KR20050020957A - 수처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 부식 억제를 제공하면서 선박으로 하여금 수처리를 허용하게 하는 시스템 및 방법을 제공한다. 산소 스트리핑 가스는 바람직하게는, 그러나 임의로는 벤튜리 인젝터로 직접 펌핑시킬 수 있거나, 먼저 빈 탱크로 펌핑시킨 다음 인젝터 수단으로 전달될 수 있는 산소 스트리핑 가스를 생성한다. 이송관 수단을 경유하여 인젝터를 통해 펌핑되는 물은 산소 스트리핑 가스와 접촉하게 되고, 수중 용존 산소는 인젝터에 의해 생성된 미세 스트리핑 가스 기포로 이송된다. 물과 미세 기포는 인젝터로부터 탱크로 펌핑되고, 여기에서 미세 기포는 표면으로 부상하고, 산소는 탱크의 헤드스페이스로 방출된다. 탈산소화수는 부가적인 탈산소화를 위해 시스템을 통해 재순환될 수 있거나 탱크로부터 주변의 수로로 방출될 수 있다.

Description

수처리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF WATER TREATMENT}

발명의 배경

발명의 분야

벤튜리 인젝터를 사용하는 수처리 시스템 및 방법은 물로부터 용존 산소의 제거를 촉진함으로써 부식을 억제하면서도 수중에 존재하는 바람직하지 않은 수생 유기체의 집단을 감소시킨다. 수처리 시스템 및 방법은 선박으로 하여금 한 항구 지역에서 다른 곳으로 수송되는 밸러스트 워터를 처리하게 하여, 부식을 억제하면서도 환경적인 악영향을 제한함으로써 선박과 관련하여 사용하는 데 특별한 실익이 있다. 수처리 시스템 및 방법은 오일 생산에서와 같은 다른 용도도 있을 수 있다.

예를 들면, 선박은 빈 상태로, 또는 부분적으로 선적이 된 상태로 항구를 떠나기 전, 안정성을 유지하고 부력을 조정하기 위하여 밸러스트 탱크에 물을 싣게 된다. 거의 모든 경우에, 이러한 밸러스트 워터는 수중 용존 산소의 수준에 영향을 받게 되는 생존 유기체를 함유하게 될 것이다. 선박이 목적지에 도착하여 화물을 선적할 준비를 하게 되면, 이러한 밸러스트 워터를 방출하게 되고, 따라서 잠재적인 침입성 종이 목적지 항구의 수생 환경에 도입된다. 대략 40,000대의 주 화물선이 연간 전세계적으로 수십 억 톤의 밸러스트 워터를 실어 나르고 있으며 따라서 수백 종의 해양 침입성 종이 비-토착 환경에 도입되는 데 원인이 되는 것으로 생각된다. 이러한 침입의 전체 비용은 불확정적이기는 하지만 몇몇 평가에 따르면 수십 억 달러로 추산되고 있다.

이러한 현안을 다루기 위하여, 다수 국가의 정부 및 미연방 정부에서는 선박 밸러스트 워터 관리를 주관하는 법규를 통과시켰다. 국제해양기구는 밸러스트 워터의 처리를 권장하는 드래프트 가이드라인을 제안하였다. 미 해안경비대는 현재 미국내 항구로 교역하는 선박에 대한 잠정적인 장래의 밸러스트 워터 처리 요구조건에 대한 가이드라인을 조성중이다.

함선 및 상선을 포함한 전세계 선대의 대부분은 강철로 조선되고 있다. 강철은 산소와 물에 노출시 부식이 일어난다. 선박 상의 부식된 강철 구조물은 내항성을 감소시키고, 이를 피하고 보수하기 위하여 광범위한 조치가 취해진다. 선박에서의 부식을 방지하고 보수하기 위한 소요 비용은 전세계적으로 연간 수십 억 달러에 이르는 것으로 추산되고 있다.

부식이 특히 우려가 되는 선박에서의 일 영역은 밸러스트 워터 탱크에서 이다. 예를 들면, 가장 큰 유조선은 밸러스트 워터 용량이 15,000,000 갤런(57,000 톤)에 이를 수 있다. 밸러스트 탱크 구조가 물(종종 해수)에 장기 노출되면 급속한 부식에 이바지하는 조건을 생성하게 된다. 이 이야기를 쓰고 있는 지금, 밸러스트 탱크 도장 비용은 평방 피트 당 통상 5.00 내지 10.00 달러인 반면에, 다른 평가에 의하면 부식 영역 보수 비용이 평방 피트 당 대략 500 달러라고 제시하고 있다.

따라서, 시간 및 비용-효과적인 방식으로 부식 억제를 제공하면서도 수처리하여 수생 유기체를 제거하는 시스템이 바람직하다. 밸러스트 워터내 수생 유기체를 제거하는 한 가지 형태는 주변 수로로부터 취수됨에 따라 물의 탈산소화를 통하는 것이다. 용액 중의 용질 가스의 농도는 용액 위의 가스 분압에 직접 비례한다. (이러한 물리적 현상은 헨리의 법칙에 지배를 받으며, 용존 농도는 그 용질에 대한 헨리의 법칙 상수를 이용하여 계산해 낼 수 있다). 따라서, (질소 또는 타 저산소 가스 혼합물 같은) 스트리핑 가스에 노출시, 산소는 대략 79% 질소와 21% 산소인 공기 중에서 발견되는 혼합물 상태로 되돌아가려는 일환으로, 6 내지 10 ppm(0.001%)의 용존 산소를 함유하고 있는 물 속에서 급속히 확산된다. 밸러스트 워터에 존재하는 용존 산소를 제거하기 위한 질소 가스의 사용은 부식 억제 효과를 제공하면서도 밸러스트 워터의 효율적이고 경제적으로 바람직한 수단을 제공하는 것으로 상세히 기록되어 있다. 참조[문헌: MARIO N. TAMBURRI et al.: Ballast water deoxygenation can prevent aquatic introductions while reducing ship corrosion. Biolog. Conserv. (2002) 103:331-341]. 각종 잠재적인 스트리핑 가스와 이들의 혼합물에 대한 헨리의 법칙 상수는 다양한 가스가 물의 탈산소화에 사용될 수 있음을 보여준다.

승선시에, 수중 용존 산소를 스트리핑에 노출하는 효율적인 방안은 수중에 가스의 미세 기포를 생성시키는 것이다. 수중에 생성된 미세한 스트리핑 가스 기포는 미세 기포가 바닥으로부터 탱크의 상단으로 부상함에 따라 물로부터 용존 산소를 전달하는 능력을 갖는다. 미세 기포를 생성하기 위한 통상적으로 인정되고 있는 효율적이고, 안전하며 신뢰할 만한 방식은 벤튜리 인젝터의 사용을 통해서이다.

종래 기술의 설명

수처리, 좀더 구체적으로는, 밸러스트 워터 처리, 장치 및 방법은 선박으로 하여금 한 항구 지역에서 다른 곳으로 수송되는 물을 처리하도록 하는 데에 바람직하다. 이러한 처리는 물이 최초로 입수되는 환경과는 생태학적으로 상이한 환경으로 물이 추후 방출될 때 일어날 수 있는 환경적으로 위험한 효과를 제한한다.

수처리 장치와 방법의 사용은 종래기술에 공지되어 있다. 예를 들면, 브라우닝(Browning)의 US 특허 No. 6,171,508는 선박의 밸러스트 워터에 존재하는 미생물의 사멸 방법 및 장치를 개시하고 있다. 그러나, 브라우닝의 '508 특허는 밸러스트 워터를 탈산소화시키는 데 스트리핑 가스를 사용하고 있지 않으며, 결과적으로 어떠한 부식 억제성에 대해서도 개시하지 못하고 있으며, 더 나아가서는 밸러스트 워터로부터 용존 산소를 제거하기에는 덜 효율적인 진공 메커니즘을 사용하는 단점이 있다.

로든(Rodden)의 US 특허 No. 6,125,778는 오존을 이용하여 밸러스트 워터를 처리하는 밸러스트 워터 처리를 개시하고 있다. 그러나, 로든의 '778 특허는 부식 방지를 제공하지 못하며, 밸러스트 워터 처리를 위한 좀더 효율적인 벤튜리-인젝터 촉진 수단을 사용하지 못하고 있다.

이와 마찬가지로, 질(Gill)의 US 특허 No. 5,192,451는 수용성 디알킬 디알릴 4급 암모늄 중합체로 밸러스트 워터를 처리하는, 선박 밸러스트 탱크내 얼룩말 홍합의 방제 방법을 개시하고 있다. 그러나, 질의 '451 특허는 화학 반응의 발생 없이는 수처리를 허용하지 않으며 어떠한 부식 억제성도 제공하지 않는다.

또한, 챙(Chang)의 US 특허 No. 5,376,282 및 5,578,116 모두는 얼룩말 홍합의 생존을 억제하기 위하여 진공과 교반을 이용하여 물로부터 용존 산소를 제거하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, '282 특허든 '116 특허든 어느 것도 밸러스트 워터의 탈산소화를 위한 스트리핑 가스의 좀더 효율적인 벤튜리 인젝터-촉진 전달을 제공하지 않고 있으며 물로부터 용존 산소를 제거하는 동안 부식 억제 효과를 제공하지 못하는 추가의 단점도 있다.

데커(Decker)의 US 특허 No. 6,126,842는 산소 중의 오존 가스의 저농도의 가스 혼합물을 폐수 스트림 중으로 주입하면서 폐수 오염물의 감소를 위해 혼합하는 저농도 오존 폐수 처리 방법을 개시하고 있다. 그러나, 데커의 '842 특허는 비록 벤튜리 인젝터를 사용하는 효율적인 오존계 처리 시스템을 제공하고는 있지만, 선박의 밸러스트 워터 처리는 개시하고 있지도 않으며 '842 특허 역시 증가된 효율과 부식 억제와 같이 산소 스트리핑 가스를 사용하여 수득되는 한층 더 큰 이점을 제공하지 않는다.

하트윅(Hartwig)의 US 특허 No. 6,274,052는 오존 전달을 위한 일련의 벤튜리 인젝터를 사용하는 수영장 물의 오존처리를 개시하고 있다. 그러나, 하트윅의 '052 특허는 물의 탈산소화를 위해 벤튜리 인젝터를 통한 수중으로 산소 스트리핑 가스의 주입을 개시하고 있지 않으며, 기술된 과정 동안 부식 억제 효과를 제공하지 못하는 추가적인 결함이 있다.

사바드(Savard)의 US 특허 No. 4,246,111는 폐수를 생물학적으로 처리하고 생물학적 처리수를 정화하는 장치를 개시하고 있다. 그러나, 사바드의 '111 특허는 물, 바람직하게는, 그러나 임의로는 밸러스트 워터의 탈산소화를 위한 산소 스트리핑 가스를 사용하지 않으며, 또한 부식 억제도 제공하지 못하고 있다.

마지막으로, 놀드(Nold)의 US 특허 No 3,676,983은 진공실과 교반을 이용하여 액체를 탈기하는 장치와 방법을 개시하고 있다. 그러나, 놀드의 '983 특허는 액체의 캐비테이션을 요하며 액체의 탈기를 좀더 효율적으로 촉진하기 위한 벤튜리 인젝터를 사용하지 않는다.

전술한 발명은 그들의 특정 목적과 요구조건을 완수하지만, 선박으로 하여금 부식 억제를 제공하면서 한 항구 지역에서 다른 곳으로 수송되는 밸러스트 워터를 처리토록 하는 수처리 시스템 및 방법을 기재하고 있지 않다.

전술한 특허와 당업계에 현재 공지되어 있는 기타 수처리 시스템 및 방법은 부식 억제를 제공하면서도 스트리핑 가스 탈산소화를 촉진하기 위한 인젝터 수단을 사용하는 수처리를 제공하지 않는다.

후술되는 상세한 설명을 고찰할 때, 본 발명은 좀더 잘 이해될 것이고 전술한 것들 이외의 목적이 자명해 질 것이다. 그러한 설명은 첨부 도면을 참조로 하여 이루어진다.

도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 수처리 시스템 및 방법의 실시형태의 공정 흐름도이다.

도 2는 선박에 위치된 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 수처리 시스템 및 방법을 갖춘 선박의 평면도이다.

도 4는 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 정면도이다.

도 5는 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 벤튜리 인젝터 성분의 정면도이다.

도 6은 저장소에 존재하는 본 발명의 폐쇄된 재순환 시스템의 정면도이다.

동일 도면 부호는 각종 도면 전반에 걸쳐 동일 부위를 언급한다.

발명의 요약

종래 기술에 현재 존재하는 공지된 유형의 수처리 시스템 및 방법에 내재하는 전술한 단점의 관점에서, 본 발명은 물의 탈산소화를 촉진하고 종래 기술에서 주지되는 단점과 결점을 극복하기 위하여, 인젝터 수단, 바람직하게는, 그러나 임의로는 벤튜리 인젝터를 통해 주입되는 산소 스트리핑 가스를 사용하여 물을 처리하는 개선된 시스템 및 방법을 제공한다. 따라서, 이하에서 좀더 상세하게 설명될 본 발명의 일반 목적은 전술한 종래 기술의 모든 장점과 종래 기술에 의해서는 예측되지 못하고, 명백해지지도 않고, 제안되지도 않으며, 심지어는 암시되지도 않는 수처리 시스템 및 방법으로 귀결되는 다수의 신규 특징들을 단독으로 또는 임의 조합으로 보유하는 새롭고 개선된 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

이를 성취하기 위해서, 본 발명은 저장소(receptacle)와 인젝터 수단, 임의로는, 그러나 바람직하게는, 물을 수용하기 위한 주입구, 산소 스트리핑 가스를 수용하기 위한 인젝터 포트, 및 물을 배수하기 위한 배출구를 갖춘 벤튜리 인젝터를 구비하는 수처리 시스템을 포함한다. 물은 주입구로 들어가서 인젝터를 통과하며 여기에서 인젝터 수단의 인젝터 포트를 통해 수용되는 스트리핑 가스와 접촉하게 된다. 이어서, 물은 배출구를 통해 저장소로 배출된다. 인젝터 수단에 의해 수용되는 스트리핑 가스는 가스 발생원으로부터 온다. 가스는 바람직하게는, 그러나 임의로는 밸러스트 탱크일 수 있는 저장소와 가스원을 연결하는 제 1 가스 전달 수단, 및 저장소를 인젝터 수단의 인젝터 포트와 연결하는 제 2 가스 전달 수단에 의해 인젝터 수단으로 전달될 수 있다. 이와 달리, 저장소는 물이 인젝터 수단으로부터 주변 수로로 직접 통과하는 수도관일 수 있다. 제 1 및 제 2 가스 전달 수단과 함께, 또는 이와 달리, 가스원을 인젝터 수단의 인젝터 포트와 연결하여 스트리핑 가스를 가스원으로부터 인젝터 포트로 직접 전달하는 제 3 가스 전달 수단이 존재할 수 있다. 바람직하게는, 그러나 임의로는, 주입구가 이송관 수단을 통과하는 물을 수용하고 배출구는 저장소에 연결될 수 있는 이송관 수단으로 물을 다시 배출하도록, 인젝터 수단은 이송관 수단에 직렬로 연결된다. 또한, 임의로는, 그러나 바람직하게는 급기조정밸브인, 부스터 송풍기 및/또는 조절기를 저장소와 인젝터 수단 사이의 제 2 스트리핑 가스 전달 수단과 직렬로 부착시켜 인젝터 수단 중으로의 스트리핑 가스 유동을 제어할 수 있다. 펌프 수단, 바람직하게는, 그러나 임의로는 다수의 선박에서 발견되는 밸러스트 펌프는 외부 수원으로부터 물을 수용하도록 적용되며 인젝터 수단을 통해 물을 펌핑할 수 있다.

시스템은 또한 저장소 내의 물을 취하여 재순환 파이프를 통해 저장소로부터 물을 재순환시키고 인젝터 수단을 통해 저장소로 다시 물을 재-펌핑하는 재순환 수단을 포함할 수 있다. 이러한 재순환 수단은 임의로는, 그러나 바람직하게는, 제어 패널 수단에 의해 활성화될 수 있는 센서에 의해 모니터링되고, 여기에서 센서는 바람직하게는, 그러나 임의로는, 처리수에 존재하는 산소 수준을 모니터하는 가스상 산소 및 용존 산소 센서이다. 본 발명은 또한 탈산소화수의 방출에 앞서 일어나는 재-산소화 수단 및 단계를 구비할 수 있다. 이러한 재-산소화는 다량의 탈산소화수를 주변 수로로 방출할 때 일어날 수 있는 부정적인 환경적 효과를 줄이는 역할을 한다. 물론, 이하에서 상세하게 기재되고 첨부 특허청구범위의 요지를 구성하게 될 본 발명의 추가적인 특징이 존재한다.

본 발명의 다수의 목적과 이점은 첨부 도면과 함께 취합할 때 본 발명의 바람직하고, 그럼에도 불구하고 예시적인 실시형태의 하기 상세한 설명을 정독함으로써 당업자에게 자명해질 것이다. 본 발명은 하기의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성의 세부 항목 및 성분의 배치에 대한 적용에 있어 제한받지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시형태일 수 있고 다양한 방식으로 실시되고 수행될 수 있다. 또한, 본원에서 사용되는 어구 및 용어는 설명을 위한 것이지 제한의 의미로 간주되지 않아야 함을 이해하여야 한다.

따라서, 당업자는 본원의 개시내용이 토대가 되는 개념이 본 발명의 여러 목적을 실행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템의 설계를 위한 토대로서 용이하게 이용될 수 있음을 감지하게 될 것이다. 따라서, 특허청구범위는 본 발명의 취지와 범위로부터 일탈하지 않는 한 그러한 등가적인 구성도 포함하는 것으로 간주됨이 중요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 수처리 장치 및 방법의 장점과 추가적인 장점 및 혜택을 갖춘 수처리용의 신규하고 개선된 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 시스템과 방법에서 이들의 장점 중 일부를 제공하면서, 동시에 그들과 통상적으로 연관된 단점의 일부를 극복하는 새로운 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 산소 스트리핑 가스의 사용을 제공하고 따라서 다른 전통적인 스파징 또는 기포 확산 가스 전달법보다 더 효율적인 스트리핑 가스 전달을 제공하는 시스템이다. 이러한 시스템은 물이 최초에 입수되었던 환경과는 생태학적으로 상이한 환경 중으로 비처리수가 방출될 때 초래될 수 있는 환경적인 역효과를 제한하기 위한 경제적으로 호적하고 효율적인 방식을 허용한다.

본 발명의 또 다른 목적은 선박으로 하여금 수류 중으로 주입되는 산소 스트리핑 가스로, 바람직하게는, 그러나 임의로는 벤튜리 인젝터에 의해 물을 처리하도록 하는 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 이에 따라 부식 억제를 제공하면서도, 물, 바람직하게는, 그러나 임의로는 밸러스트 워터를 효율적으로 처리할 수 있게 되고, 따라서 수처리와 관련된 전체적인 유지관리와 비용이 감소된다.

추가적으로, 본 발명은 또한, 산소가 물로부터 스트리핑되는 스트리핑 가스-촉진 탈산소화를 이용하는 수처리 시스템 및 방법을 제공한다. 이러한 산소-스트리핑 시스템 및 방법은 증가된 효율로, 그리고 화학약품의 사용 없이 수처리를 허용한다.

본 발명의 추가 목적은 물의 탈산소화를 위한 신규하고 개선된 방법을 제공하는 것이며, 수생 유기체의 생존 억제 및/또는 부식 억제의 목적에 제한되지 않는다. 본 방법은 물을 수용하기 위한 주입구, 스트리핑 가스를 수용하기 위한 인젝터 포트, 및 처리될 물이 주입구에 공급되고 스트리핑 가스가 인젝터 포트에 공급되어, 수중에 무수한 미세 기포를 유도하여 수중 산소가 수성상으로부터 상기 미세 기포내의 가스상으로 확산하는, 물을 배출시키기 위한 배출구를 구비하는, 인젝터 수단, 바람직하게는, 그러나 임의로는 벤튜리 인젝터를 이용함을 포함한다. 이러한 방법은, 인젝터 수단의 배출구로부터, 미세 기포가 물로부터 방출되고 그에 따라 산소가 물로부터 확산되는, 바람직하게는, 그러나 임의로는 밸러스트 탱크인 저장소로 물과 미세 기포를 배출하는 단계를 추가로 수반한다. 물의 탈산소화 방법은 물을 인젝터 수단을 통해 재순환시켜 추가의 탈산소화를 제공하는 과정을 추가로 포함할 수 있으며, 또한 바람직하게는 그러나 임의로는 밸러스트 탱크인 저장소, 또는 이와 달리, 그러나 비-배타적으로, 주변 수로와 연결되는 폐쇄 탱크 또는 수도관으로부터 주변 수로로 물을 방출하기에 앞서 물을 재산소화하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 용이하고 효율적으로 제조되고 판매될 수 있는 신규하고 개선된 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

마지막으로, 본 발명의 목적은 재료와 노동력면에서 제조비가 비교적 저렴하고, 따라서 일반 소비자 및 업계에 비교적 저가로 판매할 수 있는 신규하고 개선된 수처리 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 후술되는 상세한 설명이 좀더 잘 이해될 수 있도록, 그리고 당업계에의 공헌이 좀더 잘 감지될 수 있도록 본 발명의 좀더 중요한 특징을 개괄하였다.

본 발명의 목적은 본 발명을 특징짓는 각종 신규한 특징과 함께, 특히 첨부되어 본 개시내용의 일부를 형성하는 특허청구범위에서 역설된다. 본 발명, 이의 동작상의 장점 및 이의 사용으로 성취되는 특정 목적을 좀더 잘 이해하기 위하여, 본 발명의 예시되는 실시형태가 존재하는 첨부 도면과 서술 내용을 참조한다.

이하 첨부 도면, 특히 도 1 내지 5에, 본 발명의 수처리 시스템 및 방법의 실시형태가 도시되고 일반적으로 도면 부호 10으로 표시되어 있다.

도 1에서, 부식 억제를 제공하면서도 선박으로 하여금 한 항구 지역에서 다른 곳으로 수송되는 물을 처리토록 하는, 스트리핑 가스 탈산소화를 이용하는 신규하고 개선된 수처리 시스템의 기본적인 흐름도가 도시되고 설명된다. 좀더 구체적으로 보면, 스트리핑 가스 탈산소화를 이용하는 수처리 시스템(10)은 물이 선박의 외측으로부터 유입되는 취수 수단(12)을 구비한다. 이어서, 물은 밸러스트 펌프(14)와 같은 펌프 수단(이에 한정되지 않음)을 통해 벤튜리 인젝터와 같은 인젝터 수단(16) 상의 주입구 중으로 펌핑된다. 스트리핑 가스원(18)으로부터 수득되는 산소 스트리핑 가스는 부스터 송풍기(20)에 의해 촉진되는 인젝터 수단(16)의 주입구로 전달되고, 바람직하게는, 그러나 임의로는 급기 조정 밸브인 조절기(22)에 의해 추가적으로 제어될 수 있다. 또한, 스트리핑 가스는 스트리핑 가스원(18)으로부터, 바람직하게는, 그러나 임의로는 선박의 밸러스트 탱크인 저장소(24)로 펌핑될 수 있다. 인젝터 수단(16)으로 전달되는 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16) 내부에서 물과 접촉되고, 산소 스트리핑 가스와 물의 혼합물은 인젝터 수단(16)으로부터 저장소(24), 또는 선박 밸러스트 탱크로 펌핑된다. 일단 혼합물이 저장소(24) 내측에 있게 되면, 인젝터 수단(16)에 의해 생성된 미세 기포내에서 병합된 스트리핑 가스와 물로부터의 용존 산소는 저장소(24)의 헤드스페이스(26)로 부상하게 된다. 바람직하게는, 그러나 임의로는 가스상 산소 센서(28), 용존 산소 센서(30)인 일련의 센서가 수중에 잔류하는 용존 산소의 양을 모니터하기 위하여 저장소(24)에 존재할 수 있다. 또한, 대체로 센서와 시스템의 추가 조절과 제어를 제공하기 위하여 존재하는 제어 패널 수단(32)이 존재할 수 있다. 전형적으로 저장소(24)의 상단부 상에 위치되는 압력 밸브 및/또는 압력 밸브 시리즈(34)는 가스를 수동적으로 방출하여 저장소 내의 압력을 조절한다. 필요에 따라, 저장소(24)내의 물의 일부는 재순환 흡입점(36)으로 재순환되어 밸러스트 펌프(14), 인젝터 수단(16)을 통해, 그리고 바람직하게는, 그러나 임의로는 제어 패널 수단(32)에 의해 제어될 수 있는 일련의 센서에 의해 측정되고/되거나 제어되는 저장소(24)로 다시 재-펌핑될 수 있다.

도 2는 본 발명이 선박, 함선 또는 기타 해양 정기선에 배치될 수처리 시스템을 도시한다. 도시된 바와 같이, 물, 바람직하게는, 그러나 임의로는 밸러스트 워터는 일반적으로 선박의 선미에 위치되는 취수 수단(12)에 의해 선박에 탑재된다. 물은 이어서 밸러스트 펌프(14)와 같은 펌프 수단을 통해 벤튜리 인젝터와 같은 인젝터 수단(16) 중으로 펌핑된다. 이어서, 스트리핑 가스원(18)으로부터 수득되는 산소 스트리핑 가스는 부스터 송풍기(20)를 경유하여 인젝터 수단(16)으로 펌핑될 수 있다. 부스터 송풍기(20)는 또한 선박의 저장소(24) 안의 물에 의한 스트리핑 가스의 교체에 부응하도록 수중으로 도입되는 스트리핑 가스의 양을 제어하는 역할도 한다. 스트리핑 가스는 또한 스트리핑 가스원(18)으로부터 저장소(24) 또는 밸러스트 탱크 중으로 펌핑되어 빈 저장소(24)에서의 추가적인 부식 억제를 제공한다. 인젝터 수단(16)으로 전달되는 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16) 내의 물과 접촉하고, 이들 둘의 혼합물은 인젝터 수단(16)으로부터 임의로는, 그러나 바람직하게는 밸러스트 탱크인 선박의 저장소(24)로 펌핑된다. 일단 저장소(24) 내측에 있게 되면, 물로부터의 용존 산소와 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16)에 의해 생성된 미세 기포 안에서 결합되어, 저장소(24) 안에서, 헤드스페이스, 또는 물 위의 기타 영역으로 부상하게 된다. 바람직하게는, 그러나 임의로는, 저장소(24)의 상부에 위치되고, 선박의 갑판을 통해 연장하는 일련의 압력 밸브(34)는 소정 시간에 저장소(24) 내측의 압력 수준을 제어한다.

도 3은 선박에 배치되었을 때, 수처리 시스템의 위치를 나타내기 위하여 위에서 본 선박을 도시한다. 도시된 바와 같이, 수처리 시스템(10)은 바람직하게는, 그러나 임의로는, 선박의 선미와 펌프, 바람직하게는 선박에 위치되는 밸러스트 탱크(24)인 물 저장소에 또는 그 부근에 위치될 것이다.

도 4에서, 본 발명은 주변 수로로부터의 물이 이송관 수단(38)을 통해 선박으로 진입하도록 되어 있다. 물은 이어서, 밸러스트 펌프(14)와 같은 펌프 수단을 통해 인젝터 수단(16), 임의로는, 그러나 바람직하게는, 저장소로의 전달을 위한 제트 노즐의 네트워크를 병합할 수 있는, 임의로는, 그러나 바람직하게는, 이송관 수단(38)과 직렬로 연결되는 벤튜리 인젝터 상의 주입구 중으로 펌핑된다. 가스원(18)으로부터 수득되고, 바람직하게는, 그러나 임의로는 적어도 90% 질소로 이루어지는 산소 스트리핑 가스는 제 1 스트리핑 가스 전달 수단(40)을 경유하여, 바람직하게는, 그러나 임의로는 밸러스트 탱크인 빈 저장소(24)로 전달된다. 이어서, 이러한 스트리핑 가스는 제 2 스트리핑 가스 전달 수단(42)에 의해 저장소(24)로부터 인젝터 수단(16)의 주입구로 전달된다. 스트리핑 가스의 인젝터 수단(16)으로의 전달은 밸러스트 탱크, 수역, 또는 수도관(이에 제한되지 않음)일 수 있는 저장소(24) 내의 물에 의한 스트리핑 가스의 대체를 수용하기 위하여 물에 도입된 스트리핑 가스의 양을 증가시키는 역할도 할 수 있는 부스터 송풍기(20)에 의해 촉진될 수 있다. 인젝터 수단(16)으로 전달되는 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16) 내의 물과 접촉하고, 스트리핑 가스와 물의 혼합물은 인젝터 수단(16)으로부터 이송관 수단(38)을 통해 저장소(24)로 펌핑된다. 저장소(들)(24)간의 공간은 바람직하게는, 그러나 이에 한정되지 않는, 통상적으로는 선박 상에 구성 배치되는 화물 보관 구역(44)을 나타낸다. 일련의 센서, 바람직하게는 가스상 산소 센서(28) 및 용존 산소 센서(30)는 방출되어 수중에 잔류하는 용존 산소의 양을 모니터링하기 위하여 저장소(들)(24)에 존재할 수 있고, 임의로는 제어 패널 수단이 또한 시스템을 활성화하고 제어하기 위하여 존재할 수 있다.

도 5에는, 이송관 수단(36)과 직렬로 부착되어 있는 벤튜리 인젝터(46)가 보여지고 있다. 이 경우에, 벤튜리 인젝터는 미국 캘리포니아 베이커스필드 소재의 Mazzei Injector Corporation에서 제조한 모델 12050-SS Mazzei 인젝터이다. 이러한 Mazzei 인젝터의 구조와 작동은 개시내용이 본원에 기재된 바와 동일 범위로 참조로 인용되는, 1999년 1월 26일자로 특허 허여된 Angelo L. Mazzei의 US 특허 No. 5,563,128에 예시되고 설명되어 있다. 펌프 수단으로부터의 물은 벤튜리 인젝터(46)의 주입구(48)로 진입한다. 산소 스트리핑 가스는 인젝터 포트(50)를 통해 벤튜리 인젝터(44)로 전달되고 물과 스트리핑 가스는 벤튜리 인젝터(46)의 압축부(52)에서 접촉하게 된다. 이어서, 물과 스트리핑 가스는 압축부(52)로부터 펌핑되고, 물에 존재하는 용존 산소와 스트리핑 가스는 비로서 벤튜리 인젝터(46)를 통해 스트리핑 가스와 물의 펌핑에 의해 생성되는 미세 기포(56)로 벤튜리 인젝터(46)의 배출구(54)를 통해 통과된다. 미세 기포(56)와 지금 부분적으로 탈산소화된 물은 배출구(54)로부터, 종국에는 탈산소화된 물과 미세 기포를 추가적인 탈산소화가 일어날 수 있는 저장소로 운반하게 되는 이송관 수단(38)으로 이동하게 된다.

도 6은 저장소 안에서의 폐쇄된 재순환 시스템을 도시한다. 미처리수는 이송관 수단(38)을 통해, 임의로는, 그러나 바람직하게는 밀봉 가능한 탱크인 저장소(24)로 진입한다. 일단 저장소(24) 안에서는, 부가적인 이송관(38)을 통해 물을 펌핑하기 위하여 펌프 수단(14)이 존재한다. 이어서, 물은 임의로는, 그러나 바람직하게는 벤튜리 인젝터인 인젝터 수단(16)의 주입구(48)로 진입한다. 인젝터 수단(16)의 압축부(52) 내에서는, 물이 인젝터 수단(16)의 인젝터 포트(50)에 의해 수용되는 산소 스트리핑 가스와 접촉한다. 임의로는, 그러나 바람직하게는 저장소(24) 외측에 인접하여 위치되는 스트리핑 가스원(18)은 가스 전달 수단에 의해 인젝터 포트(50)로 전달되는 스트리핑 가스를 생성한다. 이어서, 물에 존재하는 용존 산소의 대부분과 스트리핑 가스는 인젝터 수단(16)을 통해 스트리핑 가스와 물의 펌핑에 의해 생성되는 미세 기포로 인젝터 수단(16)의 배출구(54)를 통해 압축부(52)로부터 통과된다. 배출구(54)와 연결된 이송관(38)은 미세 기포 및 방금 부분적으로 탈산소화된 물을 인젝터 수단으로부터 제트 노즐(58)을 통해 저장소(24) 중으로 이송하고, 여기에서 미세 기포는 저장소 내의 헤드스페이스(26)로 이동하게 되고, 이에 따라 물로부터 산소가 방출된다. 압력 밸브(34), 또는 일련의 압력 밸브는 저장소(24)의 상부에 존재하여 저장소(24) 내의 압력 증강을 방지할 수 있다. 저장소(24) 내의 물은 지속적으로 재순환될 수 있으며, 일련의 센서 및/또는 제어 패널 수단이 존재하여 용존 산소와 스트리핑 가스의 수준을 모니터함으로써, 재순환 속도 및/또는 처리수가 저장소(24)로부터, 임의로는, 그러나 바람직하게는 추가적인 이송관을 통해 배출되는 속도를 측정할 수 있다.

비록 배타적이지는 않지만 본원에서 바람직하게 기재되는 수처리는, 선박이 바람직하게는, 그러나 제한되지는 않는 벤튜리 인젝터인 인젝터 수단을 통해 선박에 물을 펌핑함에 따라, 물은 인젝터 수단에 도입된 산소 스트리핑 가스와 접촉되도록 일어난다. 일반적으로, 펌프 수단은 하나 또는 일련의 펌프일 수 있으며, 선박 주변의 수로로부터 이송관 수단으로 취수한다. 선박의 산소 스트리핑 가스원은 투과막 질소 발생기, 선박 연도 가스, 비활성 가스 발생기 등과 같은 당업계에 공지되어 있는 표준 공급원 또는 방법일 수 있다. 스트리핑 가스 전달의 제어는 부스터 송풍기 및/또는 인젝터 수단에 연결되는 스트리핑 가스 전달 수단과 직렬로 연결되어 있는 조절기를 통해 일어날 수 있다. 스트리핑 가스원은 바람직하게는, 그러나 임의로는 밸러스트 탱크(들)인, 저장소 또는, 임의로는 저장소들과, 인젝터 수단 양자 모두에 스트리핑 가스 전달 수단에 의해 연결된다. 스트리핑 가스는 스트리핑 가스 전달 수단에 의해, 저장소로 전달되어 채워질 수 있다. 또 다른 스트리핑 가스 전달 수단은 스트리핑 가스가 인젝터 수단을 통해 유동하도록 한다. 이러한 스트리핑 가스 전달 수단은 저장소와 연결되어 이로부터 스트리핑 가스를 전달할 수 있거나 또는 스트리핑 가스원과 연결되어 이로부터 직접 스트리핑 가스를 전달할 수 있다. 스트리핑 가스가 바람직하게는 벤튜리 인젝터인 인젝터 수단으로 전달될 때, 인젝터 수단을 통해 펌핑되는 물은 스트리핑 가스와 접촉하게 되고, 물에 존재하는 용존 산소는 물로부터 인젝터 수단에 의해 생성된 미세 기포로 이송된다. 이러한 미세 가스 기포는 인젝터 수단으로부터 저장소로 물과 함께 펌핑되는 스트리핑 가스와 산소의 혼합물을 함유한다. 물이 저장소로 펌핑되면, 저장소에 존재할 수 있는 스트리핑 가스는 배타적이지는 아니지만 바람직하게는 1:1 부피비로 교환된다. 이러한 스트리핑 가스는 인젝터 수단으로 다시 보내져서 스트리핑 가스의 사용에 있어 더 큰 효율을 제공할 수 있다.

일단 저장소 내측에서는, 미세 기포가 저장소 내의 수면으로 떠오르게 되어, 스트리핑 가스-산소 혼합물은 저장소의 헤드스페이스 또는 수면 위의 영역으로 방출된다. 본 발명은 또한, 처리수가 저장소로 진입함에 따라 산소가 탈산소화수로 재도입되는 것을 방지하기 위하여 스트리핑 가스를 빈 저장소로 전달하는 스트리핑 가스 전달 수단을 포함할 수 있다. 이러한 산소-스트리핑의 전체적으로 바람직하지만 임의적인 효과는 통상 밸러스트 워터에 존재하는 유기체(이에 한정되지 않음)와 같은 수생 유기체의 생존을 저지하면서, 아울러 또는 이와 달리 부식 억제를 제공하는 것이다.

수처리의 개시와 중단은 선박의 취수와 일치할 것이다. 재순환 메커니즘을 이용하여 물을 추가 처리할 수 있으며, 이에 대한 필요성은 선택적으로 살균작용을 입증하기 위하여 수중 용존 산소 농도를 기록하는 저장소에 존재하는 가스상 산소 및 용존 산소 센서를 포함하여(이에 한정되지 않음) 일련의 센서에 의해 측정될 수 있다. 재순환 메커니즘이 활성화될 필요가 있으면, 비록 임의적이기는 하지만 바람직하게는 가동 중단 동작이 센서와 밸브에 연결되는 제어 패널 수단에 의해 제어될 수 있다.

사용시에, 수처리 시스템과 방법은 부식 억제제로서 기능을 하면서 물의 비-화학적이고 효율적인 처리에 이용될 수 있음이 이해될 수 있다.

수처리 시스템과 방법의 본 실시형태가 상세하게 설명되었지만, 이에 대한 수정 및 변형도 가능하고 본 발명의 진정한 취지와 범위내에 들어옴이 자명하다. 따라서, 상기 설명에 관하여, 크기, 재료, 형상, 형태, 기능 및 작동 방식, 조립과 용도의 변경을 포함하기 위한 본 발명의 부품에 대한 최적 치수 관계는 당업자에게 자명한 것으로 간주되며, 도면에 도시되고 명세서에 기재된 것들에 대한 모든 등가 관계는 본 발명에 의해 포섭되는 것으로 간주됨을 이해하여야 한다. 예를 들면, 각종 금속, 플라스틱, 또는 기타 강건한 재료로 이루어진 적당한 원통형 도관이 기재된 이송관 수단 및/또는 재순환관 수단용으로 사용될 수 있다. 또한, 비록 바람직하게는, 그러나 임의로는 선상에서 수생 종 살균 및 부식 억제성 양자 모두를 갖는 스트리핑 가스 유도된 탈산소화를 이용한 수처리가 설명되었지만, 본원에서 기재된 수처리 시스템과 방법은 폐수 관리, 농업적 적용, 풀장 및 스파 적용, 오일 및 가스 적용, 및 각종 소독제 적용을 포함한(이에 한정되지 않음) 광범위의 수처리 적용에도 적합할 수 있음을 이해하여야 한다. 부가적으로, 다수의 형상과 크기를 갖는 광범위의 수용시설이나 탱크, 및 개방 수역(open body of water) 또한 설명된 기본적인 저장소 또는 밸러스트 탱크 대신에 사용될 수 있다. 더 나아가서, 방법, 구성, 크기, 형상 및 압력과 부피 요구 조건은 다양한 형상과 크기를 갖는 광범위의 선박에 맞게 개조될 수 있고, 설명된 폐쇄형 순환 시스템 및 방법은 한 저장소에서 다른 저장소로 이전시킬 수도 있다. 본 발명은 또한, 본 발명에 의해 요구되지만 선박이나 기타 처리 위치에서 이미 존재하는 광범위의 펌프, 저장소, 스트리핑 가스 발생기 또는 공급원, 압력 밸브 및 기타 성분과 사용하기 위해 개조될 수 있다.

따라서, 전술한 설명은 단지 본 발명의 원리를 설명하는 것으로 간주된다. 또한, 당업자에게 다양한 수정과 변형이 손쉽게 떠오를 것이므로, 본 발명을 예시되고 설명된 정확한 구성에 한정하고자 하지 않으며, 따라서 모든 적합한 수정과 등가물도 본 발명의 범위내에 들어오는 것으로 간주될 수 있다.

Claims (20)

1. 물의 수용을 위한 주입구, 산소 스트리핑 가스의 수용을 위한 인젝터 포트 및 물의 배출을 위한 배출구를 구비하는 인젝터 수단; 및

   저장소를 포함하고;

   물은 인젝터 수단을 통과하여, 인젝터 포트를 통해 수용되는 산소 스트리핑 가스와 접촉되며;

   물은 배출구로부터 저장소로 배출되는 수처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 산소 스트리핑 가스원, 제 1 스트리핑 가스 전달 수단, 및 제 2 스트리핑 가스 전달 수단을 추가로 포함하고, 제 1 스트리핑 가스 전달 수단은 스트리핑 가스원을 저장소와 연결하며, 제 2 스트리핑 가스 전달 수단은 저장소를 인젝터 수단의 인젝터 포트와 연결하는 수처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 산소 스트리핑 가스원 및 제 3 스트리핑 가스 전달 수단을 추가로 포함하고, 제 3 스트리핑 가스 전달 수단은 스트리핑 가스원을 인젝터 수단의 인젝터 포트와 연결하는 수처리 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 제 3 산소 스트리핑 가스 전달 수단을 추가로 포함하고, 제 3 스트리핑 가스 전달 수단은 스트리핑 가스원을 인젝터 수단의 인젝터 포트와 연결하는 수처리 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 저장소는 수역(body of water)인 수처리 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 이송관 수단을 추가로 포함하고, 인젝터 수단은 이송관 수단에 직렬로 연결되며, 주입구는 이송관 수단으로부터 물을 수용하고 배출구는 이송관 수단을 통해 저장소로 물을 배출하는 수처리 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 인젝터 포트에 의해 수용된 산소 스트리핑 가스를 조절하기 위한 부스터 송풍기를 추가로 포함하는 수처리 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 저장소가 선박 상의 밸러스트 탱크인 수처리 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 외부 수원으로부터 물을 수용하기 위한 펌프 수단을 추가로 포함하는 수처리 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 인젝터 포트에 의해 수용된 산소 스트리핑 가스를 조절하기 위한 조절기를 추가로 포함하는 수처리 시스템.
11. 제 1 항에 있어서, 저장소 내에 부착된 센서 수단을 추가로 포함하고 센서는 제어 패널 수단에 의해 제어되는 수처리 시스템.
12. 제 1 항에 있어서, 재순환 수단을 추가로 포함하고, 재순환관 수단은 저장소로부터 연장하며, 물은 인젝터 수단 상의 주입구에 의해 수용되는 수처리 시스템.
13. 물의 수용을 위한 주입구, 산소 스트리핑 가스의 수용을 위한 인젝터 포트 및 물의 배출을 위한 외부 포트를 구비하는 인젝터 수단을 이용하는 단계;

    처리될 물을 주입구 중으로 공급하는 단계;

    산소 스트리핑 가스를 인젝터 포트로 공급함으로써, 물에 무수한 미세 기포를 제공하여, 수중 산소가 미세 기포내에서 수성상으로부터 가스상으로 확산하는 단계; 및

    물과 미세 기포를 배출구로부터 저장소로 배출하여, 미세 기포가 물로부터 방출됨으로써 물로부터 산소가 확산되는 단계:를 포함하는 물의 탈산소화 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 물로부터 산소를 제거하는 과정이 수중 유기체의 생존을 억제하기 위한 것인 물의 탈산소화 방법.
15. 제 13 항에 있어서, 물로부터 산소를 제거하는 과정이 부식 억제를 위한 것인 물의 탈산소화 방법.
16. 제 14 항에 있어서, 저장소가 밸러스트 탱크이고 유기체가 밸러스트 워터에 공통되는 물의 탈산소화 방법.
17. 제 13 항에 있어서, 저장소내의 부식 억제를 위하여 산소 스트리핑 가스를 저장소에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 물의 탈산소화 방법.
18. 제 13 항에 있어서, 추가적인 탈산소화를 제공하기 위하여 인젝터 수단을 통해 물을 재순환하는 단계를 추가로 포함하는 물의 탈산소화 방법.
19. 제 13 항에 있어서, 물을 저장소로부터 주변 수로로 방출하기 전에 물을 재산소화하는 단계를 추가로 포함하는 물의 탈산소화 방법.
20. 제 13 항에 있어서, 저장소가 수역인 물의 탈산소화 방법.