KR20170141225A - 액체 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20170141225A
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월터 제이콥 바우어
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이비이디 홀딩스 아이엔씨.
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Abstract

액체 처리 방법이 개시되고, 방법은, 화학 처리된 액체를 수용하는 단계; 화학 처리된 액체를 나노기포 발생기를 통과시켜 나노기포-함유 액체를 생성시키는 단계; 나노기포-함유 액체를 소독 복사선으로 처리하여 결과적인 액체를 생성하는 단계; 및 결과적인 액체를 사용을 위해 배출하는 단계를 포함한다. 액체 처리 시스템은, 액체 소스; 소스 액체의 화학 함량을 시험하고 필요에 따라 적절한 양의 화학 처리를 액체에 제공하여 화학 처리된 액체를 제공하는 화학 처리 스테이션; 화학 처리 스테이션과 유체 연통하고 나노기포를 발생시켜 나노기포 액체를 제공하는 나노기포 발생기; 나노기포 발생기와 유체 연통하고 나노기포 액체를 복사선에 노출시켜 처리된 액체를 제공하는 복사선 기반 소독 유닛(RDU); 시스템을 통해 액체 유동을 생성하는 펌프; 및 처리된 액체가 유동하는 출구를 포함한다.

Description

액체 처리 시스템 및 방법
관련 출원
본 특허 개시는 2015년 4월 24일자로 출원된 미국 가출원 제62/158,648호 및 2015년 7월 20일자로 출원된 미국 가출원 제62/194,567호의 이익을 청구하며, 각각의 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시는 액체 용액을 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 복사선 기반 소독 유닛에 의한 화학 처리를 포함하는, 액체를 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
수인성 질병은 흔히 오염된 물에서 전염되는 병원성 미생물에 의해 유발된다. 감염은 수영, 세탁, 마시기, 음식 준비 또는 감염된 음식 섭취 중에 발생할 수 있다. 다양한 형태의 수인성 설사병이 아마도 가장 두드러진 예이다. 세계 보건 기구(World Health Organization)에 따르면, 그러한 질병은 총 일일 세계 질병 부담(global burden of disease)의 약 4.1%를 차지하고 있으며, 매년 약 백팔십만명의 사망자를 유발한다. 세계 보건 기구는 그 부담의 88%가 불안전한 물 공급, 살균 및 위생에 기인한 것으로 추정한다. 선진국에서도, 인구에 심각한 해를 야기한 물 시스템에서의 박테리아 문제가 있다. 따라서, 개선된 물 처리 시스템, 방법 및 장치에 대한 요구가 존재한다. 그러한 시스템, 방법 및 장치가 저렴한 비용으로 더 작은 설치 공간에 제공될 수 있다면, 빈촌, 농촌, 산악 지역, 및/또는 인구 밀집 공동체에 대한 제약과 요건을 해결할 수 있다.
물에 추가하여, 식품 및 음료 산업과 같이 개선된 살균/세정의 혜택을 받을 수 있는 다른 액체가 있다. 예컨대, 염소 화합물, 오존 등과 같은 화학 물질은 식품 및 음료 산업에서 박테리아를 감소시키고 액체를 소독 또는 살균하는 데에 광범위하게 사용된다. 그 예로는 저온 살균기 냉각수의 처리, 과일과 채소의 세척, 및 식품 접촉 표면의 소독을 포함한다. 염소 화합물은 또한 컨테이너 내의 물 또는 다른 액체를 소독하는 데에 일반적으로 사용된다.
염소 화합물들 중에서, 이산화염소(ClO2)는 물 처리 및 표백에 사용되는 강력한 산화제이다. 소독약으로서, Cl02는 염소보다 살균 능력이 강하다.
아염소산 나트륨(sodium chlorite)을 염소 가스 또는 염산과 반응시키는 것(2종 화합물 시스템) 또는 아염소산 나트륨을 차아염소산 나트륨(sodium hypochlorite) 및 염산 또는 황산과 같은 산과 반응시키는 것(3종 화합물 시스템)에 의한 2가지 메카니즘이 일반적으로 이산화염소를 생성시키는 데에 사용된다.
2NaCl02 + Cl2→ 2Cl02 + 2NaCl (2종 화합물)
5NaCl02 + 4HCl→ 4Cl02 + 5NaCl + 2H20 (2종 화합물)
2NaCl02 + NaOCl + H2S04→ 2Cl02 + NaCl + Na2S04 + H20 (3종 화합물)
2NaCl02 + NaOCl + 2HCl→ 2Cl02 + 3NaCl + H20 (3종 화합물)
이산화염소를 이용한 폐수의 살균은 산화에 의해 야기된다. 이산화염소는 산화되어 미생물의 생식 및 신진 대사에 영향을 미친다. 이산화염소는 일반적으로 염소의 산화력의 2.5배를 넘는 것으로 간주된다. 이산화염소의 산화 환원 전위(0.95V)는 염소(1.36V)보다 훨씬 낮지만 산화 능력(5)은 염소(2)보다 훨씬 크다. 산화 환원 전위(ORP; oxidation reduction potential)는 산화 가능한 물질과 반응하는 산화제의 강도 또는 속도를 측정한다. 이산화염소는 낮은 ORP를 갖지만, 반응하는 산화 가능한 물질의 유형에 관해 보다 선택적이다. 이산화염소는 시스테인(cysteine), 티로신(tyrosine), 메토이오닐(methoionyl), DNA 및 RNA를 비롯한 특정 유기 분자를 표적으로 한다. 이에 비해, 염소와 오존은 훨씬 더 광범위한 반응을 보인다. 산화 능력은 몰 기준으로 이산화염소가 염소보다 소독 능력이 더 높다는 것을 나타낸다. 이산화염소의 선택성과 산화 능력은 염소보다 더 강한 산화 소독제가 되게 한다["이산화염소 2차 소독 시스템의 평가(Evaluation of a Chlorine Dioxide Secondary Disinfection System)" Frank P. Sidari Ⅲ 및 Jeanne VanBriesen, Ph.D. Water & Wastes Digest, Thu, 2002-10-24 13:39].
이산화염소는 용액 내의 부유 입자들이 서로 끌어 당겨 쉽게 여과되게 한다. 이 때문에 "흐린(cloudy)" 물은 필터와 함께 이산화염소에 의해 쉽게 세정된다.
이산화염소는 다양한 병원균에 효과적이지만 한계가 있다. 곰팡이 및 효모 포자는 물에서 0.75 내지 5 ppm(parts per million)의 이산화염소 농도에 의해 80 내지 99 % 감소된다. 박테리아와 바이러스도 또한 이산화염소의 사용에 의해 크게 감소된다.
이산화염소의 유효성은 철 및 망간의 함량에 따라 감소될 수 있다. 철은 많은 생산 작업에서 물에 존재할 수 있다. 따라서, 이들 2개의 금속 중 하나를 함유하는 액체는 바람직하게는 소독 전에 여과될 수 있다.
농축된 양(공기 중 30 부피% 이상)의 이산화염소 가스는 자발적으로 폭발한다. 이산화염소는 정상 상태에서 불안정하고 압력 하에서 폭발하기 때문에 저장 또는 운송해서는 안 된다. 따라서, 반응에서 생성된 가스를 희석시키기 위한 약간의 준비를 할 필요가 있다. 공기와 수소가 일반적으로 희석 가스로 사용된다. 이산화염소는, 예컨대 리터당 약 10 그램 이하의 농도로 물에 용해될 수 있다.
다양한 인자가 염소 화합물의 살균력에 영향을 줄 수 있다. 이들 인자는 유기 물질의 존재, pH, 온도, 농도, 접촉 시간 등을 포함한다.
어떤 상황에서는, 화학 처리가 액체에 첨가되거나 액체와 함께 사용되어, 예컨대 색상 추가 등을 위해 소독 이외에 액체의 특성을 변경할 수 있다.
자외선(UV) 광이 또한 일부 용례에서 물, 폐수 등과 같은 액체를 살균하고 처리하는 데에 사용된다. 단파장 자외선 복사선(UV-C)은 병원성 및 기타 미생물의 DNA를 직접 공격하는 것으로 알려져 있다. 박테리아와 같은 미생물은 생식 능력을 상실하고 파괴된다. 화학 소독제에 강한 내성이 있는 크립토스포리디움(Cryptosporidia) 또는 지아르디아(giardia)와 같은 기생충조차도 UV 광 노출에 의해 효율적으로 감소된다는 연구 결과가 있다.
액체를 처리하기 위한 UV 광 및 화학 처리의 조합이 유용할 것으로 보인다. 그러나 NH(2)Cl, HOCl, OCl(-) 및 Cl02와 같은 염소계 소독제를 이용한 처리를 비롯하여 많은 유형의 화학 처리는 UV 조사 하에서 광분해되어 그 효과가 감소된다. 또한, UV 광이 또한 일부 용례에서 더 높은 투여량으로 사용되는 경우, 광분해(photolysis)라고 불리는 프로세스에서 염소 및 클로라민 종과 같은 화학 처리를 제거하는 작용을 할 수 있고, 이는 물의 염소 처리와 같은 화학 처리의 영향을 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 이 조합은 일반적으로 사용되지 않는다.
액체를 처리하는 개선된 시스템 및 방법, 특히 고농도에서라도 보다 안정적이고 가스를 배출하지 않으며 더 높은 산화-환원 전위를 갖는 화학 처리를 함유하는 액체를 생성하는 시스템 및 방법에 대한 요구가 존재한다.
본 명세서의 일 양태에 따르면, 액체 소스; 소스 액체의 화학 함량을 시험하고 필요에 따라 적절한 양의 화학 처리를 액체에 제공하여 화학 처리된 액체를 제공하는 화학 처리 스테이션; 화학 처리 스테이션과 유체 연통하고 화학 처리된 액체에서 나노기포를 발생시켜 나노기포 액체를 제공하는 나노기포 발생기; 나노기포 발생기와 유체 연통하고 나노기포 액체를 복사선에 노출시켜 처리된 액체를 제공하는 복사선 기반 소독 유닛(RDU); 시스템을 통해 액체 유동을 생성하는 펌프; 및 처리된 액체가 유동하는 출구를 포함하는 액체 처리 시스템이 제공된다.
특정한 경우에, 나노기포 발생기는 소스 액체를 수용하기 위한 유입부, 나노기포 함유 액체를 배출하기 위한 유출부, 및 유입부와 유출부 사이에 배치되고 소스 액체를 처리하기 위한 처리부를 갖는 하우징을 포함하고, 처리부는 캐비테이션 공간, 챔버 또는 영역에 의해 분리되는 적어도 2개의 순차적인 전단면 평면들을 갖는다.
다른 특정한 경우에, RDU는, 나노기포 발생기에 작동 가능하게 연결되는 RDU 입구; RDU 입구와 유체 연통하고 엔클로저 및 복사선 방출 수단을 포함하는 소독 유닛; 및 복사선 처리된 액체를 소독 유닛으로부터 배출하기 위한 RDU 출구를 포함할 수 있다.
위의 경우에서, 화학 함량을 시험하는 것은 소스 액체가 나노기포 발생기 및 RDU와 관련하여 소스 액체를 소독하기에 적절한 양의 화학 물질을 함유하는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 경우에, 화학 물질은 이산화염소를 포함할 수 있다. 이 경우에, 이산화염소는 나노기포 발생기에 대략 0.5 내지 5 ppm을 제공하도록 주입될 수 있다. 보다 구체적으로, 이산화염소는 나노기포 발생기에 대략 3 내지 4 ppm을 제공하도록 주입될 수 있다.
위의 경우에, 펌프는 나노기포 발생기에서 대략 1 내지 대략 10 bar의 압력을 생성하도록 구성될 수 있다. 몇몇의 경우에, 압력은 대략 2 내지 대략 5 bar일 수 있다.
또한, 위의 경우에, 복사선은 전자기 복사선일 수 있고, 특정한 경우에, 자외선 복사선일 수 있다.
본 명세서의 다른 양태에 따르면, 액체 처리 방법이 제공되고, 방법은 소스 액체를 위의 양태에 따른 액체 처리 시스템을 통과시키는 단계를 포함한다.
본 명세서의 또 다른 양태에 따르면, 액체 처리 방법이 개시되고, 방법은, 화학 처리된 액체를 수용하는 단계; 화학 처리된 액체를 나노기포 발생기를 통과시켜 나노기포-함유 액체를 생성시키는 단계; 나노기포-함유 액체를 소독 복사선으로 처리하여 결과적인 액체를 생성하는 단계; 및 결과적인 액체를 사용을 위해 배출하는 단계를 포함한다.
특정한 경우에, 화학 처리된 액체는 화학 처리된 액체를 생성하도록 화학 처리에 노출되는 소스 액체를 포함할 수 있다. 이 경우에, 화학 처리는 적절한 양의 화학 물질을 소스 액체에 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 적절한 양은 나노기포 발생기 및 소독 복사선과 관련하여 소스 액체를 소독하기 위한 화학 물질의 양을 포함할 수 있다.
방법의 위의 경우에, 액체의 유동은 나노기포 발생기에서 대략 1 bar 내지 대략 10 bar의 압력으로 구동될 수 있다. 보다 구체적으로, 압력은 대략 2 내지 대략 5 bar일 수 있다.
방법의 위의 경우에, 복사선은 전자기 복사선일 수 있고, 특정한 경우에, 자외선 복사선일 수 있다. 자외선 복사선은 대략 200 내지 250 mJ/㎠로 전달될 수 있다.
위의 양태 또는 경우들 중 어느 하나에서, 소스 액체는 식수, 폐수 및 재생수를 포함하는 물일 수 있다.
본 명세서의 다른 양태에 따르면, 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 일반적으로 그리고 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 의해 예시된 액체 처리 시스템이 제공된다.
본 명세서의 또 다른 양태에 따르면, 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 일반적으로 그리고 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 의해 예시된 액체 처리 방법이 제공된다.
또 다른 양태에 따르면, 복사선 기반 소독 유닛(RDU)과 유체 연통하는 나노기포 발생기를 포함하는 액체 처리 시스템이 제공된다. 구체적으로, RDU는 나노기포 발생기의 유출부에 작동 가능하게 연결되는 소독 입구, UV 램프와 같은 복사선 방출 수단을 수용하는 소독 엔클로져, 및 처리된 액체를 배출하기 위한 소독 출구를 포함할 수 있고, 유입부, 처리부, 유출부, 소독 입구, 소독 엔클로져 및 소독 출구는 서로 유체 연통한다.
또 다른 양태에 따르면, 소스 액체 처리 방법이 개시되고, 방법은, 소스 액체를 나노기포 발생기를 통과시켜 나노기포-함유 액체를 생성시키는 단계; 및 나노기포-함유 액체를 UV 복사선 등의 복사선으로 처리하는 단계를 포함한다. 소스 액체는 상이한 액체들의 혼합물일 수 있다. 또한, 소스 액체는 액체와 가스의 혼합물일 수 있다. 몇몇의 경우에, 가스는 상이한 가스들의 조합이다. 다른 경우에, 가스는 액체에서 자연적으로 발생하는 가스이거나 액체에 추가된다. 특정한 경우에, 가스는 주입 단계를 통해 추가된다.
위의 양태 및 경우에서, 나노기포는 바람직하게는 처리된 액체에서 비교적 높은 농도로 존재하고, 나노크기 범위 내에 있으며, 바람직하게는 약 10 내지 약 2000 나노미터, 보다 바람직하게는 약 10 ㎚ 내지 약 150 ㎚ 내에 있다.
아래의 도면은 본원에 개시된 액체 처리 시스템, 방법 및 장치의 다양한 양태 및 실시예를 예시한다.
도 1은 실시예에 따른 액체 처리 장치 또는 시스템의 측면도를 예시한다.
도 2는 실시예에 따른 시스템 또는 방법에 사용하기 위한 예시적인 나노기포 발생기의 사시도를 예시한다.
도 3은 도 2의 나노기포 발생기의 외부도(A), 투시도(B) 및 종단면도(C)를 예시한다.
도 4는 도 2의 나노기포 발생기의 종단면의 확대도를 예시한다.
도 5는 도 2의 나노기포 발생기의 처리부를 예시한다.
도 6은 액체 처리 방법의 흐름도이다.
도 7a는 실시예에 따른 물 처리 시스템의 측면도를 예시한다.
도 7b는 도 7a의 물 처리 시스템의 측면도를 예시한다.
도 8은 도 7a의 시스템을 이용하여 처리된 물을 수용하는 유지 탱크의 사진이다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 당분야의 숙련자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 청구범위 내를 제외하고 달리 명시하지 않는 한, "또는"의 사용은 "및"을 포함하며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 비제한적인 용어는 명시적으로 언급되지 않거나 문맥이 명확하게 달리 나타내지 않는 한 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다(예컨대, "함유하는", "포함하는", "갖는" 및 "구비하는"은 통상적으로 "제한없이 포함하는"을 나타낸다). 제한적인 용어의 예는 "~로 이루어지는" 및 "본질적으로 ~로 이루어진"을 포함한다. 청구범위를 비롯하여 단일 형태는 달리 명시적으로 언급하지 않는 한 복수 참조를 포함한다.
내부 시스템, 방법 및 장치의 이해 및 준비를 돕기 위해, 다음의 예시적이고 비제한적인 예가 제공된다.
일반적으로, 본 명세서에 제공되는 방법, 시스템 및 장치는 자외선(UV) 복사선과 같은 복사선 기반 소독, 및 염소 처리와 같은 화학 처리를 결합한다. 본 명세서에서의 방법, 시스템 및 장치의 실시예는 2가지 처리 유형이 사용되어 예상치못한 결과를 초래하게 한다.
일반적으로 말해서, 시스템, 방법 및 장치는 액체 소스, 처리 모듈 및 처리된 액체를 위한 출구를 포함한다. 처리 모듈은 화학 처리 섹션, 나노기포 발생기, 및 복사선 기반 소독 유닛을 포함할 수 있다. 화학 처리 섹션은 액체 중의 화학 물질 수준을 소독에 적절하게 되도록 조정하고, 나노기포 발생기는 액체에 나노기포를 생성하고 복사선 기반 소독 유닛은 액체를 소독 처리한다.
본 명세서에 개시된 방법, 시스템 및 장치는 복사선의 존재 하에서 화학 물질의 광분해를 감소시키거나 방지하여 각 처리 유형이 효과적으로 되게 하는 것으로 의도된다. 액체 처리 시스템은 본 명세서에 설명된 바와 같이 광범위한 용례에 효과적인 것으로 의도된다.
본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 또한 소스 액체 물질의 원소 조성을 변화시키지 않고 액체를 소독하기 위해 화학 물질과 자외선 복사선의 소독력을 조합하도록 의도된다. 액체 처리 시스템 및 방법에서, 염소계 소독제(예컨대, 차아염소산나트륨, 이산화염소, 하이포클로라이트, 클로라민), 브롬계 소독제, 과아세트산(C2H4O3)(PAA), 오존 등과 같은 소독용 화학 물질은 UV 복사선 하에서 광분해로부터 보호되도록 의도된다.
본 명세서에 개시된 시스템, 방법 및 장치는 보다 안정적인 액체를 함유하는 화학 소독제[이산화염소(ClO2) 등]를 생성하고, 감소된 가스 배출을 가지며, 망간의 산화를 촉진시켜 망간의 보다 효과적인 여과를 제공하고, 종래의 화학 소독제 함유 액체보다 50-100 mV 높은 ORP를 갖도록 의도된다. 몇몇 특정 실시예가 설명되지만, 본 개시가 예시된 실시예로 제한되지 않으며 추가 실시예가 또한 이용 가능할 수 있다는 것이 명백할 것이다. 본 개시의 나노기포-함유 ClO2 용액은 광범위한 용례에서 효과적일 것으로 의도되며, 그 중 일부가 아래에서 설명된다.
시스템, 방법 및 장치는 고정 유닛 또는 휴대용 유닛으로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 처리를 위한 시스템, 방법 및 장치는 나노기포를 생성하거나 소스 액체 용액에서 보다 많은 나노기포를 생성하기 위해 외부 공기 또는 가스를 필요로 하지 않을 수 있고, 나노기포 또는 마이크로기포 베이스 또는 소스 액체 용액을 필요로 하지 않을 수 있다.
도 1을 참조하면, 액체 처리 시스템(10)의 실시예는 하나 이상의 나노기포 발생기(100a, 100b) 및 복사선 기반 소독 유닛(RDU; radiation-based disinfecting unit)(200)을 포함한다. 나노기포 발생기(100a, 100b)와 복사선 기반 소독 유닛(200)은 서로 유체 연통한다. 본 실시예에서, 화학 소독제를 이미 포함하거나 주입한 소스 액체는 블록 화살표의 방향으로 제1 나노기포 발생기(100a)를 통해, 복사선용 RDU를 통해, 그리고 제2 나노기포 발생기(100b)를 통해 유동한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 시스템(10)은 2개의 나노기포 발생기를 포함한다. 그러나, 시스템은 임의의 개수의 나노기포 발생기를 포함할 수 있고, 예컨대 시스템은 3개 이상의 나노기포 발생기를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 시스템은 2개 이상의 복사선 기반 소독 유닛을 포함할 수 있다. 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 나노기포 발생기 및 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 RDU를 구비한 시스템이 어려움 없이 제조될 수 있다. 다수의 유닛을 위해 매니폴드가 사용될 수 있다.
시스템이 단일의 나노기포 발생기를 포함한다면, 이 나노기포 발생기는 나노기포 함유 액체가 RDU에 도달하도록 화학 처리-함유 액체의 소스와 RDU 사이에 배치될 것이다.
나노기포 발생기
도 2 내지 도 5를 참조하면, 예시적인 나노기포 발생기(100)는 소스 액체 용액을 수용하기 위한 유입부(140), 나노기포-함유 액체 용액을 방출하기 위한 유출부(150), 및 소스 액체 용액을 처리하기 위한 유입부(140)와 유출부(150) 사이의 처리부(115)를 갖는 하우징(110)을 포함한다. 다른 유형의 나노기포 발생기가 이용될 수 있거나 미래에 개발될 수 있으며 예시적인 나노기포 발생기(100)는 예시 목적을 위한 것이라는 점이 이해될 것이다. 나노기포 발생기에 대한 추가 설명은 Walter Bauer의 국제 출원 제PCT/CA2014/050957호(공개 번호 제WO2015/048904)에서 찾을 수 있다.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 이 실시예에서, 하우징(110)은 실질적으로 관형 형태를 취할 수 있다. 유입부(140)와 유출부(150)는 각각의 단부에 나사형 보스(120, 130)를 포함할 수 있다. 하우징(110)과 보스(120, 130)는 바람직하게는 폴리비닐 클로라이드(PVC; polyvinyl chloride)와 같이 실질적으로 불활성의 재료로 제조된다.
도 3b, 도 3c 및 도 4를 참조하면, 나노기포 발생기의 처리부(115)는 일련의 순차 캐비테이션 영역(190) 및 전단면 평면(168)을 포함할 수 있다. 일련의 순차 캐비테이션 영역(190) 및 전단면 평면(168)은, 하우징(110)을 통해 축방향으로 연장되고 나노기포 발생기의 유입부와 유출부 사이에 개재된 일련의(2개 이상의) 이격 요소(160)를 갖는 대체로 세장형 부재(180)를 가짐으로써 인에이블될 수 있다. 일부 실시예에서, 나노기포 발생기의 용례에 따라 다른 개수의 이격 요소(160), 예컨대 5개의 요소, 10개의 요소, 20개의 요소, 30개의 요소 등이 제공될 수 있다. 또한, 30개보다 많은 이격 요소(160)가 또한 사용될 수 있다. 각각의 요소(160)는 디스크의 형태를 취할 수 있다. 디스크형 요소(160)는 중앙 로드 또는 샤프트(180) 상에 지지되거나 장착될 수 있다. 도 4를 참조하면, 디스크(160)는 대향 벽(161, 162)(또한 전단 벽으로도 지칭됨), 및 주변 또는 측면 벽(163)을 포함할 수 있다. 하나의 전단 벽(161)이 나노기포 발생기의 유입부와 대면할 수 있고 대향하는 전단 벽(162)이 유출부와 대면할 수 있다. 주변 벽(163)은 대향하는 전단 벽(161, 162) 사이에서 연장될 수 있다. 디스크형 요소(160)는 서로 이격된 관계로 유지되고 공간(170)에 의해 서로 분리될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 각각의 요소(160)에는 주변 벽(163)으로부터 하방으로 연장되는 적어도 하나의 홈 또는 노치(310)가 형성될 수 있다. 몇몇의 경우에, 각각의 요소(160)는 홈 또는 노치 대신에 구멍을 포함할 수 있다. 각각의 홈 또는 노치(310)는 에지 또는 전단 에지(167) 및 전단 에지들(167) 사이의 전단면 평면(168)을 포함할 수 있다. 전단면 평면(168)은 주변 벽(163)이 홈(310) 내로 이어지는 것으로 보일 수 있다. 스캘럽 디자인을 가질 수 있는 에지(167)는 실질적으로 날카로울 수 있다.
도 5에 예시된 실시예에서, 각각의 디스크형 요소(160)의 폭 "a", 이에 따라 전단면 평면의 폭은 2개의 연속적인 디스크형 요소(160) 사이의 거리 "b"의 약 1/2이다.
도 5에 예시된 바와 같이, 축방향으로 연속적인 디스크 요소(160)는 로드(180)를 따라 배치되는데, 노치 또는 홈이 서로에 관해 원주 방향으로 엇갈리게 배치되어 있다. 요소(160)는 각 요소(160)의 노치(310)가 교대로 있도록 로드(180) 상에 배치될 수 있다. 즉, 도 5와 관련하여, 하나의 디스크형 요소의 노치가 아래를 향하면, 다음 디스크형 요소의 노치는 위를 향하게 된다.
디스크형 요소들은 단일 금속으로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 디스크형 요소는 내부식성 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 디스크형 요소는 316L과 같은 스테인리스강 300 시리즈로 제조될 수 있다. 나노기포 발생기는 물이 요소/디스크(160)를 통과할 때에 물에 대한 전단 작용을 통해 이온을 생성하며, 이 이온은 흡열 반응을 일으킬 때에 촉매로서 작용한다고 생각된다. 바람직하게는, 디스크는 레이저 절단된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 디스크형 요소(160)는 하우징(110) 내의 액체 용액의 유동 방향에 실질적으로 수직으로 배치될 수 있어, 요소(160)는 하우징(110)을 통한 임의의 직접 유체 유동을 실질적으로 차단할 수 있고, 그 결과 유체 유동은 각각의 디스크의 노치, 홈 또는 구멍(310)을 통과한다. 노치들의 교대 배열로 인해, 디스크들(160) 사이의 유체 유동은 난류이고 각 디스크(160)의 구멍(310)의 상이한 단면적, 디스크의 폭, 및 디스크들(160) 사이의 공간(170)에 의해, 유체는 하우징(110)을 통과할 때에 가속 및 감속되어 디스크(160)의 표면 위에 난류를 보장한다. 몇몇의 경우에, 나노기포 발생기는 도 1, 도 2 및 도 4의 화살표에 의해 도시된 바와 같이 단방향 및 단위치가 되도록 구성될 수 있다.
화학 처리된 액체는 나노기포를 생성하기 위해 적절한 압력으로 나노기포 발생기를 통과한다. 일부 실시예에서, 최대 압력은 보다 적절하게는 시스템의 구조적 무결성에 의해서만 제한될 수 있지만, 압력은 약 1 bar(100 ㎪) 내지 10 bar(1 ㎫)일 수 있다. 일부 실시예에서, 압력은 약 2 bar(200 ㎪) 내지 5 bar(500 ㎪), 3 bar(300 ㎪) 내지 4 bar(400 ㎪) 등일 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 적절한 압력은 약 3.2 bar(320 ㎪)일 수 있다.
시험에 따르면, 물이 나노기포 발생기를 통과할 때에 흡열 반응이 있고, 흡열 반응에서, 물이 제1 처리 시에, 예컨대 2℃ 내지 4℃로부터 냉각된다. 이는 수역 자체 내에서 에너지 전환을 나타낸다. 반응은 발생기 내의 일련의 요소에 걸친 압력에서 물 유동 에너지에 의해 개시될 수 있다.
도 4를 참조하면, 액체(도 4에서 넓은 화살표로 나타냄)가 캐비테이션 영역 또는 챔버(190)로 들어갈 때에, 전단, 캐비테이션, 마이크로 제트 형성, 스트리밍 전류/제타 전위 형성, 전기 분해, 나노기포 형성, 결정 핵 생성, 및 물 액체 구조의 재구성을 비롯한 다수의 반응이 실질적으로 동시에 일어날 수 있다.
액체 용액이 나노기포 발생기를 통해 유동함에 따라, 위에서 언급한 동시 반응은 용액의 운동 에너지 주파수를 증가시키기 위해 n-1 회에 따라 순차적으로 복제될 수 있다(여기서, "n"은 하우징(110) 내의 디스크형 요소(160)의 개수임).
결과적인 나노기포 함유 액체는 액체의 특성에 영향을 미칠 수 있는 증가된 상자성 품질을 갖도록 의도된다. 예컨대, 물에서는, 세척 특성, 증기 및 얼음 생성, 열 전달 및 심지어는 물을 펌핑하는 데에 필요한 에너지를 변경할 수 있다. 스케일링(scaling), 바이오필름(biofilm) 및 생물 부착(biofouling)을 감소시킬 수 있으며 물이 오일 및 지방과 상호 작용하는 방식을 변경시킬 수 있다.
복사선 기반 소독 유닛
도 1을 다시 참조하면, 복사선 기반 소독 유닛(RDU; 200)은 밀봉된 엔클로져(220)일 수 있다. RDU(200)는 RDU를 통해 유동하는 나노기포 함유 액체를 전자기 복사선에 노출시킨다. 일 실시예에서, RDU(200)는 자외선(UV) 소독 유닛일 수 있고, 자외선 소독 유닛 내에 자와선 광 방출 램프(210)가 장착되거나 달리 위치 설정될 수 있다. 램프(210)는 통상적으로 AC 전력 및 램프에 연결된 밸러스트에 의해 전력이 공급될 수 있다. 엔클로져(220)를 통한 수밀 및 기밀 도체 접속이 통상적으로 채용될 수 있다.
전원, 예컨대 배터리, 태양 전지, 또는 다른 에너지원이 또한 유닛(200)을 작동시키는 데에 사용될 수 있다. 램프(210)는 유닛(200)을 통해 순환되는 액체로부터 램프(210)를 보호하면서 보호 석영 슬리브 또는 UV 복사선에 투명한 임의의 다른 물질로 둘러싸일 수 있다. 다른 실시예에서, 램프는 또한 보호 UV 투명 슬리브 없이 RDU를 통해 순환되는 액체 내에 직접 침지될 수 있다. 격실(220)에서, 나노기포 발생기(100a)로 처리된 액체는 입구(222)를 통해 엔클로져(220) 내에서 이동되고 램프(210)로부터 나오는 자외선 광에 노출되는 동안 출구(224)를 향해 이동되게 된다. 이로 인해, 그 시점까지 살아남은 임의의 미생물 및 병원균이 치명적인 자외선 복사선 수준이 되도록 의도된 광에 노출된다.
극성 및 비극성 액체, 친수성 및 친유성 액체 용액은 소스 액체에 나노기포를 생성하도록 처리된 소스 용액으로서 사용되어 고농도의 나노기포를 갖는 처리된 용액을 생성할 수 있다. 따라서, 액체 소스는 오일, 알코올, 물, 용매, 연료, 계면 활성제, 젤, 탄수화물, 산화제, 환원제, 효소, 비료, 미량 영양소, 뉴클레오티드 등을 포함할 수 있다.
시스템, 방법 및 장치는 소스 액체 사전 처리 시스템(화학 처리 섹션), 선택적인 높은 제타 전위 결정 발생기, 선택적 사전 여과 시스템, 다른 선택적 여과 디바이스(들), 선택적인 추가의 나노기포 발생기 또는 RDU를 포함할 수 있다. 사전 처리 시스템, 나노기포 발생기, RDU, 제타 전위 시프트 결정 발생기, 사전 여과 시스템, 여과 디바이스 등의 요소는 서로 액체 연통하고 도관 시스템에 의해 연결될 수 있다. 도관 시스템은, 예컨대 파이프, 호스, 튜브, 채널 등을 포함할 수 있다. 몇몇의 경우에, 밸브는 액체의 유동이 적절한 방향이고 몇몇의 경우에 단일 방향이 되는 것을 보장하도록 포함될 수 있다.
물(폐수, 재생수 또는 수돗물을 포함), 오일, 알코올 등과 같은 소스 액체 용액은 소스(예컨대, 수도꼭지)로부터 공급된다. 액체는 저장조 내에 저장될 수 있고, 소스로부터 시스템으로 연속적으로 또는 간헐적으로 공급될 수 있다. 소스 액체의 조성은 시험될 수 있고, 필요에 따라, 추가 미네랄 및 기타 성분이 화학 처리 섹션에 추가되어 소독을 위해 적절한 화학 함량을 갖는 소스 액체를 제공할 수 있다. 소스 액체는 또한 저장조 내에 유지하기 전 또는 후에 사전 처리 시스템에서 처리되어 유기 화합물, 무기 화합물, 부스러기, 오일 함유 성분 등과 같이 후속 처리 프로세스(들)를 방해할 수 있는 원치않는 오염물을 실질적으로 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 이산화염소(ClO2) 등의 적절한 소독 화학 물질을 소스 액체(필요에 따라)로 주입하는 방법을 포함할 수 있다. 방법은 제1 전구체를 나노기포-함유 물과 혼합하여 제1 전구체 용액을 생성하는 단계, 제2 이산화염소 전구체를 나노기포-함유 물과 혼합하여 제2 전구체 용액을 생성하는 단계, 및 제1 및 제2 전구체 용액을 반응기 내에서 혼합함으로써 이산화염소 함유 소스 액체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 일례에서, 제1 전구체는 아염소산나트륨(NaClO2)일 수 있고, 제2 전구체는 염산(HCl)일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전구체 용액은 나노기포-함유 물에서 약 7.5% NaClO2일 수 있고, 제2 전구체 용액은 나노기포 함유 물에서 약 10% HCl일 수 있다.
소스 액체는 액체 저장조에 연속적으로 또는 간헐적으로 추가될 수 있다. 액체는 나노기포 발생기를 통해 충분한 힘 및 압력으로 유동하여 상자성 속성을 갖는 나노기포를 생성하는 흡열 반응을 개시할 수 있다. 펌프는 힘과 압력을 발생시키는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 액체 용액은 시스템 또는 장치 내의 하나 이상의 지점에서 능동적으로 펌핑될 수 있다. 액체는 또한 중력식 시스템 또는 물 터빈 또는 프로펠러 전에 물을 처리하기 위해 플룸(plume)에 배치되는 것과 같은 수동 시스템을 사용하여 배출될 수 있다.
일부 실시예에서, 여과 디바이스는 적어도 일부 박테리아, 바이러스, 낭포, 무기 화합물, 유기 화합물, 호르몬, 약제 화합물, 내분비 화학 물질 등을 감소시키거나 제거하기 위해 제공될 수 있다. 당업계에 공지된 다양한 여과 디바이스가 사용될 수 있다. 여과 디바이스는, 예컨대 입자 필터, 숯 필터, 역삼투 필터, 활성 탄소 필터, 세라믹 카본 필터, 증류기 필터, 이온화 필터, 이온 교환 필터, 자외선 필터, 역류 필터, 자기 필터, 에너제틱 필터, 볼텍스 필터, 화학 산화 필터, 화학 중독성 필터, Pi 물 필터, 수지 필터, 멤브레인 디스크 필터, 미세 여과 멤브레인 필터, 한외 여과 멤브레인, 나노 여과 멤브레인, 셀룰로오스 니트레이트 멤브레인 필터, 스크린 필터, 체 필터, 미세 다공성 필터 등 및 그 조합을 포함할 수 있다. 처리 및 여과된 액체는 사용 및 소비를 위해 저장 또는 분배될 수 있다.
높은 제타 전위 결정 발생기는 당업계에 공지되어 있고 일반적으로 스케일링의 방지 또는 감소에 유용하다. 한가지 공지된 높은 제타 전위 결정 발생기는 Zeta Rod™ 시스템이다. Zeta Rod™ 시스템은 액체 시스템에서 박테리아 및 미네랄 콜로이드를 전자적으로 분산시키고 바이오-파울링 및 스케일의 위험을 제거하며 화학 첨가제의 사용을 현저하게 줄임으로써 결정의 제타 전위를 증가시킨다. 액체 시스템의 콜로이드는 커패시터의 구성요소가 되고 자연스러운 표면 전하를 강하게 증폭시켜 입자 상호 작용을 제어하는 이중층 조건을 변경시킨다. 미네랄 스케일 형성은 Zeta Rod™ 시스템이 콜로이드 물질과 부유 고형물의 분산을 안정화시켜 핵 형성과 습윤된 표면에 대한 스케일의 부착을 방지하기 때문에 방지되도록 의도된다. 박테리아는 표면에 부착하는 대신에 벌크 유체에 분산된 상태로 남아 있어 점액을 형성하고 악취를 유발하도록 영양분을 흡수하거나 복제할 수 없다. 기존의 바이오필름은 과도하게 수화되어 접합 강도를 잃고 분산된다. 또한, 생물학적 파울링, 미생물 유도 부식, 및 스케일 형성이 Zeta Rod™ 시스템에 의해 저지된다.
사전 여과 시스템은 처리된 소스 액체로부터 철, 황, 망간 등과 같은 미네랄을 감소시키거나 실질적으로 제거하도록 의도된다. 사전 여과 시스템은, 예컨대 스테인리스강 메시 필터일 수 있다. 처리 및 사전 여과된 소스 액체는 선택적 여과 디바이스를 통과할 수 있고, 선택적 여과 디바이스에서, 박테리아, 바이러스, 낭포 등이 처리된 액체로부터 실질적으로 제거된다. 바람직하게는, 미생물은 복사선에 의해 처리된 후에 액체 유동으로부터 여과될 수 있다.
펌프가, 예컨대 제1 나노기포 발생기의 하류에 제공될 수 있어, 처리된 액체는 다양한 액체 시스템 용례를 위해 간헐적으로 또는 연속적으로 배출 및 분배된다. 펌프는 대안적으로 제1 나노기포 발생기의 상류에 제공될 수 있다.
이제 고농도의 나노기포를 갖고 소독 화학 물질 및 복사선에 의해 처리되는 결과적인 소독 또는 살균된 액체는 저장 컨테이너로 분배되어 저장 컨테이너 내에 저장될 수 있거나 소비 또는 임의의 적절한 사용을 위해 분배될 수 있다.
도 6은 액체 처리 방법(400)을 예시한다. 405에서, 액체는 소스로부터 수용된다. 액체는 시스템에 의해 간헐적으로 또는 연속적으로 수용될 수 있다. 한가지 간단한 예로서, 물은 표준 웰 헤더로부터 시스템에 진입할 수 있다.
410에서, 액체는 액체의 화학적 구성을 시험하고, 필요한 경우 조절하도록 화학 시험/처리를 받는다. 몇몇의 경우에, 화학 물질은 본 명세서에 설명된 바와 같이 액체에 추가되어 화학 처리된 액체를 생성할 수 있다. 소스 액체는 수도/도시 물이 소스 액체로서 사용되는 예와 같이 이미 몇몇의 화학 처리를 했을 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 이 경우에, 화학 시험이 수행될 수 있고 처리는 소스 액체의 화학적 구성을 조절하도록 제공될 수 있다. 몇몇의 경우에, 소스 액체의 화학적 구성은 잘 이해될 수 있고 시험 또는 처리는 필수가 아닐 수 있다. 이 유형의 상황에서, 추가적인 처리가 요구되지 않으면, 화학 처리된 소스 액체는 도관을 통해 화학 시험/처리 유닛 (사전 처리 유닛이라고도 함)을 지나게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 소스 액체는 Cl02-물이 되도록 Cl02로 처리하는 것과 같은 염소 처리를 받을 수 있다. ClO2는 소독을 위해 적절한 수준, 예컨대 0.5 내지 5 ppm으로 주입될 수 있다. 몇몇의 다른 경우에, ClO2의 수준은 3 내지 4 ppm일 수 있다.
415에서, 나노기포는 나노기포 발생기를 통해 화학 처리된 액체에서 발생된다. 액체는 충분한 힘과 압력으로 나노기포 발생기를 통과하여 상자성 속성을 갖는 나노기포를 생성하는 흡열 반응을 개시할 것이다. 본 명세서에서 언급한 바와 같이, 일부 실시예에서, 펌프는 힘과 압력을 발생시키는 데에 사용될 수 있다.
420에서, 액체는 선택적으로 여과될 수 있다. 본 명세서에서 상세하게 설명된 여과 디바이스가 사용되어 액체를 추가 처리할 수 있다. 본 명세서에 제공된 방법 및 시스템은 표준 수처리 매체 여과 시스템에 비해 파울링 없음, 채널링 없음, 낮은 역류 유동, 적은 폐기물 프로세스 및 취급, 더 긴 매체 수명, 더 낮은 수두 손실, 및 보다 작은 설치 공간과 같은 몇 가지 이점을 제공하도록 의도된다. 몇몇의 경우에, 필터는 쉽게 검사되고 수리되도록 의도된 40 미크론 안전 필터를 포함할 수 있다. 필터는 필터의 서비스 수명을 연장시키기 위해 생체 오염 물질이 없는 상태로 유지되도록 의도된다.
단계(425)에서, 화학 처리된 나노기포 액체는, 예컨대 UV 노출을 받음으로써 소독용 복사선에 의해 소독된다. UV 노출은 본 명세서에 개시된 바와 같이 나노기포 발생기와 협동되도록 의도되며 나노기포 발생기와 통합될 수 있다. UV 복사선의 경우에, UV 복사선은 소독을 위해 적절한 수준으로(통상적으로, 40-50 mJ/㎠의 범위로) 제공될 수 있으며, 몇몇의 경우에, 화학 처리 대 복사선 처리에 관한 나노기포 발생기의 보호 효과 때문에 통상적인 것보다 더 높은 수준으로 적용될 수 있다. 몇몇의 경우에, UV 복사선은 높은 투여량, 예컨대 ㎠당 200 내지 250 mJ로 적용될 수 있다. UV 노출은 유기물, 발열 물질 및 내독소를 크게 감소시키거나 소멸시키는 것으로 의도된다.
430에서, 소독된 액체는 시스템 밖으로 유동되어 사용을 위해 저장되거나 분배될 수 있다.
본 명세서에 설명된 시스템, 방법 및 장치는 더 적은 가스 배출, 더 큰 ORP, 더 큰 위생 효험을 제공하도록 의도되며, 광범위한 pH 범위에 걸쳐 효과적인 것으로 나타났다.
화학 처리와 나노기포 생성 및 RDU 처리의 조합은 개선된 소독 결과를 제공하도록 의도된다. 구체적으로, 더 낮은 수준의 화학 처리로 소독 결과가 개선된다.
특히, 나노기포 발생기는 화학 처리된 액체에서 산화-환원 전위(ORP)와 같은 중요한 특성을 변화시킬 수 있다. ORP를 기존 화학 물질 농도의 능력을 넘어서 증가시킴으로써, 방법은 살균제의 효능을 향상시키도록 의도된다. 나노기포 발생기는 약 650 mV를 초과하도록 ORP를 증가시킬 수 있는데, 이는 순간적으로 플랑크톤 생물을 사멸시키기에 충분하도록 의도된다. 시스템 및 방법은 사용된 차아염소산나트륨의 통상 수준과 비교하여 비교적 소량의 차아염소산나트륨으로 700 mV보다 큰 ORP를 전달할 수 있다(표 1 및 표 2 참조).
차아염소산나트륨/도시 물의 20 ppm이 여러 박테리아에 미치는 영향
배양 살균기 PPM 원래 카운트(cfu/ml) 15분 후에 카운트(cft/ml)
슈도모나스 종 20 12,000 ＜1
장구균 종 20 17,000 ＜1
살모넬라 종 20 11,000 ＜1
차아염소산나트륨/나노기포-함유 물의 5 ppm이 여러 박테리아에 미치는 영향
배양 살균기 PPM 원래 카운트(cfu/ml) 15분 후에 카운트(cft/ml)
슈도모나스 종 5 12,000 ＜1
장구균 종 5 17,000 ＜1
살모넬라 종 5 11,000 ＜1
연구에 따르면, ORP 값이 650-700 mV인 경우, 대장균 O157:H7 또는 살모넬라 종과 같은 병원성 박테리아 뿐만 아니라 자유-부동 부식 및 부패 박테리아가 일반적으로 30초 이내에 사멸된다. 부패 효모와 보다 민감한 종류의 포자 형성 곰팡이는 또한 몇 분 또는 그 이하의 접촉 시간 후에도 이 수준에서 사멸된다.
WHO(세계 보건기구)는 650 mV의 음용수 소독을 위한 ORP 표준을 채택하였다. 수역에 있는 ORP가 650 내지 1000 mV일 때에, 물 속의 살균제는 유해 생물을 아주 빨리 그리고 일부는 거의 즉시 파괴할 만큼 충분히 활동적이다.
나노기포는 나노가스 배리어를 통해 표면을 조절할 수 있다. 이 나노가스 배리어는 표면에 대한 바이오필름 부착을 저지하는 역할을 한다. 위의 효과들의 조합은 살균된 표면/시스템을 생성시킨다.
방법은 또한 pH에 긍정적인 영향을 주며 물의 용해도 효과를 증가시킬 수 있다. 작동에는 수압만이 요구될 수 있다.
나노기포는 나노기포가 붕괴되고 캐비테이션이 발생함에 따라 나노기포와 밀접하게 접촉하도록 의도적으로 배치된 표면을 제거하거나 왜곡시킬 수 있다. 일부 상황에서, 캐비테이션이 파괴적인 것으로 간주되어 피할 수 있지만, 표면에 보호 마감을 촉진 및/또는 적용하기 위해 나노기포 형성 및 붕괴가 사용될 수 있다.
식수 시스템
본 명세서의 시스템 및 장치의 실시예는 다양한 음료수 시스템과 통합될 수 있다. 화학적으로 처리된 다음 나노기포 발생기 및 복사선 기반 소독 유닛을 통합한 시스템을 통과한 물은 음료수, 폐수 및 재생수를 포함한 모든 유형의 물에서 박테리아와 미생물을 현저히 감소시키거나 제거하고 그러한 물들의 품질을 향상시킴으로써 다양한 배관 시스템에서 바이오필름의 형성을 방지할 뿐만 아니라 물의 맛을 개선시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 식수 시스템은, 제한하지 않지만, 우물, 샘, 연못, 호수, 강, 사전 처리가 된 해양 소스 등을 포함할 수 있다. 물 속에 생성된 나노기포 때문에 호기성 박테리아가 이용 가능한 산소가 더 많을 수 있다. 호기성 박테리아 수는 증가하지만, 혐기성 개체군은 감소한다.
음식 처리 산업
본 발명의 실시예에 의해 처리된 물은 신선한 농산물의 저장을 위해 최소량의 염소(5 ppm 미만)를 첨가하여 소독제로서 작용할 수 있다는 것이 예상치 못하게 발견되었다. 처리된 물은 바이오필름 형성을 제거하는 것으로 판명되었기 때문에, 식품 위생 및 생산 비용이 낮아지고 유통 기한이 연장된다. 또한, 수면 장력이 낮을수록 처리된 물의 용해도가 높아지므로, 나노기포 발생기 및 RDU를 통합한 시스템에서 처리된 물은 그러한 효과를 발생시키며, 차 및 커피로부터의 오일 수율을 크게 증가시킨다고 판명되었다.
살균 용례
시스템은 수영장, 동력 와셔, 세차장, 가정용 세탁기, 상업용 세탁 시설, 가정용 및 상업용 식기 세척 설비, 산업 및 식품 위생 프로세스 등과 같은 살균 시스템과 통합될 수 있다.
물 처리 용례
시스템은 물 연화제, 이온 교환기, 염소, 이산화염소, 과산화수소, 오존, PAA 등을 사용하는 모든 멤브레인 및 필터 시스템과 같은 물 처리 용례와 통합될 수 있다.
화학 처리 용례
몇몇 용례에서, 화학 처리는 살균을 위해서가 아니라 액체의 특성을 변경시키도록 제공될 수 있다. 예컨대, 일부 액체 제품에서, 화학 처리는 색상을 추가하도록 이루어질 수 있다. 액체를 소독/살균을 위해 UV로 처리해야 하는 경우, 화학 처리는 UV에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 명세서의 시스템은 나노기포에 의해 화학 처리에 대한 약간의 보호를 제공한다.
특정례에서, 그리고 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 물 처리 시스템(500)이 예시되어 있다. 처리는 아마도 운반된 도시 물을 비롯하여 저장 탱크, 물 탱크 등과 같은 액체 소스에서 시작된다. 필요한 경우, 본 명세서에 설명된 바와 같이 생성된 이산화염소일 수 있는 이산화염소와 같은 화학 물질이 소스 물에 주입된다.
이산화염소는 염소 펌프(505)로부터 물에 주입될 수 있으며, 그 다음 물은 나노기포 발생기(510)를 통과하여 나노기포가 염소화된 물에 도입된다.
이어서, Cl02, 나노기포 함유 물은 철, 망간, 황, 및 다른 독성 미네랄이 산화되는 접촉 탱크(515)로 진입한다. 산사 플러스 매체 필터(Greensand plus media filter)가 사용되어 철, 망간, 라돈, 비소, 황 화합물 등을 제거할 수 있다. 탄화수소 필터는 오일, 글리포세이트 및 유기인산 화합물(organophosphate)을 제거 또는 감소시키는 데에 사용될 수 있다.
그 다음, 여과된 물은 UV 복사선 유닛(520)을 통과하여 임의의 잔류 미생물을 추가로 소독하고, 이상적으로는 사멸시킨다.
예컨대, Hydranautics HYDROcap® 60 초여과 멤브레인을 사용하여 최종 여과가 수행되어 내독소, 바이러스, 박테리아(죽은 것 및 살아있는 것)를 제거할 수 있다. 이어서, 소독된 물은 저장 탱크(525)로 전달되거나 사용될 수 있다.
도 8은 도 7a에 예시된 것과 같은 시스템으로 처리된 물의 저장 탱크의 사진이다.
도 8의 흑백 사진에서 이해할 수는 없지만, 생성된 물은 색상이 청색이다(이 사진에서, 물은 백색 플라스틱 수조 내에 있다). 도 8의 탱크는 두께가 17 ㎜이고 청색은 여전히 명백하다. 물에서 기체인 염소, 이산화염소 또는 임의의 다른 화학 물질은 나노기포 발생기에 의해 생성된 나노기포 내에 봉입된다고 생각된다. 따라서, 반사된 광의 색상은 봉입된 가스(이 경우, 염소)의 색상이다. 흥미롭게도, 나노기포 내측의 염소 가스는 여전히 ORP를 소독하고 측정한다. 그러나, 가스를 함유하는 나노기포는 광을 반사하기 때문에, 가스는 현장에서 가스를 실질적으로 달리 광분해할 수 있는 UV 광 또는 다른 광으로부터 차폐된다.
시험을 통해, 0.5 ppm 만큼 낮은 염소 투여량으로도 UV 노출로부터 잔류 염소 또는 총 염소나 ORP가 현저히 감소되었다는 증거는 없다. 이산화염소에서도 동일한 결과가 관찰되었다. 특히 이산화염소의 경우에 기술 문헌을 살펴보면, 이산화염소는 UV 분해에 매우 민감하며 한번 생성되면 어두운 곳에 보관해야 한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이 이산화염소를 나노기포 내에 봉입함으로써, 액체 스트림 내로 투여된 이산화염소의 상당 부분이 광분해로부터 보호될 수 있다.
방법 및 시스템의 또 다른 특징은 이산화염소 용액의 가스 배출을 방지할 수 있다는 것이다. 환경 및 건강과 안전의 관점에서, 이산화염소 용액과 접촉하는 작업자는 이산화염소가 가스 배출 및 작업자 노출을 방지하기 위해 어떻게 적용되는지에 대해 경계해야 한다. 시험으로부터, 시스템과 방법은 가스 배출 가능성을 적어도 50%까지 감소시킬 수 있다는 것이 판명되었다.
또한, 시스템 및 방법이 증발 과정을 늦춤으로써 수영장, 냉각탑, 응축기 및 물 피쳐 등이 수분 손실이 적어서 보충수를 덜 필요로 한다는 이점이 있을 수 있다.
하나의 실험에서, 미처리된 물은 나노기포 발생기를 통해 지향되었다. 나노기포-함유 물은 10%의 HOCL(염산) 및 7.5%의 NaClO2 (아염소산나트륨)를 사용하여 2 전구체 성분 이산화염소 발생기(DUPONT® OXYCHLOR® AC)를 위한 공급수로서 사용되어 800 PPM Cl02의 배치 용액(이산화염소)을 형성한다. 몇몇의 경우에, 배치 용액의 ppm은 보다 농축된 전구체 화학 물질을 사용함으로써 증가될 수 있다. 이 실험에서, 3000 ppm의 Cl02를 얻었다.
이 결과는 나노기포로 인해 ORP의 상당한 증가가 있었고 9 ppm의 강도에서도 이산화염소가 가스 배출되지 않았음을 알았기 때문에 예상치 못하였다. Cl02는 일반적으로 550 내지 600 mV 범위의 ORP에서 측정된다.
아염소산나트륨의 이산화염소로의 95% 및 100% 전환율이 얻어졌다는 것도 또한 주목된다. 2 성분 발생기의 일반적인 전환율은 60% 내지 70%이며 높은 수준의 잔류 NaClO2가 있다. 이 계산은 사용된 화학 물질의 양과 2일 동안의 소비량을 계산하여 행해진다.
0.3 PPM 초과의 수준에서 가스 배출이 관찰되지 않았다. 9 ppm과 비슷한 레이트에서도 가스 배출이 없었다는 점이 주목된다.
두 번째 실험에서, 800 ppm의 이산화염소가 소스 물에 주입되었다. 이산화염소 함유 물은 나노기포 발생기를 통해 처리되었다. 나노기포 발생기로부터의 출력은 30분의 평균 접촉 시간 동안 접촉 탱크에서 유지되었다. 접촉 탱크 내의 이산화염소는 3.6 ppm으로 측정되었다. 접촉 탱크로부터, 이산화염소 함유 물은 KATALOX LIGHT® Media Filters를 통과시켰다. 물은 ClO2의 3.1 ppm에서 나왔다. 그 다음, Cl02 처리된 물은 도 1과 유사한 시스템을 사용하여 20 미크론 카트리지 필터 및 200 mJ의 자외선(UV) 복사선을 통과하였다. UV 처리 후에, 물 속의 ClO2는 단지 0.4 ppm 내지 2.7 ppm만큼 감소되었다. 200 mJ의 수준에서, 물 속에 있는 대부분의 또는 모든 ClO2가 제거된 것으로 예상되었다. UV 처리로부터, ClG-2-물은 80 킬로돌턴으로 평가된 Hydranautics HYDRAcap® 60 초여과 멤브레인을 통과하였다. 프로세스의 종료시에, 이산화염소는 약 2.5 ppm으로 측정되었다. 그러나, ORP는 예상치 못한 결과인 760 밀리볼트를 초과하였다.
Cl02-물을 젖소에게 제공하였다. 4일 이내에, 농장의 암모니아 및 메탄 방출량이 70% 이상만큼 크게 감소했으며 농장의 가장 먼 지점에 있는 식수통에서 바이오필름 없는 0.3 ppm의 이산화염소 잔류물이 관찰될 수 있다는 점이 주목된다. 시간이 지남에 따라, 식수통에서 평균 이산화염소 수준은 1 ppm으로 증가할 것으로 예상된다. 망간, 철 및 기타 금속의 우수한 산화에 대한 이산화염소 요구량은 약 3.6 내지 3.8 ppm이다.
몇몇의 경우에, 시스템이 작동 중인 경우, 시스템은 다중 매체 필터(MMF) 입구에서 3.1 ppm ClO2의 물, ㎜F 출구에서 2.7 ppm ClO2의 물, UV 출구에서 2.5 ppm ClO2의 물, UF 방출구에서 2.4 ppm ClO2의 물, 정수지 오버플로에서 1.9 ppm ClO2의 물, 및 드링커(즉, 동물 급수 스테이션)에서 0.17 ppm ClO2의 물을 만든다.
본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 콜로이드 응고 및 응집을 위한 낮은 제타 전위, 생물학적 제제의 제어를 위한 높은 ORP, 빠른 반응 속도를 위한 보다 높은 표면적, 및 생체 또는 화학적 파울링 전위의 제거 또는 감소을 위해 의도된다.
이상의 설명에서, 설명을 위해, 다수의 상세는 실시예의 철저한 이해를 제공하도록 기재된다. 그러나, 이들 특정한 상세가 필요하지 않을 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 널리 알려진 구조들은 이해를 모호하게 하지 않도록 블록도 형태로 도시될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 설명된 실시예의 요소가 소프트웨어 루틴, 하드웨어 회로, 펌웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현되는지의 여부에 관한 특정 상세는 제공되지 않는다.
개시 또는 그 구성요소의 실시예는 기계 판독 가능 매체(컴퓨터 판독 가능 매체, 프로세서 판독 가능 매체, 또는 컴퓨터 판독 가능 프로그램이 구현되는 컴퓨터 사용 가능 매체라고도 함)에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품으로서 제공되거나 제시될 수 있다. 기계 판독 가능 매체는 디스켓, CD-ROM, (휘발성 또는 비휘발성) 메모리 디바이스, 또는 유사한 저장 메카니즘을 비롯한 자기, 광학 또는 전기 저장 매체를 포함하는 임의의 적합한 유형(有形)의 비일시적인 매체일 수 있다. 기계 판독 가능 매체는, 실행될 때에 프로세서 또는 제어기로 하여금 본 개시의 실시예에 따른 방법에서 단계들을 수행하게 하는 다양한 세트의 명령어, 코드 시퀀스, 구성 정보, 또는 다른 데이터를 포함할 수 있다. 당업자라면, 설명된 구현예를 구현하는 데에 필요한 다른 명령들 및 동작들이 또한 기계 판독 가능 매체 상에 저장될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 명령들은 프로세서, 제어기 또는 다른 적절한 프로세싱 디바이스에 의해 실행될 수 있고 설명된 작업을 수행하기 위해 회로와 접속할 수 있다.
전술한 실시예는 단지 예시일 뿐이다. 첨부된 청구범위에 의해서만 한정되는 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 특정 실시예에 대한 변형, 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 액체 처리 시스템으로서,
    액체 소스;
    소스 액체의 화학 함량을 시험하고 필요에 따라 적절한 양의 화학 처리를 액체에 제공하여 화학 처리된 액체를 제공하는 화학 처리 스테이션;
    상기 화학 처리 스테이션과 유체 연통하고 화학 처리된 액체에서 나노기포를 발생시켜 나노기포 액체를 제공하는 나노기포 발생기;
    상기 나노기포 발생기와 유체 연통하고 상기 나노기포 액체를 복사선에 노출시켜 처리된 액체를 제공하는 복사선 기반 소독 유닛(RDU; radiation-based disinfecting unit);
    시스템을 통해 액체 유동을 생성하는 펌프; 및
    처리된 액체가 유동하는 출구
    를 포함하는 액체 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노기포 발생기는 소스 액체를 수용하기 위한 유입부, 나노기포 함유 액체를 배출하기 위한 유출부, 및 상기 유입부와 유출부 사이에 배치되고 소스 액체를 처리하기 위한 처리부를 갖는 하우징을 포함하고, 상기 처리부는 캐비테이션 공간, 챔버 또는 영역에 의해 분리되는 적어도 2개의 순차적인 전단면 평면들을 갖는 것인 액체 처리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 RDU는,
    상기 나노기포 발생기에 작동 가능하게 연결되는 RDU 입구;
    상기 RDU 입구와 유체 연통하고 엔클로저 및 복사선 방출 수단을 포함하는 소독 유닛; 및
    복사선 처리된 액체를 소독 유닛으로부터 배출하기 위한 RDU 출구
    를 포함하는 것인 액체 처리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학 함량을 시험하는 것은 상기 소스 액체가 나노기포 발생기 및 RDU와 관련하여 소스 액체를 소독하기에 적절한 양의 화학 물질을 함유하는지를 결정하는 것을 포함하는 것인 액체 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 화학 물질은 이산화염소를 포함하는 것인 액체 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이산화염소는 나노기포 발생기에 대략 0.5 내지 5 ppm을 제공하도록 주입되는 것인 액체 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이산화염소는 나노기포 발생기에 대략 3 내지 4 ppm을 제공하도록 주입되는 것인 액체 처리 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 펌프는 나노기포 발생기에서 대략 1 내지 대략 10 bar의 압력을 생성하는 것인 액체 처리 시스템.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복사선은 자외선 복사선인 것인 액체 처리 시스템.
  10. 액체 처리 방법으로서, 소스 액체를 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 액체 처리 시스템을 통과시키는 단계를 포함하는 것인 액체 처리 방법.
  11. 액체 처리 방법으로서,
    화학 처리된 액체를 수용하는 단계;
    상기 화학 처리된 액체를 나노기포 발생기를 통과시켜 나노기포-함유 액체를 생성시키는 단계;
    상기 나노기포-함유 액체를 소독 복사선으로 처리하여 결과적인 액체를 생성하는 단계; 및
    상기 결과적인 액체를 사용을 위해 배출하는 단계
    를 포함하는 액체 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 화학 처리된 액체는 화학 처리된 액체를 생성하도록 화학 처리에 노출되는 소스 액체를 포함하는 것인 액체 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 화학 처리는 적절한 양의 화학 물질을 소스 액체에 주입하는 것을 포함하는 것인 액체 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적절한 양은 나노기포 발생기 및 소독 복사선과 관련하여 소스 액체를 소독하기 위한 화학 물질의 양을 포함하는 것인 액체 처리 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체의 유동은 나노기포 발생기에서 대략 1 bar 내지 대략 10 bar의 압력으로 구동되는 것인 액체 처리 방법.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복사선은 자외선 복사선인 것인 액체 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 자외선 복사선은 대략 250 mJ/㎠로 전달되는 것인 액체 처리 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소스 액체는 음용수, 폐수 및 재생수를 포함하는 물인 것인 액체 처리 방법.
  19. 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 일반적으로 그리고 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 의해 예시된 액체 처리 시스템.
  20. 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 일반적으로 그리고 구체적으로 설명되고 첨부 도면에 의해 예시된 액체 처리 방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11459257B1 (en) * 2017-05-12 2022-10-04 Eco Environmental, LLC Method of treating a liquid with nanobubbles
US11096407B2 (en) 2017-08-25 2021-08-24 Cesco Solutions, Inc. Reduced negative zeta potential sanitization method and system
DE102017011752A1 (de) * 2017-12-19 2019-06-19 Messer Industriegase Gmbh Verfahren zum inaktivieren von Mikroorganismen in Lebensmitteln
CN108653769A (zh) * 2018-07-17 2018-10-16 上海艾魁英生物科技有限公司 一种用于新饲料添加剂溶菌酶二聚体离子固化液的快速灭菌装置
CN109288472A (zh) * 2018-09-30 2019-02-01 陈浩航 一种用于中式环保型微气泡洗碗机的餐具清洗方法
EP4069407A4 (en) * 2019-12-06 2024-01-03 Walter Jacob Bauer REVERSE FLOW DEVICE
AU2021265812A1 (en) * 2020-05-01 2022-10-20 Walter Jacob Bauer Liquid treatment system and method
CN113209847A (zh) * 2021-06-11 2021-08-06 同济大学 无菌纳米气泡水及其制备方法和应用

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3941355A (en) * 1974-06-12 1976-03-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Mixing insert for foam dispensing apparatus
US4609471A (en) * 1984-04-25 1986-09-02 Autotrol Corporation Laser disinfection of fluids enhanced by gas bubbles
DE19517039C2 (de) 1994-10-25 2002-07-18 Guenther O Schenck Vorrichtung zur oxidativen Photopurifikation
US5785845A (en) * 1995-11-09 1998-07-28 Colaiano; Robert Water purifying system
JP2008142170A (ja) * 2006-12-07 2008-06-26 Nanbu Plastics Co Ltd 温熱治療システム
WO2008150541A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-11 Schwartzel David T Aqueous treatment apparatus utilizing precursor materials and ultrasonics to generate customized oxidation-reduction-reactant chemistry environments in electrochemical cells and/or similar devices
JP2009106831A (ja) * 2007-10-29 2009-05-21 Sharp Corp 超純水製造装置および超純水製造方法
AP3350A (en) * 2008-04-04 2015-07-31 Neos Internat Llc System and method of water treatment
JP2009255011A (ja) * 2008-04-21 2009-11-05 Sharp Corp 水処理装置および水処理方法
CN101372369A (zh) * 2008-09-26 2009-02-25 刘伟 一种水的紫外光催化消毒与氯消毒联用的消毒方法
IT1393689B1 (it) * 2009-04-06 2012-05-08 Envitech S R L Sa Processo e reattore di elettrocoagulazione con elettrodi di materiale nanostrutturato a base di carbonio per la rimozione di contaminanti dai liquidi
US8721899B2 (en) 2009-06-10 2014-05-13 Chemtreat, Inc. Method and apparatus for the continous production of low concentrations of chlorine dioxide from low concentrations of aqueous chlorite
RU113266U1 (ru) 2011-05-20 2012-02-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волжская государственная академия водного транспорта" (ФГОУ ВПО ВГАВТ) Установка для очистки воды плавательных бассейнов с применением озона, ультразвука, уф-излучения и хлора
EP2559664A1 (en) * 2011-08-18 2013-02-20 Siemens Aktiengesellschaft Method and arrangement for water disinfection
CN102910772B (zh) * 2012-10-11 2014-07-23 北京科技大学 一种紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统和方法
CN103273083B (zh) * 2013-05-17 2015-09-16 华东师范大学 一种金纳米颗粒的制备方法
JP6577474B2 (ja) * 2013-10-03 2019-09-18 エベド ホールディングス インク． ナノバブル含有液体溶液
CN203482710U (zh) 2013-10-11 2014-03-19 北京中农天陆微纳米气泡水科技有限公司 一种无土栽培营养液的增氧、消毒装置
RU2561373C2 (ru) 2013-10-14 2015-08-27 Владимир Изосимович Кожевников Способ обработки воды и/или масла для повышения их биологической активности и устройство для обработки
CN104085952A (zh) * 2014-07-16 2014-10-08 刘苏芹 一种光触媒自来水净化消毒设备
CN104925896A (zh) * 2015-06-17 2015-09-23 哈尔滨工业大学 一种led紫外去除水中含氮污染物装置及利用该装置去除水中含氮污染物的方法

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