KR20140014222A

KR20140014222A - 폐수에서 용질들을 침전시키기 위한 반응기 및 이에 관련된 방법들

Info

Publication number: KR20140014222A
Application number: KR1020137026441A
Authority: KR
Inventors: 아렌 브리튼
Original assignee: 오스타라 뉴트리언트 리커버리 테크놀로지스 인크.
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2014-02-05
Also published as: CA2829113A1; EP2683659A4; KR101986225B1; CN103492322B; CN103492322A; US10266433B2; EP2683659B1; WO2012119260A1; CA2829113C; AU2012225140B2; EP2683659A1; DK2683659T3; BR112013022778A2; ES2741301T3; AU2012225140A1; KR20190059315A; MX2013010229A; BR112013022778B1; PT2683659T; PL2683659T3

Abstract

폐수로부터 용질들을 제거하기 위한 장치들 및 방법들이 제시된다. 일 구체예는 제1횡단면을 가지는 하부 (상류) 섹션과 제1횡단면 보다 작은 제2횡단면을 가지는 상부(하류) 섹션 사이의 계면에 또는 그 부근에 배치되는 매니폴드를 가지는 반응기 탱크를 제공한다. 반응기 탱크로 폐수를 넣기 위한 유입구는 상기 제1횡단면에 또는 그 아래에 배치된다. 리사이클링 패스는 상기 매니폴드로부터 폐수를 제거하고, 제기된 폐수의 적어도 일부는 반응기 탱크 내로 리사이클하기 위하여 제공된다. 반응기 탱크를 나가는 유출수용 출구는 상기 매니폴드 하류에 배치된다.

Description

폐수에서 용질들을 침전시키기 위한 반응기 및 이에 관련된 방법들{REACTOR FOR PRECIPITATING SOLUTES FROM WASTEWATER AND ASSOCIATED METHODS}

관련 출원들에 대한 전후 참조

본 출원은 ‘폐수에서 용질을 침전시키기 위한 반응기’를 제명으로 하는 미국특허출원 제61/451,518호를 우선권으로 주장한다. 미국에서 이 출원은 2011년 3월 10일자로 출원된 미국출원 제61/451,518호에 대한 35 U.S.C. §119 규정하의 혜택을 주장하며, 이는 본 출원에 참조문헌으로 통합된다.

본 발명은 폐수 처리에 관한 것이다. 구체적으로 폐수로부터 용해된 물질들을 침전시키기 위한 반응기 및 폐수로부터 용해된 물질들을 침전시키기 위한 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 스트루바이트(struvite) 침전 반응기에 적용될 수 있다.

일반적으로 반응기, 특히 유동층(fluidized bed) 반응기는 상당량의 인 - 종종 포스페이트의 형태로 - 을 함유하는, 폐수로부터 인을 제거 및 회수하는데 이용되고 있다. 이러한 폐수의 공급원은 광범위하다. 이러한 공급원으로는 매립지 침출수, 농경지 유출물, 산업가공 폐수, 도시 폐수, 축산 폐기물 등이 있다. 이러한 폐수가 처리되지 않고 자연환경에 방출되면 유출 인 농도가 과도하게 된다.

다양한 인 제거 및 회수 기술들이 있다. 이러한 기술들의 일부는 수성 용액으로부터 인을 제거하기 위한 유동층 반응기를 사용하여 펠릿 형태의 스트루바이트 (MgNH₄P0₄˙6H₂0) 또는 스트루바이트 유사물 또는 포스페이트 화합물을 산출한다. 스트루바이트는 다음 반응에 의해 형성될 수 있다:

Mg² ⁺ + NH⁴ ⁺ + P0₄ ³ ^- +6H₂0 ↔ MgNH₄P0₄˙6H₂0

폐수 용액들로부터 인을 제거 및 회수하는데 사용되는 반응기들의 예가 다양한 문헌에 기술되어 있다. 이러한 문헌으로는 다음과 같은 것들이 있다:

- 레기 외(Regy et al.)의 논문 “Phosphate recovery by struvite precipitation in a stirred reactor, LAGEP (March to December 2001)”은 스트루바이트 침전에 의하여 폐수로부터 인과 질소를 제거하기 위한 다양한 시도들의 조사결과를 포함하고 있음.

- 트랜텔맨(Trentelman)의 미국특허 제4,389,317호와 피에케마 외(Piekema et al.)의 논문 ”Phosphate Recovery by the Crystallization Process: Experience and Developments, paper presented at the 2nd International Conference on Phosphate Recovery for Recycling from Sewage and Animal Wastes, Noordwijkerhout, the Netherlands, March 12-13, 2001,”은 칼슘 포스페이트, 마그네슘 포스페이트, 마그네슘 암모늄 포스페이트 또는 포타슘 마그네슘 포스페이트의 형태로 포스페이트를 침전시키는 반응기 및 방법을 기술하고 있음.

- 우에노 외(Ueno et al.)의 논문 “Three years experience on operating and selling recovered struvite from full scale plant (2001), Environmental Technology, v. 22, p. 1373,”은 마그네슘 암모늄 포스페이트 형태(또한 스트루바이트로 알려짐)로 포스페이트를 제거하기 위한 사이드스트림 결정화 반응기를 기술하고 있음.

- 쯔네까와 외(Tsunekawa et al.)의 일본 특허 초록 제11-267665호는 물에서 인은 제거하는 반응기를 기술하고 있음.

- 코흐 외(Koch et al.)의 미국특허 제7,622,047호는 유동층 폐수 처리를 기술하고 있음.

폐수 처리 및 반응기들에서 발생할 수 있는 몇몇 문제점으로 처리된 폐수에 용질들의 불충분한 침전과, 처리된 폐수에 석출입자의 동반(entrainment)이 있어, 이러한 문제점들을 일부 또는 전부 해결할 수 있는 경제적인 방법 및 시스템을 필요로 한다.

본 발명에는 몇 가지 양태들이 있다. 하나의 양태는 유동층 반응기들 및 그 구성품들을 제공하는 것이다. 이러한 반응기들은 예를 들어 폐수로부터 스트루바이트, 스트루바이트 유사물들 및 기타 인-함유 화합물들을 산출하는데 적용될 수 있다. 또 하나의 양태는 폐수 처리방법을 제공하는 것이다. 이러한 장치 및 방법의 다양한 예들이 본 명세서에서 설명되며, 첨부도면들에 예시된다. 예시된 다양한 실시예들의 특징들은 다른 방식으로 조합되어서 추가 실시예들을 제공할 수도 있다.

하나의 구체예로 제공하는 것은 유출구 상류에 정화 섹션(clarifying section)을 가지는 유동층 반응기이다. 상기 정화 섹션은 낮은 유속을 제공하는 구조로 되어 있으며, 이에 의해 상기 정화 섹션은 반응기에 스트루바이트 또는 그 유사물의 작은 입자들이 존재하지 않게 하는데 도움을 준다. 정화 섹션 아래의 적어도 하나의 섹션에서 유속은 정화 섹션내의 유속 보도 높다. 정화 섹션내의 유속은 유체가 정화 섹션에 진입하기 전에 상기 유체를 제거하는 것에 의해 감속된다. 이러한 유체 제거의 예로 정화기 섹션의 하부 경계에 또는 그 근처에 매니폴드(manifold) 또는 그 유사체 내로 상기 유체를 인입하는 것이 있다, 인입한 유체는 정화 섹션 하부에서 반응기의 한 섹션으로 부분적으로 또는 전체적으로 리사이클될 수 있다. 일부 구체예들에서, 정화 섹션의 단면적은 정화 섹션 내 유속보다 유속이 빠른, 정화 섹션 하부의 하나 이상 섹션의 단면적보다 작다.

본 발명의 또 하나의 양태로 제1 횡단면에서 상기 제1 횡단면 보다 작은 제2 횡단면으로 테이퍼진 반응기 탱크를 포함하여 구성되는 폐수 처리 시스템을 제공한다. 상기 제1 횡단면은 제2 횡단면 위에 있다. 반응기로 폐수를 유입하기 위한 유입구가 상기 제2 횡단면의 저부 아래 또는 그 근처에 제공된다. 상기 제1 횡단면 하류의 취수구(intake)에서 폐수를 취하여 적어도 그 일부를 상기 취수구 상류의 반응기 탱크 내로 복귀시키기 위한 리사이클링 패스가 마련된다. 반응기 탱크에 존재하는 물을 위한 유출구가 리사이클링 패스 취수구 하류에 제공된다. 정화 섹션은 상기 리사이클링 패스 취수구와 상기 유출구 사이에 제공될 수 있다.

일부 구체예들에서, 플로우 분배기(flow distributor)는 반응기 탱크에서 폐수를 수집하여 이를 취수구로 전달하는 구조로 되어 있다. 상기 플로우 분배기는 취수구에 의해 인입되는 폐수가 반응기 탱크의 횡단면에서 실질적으로 균일하게 인입되게 하는 구조일 수도 있다. 플로우 분배기는 예를 들어 매니폴드, 라운더(launder), 수평플로우 분배 플레이트 및 상기 플로우분배 플레이트 또는 그 유사체 하부에 수직으로 배치되는 수중 웨어(submerged weir)를 포함할 수도 있다.

일부 구체예들은 유입폐수와 반응제(reagent)를 혼합하기 위하여 연결된 계량 기구(metering mechanism)를 포함하여 구성된다. 상기 반응제는 예를 들어 마그네슘 이온 및 암모늄 이온 중 하나 이상의 공급원을 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 하나의 양태로 제공하는 것은 폐수 처리 방법이다. 이 양태에 따르는 방법은 폐수를 반응기 탱크의 유입구로부터 상기 반응기 탱크를 통해 상향으로 흐르게 하는 단계; 유입구 하류에서 흐르는 폐수의 유속을 감속하는 단계; 감속된 폐수를 상기 반응기 탱크의 유출구의 상류에서 제거하는 단계; 및 상기 제거된 폐수를 상기 폐수 제거 위치의 상류에서 반응기 탱크로 재도입하는 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 다른 양태들로 제공하는 것은 본 명세서에서 설명되는 임의의 신규하고 진보된 특징, 특징들의 조합, 특징들의 서브-조합(sub-combination)을 포함하는 장치들과; 본 명세서에서 설명되는 단계들 및/또는 작용들의 조합 또는 단계들 및/또는 작용들의 서브-조합을 포함하는 방법들이다.

본 발명의 추가 양태들과 본 발명의 실시예들의 특징들이 아래에 설명되고 첨부도면들에 예시된다.

첨부도면들은 본 발명의 비한정적인 실시예들을 예시한 것이다.
도 1은 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도다.
도 2는 일 실시예에 따르는 계단식 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따르는 계단식 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도이다.
도 11는 도 4에 나타낸 반응기의 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도이다.
도 12는 도 6에 나타낸 반응기의 라운더 어레이의 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따르는 방법의 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따르는 계단식 테이퍼형 유동층 반응기의 측면단면도이다.
도 10은 드래프트 튜브를 포함하는 반응기 실시예의 측면단면도이다.

이하, 당 분야의 기술자가 본 발명을 보다 이해하기 쉽도록 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 잘 알려진 구성부품들은 본 발명의 상세한 설명을 쓸데 없이 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 제시 또는 설명되지 않을 수도 있다. 따라서, 상세한 설명 및 도면들은 예시를 위한 것일 뿐 제한하기 위한 것이 아닌 것으로 간주되어야 한다.

다음에 설명되는 본 발명의 일부 실시구현들은 폐수 중의 인이 스트루바이트 또는 스트루바이트 유사물 또는 포스페이트 화합물 형태로 침전되는 반응기 장치들 또는 방법들에 관한 것이다. 선택된 실시예들은 상업적으로 상당한 유용성을 가지는 실시 구현들에 따른 것이다. 그러나 본 발명의 범위는 이러한 실시예들로 제한되는 것은 아니다.

편의상, 본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 용어 ‘폐수’는 산업 및 도시 폐수, 침출수, 유출수, 축산폐수 또는 그 유사물과 같은 수성 용액들을 설명하기 위하여 사용된다. 상기 용어 "폐수"는 도시 하수, 축산 폐기물 또는 기타 임의의 특정 공급원으로부터의 오,폐수로 제한되는 것은 아니다. 일부 구체예들은 광산 폐수 또는 그 유사물과 같은 다른 종류의 폐수를 처리하는 방법들 및 장치들을 제공한다. 본 명세서에서 설명되는 장치들 및 방법들은 폐수를 처리하는 것으로 제한되지 않으며, 다른 용도에도 적용될 수 있는 것이다. 본 장치 및 방법은 예를 들어 스트루바이트, 스트루바이트 유사물 또는 다른 포스페이트-함유 화합물과 같은 물질들을 폐수 이외의 공급원에서 얻어진 그 구성 이온들의 용액들로부터 침전시키는데 적용될 수도 있다.

도 1은 폐수로부터 용해된 고형물들을 침전시키는데 이용될 수도 있는. 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기(10)을 개략적으로 도시한 것이다. 반응기(10)는 테이퍼진 반응탱크(12), 상기 탱크(12)의 저부에 배치되는 유입구(14), 및 상기 탱크(12)의 상부에 배치된 유출구(16)를 포함한다. 공급물(18)로부터 폐수는 유입구(14)에서 반응탱크(12)로 유입되고, 탱크(12)를 통해 유출구(16) 쪽으로 상향 유동한다. 공급물(18)은 처리안된 폐수 또는 처리안된 폐수와 반응제의 조합물을 포함할 수 있다. 폐수는 유출구(16)에서 탱크(12)를 나가서 연결된 유출 배관시스템(도시안됨)으로 보내어진다. 탱크(12)의 테이퍼형상은 폐수 유속의 구배(gradient)가 유입구(14)에서 유출구(16) 쪽으로 감소하게 한다.

폐수중의 용질들은 탱크(12)내에서 고체 입자(예를 들어 스트루바이트 또는 기타 인-함유 화합물)로 침전한다. 폐수의 상향 플로우는 입자들(22)에 대한 중력에 반작용한다. 고체 입자들(22)은 탱크(12)내 폐수의 유속이 입자들(22)에 대한 폐수의 힘이 중력과 균형을 이루거나 또는 초과하기에 충분할 정도로 높은 경우에 유동화된다. 입자들(22)에 대한 폐수의 힘은 폐수 유속의 구배를 따르기 때문에, 중력과 폐수 플로우가 평형상태에 있는 경우 상이한 크기의 입자들(22)은 상이한 높이에서 크기 별로 분류될 것이다. 입자들은 작을수록 탱크(12)의 상부에서 발견되는 경향이 있고, 클수록 탱크(12)의 저부에서 발견되는 경향이 있다.

입자들(22)이 성장함에 따라(예를 들어 응집 및/또는 결정성장으로 인해 성장함에 따라), 탱크 내에서 하향 이동하는 경향이 있다. 일부 구현들에서, 반응기(12) 내 폐수의 상향 플로우는 용해된 물질들의 침전을 통해 반응기에서 스트루바이트 또는 기타 인-함유 화합물들의 펠릿들이 형성하는 것을 지원한다. 펠릿들이 경시적으로 성장함에 따라, 반응기 내의 서로 다른 영역에서 폐수 유속 율의 차이들에 의해 크기 별로 분류될 수도 있다.

펠릿들은 회수하기 전에 최소 크기 이상으로 성장하도록 하는 것이 일반적이다 (예를 들어, 일부 용도에서는 1mm 이상의 직경을 가지는 펠릿들로 스트루바이트를 회수하는 것이 바람직하다.). 수확가능한 크기의 펠릿들은 이들이 제거되는 수확영역(harvesting zone)에 모이는 경향을 가질 수 있다. 반응기(10)는 수확영역에서 펠릿들을 수확하는데 유용할 수 있는 선택적인 현탁분리 레그(elutriation leg: 26)를 포함할 수 있다. 현탁분리 레그(26)는 반응탱크(12) 및 현탁분리유체 공급원(도시 안됨)과 유체 연통(fluid communication) 상태에 있다. 현탁분리유체는 레그(26)의 저부에서 상향으로 유동한다. 이와 동시에, 침전 입자들은 레그(26)의 상부에 중력적으로 공급되어, 현탁분리유체 플로우에 대한 역류로서 레그(26)를 통해 하향이동한다. 현탁분리유체의 상향 플로우는 침전 입자들의 하향 플로우를 유동화한다.

현탁분리 유체는 예를 들어 도시 공급원으로부터의 물일 수 있다. 일부 구현들에서, 현탁분리 레그 내의 침전 입자들은 공급물(18)로부터의 폐수에 의해 유동화된다. 현탁분리 레그(26)는 현탁분리 레그(26)를 따른 유체 연통을 파괴하도록 조작가능한 밸브를 구비할 수도 있다. 현탁분리 레그(26) 내의 유체 플로우는 플로우 조절 디바이스(예를 들어, 로타미터(rotameter), 플로우 조절 밸브, 펌프 등)를 이용하여 소망하는 최소크기 이하의 입자들은 선별하여 반응기로 돌려보내 수확하기 전에 좀더 성장하도록 조절될 수도 있다. 이러한 방식으로 소망하는 크기 이상의 큰 입자들 만이 현탁분리 레그(26)에 의해 반응기로부터 제거된다. 보다 작은 입자들은 소망하는 입자크기에 도달할 때까지 성장하도록 남겨둔다. 현탁분리 레그(26) 내에서 유동하는 유체는 별도의 물 공급원(예를 들면, 처리수, 음용수 등)에서 공급될 수도 있고, 반응기 리사이클 또는 배출 플로우로부터 끌어올릴 수도 있다.

연결된 배출배관시스템에 스케일의 축적을 방지하고 고도의 침전 수율을 보장하기 위하여, 탱크(12)를 나가는 폐수는 특정 용질을 낮은 농도로 함유하는 것과, 약간의 침전 입자들(22)이 탱크(12)에서 배출배관시스템으로 이동되는 것으로 상실되는 것이 바람직하다. 탱크(12)를 나가는 폐수 내 용질들의 농도는 보다 많은 침전 발생 기회를 제공하기 위하여 탱크 내에서 폐수가 잔류하는 시간을 길게 하는 것에 의해 줄일 수도 있다. 이는 예를 들어 유입구(14)에서의 유량에 대하여 탱크(12)의 용량을 증대하는 것에 의해 달성될 수 있다. 유출구(16) 부근의 폐수 내에 침전 입자들(22)의 존재는 탱크(12)의 횡단면을 그 상단에서 확대하는 것에 의해 감소될 수 있고, 그 결과로 탱크(12)의 상단에서 유체 유속은 매우 작은 침전 입자들 외의 모든 침전 입자들이 유출구(16) 부근에 진입하기 전에 자리잡기에 충분히 낮은 유속이 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 유동층 반응기(30)를 개략적으로 도시한 것이다. 반응기(30)은 확장된 정화 섹션, 즉 상부 섹션(38)뿐만 아니라, 하부 섹션(34) 및 중간 섹션(36)을 가지는 계단식 테이퍼형 반응탱크(32)를 포함한다. 상부 섹션(38)의 단면적은 중간 섹션(36)의 단면적 보다 크고, 중간 섹션(36)의 단면적은 하부 섹션(34)의 단면적 보다 크다. 반응기(30)는 대기 영역(quiescent zone : 40)이 탱크(32)의 상부 섹션에 존재하기에 충분할 정도로 탱크(32)의 상부 섹션(38)의 단면적에 대한 유입구 유량의 비가 작아지게 조작될 수 있다. 대기 영역(40)에서, 유체 유속은 침전 입자들이 대기 영역(40)에서 벗어나 자리잡기 쉽도록 충분히 낮다.

대형 단면적의 정화 섹션들은 몇몇 코스트들과 관련이 있다. 보다 큰 단면적은 정화 섹션에서 보다 많은 폐수 량에 대응한다. 포함된 폐수 량의 개념을 파악하기 위하여, 직경 5 미터 곱하기 높이 1.5 미터의 원통형 섹션의 용량은 약 29.4 메트릭톤의 양이 된다는 것을 생각해보기 바랍니다. 대형 정화 섹션이 폐수의 반중력 플로우(counter-gravity flow)을 제공하기 위하여 높이 올려진 경우, 견고한 구조 지지체들이 정화 섹션에 수용된 폐수의 양을 지지하는데 요구될 수 있다. 반응기(30)에서, 상부 섹션(38)에서 폐수의 중량은 구조 지지체들(42 및 44)에 의해 지지된다. 보다 큰 탱크는 보다 많은 건설비와 보다 큰 설치 공간을 필요로 한다. 대형 탱크는 제조하는데, 그리고 설치장소로 운반하는데 현실적으로 어려움이 있다.

반응기(10)는 폐수를 유입구(14)의 상류에서 반응기로 피드백하는 선택적인 리사이클링 패스(24)를 갖는다. 리사이클링 패스(24)는 적어도 일부 폐수가 배출배관시스템으로 나가기 전에 탱크를 통해 더 순환하도록 하여서, 입자 형성(예를 들어 핵형성에 의해) 및 성장(예를 들어 응집 및/또는 결정 성장에 의해)의 기회를 더 주기 위한 것이다. 리사이클링 패스(24)는 또한 리사이클링 패스(24)의 복귀 및 탱크(12)의 상부 사이에서 탱크(12) 내의 유체 유량을 증가시키고, 이에 대응하여 유체 유속을 증가시킨다.

리사이클링 패스(24)가 탱크(12) 내의 유체 유속을 증가시키기 때문에, 이에 따라서 유출구(16)의 영역에서 유체 유속을 증가시킨다. 이는 유출구(16) 부근에서 유체 플로우에 의해 지지될 수 있는 침전 입자들의 크기 및 수를 증가시키고, 이는 다시 유출구(16)를 통해 탱크(12)로부터 동반된 침전 입자들의 수를 보다 많게 할 수 있다. 리사이클링 패스 (24)의 효과로 인하여 탱크(12)를 나가는 침전 입자들의 증가는 보다 더 체류하도록 유입구 유량에 대한 탱크(12)의 단면적을 증가시키는 것에 의해 상쇄될 수 있으며(예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이), 이것은 응집 및 결정성장하도록 리사이클되는 입자들을 보다 적게 하기 때문에 (예를 들어, 입자들은 리사이클 패스의 취수구에서 멀리 떨어져 체류하는 경향이 있기 때문에) 리사이클링의 효율을 줄어들게 하고, 대형 탱크의 단점을 갖게 한다.

반응기(10)의 유출구(16)를 통해 침전 입자들의 동반에 관한 리사이클링 유량의 효과는 고농도의 인을 함유하는 폐수 공급물(18)로부터 스트루바이트를 높은 회수율로 얻기 위하여 반응기(10)의 사용과 긴밀한 관계를 가질 수 있다. 일부 적용들에서, 폐수 공급물(18)은 PO-P와 같은 60 mg/L를 초과하는 인 농도, PO4-P 만큼 높은 10,000 mg/L의 인 농도를 가질 수 있다. 대형 스트루바이트 펠릿(예를 들어, 직경 0.5mm 내지 5mm)과 같은 포스페이트를 높은 회수율(예를 들어, 70% 이상, 또는 90% 이상)로 얻기 위하여 상대적으로 낮은 과포화비가 탱크(12)내에 유지되어야 한다 (예를 들어 5 이하의 과포화비). 이와 같은 낮은 과포화비를 고도로 농축된 공급물에서 유지하기 위하여, 리사이클-대-공급물 비를 3 대 1 내지 100 대 1, 또는 그 이상으로 하는 것이 바람직할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기(50)를 개략적으로 예시한 것이다. 반응기(50)는 테이퍼형 반응탱크(52), 유입구(54) 및 유출구(56)를 포함한다. 유입구(54)는 예를 들어 반응탱크(52)의 하부에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유입구(54)는 반응탱크(52)의 저부에 배치된다. 일부 실시예들에서, 유입구(54) 반응탱크(52)의 하반부에 있다. 일부 실시예들에서, 유입구(54)는 반응탱크(52)의 아래 1/3부에 있다. 일부 실시예들에서, 유입구(54)는 반응탱크(52)의 아래 1/4부에 있다. 유출구(56)는 예를 들어 반응탱크(52)의 상부에 또는 그 부근에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유출구(56)는 반응탱크(52)의 상부에 배치된다. 일부 실시예들에서, 유출구(56)는 반응탱크(52)의 위 1/4부에 있다. 일부 실시예들은 복수의 유입구 및/또는 유출구를 구비한다.

공급물(58)로부터의 폐수는 유입구(54)에서 반응탱크(52)로 유입되고 유출구(56)에서 반응탱크(52)를 나간다. 도시된 실시예에서, 유입구(54)는 상향으로 지향되어 유입구(54)에서 반응기 탱크(52)내로 도입되는 유체의 플로우는 상향으로 지향된다. 유입구(54) 및/또는 유출구(56)는 반응탱크(52)에 대해 실질적으로 수직으로, 실질적으로 평행하게 또는 각이 져서 배향될 수 있다.

반응기(50)는 리사이클링 패스(60)를 포함한다. 폐수는 유입구(54)의 하류 및 유출구(56)의 상류에 배치된 취수구(62)에서 리사이클링 패스(60)로 진입한다. 리사이클링 패스(60)는 제거된 폐수의 적어도 일부가 리턴(64)에서 취수구(62)의 상류에서 탱크(52)로 복귀시킨다. 도시된 실시예에서, 취수구(62)는 유입구(54) 위에 그리고 유출구(56) 아래에 배치된다. 리사이클링 패스(60)는 유출구(56) 상류의 유체를 인입하기 때문에, 취수구(62)의 하류(즉, 위쪽)에서 탱크(52) 내의 유체 유속은 리사이클링 패스(60)의 유량에 크게 좌우되지 않는다. 따라서, 리사이클링 패스(60)의 유량을 증가시켜도 이에 대응하여 유출구(56)의 부근에서 유체 유속을 증가시키지 않아도 된다. 따라서, 반응기(50)는 높은 리사이클링 비로 조작되어도, 취수구(62)와 유출구(56) 사이에 비교적 작은 용량의 대기영역(65) (예를 들어. 단면적 및/또는 용량의 관점에서)을 가질 수 있다.

도시된 실시예에서, 리사이클링 패스(60)는 플로우 조절 유닛(61)을 구비한다. 플로우 조절 유닛(61)은 밸브 또는 그 유사물과 같은 스로틀 부재를 포함할 수 있다. 플로우 조절 유닛(61)은 펌프 또는 그 유사물을 포함할 수 있다. 엘보 펌프, 프로펠러 펌프 및 드래프트 튜브는 고유량(high-flow), 저압(low-head) 용도에 적합한 펌프의 형태들이다. 이러한 펌프는 플로우 조절 유닛(61)에 통합될 수 있다. 그러나 다른 형태의 적절한 펌프도 이러한 용도에 사용될 수도 있다. 유리한 것은 펌프는 플로우 조절 유닛(61)에 통합된 펌프가 비교적 낮은 와류를 제공하는 종류의 것인데, 그 이유는 이러한 펌프는 많은 와류를 일으키는 형태의 펌프보다 처리 폐수를 CO₂로 포화시킬 때 스트루바이트 스케일 퇴적을 형성시킬 가능성이 적기 때문이다. 낮은 와류 펌핑 수단은 또한 리사이클 패스를 통해 리사이클되는 미세한 스트루바이트 입자들에 기계적인 손상 또는 소모를 유발할 가능성이 적어서, 반응기내에 보다 큰 입자들의 형성에 도움을 준다.

플로우 조절 유닛(61)은 예를 들어 세척 유체(예를 들어, 비음용수, 무기 또는 유기산)와 같은, 리사이클 패스(60)로 공급 또는 도입되는 유체에 연결될 수도 있다.

일부 실시예들에서, 리사이클링 패스(60)의 유량은 공급물(58) 유량의 적어도 세배이다. 리사이클링 패스(60)의 유량 대 공급물(58) 유량의 비는 일부 실시예들에서 100:1 이상 일 수 있다. 고 강도(예를 들어, 10,000 mg/L P) 폐수용의 실시예들에서, 높은 리사이클 비가 유용할 수 있다. 이러한 리사이클 비는 300:1 이상이다.

일부 실시예들에서, 취수구(62) 위쪽의 대기영역의 단면적은 리사이클 패스가 그 반응기 탱크의 상부에서 물을 인입하는 동일한 치수의 반응기와 비교하여 3 또는 그 이상의 인수로 줄일 수 있다.

플로우 조절 유닛(61) 또는 리사이클 패스(60)의 다른 부분들이 보다 큰 침전입자들을 보다 작은 침전 입자들로 파쇄할 수도 있다. 큰 스트루바이트 펠릿들로 발전시키는데 있어서 반응기(50)의 효율은 보다 큰 침전 입자들이 리사이클링 패스(60)로 인입되어 보다 작은 침전 입자들로 파쇄되는 경우에 손상될 수 있다. 반응기 탱크 (52)는 취수구(62) 아래의 제1 횡단면(66)에서 그 아래의 보다 작은 제2 횡단면(68)으로 테이퍼진다. 제1 횡단면(66)에서 제2 횡단면(68)으로 탱크(52)의 테이퍼는 폐수 유속의 구배를 낳고, 이에 대응하여 크기에 따른 침전입자들의 분포 구배를 낳는다. 인입구(62)는 제1횡단면(66) 위에 배치되므로, 반응기(50)는 리사이클링 패스(60)로 진입하는 폐수는 상대적으로 큰 침전 입자들 보다는 상대적으로 작은 침전 입자들을 함유하도록 조작될 수 있다. 상대적으로 작은 침전 입자들의 리사이클링은 보다 균일한 결정성장에 도움을 준다.

반응기(50)에 있어서, 리사이클링 패스(60)의 리턴(64)은 유입구(54)의 상류에 배치된다. 리사이클된 폐수는 예를 들어 외부 리사이클링 도관을 통해, 또는 드래프트 튜브를 통해 유입구(54)에서 도입되거나 또는 반응기(52)의 베이스에서 유입구(54)의 하류에 도입될 수 있다. 반응기(52)의 상류 및/또는 유입구 근처에서 미세한 침전 입자들의 재도입은 리사이클된 폐수가 새로운 공급물 및 반응제와 혼합하는 것을 허용하여서, 리사이클된 폐수에 있는 임의의 미세한 침전 입자들의 신속한 성장에 도움을 준다.

반응기(50)는 선택적인 플로우 분배기(69)를 포함하여 구성된다. 플로우 분배기(69)는 탱크(52)에서 폐수를 수집하여 취수구(62)로 전달하는 구조로 되어있다. 플로우 분배기(69)는 탱크(52)로부터의 폐수가 플로우 분배기(69)에 의해 인입될 수 있는 하나 이상의 포트(도시 안됨)를 구비할 수 있다. 플로우 분배기(69)의 포트는 반응기 탱크(52) 내의 서로 다른 위치에서 폐수를 인입하도록 마련될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 플로우 분배기(69)의 포트는 탱크(52)의 횡단면 상의 상이한 위치에서 폐수를 인입하도록 마련된다. 예를 들면, 플로우 분배기(69)는 탱크(52)의 횡단면을 가로질러 분포된 복수의 서로 다른 위치에서 폐수를 인입하도록 장치된 포트 어레이를 포함하여 구성할 수 있다. 일부 실시예에서, 플로우 분배기(69)의 포트는 플로우 분배기(69)가 탱크(52)의 횡단면에서 균일하게 폐수를 인입하도록 배치된다.

리사이클 폐수의 균일한 인입은 취수구(62) 아래의 유동층에서 플로우의 균일한 분포를 유지하는데 도움을 주고, 유입구(54)에서 리사이클링 패스(60)로의 폐수 플로우를 분리시키는 것을 방지할 수 있다. 플로우 분배기(69)는 예를 들어 플로우-분배 매니폴드, 수중 웨어 또는 그 유사물을 포함하여 구성할 수 있다.

도시된 실시예에 있어서, 플로우 분배기(69)는 실질적은 평면형이고, 플로우 분배기(69)의 포트는 탱크(52)의 대응하는 평면상의 횡단면을 가로질러서 폐수를 인입하도록 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반응기는 비-평면형 플로우 분배기 (예를 들어, 원뿔 등의 형상으로 된 플로우 분배기)를 포함하여 구성되고, 플로우 분배기의 포트는 탱크(52)의 대응하는 비-평면을 가로질러 폐수를 인입하도록 배치될 수 있다.

많은 경우에, 플로우 분배기를 통과하는 플로우로 인한 수두손실(head loss)은 플로우 분배기 내의 용액으로부터 일부 용존 가스가 제거되도록 하기에 충분하다. 예를 들면, 처리되는 폐수가 CO₂ 또는 카본산으로 포화되는 경우에, CO₂ 배기(그 결과로 pH 상승함)가 플로우 분배기내에서 발생할 수 있다. 이는 플로우 분배기 내에서 스트루바이트 침전(예를 들어, 매니폴드, 펌프 임펠러 및/또는 배관에 침전) 에 도움을 줄 수 있다. 이러한 이유로, 플로우 분배기는 테프론(상품명), 카이나(Kynar: PVDF 상품명), 하일라(Hylar: 상품명) 또는 글라스 라이닝(glass lining)과 같은 스케일 방지 코팅재로 코팅하는 것이 유리하다. 스트루바이트는 이러한 코팅에 잘 부착되지 않는다. 따라서, 플로우 분배기 내에서 침전하는 스트루바이트는 매니폴드 또는 매니폴드의 플러깅 오리피스(plugging orifice) 등의 벽에 큰 덩어리를 형성하기 보다는 미세한 입자 상태로 플로우에 동반될 것이다. 플로우 분배기 또는 리사이클 라인 내에서 스케일 형성은 관리비 상승의 요인이 되는데, 그 이유는 스케일 형성이 관을 막아 플로우를 지연시키기 때문이며, 또한 스케일이 누적되면 하류의 펌핑 장비를 손상시키기에 충분한 크기의 단단한 스케일 조각으로 떨어져 나가기 때문이다.

일부 실시예들은 복수의 플로우 분배기를 포함하여 구성된다. 이러한 실시예들의 플로우 분배기들은 서로 다른 영역에서 대체로 동일한 유체 플로우 유속으로 폐수가 인입되도록 하는 구조로 할 수도 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 탱크 중심 부근의 폐수 유속은 탱크 벽 부근의 폐수 유속보다 크다. 상향-개방 테이퍼형 반응기는 중앙 영역에서 폐수가 인입되게 하는 구조로 된 제1 플로우 분배기와; 제1 플로우 분배기 아래에 배치되며, 상기 중앙 영역과 동심인, 상기 중앙영역의 반경반향 외측에서 폐수가 인입되게 하는 구조로 된 제2 플로우 분배기를 구비할 수도 있다. 다중 플로우 분배기는 하나 이상의 리사이클 패스의 동일 또는 서로 다른 취수구들로 폐수가 지향하도록 하는 구조로 될 수도 있다.

일부 실시예들에서, 리사이클 비(예를 들어, 유출구(56)에서의 플로우에 대한 리사이클링 패스(60)를 통한 플로우의 비)가 모니터 및/또는 제어될 수 있다. 일부 실시예들은 취수구(62)에서 게이트를 조정하는 것에 의한 것과 같은, 리사이클 비를 제어하는 구조로 된, 프로세스 제어기와 같은 제어 시스템; 리턴(64)에서 게이트; 플로우 분배기(69)내에 게이트; 및/또는 리사이클링 패스(60)를 통한 플로우를 인입하기 위한 구조로 된 펌프를 포함한다. 예를 들면, 일부 실시예들은 유동층 폐수 처리라는 제명하의 미국특허 제7,622,047호(Koch et al.)에 기술된 특징들을 가지는 제어 시스템을 포함한다. 따라서, 상기 특허는 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다.

일부 실시예들에서, 반응기 탱크(52)는 계단식-테이퍼형이다. 즉, 서로 다른 횡단면들을 가지는 복수의 인접하는 단면부들을 구비한다. 예를 들며, 탱크(52)는 수확 섹션과 상기 수확 섹션 위쪽의 하나 이상의 섹션을 가지는, 실질적으로 수직-배향된 도관(conduit)을 포함할 수 있다. 도관내 섹션의 수는 가변이다. 일부 경우에, 수확 영역 위에 둘 이상의 수직의 순차적인 섹션들(vertically-sequential sections)이 있다. 상기 도관의 섹션들은 예를 들어 실린더형일 수 있다.

일부 실시예들에서, 취수구(62) 위에서 탱크(52)의 횡단면은 취수구(62)에서 또는 그 직 하부에서 탱크(52)의 횡단면과 동일하다. 일부 실시예들에서, 취수구(62) 위에서 탱크(52)의 횡단면은 취수구(62)에서 탱크(52)의 횡단면 보다 작다.

일부 실시예들에서, 반응기 탱크(52)의 용량과 취수구(62)에서 도입된 유체의 용량은 취수구(62)의 하류(취수구의 위쪽)에서 탱크(52)내 평균폐수체류시간이 적어도 수 분이 되는 정도이다. 일부 실시예들에서, 상기 평균체류시간은 3 내지 100 분의 범위 내에 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서 공급 유량과 리사이클 유량은 리사이클 매니폴드의 상류에서 반응기 탱크(52) 내 유체 잔류 시간이 10분 미만이 되게 하는 정도이다. 예를 들면, 일부 실시예들에서 약 3-7분이다.

반응기의 높이는 반응기의 용량이 소망하는 크기로 펠릿들을 성장시키기에 충분할 정도로 크게 되는 것으로 선정한다. 프로토타입 실시예들에서, 스트루바이트 펠릿들은 0.1-0.3 mm/일의 속도로 직경이 성장하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 성장속도에서, 펠릿들을 3mm 직경의 크기로 성장하기 위해서는 반응기 탱크(52) 내 펠릿 체류시간 약 10-30일을 필요로 한다. 예를 들면, 0.5 내지 4.0 mm 범위내의 크기를 가지는 펠릿들은 일부 실시예들에서 5-15일 내에 성장될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기(70)를 개략적으로 예시한 것이다. 반응기(70)는 계단식-테이퍼형 반응기 탱크(72), 유입구(74) 및 유출구(76)를 포함한다. 탱크(72)의 계단식 테이퍼는 4개의 섹션, 즉 정화 섹션(72A), 침강 섹션(72B), 반응 섹션(72C) 및 수확 섹션(72D)을 한정한다. 이해되어야 할 것은 섹션 72A-72D로 할당된 명칭은 예시의 목적으로 제시되는 것이지, 어느 한 섹션의 기능이 그 명칭으로 표시 또는 제안된 기능으로 제한된다는 것을 설명하기 위한 것은 아니며, 또한 어느 한 섹션의 기능에서 다른 섹션의 명칭으로 표시 또는 제안된 기능을 배제하는 것으로 설명하기 위한 것은 아니라는 것이다. 정화 섹션(72A)의 횡단면은 침강 섹션(72B)의 횡단면 보다 작다. 침강 섹션(72B)의 횡단면은 반응 섹션(72C)의 횡단면 보다 크다. 침강 섹션(72C)의 횡단면은 수확 섹션(72D)의 횡단면 보다 크다. 이해되어야 할 것은 계단식-테이퍼형 탱크는 보다 많거나 보다 적은 수의 섹션들을 포함할 수도 있다는 것이다. 유입구(74)는 수확 섹션 (72D)의 베이스에 배치된다. 유출구(76)는 정화 섹션(72A)의 상부에 배치된다.

반응기 탱크(72)의 계단식 테이퍼짐은 침전입자들이 크기 별로 서로 다른 섹션들을 따라 분류되게 할 수 있다. 도시된 실시예에서, 탱크(72)의 섹션들의 벽들은 수직이며 수평 단턱들(shelves)에 의해 연결된다. 일부 실시예들에서, 탱크의 섹션들의 벽들은 각진(angled) 단턱들에 의해 연결된다. 각진 단턱들은 위쪽 탱크 섹션들로부터 아래쪽 탱크 섹션들로 침전 입자들이 하향 이동하는데 도움을 준다.

반응기(70)는 침강 섹션(72B)의 베이스에 배치된 취수구 매니폴드(82)로부터 유입구(74) 상류의 리턴(84)로 연장하는 리사이클링 패스(80)를 포함한다. 도 11에 도시되는 바와 같이, 매니폴드(82)는 매니폴드 헤더(84)와, 그로부터 외향연장하는 복수의 매니폴드 아암(86)을 포함한다. 매니폴드 헤더(84) 및 매니폴드 아암(86)은 예를 들어 오리피스(88)와 같은 포트를 포함하며, 상기 포트를 통해 폐수가 리사이클링 패스(80)로 인입된다. 매니폴드(82)의 오리피스들(88)은 매니폴드(82)가 탱크(72)의 횡단면에서 실질적으로 균일하게 폐수를 인입하는 정도로 장치할 수 있다.

일부 실시예들에서, 오리피스들(88)은 상향으로 지향한다. 이것은 반응기의 상부에서 예를 들어 고압세정기 또는 긴 브러시로 오리피스를 세정하는 것을 용이하게 한다. 매니폴드는 반응용기 벽으로 또는 반응용기 벽을 통하여 연장할 수도 있다. 매니폴드는 반응용기의 외부로부터 매니폴드의 내부 세정을 허용하기 위하여 일단부 또는 양단부에 점검포트(도시 안됨)을 가질 수도 있다.

침강 영역(72B)의 베이스에서 리사이클 폐수를 뽑아내는 것에 의해, 침강 섹션(72B) 및 정화 섹션(72A)의 상부에서 유체 유속은 유입구(74)에서의 유량에서 실질적으로 분리되고(decoupled), 주로 공급물(78)의 유량의 기능과 섹션(72A) 및 섹션(72B)의 단면적의 기능에서 실질적으로 분리된다. 리사이클링 패스(80)의 유량에 대한 정화 섹션(72A)으로의 유량의 비를 낮추는 것에 의해, 정화 섹션(72A) 내 유체 유속은 정화 섹션(72 A)의 횡단면과 무관하게 제어될 수 있다. 충분히 낮은 비에서는, 상대적으로 작은 정화 섹션(72A) 내 유체 유속이 무작위의 작은 침전 입자들이 중력에 지지되지 않는 포인트로 감소될 수 있고, 정화 섹션(72A) 내 폐수의 평균체류시간을 무작위로 길게 만들 수도 있다. 그 결과로, 용질 침전의 허용가능한 정도가 (예를 들어 단면적 및/또는 용량의 관점에서) 상대적으로 작은 정화 섹션(72A)으로 달성될 수 있어서, 보다 큰 정화 섹션(72 A)에 비해 저렴한 시설비 (예를 들어, 보다 작은 정화 섹션은 보다 적은 폐수 량이 수용되어, 보다 덜 강한 지지 구조로 지지될 수 있어서), 감소된 설치공간 및 감소된 운반비 (예를 들어, 제조된 반응기 탱크를 설치장소로 운반하는 것이 보다 용이하여서)의 장점이 있다

일부 실시예들에서, 매니폴드(82)- 또는 다른 형태의 플로우 분배기- 는 반응 섹션(72C)의 상부에 배치된다. 일부 실시예들에서, 매니폴드(82), 또는 다른 형태의 플로우 분배기는 서로 다른 횡단면을 가지는 침강 섹션(72B)과 반응 섹션(72C) 사이의 경계를 벌리도록 배치되어, 유량을 인접하는 섹션들 사이에서 다르게 할 수 있다. 매니폴드(82)는 정화 섹션(72A)에 배치되거나 또는 정화 섹션(72A)과 침강 섹션(72B) 사이의 경계에 배치될 수도 있다.

일부 실시예들에서, 매니폴드(82)는 제1 횡단면을 가지는 하부(상류) 섹션과 제1 횡단면 보다 작은 제2 횡단면을 가지는 상부(하류) 섹션 사이의 계면에 배치된다. 이러한 실시예들에서, 매니폴드의 취수 유량은 스레시홀드(threshold) F_R 보다 크다. 여기서 F_R은 다음 식으로 표시된다.

위 식에서 F_L은 하부 섹션 내 폐수의 유량이고, σ_H는 (상부 섹션의) 제1 횡단면의 면적이고, σ_L은 (하부 섹션의) 제2 횡단면의 면적이다.

이해되어야 할 것은 이러한 실시예들에서 플로우 유속에 관한 하부 섹션과 상부 섹션 사이의 도관 횡단면을 줄이는 효과는 적어도 상부 섹션 내 유량을 줄이는 효과에 의해 상쇄된다는 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기(90)를 개략적으로 나타낸 것이다. 반응기(90)는 테이퍼형 반응기 탱크(92), 유입구(94) 및 유출구(96)를 포함한다. 반응기(90)는 선택적인 플로우 분배판(104) 하부에 배치된 수중 취수웨어(intake weir: 102)으로부터 유입구(94) 상류의 리턴(106)으로 연장하는 리사이클링 패스(100)를 포함한다. 플로우 분배판(104)은 상향으로 흐르는 유체의 적어도 일부가 웨어(102)을 향하여 주변(예를 들어 반경방향 바깥쪽)으로 편향되게 하며, 상기 웨어의 마루가 포트를 한정한다. 플로우 분배판(104)는 천공될 수도 있다(예를 들어 플로우 분배판은 스크린을 포함할 수도 있다.). 일부 실시예들에서, 플로우 분배판의 하향 면은 하향으로 경사진다(예를 들어, 하향 원뿔형, 하향 피라미드형 등). 일부 실시예들에서, 플로우 분배판의 상향 면은 상향으로 볼록하다(예를 들어, 상향 원뿔형, 상향 피라미드형 등).

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기(110)를 개략적으로 나타낸 것이다. 반응기(110)는 반응기 탱크(112), 유입구(114) 및 유출구(116)를 구비한다. 반응기(110)는 수중 라운더 어레이(122)로부터 유입구(114) 상류의 리턴(126)으로 연장하는 리사이클링 패스(120)를 포함한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 라운더 어레이(122)는 복수의 방사상배치 포트들, 즉 라운더들(124)을 포함한다. 라운더 어레이(122)는 탱크(112)의 횡단면을 가로질러 리사이클링 패스(120)로 흐르는 유체를 끌어올린다.

라운더 어레이(122)에서 리사이클 폐수를 끌어올리는 것에 의해, 라운더 어레이(122) 위쪽의 반응기 탱크(112) 부분에서 유체 유량 및 유속은 라운더 어레이(122) 아래쪽의 반응기 탱크(112) 부분에서의 유체 유량 및 유속과 실질적으로 분리된다. 라운더 어레이(122) 하부 유량에 대한 라운더 어레이(122) 상부 유량의 비를 낮추는 것에 의해(예를 들어, 리사이클 패스 120의 유량을 증가시키는 것에 의해), 라운더 어레이(122) 위쪽의 반응기 탱크(112) 부분에서의 유체 유속은 반응기 탱크(112)의 그 부분의 횡단면과 관계없이 조절될 수 있다. 충분히 낮은 비로 하면, 라운더 어레이(122) 위쪽의 반응기 탱크(112) 부분에서 유체 유속은 무작위의 작은 침전 입자들이 중력에 지지되지 않는 포인트로 감속될 수 있고, 폐수의 평균 체류시간을 무작위로 길게 할 수도 있다. 그 결과로, 반응기(110)는 용질 침전의 허용가능한 정도가 (예를 들어 단면적 및/또는 용량의 관점에서) 상대적으로 작은 반응기 탱크(112)로 달성될 수 있어서, 보다 큰 반응기 탱크(112)에 비해 저렴한 시설비 (예를 들어, 보다 작은 반응기 탱크는 보다 적은 폐수 량이 수용되어, 보다 덜 강한 지지 구조로 지지될 수 있어서), 감소된 설치공간 및 감소된 운반비 (예를 들어, 제조된 반응기 탱크를 설치장소로 운반하는 것이 보다 용이하여서)의 장점이 있다

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 반응기 탱크내의 폐수로부터 용질을 침전시키기 위한 방법(130)의 흐름도이다. 단계 140에서, 폐수는 반응기 탱크의 유입구 또는 유입구 매니폴드로부터 반응기 탱크 내로 유입된다. 단계 140은 공급 폐수를 반응기 탱크로 유도하는 것을 포함한다(예를 들어, 단계 140에서 유입구 내로 유입된 폐수는 공급 폐수를 포함할 수 있다.).

단계 160에서, 폐수는 반응기 탱크의 유출구 상류에서 반응기 탱크로부터 제거된다.

일부 실시예들에서, 단계 160은 공급물 유입구 위에서 수직 거리로 적어도 12 내지 30 피트에서 폐수를 반응탱크로부터 제거하는 것을 포함한다. 단계 160은 반응기 탱크내의 서로다른 복수의 위치에서 제거용 폐수를 뽑아내는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 단계 160은 반응기 탱크의 횡단면을 가로질러 분포된 서로 다른 위치들에서 폐수를 인입하도록 마련된 포트를 가지는 하나 이상의 플로우 분배기로 폐수를 제거하는 것을 포함할 수도 있다. 단계 160은 반응기 탱크의 횡단면에서 실질적으로 균일하게 폐수를 제거하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 단계 160은 폐수 플로우 유속이 실질적으로 동일한 반응기 탱크내 서로 다른 복수의 영역들에에서 제거용 폐수를 끌어 올리는 것을 포함한다.

단계 160은 반응기 탱크로부터 폐수가 제거되는 유량을 교축(throttling), 펌핑 또는 조절하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계 160은 (예를 들어 단계 140에서) 반응기 탱크로 공급폐수가 도입되는 유량에 비례하는 유량으로 폐수를 제거하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 단계 160은 반응기 탱크로 공급폐수가 도입되는 유량 보다 3 내지 300배 큰 유량으로 폐수를 제거하는 것을 포함한다.

일부 실시예들에서, 단계 160은 리사이클링을 위하여 폐수가 제거되는 포인트의 직상류에서 폐수의 유속이 약 50 내지 200 cm/min의 범위 내에 있는 정도의 유량으로 폐수를 제거하는 것을 포함한다. 리사이클링을 위하여 폐수가 제거되는 포인트의 직상류에서의 평균 플로우 유속에 대한 리사이클링을 위하여 폐수가 제거되는 포인트의 직하류에서 평균 플로우 유속의 비는 예를 들어 약 4 내지 300의 범위 내일 수 있다.

단계 170에서, 제거된 폐수는 단계 160에서 폐수가 제거된 곳의 상류에서 반응기 탱크로 재도입된다. 단계 170은 제거된 폐수를 반응기 탱크의 유입구에서, 반응기 탱크의 유입구의 상류에서 및/또는 반응기 탱크의 유입구의 하류에서 재도입하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계 170은 제거된 폐수를 단계 160에서 리사이클 폐수가 제거된 곳의 상류에서 서로 다른 복수의 위치로 재도입하는 것을 포함한다. 단계 170은 제거된 폐수를 세척유체(예를 들어, 비음용수, 무기 또는 유기산), 반응제 (예를 들어, Mg(OH)₂ , MgCl₂, MgSO₄ 또는 그 유사물과 같은 Mg 공급원; 암모니아 가스, 무수 암모니아, 암모늄 하이드록사이드, 암모늄 설페이트, 모노암모늄 포스페이트, 디암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 또는 그 유사물과 같은 암모니아 공급원; 및/또는 트리소듐 포스페이트, 인산, 모노암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 디암모늄 포스페이트 또는 그 유사물과 같은 포스페이트 공급원)와 혼합하는 것을 포함할 수 있다.

일부 실시예들은 선택적인 단계 150을 포함한다. 단계 150에서, 유입구의 하류에서 흐르는 폐수의 유속은 감속된다. 단계 140 및 단계 150은 결합될 수도 있다. 방법(130)이 단계 150을 포함하는 실시예에서, 단계 160은 리사이클 폐수가 단계 170에 재도입되는 포인트에서의 폐수보다 낮은 유속을 가지는 폐수를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 단계 150은 예를 들어 연속 테이퍼형 또는 계단식-테이퍼형 도관과 ?은 증가하는 횡단면의 반응기탱크의 섹션을 통해 유입구의 하류에서 폐수를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다. 입자들이 폐수의 침전된 용질들로부터 형성되는 경우, 상향으로 흐르는 폐수의 유속을 감속하는 것은 입자들이 유속 구배를 따라 분포되게 할 수 있다.

단계 180에서, 폐수가 단계 160에서 제거된 포인트(예를 들어, 리사이클 취수구)의 하류에서 폐수는 상향으로 유동한다. 단계 200에서, 폐수는 반응기 탱크의 유출물 유출구에서 제거된다. 단계 200은 공급 폐수가 단계 140에서 반응기탱크로 도입되는 유량과 실질적으로 동일한 유량으로 폐수를 제거하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 단계 200은 단계 160에서 폐수가 제거되는 포인트 위에, 수직으로 30-150cm 떨어진 곳에서 폐수를 제거하는 것을 포함한다.

일부 실시예들은 선택적인 단계 190을 포함한다. 단계 190에서, 단계 160에서 리사이클링을 위하여 폐수가 제거되는 포인트(예를 들어, 리사이클 취수구)의 하류에서 흐르는 폐수의 유속은 감속된다. 단계 180 및 단계 190는 결합될 수도 있다. 방법(130)이 단계 190을 포함하는 실시예에서, 단계 200은 단계 160 에서 폐수가 리사이클링을 위하여 제거되는 포인트에서 폐수의 유속 보다 낮은 유속을 가지는 폐수를 제거하는 것을 포함할 수도 있다.

단계 190은 리사이클 취수구에서 반응기 탱크의 횡단면보다 큰 횡단면을 가지는 반응기 탱크의 섹견을 통해 리사이클 취수구의 하류에서 폐수가 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다

일부 실시예들에서, 단계 190은 단계 200에서 폐수가 유출구에서 제거되는 포인트의 상류에서(예를 들어, 반응기 탱크의 정화섹션내에서) 폐수의 유속을 주어진 크기 보다 큰 입자들이 유출구에서 반응탱크를 나가는 것을 방지하기에 충분히 낮은 유속으로 감속하는 것을 포함한다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기(250)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 8 실시예의 반응기(250)는 도 3 실시예의 반응기(50)와 대체로 동일하며, 반응기(250)의 구성요소에 대한 참조 번호는 번호 앞에 “2”를 붙인 것을 제외하고는 동일한 구성요소에 대하여 동일한 참조번호가 사용된다. 반응기(250)는 그 리사이클링 패스(260)가 취수구(262)에서, 공급물(258)이 탱크(252)로 도입되는 유입구(254)에서 분리된 리턴(264)에서 반응기탱크(252)로 물을 운반하는 점에서 반응기(50)과 다르다. 도시된 실시예에서, 리턴(264)는 유입구(254)의 하류에 배치된다. 다른 실시예에서, 리턴(264)은 유입구(254)의 상류에 및/또는 유입구(254) 아래에 배치될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 리사이클링 패스가 단일 로케이션에서 리사이클 폐수를 반응기 탱크로 복귀시킨다. 일부 실시예들에서, 복수의 리사이클링 패스는 복수의 다른 로케이션들에서 리사이클폐수를 반응기 탱크로 복귀시킨다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따르는 테이퍼형 유동층 반응기(300)를 개략적으로 도시한 것이다. 반응기(300)은 계단식-테이퍼형 반응기 탱크(302)를 포함한다. 탱크(302)의 계단식-테이퍼는 다음의 4개의 섹션을 한정한다: 정화 섹션(302A), 침강 섹션(302B), 반응 섹션(302C) 및 수확 섹션(302D). 이해되어야 할 것은 섹션 302A-302D으로 할당된 명칭들은 예시의 목적으로 제시되는 것일 뿐, 어느 한 섹션의 기능이 그 명칭으로 표시 또는 제안된 기능으로 제한된다는 것을 설명하기 위한 것은 아니며, 또한 어느 한 섹션의 기능에서 다른 섹션의 명칭으로 표시 또는 제안된 기능을 배제하는 것으로 설명하기 위한 것은 아니라는 것이다.

정화 섹션(302A)의 횡단면은 침강 섹션(302B)의 횡단면 보다 크고. 침강 섹션(302B)의 횡단면은 반응 섹션(302C)의 횡단면 보다 크다. 침강 섹션(302C)의 횡단면은 수확 섹션(302D)의 횡단면 보다 크다.

폐수 공급물(310)은 조절 밸브(312)를 통해 수확 섹션(302D)에 제공된다. 폐수는 탱크(302)를 통해 정화 섹션(302A)의 상부에 배치된 조정가능한 웨어(316)으로 상향으로 흐른다. 물은 조정가능한 웨어(316)을 넘어서 유출 라운더(318)로 간다. 유출 라운더(318)의 플로어는 웨어(316)의 저부 아래에 있으며 경사져 있어서 유출물 배관에 연결된 라운더 상의 하나 또는 여러 곳의 포인트에서 유출물을 수집한다. 유츌물 파이프 또는 깔대기(320)의 높이 위쪽에서 라운더(318) 내의 유출물은 라운더(318)를 떠나 유출물(EFF) 출구(322)로 운반된다.

폐수 리사이클 취수구(330)는 침강 섹션(302B)의 상부와 정화 섹션(302A)의 저부 사이의 계면에 배치된다. 폐수 리사이클 취수구(330)는 취수구(330)를 통과하는 폐수의 플로우를 조절하도록 조작할 수 있는 밸브(332)를 포함한다. 폐수 리사이클 취수구(330)는 리사이클 폐수를 리사이클 패스(340)에 제공한다. 리사이클 패스(340)는 리사이클 폐수를 리사이클 리턴(350)에서 수확 섹션(302D)으로 재도입시킨다. 펌핑 시스템(도시 안됨)은 폐수를 리사이클 패스(340)를 따라 이동시킨다.

현탁분리 레그는 수확 섹션(302D)에 연결된다. 유체 공급원(373)으로부터의 유체는 펌프에 의해 현탁분리 레그(302D)로 운반된다. 현탁분리 레그(302D)는 펌프(374)와 연계로 조작되어 현탁분리 레그(302D) 내의 유체 유속을 조절하는 흐름제한 밸브(restrictor valve: 372)를 포함한다. 충분히 큰 침전 입자들은 유체 플로우와 반대로 현탁분리 레그(302D)로 진입할 수 있다. 이러한 침전입자들(예를 들어, 스트루바이트 펠릿들)은 수확 섹션(302D)으로부터 현탁분리 레그(302D)를 따라 밸브(378)로 통과할 수 있다. 상기 침전 입자들은 소량의 폐수와 함께 탈수 및 생성물 취급, 저장 또는 포장을 위하여 밸브(378)을 통하여 배출될 수도 있다.

반드시 리사이클 패스가 반응기 외부에 있을 필요는 없다. 일부 실시예들에서, 리사이클 패스의 일부 또는 전부는 반응기의 용적 내에 놓인다. 도 10은 유출구(420)에 배치된 리사이클 매니폴드(409)로부터 드래프트 타입 플로우 조절 장치(406)을 통해 연장하는 내부 리사이클 패스를 갖는 테이퍼형 유동층 반응기(400)을 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 실시예에서, 드래프 튜브(406)에 배치된 임펠로 또는 프로펠러(408)가 적절한 모터(도시안됨)에 의해 구동되어 유체가 드래프트 튜브(406)를 통해 하향으로 흐르도록 한다. 프로펠러(408)의 작동이 드래프트 튜브(406)에 제공되는 제어기 및/또는 가변 배플 또는 밸브에 의해 조절되어, 드래프트 튜브(406)에서 리사이클되는 유체의 유량을 조절하도록 할 수도 있다. 리사이클된 플로우는 반응기(400)의 베이스로 지향된다. 반응기(400)의 베이스에서 실질적으로 원뿔형 또는 만곡형 플로우 분배기(410)가 제공되어서, 리사이클된 플로우를 반응기의 둘레 쪽으로, 그리고 상향으로 지향시킨다. 플로우 분배기(410)는 일부 실시예들에서 순환적으로 대칭이다(회전체 형태를 갖는다). 도시된 실시예에서, 반응기(400)의 베이스(411)는 실질적으로 편평하고, 일반적인(예를 들어, 콘크리트) 지반 상에 지지되어서, 구조적 지지 부재들에 필요를 상당히 감소 또는 제거하고, 동일한 용적 또는 용량을 갖는 다른 용기에 비해 반응기(400)의 전체 높이를 감소시킨다.

이 실시예에서, 공급 폐수 및/또는 반응제는 드래프트 튜브의 베이스 근처로(드래프트 튜브의 토출구에 또는 그 아래에) 토출하도록 배치된 수평, 수직 또는 각진 파이프, 트위어(tuyeres) 또는 매니폴드를 통하여 도입될 수 있다. 유입 통로(들)은 공급수 및 반응제가 반응기의 최하부에 있는 수확 섹션(414)내의 산출 펠릿 층으로 진입하기 전에 리사이클 플로우와 혼합되도록 배치될 수 있다.

도시된 실시예는 드래프트 튜브(406)의 저부 근처로 유입 폐수를 도입하는 폐수 유입 도관(404)를 포함한다. 또한, 반응제(예를 들어, Mg(OH)₂, MgCl₂, MgS0₄ 또는 그 유사물과 같은 마그네슘 공급원; 암모니아 가스, 무수 암모니아, 암모늄 하이드록사이드, 암모늄 설페이트, 모노암모늄 포스페이트, 디암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 또는 그 유사물과 같은 암모니아 공급원; 및/또는 트리소듐 포스페이트, 인산, 모노암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 디암모늄 포스페이트 또는 그 유사물과 같은 포스페이트 공급원)를 유입 폐수내로 및/또는 드래프트 튜브(406) 내로 도입하는 구조로 된 계량 기구(metering mechanism: 407)가 도시되어 있다. 이러한 계량기구는 본 명세서에 설명된 어느 실시예에도 제공될 수 있다.

드래프트 튜브가 장치된 유동층 반응기는 드래프트 튜브를 통한 리사이클 플로우를 폐수 및/또는 반응제가 반응기로 도입되는 유량에 대하여 제어하는 것에 의해 반응 과포화를 조절하는데 이용될 수 있다. 반응기(400)내에서 형성하는 스트루바이트, 스트루바이트 유사물 또는 다른 인-함유 화합물의 보다 큰 입자는 수확 영역(414)으로부터 수집된다. 도시된 실시예에서, 상기 보다 큰 입자는 현탁분리 레그(412)내에서 수집된다.

본 명세서에서 설명된 장치들은 상기 장치들의 표면 상에서 스케일 형성의 가능성을 줄이기 위하여 설계된 조작방법들과 연계하여 구성 및/또는 이용될 수도 있다.

포화 CO₂ 용액들은 감소된 압력 또는 높은 와류의 영역들내의 CO₂ 탈기로 인해 pH 를 증가시키는 경향이 있다. pH 증가는 설비 스케일링(equipment scaling)을 초래하는 결정화 반응(예를 들어 스트루바이트 형성)을 촉진시킬 수 있다. 일부 실시예들에서 스케일링에 민감한 부위의 표면을 Teflon(상표명), Kynar(상표명) (PVDF), Hylar(상표명) 또는 글라스와 같은 코팅제로 코팅된다. 반응기 내용물들의 와류 플로우 또는 케스케이드(Turbulent flow or cascades)는 또한 오버플로우 웨어(overflow weirs), 중력배수관(gravity drain pipes) 및 그 유사체와 같은 부위들에서 CO₂ 스트리핑을 유도하는 경향이 있다. 일부 실시예들에서, 몇몇 부위에서 스케일링은 높은 pH에서의 포화 미만으로 반응제의 농도를 감소시키기 위한 희석수의 부가에 의해, 및/또는 상기 pH를 감소시키기 위한 산성물질의 부가에 의해, 및/또는 용액에 CO₂의 부가에 의해 조절된다.

용어의 설명

문맥상 다른 것을 의미하는 것이 명백하지 않는 한, 본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 하기 용어들은 다음과 같은 의미를 갖는 것이다:

- "포함하여 구성되다(comprise)", "포함하여 구성되는(comprising)", 및 이와 유사한 표현들은 폭넓은 의미로 해석되는 것이지 배타적인 의미로 해석되는 것은 아니며, 다시 말해서 "포함하나 이에 제한되지 않는(including, but not limited to)"의 의미로 해석되는 것이다.

- "연결된(connected)", "결합된(coupled)", 또는 그 파생어는 둘 또는 그 이상의 부재들 사이에서 직접적이거나 또는 간접적인 임의의 연결 또는 결합을 의미하는 것이며, 상기한 부재들 간의 결합 또는 연결은 물리적이거나, 논리적이거나 또는 이의 조합일 수 있다.

- "여기에서(herein)", "위에서(above)", "아래에서(below)", 및 이와 유사한 의미의 단어들은, 본 명세서를 기술하는데 사용될 때, 본 명세의 전부를 지칭하는 것이지 어느 특정 부분을 지칭하는 것을 아니다.

- 둘 또는 그 이상의 항목들의 목록을 설명하면서 "또는(or)" 은 그 단어에 이어지는 해석들의 전부를 커버하는 것으로; 그 목록에 있는 항목들의 일부, 그 목록에 있는 항목들의 전부, 그리고 그 목록에 있는 항목들의 임의의 조합을 커버하는 것이다.

- 단수 형태의 “부정관사(a, an), 및 “정관사(the)”는 또한 임의의 적절한 복수형을 포함하는 것이다.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 사용된, "수직(vertical)", "횡단하는(transverse)", "수평(horizontal)", "상향(upward)", "하향(downward)", "앞쪽(forward)", "뒤쪽(backward)", "내향(inward)", "외향(outward)", "왼쪽(left)", "오른쪽(right)", "앞(front)", "뒤(back)", "상부(top)", "저부(bottom)", "아래(below)", "위(above)", "하부(under)" 등과 같은 방향지시 단어들은 설명 및 예시되는 장치의 특정 배향에 따른 것이다. 본 명세서에서 설명된 주제는 다양한 대체적인 배향들을 상정할 수도 있는 것이다. 따라서, 이러한 방향지시 용어들은 엄격하게 한정되는 것이 아니고 좁게 설명되는 것이 아니다.

구성부품(예를 들어, 탱크, 기구, 펌프, 도관, 어셈블리, 디바이스 등)이 위에서 언급된 경우에, 달리 표시되지 않는 한, 그 구성부품에 대한 언급은 설명된 구성부품의 기능을 수행하는 임의의 구성부품을 그 구성부품의 등가물(즉, 기능적인 등가물)을 포함하는 것이며, 본 발명의 예시된 구체예들에서 그 기능을 수행하는 기술된 구조와 구조적으로 동일하지 않는 구성부품들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

시스템들, 방법들 및 장치들의 특정 예들은 예시의 목적으로 설명된 것으로, 단지예일 뿐이다. 본 명세서에서 제공된 기술(technology )은 위에서 설명된 시스템 예들 이외의 다른 시스템들에 적용될 수 있는 것이다. 수많은 변경들, 수정들, 부가들, 생략들 및 치환들은 본 발명의 실제 구현 내에서 가능하다.

본 발명은 설명된 구체예들에 당 분야의 기술자들에게 명백한 변경들을 포함하는 것이며; 등가의 특징들, 요소들 및/또는 작용들을 갖는 특징들, 요소들 및/또는 작동들을 대체하는 것에 의해 얻어지는 변경들; 다른 구체예들로부터의 특징들, 요소들 및/또는 작동들의 믹싱 및 매칭에 의해 얻어지는 변경들; 다른 기술의 특징들, 요소들 및/또는 작동들을 본 명세서에 설명된 특징들, 요소들 및/또는 작동들을 결합하는 것에 의해 얻어지는 변경들; 설명된 구체예들에 결합된 특징들, 요소들 및/또는 작동들을 생략하는 것에 의해 얻어지는 변경들을 포함하는 것이다.

여러 모범 청구항들 및 구체예들이 위에 설명되어 있지만, 당 분야의 기술자라면 그것들의 특정 수정들, 치환들, 부가들, 서브조합들을 알아볼 수 있을 것이다. 따라서, 첨부하는 특허청구범위에 제시되는 청구항들은 합리적으로 추론될 수 있는 모든 수정들, 치환들, 부가들, 생략들 및 서브조합들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특허청구범위는 예시의 목적으로 제시되는 바람직한 실시예들로 제한되는 것이 아니며, 전체 기술내용과 일치하는 가장 넓은 해석으로 고려되어야 한다.

Claims

제1 횡단면에서 상기 제1 횡단면 보다 작으며 상기 제1횡단면 아래에 있는 제2 횡단면으로 테이퍼진 반응기 탱크;
제2횡단면의 저부 아래 또는 그 부근에서 폐수를 상기 반응기 탱크로 진입시키기 위한 유입구;
상기 제1 횡단면의 하류에서 취수구로부터 폐수를 취하고, 취해진 폐수의 적어도 일부를 상기 취수구의 상류에서 상기 반응기 탱크내로 복귀시키도록 장치된 리사이클링 패스; 및
상기 리사이클링 패스의 취수구 하류에서 유출수가 반응기 탱크를 나가게 하기 위한 유출구;를 포함하여 구성되는 폐수 처리 시스템.
제1항에 있어서, 폐수를 상기 반응기 탱크로부터 수집하여 상기 취수구로 전달하는 구조로 된 플로우 분배기를 더 포함하여 구성되는, 폐수처리 시스템.
제2항에 있어서, 상기 플로우 분배기는 상기 폐수구에 의해 인입되는 폐수가 상기 반응기 탱크의 횡단면에서 실질적으로 균일하게 인입되게 하는 구조를 갖는 것인, 폐수처리 시스템.
제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플로우 분배기가 매니폴드를 포함하여 구성되는, 폐수처리 시스템.
제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플로우 분배기가 라운더를 포함하여 구성되는, 폐수처리시스템.
제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플로우 분배기가 수평 플로우 분배 플레이트와 상기 플로우 분배 플레이트 아래에 수직으로 배치된 수중 웨어를 포함하여 구성되는, 폐수처리시스템.
제1항내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기 탱크가 제1횡단면을 포함하는 제1섹션과 제2횡단면을 포함하는 제2섹션을 적어도 한정하는 계단식-테이퍼형이고, 상기 플로우 분배기가 상기 제1섹션의 저부에 배치되는, 폐수처리시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기 탱크가 제1횡단면을 포함하는 제1섹션과 제2횡단면을 포함하는 제2섹션을 적어도 한정하는 계단식-테이퍼형이고, 상기 플로우 분배기가 상기 제2섹션의 상부에 배치되는, 폐수처리시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기 탱크가 제1횡단면을 포함하는 제1섹션과 제2횡단면을 포함하는 제2섹션을 적어도 한정하는 계단식-테이퍼형이고, 상기 플로우 분배기는 상기 제1섹션과 제2섹션의 경계면에 걸쳐지게 배치되는, 폐수처리시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리사이클링 패스가 반응기 탱크내에 장치된 드래프트 튜브를 포함하여 구성되는, 폐수처리시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구가 상기 폐수를 드래프트 튜브내로 도입하도록 장치되는, 폐수처리시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 반응제를 유입 폐수와 혼합하도록 연결된 계량기구를 포함하여 구성되는, 폐수처리시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응제가 마그네슘 이온 및 암모늄 이온 중 하나 이상의 공급원을 포함하여 구성되는, 폐수처리시스템.
폐수를 반응기 탱크의 유입구에서 상기 반응기 탱크를 통해 상향으로 흐르게 하는 단계; 상기 유입구의 하류에서 흐르는 폐수의 유속을 감속하는 단계; 감속된 유속 폐수를 상기 반응기 탱크 유출구의 상류에서 제거하는 단계; 및 제거된 폐수를 상기 제거된 폐수가 제거된 곳의 상류에서 반응기 탱크로 재도입하는 단계;를 포함하여 구성되는 폐수처리방법.
제14항에 있어서, 상기 반응기 탱크의 유출구에서 감속된 유속 폐수를 제거하는 단계를 더 포함하여 구성되는, 폐수처리방법.
제14항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구로부터 상향으로 흐르는 폐수가 공급물로부터의 폐수를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법.
제14항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구 하류에서 흐르는 폐수의 유속을 감속하는 단계가 상기 폐수를 증가하는 횡단면의 도관을 통해 흐르게 하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법.
제17항에 있어서, 상기 유입구 하류에서 흐르는 폐수의 유속을 감속하는 단계가 상기 폐수를 연속 테이퍼형 도관을 통해 흐르게 하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법.
제17항에 있어서,상기 유입구의 하류에서 흐르는 폐수의 유속을 감속하는 단계가 상기 폐수를 계단식-테이퍼형 도관을 통해 흐르게 하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기 탱크 유출구의 상류에서 감속된 유속 폐수를 제거하는 단계가 실질적으로 일정한 유속을 가지는 감속된 유속 폐수를 제거하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법.
제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제거된 폐수를 상기 리사이클 폐수가 제거되는 곳의 상류에서 상기 반응기 탱크로 재도입하는 단계가 제거된 폐수를 상기 반응기 탱크의 유입구에서 재도입하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법.
제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제거된 폐수를 상기 리사이클 폐수가 제거되는 곳의 상류에서 상기 반응기 탱크로 재도입하는 단계가 제거된 폐수를 공급물과 혼합하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법,
제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제거된 폐수를 상기 리사이클 폐수가 제거되는 곳의 상류에서 상기 반응기 탱크로 재도입하는 단계가 제거된 폐수를 상기 반응기 탱크의 유입구 하류에서 재도입하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법,
제14항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 폐수가 용해된 인을 함유하는, 폐수처리방법,
제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 폐수가 포스페이트로서 용해된 인을 함유하는, 폐수처리방법,
제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기 탱크 유출구의 상류에서에서 폐수를 제거하는 단계가 상기 폐수를 드래프트 튜브내로 인입하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법,
제26항에 있어서, 유입구가 드래프트 튜브내에 배치되고, 상기 방법은 상기 폐수가 반응기 탱크를 통해 상향으로 흐르기 전에 상기 드래프트 튜브내의 유체와 혼합하도록 하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법,
제27항에 있어서, 유입폐수를 Mg 공급원 및 암모늄 공급원 중의 하나 이상을 포함하여 구성되는 반응제와 혼합하는 단계를 포함하여 구성되는, 폐수처리방법,
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항 기재의 장치를 사용하여, 용해된 포스페이트를 함유하는 폐수로부터 스트루바이트를 침전시키기 위한 방법.
제14항 내지 제28항 중 어느 한 항 기재의 방법을 이용하여, 용해된 포스페이트를 함유하는 폐수로부터 스트루바이트를 침전시키는 방법.
본 명세서에 기술된 신규하고 진보성있는 특징들, 특징들의 조합 또는 특징들의 서브조합을 포함하여 구성된 장치들.
본 명세서에 기술된 신규하고 진보성있는 단계들 및/또는 작동들 또는 단계들 및/또는 작동들의 서브조합을 포함하여 구성된 방법.