KR101217363B1 - 수평 탱크들을 가스 부상 분리기들로 전환시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

부유식원유생산저장하역설비선들(FPSO vessels))위의 석유 저장고 용으로 사용되는 것들 같은 수평 탱크에 사용가능한 가스 부상분리기(gas flotation separator)는 상기 탱크를 연속하여 작용하는 복수 개의 챔버들로 나누는 것을 포함한다. 각각의 챔버로 들어가기 전에 상기 오염된 수성상(aqueous phase)은 상기 비혼화성상 오염물의 응집과 부상을 돕기 위해 가스 버블들을 포함하는 흐름(stream)과 혼합된다. 상기 가스버블 재순환 흐름은 상기 탱크 외부에서의 공정에서 조절된 비율의 압축가스를 깨끗한 생산수의 흐름으로 주입하거나, 상기 탱크로의 내부적 기상의 유입에 의해 생성될 수 있다. 상기 혼합물은 첫번째 챔버로 흘러들어가서 굽어진 유입수 위어에 부딪힌다. 상기 비혼화성상과 상기 기상의 일부는 상기 챔버의 상부로 올라오고, 한편, 비혼화성 혼합물의 나머지는 수성상으로 상기 챔버의 바닥을 향해 아래로 흘러간다. 상기 수성상은 상기 각 연속된 챔버를 분할시키는 배플의 벽 안으로 형성된 복수 개의 평행한 라이저 도관으로 들어감으로써 180°위쪽으로 돌게 된다. 상기 비혼화성 오염물의 응집 및 부상을 더욱 돕기 위해 두 번째 가스 버블 흐름은 각각의 평행한 덕트 안으로 주입된다. 상기 수성상은 그것이 두 번째 굽은 위어에 부딪히는 두 번째 챔버의 상부에서 재혼합된다. 이러한 공정은 각각의 연속된 챔버 내에서 마지막 챔버에 이르기까지 반복되며, 마지막 챔버에서는 정수가 액체펌프를 거쳐 상기 챔버의 밖으로 나간다. 거기서의 다양한 물 제거 비율은 마지막 챔버 내의 수위를 조절한다. 상기 응집되어 부상한 석유 오염물은, 1) 상기 챔버 내에서 수위를 올림으로써 범람(over-flow) 위어 안쪽으로 주기적으로 걷어내는 것 또는, 2) 부상하는 석유층을 상기 물 표면으로부터 들어올리거나, 멀리 옮겨서 수집 장치(collector system)로 그것을 전달하는 연속적으로 회전하는 패달 혹은 브러쉬 같은 것에 의해 제거될 수 있다.

Description

수평 탱크들을 가스 부상 분리기들로 전환시키기 위한 방법 및 장치{A METHOD AND DEVICE FOR CONVERTING HORIZONTAL TANKS INTO GAS FLOTATION SEPARATORS}

본 발명은, 일반적으로, 액체 정화 또는 화학적 침전제와 부력가스를 부가함으로써 일어나는 부상(flotation)에 의해 원래의 수성상(primary aqueous phase)과 비혼화성 오염물질상(immiscible contaminent phase)사이의 분리에 관련된 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 실시예가 다른 액체 분리 응용에 적용할 수 있어도, 본 발명은 석유 산업에서 석유 생산 중에 추출된 물의 정제(purifying)에 대한 통상적인 응용의 관점에서 설명될 것이다. 더욱 명확하게는, 이는 본 발명이 처음에 무엇을 위해 개발되었는지 라는 주제의 관점에서 설명될 것이다. 즉, 소량의 석유(trace oil)와 고형 오염물(solid contaminants)을 제거하기 위해 부유식원유생산저장하역설비(Floating Production Storage and Off-landing, FPSO)선의 선체 안의 석유 저장탱크를 생산수 처리실들(produced water treatment cells)로 개조하는 것이다.

석유 생산에서, '생산수(produced water)'라고 하는 생산된 석유를 수반하는 물은 현탁액(suspension)과 미세한 무기물 미립자들 안에 수용된 작은 석유 방울을 종종 포함한다. 상기 생산수로부터 상기 석유를 분리할 수 있는 다양한 방법과 장치가 제안되었으며, 일반적으로 부상 장치(flotation system)의 몇몇 형태를 채용한다. 석유산업에서 채용된 분리 기술의 하나는 API와 탈지 탱크(skim tank)와 같은 중력 분리(gravity separation) 탱크를 사용하는 것이다. 이 기술은 중력분리가 가능하게 하는 석유와 물의 밀도차에 의한 것으로, 상대적으로 간단하고 저렴하다. 오염수는 미리 정해진 기간 동안 용기에 갇히고, 그 시간 동안 상기 석유는 상기 물로부터 분리되어 용기표면으로 올라와 모여, 석유를 걷어낼 수 있도록 한다. 체류시간, 석유속성 및 유입 흐름(inlet stream) 특성과 같은 요소는 분리를 촉진하기 위해 제어될 수 있으며, 탱크 치수도 매우 중요하다. 이러한 분리기들은 큰 석유방울을 제거하는데 상당히 효과적이지만, 20 마이크론 미만(화학적 처리가 첨가될지라도)의 석유방울을 제거하는 데에는 상당히 덜 효과적이며, 상당한 체류시간이 요구된다.

다른 잘 알려진 기술은 주름판 인터셉터(corrugated plate interceptor, CPI)이다. CPI용기 내에서는 경사진 판에 긴 유체 이동 통로를 제공함으로써, 주름판은 밀도차를 증대시킨다. 경사진 판으로, 주위의 석유 방울에 닿도록 하기 위해 각각의 석유 방울들에게 더 짧은 이동 경로를 제공하고, 유체표면으로 더 빨리 올라가는 더 크게 합쳐진 석유방울들을 만든다. 이는 용기에 전통적인 중력 분리 용기보다 훨씬 작은 흔적을 남기지만, 50 마이크론 미만의 석유방울들을 제거하는 데에는 일반적으로 비효율적이라는 동일한 한계를 가진다. 더욱이, 화학적 사용이 늘고 있으며, CPI 용기는 통상 유동의 동요(flow surge)를 잘 극복할 수 없다.

유도가스부상(induced gas flotation, IGF)용기는 산업에 잘 알려진 것으로, 생산수로부터 상기 석유방울이 더 빨리 떠오르도록 하기 위해 가스가 오염수(보통 이덕터(eductors)를 포함하고, 패들(paddle)과 튜브를 뿌림으로써)로 유도된다. 때로는 배플(baffle) 장치에 의해 기름거품은 걷어 내어진다. IGF가 현재 사용되는 가장 널리 보급된 기술이지만, 그것은 여전히 제거될 수 있는 석유방울 크기의 관점에서는 한계가 있으며, 화학적 처리도 요구된다. 또한, 상기 기술은 일반적으로 개장(retrofit)상황에서는 효과적으로 채용될 수 없다.

정전기유도부상(induced static flotation, ISF)기술도 또한 산업에 알려져 있다. 이것은 또 다른 유도 가스 장치로, IGF방법과는 다른 가스 버블(bubble) 발생방법을 사용한다. ISF 장치에서 버블들이 유압식 방법에 의해 발생하는 반면, IGF 장치에서는 상기 버블들은 기계적인 수단에 의해 발생한다. ISF용기들은 통상 챔버로 분할되어 있으며, 상기 각각의 챔버들에는 가스가 도입되며, 그리고 ISF방법은 가압 용기와 함께 채용될 수 있다. ISF 장치의 하나의 한계는 300ppm을 넘는 석유농도(oil concentration)를 처리하는 데에 어려움이 있다는 것이다. 게다가, 그러한 장치는 충분하게 유량 변동을 다룰 수 없으며, 개장능력도 일반적으로 부족하다.

본 발명은 폐수처리에 관한 것으로, 특히 유정(油井)과 가스 우물의 시추와 생산공정에서 유입되는 생산수로부터 석유를 분리하기 위한 개선된 분리기 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 부유식원유생산저장하역설비선(FPSO's)의 선체(船體) 안에 있는 것과 같은 탱크들(tanks)에 대한 개선된 부상분리기 개장(flotation separator retrofix)에 관한 것이다. FPSO's는 부상탱크 장치의 일 형태로 플랫폼(platform(s)) 근처에서 생산된 석유나 가스 모두를 얻기 위해 설계된 연안 석유 산업에 사용되는 것으로, 그것을 처리하고, 상기 석유나 가스가 대기중인 유조선(tanker)으로 하역될 수 있거나, 파이프라인을 통해 보내질 수 있을 때까지 그것을 저장한다. FPSO's는 플랫폼 기반(platform-based) 혹은 육상기반(land-based)설비 또는, 상기 유정(油井) 처리설비로부터 비싼 장거리 파이프라인의 필요성을 없애는 석유 분리 처리의 몇몇 형태를 실행한다.

FPSO's는 전형적으로 다음 기능들을 수행하여야 한다. 1) 우물 유체들(well fluids)(가스들, 고형물들, 비수성 유상(non-aqueous oil phase), 수성상)의 1차 분리, 2) 방출 또는 재주입을 위한 상기 분리된 상들(phases)의 2차 처리, 그리고 3) 하역할 때까지 생산된 석유의 저장.

상기 유상은 가장 가치있는 상품이므로, 대부분의 FPSO's의 이용가능한 선체공간은 상기 생산된 석유의 1차 분리와 저장을 위해 제공된다. 그렇지만, 수성상(aqueous phase)의 방출허용제한 때문에, 몇몇 FPSO's의 중요한 공간은 수처리장치에 할당되어야 한다. 현재의 FPSO's는 일반적으로 고정플랫폼들과 육상기반 처리 설비에 근거한 수직 혹은 수평 형태의 동일한 유도가스부상용기들(Induced Gas Flotation vessels)을 이용한다. 이 장비는 가스 버블들과 응고화학제를 첨가하여 상기 수성상에 흩어져 있는 작은 석유방울들을 뭉쳐 떠오르게 하도록 설계되었다. 가장 일반적인 생산수 처리 장치 설계는 공간과 무게의 제한 때문에 다소 FPSO의 응용성을 제한한다. 더욱이, 부상선(floating ship)의 자연스러운 흔들림은 전통적인 석유 탈지와 물 수위 조절을 곤란하게 한다.

산업에서 요구되는 것은 제한된 갑판공간의 사용과 최소 높이 요구에 대해 합리적인 가격으로 FPSO의 현존하는 선체 탱크로 통합될 수 있는 고성능을 갖는 가스부상분리 장치이다.

산업에서 또한 요구되는 것은 요구되는 최소한의 내부 변형과 상대적으로 간단한 구조로 된 다수의 현존하는 탱크 형상(즉, 수평 직사각형 또는 원통형)에 통합될 수 있는 고성능을 갖는 가스부상분리 장치이다. 중고 선적 컨테이너에 통합되면, 예를 들면, 본 발명의 방법 및 장치는, 석유/물 유출 (spill) 세척, 공장 용량 확장, 그리고 일시적인 장치 사용 등에 사용가능하도록 운반가능한 가스 부상 장치에 높은 비용효율의 해결책을 제공할 것이다.

미국 특허 번호 7,159,854(Lee,et al.) 미국 특허 번호 7,108,250(Lee,et al.) (비특허문헌 1) LEE,D.W., BATEMAN,W. 와 OWENS,N. Efficiency of Oil/Water Separation Controlled by Gas Bubble Size and Fluid Dynamics within the Separation Vessel[on line], January 2007[2007-07-29. 검색]. 인터넷주소<URL: http://www.glrsolutions.com/articles/download/pws2007.pdfhttp>

본 발명가들은 예를 들면, FPSO의 선체안의 석유저장탱크 같은 어떠한 수평의 원통형이거나, 직사각형의 용기에도 쉽게 통합될 수 있고 오염된 수성 흐름(conteminated aqueous stream)을 처리하는 고성능 가스부상처리를 위한 새로운 방법 및 장치를 소개한다.

상기 설계는 다른 이미 존재하는 탱크나 용기구조에 적용할 수 있고, 훨씬 낮은 공간적인 요구조건에서 동일한 효과의 처리가 되도록 주어진 유입수(inlet water) 양에 고성능 물 처리를 제공하는 구조를 나타낸다.

이 방법이 FPSO의 선체탱크 안에 통합되면, 예를 들면, 변동용량의 이득, 파도 움직임의 감쇠 및 석유 탈지(oil skimming) 방법의 증가된 유연성(flexibility)은 주된 내부 변형에 거의 혹은 전혀 관계없이 쉽게 제공될 것이다.

본 발명의 방법과 장치는 기상(gas phase), 액상(liquid phase), 고 상(solid phase) 분리의 기술분야에서 숙련된 자에게 명확한 것처럼, 생산수(produced water)이외의 유체의 처리에 사용될 수 있고, 생산된 석유(produced oil)와 고형물 이외의 오염제거에 사용될 수 있다.

본 발명의 성질, 목적, 이점을 더욱 이해하기 위해 이하의 상세한 설명이 참조되어야 하며, 같은 구성요소에 같은 참조번호가 부여된 이하의 도면들과 관련하여 이해함으로써 참조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 전형적인 4-챔버 설계의 3차원 도면이다.
도 2는 유입수(inlet water) 측에서 본 도 1의 챔버 분할벽(5)의 3차원 측면도이다. 더욱 구체적인 라이저 도관(3)과 이 챔버 분할벽의 다른 형상이 이 도면에 나타나 있다.
도 3은 다양한 모양과 유동 다이나믹(flow dynamics)을 보여주는 본 발명의 3개의 챔버를 나타내는 입면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 방법에 따른 생산수 처리용기로 변환 전의 FPSO에 공통적인 직사각형의 석유저장용기의 3차원 도면이다.
도 5는 도 4에 나타난 FPSO석유저장용기에 개장(改裝)되거나, 통합된 본 발명의 실시예의 3차원 도면이다.

이에 따라, 본 발명의 광범위한 제1 실시형태에서, 이러한 발명은, 연속으로 연결된 복수 개의 챔버와, 정수 유출구(cleaned water outlet)로 이루어지며, 오염수(contaminated water)와 생산 중인 정수(producing cleaned water)로부터 비혼화성 및 고체 오염물(immiscible and solid contaminates)을 제거하기 위한 수처리장치(water treatment system)를 포함하며, 각각의 챔버는,
기상(gas phase), 액상(liquid phase) 및 고상(solid phase)의 분리를 위한 동적체류시간(dynamic residence time)을 제공하는 중앙 공간(central void)과,
중앙 공간의 유입구(inlet)와 유체연통(fluid communication)하며, 공급원(source)으로부터 오염수를 받아들여 수송하는 유입라인(inlet line)과,
중앙 공간으로의 유입 흐름(inlet fluid)을 형성하기 위해, 가스 버블들을 유입라인 안으로 주입하고 유입라인 안에서 가스 버블들과 오염수가 혼합되도록 유입라인과 유체연통하는 버블생성수단(bubble generation means)과,
유입 유체를 위쪽 방향으로 편향시키기 위해 유입구 근처에서 제1 설치 수단(first mounting means)에 의해 각각의 챔버 안에 지지되는 유입 위어(inlelt wier)와,
유입 위어와 간격을 두고, 제2 설치 수단(second mounting means)에 의해 각각의 챔버 안에 지지되는 비혼화성 유체 위어(immiscible fluid weir)와,
비혼화성 유체를 모으고, 비혼화성 유체가 비혼화성 유체 유출구(immiscible fluid outlet)를 통해 각각의 챔버 밖으로 흘러나갈 수 있게 하는 트로프(trough)와,
각각의 챔버의 바닥에 있는 입수단(receiving end)과, 연속으로 연결된 근처의 하류 챔버와 유체연통하는 유출단(outlet end)을 향해 각각의 챔버의 바닥으로부터 정수를 위쪽으로 수송하기 위한 복수 개의 수직한 라이저 도관(vertical riser conduit)과, 추가적인 가스 버블들의 흐름(stream)을 주입하기 위해 복수 개의 수직한 라이저 도관의 각각과 유체연통하는 버블 도관 수단(bubble conduit means)을 갖는 적어도 하나의 배수용 연결 도관(interconnecting water outlet conduit);
을 더 포함하고,
연속으로 연결된 복수의 챔버 중 첫번째 챔버 안으로 유입 유체가 주입되면, 이 유입 유체가 유입구를 통과해서 유입 위어를 넘고, 정수는 수직한 라이저 도관들을 향해 아래쪽으로 흐르며, 비혼화성 유체 위어를 넘어 트로프 안으로 따라 내려가서 비혼화성 유체 유출구로 흐르게 하기 위해 비혼화성 유체와 가스 버블들의 혼합물이 중앙 공간을 통해 부상(floats up)하는 것을 특징으로 한다.
더 구체적으로, 상기 수처리장치는, 수처리장치가 부유식원유생산저장하역설비선(FPSO ship)의 선체(hull) 안의 격실(compartment)에 통합(incorporated)된다.
또 다른 실시형태에서, 수처리장치는 수평방향으로 배치된 수처리용기(water treatment vessel)를 이용하며, 제1 설치 수단은 유입구에 근접한 적어도 하나의 챔버의 첫번째 내부 표면(interior surface)에 유입 위어를 직접 설치하며, 제2 설치 수단은 유입 위어로부터 간격 띄워진 적어도 하나의 챔버의 내부 표면과 마주보고 있는 두 번째 내부표면에 비혼화성 유체 위어를 직접 설치한다.
또 다른 실시형태에서, 수처리장치는 정수의 적어도 일부를 정수 유출구로부터 버블생성수단으로 방향을 돌리기 위한 수단을 더 포함한다.
더 구체적으로, 방향을 돌리기 위한 수단은 정수의 25퍼센트에서 50퍼센트까지를 정수 유출구로부터 버블생성수단으로 방향을 돌리기 위한 것이다.
더 구체적으로, 수처리장치는 정수 유출구로 나가는 유체의 체적과 수처리장치로 들어오는 유입 유체의 체적을 동일하게 유지하기 위해 정수 유출구에 유동조절수단(flow control means)을 더 포함한다.
더욱더 구체적으로, 수처리장치는, 수처리장치의 챔버들의 전역에 걸쳐서 압력강하(pressure drop)를 최소화할 수 있는 크기로 된 적어도 하나의 연결 도관(interconnecting conduit)을 갖는다.
또한, 더 구체적으로, 수처리장치는 정수 손실을 최소화하기 위해, 비혼화성 유체 위어의 높이 조절을 가능하게 하는 수단을 더 포함한다.
또한, 더 구체적으로, 비혼화성 유체 위어의 높이 조절을 가능하게 하기 위해, 적어도 하나의 챔버 내에 적어도 하나의 관측 포트(observation port)를 더 포함할 수 있다.
또한, 더 구체적으로, 수처리장치는, 이러한 수처리장치가 정수 손실을 최소화하기 위해, 비혼화성 유체 위어의 높이 조절을 가능하게 하는 수단을 포함하는 경우에, 그러한 위어조절수단(weir adjustment means)은 수처리용기를 관통하여 뻗어 있고 또 패킹 글랜드(packing gland)로 밀봉된 나사 스핀들(threaded spindle)을 포함하며, 스핀들의 회전에 의해 비혼화성 유체 위어의 높이 조절이 일어난다.
또한, 더 구체적으로, 비혼화성 유체 위어는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 구성된다.
더 구체적으로, 트로프 유출구(trough outlet)로 향하는 트로프 내의 비혼화성 유체의 유동성을 개선하기 위해, 가열수단이, 트로프의 내부에 배치된다.
더 구체적으로, 비혼화성 유체 유출구는 비혼화성 유체 보관 탱크(immiscible fluid retention tank)와 유체연통한다.
더 구체적으로, 가스 버블들은 공기, 탄화수소 가스(hydrocarbon gas), 질소로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택된 가스로 구성된다.
본 발명의 수처리장치는,
최종 처리 챔버(last treatment chamber)로부터 정수를 받아들이기 위한 대기 챔버(quiet chamber)를 형성하는 밀폐된 유출 챔버(sealed outlet chamber); 및
밀폐된 유출 챔버 안으로 뻗어 있고, 챔버의 바닥 근처에서 돌출된 일단(one end)과 대기 챔버로부터 정수를 뽑아내기 위한 펌핑 수단에 연결된 타단(a second end)을 갖는 정수 유출 파이프로 이루어지는 정수 유출구;
를 더 포함한다.
더 구체적으로, 펌핑 수단은 챔버의 바닥 근처에서 유입하는 수중펌프(submersible pump) 형태로 밀폐된 유출구 채널(sealed outlet channel)까지 내재한다.
더 구체적으로, 비혼화성 유체 위어는 유입 위어로부터 반대편이고 또한 유입 위어 위에 있는 제 2 내부 표면에 배치된다.
더 구체적으로, 유입 위어는 적어도 하나의 챔버 내에서 중심에 배치되고, 비혼화성 유체 위어는 적어도 하나의 챔버의 내부 표면의 둘레로 가장자리에 배치되고, 비혼화성 유체 위어는 유입 위어로부터 간격을 두고 일반적으로 유입 위어 위에 배치된다.
더욱더 구체적으로, 유입 위어는 기저부(base portion)와 둘레벽부(peripheral wall portion)를 포함하고, 둘레벽부는 일반적으로, 유입 유체를 유입구로부터 위쪽 및 멀리 향하게 하기 위해 기저부로부터 위쪽 및 바깥쪽으로 구부러지며, 유입라인은 유입 위어에 들어가기 위해 적어도 하나의 챔버를 가로질러 뻗어 있다.
더욱더 구체적으로, 비혼화성 유체 위어는 벽부(wall portion)를 포함하고, 제2 설치 수단은 수처리장치의 내부 표면에 직접적으로 설치되고 또한 일반적으로 내부 표면으로부터 위쪽 및 안쪽으로 구부러진 벽부를 포함한다.
또한, 본 발명은 공급원으로부터의 오염수로부터 비혼화성 유체를 제거하기 위한 방법을 포함한다. 따라서 본 발명의 이러한 관점에서, 이러한 발명은 공급원으로부터의 오염수로부터 비혼화성 유체를 제거하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은,
(a) 동일한 간격의 복수 개의 챔버들과, 제1 설치 수단에 의해 첫번째 챔버 내에 지지되는 유입 위어와, 유입 위어로부터 간격을 두고, 제2 설치 수단에 의해 첫번째 챔버 내에 지지되는 비혼화성 유체 위어를 포함하는 수처리장치를 제공하는 단계;
(b) 유입라인을 통해 공급원으로부터 첫번째 챔버로 오염수를 수송하는 단계;
(c) 버블들을 생성하기 위한 버블생성수단을 제공하는 단계;
(d) 버블들을 생성하여 유입라인 안으로 주입하는 단계;
(e) 유입 유체를 형성하기 위해 유입라인 안에서 버블들과 오염수가 혼합되도록 하는 단계;
(f) 유입 위어 근처의 유입구에서 첫번째 챔버 안으로 유입 유체를 주입하는 단계;
(g) 유입 유체가 유입 위어를 넘어가게 하는 단계;
(h) 정수와, 비혼화성 유체 및 가스 버블의 잔류 혼합물(remaining mixture)이 서로 분리되도록 하는 단계;
(i) 정수가 중력에 의해 아래로 흘러 정수 유출구로 흘러가도록 하는 단계;
(j) 챔버들 사이의 분할벽(dividing wall) 안으로 형성된 복수 개의 평행한 라이저 도관을 통과하는 유동에 의해 그 다음 챔버로 정수를 수송하는 단계;
(k) 각각의 평행한 라이저 도관 안으로 조절된 비율의 제2 버블 흐름을 주입하는 단계;
(l) 첫번째 챔버와 유체연통하는 복수 개의 평행한 라이저 도관으로부터 흘러나온 흐름이 첫번째 챔버와 실질적으로 동일한 두 번째 챔버로 들어가도록 하는 단계;
(m) 각각의 챔버 내에 축적된 비혼화성 유체의 혼합물이 떠올라 비혼화성 유체 위어를 넘어 흘러 떨어지도록 하는 단계;
(n) 각각의 챔버 내에 축적된 비혼화성 유체를 적어도 하나의 챔버 안의 트로프에 모이도록 하여 비혼화성 유체 유출구로 유출하는 단계; 및
(o) 비혼화성 오염물이 만족스럽게 제거될 때까지 처음 2개의 챔버에 연속되는 추가적인 챔버들을 통해 충분한 회수로 단계(a)에서 단계(n)를 반복하는 단계;
를 포함한다.

도 1은 본 발명의 처리셀(treatment cell)의 기본적인 구성요소들을 나타낸다. 생산수(produced water)나 비혼화성 상(immiscible phase) 및 고체로 오염된 다른 수성 흐름(aqueous stream)은 처음에는 분산된 가스 버블을 포함하는 재생 흐름의 일부와 섞이고, 그리고 수직한 도관(1)을 통해 처리셀로 들어간다. 도 1은 이 수직한 도관(1)이 45°엘보(elbow)를 통해 상기 셀의 첫번째 챔버(A) 안으로 방출하는 것을 보여준다. 가스버블을 포함하는 재생 흐름은 본 발명가들의 미국 특허 번호 7,159,854(Lee,et al.) 7,108,250(Lee,et al.)에 설명된 방법을 참조로 하여 생성될 수 있으며, 상기 미국특허의 상세한 설명은 여기서 참조로 편입된다. 본 발명가들은 처리 장치에 존재하는 깨끗한 수성상(aqueous phase)의 일부를 취하고, 제한된 양의 천연가스 또는 공기 같은 압축가스를 그 안에 뿌림으로써 이 가스버블 흐름을 생성할 수 있다. 기상(gas phase)은 상기 압력이 갑자기 낮아질 때 용해된 기상이 여기서 '가스버블들'이라 불리는 1 ~ 20 마이크론 범위 크기의 작은 버블의 형태의 액상(liquid phase)로부터 다시 나타나도록, 부분적으로 상기 수성상(aqueous phase)으로 녹아든다. 이러한 가스버블들의 목적은 비혼화성상 분산의 부속물(attachment)과 액상에서 버블의 자연스런 부양력에 의한 상기 비혼화성 오염물의 향상된 수직이동에 비수성 표면을 제공함으로써, 상기 비혼화성 오염물의 응집 및 부양을 가속화하기 위함이다. 일 실시예에서, 상기 분산된 가스 버블들은 압축액체 흐름이 이덕터를 통과하여 흘러갈 때 상기 탱크 안에서 액체수위 위의 상부공간(headspace)으로부터 가스의 흐름을 끌어당기는 제트 이덕터(jet eductor)의 사용에 의해 생성된다. 액체 흐름 안에 퍼져있는 많은 양의 가스는 이덕터로 들어오는 가스의 비율을 조절하거나 상기 이덕터를 통과해 흐르는 유도액체흐름(inducing liquid stream)의 비율을 조절함으로써, 제어될 것이다.

계속해서 도 2를 참조하여, 들어오는 오염수 흐름과 가스버블 흐름의 혼합물(mixture)은 상기 처리셀의 첫번째 챔버로 들어가서 상기 첫번째 챔버의 가장 좌측에 부착된 것으로 보이는 유입 위어(2)에 부딪힌다. 이 유입 위어(2)는 상기 챔버 분할벽(5)에서 첫번째로 짧게 수평으로 뻗고, 두 번째로 수평으로부터 30° ~ 60°사이의 각도로 짧게 올라와 있다. 이 유입 위어(전환 배플(diverting baffle)로서의 기능도 하는)의 목적은 상기 가스 버블들을 수직방향으로 유도하기 위해 상기 들어오는 흐름을 위로 향하게 하고, 또한 상기 비혼화성상 분산(immiscible phase dispersion)과 상기 챔버 안에서 수성상의 상부를 부유하는 어떠한 축적된 양의 비혼화성상과의 사이의 접촉을 향상시키기 위함이다. 생산수에서 석유와 고형 오염물을 처리할 때, 상기 비혼화성 석유상(oil phase)은 첫번째 챔버에 빨리 축적되고, 다음 챔버로 가면서 점점 늦어진다. 상기 유입되는 오염수 흐름을 위로 향하여 상기 축적된 비혼화성상으로 전환함으로써, 더 빠른 비율로 석유의 가스분산의 포착과 제거를 향상시키는 수성상 및 비혼화성상을 혼합시키는 서브-터뷸런트(sub-turbulent)는 응집용 화학적 첨가제(flocculating chemical additives), 자연적인 부양력, 및 체류시간을 이용함으로써 간단하게 일어날 것이다.

계속해서 도 1을 참조하여, 상기 가스버블들과 비혼화성상 오염물이 위로 올라오는 동안 상기 수성상은 상기 챔버를 통해 아래로 흐른다. 고체는, 만약 존재한다면, 상기 챔버의 바닥에 떨어져 상기 고체가 축적될 수 있고, 위로 움직이는 수성 흐름으로부터 가능한 상승 난류를 피할 수 있는 공간을 제공하는 일련의 채널(6) 안으로 들어가는 경향이 있다. 수성상은 복수 개의 수직한 라이저 도관(3)을 통해 첫번째 챔버를 빠져나간다. 도 2에 더욱 자세히 설명될 것과 같이, 이러한 평행한 라이저 도관(3)들은 상기 비혼화성 고형물의 응집과 제거를 더욱 고양하도록 두 번째 가스버블 흐름이 주입될 수 있는 조절된 환경을 제공할 뿐 아니라, 상기 처리셀의 두 번째 챔버로 들어가는 우선적인 통로를 상기 수성상에 제공한다. 수성상은 아래로 돌출된 개구를 갖는 입수단에서 각각의 평행한 라이저 도관(3)으로 들어간다(도 2에서 "지류(influent flow)" 참조). 수성상이 각각의 라이저 도관(3)을 타고 오름으로써, 중앙 공급 도관(10)을 통해 들어오는 두 번째 가스버블 흐름과 섞인다. 수성상과 가스버블 흐름은 처리셀의 두 번째 하류 챔버(B) 안으로 돌출해 있는 개구(4)를 갖는 유출단을 통해 각각의 라이저 도관(3)을 빠져나간다. 첫번째 챔버에서 먼저 설명하였듯이, 각각의 라이저 도관(3)을 빠져나가는 수성상은 상기 축적된 비혼화성상을 혼합시키는 서브-터뷸런트(sub-turbulent)가 뒤따르는 유입 위어(2)에 의해 위쪽으로의 동일한 되돌림 순서를 거친다. 그리고 나서, 라이저 도관(3)들의 두 번째 세트를 통해 180도 전환이 뒤따르는 상기 챔버의 중앙부분을 통해 아래로 흐른다. 대부분의 생산수 처리 적용(treating application)을 위해서는, 끝단에 고체분할벽(12)에 의해 형성되는 대기 챔버(quiet chamber)가 따라오는 연속된 3개의 챔버가 적당하며, 상기 끝단에서는 방출, 수면 아래의 구성안으로의 재분사 또는 고정 매체 여과(fixed-media filtration)에 의한 마지막 연마(polishing)를 위해 처리셀을 빠져나가기 전에 물이 수중펌프(submersible pump, 7)와 같은 펌프 수단 및 수직한 라이저 파이프(8)을 통해 유출된다. 선택적으로, 상기 대기 챔버의 바닥 아래로 뻗은 유입 라인을 갖는 외부 펌프는 상기 물을 제거할 수도 있다. 상기 처리셀의 액체의 레벨(level)은 상기 수중펌프(7)의 방출에 대한 유량 조절 요소를 조절하기 위한 피드-포워드 제어신호(feed-forward control signal)를 갖는 레벨-감지 요소(level-sensing element)를 상기 대기 챔버 내에 배치하는 것과 같은 어떤 잘 알려진 방법으로도 조절될 수 있다.
도 2는 전형적인 챔버 분할벽(5)의 측면도를 나타내며, 수직한 라이저 도관(3)들과 측면 도관 분배 헤더(lateral conduit distribution header)(15) 및 작은 확장 도관(16)을 포함하는 두 번째 가스 버블 분산 흐름 주입요소는 도 1에서보다 더욱 명확히 나타나 있다. 더 바람직한 실시예에서, 각각의 라이저 도관(3)은 일반적으로 직사각형 형상이고, 물 흐름 레이놀드 수(Reynolds Number)가 대략 4000 미만으로 정의되는 서브 터뷸런트 유동을 제공하는 충분한 단면 영역을 제공할 수 있는 크기로 되어 있다. 계속해서 도 1 및 도 2를 참조하여, 각 챔버의 상기 상부공간(headspace)은 챔버 분할벽(5)의 상부의 대부분 구역에서 절단부(9)를 통해 기상으로 전달(in gas-phase communication)되며, 챔버 분할벽들은 액체로부터 생겨난 상기 기상이 처리셀 용기(treatment cell vessel)의 꼭대기 안의 어디에라도 필수적으로 위치할 수 있는 공통 도관(common conduit)을 통해 유출될 수 있도록 한다. 가스 버블 흐름은 중앙 공급 도관(10)을 통해 주입되며, 중앙 공급 도관의 일단은 가스버블 흐름 공급원(source)에 연결되고, 타단은 복수 개의 라이저 도관(3)을 거쳐 뻗은 측면 도관 분배 헤더(15)에 연결되어 있다. 작은 확장 도관(16)은 각각의 가스버블 흐름의 일부를 측면 도관 분배 헤더(15)로부터 각각의 라이저 도관(3)으로 향하게 한다. 각각의 평행한 라이저 도관(3)들을 가로지르는 유동의 균형은 라이저 도관(3)들의 대칭적인 배치와 측면 도관 분배 헤더(15)를 작은 확장 도관(16)에 비해 크게 만듦으로써 이루어지고, 그래서 측면 도관 분배 헤더(15)의 각 측면을 가로지르는 헤드 압력(head pressure) 손실을 최소화할 수 있다.

도 3은 3개의 침전조(settling chamber)(챔버A, B 및 C))와 하나의 대기 챔버(챔버 D)로 이루어진 본 발명의 더욱 바람직한 실시예의 측면도이다. 상기 오염된 수성상은 도 3의 좌측면의 파이프로 들어가며, 거기서 가스 버블 공급 헤더(21)로부터의 가스버블 흐름과 혼합된다. 상기 가스버블 흐름이 첨가되는 비율은 손으로 조절가능한 글로브 밸브(globe valve)와 같은 적절한 주입조절요소(20)의 조절에 의해 조절될 수 있다. 오염된 수성상과 첫번째 가스 버블 흐름 혼합물은 수직한 도관(1)을 통해 유입 위어(inlet weir)(2) 안으로 흘러간다. 수성상이 아래로 흐름에 따라, 가스버블들과 석유오염물은 위로 부상하여 부유석유상(floating oil phase) 안으로 축적된다. 이곳에 축적된 어떤 석유라도 주기적으로 각 챔버 내에서 수성 레벨(aqueous level)을 올림으로써 탈지(skimmed off)된다. 이것은 상기 유입수(inlet water) 비율이 대략 동일하게 유지되는 한편, 수중펌프(7)로부터 흘러나가는 것을 줄임으로써 이루어질 수 있다. 여분의 물은 각각의 챔버 안으로 축적되어 부유석유상을 비혼화성 유체 수집 위어(immiscible fluid collection weir)(13)의 끝단 위로 올린다. 탈지된 비혼화성 유체(전형적으로 석유)는 비혼화성 유체 수집 위어(13)와 챔버 분할벽(5)에 의해 형성되는 트로프(trough) 영역에 모여 이 분야에 숙련된 기술자에게 알려진 수단에 의해 정기적으로 유출되거나 혹은 기계적으로 제거될 수 있다. 상기 수상(water phase)은 아래로 흘러 라이저 도관(3)의 유입구(inlet)로 흘러간다. 상기 물이 이들 각각의 평행한 도관들로 들어감으로써, 두 번째 가스버블 흐름은 중앙 공급 도관(10)을 통해 혼합되며, 상기 중앙공급 도관의 일단은 상기 가스버블 흐름 공급원에 연결되고, 타단은 복수의 라이저 도관(3)들을 가로질러 뻗은 측면 도관 분배 헤더(15)에 연결되어 있다. 혼합물은 도관들을 통해 상승하여 다음 챔버의 유입 위어(2) 안으로 방출된다. 이 순서는 후속 챔버(C)(subsequent chamber, C) 안에서 반복된다. 정화된 수성상은 챔버(D)의 유입 위어를 넘어 흐르고, 그리고 나서 도 3에 도시된 수중펌프(7)를 통한 물의 적출(extraction)에 의해 아래쪽으로 끌어 당겨진다.

도 3의 실시예가 3개의 침전조와 하나의 대기 챔버를 개시할지라도, 수성상으로부터 주어진 오염물의 제거에 최적의 챔버 수는 상기 응집되거나 비혼화성 오염물의 부양(buoyancy)과 유입농도(inlet concentration) 같은 많은 요소들에 좌우된다는 것을 알아야 한다. 오염물 제거의 최적의 챔버의 크기 및 수에 영향을 미치는 주요 변수들의 분석은 LEE,D.W., BATEMAN,W. 와 OWENS,N. Efficiency of Oil/Water Separation Controlled by Gas Bubble Size and Fluid Dynamics within the Separation Vessel[on line], January 2007[2007-07-29. 검색]에서 찾을 수 있다. 인터넷: <URL:http://www.glrsolutions.com/articles/download/pws2007.pdfhttp>에서 검색되었으며, 이것은 여기에 참조로 편입된다.

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계속해서 도 3을 참조하면, 발명자들에 의해 소개된 방법은 비혼화성 오염물의 수성상을 정화하기 위한 통합된 일련의 흐름 순서(flow sequence)를 자세히 설명한다. 첫번째 단계는, 복수의 처리챔버들 (A, B 및 C), 각 챔버 안에서 제1 설치수단에 의해 지지되는 유입 위어(2), 그리고 각 처리 챔버 안에서 제2 설치수단에 의해 지지되고 상기 유입 위어(2)로부터 간격을 둔 비혼화성 유체 수집 위어(13)를 포함하는 수처리용기(vessel, 22)를 제공하는 것이다. 수처리용기(22)와 상기 간격 띄워진 챔버는 각 고객의 사양에 따라, 충분한 체류 시간을 제공할 수 있는 크기이며, 전형적으로 총 10분의 체류시간을 제공한다. 다음 단계는 상기 오염수를 그것의 공급원으로부터 유입라인을 거쳐 그 챔버로 보내는 것이다. 상기 용기로 들어가는 오염수는 일반적으로 '프리 워터 낙아웃(Free Water Knockout'(FWKO)유닛이나 '트리터(treater)' 같은 초기 분리 장치(primary separation unit)로부터 받은 생산수이다. 이 생산수의 구성은 사이트들과 사이트들의 작업에 따라 크게 변동할 수 있는 내용들 사이에서 상당히 다양하다. 전형적인 석유와 그리스(grease) 농도는 50ppm 에서 2000ppm사이에서 다양하고, 석유 특성들(밀도와 점도를 포함하여)은 사이트마다 다양하다. 석유는 리버스 유제(reverse emulsion)나 일반 유제(normal emulsion) 중의 하나의 형태인 유화 형태(emulsified form)일 수 있으며, 어떤 정화 화학품(clarifier chemicals)은 부유를 돕기 위해, 정상작동을 위해 장치에 이미 첨가된 이러한 정화 화학품의 상부에 첨가될 수도 있다. 전체 혼탁 고형물들과 미소 화합물(황과 철의 합성물 같은)농도는 또한 사이트 특정적(site specific)이다. 물 유입 온도는 20℃에서 90℃로 다양하다. 본 발명에 따른 몇몇의 방법에서, 깨끗한 물은 상기 오염수의 주입 전에 상기 용기 안으로 또한 넣어질 수 있다.

가스 버블 공급 헤더(21)와 주입조절요소(injection control element)(20)를 통해 주입된 버블 생성 흐름(bubble generation stream)은 도 1에 도시된 다양한 지점에서 상기 수성상으로의 주입을 위해 제공된다. 버블 생성수단들은 위에서 말한 캐나다 특허 출원 번호. 2,460,123에서 알려진 것들을 포함할 수 있다. 거기에서 가스는 전단변형(shear), 충격, 압력에 의해 지름이 5에서 50 마이크론이 된다. 버블들은 작을수록 물에서 석유를 분리하는데 효과적이며, 결과적으로 거품건조기(drier froth)가 걷어내는 탈지량이 적어진다. 그리고 나서, 유입라인 안에서 유입 유체를 형성하는 상기 버블들은 상기 오염수와 혼합된다. 그리고 나서 유입 유체(inlet fluid)는 유입구의 역할을 하는 수직한 도관(1)을 통해 유입 위어(2)를 넘어 챔버 내로 방출된다. 물과 비혼화성 유체의 분리는 중력에 의해 아래로 흘러 복수 개의 라이저 도관(3)의 유입구로 흐르는 상기 정수를 수반하여 일어난다. 비혼화성의 유체와 가스 버블들의 나머지 혼합물은 상기 챔버를 가로질러 부상하여 비혼화성 유체 수집 위어(13)를 넘고, 상기 비혼화성 유체는 마침내 상기 트로프로 모여서 비혼화성 유체 유출구(14) 밖으로 흘러나간다. 마지막 챔버(D)로부터 유체를 끌어올리는 것은 상기 장치를 구동시키는 압력강하를 초래한다: 상기 물은 중력에 의해 상기 장치를 통해 흐르므로, 각 챔버에 걸쳐 수리구배(hydraulic gradient)가 형성된다. 그래서 상기 평행한 라이저 파이프들은 바람직하게 상기 압력 강하를 최소화하기 위한 크기로 되어 있다.

도 3의 실시예를 다시 참조하여, 수처리용기(22)는 고객의 사양에 따라 보통 60분에서 120분 사이인 충분한 체류 시간을 줄 수 있는 크기이지만, 서지용량(surge capacity)을 고려해서는 추가적인 용량을 갖는다. 상기 장치에 걸친 버블들과 석유의 짧은 순환을 방지하기 위해, 각 챔버를 통해 흐르는 유체의 하강 속도(downward velocity)는 바람직하게는 1.4ft/min. 아래로 유지된다. 도 4 및 도 5의 실시예에 따른 수처리용기(22)를 통합하는 방법에서 체류시간은 이 기술분야의 숙련자에게 인식되고 이해될 수 있는 것처럼 적절한 하강속도를 유지한 상태에서 전형적으로 대략 10분 유지된다.

도 4를 참조하여, FPSO의 전형적인 선체 석유 탱크는 본 발명자의 바람직한 실시예의 추가에 앞서 보여진다. 석유 혹은 밸러스트 수 저장고 안에서 서비스할 때(when in oil or ballast water storage service), 탱크는 끝단으로서 고체 플레이트들(solid plates)(30)(34)을 갖는 직사각형 밀폐공간으로 구성된다. 구조적 지지배플(31)들은 내부의 유체 무게와 물에서의 용기의 움직임 하에서 용기의 구조적 완전함을 유지하기 위해 상기 끝단들 사이에 위치한다. 도면에는 이들 지지배플들 중에 2개만이 나타나 있다. 영역(35)에 있는 나머지는 제거되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 챔버 분할벽(5)들로 대치된다. 특별한 출렁임 완화 중앙 배플(32)이 설치되며 복수 개의 구멍들을 포함한다. 상기 구멍들은 바다에서 상기 용기의 자연스러운 전후, 좌우의 흔들림 하에서 상기 탱크들의 유체 내용물의 갑작스런 움직임을 억제한다. 몇몇의 FPSO선체 탱크들 안에서, 파이핑(piping)과 다른 유체 도관들은 상기 선체 탱크가 현존하는 파이핑과 도관 장치의 용도를 유지한 채로 부상분리기로 전환될 수 있도록, 구멍(36)들이 지지배플들(31), 중앙 배플(32), 및 챔버 분할벽(5)들에 형성될 필요가 있는 영역을 통해 뻗는다.

도 5를 참조하여, 도 4에 나타난 FPSO의 직사각형 선체는 이제 중앙 배플(32)을 사이에 두는 4개의 챔버 구역 실시예 중 2개를 나타낸다. 이 도면은 본 발명자들에 의해 여기에 설명되는 방법과 장치를 이용하여 FPSO 선체 탱크를 생산수 처리셀로 전환하는 하나의 방법을 설명한다. 비록 본 발명자들의 방법과 장치를 설명하기 위해 이용되는 적용이 상기 FPSO의 선체 탱크를 생산수-처리 용기로 전환하는 것일지라도, 이 방법은 많은 다른 직사각형 탱크와 연안 플랫폼과 육상 기반 석유 및 물 처리 장치 양자 모두에 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 가스 부유 공정에 대응하여 알려진 석유와 물 이외의 분리 공정에 사용될 수 있다.

본 발명의 특별한 실시예가 앞에서 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에서 다른 실시예도 가능하며, 그 다른 실시예는 여기에 포함됨을 의미한다. 이 기술분야의 어떠한 기술자도 상기 예시적인 실시예를 통해 설명된 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고, 본 발명에 대해 도시되지 않은 변형이나 조절을 할 수 있다. 그러므로 본 발명은 오로지 청구범위에 의해서만 한정되어야 할 것이다.

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Claims (27)

1. 연속으로 연결된 복수 개의 챔버와 정수 유출구(cleaned water outlet)로 이루어지며, 오염수(contaminated water)와 생산 중인 정수(producing cleaned water)로부터 비혼화성 및 고체 오염물(immiscible and solid contaminates)을 제거하기 위한 수처리장치(water treatment system)로서, 각각의 챔버는,
   기상(gas phase), 액상(liquid phase) 및 고상(solid phase)의 분리를 위한 동적체류시간(dynamic residence time)을 제공하는 중앙 공간(central void)과,
   중앙 공간의 유입구(inlet)와 유체연통(fluid communication)하며, 공급원(source)으로부터 오염수를 받아들여 수송하는 유입라인(inlet line)과,
   중앙 공간으로의 유입 흐름(inlet fluid)을 형성하기 위해, 가스 버블들을 유입라인 안으로 주입하고 유입라인 안에서 가스 버블들과 오염수가 혼합되도록 유입라인과 유체연통하는 버블생성수단(bubble generation means)과,
   유입 유체를 위쪽 방향으로 편향시키기 위해 유입구 근처에서 제1 설치 수단(first mounting means)에 의해 각각의 챔버 안에 지지되는 유입 위어(inlelt wier)와,
   유입 위어와 간격을 두고, 제2 설치 수단(second mounting means)에 의해 각각의 챔버 안에 지지되는 비혼화성 유체 위어(immiscible fluid weir)와,
   비혼화성 유체를 모으고, 비혼화성 유체가 비혼화성 유체 유출구(immiscible fluid outlet)를 통해 각각의 챔버 밖으로 흘러나갈 수 있게 하는 트로프(trough)와,
   각각의 챔버의 바닥에 있는 입수단(receiving end)과, 연속으로 연결된 근처의 하류 챔버와 유체연통하는 유출단(outlet end)을 향해 각각의 챔버의 바닥으로부터 정수를 위쪽으로 수송하기 위한 복수 개의 수직한 라이저 도관(vertical riser conduit)과, 추가적인 가스 버블들의 흐름(stream)을 주입하기 위해 복수 개의 수직한 라이저 도관의 각각과 유체연통하는 버블 도관 수단(bubble conduit means)을 갖는 적어도 하나의 배수용 연결 도관(interconnecting water outlet conduit);
   을 더 포함하고,
   연속으로 연결된 복수의 챔버 중 첫번째 챔버 안으로 유입 유체가 주입되면, 이 유입 유체가 유입구를 통과해서 유입 위어를 넘고, 정수는 수직한 라이저 도관들을 향해 아래쪽으로 흐르며, 비혼화성 유체 위어를 넘어 트로프 안으로 따라 내려가서 비혼화성 유체 유출구로 흐르게 하기 위해 비혼화성 유체와 가스 버블들의 혼합물이 중앙 공간을 통해 부상(floats up)하는 수처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   수처리장치는, 실질적으로 원통형(cylindrical)인 용기(vessel)를 포함하는 수처리장치.
3. 제1항에 있어서,
   수처리장치는, 실질적으로 직사각형(rectangular)인 용기를 포함하는 수처리장치.
4. 제1항에 있어서,
   수처리장치는, 압력 용기(pressure vessel)인 용기를 포함하는 수처리장치.
5. 제1항에 있어서,
   수처리장치는, 부유식원유생산저장하역설비선(FPSO ship)의 선체(hull) 안의 격실(compartment)에 통합(incorporated)되는 용기를 포함하는 수처리장치.
6. 제1항에 있어서,
   수처리장치는, 용기를 포함하며, 용기는 수평방향으로 배치 가능하고, 제1 설치 수단은 유입구에 근접한 적어도 하나의 챔버의 첫번째 내부 표면(interior surface)에 유입 위어를 직접 설치하며, 제2 설치 수단은 유입 위어로부터 간격 띄워진 적어도 하나의 챔버의 내부 표면과 마주보고 있는 두 번째 내부표면에 비혼화성 유체 위어를 직접 설치하는 수처리장치.
7. 제1항에 있어서,
   가스 버블들은, 공기 버블(air bubble)들인 수처리장치.
8. 제1항에 있어서,
   가스 버블들은, 각각, 직경이 50 마이크론 미만(less than 50 microns)의 크기인 마이크로버블(microbubble)들인 수처리장치.
9. 제1항에 있어서,
   정수의 적어도 일부를 정수 유출구로부터 버블생성수단으로 방향을 돌리기 위한 수단을 더 포함하는 수처리장치.
10. 제1항에 있어서,
    비혼화성 유체는, 석유(oil) 또는 역청(bitumen)인 수처리장치.
11. 제9항에 있어서,
    방향을 돌리기 위한 수단은, 정수의 25퍼센트에서 50퍼센트까지를 정수 유출구로부터 버블생성수단으로 방향을 돌리기 위한 것인 수처리장치.
12. 제1항에 있어서,
    정수 유출구로 나가는 유체의 체적과 수처리장치로 들어오는 유입 유체의 체적을 동일하게 유지하기 위해, 정수 유출구에 유동조절수단(flow control means)을 더 포함하는 수처리장치.
13. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 연결 도관은, 챔버들의 전역에 걸쳐 압력강하(pressure drop)를 최소화할 수 있는 크기인 수처리장치.
14. 제1항에 있어서,
    정수 손실을 최소화하기 위해, 비혼화성 유체 위어의 높이 조절을 가능하게 하는 수단을 더 포함하는 수처리장치.
15. 제14항에 있어서,
    비혼화성 유체 위어의 높이 조절을 가능하게 하기 위해, 적어도 하나의 챔버 내에 적어도 하나의 관측 포트(observation port)를 더 포함하는 수처리장치.
16. 제14항에 있어서,
    위어조절수단(weir adjustment means)은, 패킹 글랜드(packing gland)로 밀봉된 나사 스핀들(threaded spindle)을 포함하며, 스핀들의 회전에 의해 비혼화성 유체 위어의 높이 조절이 일어나는 수처리장치.
17. 제14항에 있어서,
    비혼화성 유체 위어는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)로 구성되는 수처리장치.
18. 제1항에 있어서,
    트로프 유출구(trough outlet)로 향하는 트로프 내의 비혼화성 유체의 유동성을 개선하기 위해, 가열수단이, 트로프의 내부에 배치되는 수처리장치.
19. 제1항에 있어서,
    비혼화성 유체 유출구는, 비혼화성 유체 보관 탱크(immiscible fluid retention tank)와 유체연통하는 수처리장치.
20. 제1항에 있어서,
    가스 버블들은, 공기, 탄화수소 가스(hydrocarbon gas), 질소로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택된 가스로 구성되는 수처리장치.
21. 제1항에 있어서,
    최종 처리 챔버(last treatment chamber)로부터 정수를 받아들이기 위한 대기 챔버(quiet chamber)를 형성하는 밀폐된 유출 챔버(sealed outlet chamber)와,
    밀폐된 유출 챔버 안으로 뻗어 있고, 챔버의 바닥 근처에서 돌출된 일단(one end)과 대기 챔버로부터 정수를 뽑아내기 위한 펌핑수단에 연결된 타단(a second end)을 갖는 정수 유출 파이프로 이루어지는 정수 유출구;
    를 더 포함하는 수처리장치.
22. 제21항에 있어서,
    펌핑 수단은 챔버의 바닥 근처에서 유입하는 수중펌프(submersible pump) 형태로 밀폐된 유출구 채널(sealed outlet channel)까지 내재하는 수처리장치.
23. 제1항에 있어서,
    비혼화성 유체 위어는 유입 위어로부터 반대편이고 또한 유입 위어 위에 있는 제 2 내부 표면에 배치되는 수처리장치.
24. 제1항에 있어서,
    유입 위어는 적어도 하나의 챔버 내에서 중심에 배치되고, 비혼화성 유체 위어는 적어도 하나의 챔버의 내부 표면의 둘레로 가장자리에 배치되고, 비혼화성 유체 위어는 유입 위어로부터 간격을 두고 유입 위어 위에 배치되는 수처리장치.
25. 제24항에 있어서,
    유입 위어는 기저부(base portion)와 둘레벽부(peripheral wall portion)를 포함하고, 둘레벽부는 유입 유체를 유입구로부터 위쪽 및 멀리 향하게 하기 위해, 기저부로부터 위쪽 및 바깥쪽으로 구부러진 수처리장치.
26. 제24항에 있어서,
    비혼화성 유체 위어는 벽부(wall portion)를 포함하고, 제2 설치 수단은 수처리장치의 내부 표면에 직접적으로 설치되고 또한 내부 표면으로부터 위쪽 및 안쪽으로 구부러진 벽부를 포함하는 수처리장치.
27. 공급원으로부터의 오염수로부터 비혼화성 유체를 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은,
    (a) 동일한 간격의 복수 개의 챔버들과, 제1 설치 수단에 의해 첫번째 챔버 내에 지지되는 유입 위어와, 유입 위어로부터 간격을 두고, 제2 설치 수단에 의해 첫번째 챔버 내에 지지되는 비혼화성 유체 위어를 포함하는 수처리장치를 제공하는 단계;
    (b) 유입라인을 통해 공급원으로부터 첫번째 챔버로 오염수를 수송하는 단계;
    (c) 버블들을 생성하기 위한 버블생성수단을 제공하는 단계;
    (d) 버블들을 생성하여 유입라인 안으로 주입하는 단계;
    (e) 유입 유체를 형성하기 위해 유입라인 안에서 버블들과 오염수가 혼합되도록 하는 단계;
    (f) 유입 위어 근처의 유입구에서 첫번째 챔버 안으로 유입 유체를 주입하는 단계;
    (g) 유입 유체가 유입 위어를 넘어가게 하는 단계;
    (h) 정수와, 비혼화성 유체 및 가스 버블의 잔류 혼합물(remaining mixture)이 서로 분리되도록 하는 단계;
    (i) 정수가 중력에 의해 아래로 흘러 정수 유출구로 흘러가도록 하는 단계;
    (j) 챔버들 사이의 분할벽(dividing wall) 안으로 형성된 복수 개의 평행한 라이저 도관을 통과하는 유동에 의해 그 다음 챔버로 정수를 수송하는 단계;
    (k) 각각의 평행한 라이저 도관 안으로 조절된 비율의 제2 버블 흐름을 주입하는 단계;
    (l) 첫번째 챔버와 유체연통하는 복수 개의 평행한 라이저 도관으로부터 흘러나온 흐름이 첫번째 챔버와 실질적으로 동일한 두 번째 챔버로 들어가도록 하는 단계;
    (m) 각각의 챔버 내에 축적된 비혼화성 유체의 혼합물이 떠올라 비혼화성 유체 위어를 넘어 흘러 떨어지도록 하는 단계;
    (n) 각각의 챔버 내에 축적된 비혼화성 유체를 적어도 하나의 챔버 안의 트로프에 모이도록 하여 비혼화성 유체 유출구로 유출하는 단계;
    (o) 비혼화성 오염물이 만족스럽게 제거될 때까지 처음 2개의 챔버에 연속되는 추가적인 챔버들을 통해 충분한 회수로 단계(a)에서 단계(n)를 반복하는 단계;
    를 포함하는 공급원으로부터의 오염수로부터 비혼화성 유체를 제거하기 위한 방법.

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