KR20050116814A - 염수 침입 방지 시스템 - Google Patents

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더블유피에스아이, 인코포레이션
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Abstract

담수체와 염수체 사이의 계면에 사용하기 위한 염수 침입 방지 시스템은 담수체로부터 담수를 회수하는 담수 회수 서브시스템을 포함한다. 이 담수 회수 서브시스템과 유체 연통하는 보유 저장조는 회수된 담수를 수용하고 전환시킨다. 보유 저장조와 유체 연통하는 염수 침입 배리어 서브시스템은 담수체와 염수체의 계면에 위치된다. 이 염수 침입 배리어 서브시스템은 회수된 담수를 수직 방향으로 배출하여 유압 제방 구역을 제공하기 위한 복수 개의 잠수 복구 배출 포트와, 혼합 구역을 생성하기 위한 미세 기포 헤더를 포함하다. 상기 유압 제방 구역과 혼합 구역은 상기 담수의 밀도를 증가시켜 염수체로부터의 염수를 옵셋시킨다.

Description

염수 침입 방지 시스템{SALTWATER INTRUSION PREVENTION SYSTEM}
본 발명은 담수체 내로 염수의 침입에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 염수가 담수체 내로 침입하는 것을 방지하도록 통상적으로 염수체와 담수체의 계면에 사용되는 염수 침입 방지 시스템의 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 담수체 내로 염수의 침입을 방지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
운하, 배수로 및 주운수로(舟運水路) 등의 인공 구조물을 통해 담수체 내로 해양 염수가 침입하는 것은 해수가 담수체 내로 그리고 담수체를 통해 상류로 이동하는 프로세스를 포함한다. 해수의 밀도는 담수보다 높다는 것을 유념해야 한다. 주운수로의 경우에, 주운수로에는 담수체를 염수체에 연결시키는 하나 이상의 수로 록(canal lock)이 있다. 각 수로 록은 물로 채워져 워터 크래프트(water craft)가 제1 높이의 담수체와 제2 높이의 염수 사이에서 주행할 수 있다. 각 수로 록의 말단부는 록 챔버 도어를 포함한다. 해수 이동 프로세스는 수로 록의 하부 챔버 도어가 해양에 대해 개방된 경우에 발생한다. 이러한 조건하에서, 밀도가 높은 해수가 록 챔버 내로 유동함에 따라 밀도가 낮은 해수를 대체하여, 염수가 록 챔버 도어의 폐쇄부 위에 포집된다. 이 프로세스는 해수가 담수원에 도달할 때까지, 연속되는 록 챔버가 수로 록의 작동 중에 개폐됨에 따라 반복된다. 이 프로세스의 결과로서, 담수체는 점차 염수성이 초과되어 생태계에 상당한 변화를 야기함으로써, 담수체의 수질에 심각한 위험을 초래온다.
담수체 내로 염수의 침입 외에, 담수체의 악화에 기여하는 다른 문제들이 존재한다. 열대 지역에서는, 1년 강수량이 통상적으로 많아서 담수체가 우기 중에 재충전된다. 이는 수질을 비교적 높게 유지하는 것을 보장하고 또한 담수체의 오염을 감소시키는 역할을 한다. 종종, 담수체는 주운수로로서의 기능을 할 뿐만 아니라, 농업, 공공 용수, 음료, 목욕탕 등에서 사용하는 물을 공급한다. 최근의 지구 상태 때문에, 강수량이 떨어졌다. 또한, 향후 15년에 걸쳐 강수량이 불순하게 낮게 될 것이라고 예상된다. 물론, 이러한 사정으로 인해 담수체를 보충하는 물이 줄어든다. 또한, 수로 록의 작동으로 인해 록 도어가 개폐될 때마다 실질적으로 물이 손실된다. 예컨대, 하부 록 도어가 염수체에 대해 개방될 때, 사실상 수천 갤론의 담수가 염수체로 새나갈 수 있다. 이 문제는 심각한데, 어떤 경우에는 담수체와 염수체 사이의 수로를 주행하는 워터 크래프트가 감소될 수 있기 때문이다.
불행하게도, 특정한 담수체에서는, 식물 성장에 의해 일부가 마르거나 건조해진다. 그 결과, 박테리아가 식물을 먹이로 하여 담수체 내에 산소 수준을 감소시킨다. 또한, 담수체로 유입되는 폐수와 화학 물질은 박테리아의 수준을 증가시키고, 이것은 담수의 감수된 유량과 조합하여 생태계를 파괴시켜 담수체에서 모든 해양 생물이 죽음에 이르게 된다. 열대 기후에서, 담수체는 일반적으로 일년에 몇번씩 상승 및 하강한다. 이 천연적인 변동은 담수체의 오염을 최소화하는 역할을 한다. 2개의 담수체 사이의 온도차가 크면, 구름이 형성되어 강우량이 많아진다. 예컨대, 카리브 지역의 대서양 수온(대략 화씨 85도)이 통상적으로 동일 지역의 태평양의 수온보다 높다. 따라서, 연강우량은 통상적으로 지구의 이 지리학적 지역에서 풍부하다. 그러나, 미래에 더욱 낮은 강우량 수준의 예상은 대서양과 태평양의 수온이 균등해진다는 발견을 기초로 한다. 이 결정은 카리브 지역에서 태평양의 수온이 대서양의 해저 화산 활동으로 인해 증가한다는 점을 기초로 하여 이루어졌다. 따라서, 담수체의 오염 수준은 지구의 많은 지역에서 더욱 낮은 연강우량의 예상 관점에서 자연적인 변동 프로세스에 의해 제어될 수 있다.
전술한 문제는 담수체의 생존에 어두운 미래를 초래한다. 해양의 염수가 담수체에 침입하면 담수 환경을 자연적인 식물군과 해양 생물을 파괴시키는 염수성(바닷물) 환경으로 변환시킨다. 담수체의 오염은 또한 폐수 및 화학 물질의 유입과, 박테리아 수준을 증가시키고 담수체 내의 산소 수준을 감소시키는 담수체에서의 식물 성장 증가로부터 발생한다. 또한, 대부분의 염수체들, 예컨대 대서양과 태평양의 수온 균등화는 오염 수준이 자연적인 변동 프로세스에 의해 제어될 가능성을 저감시킨다. 최종적으로, 담수는 또한 수로 록 도어의 각 작동 중에 손실된다.
이에 따라, 통상적으로 담수체와 염수체의 계면에 사용되는 염수 침입 방지 시스템 분야에서는, (a)록 담수 회수 서브시스템을 채택함으로써 담수체에 대한 담수 공급을 증가시키고, (b)담수체와 염수체의 계면에 염수 침입 배리어를 제공하도록 록 담수 회수 서브시스템에 의해 회수된 물의 일부를 전환시키며, (c)여과에 의해 담수체로 복구된 담수의 질을 개선시켜, 복구된 담수를 포화시키고 화학적으로 처리하고, (d)식수 처리 설비에서 회수된 담수를 추가로 여과하고 화학적으로 처리하여 음료, 목욕, 농업 및 실용을 위한 식수를 제공하는 것이 요구되고 있다.
도 1은 담수체와 염수체의 계면에 배치되는 주운수로 록 시스템과 함께 각각 사용되는 담수 보유 저장조, 염수 침입 배리어 서브시스템 및 식수 처리 설비를 보여주는, 본 발명의 염수 침입 방지 시스템의 평면도이다.
도 2는 담수체와 염수체의 계면에 배치되는 주운수로 록 시스템과 각각 관련하여, 담수 보유 저장조, 염수 침입 배리어 서브시스템 및 식수 처리 설비를 보다 상세하게 보여주는, 도 1의 염수 침입 방지 시스템의 시스템 블록도이다.
도 3은 주운수로 록 시스템의 기존의 사이드 배수구와 기존의 중앙 배수구로부터 록 담수를 수용하는 저장조의 록 담수 회수 배수구를 보여주는, 록 담수 회수 서브시스템의 사시도이다.
도 4a는 염수 침입 배리어 서브시스템을 향하는 복수 개의 둑 게이트 밸브와 배출 배관, 부스러기 스크린으로 급송하는 록 담수 회수 배수구으로부터의 인풋 배관 및 유동 배플을 포함하는 콘크리트 저장조를 보여주는 담수 보유 저장조의 평면도이다.
도 4b는 인풋 배관을 부스러기 스크린에 급송하는 록 담수 회수 배수구와, 보유 저장조 배출 배수구를 향하는 배출 배관을 포함하는 콘크리트 저장조를 보여주는 담수 보유 저장조의 측면도이다.
도 5는 회수 배수구와 보유 저장조 사이에서 연장되는 인풋 배관과, 배출 배수구와 오버플로 통(overflow sump) 사이에서 연장되는 배출 배관을 보여주는 록 담수 회수 배수구와 보유 저장조 배출 배수구의 사시도이다.
도 6은 도 5의 선 6-6을 따라 취한 보유 저장조와 록 담수 회수 배수구의 횡단면도로서, 또한 도 3에 도시된 측벽 배수구와 중앙벽 배수구를 보여주는 록 시스템 배출 배수구를 도시하고 있다.
도 7은 둑 게이트 밸브를 보여주는 도 5의 선 7A-7A를 따라서, 그리고 유압 제방 구역을 제공하는 록 담수의 수직 배출물을 보여주는 도 8의 선 7B-7B를 따라서 취한 보유 저장조와 보유 저장조 배출 배수구의 배출측의 횡단면도이다.
도 8은 복수 개의 잠수 복구 배출 포트와, 한쌍의 공기 압축기 스테이션과 각각 조합하는 미세 기포 헤더를 포함하는 보유 저장조 배출 배수구를 보여주는 염수 침입 배리어 서브시스템의 사시도이다.
도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 취한 미세 기포 헤더의 횡단면도로서, 복수 개의 천공 강관 중 하나와, 한쌍의 공기 압축기 스테이션을 보여준다.
도 10은 유압 제방 구역을 제공하도록 채택된 보유 저장조 배출 배수구와, 담수체와 염수체의 계면 내에 공압 혼합 구역을 제공하도록 사용되는 미세 기포 헤더를 보여주는 담수 보유 저장조와 염수 침입 배리어 서브시스템의 등각 투상도이다.
도 11은 염수 침입 배리어 서브시스템 내에 유압 제방 구역을 제공하는 보유 저장조 배출 배수구로부터 연장되는 복수 개의 잠수 복구 배출 포트의 평면도이다.
도 12는 유압 제방 구역을 제공하는 보유 저장조 배출 배수구의 잠수 복구 배출 포트 중 하나와, 유압 혼합 구역을 제공하는 미세 기포 헤더를 보여주는, 도 8의 선 12-12를 따라 취한 염수 침입 배리어 서브시스템의 횡단면도이다.
요약하면, 일반적으로, 본 발명은 염수가 담수체에 침입하여 염수성이 되게 하는 것을 방지하도록 담수체와 염수체 사이의 계면에 사용하기 위한 신규하고 개선된 염수 침입 방지 시스템을 제공한다. 염수 침입 방지 시스템은 염수체가 통상적으로 수로 록과 관련된 주운수로 또는 운하이거나, 또는 수로 록이 존재하지 않는 염수체와 연결된 배수로인 지점에 채용될 수 있다. 염수 침입 방지 시스템은 담수체에서 유효한 담수의 양을 증가시키고 염수체로부터 담수체 내로 염수의 침입을 저지하도록 설계된다.
바람직한 실시예에서, 수로 록 시스템은 통상적으로 담수체로부터 염수체로 또는 그 반대로 워터 크래프트, 즉 해양 선박, 강 운송 수단 등의 운항을 용이하게 하도록 존재한다. 본 발명의 주요 특징은 통상적으로 수로 록 시스템의 작동 중에 담수체로부터 염수체로 손실되는, 즉 배출되는 담수를 포집하는 것이다. 기존 수로 록의 하부 록 도어가 개방되면, 이전에 염수체로 배출되는 수천 갤론의 담수가 이제는 담수 회수 서브시스템에 의해 포집된다. 담수 회수 서브시스템은 이전에 배출되는 담수를 포집하여 회수된 담수를 록 담수 회수 배수구 및 게이트 밸브를 통해 담수 보유 저장조로 향하게 하도록 수로 록 시스템의 기존의 배수구들에 태핑된다. 보유 저장조가 작동하면, 게이트 밸브는 통상적으로 회수된 담수가 보유 저장조로 직접 공급되도록 일반적으로 개방된 위치에 있다.
보유 저장조는, (a)담수체 내로 염수의 침입을 방지하도록 담수체와 염수체 사이의 계면에 배치되는 염수 침입 배리어 서브시스템으로 회수된 담수의 제1 용적을 운반하고, (b)담수 레벨을 증가시키도록 회수된 담수의 제2 용적을 담수체에 복구시키며, (c)담수를, 예컨대 음료, 요리, 목욕, 농업 등을 위한 지역 상수도 회사에 제공하도록 추가 처리를 위해 식수 처리 설비에 회수된 담수의 제3 용적을 운반하는 기능을 비롯한 여러가지 기능을 한다.
보유 저장조는 회수된 담수 내의 대형 부스러기를 여과하는 부스러기 스크린을 포함한다. 부스러기 스크린을 통해 여과되면, 회수된 담수의 제1 용적은 복수 개의 둑 게이트 밸브, 오버플로 통 및 보유 저장조 배출 배수구를 통해 염수 침입 배리어 서브시스템으로 운반된다. 보유 저장조 배출 배수구는 유압 제방 구역을 제공하기 위해 회수된 담수의 제1 용적을 수직 방향으로 배출하도록 위치된 복수 개의 잠수 복구 배출 포트에서 종결된다. 또한, 공압 혼합 구역을 형성하도록 제공된 잠수, 천공 및 코팅된 파이프로 미세 기포 헤더가 이루어진다. 유압 제방 구역과 공압 혼합 구역의 조합이 담수체와 염수체의 계면 내의 담수 밀도를 증가시켜 담수체 내로 염수 침입을 옵셋시킨다.
회수된 나머지 담수가 부스러기 스크린을 통해 여과되면, 제1 스테이지의 처리 표준을 만족시키도록 보유 저장조 내에서 화학적 전처리를 받는다. 이 나머지 회수된 담수는 또한 담수를 산화시키는 코스 기포 헤더으로 향한다. 이 나머지 회수된 담수에 화학 응고체가 추가되어 현탁 고형물을 침전시킨다. 코스 기포 헤더는 또한 화학 응고체를 오일 및 그리스와 같은 현탁 용제와 물질 상에 부착하도록 혼합하는 기능을 한다. 고형물 수집을 위해 보유 저장조의 바닥으로 향하게 하는 유동 배플이 채택된다. 그 후, 회수된 담수의 제2 용적은 다시 담수체로 펌핑되어 담수의 용적을 증가시킨다. 최종적으로, 회수된 담수의 제3 용적은 담수를 제공하는 추가 처리를 위해 식수 처리 설비로 펌핑된다.
본 발명은 개괄적으로 염수가 담수체가 침입하여 염수성이 되게 하는 것을 방지하도록 담수체와 염수체 사이의 계면에 사용되는 염수 침입 방지 시스템에 관한 것이다. 염수 침입 방지 시스템은 담수체가 수로 록과 결합된 주운수로 또는 운하, 또는 수로 록이 존재하지 않는 염수체와 연결되는 배수로인 지점에 채택될 수 있다. 가장 근본적인 실시예에서, 담수체와 염수체 사이의 계면에 사용되는 염수 침입 방지 시스템은 담수체로부터 담수를 회수하는 담수 회수 서브시스템을 포함한다. 상기 담수 회수 서브시스템과 유체 연통하는 보유 저장조는 회수된 담수를 수용하고 전환시킨다. 상기 보유 저장조와 유체 연통하는 염수 침입 배리어 서브시스템은 담수체와 염수체의 계면에 위치된다. 상기 염수 침입 배리어 서브시스템은 상기 회수된 담수를 수직 방향으로 배출하여 유압 제방 구역을 제공하기 위한 복수 개의 잠수 복구 배출 포트와, 혼합 구역을 생성하기 위한 미세 기포 헤더를 포함하다. 상기 유압 제방 구역과 혼합 구역은 상기 담수의 밀도를 증가시켜 상기 염수체로부터의 염수를 옵셋시킨다.
본 발명의 이들 및 다른 목적과 이점은 본 발명을 일례로서 예시하는 첨부 도면과 함께 이루어진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
본 발명은 통상적으로 담수체(104)에 침입하여 담수체가 염수성이 되는 것을 방지하도록 도 1에 도시된 바와 같이, 담수체(104)와 염수체(106) 사이의 계면 영역(102)에 채택되는 염수 침입 방지 시스템(100)이다. 염수 침입 방지 시스템(100)은 담수체(104)가 통상적으로 수로 록과 결합된 주운수로 또는 운하이거나, 수로 록이 존재하지 않는 염수체와 연결되는 배수로인 지점에서 채택할 수 있다. 염수 침입 방지 시스템(100)은, (a)담수체(104) 내에 유효한 담수의 양을 증가시키고, (b)담수체(104)에 추가되는 담수가 최소의 담수 표준을 만족시키며, (c)워터 크래프트 수송, 산업 및 농업 용도, 그리고 공용 소비를 비롯한 담수 용도의 자치 요건을 유지하고, (d)담수 환경과 해양 거주 환경을 보호하며, (e)염수체(106)로부터 담수체(104)로 염수의 침입을 저지하도록 설계된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 기존의 수로 록 시스템(110)을 갖는 주운수로(108)는 도 1과 도 2에 도시된 것처럼 존재하는 것으로 가정한다. 이 가정에도 불구하고, 본 발명은 담수체가 수로 록 시스템을 포함하지 않는 염수체와 연결되는 다른 담수체에 적용될 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명의 평면도는 주운수로(108)를 도시하고 있지만, 도 2에 도시된 시스템 블록도는 기존의 수로 록 시스템(110)을 도시하고 있다. 주운수로(108)와 기존의 수로 록 시스템(110)은 각각 담수체로부터 염수체로 그리고, 그 반대로 워터 크래프트의 운항을 용이하게 한다.
기존의 수로 록 시스템(110)의 일반적인 개요를 도 2를 참조하여 제공할 것이다. 도 2에 도시된 수로 록 시스템(110)은 종래 기술에 존재하는 일반적인 수로 록 시스템을 나타내도록 의도된다. 수로 록 시스템(110)은, 예컨대 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 선박 등의 워터 크래프트의 운항을 각각 용이하게 할 수 있는 평행한 록(112, 114)을 포함할 수 있다. 평행한 록(112, 114)은 중앙벽(115)에 의해 분리되며, 복수 개의 측벽(117, 119)에 의해 경계를 이루며, 통상적으로 복수 개의 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)로 각각 분할된다. 각 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)에서의 담수 레벨은 이전 스테이지 및 다음 스테이지와 상이하다. 따라서, 각 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)의 바다 레벨 위의 수위는 다른 스테이지와 상이하다. 그 결과, 예컨대 워터 크래프트는 도 1에 도시된 평행한 록(112, 114)의 전체 길이에 걸쳐 각각 상이한 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)를 통해 셋업 또는 셋다운할 수 있다. 이 구조는 워터 크래프트가, 예컨대 바다 레벨의 염수체(106)로부터 바다 레벨이 아닌 호수 또는 강 등의 담수체(104)로 주행할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 록 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)는 복수 개의 록 도어(128, 130 및 132와, 134, 136 및 138) 중 하나에 의해 이전 스테이지 및 다음 스테이지로부터 각각 분리되어 있다. 따라서, 평행한 록(112, 114)의 각 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)는 다른 스테이지들로부터 격리되어, 각 스테이지가 별개로 담수체에 의해 채워져 각각의 평행한 록(112, 114)의 길이를 따라 워터 크래프트를 상승 또는 하강시킬 수 있다. 통상적으로, 각 록 도어(128, 130 및 132와, 134, 136 및 138)는 록 도어(128, 130 및 132와, 134, 136 및 138)를 개폐시킬 수 있는 유압 램(ram)(도시 생략)에 의해 구동되는 기어링 시스템에 의해 작동된다. 록 도어는 통상적으로 내측을 향해, 즉 평행한 록(112, 114)을 향해 개방되어 염수 침입을 감소시키는 염수체(106)를 향한 담수의 유동을 더 많게 하는 회전 도어이다. 평행한 록(112)의 록 스테이지(120)의 록 도어(132)와, 평행한 록(114)의 록 스테이지(126)의 록 도어(138)는 모두 최종 스테이지 록이다. 록 도어(132, 138)(하부 록 도어라 칭함)는 최종 스테이지 록(120, 126) 내의 담수가 1인치 차이의 헤드를 생성하도록 바다 레벨보다 항상 1인치 높기 때문에 개폐될 수 있다.
평행한 록(112, 114)에 사용하기에 적절한 배관 및 밸브 장치를 도 2를 참조하여 간략하게 논의하기로 한다. 평행한 록(112)과 평행한 록(114)은 수로 록 시스템(110)을 작동하기 위해 담수체(104)로부터 록 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)로 담수를 운반하는 기능을 하는 배관 및 밸브를 공유하도록 구성된다. 이 목적을 달성하기 위하여, 평행한 록(112, 114)은 담수체(104)로부터 수로 록 시스템(110)으로 담수를 운반하기 위한 3개의 주 배수구를 구비한다. 배관 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙 배수구(140)와, 록(112)과 록(114)에 각각 결합된 한쌍의 측부 배수구(142, 144)를 구비한다. 상기 배수구(140, 142 및 144)의 직경은 수로 록 시스템(110)의 크기에 따라 변할 수 있고, 18 피트(18' 0")만큼 클 수 있다. 설계예로서, 각각의 평행한 록(112, 114)은 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144) 중 하나를 이용한다. 따라서, 평행한 록(112)은 담수체(104)로부터 평행한 록(112)으로 담수를 운반하도록 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142)를 이용한다. 마찬가지로, 평행한 록(114)은 담수체(104)로부터 록(114)으로 담수를 운반하도록 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(144)를 이용한다. 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144)를 통한 담수의 운반은 펌핑 시스템 또는 중력 유동 설계에 의해 달성될 수 있다.
각각의 측부 배수구(142, 144)와 중앙 배수구(140)는 수로 록 시스템(110)을 통해 워터 크래프트를 이동시키기 위해, 평행한 록(112, 144)의 각 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)를 채우도록 채택된 복수 개의 밸브와 배관을 포함한다. 중앙 배수구(140)와 2개의 측부 배수구(142, 144)는 평행한 록(112, 114)의 각각의 록 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)를 각각 채우도록 기능한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 담수체(104)로부터의 담수를 각 록 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126)에 도달할 수 있게 하는 수단은 복수 개의 모터 작동식 미터 밸브(146)를 통한다. 각 미터 밸브(146)의 크기는 중앙 배수구(140)와 각 측부 배수구(142, 144)의 크기에 따라 좌우된다. 대형 수로 록 시스템(110)은 고용량의 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144)를 필요로 하고, 이들 배수구는 다시 대형 미터 밸브(146)를 필요로 한다. 미터 밸브(146)는 18 피트(18' 0")만큼 큰 직경을 갖는 것으로 알려져 있다. 담수가 특정한 모터 작동식 미터 밸브(146)를 통과하면, 담수는 복수 개의 측방향 포트 플러그 밸브(148) 중 하나를 경유하여 록 스테이지(116, 118 및 120과, 122, 124 및 126) 중 선택된 스테이지로 유동할 수 있다. 록 시스템(110)은 담수가 별개의 록 스테이지 내로 펌핑되거나, 대안으로 담수 중력이 별개의 록 스테이지 내로 유동하도록 구성될 수 있다.
종래 기술에 있어서, 도 1에 도시된 최종 스테이지 록(120, 126) 내에 수용된 담수는 록 도어(132, 138)가 각각 개방된 경우에 중력 유동을 통해 염수체(106)로 빠져나갈 수 있었다. 담수가 최종 스테이지 록(120, 126) 밖으로 유동할 수 있었기 때문에, 워터 크래프트가 수로 록 시스템(110)을 통해 운항할 때마다 염수체(106)에 대해 수천 갤론의 담수가 손실되었다. 세계적인 연강우량에 영향을 미치는 기후 변화 때문에, 록 시스템(110)의 작동으로 인한 담수 손실을 더 이상 묵과할 수 없다. 수로 록 시스템(110)의 작동시에, 예컨대 담수체(104)로부터 염수체(106)로 평행한 록(114)을 통과하는 워터 크래프트는 다음과 같다. 일례로서, 워터 크래프트가 록 스테이지(124) 내에 있을 때, 담수 레벨은 바다 레벨보다 60' 0" 높다. 이어서, 워터 크래프트는 도 1에 도시된 바와 같이 록 스테이지(124)로부터 록 스테이지(126)로 운항하는데, 록 스테이지(126)의 담수 레벨은 바다 레벨보다 30' 0" 높다. 워터 크래프트가 록 스테이지(126) 내에 배치되는 동안에, 담수 레벨은 바다 레벨 위의 30' 0"로부터 바다 위의 1' 0"로 떨어지고, 즉 29' 0"이 떨어진다. 록 스테이지(126) 내의 담수 레벨이 단지 바다 레벨 위의 1' 0"이기 때문에, 최종 스테이지 록 도어(138)가 개방되어 워터 크래프트는 계면 영역(102)을 통과하여 염수체(106)를 향해 염수 수로(150) 내로 운항할 수 있다. 최종 록 스테이지(126) 내에 배치된 담수는 최종 록 스테이지(126) 내의 담수 레벨이 염수체(106)의 수위보다 1' 0" 높기 때문에 염수체(106)로 빠져나가지 않는다. 따라서, 최종 록 스테이지(126) 내의 담수와 염수체(106) 내의 염수 간의 압력이 균일해진다.
과거에는, 담수 보존을 시도하지 않았다. 따라서, 이전 문단에 기재된 예에서 바다 레벨 위의 30' 0"로부터 바다 레벨 위의 1' 0"로의 담수 레벨의 강하는 다음과 같이 발생하였다. 평행한 록(114; 이 실시예의 경우)의 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144) 내에 배치된 적절한 모터 작동식 미터 밸브(146)는 정상 작동 중에 개방되었다. 이에 따라 최종 록 스테이지(126) 내에서 담수 레벨의 29' 0" 강하와 관련된 담수는 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144)로부터 배출되었다. 과거에 실시된 처리에서는, 29' 0"의 담수가 계면 영역(102)(도 8과 10에 가장 잘 도시됨)으로 방출되었다. 계면 영역(102)은 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이 담수체(104)와 염수체(106) 사이에서 록 스테이지(120, 126)의 록 도어(132, 138)의 바로 외측에 배치된다. 따라서, 방출된 담수는 궁극적으로 염수체(106)의 염수로(150)에 도달한다.
본 발명의 중요한 특징은 도 3에 가장 잘 도시되어 있지만, 도 1과 2에도 도시되어 있는 록 담수 회수 서브시스템이다. 록 담수 회수 서브시스템(160)은 최종 록 스테이지(120, 126)로부터 계면 영역(102)으로 미리 배출되어, 수로 록 시스템(110)의 정상 작동 중에 염수체(106)에 도달하는 담수를 포집하는 중요한 기능을 수행한다. 이어서, 담수 회수 서브시스템(160)에 의해 포집된 담수는 (a)염수 침입 배리어 서브시스템(162)에 사용되고, (b)식수 처리 설비(164)에 의해 정화되며, (c)담수 공급을 보충하도록 담수체(104)로 복귀되도록 처리된다. 록 담수 회수 서브시스템(160)은 도 3에 명백하게 도시되어 있고, 과거에 최종 록 스테이지(120, 126)로부터 계면 영역(102)으로 미리 배출된 담수를 모두 수집하는 기능을 한다. 바다 레벨 위의 30' 0"로부터 바다 레벨 위의 1' 0"로의 담수 레벨의 강하와 관련된 이전 2개의 문단의 실시예에 이어서, 중앙 배수구(140)과 측부 배수구(142, 144)에 배치된 적절한 모터 작동식 미터 밸브(146)가 개방된다. 이 후에, 최종 록 스테이지(126) 내의 담수 레벨의 29' 0" 강하와 관련된 담수는 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144)로부터 록 담수 회수 서브시스템(160)으로 배출된다.
록 담수 회수 서브시스템(160)의 구조는 다음과 같다. 록 담수 회수 서브시스템(160)은 종래 기술에서, 즉 본 발명 이전에 계면 영역(102)으로 미리 배출된 수로 담수를 포집하기 위하여, 수로 록 시스템(110)의 기존의 배수구들, 즉 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144) 내로 태핑하도록 구성된다. 이어서, 수로 록 시스템(110)으로부터 회수된 담수는 도 3과 5에 도시된 바와 같이 록 담수 회수 배수구(168)와 게이트 밸브(170)를 경유하여 담수 보유 저장조(166)로 향한다. 도 1, 2 및 5에 도시된 보유 저장조(166)가 작동중이면, 게이트 밸브(170)는 통상 정상적으로 개방된 위치에 있다. 따라서, 회수된 담수는 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 록 담수 회수 배수구(168)를 경유하여 보유 저장조(166) 내로 직접 이송된다. 록 담수 회수 배수구(168)는 직경이 36' 0" 만큼 클 수 있고, 수로 록 시스템(110)의 기존의 배수구들, 즉 중앙 배수구(140)와 측부 배수구(142, 144)를 도 1과 2에 명백하게 도시된 담수 보유 저장조(166)에 연결하는 지하 배수구이다. 록 담수 회수 배수구(168)는, 예컨대 스테인레스강 등의 임의의 적절한 재료로 만들 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 록 담수 회수 배수구(168)는 도 3과 6에 도시된 바와 같이 복수 개의 결합 배수구(172, 174)의 사용에 의해 수로 록 시스템(110)에 연결된다. 특히, (a)측부 배수구(142)는 결합 배수구(172)를 통해 록 담수 회수 배수구(168)에 연결되고, (b)중앙 배수구(140)는 결합 배수구(174)를 통해 록 담수 회수 배수구(168)에 연결되며, (c)측부 배수구(144)는 결합 배수구(176)를 통해 록 담수 회수 배수구(168)에 연결된다. 각 결합 배수구(172, 174 및 176)의 직경은 18' 0" 만큼 클 수 있다. 또한, 측부 배수구(142)와 측부 배수구(144)는 담수 유동이 게이트 밸브(178, 180)를 넘는 것을 방지하도록 일반적으로 폐쇄된 게이트 밸브(178, 180)를 각각 포함한다. 사실상, 이 구조는 담수를 결합 배수구(172, 176)내로, 이어서 록 담수 회수 배수구(168) 내로 유동하게 한다. 마찬가지로, 중앙 배수구(140)는 일반적으로 개방된 게이트 밸브(182)와 일반적으로 폐쇄된 게이트 밸브(184)를 포함한다. 일반적으로 개방된 게이트 밸브(182)는 수로 록 시스템(110)으로부터의 담수가 통과되게 하지만 일반적으로 폐쇄된 게이트 밸브(184)는 그 유동을 차단한다. 따라서, 담수는 결합 배수구(174) 내로, 이어서 록 담수 회수 배수구(168) 내로 효율적으로 유동하게 된다. 록 담수 회수 서브시스템(160)이 작동하지 않고 록 담수 회수 배수구(168)에 배치된 일반적으로 개방된 게이트 밸브(170)가 폐쇄된 경우에, 게이트 밸브(178, 180, 182 및 184)(또는 그 임의의 조합)는 담수가 과거처럼 계면 영역(102)으로 배출될 수 있도록 개방된 위치에 위치될 수 있다.
평행한 록(112, 114)의 하부 록 도어(132, 138)에 근접하게 구성된 보유 저장조(166)는 수로 록 시스템(110)으로부터 록 담수 회수 서브시스템(160)에 의해 회수된 모든 담수를 수용한다. 담수는 도 5에 명백하게 도시된 바와 같이 록 담수 회수 배수구(168)와 일반적으로 개방된 게이트 밸브(170)를 통해 보유 저장조(166) 내에 수용된다. 회수된 담수가 보유 저장조(166) 내에 수용된 후에, 담수는 일반적으로 3개의 방향으로 향한다. 일반적으로, 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)은 담수체(104)와 염수체(106) 사이의 계면 영역(102)에 배치된 염수 침입 배리어 서브시스템(162)으로 향한다. 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)은 담수체(104) 내로 염수가 침입하는 것을 방지하도록 이용된다. 회수된 담수의 제2 용적(화살표 187로 지시됨)은 담수체(104)로 복귀되어 수로 록 시스템(110)의 작동에 유용한 담수 레벨을 증가시킨다. 최종적으로, 회수된 담수의 제3 용적(화살표 189로 지시됨)은 음료, 요리, 목욕, 농업 및 다른 적절한 용도에 사용하도록 지역 상수도 회사로 적절한 담수를 제공하는 추가 처리를 위해 식수 처리 설비(164)로 운반된다.
지하 록 담수 회수 배수구(168) 위에 위치되는 보유 저장조(166)는 도 5에 명백하게 도시되어 있다. 록 담수 회수 배수구(168)는 보유 저장조(166) 아래에서 단부가 종결된다. 복수 개의 수직 배수구(186)는 록 담수 회수 배수구(168)를 복수 개의 유동 입구(188)를 형성하는 보유 저장조(166)에 연결한다. 수직 배수구(186)는 유동 입구(188)와 조합하여 회수된 담수가 보유 저장조(166) 내로 유동하는 통로를 제공한다. 보유 저장조(166)는 통상적으로, 예컨대 1200'의 높이, 250'의 폭 및 수로 록 시스템(110)의 높이에 일치하는 높이를 가질 수 있는 대형 수영장을 연상케 하는 대형 콘크리트 풀이다. 보유 저장조(166)의 주기능 중 하나는, 회수된 담수를 제1 스테이지의 처리 표준으로 여과하고 전처리하는 것이다. 보유 저장조(166)로 유입되었을 때, 회수된 담수는 도 1, 2, 4a, 4b, 5 및 6에 도시된 바와 같이 부스러기 스크린(190)과 만난다. 부스러기 스크린(190)은, 예컨대 나무 줄기, 부유 식물 및 어떤 경우에는 해양 생물과 같은 대형 부스러기를 모두 제거함으로써, 회수된 담수의 여과를 용이하게 하는 데에 일조한다.
부스러기 스크린(190)은 당업계에 널리 알려진 특징으로서, 통상적으로 대형 물질 및 부스러기를 함유한 원수(raw water)를 포함하는 상황에서 사용된다. 일례로는 국부적 호수, 강 및 다른 대형 담수체로부터 발전소용 냉각수를 퍼올리는 발전소의 냉각탑과 결합된 부스러기 스크린의 사용이 있다. 부스러기에 의해 막히게 되는 부스러기 스크린(190)은 당업계에 널리 알려진 자체 와이핑 특성(도시 생략)을 포함한다. 자체 와이퍼(도시 생략)의 기능은, 예컨대 부스러기로 채워졌을 때 보유 저장조(166)의 외측으로 들어올려 집어던지도록 프로그램되는 바스켓 또는 콘테이너로 부스러기 스크린(190)으로부터의 부스러기를 털어내는 것이다. 부스러기 스크린(190)의 자체 와이퍼 특성(도시 생략)은 전기 모터에 의해 동력을 받는 리버스 유동 자체 와이퍼(reverse flow self wiper) 또는 자체 와이핑 스크린 블레이드(self-wiping screen blade)일 수 있다. 이 타입의 자체 와이핑 메카니즘(도시 생략)은 통상적으로 발전소용 물 처리 제품을 제공하는 제작자로부터 구득 가능하다.
바람직한 실시예에 있어서, 부스러기 스크린(190)은 V형이고, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 스크린 컴포넌트(192)와 제2 스크린 컴포넌트(194)를 포함한다. 회수된 담수가 수직 배수구(186)에 유입되어 부스러기 스크린(190) 내의 복수 개의 유동 입구(188)로부터 배출되는 경우에, 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)은 도 5에 도시된 바와 같이, 부스러기 스크린(190)의 제1 스크린 컴포넌트(192)를 통과한다. 회수된 담수의 나머지(화살표 187로 지시되는 회수된 담수의 제2 용적과, 화살표 189로 지시되는 회수된 담수의 제3 용적을 포함함)는 부스러기 스크린(190)의 제2 스크린 컴포넌트(194)를 통과한다. 이제, 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)에 관한 염수 침입 배리어 서브시스템(162)을 설명한다.
제1 스크린 컴포넌트(192)을 통과한 후에 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)은 이어서, 도 2와 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 복수 개의 둑 게이트 밸브(200)로 향한다. 복수 개의 둑 게이트 밸브(200)는 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)을 보유 저장조(166)로부터 오버플로 통(202)으로 통과시키는 기능을 한다. 오버플로 통(202)은 염수 침입 배리어 서브시스템(162)으로 전환되는 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)을 수용하는 역할을 한다. 둑 게이트 밸브(200)는 오버플로 통(202)에서 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)의 레벨을 제어하도록 둑 게이트 제어기(204)와 레벨 제어기(206)와 함께 작동한다. 둑 게이트 밸브(200)는 플로트 밸브(float valve)와 유사한 방식으로 동작한다. 즉, 담수 레벨의 높이에 따라 밸브의 개폐 여부가 결정하며, 담수 레벨의 높이가 증가하면 밸브는 폐쇄된다. 따라서, 둑 게이트 밸브(200)의 위치는 통상적으로 해양 조수인 염수체(106)의 조수에 의해 제어된다. 오버플로 통(202)에서 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)의 제어된 레벨은 바다 레벨 위의 +3"로 유지된다. 따라서, 이 구성은 둑 게이트 밸브(200)가 보유 저장조(166)로 유입되는 염수체(106)로부터 염수의 역류 상태를 방지할 수 있게 한다. 따라서, 둑 게이트 제어기(204)와 레벨 제어기(206)와 조합한 복수 개의 둑 게이트 밸브(200)의 작동은 보유 저장조(166) 내의 회수된 담수가 염수성이 되는 것을 방지한다. 보유 저장조(166)는 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)과 염수체(106) 사이의 분리 배리어로서 작용한다.
오버플로 통(202)은 도 2, 4a, 4b, 5 및 10에 도시된 바와 같이, 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)을 보유 저장조 배출 배수구(212)로 운반하기 위하여 대응하는 갯수의 배출 배수구(210)와 협동하는 복수 개의 배출 입구(208)를 포함한다. 배출 배수구(212)는 도 1, 2, 8 및 10에 도시된 바와 같이, 지하 배수구로서 보유 저장조(166; 도 5 참조)의 오버플로 통(202) 아래에로부터 계면 영역(102)에서 하부 록 도어(132, 138)의 바로 외측에 배치된 염수 침입 배리어 서브시스템(162)으로 연장된다. 보유 저장조 배출 배수구(212)는 36' 0" 만큼 큰 직경을 가질 수 있고 스테인레스강으로 구성된다. 배출 배수구(212)는 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 계면 영역(102)에 있어서 수직으로 위치된 복수 개의 잠수 복구 배출 포트(216)에서 종결된다. 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)은 바다 레벨에서 보유 저장조 배출 배수구(212)를 통해 중력을 받아 수직으로 위치된 잠수 복구 배출 포트(216)로 운반된다. 잠수 복구 배출 포트(216)는 직경이 18' 0"일 수 있고 계면 영역(102) 내에 유압 제방 구역(218)을 제공하기 위해 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)을 수직 방향으로 배출하도록 위치된다.
염수 침입 배리어 서브시스템(162)의 기능은 염수체(106)로부터의 염수가 담수체(104)의 담수 내로 침입하는 것을 방지하는 것이다. 염수 침입 프로세스의 방지는 담수체(104)와 염수체(106) 사이의 계면 영역(102)에서 염수의 밀도에 대해 담수의 밀도(또는 중량)를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 담수의 밀도 증가는 도 11과 12에 도시된 바와 같이 유압 제방 구역(218)과 압축 공기 혼합 구역(220)을 제공함으로서 염수 침입을 방지하도록 생성될 수 있다. 유압 제방 구역(218)을 제공할 때, 도 8에 도시된 바와 같이, 다량의 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)이 잠수 복구 배출 포트(216)를 경유하여 수직 상방으로 도입된다. 담수는 도 8에 또한 도시된 바와 같이 하부 록 도어(132, 138)의 입구에서 담수체(104)와 염수체(106)의 경계 영역(102)에 근접하여 수직 방향으로 배출된다. 유동 마찰 때문에, 경계 영역(102)의 담수는 마운딩되고, 즉 주위 담수 레벨 위로 상승하여, 제방 구역(218) 내의 압력을 증가시킨다. 제방 구역(218) 내의 압력 증가는 또한 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)의 국부적 밀도(또는 중량)을 증가시킨다. 이 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185으로 지시됨)의 압력 증가는 염수의 압력을 옵셋시켜 염수 침입을 방지한다.
잠수 복구 배출 포트(216)를 통해 수직 방향으로 배출되는 회수된 담수의 제1 용적에 의해 생성되는 유압 제방 구역(218)은, 경계 구역(102)에서의 담수가 주위 염수보다 높은 레벨이 되게, 즉 마운딩되게 한다. 특히, 유압 제방 구역(218)에서의 담수는 담수로(150)에서의 염수보다 0.3" 높다. 유압 제방 구역(218)에서 이 추가적인 0.3"의 담수 높이는 주위 염수보다 추가적인 높이에 의해 마운딩된 담수의 높은 압력과 균일해진다. 유압 제방 구역(218)에서 마운딩된 담수의 압력 구배는 경계 구역(102)에서의 주위 담수 및 염수로(150)에서의 염수의 중량(또는 밀도)과 동일하거나 그보다 크다. 따라서, 유압 제방 구역(218)을 지나 담수체(104)로 향하는 담수의 유입이 방지된다. 수로 록 시스템(110)으로부터 담수의 회수 및 재순환과 일치하는 잠수 복구 배출 포트(216)의 수행으로 인한 담수 높이의 증가는, 염수로(150)에서의 주위 염수의 밀도 압력을 초과하도록 회수된 담수의 제1 용적(185)의 압력을 충분히 증가시킨다. 따라서, 유압 제방 구역(218)과 관련된 담수의 높이 증가는 수로 록 시스템(110)의 하부 록 도어(132, 138)을 통해 그리고 담수체(104) 내로 염수의 침입에 대한 배리어를 생성한다.
염수 침입 배리어 서브시스템(162)의 제2 컴포넌트는 도 8과 12에 가장 잘 도시된 압축 공기 혼합 구역(220)의 생성이다. 이 염수 침입 배리어 서브시스템(162)의 컴포넌트는 미세 기포 헤더(222)와 공기 압축 설비(224)를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 미세 기포 헤더(222)는 평행한 록(112, 114)의 하부 록 도어(132, 138)를 각각 바로 지나서 계면 구역(102)의 바닥 폭을 가로지르는 4개의 8" 천공 파이프(226)로 구성된다. 미세 기포 헤더(222)의 천공 파이프(226)는, 예컨대 염수에 의한 부식에 저항하도록 에폭시로 코팅된 금속으로 이루어질 수 있다. 변경예에 있어서, 천공 파이프(226)는 튼튼하고 또한 부식에 저항하는 섬유 강화 배관(FRP)으로 이루어질 수 있다.
공기 압축 설비(224)는 미세 기포 헤더(222)를 통해 압축 공기를 펌핑하는 한쌍의 공기 압축기(228)로 이루어진다. 기포 헤더(222) 내로 펌핑된 압축 공기는 담수를 교반하고 실질적인 기포 커튼을 생성하도록 천공 파이프(226)를 통해 배출된다. 기포 커튼은 혼합(버블링) 영역(220)을 형성하는 기포에 대해 표면 담수 레벨을 야기하는 표면으로 상승되고 혼합(버블링) 영역(220)의 국부적 담수 압력을 증가시키는 변위로 상승된다. 국부적 담수 압력의 증가는 또한 회수된 담수(185)의 제1 용적의 국부적인 밀도(또는 중량)을 증가시킨다. 담수의 압력 증가는 주위 염수의 압력을 옵셋시켜 담수체(104) 내로 염수의 침입을 방지한다. 또한, 기포 커튼이 수면으로 상승할 때, 담수체(104)와 염수체(106) 양자의 깊이의 함수로서 담수체(104)와 염수체(106) 사이의 계면 영역(102)을 따라 담수 밀도를 균일하게 하는 혼합(버블링) 영역(220)의 혼합 유동이 생성된다.
염수 침입 배리어 서브시스템(162)은 유압 제방 구역(218)을 제공하는 잠수 복구 배출 포트(216) 또는 혼합 구역(220)을 제공하는 미세 기포 헤더(222)를 포함한다면, 염수 침입을 적절히 방지하도록 기능할 수 있다. 그러나, 염수 침입 배리어 서브시스템(162)의 최대 효율은 유압 제방 구역(218)과 압축 공기 혼합 구역(220)을 각각 제공하도록 잠수 복구 배출 포트(216)가 미세 기포 헤더(222)와 함께 사용되는 경우에 얻어진다. 이 조건하에서, 잠수 복구 배출 포트(216)로부터 수직 방향으로 배출되는 담수는 미세 기포 헤더(222)로부터의 기포 커튼과 혼합된다. 이 혼합 프로세스는 하부 록 도어(132, 138)의 바로 외측의 계면 구역(102)에 배치된 담수의 전체 수직벽에 걸쳐 발생한다. 이 혼합 프로세스에 의해 담수의 전체 수직벽에 걸쳐 압력이 균일해지는데, 이 압력은 염수체(106)에서의 염수 압력(밀도)보다 크거나 동일하다. 이것은 (a)담수가 유압 제방 구역(218)과 압축 공기 혼합 구역(220)으로 인해 염수보다 높고, (b)압축 공기가 염수와 혼합되지 않으므로 염수의 압력(밀도)가 균일해지지 않기 때문이다.
따라서, 담수 보유 저장조(166)는 이 보유 저장조(166)가 록 담수 회수 서브시스템(160)에 의해 운반되는 담수와 염수로(150)의 염수 사이의 기계적 세퍼레이터로서 기능하는 염수 침입 배리어 서브시스템(162)과 함께 작동한다. 보유 저장조(166)는 수로 록 시스템(110)으로 배출된 모든 담수를 수용하고 담수의 제어된 부분, 즉 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)을 둑 게이트 밸브(200)와 보유 저장조 배출 배수구(212)로 운반한다. 이어서, 회수된 담수(185)의 제어된 부분은 도 8에 도시된 바와 같이, 하부 록 도어(132, 138)의 바로 외측에 있는 구역으로 배출 배수구(212)를 통해 중력에 의해 급송된다. 회수된 담수(185)의 제어된 부분은 유압 제방 구역(218)을 제공하도록 잠수 복구 배출 포트(216)를 통해 수직 방향으로 배출된다. 유압 제방 구역(218)의 효과는 압축 공기 혼합 구역(220)의 효과와 함께 전술한 바와 같이, 담수체(104) 내로 염수의 침입을 방지하도록 균일한 압력을 갖는 담수의 벽을 제공한다.
염수 침입 배리어 서브시스템(162)의 상세 내용을 본 명세서에서 상술하였으며, 이제 담수 보유 저장조(166)의 설명을 완료할 것이다. V형 부스러기 스크린(190)의 제1 스크린 컴포넌트(192)와 제2 스크린 컴포넌트(194)는 도 5에 명백하게 도시되어 있다. 록 담수 회수 배수구(168)에 의해 운반되는 회수된 담수는 수직 배수구(186)으로 유입되어 부스러기 스크린(190) 내의 복수 개의 유동 입구(188)에서 배출된다. 회수된 담수의 제1 용적(화살표 185로 지시됨)은 제1 스크린 컴포넌트(192)를 통과하여 전술한 둑 게이트 밸브(200)와 오버플로 통(202)으로 향한다. 회수된 담수의 나머지(화살표 187로 지시되는 회수된 담수의 제2 용적과, 화살표 189로 지시되는 회수된 담수의 제3 용적을 포함함)는 부스러기 스크린(190)의 제2 스크린 컴포넌트(194)를 통과하여 보유 저장조(166) 내로 향한다. 회수된 담수의 나머지(187, 189)는 일단 부스러기 스크린(190)을 통해 여과되면, 다음 방식으로 제1 스테이지의 처리 표준을 만족시키도록 보유 저장조(166) 내에서 화학적 전처리를 받는다.
콘크리트 보유 저장조(166)의 바닥에는 도 2에 명백하게 도시된 바와 같이 코스 기포 헤더(232)와 화학 시약 인젝터(234)가 위치되어 있다. 코스 기포 헤더(232)는 염수 침입 배리어 서브시스템(162)과 관련된 미세 기포 헤더(222)와 유사하고, 하나 이상의 천공 파이프로 이루어진다. 코스 기포 헤더(232)의 천공 파이프는 에폭시 코팅을 갖는 금속 또는 섬유 강화 배관(FRP)으로 어루어질 수 있는데, 그 각각은 염수로 인한 부식에 저항한다. 코스 기포 헤더(232)에는 코스 기포 헤더(232)에 압축 공기를 공급하도록 사용되는 공기 압축 스테이션(236)이 연결되어 있다. 코스 기포 헤더(232)는 회수된 담수(화살표 187, 189로 지시됨)를 산화시키는 역할을 한다. 화학 시약 인젝터(234)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 화학 시약을 시약 인젝터(234)와 회수된 담수 내로 펌핑하는 역할을 하는 화학 시약 펌프 하우스(238)가 연결되어 있다. 회수된 담수(화살표 187, 189로 지시됨)의 나머지에는 현탁 고형체, 즉 무기물 및 유기물 타입의 퇴적물 및/또는 부유물을 야기시키도록 화학 시약 또는 응고체가 추가된다. 이 프로세스는 회수된 담수의 현탁 용제 및 고형물을 제거하여 깨끗한 담수를 제공한다. 또한, 코스 기포 헤더(232)에 의해 회수된 담수 내로 방출된 기포는 응고체를 오일 및 그리스와 같은 현탁 용제 및 현탁 물질에 부착시킬 수 있도록 혼합하는 데에 일조한다.
회수된 담수(화살표 187, 189로 지시됨) 내에서 현탁 고형물의 퇴적은 보유 저장조(166)의 바닥에 가라앉는 덩어리를 형성하여 스크루 컨베이어 시스템(도시 생략)에 의해 제거된다. 스크류 컨베이어 시스템은 통상적으로 연속적으로 회전하고 전기 작동되는 스크류형 슬러지 제거 장치를 포함하는데, 상기 장치는 메인 유지 탱크(도시 생략) 내에 배치되도록 보유 저장조(166)의 바닥에 형성된 복수 개의 바닥 배출구 또는 포트(도시 생략) 중 하나에서 슬러지를 처리한다. 스크류 컨베이어 시스템(도시 생략)은 통상적으로 담수 처리 설비에 사용된다. 도 2, 4a 및4b에 도시된 바와 같이, 화학 시약 또는 응고체에 의해 야기된 현택 고형물의 부유는 부유하고 유동 배플(240)에 의해 회수된 담수(화살표 187, 189로 지시됨)의 상단에서 걷어지는 폼을 생성한다. 유동 배플(240)은 통상적으로 담수 처리 설비에 사용되어 코스 기포 헤더(232)에 의해 야기된 기포에 의해 발생된 폼 또는 포말을 격리 및 제거하여 화학적으로 처리된 담수의 오염을 방지한다. 유동 배플(240)은 또한 회수된 담수(화살표 187, 189로 지시됨)에 가라앉는 고형물을 메인 유지 탱크(도시 생략) 내에 배치되도록 보유 저장조(166)의 바닥 배출구 또는 포트(도시 생략) 통해 유동하게 하도록 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 보유 저장조(166)에서 유동 배플(240)의 하류에 배치되는 회수된 담수(화살표 187, 189로 지시됨)는 이제 2개의 목적지에 분배하도록 준비된 깨끗하게 산화된 물이다. 회수된 담수의 제2 용적(187)은 담수 공급을 보충하도록 제1 펌프 하우스(242)를 통해 다시 담수체(104)로 펌핑된다. 회수된 담수의 제2 용적(187)은 수로 록 시스템(110)의 작동들, 즉 상업 및 공공 요건, 농업 및 관수 요건 등에 사용될 것이다. 회수된 담수의 제3 용적(189)은 신선한 식수를 제공하도록 추가 처리를 위해 도 2에 도시된 식수 처리 설비(164)에 제2 펌프 하우스(244)를 통해 펌핑된다.
식수 처리 설비(164)는 도 2에 가장 잘 도시된 보유 저장조(166)로부터 깨끗하게 산화된 담수(즉, 화살표 189로 지시되는 회수된 담수의 제3 용적)을 수용한다. 통기 계류지(250)는 담수 처리 전에 회수된 담수(189)를 통기시키도록 제공되는 개방형 탱크이다. 회수된 담수(189)는 기화를 통해 알콜 등의 휘발성 물질 및 유기질 물질을 제거하도록 통기되어야 한다. 통기 계류지(250) 내에 배치된 복수 개의 수원(252)은 회수된 담수(189) 내로 산소를 인입하기 위해 물 분사를 생성한다. 회수된 담수(189)의 추가 산화는 회수된 담수(화살표 189로 지시됨) 내의 합성물을 분해하기 위한 박테리아 활동을 촉진하는 데에 필요하다. 화학 시약 설비(254)는 담수를 정화시키고 고형물의 현탁을 더욱 강화시키기 위해 통기 계류지(250)로부터 통기된 담수 내로 소다회, 폴리머 및 다른 적절한 화학 물질 등의 화학 물질을 분사한다. 복수 개의 믹서(156)는 완전한 혼합을 달성하도록 모든 화학 물질과 통기된 담수를 함께 섞는 역할을 한다.
완전히 화학적으로 혼합된 회수된 담수(189)는, 이 회수된 담수(189) 내에 존재하는 고형물을 퇴적 챔버(258)의 바닥에 침전시키도록 채택된 복수 개의 퇴적 챔버(258)로 운반된다. 퇴적 챔버(258)의 바닥에 침전된 고형물은 수영장을 청소하는 데에 사용되는 것과 유사한 진공 흡입 프로세스(도시 생략)를 통해 주기적으로 제거된다. 이어서, 회수된 담수(189)는 고형물의 침전을 최대화시키도록 긴 유지 시간을 갖는 최종 퇴적 프로세스 단계를 나타내는 침전용 퇴적 계류지(260)로 운반된다. 다음의 스테이지는 화학적으로 처리된 담수를 여과하도록 사용되는 매체 여과 스테이지(262)를 포함한다. 매체 여과 스테이지(262)는 회수된 담수(189)가 점차 만나는 무연탄/석탄, 자갈 및 활성탄을 구비한다. 이어서, 6'0" 직경의 한쌍의 파이프 라인(264)은 여과된 담수(189)를 이제 깨끗하게 여과된 식수인 회수된 담수(189)를 위한 유지 탱크인 청정 웰(266)로 보낸다. 다음에, 소독을 달성하도록 청정 웰(266)에서 여과된 식수에 염소가 추가된다. 이어서, 펌프 하우스(268)는 청정 웰(266)로부터 여과된 식수를 끌어 들여서 음료, 요리, 목욕 등에 사용하기 위해 식수 보관 설비(도시 생략)로 펌핑한다. 야외 변전기(270)와 실내 전기 개폐기 설비(272)는 전력을 제공하도록 염수 침입 방지 시스템(100) 근처에 배치된다.
요약하면, 담수체(104)와 염수체(106) 사이의 계면 구역(102)에 통상적으로 채택되는 염수 침입 방지 시스템(100)의 가장 근본적인 실시예는 담수를 담수체(104)로부터 회수하기 위한 담수 회수 서브시스템(160)을 포함한다. 담수 회수 서브시스템(160)과 유체 연통하는 보유 저장조(166)는 회수된 담수를 수용 및 전환시킨다. 보유 저장조(166)와 유체 연통하는 염수 침입 배리어 서브시스템(162)은 담수체(104)와 염수체(106) 사이의 계면 구역(102)에 위치된다. 염수 침입 배리어 서브시스템(162)은 유압 제방 구역(218)을 제공하도록 회수된 담수를 수직 방향으로 배출하는 복수 개의 잠수 복구 배출 포트(216)와, 혼합 구역(220)을 생성하는 미세 기포 헤더(222)를 포함한다. 유압 제방 구역(218)과 혼합 구역(220)은 염수를 염수체(106)로부터 옵셋시키도록 담수의 밀도를 증가시킨다.
본 발명은 종래 기술에 공지된 다른 염수 시스템에 비해 신규한 이점을 제공한다. 염수 침입 방지 시스템(100)의 주요 이점은 (a)회수된 담수의 제1 용적(185)을 갖는 담수체(104)로 염수의 침입을 방지하기 위한 염수 침입 배리어 서브시스템(162)에서의 사용, (b)회수된 담수의 제2 용적(187)을 담수체(104)로 복귀시키는 수로 록 시스템(110)의 작동에서의 사용, (c)공용, 개인용 및 상업용의 신선한 식수를 제공하기 위한 식수 처리 설비(164)에서의 사용을 위해 필수적으로 요구되는 담수를 보유, 회수 및 재생하는 것이다. 또한, 염수 침입 배리어 서브시스템(162)은 유압 제방 구역(218)과 압축 공기 혼합(버블링) 구역(220)을 각각 제공하는 잠수 복구 배출 포트(216)와 미세 기포 헤더(222)를 채택하여 담수체(104) 내로 염수의 침입을 방지한다.
본 발명을 특정 용례의 실시예를 참조하여 본 명세서에서 설명하였지만, 본 발명은 거기에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 당업계에서 통상의 기술을 갖고 본 명세서에서 제공된 기법에 접근하는 당업자는 그 범위 내의 추가 변경, 용례 및 실시예와, 본 발명이 중요한 용도인 추가 분야를 인지할 것이다.
따라서, 첨부된 청구 범위에 의해 본 발명의 범위 내에서 그러한 변경, 용례 및 실시예를 모두 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (18)

  1. 담수체와 염수체 사이의 계면에 사용하기 위한 염수 침입 방지 시스템에 있어서,
    담수체로부터 담수를 회수하는 담수 회수 서브시스템과;
    상기 담수 회수 서브시스템과 유체 연통하여 상기 회수된 담수를 수용하고 전환시키는 보유 저장조와;
    상기 보유 저장조와 유체 연통하고 담수체와 염수체의 계면에 위치되는 염수 침입 배리어 서브시스템을 포함하며, 상기 염수 침입 배리어 서브시스템은 상기 염수체로부터의 염수를 옵셋시키기 위해 상기 담수의 밀도를 증가시키는 유압 제방 구역을 제공하도록, 상기 회수된 담수를 수직 방향으로 배출시키는 복수 개의 잠수 복구 배출 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 담수 회수 서브시스템은, 상기 담수체로부터 담수를 수집하여 상기 담수를 보유 저장조에 운반하기 위한 담수 회수 배수구와 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보유 저장조는, 상기 회수된 담수에 존재하는 대형 부스러기를 여과시키기 위한 부스러기 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보유 저장조는, 염수가 상기 보유 저장조 내로 역류하는 것을 방지하기 위한 복수 개의 둑 게이트 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보유 저장조는, 복수 개의 둑 게이트 밸브를 향한 담수의 유동을 제어하기 위한 둑 게이트 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보유 저장조는, 복수 개의 둑 게이트 밸브를 통과한 담수를 수집하기 위한 오버플로 통(overflow sump)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 오버플로 통은 이 오버플로 통 내의 담수의 용적을 제어하기 위한 레벨 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 담수를 염수 침입 배리어 서브시스템으로 향하게 하는 보유 저장조 배출 배수구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  9. 담수체와 염수체 사이의 계면에 사용하기 위한 염수 침입 방지 시스템에 있어서,
    담수체로부터 담수를 회수하는 담수 회수 서브시스템과;
    상기 담수 회수 서브시스템과 유체 연통하여 상기 회수된 담수를 수용하고 전환시키는 보유 저장조와;
    상기 보유 저장조와 유체 연통하고 담수체와 염수체의 계면에 위치되는 염수 침입 배리어 서브시스템을 포함하며; 상기 염수 침입 배리어 서브시스템은 상기 회수된 담수를 수직 방향으로 배출하여 유압 제방 구역을 제공하기 위한 복수 개의 잠수 복구 배출 포트와, 혼합 구역을 생성하기 위한 미세 기포 헤더를 포함하고, 상기 유압 제방 구역과 혼합 구역은 상기 담수의 밀도를 증가시켜 상기 염수체로부터의 염수를 옵셋시키는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 염수 침입 배리어 서브시스템은, 압축 공기를 상기 미세 기포 헤더에 제공하기 위한 한쌍의 공기 압축 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 염수 침입 배리어 서브시스템의 미세 기포 헤더는 복수 개의 잠수 천공 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  12. 담수체와 염수체 사이의 계면에 사용하기 위한 염수 침입 방지 시스템에 있어서,
    담수체로부터 담수를 회수하는 담수 회수 서브시스템과;
    상기 담수 회수 서브시스템과 유체 연통하고, 부스러기 스크린과, 상기 회수된 담수를 수용, 여과, 산화 및 전환시키는 코스 기포 헤더를 포함하는 보유 저장조와;
    상기 보유 저장조와 유체 연통하고 담수체와 염수체의 계면에 위치되는 염수 침입 배리어 서브시스템을 포함하며; 상기 염수 침입 배리어 서브시스템은 상기 회수된 담수를 수직 방향으로 배출하여 유압 제방 구역을 제공하기 위한 복수 개의 잠수 복구 배출 포트와, 혼합 구역을 생성하기 위한 미세 기포 헤더를 포함하고, 상기 유압 제방 구역과 혼합 구역은 상기 담수의 밀도를 증가시켜 상기 염수체로부터의 염수를 옵셋시키는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 코스 기포 헤더에 압축 공기를 제공하기 위한 공기 압축 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  14. 제 12항에 있어서,
    식수 처리 설비를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 보유 저장조는, 상기 담수에 있어 현탁 고형물을 침전시키기 위하여 화학 응고체를 첨가하기 위한 화학 시약 인젝터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 보유 저장조는 수집을 위해 고형물을 보유 저장조의 바닥으로 향하게 하는 유동 배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  17. 제 12항에 있어서,
    상기 보유 저장조로부터 상기 담수체로 담수를 펌핑하는 제1 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 보유 저장조로부터 식수 처리 설비로 담수를 펌핑하는 제2 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수 침입 방지 시스템.
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