KR20160068734A - 물의 전기화학적 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

물의 전기화학적 처리를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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오션세이버 아에스
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Abstract

수처리용 전기투석 유닛(8)은, 멤브레인 셀, 상기 멤브레인 셀의 애노드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 애노드 흐름 경로(52), 상기 멤브레인 셀의 캐소드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 캐소드 흐름 경로(50), 상기 수온을 모니터링하기 위한 온도 모니터링 디바이스(9a) 및 상기 물이 상기 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 히터(9b)를 포함하고, 상기 히터(9b)는, 원래의 물 온도가 소정 레벨보다 낮은 경우에, 애노드 흐름 경로(52)에서 수온을 증가시키기 위해 작동되도록 배치된다.

Description

물의 전기화학적 처리를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF WATER}
본 발명은 미생물을 제거하기 위한 처리, 바람직하게는 밸러스트 수처리와 같이 해수 처리와 같은 전기투석에 의한 수처리에 관한 것이다.
여기서 사용되는 "물"은 일반적으로 순수한 물을 말하는 것이 아니고, 문맥으로부터 명백하듯이, 대신 물의 자연스러운 성형체로 발견되는 해수 또는 염수와 같이 처리가 요구되는 물을 말한다.
밸러스트 수는 밸러스트 수 탱크(ballast water tanks) 내에서 또는 때때로 화물창(cargo holds) 또는 화물 탱크(cargo tanks) 내와 같은 다른 적절한 공간 내에서 선박에 의해 운송되는 물이다. 화물 및/또는 연료가 배출/소비될 때, 중력의 변화점을 보상하도록 물 "제공" 위치(water "donor" location)에서 탱크로 물을 펌핑하여, 안정성을 유지한다. 올바른 밸러스팅(ballasting)은 구조적인 관점에서 필수적이며, 바람직한 선박 이동(vessel movement) 및 핸들링 특성을 유지하는 것 이외에 적절한 프로펠러 및 키의 침수, 적절한 브릿지 뷰를 보증하기 위한 성능적인 이유로 사용된다. 밸러스트 수는, 물 "수용" 위치(water "recipient" location), 일반적으로 선박에 화물이 적재되는 지점에 운송되고, 이는 잠재적으로 밸러스트 수 발생(origin) 위치의 생물-지리학적 영역(bio-geographic region)의 외부이다. 그 후, 밸러스트 수는 화물이 선상에 옮겨질 때 배출될 수 있다. 밸러스트 수에는 동물성 플랑크톤, 식물성 플랑크톤, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 다양한 종이 기생(host)할 수 있다. 이들은 배출 지점에서 자연적 포식자가 없을 수 있으며, 환경, 산업 및 인간의 건강에 상당한 문제를 야기하는 새로운 위치를 확립 및 재생산할 수 있다.
미생물을 제거 또는 무력하게 하고, 다른 오염 물질을 감소 또는 제거하기 위해 물 및 특히 밸러스트 수를 처리하는 것이 바람직하다.
WO 2008/047084에는 멤브레인 셀(membrane cell) 내에서 전기투석을 이용하는 것을 포함하는 밸러스트 수처리를 위한 방법 및 장치가 개시된다. 이러한 형태의 전기투석은, 이온-교환 멤브레인에 의해 분리되는 2개의 전극 사이에서, 일정한 또는 펄스로(in pulse), 전위차를 적용하는 것에 의해 이온-분리에 기초한 유체 처리 공정이다. 하나의 전극은 음이온을 끌어당기는 애노드(양 전하)로서 수행하는 반면에, 다른 것은 양이온을 끌어당기는 캐소드(음 전하)로서 수행할 것이다. 멤브레인과 애노드 사이의 구획 내의 유체는 초과하는 전자를 갖는 음이온을 특징으로 하게 될 것이고, 농축물(concentrate)이라고도 할 수 있는 반면에, 멤브레인과 캐소드 사이의 구획 내의 유체는 부족한 전자를 갖는 양이온의 존재를 특징으로 할 것이며, 희석물(diluate)이라고도 할 수 있다.
일부 전기투석 공정에서, 다중 멤브레인 셀은 전기투석 스택(electrodialysis stack)으로 불리는 구성으로 배치되며, 일반적으로 단일 애노드와 캐소드 사이에서, 다중 멤브레인 셀을 형성하는 음이온 및 양이온 교환 멤브레인이 교차된다(alternating). 공지된 전기투석의 용도는 대규모의 염수(brackish) 및 해수 담수화(desalination) 및 소금 생산, 및 작고 중간 규모의 식수 생산이다. 또한, 전기투석은 중금속과 같은 소정의 오염 물질을 분리하기 위한 공정 산업(process industry)에서 사용된다.
WO 2008/047084의 공개공보에서, 밸러스트 수는 주 흐름(main flow)으로부터 밸러스트 수의 일부를 분리하여, 멤브레인 셀을 통과시키고, 주 흐름으로 멤브레인 셀의 산출물을 반환하는 것에 의해 처리된다. 반환된 산출물은 주로 농축물이고, 이는 물 속의 미생물을 제거 또는 무력화시키는 효과를 갖는다. 효과적인 수처리가 전기투석 처리 유닛을 통해 전체 물 흐름을 통과시킬 필요 없이 얻어지므로, 전기투석 처리 유닛을 통해 물의 일부만을 지시하고, 멤브레인 셀의 산출물을 물로 반환하는 개념은 종래 기술에서의 진보를 나타낸다.
따라서, WO 2008/047084의 전기투석 디바이스는 밸러스트 수처리와 같은 수처리와 함께 이용되는 전기투석 처리의 유리한 형태를 제공한다. 그러나, 밸러스트 수와 같은 물을 처리하기 위하여 이러한 형태의 전기투석 처리를 이용하는 것에 관한 추가적인 연구는 개선이 이루어질 수 있는 영역을 확인했다.
제1 측면에서 보여지는 바와 같이, 본 발명은 멤브레인 셀(membrane cell), 상기 멤브레인 셀의 애노드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 애노드 흐름 경로(anode flow path), 상기 멤브레인 셀의 캐소드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 캐소드 흐름 경로(cathode flow path), 상기 수온을 모니터링하기 위한 온도 모니터링 디바이스 및 상기 물이 상기 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 히터를 포함하고, 상기 히터는, 원래의 수온이 소정의 레벨보다 낮은 경우에, 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키기 위해 작동되도록 배치되는, 수처리용 전기투석 유닛을 제공한다.
소정의 레벨보다 낮은 유입되는 물의 온도는 전기투석 유닛을 구동하기 위해 요구되는 전력을 충분히 증가시킨다는 것이 확인되었다. 전력의 이러한 증가는 물을 가열하기 위해 요구되는 전력보다 더 클 수 있다. 그 결과, 시스템의 효율은 원래의 온도가 너무 낮은 경우에 물을 가열함으로써 개선된다. 상기 방법은, 멤브레인 셀에 도달하기 전에, 애노드 흐름 경로에서 물이 가열되는 것이 요구된다. 유리하게, 캐소드 흐름 경로의 물은 임의의 예비 가열(pre-heating) 없이 멤브레인 셀을 통과한다. 이전에, 예컨대 GB2487249에 개시된 바와 같이, 출원인은 가열 전에 물의 흐름을 분리하는 임의의 제안 없이 유입되는 물을 가열하는 것을 제안하였다. GB2487249에 기재된 일반적인 개념은 상당한 이점을 제공하지만, 애노드 흐름 경로의 물만이 예비 가열되는 더욱 구체적인 특징에 의해 더욱 우수한 이점이 제공된다는 것이 확인되었다.
이러한 이점은 멤브레인에 의해 분리되는 전기투석 셀의 애노드 및 캐소드 측 상에 발생되는 다양한 화학적 반응에 기인해 발생된다. 애노드 측에서, 산화제가 발생된다. 산화제의 형성은 약 17 ℃보다 높은 온도에서 유리하지만, 이보다 낮은 온도에서 산소 형성의 경쟁 반응이 유리하다. 전이 온도 범위는 약 14 ℃ 내지 18 ℃이고, 이러한 온도를 통과하여 이 범위를 벗어날 때 효율의 변화는 커진다. 분명하게, 수온이 전이 온도보다 낮은, 일반적으로 약 17 ℃인 경우에, 애노드 측에 공급되는 물의 가열 시에 상당한 이점이 있다. 17 ℃보다 높을 때 산화제의 형성은 안정해져서, 계속적으로 증가하는 온도에 실질적인 이점이 존재하지 않는다. 그 결과, 애노드 측에서 물의 가열은 바람직하게 17 ℃보다 높은 온도, 아마도 18 ℃, 및 약간 더 높은 온도로 올리는데 이용된다. 사실, 더 높은 온도, 예컨대 35 ℃보다 높은 온도에서, 화학적 반응은 변화되고, 바람직하지 않은 부산물을 생성하기 시작한다. 바람직하게, 따라서, 애노드 물은 35 ℃를 초과하여 가열되지 않고, 더욱 바람직하게 25 ℃를 초과하여 가열되지 않는다.
캐소드 측에서, 수소 및 알칼리성 화합물, 예컨대 Mg(OH)2가 형성된다. Mg(OH)2는 셀을 통해 물의 흐름을 지연시킬 수 있는 젤과 같은 물질의 형태를 나타낸다. 따라서, 이는 매우 바람직하지 않다. 또한, 수소의 형성은 상당한 안전성의 문제를 야기한다. 이상적으로 수소 및 Mg(OH)2의 생성은 억제되어야 한다. 온도는 일반적으로 화학적 반응을 가속화시키는 효과가 있다. 따라서, 캐소드 물의 가열을 억제하는 것이 화학적 반응과 관련하여 긍정적인 효과를 가질 수 있다. 또한, 모든 물을 가열하는 선행기술과 비교하여 에너지 소모가 감소된다.
또한, 바람직한 실시형태에서, 물의 분배(distribution of water) 및 애노드 및 캐소드 흐름 경로에서의 상대 유속은 왜곡될 수 있다. 특히, 애노드 흐름 경로의 유속은 캐소드 흐름 경로의 유속보다 낮아질 수 있고, 예컨대 캐소드 측의 체적 유속(volume flow rate)은 애노드 측의 유속의 적어도 2배, 아마도 약 3대 1 이상의 비율일 수 있다. 이는, 캐소드 측에서 "플러싱 효과(flushing effect)"가 수활석(brucite)의 증착의 증가(build-up)를 최소화시킨다. 각 측의 멤브레인 상에 흐르는 물의 양의 이러한 불균형은, 물의 총량의 반 미만이고, 1/4 또는 총량, 이하일 수 있기 때문에, 멤브레인 셀의 애노드 측으로 향하는 물만을 가열하는 이점을 더욱 증폭시킨다. 물론 일부 추가적인 가열이 캐소드 측의 더 차가운 물(cooler water)과 열교환됨으로써 열 손실의 균형을 맞추는 것이 필요하기 때문에, 에너지 소모의 이점은, 가열에 필요한 물의 체적의 감소와 완전히 얼라이닝되지 않는다. 그렇기는 하지만, 이점은 여전히 상당하다.
전기투석 유닛은 바람직하게 해수의 처리, 더욱 바람직하게 밸러스트 수처리를 위한 것이다. 전기투석 유닛은 함선과 같은 선박 상에 설치될 수 있다.
히터는 전기 히터(electrically powered heater) 또는 연료 히터일 수 있다. 바람직하게, 그러나 히터는, 예컨대 엔진 냉각 시스템의 폐열 또는 엔진 배기로 회수되는 열에 의해 제공될 수 있는 폐열에 의해 구동된다. 이는 효율을 더욱 개선한다. 히터는 열 교환기 또는 유사한 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 애노드 흐름 경로는 히터로 열을 전달하기 위해 연결될 수 있고, 예컨대 열 교환 회로를 통해 흐름 경로를 포함할 수 있다.
온도 모니터링 디바이스는, 즉 애노드 및 캐소드 흐름 경로로 분리되기 전에 전체 유입되는 물의 흐름의 온도를 모니터링할 수 있고, 또는 애노드 흐름 경로 온도를 단독으로 모니터링할 수 있다. 온도 모니터링 디바이스는 멤브레인 셀에서 선택적으로 또는 추가로 온도를 모니터링할 수 있고, 가열이 적용되는 경우 및/또는 캐소드 측에 더 차가운 물로 열을 전달한 후 온도를 재기 위해 멤브레인 셀의 애노드 측의 배출구에서 모니터링될 수 있다. 이러한 방법에서, 온도 모니터링 디바이스는 2개의 기능, 가열이 적용되지 않는 경우 가열되지 않은 물의 온도를 모니터링 하는 것, 및 요구되는 온도가 도달 및 유지되는 경우에 결정을 위해 멤브레인 셀, 예컨대 멤브레인 셀의 애노드 흐름 경로에서 가열된 물의 온도를 모니터링하는 것이 수행된다. 온도 모니터링 디바이스는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있고, 예컨대 하나 이상의 온도 센서 및 마이크로프로세서와 같은 제어 디바이스를 포함할 수 있다.
애노드 물의 가열을 촉발시키는, 유입되는 물의 소정의 온도 레벨은 바람직하게 애노드 반응의 효율의 상기 언급된 저하를 억제하도록 세팅된다. 이것이 발생되는 온도는 물의 조성을 다르게 함으로써 변화될 수 있지만, 일반적으로 10 ℃ 내지 18 ℃의 범위 내이다. 바람직한 실시형태에서, 히터는 원래의 온도가 10 ℃보다 낮은 경우, 더욱 바람직하게 원래의 온도가 15 ℃보다 낮은 경우, 특히 더욱 바람직하게 온도가 16 ℃보다 낮은 경우에 유입되는 물의 온도를 증가시키도록 작동된다. 해수에 대해서, 온도가 약 15 ℃ 또는 16 ℃보다 낮아지는 경우에 전력 소모가 현저히 증가되는 것이 확인되었고, 이는 상기 기재된 바와 같이 화학적 반응의 효율의 변화의 결과이다. 물은 15 ℃보다 높게, 바람직하게 16 ℃보다 높게, 더욱 바람직하게 적어도 17 ℃, 더욱 바람직하게 적어도 18 ℃, 선택적으로 20 ℃보다 높게 가열될 수 있다. 해수에 대해서, 약 20 ℃를 초과하는 온도에서 전력 소모의 현저한 감소가 없는 것이 확인되었다. 애노드 물이 가열되는 온도는 바람직하게, 멤브레인 셀의 전체 범위를 따라 애노드 측에서, 15 ℃보다 높은, 바람직하게 16 ℃보다 높은, 더욱 바람직하게 17 ℃보다 높은, 더욱 바람직하게 18 ℃보다 높은 온도를 유지하기에 충분하다.
열은 물이 셀을 통과할 때 잃을 수 있으므로, 필요한 최소 온도가 셀 전체에서 유지되는 것을 보증하기 위해, 최초의 과열(즉 최적 온도보다 높게 가열)이 요구될 수 있는 것이 타협되었다는 점을 알 수 있다.
제2 측면에서 보여지는 바와 같이, 본 발명은 멤브레인 셀을 이용하는 전기투석에 의한 수처리 방법으로, 상기 멤브레인 셀은 상기 멤브레인 셀의 애노드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 애노드 흐름 경로 및 상기 멤브레인 셀의 캐소드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 캐소드 흐름 경로와 연결되고, 상기 방법은, 유입되는 수온을 모니터링하여, 원래의 수온이 소정의 레벨보다 낮은 경우, 상기 물이 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.
상기 장치와 마찬가지로, 이러한 방법은 애노드 측의 물의 가열, 및 유리하게 멤브레인 셀의 캐소드 측의 물이 가열되지 않는 것을 포함한다.
바람직하게, 상기 방법은 해수의 처리 방법, 더욱 바람직하게 밸러스트 수의 처리 방법이다. 상기 방법은 함선과 같은 선박 내에 밸러스트 수의 처리를 위한 것일 수 있다.
애노드 흐름 경로의 물을 가열하는 단계는 히터를 이용할 수 있다. 히터는 전기 히터 또는 연료 히터일 수 있다. 바람직하게 그러나 상기 방법은, 예컨대 엔진 냉각 시스템의 폐열 또는 엔진 배기로 회수되는 열일 수 있는 회수되는 열을 이용함으로써 물을 가열시키는 것을 포함한다. 애노드 흐름 경로에서의 물의 가열은, 예컨대 엔진 냉각 또는 배기 열에 의해 가열되는 물로의 열 교환을 위해, 열 교환 회로를 통해 물을 통과시키는 것을 포함할 수 있다.
바람직한 실시형태는, 원래의 온도가 10 ℃보다 낮은 경우, 더욱 바람직하게 원래의 온도가 15 ℃보다 낮은 경우, 특히 더욱 바람직하게 온도가 16 ℃보다 낮은 경우에 유입되는 물의 온도를 증가시키는 것을 포함한다. 물은 15 ℃보다 높게, 바람직하게 16 ℃보다 높게, 더욱 바람직하게 17 ℃보다 높게, 특히 더욱 바람직하게 적어도 18 ℃, 선택적으로 20 ℃보다 높게 가열될 수 있다.
애노드 물이 가열되는 온도는 바람직하게, 멤브레인 셀의 전체 범위를 따라 애노드 측에서, 15 ℃보다 높은, 바람직하게 16 ℃보다 높은, 더욱 바람직하게 17 ℃보다 높은, 특히 더욱 바람직하게 18 ℃보다 높은 온도를 유지하기에 충분하다.
상기 설명한 바와 같이, 과열은 문제를 일으킬 수 있고 추가적인 절전을 제공하지 못한다. 그 결과, 바람직하게 애노드 물은 35 ℃를 초과하여 가열되지 않고, 더욱 바람직하게 25 ℃를 초과하여 가열되지 않는다.
제3 측면에서 보여지는 바와 같이, 본 발명은 멤브레인 셀을 제공하는 단계, 상기 멤브레인 셀의 애노드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 애노드 흐름 경로를 제공하는 단계, 상기 멤브레인 셀의 캐소드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 캐소드 흐름 경로를 제공하는 단계, 상기 수온을 모니터링하기 위한 온도 모니터링 디바이스를 제공하는 단계, 및 상기 물이 상기 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 히터를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 히터는, 원래의 물 온도가 소정 레벨보다 낮은 경우에, 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키기 위해 작동되도록 배치되는, 전기투석 유닛의 제조방법을 제공한다.
상기 측면 및 상기 기재된 바람직한 실시형태의 전기투석 유닛은 하기 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 및/또는 임의의 하기 특징을 포함하는 수처리 장치에 도입될 수 있다.
멤브레인은 불투수성 이온-교환 멤브레인과 같은, 물의 전기투석에 이용되는 임의의 적절한 멤브레인일 수 있다. 이온 선택적 멤브레인은 선택적으로, 예컨대 멤브레인 셀이 AC 전기에 의해 구동되는 경우에 사용될 수 있다.
바람직하게, 전기투석 처리는 미생물을 제거 또는 무력하게 하기 위한 처리에 필요한 물과 혼합되는 전기투석 유닛의 산출물(product)을 제조하기 위한 것이다. 따라서, 전기투석 유닛은, 전기투석 유닛의 산출물과 다른 처리에 필요한 물의 혼합물을 저장하기 위한 탱크 또는 저장소(reservoir)를 포함할 수 있는 더 큰 수처리 시스템의 일부일 수 있다.
전기투석 처리는 바람직하게 처리될 물의 일부에만 적용되고, 이러한 일부는 물의 주체(main body)로부터 분리되고(뒤에 나머지 물을 남김), 전기투석 유닛의 산출물은 나머지 물로 회수되어, 전기투석 셀의 산출물로 형성되는 물 및 나머지 물의 혼합물을 처리한다. 바람직한 수처리 장치에서, 나머지 물이 전기투석 유닛에 의해 처리되지 않고 통과할 때, 전기투석 유닛에 의해 처리되는 물의 일부는 처리 직전에 주요 물의 흐름(main water flow)으로부터 분리된 후, 전기투석 유닛을 통과한다. 따라서, 수처리 장치는, 주 흐름 경로 및 주 흐름 경로로부터 흐름의 일부를 분리하고, 이를 전기투석 유닛으로 지시하도록 배치되는 주입구 흐름 경로를 포함할 수 있다. 또는, 전기투석 유닛에 의해 처리되는 물의 일부는 분리된 공급원, 예컨대 브라인 또는 염수의 외부 공급원으로부터 제공될 수 있다. 두 경우 모두에, 수처리 장치는 주요 흐름 경로 또는 탱크 또는 저장소에 전기투석 유닛의 배출구 흐름 경로로부터의 접속을 포함할 수 있고, 여기서 배출구 흐름 경로는 전기투석 유닛의 산출물을, 예컨대 상기 언급된 바와 같이 나머지 물일 수 있는 처리될 물에 첨가한다.
전기투석 유닛에 의해 처리되지 않는 물은 효율적으로 상기 물의 일부에 전기투석 처리와 병행하여 다른 처리, 예컨대 바람직한 실시형태에서 언급된 바와 같이 캐비테이션(cavitation) 처리 또는 질소 주입 처리에 노출될 수 있다.
바람직하게, 처리 장치로 총 물의 흐름의 10 체적% 미만, 더욱 바람직하게 5 % 미만, 특히 더욱 바람직하게 2 % 미만이 전기투석 유닛을 통과한다. 약 1.6 체적%의 양이 바람직하지만, 조건에 따라 1 % 또는 0.5 %와 같은 적은 양이 이용될 수 있다. 물의 염도 및 전기투석 유닛에 사용되는 전류를 변화시킴으로써 필요한 흐름 체적을 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 이들 요소 및 처리의 특정 적용에 따라서, 사용되는 흐름 체적이 더 커지거나 작아질 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 전기투석 유닛은 밸러스트 수처리 장치에 도입된다. 예컨대, 주요 흐름 경로는 유입되는 밸러스트 수의 흐름일 수 있고, 이러한 밸러스트 수의 일부는 전기투석 유닛에 의해 처리를 위해 분리될 수 있고, 전기투석 유닛의 산출물은 물을 처리하기 위한 나머지 밸러스트 수로 회수될 수 있다. 처리가 일어나는 동안 물은 밸러스트 탱크에서 장시간 동안 저장될 수 있다. 전기투석 유닛은 밸러스트 수 공급원에 유동적으로 연결될 수 있고, 밸러스트 펌프로부터 물이 공급될 수 있다. 또한, 전기투석 유닛은 밸러스트 탱크에 유동적으로 연결될 수 있고, 밸러스트 탱크에 전기투석 유닛의 산출물을 제공할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 이러한 형태의 수처리는 특히 밸러스트 수에 바람직하다. 다양하게 존재하는 수처리는, 적은 시간에 처리될 필요가 있는 고체적의 물에 기인하여, 밸러스트 수처리에 적절하지 않다. 물의 오직 일부가 전기투석 유닛을 통과할 필요가 있고, 나머지 물은 전기투석 유닛을 통과하지 않기 때문에, 처리는 전기적 처리에 의해 전체의 물이 직접적으로 영향받는 대안보다 제공된 시간 내에 더욱 고체적의 물에 적용될 수 있다.
전기투석 유닛은 캐소드 및 애노드 각각에 희석물 스트림 및 농축물 스트림을 제조하기 위한 것일 수 있고, 처리할 물로 회수되는 전기투석 유닛의 산출물은 이들 스트림의 일부 또는 전체 또는 둘다로 이루어진다. 전기투석 유닛의 산출물은 단순히 전기투석 유닛에 의해 제조되는 일부 또는 전체 농축물 스트림일 수 있다. 그러나, 바람직하게 전기투석 유닛의 산출물은 농축물 스트림의 일부 또는 전체, 이상적으로 희석물 스트림의 적어도 일부, 이상적으로 농축물의 양보다 더욱 적은 양으로 혼합되는 이들의 주된 부분이다. 농축물 스트림은 증가된 함량의 다양한 산화제를 함유하고, 전기투석 유닛의 산출물이 주요 물의 흐름으로 회수되는 경우에, 상기 산화제는 특히 물 속의 미생물을 제거 또는 무력화하는 것에 효과적이다.
전기투석 처리 후에, 농축물은 처리 전 물보다 더 낮은 pH를 가질 수 있고, 희석물은 더 높은 pH를 가질 수 있다. 희석물의 일부 또는 전체와 농축물을 혼합하는 것은, 전기투석 유닛의 산출물의 pH를 조절시킨다.
바람직한 실시형태에서, 농축물 스트림 및 적어도 일부의 희석물 스트림은 전기투석 유닛을 통과한 후 즉시 혼합된다. 이는 희석물 스트림의 일부를 제거한 후, 농축물 스트림과 나머지 희석물을 혼합함으로써 수행될 수 있다. 제거된 희석물의 양은 20 체적% 내지 80 체적%일 수 있다. 다른 바람직한 실시형태에서, 주요 물의 흐름으로 회수되는 전기투석 유닛의 산출물은 농축물 스트림의 전체와 함께 희석물 스트림 전체이다. 일부 조건에서, 희석물 전체는, 전기투석 유닛의 산출물이 혼합된 후 최종 물의 흐름의 다른 특성 및 바람직한 pH를 제공하도록 요구되는 것이 확인되었다. 이 경우에, 희석물 및 농축물은 물에서 산화제 및 반응성 산출물의 일부를 소모하기 위해 함께 반응할 수 있다. 그러나, 전체 산화제 및 반응성 산출물이 희석물 및 농축물의 반응에 의해 소모되기 전에, 미생물을 제거하는 반응도 일어날 것이다. 또한, 전기투석 공정은 완전히 가역적이지 않다. 특히, 밸러스트 수 및 일반적으로 천연수, 특히 염수의 맥락에서, 희석물 및 농축물이 나중에 함께 혼합되는 경우에, 전기투석 유닛 내의 반응은 완전히 가역적이지 않다. 예컨대, 반응은 회수될 수 없는 열 및 물에 존재하는 수소 및 염소와 같은 가스를 생성할 수 있다.
혼합비를 제어하기 위해, pH는 모니터링되고, 밸런싱은 바람직한 범위 내에서 pH를 유지하도록 조절된다. pH 모니터링은 pH 전극을 이용할 수 있다. 바람직하게, pH는 6보다 낮게, 예컨대 4 내지 6의 범위, 일반적으로 약 5의 pH로 유지된다. 전기투석 유닛의 산출물의 pH 및 혼합비는 농축물에 첨가되는 희석물의 양을 변화시킴으로써, 예컨대 혼합 전에 제거되는 희석물의 양을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 또한, pH의 조절은 전기투석 유닛에 공급되는 전류 또는 전압을 조절하여, 얻어지는 전기투석 효과의 강도를 변화시키고, 농축물의 산화 강도를 변화시킴으로써 일어날 수 있다.
장치는 희석물 스트림의 일부를 제거하기 위해 희석물 제거 흐름 경로를 포함할 수 있다. 농축물과 비제거된 희석물의 혼합을 용이하게 하기 위해, 장치는 배출구 흐름 경로 전에 혼합 영역(mixing area)을 포함할 수 있다. 하나의 바람직한 실시형태에서, 혼합 영역은 버퍼 탱크이다. 또는, 농축물 및 희석물은 배출구 흐름 경로를 통해 흐를 때 혼합될 수 있다. 혼합은, 농축물 스트림과 희석물의 스트림의 비제거된 일부가 주 흐름과 혼합될 때와 동시에 일어날 수 있고, 즉 전기투석 유닛의 산출물은 이들 두 부분이 나머지 물과 혼합되는 경우에 오직 혼합되는 두 부분으로 이루어질 수 있다. 혼합은, 혼합 영역 또는 배출구 흐름 경로에 수단(means)을 유도하는 터뷸런스 또는 스태틱 믹서에 의해 촉진될 수 있다.
제거된 희석물은 전기투석 유닛 전에 물의 상류에 재주입(re-inject)될 수 있다. 수처리 장치에 캐비테이션 처리 또는 여과 처리와 같은 다른 처리 단계가 포함되는 경우에는, 나머지 희석물은 바람직하게 다른 처리 단계 이전에, 밸러스트 펌프 전에도, 재주입될 수 있다. 희석물을 재주입하는 것은, 그것을 처리할 필요를 없앤다. 또한, 희석물은 특히 여과 전에 주입되는 경우에 여과 공정에서 세정제와 같이 유리하게 작용할 것이다.
주 흐름으로 재주입되는 농축물 및 희석물의 특징 및 양은 ORP(Oxygen Reduction Potential) 및/또는 TRO(Total Residual Oxidant)의 소모를 모니터링함으로써 제어될 수 있다. 바람직한 값의 ORP를 위한 범위는 250 - 800 mV, 더욱 바람직하게 300 - 500 mV일 수 있다. 재주입 직후 TRO의 최초 값은 바람직하게 1 내지 10 mg Cl/L, 더욱 바람직하게 2 내지 5 mg Cl/L이고, 일반적으로 1 내지 36시간의 기간 후에 빠르게 0.01 - 1 mg Cl/L로 떨어진다. TRO의 소모는 처리될 물의 특성에 따라 매우 달라진다. 전기투석 유닛의 성능을 최적화하기 위해, 실제 수처리를 시작하기 전에 혼합비 및 전류를 예비 세팅하는 칼리브레이션 흐름 루프(calibration flow loop)를 배치하는 것이 바람직하다. ORP 및/또는 TRO 측정값이 바람직한 범위를 벗어나는 경우에, 전기투석 유닛의 작동은 조절된다.
물의 흐름을 지시하기 위해, 장치는 도관, 파이프, 구획막이(baffles) 등을 포함할 수 있다. 전기투석 유닛은 주요 물의 흐름의 흐름 경로로 통합될 수 있고, 따라서 장치는, 유닛을 통해 주 흐름의 일부를 채널링 하기 위해 작은 파이프 또는 도관 등을 갖는 주 흐름용 도관 또는 주 흐름 파이프를 포함할 수 있다. 또는, 전기투석 유닛은 그 안에 있는 물을 처리하기 위해 물이 존재하는 도관에 연결될 수 있는 자립형(standalone) 유닛으로 제공될 수 있다. 이 경우에, 처리 장치는 필요한 밸브, 정량 주입 펌프(dosage pump) 등과 함께 존재하는 도관에 자립형 유닛의 접속을 위해 적절한 파이프 또는 도관을 포함할 수 있다.
브라인의 독립적인 공급원은 전기투석 유닛의 전해질의 투입을 증가시키고, 그 염도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 이는, 예컨대 담수의 부생산물로서 또는 역삼투화 플랜트(reverse osmosis plant)와 같은 전용 브라인 제조 플랜트에서 제조되는 브라인일 수 있다. 역삼투화 플랜트를 재순환하는 것은, 투입 전해질에 추가하여 사용하기 위한 포화 브라인 용액을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 브라인 등의 추가는, 시스템이 담수 또는 약한 기수(brackish water)를 처리하기 위해 이용되는 경우에 요구되고, 이는, 그렇지 않으면 전기 처리는 물의 이온 부족에 기인하여 효과적이지 않을 수 있기 때문이다. 또한, 브라인은 더욱 바람직한 레벨로 전해질의 염 농도를 제공하기 위해 낮은 염 함량을 갖는 해수에 추가될 수 있다. 더 낮은 염 함량에서, 더 큰 전류는 전기투석 유닛으로 동일한 처리 효과를 얻기 위해 요구된다. 결과적으로, 염 함량을 증가시킴으로써, 에너지 사용의 감소가 얻어질 수 있다. 예로서, 북해에서, 염도가 25 ppt(parts per thousand) 이상이 일반적이지만, 발트해에서, 표층 해수는 아마 7 ppt로 염도가 훨씬 더 낮다. 바람직하게, 브라인은 염도를 적어도 25 ppt로 유지하기 위해 전기투석 유닛에 투입 전해질로 첨가된다.
바람직하게, 물은 처리 후 저장소 또는 탱크에서 일정 기간 동안 저장된다. 이는 전기투석 유닛의 산출물로부터 산화제 및 반응성 물질에 대한 시간이 물 속에서 임의의 미생물 및 다른 원치 않는 물질에 충분한 효과를 갖도록 해준다. 특히 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 선박의 밸러스트 수처리에 이용되고, 물이 밸러스트 탱크에 취해질 때 물은 처리되고, 배출 전에 밸러스트 탱크에 저장된다. 이러한 조건에서, 화물이 재적재되고 밸러스트 수를 배출하기 전에 항구에서 항구로 배가 이동할 때 일반적으로 저장에 합리적인 시간이 걸린다. 이러한 시간은, 전기투석 유닛의 산출물에 의한 처리가 효과를 발휘하도록 하는 사용하기에 유리할 수 있다.
처리 흐름 경로는 주요 흐름 경로 외부의 도관에 의해 형성될 수 있다. 이는, 존재하는 물의 흐름 경로가 적절한 주입구 및 배출구 접합의 첨가에 의해 처리 장치를 포함하는 것이 쉽게 적용되도록 해준다. 또는, 처리 흐름 경로는 단일 유닛으로 주 흐름 경로와 통합될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 첨부하는 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 전기투석 유닛을 갖는 밸러스트 수처리 시스템을 도시하고,
도 2는 전극의 스택을 포함하는 전기투석 유닛을 도시하고,
도 3은 도 2의 유닛에 이용되는 단일 전극 챔버를 도시하고,
도 4는 전극판 및 씰(seal)을 도시하고,
도 5는 흐름 분배가 도시될 수 있는 전기투석 유닛의 부분 투시도이고,
도 6은 흐름 분배기(flow distributor)의 내부 튜브의 투시도이고,
도 7은 흐름 조건 요소를 보여주는 세퍼레이터의 부분도이고,
도 8은 흐름 분배기 및 흐름 조절 요소(flow conditioning elements)의 상세를 나타내는 와이어프레임 개략도이고,
도 9는 전극의 선두의 엣지(leading edge)를 나타내는 2개의 캐소드 챔버 및 하나의 애노드 챔버의 일부의 단면도이고,
도 10은 흐름 분배기가 사용되지 않는 경우에 컴퓨터 모델에서 전극 스택을 따라 캐소드 챔버의 각각을 가로지른 속도의 플롯을 도시한 것이고,
도 11은 흐름 분배기가 사용되는 경우에 컴퓨터 모델에서 전극 스택을 따라 캐소드 챔버의 각각을 가로지른 속도의 플롯을 도시한 것이고,
도 12는 흐름 분배 요소가 사용되지 않는 경우에 컴퓨터 모델에서 캐소드 흐름 경로의 폭을 가로지른 속도의 플롯을 도시한 것이고,
도 13은 흐름 조절 요소가 사용되는 경우에 컴퓨터 모델에서 캐소드 흐름 경로의 폭을 가로지른 속도의 플롯을 도시한 것이다.
도 1의 설비(arrangement)는 밸러스트 수처리 시스템(ballast water treatment system) 내의 전기투석 유닛(electrodialysis unit)을 이용하지만, 바람직한 전기투석 유닛에 대한 다른 용도가 존재하고, 전기투석 유닛이 다른 필요조건에 적합하도록 맞춰질 수 있다고 이해해야 할 것이다. 특히, 여기에 설명된 전기투석 유닛은 밸러스트 수처리에, 또는 다른 수처리 적용에, 도 1의 예시적인 설비에 도시되는 바와 같은 다른 처리 형태와 조합할 필요 없이, 사용될 수 있다고 이해해야 한다.
따라서, 도 1은 전기투석 유닛(8)을 포함하는 밸러스트 수처리 시스템을 도시한다. 실시예에서, 물은 캐비테이션 유닛(cavitation unit)(10), 가스 주입 유닛(14) 및 전기투석 유닛(8)에 의해 여과 및 처리된다. 캐비테이션 유닛(10) 및 가스 주입 유닛(14)은 필수적이지 않고, 생략될 수 있다. 일부 바람직한 실시형태는 다른 처리 없이 전기투석 및 여과의 조합을 이용한다. 처리는 물 속에서 미생물의 손상 및 죽음을 야기한다.
물 속의 미생물에 영향을 미치는 것뿐만 아니라, 주입 유닛(14)에서 물에 선택적으로 첨가되는 질소는 물의 용존 산소 레벨을 감소시키고, 미생물의 재성장의 가능성을 감소시키고, 부식 속도 및 코팅의 풍화를 감소시킨다. 또한, 산소의 감소는 전기투석 유닛(8)의 산출물을 통해 물에 투입되는 산화제의 효과를 지속시키는 것으로 생각된다. 밸러스트 탱크가 질소를 이용하여 비워지는 경우 제어된 대기 관리에 의해 이러한 효과는 더 향상된다.
밸러스트 탱크의 충전 동안, 밸러스트 수는 선박의 밸러스트 펌프 시스템(2)을 이용함으로써 주입 파이프(1)를 통해 해양으로부터 펌핑된다. 펌프(2) 후, 물은 파이프를 따라 흐르고, 물로부터 더 큰 입자를 여과하는 제1필터(4)를 통해 여과된다. 이들은 밸러스트 흡수점에서(at the point of ballast uptake) 배출되는 슬러지를 형성한다.
제1필터(4)의 하류, 압력 부스터는 선택적으로 설치될 것이다. 압력 부스터는 유닛의 더 하류에서 성공적인 처리를 위해 필요한 수압 레벨을 유지하기 위해 이용될 수 있다.
실시예에서, 물은 선택적인 처리 디바이스이고, 생략될 수 있는 캐비테이션 유닛(10)으로 계속 흐른다. 캐비테이션 유닛(10)에서, 수력학적 캐비테이션(hydrodynamic cavitation)은 유체 흐름 속도의 가속에 의해 유도되고, 이는 유체 정압이 유체 증기압(fluid vapour pressure)까지 빠르게 떨어지도록 한다. 그 후, 이는 증기 거품(vapour bubbles)의 개선을 야기한다. 거품을 성장시킨 제어된 기간 이후에, 빠른 제어 감속이 이어진다. 이는 유체 정압을 빠르게 증가시키고, 물 속의 미생물을 부수는 고강도 압력 및 온도 펄스까지 증기 거품이 물에 노출되는 임의의 미생물 등을 격렬하게 붕괴 또는 내파시킨다.
캐비테이션 유닛(10) 후, 물의 일부는 전기투석 유닛(8)으로 흐른다. 나머지 물은 전기투석 유닛(8)에 의해 처리되지 않고, 이후 처리 단계에서 파이프 또는 도관을 따라 단순히 계속 흐를 수 있다. 도 1의 실시형태에서, 전기투석 유닛은 주 흐름 도관에 외부적으로 장착되어, 존재하는 처리 시스템에 새로 장착(retro-fitted)될 수 있다.
바람직한 실시형태의 전기투석 유닛(8)은 온도 제어 시스템(9)을 구비한다. 이는 전기투석 유닛(8)에 의해 이용되는 물이 세팅된 온도 이하로 떨어지지 않는 것을 보증하기 위해 이용된다. 온도 제어 시스템(9)은 유입되는 물의 온도를 모니터링하기 위한 온도 모니터링 디바이스(9a) 및 전기투석 유닛(8)의 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 측에 유입되는 물의 온도를 증가시키기 위한 히터(9b)를 포함한다. 히터(9b)는, 원래의 수온이 소정의 레벨보다 낮은 경우에 애노드 측에 유입되는 물의 온도를 증가시키기 위해 작동되도록 배치된다. 멤브레인 셀의 캐소드 측의 물은 가열되지 않는다. 이 실시형태에서, 소정의 레벨은 16 ℃이다. 유입되는 물의 온도가 16 ℃보다 낮으면, 물은 히터를 이용하여 약 20 ℃까지 가열된다. 온도는, 캐소드 측의 더 차가운 물로 열을 잃은 후에도, 멤브레인 셀 전체 범위를 따라 애노드 수온이 충분히 높은, 예컨대 약 16 ℃보다 높은, 약 18 ℃인 것을 보증하도록 선택된다. 애노드 액(anolyte)의 출구(exit)에서 온도를 직접 모니터링 하기 위해 온도 센서가 있을 수 있지만, 관례적인 시험에 의한 캐소드/애노드 유속 및 열 전도율이 제공된 멤브레인 셀에서 결정될 수 있기 때문에, 필수적이지 않다. 히터(9b)는 선박의 엔진으로부터의 폐열을 이용하고, 임의의 적합한 형태를 취할 수 있고, 예컨대 튜브 열교환기에서 튜브일 수 있다.
도 2 내지 9를 참조하여 이하에 더욱 자세히 설명되는 전기투석 유닛(8)은 희석물 스트림(diluate stream)(11) 및 농축물 스트림(concentrate stream)(12)을 생성한다. 이들 두개의 스트림은 pH 평형기(pH balancer) 또는 혼합 유닛(13)으로 전진하며, 주요 물 흐름(main water flow)으로 다시 지시되는 전기투석 유닛(8)의 산출물(17)을 산출하고, 산출물(17)의 조성에 따라, 또한 혼합 유닛(13)은 잔여 희석물(18)을 분배할 수 있다. 혼합 유닛(13)은 전기투석 유닛(8)의 최적의 산출물(17)을 형성하기 위해 농축물(12)에 첨가되는 희석물(11)의 양을 제어하기 위해 펌프 등을 포함한다.
전기투석 유닛(8)의 산출물(17)의 주입점의 하류에 샘플링 및 측정점(15)이 있고, 이는 ORP 및/또는 TRO를 측정하고, 혼합 유닛(13)에 측정 값을 전달한다. 이들 측정은, 물의 전기투석 유닛(8)의 효과를 모니터링하고, 예컨대 정량 펌프(dosing pump)를 제어함으로써, 혼합 유닛(13)을 제어하기 위해 이용된다.
잔여 희석물(18)은 모든 처리 단계 전에, 바람직하게 필터(4) 및/또는 밸러스트 수 펌프(2) 전에 유입되는 물로 주입될 수 있다. 또는, 홀딩 탱크(holding tank)(25) 또는 선박의 빌지 수 탱크(ship's bilge water tank)(26)에 저장될 수 있다.
도시된 설비에서, 가스 주입 유닛(14)은, 전기투석 유닛(8)의 산출물(17)이 주 흐름으로 회수된 후에 물로 처리된다. 그러나, 다른 설비에서, 산출물(17)은, 산출물(17)이 혼합된 후에 물의 조건을 모니터링하는, 가스 주입 유닛(14)의 하류과 마찬가지로 모니터링 유닛(15)과 함께 가스 주입 유닛(14)의 주 흐름 하류로 회수된다.
선택적 가스 주입 유닛(14)에서, 질소 가스(16)는, 물에서 과포화의 바람직한 레벨을 얻기 위해 스팀/질소 인젝터 또는 가스/물 믹서를 이용하여 유입되는 물로 주입되어, 미생물을 제거하고, 산소 레벨을 감소시켜 부식을 감소시킨다. 또한, 이는 물의 산화제의 저리 효과를 연장시킨다.
처리 유닛의 하류, 처리된 물은 밸러스트 수 탱크에 선박의 밸러스트 수 파이핑 시스템(23)에 의해 분배된다. 과도한 가스는 안정한 조건을 얻을 때까지 선택적으로 진공 처리된다. 이는 탱크 통풍 시스템과 통합된 밸브를 이용하여 조절된다. 이들 밸브는, 밸러스트 수가 탱크에 남아 있는 기간 동안 탱크에서 안정한 조건, 특히 용존 산소의 레벨이 낮고, 질소의 과포화도의 레벨이 높은 것을 보증한다. 과포화 레벨을 유지하는 것은, 과포화 자체에 의해 및 전기투석 유닛(8)에 의해 도입되는 산화제에 의해, 계속적인(on-going) 물의 처리를 야기한다. 따라서, 처리는 임의의 살아 있는 미생물을 계속 제거 또는 무력하게 하지만, 물은 밸러스트 탱크에 저장되는, 처리된 물을 생성한다.
그 후, 물은 밸러스트 수 탱크에 두도록 남겨 둔다. 밸러스트 탱크에서, 전기투석 처리로부터 발생되는 화학적 반응은 밸러스트 수의 미생물을 제거 및/또는 무력화시키는 것을 계속한다. 밸러스트 수가 배출되면, 배출에 환경적으로 허용되는 레벨로 물의 산소 함량을 되돌리는 배출 처리 공정을 통해 물이 흐른다. 물은 밸러스트 탱크로부터 펌핑되고, 적어도 가스 주입 유닛(14)을 통과한다. 이는, 주입 가스로서 질소를 교체할 때, 물에 산소를 되돌리기 위해 이용된다. 선택적으로, 물은 물이 배출될 때 캐비테이션 유닛(10)에 의해 재처리될 수 있다.
전기투석 유닛(8)의 작동은 이제 설명될 것이다. 전기투석 유닛(8)의 구조적 설비의 실시형태는 도 2 내지 9를 참조하여 이하에 설명된다. 상기 언급된 바와 같이, 전기투석은 이온이 유체 시스템에서 이온 교환 멤브레인을 통해 전달되는 전기-멤브레인 공정이다. 전기투석 유닛의 가장 간단한 실행에서, 단일 멤브레인은 2개의 전극 사이에 위치한다. 2개의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 확립되는 전하(electric charge)는, 이온이 유체가 도전성으로 제공되는 멤브레인을 통해 구동되게 한다. 전압은 도면에 도시되지 않는 종래 형태의 전력 접속점(power connection point)에 의해 인가된다. 2개의 전극은 각각 애노드 및 캐소드를 나타낸다. 전하는 다른 전극에서 다른 반응을 생성한다. 애노드에서, 전해질은 산성 특성을 갖지만, 캐소드에서 전해질은 알칼리성이 되는 특징이 있다. 전기투석에 이용되는 멤브레인은 이온 교환시키지만, 액체 불침투성인 능력으로 선택된다. 이는 알칼리성 용액이 산성 용액으로부터 분리되는 것을 유지하게 해준다.
유입되는 전해질은 밸러스트 수 파이프 라인(즉 해수)으로부터 취해지는 밸러스트 수인 전기투석 멤브레인 셀에서 일어나는 다양한 반응은 이하 표 1에 나타냈다. 이는 수활석(Mg(OH)2)을 생성하는 캐소드 측의 반응을 포함한다. 또한, 소듐 및 마그네슘염 이외에 물에 다양한 화합물이 존재할 수 있기 때문에, 다른 반응도 일어날 것이다.
Figure pct00001
이하 표 2는 애노드에서 생성되는 산성 용액 및 캐소드에서 생성되는 알칼리성 용액의 일반적인 특성을 나타낸다. 산성 용액은 농축물 스트림을 형성하고, 알칼리성 용액은 희석물 스트림을 형성한다.
Figure pct00002
2개의 분리된 스트림은, 전기투석 유닛의 산출물 및 선택적으로 표 3에 나타내는 일반적인 특성을 갖는 잔여물을 제공하는 비율로 혼합된다. 산출물은, 가능하게 pH 레벨을 제어하기 위해 희석물이 첨가된, 주로 애노드로부터의 농축물이다. 잔여물은 산출물로 혼합되지 않는 임의의 희석물로 형성될 것이다. 일반적으로, 전기투석 처리의 바람직한 실행에서 산출물의 pH는 4-6이지만, 물의 처리는 이하 제공되는 더 넓은 pH 범위 내에서 일어날 것이다.
Figure pct00003
2개의 스트림의 화학적 특성을 맞추기 위해, 크로스-처리(cross-treatment)가 적용될 수 있다. 이는, 하나 또는 두개의 스트림의 전체 또는 일부가 도착하는 구획으로부터 반대의 구획으로 입구(entrance)에서 재주입시키는 설비로 구성될 수 있다. 따라서, 애노드에 의해 생성되는 농축물 스트림은 전기투석 유닛의 캐소드 측으로 재주입됨으로써 크로스-처리될 수 있다. pH, ORP 및 TRO에 의해 표현되는 스트림의 특성은 이 방법에 의해 더 맞춰질 수 있고, 추가적으로 혼합이 적용되는 경우에 잔여 희석물의 양이 혼합 후 감소되게 한다.
혼합비는 원래의 전해질의 "품질", 전극의 크기 및 인가되는 전력에 따라 달라질 것이다.
전기투석 유닛의 산출물은 N2의 주입점, 바람직하게 바로 뒤에 선택적으로 연결되는 밸러스트 수의 흐름에 들어가고, 따라서 선택적으로 과포화/산소 제거 공정과 함께 물로 도입된다. 만약 존재한다면, 잔여물은 필터 바로 앞의 주 흐름의 상류에 주입된다.
도 2 내지 9는 수처리에 이용될 수 있는 전기투석 유닛(8)의 실시형태를 나타낸다. 전기투석 유닛은 도 1의 밸러스트 수처리 시스템 또는 임의의 다른 적절한 수처리 시스템에 이용될 수 있다. 처리 효과를 제공하기 위해 단독으로 이용될 수 있거나, 다른 수처리 디바이스와 조합하여 이용될 수 있다.
도 2는 2개의 단부 플레이트(32) 사이에 샌드위칭된 전극 챔버(30)의 스택을 포함하는 전기투석 유닛(8)을 나타낸다. 전극 스택은 스크류(34)에 의해 단부 플레이트(32) 사이에 클램핑된다. 전극 챔버(30)는 절연층에 의해 분리되는 10개의 멤브레인 셀의 세트와 함께 위치한다. 전극 챔버(30)의 세트 및 플라스틱 절연층은 도 5에 더욱 명확하게 도시될 수 있다. 전극 챔버(30)는 복수의 세트의 챔버(30)의 연속 연결이 가능하도록 이 방법에서 세트로 배치된다. 물은 전극 챔버(30)의 베이스에서 캐소드 물 주입구(50) 및 애노드 물 주입구(52)를 통해 전극 스택에 들어간 후, 애노드 및 캐소드 챔버를 통해 위쪽으로 흐른다. 물 주입구(50,52)는 도 2의 전기투석 유닛(8)의 반대측에 있지만, 도 5에서는 반대측으로부터 유닛(8)이 도시되는 것을 볼 수 있다. 캐소드 반응으로부터의 희석물 스트림(11) 및 애노드 반응으로부터의 농축물 스트림(12)은 농축물 배출구(36) 및 희석물 배출구(38)를 통해 전극 스택을 빠져 나간다. 상기 언급된 바와 같이, 캐소드 측에서 더 높은 유속을 갖는 것은 유리하므로, 바람직한 실시형태는 캐소드 측에 2개의 물 주입 파이프 및 결과적으로 오직 하나의 농축물 배출구(36)를 갖는 희석물을 위한 2개의 배출 파이프(38)를 포함한다. 유속의 비율은 약 3:1일 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극에 전기 공급을 위한 전기 접속판(electrical connection board)(42) 및 전극의 단부(40)가 노출된다.
도 3은 단일 전극 챔버(30)를 도시한다. 도 2의 유닛(8)은 함께 적층되는 다수의 이들 전극 챔버(30)로 이루어진다. 전극 챔버(30)는, 전극(44)의 각 측 상에 하나 위치하는 2개의 세퍼레이터(46) 내에, 세퍼레이터에 의해 지지되는 티타늄 전극판(44)을 포함한다. 고무 씰(48)은 세퍼레이터(46)의 외부 엣지 둘레를 따라 연장되고, 전극 챔버(30)를 에워싸는 수밀 배리어(water tight barrier)를 제공한다. 전극의 노출된 단부(40)는 고무 씰(48) 너머로 확장되어, 전기 접속(42)은 반응 영역의 외측에 만들어질 수 있다.
물은 하나의 단부에서 관통 홀(54)을 통해 전극 챔버(30)로 들어가고, 다른 단부에서 관통 홀(54)을 통해 빠져나간다. 관통 홀(54)은 대응하는 물 주입구(50, 52) 및 물 배출구(36, 38)와 유체 소통한다. 각각의 세퍼레이터(46)는 3개의 주입구(50, 52) 및 배출구(36, 38)의 각각에 관통 홀(54)을 구비한다. 전극 챔버(30) 내에서 세퍼레이터(46)에는 적절한 물 주입구에서 적절한 물 배출구로 물을 통과하기 위한 흐름 가이드(flow guides)가 제공된다. 따라서, 캐소드 전극 챔버는 주입구 측에서 2개의 외부 관통 홀(54)을 통해 캐소드 물 주입구(50)로부터 물을 받아들이고, 캐소드를 가로질러 지나도록 그것을 지시한 후, 배출구 측 상의 외부 관통 홀(54)에 그리고 결국 희석물 배출구(38)에 추가적인 흐름 가이드를 통해 캐소드 반응으로부터의 희석물을 지나가게 하도록 흐름 가이드를 구비할 것이다. 애노드 전극 챔버는 주입구 측에서 중앙 관통 홀(54)을 통해 애노드 물 주입구(52)로부터 물을 받아들이고, 애노드를 가로질러 지나도록 그것을 안내한 후, 배출구 측 상의 중앙 관통 홀(54)에 그리고 결국 희석물 배출구(36)에 추가적인 흐름 가이드를 통해 애노드 반응으로부터의 농축물을 지나가게 하도록 흐름 가이드를 구비할 것이다.
도 4는 세퍼레이터(46)의 부착 전에 전극판(44) 및 씰(48)을 도시한다. 고무 씰(48)은 도면에 도시된 바와 같이 2개의 측을 따라 전극판(44)에 결합된다. 또한, 씰(48)은 전극판(44)의 전면 및 후면 상에 있다. 전극판(44)의 노출된 단부(40)는 앞서 설명된 바와 같이 전기 접속을 허용하기 위해 전극판의 일 측을 따라 씰을 지나서 연장된다.
도 5는 전기투석 유닛의 부분 절단도이며, 캐소드 물 주입구(52) 중 하나에서의 흐름 분배기(56)의 상세를 도시한다. 또한, 도 5는 플라스틱 절연층에 의해 분리되는 5개 세트의 멤브레인 셀을 보다 명확하게 도시한다. 멤브레인 셀의 구조는 도 9를 참조하여 이하에 보다 상세히 설명된다. 도 5에서, 단부 플레이트(32) 중 하나 및 각각의 전극 챔버(30)는 정렬된(또한 절단된) 관통 홀(54)에 의해 형성된 원형 통로(passage)를 노출시키기 위해 부분적으로 절단된다. 상기 원형 통로는 흐름 분배기(56)의 제1 튜브(first tube)(58)를 형성한다. 제1 튜브(58)는 도 8의 와이어프레임 개략도에서 보다 명확하게 볼 수 있으며, 캐소드에서의 유체 흐름 배치를 보다 상세하게 도시한다. 또한, 흐름 분배기(56)는 관통 홀(54) 내부의 동축에 위치하는 제2 튜브(60)를 포함한다. 도 5에서, 상기 제2 튜브(60)는 캐소드 주입구(50) 중 하나에 삽입되지만, 다른 캐소드 주입구(50) 또는 애노드 주입구(52)에서는 도시되지 않는다. 전기투석 유닛(8)이 완성될 때 관통 홀(54)의 각각의 세트와 함께 동축으로 맞춰지는 각각의 물 주입구에는 제2 튜브(60)가 있다.
제2 튜브(60)는 그 길이를 따라 홀(62)을 포함한다. 이러한 홀(62)은 제2 튜브(60)의 2개의 측 상에 절단된 횡방향 슬릿(transverse slits)의 형태를 취하고, 제1 튜브(58) 내에 삽입될 때 제2 튜브(60)의 상부 및 하부 측에 위치한다. 도 6은 흐름 분배기(56)의 제2 튜브(60)의 투시도이며, 제2 튜브(60)의 제2, 하부, 측 상에 홀(62)을 포함하는 상세를 보여준다.
캐소드 챔버의 세퍼레이터(46') 상의 흐름 조절 요소(64)는 도 7a에 도시되며, 이는 캐소드 세퍼레이터(46')의 하부의 부분도이다. 흐름 조절 요소(64)는 캐소드 흐름 경로의 폭(W)을 가로질러 흐름을 균일하게 분배하기 위한 것이다.
3개의 관통 홀(54)은 흐름 분배기의 제1 튜브(58)를 형성하기 위해 전극 스택 내에 다른 세퍼레이터(46) 내의 관통 홀(54)과 정렬될 것이다. 도 7에 도시되지 않은, 제2 튜브(60)는 정렬된 관통 홀(54)로 삽입될 것이며, 제2 튜브(60) 내의 홀(62)은 제1 튜브(58)로 물을 통과시킬 것이다. 도 7a에서, 세퍼레이터(46)는 캐소드 챔버를 위한 것이므로, 외부 관통 홀(54)은 캐소드 흐름 경로로 개방되는 반면 중앙 관통 홀(54)은 물이 애노드 주입구(52)로부터 캐소드 챔버로 들어가는 것을 방지하기 위해 밀폐될 것이다. 이러한 밀폐는 대략 중앙 관통 홀에 위치하는 O-링 씰에 의해 획득될 수 있다. 그 결과, 물 주입구(50)로부터, 튜브(60, 58)를 따라, 흐름 조절 요소(64)를 통해 캐소드 반응 영역으로 물이 지나가는 것이 허용되도록 홀은 2개의 외부 관통 홀(54)에서 제1 튜브(58) 내에 형성될 수 있다.
흐름 조절 요소(64)는 캐소드 흐름 경로의 전체 폭(W)을 가로질러 물을 균일하게 분배하기 위해 팬(fan) 형태의 관통 홀(54)로부터 멀리 연장되는 채널(channels)의 형태를 취할 수 있다. 채널은 세퍼레이터(46')로 리세스되고(recessed), 벽(66)에 의해 서로 분리된다. 캐소드 챔버를 형성하는 2개의 세퍼레이터(46')는 함께 결합될 때, 각각의 세퍼레이터(46') 상의 벽(66)은 서로 마주보고 접촉하게 되어 채널이 밀폐된다. 각각의 채널은 캐소드 흐름 경로를 통과하는 흐름 방향과 평행인 단부 부분을 구비한다. 이는 난류를 감소시키고 층류(laminar flow)를 증진하는 데 도움이 된다.
도 7b는 애노드 챔버를 위한 세퍼레이터(46")의 유사한 부분도이다. 이러한 애노드 세퍼레이터는 애노드 흐름 경로를 위한 흐름 조절 요소(65)를 포함한다. 캐소드 흐름 조절 요소(64)와 같이 애노드 흐름 조절 요소(65)는 애노드 흐름 경로의 전체 폭(W)을 가로질러 균일하게 물을 분배하기 위해 팬 형태로 관통 홀(54)로부터 멀리 연장되는 채널의 형태를 취한다. 애노드 흐름 경로에는 오직 단일의 중앙 관통 홀(54)로부터의 물이 공급되므로, 애노드 흐름 조절 요소(65)는 캐소드 흐름 조절 요소(64)보다 더 넓은 각도 이상으로 펼쳐질 수 있다(fan out). 이는 중앙 관통 홀(54) 내의 흐름 분배기(56)로부터의 물이 애노드 흐름 경로 위에 균일하게 분배되게 한다. 2개의 외부 관통 홀은 캐소드 물 공급으로부터 물의 진입을 방지하기 위해, 예를 들어 O-링 씰에 의해, 밀폐될 수 있다. 애노드 흐름 조절 요소(65)는 벽(67)에 의해 분리된 리세스된 채널이다. 도 9를 참조하여 이하에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 애노드의 선두의 엣지가 물 주입구로부터 더 큰 간격으로 위치되므로, 애노드 세퍼레이터(46")의 흐름 조절 부분은 관통 홀(54)로부터 멀리 더 큰 간격으로 연장된다.
도 8은 전극 스택에서 캐소드 흐름 경로를 위한 흐름 조절 요소(64) 및 흐름 분배기(56)의 추가적인 상세사항을 도시하는 와이어프레임 개략도이다. 흐름 조절 요소(64)의 상세는 명확화를 위하여 생략되나, 팬 형태로 나타낼 수 있다. 각각의 캐소드 챔버는 세퍼레이터(46)의 2개의 외부 관통 홀(54) 내의 2개의 흐름 분배기(56)에 유사한 방식으로 결합하는 흐름 조절 요소(64) 2개의 대칭적인 세트를 구비한다. 상기 언급된 바와 같이, 관통 홀(54)은 흐름 분배기(56)의 제1 튜브(58)를 생성하기 위해 정렬된다. 제1 튜브(58)는 상부 측에서 홀을 통해 흐름 조절 요소(64)의 각각의 세트와 연결된다. 제1 튜브(58) 내부의 동축에 위치하는 제2 튜브(60)는 2개의 캐소드 주입구(50)로부터 제1 튜브(58)에 물을 공급한다. 물은 제2 튜브의 상부 및 하부 표면의 슬릿 형상의 홀(62)을 통해 제1 튜브(58) 및 제2 튜브(60) 사이를 통과한다.
2개의 튜브 흐름 분배기(56)는 전극 스택(30)의 길이를 따라 각각의 캐소드 챔버에 균일하게 물을 분배하는 역할을 한다. 흐름 조절 요소(64)는 각각의 캐소드 흐름 경로의 폭(W)을 가로질러 물의 균일한 분배를 제공하고, 또한 캐소드 흐름 경로 내의 층류를 증진한다.
애노드 챔버에 대하여, 도 8에 도시된 것과 유사한 배치가 있지만, 물은 2개의 외부 홀(54) 대신에 오직 중앙 관통 홀(54)로부터 분배된다. 애노드 물 흐름 경로는 제1 및 제2 튜브(58, 60)를 이용하여, 상기 기재된 흐름 분배기(56)와 동일한 디자인의 흐름 분배기(56)를 통과한다. 상기 흐름 분배기(56)는 애노드 물 주입구(52)에 연결되는 정렬된 중앙 관통 홀(54)에 의해 생성된 제1 튜브(58)를 이용하여 형성될 수 있다.
유입된 물이 흐름 분배기(56)를 통과하고 흐름 조절 요소(64, 65)를 빠져나간 후, 캐소드 및 애노드 챔버 내부에 캐소드 및 애노드 흐름 경로로 흐른다. 이 지점에서, 도 10 내지 13을 참조하여 이하에 설명되는 바와 같이, 물은 각각의 흐름 경로의 폭(W)을 가로질러 균일하게 분배되고 전극 스택을 따라 각각의 흐름 경로로 균일하게 분배된다. 물의 균등한 분배는 전극 스택 내의 각각의 멤브레인 셀을 가로질러 반응의 균등한 속도를 보증한다. 각각의 흐름 경로 폭(W)을 가로질러 물의 균일한 분배는, 반응이 전극의 폭 상에서 균일하게 발생하고, 또한 캐소드 흐름 경로에서 층류를 증진한다는 것을 의미한다.
도 9는 물이 캐소드 챔버 및 전극 챔버에 들어가는 지점에서 하나의 애노드(70) 및 2개의 캐소드(68)의 부분을 통과하는 단면도이다. 멤브레인(71)은 멤브레인 셀을 형성하기 위해 전극 사이에 위치한다. 도면은 2개의 완전한 멤브레인 셀(애노드(70)의 어느 한 측) 및 2개의 부분적인 멤브레인 셀(2개의 캐소드(68)의 외측 부분에서)을 통과하는 부분적인 단면도이다.
도 9는 전극 챔버를 통해, 특히 캐소드 흐름 경로의 반응 구역 내에서 층류를 증진하기 위해 사용되는 추가적인 특징을 도시한다. 캐소드 흐름 경로(72)에 유입되는 물은 화살표(C)에 의해 지시되는 바와 같이 세퍼레이터(46')의 흐름 조절 요소(64)로부터 도달된다. 애노드 흐름 경로(74)의 물은 화살표(A)에 의해 지시되는 바와 같이 흐름 조절 요소(65)로부터 도달된다. 흐름 조절 요소(64, 65)을 통과하는 물 흐름은 개별적인 캐소드(68) 또는 애노드(70)의 각각의 2개의 측을 따라 지나가는 2개의 흐름 경로(72, 74)를 공급한다.
흐름 조절 요소(64, 65)를 빠져나가는 물은 흐름이 전극 중 어느 한 측에서 흐름 경로(72, 74)에 들어가는 2개의 균등한 흐름으로 완만하게 분할되기 전에 흐름이 동요되지 않는 고정된 거리를 흐르도록 허용된다. 이러한 고정된 거리는 이전의 흐름 가이드로부터 발생될 수 있는 임의의 파괴적인 효과로부터 흐름을 회수하는 데 도움이 된다. 흐름의 완만한 분할은 전극 선두의 엣지(76)의 형상을 통해 획득되며, 난류를 최소화하는 ?지(wedge) 형상으로 된다. 바람직한 실시형태에서 동요되지 않는 흐름의 고정된 거리는 대략 10mm이다.
애노드(70)의 선두의 엣지(76)가 캐소드(68)의 선두의 엣지(76)보다 물 주입구로부터 멀리 더 큰 간격을 두고 위치한다는 것을 알게 될 것이다. 전기투석 유닛은 반응 구역 내에 전기 처리가 가해지기 전에 물이 캐소드 위의 추가적인 고정된 거리(X)를 흐르도록 설계된다. 이러한 추가적인 거리(X)는, 해수에 임의의 전류가 가해지기 전에 흐름이 층류로 성장하게 하는 것을 돕고 임의의 잔여의 난류가 분산되게 한다. 이는 상쇄된(offset) 캐소드/애노드 구성을 허용하는 애노드(70) 및 캐소드(68)의 서로 다른 길이의 이용을 통해 얻어진다. 여기에 도시된 바람직한 설계에서, 고정된 거리(X)는 대략 30mm이고 캐소드(68) 및 멤브레인 사이의 간격은 2mm이다. 반응 구역은 애노드(70) 및 캐소드(68)가 모두 충분히 근접 상태에 존재할 때 시작하며, 이러한 경우에 이것은 도면 상에 표시된 거리(X) 이후일 것이다. 반응 구역 내에서 전기투석이 발생하고, 물이 반응 구역 내에서 애노드 흐름 경로(74) 및 캐소드 흐름 경로(72)를 따라 통과할 때 이온 교환이 멤브레인(71)을 가로질러 발생하고, 상기 기재된 바와 같이 캐소드 측 상에서 알칼리성 희석물 및 애노드 측 상에서 산성 농축물을 발생시킨다. 농축물 및 희석물은 배출구(36, 38)를 통해 전기투석 유닛을 빠져나가고, 미생물에 해로운, 전기투석 유닛의 산출물을 제공하기 위해 희석물의 일부 또는 전부와 농축물을 혼합하여 물을 처리하기 위해 사용된다.
애노드(70)의 각 측 상에서 스페이서 요소(spacer element)(78)가 애노드 흐름 경로(74) 내에 포함된다. 난류를 피하기 위해 캐소드 흐름 경로(72) 상에 스페이서 요소는 존재하지 않는다. 캐소드 흐름 경로(72)에서 조절된 흐름이 흐름 조절 요소(64)에 의해 제공된다. 이러한 흐름은 캐소드(68)의 ?지 형상의 단부(76)에 의해 분할된 후에, 동요되지 않는 흐름의 10mm 영역을 가로질러 지나면서 더욱 층류가 된다. 그 후, 물은 30mm의 추가적인 거리에 대하여 2개의 캐소드 흐름 경로(72)를 따라 흐르고, 층류를 더 증진하는 역할을 한다. 유입된 물이 캐소드 흐름 경로(72) 내의 반응 구역에 들어갈 때까지 흐름은 일반적으로 층류이다. 상기 언급된 바와 같이, 이러한 층류는 수활석 침전물의 축적을 피하고, 또한 다른 오염물질의 축적을 억제하는 데 도움이 된다.
상기 언급된 바와 같이, 바람직한 전기투석 유닛은 멤브레인 셀의 몇몇의 세트로 이루어지며, 셀의 각각의 세트는 5개의 애노드 및 6개의 캐소드에 의해 형성되고, 캐소드는 외부 단부에 위치한다. 이러한 배치를 구비하여 외부의 캐소드는 오직 하나의 활성 측(active side)을 구비하고, 캐소드의 내부 측을 따라 하나의 흐름 경로를 구비한다. 외부 캐소드의 외부 표면은 활성화되지 않으며, 물이 흐르는 것을 방지하도록 차단될 것이다.
흐름 분배기 및 흐름 조절 요소를 포함하는 경우에, 바람직한 실시형태의 유리한 효과를 설명하기 위해 컴퓨터 모델링(computer modelling)이 사용되었다.
도 10 및 11은 2개의 튜브 흐름 분배기 시스템의 효과를 도시한다. 도 10은 바람직한 흐름 분배기(56)가 사용되지 않을 때 컴퓨터 모델로 전극 스택을 따라 각각의 캐소드 챔버를 가로지른 속도의 플롯(plot)을 도시하는 반면, 도 11은 바람직한 흐름 분배기(56)가 사용될 때 컴퓨터 모델로 전극 스택을 따라 각각의 캐소드 챔버를 가로지른 속도의 플롯을 도시한다. 플롯은 전극 스택의 단부에서 캐소드 물 주입구(50)로부터 캐소드 흐름 경로(72)의 거리를 도시하는 수평 축을 구비하고 수직 축 상에 흐름 속도를 도시한다. 도면의 비교에 의해 알 수 있듯이, 흐름 분배기(56)가 사용되지 않을 때, 물 주입구(50)로부터 더 먼 거리에서 캐소드 흐름 경로(72)에서 상당히 높은 속도가 된다. 흐름 분배기(56)가 사용될 때, 물은 전극 스택의 길이를 따라 상당히 보다 균일하게 분배된다.
도 12 및 13은 캐소드 흐름 경로(72)를 가로지른 물 흐름에 대한 흐름 조절 요소(64)의 영향을 도시한다. 도 12는 바람직한 흐름 조절 요소(64)가 포함되지 않을 때 컴퓨터 모델로 캐소드 흐름 경로의 폭을 가로지른 속도의 플롯을 도시하고, 물은 대신에 채널(64) 또는 벽(66) 없이 팬 형태로 된 영역을 통과한다. 도 13은 바람직한 흐름 조절 요소(64)가 존재할 때 컴퓨터 모델로 캐소드 흐름 경로의 폭을 가로지른 속도의 플롯을 도시한다. 수직 축은 흐름 속도를 나타내고 수평 축은 캐소드 흐름 경로(72)의 폭을 가로지른 거리를 나타낸다. 각각의 플롯에서 정점은 캐소드 흐름 경로(72)의 폭(W)을 가로지른 지점에서 적당한 속도를 예시한다. 날카로운 골들(sharp troughs)은 곧 멀리 분산되는 챔버의 출구에서 흐름 조절 요소의 영향에 의한 것이다. 도시된 바와 같이, 챔버를 가로지른 평균 흐름이 연구될 때, 채널(64) 및 벽(66)은 속도의 보다 균일한 분배 및 캐소드 흐름 경로(72)의 폭(W)을 가로지른 흐름을 위해 제공된다. 이들이 존재하지 않을 때 속도 및 흐름이 덜 균일하고, 이는 난류 및 캐소드 흐름 경로(72)의 후속 부분의 이차적인 흐름을 일으킨다.

Claims (21)

  1. 멤브레인 셀, 상기 멤브레인 셀의 애노드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 애노드 흐름 경로, 상기 멤브레인 셀의 캐소드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 캐소드 흐름 경로, 상기 수온을 모니터링하기 위한 온도 모니터링 디바이스 및 상기 물이 상기 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 히터를 포함하고,
    상기 히터는, 원래의 수온이 소정의 레벨보다 낮은 경우에, 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키기 위해 작동되도록 배치되는, 수처리용 전기투석 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 흐름 경로에서 물은 임의의 예비 가열 없이 상기 멤브레인 셀을 통과하는, 전기투석 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 애노드 흐름 경로에서 유속은 상기 캐소드 흐름 경로에서의 유속보다 낮은, 전기투석 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 캐소드측 상에서 체적 유속은 상기 애노드측 상에서의 체적 유속의 적어도 2배인, 전기투석 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드 물의 가열을 촉발시키는 유입되는 물의 상기 소정의 온도 레벨은, 애노드 반응 효율의 저하를 억제하도록 선택되는, 전기투석 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는, 원래의 온도가 10 ℃보다 낮은 경우에 유입되는 수온을 증가시키도록 작동되는, 전기투석 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는, 원래의 온도가 15 ℃보다 낮은 경우에 유입되는 수온을 증가시키도록 작동되는, 전기투석 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 애노드 흐름 경로에서 수온을 15 ℃보다 높게 증가시키기 위해 작동되도록 배치되는, 전기투석 유닛.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 애노드 흐름 경로에서 수온을 16 ℃보다 높게 증가시키기 위해 작동되도록 배치되는, 전기투석 유닛.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 멤브레인 셀의 전체 범위를 따라 상기 멤브레인 셀의 애노드측 상에 15 ℃보다 높은 온도를 유지하기에 충분한 온도로 상기 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키기 위해 작동되도록 배치되는, 전기투석 유닛.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는, 예컨대 엔진 냉각 시스템의 폐열 또는 엔진 배기로부터 회수된 열에 의해 동력이 공급되는, 전기투석 유닛.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 전기투석 유닛을 포함하는 밸러스트 수처리 장치.
  13. 제12항의 상기 밸러스트 수처리 장치를 포함하는 선박.
  14. 멤브레인 셀을 이용하는 전기투석에 의한 수처리 방법으로,
    상기 멤브레인 셀은 상기 멤브레인 셀의 애노드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 애노드 흐름 경로 및 상기 멤브레인 셀의 캐소드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 캐소드 흐름 경로와 연결되고,
    상기 방법은, 유입되는 수온을 모니터링하여, 원래의 수온이 소정의 레벨보다 낮은 경우, 상기 물이 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 멤브레인 셀의 상기 캐소드측의 물은 가열되지 않는, 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    함선과 같은 선박 상의 밸러스트 수처리 방법인, 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    예컨대, 엔진 냉각 시스템으로부터의 폐열 또는 엔진 배기로부터 회수되는 열일 수 있는 회수된 열을 이용함으로써 물을 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    원래의 온도가 10 ℃보다 낮은 경우, 바람직하게 원래의 온도가 15 ℃보다 낮은 경우 유입되는 수온을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 것은 15 ℃보다 높게, 바람직하게는 16 ℃보다 높게 물을 가열시키는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드 물이 가열되는 온도는 상기 멤브레인 셀의 전체 범위를 따라 애노드 측 상에 15 ℃보다 높은, 바람직하게 16 ℃보다 높은 온도를 유지하기에 충분한 것인, 방법.
  21. 멤브레인 셀을 제공하는 단계, 상기 멤브레인 셀의 애노드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 애노드 흐름 경로를 제공하는 단계, 상기 멤브레인 셀의 캐소드측으로 유입되는 물의 흐름의 일부를 지시하기 위한 캐소드 흐름 경로를 제공하는 단계, 상기 수온을 모니터링하기 위한 온도 모니터링 디바이스를 제공하는 단계, 및 상기 물이 상기 멤브레인 셀에 도달하기 전에 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키는 히터를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 히터는, 원래의 물 온도가 소정 레벨보다 낮은 경우에, 애노드 흐름 경로에서 수온을 증가시키기 위해 작동되도록 배치되는, 전기투석 유닛의 제조방법.
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