KR20070009715A - 폐수처리 시스템 - Google Patents

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워터 스탠다드 컴퍼니, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 폐수를 처리하기 위한 설비, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이런 시스템과 방법에서, 적어도 일부분의 폐수처리는 해양에서 이루어진다. 일례로, 도시 하수시스템을 육지의 1차처리부에 연결할 수 있다. 1차처리된 폐수는 (파이프라인 등에 의해) 해양에 위치한 설비(주변 수역에 위치한 선박)로 옮겨져 2차처리, 소독처리, 고도처리 등을 받는다. 처리폐수는 해양으로 배출되거나, 또는 더이상의 처리나 재사용을 위해 육지로 돌아간다. 슬러지는 후처리나 폐기를 위해 육지로 돌아간다. 슬러지는 육지로 돌아가기 전에 선박에서 후처리(소독이나 탈수 등)를 받을 수 있다.

Description

폐수처리 시스템{WASTEWATER TREATMENT}
본 발명은 폐수처리를 위한 설비, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가정용수, 상업용수, 농업용수 및 공업용수의 이용에는 막대한 양의 폐수가 생기는데, 이런 폐수를 처리하지 않고 배출하면 환경문제를 일으킨다. 따라서, 대부분의 도시에서는 하수 수거시스템 하류에 폐수처리 설비를 설치하여 폐수를 좀더 무해한 형태로 처리하곤 한다.
폐수처리설비로 들어가는 폐수는 99%가 물이고 1%는 큰 물체, 고체, 미용해 고체, 오일, 왁스, 유기물 등의 혼합체이다. 이런 혼합체는 전처리단계, 1차 내지 3차 처리단계와 고도처리단계라 불리우는 일련의 처리단계를 거처 물에서 분리될 수 있다. 전처리와 1차처리에서 고체를 제거하고, 2차처리에서는 미생물을 이용해 미용해 유기물을 제거하며, 고도(3차) 처리에서는 질소나 인과 같은 영양소를 제거한다. 나머지 처리단계는 소독, 여과, 역삼투 단계가 있다.
기존의 폐수처리 시스템의 최종생성물은 처리가 끝난 폐수(이하, "처리폐수"라 함)와 슬러지이다. 처리폐수는 대개 폐수처리공장 부근의 수역(냇물, 강 또는 바다)에 폐기된다 슬러지는 대개 원격지에 폐기되지만, 때로는 비료로 사용하는 처리를 거치기도 한다.
이런 최종생성물을 만들고 폐기하며 폐수처리공장을 운영하는데는 상당한 수고가 필요하다. 예를 들어, 처리폐수를 인근 수역에 배출하면 환경문제를 일으킬 수 있다. 또, 슬러지는 강한 악취를 일으켜 공장 주변의 주민을 불편하게 한다.
본 발명은 폐수를 처리하기 위한 설비, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이런 시스템과 방법에서, 적어도 일부분의 폐수처리는 해양에서 이루어진다. 일례로, 도시 하수시스템을 육지의 1차처리부에 연결할 수 있다. 1차처리된 폐수는 (파이프라인 등에 의해) 해양에 위치한 설비(주변 수역에 위치한 선박)로 옮겨져 2차처리, 소독처리, 고도처리 등을 받는다. 처리폐수는 해양으로 배출되거나, 또는 더이상의 처리나 재사용을 위해 육지로 돌아간다. 슬러지는 후처리나 폐기를 위해 육지로 돌아간다. 슬러지는 육지로 돌아가기 전에 선박에서 후처리(소독이나 탈수 등)를 받을 수 있다.
본 발명의 설비, 시스템 및 방법이 해양에서 이루어지므로, 기존의 육상 폐수처리 작업과 관련된 여러 단점들을 피할 수 있다. 예를 들어, 처리폐수를 배출하기 전에 주변 환경의 물과 먼저 혼합하고 여러 해양 위치에서 훨씬 더 넓은 영역에 걸쳐 폐수를 배출하므로 폐수 배출로 인한 지역 환경문제를 완화할 수 있다. 또, 선상처리 시스템의 경우, 선박을 주변 수역에 묶어두어 폐수를 더 오래 보유함으로써 처리과정의 효율이 개선된다. 또, 해양 폐수처리시스템을 이용하면 폐수를 처리하는데 필요한 육지의 면적이 줄어들고, 악취 문제를 없앨 수 있다. 본 발명의 해양 시스템의 작동수명은 기존의 육상설비에서는 곤란했던 과정을 통해 연장된다. 또, 선상시스템이기 때문에 생기는 이동성으로 인해 긴급상황과 테러 상황등에 사용하기 편리하다.
따라서, 본 발명은 해양에서 폐수를 처리하기 위한 선박에 있어서: 선체; 선체내에 배치되어 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리해 슬러지와 처리폐수를 포함한 최종생성물을 생산할 수 있는 폐수처리 시스템; 폐수처리 시스템과 연결되는 폐수 취수구; 처리폐수를 선박에서 제거하기 위한 출구; 및 주변 수역의 물과 최종생성물을 혼합하되, 입출구를 갖추고 선박에 설치된 혼합탱크를 구비한 혼합시스템을 포함하는 선박을 제공한다. 폐수처리 시스템은 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템; 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템; 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템; 및 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템중의 일부나 전체를 갖춘다. 폐수처리 시스템은 슬러지에서 수분을 제거하는 수단, 유기물을 분해하기 위한 박테리아 처리수단 또는 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독시스템을 포함한다.
본 발명의 선박은 전원수단, 선박을 움직이기 위한 추진시스템 또는 주변 수역의 물과 처리폐수나 슬러지를 혼합하기 위한 혼합실을 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 또한 육상 폐수수거 시스템에서 바다 안쪽으로 떨어진 수역내에 위치하는 폐수처리 설비에 있어서: ⒜ 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리할 수 있고, 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템, 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템, 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템, 및 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템중에서 선택되는 폐수처리기; ⒝ 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단; ⒞ 처리된 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단; 및 ⒟ 슬러지를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단;을 포함하고, 처리된 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단과 슬러지를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단 모두 슬러지나 처리폐수를 주변 수역으로 배출하도록 동작하지 않는 폐수처리 설비가 제공된다. 여기서, 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단은 파이프라인이나 선박을 포함한다. 또, 처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단도 파이프라인이나 선박을 포함한다.
본 발명의 또다른 특징에 의하면, 육상 폐수수거 시스템에서 바다 안쪽으로 떨어진 수역내에 위치하는 폐수처리 설비에 있어서: ⒜ 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리할 수 있고, 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템, 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템, 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템, 및 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템중에서 선택되는 제1 및 제2 폐수처리기; ⒝ 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단; ⒞ 처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단; 및 ⒟ 슬러지를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단;을 포함하는 폐수처리 설비가 제공된다. 여기서, 제1, 제2 폐수처리기는 폐수처리 방식에 있어서 서로 다르고, 또 주변 수역에 의해 서로 분리된다.
도 1은 본 발명의 폐수처리 시스템의 측면도;
도 2는 본 발명의 폐수처리 시스템의 측면도;
도 3은 본 발명의 폐수처리 시스템의 사시도;
도 4A는 본 발명의 선박의 측면도;
도 4B는 본 발명의 다른 선박의 측면도.
본 발명은 폐수를 처리하기 위한 해양 설비, 시스템 및 방법을 제공한다. 전반적으로, 본 발명의 시스템과 방법은 해양 폐수처리설비, 이런 설비에서 처리 폐수를 제거하기 위한 수단, 및 이 설비에서 슬러지를 제거하는 수단을 구비하거나 활용한다.
본 발명은 육지에서 생기는 폐수를 처리하는 해양 폐수처리설비도 포함한다. 육지에서 해양 폐수처리설비로 운반되는 폐수는 소비자, 공장, 공공설비, 농업시설 등 다양한 곳으로부터 나올 수 있다. 본 발명의 해양 폐수처리설비는 이와 같은 다양한 폐수원의 폐수를 처리하기 위한 것으로서, 특수한 종류의 폐수를 처리하도록 설계를 바꿀 수도 있다.
도 1-4의 실시예의 해양 폐수처리설비는 선박(10)으로 도시되었고, 이 선박의 선체(11)에 폐수처리요소(20a-d)가 배치된다. 도 1-2에서, 육상 하수 수거시스템(60)의 폐수는 육상 전처리요소(200)로 보내져 처리된다. 최종 처리 폐수는 파이 프라인(120)을 통해 선박(10)으로 보내진다. 보내진 폐수는 선박(10)의 폐수처리요소(20a-d)로 보내져 더 처리된다. 도 1-3에 도시된 폐수처리과정에서는 슬러지(275)가 생기고 최종생성물로 폐수를 처리한다. 이들 최종생성물은 육지로 돌아가 더 처리되거나 폐기되거나, 또는 선박(10) 주변의 수역(30)으로 배출된다. 도 1에서 처리 폐수는 수역(30)으로 배출되고, 슬러지(275)는 예인선이 견인하는 바지선(70)을 이용해 육지로 돌아간다. 도 2-3의 경우, 슬러지(275)와 처리 폐수 둘다 육지(130)로 돌아간다.
본 발명의 해양 폐수처리설비는 (a) 수면에 위치할 수 있고 (b) 폐수처리기를 넣을 수 있는 어떤 장치도 가능하다. 이런 설비중 가장 널리 알려진 것이 (도 1-4에 도시된) 선박, 바지선, 여러대의 선박이나 바지선을 서로 연결한 것, 또는 해저면에 고정되는 부양식 플랫폼 등이 있다. 이런 선박은 동력을 갖추거나 없는 것, 유인선, 무인선을 모두 포함할 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 수처리 시스템은 일일 3백만(또는 2.5백만, 3백만, 5백만, 10백만, 15백만, 20백만, 25백만, 50백만, 100백만, 200백만, 300백만, 400백만, 500백만, 600백만 이상) 리터 이상의 물을 처리하도록 구성된다.
일례로, 해양 폐수처리설비는 단동선이나 쌍동선으로서, 재화중량톤(DWT; dead weight tonnage)은 10,000~500,000; 30,000~50,000; 65,000~80,000; 120,000; 또는 250,00~300,000이다. 바람직한 DWT는 시스템의 설계사양(예; 일정 시간내 처리할 폐수량)에 따라 달라지지만, 선박을 부양상태로 유지하는데 필요한 최저흘수선은 충분히 유지해야만 하고, 또는 원하는 생산성을 달성해야만 한다. 본 발명의 선박은 미국 특허출원 60/564,921에 소개된 특징; 예를 들어 잡음이나 진동 감소장치, 물 저장탱크(이 경우에는 선박에서 빼내기 전의 처리 폐수를 담는 탱크), 선박의 기능을 동작시키기 위한 전원, 선박을 움직이기 위한 추진장치, (취수장치, 처리 폐수 배수장치, 폐수운반장치, 전원 등의) 각종 선상내 시스템의 동작을 제어하는 제어장치 등을 갖출 수 있다.
도 1-4에 도시된 바와 같이, 폐수처리기의 일부를 해양 폐수처리설비의 갑판 위에 배치할 수 있다. 예를 들어, 폐수처리설비를 컨테이너 안에 넣거나, 하나 이상 서로 연결하거나, 갑판에 결합할 수 있다. 또, 폐수처리기의 일부를 갑판 밑에 배치하기도 한다. 폐수처리기는 갑판 위아래 양쪽에 배치할 수도 있다.
해양 폐수처리설비는 도 1-3에 도시된 폐수처리기(20a-d)를 하나 이상 구비할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적당한 폐수처리기는 폐수처리 프로토콜내의 1 단계 이상을 실행할 수 있기만 하면 되느바; 예컨대 고체, 오일, 왁스, 유기물, 기타 폐수에서 얻어지는 용해된 고체를 제거할 수 있어야 한다. 육상 폐수처리에 사용되는 폐수처리기는 당 분야에 잘 알려져 있다. 이에 대해서는 "Wastewater Treatment Plants: Planning, Design, and Operation" second edition, Syed R. Qasim, Ed., CRC Press, 1998; "Design of Municipal Wastewater Treatment Plants"(Asce Manual and Reports on Engineering Practice), 4th edition, American Society of Civil Engineers, 1998 참조. 이들 처리기는 약간의 변형이나 거의 변형 없이 본 발명의 선상 시스템과 방법에 사용할 수 있다.
경우에 따라, 완벽한 폐수처리시스템을 이루는 각각의 요소를 모두 선상에 배치할 수도 있다. 그러나, 시스템을 이루는 몇개 요소는 해양 폐수처리설비에 설치하고, 나머지는 육상 설비에 배치하는 것이 일반적이다. 예컨대, 도 1-3의 경우 전처리요소(200)는 육지(130)에 설치한다.
본 발명을 이루는 폐수처리 요소의 예를 들면, 전처리 요소, 1차처리 요소, 2차처리 요소, 최종처리 요소, 고도처리 요소, 및 역삼투처리 요소가 있다. 일반적으로 폐수는 위의 순서대로 처리된다.
본 발명의 일 실시예에서, 해수면에서 실시되는 폐수처리단계는 모두 일괄 해양설비에서 실행되고, 이 설비에는 전술한 단계들을 실행하는데 필요한 모든 폐수처리 요소들이 실려있다. 다른 실시예에서는, 해수면에서 실행되는 폐수처리단계들을 2가지 이상의 해양설비에서 실시하되, 각각의 설비에는 한가지 이상의 다른 폐수처리 요소가 실려있다. 예컨대, 첫번째 선박에는 1-2차 처리 요소가, 두번째 선박에는 최종 또는 고도 처리 요소가 들어있다. 후자의 경우, 첫번째 선박에서 처리 폐수를 두번째 선박으로 보내 후처리한다.
본 발명의 폐수처리시스템중의 1차처리 요소는 막대기, 넝마, 대형 음식조각, 모래, 자갈 등의 불순물이나 대형 물체를 폐수에서 분리할 수 있기만 하면 어떤 형태도 취할 수 있다. 전처리 기구로는 폐수가 통과하는 체나 망이 있다. 폐수가 체나 망을 통과하면서, 큰 물체나 불순물은 걸러내고, 나머지 폐수는 통과하여 후처리된다. 바람직하기로는, 여러개의 체나 망을 이용해 5㎝, 4㎝, 3㎝, 2㎝, 0.5㎝ 또는 0.2㎝ 이상의 물체를 걸러낸다. 전처리 요소를 통과한 폐수는 1차처리를 받게 된다.
폐수처리 시스템중의 1차처리 요소는 폐수에 용해되지 않은 고체나 액체를 걸러내기만 하면 어떤 것도 가능하지만, 바람직한 것은 침전탱크이다. 여기서는, 폐수중의 입자는 바닥에 가라앉히고 물보다 밀도가 작은 그리이스 등의 물질은 위로 부양시키기에 충분한 시간동안 폐수를 저장탱크에 담아둔다. 고체는 탱크 바닥에서 빼내고, 그리이스 등의 부유물질은 윗면에서 걷어낸다. 이 과정에서 침전과정을 촉진하기 위해 응집제를 사용하기도 한다. 탱크에 남아있는 처리 폐수를 빼낸다. 1차 요소를 통과하면서 처리 폐수는 2차처리 단계로 보내진다.
2차처리 요소는 유기물을 미생물처리로 폐수에서 분리하기만 하면 어떤 장치도 가능하고, 이런 장치는 유기물을 변화시키는 박테리아나 기타 미생물과, 믹서와 폭기조가 달린 컨테이너 등 이 과정을 촉진하기에 적당한 환경을 제공한다(Sequencing Batch Reactors, Aqua-Aerobic Systems, Inc., Rockford, IL). 2차 처리요소의 예로는 Aqua-Aerobic Systems Inc.(Rockford, IL)에서 판매하는 AquaMB 시스템이 있는데, 이 시스템은 PALL Corp.(Cortland, NY)에서 생산한 미세여과기를 구비한다.
2차처리 시스템에서, 미생물은 폐수로부터 유기물과 영양분을 흡수하면서 성장하고 증식한다. 미생물은 수시간(1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 시간) 부유한 뒤 슬러지로 침전한다. 슬러지의 일부는 폐기되거나 처리되고, 일부는 다른 폐수처리를 위한 "시드" 미생물로 시스템내에 남아있게 된다.
일단 2차처리 탱크내에서 처리 폐수는 여러 곳으로 보내진다. 경우에 따라, 2차처리를 받은 폐수는 시스템에서 분리되어 주변환경으로 돌아가거나, 최종처리나 고도처리를 위해 시스템에 잔류한다.
본 발명의 폐수처리 시스템의 최종처리 요소는 폐수를 소독할 수 있는 장치나 약품 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 2차처리를 받은 폐수는 염소나 자외선을 이용해 소독된다. 물을 소독하는데 염소를 사용할 경우, 처리 폐수내의 염소농도가 높으면 폐수가 배출되는 수역에 악영향을 미치므로 최종처리 단계에서 폐수에 염소중화제를 첨가한다.
고도(3차)처리 요소는 폐수에서 영양소를 제거하는 장치나 약품의 형태를 취할 수 있다. 고도처리 단계에서는 인이나 질소의 침전이나 추출을 돕기 위해 폐수에 약품을 첨가한다. 예컨대, 응집제를 사용하면 폐수에서 인을 제거할 수 있고, 에어 스트리핑(air stripping)으로 암모니아를 제거할 수 있다.
본 발명의 폐수처리 시스템은 여과요소와 역삼투 요소를 구비할 수 있다. 예를 들어, 2차처리와 고도처리를 받은 폐수를 여과처리하여 미용해 고체나 미생물을 제거할 수 있다. 일례로, 2차처리를 거친 폐수를 차례대로 구멍사이즈가 10㎛, 0.1㎛인 필터를 차례로 통과시킨다. 이렇게 처리 폐수는 농업용이나 공업용으로 사용할 수 있다.
본 발명에서, 역삼투 방식으로 폐수를 정화하여 용해된 고체를 제거할 수 있다. 본 발명에 사용되는 역삼투 시스템은 고압펌프와 역삼투막을 갖춘다. 역삼투막을 통해 물을 밀어내는 기능을 하는 고압펌프는 물을 가압하는데 필요한 유압을 내기만 하면 된다. 이렇게 처리 폐수는 들고다닐 수 있게 된다.
본 발명의 폐수처리 시스템은 육상시설에서 해양시설로 폐수를 옮기는 수단 도 포함한다. 처리할 폐수는 대개 육상의 하수수거 시스템에서 온다. 하수수거 시스템이란 도시의 하수와 폐수를 모으는 시스템이다. 하수수거 시스템은 폐수와 하수 수거용으로 준비되는 하나 이상의 구조물(예; 건물)을 포함한다. 육상기지(예; 하수수거 시스템)에서 해양 설비쪽으로 폐수를 옮기는 수단은 여러가지 알려져 있다. 본 발명에 사용하기에 적당하기만 하면 어떤 것도 사용할 수 있다. 예를 들어, 폐수를 저장하는 탱크와 폐수를 탱크에 출입시키는 장비를 갖춘 왕복선(예; 운송선)이나 바지선을 이용해 육상기지에서 해양설비로 폐수를 운반할 수 있다. 효율 개선을 위해, 도 1-3에 도시된 바와 같이, 육상 기지(140)에서 선박(10)으로 폐수를 옮기는 바람직한 수단은 파이프라인(120)이다. 도 1의 파이프라인(120)은 하수수거 시스템(60)이나 1차 폐수처리 요소(200)에서 선박(10)내의 취수시스템까지 폐수를 이동시키는 관으로 사용된다. 취수시스템은 부유되거나, 잠수되거나 해저에 있는 파이프라인에서 폐수를 받아들일 수 있다.
해저면의 안정된 파이프라인의 제1 단부는 해수면 위로 배치할 수 있다. 해저면 파이프라인의 제1 단부는 본 발명의 해양설비와 연결된다. 이 파이프라인의 제2 단부는 육상기지(수처리설비, 하수수거 시스템 등) 가까이 배치된다. 파이프라인의 제1 단부에 가까운 부분은 경우에 따라 영구부표를 통과하거나 영구부표와 일체로 된다.
본 발명의 시스템과 방법은 유입되는 폐수를 적당한 처리시스템(예; 1-3차 처리시스템)으로 보내는 취수펌프를 포함한다. 유입폐수를 2차 처리하려면, 예컨대 취수펌프가 폐수를 2차처리 요소(예; Sequencing Batch Reactors, Aqua-Aerobic System Inc., Rockford, IL)로 보낸다. 다른 예로, 유입취수를 역삼투처리하려면, 펌프를 통해 폐수를 역삼투 시스템의 고압펌프로 보낸다. 고압펌프로 인해 폐수가 역삼투막을 통과하면서 정화되고 이때 미생물과 불순물은 삼투막의 반대쪽에 남아있게 된다.
육상기지는 대개 폐수처리시설을 일부 갖추고 있어서 1-2차 폐수처리만 이곳에서 한다. 한편, 2차와 최종 폐수처리단계는 하지 않는 폐수처리시설을 갖추기도 한다. 받은 폐수는 전혀 처리되지 않은 폐수를 포함하지만, 경우에 따라서는 육상기지에서 전처리나 1차처리를 한 폐수를 포함하기도 한다. 이 경우, 취수구로 들어가는 폐수에는 2차처리에 대응하는 미생물들을 함유할 수 있다.
해양설비에서 받은 폐수를 적당히 처리한 뒤에는 해양설비에서 제거하는 것이 일반적이다. 이렇게 처리 폐수는 설비 주변의 물에 배출되거나, 수상선박으로 옮겨지거나, 육상기지로 옮겨진다. 육상기지로 옮겨진 폐수는 더 처리되거나, 관개용이나 공업용으로 사용된다. 적당한 처리(역삼투처리 등)를 거친 폐수는 육상기지로 옮겨지고 사람이나 동물이 사용하게 된다. 육상 분배기지와 시스템은 미국특허출원 60/564,921에 자세히 소개되었다.
도 1에 도시된 본 발명의 시스템은 선박(10) 주변 수역(30)으로 연결된 출구를 통해 폐수를 제거하는 수단을 포함한다(도 1 참조). 출구는 선체(11)에 배치된 배출구(40)를 포함하고, 처리 폐수는 배출구(40)를 통해 선박(10) 주변수역(30)으로 배출된다. 배출구(40)는 선박(10)의 흘수선 위나 아래에 배치되게 선체(11)에 형성된다. 패출수단은 처리 폐수를 배출구(40)를 통해 배출하기 전에 폐수의 수압 을 증가시키는 펌프를 포함한다.
본 발명에서, 해양 폐수처리설비는 폐수처리요소와 연결되는 혼합시스템과, 선박에서 폐수를 제거하는 수단을 포함할 수 있다. 혼합시스템은 폐수 배출 전에 주변 수역에서 취수한 물과 폐수를 혼합한다. 이런 시스템은 처리 폐수를 주변 수역으로 버리기 전에 폐수를 희석하거나 냉각시킨다. 혼합시스템은 입출구가 달린 혼합탱크, 취수구와 펌프를 갖춘 혼합수 취수시스템, 일련의 배플, 다수의 구멍을 갖는 혼합배리어를 포함하는데, 혼합수 취수시스템을 통해 취한 물(즉, 주변 수역의 물)과 처리 폐수는 혼합배리어를 강제로 통과하고, 해양설비에서 폐수를 제거하는 수단으로 흘러들어간다. 이들 구멍의 크기, 모양, 위치 및 갯수는 주변 수역의 물과 폐수를 적절히 혼합하도록 선택된다. 이런 구멍으로 인해 혼합배리어를 통과하는 유체에 난류가 생긴다. 혼합배리어는 혼합탱크의 양 측면 사이를 가로질러 있다. 인접 배플들은 혼합탱크의 양측면에 결합된다. 배플들은 인접한 것들끼리 일부분 오버랩되도록 지그재그 형태로 배열된다. 혼합배리어를 통과하는 유체는 배출장치에 도달하기 전에 구부러진 루트를 흘러야 한다.
다른 실시예에서, 혼합시스템은 폐수 입출구를 갖는 혼합탱크, 취수구와 펌프를 갖춘 혼합수 취수시스템, 및 주변 수역에서 취한 물과 처리 폐수를 균질하게 혼합할 수 있는 장치를 구비한다. 이런 장치로 고속 패들믹서와 스태틱 믹서가 있다.
어떤 경우에는, 해양 폐수처리 설비 주변 수역으로 폐수를 배출하기보다는 수상선박이나 육상설비로 옮긴다. 따라서, 본 발명은 해양설비의 처리폐수를 다른 선박(예인선이나 탱커선과 같은 운반선)이나 육상기지로 옮기는 수단을 제공한다. 도 2의 시스템(20)은 폐수처리 요소(20a-d)와 처리폐수를 선박(10)에서 육상설비(140)로 옮기는 수단을 갖추는 것이 일반적이다. 도 2와 같이 해양설비가 해안에서 떨어져 있으면, 본 발명의 시스템(20)이 부유식이든 해저식이든 파이프라인(120)을 하나 갖추는 것이 바람직하지만, 처리폐수를 선박(10)에서 다른 선박이나 육상설비로 옮기기 위한 파이프라인을 여러개 갖출 수도 있다. 경우에 따라, 이 수단은 운반선(예; 예인선에 의한 바지선이나 쌍동선체나 단동선체 탱커)일 수도 있다. 도 3의 시스템에서는 선박(10) 및 육상설비(140)와 연결되는 컨베이어벨트(50)에 의해 처리폐수를 제거한다. 컨베이어벨트(50)는 처리폐수를 차량(220)으로 옮긴 뒤 차량으로 폐수를 육상설비(140)로 옮기거나, 컨베이어 벨트(50)에서 폐수를 선박(10)에서 육상설비(140)로 바로 옮길 수도 있다. 그러나, 폐수를 육상설비(140)로 옮기기만 하면 어떤 수단도 사용할 수 있다. "육상"이나 이란 전체나 거의 전체가 육지(130)나 해안(130)에 위치하는 구조물이나 시스템을 의미한다.
처리폐수를 해상설비에서 수상선박(운반선이나 왕복선)으로 옮기는 경우, 해상설비와 운반선 사이에 처리폐수를 소통시키기 위한 운반라인을 보통 사용한다. 운반라인은 해상설비의 처리폐수저장소를 운반선의 처리폐수 저장소에 연결한다. 해상설비와 운반선 사이의 폐수운반을 촉진하는데 필요한 지지선박으로 사용할 수 있다. 일반적으로, 해상설비와 운반선 사이의 처리폐수의 운반은 양쪽이 모두 움직이고 있는 동안이나 양쪽이 모두 계류중이거나 정박중일 때 이루어진다. 해상설비는 운반도중에도 계속해서 처리폐수를 만들어낼 수 있다.
폐수처리에서 생기는 슬러지를 처리해 해양 폐수처리설비에 저장할 수 있다. 도 4A에 도시된 시스템에서, 슬러지처리기(280)는 폐수처리 과정중에 수거된 슬러지를 제거하여 처리한다. 일례로, 슬러지를 (해상 폐수처리설비나 다른 해상설비나 육지에 위치할 수 있는) 소화탱크로 운반하고, 이곳에 호기성/함기성 소화기술을 이용해 슬러지내의 유기성분을 분해한다. 소화에 의해 슬러지가 안정되고 악취가 줄어든다. 발병 유기체를 죽이기 위해, 가성약품이나 자외선으로 슬러지를 처리할 수 있다. 처리가 끝나면, 슬러지를 자연으로 배출할 수 있는데, 예를 들면 해양설비 주변 수역으로 배출하거나 육상 처리장에 버린다. 슬러지는 비료로 사용하기도 한다. 쉽게 처리하기 위해, 슬러지에서 수분을 제거하고 비액체 케이크를 만들기 위한 벨트필터 프레스를 이용해 탈수를 통해 슬러지의 양을 줄일 수 있다.
처리된 슬러지를 배출하거나 운반하기 위해, 본 발명은 해양 폐수처리설비에서 처리슬러지를 제거하는 수단을 제공한다. 예컨대, 도 2-3의 경우, 예인선 견인 바지선(70)을 이용해 선박(10)에서 슬러지 폐기/분배 설비(300)로 슬러지(275)를 운반한다. 한편, 도 3의 경우에는 컨베이어 벨트(50)를 이용해 선박(10)에서 슬러지 폐기/분배 설비(300)로 슬러지를 운반한다.
경우에 따라서는, 해양 폐수처리설비에서 주변 수역으로 처리슬러지를 배출하기도 한다. 이 경우, 해양설비에서 슬러지를 제거하는 수단에 슬러지 배출구가 포함된다. 슬러지 배출구는 슬러지 처리기를 주변 수역과 연결하기만 하면 된다. 처리슬러지가 주변 수역으로 배출중이면, 배출되기 전에 주변 수역의 물로 희석하는 것이 바람직하다. 주변 수역의 물과 처리폐수를 혼합하기 위한 전술한 수단과 마찬가지로 주변수역의 물과 슬러지를 혼합할 수 있다.
도 1의 시스템(20)에서, 폐수(하수)는 육지(130)에 있는 하수 수거시스템(60)에 수거되어 1차 처리기(200)로 보내지며, 이곳에서 막대조각, 모래, 자갈 등의 큰 물체를 걸러낸다. 처리폐수는 이어서 파이프라인(120)을 통해 선박(10)으로 운반되고, 선박(10)의 취수실(320)을 통해 폐수처리기(20a-d)로 보내지고, 이곳에서 더 처리되어 처리폐수와 슬러지(275)를 생산한다. 처리폐수는 선박(10)에서 배출되기 전에 선박(10) 주변수역(30)의 물로 희석된다. 이런 희석은 선박(10)에서 처리폐수를 제거하는 수단과 폐수처리수단에 연결되는 혼합시스템에서 이루어진다. 혼합시스템은 주변 수역(30)의 물을 취하는 취수구(39)를 포함한다. 취수구(39)는 주변 수역(30)의 물을 취하는 여러개의 구멍이다. 처리폐수는 먼저 혼합된 뒤 선박 주변의 수역과 소통하는 출구를 통해 배출된다. 출구는 선박(10)에서 주변 수역(30)으로 처리폐수를 배출시키는 배출구(40)로서 선박의 선체(11)에 배치된다. 폐수처리과정에서 생기는 슬러지(275)는 바지선(70)을 통해 선박(10)에서 육상기지(140)로 운반된다. 바지선(70)에서 육상기지로 슬러지(275)를 운반하는데 차량(220)을 이용한다.
도 2의 실시예는 도 1과 비슷하지만, 전자의 경우 처리폐수를 선박(10) 주변수역(30)에 버리지 않고 파이프(121)를 통해 육상기지(140)의 수처리 분배설비(80)로 옮긴다. 도 3의 실시예도 도 1-2와 비슷하되, 선박(10)이 해안이 아닌 안벽 가까이 있다. 폐수는 도 2의 시스템과 같은 수단에 의해 선박(10)을 출입한다. 처리폐수는 수처리 분배설비(80)로 옮겨진다. 본 시스템의 슬러지는 컨베이어 벨트(50) 에 의해 선박(10)에서 슬러지 폐기/분배 설비(300)로 옮겨진다. 이 설비(300)에서 슬러지는 폐기되거나 더 처리된다. 슬러지(275)는 이 설비(300)에서 공업용이나 농업용으로 차량(220)에 의해 더 멀리 운반될 수 있다.
도 4A는 1-2차 처리기와 고도처리기를 갖춘 선박(10)의 단면도이다. 폐수는 첫번째 파이프라인(120)과 연결된 취수실(320)을 통해 선박(10)으로 들어간 다음, 1차처리 침전탱크(230)로 들어가 미용해 고체를 제거한다. 폐수는 계속해서 2차처리 바이오리액터(240)로 들어가 이곳에서 미생물이 폐수의 유기물과 영양소를 흡수한다. 수시간의 부유상태를 거친 뒤 미생물은 슬러지(275)로 침전된다. 슬러지(275)의 일부는 슬러지 처리기(280)에서 처리되어 선박(10)에서 폐기되지만, 나머지는 2차처리 바이오리액터(240)에서 더 처리된다. 폐수는 2차처리를 위해 2차처리 탱크(260)로 보내지고, 이어서 최종처리 탱크(270)에서 소독된다. 처리폐수는 이때 배출실(340)과 파이프라인을 통해 선박(10)에서 육상 설비(140)로 옮겨지고, 이곳에서 폐기되거나 분배된다. 처리폐수는 또한 도 1의 배출구(40)를 통해 선박(10) 주변의 수역(30)으로 배출되기도 한다. 한편, 처리폐수는 최종처리 탱크에서 3차처리기로 보내지고, 이곳에서 약품공급기(250)의 약품처리를 받는다. 고도초리된 폐수는 선박(10)에서 주변 수역(30)으로 배출되거나 배출실(340)과 파이프라인(120)을 통해 육상설비(140)로 보내지고 이곳에서 폐기되거나 분배되기도 한다.
도 4B는 2차처리기를 갖춘 선박(10)의 단면도이다. 폐수는 이미 전처리와 1차처리를 받아 대형 고체, 부유고체, 그리이스 등 육지나 수상선박의 부산물을 제거했다. 폐수는 첫번째 파이프라인(120)과 연결된 취수실(320)을 통해 선박(10)으 로 들어간 다음, 바이오리액터(240)로 보내지고, 이곳에서는 별도의 혼합폭기조에 의해 리액터의 성분(미생물과 폐수)이 교호적인 호기성/함기성 주기에 의해 생물량 조절과 영양소 감소를 겪는다(즉, 유기물과 영양소가 폐수에서 제거된다). 조용한 침전을 통해 리액터의 폐수는 10미크론의 천필터를 갖춘 제1 미세여과기(350)로 보내진다. 천필터를 통과하면서 여과된 폐수는 중앙 튜브로 모이고, 이 튜브는 제2 미세여과기(350)로 이어진 공급채널로 향한다. 제2 미세여과기(350)로 보내진 폐수는 낮은 정압에 의해 0.1 미크론의 다수의 막을 통과하면서 사이즈 0.1미크론 이상의 입자를 걸러낸다. 이들 막에서 걸러진 물은 제2 미세여과기(350)의 상단에서 배출실(340)을 통해 선박(10)에서 나간다. 이렇게 처리 폐수는 선박(10) 주변의 수역(30)으로 배출되거나 더이상의 처리(예; 역삼투 처리), 분배 또는 폐기를 위해 육상설비(140)로 옮겨지기도 한다.

Claims (37)

  1. 해양에서 폐수를 처리하기 위한 선박에 있어서:
    선체;
    선체내에 배치되어 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리해 슬러지와 처리폐수를 포함한 최종생성물을 생산할 수 있는 폐수처리 시스템;
    폐수처리 시스템과 연결되는 폐수 취수구;
    처리폐수를 선박에서 제거하기 위한 출구; 및
    주변 수역의 물과 최종생성물을 혼합하되, 입출구를 갖추고 선박에 설치된 혼합탱크를 구비한 혼합시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 아래의 시스템들중 2가지 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
    폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템;
    폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템;
    미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템; 및
    질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 아래의 시스템들중 3가지 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
    폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템;
    폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템;
    미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템; 및
    질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시 스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이,
    폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템;
    폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템;
    미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템; 및
    질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박..
  9. 제1항에 있어서, 슬러지 처리시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  10. 제9항에 있어서, 상기 슬러지 처리시스템이 슬러지에서 수분을 제거하는 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 선박.
  11. 제9항에 있어서, 상기 슬러지 처리시스템이 유기물을 분해하기 위한 박테리아 처리수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 선박.
  12. 제9항에 있어서, 상기 슬러지 처리시스템이 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소 독시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  13. 제1항에 있어서, 전원수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  14. 제1항에 있어서, 선박을 움직이기 위한 추진시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  15. 육상 폐수수거 시스템에서 바다 안쪽으로 떨어진 수역내에 위치하는 폐수처리 설비에 있어서:
    ⒜ 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리할 수 있고, 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템, 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템, 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템, 및 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템중에서 선택되는 폐수처리기;
    ⒝ 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단;
    ⒞ 처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단; 및
    ⒟ 슬러지를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단;을 포함하고,
    처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단과 슬러지를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단 모두 슬러지나 처리폐수를 주변 수역으로 배출하도록 동작하지 않는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  16. 제15항에 있어서, 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단이 파이프라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  17. 제15항에 있어서, 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단이 선박을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  18. 제15항에 있어서, 처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단이 파이프라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  19. 제15항에 있어서, 처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단이 선박을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  20. 육상 폐수수거 시스템에서 바다 안쪽으로 떨어진 수역내에 위치하는 폐수처리 설비에 있어서:
    ⒜ 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리할 수 있고, 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템, 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템, 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템, 및 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템중에서 선택되는 제1 및 제2 폐수처리기;
    ⒝ 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단;
    ⒞ 처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단; 및
    ⒟ 슬러지를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1, 제2 폐수처리기가 폐수처리 방식에 있어서 서로 다른 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제1, 제2 폐수처리기가 주변 수역에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  23. 제22항에 있어서, 제1 폐수처리기에서 제2 폐수처리기로 폐수를 운반하기 위한 관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  24. 육상 폐수수거 시스템에서 바다 안쪽으로 떨어진 수역내에 위치하는 폐수처리 설비에 있어서:
    ⒜ 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리할 수 있고, 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템, 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템, 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템, 및 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템중에서 선택되는 제1 및 제2 폐수처리기;
    ⒝ 육상 폐수수거 시스템에서 폐수처리 설비로 폐수를 옮기기 위한 수단;
    ⒞ 처리 폐수를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단; 및
    ⒟ 슬러지를 폐수처리 설비에서 제거하기 위한 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제1, 제2 폐수처리기가 폐수처리 방식에 있어서 서로 다른 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제1, 제2 폐수처리기가 주변 수역에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  27. 제24항에 있어서, 제1 폐수처리기에서 제2 폐수처리기로 폐수를 운반하기 위한 관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 설비.
  28. 해양에서 폐수를 처리하기 위한 방법에 있어서:
    선체;
    선체내에 배치되어 일일 2000만 리터 이상의 폐수를 처리해 슬러지와 처리폐수를 포함한 최종생성물을 생산할 수 있는 폐수처리 시스템;
    폐수처리 시스템과 연결되는 폐수 취수구;
    처리폐수를 선박에서 제거하기 위한 출구; 및
    주변 수역의 물과 최종생성물을 혼합하되, 입출구를 갖추고 선박에 설치된 혼합탱크를 구비한 혼합시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 폐수내의 부유 고체나 그리이스의 양을 줄이기 위한 1차처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 폐수내 함유된 유기물의 양을 줄일 수 있는 박테리아를 갖춘 2차처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 미생물을 죽이는 수단을 갖춘 소독처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제28항에 있어서, 상기 폐수처리 시스템이 질소나 인을 포함한 영양소를 폐수에서 제거하는 수단을 갖춘 영양소 제거시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제28항에 있어서, 폐수를 육상기지에서 왕복선을 통해 폐수처리설비로 운반하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제30항에 있어서, 최종생성물을 주변 수역으로 배출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제30항에 있어서, 최종생성물을 육지로 운반하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 파이프라인을 이용하는 방법.
  37. 제35항에 있어서, 왕복선을 이용하는 방법.
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