은 인시튜(in situ), 즉, 혼합챔버 내에 철염을 유입하기 전에 화학적 또는 전기화학적으로 원소상태의 철을 산화하거나 혼합챔버 내부에서 산화를 수행함으로써 생성된다. 철염내의 철원자는 영보다 더 큰, 바람직하게는 +2 또는 +3의 산화상태를 가질 것이다. 다만 철원자가 초기 산화상태로부터 +4 이상의 최종 산화상태까지 변화되는 것과 같이 이러한 산화상태는 일시적으로 도달한다.
어떤 실시예에서, 철염은 수용액내에 존재한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 철염이 용해된 물과 다른 용매들을 포함한다. 바람직하게는, 철염을 용해하는 용매는 산화제 또는 철산염이 존재하는 곳에서 산화되지 않은 것이다. 몇가지 실시예에서, 철염은 고형체, 결정체, 또는 분말 형태로 제공되고 산화제로 이루어진 용액내에 용해된다. 다른 실시예에서, 산화제 및 철염 모두는 고형체, 결정체, 또는 분말 형태로 제공되고 물 또는 다른 용매에 혼합물로 첨가된다.
어떤 실시예에서, 상기 철염은, 페릭 나이트레이트(ferric nitrate), 퍼로스 나이트레이트(ferrous nitrate), 페릭 클로라이드(ferric chloride), 퍼로스 클로라이드(ferrous chloride), 페릭 브로마이드(ferric bromide), 퍼로스 브로마이드(ferrous bromide), 페릭 설페이트(ferric sulfate), 퍼로스 설페이트(ferrous sulfate), 페릭 포스페이트(ferric phosphate), 퍼로스 포스페이트(ferrous phosphate), 페릭 하이드록사이드(ferric hydroxide), 퍼로스 하이드록사이드(ferrous hydroxide), 페릭 옥사이드(ferric oxide), 퍼로스 옥사이드(ferrous oxide), 페릭 하이드로젼 카보네이트(ferric hydrogen carbonate), 퍼로스 하이드로젼 카보네이트(ferrous hydrogen carbonate), 페릭 카보네이트(ferric carbonate), 퍼로스 카보네이트(ferrous carbonate), 및 에틸렌디아민테트라아세테이트(ethylenediaminetetraacetate(EDTA)) 또는 폴리머와 같은 유기화합물과 합성된 퍼로스 또는 페릭 이온으로 이루어진 그룹, 또는 그 화합물로부터 선택된다. 페릭 및 퍼로스 옥사이드의 모든 다른 형태들은 본 발명의 방법으로 사용되도록 고려되고 있다.
산화제는 다른 화합물을 산화시키는 화학적 화합물이고, 스스로 분해된다. 어떤 실시예에서, 산화제는 하이포핼라이트 이온(hypohalite ion), 핼라이트 이온(halite ion), 핼레이트 이온(halate ion), 퍼핼레이트 이온(perhalate ion), 오존, OXONE？, 할로젼(halogen), 퍼옥사이드(peroxide), 수퍼옥사이드(superoxide), 과산(peracid), 과산염(a salt of a peracid), 및 카로 산(Caro's acid), 또는 그 화합물 중 적어도 하나로 이루어진다. 본 명세서 전체에서, OXONE？는 포타슘 퍼옥시모노퍼설페이트(potassium peroxymonopersulfate) 또는 포타슘 모노퍼설페이트(potassium monopersulfate), 또는 그 혼합물을 말한다.
다른 실시예들은 하이포클로라이트 이온(hypochlorite ion), 하이포브로마이트 이온(hypobromite ion), 및 하이포이오다이트(hypoiodite ion)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하이포핼라이트 이온으로 이루어진 산화제를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 산화제는 클로라이트 이온(chlorite ion), 브로마이트 이온(bromite ion), 및 이오다이트 이온(iodite ion)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 핼라이트 이온으로 이루어진다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 산화제는 클로레이트 이온(chlorate ion), 브로메이트 이온(bromate ion), 및 이오데이트 이온(iodate ion)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 핼레이트 이온으로 이루어진다. 본 발명의 어떤 다른 실시예들은 퍼클로레이트 이온(perchlorate ion), 퍼브로메이트 이온(perbromate ion), 및 퍼이오데이트 이온(periodate ion)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 퍼핼레이트 이온으로 이루어진 산화제를 포함한다.
어떤 실시예에서, 철산염을 생성하는 방법은 혼합물에 염기(base)를 첨가하는 것을 더 포함한다. 상기 염기는 하이드록사이드, 옥사이드, 설포네이트(sulfonate), 설페이트(sulfate), 설파이트(sulfite), 하이드로설파이드(hydrosulfide), 포스페이트, 아세테이트, 바이카보네이트, 및 카보네이트로 이루어진 그룹, 또는 그 화합물로부터 선택되는 질소 염기로 이루어진다. 질소염기는 비환식(acyclic) 및 환식(cyclic) 아미너(aminers)로부터 선택된다. 질소염기의 예는, 암모니아, 아미드(amide), 메틸아민(methylamine), 메틸아미드(methylamide), 트라이메틸아민(trimethylamine), 트라이메틸아미드(trimethylamide), 트라이에틸아민(triethylamine), 트라이에틸아미드(triethylamide), 아닐린(aniline), 피롤리딘(pyrrolidine), 피페리딘(piperidine), 및 피리딘(pyridine)을 포함하거나 그 염들을 포함한다.
도1은 본 발명의 장치의 일실시예에 따른 시스템에 의해 공급원료 시약이 본 발명의 장치로 유입되는 것을 나타낸 도면.
도2는 본 발명의 장치의 일실시예의 측정챔버를 나타낸 도면.
도3은 혼합챔버의 일실시예를 나타낸 도면.
도4는 반응챔버의 일실시예를 나타낸 도면.
도5는 온도조절장치의 일실시예를 나타낸 도면.
도6은 본 발명의 장치의 일실시예를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 장치의 일실시예에 따른 시스템에 의해 공급원료 시약이 본 발명의 장치로 유입되는 것을 나타낸 것이다. 본 발명의 장치에는 철산염의 합성에 사용되는 공급원료를 저장하기 위한 다수개의 콘테이너(102)가 제공된다. 도1은 각각의 철염, 산화제, 및 염기용으로 3개의 콘테이너(102)가 요구되는 본 발명의 일실시예를 나타낸 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예들에서 3개 이상 또는 3개 이하의 콘테이너(102)가 사용될 수 있다. 예를 들면, 몇가지 실시예들에서, 염기가 사용되지 않으므로 두개의 콘테이너(102)만 요구된다. 다른 실시예들에서 철염은 고형체로 첨가되기 때문에 철염을 위한 콘테이너(102)는 제공되지 않는다. 마찬가지로, 몇가지 실시예들에서 추가적인 시약들이 합성에 사용되므로 추가적인 콘테이너(102)가 사용된다.
각 콘테이너(102)는 호스 또는 파이프(108)에 부착된다. 본 명세서 전반에 걸쳐, '호스' 및 '파이프'는 상호 교대로 사용된다. '호스' 또는 '파이프'는 장치의 일부분으로부터 장치의 다른 부분으로 유동하는 시재료, 반응 혼합물, 또는 생성물과 같은 재료가 통과하는 배관이다. 본 발명에 따른 장치의 호스 또는 파이프는 유연하거나 단단하고, 알루미늄, 스틸, 황동 등과 같은 금속, 플라스틱, PVC, TYGON？등과 같은 폴리머, 또는 고무 재료로 이루어진다.
호스(108)는 콘테이너(102)의 밖에서 본 발명의 장치내로 시약을 펌핑하는 펌프(104)에 연결된다. 펌프(104)는 수동펌프 또는 자동펌프일 수 있다. 몇가지 실시예에서, 펌프(104)는 통과하는 유체의 체적을 측정할 수 있는 유량계를 구비한다. 다른 실시예에서, 펌프(104)는 통과하는 유체의 체적을 디스플레이하거나, 후술하는 바와 같이 장치의 콘트롤부에서 프로세서로 체적정보를 보낼 수 있는 전자 신호장치를 구비한다. 종래에 알려진 갖가지 자동 및 수동펌프들은 본 발명의 장치와 함께 사용될 수 있다.
펌프(104)가 콘테이너(102)에 부착될 수 있도록 호스(108)는 매우 짧다. 이러한 실시예들에서, 호스(108)는 그 내부의 재료가 이동하도록 콘테이너(102)까지 연장되게 된다. 다른 실시예들에서, 펌프(104)가 콘테이너(102)와 소정거리 이격되어 배치되도록 호스(108)는 몇 인치 또는 몇 피트의 길이를 가진다. 따라서, 몇가지 실시예들에서, 일부 펌프(104)들은 호스(108)를 통해 콘테이너(102)로 각각 연결되도록 장치 내의 한 장소에 배치된다. 다른 실시예들에서, 각 펌프(104)는 콘테이너(102)에 직접적으로 부착된다.
펌프(104)를 통과하는 유체는 호스(110)를 통해 혼합챔버(202)(도2)로 전달된다. 몇가지 실시예들에서, 밸브(106)는 호스(110)를 통과하는 유체의 유동을 조절한다. 다른 실시예들에서, 펌프(104)와 혼합챔버(202) 사이의 경로에는 밸브(106)가 존재하지 않는다.
각 콘테이너(102)는 추가적인 재료가 통과하여 콘테이너(102)로 유입되도록 하는 호스(114)가 구비된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치 전체가 박스의 내부에 배치되는 일실시예에서, 호스(114)의 개구부는 시재료가 장치의 사용으로 인해 고 갈되는 경우 장치의 작동자(operator)가 각 콘테이너(102)에 시재료를 더 첨가할 수 있도록 박스의 외부로 돌출되는 것이 바람직하다.
게다가, 각 콘테이너(102)는 콘테이너(102)로부터 재료의 제거를 용이하게 하는 배수관(drain)(112)을 포함한다. 바람직하게는, 제거된 재료가 실질적으로 장치내로 유입되지 않는다. 배수관(112)은 수동 또는 자동으로 작동되는 밸브를 가지고 있다.
본 발명의 몇가지 실시예들에서는 측정챔버가 제공된다. 측정챔버는 도2에 도시된다. 이러한 실시예에서, 시약은 펌프(104)에 의해 콘테이너(102)의 외부로 펌핑되어, 파이프(110) 및 옵션 밸브(106)를 통해 흐르고, 파이프(208)를 통해 흘러, 용기(202)내로 유입된다. 용기(202)는 재료가 내부로 유입되도록 다수개의 개구부(206)를 가진다. 개구부(206)는 용기의 상부에 형성되거나 용기(202)의 측면에 형성된다. 몇 실시예들에서, 개구부(206)는 용기(202)의 저면에 형성된다.
몇가지 실시예들에서, 용기(202)는 외부로 파이프 또는 에어덕트(220)를 통해 연결되는 다른 개구부(218)를 가진다. 파이프 또는 에어덕트(220)는 팬이 구비된다. 개구부(218) 및 상기 개구부와 관련된 파이프 또는 덕트(220)의 목적은, 용기(202) 및 상기 용기 주변으로부터 유해가스나 악취를 제거하기 위한 것이다.
몇가지 실시예들에서, 용기(202)는 저울(204) 위에 배치된다. 재료가 용기(202)에 첨가되는 경우, 저울(204)은 첨가된 재료의 중량을 측정한다. 작동자는 시재료의 농도를 포함하는 여러 인자들에 기초하여 각각의 개별적인 합성을 위해 시재료가 얼마나 첨가되어야 하는가를 계산한다. 저울(204)은 첨가된 재료의 중량을 가리키는 디스플레이를 가진다. 또한, 저울(204)은 시재료의 소정의 중량을 전달한 후에 펌프(104)가 시재료의 유동을 차단하도록 펌프(104)와 직접 또는 간접적으로 전자신호를 주고 받는다.
다른 실시예들에서, 저울(204)은 용기(202)로 시재료의 유동을 차단시키는 밸브들(106)(210) 중 어느 하나와 직접 또는 간접적으로 전자신호를 주고 받는다. 다른 실시예에서, 저울(204)의 판독은 수동으로 이루어지고, 작동자는 용기(202)로 전달된 시재료의 양이 충분하다고 판단되면 용기(202)로 재료가 유동하는 것을 수동으로 중지시킨다. 용기(202)에 첨가된 재료의 양이 요구되는 양보다 많을 경우에 용기(202)를 배수시키는데 사용될 수 있는 밸브(212)가 용기(202)에 구비된다. 충분한 재료가 용기(202)로 전달되면, 재료는 혼합을 위해 본 발명의 장치 하류부분으로 전달된다.
어떤 실시예들에서, 펌프(104)가 유량계를 구비하는 경우, 펌프(104)에는 용기(202)와 저울(204)이 필요없다. 이러한 실시예들에서, 재료는 펌프(104)로부터 혼합 또는 반응챔버로 파이프(110)를 통해 직접적으로 유동한다.
도3은 혼합챔버(302)의 일실시예를 도시한 것이다. 시재료는 파이프(110) 및 옵션밸브(106)를 통해 챔버(302)로 유동한다. 챔버(302)는 다수개의 개구부(310)가 구비되고, 그 개수는 사용되는 시약의 개수에 의해 좌우된다. 몇가지 실시예들에서, 챔버(302)는 필요로 하는 많은 시약들을 첨가할 수 있는 융통성을 제공하기 위해서 많은 수의 개구부(310)를 가진다. 사용되지 않는 개구부(310)는 차단된다.
몇가지 실시예에서, 용기(202)를 가진 케이스가 외부로 파이프 또는 에어덕 트(314)를 통해 연결되는 경우, 용기(302)는 다른 개구부(312)를 가진다. 파이프 또는 에어덕트(314)는 팬을 구비한다. 상기 팬은 파이프 또는 에어덕트(220)에 연결된 팬과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 개구부(312) 및 상기 개구부와 관련된 파이프 또는 덕트(314)의 목적은, 용기(302) 및 상기 용기의 주변으로부터 유해가스나 악취를 제거하기 위한 것이다.
또한, 용기(302)는 믹서(304)를 구비한다. 믹서(304)는 회전에 의해 용기(302)내의 재료를 혼합하는 기계적인 믹서이다. 다른 실시예들에서, 믹서(304)는 교반기이다. 다른 실시예들에서, 믹서(304)는 이덕터(eductor)이다. 또 다른 실시예들에서, 믹서(304)는 탱크 믹싱 이덕터, 난류 노즐, 정적 믹서, 디퓨저, 디스퍼서, 또는 벤튜리관이다. 기계적인 믹서들은 종래에 잘 알려져 있고, 어느 하나의 기계적인 믹서는 본 발명의 사상범위내에 있다. 다른 실시예들에서, 믹서(304)가 없는 대신에, 용기(302)는 일지점에서 용기(302)로부터 재료를 이동시키고 다른 지점에서 용기(302)로 재료를 재유입시키는 펌프(318)를 구비한다. 펌프를 통해 유체의 유동을 더 잘 조절하기 위해서 펌프(318)로부터 상류에 밸브(320)를 구비하거나 펌프(318)로부터 하류에 밸브(322)를 구비한다. 또한, 혼합의 다른 양태들이 고려된다.
몇가지 실시예들에서, 용기(302)는 온도조절장치를 구비한다. 일실시예에서, 온도조절장치는 특정한 온도의 액체 또는 가스 중 어느 하나의 유체가 유동하는 용기(302) 둘레의 재킷이고, 용기(302) 및 상기 용기내에 포함된 혼합물을 가열 또는 냉각한다. 현재 알려져 있거나 이보다 후에 개발된 다른 온도조절장치는 본 발명의 사상범위 내에 있다.
용기(302)는 반응 혼합물이 어떤 이유로 인해 필요하지 않을 경우, 용기(302) 내의 반응 혼합물이 통과하여 폐기되도록 하는 밸브(308)를 구비한다. 그렇지 않으면, 반응 혼합물은 밸브(306)가 선택적으로 구비된 파이프(324)를 통해 반응챔버로 흐르게 할 수 있다.
여기서, '반응 혼합물'은 철산염의 합성을 위해 시재료가 서로 혼합된 후에 얻어진 혼합물을 말한다.
몇가지 실시예들에서, 본 발명의 장치는 혼합용기(302)를 가지지 않는다. 이러한 실시예들에서, 혼합챔버는 파이프이다. 예를 들면, 파이프(110)들은 파이프(324)를 서로 형성하게 된다. 파이프(324)로의 재료의 유동은 재료가 서로 혼합되게 한다. 몇가지 실시예들에서, 파이프(324) 내부에 재료가 없을 때 발생되는 난류보다 더 큰 정도로 난류를 일으키는 재료가 파이프(324)의 내부에 구비된다. 상기 부가된 난류는 파이프(324)내에서 재료가 서로 혼합되도록 한다.
도4는 반응챔버의 일실시예를 도시한 것이다. 반응 혼합물은 파이프(324)와 옵션밸브(306)를 통해 반응챔버로 유입된다. 펌프(404)는 반응 혼합물이 반응챔버로 흡수되도록 하기 위해 사용된다. 반응 혼합물의 충분한 양이 반응 챔버로 유입되는 경우, 밸브(306)는 닫힌다. 이때, 펌프(404)는 반응챔버를 통과하는 반응 혼합물을 순환시킨다.
반응챔버는 반응용기(402)로 이루어진다. 용기(402)는 다수개의 개구부(412)를 구비하는데, 상기 개구부의 개수는 장치의 개별 구성 및 개구부의 필요성에 의 해 좌우된다. 용기(402)는 적어도 하나의 개구부(412)로 이루어진다. 사용되지 않는 개구부(310)는 차단된다.
몇가지 실시예에서, 용기(202)(302)를 가진 케이스가 외부로 파이프 또는 에어덕트(422)를 통해 연결되는 경우, 용기(402)는 다른 개구부(420)를 가진다. 파이프 또는 에어덕트(422)는 팬을 구비한다. 상기 팬은 파이프 또는 에어덕트(220)(314)에 연결된 팬과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 개구부(420) 및 상기 개구부와 관련된 파이프 또는 덕트(422)의 목적은, 용기(402) 및 상기 용기의 주변으로부터 유해가스나 악취를 제거하기 위한 것이다.
또한, 용기(402)는 믹서(410)를 구비한다. 믹서(410)는 상술한 바와 같이 기계적인 믹서이다. 대안으로, 용기(402)는 혼합을 위해 펌프(318)와 유사한 펌프 시스템을 구비한다. 다른 실시예에서, 믹서(410)는 이덕터인데, 반응 혼합물이 상기 이덕터를 통과하는 경우 반응 혼합물은 혼합된다.
일실시예에서, 밸브(416)(418)(428)(408)들이 닫힌 상태로 있는 동안 밸브(306)(426)들은 개방된다. 반응 혼합물의 충분한 양이 용기(402)로 유입되는 경우 밸브(306)는 닫히고 밸브(408)은 개방된다. 이때, 펌프(404)는 계속 작동한다. 따라서, 반응 혼합물은 밸브(408), 펌프(404), 밸브(426), 개구부(412), 및 이덕터(410)를 통해 용기(402)로 유동하고, 이때 다시 한번 사이클이 반복된다. 이러한 루프(loop)는 반응루프라고 한다. 몇가지 실시예들에서, 개구부(412)로부터 상류, 밸브(408)로부터 하류까지 연결되는 것은 바이패스 루프이다. 상기 바이패스 루프가 사용되는 경우, 용기(402)는 반응루프의 외부로 위치하게 되고 파이프들의 루프 로 이루어진다.
일실시예에서, 반응챔버는 반응 혼합물의 어떤 성분의 농도를 측정할 수 있는 측정장치(424)를 구비한다. 측정은 생성된 철산염의 농도, 시재료의 농도, 또는 용액에서 불순물의 농도를 소정시간 동안 검출하는 것이다. 측정장치(424)는 장치의 어느 곳이든지, 예를 들면, 반응루프를 따라, 반응용기 내에, 배수관에, 또는 그밖의 장소에 배치가 가능하다.
측정은 자동 또는 수동으로 이루어진다. 몇가지 실시예들에서, 측정장치(424)는 분광 광도계(spectrophotometer)로 이루어진다. 용액이 분광 광도계 가까이 유동하는 경우, 기구는 반응 혼합물의 일부분을 통과하는 특수 파장의 빛을 발광하고 이때, 검출기에 의해 검출된다. 검출기는 하나 이상의 특수 파장에서 용액의 이미턴스(emittance) 또는 흡광도를 측정한다. 이러한 값들은 알려진 데이터베이스와 비교된다. 이러한 비교로부터, 용액내의 특수 성분의 농도를 계산할 수 있다. 분광 광도계를 사용하여 농도를 계산하는 방법은 매우 잘 알려져 있다. 분광 광도계는 IR, 라만, UV, 또는 가시 분광 광도계이거나, 기타 다른 분광 광도계일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 측정장치(424)는 본 발명의 장치를 통해 유동하는 용액의 산화력을 측정할 수 있다. 산화력은 예를 들면, 용액이 환원제와 반응하는 경우에는 화학적으로, 용액이 전류에 의해 분해되는 경우에는 전기화학적으로 측정된다.
또한, 하나 이상의 성분의 농도는 수동으로 측정될 수 있다. 이러한 실시예 들에서, 작동자는 순환하는 용액의 일부분을 제거하고 특수 성분의 농도를 측정한다. 상기 성분의 농도는 잘 알려진 기술을 사용하여 측정된다.
어떤 실시예들에서, 반응 혼합물의 온도를 조절하는 것은 바람직하다. 이러한 실시예들에서, 밸브(416)(418)들은 혼합물의 온도가 소정값으로 상승, 또는 하강하거나 소정값을 유지하는 동안 도5에 도시된 온도조절루프를 통해 반응 혼합물이 루프되도록 하기 위해서 개방된다.
다른 실시예들에서, 온도조절장치는 반응 혼합물이 통과하여 유동하는 파이프 또는 호스 주위의 공기를 가열하거나 냉각함으로써 상기 반응 혼합물을 가열 또는 냉각한다. 다른 실시예들에서, 온도조절장치는 특정한 온도의 액체 또는 가스 중 어느 하나의 유체가 유동하는 반응챔버 또는 혼합챔버 둘레의 재킷이고, 반응 혼합물을 가열 또는 냉각한다. 현재 알려져 있거나 이보다 후에 개발된 다른 온도조절장치는 본 발명의 사상범위 내에 있다.
도5에 나타낸 일실시예에서, 온도조절장치는 냉수 또는 온수가 통과하여 순환하는 열교환장치일 수 있고, 이에 의해 반응 혼합물을 가열 또는 냉각한다. 밸브(416)(418)이 개방되고 밸브(426)이 닫히는 경우, 온도조절장치는 반응루프의 일부분이 된다. 반응 혼합물은 밸브(416)를 통해 유동하고, 개구부(508)를 통해 열교환장치(516)로 유입된다. 반응 혼합물과 열교환기(516) 사이의 온도차에 따라 반응 혼합물은 가열되거나 냉각된다. 이때, 반응 혼합물은 개구부(510)를 통해 열교환기(516)에서 유출되고 반응루프 아래로 계속해서 밸브(418)를 통해 유동한다.
이러한 실시예에서, 온도조절장치는 그것을 통해 유동하는 유체를 냉각하거 나 가열할 수 있는 온도조절기(502)를 포함한다. 밸브(512)가 개방되는 경우 파이프(514)를 통해 온도조절기(502)로 물, 공기, 또는 다른 적당한 유체가 유입된다. 온도조절기(502) 내부의 유체온도가 냉각 또는 가열됨에 의해 어떤 소정온도에 다다르는 경우, 유체는 밸브(518)를 통해 열교환기(516)로 향하게 된다. 유체가 개구부(504)를 통해 열교환기(516)로 유입되고, 이때 개구부(506)를 통해 열교환기에서 유출됨에 따라 유체는 열교환기(502)로 다시 순환하게 된다.
어떤 실시예들에서, 반응 혼합물의 온도는 자동적으로 조절된다. 예를 들면, 장치는 반응루프를 따라 서모미터 또는 서모커플(430)을 가진다(도4 참조). 서모미터(430)는 반응루프를 따라 어디든지 배치될 수 있다. 장치의 작동자는 요구된 설정 상태가 되도록 온도를 설정할 수 있다. 반응 혼합물의 온도가 요구된 설정 상태가 아닌 경우, 서모미터(430)는 밸브(415)(416)들이 개방되고 밸브(426)가 닫히도록 신호를 보낼 수 있다. 온도조절기(502)는 반응 혼합물의 온도가 요구된 설정 상태에 도달할 때까지 동작을 한다. 이점에서, 밸브(415)(416)들은 자동적으로 닫히고 밸브(426)는 개방됨에 따라 반응루프로부터 온도조절장치를 제거하거나, 일정한 온도값이 작동전반에 걸쳐서 유지되는 것을 보장하기 위해서 반응루프에 온도조절장치를 남겨두게 된다.
다른 실시예들에서, 밸브(415)(416) 및 밸브(426)를 포함하는 반응루프의 부분은 존재하지 않는다. 이러한 실시예들에서, 온도조절장치는 영구적인 것이고 반응루프의 전체부분이다. 이러한 실시예들에서, 만일 온도조절이 자동적으로 이루어지면, 필요한 경우 서모미터(430)는 온도조절기(502)를 시동시키게 된다.
다른 실시예들에서, 필요한 경우 온도는 수동으로 조절된다. 이러한 실시예들에서, 작동자는 서모미터(430)를 모니터하여 온도조절 여부를 결정한다. 필요한 경우, 작동자는 온도조절장치를 통과하는 반응 혼합물을 수동으로 관리함에 따라 온도가 조절된다. 요구된 온도가 도달되는 경우, 작동자는 더 이상의 온도변화를 하지 않도록 수동으로 중지시킨다.
반응 혼합물 내의 철산염 농도, 또는 반응 혼합물의 산화력이 적당한 값에 도달하는 경우, 밸브(428)는 개방되어 반응 혼합물의 적어도 일부분은 개구부(432)에서 반응루프로부터 배수된다(도4 및 도6). 따라서, 본 발명에 따른 장치의 개구부(432)는 사용장소에 인접한 곳에 있다.
도6은 본 발명에 따른 장치의 일실시예를 도시한 것이다. 이러한 실시예에서, 외관미를 위해서 여러 파이프들, 호스들, 및 콘테이너들이 보이지 않도록 장치는 박스 또는 케이지(604) 내에 구비된다. 콘테이너(604)로부터의 돌출부는 각 콘테이너(102)에 대한 이송 파이프(114)들이고, 최종 생성물이 얻어지는 밸브(428) 및 배수관(432)들이다.
또한, 이러한 특별한 실시예에서, 상술한 바와 같은 여러 배수관(112)(212)(308)들은 콘테이너(604)로부터 돌출되는 하나의 주 배수관을 형성한다(도6에 미도시). 따라서, 장치가 작동하는 중에 부적당한 반응 혼합물 또는 시재료가 폐기되면, 작동자는 배수관(432)이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시예들에서, 오염이 중요하지 않은 경우, 콘테이너(604)의 외부에 하나의 배수관만 존재하도록 상기 폐기 배수관들은 배수관(432)으로 이송된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들 중 일부는 본 발명에 따른 장치의 작동이 자동적으로 이루어지는 것과 관련된 것이다. 이러한 실시예들을 위해서, 콘트롤 패널(602)이 콘테이너(604)의 외측면에 제공된다. 콘트롤 패널(602)은 작동자가 콘트롤부에 대한 데이터를 입력하고, 콘트롤부로부터 데이터를 받기 위한 수단이다. 콘트롤부는 처리되는 장치의 자동화된 부분이다.
콘트롤 패널(602) 상의 여러가지 입력장치들을 통해, 작동자는 어떤 파라미터들을 조절할 수 있다. 예를 들면, 작동자는 합성을 하는데 사용되는 각 시재료의 양, 반응 혼합물이 반응루프를 순환하거나 반응챔버에 위치한 시간 길이, 배수하기 전에 반응 혼합물의 최종 산화력 또는 철산염의 최종 농도, 반응 혼합물의 온도, 또는 합성을 하는데 조절될 수 있거나 조절되는데 필요한 다른 파라미터를 결정할 수 있다. 또한 작동자는 철산염에 대한 합성비율을 입력할 수 있다. 예를 들면, 특수한 요구에 기초하여, 작동자는 철산염이 연속적으로 합성되는지 한번에 합성되는지 여부를 결정할 수 있다. 만일 철산염이 연속적으로 합성되면, 작동자는 철산염이 배수관(432)에서 얻어지는 비율을 결정할 수 있다. 만일 철산염이 한번에 합성되면, 작동자는 각 일회의 합성 시간간격 및/또는 일회의 합성 횟수를 결정할 수 있다.
몇가지 실시예들에서, 분리된 콘트롤부들이 제공된다. 따라서, 제1콘트롤부는 혼합공정을 조절하는 반면, 제2콘트롤부는 반응공정을 조절한다. 몇가지 실시예들에서, 분리된 콘트롤부들은 서로 신호를 주고 받는다.
몇가지 실시예들에서, 분리된 콘트롤부는 생산 시스템의 각 유량, 온도, 압 력, 및 체적면에 대해 제공된다. 몇가지 실시예들에서, 각 분리된 콘트롤부는 전체 시스템을 조절하기 위해 서로 신호를 주고 받는다.
콘트롤부는 다양한 사용자 인터페이스을 통해 조종될 수 있다. 사용자 인터페이스는 모니터, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA) 등이 될 수 있다. 사용자 인터페이스는 유선 및 무선통신, 구내 정보 통신망(LAN), 광지역 정보 통신망(WAN), 전화접속, 인터넷, 모뎀, 라우터 등에 의해 생산 시스템으로 연결될 수 있다.
콘트롤부는 데이터를 받기 위한 적어도 하나의 프로세서와 출력 명령을 포함한다. 콘트롤부는 소프트웨어 및 하드웨어를 포함한다. 콘트롤 시스템은 A/D컨버터 및 D/A컨버터를 포함한다. 콘트롤부는 데이터 획득을 포함한다.
콘트롤부는 설정된 결과를 생성하기 위해 미리 프로그램된다. 일실시예에서, 사용자는 출력의 설정된 특성을 시스템에 입력하고 콘트롤부는 설정된 결과를 낳기 위해 시스템 구성요소를 조절한다. 대안으로, 사용자는 다른 출력을 생성하기 위해 용액 성분의 양과 온도를 입력한다.
상술한 바와 같이, 혼합부와 반응부는 센서와 밸브를 포함한다. 몇가지 실시예들에서, 센서와 밸브는 어떤 요구 특성을 가지는 최종 생성물을 생성하기 위해 콘트롤부와 정보를 주고 받는다. 몇가지 실시예들에서, 센서와 밸브는 기계적으로 시스템을 조절하기 위한 공압식이다. 몇가지 실시예들에서, 센서와 밸브는 전기식이다. 몇가지 실시예들에서, 시스템은 공압식 및 전기식의 조합으로 된 센서와 밸브를 포함한다.
만일, 하나 이상의 콘트롤부가 적용되면 각 콘트롤부는 분리된 콘트롤 패널 (602)을 가진다. 다른 실시예들에서, 여러가지 콘트롤부에 대한 여러가지 입력/출력 장치는 하나의 콘트롤 패널(602)내에 포함된다.
어떤 실시예들에서, 본 발명의 장치는 산화되고 있는 생성물의 상태, 예를 들면, 수처리 플랜트에서 폐수 흐름에 관한 정보를 받는다. 정보는 작동자에 의해 수동으로 또는, 생성물 흐름에서 센서를 통해 자동적으로 장치에 입력된다. 어느 하나의 경우에서, 생성물 흐름이 철산염에 의해 충분히 영향을 받는 지 여부가 결정된다. 만일 더 많은 철산염이 요구되면, 정보는 본 발명의 장치로 전달되어 더 많은 철산염이 생성된다. 만일 너무 많은 철산염이 생성물 흐름으로 유입되면, 이때 본 발명의 장치는 더 적은 철산염을 생성하거나, 철산염 생성을 중지시킨다.
생성물 흐름은 산화, 합성, 소독, 클린, 플레이트, 캡슐화, 흡수, 공동침전, 또는 응고되도록 하는 물체를 포함하는 물질을 의미한다.
몇가지 실시예들에서, 두개의 분리된 센서는 특수한 생성물 흐름을 위해 요구되는 철산염의 양을 결정한다. 하나의 센서는 철산염이 생성물 흐름과 접촉되는 지점으로부터 상류에 배치된다. 따라서, 예를 들면, 상류측 센서는 폐수 흐름이 사용장소 또는 그 상류로 유입되는 지점에 배치된다. 상류측 센서는 생성물 흐름의 특수한 조건을 위해 요구되는 철산염의 양을 결정한다.
다른 센서는 철산염이 생성물 흐름과 접촉되는 지점으로부터 하류에 배치된다. 따라서, 예를 들면, 하류측 센서는 폐수 흐름이 사용장소 또는 그 하류로 유출되는 지점 또는 사용장소에 배치된다. 하류측 센서는 생성물 흐름으로 유입되는 철산염의 양이 충분한 지 여부를 결정한다.
어떤 실시예들에서, 오직 하나의 센서만 즉, 상류측 또는 하류측 센서 중 어느 하나의 센서만 존재한다. 다른 실시예들에서는 센서가 존재하지 않는다.
몇가지 실시예들에서, 센서는 수동으로 예를 들면, 작동자가 생성물 흐름의 광학적 또는 화학적 테스트를 수행함으로써 작동된다. 다른 실시예들에서, 센서는 자동적으로 작동된다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 시재료를 보유할 수 있는 적어도 하나의 콘테이너; 상기 시재료의 양을 측정하기 위한 측정수단; 상기 시재료를 혼합하기 위한 혼합수단; 반응챔버; 및 철산염을 사용하는 장소와 인접한 곳에 배치되는 배수관을 포함하는 철산염을 합성하기 위한 장치에 관한 것이다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 시재료를 보유하기 위한 보유수단; 상기 시재료의 양을 측정하기 위한 측정수단; 상기 시재료를 혼합하기 위한 혼합수단; 철산염을 생성하기 위해 상기 시재료를 반응시키기 위한 반응수단; 및 상기 철산염을 제거하기 위한 제거수단을 포함하고, 상기 제거수단은 상기 철산염을 사용하는 장소와 인접한 곳에 배치되는 철산염 합성을 위한 장치에 관한 것이다.
몇가지 실시예들에서, 시재료를 보유하기 위한 보유수단은 호퍼, 탱크 카, 용기, 탱크, 파이프 시스템, 드럼, 버킷, 백, 또는 저장기를 포함한다.
어떤 실시예들에서, 시재료의 양을 측정하기 위한 측정수단은 압력센서, 체적센서, 눈금 콘테이너, 중량저울, 광학 농도 센서, 질량유량계, 또는 체적유량계를 포함한다.
몇가지 실시예들에서, 시재료를 혼합하기 위한 혼합수단은 로터-스테이터, 패들, 블레이드, 교반기, 디스퍼서, 스테이셔너리 플레이트(stationary plate), 스테이셔너리 헬릭스(stationary helix), 터빈, 펌프, 제트 믹서, 믹싱 밸브, 임펠러, 배플, 이덕터, 탱크 믹싱 이덕터, 난류 유동 노즐, 스테틱 믹서, 디퓨저, 또는 벤튜리관을 포함한다.
어떤 실시예들에서, 시재료를 반응시키기 위한 반응수단은 호퍼, 탱크 카, 용기, 탱크, 파이프 시스템, 드럼, 버킷, 백, 또는 저장기를 포함하고 증발기, 열교환기, 압축기, 콘덴서, 냉각코일, 가열코일, 또는 보일러를 번갈아 구성할 수 있는 반응용기를 포함한다.
몇가지 실시예들에서, 장치로부터 철산염을 제거하기 위한 제거수단은 파이프 시스템, 밸브, 탱크, 용기, 저장기, 버킷, 펌프, 또는 배수관을 포함한다.
전술한 내용은 본 발명의 어떤 실시예들을 설명한 것이다. 그러나, 비록 전술한 내용이 어떻게 기재되었더라도 본 발명은 많은 방법으로 수행될 수 있다. 또한 상기에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 어떤 특징 또는 관점을 설명하는 경우 특수한 용어의 사용은 상기 용어가 그 용어와 관련된 본 발명의 특징 또는 관점의 어떤 특징들을 포함하도록 한정하기 위해 재정의되는 것을 의미하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 사상은 첨부된 특허청구범위와 이와 동등한 것에 따라 해석되어야 한다.
다른 실시예들은 다음의 특허청구범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 시재료를 보유할 수 있는 하나 이상의 콘테이너;
    상기 시재료의 양을 측정할 수 있는 측정장치;
    상기 시재료를 혼합할 수 있는 믹서;
    반응챔버;
    밸브를 통과하여 상기 반응챔버에 연결되는 온도조절장치; 및
    배수관을 포함하고,
    상기 밸브가 개방되는 경우 철산염이 상기 온도조절장치를 통해 유동하지만 상기 밸브가 닫히는 경우 철산염이 상기 온도조절장치를 통해 유동하지 않으며,
    상기 배수관은 철산염을 사용하는 장소와 인접한 곳에 배치되는
    철산염 합성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 콘테이너는
    3개의 콘테이너로 이루어지는
    철산염 합성장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 콘테이너는
    철염을 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너, 산화제를 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너, 및 염기를 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너를 포함하는
    철산염 합성장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 철염을 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너는
    페릭 나이트레이트, 퍼로스 나이트레이트, 페릭 클로라이드, 퍼로스 클로라이드, 페릭 브로마이드, 퍼로스 브로마이드, 페릭 설페이트, 퍼로스 설페이트, 페릭 포스페이트, 퍼로스 포스페이트, 페릭 하이드록사이드, 퍼로스 하이드록사이드, 페릭 옥사이드, 퍼로스 옥사이드, 페릭 하이드로젼 카보네이트, 퍼로스 하이드로젼 카보네이트, 페릭 카보네이트, 및 퍼로스 카보네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 철염을 보유하기 위한
    철산염 합성장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 철염을 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너는
    페릭 클로라이드를 보유하기 위한
    철산염 합성장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 산화제를 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너는
    하이포핼라이트 이온, 핼라이트 이온, 핼레이트 이온, 퍼핼레이트 이온, 오존, 포타슘 퍼옥시모노퍼설페이트, 포타슘 모노퍼설페이트, 할로젼, 퍼옥사이드, 수퍼옥사이드, 과산, 과산염, 및 카로 산으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 산화제를 보유하기 위한
    철산염 합성장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 산화제를 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너는
    하이포클로라이트 이온을 보유하기 위한
    철산염 합성장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 염기를 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너는
    하이드록사이드, 옥사이드, 설포네이트, 설페이트, 설파이트, 하이드로설파이드, 포스페이트, 아세테이트, 바이카보네이트, 및 카보네이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 염기를 보유하기 위한
    철산염 합성장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 염기를 보유하기 위한 적어도 하나의 콘테이너는
    소듐 하이드록사이드를 보유하기 위한
    철산염 합성장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 측정장치는
    유량계를 포함하는
    철산염 합성장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 측정장치는
    상기 반응챔버내로 상기 시재료가 유입되기 전에 상기 각각의 시재료의 중량을 측정하는 저울을 포함하는
    철산염 합성장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 믹서는
    적어도 하나의 이덕터를 포함하는
    철산염 합성장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 믹서는
    적어도 하나의 기계적인 믹서를 포함하는
    철산염 합성장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 반응챔버는
    반응용기 및 반응루프를 포함하는
    철산염 합성장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 반응챔버는
    농도측정장치를 더 포함하는
    철산염 합성장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 농도측정장치는
    분광 광도계인
    철산염 합성장치.
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 온도조절장치는
    열교환기를 포함하는
    철산염 합성장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 반응챔버에 상기 온도조절장치를 연결하는 제2밸브를 더 포함하는
    철산염 합성장치.
  20. 삭제
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