KR20180004148A - 반응기 용기의 탈기를 위한 진보된 산화 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
다양한 양상 및 실시형태에 따르면, 유기 오염물로 오염된 지하수를 처리하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시형태에 따르면, 오염된 지하수는 과황산염을 도입하여 제1 처리 수용액을 생성하고, 제1 처리 수용액을 자외선 광에 노출시켜 제2 처리 수용액 및 하나 이상을 가스를 생성하고, 제1 처리 수용액을 자외선 광에 노출시키는 것으로부터 발생된 1종 이상의 가스를 제거함으로써 처리된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(e) 하에 미국 가특허 출원 제62/158,014호(발명의 명칭: "ADVANCED OXIDATION PROCESS METHODS FOR DEGASIFICATION OF REACTOR VESSEL", 출원일: 2015년 5월 7일)에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 참고로 본 명세서에 포함된다.
하층토(subsurface soil) 및 지하수 내의 유기 오염물의 존재는 전세계적으로 일관된 문제이다. 많은 국가에서, 소정의 정부 규정은 오염된 부위로부터 대다수의 이러한 유기 오염물의 제거, 감축, 박멸, 또는 안정화를 요구한다.
이러한 오염을 복원하는 하나의 잠재적인 방법은 토착(indigenous) 또는 도입(즉, 비토착형) 세균 또는 다른 미생물을 사용하여 유기 화학 물질을 분해 또는 소화해서, 결과적으로 이산화탄소 및 물과 같은 부산물을 생성하는 생분해를 포함한다. 생분해가 소정의 유기 오염물에 대해 양호하게 작업하지만, 1,4-다이옥산과 같은 소정의 유기 오염물을 생분해시키는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다.
다르게는 단순히 "다이옥산"이라고 지칭되는 1,4-다이옥산은 고도로 수용성인 깨끗한 액체이고, 이에 따라 쉽게 물에 용해된다. 또한, 그것은 생물학적으로 안정한 유기 화합물이므로, 많은 통상의 복원 기술로 처리하는 것이 어렵다. 1,4-다이옥산은 주로 화학 물질의 제조에서 용매로서 그리고 실험실 시약으로서 사용되며, 그 용매 특성의 이점을 취하는 다양한 다른 용도를 갖는다. 1,4-다이옥산은 화장품, 세제, 및 샴푸에서 사용되는 일부 화학 물질의 극소량 오염물이다. 그러나, 제조사는 현재 이들 화학 물질이 가정에서 사용되는 제품으로 제조되기 전에 이들 화학물질로부터 1,4-다이옥산을 낮은 수준으로 감소시킨다.
환경 보호국(Environmental Protection Agency: EPA)은 국가에서 가장 심각한 유해 폐기물 지역을 식별한다. 그런 다음, 이들 지역은 전국 긴급 지역 목록(National Priorities List: NPL)에 올려지고, 장기 연방 청소 활동의 대상이 된다. 1,4-다이옥산은 1500개가 넘는 현재 또는 이전의 NPL 지역 중 적어도 31곳에서 발견되었다. 또한, 더 많은 지역이 평가됨에 따라 1,4-다이옥산이 발견되는 지역의 수가 향후에 증가할 수 있는 가능성이 존재한다. 또한, 1,4-다이옥산이 지하수를 오염시키는 해로운 물질인 것으로 간주되기 때문에, 지하수로부터 1,4-다이옥산을 제거할 공정에 대한 필요성이 존재한다. 1,4-다이옥산을 박멸하려는 이전의 시도에는, 과산화수소와 자외선(UV) 광의 조합을 사용하는 것, 또는 UV 광과 조합한 오존을 사용하는 것이 포함되어 있다. 이들 공정은 매우 효율적이지 않고, 1,4-다이옥산을 완전히 제거하기 위해 과산화물에 의한 추가 후처리 단계를 필요로 할 수 있다. 예를 들면, 오존의 사용은 자본 및 운영 비용 양자 모두의 관점에서 고가일 수 있고, 과산화물의 사용은 처리되어야 하는 유입 피드(incoming feed)의 pH 조절을 필요로 할 수 있다. 처리 공정의 다른 예는 1,4-다이옥산을 흡수하는 재생 가능한 탄화 수지 재료를 사용하는 것을 포함한다. 그러나, 이 공정은 소각과 같은 다른 박멸 수단을 필요로 하는 농축된 1,4-다이옥산을 함유하는 폐기물 스트림을 초래한다.
양상 및 실시형태는 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 현장외(ex-situ) 공정에 관한 것이다. 본 발명의 하나 이상의 양상은 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 상기 방법은 유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수를 제공하는 단계, 오염된 지하수에 과황산염을 도입하여 제1 처리 수용액을 생성하는 단계, 제1 처리 수용액을 자외선 광에 노출시켜, 초기 농도 미만인 유기 오염물의 농도를 갖는 제2 처리 수용액 및 1종 이상의 가스를 생성하는 단계, 및 제1 처리 수용액을 자외선 광에 노출시키는 것으로부터 발생된 1종 이상의 가스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 제1 처리 수용액을 노출시키는 단계는 제1 처리 수용액을 반응기 용기(reactor vessel)에 도입하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 1종 이상의 가스를 제거하는 단계는 반응기 용기로부터 1종 이상의 가스를 제거하는 것을 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, 1종 이상의 가스는 반응기 용기에 결합된 탈기 장치(degasifier)를 통해 반응기 용기로부터 제거된다. 다른 실시형태에 따르면, 1종 이상의 가스를 제거하는 단계는 반응기 용기를 빠져나가는 도관으로부터 1종 이상의 가스를 제거하는 것을 포함한다.
일부 실시형태에서, 상기 방법은 1종 이상의 가스 및 제2 처리 수용액의 적어도 일부를 저장 장치로 유도하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 저장 장치는 상기 1종 이상의 가스의 적어도 일부를 제거하도록 구성된다. 또 다른 양상에 따르면, 상기 방법은 저장 장치 내의 제2 처리 수용액의 적어도 일부를 과황산염의 도입으로부터 상류에 있는 지점으로 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 오염된 지하수는 적어도 100 갤런/분의 유량으로 반응기 용기에 도입된다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 오염된 지하수는 적어도 25 ppb의 초기 TOC를 갖는다.
소정의 실시형태에 따르면, 상기 방법은 과황산염을 도입하기 전에 오염된 지하수를 미디어 필터(media filter)에 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 상기 방법은 복원 지역으로부터 오염된 지하수를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 양상은 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시형태에서, 상기 시스템은 유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수의 공급원, 오염된 지하수의 공급원에 유체적으로 연결되고 오염된 지하수에 과황산염을 도입하도록 구성된 과황산염의 공급원, 오염된 지하수의 공급원에 유체적으로 연결되고 오염된 지하수를 조사(irradiate)하도록 구성된 화학 방사선원(actinic radiation source), 및 조사된 지하수로부터 1종 이상의 가스를 제거하도록 구성된 적어도 하나의 탈기 장치를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 상기 시스템은 오염된 지하수의 공급원 및 과황산염의 공급원에 유체적으로 연결되고 화학 방사선원을 수용하도록 구성된 반응기를 포함한다.
소정의 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 탈기 장치는 반응기에 결합된다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 반응기는 수평으로 배향된다.
일부 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 탈기 장치는 반응기를 빠져나가는 도관에 결합된다. 일부 실시형태에 따르면, 반응기는 수직으로 배향된다.
소정의 실시형태에 따르면, 상기 시스템은 반응기로부터 하류에 위치한 저장 장치를 더 포함한다. 적어도 하나의 탈기 장치는 저장 장치에 결합될 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 탈기 장치는 과황산염의 공급원과 유체 연통하는 도관에 결합된다.
다른 실시형태에 따르면, 상기 시스템은 과황산염의 공급원으로부터 상류에 위치한 미디어 필터를 포함한다.
또 다른 양상, 실시형태, 및 이러한 예시적인 양상과 실시형태의 이점이 이하에서 상세히 논의된다. 또한, 상기한 정보 및 다음의 상세한 설명 양자 모두는 단지 다양한 양상 및 실시형태의 예시적인 예이며, 청구된 양상 및 실시형태의 속성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하려는 것임이 이해될 것이다. 본 명세서에 개시된 실시형태는 다른 실시형태와 조합될 수 있고, "실시형태", "예", "일부 실시형태", "일부 예", "대체 실시형태", "다양한 실시형태", "하나의 실시형태", "적어도 하나의 실시형태", "이 및 다른 실시형태", "소정의 실시형태" 등의 언급이 반드시 상호 배타적인 것은 아니며, 기술되는 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시형태에 포함될 수 있음을 나타내는 것으로 의도되어 있다. 본 명세서에서의 이러한 용어의 출현이 반드시 모두 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다.
적어도 하나의 실시형태의 다양한 양상은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 논의되며, 그 도면은 축척대로 도시되도록 의도되어 있지 않다. 도면은 다양한 양상 및 실시형태의 도시 및 추가 이해를 제공하도록 포함되며, 본 명세서에 포함되고 그의 일부를 구성하지만, 임의의 특정 실시형태의 제한의 정의로서 의도되어 있지 않다. 도면은, 명세서의 나머지 부분과 함께, 설명되고 청구된 양상 및 실시형태의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다. 도면에서, 다양한 도면에 도시되는 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 유사한 번호로 표현된다. 명료화를 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에 표시되지 않을 수도 있다. 도면에서,
도 1a는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 1b는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 도 1a의 시스템에서 탈기 장치의 대체 배치를 도시하는 개략도;
도 1c는 도 1b의 시스템에서 탈기 장치의 배치의 또 다른 상세를 도시하는 개략도;
도 2a는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 2b는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 도 2a의 시스템에서 탈기 장치의 대체 배치를 도시하는 개략도;
도 2c는 도 2b의 시스템에서 탈기 장치의 배치의 또 다른 상세를 도시하는 개략도;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 탈기 장치를 갖는 반응기 용기의 일례를 도시하는 개략도;
도 4A는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 탈기 장치의 작동 메커니즘을 도시하는 개략도;
도 4B는 도 4A의 탈기 장치의 다른 작동 메커니즘을 도시하는 개략도;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기 용기의 다른 예를 도시하는 개략도;
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 탈기 장치의 배치의 다른 예를 도시하는 개략도;
도 7은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 9는 본 발명의 하나 이상의 양상이 실행될 수 있는 프로세서 또는 컨트롤러를 도시하는 개략도;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기를 도시하는 개략도;
도 11A는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기를 도시하는 개략도; 및
도 11B는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기를 도시하는 개략도.
도 1a는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 1b는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 도 1a의 시스템에서 탈기 장치의 대체 배치를 도시하는 개략도;
도 1c는 도 1b의 시스템에서 탈기 장치의 배치의 또 다른 상세를 도시하는 개략도;
도 2a는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 2b는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 도 2a의 시스템에서 탈기 장치의 대체 배치를 도시하는 개략도;
도 2c는 도 2b의 시스템에서 탈기 장치의 배치의 또 다른 상세를 도시하는 개략도;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 탈기 장치를 갖는 반응기 용기의 일례를 도시하는 개략도;
도 4A는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 탈기 장치의 작동 메커니즘을 도시하는 개략도;
도 4B는 도 4A의 탈기 장치의 다른 작동 메커니즘을 도시하는 개략도;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기 용기의 다른 예를 도시하는 개략도;
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 탈기 장치의 배치의 다른 예를 도시하는 개략도;
도 7은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템을 도시하는 개략도;
도 9는 본 발명의 하나 이상의 양상이 실행될 수 있는 프로세서 또는 컨트롤러를 도시하는 개략도;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기를 도시하는 개략도;
도 11A는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기를 도시하는 개략도; 및
도 11B는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 반응기를 도시하는 개략도.
본 발명의 하나 이상의 양상은 지하수 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 다양한 실시형태에 따르면, 상기 시스템 및 방법은 자외선(UV) 광의 공급원과 조합하여 과황산염을 사용하여 유기 오염물로 오염된 지하수를 처리한다. 또한, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 과황산염 및 UV 광의 조합으로 오염된 지하수를 처리하는 것으로부터 발생된 1종 이상의 가스를 제거한다. 개시된 방법 및 시스템에 따라 처리될 수 있는 유기 오염물의 비제한적인 예는 1,4-다이옥산, 트라이클로로에틸렌(TCE), 퍼클로로에틸렌(PCE), 요소, 아이소프로판올, 클로로포름, 아트라진, 트립토판, 퍼플루오로옥탄산(PFOA), 및 포름산을 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 우선 과황산염의 공급원이 오염된 지하수에 도입될 수 있고, 그 다음에 오염된 지하수를 UV 광에 노출시키는 것이 수반될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 과황산염 첨가 및 UV 노출은 대략적으로 동시에, 즉 동시에 또는 거의 동시에 발생할 수 있다. 다양한 양상에 따르면, 과황산염 및 UV 광은 유기 오염물을 이산화탄소 및 물을 포함한 유해하지 않은 화합물로 산화시키는 기능을 한다. 예를 들면, 과황산염 및 UV는 이하에 식 1로 나타낸 바와 같이 (총 유기 탄소(TOC)와 상관되는) 유기 오염물과 반응할 수 있다:
[식 1]
소정의 양상에 따르면, 과황산염과 UV의 화학 반응은 이하에 식 2로 나타낸 바와 같이 표현될 수 있다:
[식 2]
또한, 과황산염이 UV에 의해 활성화될 때에 형성된 유리 황산염 라디칼은, 카르복실레이트 이온에 대해 이하에 식 2A에 나타낸 바와 같이, 유기 분자로부터 전자를 제거함으로써 유기 오염물과 반응하여 유기 라디칼을 생성한다:
[식 2A]
황산염 라디칼은, 이하에 식 2B로 나타낸 바와 같이, 전자 이동 메커니즘을 통해 방향족 또는 헤테로사이클릭 오염물과 반응하여 라디칼 양이온을 생성한다:
[식 2B]
이론에 구애받지 않고, 유리 황산염 라디칼은 직접적으로, 또는 다른 라디칼 및 산화제와 반응함으로써, TOC의 산화를 담당할 수 있는 것으로 여겨진다.
다양한 양상에 따르면, 과황산염과 UV 광의 조합은 지하수 내의 TOC 농도를 연방 또는 시 당국에 의해 설정된 수준으로 제거 또는 감소시키는데 효과적이다. 소정의 양상에 따르면, 과황산염 및 UV 광에 의한 오염된 지하수의 처리는 지하수 내의 유기 오염물의 초기 농도를 적어도 50%만큼 감소시킬 수 있고, 일부 경우에는 그 농도를 적어도 90%만큼, 또는 심지어 100% 감소시킬 수 있다.
상기 식 1에 의해 입증된 바와 같이, 과황산염 및 UV에 의한 유기 오염물의 처리는 이산화탄소(CO2)와 같은 가스를 생성한다. 또한, 시스템 내에 존재하는 과황산염 자체 또는 다른 구성성분의 분해도 1종 이상의 가스를 생성할 수도 있다. 예를 들면, 과황산암모늄(APS)이 사용되는 적용예에서, APS의 분해는 산화황, 산화질소, 및 암모니아와 같은 가스를 방출한다. APS의 분해는 이하에 식 3에 나타낸 바와 같이 산소를 생성한다:
[식 3]
(NH4)2S2O8 + H2O ⇒ (NH4)2SO4 + H2SO4 + ½O2.
다른 과황산염은 또한 식 4에 따라 과황산나트륨(NaPS)에 대해 이하에 나타낸 바와 같이 분해되어 산소를 생성한다:
[식 4]
Na2S2O8 + H2O ⇒ Na2SO4 + H2SO4 + ½O2.
APS는 또한 식 5로 나타낸 바와 같이 분해되어 질소(N2) 가스를 형성한다:
[식 5]
4(NH4)2S2O8 + H2O ⇒ 3N2 + (NH4)2SO4 + 7H2SO4 + 5H2.
따라서, 과황산염은 분해되어 (상기에서 나타낸 바와 같이) 산소 및/또는 TOC와의 반응으로부터 발생된 하나 이상의 다른 가스, 예를 들어 CO2, N2, 및 H2를 발생시킬 수 있다. 또한, 소정 레벨의 알칼리도(alkalinity)를 갖는 공급수에 대해, 황산으로의 과황산염의 정상적인 분해는 이하에 식 6에 나타낸 바와 같이, 황산을 공급수에 존재하는 임의의 중탄산 알칼리도와 반응시켜 CO2 가스를 생성하게 할 것이다:
[식 6]
H2SO4 + 2NaHCO3 ⇒ SO4 + 2H2O + 2CO2.
상기 논의에 따라 발생된 가스들 중 하나 이상은 처리되는 물이 1종 이상의 가스로 과포화될 수 있게 한다. 상기 문제점은 물의 온도를 상승시킴으로써 더욱 악화될 수 있다. 예를 들면, UV 조사의 공급원을 적용하는데 사용되는 UV 램프도 물의 온도를 상승시킬 수 있어, 더 많은 가스를 발생시킨다. 측면 상에 공정 연결부가 장착된 수평 배향식 반응기에 대해, 가스는 반응기 내부에 수집될 것이다. 따라서, 초순수(ultrapure water)를 처리하는 시스템과는 달리, 과황산염 및 UV에 의한 유기 오염물을 함유하는 지하수의 처리는 이들 가스 중 1종 이상의 가스의 상당한 체적을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 적용에 따라서, 초순수에 대한 TOC 레벨은 대략 25 ppb 이하일 수 있다. 반대로, 오염된 지하수 내의 TOC 레벨은 25 ppb보다 훨씬 큰 크기일 수 있다. 예를 들면, 지리적 위치 및 오염 정도에 따라서, 오염된 지하수는 약 1-10 ppm의 TOC 농도를 가질 수 있다. 또한, 통상적으로 분당 10-15 갤런/분의 유량을 가지는 초순수의 처리와는 달리, 오염된 지하수의 처리는 적어도 100 갤런/분이고, 소정의 경우에는 수천 갤런/분일 수 있는 유량을 가질 수 있다. 이는 또한 생성되는 가스(들)를 증가시킨다. TOC를 처리하는 것과 과황산염 및 다른 구성성분의 분해로부터 발생된 가스는 공정 성능 및 공정 장비 양자 모두에 악영향을 미치게 할 수 있다. 예를 들면, 가스는 UV 램프를 가릴 수 있어, 램프의 유효성을 감소시키며 반응 효율을 감소시킬 수 있다. 가스는 또한 석영 슬리브(quartz sleeve)를 과열시킬 수도 있는데, 그 이유는 유체가 램프를 냉각하는 것을 돕도록 더 이상 흐르지 않기 때문이다. 램프의 과열은 슬리브를 녹일 수 있어, 궁극적으로 램프 고장으로 이어질 수 있다. 또한, 가스는 반응기 용기 내의 체적을 차지하여, 반응기를 통해 흐를 수 있는 물질의 체적을 감소시킨다. 예를 들면, 반응기에서의 처리 공정은 플러그 흐름 특성을 나타낼 수 있고, 반응기 내의 가스의 존재는 처리된 "플러그"를 형성하는 유체의 체적을 감소시킬 수 있다. 이는 공정이 오염된 지하수를 처리하는 속도를 느리게 한다. 가스는 또한 UV 램프를 수용하는 석영관을 손상시키는, 처리되는 유체를 보유하는 반응기 또는 도관 내의 압력을 증강시킨다. 본 발명의 하나 이상의 양상은 반응기 용기 및 반응기 용기로 그리고 반응기 용기로부터 이어지는 도관을 포함하는, 처리 시스템으로부터 이들 가스를 제거하는 것에 관한 것이다.
하나 이상의 실시형태는 하나 이상의 유기 화합물로 오염된 지하수를 처리하기 위한 방법 및 시스템을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "지하수"는 지하 공급원으로부터 회수된 물뿐만 아니라, 시내, 연못, 습지, 개울, 수로, 습지 및 다른 유사한 수역으로부터 회수된 물을 지칭할 수 있다. 지하수는 상기한 바와 같이 하나 이상의 유기 오염물로 오염될 수 있다. 지하수는 다수의 다른 공급원, 예를 들어 산업 공정, 농업 공정, 예를 들어 농약 및 제초제 살포, 또는 다른 공정, 예를 들어 트라이할로메탄과 같은 바람직하지 않은 부산물을 생성하는 소독 공정 중 어느 하나로부터 오염될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 상기 시스템 및 방법은 유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 오염된 지하수는 추출되거나 다르게는 제거될 수 있다. 예를 들면, 오염된 지하수는 복원 노력의 일부로서 하나 이상의 펌프 또는 다른 추출 장치를 사용하여 땅 또는 다른 공급원으로부터 펌핑될 수 있다. 일단 처리되면, 그 후에 지하수는 다시 땅으로 펌핑되거나 추가 처리를 위해 보내질 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 오염된 지하수는 표면 등급 레벨로 펌핑되거나 다르게는 제거되며, 여기서 그 후에 본 명세서에서 논의된 공정 및 방법에 따라 처리될 수 있다. 예를 들면, 오염된 지하수는 복원 지역으로부터 추출된 다음에 처리될 수 있다. 하나의 실시형태에서는, 하나 이상의 추출 웰(well) 및 추출 장비, 예를 들어 펌프가 오염된 지하수를 처리될 표면으로 펌핑하기 위해 사용될 수 있다. 일단 처리되면, 펌프 또는 다른 분배 시스템은 처리된 지하수를 다시 땅으로 재주입하거나 다르게는 처리된 지하수를 다시 환경에 재도입하는데 사용될 수 있다. 소정의 경우에, 오염된 지하수는 처리 전에 보유 탱크 또는 용기 내에 저장될 수 있고, 일부의 경우에는, 본 명세서에 개시된 공정에 의해 생성된 처리수가 오염된 지하수에 첨가되거나 다르게는 그와 혼합될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 오염된 지하수의 공급원과 유체 연통할 수 있다. 예를 들면, 오염된 지하수는 처리를 위해 개시된 시스템으로 펌핑되거나 다르게는 전달될 수 있다.
다양한 양상에 따르면, 지하수 내의 유기 오염물의 초기 농도는 산업 적용에 의해 그리고/또는 정부 기관에 의해 수립된 한계를 초과할 정도로 충분히 높다. 일부 실시형태에 따르면, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 유기 오염물의 농도를 산업 표준 및/또는 정부 표준 또는 지침을 준수하는 레벨로 감소시킨다. 하나의 실시형태에 따르면, 유기 오염물의 농도는 처리된 지하수가 다시 환경에 재도입될 수 있도록 하는 레벨로 감소된다. 예를 들면, 음용수 내의 1,4-다이옥산의 농도에 대한 EPA의 표준은 1 g/L(1 ppb)이다. 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 지하수 내에 존재할 수 있는 유기 오염물의 실질적으로 모든 농도를 처리하도록 스케일링될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 유기 오염물, 예를 들어 다이옥산의 초기 농도는 약 5 ppb 내지 약 800 ppb 범위 내일 수 있다.
본 명세서에 개시된 예는 지하수 오염에 관한 것이지만, 개시된 방법 및 시스템은 또한 다른 공급원으로부터의 오염수, 예를 들어 실험실, 산업체, 제조업체, 병원, 주거 공급원 등으로부터의 물을 처리하는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 적어도 하나의 양상에 따르면, 과황산염은 오염된 지하수에 도입될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "과황산염"은, 수용액과 결합될 때에 과산화일황산염(peroxomonosulfate(또는 peroxymonosulfate)) 이온(SO5 -2) 및 과산화이중황산염(peroxodisulfate(또는 peroxydisulfate)) 이온(S2O8 -2) 중 적어도 하나를 제공하는 조성물과 관련하여 사용된다. 과황산염의 비제한적인 예는 과황산나트륨, 과황산칼륨 및 임의의 다른 I족 금속 과황산염과 같은 알칼리 및 알칼리 금속 과황산염, 및 과황산암모늄, 알칼리 및 알칼리 금속 과산화이중황산염 및 과산화이중황산암모늄과 같은 과산화이중황산염, 과산화이중황산, 과산화일황산 또는 카로산과 같은 산뿐만 아니라, 이들의 조합을 포함한다. 소정의 양상에 따르면, 과황산염은 탱크 또는 다른 용기 내에 저장되고 제어 가능한 밸브 또는 다른 제어 가능한 도관을 통해 오염된 지하수에 도입될 수 있어, 오염된 지하수에 도입되는 과황산염의 비율이 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 오염된 지하수는 UV 광원에 노출될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은, 각 램프가 전자기 스펙트럼의 UV 범위 내의 원하는 파장에서 광을 방출하는 하나 이상의 UV 램프의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들어 하나의 실시형태에 따르면, UV 램프는 약 180㎚ 내지 약 280㎚ 범위의 파장을 가질 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, UV 램프는 약 185㎚ 내지 약 254㎚ 범위의 파장을 가질 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 오염된 지하수는 약 100 mg/L 내지 약 5000 mg/L의 범위 내이고, 일부 경우에는 약 200 mg/L 내지 약 2000 mg/L의 범위 내일 수 있는 총 용존 고형물(total dissolved solid: TDS)의 레벨을 가질 수 있지만, 이들 값은 지리학적 위치 및 다른 요인에 따라 달라질 수 있다. 비교의 공급원으로서, 1000-1500 mg/L의 TDS 레벨을 갖는 물이 음용 가능한 것으로 간주되며, 일부 표준은 가정용 급수에 대해 500 mg/L TDS 한계를 갖는다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 오염된 지하수는, 예를 들어 여과 기술을 수행함으로써, TDS의 레벨을 감소시키도록 처리될 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 지하수를 처리하기 위한 방법이 제공될 수 있다. 상기 방법은 유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 오염된 지하수에 과황산염을 도입하여 제1 처리 수용액을 생성하는 단계 및 제1 처리 수용액을 자외선 광에 노출시켜 제2 처리 수용액을 생성하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제2 처리 수용액은 유기 오염물의 초기 농도 미만인 유기 오염물의 농도를 갖는다. 상기 방법은 오염된 지하수를 과황산염의 공급원 및 UV 광에 노출시키는 것으로부터 발생된 1종 이상의 가스를 제거하는 단계를 또한 포함한다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 상기 방법은 과황산염 및 UV로 오염된 지하수를 처리하는 것으로부터 발생된 1종 이상의 가스를 반응기 용기로부터 제거하는 단계를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 1종 이상의 가스는 반응기 용기에 결합된 탈기 장치를 통해 반응기 용기로부터 제거된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "탈기 장치"(가스 소거기, 탈기기, 또는 공기 분리기라고도 지칭됨)는 반응기 또는 도관 또는 저장 탱크와 같은 처리 시스템의 하나 이상의 구성요소로부터 가스를 전달하거나 다르게는 제거할 수 있는 임의의 기계 장치 또는 구조체를 지칭할 수 있다. 사용될 수 있는 유형의 탈기 장치의 일례는 플로트 밸브(float valve) 장치, 예를 들어 도 3 및 도 4A 및 도 4B를 참조하여 후술되는 플로트 밸브 장치이다. 본 명세서에서 논의되는 하나 이상의 시스템 및 방법에 적합한 탈기 장치의 예는 AE1800 모델 시리즈와 같은, 미국 펜실베니아주 포츠타운 소재의 Watson McDaniel, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능하다. 이러한 플로트 밸브 장치는 가스의 소정의 압력 하에서 개방하는 밸브를 작동시키는 플로트 기구를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 1종 이상의 가스는 반응기 용기로부터 상류로 또는 하류로 제거된다. 예를 들면, 탈기 장치는 반응기의 입구 또는 출구와 유체 연통하는 도관에 결합될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 제2 처리 수용액 중 적어도 일부 및/또는 1종 이상의 가스는 과황산염의 도입으로부터 상류에 있는 지점으로 유도될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 제2 처리 수용액 중 적어도 일부 및 1종 이상의 가스는 1종 이상의 가스 중 적어도 일부를 제거하도록 구성되는 저장 장치로 유도된다. 저장 장치 내의 제2 처리 수용액 중 적어도 일부는 과황산염의 도입으로부터 상류에 있는 지점으로 유도될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 1종 이상의 가스, 및 제2 처리 수용액 중 적어도 일부는 과황산염의 도입으로부터 상류로 유도된다. 일부 실시형태에서, 1종 이상의 가스, 및 제2 처리 수용액 중 적어도 일부는 처리 시스템 내부 또는 외부에 위치한 단위 조작부(unit operation)로 유도된다. 예를 들면, 하나의 실시형태에 따르면, 1종 이상의 가스, 및 제2 처리 수용액 중 적어도 일부는 과황산염의 도입으로부터 상류에 위치한 단위 조작부로 유도된다. 재활용 또는 재순환은 처리 공정에서 그리고/또는 다른 공정 또는 장치에서 가스 및/또는 제2 처리 수용액을 사용할 기회를 허용한다.
하나 이상의 실시형태는 오염된 지하수를 처리하기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수의 공급원 및 오염된 지하수의 공급원에 유체적으로 연결된 과황산염의 공급원을 포함할 수 있다. 과황산염의 공급원은 과황산염을 오염된 지하수에 도입하도록 구성될 수 있고, 화학 방사선원은 오염된 지하수의 공급원에 유체적으로 연결되고 오염된 지하수를 조사하도록 구성된다. 상기 시스템은 적어도 하나의 탈기 장치를 또한 포함한다. 일부 실시형태에서, 탈기 장치는 조사된 지하수로부터 1종 이상의 가스를 제거하도록 구성된다. 다른 실시형태에서, 탈기 장치는 과황산염이 오염된 지하수에 도입되기 전에 과황산염의 공급원으로부터 1종 이상의 가스를 제거하도록 구성된다.
일부 실시형태에 따르면, 반응기는 오염된 지하수의 공급원 및 과황산염의 공급원에 유체적으로 연결될 수 있고, 반응기는 화학 방사선원을 수용하도록 구성될 수 있다. 1종 이상의 가스가 반응기 내에서 처리되는 유체로부터 방출될 때, 반응기에 결합된 탈기 장치는 반응기로부터 가스를 제거한다. 가스는 대기로 배출되거나 다른 단위 조작부로 재활용될 수 있다. 탈기 장치는 또한 추가 처리를 위해 가스 스크러버(gas scrubber)를 통해 가스를 전달할 수도 있다. 예를 들면, 가스 스크러버는 가스를 개방된 환경으로 배출하거나 가스를 다른 단위 조작부에 전달하기 전에 환경에 유해한 물질을 제거할 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 탈기 장치는 처리 시스템 내의 하나 이상의 장소에 위치할 수 있다. 예를 들면, 탈기 장치는 반응기의 입구 또는 출구와 유체 연통하는 도관에 결합될 수 있다. 다른 예에 따르면, 탈기 장치는 반응기로부터 하류에 위치한 저장 장치에 결합될 수 있다. 예를 들면, 처리된 지하수 및 반응기로부터 방출된 가스가 저장 장치에 전달될 때, 가스는 저장 장치로부터 탈기 장치를 통해 제거될 수 있다. 다른 실시형태에서, 저장 장치는 대기에 개방될 수 있고, 가스는 저장 장치에 부착된 별도의 탈기 장치의 도움 없이 대기로 방출될 수 있다.
다양한 양상에 따르면, 상기 시스템은 시스템 내의 하나 이상의 장소에 위치한 하나 이상의 센서 또는 다른 측정 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시형태에 따르면, 상기 시스템은 TOC 농도 센서, TDS 센서, 알칼리도 센서, 예를 들어 CaCO3를 측정하기 위한 알칼리도 센서, 과황산염, CO2, 산소, 질소, 오존, 및/또는 이산화황과 같은 특정 종을 측정하기 위한 다른 농도 센서, pH 센서, 유량 센서, 저항률 센서, 및/또는 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법의 원하는 기능을 수행하기 위한 다른 적합한 유형의 측정 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 하나 이상의 센서와 통신하는 컨트롤러를 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러는 과황산염이 오염된 지하수에 도입되는 비율 및 TOC 농도 센서로부터의 출력 신호에 기초하여 화학 방사선원에 의해 적용된 조사 선량(dose of irradiation) 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는 적어도 하나의 TOC 농도 센서와 통신할 수 있다. 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시형태에 따라 사용될 수 있는 TOC 센서에 대한 적합한 예는 미국 콜로라도주 볼더 소재의 GE Analytical Instruments로부터의 Sievers M9 또는 M9e TOC 분석기를 포함한다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 오염된 지하수는 전처리될 수 있다. 다양한 양상에 따르면, 오염된 지하수는 과황산염의 도입 전에 전처리될 수 있다. 전처리는 오염된 지하수로부터 임의의 하나 이상의 바람직하지 않은 구성성분, 예를 들어 본 명세서에 개시된 공정 및 시스템을 방해할 수 있는 물질을 제거하는 기능을 할 수 있다. 예를 들면, 전처리는 물 소독 공정, 침전물 제거 공정, 또는 임의의 다른 바람직하지 않은 구성성분의 제거, 예를 들어 물 탈이온화 공정을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 전처리는, 이하에서 더욱 설명되는 바와 같이, 미디어 필터를 사용하여 수행될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 전처리는 오염된 지하수를 하나 이상의 전처리 물질에 첨가하거나 다르게는 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들면, 염소가 오염된 지하수에 소독제로서 첨가될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 미디어 필터를 포함한다. 미디어 필터는 오염된 지하수로부터 하나 이상의 바람직하지 않은 구성성분, 예를 들어 UV 광을 방해하거나 또는 여과 시스템의 구성성분을 막을 수 있는 용존 고형물 또는 미립자를 제거하는 기능을 할 수 있다.
미디어 필터는, 미립자 필터, 예를 들어 스크린 필터, 샌드 필터, 백 필터, 또는 필터 카트리지를 포함하는, 다수의 상이한 유형의 미디어 필터 중 어느 하나일 수 있고, 하나 이상의 유형의 미디어, 예를 들어 활성탄 또는 다른 탄소, 너트 껍질, 모래, 수지, 및 다른 유형의 흡착제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 미디어 필터는 미립자를 제거하거나 다르게는 오염된 지하수의 탁도(turbidity)를 감소시키는 기능을 할 수 있다. 예를 들면, 미디어 필터는 오염된 지하수 내의 총 용존 고형물(TDS)의 레벨을 감소시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 미디어 필터는 이온 교환 수지를 포함할 수 있다. 이온 교환 수지는 오염된 지하수의 경도(hardness)를 감소시키는 기능을 할 수 있다. 예를 들면, 소정의 경우에는 혼상식 탈이온화기(mixed bed deionizer)가 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법에서 사용될 수 있다. 혼상식 탈이온화기는 양이온 및 음이온 재생성 이온 교환 수지 비드 양자 모두를 사용하여, 함께 혼합되어 불순물을 제거한다. 혼상식 탈이온화기는 물이 양이온과 음이온 비드와 반복 접촉되게 하여, 이온 교환 공정을 통해 오염된 지하수 내의 바람직하지 않은 이온의 농도를 제거 또는 감소시킬 수 있다.
전처리 장치의 다른 비제한적인 예는 역삼투 장치, 전기 투석 장치, 전기탈이온화 장치, 증류 장치를 포함한다. 전처리 장치는 또한 특정 기능을 갖는 장치가 요구될 수 있는 공정에서 하나 이상의 장소에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 추가 미디어 필터가 제2 처리 수용액의 재순환 루프 내에 위치할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따른 시스템(100)을 개략적으로 구현한다. 다양한 양상에 따르면, 시스템(100)은 오염된 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 수처리 시스템을 대표할 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 시스템(100)은 오염된 지하수 내에 존재할 수 있는 하나 이상의 불순물 또는 오염물의 농도, 함량, 또는 레벨을 감소시키는 수처리 시스템일 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 시스템(100)에 의해 처리된 지하수는 환경에 재도입될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 시스템(100)에 의해 처리된 지하수는 하류의 가공처리 작업에서 더욱 처리되거나 다른 단위 조작부에서의 사용을 위해 재활용될 수 있다. 다양한 양상에 따르면, 시스템(100)은, 과황산염이 UV 광에 노출되기 전에 오염된 지하수에 도입되는 순차 처리 방법을 포함하며, 오염된 지하수가 하나의 처리 작업으로부터 다음의 처리 작업으로 이송되는 일련의 도관을 포함할 수 있는 시스템을 대표한다. 대조적으로, 도 2a는 반응기(145)가 하나의 용기에서 과황산염 및 UV 처리를 조합하는데 사용되는 이하에서 더욱 상세히 논의되는 시스템(200)을 예시한다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 시스템(100)은 유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수(102)의 공급원, 미디어 필터(110), 과황산염(115)의 공급원, 본 명세서에서 UV 반응기(125)라고 다르게 지칭되는 UV 광(125)의 공급원, 일부 실시형태에서는 TOC 농도 및/또는 알칼리도 센서일 수 있는 하나 이상의 센서(130a, 130b), 및 컨트롤러(150)를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 오염된 지하수(102)는 미디어 필터(110)를 통과함으로써 전처리되어 임의의 하나 이상의 바람직하지 않은 종, 예를 들어 미립자 또는 이온 종을 제거할 수 있다. 미디어 필터(110)는 상기한 바와 같이 제공되고 특화될 수 있다. 나타내지는 않았지만, 미디어 필터(110) 외에도 오염된 지하수(102)를 소독하는 전처리 장치와 같은 다른 전처리 장치가 오염된 지하수(102)를 전처리하는데 또한 사용될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 처리 시스템은 미디어 필터를 포함하지 않을 수 있으며, 일부 다른 유형의 전처리 장치를 포함할 수 있고, 소정의 경우에는 전처리 장치가 오염된 지하수를 전처리하는데 사용되지 않는다.
과황산염(115)의 공급원은 오염된 지하수(102)에 도입되어 제1 처리 수용액(104)을 생성한다. 과황산염(115)의 공급원은 전술한 바와 같이 임의의 하나 이상의 과황산염 종일 수 있고, 다수의 다른 방식으로 지하수에 도입될 수 있다. 예를 들면, 과황산염의 공급원은 오염된 지하수를 함유하는 도관에 연결되는 도관을 통해 밸브를 통해 분배될 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 과황산염(115)의 공급원은 컨트롤러(150)에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 과황산염(115)의 도입은 시스템의 특성 또는 측정되거나 계산된 파라미터, 예를 들어 입구의 오염된 지하수 또는 처리수, 및/또는 과황산염 및 UV에 의해 처리된 물의 측정된 파라미터에 기초하여 조정되고 제어될 수 있다. 이러한 측정된 파라미터의 비제한적인 예는 TOC 농도, 과황산염 농도, 온도, 및 유량을 포함한다. 예를 들면, 과황산염(115)이 오염된 지하수에 도입되는 비율 또는 오염된 지하수에 도입되는 과황산염(115)의 농도 레벨이 센서(130a)에 의해 취해진 물의 측정된 TOC 값에 기초하여 컨트롤러(150)에 의해 제어될 수 있다. 과황산염(115)이 도입되는 비율의 제어는 하나 이상의 흐름 제어 장치, 예를 들어 밸브 또는 펌프의 사용을 통해 달성될 수 있다. 과황산염의 공급원은 탱크 또는 용기 내에 국부적으로 저장되고 하나 이상의 펌프, 밸브, 및 도관을 통해 펌핑되어 오염된 지하수에 도입될 수 있다. 과황산염(115)은 소정의 농도 레벨로 오염된 지하수에 도입될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에 따르면, 과황산염(115)은 약 1 ppb 내지 약 1000 ppb/ppb TOC 범위 내의 농도 레벨(즉, 센서(130a)에 의해 측정될 수 있는 초기 농도)로 첨가될 수 있고, 일부 실시형태에서는, 과황산염이 약 1 ppb 내지 약 500 ppb/ppb TOC 범위 내의 농도 레벨로 첨가될 수 있다. 다른 실시형태에서, 과황산염은 약 1 ppb 내지 약 200 ppb 범위 내의 농도 레벨로 첨가될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 과황산염의 농도 레벨은 적용의 유형, 오염물의 유형, 및/또는 지하수 내의 오염물의 농도를 포함하는 다수의 다른 요인에 따를 수 있다. 예를 들면, 과황산염의 농도 레벨은 잔류 시간, 반응기 치수, UV 램프 특성, TOC 조성 및 농도를 포함한 다양한 설계 파라미터뿐만 아니라, 자본 및 운영 비용, 및 이용 가능한 풋프린트를 포함한 다른 요인의 함수일 수 있다.
과황산염(115)을 오염된 지하수(102)에 도입하는 것으로부터 발생된 제1 처리 수용액(104)은 또한 자외선 광(125)의 공급원에도 노출되어 제2 처리 수용액(106)을 생성할 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 자외선 광(125)의 공급원은, 본 명세서에서 화학 방사선 반응기 또는 단순히 반응기라고 다르게 지칭되는 화학 방사선원으로서 특화될 수 있다. 화학 방사선 반응기는 적어도 하나의 UV 램프를 각각 포함하는 튜브들의 하나 이상의 어레이를 포함하는 용기를 포함할 수 있다. 자외선 램프는, 이하에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 유체로부터 램프를 보호하는 석영 슬리브 또는 튜브 내에 위치할 수 있다. 또한, 반응기는 스테인리스강과 같은 내부식성 물질로부터 구성될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 화학 방사선 반응기는 용기 내에 튜브들의 제1 어레이를 포함할 수 있다. 튜브들의 제1 어레이는 제1 세트의 병렬 튜브들, 및 제2 세트의 병렬 튜브들을 포함할 수 있다. 제1 세트의 병렬 튜브들 각각은 제2 세트의 튜브들의 종축에 대하여 직각인 종축을 갖도록 위치할 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 하나 이상의 튜브는 반응기의 종축에 평행하게 배열된다. 예를 들면, 제1 처리 수용액(104)은 반응기의 종축에 평행하게 위치하는 하나 이상의 병렬 튜브를 포함하는 화학 방사선 반응기를 통과할 수 있다. 제1 처리 수용액(104)은 반응기의 일 단부로 진입하고 종축을 따라 반응기의 다른 단부로 흘러서, UV 광, 즉 경로 배향된 구성에 노출될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 직교류(cross flow) 구성이 사용된다.
화학 방사선 시스템의 상업적으로 입수 가능한 공급원은, AQUAFINE® UV 시스템으로서, 예를 들어 일리노이주 네이퍼빌 소재의 Quantrol로부터의 것, 및 켄터키주 에르랑거 소재의 Aquionics Incorporated로부터의 것을 포함한다.
소정의 실시형태에서, 자외선 램프는 하나 이상의 조도 레벨에서 작동될 수 있다. 예를 들면, 어두움(dim), 정격(rated), 및 부스트(boost) 모드, 예를 들어 저, 중, 또는 고 모드 중 어느 하나에서와 같은 복수의 조명 모드에서 작동하도록 조정될 수 있는 하나 이상의 램프가 사용될 수 있다. 하나 이상의 램프의 조도는 시스템의 특성 또는 측정되거나 계산된 파라미터, 예를 들어 과황산염 및 UV에 의해 처리된 물과 같은, 입구의 오염된 지하수 또는 처리수에 기초하여 조정되고 제어될 수 있다. 이러한 측정된 파라미터의 비제한적인 예는 TOC 농도, 과황산염 농도, 온도, 및 유량을 포함한다. 하나 이상의 램프의 조도는 또한 시스템에 첨가된 과황산염의 농도 또는 양에 기초하여 조정되고 제어될 수도 있다. 예를 들면, 하나 이상의 램프는 시스템의 측정된 파라미터의 미리 정해진 임계값, 예를 들어 제1 TOC 농도까지 어두움 모드에서 사용될 수 있다. 하나 이상의 램프는 측정되거나 계산된 TOC 농도가 임계값을 상회할 수 있는 제2 TOC 농도에 도달하거나 그를 상회하는 경우에 정격 모드로 조정될 수 있다. 하나 이상의 램프는 또한 측정되거나 계산된 TOC 농도가 제2 임계값에 도달하거나 그를 상회하는 경우에 부스트 모드로 조정될 수 있다.
명시적으로 나타내지는 않았지만, 시스템(100)은 UV 광원(125)에 노출되기 전에 과황산염(115)의 공급원과 오염된 지하수(102)를 혼합하는 기능을 하는 인라인 믹서(in-line mixer)를 또한 포함할 수 있다. 이는 오염된 지하수(102) 전반에 걸쳐서 과황산염 종의 균일한 분포를 보장할 수 있고 UV 광이 적용될 때에 더 효율적인 공정을 가능하게 한다.
도 1a의 시스템(100)은 하나 이상의 탈기 장치를 또한 포함할 수 있다. 도 1b는 120a, 120b, 및 120c로 라벨링되는 시스템(100) 내의 탈기 장치(120)의 상이한 배치에 대한 3개의 예의 개략도이다. 탈기 장치(120)는 도 1b의 도시된 장소 중 하나 이상에 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 1b는 탈기 장치(120a)가 과황산염(115)의 공급원에 결합되고, 탈기 장치(120b)가 UV 반응기(125)에 결합되거나 다르게는 부착되며, 탈기 장치(120c)가 UV 반응기(125)의 출구와 유체 연통하는 도관(135)에 부착되거나 다르게는 결합되는 시스템(100)을 나타낸다. 예를 들면, 잔류 가스가 현존하는 처리 스트림 내에 남아 있는 경우, 탈기 장치(120c)는 이들 가스를 UV 반응기(125)의 출구로부터 하류로 제거하는데 사용될 수 있다.
도 1c는 탈기 장치(120a)의 또 다른 상세를 도시하는 개략도이다. 나타낸 바와 같이, 과황산염(115)의 공급원은 "T"에 수평하게 공급된 다음에 오염된 지하수(102)에 도입되도록 하방으로 유도된다. 탈기 장치(120a)는, 과황산염(예를 들어, 상기 식 3 및 식 5에 따라 산소 및/또는 질소를 형성하도록 분해되는 희석된 과황산염)의 공급원으로부터 또는 오염된 지하수(102)로부터의 1종 이상의 가스가 시스템을 빠져나갈 수 있게 하는 "T"에 위치할 수 있다. 도 1c(및 이하에서 더욱 논의되는 도 2c)에 도시된 바와 같이 "T" 합류부 대신에, 과황산염(115)의 공급원을 도입하는 도관 라인이 하방으로 경사질 수 있고, 탈기 장치(120)는 경사면 상의 하나 이상의 장소에 위치하여 증강되는 임의의 가스를 제거할 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 오염된 지하수 내에 존재하는 1종 이상의 가스는 또한 탈기 장치(120a)를 통해 빠져나갈 수도 있다. 이해되는 바와 같이, 하나 이상의 탈기 장치는 과황산염(115)의 공급원 및/또는 오염된 지하수(102)로부터 가스가 빠져나갈 수 있게 배향되거나 다르게는 구성될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 하나 이상의 양상에 따른 시스템(200)을 개략적으로 구현한다. 도 1a의 시스템(100)과 마찬가지로, 시스템(200)은 오염된 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 수 처리 시스템을 대표할 수 있다. 이와 같이, 시스템(200)은 오염된 지하수 내에 존재할 수 있는 하나 이상의 불순물 또는 오염물의 농도, 함량, 또는 레벨을 감소시키는 수 처리 시스템일 수 있고, 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 시스템(200)에 의해 처리된 지하수는 환경에 재도입될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 시스템(200)에 의해 처리된 지하수는 하류 처리 작업에서 더욱 처리될 수 있다. 다양한 양상에 따르면, 시스템(200)은, 과황산염(115)이 오염된 지하수(102)를 함유하는 반응기(145)에 도입되고 반응기(145)가 UV 광원을 수용하거나 다르게는 포함하는, 배취 처리 방법(batch treatment method)을 포함하는 시스템을 대표한다. 다양한 양상에 따르면, 반응기(145)는 순차 처리, 즉 과황산염(115)의 도입에 이은 UV 노출, 또는 동시 처리, 즉 과황산염 및 UV 광 노출이 동시에 수행되는 처리의 옵션을 가능하게 한다.
나타낸 바와 같이, 시스템(200)은 시스템(100)과 유사하며, 유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수(102)의 공급원, 미디어 필터(110), 과황산염(115)의 공급원, 하나 이상의 센서(130a, 130b), 및 컨트롤러(150)를 포함할 수 있다. 그러나, 시스템(200)은 과황산염(115)을 포함하는 하나 이상의 처리 작업이 발생할 수 있는 반응기(145)를 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, 반응기(145)는 오염된 지하수(102)에 유체적으로 연결되는 조사 반응기(irradiation reactor)로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 반응기(145)는 화학 방사선원을 수용하거나 다르게는 포함할 수 있고, 상기한 바와 같이 화학 방사선 반응기로서 구성될 수 있다.
하나 이상의 램프는 반응기(145)에서 사용되어 그 안에 오염된 유체를 조명하거나 조사할 수 있다. 본 발명의 특정 실시형태는, 하나 또는 복수의 조명 기간 동안 하나 이상의 조도 레벨로 물을 조사하도록 각각 내부에 유리하게 배치되거나 위치하는 복수의 램프를 갖는 하나 이상의 반응기를 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 양상은 복수의 동시 조도 강도를 제공하거나 용이하게 하는 구성으로 임의의 반응기 내에서 하나 이상의 램프를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
따라서, 오염된 지하수(102)는 반응기(145)에 진입할 수 있고, 여기서 과황산염(115)의 공급원과 접촉하게 되고 화학 방사선원에 노출된다. 이 처리수는 제2 처리 수용액(106)으로서 반응기(145)를 빠져나간다. 따라서, 도 1a의 시스템(100)에서 과황산염(115)의 공급원에 의해 발생된 제1 처리 수용액(104)은 시스템(200)의 반응기(145) 내에 존재한다.
반응기(145)는 플러그 흐름 반응기 또는 연속 교반형 탱크 반응기, 또는 이들의 조합일 수 있다. 소정의 실시형태에서, 플러그 흐름 반응기는 반응기 내의 램프에 의한 조명의 가로막힘 또는 더 낮은 조도 영역, 예를 들어 단락(short circuiting)의 가능성을 방지하는데 사용될 수 있다. 플러그 흐름 반응기는 평행한 비난류 유로를 갖는 반응기를 통해 유체의 층류 경로를 용이하게 하는 조건 하에서 작동하는 반응기로서 정의될 수 있다. 반응기(145)는 과황산염 및 화학 방사선원이 유기 오염물을 분해하거나 다르게는 하나 이상의 불활성 화합물로 변환할 수 있게 하는데 충분한 잔류 시간을 제공하도록 크기가 정해질 수 있다.
반응기(145)는 또한 반응기에서 충분한 또는 원하는 잔류 시간을 제공하도록 시스템의 예상되는 유량에 기초하여 크기가 정해질 수 있다. 소정의 실시형태에서, 시스템을 통한 물의 유량은 시스템의 하류에서의 처리수에 대한 요구, 또는 시스템의 상류에서 사용되는 물의 유량, 또는 양자 모두에 기초할 수 있다. 소정의 예에서, 시스템을 통한, 또는 각 반응기를 통한 물의 유량은 약 1 갤런/분(gpm)과 3200 gpm 사이일 수 있다. 이해되는 바와 같이, 유량은 적용, 시스템의 크기, 및 처리되는 오염물의 유형을 포함한 다양한 요인에 따를 것이다. 유량은 또한 시스템에 포함된 다른 요인, 예를 들어 UV 광원을 수용하는 반응기의 온도에 따를 수도 있다. 예를 들면, 유량은 반응기가 과열되지 않도록 증가될 수 있다. 또한, 시스템의 반응기 또는 다른 단위 조작부 및 장비, 예를 들어 펌프 또는 흐름 밸브는 유량의 변동 또는 변화를 허용하도록 선택되고 크기가 정해질 수 있다.
반응기(145)는 단일의 챔버를 포함할 수 있거나, 또는 챔버들 사이의 하나 이상의 배플에 의해 하나 이상의 챔버로 분할될 수 있다. 배플은, 예를 들어 하나 이상의 챔버에서, 반응기에 혼합 또는 난류를 제공하거나, 또는 반응기의 내부를 통한 층류의 평행한 유로의 혼합 또는 촉진을 방지하는데 사용될 수 있다. 소정의 경우에, 반응기 입구는 제1 챔버와 유체 연통할 수 있고, 반응기 출구는 제2 챔버와 유체 연통할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 반응기(145)는 오염된 지하수를 185㎚, 220㎚, 또는 254㎚, 또는 약 185㎚ 내지 약 254㎚ 범위의 광으로 조사하도록 배치된 적어도 하나의 UV 램프를 갖는 단일의 챔버를 포함한다. 다른 실시형태에 따르면, 반응기(145)는 다수의 챔버로 분할된다. 예를 들면, 일부 실시형태에 따르면, 각각의 챔버 내의 물을 다양한 전력 레벨에서 약 185㎚, 220㎚, 및/또는 254㎚, 또는 약 185㎚ 내지 약 254㎚ 범위의 광으로 조사하도록 배치된 적어도 하나의 자외선(UV) 램프를 각각 갖는 적어도 3개의 반응기 챔버가 반응기(145)에 직렬로 배열된다. 다른 실시형태에 따르면, 직렬로 배열된 반응기들의 세트들은 병렬로 배열될 수 있다. 예를 들면, 직렬의 제1 세트의 반응기들은 직렬의 제2 세트의 반응기들과 병렬로 배치될 수 있고, 각 세트는 3개의 반응기를 가지므로 총 6개의 반응기를 갖는다. 각 세트 내의 반응기들 중 임의의 하나 이상은 언제든지 가동중일 수 있다. 소정의 실시형태에서는, 모든 반응기가 가동중일 수 있는 한편, 다른 실시형태에서는, 한 세트의 반응기만이 가동중이다. UV 램프에 대한 유사한 구성이 또한 UV 반응기(125)에서 사용될 수도 있다.
시스템(200)은 하나 이상의 탈기 장치(120)를 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2b는 시스템(200) 내의 탈기 장치(120)의 배치에 대한 3개의 예(120a, 120b, 120c)를 나타낸다. 탈기 장치(120a)는 과황산염(115)의 공급원에 결합되고, 탈기 장치(120b)는 반응기(125)에 대하여 상기한 바와 같이 유사한 방식으로 반응기(145)에 결합되거나 다르게는 부착되며, 탈기 장치(120c)는 반응기(145)의 출구와 유체 연통하는 도관(135)에 부착되거나 다르게는 결합된다.
도 2c는 도 1c와 유사하며, 탈기 장치(120a)의 또 다른 상세를 도시한다. 탈기 장치(120a)는 상기한 바와 같이 탈기 장치(120a)와 유사한 방식으로 작동하지만, 이 예에서는 과황산염(115)의 공급원이 오염된 지하수(102)의 도관 대신에 하방으로 유도되어 반응기(145)에 도입된다.
도 3은 UV 반응기(125)와 함께 사용될 수 있는 탈기 장치(120)의 일례의 개략도이다. 이 예에 따르면, UV 반응기(125)는 수평으로 배향되며, 이는 UV 반응기(125)의 종축이 수평선, 즉 지면에 실질적으로 평행한 것을 의미한다. 하나 이상의 UV 램프(140)가 또한 UV 반응기(125) 내에 위치하고 수평으로 배향된다. 도 3의 실시형태는 제2 처리 수용액(106)이 용기를 빠져나가는 반응기 영역 근처에서, UV 반응기(125)의 측벽의 상단부에 결합된 탈기 장치(120)를 도시한다. 가스가 액체보다 덜 치밀하기 때문에, 가스는 UV 반응기(125)의 상단부 내에 잔류할 것이고, 물이 용기를 통해 흐름에 따라, 물과 함께 가스 기포를 용기의 하류측으로 "끌어들여(drag)" 축적할 것이다. 따라서, 도 3에 나타낸 탈기 장치의 위치는 가스(132)를 제거하기에 유리할 수 있다. 도 3의 실시형태는 또한 도 2의 반응기(145)에 대해서 사용될 수도 있고, 주된 차이는 과황산염(115)의 공급원이 직접 반응기(145)에 도입된다는 것이다.
도 3의 탈기 장치(120)는 플로트 및 레버 기구를 포함한다. 이러한 유형의 기구는 탈기 장치 출구(124)에 결합되는 레버 아암(126)에 연결되는 중공 밀봉형 플로트(122)를 포함하며, 이는 UV 반응기(125)의 측벽에 형성된 밸브일 수 있고 밀봉부로서 기능한다. 플로트(122)는, 이 경우에 처리되는 수용액인, UV 반응기(125)를 통해 흐르는 액체의 표면 상에 놓인다. 제1 처리 수용액(104)은 일단 UV 반응기(125)로 진입하면, 하나 이상의 UV 램프(140)로부터 방출된 UV 광에 노출된다. 결과적인 반응은 UV 반응기(125)의 내부 체적을 채우기 시작하는 이산화탄소와 같은 1종 이상의 가스(132)를 발생시킨다. 다른 가스, 예를 들어 상기한 바와 같이 산소, 질소 등이 또한 형성될 수 있다. UV 반응기(125) 내의 가스(132)의 체적이 소정의 임계값을 하회할 때, UV 반응기(125) 내의 유체의 레벨 또는 체적은 더 커서, 플로트(122)를 상승시키며, 탈기 장치 출구(124)는 밀봉된 상태를 유지한다. 더욱더 많은 가스(132)가 발생됨에 따라, 액체 레벨이 저하하여, 플로트(122)를 하강시킨다. 가스(132)의 체적이 소정의 임계값에 도달하면, 플로트는 "하(down)" 위치에 있게 되어, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 탈기 장치 출구(124)를 개방시키고 가스(132)가 빠져나갈 수 있게 한다. 일부 실시형태에 따르면, 탈기 장치(120)는 임의의 외부 전원 또는 제어원을 필요로 하지 않는다. 탈기 장치(120)는 자가 작동식일 수 있고, 이는 탈기 장치가 임의의 외부 제어원 없이 개폐되는 것을 의미한다. UV 처리의 필요 선량에 노출되면, 제2 처리 수용액(106)은 UV 반응기(125)를 빠져나간다.
도 4A 및 도 4B는 폐쇄(도 4A) 및 개방(도 4B) 위치에서의 탈기 장치(120)의 작동을 도시하는 개략도이다. 도 3에 나타낸 플로트 및 레버 탈기 장치 예와는 달리, 도 4A 및 도 4B의 플로트 밸브 탈기 장치(120)는 용기 또는 도관 그 자체에 통합되도록 설계되어, 플로트(122)가 반응기 용기 또는 도관 내에서와 반대로, 탈기 장치(120) 내에 잔류한다. 도 4A에 나타낸 바와 같이, 유체 레벨이 상승할 때, 플로트(122)도 상승하여, 시스템으로부터 임의의 유체의 손실을 방지한다. 도 4B에 나타낸 "개방" 위치에서, 유체 레벨은 가스의 체적이 증가함에 따라 저하하여, 플로트(122)를 하강시키고 가스(132)가 탈기 장치(120) 밖으로 빠져나갈 수 있게 한다. 도 4A 및 도 4B의 탈기 장치는, 원하는 적용에 따라서, 도 1a의 시스템(100) 또는 도 2a의 시스템(200)에서의 하나 이상의 장소에서 사용될 수 있다.
도 5는 도 4A 및 도 4B에 도시된 탈기 장치(120)와 유사하지만, 수직으로 배향되는 UV 반응기(125)의 상단부에 결합된 탈기 장치(120)의 개략도이며, 여기서 수직으로 배향됨이란, UV 반응기(125)의 종축이 수평선에 실질적으로 수직인 것을 의미한다. 이 예에 따르면, UV 램프(140)는 수평으로 배향되지만, 다른 구성이 또한 가능하다. 유체가 반응기를 채움에 따라, 반응으로부터 발생된 가스는 반응기의 상단 영역으로 이동하고, 반응기의 최상부로부터의 가스를 반응기의 출구 및 제2 처리 수용액(106)과 유체 연통하는 도관(135) 안으로 "가압"한다. 그런 다음, 가스(132)는 배출 도관(135)에 결합되는 탈기 장치(120)를 빠져나간다. 도 5는 도 1a의 시스템(100)에 따른 UV 반응기(125)를 도시하지만, 유사한 배치가 도 2a의 시스템(200)에서의 반응기(145)에 대해서도 사용될 수 있다.
도 6a는 도 3에 나타낸 UV 반응기(125)와 같은 수평 배향식 반응기 용기에 결합된 탈기 장치(120)에 대한 위치의 일례를 도시하며, 이해되는 바와 같이, 유사한 배치가 시스템(200)의 반응기(145)에 대해서도 사용될 수 있다. 도 6a는 도 3을 참조하여 상기한 것과 유사한 방식으로, 용기의 하류측 근처에서 반응기의 최상부 수평 부분에 결합된 탈기 장치(120)를 나타낸다. 예를 들면, 유체가 용기를 통해 흐름에 따라, 임의의 형성된 가스 기포(들)를 용기의 하류측을 따라 "끌어들여" 축적할 것이다.
도 6b 내지 도 6d는 도 5를 참조하여 상기한 UV 반응기(125)와 같은 수직 배향식 반응기 용기에 결합된 탈기 장치(120)에 대한 3개의 상이한 위치의 개략도이다. 도 6b는 도 5에 나타낸 것과 유사한 위치에서, 용기를 빠져나가는 도관(135)에 결합된 탈기 장치(120)를 나타낸다. 용기를 빠져나가는 도관(135)은 하나 이상의 반응 생성물, 예를 들어 상기한 제2 처리 수용액(106)을 전달할 수 있다. 도 6c는 탈기 장치(120)가 반응기 용기의 최상부 수평 부분에 결합된 대안적인 위치를 나타낸다. 도 6d는 도관(135)이 하방으로 방향 전환되게 하는 배출 도관 내에 탈기 장치(120)가 위치하는 실시형태를 도시한다. 이는, 도관의 "코너" 영역 내에 (하방으로 방향 전환하기 전에) 수집하는, 빠져나가는 제2 처리 수용액(106)을 따라 끌어당겨지는 1종 이상의 가스 기포가 탈기 장치(120)를 통해 시스템을 쉽게 빠져나갈 수 있게 한다. 이해되는 바와 같이, 탈기 장치(120)는 내부에서 일어나는 반응 공정을 방해하지 않거나 다르게는 그에 악영향을 미치지 않는 한 반응기 상의 대안적인 위치에 위치할 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 가스가 탈기 장치를 통해 방출되는 압력의 레벨은 거의 대기압(14.7 psi) 내지 150 psi일 수 있지만, 압력은 밸브의 유형 및 탈기 장치(120)의 위치에 따라 달라질 것이다. 예를 들면, 플로트 밸브 유형의 탈기 장치가 방출하는 압력은 탈기 장치 그 자체 내의 유체 및 플로트의 구성에 따를 것이다.
일부 실시형태에 따르면, 1종 이상의 가스는 처리된 유체에 용해될 수 있다. 이러한 경우에, 막 접촉기(membrane contactor)를 포함하는 탈기 장치는, 막이 임의의 잔류 산화제에 의해 부착되지 않는 위치에서, 반응기 용기로부터 하류에 위치할 수 있다. 이러한 유형의 탈기 장치는 또한 처리된 유체로부터 용존 가스의 제거를 용이하게 하는 진공원에 연결될 수도 있다. 이러한 유형의 탈기 장치의 일례는 미국 노스캐롤라이나주 샬럿 소재의 Membrana로부터 입수 가능한 LIQUI-CEL® 막 접촉기의 상표명으로 상업적으로 입수 가능한 것을 포함한다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 과황산염 및 UV에 의한 오염된 지하수의 처리로부터 발생된 1종 이상의 가스(132) 중 적어도 일부는 시스템을 빠져나가서 환경에 방출되고/되거나, 처리 시스템 내부 또는 처리 시스템 외부의 다른 공정 또는 장치로 재활용 및/또는 전달되거나 다르게는 유도될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 처리된 지하수 중 적어도 일부는 처리 시스템 내부 또는 외부의 다른 단위 조작부 또는 장치로 재활용 또는 전달될 수 있다. 도 7은, 시스템(700)이 제2 처리 수용액(106) 중 적어도 일부를 단위 조작부(155)로 전달하도록 구성되는 하나의 실시형태의 개략도이다. 또한, 탈기 장치(120)를 통해 배출된 1종 이상의 가스(132)는 빠져나가게 되고/되거나 단위 조작부 또는 장치로 재활용되거나 전달될 수 있게 된다. 시스템(700)은, 과황산염(115)의 공급원이 UV 반응기(125)에 도입되기 전에 오염된 지하수(102)에 도입된다는 점에서 도 1a의 시스템(100)과 유사하지만, 시스템(700)은 도 2a에 나타낸 시스템(200)에 적합할 수도 있음이 이해될 것이다. 단위 조작부(155)는 처리 시스템 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 제2 처리 수용액(106) 및 가스(132) 중 어느 하나 또는 양자 모두를 재활용 또는 재사용하는 기능을 할 수 있다. 가스(132)를 재활용하는 것은 가스의 체적 또는 다른 고려사항, 예를 들어 가스(132)를 포획, 수집, 및 재사용하는 것에 수반되는 비용에 따를 수 있다.
도 8은 제2 처리 수용액(106) 중 적어도 일부 또는 가스(132)가 저장 장치(160)로 전달되는 시스템(800)의 하나의 실시형태의 개략도이다. 이 실시형태에 따르면, 가스(132)는 UV 반응기(125)를 빠져나가서 저장 장치(160)의 최상부로 유도되고, 여기서 도 8에 나타낸 바와 같이, 그 후에 저장 장치(160)를 빠져나간다. 제2 수용액(106) 중 적어도 일부는 저장 장치(160)의 최하부로 유도되고, 여기서 그 후에 과황산염(115)의 도입으로부터 상류에 있는 지점으로 재순환된다. 시스템(800)은, 반응기로부터 발생된 1종 이상의 가스가 처리된 지하수보다 덜 치밀하고 이에 따라 분리를 용이하게 할 수 있다는 사실의 이점을 취한다.
일부 실시형태에 따르면, 분리된 탈기 장치(120)는 시스템(800)으로부터 생략될 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시형태에서, 가스(132)는 제2 처리 수용액(106)과 함께 반응기를 빠져나가서 저장 장치(160)에 도입될 수 있다. 다른 실시형태에서, UV 반응기(125)는, UV 반응기(125)의 최상부에 연결하는 일 단부, 및 저장 장치(160)의 최상부에 연결하는 다른 단부를 갖는 도관에 의해 저장 장치(160)에 결합될 수 있다.
저장 장치(160)는 탱크 또는 용기일 수 있고, 일부 경우에는 대기에 개방될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 저장 장치(160)는 탈기 장치(120), 예를 들어 상기한 바와 같이 플로트 밸브를 포함할 수 있다. 시스템(800)은 도 1a에 나타낸 처리 시스템(100)과 유사한 것으로 도 8에 도시되지만, 시스템(800)은 과황산염 및 UV 양자 모두가 오염된 지하수(102)에 도입되는 단일의 반응기(145)를 포함하는 도 2b에 예시된 바와 같은 시스템(200)에 적합할 수도 있음이 이해될 것이다.
또 다른 실시형태에 따르면, 본 명세서에 개시된 처리 시스템은 과황산염의 농도를 측정하도록 구성되는 센서를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에 따르면, 시스템은 특정 유기 오염물의 농도를 측정하도록 구성되는 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 지하수가 할로겐화 오염물을 함유하는 경우, 센서는 할로겐의 존재를 검출하도록 구성될 수 있다. 알칼리도를 검출하는 센서, 및 온도를 검출하는 센서를 포함한 다른 유형의 센서도 본 개시의 범위 내의 것이다.
명시적으로 나타내지는 않았지만, 시스템(100, 200)은 하나 이상의 흐름 제어 장치, 예를 들어 밸브, 조절기, 파이프 또는 다른 도관, 연결기, 또는 위어(weir)를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 시스템(100, 200)을 포함한 본 명세서에 개시된 시스템은 모바일 기반 플랫폼일 수 있다. 모바일 기반 시스템은 확장성, 모듈성 및 휴대성이 있을 수 있어, 시스템이 지역-특정 복원 요구사항에 따라 맞춤화될 수 있게 한다. 모바일 기반 플랫폼은 지역들과 현장(on-site) 사이에서 이동될 수 있는 모바일 플랫폼으로부터 운반되고 운영되도록 설계될 수 있다. 지역에서의 복원 필요에 따라서 다수의 시스템이 또한 직렬로 또는 병렬로 사용될 수도 있다. 소정의 경우, 모바일 기반 플랫폼은 표준 크기의 선적 컨테이너에 맞도록 설계되고 크기가 정해질 수 있거나, 장소마다 구동될 수 있는 스키드 또는 트레일러와 같은 맞춤형 엔클로저 또는 플랫폼으로 설계되고 크기가 정해질 수 있다.
자외선 램프는 본 명세서에 개시된 시스템의 하나 이상의 반응기 내에 유리하게 위치하거나 분포되어 필요에 따라 화학 방사선을 물에 조사하거나 다르게는 제공할 수 있다. 소정의 실시형태에서는, 하나 이상의 반응기 내에 램프를 분포시켜서 반응기 전반에 걸쳐서 화학 방사선을 균일하게 분포시키는 것이 바람직하다. 시스템(100, 200)을 포함한 본 명세서에 기술된 시스템들 중 어느 것에서, 자외선 램프는 다양한 강도 또는 다양한 전력 레벨에서 조명을 제공하도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 자외선 램프는 어두움, 정격, 및 부스트 모드, 예를 들어 저, 중, 또는 고 모드와 같은 복수의 조명 모드에서 작동하도록 조정될 수 있다.
하나 이상의 램프는 반응기 내의 하나 이상의 슬리브 또는 튜브 내에 배치됨으로써 하나 이상의 화학 방사선 반응기 내에 위치할 수 있다. 튜브는 램프를 제자리에 보유하고 반응기 내의 물로부터 램프를 보호할 수 있다. 튜브는 반응기 내의 화학 방사선원 및 물 또는 물의 구성성분에 의해 실질적으로 분해되지 않는 임의의 물질로 이루어질 수 있고, 방사선이 그 물질을 통과할 수 있게 한다. 튜브는 원형인 단면적을 가질 수 있다. 소정의 실시형태에서, 튜브는 원통형일 수 있고, 석영 재료로부터 구성될 수 있다. 각각의 튜브는 하나 이상의 다른 튜브와 동일하거나 상이한 형상 또는 크기일 수 있다. 튜브는 다양한 구성으로 반응기 내에 배열될 수 있고, 예를 들어 슬리브는 반응기의 전체 길이 또는 폭 또는 그 일부를 가로질러 연장될 수 있다. 튜브는 또한 반응기의 내부 체적을 가로질러 연장될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 공정에 적합한 상업적으로 입수 가능한 자외선 램프 및/또는 석영 슬리브는 미국 뉴저지주 페어필드 소재의 Hanovia Specialty Lighting, 미국 위스콘신주 비버 댐 소재의 Engineered Treatment Systems, LLC (ETS), 및 독일 하나우 소재의 Heraeus Noblelight GmbH로부터 입수될 수 있다. 선택된 석영 재료는 공정에서 사용될 특정 파장 또는 파장들에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 석영 재료는 하나 이상의 파장으로 자외선 램프의 에너지 요구사항을 최소화하도록 선택될 수 있다. 석영의 조성은 반응기 내의 물에 대한 자외선 광의 바람직한 또는 적합한 투과율을 제공하도록 그리고/또는 물에 대한 자외선 광의 투과율의 바람직한 또는 적절한 레벨을 유지하도록 선택될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 투과율은 미리 정해진 일정 기간 동안 적어도 약 50%일 수 있다. 예를 들면, 투과율은 미리 정해진 일정 기간 동안 약 80% 이상일 수 있다. 소정의 실시형태에서, 투과율은 약 6개월 내지 약 1년 동안 약 80% 내지 90%의 범위 내일 수 있다. 소정의 실시형태에서, 투과율은 최대 약 2년 동안 약 80% 내지 90% 범위 내일 수 있다.
튜브는 반응기의 함유물이 슬리브 또는 튜브를 진입할 수 없게 하기 위해서 각 단부에서 밀봉될 수 있다. 튜브는 반응기 내에 고정되어 반응기의 사용 전반에 걸쳐서 제자리에 유지될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 튜브는 반응기의 벽에 고정된다. 튜브는 적합한 기계 기술, 또는 대상물을 서로 고정하기 위한 다른 통상적인 기술의 사용을 통해 벽에 고정될 수 있다. 튜브의 고정에 사용된 물질은 바람직하게는 불활성이며, 반응기의 작동을 방해하지 않거나 물의 순도에 악영향을 미치지 않거나, 오염물을 물에 방출하지 않을 것이다.
램프는 서로 평행하도록 반응기 내에 배열될 수 있다. 램프는 또한 서로 다양한 각도로 반응기 내에 배열될 수도 있다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 램프는 서로 대략 직각이거나 수직이 되도록 대략 90도의 각도를 형성하는 경로 또는 커버리지 영역을 조명하도록 배열될 수 있다. 램프는 이러한 방식으로 배열될 수 있어, 수직축 또는 수평축, 또는 그들 사이의 임의의 축 상에 대략 90도를 형성한다.
소정의 실시형태에서, 반응기는 제1 세트의 병렬 튜브들 및 제2 세트의 병렬 튜브들을 포함하는 반응기 또는 용기 내의 튜브들의 어레이를 포함할 수 있다. 각 튜브는 적어도 하나의 자외선 램프를 포함할 수 있고, 제1 세트의 병렬 튜브 각각은 제2 세트의 병렬 튜브들에 대하여 원하는 각도가 되도록 배열될 수 있다. 각도는 소정의 실시형태에서 대략 90도일 수 있다. 제1 어레이 및 제2 어레이 중 하나 또는 양자 모두의 튜브는 반응기의 내부 체적을 가로질러 연장될 수 있다. 제1 세트 및 제2 세트의 튜브는 반응기 내에서 거의 동일한 높이로 배열될 수 있다.
또 다른 구성은 반응기 내의 각각의 점유 또는 커버리지 영역에서 균일한 레벨의 강도를 제공하도록 배치되는 튜브 및/또는 램프를 포함할 수 있다. 또 다른 구성은 하나 이상의 램프를 내부에 갖는 균등하게(equispacially) 배열된 튜브를 포함할 수 있다.
반응기는 반응기 또는 용기 내에 배열된 튜브들의 하나 이상의 어레이를 포함할 수 있다. 튜브들의 제2 어레이는 제3 세트의 병렬 튜브들, 제3 세트의 병렬 튜브들에 직각인 제4 세트의 병렬 튜브들을 포함할 수 있고, 각 튜브는 적어도 하나의 자외선 램프를 포함한다. 제4 세트의 병렬 튜브들은 또한 제2 세트의 병렬 튜브들 및 제1 세트의 병렬 튜브들 중 적어도 하나에 직각일 수도 있다.
소정의 실시형태에서, 반응기 또는 용기 내의 각 어레이는 반응기 내의 다른 어레이로부터 미리 정해진 거리 또는 높이에 위치할 수 있다. 한 세트의 2개의 어레이 간의 미리 정해진 거리는 동일하거나 다를 수 있다.
도 10은 본 명세서에 개시된 시스템 중 하나 이상에서 사용될 수 있는 반응기 용기(300)의 단면도를 예시적으로 나타낸다. 반응기 용기(300)는 통상적으로 입구(310), 출구(320), 및 반응기 용기(300)를 상단 챔버(325) 및 하단 챔버(330)로 분할하는 배플(315)을 포함한다. 반응기 용기(300)는 용기 전반에 걸쳐서 입구(310)를 통해 도입된 물을 분배하도록 구성될 수 있는 매니폴드(305)를 또한 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에서, 매니폴드(305)는 용기 전반에 걸쳐서 물을 균일하게 분배하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 매니폴드(305)는 용기 전반에 걸쳐서 물을 균일하게 분배하여 반응기가 플러그 흐름 반응기로서 작동하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 반응기 용기는 반응기 용기를 2개보다 많은 챔버로 분할하도록 더 많은 배플(315)을 포함할 수 있다. 배플(315)은 반응기에 혼합 또는 난류를 제공하는데 사용될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 반응기 입구(310)는 하단 챔버(330)와 유체 연통하며, 반응기 출구(320)는 상단 챔버(325)와 유체 연통한다.
일부 실시형태에서는, 원하는 또는 다양한 전력 레벨에서 약 185㎚ 내지 약 254㎚의 범위, 220㎚, 및/또는 254㎚의 광으로 각각의 챔버 내의 물을 조사하도록 배치된 적어도 하나의 자외선(UV) 램프를 각각 갖는 적어도 3개의 반응기 챔버가 반응기(120) 내에 직렬로 배열된다.
반응기 용기는 튜브, 예를 들어 튜브(335a-c 및 340a-c) 내에 위치한 복수의 자외선 램프를 또한 포함할 수 있다. 본 발명의 하나의 실시형태에서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 반응기 용기(300)는 제1 세트의 병렬 튜브들, 즉 튜브들(335a-c) 및 제2 세트의 병렬 튜브들(미도시)을 포함한다. 제1 세트의 병렬 튜브들의 각 세트는 제1 어레이(345)를 형성하기 위해 제2 세트에 거의 직각이다. 튜브들(335a-c) 및 제2 세트의 병렬 튜브들은 서로에 대하여 반응기 용기(300)에서 거의 동일한 높이에 있다.
또한, 반응기 용기는 제3 세트의 병렬 튜브들 및 제4 세트의 병렬 튜브들을 포함할 수 있다. 제1 세트의 병렬 튜브들의 각 세트는, 예를 들어 제2 어레이(350)를 형성하기 위해 제2 세트에 거의 직각이다. 예시적으로 도시된 바와 같이, 튜브들(340a-c) 및 제2 세트의 병렬 튜브들은 서로에 대하여 반응기 용기(300)에서 거의 동일한 높이에 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 어레이(345)는 제2 어레이(350)로부터 미리 정해진 거리를 두고 위치할 수 있다. 용기(300)는, 선택적으로 제1 어레이(340) 및 제2 어레이(345)와 유사한 구성을 각각 갖는 제3 어레이(355) 및 제4 어레이(360)를 추가로 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 제1 튜브(335b)는 제2 튜브(340b)에 직각으로 배열되어 제1 어레이를 형성한다. 또한, 한 세트의 튜브들, 즉 튜브(365a) 및 튜브(365b)는 다른 세트의 튜브들, 즉 튜브(370a) 및 튜브(370b)에 직각으로 배열되어 제2 어레이를 형성한다. 램프(414, 420, 422, 424)를 포함하는 제2 어레이의 램프들의 위치가 도 11A에 도시되어 있다. 제1 어레이의 램프(426, 428) 및 제2 어레이의 램프(414, 420, 422, 424)를 포함하는 제1 어레이 및 제2 어레이 내의 램프들의 위치는 도 11B에 도시되어 있다.
램프는, 치수, 강도, 및 램프에 전달되는 전력을 포함한 램프의 다양한 특성에 따라서 패턴을 발생시킬 수 있다. 램프에 의해 발생된 광 패턴은 램프가 광을 방출하는 공간의 일반적인 체적이다. 소정의 실시형태에서, 광 패턴 또는 조명 체적은 램프가 유기 오염물에 화학 방사선을 조사하거나 다르게는 제공할 수 있고 유기 오염물의 산화를 허용할 수 있는 공간의 면적 또는 체적으로서 정의된다.
도 11A 및 도 11B에 나타낸 바와 같이, 제1 세트의 튜브들(410a-c)이 서로 평행하게 배열되고, 제2 세트의 튜브들(412a-c)이 서로 평행하게 배열되는 반응기(400)의 단면도를 예시적으로 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 제1 세트의 튜브들(410a-c)은 제2 세트의 튜브들(412a-c)에 대하여 직각으로 배열된다. 램프, 예를 들어 램프(414)는 튜브(410a-c 및 412a-c) 내에 분산되고, 조명될 때 광 패턴(416)을 발생시킬 수 있다.
하나 이상의 자외선 램프, 또는 한 세트의 램프들은 조명 벡터에 평행하게 화학 방사선을 투사하는 것으로서 특화될 수 있다. 조명 벡터는 하나 이상의 램프가 화학 방사선을 방출하는 방향으로서 정의될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 도 11A에 나타낸 바와 같이, 램프(420, 422)를 포함하는 제1 세트의 램프들은 조명 벡터(418)에 평행하게 화학 방사선을 투사하도록 배치된다.
일부 실시형태에 따르면, 각각이 제1 조명 벡터에 평행하게 화학 방사선을 투사하도록 배치되는 제1 세트의 자외선 램프들이 통전될 수 있다. 또 다른 실시형태에서는, 각각이 제2 조명 벡터에 평행하게 화학 방사선을 투사하도록 배치되는 제2 세트의 자외선 램프들이 또한 통전될 수 있다. 제1 세트의 자외선 램프들 및 제2 세트의 자외선 램프들 중 적어도 하나의 조명 방향 및 강도 중 적어도 하나가 조정될 수 있다. 자외선 램프들의 각 세트는 하나 이상의 자외선 램프를 포함할 수 있다.
사용되거나 통전된 램프의 수 및 사용중인 램프의 구성은 시스템의 특정 운영 조건 또는 요구사항에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 특정 공정을 위해 사용되는 램프의 수는 시스템의 특성 또는 측정되거나 계산된 파라미터에 기초하여 선택되고 제어될 수 있다. 유입수 또는 처리수의 측정된 파라미터는 TOC 농도, 알칼리도, 온도, 및 유량을 포함한 다수의 다른 시스템 파라미터 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 통전되는 램프의 수는 또한 시스템에 첨가된 과황산염의 농도 또는 양에 기초하여 선택되고 제어될 수도 있다. 예를 들면, 처리될 물의 유량이 소정의 임계값, 예를 들어 공칭 또는 설계 유량 이하인 경우에 특정 구성의 12개의 램프가 사용될 수 있는 한편, 처리될 물의 유량이 임계값을 상회하는 경우에는 더 많은 램프가 사용될 수 있다. 따라서, 물의 유량은 각 반응기 내의 어느 램프 및/또는 통전되는 램프의 수를 부분적으로 결정할 수 있다.
하나 이상의 실시형태에 따르면, 처리되는 오염된 지하수의 총 유기 탄소(TOC) 값이 측정될 수 있고, 과황산염이 오염된 지하수에 도입되는 비율 및/또는 UV 광의 선량이 측정된 TOC 값에 기초하여 조정될 수 있다. 일부 실시형태에서, 과황산염이 오염된 지하수에 도입되는 비율을 조정하는 것은 과황산염의 유량을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 과황산염이 도입되는 비율을 조정하는 것은 과황산염의 농도를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 과황산염의 농도는 하나 이상의 측정된 TOC 판독값에 따라서 증가 또는 감소될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 제2 처리 수용액의 TOC 값이 측정될 수 있다. 제2 처리 수용액의 일부는 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같은, 제2 처리 수용액의 측정된 TOC 값에 기초하여 과황산염의 도입으로부터 상류에 있는 지점으로 재순환될 수 있다. 일부 경우에, 제2 처리 수용액(106)의 일부는 오염된 지하수(102)의 TOC 값 및 제2 처리 수용액(106)의 TOC 값 중 하나 또는 양자 모두의 측정에 기초하여 재순환될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시형태에서, 과황산염 및 UV에 의한 처리는 단일의 통과로 유기 오염물의 농도를 원하거나 다르게는 미리 정해진 레벨로 감소시킬 수 있다. 적어도 하나의 양상에 따르면, 제2 처리 수용액(106)은 음용수이다. 다른 실시형태에 따르면, 오염된 지하수(102)의 적어도 일부는 유기 오염물의 농도를 채택 가능한 레벨로 감소시킬 목적으로 다수의 통과로 과황산염 및 UV에 노출될 수 있다. 제2 처리 수용액(106)은 또한 다른 이유 때문에, 예를 들어 지하수가 처리 전에 컨테이너 또는 용기에 저장되거나 다르게는 보관되는 경우에 지하수 내의 오염물의 농도를 희석하도록, 재순환될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 자외선 광의 선량을 조정하는 것은 UV 광의 강도를 조정하는 것 및 제1 처리 수용액(104)에 대한 UV 광의 노출 시간을 조정하는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 처리 수용액(104)은 반응기 내에 보관되거나 다르게는 수용될 수 있고, 그 용액이 반응기 또는 용기 내에 수용되는 동안에 미리 정해진 노출 시간 동안 UV 광에 노출될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 반응기 또는 용기 내에 위치하는 배플 또는 다른 흐름 제어 장치가 또한 미리 정해진 노출 시간 동안 제1 처리 수용액을 수용하는 것에 기여할 수도 있다. 다른 실시형태에 따르면, 자외선 광의 선량을 조정하는 것은 제1 처리 수용액(104)의 유량을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 처리 수용액(104)은 UV 광이 도관을 통과하여 제1 처리 수용액을 조사할 수 있게 구성되는 도관을 통과할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, UV 광의 선량은 UV 광의 전력 설정값을 조정함으로써, 또는 UV 램프의 파장을 조정함으로써 조정될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, UV 광의 강도 및 UV 광의 선량 중 적어도 하나는 하나 이상의 작동 파라미터, 예를 들어 TOC 값에 기초하여 조정될 수 있다. UV 선량은, 과황산염이 적용될 때, 고정된 체적의 물에 적용되는 총 램프 전기 에너지의 척도이다. 단위는 일반적으로 kWh/1000 갤런으로 측정될 수 있다. 이 파라미터는 유량, 잔류 시간, 및 광 강도를 단일의 용어로 결합한다. 선량은 오염된 물의 유형마다 다를 수 있다. 그러나, 선량은 거의 모든 유형의 오염물을 요구되는 임의의 레벨까지 파괴하도록 설정될 수 있다. 배취 또는 통류(flowthrough) 처리에 대한 계산이 이하에 식 7 및 식 8로 각각 나타나 있다.
배취:
[식 7]
UV 선량 = (램프 전력(kW) × 시간(hrs) × 1000)/(배치 체적(gal.))
통류:
[식 8]
UV 선량 = (램프 전력(kW) × 1000)/(흐름(gpm) × 60)
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 이하에서 더욱 논의되는 바와 같이, 컨트롤러가 램프 전력, 노출 시간, 및 유량을 포함한, 배취 및 통류 공정 동안 UV 선량을 제어하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, UV 선량은 적어도 10 kWh/1000 갤런이다.
도 1a 및 도 2a의 컨트롤러(150)는, 처리 시스템(100, 200)의 공정 스트림, 구성요소, 또는 하위 시스템 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 특성, 특징, 상태 또는 조건의 표시 또는 표현을 제공하도록 구성되는 하나 이상의 센서 또는 입력 장치와 통신할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(150)는 임의의 하나 이상의 센서(130a, 130b)로부터의 입력 신호를 수신하도록 작동 가능하게 결합되거나 다르게는 구성될 수 있다. 컨트롤러(150)는 또한 오염된 지하수(102) 또는 시스템 내의 임의의 다른 수류(water stream)로부터의 입력 신호를 수신하도록 작동 가능하게 결합될 수 있다. 입력 신호는 또한 물의 임의의 특성을 대표할 수 있고, 저항률 또는 전도율, 유량, TOC 값, 알칼리도, 온도, 압력, 특정 화합물 또는 종의 농도값, 세균의 양, 용존 산소 함량, 및/또는 용존 질소 함량의 표시를 제공할 수 있다. 특히 센서(130a, 130b)만이 도시되어 있지만, 추가 센서, 예를 들어 시스템(100, 200)에서의 하나 이상의 온도, 전도율, 알칼리도, 유량, 저항률 센서가 사용될 수 있다. 예를 들면, 추가 센서는 도 1a의 시스템(100)에서 제1 처리 수용액(104)의 하나 이상의 특성, 예를 들어 과황산염 농도를 측정하도록 위치할 수 있다.
컨트롤러(150)는 임의의 하나 이상의 입력 신호를 수신하여 시스템(100, 200)의 임의의 하나 이상의 구성요소에 대한 하나 이상의 구동, 출력 및 제어 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 컨트롤러(150)는, 예를 들어 오염된 지하수(102), 제2 처리 수용액(106)의, 또는 시스템 내의 다른 위치로부터의 유량, TOC 레벨, 또는 양자 모두의 표시를 수신할 수 있다. 컨트롤러(150)는 입력 신호에 응답하여, 구동 신호를 생성하여 전송할 수 있거나 다르게는 미디어 필터(110), 과황산염(115)의 공급원, UV 반응기(125) 또는 반응기(145), 및 제2 처리 수용액(106) 중 어느 것을 제어할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(150)는 과황산염(115)의 공급원에 대한 구동 신호를 생성 및 전송하여, 필요한 경우, 오염된 지하수(102) 내에 도입되는 과황산염의 첨가 비율을 조정할 수 있다. 구동 신호는 하나 이상의 입력 신호 및 목표 또는 미리 정해진 값 또는 설정 지점에 기초할 수 있다. 예를 들면, 오염된 지하수(102) 또는 제2 처리 수용액(106)의 TOC 값의 표현을 제공하는 입력 신호가 목표 TOC 값 또는 채택 가능한 TOC 값의 범위, 즉 허용 범위를 상회하면, 구동 신호는 과황산염(115)의 첨가 양 및 비율 및/또는 UV 광의 선량을 증가시키도록 생성될 수 있다. 목표값은 특수 용도일 수 있고, 설치마다 다를 수 있으며, 지방 또는 연방 정부에 의해 수립된 표준 또는 다운스트림 가공처리 또는 사용 요구사항에 따를 수 있다.
일부 실시형태에서, 컨트롤러(150)는, 예를 들어 유량 및/또는 TOC 농도 또는 레벨의 표시를 수신하고, 과황산염(115)의 공급원 및/또는 UV의 공급원, 예를 들어 UV 반응기(125) 또는 반응기(145)의 램프에 대한 구동 신호를 생성 및 전송하여, 작동 중인 하나 이상의 램프 중 적어도 하나 및 램프의 강도를 조정 또는 수정할 수 있다. 구동 신호는 하나 이상의 입력 신호 및 목표 또는 미리 정해진 값 또는 설정 지점, 또는 임계값에 기초할 수 있다. 예를 들면, 오염된 지하수(102) 또는 제2 처리 수용액(106)의 TOC 값의 표현을 제공하는 입력 신호가 목표 TOC 값 또는 임계값, 또는 채택 가능한 TOC 값의 범위, 즉 허용 범위를 상회하면, 구동 신호는 오염된 지하수(102)에 도입된 과황산염(115)의 비율 및 예를 들어 램프 구성 및 램프 강도 중 적어도 하나를 조정함으로써, UV 공급원에 의해 투여된 선량을 조정하도록 생성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 컨트롤러(150)는 또한 과황산염 추가 양 또는 비율의 표시를 수신하고, 과황산염 양과 관련된 입력 신호, 예를 들어 시스템의 수류들 중 하나 이상에서의 과황산염 농도에 응답하여 과황산염(115)의 공급원 및/또는 UV 공급원에 대한 구동 신호를 생성하고 전송할 수도 있다. 일부 실시형태에 따르면, 컨트롤러(150)는 제어 신호를 생성하고 전송하여, 예를 들어 UV 공급원에 의해 방출된 출력 방사선의 강도 또는 전력을 통전하거나 조정할 수 있다. 따라서, 과황산염(115)의 추가 양 또는 비율 및/또는 오염된 지하수(102) 내의 TOC의 레벨에 따라서, 제어 신호는 적절하게, 점진적으로, 또는 비례해서 증가 또는 감소될 수 있다.
컨트롤러(150)는 피드백 배치로 구성될 수 있고, 과황산염(115)의 공급원 및UV 반응기(125) 및 반응기(145) 내의 UV 공급원 중 어느 하나에 대한 하나 이상의 제어 신호를 생성하고 전송할 수 있다. 예를 들면, 제2 처리 수용액(106)의 TOC 값 또는 저항률, 또는 양자 모두는 오염된 지하수(102), 과황산염(115)의 공급원, 및 UV 반응기(125) 및 반응기(145) 내의 UV 공급원 중 어느 것에 대한 제어 신호를 생성하는데 사용될 수 있다.
초기 TOC 변동이 높은 기간 동안, 피드포워드 제어가 계측기 지연을 보상하는데 사용될 수 있다. 이 기술은 오염물의 양에 대하여 잉여값으로 과황산염(115)의 첨가를 허용할 수 있다. 안정한 TOC 레벨의 기간 동안, 피드백 접근법이 피드포워드 제어가 있거나 없이 사용될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 컨트롤러(150)는 도 9에 개략적으로 나타낸 바와 같이 하나 이상의 프로세서를 사용하여 구현될 수 있다. 컨트롤러(150)는, 예를 들어 Intel PENTIUM® 타입 프로세서, Motorola PowerPC® 프로세서, Sun UltraSPARC® 프로세서, Hewlett-Packard PA-RISC® 프로세서, 또는 임의의 다른 유형의 프로세서 또는 이들의 조합에 기초한 것과 같은 범용 컴퓨터일 수 있다. 대안적으로, 제어 시스템은 특별히 프로그램된 특수 목적용 하드웨어, 예를 들어 분석 시스템용으로 의도된 ASIC(application-specific integrated circuit) 또는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
컨트롤러(150)는, 예를 들어 디스크 드라이브 메모리, 플래시 메모리 장치, RAM 메모리 장치, 또는 데이터를 저장하기 위한 다른 장치 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 이상의 메모리 장치(850)에 통상적으로 연결된 하나 이상의 프로세서(805)를 포함할 수 있다. 메모리 장치(850)는 통상적으로 시스템(100, 200) 및/또는 컨트롤러(150)의 작동 동안에 프로그램 및 데이터를 저장하기 위해 사용된다. 예를 들면, 메모리 장치(850)는 일정 기간에 걸친 파라미터에 관한 이력 데이터뿐만 아니라, 작동 데이터를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 실시형태를 구현하는 프로그래밍 코드를 포함하는 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능 및/또는 기록가능 비휘발성 기록 매체 상에 저장될 수 있고, 그런 다음 통상적으로 메모리 장치(850)에 복사될 수 있으며, 여기서 소프트웨어는 그 후에 프로세서(805)에 의해 실행될 수 있다. 이러한 프로그래밍 코드는 복수의 프로그램 언어, 예를 들어, 자바(Java), 비주얼 베이직(Visual Basic), C, C#, 또는 C++, 포트란(Fortran), 파스칼(Pascal), 에이펠(Eiffel), 베이직(Basic), 코발(COBAL), 또는 이들의 다양한 조합 중 어느 것으로 기록될 수 있다.
컨트롤러(150)의 구성요소는, 예컨대 동일한 장치 내에 집적되는 구성요소들 사이의 하나 이상의 버스, 및/또는 예컨대 분리된 개별 장치 상에 상주하는 구성요소들 사이의 네트워크를 포함할 수 있는 상호 연결 메커니즘(810)에 의해 결합될 수 있다. 상호 연결 메커니즘은 통상적으로 통신, 예컨대 데이터, 명령이 시스템의 구성요소들 간에서 교환될 수 있게 한다.
컨트롤러(150)는, 예를 들어 키보드, 마우스, 트랙볼, 마이크로폰, 터치 스크린으로부터의 하나 이상의 입력 신호(i 1 , i 2 , i 3 , …, i n )를 수신하는 하나 이상의 입력 장치(820), 및 예를 들어 인쇄 장치, 표시 스크린, 또는 스피커에 대한 하나 이상의 출력, 구동 또는 제어 신호(s 1 , s 2 , s 3 , …, s n )를 생성하고 전송하는 하나 이상의 출력 장치(830)를 또한 포함할 수 있다. 또한, 컨트롤러(150)는 시스템의 구성요소들 중 하나 이상에 의해 형성될 수 있는 네트워크에 추가적으로 또는 대안으로서 컨트롤러(150)를 통신 네트워크(미도시)에 연결할 수 있는 하나 이상의 인터페이스(860)를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에 따르면, 하나 이상의 입력 장치(820)는, 통상적으로 시스템(100, 200)의 하나 이상의 구성요소 또는 공정 스트림의 하나 이상의 조건, 파라미터 또는 특징의 측정, 표시, 표현을 제공하는 밸브, 펌프, 및 센서(130a, 130b)와 같은 구성요소를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 대안적으로, 센서, 계량 밸브 및/또는 펌프, 또는 이들 구성요소의 전부는 컨트롤러(150)에 작동 가능하게 결합되는 통신 네트워크에 연결될 수 있다. 예를 들면, 센서(130a, 130b)는 컨트롤러(150)에 직접 연결되는 입력 장치로서 구성될 수 있고, 과황산염(115)과 관련되거나 시스템 내의 다른 어느 곳에나 위치하는 계량 밸브 및/또는 펌프는 컨트롤러(150)에 연결되는 출력 장치로서 구성될 수 있으며, 상기한 것들 중 임의의 하나 이상은 통신 네트워크를 통해 컨트롤러(150)와 통신하기 위해서 컴퓨터 시스템 또는 자동화 시스템에 결합될 수 있다. 이러한 구성은 하나의 센서가 다른 센서로부터 상당한 거리를 두고 위치할 수 있게 하거나, 또는 임의의 센서가 임의의 하위 시스템 및/또는 컨트롤러로부터 상당한 거리를 두고 위치할 수 있게 하면서, 여전히 이들 사이에 데이터를 제공한다.
컨트롤러(150)는, 예를 들어 하나 이상의 프로세서(805)에 의해 실행될 프로그램 또는 그의 일부를 정의하는 신호가 저장될 수 있는 컴퓨터 판독가능 및/또는 기록가능 비휘발성 기록 매체와 같은 하나 이상의 저장 매체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 저장 매체는, 예를 들어 디스크 드라이브 또는 플래시 메모리일 수 있거나, 또는 이들을 포함할 수 있다. 통상적인 동작에서, 프로세서(805)는, 본 발명의 하나 이상의 실시형태를 구현하는 코드와 같은 데이터가 하나 이상의 저장 매체로부터, 예를 들어 하나 이상의 매체보다도 하나 이상의 프로세서에 의해 더 고속으로 정보에 액세스할 수 있게 하는 메모리 장치(840)로 판독될 수 있게 한다. 메모리 장치(840)는 통상적으로 동적 램던 액세스 메모리(DRAM) 또는 정적 메모리(SRAM)와 같은 휘발성의 랜덤 액세스 메모리, 또는 프로세서(805)로 그리고 프로세서로부터의 정보 전송을 용이하게 하는 다른 적합한 장치이다.
컨트롤러(150)가 본 발명의 다양한 양상이 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템의 하나의 유형으로서 예로서 도시되었지만, 본 발명은 소프트웨어로, 또는 예시적으로 나타낸 바와 같이 컴퓨터 시스템 상에서 구현되는 것에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 실제로, 예를 들어 범용 컴퓨터 시스템, 제어 시스템, 또는 그들의 구성요소 또는 하위 시스템 상에서 구현되기보다는, 전용 시스템으로서 또는 전용 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller: PLC)로서 또는 분산형 제어 시스템으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 특징 또는 양상은 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 프로세서(805)에 의해 실행 가능한 알고리즘의 하나 이상의 세그먼트는 분리된 컴퓨터들에서 수행될 수 있고, 각각의 컴퓨터는 하나 이상의 네트워크를 통해 통신할 수 있다.
본 발명에 따라 본 명세서에 개시된 양상은 그 적용에 있어서 다음의 설명에서 제시되거나 첨부 도면에 도시된 구성요소의 구성 및 배치의 상세에 제한되지 않는다. 이들 양상은 다른 실시형태를 가정할 수 있고, 다양한 방식으로 실행되거나 수행될 수 있다. 특정 구현의 예는 본 명세서에서 예시 목적만을 위해 제공되며 제한하는 것으로 의도되어 있지 않다. 특히, 임의의 하나 이상의 실시형태와 관련하여 논의된 동작, 구성요소, 요소, 및 특징은 임의의 다른 실시형태에서 유사한 역할로부터 배제되는 것으로 의도되어 있지 않다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 어구 또는 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 본 명세서에서 지칭된 시스템들 및 방법들의 예들, 실시형태들, 구성요소들, 요소들 또는 동작들에 대한 단수형의 임의의 언급은 또한 복수를 포함한 실시형태들도 포괄하며, 본 명세서에서 임의의 실시형태, 구성요소, 요소 또는 동작에 대한 복수형의 임의의 언급은 또한 단수만을 포함하는 실시형태들도 포괄할 수 있다. 단수형 또는 복수형의 언급은 현재 개시된 시스템들 또는 방법들, 그들의 구성요소들, 동작들, 또는 요소들을 제한하는 것으로 의도되어 있지 않다. "포함하는", "함유하는", "갖는", "수용하는", "수반하는", 및 이들의 파생어에 대한 본 명세서에서의 사용은 이후에 열거되는 항목들 및 그들의 등가물들뿐만 아니라, 추가 항목들을 망라하는 것을 의미한다. "또는"에 대한 언급은 "또는"을 사용하여 설명된 임의의 용어들이 설명되는 용어들 중 하나, 둘 이상, 및 전부 중 어느 것을 표시할 수 있도록 포괄적인 것으로 해석될 수 있다. 또한, 이 문헌과 참조로 본 명세서에 포함되는 문헌들 간의 용어들의 일관되지 않은 사용의 경우, 포함된 참조문헌에서의 용어 사용은 이 문헌의 것에 보완적인 것이며; 양립할 수 없는 불일치 때문에, 이 문헌에서의 용어 사용이 통제된다. 또한, 제목 또는 부제목이 독자의 편의를 위해 본 명세서에서 사용될 수 있는데, 이는 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않아야 할 것이다.
이와 같이 적어도 하나의 예의 몇 가지의 양상을 설명했지만, 당 분야의 숙련자에게는 다양한 변형, 수정, 및 개선이 쉽게 떠오를 것임이 이해되어야 한다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 예는 또한 다른 맥락에서 사용될 수 있다. 이러한 변형, 수정, 및 개선은 본 개시내용의 일부인 것으로 의도되며, 본 명세서에서 논의된 예의 범위 내에 있는 것으로 의도되어 있다. 따라서, 상기한 설명 및 도면은 단지 예일 뿐이다.
Claims (20)
- 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법으로서,
유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수를 제공하는 단계;
상기 오염된 지하수에 과황산염을 도입하여 제1 처리 수용액을 생성하는 단계;
상기 제1 처리 수용액을 자외선 광에 노출시켜, 상기 초기 농도 미만인 상기 유기 오염물의 농도를 갖는 제2 처리 수용액 및 1종 이상의 가스를 생성하는 단계; 및
상기 제1 처리 수용액을 상기 자외선 광에 노출시키는 것으로부터 발생된 상기 1종 이상의 가스를 제거하는 단계를 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 처리 수용액을 노출시키는 것은 상기 제1 처리 수용액을 반응기 용기(reactor vessel)에 도입하는 것을 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 1종 이상의 가스를 제거하는 단계는 상기 반응기 용기로부터 상기 1종 이상의 가스를 제거하는 것을 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 1종 이상의 가스는 상기 반응기 용기에 결합된 탈기 장치(degasifier)를 통해 상기 반응기 용기로부터 제거되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 1종 이상의 가스를 제거하는 단계는 상기 반응기 용기를 빠져나가는 도관으로부터 상기 1종 이상의 가스를 제거하는 것을 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1종 이상의 가스 및 상기 제2 처리 수용액의 적어도 일부를 저장 장치로 유도하는 단계를 더 포함하며, 상기 저장 장치는 상기 1종 이상의 가스 중 적어도 일부를 제거하도록 구성되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 저장 장치 내의 상기 제2 처리 수용액 중 적어도 일부를 상기 과황산염의 도입으로부터 상류에 있는 지점으로 재순환시키는 단계를 더 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 오염된 지하수는 적어도 100 갤런/분의 유량으로 상기 반응기 용기에 도입되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 오염된 지하수는 적어도 25 ppb의 초기 TOC 농도를 갖는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과황산염을 도입하기 전에 상기 오염된 지하수를 미디어 필터(media filter)에 도입하는 단계를 더 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 제1항에 있어서, 복원 지역(remediation site)으로부터 상기 오염된 지하수를 추출하는 단계를 더 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하는 방법.
- 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템으로서,
유기 오염물의 초기 농도를 갖는 오염된 지하수의 공급원;
상기 오염된 지하수의 공급원에 유체적으로 연결되고 상기 오염된 지하수에 과황산염을 도입하도록 구성된 과황산염의 공급원;
상기 오염된 지하수 공급원에 유체적으로 연결되고 상기 오염된 지하수를 조사(irradiate)하도록 구성된 화학 방사선원(actinic radiation source); 및
상기 조사된 지하수로부터 1종 이상의 가스를 제거하도록 구성된 적어도 하나의 탈기 장치를 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템. - 제12항에 있어서, 상기 오염된 지하수의 공급원 및 상기 과황산염의 공급원에 유체적으로 연결되고 상기 화학 방사선원을 수용하도록 구성된 반응기를 더 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탈기 장치는 상기 반응기에 결합되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 반응기는 수평으로 배향되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탈기 장치는 상기 반응기를 빠져나가는 도관에 결합되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 반응기는 수직으로 배향되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 반응기로부터 하류에 위치하는 저장 장치를 더 포함하되, 적어도 하나의 탈기 장치는 상기 저장 장치에 결합되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
- 제12항에 있어서, 적어도 하나의 탈기 장치는 상기 과황산염의 공급원과 유체 연통하는 도관에 결합되는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 과황산염의 공급원으로부터 상류에 위치하는 미디어 필터를 더 포함하는, 지하수로부터 유기 오염물을 제거하기 위한 시스템.
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