KR20170086023A - 폐수 재생을 위한 매체, 시스템 및 방법 - Google Patents

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차이-타 크리스토퍼 라이
팅-윤 사샤 황
알리나 유-흐신 르웨이
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아쿠아프레스코, 아이엔씨.
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Abstract

여과 장치는 폐수로부터 소수성 폐기물을 선택적으로 제거하고 한편으로는 다른 물 및 계면활성제 성분을 남기며, 그 후에 이것은 사용 지점으로 재순환될 수 있다. 폐수 처리 시스템은 여과 유닛 및 여과 매체를 포함할 수 있다. 여과 유닛은 사용 지점의 유출구와 유체 소통하고 처리를 위해 사용 지점으로부터의 폐수 스트림을 수용하도록 구성된 유입구, 및 사용 지점의 유입구와 유체 소통하고 여과물을 사용 지점으로 전달하도록 구성된 유출구를 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 여과 매체는 하우징 내에 위치할 수 있다. 여과 매체는 친유성 발포체 기판 및 친유성 발포체 기판 상의 소수성 코팅을 포함할 수 있다. 여과 매체는 폐수 스트림으로부터 소수성 성분을 분리시켜 물 및 계면활성제를 포함하는 여과물을 생성하도록 구성될 수 있다.

Description

폐수 재생을 위한 매체, 시스템 및 방법{MEDIA, SYSTEMS, AND METHODS FOR WASTEWATER REGENERATION}
관련 출원 상호 참조
본 특허 출원은 2014년 9월 18일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 62/052,295 (발명의 명칭: "WASTEWATER REGENERATION DEVICE")의 우선권을 주장하고, 이 가출원은 그의 전문이 모든 목적으로 본원에 참고로 포함된다.
기술의 분야
하나 이상의 측면은 일반적으로 여과 및 재순환 장치, 시스템 및 방법을 포함하는 폐수 재생에 관한 것이다. 보다 특히, 하나 이상의 측면은 폐수 스트림의 물 및 계면활성제 성분으로부터의 소수성 폐기물 성분의 분리에 여과 방법을 이용하는 것을 포함한다.
요약
측면들은 일반적으로 여과 장치가 폐기물 스트림으로부터 소수성 폐기물 성분을 분리시키는 다양한 수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 적어도 일부 측면에서는, 그 후에 물 및 다른 성분, 예컨대 계면활성제가 재사용될 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 폐수 처리 시스템이 제공된다. 폐수 처리 시스템은 여과 유닛 및 여과 매체를 포함할 수 있다. 여과 유닛은 사용 지점의 유출구와 유체 소통하고 처리를 위해 사용 지점으로부터의 폐수 스트림을 수용하도록 구성된 유입구, 및 사용 지점의 유입구와 유체 소통하고 여과물을 사용 지점으로 전달하도록 구성된 유출구를 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 여과 매체는 하우징 내에 위치할 수 있다. 여과 매체는 친유성 발포체 기판 및 친유성 발포체 기판 상의 소수성 코팅을 포함할 수 있다. 여과 매체는 폐수 스트림으로부터 소수성 성분을 분리시켜 물 및 계면활성제를 포함하는 여과물을 생성하도록 구성될 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 사용 지점은 의류 세탁기, 식기세척기, 세차기, 또는 오일 추출 작업 중 하나일 수 있다. 사용 지점은 석유화학 플랜트, 군 폐수 처리 플랜트, 도시 수 처리 플랜트, 음용수 정제 시스템, 항공우주 수 처리 시스템, 및 호텔 폐수 재순환 시스템 중 하나일 수 있다. 계면활성제는 세제를 포함할 수 있다. 시스템은 시스템의 파라미터를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서, 및 적어도 하나의 센서와 소통하고 적어도 하나의 센서로부터 수신한 입력 신호에 응답하여 여과 유닛의 작동을 제어하는 출력 신호를 생성하도록 구성된 제어기를 포함하는 제어 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 여과 유닛은 하우징 내에 여과 매체의 상류에 위치하는 고형물 필터, 및 하우징 내에 여과 매체의 하류에 위치하는 이온 교환 필터를 추가로 포함할 수 있다. 시스템은 여과물과 혼합될 보충수 공급원을 추가로 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 폐수 여과 매체가 제공된다. 폐수 여과 매체는 친유성 중합체를 포함하는 발포체 기판; 및 발포체 기판 상의 소수성 코팅을 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 발포체 기판은 400 ㎛ 내지 1000 ㎛의 평균 세공 크기를 가질 수 있다. 발포체 기판은 600 ㎛ 내지 700 ㎛의 평균 세공 크기를 가질 수 있다. 친유성 중합체는 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리에틸렌 (PE), 폴리우레탄 (PU), 폴리스티렌 (PS), 폴리락트산 (PLA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 폴리카르보네이트 (PC), 할로겐계 중합체, 플루오린계 중합체, 염소계 중합체, 실리콘, 나일론, 아크릴, 셀룰로스 및 그의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 친유성 중합체는 PU일 수 있다. 발포체 기판은 0°내지 90°의 오일 접촉각을 가질 수 있다. 발포체 기판은 0°내지 10°의 오일 접촉각을 가질 수 있다. 발포체 기판은 20 mN/m 내지 70 mN/m의 임계 표면 장력을 가질 수 있다. 발포체 기판은 20 mN/m 내지 40 mN/m의 임계 표면 장력을 가질 수 있다. 소수성 코팅은 90°내지 180°의 수 접촉각을 가질 수 있다. 소수성 코팅은 플루오린계 중합체, 염소계 중합체, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 쯔비터이온성 중합체, 당, 단백질, 지질, 그래핀 및 탄소 나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 소수성 코팅은 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 포함할 수 있다. 소수성 코팅은 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 침착된 입자를 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 물, 계면활성제 및 소수성 물질을 포함하는 폐기물 스트림을 분리시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 소수성 물질의 대부분을 친유성 중합체계 발포체 필터 내에 흡수시키고; 물 및 계면활성제의 대부분이 발포체 필터 상에 흡수되는 것이 거부되어 물 및 계면활성제를 포함하는 여과물 스트림을 생성하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 폐기물 스트림은 세탁, 식기세척, 세차, 또는 석유화학 작업으로부터의 회색수(greywater)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 폐기물 스트림을 여과 및 재순환시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 사용 지점으로부터의 물, 계면활성제 및 소수성 물질을 포함하는 폐기물 스트림을 친유성 중합체계 발포체 기판 및 소수성 코팅을 포함하는 여과 매체를 통해 통과시켜 물, 계면활성제, 및 감소된 소수성 물질 부분을 포함하는 여과물을 생성하고, 여과물을 재사용을 위해 사용 지점으로 재순환시키는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 이 방법은 여과물을 사용 지점에서의 재사용 전에 보충수 공급원과 혼합하여 혼합물을 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이 혼합물은 10 부피% 이하의 보충수를 포함할 수 있다. 폐기물 스트림을 여과 매체를 통해 통과시키는 것은 폐기물 스트림을 여과 매체를 통해 펌핑하는 것을 포함할 수 있다. 단일 배치의 여과물이 7 내지 8개월의 기간 동안 반복적으로 사용 지점으로 재순환될 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 친유성 중합체계 발포체 기판 및 소수성 코팅을 갖는 포화된 여과 매체를 재생하는 방법이 제공된다. 이 방법은 포화된 여과 매체를 압축하여 흡수된 소수성 물질을 제거하여 재생된 여과 매체를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 이 방법은 제거된 소수성 물질을 포획 및 가공하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이 방법은 5 내지 10회의 포화된 여과 매체 압축 사이클 후 여과 매체를 교체하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 여과 매체를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 유기 용매를 포함하는 용액에 친유성 발포체 기판을 침지시켜서 팽윤된 발포체를 생성하고; 팽윤된 발포체를 소수성 미립자로 코팅하여 코팅된 발포체를 생성하고; 코팅된 발포체를 가열하여 여과 매체를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 측면에 따르면, 유기 용매는 디클로로메탄 또는 톨루엔을 포함할 수 있다. 친유성 발포체 기판은 PU를 포함할 수 있다. 소수성 미립자는 PTFE를 포함할 수 있다. 소수성 미립자는 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 평균 입자 직경을 가질 수 있다. 가열은 80℃ 내지 150℃의 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
이 예시적인 측면 및 실시양태의 다른 측면, 실시양태, 및 이점을 아래에서 상세히 논의한다. 게다가, 앞서 말한 정보 및 뒤따르는 상세한 설명 둘 모두가 다양한 측면 및 실시양태의 예시적 예에 지나지 않고, 청구된 측면 및 실시양태의 성질 및 특성의 이해를 위한 개요 또는 틀을 제공하는 것을 의도한다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 이 목적 및 다른 목적은 본원에 개시된 본 발명의 이점 및 특징과 함께 다음 설명 및 첨부 도면을 참고함으로써 명백해질 것이다. 게다가, 본원에 서술된 다양한 실시양태의 특징들이 상호 배타적이지 않고 다양한 조합 및 순서로 존재할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도면에서, 상이한 도면 전체에 걸쳐서 같은 참조 부호는 일반적으로 동일한 부분을 나타낸다. 또한, 도면이 반드시 실제 비율로 그려진 것은 아니며 대신에 일반적으로 본 발명의 원리를 예시할 때 강조되고, 본 발명의 범위의 한정인 것으로 의도되지 않는다. 명료성을 목적으로, 모든 도면에서 모든 요소에 라벨을 붙이지 않을 수 있다. 다음 설명에서는 본 발명의 다양한 실시양태를 다음 도면과 관련해서 서술한다:
도 1은 통상적인 폐수 재생 시스템을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 방법 및 시스템에 의해 초래되는 잠재적 물 사용 감소를 그래프로 표현한 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 폐수 분리 및 재순환 시스템을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 폐수를 분리시켜 재순환시키고 분리된 오일을 이용하는 시스템을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 분리 메카니즘을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 여과 매체의 특성을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 여과 매체 선택시 고려되는 파라미터를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 코팅된 여과 매체 및 비코팅된 여과 매체의 주사 전자 현미경 (SEM) 영상이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 코팅 조도 및 소수성 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 여과 매체 코팅 방법을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 여과 유닛을 개략적으로 표현한 도면이다.
도 12는 첨부된 예에서 논의되는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 필터의 다수의 재생 사이클에서의 오일 흡수를 나타낸 그래프이다.
물 부족은 수십억 인구에 영향을 미치는 도전이 되었다. 물 사용의 효율은 폐수 재생을 촉진함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 가정 물 소모의 20% 초과를 차지하는 세탁 및 식기세척 응용에서, 전형적인 세정 과정은 결과적인 폐수 스트림의 1% 미만을 포함하는 소수성 폐기물 (그리스 또는 오염)의 양을 제거하는 데 상당한 양의 물 및 세제를 이용한다. 도 1은 그러한 선행 기술 시스템(100)의 예를 나타낸다. 먼지 및 오일을 함유하는 오염된 물품(110)이 사용 지점(130), 예컨대 식기세척기 또는 세탁기에서 물 및 세제의 용액(120)과 혼합된다. 회색수(140)라고도 불리는 결과적인 폐수 스트림(140)이 생성된다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 개시된 시스템, 방법 및 장치는 총 옥내 가정 물 소모를 적어도 20% 감소시킬 수 있고, 환경으로의 가정용 세제의 방출을 상당히 감소시킬 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 다양한 실시양태가 반복적인 물 집약형 세정 활동, 예컨대 의류 및 식기세척을 수행하는 데 요구되는 투입되는 물 및 세제의 양을 상당히 감소시킬 수 있다. 물, 계면활성제, 및/또는 열 모두가 증진된 효율을 위해 재사용될 수 있다. 유익하게, 개시된 시스템 및 방법은 일반적으로 통상적인 방법, 예컨대 열 및/또는 압력을 가하는 것과 관련된 방법에 비해 더 낮은 에너지 요구와 관련된다. 적어도 일부 실시양태에서는, 개시된 장치, 시스템, 및 방법이 물 및/또는 계면활성제에 관해 약 95% 이하의 절약과 관련될 수 있다. 개시된 장치, 시스템 및 방법은 설치하기가 쉽고 다양한 부하량 요건을 충족시키기 위해 규모를 조정하기가 쉽다. 본원에 서술된 실시양태는 환경친화적이다. 특히 세탁에 관한 실시양태에서, 결과적인 세탁의 외양, 감촉 및 텍스처 면에서의 질은 분간할 수 있을 정도의 차이 없이 통상적인 기술과 관련된 질과 동일하다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 폐수 스트림으로부터 소수성 화합물을 선택적으로 제거하고 재사용을 위해 스트림 중의 물 및 임의의 계면활성제, 예컨대 세제의 재순환을 허용하는 여과 장치가 제공된다. 예를 들어, 세척기 폐수로부터 오일 함유 폐기물 물질이 선택적으로 제거될 수 있고, 그 다음, 세제를 포함하는 공정수가 추가 사용을 위해 재순환될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 상 분리 필터가 구현될 수 있다. 필터 매체는 일반적으로 물을 거부하고 오일을 흡수한다고 특성화될 수 있다. 여과 장치는 회색수 (또는 다른 공정수) 재생을 위해 이용될 수 있는 재생형 오일-선택성 중합체 필터 매체를 포함할 수 있다. 적어도 일부 실시양태에서는, 필터 매체가 코팅된 발포체일 수 있다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 물을 재순환시키는 개시된 장치, 시스템 및 방법은 수압 파괴 작업, 예컨대 석유화학 산업과 관련된 수압 파괴 작업, 군 폐수 처리 플랜트, 도시 수 처리 플랜트, 음용수 정제 시스템, 항공우주 수 처리 시스템, 호텔 폐수 재순환 시스템, 예컨대 식기세척 및 세탁과 관련된 폐수 재순환 시스템, 식기세척 및 세탁을 포함하는 것과 관련된 가정 물 재순환 시스템, 외부위탁 세탁 서비스, 상업적 빨래방 및 세차를 제한 없이 포함하는 다양한 수 처리 시스템 및 방법에서 폐수 처리를 위한 플랫폼 기술로서 구현될 수 있다.
개시된 필터 매체는 여과 유닛 또는 시스템에 포함될 수 있고, 이 여과 유닛 또는 시스템은 또한 추가의 필터, 예컨대 고형물 및 염 필터도 포함한다. 예를 들어, 전-처리, 예컨대 린트 트랩이 개시된 여과 공정에 앞서 선행될 수 있다. 마찬가지로, 개시된 여과 공정 다음에 후-처리, 예컨대 이온 교환 작업이 뒤따를 수 있다. 다양한 실시양태에서, 전-처리 및/또는 후-처리 유닛 작업은 하우징 내에 필터 매체와 함께 포함될 수 있거나 또는 필터 매체와 유체 소통이 이루어지게 분리되어 포함될 수 있다. 여과 유닛은 폐수의 완전한 또는 거의 완전한 재생을 가능하게 할 수 있다. 세탁 및 식기세척의 경우, 개시된 기술로는, 단일 배치의 물 및 세제가 약 7개월 또는 8개월까지의 반복적인 세정 작업에 이용될 수 있을 것으로 추정된다. 이 특별한 예에서, 개시된 여과 유닛은 1인당 1개월에 옥내 물 소모의 20% 초과 및 세제 1 kg 초과를 절약할 수 있다. 개시된 여과 유닛의 이점은 그것이 고도로 오일 선택성이고 재생가능하고 저렴하고 확장가능하고 구현하기 쉽다는 것을 제한 없이 포함한다. 개시된 여과 유닛은 군, 상업적 세탁, 호텔 및 레스토랑, 항공우주, 식품 가공, 세차, 석유화학 및 도시 수 처리를 포함하지만 이에 제한되지 않는 분야에서 폐수 재생 및 물 정제를 위한 넓은 응용을 갖는다.
도 3은 하나 이상의 실시양태에 따른 회색수 재생 시스템(300)의 개략도를 제시한다. 소수성 폐기물을 함유하는 오염된 물품(310)은 사용 지점(330)에서 물 및 세제 또는 다른 계면활성제의 공급원(320)으로 세정되거나 또는 처리된다. 회색수 (또는 폐수)(340)는 세탁, 식기세척, 세차, 채광, 식품 가공, 산업적 세정, 석유화학 가공 및 도시 폐수 처리를 포함하지만 이에 제한되지 않는 가정 및 산업 공정을 포함할 수 있는 사용 지점(330)으로부터 발생된다. 폐수(340)는 다양한 소수성 화합물 (예를 들어, 인체 폐기물, 요리 오일, 가솔린, 그리스 및 엔진 오일), 친수성 화학물질 (예를 들어, 염, 당, 알콜), 계면활성제 (예를 들어, 세제 또는 다른 응용 특이적 계면활성제), 및 고형물 (예를 들어, 먼지, 입자 부유, 및 린트)을 포함한다. 폐수에 존재하는 계면활성제의 유형은 특정 응용에 의존한다. 잠재적 음이온 계면활성제는 소듐 도데실 술페이트 (SDS), 디옥틸 소듐 술포숙시네이트, 퍼플루오로옥탄술포네이트 및 퍼플루오로옥타노에이트를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 양이온 계면활성제는 옥테니딘 디히드로클로라이드, 세틸피리디늄 클로라이드, 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드를 제한 없이 포함한다. 쯔비터이온성 계면활성제는 코카미도프로필 히드록시술타인, 코카미도프로필 베타인 및 포스파티딜콜린을 제한 없이 포함한다. 비이온 계면활성제는 옥타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르, 데실 글루코시드 및 글리세릴 라우레이트를 제한 없이 포함한다.
발포체계 필터(350)는 공정 폐수로부터 소수성 화합물을 제거하고, 한편으로는 잔존하는 물 및 계면활성제의 추가 이용을 허용하며, 잔존하는 물 및 계면활성제는 스트림(320)으로서 재순환된다. 필터 매체는 가공될 다양한 폐수 스트림의 조성에 근거해서 특별히 맞출 수 있다.
개시된 필터 매체는 반폐쇄된 루프 공정 내에서 폐수의 재순환 및 재사용을 가능하게 한다. 물, 세제 (또는 일부 다른 계면활성제), 및 소수성 폐기물을 주로 포함하는 폐수가 소수성 폐기물을 포집하고 세제 및 친수성 화합물을 여과물로서 방출하는 선택적 필터를 통과한다. 그 다음, 여과물이 계면활성제 및 물의 혼합물을 이용하는 그 다음 차례의 공정을 위해 재순환될 수 있다. 그러한 공정은 세탁, 세차, 식품 가공 및 석유화학 공정을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 여과된 수성 혼합물이 또 다른 한 차례의 사용, 예컨대 세정 또는 세탁으로 재순환될 때, 필터의 수명 동안에는 재순환 공정 동안에 물 및/또는 세제 및/또는 다른 화학물질, 예컨대 표백제가 그러한 화합물의 임의의 부분의 손실을 보전하기 위해 또는 다른 방법으로는 그것을 교체하기 위해 첨가될 수 있다. 세탁 응용에서는, 예를 들어, 보충수의 양이 헹굼 사이클에서 이용되는 물의 양에 의해 결정될 수 있다. 재순환수에서의 작은 분자 축적을 제한하기 위해 신선한 헹굼수가 보충수로 이용될 수 있다. 따라서, 퍼지(purge) 스트림 (즉, 저장 탱크로부터 배수되는 물)은 일부 실시양태에서는 첨가되는 헹굼수의 양과 상관관계가 있도록 또는 부합하도록 설정될 수 있다. 따라서, 약간의 물이 반폐쇄된 루프 공정으로부터 퍼징되어 신선한 보충수, 예컨대 헹굼 사이클에서 이용되는 보충수로 교체될 수 있다. 마찬가지로, 재순환 동안에 세제 및/또는 다른 화학물질이 보충될 수 있다. 공정을 촉진하기 위해 이 화합물의 양을 모니터링할 수 있다. 일부 실시양태에서, 첨가물은 재순환되는 스트림 중의 이 성분의 총량의 10% 이하를 포함한다. 일부 실시양태에서, 첨가물은 재순환되는 스트림 중의 이 성분의 총량의 5% 이하를 포함한다. 하나 이상의 성분의 보충을 통한 보전이 일어나는 실시양태에서는, 공정을 반폐쇄된 루프 공정이라고 말할 수 있다.
도 4는 포획된 소수성 폐기물(360)을 모아서 추가의 화학적 가공(370)을 하여 또는 추가의 화학적 가공(370) 없이 분리 후 바이오연료 또는 다른 에너지원(380)으로 이용하고 또한 보충수 공급원(390)을 제공하는 하나 이상의 실시양태에 따른 시스템(400)의 개략도를 표현한다. 일부 실시양태에 따르면, 발포체 매체(350)를 포화 후 하우징으로부터 직접 꺼낸다. 그 다음, 소수성 폐기물, 또는 보유물을 매체로부터 추출할 수 있다. 예를 들어, 매체가 프레스 시스템(360)에서 압축되어 추가 가공을 위한 폐오일을 방출할 수 있다. 재생된 매체를 추가 여과 공정을 위해 여과 유닛 하우징에 다시 팩킹한다. 다른 실시양태에서는, 여과 매체가 필터 유닛 내에서 제자리에서 재생될 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 여과 공정(500) 동안, 소수성 폐기물이 여과 매체에 포획되어 일시적으로 저장된다. 세탁 예에서는, 세정 단계(510) 동안에 세제를 첨가하여 수용액 중에서 세제에 의해 반안정화된 미셀 또는 오일 소적을 형성함으로써 의류로부터 오일 및 그리스가 제거된다. 세제 및 폐기물이 여과 매체 내로 이동할 때, 분리 단계(520) 동안에 수상으로부터 오일 및 그리스가 분리되고 흡수 단계(530) 동안에 필터 매체 상에 흡수된다. 폐기물 및 필터 매체의 극성은 소수성 폐기물이 수상에 비해 여과 매체에 대해 더 큰 친화도를 갖도록 정렬된다. 따라서, 매체가 폐기물을 포획하여 일시적으로 저장한다. 한편, 물 및 세제 (세제는 일반적으로 구조의 일부가 친수성이고 구조의 일부가 소수성인 양친성으로 분류됨) 뿐만 아니라 다른 친수성 화합물은 필터를 통과해서 여과물을 형성한다.
소수성 및 친유성은 둘 모두 필터 매체의 요망되는 특성이다. 일부 실시양태에서는, 필터 매체가 발포체 또는 다른 구조일 수 있다. 적어도 일부 실시양태에서는, 필터 매체가 중합체로 제조될 수 있다. 그러나, 종종, 고도로 소수성인 중합체는 또한 소유성이다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 이 장애는 소수성 (물-거부) 입자 층으로 코팅된 친유성 베이스 발포체를 이용함으로써 두 특성을 조합함으로서 극복될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 필터 매체(600)는 코팅(620)으로 덮인 발포체 기판(610)을 포함한다. 발포체 기판(610), 또는 베이스는 한 유형 이상의 친유성 중합체로부터 형성될 수 있다. 코팅(620)은 하나 이상의 친수성 화합물에 의해 형성될 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 코팅(620)은 물(640)을 거부하고 (표면과 높은 접촉각을 갖는 것으로 나타남), 반면, 발포체 기판은 소수성 폐기물(630)을 흡수한다 (낮은 접촉각을 갖는 것으로 나타남).
하나 이상의 실시양태에 따르면, 여과 매체의 주요 특성은 소수성, 친유성 및 세공 크기이다. 소수성은 발포체 물질의 수 접촉각으로 측정될 수 있다. 90° 내지 180°의 수 접촉각은 소수성이라고 여기고, 이것이 하나 이상의 바람직한 실시양태에 따른 접촉각이다. 일부 실시양태에 따르면, 또한, 70°내지 90°의 접촉각도 허용가능하다. 친유성은 베이스 발포체 물질의 오일 접촉각으로 결정될 수 있다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 접촉각은 0°내지 90°이다. 바람직한 실시양태에 따르면, 접촉각은 10°미만이고 0°에 가깝다.
또한, 친유성은 중합체 물질의 임계 표면 장력으로 결정될 수 있다. 임계 표면 장력이 액체의 표면 장력보다 높을 때만 액체가 표면을 습윤시킬 것이다. 이 설계에서, 필터 매체가 오일 상을 흡수하고 친수성 물질에 대해서는 덜 호의적이도록 필터 매체의 임계 표면 장력이 오일보다 높고 물보다 낮을 것이 요망된다. 친유성을 달성하기 위해서는 중합체의 임계 표면 장력이 오일의 임계 표면 장력(약 20 mN/m)을 초과한다. 일부 실시양태에 따르면, 필터 물질의 임계 표면 장력이 20 mN/m 내지 70 mN/m, 바람직하게는 20 mN/m 내지 40 mN/m이다. 상이한 물질의 임계 표면 장력의 예가 도 7에 제공된다.
친유성 특성을 위해 선택되는 것 외에도, 기판 중합체는 적어도 부분적으로는 그의 오일 용량, 즉, 평형에서 중합체 g당 포획될 수 있는 오일의 양에 기초해서 선택된다. 오일 용량에 영향을 미치는 파라미터는 중합체의 표면 에너지 및 발포체 매체의 세공도를 포함한다. 표면 에너지의 정의는 방정식 W =
Figure pct00001
A을 따른다 (여기서, W는 계면 에너지 또는 표면 에너지이고,
Figure pct00002
는 두 기판 사이의 표면 장력이고, A는 표면적임).
Figure pct00003
와 임계 표면 장력 (
Figure pct00004
s) 사이의 관계는 다음과 같다:
Figure pct00005
= (
Figure pct00006
L 1/2 -
Figure pct00007
s 1/2), 여기서
Figure pct00008
L은 액체 표면 장력이다. 이 시스템에서 가장 유리한 상태는 계면 에너지가 최소화된 상태이다. 이러해서, 필터의 베이스 물질이 유리한 특성, 예컨대 폐기물과의 퍼짐(spreading) 파라미터보다 더 낮은 물과의 퍼짐 파라미터를 가져야 하고, 이렇게 해서 폐기물 성분이 필터 매체 내부에 침투해서 머무르고 이렇게 해서 물과의 상호작용 또는 계면 에너지를 최소화한다.
퍼짐 파라미터는 표면 장력과 관련 있고, 이러해서 계면 에너지는 다음 방정식을 따른다: S =
Figure pct00009
s - (
Figure pct00010
L +
Figure pct00011
), 여기서 S는 퍼짐 파라미터이고,
Figure pct00012
s는 임계 표면 장력이고,
Figure pct00013
L은 액체 표면 장력이고,
Figure pct00014
는 액체와 고체 사이의 표면 장력이다. 일부 실시양태에 따르면, S는 필터 매체와 오일 사이에서는 양의 값이고, 필터 매체와 물 사이에서는 음의 값이다.
발포체의 세공 크기는 높은 오일 흡수 용량을 위해 최적화된다. 세공 크기는 예를 들어 SEM 영상 분석을 통해 결정될 수 있다. 오일을 보유하기 위한 높은 용량은 개시된 발포체 필터 매체의 또 다른 유익한 특성이다. 필터 물질의 열역학적 특성 외에 추가로, 필터의 세공 크기가 중요하다. 600 ㎛ 초과의 세공 크기는 높은 오일 용량을 입증하였다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 평균 세공 크기는 400 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위이다. 하나 이상의 바람직한 실시양태에 따르면, 평균 세공 크기는 600 ㎛ 내지 700 ㎛의 범위이다.
일부 바람직한 실시양태에서, 발포체 기판을 위한 물질은 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리에틸렌 (PE), 폴리우레탄 (PU), 폴리스티렌 (PS), 폴리락트산 (PLA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 폴리카르보네이트 (PC), 플루오린/염소계 중합체, 실리콘, 나일론, 아크릴, 셀룰로스 및 이 물질들의 복합물을 제한 없이 포함한다. 이 물질은 중합체 또는 비중합체일 수 있다. 발포체 기판은 하나 이상의 분리된 발포체 조각을 포함할 수 있다. 별법으로, 발포체 기판은 복수의 팩킹된 발포체 조각을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 발포체 기판은 썸웰 프로덕트 코., 인크.(Thermwell Product Co., Inc.)로부터의 프로스트 킹(FROST KING)®이라는 상표명으로 상업적으로 입수가능한 우레탄 발포체를 포함한다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 필터 매체는 고온 하에서 기포제와 혼합된 중합체 물질을 압출함으로써 형성된다. 압력 및 온도의 감소시에 발포체가 형성된다.
발포체 기판 상에 코팅의 형성을 통한 발포체의 추가의 표면 개질이 필터 매체의 선택성을 개선한다. 특히, 소수성 폐기물 제거의 효율을 증진시키기 위해 물-거부 코팅이 형성된다. 이 코팅은 계면활성제 함유 폐수를 처리할 때 폐기물 제거의 효율을 증가시키는 선택 장벽 (물 거부 및 오일 흡수)을 제공한다.
코팅은 입자 코팅을 포함할 수 있다. 코팅 물질은 높은 수 접촉각을 갖는 물질로부터 선택되고, 수 접촉각은 소수성의 척도로 쓰인다. 코팅은 플루오린/염소계 중합체, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 쯔비터이온성 중합체, 당, 단백질 및 지질을 포함하지만 이에 제한되지 않는 화학물질을 이용해서 형성될 수 있다. 또한, 무기 화합물, 예컨대 그래핀 또는 탄소 나노튜브도 잘 작용하는 것으로 나타났다.
코팅의 물리적 특성, 예를 들어 코팅의 조도도 또한 물 및 계면활성제 거부에서의 코팅의 효능에 기여한다. 코팅의 입자 크기는 수상의 거부를 달성하는 현미경적 표면의 조도를 결정한다. 코팅된 발포체 섬유의 조도는 필터 매체의 소수성 특성을 증진시킨다. 도 9의 SEM 영상을 통해 나타낸 바와 같이, 코팅의 도입은 코팅이 없는 베이스 중합체에 비해 발포체의 표면의 조도를 증가시킨다. 요망되는 조도는 코팅을 형성하기 위해 침착되는 입자의 크기를 제어함으로써 달성될 수 있다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 침착된 코팅 입자는 1 ㎛ 내지 5㎛의 직경을 가지고, 더 낮은 직경이 더 바람직하다. 도 9의 그래프에 나타낸 바와 같이 및 웬젤 모델(Wenzel Model) 및 카시에-백스터 모델(Cassie-Baxter Model)을 포함하여 다양한 모델을 통해 입증된 바와 같이, 증가된 표면 조도는 소수성을 증진시킨다. 예를 들어, 웬젤 모델은 다음 방정식 (1)에 의해 조도가 수 접촉각을 어떻게 증가시키는지를 설명한다:
cosθ* = rcosθ
여기서 θ*는 관찰된 접촉각이고, r은 조도 비(겉보기 면적에 대한 실제 면적의 비)이고, θ는 영(Young) 접촉각이다. 방정식 (1)은 조도와 접촉각 사이의 관계를 입증하고, 조도가 증가함에 따라 소수성의 척도인 관찰된 접촉각도 증가한다는 것을 나타낸다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 도 10에 나타낸 바와 같이 발포체를 코팅하는 방법(1000)이 제공된다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 코팅 방법에서 단계(1010)는 베이스 발포체를 발포체 물질과 낮은 상호작용 파라미터 (높은 친화도)를 갖는 유기 용매, 예컨대 디클로로메탄 또는 톨루엔에 침지시키는 것을 포함할 수 있다. 단계(1020) 동안에, 발포체가 침지되어 있을 때 팽윤되고, 이것은 발포체의 세공 크기 및 발포체 섬유의 장력의 증가를 야기한다. 단계(1030) 동안에, 플루오린화 중합체로 구성된 직경 5 ㎛ 이하의 입자를 습윤된 발포체 상에 산포하여 러빙한다. 산포 및 러빙은 모든 면이 입자로 균일하게 코팅될 때까지 진행된다. 그 다음, 단계(1040) 동안에, 발포체를 80℃ - 150℃의 열로 처리하여 유기 용매를 기화시킨다. 단계(1050) 동안에 가열이 발포체를 그의 원래 크기로 수축하게 하여, 코팅된 발포체가 생성된다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 여과 매체(1120)를 포함하는 여과 유닛(1100)이 제공된다. 유닛(1100)은 유입물을 필터 매체(1120)로 향하게 하는 유입구(1170)를 포함하는 하우징(1150)을 포함한다. 추가의 임의의 필터가 유닛(1100)에 포함된다. 이 필터는 린트 필터(1110), 또는 다른 고형물-제거 필터를 필터 매체(1120)의 상류에 포함하고, 연화를 위해 물 스트림으로부터 잔류 이온 종, 예컨대 염을 제거하는 이온 교환 필터(1130)를 여과 매체(1120)의 하류에 포함한다. 린트, 소수성 화합물 및 친수성 화합물을 제거하기 위해 이 필터들을 연속적으로 위치시킬 수 있다. 유닛(1100) 내의 펌프(1160) (또는 별법으로, 유닛(1100) 밖에 위치함)가 유닛(1100)을 통과하는 액체의 유속을 제어한다. 0.1-0.5L 실험실용 시스템의 경우, 유속은 약 5 - 10 mL/분이다. 필터 내부에서 폐수의 체류 시간은 10분 정도이다. 에너지 소모는 주로 유체 수송 (펌핑)으로부터 발생한다. 소모는 일반적으로 시스템 크기에 따라 규모가 조정된다. 수송되는 물 kg 당 어림잡아 5 - 10 J이 소모될 것이다.
또한, 물 저장 탱크(1190) 및 폐기물 수집 탱크(1195)도 여과 유닛(1100)과 관련된다. 물 유출구(1190)가 필터 유입구(1170)에 유동형 연결된다. 이온 교환 필터(1130), 예컨대 양이온 R-SO3 -H+ 및 음이온 R4N+OH-의 기능성 구조를 갖는 탈이온화 수지는 기존의 상업적 공급업체로부터 구매된다. 린트 트랩(1110)도 상업적으로 구매된다.
여과 유닛의 유출구가 사용 지점, 예를 들어 세척기의 유입구에 연결되어 물 및 세제가 다시 사용되는 것을 허용한다. 필터는 때때로 모니터링 및 제어 시스템(1140)에 기반하여 재생될 것이다. 시스템(1140)은 탁도, 전도도 등 같은 파라미터를 측정한다. 모니터링 및 제어 시스템(1140)을 이용하여 세탁기로부터 물 유입량, 필터를 통과하는 유속, 위생처리되어 저장 탱크에 저장되는 물의 양, 새로운 세탁 사이클을 위해 세척기로 다시 펌핑되는 물의 양, 배출되어 교체되는 물의 양 등을 제한 없이 포함해서 여과 단계들 중 임의의 단계 또는 모든 단계를 자동화할 수 있다. 또한, 필터 재생도 자동화될 수 있다. 제어 시스템은 시스템의 파라미터 (예컨대 위에서 논의된 파라미터)를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서, 및 센서와 소통하고 센서로부터 수신한 입력 신호에 응답하여 여과 유닛의 작업 (예컨대 위에서 논의된 작업)을 제어하는 출력 신호를 생성하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다.
용량에 도달한 후, 필터가 재생되어 사용 가능 상태로 복귀된다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 재생은 폐기물 추출을 위한 물리적 압축 단계를 포함한다. 물리적 압축은 발포체에 높은 힘을 가하고, 이렇게 해서 발포체가 일시적으로 변형되어 부피가 수축될 것이다. 물리적 압축은 프레스의 이용을 통해 달성될 수 있다. 더 작은 응용, 예컨대 가정용 응용에서는, 프레스가 예를 들어 시린지 프레스일 수 있다. 더 큰 응용에서는, 산업적 규모 필터 프레스가 이용될 수 있다. 발포체의 주요 여과 메카니즘이 흡수이기 때문에, 발포체를 물리적으로 압축함으로써, 가한 압력으로 인한 변형으로 인해, 느슨하게 결합된 소수성 폐기물 화합물이 발포체로부터 방출될 것이다. 그러면, 필터가 사용 가능 상태로 복귀될 수 있다. 필터의 유용한 수명은 5 내지 10회의 압축/재생 사이클의 범위이다. 여과 매체를 재생하기 위한 다른 기술은 액체 추출, 가압 공기, 및 진공 도출을 포함한다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 필터로부터 제거된 결과적인 소수성 폐기물은 유용한 생성물, 예컨대 바이오디젤 또는 에탄올로 추가 가공될 수 있다. 가공은 현장에서 일어날 수 있거나 또는 농축된 폐기물 생성물 및/또는 소비된 여과 매체가 서비스 계약 하의 처리를 위해 그 밖의 장소로 운송될 수 있다. 별법으로, 폐기물은 점토 또는 유사 물질로 포획되어 고체 폐기물로서 처분될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, 효율을 위해 본원에 서술된 폐수 여과 및 재순환 기술을 포함시키기 위해 기존의 사용 지점을 개보수할 수 있다. 여과 유닛이 제공될 수 있다. 사용 지점과 관련된 폐기물 유출구가 여과 유닛의 유입구에 유동형 연결될 수 있다. 여과 유닛의 유출구가 사용 지점의 유입구에 유동형 연결될 수 있다. 별법으로, 원래 장비 제조업체에 의해 구현될 수 있는 바와 같이, 사용 지점 시스템을 엔지니어링하여 본원에 논의된 여과 및 재순환 접근법을 포함시킬 수 있다.
이 실시양태 및 다른 실시양태의 기능 및 이점은 다음 예로부터 더 충분히 이해될 것이다. 이 예는 사실상 예시하는 것으로 의도되고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여기지 않는다.
실시예
실시예 1
폴리우레탄 (PU)을 포함하는 발포체 기판 및 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 포함하는 입자 코팅 (평균 입자 크기 ~ 1 ㎛)을 갖는 여과 매체로 시험을 수행하였다.
코팅 공정은 도 10과 관련해서 서술된 단계와 유사한 단계를 따랐다. 디클로로메탄을 용매로 이용하였다. 코팅된 발포체를 100℃에서 가열하여 유기 용매를 제거하였다.
1 부피%의 식물성 오일 및 1M의 소듐 도데실 술페이트 (SDS)로 1L의 합성 세탁 폐수를 제조하였다. 시각적 검사를 위해 오일 상을 청색으로 염색하였다. 폐수를 자기 교반 막대로 300 rpm의 속도로 교반하여 균일한 에멀젼을 생성하였다. 그 다음, 연동 펌프로 폐수를 필터 매체에 펌핑하였다. 필터를 4개의 필터 발포체가 팩킹된 유리 실린더 (직경 약 2 cm, 길이 8 cm)에 넣었다. 발포체가 실린더 공간을 완전히 채웠다. 필터의 유출구에서 여과물을 모아서 전도도 계측기로 전도도 및 IR 분광기로 오일 함량을 시험하였다. 필터 발포체가 여과물의 색이 청색이 되었을 때인 포화에 도달했을 때, 이 발포체를 필터로부터 꺼내어 재생을 위해 시린지 내부에서 압축하였다.
시험 결과를 도 12에 나타내었다. 발포체는 초기에 높은 오일 흡수를 나타냈고, 발포체가 포화에 도달함에 따라, 흡수가 느려졌다. 제1 사이클에서 발포체의 최대 오일 용량은 약 12 g/g 발포체였고; 한편, 세제 농도는 여과 공정 전체에 걸쳐서 그대로 일정하였다. 이것은 요망되는 대로 세제가 발포체에 의해 제거되지 않았음을 나타낸다. 포화된 발포체로부터 오일을 압축한 후, 중합체 발포체는 그의 오일 흡수 용량의 일부를 되찾았고 - 제2 사이클에서 발포체 오일 용량의 약 70%가 재생되었다. 반복적인 여과-재생 사이클로 오일 용량이 열화되었다. 제10 사이클에서, 발포체 구조가 파괴되기 시작하였고, 코팅 입자가 중합체로부터 탈착되어서 필터 용기 내부에서 응집하기 시작하였다.
시험은 필터가 소수성 폐기물 성분을 계면활성제/물 혼합물로부터 성공적으로 분리시킬 수 있을 뿐만 아니라 필터 매체가 많은 사이클에서 재생되어 유익한 사용 가능 상태로 복귀될 수 있다는 것을 입증하였다.
실시예 2
상업적 세탁 서비스로부터의 폐기물 스트림 샘플을 모아서 여과하고 분석하여 실제 조건 하에서 생성되는 폐기물 스트림에 대한 개시된 여과 매체의 효과성을 결정하였다. 광 산란 기기로 미가공 폐수 및 여과물 둘 모두의 탁도를 측정하였다. 여과물의 개선된 투명성은 개시된 여과 매체가 현실 조건 하에서 효과적으로 기능을 한다는 것을 나타낸다.
50 mL의 폐수 샘플을 5 mL/분의 유속으로 고형물 필터를 통해 펌핑하여 과량의 고형물을 제거한 다음 여과 매체를 통해 펌핑하였다. 여과 매체에서의 체류 시간은 약 3분이었다.
그 다음, 1 mL의 여과물 샘플을 탁도에 관해 시험하였고, 그 결과를 미가공 샘플 폐수와 비교하였다. 샘플의 투명성은 여과 후 0에서 100으로 증가하였고, 이것은 모든 폐기물 성분이 제거되었음을 나타낸다.
또한, 여과 매체에 의해 포획된 보유물을 시험하였고, 의도하지 않게 세제가 여과 매체에 의해 포획되지는 않았다는 것이 결정되었다. 이 시험의 프로토콜은 다음과 같았다. 발포체를 압축하여 보유물을 제거하였다. 그 다음, 액체 보유물을 동일한 양의 부피의 톨루엔을 갖는 용액에 넣었다. 용액을 격렬하게 혼합하였다. 톨루엔 부분을 제거하여 초음파처리하였다. 대조군에서 일어나는 바와 같이 잔존하는 세제는 톨루엔 상에서 침전한다고 알려져 있지만, 발포체 필터 내부의 액체로부터는 침전이 형성되지 않았으며, 이것은 세제가 여과 매체에 의해 포획되지 않았고 세제가 여과물에 잔존하였다는 것을 나타낸다.
미가공 폐수의 조성은 다음을 포함하였다: 물, 세제, 린트, 고체 입자, 및 소수성 오일 소적. 여과물의 조성은 물 및 세제를 포함하였다.
지금까지 본 발명의 일부 예시 실시양태를 서술하였지만, 관련 분야 기술자에게는 앞서 말한 내용이 예시하는 것에 지나지 않고 제한적인 것이 아니며, 단지 예로서 제시되었다는 것이 명백해야 한다. 많은 변경 및 다른 실시양태가 관련 분야의 통상의 기술의 범위 내이고, 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 여긴다. 특히, 본원에 제시된 예 중 많은 예가 방법 행위들 또는 시스템 요소들의 특별한 조합을 포함하지만, 동일한 목적을 성취하기 위해 그 행위들 및 그 요소들이 다른 방식으로 조합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
게다가, 관련 분야 기술자는 본원에 서술된 파라미터 및 구성이 예시적이고, 실제 파라미터 및/또는 구성은 본 발명의 시스템 및 기술이 이용되는 특정 응용에 의존할 것이라는 점을 인식해야 한다. 또한, 관련 분야 기술자는 일상적인 실험만을 이용해서 본 발명의 특정 실시양태의 등가물을 인식해야 하거나 또는 확신할 수 있어야 한다. 따라서, 본원에 서술된 실시양태가 단지 예로서만 제시되고, 임의의 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범위 내에서 본 발명을 구체적으로 서술된 것과 다르게 실시할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본원에서 이용되는 어구 및 전문용어는 설명하기 위한 것이고, 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 본원에서 이용되는 바와 같이, "복수"라는 용어는 2개 이상의 항목 또는 성분을 나타낸다. "포함하는", "포괄하는", "지니는", "갖는", "함유하는" 및 "수반하는"이라는 용어는 그것이 명세서에서 사용되든 또는 청구범위 등에서 사용되든, 개방형 용어이고, 즉, "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미한다. 이러해서, 그러한 용어의 사용은 그 후에 열거되는 항목 및 그의 등가물, 뿐만 아니라 추가의 항목을 포함하는 것으로 의도된다. 임의의 청구항에 관해서 "로 이루어진" 및 "본질적으로 이루어진"이라는 연결 어구만 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 연결 어구이다. 청구범위에서 청구항 요소를 수식하는 서수 용어, 예컨대 "제1", "제2", "제3" 등의 이용은 그것만으로는 또 다른 청구항 요소에 대한 한 청구항 요소의 우선, 우위, 또는 순위, 또는 한 방법의 행위를 수행하는 시간적 순서를 함축하지 않고, 단지 청구항 요소들을 구별하기 위해 어떤 명칭을 갖는 한 청구항 요소를 (서수 용어의 사용을 제외하고는) 동일한 명칭을 갖는 또 다른 요소와 구별하기 위한 표지로서만 이용된다.

Claims (37)

  1. 사용 지점의 유출구와 유체 소통하고 처리를 위해 사용 지점으로부터의 폐수 스트림을 수용하도록 구성된 유입구, 및 사용 지점의 유입구와 유체 소통하고 여과물을 사용 지점으로 전달하도록 구성된 유출구를 갖는 하우징; 및
    하우징 내에 위치하고, 친유성 발포체 기판 및 친유성 발포체 기판 상의 소수성 코팅을 포함하고, 폐수 스트림으로부터 소수성 성분을 분리시켜 물 및 계면활성제를 포함하는 여과물을 생성하도록 구성된 여과 매체
    를 포함하는 여과 유닛
    을 포함하는 폐수 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 사용 지점이 의류 세탁기, 식기세척기, 세차기, 또는 오일 추출 작업 중 하나인 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 사용 지점이 석유화학 플랜트, 군 폐수 처리 플랜트, 도시 수 처리 플랜트, 식품 가공 폐수 처리 시스템, 항공우주 수 처리 시스템, 및 호텔 폐수 재순환 시스템 중 하나인 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 계면활성제가 세제를 포함하는 것인 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 시스템의 파라미터를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 및 적어도 하나의 센서와 소통하고 적어도 하나의 센서로부터 수신한 입력 신호에 응답하여 여과 유닛의 작업을 제어하는 출력 신호를 생성하도록 구성된 제어기를 포함하는 제어 시스템을 추가로 포함하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 여과 유닛이 하우징 내에 여과 매체의 상류에 위치하는 고형물 필터 및 하우징 내에 여과 매체의 하류에 위치하는 이온 교환 필터를 추가로 포함하는 것인 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 여과물과 혼합될 보충수의 공급원을 추가로 포함하는 시스템.
  8. 친유성 중합체를 포함하는 발포체 기판, 및
    발포체 기판 상의 소수성 코팅
    을 포함하는 폐수 여과 매체.
  9. 제8항에 있어서, 발포체 기판이 400 ㎛ 내지 1000 ㎛의 평균 세공 크기를 갖는 것인 여과 매체.
  10. 제8항에 있어서, 발포체 기판이 600 ㎛ 내지 700 ㎛의 평균 세공 크기를 갖는 것인 여과 매체.
  11. 제8항에 있어서, 친유성 중합체가 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리에틸렌 (PE), 폴리우레탄 (PU), 폴리스티렌 (PS), 폴리락트산 (PLA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS), 폴리카르보네이트 (PC), 플루오린계 중합체, 염소계 중합체, 실리콘, 나일론, 아크릴, 셀룰로스 및 그의 복합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 여과 매체.
  12. 제8항에 있어서, 친유성 중합체가 PU인 여과 매체.
  13. 제8항에 있어서, 발포체 기판이 0°내지 90°의 오일 접촉각을 갖는 것인 여과 매체.
  14. 제13항에 있어서, 발포체 기판이 0°내지 10°의 오일 접촉각을 갖는 것인 여과 매체.
  15. 제8항에 있어서, 발포체 기판이 20 mN/m 내지 70 mN/m의 임계 표면 장력을 갖는 것인 여과 매체.
  16. 제15항에 있어서, 발포체 기판이 20 mN/m 내지 40 mN/m의 임계 표면 장력을 갖는 것인 여과 매체.
  17. 제8항에 있어서, 소수성 코팅이 90°내지 180°의 수 접촉각을 갖는 것인 여과 매체.
  18. 제8항에 있어서, 소수성 코팅이 할로겐계 중합체, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 쯔비터이온성 중합체, 당, 단백질, 지질, 그래핀 및 탄소 나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 여과 매체.
  19. 제18항에 있어서, 소수성 코팅이 플루오린계 중합체인 여과 매체.
  20. 제19항에 있어서, 소수성 코팅이 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 포함하는 것인 여과 매체.
  21. 제8항에 있어서, 소수성 코팅이 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 평균 직경을 갖는 침착된 입자를 포함하는 것인 여과 매체.
  22. 소수성 물질의 대부분을 친유성 중합체계 발포체 필터 내에 흡수시키고;
    물 및 계면활성제의 대부분이 발포체 필터 상에 흡수되는 것이 거부되어 물 및 계면활성제를 포함하는 여과물 스트림을 생성하는 것
    을 포함하는, 물, 계면활성제 및 소수성 물질을 포함하는 폐기물 스트림을 분리시키는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 폐기물 스트림이 세탁, 식기세척, 세차, 또는 석유화학 작업으로부터의 회색수를 포함하는 것인 방법.
  24. 사용 지점으로부터의 물, 계면활성제 및 소수성 물질을 포함하는 폐기물 스트림을 친유성 중합체계 발포체 기판 및 소수성 코팅을 포함하는 여과 매체를 통해 통과시켜 물, 계면활성제, 및 감소된 소수성 물질 부분을 포함하는 여과물을 생성하고,
    여과물을 재사용을 위해 사용 지점으로 재순환시키는 것
    을 포함하는 폐기물 스트림을 여과 및 재순환시키는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 여과물을 사용 지점에서의 재사용 전에 보충수 공급원과 혼합하여 혼합물을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 혼합물이 10 부피% 이하의 보충수를 포함하는 것인 방법.
  27. 제24항에 있어서, 폐기물 스트림을 여과 매체를 통해 통과시키는 것이 폐기물 스트림을 여과 매체를 통해 펌핑하는 것을 포함하는 것인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 단일 배치의 여과물이 7 내지 8 개월의 기간 동안 반복적으로 사용 지점으로 재순환되는 것인 방법.
  29. 포화된 여과 매체를 압축하여 흡수된 소수성 물질을 제거하여 재생된 여과 매체를 생성하는 것
    을 포함하는, 친유성 중합체계 발포체 기판 및 소수성 코팅을 갖는 포화된 여과 매체를 재생하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 제거된 소수성 물질을 포획 및 가공하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 5 내지 10회의 포화된 여과 매체 압축 사이클 후 여과 매체를 교체하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  32. 유기 용매를 포함하는 용액에 친유성 발포체 기판을 침지시켜서 팽윤된 발포체를 생성하고;
    팽윤된 발포체를 소수성 미립자로 코팅하여 코팅된 발포체를 생성하고;
    코팅된 발포체를 가열하여 여과 매체를 생성하는 것
    을 포함하는 여과 매체를 제조하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 유기 용매가 디클로로메탄 또는 톨루엔을 포함하는 것인 방법.
  34. 제32항에 있어서, 친유성 발포체 기판이 PU를 포함하는 것인 방법.
  35. 제32항에 있어서, 소수성 미립자가 PTFE를 포함하는 것인 방법.
  36. 제32항에 있어서, 소수성 미립자가 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 평균 입자 직경을 갖는 것인 방법.
  37. 제32항에 있어서, 가열을 80℃ 내지 150℃의 범위의 온도에서 수행하는 것인 방법.
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