KR20100049585A - 수성 유출물로부터 화합물을 분리하기 위한 처리 챔버 - Google Patents

수성 유출물로부터 화합물을 분리하기 위한 처리 챔버 Download PDF

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패트릭 션 맥니콜스
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Abstract

본 발명은 수성 유출물 중 화합물을 분리하기 위해 처리 챔버를 사용하는 방법을 개시한다. 보다 구체적으로, 처리 챔버는 직물 유출물과 같은 수성 유출물로부터 화합물을 효율적이고 효과적으로 제거하기 위해 초음파 에너지 및 전극 전위를 사용한다.

Description

수성 유출물로부터 화합물을 분리하기 위한 처리 챔버{TREATMENT CHAMBER FOR SEPARATING COMPOUNDS FROM AQUEOUS EFFLUENT}
본 발명은 일반적으로 수성 용액 중 화합물을 분리하기 위한 처리 챔버에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 직물 유출물과 같은 수성 유출물로부터 화합물을 효율적이고 효과적으로 제거하기 위해 초음파 에너지 및 전극 전위를 사용하는 처리 챔버에 관한 것이다.
거의 모든 직물 염색 및 인쇄 공정에서, 적용된 착색제의 일 부분이 기재에 결합되지 않을 것이다. 통상적으로, 이들 비결합 염료 및 반응물은 물로 헹궈내는 공정에 의해 제거되어, 환경적으로 수용가능한 방식으로 처리되어야 할 많은 양의 직물 유출물을 생성한다.
이전의 시도는 이온 교환 수지 또는 활성탄을 통해 유출물을 통과시킴으로써 직물 유출물을 처리하는 것이었다. 이들 반응 중에, 이러한 재료 또는 수지는 직물 유출물의 염료 및 다른 가용성 성분을 천천히 흡수하고, 효과적으로 수행하기 위해서 다량의 흡착제를 필요로 한다.
다른 시도는 직물 유출물에서 발견되는 염료 및 반응물이 흡착되는 특정한 표면 기능성을 갖는 흡착성 비드 또는 입자를 함유하는 플러그 유동 반응기와 같은 연속 화학 반응기를 이용하는 것이었다. 구체적으로는, 비드 또는 입자가 플러그 유동 반응기의 칼럼으로 패킹되고, 직물 유출물의 수성 용액은 칼럼을 통해 펌핑되어, 비드 또는 입자의 표면을 노출시켜 유출물 중 염료 및 반응물의 흡착이 발생하게 한다. 이들 성분은 비드 또는 입자의 표면 상으로 또는 세공 내부로 흡수될 수 있다.
이러한 종래의 플러그 유동 반응기를 사용하는 칼럼을 통해 직물 유출물을 처리할 때의 하나의 문제점은 비드 또는 입자를 둘러싸는 유체학적 경계층을 통해서, 흡착될 많은 화합물(예를 들어, 염료 및 반응물)이 이동해야만 한다는 것이다. 이 경계층은 흡수 공정을 연장시키고 직물 유출물로부터 결합되지 않은 염료 및 반응물을 제거하는 시간 및 비용을 증가시키는, 성분에 대한 저항성의 근원부이다.
직물 유출물로부터 화합물을 제거하기 위해 필요한 흡수 시간을 감소시키기 위한 하나의 이전의 시도는 플러그 유동 반응기의 공정 스트림의 유동 속도를 증가시키는 것이다. 이는 유체역학적 경계층의 두께를 감소시켜, 비드 및 입자의 표면으로 화합물이 전달되는 속도를 향상시킨다. 그러나, 이 해결책은 흡수 공정이 발생되는 플러그 유동 반응기에서의 체류 시간을 감소시킨다. 또한, 반응기를 가로질러 증가된 압력 강하가 있고, 따라서 큰 플러그 유동 반응기 기하학적 형상 및 처리 기구가 필요하게 된다.
이로 인해, 두꺼운 유체역학적 경계층이 형성되는 것을 방지하고 따라서, 수성 유출물로부터 염료 및 반응물과 같은 화합물의 더 빠르고 효율적인 제거를 가능하게 하는 처리 챔버에 대한 필요가 본 기술분야에 있다.
본 발명은 신규한 처리 챔버를 사용하여 수성 유출물로부터 염료 및 반응물과 같은 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 처리 챔버는, 예를 들어 직물 유출물, 음료, 수역과 같은 다양한 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는데 사용될 수 있다. 또한, 폐기물 스트림 중 질소, 산소 등과 같은 화합물은 본 발명의 방법을 사용하여 제거될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 방법에 사용된 처리 챔버는 종래의 플러그 유동 반응기와 비교할 때 더 얇은 유체역학적 경계부를 갖기 때문에, 화합물의 더 빠르고 더 효율적인 제거를 가능하게 한다. 일반적으로, 처리 챔버는 입구 단부, 출구 단부 및 초음파 도파관 조립체를 포함하는 종장형(elongate) 하우징을 포함한다. 일 실시양태에서, 초음파 도파관 조립체는 혼 부재를 포함하는 초음파 혼 조립체를 포함한다. 통상적으로, 초음파 도파관 조립체는 처리 챔버 내에 전체적으로 배치된다.
이와 같이, 본 발명은 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리 챔버의 종장형 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와, 소정의 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 종장형 초음파 도파관 조립체의 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화(ultrasonically energize)시키고 하전시켜 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 단계와, 하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부 및 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄된다.
또한, 본 발명은 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리 챔버의 종장형 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와, 소정의 제1 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제1 종장형 초음파 도파관 조립체의 제1 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키고 소정의 제2 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제2 종장형 초음파 도파관 조립체의 제2 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시켜 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 단계와, 하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부와 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄되고, 제1 도파관 조립체 및 제2 도파관 조립체는 하우징 내에서 평행하게 배향된다.
또한, 본 발명은 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리 챔버의 종장형 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와, 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위해 소정의 제1 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제1 종장형 초음파 도파관 조립체의 제1 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키고 소정의 제2 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제2 종장형 초음파 도파관 조립체의 제2 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키는 단계와, 하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부와 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄되고, 제1 도파관 조립체 및 제2 도파관 조립체 양자 모두는 독립적으로 종결 단부를 포함하고, 제1 도파관 조립체의 종결 단부는 제2 도파관 조립체의 종결 단부를 향한다.
또한, 본 발명은 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리 챔버의 종장형 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와, 수성 유출물로부터 화합물을 제거하도록 소정의 제1 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제1 종장형 초음파 도파관 조립체의 제1 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키고 소정의 제2 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제2 종장형 초음파 도파관 조립체의 제2 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키는 단계와, 하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부 및 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄되고, 제1 도파관 조립체 및 제2 도파관 조립체 양자 모두는 독립적으로 종결 단부를 포함하고, 제1 도파관 조립체의 종결 단부는 제2 도파관 조립체의 종결 단부 반대편을 향한다.
본 발명의 다른 특징은 이하에 일부 명백해지고, 일부 설명될 것이다.
도 1은 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 일 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
도 2a는 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
도 2b는 도 2a의 처리 챔버의 상부 평면도.
도 3은 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
도 4는 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 제4 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
도 5는 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 제5 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
도 6은 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 제6 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
도 7은 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 제7 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
도 8은 수성 유출물에서 화합물을 제거하기 위해 초음파 혼을 초음파 처리하고 하전시키는 본 발명의 제8 실시양태에 따른 방법에 사용된 처리 챔버의 개략도.
대응하는 도면 부호는 도면 전체적으로 대응하는 부분을 지시한다.
본 발명은 일반적으로 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 처리 챔버에 관한 것이다. 구체적으로, 일 실시양태에서, 처리 챔버는 폐수로부터 질소, 염소 및 산소와 같은 화합물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 처리 챔버는 물 및 암모니아와 같은 화합물을 덜 복잡한 성분(예를 들어, 산소, 질소, 수소 등)으로 분해시키기 위해 초음파 및 전기분해 양자 모두를 사용하는 공정에서 사용된다. 또한, 본 발명의 방법은 용액 외부로 금속(예를 들어, 금, 구리, 은 등)을 침전시키도록 금속 이온의 감소에 사용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 처리 챔버는 직물 유출물로부터 염료 및 반응물을 제거한다. 또 다른 실시양태에서, 처리 챔버는 식수로부터 미생물 및 다른 오염물을 제거한다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 처리 챔버를 제공하고, 처리 챔버는 일반적으로 121로 표시된다. 특히, 처리 챔버(121)는 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위해 액체 용액의 초음파 교반(이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 용액을 전극 전위 상태에 놓이게 하는 것과 조합됨)을 사용하여 액체 처리 시스템에 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 일 특정 용도에서, 상술된 바와 같이, 수성 직물 유출물은 배치되기 전에 미생물(예를 들어, 박테리아, 바이러스, 포자 등)을 죽이거나 제거하고, 그리고/또는 산화시키도록 처리된다. 본 발명의 처리 챔버는 과산화수소의 첨가와 함께 챔버로 오존 가스의 살포를 통해 이를 달성할 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 바와 같이, 초음파 혼은 폐수, 오존 가스 및 과산화수소 내의 성분들 사이에 초음파 화학을 향상시키는 캐비테이션 모드에서 작동된다. 또한, 본 발명의 처리 챔버가 전극형 시스템으로서 하전되기 때문에, 챔버는 유출물로부터 화합물을 제거하도록 산화 환원 반응을 추가로 발생시킨다. 수용액(예를 들어, 유출물)으로부터 제거될 다른 화합물은 예를 들어, 박테리아, 바이러스, 포자, 질소, 할로겐, 산소, 유기 중합체, 금, 은 및 구리를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(121)는 일반적으로 길고, 일반적인 입구 단부(125)(도시된 실시양태의 배향으로 하단부)와 일반적인 출구 단부(127)(도시된 실시양태의 배향으로 상단부)를 갖는다. 처리 챔버(121)는, 유체가 일반적으로 입구 단부(125)에서 처리 챔버(121)로 진입하고, 챔버 내에서 일반적으로 종방향으로(예를 들어, 도시된 실시양태의 배향으로 상향으로) 유동하고, 챔버의 출구 단부에서 일반적으로 챔버를 빠져나오도록 구성된다.
본원에서 "상부" 및 "하부"라는 용어는 다양한 도면에 도시된 처리 챔버(121)의 수직 배향에 따라 사용되고, 사용 시의 챔버의 필수적인 배향을 설명하도록 의도되지 않는다. 즉, 챔버(121)가 가장 적합하게는 수직으로 배향되며, 챔버의 출구 단부(127)가 다양한 도면에 도시된 바와 같이 입구 단부(125) 위에 있지만, 챔버는 입구 단부가 출구 단부 위에 있는 채로 배향될 수 있거나, 수직 배향 이외로 배향될 수 있는 것(도 4 내지 도 6 참조)이 이해되고, 이는 본 발명의 범주 내에 든다.
본원에서 "축방향" 및 "종방향"이라는 용어는 챔버(121)의 수직 방향(예컨대, 도 1의 도시된 실시예에서의 수직 방향과 같은 단부 대 단부)에 대한 방향성을 지칭한다. 본원에서 "횡방향", "측방향", 및 "반경방향"이라는 용어는 축방향(예컨대, 종방향)에 대해 직각인 방향을 지칭한다. 또한, "내측" 및 "외측"이라는 용어는 처리 챔버(121)의 축방향에 대해 횡방향인 방향에 관하여 사용되고, "내측"이라는 용어는 챔버의 내부를 향한 방향을 지칭하고, "외측"이라는 용어는 챔버의 외부를 향한 방향을 지칭한다.
처리 챔버(121)의 입구 단부(125)는 하나 이상의 수성 유출물을 챔버(121)로, 더 적합하게는 챔버를 통해 유도하도록 작동 가능한, 전체적으로 129로 표시된 적합한 흡입 시스템과 유체 연통한다. 도시되지는 않았지만, 흡입 시스템(129)은 각각의 유출물을 이들의 대응하는 공급원으로부터 적합한 도관(도시되지 않음)을 거쳐 챔버(121)의 입구 단부(125)로 펌핑하도록 작동 가능한 하나 이상의 펌프를 포함할 수 있는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 이해하여야 한다.
흡입 시스템(129)은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 하나 초과의 수용액을 처리 챔버(121)로 전달하도록 구성될 수 있는 것이 이해된다. 도 1에 도시되고 본원에서 설명되는 것 이외의 흡입 시스템이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 하나 이상의 유출물을 처리 챔버(121)의 입구 단부(125)로 전달하도록 사용될 수 있는 것도 고려된다.
또한, 입구 단부(125)는 하우징의 내부로 공기를 송풍시키도록 설계된, 전체적으로 171로 표시된 공기 살포기와 유체 연통할 수 있다. 공기 살포기(171)는 혼을 향한 횡방향 내측으로의 액체(예: 수성 유출물)의 유동을 용이하게 하여, 액체의 초음파 활성화(즉, 교반)를 용이하게 한다. 전형적으로, 공기는 작은 공기 버블을 생성하도록 다공성 매체를 통해 송풍된다. 바람직하게는, 처리 챔버 내에서 사용되는 공기 살포기는 중간 내지 미세한 등급의 기체 확산기 세공율과, 약 0.01 L/min 내지 약 100 L/min, 더 적합하게는 약 10 L/min 내지 약 50 L/min의 기체 유량을 갖는다. 또한, 공기 살포기는 처리 시스템의 원하는 기체 유량 및 배압에 따라, 약 0.2 psi 내지 약 100 psi, 더 적합하게는 약 10 psi 내지 약 50 psi의 기체 압력으로 하우징의 내부로 공기를 송풍시킨다.
계속 도 1을 참조하면, 처리 챔버(121)는 챔버의 내부 공간(153)을 형성하는 하우징(151)을 포함하고, 챔버로 전달된 액체는 하우징을 통해 입구 단부(125)로부터 출구 단부(127)로 유동한다. 하우징(151)은 적합하게는, 대체로 챔버(121)의 측벽(157)을 적어도 부분적으로 형성하는 종장형 튜브(155)를 포함한다. 튜브(155)는 내부에 형성된 하나 이상의 입구 포트(하나의 그러한 입구 포트가 도 1에 도시되어 있고, 159로 표시되어 있음)를 가질 수 있고, 이를 통해 챔버(121) 내에서 처리될 하나 이상의 유출물이 챔버의 내부 공간(153)으로 전달된다. 하우징의 입구 단부는 하나 초과의 포트를 포함할 수 있는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 이해하여야 한다. 예를 들어, 도시되지는 않았지만, 하우징은 2개의 입구 포트를 포함할 수 있고, 제1 입구 포트와 제2 입구 포트는 적합하게는 서로 평행하게 이격된 관계에 있다. 또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 하우징은 2개의 입구 단부(269, 279)를 포함할 수 있다. 2개의 입구 단부들(269, 279)은 (전체적으로 각각 235 및 245로 표시된) 하나 이상의 입구 포트를 추가로 독립적으로 포함할 수 있다.
또한, 하나의 적합한 실시예에서, 하우징은 챔버의 입구 단부를 (입구 포트와 함께) 추가로 형성하기 위해 튜브의 일 단부에 연결되어 장착되는 입구 칼라(도시되지 않음)를 추가로 포함한다. 챔버의 입구 단부의 입구 칼라는 대체로 환상이고, 챔버의 내부 공간 내로 수성 유출물을 수용하기 위해 내부에 형성된 하나 이상의, 더 적합하게는 복수의 입구 포트를 갖는다. 하나 이상의 입구 포트는 환상 칼라에 대해 대체로 접하면서 배향되어, 액체는 챔버에 대체로 접하면서 챔버의 내부 공간 내로 유동하여, 액체가 챔버로 진입할 때 액체에 와류 작용을 가한다. 더 적합하게는, 한 쌍의 입구 포트가 서로 평행 정렬로 배열되고, 환상 칼라에 대해 대체로 접하면서 연장하고, 하나의 포트는 본원에서 외측 입구 포트로서 표시되고, 다른 포트는 내측 입구 포트로서 표시된다.
이러한 이중 접선 입구 포트 배열은 유출물이 챔버 내에서 초음파 처리 및 전하(electric charge)를 추가로 받기 전에, 유출물 내 성분들의 혼합을 개시하는데 특히 유용하다. 이러한 작용은 수성 유출물이 챔버 내로 유도되는 접선 방향으로부터 생성되는 와류 작용과 조합하여, 수성 유출물이 초음파 및 전기 처리를 위해 챔버를 통해 추가로 유동하기 전에, 이들 두 성분들의 초기 혼합을 용이하게 한다. 추가의 성분이 혼합물에 첨가되어야 하면, 그러한 성분은 챔버 측벽 내에 형성된 입구 포트를 거쳐 챔버의 내부 공간 내로 전달될 수 있다. 칼라는 또한 추가의 접선 방향 입구 포트 세트 및 한 쌍의 대체로 수직으로 배향된 입구 포트를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 범주 내에서 어떠한 포트도 칼라에 대해 접하여 배향될 필요가 없는 것이 이해된다. 또한, 칼라는 모든 성분들이 챔버 측벽 내에 형성된 입구 포트로 전달되도록 모두 생략될 수 있는 것도 고려된다.
도 2a를 참조하면, 일 실시예에서, 하우징(251)은 측벽(257)의 종방향 양 단부에 연결되어 이를 실질적으로 폐쇄하며, 처리 챔버(221)의 출구 단부(227)를 대체로 형성하기 위한 하나 이상의 출구 포트(265)를 내부에 갖는 폐쇄구(263)를 포함할 수 있다. 챔버(221)의 (예컨대, 종장형 튜브(255)에 의해 형성된) 측벽(257)은 도파관 조립체 (또는 하기에서 추가로 설명되고, 전체적으로 201 및 203으로 표시되는 도파관 조립체) 및 폐쇄구(263)와 함께 챔버의 내부 공간(253)을 형성하는 내측 표면(267)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 튜브(255)는 대체로 원통형이어서, 챔버 측벽(257)은 단면이 대체로 환상이다. 그러나, 챔버 측벽(257)의 단면은 다각형 또는 다른 적합한 형상과 같이, 환상 이외의 것일 수 있는 것이 고려되고, 이는 본 발명의 범주 내에 든다. 도시된 챔버(221)의 챔버 측벽(257)은 적합하게는 투명한 재료로 구성되지만, 임의의 적합한 재료가 챔버 내에서 처리되는 액체 용액, 챔버가 작동하도록 의도된 압력, 및 온도와 같은 챔버 내의 다른 환경 조건과 양립 가능하다면, 사용될 수 있는 것이 이해된다.
다시 도 1을 참조하면, 전체적으로 101로 표시된 도파관 조립체는 챔버(121)의 내부 공간(153)을 통해 유동하는 액체 (및 수성 유출물의 임의의 다른 성분)를 초음파로 활성화시키도록, 챔버(121)의 내부 공간(153) 내에서 종방향으로 적어도 부분적으로 연장된다. 특히, 도시된 실시예의 도파관 조립체(101)는 챔버(121)의 하부 또는 입구 단부(125)로부터 내부 공간(153) 내로 위로 그리고 입구 포트(예컨대, 존재하는 경우 입구 포트(159)) 중간에 배치된 도파관 조립체의 종결 단부(113)로 종방향으로 연장된다. 도 1 및 2A에서 챔버(121)의 내부 공간(153) 내로 종방향으로 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 특히 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 도파관 조립체는 챔버의 내부 공간을 통해 수평으로 이어지면서, 챔버의 하우징 측벽으로부터 측방향으로 연장될 수 있는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 이해하여야 한다. 전형적으로, 도파관 조립체(101)는 본원에서 이후에 설명될 바와 같이, 챔버 하우징(151)에 직접 또는 간접으로 장착된다.
이제 도 1을 참조하면, 도파관 조립체(101)는 적합하게는 챔버(121) 내에서 처리되는 액체 내에 완전히 침지되도록 입구 포트(159)와 출구 포트(165) 중간에서 하우징(151)의 내부 공간(153) 내에 전체가 배치된, 전체적으로 133으로 표시된 종장형 혼 조립체를 포함하고, 더 적합하게는, 도시된 실시예에서, 혼 조립체는 챔버 측벽(157)과 동축으로 정렬된다. 혼 조립체(133)는 측벽(157)의 내측 표면(167)과 함께 챔버(121)의 내부 공간(153) 내의 유동 경로를 형성하는 외측 표면(107)을 갖고, 이 유동 경로를 따라 액체 및 다른 성분들이 챔버 내에서 혼을 지나 유동한다 (유동 경로의 이러한 부분은 대체로 본원에서 초음파 처리 구역으로서 지칭됨). 혼 조립체(133)는 혼 조립체의 종결 단부(및 따라서 도파관 조립체의 종결 단부(113))를 형성하는 상단부, 및 종방향 반대측의 하단부(111)를 갖는다. 또한, 도시되지는 않았지만, 도파관 조립체(101)는 혼 조립체(133)와 동축으로 정렬되고, 상단부에서 그의 하단부(111)에 연결되는 부스터를 또한 포함하는 것이 특히 바람직하다. 그러나, 도파관 조립체(101)는 혼 조립체(133)만을 포함할 수 있는 것이 이해되고, 이는 본 발명의 범주 내에 든다. 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 부스터는, 혼 조립체(133)가 챔버 하우징(151) 상에 장착된 채로, 그의 전체가 챔버 하우징(151)의 외부에 배치될 수 있는 것도 고려된다.
도파관 조립체(101), 보다 구체적으로 부스터는 적합하게는 (작동 중에 초음파 진동하는) 도파관 조립체를 처리 챔버 하우징으로부터 진동 격리시키도록 구성된 장착 부재(도시되지 않음)에 의해, 그의 상단부에서 챔버 하우징(151) 상에, 예컨대 챔버 측벽(157)을 형성하는 튜브(155) 상에 장착된다. 즉, 장착 부재는 챔버 하우징의 내부 공간(153) 내에서 도파관 조립체(구체적으로 혼 조립체(133))의 목적하는 횡방향 위치를 유지하고 챔버 하우징 내에서 혼 조립체의 종방향 및 횡방향 변위를 허용하면서, 도파관 조립체(101)의 종방향 및 횡방향 기계적 진동의 챔버 하우징(151)으로의 전달을 억제한다. 또한, 장착 부재는 (예컨대, 부스터 및/또는 혼 조립체의 하단부와 함께) 챔버(121)의 입구 단부(125)를 적어도 부분적으로 폐쇄한다. 적합한 장착 부재 구성의 예는 미국 특허 제6,676,003호에 도시되고 설명되어 있고, 상기 미국 특허의 전체 내용은 본원과 일치하는 범위까지 본원에 참조로 통합되었다.
하나의 특히 적합한 실시예에서, 장착 부재는 단일편 구성이다. 보다 더 적합하게는, 장착 부재는 부스터 (및 더 광범위하게는, 도파관 조립체(101))와 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 장착 부재는 도파관 조립체(101)와 별도로 구성될 수 있는 것이 이해되고, 이는 본 발명의 범주 내에 든다. 또한, 장착 부재의 하나 이상의 구성요소들은 별도로 구성되고, 적합하게 함께 연결되거나 달리 조립될 수 있는 것이 이해된다.
하나의 적합한 실시예에서, 장착 부재는 도파관 조립체(101)를 챔버(121)의 내부 공간(153) 내에 적절한 정렬로 유지시키기 위해 대체로 강성(예컨대, 하중 하에서 정적 변위에 대해 저항성)이도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 일 실시예의 강성 장착 부재는 비탄성 재료, 더 적합하게는 금속, 보다 더 적합하게는 부스터 (및 더 광범위하게는 도파관 조립체(101))가 구성되는 동일한 금속으로 구성될 수 있다. 그러나, "강성"이라는 용어는 장착 부재가 도파관 조립체(101)의 초음파 진동에 응답하여 동적인 휨 및/또는 굽힘이 불가능한 것을 의미하도록 의도되지 않는다. 다른 실시예에서, 강성 장착 부재는 하중 하에서 정적 변위에 대해 충분히 저항성이지만, 도파관 조립체(101)의 초음파 진동에 응답하여 동적인 휨 및/또는 굽힘이 가능한 탄성 재료로 구성될 수 있다.
적어도 여기체(도시되지 않음) 및 전원(도시되지 않음)을 포함하는 적합한 초음파 구동 시스템(131)이 챔버(121)의 외부에 배치되고, 부스터(도시되지 않음) (및 더 광범위하게는 도파관 조립체(101))에 작동식으로 연결되어, 도파관 조립체를 기계식으로 초음파로 진동시키도록 활성화시킨다. 적합한 초음파 구동 시스템(131)의 예는 미국 일리노이주 세인트 찰스 소재의 듀케인 울트라소닉스(Dukane Ultrasonics)로부터 구입 가능한 모델 20A3000 시스템, 및 미국 일리노이주 샤움버그 소재의 헤르만 울트라소닉스(Herrmann Ultrasonics)로부터 구입 가능한 모델 2000CS 시스템을 포함한다.
일 실시예에서, 구동 시스템(131)은 약 15 kHz 내지 약 100 kHz의 범위, 더 적합하게는 약 15 kHz 내지 약 60 kHz의 범위, 보다 더 적합하게는 약 20 kHz 내지 약 40 kHz의 범위 내의 주파수에서 도파관 조립체(101)를 작동시킬 수 있다. 그러한 초음파 구동 시스템(131)은 본 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있고, 본원에서 추가로 설명될 필요가 없다.
특히 도 1을 참조하면, 혼 조립체(133)는 외측 표면(107)을 갖는 종장형의, 대체로 원통형인 혼(105)과, 혼에 연결되고 혼의 외측 표면으로부터 횡방향 외측으로 적어도 부분적으로 연장된, 서로 종방향으로 이격된 관계의 2개 이상의(즉, 복수의) 교반 부재(137)를 포함한다. 혼(105)은 적합하게는 혼의 공진 파장의 약 절반(일반적으로, 1/2 파장으로 달리 지칭됨)과 동일한 길이를 갖는 크기이다. 하나의 특정 실시예에서, 혼(105)은 적합하게는 앞서 언급된 초음파 주파수 범위 내에서, 가장 적합하게는 20 kHz에서 공진하도록 구성된다. 예를 들어, 혼(105)은 적합하게는 티타늄 합금(예컨대, Ti6Al4V)으로 구성되고, 20 kHz에서 공진하는 크기일 수 있다. 그러한 주파수에서 작동하는 1/2 파장 혼(105)은 따라서 약 101.6 mm(4 인치) 내지 약 152.4 mm(6 인치)의 범위, 더 적합하게는 약 114.3 mm(4.5 인치) 내지 약 139.7 mm(5.5 인치)의 범위, 보다 더 적합하게는 약 127 mm(5.0 인치) 내지 약 139.7 mm(5.5 인치)의 범위의 (1/2 파장에 대응하는) 길이, 및 가장 적합하게는 약 5.25 인치(133.4 mm)의 길이를 갖는다. 그러나, 처리 챔버(121)는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 1/2 파장의 임의의 증분을 갖는 크기의 혼(105)을 포함할 수 있는 것이 이해된다.
도시된 실시예에서, 교반 부재(137)는 혼(105)의 원주부 둘레에서, 서로 종방향으로 이격된 관계로 그리고 혼의 외측 표면으로부터 횡방향 외측으로 (예컨대, 도시된 실시예에서 반경방향으로) 연장하는 일련의 6개의 와셔형 링을 포함한다. 이러한 방식으로, 혼(105)에 대한 교반 부재(137) 각각의 진동 변위는 혼의 원주부 둘레에서 비교적 균일하다. 그러나, 교반 부재(137)는 각각 혼(105)의 원주부 둘레에서 연속적일 필요가 없는 것이 이해된다. 예를 들어, 교반 부재(137)는 대신에, 스포크, 블레이드, 핀(fin), 또는 혼(105)의 외측 표면(107)으로부터 횡방향 외측으로 연장하는 다른 별개의 구조 부재의 형태일 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 6개의 교반 부재들 중 2개는 T-형상(701, 703, 705, 707)이다. 구체적으로, 노드 영역을 둘러싸는 2개의 교반 부재는 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, T-형상이다. T-형상의 부재들은 본원에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 캐비테이션 효과를 더욱 증가시키는 강한 반경방향(예컨대, 수평) 음파를 발생시키는 것이 발견되었다.
치수 예로서, 도 1의 도시된 실시예의 혼 조립체(133)는 약 5.25 인치(133.4 mm)의 길이를 갖고, 링(137) 중 하나는 적합하게는 혼(105)(및 따라서 도파관 조립체(101))의 종결 단부(113)에 인접하여 배치되고, 더 적합하게는 혼(105)의 종결 단부로부터 대략 0.063 인치(1.6 mm) 종방향으로 이격된다. 다른 실시예에서, 최상부 링(137)은 혼(105)의 종결 단부에 배치될 수 있고, 이는 본 발명의 범주 내에 든다. 링(137)은 각각 두께가 약 0.125 인치(3.2 mm)이고, 서로로부터 (링들의 대면 표면들 사이) 약 0.875 인치(22.2 mm)의 거리로 종방향으로 이격된다.
교반 부재(137)(예컨대, 도시된 실시예에서 링)의 개수는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 6개 미만 또는 6개 초과일 수 있는 것이 이해된다. 교반 부재(137)들 사이의 종방향 간격은 도 1에 도시되고 상기에서 설명된 바와 다를 수 있는 것(예컨대, 더 가깝거나 더 멀리 이격될 수 있는 것)도 이해된다. 또한, 도 1에 도시된 링(137)이 서로로부터 종방향으로 균등하게 이격되지만, 2개를 초과하는 교반 부재들이 존재하는 경우에, 종방향으로 연속된 교반 부재들 사이의 간격은 본 발명의 범주 내에서 균일할 필요가 없는 것이 대안적으로 고려된다. 또한, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 도파관 조립체가 챔버의 내부 공간 내에서 측방향으로 연장할 때, 교반 부재들은 서로로부터 측방향으로 이격될 수 있다.
특히, 교반 부재(137)의 위치는 적어도 부분적으로 혼 조립체(133)의 진동 시의 교반 부재들의 의도된 진동 변위의 함수이다. 예를 들어, 도 1의 도시된 실시예에서, 혼 조립체(133)는 (예컨대, 제3 링과 제4 링 사이에서) 혼(105)의 대체로 종방향 중심에 위치된 노드 영역을 갖는다. 본원에서 사용되고, 특히 도 1에 도시된 혼(105)의 "노드 영역"은, 혼의 초음파 진동 중에 종방향 변위가 거의 (또는 전혀) 발생하지 않고 혼의 횡방향 (예컨대, 도시된 실시예에서 반경방향) 변위가 대체로 최대화되는, 혼 부재의 종방향 영역 또는 세그먼트를 지칭한다. 또한, 혼 조립체(133)의 횡방향 변위는 적합하게는 혼의 횡방향 확장을 포함하지만, 혼의 횡방향 이동(예컨대, 굽힘)을 포함할 수도 있다. 유사하게, 혼이 챔버 하우징의 내부 공간 내에서 측방향으로 이어지는 도 4 내지 도 6에서, "노드 영역"은 혼의 초음파 진동 중에 측방향 변위가 거의 (또는 전혀) 발생하지 않고 혼의 축방향 (예컨대, 도시된 실시예에서 종방향) 변위가 대체로 최대화되는, 혼 부재의 측방향 영역 또는 세그먼트를 지칭한다.
도 1의 도시된 실시예에서, 1/2 파장 혼(105)의 구성은 노드 영역이 특히 노드 평면 (즉, 횡방향 변위가 대체로 최대화되면서 종방향 변위가 발생하지 않는 혼 부재에 대해 횡방향인 평면)에 의해 형성되도록 되어 있다. 이러한 평면은 또한 때때로 "노드 지점"으로 지칭된다. 따라서, 혼(105)의 노드 영역으로부터 종방향으로 더 멀리 배치된 교반 부재(137)(예컨대, 도시된 실시예에서, 링)들은 주로 종방향 변위를 경험하고, 노드 영역에 종방향으로 더 가까이 있는 교반 부재들은 종방향으로 먼 교반 부재들에 비해 증가된 양의 횡방향 변위 및 감소된 양의 종방향 변위를 경험할 것이다.
혼(105)은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 노드 영역이 혼 부재 상에서 종방향으로 중심에 위치되지 않도록 구성될 수 있는 것이 이해된다. 교반 부재(137) 중 하나 이상은 혼(105)의 초음파 진동 시에 혼에 대한 종방향 및 횡방향 변위를 모두 경험하도록 혼 상에서 종방향으로 위치될 수 있는 것도 이해된다.
계속 도 1을 참조하면, 교반 부재(137)는 혼의 초음파 진동에 응답하여 교반 부재의 동적 운동, 특히 동적인 휨/굽힘을 충분히 용이하게 하도록 (예컨대, 재료, 및/또는 두께 및 교반 부재가 혼(105)의 외측 표면(107)으로부터 횡방향 외측으로 연장하는 거리인 횡방향 길이와 같은 치수에 있어서) 구성된다. 하나의 특히 적합한 실시예에서, 도파관 조립체(101)가 처리 챔버 내에서 작동되도록 주어진 초음파 주파수(본원에서, 도파관 조립체의 소정의 주파수로 달리 지칭됨) 및 챔버(121) 내에서 처리되는 특정 액체에 대해, 교반 부재(137) 및 혼(105)은 적합하게는 본원에서 소정의 주파수에서의 초음파 캐비테이션 모드로 지칭되는 것에서 교반 부재들을 작동시키도록 구성 및 배열된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 교반 부재의 초음파 캐비테이션 모드는 소정의 초음파 주파수에서 처리되는 액체의 캐비테이션 (즉, 액체 내에서의 버블의 형성, 성장 및 폭발성 붕괴)를 생성하기에 충분한 교반 부재의 진동 변위를 지칭한다. 예를 들어, 챔버 내에서 유동하는 액체가 수성 유출물, 특히 물을 포함하고, 도파관 조립체(101)가 작동되는 초음파 주파수(즉, 소정의 주파수)가 약 20 kHz인 경우에, 교반 부재(137)들 중 하나 이상은 적합하게는 교반 부재의 캐비테이션 모드를 확립하기 위해 적어도 1.75 mil (즉, 0.00175 인치 또는 0.044 mm)의 진동 변위를 제공하도록 구성된다. 도파관 조립체(101)는 처리되는 특정 액체와 관련된 목적하는 캐비테이션 모드를 달성하기 위해 (예컨대, 재료, 크기 등에 있어서) 다르게 구성될 수 있는 것이 이해된다. 예를 들어, 처리되는 액체의 점성이 변화함에 따라, 교반 부재의 캐비테이션 모드는 변화될 필요가 있을 수 있다.
특히 적합한 실시예에서, 교반 부재의 캐비테이션 모드는 교반 부재의 공진 모드에 대응하고, 이에 의해 교반 부재의 진동 변위는 혼의 변위에 대해 증폭된다. 그러나, 캐비테이션은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 교반 부재가 그의 공진 모드에서 작동하지 않으면서, 또는 심지어 혼의 변위보다 더 큰 진동 변위에서도 발생할 수 있는 것이 이해된다.
하나의 적합한 실시예에서, 교반 부재 중 하나 이상, 더 적합하게는 모두의 횡방향 길이의 교반 부재의 두께에 대한 비율은 약 2:1 내지 약 6:1의 범위 내이다. 다른 예로서, 링은 각각 혼(105)의 외측 표면(107)으로부터 횡방향 외측으로 약 0.5 인치(12.7 mm)의 길이로 연장되고, 각각의 링의 두께는 약 0.125 인치(3.2 mm)여서, 각각의 링의 두께에 대한 횡방향 길이의 비율은 약 4:1이다. 그러나, 교반 부재의 두께 및/또는 횡방향 길이는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 상기에서 설명된 바와 같은 링의 두께 및/또는 횡방향 길이와 다를 수 있는 것이 이해된다. 또한, 교반 부재(137)(링)가 적합하게는 각각 동일한 횡방향 길이 및 두께를 갖지만, 교반 부재는 상이한 두께 및/또는 횡방향 길이를 가질 수 있는 것이 이해된다.
전술한 실시예에서, 교반 부재의 횡방향 길이는 또한 챔버의 내부 공간 내의 액체 또는 다른 유동 가능한 성분이 혼을 지나 유동하는 유동 경로의 크기를 적어도 부분적으로 (그리고 방향을 적어도 부분적으로) 형성한다. 예를 들어, 혼은 약 0.875 인치(22.2 mm)의 반경을 가질 수 있고, 각각의 링의 횡방향 길이는 상기에서 논의된 바와 같이, 약 0.5 인치(12.7 mm)이다. 하우징 측벽의 내측 표면의 반경은 대략 1.75 인치(44.5 mm)여서, 각각의 링과 하우징 측벽의 내측 표면 사이의 횡방향 간격은 약 0.375 인치(9.5 mm)이다. 혼 외측 표면과 챔버 측벽의 내측 표면 사이 및/또는 교반 부재와 챔버 측벽의 내측 표면 사이의 간격은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 위에서 설명된 것보다 더 크거나 더 작을 수 있는 것이 고려된다.
대체로, 혼(105)은 적합한 음향적 및 기계적 특성을 갖는 금속으로 구성될 수 있다. 혼(105)을 구성하기 위해 적합한 금속의 예는 알루미늄, 모넬, 티타늄, 스테인리스 강, 및 몇몇 합금 강철을 포함하되, 이에 제한되지는 않는다. 혼(105)의 전부 또는 일부는 몇몇을 언급하자면 은, 백금, 금, 팔라듐, 이산화납, 및 구리와 같은 다른 금속으로 코팅될 수 있는 것도 고려된다. 하나의 특히 적합한 실시예에서, 교반 부재(137)는 혼(105)과 동일한 재료로 구성되고, 더 적합하게는 혼과 일체로 형성된다. 다른 실시예에서, 교반 부재(137) 중 하나 이상은 대신에 혼(105)과 별도로 형성되어 혼에 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 교반 부재(137)(예컨대, 링)이 비교적 편평, 즉 단면이 비교적 직사각형이지만, 링은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 직사각형 이외의 단면을 가질 수 있는 것이 이해된다. 이러한 경우에 "단면"이라는 용어는 하나의 횡방향을 따라 (예컨대, 도시된 실시예에서, 혼 외측 표면(107)에 대해 반경방향으로) 취한 단면을 지칭한다. 추가로, 도 1에 도시된 교반 부재(137)(예컨대, 링)가 횡방향 구성요소를 갖는 것으로만 구성되었지만, 교반 부재들 중 하나 이상은 도파관 조립체(101)의 초음파 진동 중에 (예컨대, 도 1에 도시된 혼의 노드 영역에서 그리고 그 부근에서) 혼의 횡방향 진동 변위를 이용하기 위해 적어도 하나의 종방향 (예컨대, 축방향) 구성요소를 가질 수 있는 것이 고려된다.
도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 혼(105)의 기단부는 적합하게는 도 1의 입구 포트(125)로부터 종방향으로 이격되어, 혼(105)의 상류에서 본원에서 챔버 하우징(151)의 내부 공간(153) 내의 액체의 초기 와류가 발생하는 액체 흡입 구역으로 지칭되는 것을 형성한다. 이러한 흡입 구역은 액체로부터 화합물을 제거할 때, 액체가 처리 챔버의 초음파 혼과 접촉하기 전에, 처리되는 액체와 미리 혼합될 수 있는 다른 성분(예컨대, 과산화수소)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 더 구체적으로, 과산화수소와 같은 추가의 성분은 액체로부터의 화합물의 더 양호한 제거를 허용하기 위한 강한 산화 매체로서 사용될 수 있다. 그러나, 혼(105)의 기단부는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 도 1에 도시된 것보다 입구 포트(125)에 더 가까울 수 있고, 흡입 구역을 대체로 생략하기 위해 입구 포트에 상당히 인접할 수 있는 것이 이해된다.
이제 도 2a를 참조하면, 전체적으로 245로 표시된 배플 조립체가 챔버(221)의 내부 공간(253) 내에서, 특히 측벽(257)의 내측 표면(267)에 대체로 횡방향으로 인접하여 그리고 혼(205)과 대체로 횡방향으로 대향하는 관계로 배치된다. 하나의 적합한 실시예에서, 배플 조립체(245)는 하우징 측벽(257)의 내측 표면(267)에 인접하여 배치되고, 측벽의 내측 표면으로부터 혼(205)을 향해 횡방향 내측으로 적어도 부분적으로 연장되는 하나 이상의 배플 부재(247)를 포함한다. 더 적합하게는, 하나 이상의 배플 부재(247)는 하우징 측벽 내측 표면(267)으로부터, 혼(205)의 외측 표면(207)으로부터 외측으로 연장되는 교반 부재(237)와 종방향으로 끼워지는 위치로 횡방향 내측으로 연장한다. 본원에서 "종방향으로 끼워지는"이라는 용어는 혼(205)의 종방향 축에 대해 평행하게 그려진 종방향 선이 교반 부재(237) 및 배플 부재(247)를 통과하는 것을 의미하도록 사용된다. 일례로서, 도시된 실시예에서, 배플 조립체(245)는 6개의 교반 부재(237)와 종방향으로 끼워지는 (즉, 혼(205) 둘레에서 연속적으로 연장되는) 5개의 대체로 환상인 배플 부재(247)를 포함한다. 유사하게, 도 4 내지 도 6에서, 도파관 조립체가 하우징 내에서 측방향으로 이어질 때, 하나 이상의 배플 부재는 하우징 측벽 내측 표면으로부터, 혼의 외측 표면으로부터 외측으로 연장되는 교반 부재와 측방향으로 끼워지는 위치로 횡방향 내측으로 연장한다.
더 특별한 예로서, 도 2a에 도시된 5개의 환상 배플 부재(247)는 이전의 치수 예(즉, 0.125 인치(3.2 mm))의 교반 부재(237)와 동일한 두께이고, 링들 사이의 종방향 간격(즉, 0.875 인치(22.2 mm))과 동일하게 (예컨대, 연속된 배플 부재들의 대향된 면들 사이에서) 서로로부터 종방향으로 이격된다. 환상 배플 부재(247) 각각은 배플 부재의 최내측 모서리가 교반 부재(237)(예컨대, 링)의 최외측 모서리를 넘어 횡방향 내측으로 연장되도록, 약 0.5 인치(12.7 mm)의 횡방향 길이(예컨대, 하우징 측벽(257)의 내측 표면(267)의 내측의)를 갖는다. 그러나, 배플 부재(247)는 본 발명의 범주 내에서 혼(205)의 교반 부재(237)의 최외측 모서리를 넘어 횡방향 내측으로 연장할 필요가 없는 것이 이해된다.
배플 부재(247)는 따라서 (예컨대, 초음파 처리 구역 내에서) 챔버(221)의 내부 공간(253) 내에서 혼(205)을 지나 유동하는 액체의 유동 경로 내로 연장하는 것이 이해될 것이다. 이와 같이, 배플 부재(247)는 액체가 챔버 측벽(257)의 내측 표면(267)을 따라 혼(205)을 지나 유동하는 것을 억제하고, 더 적합하게는 배플 부재는 혼의 교반 부재를 넘어 유동(따라서, 만일 있다면 흡착제 상으로 유동)하도록 혼을 향한 횡방향 내측으로의 액체의 유동을 용이하게 하여, 혼의 외측 표면에 존재하는 초음파 에너지 및 전하를 사용하여 화합물의 제거를 용이하게 한다.
예컨대 액체의 교반 결과로서, 기체 버블이 측벽(257)의 내측 표면(267)을 따라 그리고 각각의 배플 부재(247)의 저면 상의 면을 가로질러 정체되거나 축적되는 것을 억제하기 위해, 일련의 노치(광범위하게는, 개방부)들이 배플 부재들 각각의 외측 모서리(도시되지 않음) 내에 형성되어, 배플 부재의 외측 모서리와 챔버 측벽의 내측 표면 사이의 기체(예컨대, 기체 버블)의 유동을 용이하게 한다. 예를 들어, 하나의 특히 바람직한 실시예에서, 4개의 그러한 노치들이 서로 등간격으로 배플 부재들 각각의 외측 모서리 내에 형성된다. 개방부들은, 배플 부재가 하우징과 맞닿는 경우에, 외측 모서리 이외에서 배플 부재 내에 형성될 수 있는 것이 이해되고, 이는 본 발명의 범주 내에 든다. 이러한 노치들은 상기에서 논의된 바와 같이, 4개보다 더 많거나 더 적은 개수일 수 있고, 심지어 완전히 생략될 수 있는 것도 이해된다.
배플 부재(247)는 환상이거나 혼(205) 둘레에서 연속적으로 연장될 필요가 없는 것도 또한 고려된다. 예를 들어, 배플 부재(247)는 스포크, 범프, 세그먼트, 또는 하우징 측벽(257)의 내측 표면(267)에 인접해서부터 횡방향 내측으로 연장하는 다른 별개의 구조적 형성부의 형태에서와 같이, 혼(205) 둘레에서 불연속적으로 연장될 수 있다. 혼 둘레에서 연속적으로 연장되는 배플 부재(247)와 관련된 "연속적으로"라는 용어는 단부 대 단부로 맞닿는 관계로 배열된 2개 이상의 원호형 세그먼트들인 배플 부재를, 즉 상당한 갭이 그러한 세그먼트들 사이에 형성되지 않는 한, 배제하지 않는다. 적합한 배플 부재 구성은 본원과 일치하는 범위까지 본원에 참조로 통합된, (2006년 9월 8일자로 출원된) 미국 출원 제11/530,311호에 개시되어 있다.
또한, 도 2a에 도시된 배플 부재(247)들이 각각 예컨대, 대체로 얇은 직사각형 단면을 가져서, 대체로 편평하지만, 배플 부재들 중 하나 이상이 각각 챔버(221)의 내부 공간(253)을 따른 기체 버블의 유동을 더욱 용이하게 하기 위해 대체로 편평하거나 직사각형 단면이 아닐 수 있는 것이 고려된다. "단면"이라는 용어는 이러한 경우에, 하나의 횡방향을 따라 (예컨대, 혼 외측 표면(207)에 대해, 도시된 실시예에서 반경방향으로) 취한 단면을 지칭하도록 사용된다.
다시 도 1을 참조하면, 처리 챔버(121)는 챔버 하우징(151)의 내부 공간(153) 내에서 전기 전위를 생성하기 위해, (120으로 표시된) 직류 발생기와 같은 전기 전도 발생기에 추가로 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 발생기(120)는 처리 챔버(121)의 하나 이상의 구성요소로의 (122 및 124로 표시된) 전기 와이어를 통해 챔버(121)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 도시된 실시예에서, 전기 와이어(122, 124)는 직류 발생기(120)를 혼(105)의 종결 단부(예컨대, 도파관 조립체(101)의 종결 단부(113)) 및 챔버 하우징(151)의 측벽(157)에 각각 전기적으로 연결한다. 챔버 하우징의 측벽 및 도파관 조립체의 혼 각각을 형성하기 위해 사용되는 재료에 따라, 생성되는 전류는 챔버 하우징의 측벽이 애노드의 전형적인 특성을 보이고 혼이 캐쏘드의 특성을 보이도록 전극 전위를 생성하고, 그 반대도 가능하다.
전형적으로, 본 발명의 발생기(120)에 의해 생성되는 전극 전위는 약 0.1V 내지 약 15V의 범위 내이다. 더 적합하게는, 전극 전위는 약 0.5V 내지 약 5.0V, 보다 더 적합하게는, 약 1.0V 내지 약 3.0V의 범위 내이다. 또한, 처리 챔버 내에서 전극 전위에 의해 생성되는 전형적인 전류 밀도는 약 0.1 kA/m2 내지 약 2 kA/m2의 범위 내이고, 더 적합하게는 전류 밀도는 약 1 kA/m2 내지 약 1.5 kA/m2일 수 있다.
더 구체적으로, 전극 전위는 처리 챔버의 원하는 목적에 대해 요구되는 양으로 결정되고 생성될 것이다. 예를 들어, 처리 챔버가 수성 유출물 또는 용액으로부터 화합물을 제거하거나 전기 분해하는데 사용되도록 요구되는 경우에, 생성되는 전극 전위는 용액으로부터 그러한 특정 화합물을 전기 분해하는데 필요한 전극 전위일 것이다. 예를 들어, 처리 챔버가 폐 수성 유출물로부터의 암모니아의 전기 분해 시에 사용되도록 설계될 때, 생성되는 전극 전위는 암모니아를 전기 분해하여 질소 및 수소를 생성하기 위해 요구되는 것으로; 즉 전극 전위는 약 0.77V일 것이다. 유사하게, 챔버가 염화칼륨 수용액으로부터의 염소의 제거 시에 사용되도록 설계될 때, 생성되는 전극 전위는 약 0.82V일 것이다. 추가의 예로서, 수소 및 산소를 생성하기 위한 물의 전기 분해는 약 2.06V의 전극 전위를 요구한다. 전극 전위가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 범위에 걸쳐 그리고 다양한 다른 수성 유출물의 추가의 화합물을 제거하는 것과 같은 다른 추가의 용도를 위해 제어될 수 있으므로, 상기에서 설명된 예들은 제한적이지 않아야 한다는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 이해하여야 한다.
또한, 발생기(120)가 도 1에서 측벽(157) 및 혼(105)의 종결 단부(119)에 연결되지만, 발생기는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 처리 챔버(21)의 많은 다른 영역에 연결될 수 있는 것을 본 기술 분야의 당업자는 이해하여야 한다. 구체적으로, 도 2a 및 도 3 내지 도 6에 도시되고 하기에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 전기 와이어는 발생기를, 단일 처리 챔버의 챔버 하우징의 내부에 각각 완전히 배치된 복수의 도파관 조립체에 연결할 수 있다. 특히, 도 2a 및 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 자신의 대응하는 혼을 각각 갖는 2개의 도파관 조립체가 있고, 전기 와이어가 발생기를 각각의 외측 표면에서 각각의 혼에 연결하여, 제1 혼의 외측 표면 상에서 캐쏘드형 효과 및 제2 혼의 외측 표면 상에서 애노드형 효과를 생성한다. 전극 전위는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 대안적으로는 제1 혼의 외측 표면을 애노드로서 그리고 제2 혼의 외측 표면을 캐쏘드로서 하전시킬 수 있는 것을 이해하여야 한다.
다시 도 1을 참조하면, 하우징(151)의 측벽(157) 및 혼(105)의 외측 표면(107)을 발생기(120)에 연결함으로써 챔버 하우징(151)의 내부(153)에서 생성되는 전극 전위가 있으므로, 하우징(151)은 전극 유사 효과를 유지하기 위해 도파관 조립체(101)로부터 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 도시된 실시예에서, 하우징 측벽(157)은 적어도 2개의 절연 부재(10, 12)에 의해 도파관 조립체(101) (및 따라서 혼(105))으로부터 분리된다.
전형적으로, 절연 부재(10, 12)는 본 기술 분야에 공지된 임의의 절연 재료를 사용하여 만들어질 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(10, 12)는 복수의 공지된 무기 또는 유기 절연 재료들 중 임의의 하나를 사용하여 제작될 수 있다. 절연 부재(10, 12)에 대해 사용될 수 있는 특히 적합한 재료는 예를 들어, 유리, 마일라, 캡톤, 세라믹, 페놀성 유리/에폭시 라미네이트 등과 같은 높은 유전 강도를 갖는 고체 재료를 포함한다.
일 실시양태에서, 처리 챔버는 수성 유출물로부터 화합물의 제거를 돕도록 흡착제를 더 포함한다. 구체적으로, 흡착제는 혼의 외측 표면 상에 위치되고, 혼의 외측 표면에 대해 상술된 바와 같이 초음파 활성화되고 하전된다. 통상적으로, 처리 챔버는 공극 부피를 기준으로 약 10% 내지 약 90%의 흡착제를 함유한다. 보다 적절하게, 흡착제는 공극 부피를 기준으로 약 30% 내지 약 70%의 양으로 챔버 내에 존재한다.
다양한 상이한 흡착제가 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 일 특정 바람직한 실시양태에서, 흡착제는 알루미나이다. 구체적으로, 처리 챔버의 목적하는 최종 용도에 따라, 알루미나 분말 단독 또는 알루미나 함유 비드/입자가 사용될 수 있다. 일 실시양태에서, 알루미나는, 알루미나 분말, 바람직하게는 브로크만(Brockmann) I 활성화된 산화알루미늄 분말(본 명세서에서는 활성화 알루미나로도 지칭됨)이다.
활성화 알루미나는 보크사이트로부터 알루미늄의 산업적 제조시 중간물인 수산화알루미늄(3수화 알루미늄, 뵘석)의 온화한 하소에 의해 제조된다. 구체적으로, 이는 알루민산 나트륨 용액으로부터 침전된다. 이렇게 얻어진 수산화알루미늄을 약 500℃의 온도로 가열함으로써 대략 33 중량%의 구조상 물이 제거되고, 뵘석의 결정 구조는 그대로 남겨진다.
알루미나는 친수성이고 높은 용량을 갖는다. 따라서, 활성화 알루미나는 음이온성 염료 및 계면활성제로 적절하게 포획되고, 많은 비극성 염료로 킬레이트화될 수 있다.
규정된 활성, pH값, 입자 크기의 전체 범위의 표준화된 알루미나를 얻을 수 있다. 활성화 알루미나는 문헌[Brockmann & Schodder, Ber. Dtsh. Chem. Ges., 74B, 73 (1941)]에 개시된 브로크만과 쇼더 시험을 사용하여 측정된 브로크만 활성(예를 들어, 활성 등급 I, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 및 Ⅴ)에 의해 특정될 수 있다. 일반적으로, 활성 등급은 이하와 같이 측정된다: 표준 용매에 용해된 표준화된 부피의 한 쌍의 시험 염료를 표준화된 칼럼에 적용하고, 크로마토그래피 전개를 수행한 후에, 시험 염료가 분리되었는지 아닌지에 따라 활성 등급을 나타낸다. 사용될 수 있는 시험 염료 쌍은 (I) 아조벤젠 및 p-메톡시아조벤젠, (Ⅱ) p-메톡시아조벤젠 및 수단 옐로우, (Ⅲ) 수단 옐로우 및 수단 레드, (Ⅳ) 수단 레드 및 p-아미노아조벤젠, 및 (Ⅴ) p-아미노아조벤젠 및 p-히드록시아조벤젠이다. 구체적으로, 시험 염료 용액을 제조하기 위해서, 상기 염료 쌍으로부터 각 2종의 염료 20 밀리그램을 1부의 순수한 벤젠과 4부의 순수한 석유 에테르(비점 50 내지 70℃)를 함유하는 50 밀리리터의 용매 혼합물에 계량하여 첨가한다. 그 후, 각각의 시험 염료 용액의 10 밀리리터를 100 내지 150 밀리미터의 시험될 흡착제를 함유하는 칼럼의 상부에 적용한다. 그 후, 칼럼을 상기 용매에 사용된 것과 동일한 혼합물인 용리액 20 밀리리터로 용리시킨다. 활성 등급을 결정하기 위해서, 테스트 염료 앞까지의 이동 거리를 측정한다. 그 후, 시험 염료 쌍의 수와 함께 칼럼의 상부로부터 이동된 염료의 맨 앞까지의 밀리미터 단위의 거리에 따라 활성 등급을 부여한다. 브로크만 I 활성을 갖는 활성화 알루미나가 가장 반응성이다.
브로크만 I 활성화 알루미나는 단순히 물을 첨가함으로써 더 낮은 활성 등급으로 전환될 수 있다. 구체적으로는, 브로크만 I 활성화 알루미나를 브로크만 II 활성화 알루미나로 전환하기 위해서, 3%(활성화 알루미나 분말 총 중량 기준)의 물이 브로크만 I 활성화 알루미나에 첨가된다. 브로크만 I 활성화 알루미나를 브로크만 Ⅲ 활성화 알루미나로 전환하기 위해서, 6%(활성화 알루미나 분말 총 중량 기준)의 물이 첨가되고, Ⅳ 등급을 위해서는 10%(활성화 알루미나 분말 총 중량 기준)의 물이 브로크만 I 활성화 알루미나에 첨가되고, Ⅴ 등급을 위해서는 15%(활성화 알루미나 분말 총 중량 기준)의 물이 첨가된다.
적절한 브로크만 I 활성화 알루미나 분말의 예는 CAMAG 사이언티픽사(CAMAG Scientific Inc.)(미국 노스캐롤라이나주 윌밍톤 소재)와 시그마-알드리히(Sigma-Aldrich)(미국 미주리주 세인트 루이스 소재)로부터 상업적으로 이용가능하다.
다른 실시양태에서, 알루미나는 알루미나 또는 실리카 비드 또는 입자와 같은 입자일 수 있다. 사용될 입자의 유형은 기능성 화합물과 그것을 방출하기 위한 트리거에 따라 다르다. 예를 들어, 일 특정 실시양태에서, 알루미나 입자는 상술된 활성화 알루미나 분말로부터 제조된 활성화 알루미나 입자이다.
다른 적절한 알루미나 입자는 다양한 다른 성분을 함유할 수 있는 알루미나 입자이다. 일반적으로, 입자는 기능성 화합물이 알루미나에 결합하는 능력에 좋지않은 간섭을 하지 않는 임의의 믈질을 함유할 수 있다. 이와 관련하여, 입자에 함유되는 알루미나의 적어도 일 부분은, 알루미나가 기능성 화합물을 흡착하는데 이용가능하도록 입자의 표면 상에 존재해야 한다.
예를 들어, 일 실시양태에서, 기능성 화합물을 전달하는데 사용하기 위한 알루미나 입자는 알루미나 졸 입자이다. 알루미나 졸은 넓은 범위의 점성과 높은 내열성을 유지할 수 있는 콜로이드성 수화 알루미나이다. 많은 상이한 유형의 알루미나 졸이 다양한 입자 크기로 상업적으로 이용가능하다. 특정 이점으로는, 알루미나 졸은 상대적으로 강한 표면 양전하 또는 제타 전위를 보유하도록 제조될 수 있다. 이 실시양태에서, 기능성 화합물과 반응하는 입자는 주로 알루미나를 함유하고, 일부 실시양태에서는 알루미나만을 함유한다. 알루미나 입자 재료의 예로는 Aluminasol-100과 Aluminasol-200을 들 수 있고, 이들 양자 모두는 닛산 케미컬 아메리카(Nissan Chemical America)(미국 텍사스주 휴스톤 소재)로부터 상업적으로 이용가능하다.
다른 실시양태에서, 입자는 알루미나로 코팅된 코어 재료를 함유할 수 있다. 알루미나는 입자의 위에 연속적인 또는 불연속적인 코팅을 형성할 수 있다. 예를 들어, 코어 재료는 실리카와 같은 무기 산화물일 수 있다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 실리카 졸은 알루미나 표면 코팅을 갖는 실리카 나노입자를 함유하는 실리카 졸이 사용될 수 있다. 이러한 졸은 닛산 케미컬 아메리카(미국 텍사스주 휴스톤 소재)로부터 상업적으로 이용가능하다. 실리카는 특정 pH 범위에 걸쳐 졸에 안정성을 제공하도록 알루미나로 코팅된다. 사실상, 순수한 알루미나 졸과 비교하여 알루미나 코팅된 실리카 졸은 본 발명의 일정 용도에 더 큰 안정성을 제공할 수 있다. 실리카 코어를 갖는 알루미나 코팅된 입자의 구체적인 예는 닛산 케미컬 아메리카(미국 텍사스주 휴스톤 소재)로부터 얻을 수 있는 스노우텍스-AK®(SNOWTEX-AK®)와, 그레이스 데이비슨(Grace Davison)(미국 메릴랜드주 콜럼비아 소재)으로부터 얻을 수 있는 루독스 Cl®(Ludox Cl®)을 포함한다.
알루미나가 입자 형태일 때, 입자는 약 5 나노미터 내지 500 마이크로미터 미만의 평균 입자 크기를 갖는다. 보다 적절하게, 알루미나 입자는 약 10 나노미터 내지 1 마이크로미터 미만, 보다 더 적절하게 약 15 나노미터 내지 약 25 나노미터의 평균 입자 크기를 가진다.
또한, 다른 흡착제 재료가 본 발명에 사용되기에 적절하다. 예로는 활성탄, 제올라이트 및 실리카를 들 수 있다. 실리카는 상술된 활성화 알루미나와 유사한 기능을 한다.
활성탄은 사실상 소수성이고, 일반적으로 유기 재료와 친화적이다. 이는 수성 유출물로부터 유기 오염물을 제거하는데 통상적으로 사용된다. 활성탄은 수성 유출물에서 염료 및 안료와 같은 비극성 화합물을 적절하게 흡착할 수 있다.
일반적으로, 제올라이트는 다공 구조를 갖는 수화 알루미노실리케이트 광물이다. 이들은 친수성이고 극성인 규칙적인 채널을 가지며, 통상 공기 분리 및 탈수 하에서 사용된다. 제올라이트는 산성 염료, 활성화 염료, 계면활성제 등과 같은 화합물을 수성 유출물로부터 적절하게 제거할 수 있다.
이론에 한정되는 것을 바라지 않지만, 활성화되고 하전된 흡착제를 사용하는 것이 수성 유출물로부터 흡착제의 표면 상으로의 기능성 화합물의 개선된 흡착을 제공한다고 생각된다. 일반적으로, 이하에 자세히 설명되는 바와 같이 초음파로 활성화되고 전류원을 사용하여 하전되는 흡착제가 보다 효율적이고 효과적으로 기능성 화합물에 결합될 수 있어, 수성 유출물로부터 이들 기능성 화합물의 개선된 제거를 가능하게 한다는 것이 발견되었다. 구체적으로는, 초음파 처리 시스템에서 흡착제에 초음파 에너지를 가함으로써, 기능성 화합물을 함유하는 유체 내에 마이크로캐비테이션(microcavitation)이 발생할 것이다. 마이크로캐비테이션을 통해 생성된 작은 기포가 붕괴되거나 진동함에 따라, 마이크로 대류 전류가 생성되고, 정체되었던 구역에 유체 유동을 발생시킨다. 또한, 초음파 에너지에 의해 생성된 음파는 유체 동요를 추가로 제공하는 펄스형 벌크 운동을 생성한다. 마이크로캐비테이션과 음파 양자 모두에 의해 생성된 증가된 유체 유동은 흡착제를 둘러싸는 유체역학적 경계층의 두께를 감소시킨다. 이 효과는 유체의 기능성 화합물이 흡착제의 표면으로 개선된 대량 전송을 가능하게 하여, 더 빠르고 더 효과적인 흡착을 가능하게 한다. 또한, 처리 챔버 내에 전극을 생성시킴으로써, 흡착은 수성 유출물로부터의 제거를 위해 목적하는 화합물에 따라 더 또는 덜 양으로 하전될 수 있다. 예를 들어, 제거를 위해 더 음으로 하전된 화합물이 필요한 경우, 양으로 하전된 흡착제를 캐소드(예를 들어, 음으로 하전됨)로 유인되게 하기 위해 전극 전위가 처리 챔버 내에서 생성되어, 더 양인 흡착제와 음인 화합물 사이에 더 강한 인력과 결합을 발생시킬 수 있게 흡착제(예를 들어, 애노드로서의 흡착제)를 더 양으로 하전시킨다. 마찬가지로, 제거될 화합물은 양전하(즉, H+ 이온)을 갖고, 전극 전위는 흡착제를 더 음으로 하전시키기 위해 생성될 수 있다. 음으로 하전된 흡착제는 애노드(즉, 양으로 하전됨)에 유인되도록, 흡착제 상에 음전하를 추가로 향상시켜, 제거를 위해 양으로 하전된 화합물에 더 큰 흡수 친화를 생성할 것이다.
일 실시양태에서, 수성 유출물은 직물 염색 및 인쇄 공정으로 생성된 직물 유출물이다. 구체적으로, 직물 유출물은 염색될 기재에는 결합하지 않을 적용된 착색제의 일부를 함유한다. 이들 결합되지 않은 착색제는 물 헹굼 공정에 의해 통상적으로 제거되고 환경적으로 수용가능한 방식으로 폐기되어야 하는 많은 양의 직물 유출물을 생성한다.
상기 실시양태의 직물 유출물로부터 제거될 성분은 예를 들어, 염료, 타닌, 형광 발광제, 사이즈제, 효소, 표백제, 계면활성제, 염, 윤활제, 난연제, 가소제, 아크릴, 메타크릴, 아크릴로니트릴과 같은 모노머 개시제와, 아세트산, 아소빅산, 시트르산, 말산, 포름산과 같은 산, 탄산나트륨과 같은 알칼리, UV 흡수제, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 수성 유출물은 과일 주스, 와인 및 맥주와 같은 음료이다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 음료는 와인이다. 와인을 만들 때, 살균한, 시각적으로 깨끗한, 덜 쓴, 상온보관 가능한(shelf-stable) 제품을 만들기 위해, 이스트균, 포도 껍질의 입자, 타르타르산염, 단백질, 타닌과 같은 성분과 다른 현탁 고체들은 제거되어야 한다. 유사하게, 음료가 맥주이면, 이스트, 단백질/폴리페놀 복합물 및 다른 용해되지 않는 재료는 제거되야 한다. 또한, 미생물과, 곰팡이에 의해 생성되는 미코톡신과 같은 과일 부패의 부산물은 과일 주스 및 와인에서 제거되어야 한다. 또한, 오렌지 및 포도와 같은 과일은 공정 중에 주스로부터 제거되어야 하는 리모닌, 헤스페리딘(hesperidin), 폴리페놀과 같은 쓴 성분을 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 수성 유출물은 물일 수 있다. 구체적으로 일 실시양태에서, 수성 유출물은 식수이다. 예를 들어, 많은 가정, 사업장 및 커뮤니티에는 신선한 식수를 위해 지하수에 의존하고 있다. 다양한 깊이까지 우물을 팜으로써, 지하 대수층에 있는 지하수가 포획 및 사용된다. 여러번, 지하수는 건강상의 이유로 사람에 의한 소비에 사용될 수 없는 것으로 고려되는 측정치의 유기물을 함유한다. 해로운 유기 성분의 예는 비소 및 불소를 포함한다. 다른 유기물은 제초제, 살충제, 비료와 같은 유기화학물과, 쓰레기 매립지에 상기의 것들을 둠으로써 또는 쓰레기 라군으로부터 지면 및 공기로 스며들게 함으로써 배치된 다른 것들을 포함할 수 있다. 일부 상황에서, 가솔린은 부식된 지하 저장 탱크로부터 지하수에 진입한다. 또한, 박테리아와 같은 많은 유형의 미생물이 지하수에 살고 있다. 또한, 상기 음료수와 유사하게, 탁한 외관을 생성하는 단백질 및 다른 용해되지 않는 재료는 허용가능한 식수를 생성하기 위해 제거되어야 한다. 다른 용해되지 않는 재료의 예는 식물 및 동물의 미생물 분해에 의해 생성되는 유기분자인 높은 수준의 부식 물질(humic substance)을 포함한다. 이러한 갈색은 소비자에게 심미적으로 좋지 않고, 또한 물질은 살균 부산물(DBPs)을 생성하는 염소 또는 오존과 같은 처리 공정의 산화제와 반응할 수 있다.
다른 실시양태에서, 수성 유출물은 오염될 수 있고, 정부의 환경법에 부합하게 처리되어야 하는 강, 호수 및 스트림과 같은 물의 흐름일 수 있다. 통상적으로, 이러한 물의 흐름은 현탁 고체, 용해 유기물질, 미생물, 용해 광물질 등과 같은 하나 이상의 불순물을 함유한다.
본 발명은 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위해 활성화된 흡착제를 사용하는 것을 설명하고 있지만, 본 발명의 흡착제 및 처리 챔버를 사용하여 비수성 여과가 또한 수행될 수 있다.
상기에서 추가로 기술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 처리 챔버는 흡착제를 초음파 처리 및 하전시키기 위한 적어도 2개의 혼 조립체를 갖는 하나 이상의 도파관 조립체를 포함할 수 있다. 도 2a를 참조하면, 처리 챔버(221)는 챔버(221)의 내부 공간(253)을 형성하는 하우징(251)을 포함하고, 액체가 2개의 측방향 양 입구 단부(269, 279)들로부터 하우징을 통해 전달된다. 하우징(251)은 챔버(221)의 측벽(257)을 적어도 부분적으로 형성하는 종장형 튜브(255)를 포함한다. 튜브(255)는 내부에 형성되고 서로 측방향으로 대향된 2개의 입구 포트(240, 245) - 이를 통해 챔버(221) 내에서 제거될 화합물을 갖는 1종 이상의 수성 유출물이 내부 공간(253)으로 전달됨 -, 및 하나 이상의 출구 포트(265) - 이를 통해 액체가 처리되면 챔버(221)에서 방출됨 - 를 갖는다.
2개의 도파관 조립체(201, 203)가 챔버(221)의 내부 공간(253) 내에서 각각의 도파관 조립체(201, 203) 상에 위치된 제1 초음파 혼(205) 및 제2 초음파 혼(209)의 외측 표면을 초음파로 활성화시키도록 챔버(221)의 내부 공간(253) 내에서 종방향으로 적어도 부분적으로 연장된다. 제1 초음파 혼(205) 및 제2 초음파 혼(209) 양자 모두는 챔버(221) 내에서 액체 내에 완전히 침지되도록 입구 포트(269, 279)와 출구 포트(265) 중간에서 하우징(251)의 내부 공간(253) 내에 전체가 배치된다. 각각의 혼 조립체(233, 225)는 상기 도 1의 단일 혼 조립체 구성에 대해 (복수의 교반 부재(237, 239) 및 배플 조립체(245, 249)와 함께, 혼(205, 209)을 포함하여) 설명된 바와 같이 독립적으로 구성될 수 있다.
계속 도 2a를 참조하면, 발생기(도시되지 않음)가 챔버(221)의 하우징(251)의 내부(253) 내에서 전극 전위를 생성하기 위해, 2개의 혼 조립체(233, 225)의 각각의 혼(205, 209)의 외측 표면(207, 211)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 제2 혼(209)(및 그 위에 위치되는 임의의 흡착제(도시되지 않음))의 외측 표면(211)은 애노드로서 하전되고, 제1 혼(205)(및 그 위에 위치되는 임의의 흡착제(도시되지 않음))의 외측 표면(207)은 캐쏘드로서 하전된다 (제1 혼(205)의 종결 단부를 캐쏘드로서 그리고 제2 혼(209)의 종결 단부를 애노드로서 도시하는 도 2b 참조). 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 대안적으로, 제1 혼(205)의 외측 표면(및 그 위에 위치된 임의의 흡착제(도시되지 않음))이 애노드로서 작용할 수 있고, 제2 혼(209)의 외측 표면(및 그 위에 위치된 임의의 흡착제(도시되지 않음))이 캐쏘드로서 작용할 수 있는 것을 이해하여야 한다. 또한, 도 1의 처리 챔버에서와 같이, 하우징(251)은 적어도 제1 절연 부재(210) 및 적어도 제2 절연 부재(212)를 사용하여 제1 도파관 조립체(201)로부터 그리고 적어도 제3 절연 부재(214) 및 적어도 제4 절연 부재(216)를 사용하여 제2 도파관 조립체(203)로부터 분리된다.
이제 도 3을 참조하면, 처리 챔버(421)는 챔버(421)가 2개의 독립된 도파관 조립체(401, 403)를 포함하는 점에서 도 2a의 처리 챔버(221)와 유사하다. 그러나, 도 3의 도파관 조립체(401, 403)는 제1 도파관 조립체(401)와 제2 도파관 조립체(403) 사이에서 측방향으로 이어지는 메쉬 기재(450)에 의해 하우징(451)의 내부 공간(453) 내에서 추가로 분리된다. 특히, 메쉬 기재(450)는 (예컨대, 도 2a의 폐쇄구(263)에 대응하는) 전체적으로 463으로 표시된 하우징의 상부 종방향 단부(예컨대, 제1 종방향 단부)로부터 전체적으로 473으로 표시된 하우징의 하부 종방향 단부(예컨대, 제2 종방향 단부)로 연장된다. 메쉬 기재는 대체로 화합물이 액체로부터 전기 분해될 때 발생되는 기체들을 분리할 수 있다. 예를 들어, 암모니아의 전기 분해 시에, 질소 기체가 애노드에서 형성되고, 수소 기체가 캐쏘드에서 형성된다. 이러한 기체들을 이후의 재판매 목적으로 분리하여 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 메쉬 기재는 전체 액체 내에서 이온 중립성을 유지하기 위해, 형성된 이온이 처리 챔버를 가로질러 애노드로부터 캐쏘드로 이동하는 것을 허용하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 물의 전기 분해는 수소 기체 및 산소 기체를 형성한다. 애노드에서, 산소 기체가 수소 이온(H+)과 함께 형성되고, 캐쏘드에서 수소 기체가 수산화 이온(OH-)과 함께 형성된다. 수소 이온 및 수산화 이온은 모두 이러한 메쉬 기재를 가로질러 이동하여, 처리 챔버의 내부에서 이온 중립성을 유지할 수 있다.
전형적으로, 메쉬 기재는 본 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 메쉬 기재를 위한 하나의 특별한 재료는 스테인리스 강이다. 추가의 예는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 과불소화 재료로부터 만들어진 메쉬 기재를 포함한다. 적합하게는, 메쉬 기재는 약 15 마이크로미터 내지 약 450 마이크로미터, 더 적합하게는 약 20 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 세공 크기를 갖는다. 메쉬 기재는 전형적으로 약 0.0254 mm(0.001 인치) 내지 약 1.27 mm(0.05 인치), 더 적합하게는 약 0.127 mm(0.005 인치) 내지 약 1.016 mm(0.04 인치)의 두께를 갖는다.
처리 챔버(421)가 메쉬 기재(450)에 의해 2개의 격실로 분할되므로, 하우징(451)이 하나 초과의 출구 포트를 포함하는 것이 적합하다. 구체적으로, 도시된 실시예에서, 2개의 출구 포트(427, 429)가 있다. 더 구체적으로, 제1 출구 포트(427)는 제1 혼을 활성화 및 하전시킴으로써 제거된 화합물을 가졌던 액체가 챔버 하우징(451)의 내부 공간(453)에서 방출되도록 허용하고, 제2 출구 포트(429)는 제2 혼을 활성화 및 하전시킴으로써 제거된 화합물을 가졌던 액체가 챔버 하우징(451)의 내부 공간(453)에서 방출되도록 허용한다. 도 3이 2개의 출구 포트를 도시하지만, 처리 챔버(421)의 하우징(451)은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 2개를 초과하는 출구 포트, 또는 대안적으로 단지 하나의 출구 포트를 포함할 수 있는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 이해하여야 한다.
이제 도 4를 참조하면, 처리 챔버(521)는 대체로 종장형이지만, 도 1 내지 도 3과 대조적으로, 처리 챔버(521)는 유체가 챔버의 입구 단부(535)에서 챔버(521)로 진입하고, 챔버 내에서 대체로 측방향으로 (예컨대, 도시된 실시예의 배향에서 우측을 향해) 유동하고, 대체로 챔버(521)의 출구 단부(527)에서 챔버(521)에서 방출되도록 구성된다. 처리 챔버(521)는 챔버(521)의 내부 공간(553)을 형성하는 하우징(551)을 포함하고, 액체가 하나 이상의 입구 포트(569)로부터 하우징을 통해 전달된다. 하우징(551)은 챔버(521)의 측벽(557)을 적어도 부분적으로 형성하는 종장형 튜브(555)를 포함한다. 하우징(551)은 2개의 종방향 양 단부 - 이를 통해 챔버(521) 내에서 제거될 화합물을 갖는 하나 이상의 수성 유출물이 챔버의 내부 공간(553)으로 전달됨 -, 및 하나 이상의 출구 포트(565) - 화합물이 일단 제거되면 이를 통해 액체가 챔버(521)에서 방출됨 - 를 갖는다.
2개의 도파관 조립체(501, 503)는 챔버(521)의 내부 공간(553) 내에서 측방향으로 적어도 부분적으로 연장된다. 각각의 도파관 조립체(501, 503)는 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위해 초음파로 활성화되고 하전되는, 전체적으로 각각 533 및 535로 표시된 종장형 혼 조립체를 개별적으로 포함한다. 각각의 혼은 챔버(521) 내에서 액체 내에 완전히 침지되도록 입구 포트(569)와 출구 포트(565) 중간에서 하우징(551)의 내부 공간(553) 내에 전체가 배치된다. 도시된 실시예에서, 혼 조립체(533, 535)의 종결 단부(573, 575)는 각각 서로를 향해 직접 대면한다. 각각의 혼 조립체(533, 535)는 상기 도 1의 단일 혼 조립체 구성에 대해 (복수의 교반 부재(537, 539) 및 배플 조립체(도시되지 않음)와 함께 혼(505, 509)을 포함하여) 설명된 바와 같이 독립적으로 구성될 수 있다.
계속 도 4를 참조하면, 전기 직류 발생기(도시되지 않음)가 챔버(521)의 하우징(551)의 내부 공간(553) 내에서 전극 전위를 생성하기 위해, 2개의 혼 조립체(533, 535)들의 각각의 혼(505, 509)의 외측 표면(507, 511)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 혼(509)(및 그 위에 위치된 임의의 흡착제(도시되지 않음))의 외측 표면(511)은 애노드로서 하전되고, 제1 혼(505)의 외측 표면(507)(및 그 위에 위치된 임의의 흡착제(도시되지 않음))은 캐쏘드로서 하전된다. 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 대안적으로, 제1 혼(505)의 외측 표면(및 그 위에 위치된 임의의 흡착제(도시되지 않음))이 애노드로서 하전될 수 있고, 제2 혼(509)의 외측 표면(및 그 위에 위치된 임의의 흡착제(도시되지 않음))이 캐쏘드로서 하전될 수 있는 것을 이해하여야 한다. 또한, 도 1 및 2A의 처리 챔버에서와 같이, 하우징(551)은 적어도 제1 절연 부재(510) 및 적어도 제2 절연 부재(512)를 사용하여 제1 도파관 조립체(501)로부터 그리고 적어도 제3 절연 부재(514) 및 적어도 제4 절연 부재(516)를 사용하여 제2 도파관 조립체(503)로부터 분리된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 도파관 조립체(601, 603)가 챔버(621)의 내부 공간(653) 내에서 측방향으로 적어도 부분적으로 연장되는 몇몇 실시예에서, 도파관 조립체(601, 603)들의 종결 단부(673, 675)는 각각 서로 반대편을 향한다.
도시된 실시예에서, 도파관 조립체(633, 635)들은 제1 도파관 조립체(601)와 제2 도파관 조립체(603) 사이에서 측방향으로 이어지는, 도 3의 메쉬 기재와 유사한 메쉬 기재(650)에 의해 하우징(651)의 내부 공간(653) 내에서 분리된다. 특히, 메쉬 기재(650)는 (예컨대, 도 2a의 폐쇄구(263)에 대응하는) 전체적으로 663으로 표시된 하우징의 상부 종방향 단부(예컨대, 제1 종방향 단부)로부터, 전체적으로 678로 표시된 하우징의 하부 종방향 단부(예컨대, 제2 종방향 단부)로 연장된다. 이 실시예에서, 메쉬 기재(650)는 제1 도파관 조립체(601) 및 제2 도파관 조립체(603)에 구조적인 지지를 제공하고, 특히 내부 공간(653) 내의 제1 도파관 조립체(601) 및 제2 도파관 조립체(603)를 챔버 하우징(651)으로부터 실질적으로 진동 격리시키도록 구성된다.
상기에서 설명된 도 1의 도파관 조립체와 유사하게, 제1 도파관 조립체(601) 및 제2 도파관 조립체(603)는 적합하게는 장착 부재(도시되지 않음)에 의해 메쉬 기재(650) 상에 장착될 수 있다. 도 1의 도시된 실시예에 대해 상기에서 설명된 바와 같이 사용되는 장착 부재는 이러한 실시예에서 장착 부재로서 사용될 수 있다.
처리 챔버(621)가 메쉬 기재(650)에 의해 2개의 격실로 분할되므로, 하우징(651)이 하나 초과의 입구 포트(도시된 바와 같이, 하우징은 전체적으로 669로 표시된 제1 입구 포트 및 전체적으로 679로 표시된 제2 입구 포트를 포함함)와, 하나 초과의 출구 포트(도시된 바와 같이, 하우징은 전체적으로 627로 표시된 제1 출구 포트 및 전체적으로 629로 표시된 제2 출구 포트를 포함함)를 포함하는 것이 적합하다. 더 구체적으로, 제1 입구 포트(669)는 제거될 화합물을 갖는 하나 이상의 액체 용액이 챔버 하우징(651)의 내부 공간(653) 내로 진입하게 허용하고, 그 후 제1 출구 포트(627)는 제1 혼을 활성화시키고 하전시킴으로써 제거된 화합물을 가졌던 액체가 챔버 하우징(651)의 내부 공간(653)에서 방출되도록 허용하고, 제2 입구 포트(679)는 제거될 화합물을 갖는 하나 이상의 액체 용액이 챔버 하우징(651)의 내부 공간(653) 내로 진입하게 허용하고, 그 후 제2 출구 포트(629)는 제2 혼을 활성화시키고 하전시킴으로써 제거된 화합물을 가졌던 액체가 챔버 하우징(651)의 내부 공간(653)에서 방출되도록 허용한다.
또 다른 대안적인 구성에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(721)는 대체로 종장형이고, 유체가 챔버의 입구 단부(759)에서 챔버(721)로 진입하고, 챔버 내에서 대체로 측방향으로 (예컨대, 도시된 실시예의 배향에서 좌측을 향해) 유동하고, 대체로 챔버(721)의 출구 단부(727)에서 챔버(721)에서 방출되도록 구성된다. 처리 챔버(721)는 챔버(721)의 내부 공간(753)을 형성하는 하우징(751)을 포함하고, 액체가 하나 이상의 입구 포트(769)로부터 하우징을 통해 전달된다. 하우징(751)은 챔버(721)의 측벽(757)을 적어도 부분적으로 형성하는 종장형 튜브(755)를 포함한다. 하우징(751)은 2개의 종방향 양 단부 - 이를 통해 챔버(721) 내에서 제거될 화합물을 갖는 하나 이상의 액체 용액이 챔버의 내부 공간(753)으로 전달됨 -, 및 하나 이상의 출구 포트(765) - 이를 통해 액체가 챔버(721)에서 방출됨 - 를 갖는다.
2개의 도파관 조립체(701, 703)는 챔버(721)의 내부 공간(753) 내에서 측방향으로 적어도 부분적으로 연장된다. 각각의 도파관 조립체(701, 703)는 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위해 초음파로 활성화되고 하전되는, 전체적으로 각각 733 및 735로 표시된 종장형 혼 조립체를 개별적으로 포함한다. 각각의 혼은 챔버(721) 내에서 액체 내에 완전히 침지되도록 입구 포트(769)와 출구 포트(765) 중간에서 하우징(751)의 내부 공간(753) 내에 전체가 배치된다. 도시된 실시예에서, 제2 도파관 조립체(703)의 제2 혼 조립체(735)의 전체적으로 709로 표시된 제2 혼은 중공 실린더 형상으로 구성된다. 제1 도파관 조립체(701)의 제1 혼 조립체(733)의 715로 표시된 제1 혼 부재는 중공 실린더 형상의 제2 혼(709) 내에 길이방향으로 배치된다.
대안적인 실시예(도시되지 않음)에서, 제2 혼은 U-형상으로 구성될 수 있고, 2개의 아암 부재를 포함한다. 제1 도파관 조립체의 제1 혼 조립체의 제1 혼 부재는 제2 혼의 제1 아암 부재와 제2 아암 부재 사이에 배치된다. 제1 혼 및 제2 혼 부재가 각각 전술한 바와 같은 교반 부재를 포함할 때, 이러한 구성은 교반 부재들의 더 양호한 중첩을 허용하여, 증가된 캐비테이션을 생성할 수 있다.
상기 두 실시예들 중 하나에서, 각각의 혼 조립체(733, 735)는 상기 도 1의 단일 혼 조립체 구성에서와 같이, 복수의 교반 부재(737, 739) 및 배플 조립체(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 처리 챔버(821)는 챔버(821)의 내부 공간(853)을 형성하는 하우징(851)을 포함하고, 액체가 3개의 측방향으로 정렬된 입구 단부(869, 879, 889)로부터 하우징을 통해 전달된다. 하우징(851)은 챔버(821)의 측벽(857)을 적어도 부분적으로 형성하는 종장형 튜브를 포함한다. 튜브는 내부에 형성되어 서로에 대해 측방향으로 정렬된 3개의 입구 포트(840, 845, 850) - 이를 통해 챔버(821) 내에서 처리될 하나 이상의 액체 용액 또는 성분이 챔버의 내부 공간(853)으로 전달됨 -, 및 하나 이상의 출구 포트(865) - 이를 통해 액체가 처리되면 챔버(821)에서 방출됨 - 를 갖는다.
2개의 도파관 조립체(801, 803)가 챔버(821)의 내부 공간(853)을 통해 유동하는 액체를 초음파로 활성화시키도록 챔버(821)의 내부 공간(853) 내에서 종방향으로 적어도 부분적으로 연장된다. 각각의 도파관 조립체(801, 803)는 각각 전체적으로 833 및 835로 표시된 판형 종장형 혼 조립체를 개별적으로 포함하고, 혼 조립체들은 각각 챔버(821) 내에서 처리되는 액체 내에 완전히 침지되도록 입구 포트(869, 879, 889)와 출구 포트(865) 중간에서 하우징(851)의 내부 공간(853) 내에 전체가 배치된다. 각각의 혼 조립체(833, 835)는 상기 도 1의 단일 혼 조립체 구성에 대해 (복수의 교반 부재(837, 839) 및 배플 조립체(도시되지 않음)와 함께 혼(805, 809)을 포함하여) 설명된 바와 같이 독립적으로 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 교반 부재(837, 839)는 (존재한다면), 판형 혼 부재의 외측 표면을 둘러싸는 편평 디스크형 부품이다.
또한, 도 8에 도시된 처리 챔버에서, 발생기(도시되지 않음)가 상기 도 2a의 처리 챔버에 대해 언급된 바와 같이 혼(805, 809)의 외측 표면에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명 또는 본 발명의 바람직한 실시예의 요소들을 소개할 때, 관사인 "하나(a, an)", "그(the)", 및 "상기(said)"는 하나 이상의 요소들이 있다는 것을 의미하도록 의도된다. "포함하는" 및 "갖는"이라는 용어는 포괄적이며, 열거된 요소들 이외의 추가의 요소들이 있을 수 있다는 것을 의미하도록 의도된다.
다양한 변화가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 상기 설명에 포함되고 첨부된 도면에 도시된 모든 대상은 예시적이며 제한적이지 않은 의미로 해석되어야 하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 처리 챔버의 종장형(elongate) 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와,
    소정의 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 종장형 초음파 도파관 조립체의 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화(ultrasonically energize)시키고 하전시켜 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 단계와,
    하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출하는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부 및 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄되는, 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 초음파 혼이 하우징의 입구 포트와 출구 포트 중간에 적어도 부분적으로 배치되고 입구 포트로부터 출구 포트까지 하우징 내에서 유동하는 수성 유출물과 접촉하기 위해 위치된 외측 표면을 갖는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 전극 전위는 하우징과 초음파 혼의 외측 표면 양자 모두가 전류원과 전기적으로 접촉됨으로써 생성되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 생성된 전극 전위가 0.1V 내지 약 15V 범위 내인 방법.
  5. 제2항에 있어서, 초음파 혼이 하우징의 입구 포트와 출구 포트 중간에서 혼의 외측 표면과 접촉하고 혼의 외측 표면으로부터 횡방향 외측으로 연장되는, 서로 종방향으로 이격된 관계의 복수의 개별 교반 부재를 더 포함하고, 교반 부재 및 초음파 혼이 소정의 주파수에서 초음파 혼의 초음파 진동 시에 초음파 혼에 대한 교반 부재의 동적 운동을 위해 및 소정의 주파수에 대응하는 교반 부재의 초음파 캐비테이션 모드에서 작동되도록 구성 및 배열되고, 수성 유출물은 챔버에서 처리되는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 교반 부재 중 하나 이상이 T-형상을 포함하는 것인 방법.
  7. 제2항에 있어서, 하우징은 초음파 혼의 외측 표면 상에 위치된 흡착제를 더 포함하고, 상기 방법은 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위해 소정의 초음파 주파수 및 전극 전위에서 흡착제를 초음파로 활성화시키고 하전시키는 것을 더 포함하는 방법.
  8. 처리 챔버의 종장형 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와,
    소정의 제1 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제1 종방향으로 종장형인 초음파 도파관 조립체의 제1 종방향으로 종장형인 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키고, 소정의 제2 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제2 종방향으로 종장형인 초음파 도파관 조립체의 제2 종방향으로 종장형인 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시켜 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 단계와,
    하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출시키는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부 및 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄되고,
    제1 도파관 조립체 및 제2 도파관 조립체는 하우징 내에서 평행하게 배향되는, 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제1 초음파 혼 및 제2 초음파 혼은 독립적으로 하우징의 입구 포트와 출구 포트 중간에 적어도 부분적으로 배치되고, 각각의 외측 표면은 입구 포트로부터 출구 포트까지 하우징 내에서 유동하는 수성 유출물과 접촉하기 위해 독립적으로 위치되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 전극 전위는 제1 초음파 혼의 외측 표면과 제2 초음파 혼의 외측 표면 양자 모두가 전류원과 전기적으로 접촉됨으로써 생성되는 것인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 하우징은 제1 종방향 단부 및 제2 종방향 단부를 포함하고, 처리 챔버는 또한 제1 도파관 조립체와 제2 도파관 조립체 사이에 측방향으로 위치되고 하우징의 제1 종방향 단부로부터 하우징의 제2 종방향 단부까지 연장되는 메쉬 기재를 포함하는 것인 방법.
  12. 제9항에 있어서, 하우징은 제1 초음파 혼의 외측 표면과 제2 초음파 혼의 외측 표면 중 하나 이상의 위에 위치된 흡착제를 더 포함하고, 상기 방법은 또한 소정의 제1 초음파 주파수 및 소정의 제2 초음파 주파수 중 하나 이상에서 흡착제를 초음파로 활성화시키고 하전시켜 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 것을 포함하는 방법.
  13. 처리 챔버의 종장형 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와,
    소정의 제1 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제1 종장형 초음파 도파관 조립체의 제1 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키고, 소정의 제2 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제2 종장형 초음파 도파관 조립체의 제2 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시켜 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 단계와,
    하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출시키는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부 및 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄되고,
    제1 도파관 조립체 및 제2 도파관 조립체 양자 모두는 독립적으로 종결 단부를 포함하고, 제1 도파관 조립체의 종결 단부는 제2 도파관 조립체의 종결 단부를 향하는, 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 제1 초음파 혼 및 제2 초음파 혼은 독립적으로 하우징의 입구 포트와 출구 포트 중간에 적어도 부분적으로 배치되고, 각각의 외측 표면은 입구 포트로부터 출구 포트까지 하우징 내에서 유동하는 수성 유출물과 접촉하기 위해 독립적으로 위치되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 전극 전위는 제1 초음파 혼의 외측 표면과 제2 초음파 혼의 외측 표면 양자 모두가 전류원과 전기적으로 접촉됨으로써 생성되는 것인 방법.
  16. 제14항에 있어서, 하우징은 제1 종방향 단부 및 제2 종방향 단부를 포함하고, 처리 챔버는 또한 제1 도파관 조립체와 제2 도파관 조립체 사이에 측방향으로 위치되고 하우징의 제1 종방향 단부로부터 하우징의 제2 종방향 단부까지 연장되는 메쉬 기재를 포함하는 것인 방법.
  17. 제14항에 있어서, 제2 초음파 혼이 또한 U-형상이어서 제1 아암 부재와 제2 아암 부재를 포함하고, 제1 초음파 혼은 제2 초음파 혼의 제1 아암 부재와 제2 아암 부재 사이에 배치되는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 제2 초음파 혼이 또한 중공 실린더 형상이고, 제1 초음파 혼이 제2 초음파 혼의 실린더 내에서 길이 방향으로 배치되는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 전극 전위가, 제1 초음파 혼의 외측 표면과 제2 초음파 혼의 외측 표면 양자 모두가 전류원과 전기적으로 접촉됨으로써 생성되는 것인 방법.
  20. 처리 챔버의 종장형 하우징의 하나 이상의 입구 포트를 통해 수성 유출물을 도입시키는 단계와,
    소정의 제1 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제1 종장형 초음파 도파관 조립체의 제1 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시키고, 소정의 제2 초음파 주파수 및 전극 전위에서 하우징 내에 위치된 제2 종장형 초음파 도파관 조립체의 제2 종장형 초음파 혼의 외측 표면을 초음파로 활성화시키고 하전시켜 수성 유출물로부터 화합물을 제거하는 단계와,
    하우징의 하나 이상의 출구 포트로부터 세정된 수성 유출물을 배출시키는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 하우징은 종방향 양 단부 및 내부 공간을 포함하고, 또한 하나 이상의 종방향 단부에서 일반적으로 폐쇄되고,
    제1 도파관 조립체 및 제2 도파관 조립체 양자 모두는 독립적으로 종결 단부를 포함하고, 제1 도파관 조립체의 종결 단부는 제2 도파관 조립체의 종결 단부 반대쪽을 향하는, 수성 유출물로부터 화합물을 제거하기 위한 방법.
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