KR20180011700A - 유체 처리 시스템 - Google Patents

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KR20180011700A
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브라이언 이. 버터스
안토니 엘. 파웰
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1934612 온타리오 인코포레이티드
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Abstract

본 개시물은 임의의 실시예들에 따른 유체 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 유체 처리 시스템 및 방법들은 오염물들을 감소시키고 선택적으로 경도를 감소시키도록 작동될 수 있다. 상기 유체 처리 시스템은 오염된 유체를 제공하도록 구성된 공급 스트림, 상기 공급 스트림으로부터 상기 오염된 유체를 받도록 구성된 농축 탱크, 상기 농축 탱크로부터 상기 오염된 유체를 받도록 구성된 여과 유닛 및 상기 여과 유닛으로부터 처리된 유체를 받도록 작동할 수 있는 침투 스트림을 포함할 수 있다. 농축 탱크는 오염된 유체의 경도를 감소시키도록 작동할 수 있다. 여과 유닛은 오염된 유체로부터 오염물들을 여과시키도록 작동할 수 있다.

Description

유체 처리 시스템{FLUID TREATMENT SYSTEM}
관련 출원의 교차 참조
본원은 본원에서 참고로 합체된 2013년 11월 1일자 출원된 미국 출원 제 14/070,263 호에 대한 우선권을 청구한다.
본 개시물의 분야
본 개시물은 임의의 실시예에서 유체 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 개시물은 임의의 실시예에서 경도 감소 및 오염물 제거에 적합한 유체 처리 시스템에 관한 것이다.
물과 같은 유체들은 예를 들어, 용해 유기 탄소, 금속 및 물 경도(water hardness)에 기여하는 금속들을 포함하는 여러 오염물들을 포함할 수 있다. 물 경도는 칼슘 또는 마그네슘과 같은 금속의 존재와 연관된다. 이러한 금속 및 그 대응 이온들은 비누의 작용과 간섭될 수 있고, 석회 자국(lime scale)의 축적을 유도하고, 갈바닉 부식을 통하여 저장 장치 또는 배관의 부착(fouling)을 유도할 수 있다.
오염물 제거 및 경도 감소는 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 그러나, 이온 교환, 역삼투(reverse osmosis) 및 석회 연화와 같은 방법들은 대형 설비, 높은 처리 장치, 높은 화학 설비 및/또는 높은 정화 설비를 필요로 할 수 있다.
따라서, 소형 설비, 소형 처리 장치, 낮은 화학 설비 및/또는 낮은 세정 또는 세정 설비를 허용할 수 있는 방법 및 개선된 유체 처리 시스템에 대한 필요성이 제기되었다.
본 개시물은 임의의 실시예들에 따른 유체 처리 시스템에 관한 것이다. 유체 처리 시스템 및 방법들은 오염물들을 제거하고 그리고/또는 경도를 감소시키도록 작동될 수 있다. 상기 유체 처리 시스템은 오염된 유체를 제공하도록 구성된 공급 스트림, 상기 공급 스트림으로부터 상기 오염된 유체를 받도록 구성된 농축 탱크(예를 들어, 높은 고형물 접촉 반응기), 상기 농축 탱크로부터 상기 오염된 유체를 받도록 구성된 여과 유닛 및 상기 여과 유닛으로부터 처리된 유체를 받도록 작동할 수 있는 유출 스트림을 포함할 수 있다. 시스템은 (예를 들어, 농축 탱크에서) 오염된 유체의 경도를 감소시키도록 작동할 수 있다. 여과 유닛은 오염된 유체로부터 오염물들을 여과시키도록 작동할 수 있다. 시스템은 임의의 실시예들에서 금속 산화, 환원, 화학물 석출, 화학물 응고 또는 그 조합물들을 허용 및/또는 촉진하기 위하여 응고제, 염기 및/또는 다른 화학물을 인가하도록 구성된 화학물 입구를 포함할 수 있다. 시스템은 농축 탱크 및 여과 유닛을 시너지효과로 강화된 성능을 갖는 단일의 연속 통합 유닛으로 포함할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛은 세라믹 멤브레인 시스템을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 오염된 유체의 경도를 감소시키는 단계는 오염된 유체로부터 금속들을 석출(precipitate)시키는 단계를 포함한다. 금속들은 칼슘 및 마그네슘을 포함한다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 농축 탱크의 상류에 있는 포기 유닛(aeration unit)을 추가로 포함한다. 포기 유닛은 오염된 유체로부터 CO2 함량을 제거하도록 작동할 수 있다. 포기 유닛은 용해된 산소 추가 장치를 포함한다. 포기 유닛 또는 용해된 산소 추가 장치는 압축 공기 입구로부터 압축 공기를 받도록 작동할 수 있다. 압축 공기 입구는 상기 용해된 산소 추가 장치의 침투측에 연결된다. 포기 유닛 또는 용해된 산소 추가 장치는 직경이 1 마이크로미터 미만의 기공들을 갖는 기재를 포함한다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 농축 탱크의 상류에 있는 화학물 입구를 추가로 포함한다. 화학물 입구는 오염된 유체에 적어도 하나의 응고제를 제공하도록 구성된다. 응고제는 상기 오염된 유체에 있는 상기 오염물들의 응고를 촉진시킨다. 예를 들어, 응고제는 알룸(alum)(황산 알루미늄), 염화철(ferric chloride) 또는 황산철(ferric sulfate), 폴리 염화알루미늄(poly aluminum chloride;PAC) 및 산화 알루미노염화물(aluminochloro hydrate;ACH) 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 펌프를 추가로 포함한다. 펌프는 반응기(예를 들어, 농축 탱크) 및 여과 유닛 사이에 배치된다. 펌프는 반응기에서 여과 유닛으로 흐르는 오염된 유체의 유동을 조절하도록 구성된다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 재순환 스트림을 추가로 포함한다. 재순환 스트림은 여과 유닛으로부터 재순환 유체를 받고 그리고 재순환 유체를 반응기로 제공하도록 구성된다. 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 재순환 스트림에 배치된 재순환 밸브를 추가로 포함하고, 상기 재순환 밸브는 여과 유닛에서 반응기로 흐르는 재순환 유체의 유동을 제어하도록 구성된다. 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 재순환 스트림에 배치된 방출 스트림을 추가로 포함하고, 방출 스트림은 재순환 스트림으로부터 재순환 유체의 적어도 일부를 방출하도록 구성된다. 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 방출 스트림에 배치된 방출 밸브를 추가로 포함하고, 상기 방출 밸브는 상기 방출 스트림의 유동을 제어하도록 구성된다.
임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 100 갤/탱크(gal/tank)를 포함한다. 농축 탱크는 일반적으로 소정직경(예를 들어, 6피트(ft) 직경)을 갖는 원형이다. 농축 탱크는 약 1분의 유지 속도(retention rate)를 갖도록 구성 및/또는 작동될 수 있다.
본 개시물은 임의의 실시예들에 따라서, 유체 처리 방법, 경도 감소 방법 및 오염물 제거 방법 및 유체 처리 시스템의 작동 방법에 관한 것이다. 임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 공급 스트림으로부터 오염된 유체를 제공하는 단계; 농축 탱크에서 오염된 유체를 받는 단계; 여과 유닛에서 농축 탱크로부터 오염된 유체를 받는 단계; 및 유출 스트림에서 여과 유닛으로부터 처리된 유체를 받는 단계를 포함한다. 농축 탱크는 오염된 유체의 경도를 감소시키도록 구성된다. 여과 유닛은 오염된 유체로부터 오염물들을 여과시키도록 구성된다.
임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛은 세라믹 멤브레인 시스템을 포함한다. 임의의 실시예들에 있어서, 오염된 유체의 경도를 감소시키는 단계는 오염된 유체로부터 금속들을 석출시키는 단계를 포함한다. 금속들은 칼슘 및 마그네슘을 포함한다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 농축 탱크의 상류에 배치된 포기 유닛을 포함한다. 포기 유닛은 포기 유닛을 사용하여 오염된 유체로부터 CO2 함량을 제거하도록 작동할 수 있다. 포기 유닛은 용해된 산소 추가 장치를 포함한다. 임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 용해된 산소 추가 장치에서 압축 공기 입구로부터 압축 공기를 받는 단계를 포함한다. 방법들은 압축 공기 입구를 상기 용해된 유기 화합물 추가 장치의 침투측에 연결하는 단계를 포함한다.
임의의 실시예들에 있어서, 용해된 산소 추가 장치는 직경이 1 마이크로미터 미만의 기공들을 갖는 기재를 포함한다. 임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 압축 가스 또는 압축 공기를 상기 기재를 통과시키는 단계; 상기 기재의 습식 측부 상에 초미세(sub-micron) 크기의 거품들을 형성하는 단계; 그리고 거품이 팽창하기 전에 거품을 제거하기에 충분한 약 4 1/min의 유량에서 상기 초미세 크기의 거품들을 스크러빙하는 단계를 포함한다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 농축 탱크의 상류에 화학물 입구를 제공하는 단계; 그리고 상기 화학물 입구를 통해서 적어도 하나의 응고제 및/또는 염기를 오염된 유체에 제공하는 단계를 포함하고, 응고제는 오염된 유체에서 상기 오염물들의 응고를 촉진시킨다. 적어도 하나의 응고제는 알룸(alum)(황산 알루미늄), 염화철(ferric chloride) 또는 황산철(ferric sulfate), 폴리 염화알루미늄(poly aluminum chloride;PAC) 및 산화 알루미노염화물(aluminochloro hydrate;ACH) 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택된다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 농축 탱크 및 여과 유닛 사이에 펌프를 제공하는 단계, 그리고 상기 농축 탱크로부터 상기 여과 유닛으로 흐르는 오염된 유체의 유동을 펌프를 사용하여 조절하는 단계를 포함한다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 재순환 스트림을 제공하는 단계, 상기 재순환 스트림에서 상기 여과 유닛으로부터 재순환 유체를 받는 단계, 그리고 상기 재순환 스트림에 있는 상기 재순환 유체를 상기 농축 탱크에 제공하는 단계를 포함한다. 방법들은 재순환 스트림에 재순환 밸브를 제공하는 단계, 그리고 여과 유닛에서 농축 탱크로 흐르는 재순환 유체의 유동을 재순환 밸브를 사용하여 조절하는 단계를 포함한다. 방법들은 재순환 스트림에 방출 스트림을 제공하는 단계, 그리고 재순환 스트림에서 방출 스트림을 통해서 재순환 유체의 적어도 일부를 방출하는 단계를 포함한다. 방법들은 방출 스트림에 방출 밸브를 제공하는 단계, 그리고 방출 스트림의 유동을 방출 밸브를 사용하여 조절하는 단계를 포함한다.
본 개시물의 임의의 실시예들은 부분적으로 본 개시물과 첨부된 도면을 참조할 때 이해될 수 있다.
도 1은 본 개시물의 특정 예시적 실시예에 따른 유체 처리 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시물의 특정 예시적 실시예에 따른 유체 처리 시스템을 도시한다.
도 3은 본 개시물의 특정 예시적 실시예에 따른 유체 처리 시스템을 도시한다.
이온 교환 연수 시스템(Ion exchange water softening system)은 단순히 칼슘 또는 마그네슘(이가 양이온)을 나트륨(Na-일가 양이온)으로 대체할 수 있다. 기존의 이온 교환(IX) 기술의 결점은 IX 수지가 염수 용액을 발생시키는 수산화나트륨(NaOH) 또는 소금(NaCl)의 빈번한 역류를 요구할 수 있으며, IX는 경도 수준에 비례하게 처리수에서 나트륨 농도를 증가시킨다는 것이다. 나트륨은 고혈압 및 심장 질환과 관계있기 때문에 사람 또는 동물을 목적으로 하는 용수에서는 나트륨 수준의 증가를 회피하는 것이 바람직하다.
역삼투(RO)는 칼슘 및 마그네슘을 여과할 때 효과적일 수 있지만, 핵심 결점은 경도로 인한 부착일 수 있다 - 칼슘은 쉽게 RO 멤브레인에 끼워진다. 따라서, RO 멤브레인은 일반적으로 화학물 조절 및 큰 세정 조건을 요구한다. 다른 핵심 결점은 추가 처리 또는 폐기를 요구하는 발생된 고농도 염수(유동의 20%-25%)이다.
석회 연화법(Lime softening)은 하기 반응식을 통해서 Ca를 CaC03로 그리고 마그네슘을 MgC03로 석출하기 위하여 석회석(Ca(OH)2)을 추가하고 가끔 소다 애쉬(soda ash)를 사용한다.
1) C02 + Ca(OH)2→ CaC03 + H20
2) Ca(HC03)2 + Ca(OH)2→ 2CaC03 + 2H20
3) Mg(HC03)2 + Ca(OH)2→ CaC03 + MgC03 + 2H20
Ca 및 Mg의 수준에 따라서, 석회 연화법 이후의 pH는 10.3 (낮은 Mg 적용) 내지 11.0 (큰 Mg 적용)이다. 이는 경도 슬러지(hardness sludge)가 [예를 들어, 정화기(clarifier) 또는 여과 방법을 통해서] 제거된 후, 추가적인 화학물 첨가가 pH 중화를 위하여 요구된다는 것을 의미한다. 비록 C02는 경도에 부가되지 않지만, 이는 석회와 신속하게 반응하여 필요한 용량을 증가시킨다. 이들 반응에 이어서 경화 및 여과가 따른다.
통상적으로 음료수에서 처리된 다른 유형의 물 오염물은 철 및 마그네슘과 용해된 유기 탄소(DOC)와 같은 금속들을 포함한다. DOC는 염소처리(2차 소독) 후에 TTHMs 및 HAAs로 유도된다. 금속 제거는 금속들이 정화기 및/또는 필터를 통해서 제거될 수 있도록 금속들을 고형화하기 위하여 화학물 석출 및/또는 산화를 위한 반응 탱크 또는 용기를 필요로 한다. 유사하게, 응고 프로세스에서, 큰 탱크 또는 둑 디자인은 오염물들이 대규모 고형물들로 응고될 수 있게 요구되어서, 이들이 정화기에서 떨어지거나 또는 필터에서 제거될 수 있다. 양자 프로세스에서, 2 단위 동작에 필요한 2단계 프로세스이다.
본 개시물은 임의의 실시예들에서 유체 처리 시스템과 함께 사용하기 위한 물품, 시스템 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시물은 임의의 실시예에서 오염된 유체로부터 오염물을 제거하도록 작동할 수 있는 유체 처리 시스템에 관한 것이다. 본 개시물은 임의의 실시예에 따라서 용수를 정화하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 반응기[예를 들어, 큰 고형물 접촉 반응기]에서 오염 고형물을 형성하는 단계 및 함께 오염물 제거의 시너지 강화를 제공하는 필터 장치에서 물로부터 오염 고형물을 분리시키는 단계를 포함한다. 오염 고형물을 형성하는 단계는 응고, 석출, 산화, 감소 또는 그 조합물들을 포함할 수 있다.
본 개시물의 임의의 실시예들은 경도 감소 및/또는 오염물 제거를 위한 유체 처리 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 시스템은 석출 경도 및 여과 석출을 모두 실행하도록 구성된 미세여과 장치 또는 초미세여과 장치를 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 오염된 유체를 제공하도록 작동할 수 있는 공급 시스템을 포함할 수 있다. 오염된 유체는 용해된 유기 탄소 및 칼슘, 마그네슘, 다른 광물 또는 다가 양이온 또는 임의의 그 조합물을 형성할 수 있는 화합물을 포함할 수 있는 물 또는 다른 유체들을 포함할 수 있다.
임의의 실시예들에 따라서, 필터의 상류에 있는 개별 반응 용기는 제거 및/또는 배제될 수 있다. 임의의 특정 실시예를 특정 작동 기구에 국한시키지 않고, 석출 반응기는 경도 석출 반응이 필터의 상류에 있는 개별 반응 용기가 아닌, 세라믹 멤브레인 시스템(예를 들어, CUF)에서 발생되기 때문에 배제될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, CO2는 여과 장치에 도달하기 전에 공급수로부터 제거되고 경도 석출은 여과 장치 내에서 이루어지기 때문에, 여과 시스템에서 석출된 칼슘 및/또는 탄산마그네슘이 축적되면, 경도 석출 반응을 촉진하기 위하여 여과 장치 내의 pH를 소정수준에서 조절한다. 임의의 실시예들에 따라서, 이러한 구성은 (a) 여과 시스템의 상류에 부가된 석회 및/또는 용해가능한 수산화물 이온들의 실질적인 전부가 경도와 직접 반응할 수 있게 허용하고[예를 들어, 이들은 pH를 증가시키는데 필요하거나 또는 사용되지 않으며, 이는 화학물 용량의 감소를 의미한다] 그리고/또는 (b) [예를 들어, 프로세스에 추가되는 화학물이 감소되기 때문에] 기존의 석회 연화법에 대해서 감소될 연수의 최종 pH는 접근한다. 차후 중화는 필요하지 않을 수 있다.
공급 스트림
임의의 실시예들에 있어서, 공급 스트림은 파이프 또는 튜브를 포함할 수 있다. 파이프 또는 튜브는 특정 재료를 포함하고 특정 길이 또는 직경을 가질 수 있다. 공급 스트림은 내부에 오염된 유체의 특정 유량 또는 유량을 가질 수 있다. 이러한 파이프의 특정 재료, 길이 및 직경과 같은 치수 및 상세사항과 유량들은 본원의 설명 내에서 변화될 수 있다.
포기 유닛
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템들은 포기 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 포기 유닛은 농축 탱크의 상류에 배치될 수 있다. 포기 유닛은 공급 스트림과 유체 교통할 수 있다. 유체 연결은 커플링을 통해서 이루어지거나 또는 포기 유닛을 공급 스트림에 적절하게 연결할 수 있다. 포기 유닛은 공급 스트림을 따라서 배치되고 내부에 오염된 유체를 받도록 구성되며 내부의 오염된 유체를 농축 탱크에 제공하도록 구성될 수 있다. 본원의 설명 내에서 여러 포기 유닛들이 사용될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛은 용해된 산소(DO) 추가 장치를 포함할 수 있다.
포기 장치는 유리하게는 오염된 유체 내의 오염물들이 산화될 수 있게 한다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 장치는 유리하게는 오염된 유체 내의 금속들이 산화될 수 있게 한다. 포기 유닛은 압축 공기를 오염된 유체에 제공하도록 구성된 압축된 공기 입구를 포함할 수 있다. 압축된 공기 입구는 압축된 공기가 안정되게 계량된 유량으로 오염된 유체와 접촉할 수 있게 한다. 압축된 공기를 추가하면, CO2가 오염된 유체로부터 제거되게 할 수 있다. 임의의 유체 처리 시스템에 있어서, CO2는 경도가 석출제 또는 응고제와 반응하기 전에 수산화계열 석출제 또는 응고제와 반응할 수 있다. 석출제 또는 응고제와 반응하는 CO2는 그에 따라서 경도가 석출제 또는 응고제와 반응하는 것을 방지할 수 있다. 석출제 또는 응고제와 반응하는 CO2는 수산화계 석출제의 용량을 증가시키고 또한 바람직하지 않게 오염된 유체의 pH를 증가시킬 수 있다. 따라서, 석출제 또는 응고제를 유체 처리 시스템 안으로 도입하기 전에 CO2 함량을 제거하면, 유리하게는 경도 및 석출제 또는 응고제의 더욱 높은 반응율을 허용할 수 있다. CO2 함량을 제거하면, 또한 유리하게는 유체 처리 시스템에서 오염된 유체의 pH를 제어할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛은 용해된 산소(DO) 추가 장치를 포함할 수 있다. 용해된 산소(DO) 추가 장치는 불용성 금속 산화물을 생성하기 위하여 금속(예를 들어, 철)을 산화시킬 수 있다. 용해된 산소(DO) 추가 장치에 의해서, 시스템은 하나의 단위 작동에서 금속을 산화시키고 경도를 제거할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛은 유리하게는 수산화물 석출제를 부가하기 전에 용해된 CO2를 제거함으로써 원하는 수준의 경도 감소를 달성하기 위하여 화학물 요구량을 감소시킬 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛은 원하는 수준의 경도 감소 또는 오염물 제거를 위해 필요하지 않다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛은 유리하게는 유체 처리 시스템의 작동 비용을 감소시킬 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 금속은 금속을 불용성 금속 산화물로 산화시킴으로써 오염된 유체로부터 제거될 수 있다. 압축된 가스 입구는 압축된 가스 소스와 교통하게 결합, 연결될 수 있다. 압축된 가스 소스 및 압축된 가스 입구는 압축된 가스를 제공하도록 작동할 수 있고 예를 들어 압축된 공기 또는 산소를 제공할 수 있다. 압축된 가스 입구의 가스 유동은 밸브 또는 질량 유동 제어기 또는 다른 제어 장치에 의해서 제어될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 횡류 여과 장치가 사용될 수 있고, 압축된 가스 소스는 용해된 산소(DO) 추가 장치의 침투 측부(건식측)에 연결될 수 있다. 압축된 가스는 오염된 유체의 압력보다 큰 압력을 가질 수 있다. 따라서, 압축된 가스가 용해된 산소(DO) 추가 장치 안으로 도입될 때, 압축된 가스는 용해된 산소(DO) 추가 장치를 통해서 가압되거나 또는 구체적으로는 장치의 기재를 통해서 가압될 수 있다. 압축된 가스가 용해된 산소(DO) 추가 장치의 기재를 가압할 때, 액체 매체에서 거품이 생성될 수 있다.
금속 제거 및 경도 제거를 모두 원하거나 또는 요구된다면, 포기 장치는 임의의 실시예들에 있어서 모두 용이하게 할 수 있다. 수산화계 석출제를 부가하기 전에 CO2를 제거함으로써 금속을 불용성 산화물로 산화시키고 경도 제거를 위한 화학물 요구량을 감소시킬 수 있다.
임의의 유체 처리 시스템에 있어서, 압축된 가스가 기재를 통과할 때 큰 거품이 형성될 수 있다. 큰 거품은 기재로부터 분리되기에 충분한 부력을 가질 수 있다. 따라서, 큰 거품은 오염된 액체 매체 또는 오염된 유체의 상단면으로 부유할 수 있다. 상단면으로 거품이 부유하면, 오염된 유체에 제공된 오염물을 제거하는 것을 용이하게 할 수 있다.
본 개시물의 실시예들에 따라서, 용해된 산소(DO) 추가 장치의 기재에 있는 작은 구멍 또는 기공을 통해서 또는 가로질러 압축 가스를 통과시키면, 유체가 통과하는 기재의 측부에 거품이 발생할 수 있다. 발생된 거품은 미세 거품이거나 또는 크기가 초미세일 수 있다. 초미세 크기의 거품은 큰 거품보다 상당히 작은 부력을 가질 수 있다. 따라서, 발생된 거품은 그 부력이 거품이 기재의 표면 장력을 극복할 수 있게 허용하지 않도록 충분히 작을 수 있다. 따라서, 발생된 거품은 기재로부터 분리되지 않고 오염된 유체의 상단까지 상승하지 않는다. 대신에, 발생된 거품은 기재의 표면에 실질적으로 부착되거나 또는 인접하게 잔류할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 용해된 산소(DO) 추가 장치에 있는 기재의 습식 측부를 따라 통과하는 오염된 유체를 단지 스크러빙하면, 거품들이 오염된 유체 안으로 방출될 수 있게 한다.
본 개시물의 실시예들에 따라서, 초미세 크기의 거품들을 발생시키면, 실질적으로 용해된 산소(DO) 추가 장치 내에서 산소의 접촉 면적을 상당히 증가시킬 수 있다. 작은 거품들은 동일한 양 또는 용적의 가스를 사용함으로써 큰 거품과 비교할 때 큰 표면적 대 용적 비율을 제공할 수 있다. 따라서, 개시된 원리들을 사용하면, 용해된 산소(DO) 추가 장치 안으로 도입된 공기 또는 산소 가스의 표면적 대 용적 비율을 극대화할 수 있다. 동일 용적의 가스를 사용하는 언급된 다른 방식은 큰 거품들보다 많은 수의 작은 거품들이 발생할 수 있다. 따라서, 작은 거품들을 발생시키면, 오염된 유체에서 산소의 표면적을 증가시킬 수 있다. 한편, 산소와 오염된 유체 사이의 접촉은 도입된 가스의 용적을 상당히 증가시키지 않고 상당히 증가될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 가압 가스의 30 1/min에 대한 오염된 유체의 약 76 1/min의 비율은 달성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 순수 가압 산소가 사용될 수 있다. 순수 가압 산소가 사용되는 실시예들에 있어서, 일반적으로 가압 산소의 6 1/min에 대한 오염된 매체의 약 76 1/min의 비율이 달성될 수 있다. 본 개시물에 따라서, 본원 설명 내에서 용해된 산소(DO) 추가 장치를 대신하여, 임의의 유형의 필터 유닛이 사용될 수 있다. 적당한 필터들은 본원에 규정된 바와 같이 거품을 생성하고 통과 액체 매체에서 금속 입자들을 산화시키도록 작동할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 가스의 유체 동력에 따라 압축 가스의 압력 증가는 기재의 기공들을 통해서 실행되고 통과 유체에 의해서 스크러빙되며 용해된 산소(DO) 추가 장치 내에서 큰 난류 혼합 작용을 생성할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 난류 범위에서 큰 레이놀즈 수가 효과적일 수 있다. 큰 레이놀즈 수는 4mm 채널을 통해서 약 4 1/min의 오염된 유체 유량을 사용하여 달성될 수 있다. 오염된 유체는 직경이 1 마이크로미터 미만일 수 있는 개구들을 갖는 세라믹 멤브레인을 사용하여 횡류 여과 유닛의 침투측으로 방출될 수 있다.
큰 난류 혼합 및 극대화 표면 대 도입된 가스의 용적 비율의 순수 효과는 오염된 유체가 필요한 가스의 상당히 작은 용적을 갖는 용해된 산소로 포화될 수 있다는 것이다. 더우기, 거품의 부력은 기재로부터 거품이 기재로부터 분리되는 것을 방지하고 그에 의해서 유체 스트림으로 진입하는 것을 방지 또는 유체 스트림의 상단으로 상승하는 것을 방지하기 때문에, 거품은 단지 기재의 습식 측부를 스크러빙하는 통과 액체 매체에 의해서 단지 제거될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 거품에 의해서 제공된 산소는 오염된 유체 또는 액체 매체를 통해서 더욱 균일하게 확산될 수 있다. 따라서, 유체 처리 프로세스 및 산화 프로세스의 효율은 증가할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 용해된 산소(DO) 추가 장치를 나오는 오염된 유체는 불용성 금속 입자들을 포함할 수 있다. 불용성 금속 입자들은 비교적 큰 입자들로서 응집되는 경향이 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 불용성 금속 입자들과 같은 큰 입자들은 안착 탱크의 하단에 안착될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 불용성 금속 입자들과 같은 큰 입자들은 임의의 유형의 여과 시스템을 사용하여 제거될 수 있다. 이러한 불용성 금속 입자들의 여과 방법은 유리하게는 침투하는 화학물들에 대한 필요성을 감소 또는 제거할 수 있다. 다른 장점들은 화합물을 하수도로 방출할 필요성을 감소 또는 제거하여, 오프-사이드(off-side) 폐기 설비에서 화학물을 폐기하는 것을 포함할 수 있다. 더우기, 이러한 조치와 관련된 비용은 마찬가지로 감소 또는 제거될 수 있다.
응고제
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 화학물 입구를 추가로 포함할 수 있다. 화학물 입구는 포기 유닛의 하류 및/또는 큰 고형물 접촉 반응기의 상류에 배치될 수 있다. 화학물 입구는 농축 탱크의 상류에 배치되고 그리고/또는 오염된 유체 안으로 도입되는 선택된 응고제 또는 석출제를 계량하도록 작동할 수 있다. 응고제는 임의의 실시예들에서 하나 이상의 금속 염류들을 포함할 수 있다. 응고제는 오염물들이 함께 고체로 응고하게 하는 분자(예를 들어, 용해된 고체)에서 전하를 불안전하게 할 수 있다. 일단, 분자들이 응고하면, 여과될 수 있다. 응고제에 의해서 제거될 수 있는 오염물들은 예를 들어 용해된 유기 탄소(DOC), 예를 들어, 리간드(ligands)와 같은 오염물을 유발하는 색채 및 탁도를 포함할 수 있다.
응고는 일반적으로 큰 전용 반응 용기에서 발생한다. 그러나, 본 개시물의 임의의 실시예들은 농축 탱크에서 큰 고형물 혼합을 통해서 응고가 이루어지고, 개별 응고 탱크의 필요성을 제거한다는 점에서 상이하다.
응고제는 오염된 유체의 조성 또는 다른 특징에 기초하여 선택될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 하나 초과의 응고제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 적당한 응고제는 알룸(황산 알루미늄), 염화철(ferric chloride) 또는 황산철(ferric sulfate), 폴리 염화알루미늄(poly aluminum chloride;PAC) 및 산화 알루미노염화물(aluminochloro hydrate;ACH) 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 다른 응고제는 오염된 유체에서 특정 오염물을 목표로 필요할 때 선택될 수 있다. 유사하게, 동일한 또는 상이한 비율의 응고제들의 조합은 원하는 응고 효과를 달성하도록 선택될 수 있다. 화학물 입구에 의해서 제공된 응고제들은 용해된 유기 화합물 제거를 도모하고 및/또는 용이하게 하도록 작동할 수 있다.
수산화물 석출제들
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 방법들은 Ca(OH)2 또는 석회의 추가를 포함할 수 있다. 석회 추가는 Ca(OH)2의 직접적 추가에 의해서 달성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, Ca(OH)2는 용해성 수산화 화합물의 추가에 의해서 간접적으로 도입될 수 있다. 용해성 수산화 화합물은 수산화나트륨 NaOH 및/또는 수산화 칼륨 KOH를 포함할 수 있다. 석회의 간접 추가는 다음 화학식 하에서 발생할 수 있다:
20H- + Ca(HC03)2 → 2HC03 - + Ca(OH)2
Ca(OH)2가 직접 또는 간접적으로 추가되어도, 추가는 오염된 유체에서 경도의 석출을 도모할 수 있다. Ca(OH)2에 의해서 도모된 경도 석출은 본 개시물에 따른 농축 탱크에서 발생할 수 있다. 경도 석출은 탄산염 염류로 석출되는 칼슘 및 마그네슘을 포함할 수 있다. 석출된 탄산염 염류는 본 개시물에 따른 유체 처리 시스템의 농축 루프에서 축적될 수 있다.
농축 탱크
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 농축 탱크를 추가로 포함할 수 있다. 농축 탱크는 공급 스트림과 유체 교통할 수 있다. 따라서, 오염된 유체를 포함하는 공급 스트림은 오염된 유체를 농축 탱크에 제공하도록 작동할 수 있고, 농축 탱크는 공급 스트림으로부터 오염된 유체를 받도록 작동할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛 및/또는 화학물 입구는 농축 탱크의 상류에 배치될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 포기 유닛 및/또는 화학물 입구와 유체 교통할 수 있다. 따라서, 농축 탱크는 포기 유닛 및/또는 화학물 입구의 하류에 있는 오염된 유체를 받을 수 있다.
농축 탱크는 임의의 실시예들에서, 임의의 원하는 크기, 형상 및 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 농축 탱크는 일반적으로 원통형이고 일반적으로 수직으로 배치될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 반응기 탱크를 포함할 수 있다. 농축 탱크의 치수 및 크기들은 여러 기능 필요성을 달성하도록 변화될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 큰 농축 탱크일 수록 큰 용적의 오염된 유체를 받도록 작동할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 작은 농축 탱크일 수록 더욱 비용 효율적일 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 약 800 갤런의 용적을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 약 6 피트의 직경을 포함할 수 있다. 상이한 반응기 디자인 또는 유형들은 공급 스트림에서 오염물들의 특징 또는 농도와 같은 팩터에 따라서 선택될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 횡류 여과를 사용하거나 또는 횡류 기계로 작용할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 적용에 따라서 약 30초 내지 약 5 분의 유지 시간을 가질 수 있다. 임의의 실시예들에 따라서, 석출된 및/또는 응고된 및/또는 산화된 오염물들의 비교적 큰 고 농도와 결합된 횡류 여과로부터의 큰 유량은 여과 장치 내에서 큰 고형물 접촉 반응기를 생성한다. 이는 농축 탱크에서 반응들을 도모하고 그리고/또는 가속시킬 수 있다. (추가 반응을 도모하기 위하여) 탱크에서 고형물이 축적되는 프로세스가 실행(예를 들어, 잘 실행)될 수 있다. (예를 들어, 간헐적 또는 연속적) 송풍은 시스템에서 축적되는 임의의 고형물들을 방출하도록 실행될 수 있다. 실행될 때, 적어도 임의의 고형물들은 시스템(예를 들어, 탱크)에서 잔류하도록 허용된다. 송풍 후에 보유될 고형물들의 양은 원하는 속도에서 추가 석출 반응을 하기에 충분하게 (예를 들어, 수치적으로) 선택될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 오염된 유체의 경도를 감소시키도록 작동할 수 있다. 물 또는 유체의 경도는 물 또는 유체가 큰 칼슘 및/또는 마그네슘 함량을 가질 때 발생할 수 있다. 농축 탱크는 광물 함량으로부터 발생할 수 있는 다가 양이온을 제거함으로써 경도를 감소시킬 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 농축 탱크는 유체 또는 물에서 다가 양이온을 석출하거나 또는 경도를 석출함으로써 경도를 감소시킬 수 있다. 경도 석출은 탄산염 염류로 석출되는 칼슘 및 마그네슘을 포함할 수 있다. 석출된 탄산염 염류는 본 개시물에 따른 유체 처리 시스템의 농축 루프에 축적될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 적당한 화학물을 제공하거나 그리고/또는 혼합하는 것은 칼슘 및 마그네슘을 석출할 때 변화될 수 있는 핵심요소이다.
펌프
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 펌프를 추가로 포함할 수 있다. 펌프는 농축 탱크 및 여과 유닛 사이에 배치될 수 있다. 펌프는 농축 탱크의 유출 스트림과 유체 교통할 수 있다. 펌프는 여과 유닛을 통해서 원하는 횡류를 생성하기 위하여 농축 탱크에서 여과 유닛으로 흐르는 농축된 유체의 유량을 조절하고, 농축 탱크에서 충분한 혼합을 제공하도록 구성될 수 있다.
여러 유형의 펌프는 본원의 설명에서 이탈하지 않고 사용될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 펌프는 원심 펌프, 수평 펌프 또는 스크류 펌프일 수 있다.
여과 유닛
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 여과 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 여과 유닛은 농축 탱크와 유체 교통할 수 있다. 따라서, 여과 유닛은 농축 탱크로부터 농축된 유체를 받도록 작동할 수 있고, 농축 탱크는 농축된 유체를 여과 유닛으로 제공하도록 작동할 수 있다. 파이프 또는 튜브는 농축 탱크 및 여과 유닛 사이에서 유체 교통을 이루는데 사용될 수 있다. 유체 교통을 이루기 위한 파이프 또는 튜브는 특정 재료를 포함하고 특정 길이 또는 직경을 가질 수 있다. 치수 및 재료는 본원 설명 내에서 변화될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 파이프의 크기는 세라믹 멤브레인으로 향하는 원하는 횡류 유량에 의존할 수 있다. 횡류 유량은 (예를 들어, 여과되는 재료에 따라서) 침투 유량의 1 내지 10 배 사이의 범위일 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛은 오염된 유체로부터 오염물들을 여과하도록 작동할 수 있다. 오염된 유체로부터이 오염물들은 총용존 고형물(total suspended solids;TSS), 병원균(pathogens), 산화 오염물, 응고 오염물 및 석출 오염물을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 물 또는 유체의 오염물들은 경도에 기여할 수 있는 다가 양이온의 석출물을 포함할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛은 세라믹 멤브레인 여과 유닛을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 세라믹 여과 유닛은 초미세여과 멤브레인, 나노여과 멤브레인 또는 미세여과 멤브레인을 포함할 수 있다. 다른 멤브레인 또는 세라믹 멤브레인 여과 유닛의 유형들은 오염된 유체에서 오염물들에 따라서 선택될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 세라믹 멤브레인 여과 유닛은 1nm 내지 900nm의 기공 크기를 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 세라믹 멤브레인 여과 유닛은 α-Al2O3, γ-Α1203, TiO2, ZrO2, 또는 SiO2와 같은 재료들을 포함할 수 있다. 다른 재료들은 본원의 설명 내에서 사용될 수 있다.
여과 유닛은 임의의 실시예들에서 횡류 필터로서 작동하도록 구성될 수 있다. 횡류 작동은 멤브레인 벽에서 전단력을 제공할 수 있고, 이는 멤브레인을 스크러빙하고 그리고/또는 부착을 감소시키는 것을 보조할 수 있다. 여과 유닛은 예를 들어 몸체를 통해서 연장되는 적어도 하나의 채널을 갖는 몸체를 포함할 수 있다. 채널은 여과 유닛으로 유체를 인가하도록 구성된 입구, 상기 입구와 유체 교통하고 관류 유체(예를 들어, 농축된 매체)가 여과 유닛을 나올 수 있게 하도록 구성된 출구 및 멤브레인을 포함할 수 있다. 채널의 적어도 일부는 입구 및 출구와 유체 교통하는 오염된 매체 표면과 반대 침투 표면을 구비한 멤브레인에 의해서 형성될 수 있다. 여과 유닛은 침투 표면과 유체 교통하고 처리된 유체 매체(침투 매체)가 여과 유닛을 나올 수 있게 하도록 구성된 제 2 출구를 추가로 포함할 수 있다. 여과는 입구 및 출구와 유체 교통하는 제 1 부분 및 침투 출구와 유체 교통하는 제 2 부분을 포함할 수 있다. 제 1 부분 및 제 2 부분 사이의 유체 교통은 2개 사이에 개재된 멤브레인에 의해서 중재될 수 있다. 제 1 부분은 멤브레인 바이패스를 감소시키거나 또는 방지하기 위하여 제 2 부분으로부터 밀봉될 수 있다. 여과 유닛은 임의의 원하는 크기, 형상 또는 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 여과 유닛은 일반적으로 원통형이고 일반적으로 수평으로 배치될 수 있다. 입구들은 일 단부에 배치되고 농축 출구는 반대 단부에 배치될 수 있다. 침투 출구는 예를 들어 중간부에 또는 중간부 인근에 있는 유닛의 측면으로부터 연장되는 곳을 포함하는 임의의 장소에 위치할 수 있다.
침투 스트림
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 여과 유닛으로부터 처리된 유체를 받도록 작동할 수 있는 침투 스트림을 추가로 포함할 수 있다. 처리된 유체는 경도가 감소되고 오염물들이 제거된 유체일 수 있다. 처리된 유체는 여과 유닛으로부터의 침투 유체이거나 또는 침투 유체를 포함할 수 있다. 침투 스트림은 여과 유닛과 유체 교통하는 파이프 또는 튜브를 포함할 수 있다. 파이프 또는 튜브는 특정 재료를 포함하고 원하는 특정 길이 또는 직경을 가질 수 있다. 공급 스트림은 오염된 유체의 유량 또는 특정 유량을 가질 수 있다. 파이프의 특정 재료, 길이 및 직경과 같은 치수 및 상세사항 및 유량은 본원의 설명 내에서 변화될 수 있다.
재순환 루프
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 재순환 루프 또는 재순환 스트림을 추가로 포함할 수 있다. 재순환 스트림은 여과 유닛으로부터 유체를 받고 유체를 농축 탱크로 제공하도록 구성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 재순환 스트림에 의해서 농축 탱크로 제공된 유체는 여과 유닛으로부터 유체의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 따라서, 재순환 루프 및/또는 공급 스트림 입구는 일반적으로 농축 탱크 출구(예를 들어, 여과 유닛과 유체 교통하는 출구)의 반대편에 있고 및/또는 농축 탱크의 일반적 상부 부분과 유체 교통할 수 있다.
재순환 밸브
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 재순환 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 재순환 밸브는 재순환 스트림에 배치되고 및/또는 여과 유닛에 횡류 및/또는 압력(예를 들어, 소정 또는 원하는 압력)을 제공하도록 구성될 수 있다. 다양한 유형의 밸브들은 본원의 설명 내에서 사용될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 재순환 밸브는 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 플러그 밸브, 니들 밸브, 핀치 밸브, 게이트 밸브, 환형 밸브, 다이애프램 밸브 또는 다른 적당한 밸브일 수 있다.
방출 스트림
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 방출 스트림을 추가로 포함할 수 있다. 방출 스트림은 재순환 스트림에 배치되고 및/또는 시스템으로부터 적어도 일부 고형물의 제거를 허용하도록 구성될 수 있다. 방출 시스템은 재순환 스트림에서 유체의 적어도 일부를 받도록 구성될 수 있다. 받은 유체는 공급 스트림에 의해서 제공된 오염된 유체로부터 오염물 및/또는 석출된 경도의 상당한 농축량을 포함할 수 있다.
방출 스트림은 재순환 스트림과 유체 교통하는 파이프 또는 튜브를 포함할 수 있다. 파이프 또는 튜브는 특정 재료를 포함할 수 있고 특정 길이 또는 직경을 가질 수 있다. 공급 스트림은 내부의 오염된 유체의 유량 또는 특정 유량을 가질 수 있다. 파이프의 특정 재료, 길이 및 직경과 같은 치수 및 상세사항과, 유량은 본원 설명 내에서 변화될 수 있다.
방출 밸브
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 방출 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 방출 밸브는 방출 스트림에 배치될 수 있다. 방출 밸브는 방출 스트림을 통해서 재순환 스트림으로부터의 유체 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 방출 밸브는 관통 오염 유체의 유동을 정지 및/또는 출발시킬 수 있다. 다양한 유형의 밸브들이 본 발명의 설명 내에서 사용될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 방출 밸브는 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 플러그 밸브, 니들 밸브, 핀치 밸브, 게이트 밸브, 환형 밸브, 다이애프램 밸브 또는 다른 적당한 밸브일 수 있다.
추가 구성요소들
임의의 실시예들에 있어서, 펌프 또는 밸브와 같은 추가 품목이 본 발명의 설명 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 임의의 실시예들에 있어서, 원심 펌프, 수평 펌프, 스크류 펌프 및 다른 펌프들과 같은 추가 펌프들은 내부의 여러 유체 스트림의 유동을 조절하기 위하여 유체 처리 시스템의 일부로서 부가될 수 있다. 다른 예로서, 임의의 실시예들에 있어서, 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 플러그 밸브, 니들 밸브, 핀치 밸브, 게이트 밸브, 환형 밸브, 다이애프램 밸브 또는 다른 적당한 밸브와 같은 추가 밸브들은 내부의 다양한 유체 스트림의 유동을 제어 또는 조절하기 위하여 유체 처리 시스템의 일부로서 부가될 수 있다.
pH 제어
임의의 실시예들에 있어서, 본 개시물의 유체 처리 시스템은 유리하게는 경도 감소 및 오염물 제거의 처리 중에 오염된 유체의 pH 변화를 제어할 수 있다. 임의의 유체 처리 시스템에서, 탄산 칼슘 및 탄산 마그네슘으로의 칼슘 및 마그네슘의 석출은 결과적 유체 스트림의 pH 수준을 증가시킬 수 있다. 임의의 시스템에서, pH 수준은 높거나 또는 10 초과로 상승할 수 있다. 임의의 목적을 위하여, pH 수준을 증가시키는 것은 바람직하지 않다.
임의의 유체 처리 시스템에 있어서, pH 중화제는 유체의 pH 수준의 증가를 감소 또는 제어하기 위해 필요할 수 있다. 본 개시물의 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛, 화학물 입구 및 농축 탱크는 pH 수준을 제어하여서, 유체 처리 프로세스 또는 시스템에서 후속 중화제가 필요하지 않게 한다. 포기 유닛은 경도 감소가 발생하기 전에 공급 스트림으로부터 C02를 제거하도록 작동할 수 있다. 결과적으로, 임의의 실시예들에 있어서, 상류에 부가된 모든 석회석 및/또는 용해성 수산화 이온은 직접 경도와 반응할 수 있다. 임의의 실시예들에서는, 단지 수산화 화학물의 화학량론 부근의 추가량이 필요할 수 있다. 수산화 화학물은 고농도의 CaC03 및/또는 MgC03이 있는 농축 탱크에서 석출 반응이 일어나기 때문에 pH 10 초과로 상승하는데 필요하지 않다. 농축 탱크에서 CaC03 및/또는 MgC03은 9 미만의 pH 수준에서 용해된 Ca 및 Mg 석출을 도모한다. 따라서, 처리된 물의 pH는 임의의 실시예들에서 9미만일 수 있다.
pH를 제어하면, 임의의 실시예들에서 원하는 반응이 강화될 수 있다. 예를 들어, pH 상단을 상승시키면, 용기에서의 반응을 강화시킬 수 있다. pH가 예를 들어 7 미만으로 하강하면, 염기가 부가될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, (예를 들어, 7 밑에서 7 위로) pH를 증가시키면, 금속 및/또는 경도의 제거를 강화할 수 있다.
본 개시물의 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템 및 방법은 유리하게는 차후 중화제에 대한 필요성을 감소시키고 그에 의해서 유리하게는 화학물 풋프린트 및 화학물 요구량을 감소시킬 수 있다. 본 개시물의 임의의 실시예에 있어서, 처리된 유체는 약 9 이하의 pH를 가질 수 있다.
강화된 질량 전달
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 횡류 여과를 사용하거나 또는 횡류 기계로서 작용할 수 있다. 횡류 여과에서, 유입 공급 시스템은 횡류 멤브레인의 표면을 가로질러 통과할 수 있다. 임의의 횡류 여과 시스템에 있어서, 2개의 유출 스트림이 발생할 수 있다. 침투 스트림은 멤브레인을 통과하는 유체의 일부일 수 있다. 침투 스트림은 공급 스트림 또는 오염된 유체로부터 용해성 및/또는 불용해성 성분들의 일부를 함유할 수 있다. 침투 스트림에 있는 성분들은 멤브레인의 기공 크기또는 제거 비율보다 작을 수 있다. 보유 스트림은 멤브레인을 통과하지 않는 오염된 유체 또는 공급 스트림의 나머지일 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 횡류 여과 및 횡류 기계들은 유체의 질량 전달을 개선하고 유체의 혼합을 도모한다. 강화된 질량 전달은 상이한 성분들 사이의 큰 접촉이 이루어지는 성분 접촉을 도모할 수 있다. 성분 접촉은 원하는 반응을 유도할 수 있다. 따라서, 강화된 질량 전달은 경도 감소를 위해 빠른 석출 속도와 같은 빠른 반응 속도를 허용할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템에 의해서 사용된 횡류 여과는 유리하게는 침전 효과를 생성할 수 있다. 농축 탱크로 진입하는 오염된 유체에 제공된 고형물들은 농축 탱크로 진입할 때 침전되어서 오염물을 당길 수 있다. 침전 효과는 더욱 큰 경도 감소 및 오염물 제거를 시너지 효과로 도모할 수 있다.
호닝 재료(Honing Material)
임의의 유체 처리 시스템에 있어서, 호닝 재료가 유체에 부가될 수 있다. 호닝 재료는 유리하게는 여과 멤브레인으로부터 부착물(foulant)을 스크러빙할 수 있다. 따라서, 처리 유체 시스템은 여과 멤브레인의 부착을 방지하기 위하여 호닝 재료를 부가할 수 있다.
본 개시물의 임의의 실시예들에 있어서, 석출된 탄산 칼슘 또는 탄산 마그네슘 또는 다른 금속 석출물은 호닝 재료로서 동일 효과를 나타낼 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 석출된 탄산 칼슘 또는 탄산 마그네슘은 여과 멤브레인으로부터 부착물을 스크러빙하는 작용을 한다. 따라서, 임의의 실시예들에 있어서, 개별 호닝 재료는 유체 처리 시스템에 부가될 필요가 없다. 호닝 재료로서 작용하는 석출된 탄산 칼슘 또는 탄산 마그네슘의 기능은 유리하게는 개별 호닝 재료에 대한 필요성과 같은 멤브레인 세정 요구조건을 감소시킬 수 있다. 호닝 재료로서 작용하는 석출된 탄산 칼슘 또는 탄산 마그네슘의 기능은 또한 유리하게는 작동 비용을 감소시킬 수 있다.
작은 크기/소형화
본 개시물의 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템은 기존의 경도 제거 시스템보다 상당히 더욱 컴팩트하고 공간 효율적일 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템의 농축 탱크는 약 800 갤런의 용적을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템의 농축 탱크는 약 6 피트의 직경을 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 더욱 컴팩트하고 공간 효율적인 유체 처리 시스템은 또한 더욱 비용 효율적일 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 본 개시물의 유체 처리 시스템은 석출 반응기 또는 개별 여과 탱크 또는 여과 시스템을 제거할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 본 개시물의 유체 처리 시스템은 화학물 풋프린트 및 화학물 요구량을 감소시킬 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 본 개시물의 유체 처리 시스템에서 질량 전달을 증가시키면, 처리 및 보유 시간을 더욱 짧게 할 수 있다.
사용 방법
임의의 실시예들에 따라서, 본 개시물은 유체 처리 시스템의 작동 방법 또는 유체의 처리 방법에 관한 것이다. 특히, 임의의 실시예들에 있어서, 본 개시물은 경도 감소 방법 및 유체의 오염물 제거 방법에 관한 것이다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 방법은 오염된 유체를 포함하는 공급 스트림을 농축 탱크로 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 농축 탱크에서 오염된 유체를 받는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법들은 농축 탱크에서 오염된 유체의 경도를 추가로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 개시된 방법의 실시예에 따른 농축 탱크는 오염된 유체의 경도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 오염된 유체들의 경도를 감소시키는 단계는 오염된 유체로부터 금속들을 석출하는 단계를 포함할 수 있다. 오염된 유체로부터 석출된 금속들은 산화될 수 있는 칼슘, 마그네슘 및 다른 금속들을 포함할 수 있다.
유체 처리 방법은 농축 탱크로부터 농축된 유체를 여과 유닛으로 전달하는 단계를 포함(예를 들어, 추가로 포함)할 수 있다. 유체 처리 방법은 농축 탱크로부터의 농축된 유체를 여과 유닛에서 받는 단계를 포함(예를 들어, 추가로 포함)할 수 있다. 개시된 실시예들에 따른 여과 유닛은 농축된 유체로부터 오염물들을 여과하도록 구성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛은 세라믹 멤브레인 시스템 또는 세라믹 멤브레인 여과 유닛일 수 있다.
방법들은 여과 유닛으로부터 처리된 유체를 전달하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 처리된 유체는 여과 유닛으로부터 유출 스트림에서 받을 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛은 농축 탱크의 상류에 배치될 수 있다. 포기 유닛은 용해된 산소(DO) 추가 장치를 포함할 수 있다. 압축 공기 입구 또는 압축 가스 입구는 용해된 산소(DO) 추가 장치에 결합될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 본 개시물에 따른 방법은 압축 공기 입구로부터 압축 공기를 용해된 산소(DO) 추가 장치에서 또는 통해서 받는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 포기 유닛을 사용하여 오염된 유체로부터 CO2 함량을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 압축 가스 입구 또는 압축 공기 입구는 용해된 산소(DO) 추가 장치의 침투측에 연결될 수 있다. 용해된 산소(DO) 추가 장치는 기재를 포함할 수 있고, 상기 기재는 특정 직경의 기공들을 포함할 수 있다. 기재 기공들은 1 마이크로미터 미만의 직경을 가질 수 있다. 압축 가스 입구에 의해서 제공된 압축 가스는 기재를 통과할 수 있다. 기재를 통과한 압축 가스는 기재의 습식측에 초미세 크기의 거품을 형성할 수 있다. 발생된 거품은 그 부력이 거품이 기재의 표면 장력을 극복하게 허용하지 않도록 충분히 작을 수 있다. 따라서, 발생된 거품은 기재의 측부에 부착된 상태로 잔류하고 오염된 유체의 상단으로 상승하지 않는다. 발생된 초미세 크기의 거품은 약 4 1/min의 유량으로 스크러빙될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 농축 탱크의 상류에 있는 화학물 입구를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 응고제 및/또는 염기는 화학물 입구를 통해서 오염된 유체에 제공될 수 있다. 응고제는 알룸(alum)(황산 알루미늄), 염화철(ferric chloride) 또는 황산철(ferric sulfate), 폴리 염화알루미늄(poly aluminum chloride;PAC) 및 산화 알루미노염화물(aluminochloro hydrate;ACH) 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 다른 응고제는 오염된 유체의 특징 또는 함량에 따라서 선택될 수 있다. 오염된 유체 안으로 도입된 응고제는 오염된 유체에 있는 오염물의 응고를 도모할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 농축 탱크와 여과 유닛 사이에 펌프를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그 사이에 제공된 펌프는 농축 탱크에서 여과 유닛으로 농축 유체의 유동을 조절하도록 작동할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 재순환 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법들은 재순환 스트림에서 여과 유닛으로부터의 재순환 유체를 받는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은 재순환 스트림에 있는 재순환 유체를 농축 탱크를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 재순환 스트림에서 재순환 밸브를 제공하고 그리고/또는 재순환 밸브를 작동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 재순환 밸브는 재순환 밸브를 사용함으로써 여과 유닛으로부터 농축 탱크로의 재순환 유체의 유동을 조절하도록 작동할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 재순환 스트림에 방출 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 재순환 유체의 적어도 일부는 방출 스트림을 통해서 방출될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 방법들은 방출 스트림에 방출 밸브를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방출 밸브는 방출 스트림의 유동을 조절하도록 작동할 수 있다.
특정 예의 실시예들
유체 처리 스트림의 특정 예의 실시예는 도 1에 도시된다. 도 1은 오염된 유체(101)를 처리하도록 작동할 수 있는 유체 처리 시스템(100)을 도시한다. 특히, 유체 처리 시스템(100)은 경도 감소 및 오염물 제거를 위해 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유체 처리 시스템(100)은 공급 스트림(103)을 포함할 수 있다. 공급 스트림(103)은 내부에 오염된 유체(101)를 제공하도록 작동할 수 있다.
공급 스트림(103)은 포기 유닛(105)과 유체 교통할 수 있다. 포기 유닛(105)은 오염된 유체로부터 CO2 함량을 제거하도록 작동할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛(105)은 용해된 산소(DO) 추가 장치일 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 포기 유닛(105)은 압축된 가스 입구(107)에 결합 또는 연결될 수 있다. 압축된 가스 입구(107)는 압축된 가스 또는 압축된 공기 스트림을 포기 유닛(105) 안으로 제공하도록 작동할 수 있다. 포기 유닛(105)은 기재(미도시)를 내부에 포함할 수 있다. 압축된 가스 입구는 포기 유닛(105)의 침투측에 있는 포기 유닛(105)에 결합 또는 연결될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 화학물 입구(109)는 포기 유닛(105)의 하류에 배치될 수 있다. 화학물 입구(109)는 포기 유닛(105)의 출력 유체 스트림과 유체 교통하거나 또는 결합될 수 있다. 화학물 입구(109)는 적어도 하나의 응고제, 염기 또는 다른 재료를 오염된 유체(101)에 제공하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 염기는 수산화칼슘, 수산화나트륨 및 수산화칼륨으로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 응고제는 알룸(alum)(황산 알루미늄), 염화철(ferric chloride) 또는 황산철(ferric sulfate), 폴리 염화알루미늄(poly aluminum chloride;PAC) 및 산화 알루미노염화물(aluminochloro hydrate;ACH) 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다.
농축 반응기(110)는 화학물 입구(109)의 하류에 그리고 포기 유닛(105)의 하류에 배치될 수 있다. 농축 반응기(110)는 오염된 유체(101)를 받도록 작동할 수 있다. 농축 반응기(110)는 오염된 유체(101)의 경도를 감소시키도록 작동할 수 있다. 농축 반응기(110)는 800 갤/탱크를 포함할 수 있고 6피트 직경을 포함할 수 있다. 농축 반응기(110)는 약 1분의 유지 비율을 가질 수 있다.
농축 반응기(110)는 여과 유닛(120)과 유체 교통할 수 있다. 펌프(116)는 그 사이에 제공될 수 있다. 펌프(116)는 농축 반응기(110)에서 여과 유닛(120)으로의 농축 유체(113)의 유동을 구동시키고 그리고/또는 조절하도록 구성될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛(120)은 농축 반응기(110)의 하류에 제공될 수 있고 펌프(116)의 하류에 제공될 수 있다. 여과 유닛(120)은 오염된 유체(101)로부터 오염물들을 여과시키도록 작동할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛(120)은 세라믹 멤브레인 시스템일 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 유출 스트림(121)은 여과 유닛(120)에 결합되거나 또는 연결될 수 있다. 유출 스트림(121)은 여과 유닛(120)으로부터 처리된 유체(123)를 포함할 수 있다.
유체 처리 시스템(100)은 임의의 실시예들에서 여과 유닛(120)에서 뒤로 농축 반응기(110)로 유체(125)를 재순환시킬 수 있다. 재순환 유체(125)는 재순환 스트림(127)을 통해서 재순환될 수 있다. 재순환 스트림(127)은 여과 유닛(120)으로부터 재순환 유체(125)를 받고 재순환 유체(125)를 농축 반응기(110)에 제공하도록 구성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 재순환 밸브(142)는 재순환 스트림(127)에 배치되고 여과 유닛(120)에서 농축 반응기(110)로 재순환 유체(125)의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템(100)은 재순환 스트림(127)에 배치된 방출 스트림(131)을 포함할 수 있다. 방출 스트림(131)은 재순환 스트림(127)에서 재순환 유체(125)의 적어도 일부를 방출하도록 구성될 수 있다. 방출 밸브(130)는 방출 스트림(131)에 배치되고 방출 스트림(131)의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.
유체 처리 시스템의 특정 예의 실시예는 도 2에 도시된다. 도 2는 오염된 유체(201)를 처리하도록 작동할 수 있는 유체 처리 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 입구(202), 큰 고형물 접촉 반응기(210), 펌프(216), 여과 유닛(220), 유출 스트림(222) 및 재순환 스트림(240)을 포함할 수 있다. 유체 처리 시스템(200)은 오염물 제거를 위해 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유체 처리 시스템(200)은 공급 스트림(203)을 포함할 수 있다. 공급 스트림(203)은 내부에 오염된 유체(201)를 수용할 수 있다.
농축 반응기(210)는 임의의 실시예에서 화학물 입구(209)의 하류에 배치될 수 있다. 농축 반응기(210)는 대기에 개방된 개구(212)를 포함할 수 있다. 농축 반응기(210)는 오염된 유체(201)를 받도록 작동할 수 있다. 농축 반응기(210)는 오염된 유체(201)의 경도를 감소시키도록 작동할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 농축 반응기(210)는 ~ 100 갤/탱크를 포함할 수 있고 6피트 직경을 포함할 수 있다. 농축 반응기(210)는 약 1분의 유지 비율을 가질 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 농축 반응기(210)는 여과 유닛(220)과 유체 교통할 수 있다. 펌프(216)는 그 사이에 제공될 수 있다. 펌프(216)는 농축 반응기(210)에서 여과 유닛(220)으로의 농축 유체(213)의 유동을 구동시키고 그리고/또는 조절하도록 구성될 수 있다. 여과 유닛(220)은 임의의 실시예에서 농축 반응기(210)의 하류에 제공될 수 있고 펌프(216)의 하류에 제공될 수 있다. 여과 유닛(220)은 농축 유체(213)로부터 오염물들을 여과시키도록 작동할 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 여과 유닛(220)은 세라믹 멤브레인 시스템일 수 있다. 유출 스트림(221)은 여과 유닛(220)에 결합되거나 또는 연결될 수 있다. 유출 스트림(221)은 여과 유닛(220)으로부터 처리된 유체(223)를 포함할 수 있다.
유체 처리 시스템(200)은 임의의 실시예들에서 여과 유닛(220)에서 뒤로 농축 반응기(210)로 유체(225)를 재순환시킬 수 있다. 재순환 유체(225)는 재순환 스트림(240)을 통해서 재순환될 수 있다. 재순환 스트림(240)은 여과 유닛(220)으로부터 재순환 유체(225)를 받고 재순환 유체(225)를 농축 반응기(210)에 제공하도록 구성될 수 있다. 임의의 실시예들에 있어서, 재순환 밸브는 재순환 스트림(240)에 배치되고 여과 유닛(220)에서 농축 반응기(210)로 재순환 유체(225)의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다.
임의의 실시예들에 있어서, 유체 처리 시스템(100)은 재순환 스트림(240)에 배치된 방출 스트림(231)을 포함할 수 있다. 방출 스트림(231)은 재순환 스트림(240)에서 재순환 유체(225)의 적어도 일부를 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출 스트림(231)은 축적된 고형물을 제거하기 위하여 재순환 루프를 간헐적으로 또는 연속적으로 블로다운(blowdown)하도록 구성될 수 있다. 방출 밸브(230)는 방출 스트림(231)에 배치되고 방출 스트림(231)의 유동을 제어하도록 구성될 수 있다. 재순환 유체(241)[밸브(230)에서 방출에 이어서 유체(225)를 재순환시킨다]는 반응기(210)로 지속 유동한다.
탱크(210)는 수직 위치로 배향될 수 있다. 유입 스트림(202)은 탱크(210)의 벽을 횡단하여, 탱크(210) 내에서 적어도 부분적으로 상승할 수 이고 U-턴(204)을 통해서 선회하고 입구(205)에서 종결될 수 있다. 매체 출구(214)로부터 비교적 높은 위치[예를 들어, 수직 배향된 탱크(210)의 중간점 위] 그리고/또는 거리[예를 들어, 반대편 거리]에 있는 탱크(210)에 오염된 매체를 배치하면, 바람직하게는 혼합 및/또는 정화를 보조할 수 있다. 여과 유닛(220)은 탱크(210)에 대해서 원하는대로 위치할 수 있다. 예를 들어, 여과 유닛(220)은 일반적으로 펌프(216) 및/또는 탱크 출구(214)로서 동일한 수평 평면에 배치될 수 있다. 재순환 스트림(240)은 또한 바람직하게는 매체 출구(214)로부터 비교적 높은 위치[예를 들어, 수직 배향된 탱크(210)의 중간점 위] 그리고/또는 거리[예를 들어, 반대편 거리]에 있는 탱크(210) 안으로 비워질 수 있다. 매체 출구(214)는 바람직하게는 [예를 들어, 하단에, 하단 인근에, 중간점 밑에서] 탱크(210)에 비교적 낮게 배치될 수 있다.
유체 처리 시스템의 특정 예의 실시예는 도 3에 도시된다. 도 3은 오염된 유체를 처리하도록 작동할 수 있는 유체 처리 시스템(300)을 도시한다. 시스템(300)은 입구(302), 큰 고형물 접촉 반응기(310), 펌프(316), 여과 유닛(320), 유출 (침투) 스트림(322) 및 재순환 스트림(340)을 포함할 수 있다. 유체 처리 시스템(300)은 오염물 제거를 위해 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유체 처리 시스템(300)은 공급 스트림(303)을 포함할 수 있다. 공급 스트림(303)은 내부에 오염된 유체(301)를 수용할 수 있다. 시스템(300)은 시스템(300)의 다른 구성요소들이 고정될 수 있는 스키드(370)를 추가로 포함할 수 있다. 시스템(300)은 도시된 바와 같이 제어기(380) 및/또는 유동 조절기, 유동 계량기, 해제 밸브, 플랜지들 및 다른 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다.
샘플 데이터
표 1은 본 개시물의 임의의 실시예들에 따른 유체 처리의 샘플 결과들을 도시한다. 5개의 예시적 샘플들의 데이터는 표 1에 도시된다.
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유체 처리 시스템에 대한 본 개시물의 이익을 갖는 당업자가 이해하는 바와 같이, 다른 등가물 또는 대안 조성물, 장치, 방법 및 시스템들이 본원에 포함된 설명에서 이탈하지 않고 예상될 수 있다. 따라서, 도시되고 기술된 바와 같이 개시물을 실행하는 방식은 단지 예시적으로만 해석되어야 한다.
당업자는 본 개시물의 범주 내에서 부품들의 형상, 크기, 수 및/또는 배열을 다양하게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 밸브 또는 펌프들의 위치 및 수는 변화될 수 있다. 또한, 장치 및/또는 시스템의 크기는 실행자의 바램 및/또는 필요성에 적응하기 위하여 크게 축척[예를 들어, 큰 유체 처리 시스템에 대해서 사용] 또는 작게 축척[소형화된 유체 처리 시스템에 대해서 사용]될 수 있다. 각각의 개시된 방법 및 방법 단계는 임의의 실시예들에 따라서 임의의 순서로 임의의 다른 개시된 방법 또는 방법 단계와 연계하여 실행될 수 있다. 용어 "할 수 있다"가 제시되는 경우는, 다르게 표시하지 않으면, 선택적 및/또는 허용적 조건을 나타내지만, 임의의 작동 결핍을 제안하는 것으로 의도된 것이 아니다. 당업자는 본 개시물의 조성물, 장치 및/또는 시스템을 준비하고 사용하는 방법들 다양하게 변화시킬 수 있다.
또한, 범위가 제공되는 경우에, 개시된 종점은 특정 실시예에 의해서 요구되는 대로 또는 원하는 대로 정확하게 그리고/또는 근사치로 처리될 수 있다. 종점이 근사치인 경우에, 가요성의 정도는 범위의 크기 정도에 비례하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 한편, 약 5 내지 약 50의 범위에서 약 50의 범위 종점은 50.5를 포함하지만, 52.5 또는 55는 포함하지 않으며, 다른 한편으로, 약 0.5 내지 약 50의 범위에서 약 50의 범위 종점은 55를 포함할 수 있지만, 60 또는 75는 포함할 수 없다. 또한, 임의의 실시예에서, 범위 종점들을 혼합하고 정합하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 임의의 실시예들에 있어서, 개시된 각각의 도면[예를 들어, 하나 이상의 예들, 표들 및/또는 도면들]은 범위의 기초[예를 들어 도시된 값 +/- 약 10%, 도시된 값 +/- 약 50%, 도시된 값 +/- 약 100%] 및/또는 범위 종점을 형성할 수 있다. 전자에 대해서, 예, 표 및/또는 도면에 제시된 50의 값은 예를 들어, 약 45 내지 약 55, 약 25 내지 약 100 및/또는 약 0 내지 약 100의 범위 기초를 형성할 수 있다.
유체 처리 시스템에 대한 장치 및/또는 시스템의 전부 또는 일부는 배치가능하고, 서비스가능하고, 교체가능하고 및/또는 대체가능하도록 구성 및 배열될 수 있다. 명백한 변화 및 변형에 따른 이들 등가물 및 대안예들은 본 개시물의 범주 내에서 포함되도록 의도된다. 따라서, 상술한 개시물은 첨부된 청구범위에 기재된 본 개시물의 범주 제한하지 않으면서 예시적으로 의도된다.
제목, 요약, 배경 및 주요 내용은 법규에 따라 그리고/또는 독자의 편리를 위해서 제공된다. 이들은 개시된 실시예들에 적용가능한 제한없이 종래 기술의 범주 및 내용에 대한 인증을 포함하지 않는다.

Claims (42)

  1. 오염물 제거 시스템으로서,
    오염된 유체를 제공하도록 구성된 공급 스트림;
    상기 공급 스트림으로부터 상기 오염된 유체를 받도록 구성되고 하나 이상의 오염 고형물의 형성을 허용하도록 작동할 수 있는 높은 고형물 접촉 반응기;
    상기 반응기로부터 농축된 유체를 받도록 구성되고 상기 농축된 유체로부터 오염물들을 여과하도록 작동할 수 있는 여과 유닛; 및
    상기 여과 유닛으로부터 처리 유체를 받도록 작동할 수 있는 침투 스트림을 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과 유닛은 세라믹 멤브레인 시스템인, 오염물 제거 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 오염된 유체로부터 금속들을 석출(precipitate)시킴으로써 상기 오염된 유체의 경도를 감소시키도록 추가로 작동할 수 있는, 오염물 제거 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속들은 칼슘 및 마그네슘을 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기의 상류에 있는 포기 유닛(aeration unit)을 추가로 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 포기 유닛은 상기 오염된 유체로부터 CO2 함량을 제거하도록 작동할 수 있는, 오염물 제거 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 포기 유닛은 용해된 산소 추가 장치를 포함하고, 상기 용해된 산소 추가 장치는 압축 공기 입구로부터 압축 공기를 받도록 작동할 수 있는, 오염물 제거 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 압축 공기 입구는 상기 용해된 산소 추가 장치의 침투측에 연결되는, 오염물 제거 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    용해된 산소 추가 장치는 직경이 1 마이크로미터 미만의 기공들을 갖는 기재를 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기의 상류에 있는 화학물 입구를 추가로 포함하고, 상기 화학물 입구는 상기 오염된 유체에 적어도 하나의 응고제를 제공하도록 구성되고 상기 응고제는 상기 오염된 유체에 있는 상기 오염물들의 응고를 촉진시키는, 오염물 제거 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 응고제는 알룸(alum)(황산 알루미늄), 염화철(ferric chloride) 또는 황산철(ferric sulfate), 폴리 염화알루미늄(poly aluminum chloride;PAC) 및 산화 알루미노염화물(aluminochloro hydrate;ACH) 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택되는, 오염물 제거 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기의 상류에 있는 화학물 입구를 추가로 포함하고, 상기 화학물 입구는 상기 오염된 유체로부터 경도 및/또는 금속들의 제거를 촉진하기에 충분한 양으로 상기 오염된 유체에 적어도 하나의 염기(base)를 제공하도록 구성되는, 오염물 제거 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 염기는 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택되는, 오염물 제거 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 반응기의 상류에 있는 상기 화학물 입구는 pH를 상승시키기에 충분한 염기를 부가하도록 추가로 구성되는, 오염물 제거 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 및 상기 여과 유닛 사이에 배치된 펌프를 추가로 포함하고, 상기 펌프는 상기 반응기에서 상기 여과 유닛으로 흐르는 상기 농축된 유체의 유동을 조절하도록 구성되는, 오염물 제거 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 여과 유닛으로부터 재순환 유체를 받고 그리고 상기 재순환 유체를 상기 반응기로 제공하도록 구성된 재순환 스트림을 추가로 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    재순환 스트림에 배치된 재순환 밸브를 추가로 포함하고, 상기 재순환 밸브는 상기 여과 유닛에서 상기 반응기로 흐르는 상기 재순환 유체의 유동을 제어하도록 구성되는, 오염물 제거 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 재순환 스트림에 배치된 방출 스트림을 추가로 포함하고, 상기 방출 스트림은 상기 재순환 스트림으로부터 상기 재순환 유체의 적어도 일부를 방출하도록 구성되는, 오염물 제거 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 방출 스트림에 배치된 방출 밸브를 추가로 포함하고, 상기 방출 밸브는 상기 방출 스트림의 유동을 제어하도록 구성되는, 오염물 제거 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기는 100 갤/탱크(gal/tank)를 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기는 6피트(ft) 직경을 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기는 약 1분의 유지 속도(retention rate)를 포함하는, 오염물 제거 시스템.
  23. 오염물 제거 방법에 있어서,
    높은 고형물 접촉 반응기에서 오염된 유체를 받는 단계;
    상기 반응기에 있는 상기 오염된 유체의 경도를 석출에 의해서 감소시키는 단계;
    반응기로부터 농축된 유체를 여과 유닛으로 전달하는 단계;
    상기 여과 유닛에 있는 석출물들을 제거하는 단계;
    상기 여과 유닛으로부터 처리된 유체를 침투 스트림으로 전달하는 단계를 포함하는, 오염물 제거 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 여과 유닛은 세라믹 멤브레인 시스템인, 오염물 제거 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 오염된 유체의 경도를 감소시키는 단계는 상기 오염된 유체로부터 금속들을 석출시키는 단계를 포함하는, 오염물 제거 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 금속들은 칼슘 및 마그네슘을 포함하는, 오염물 제거 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 반응기의 상류에 배치된 포기 유닛을 사용하여 상기 오염된 유체로부터 CO2 함량을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 포기 유닛은 용해된 산소 추가 장치를 포함하는, 오염물 제거 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 포기 유닛에서 압축 공기 입구로부터 압축 공기를 받는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 압축 공기 입구를 상기 용해된 유기 화합물 추가 장치의 침투측에 연결하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  31. 제 28 항에 있어서,
    용해된 산소 추가 장치는 직경이 1 마이크로미터 미만의 기공들을 갖는 기재를 포함하는, 오염물 제거 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 기재를 통해서 상기 압축 공기를 통과시키는 단계;
    상기 기재의 습식 측부 상에 초미세(sub-micron) 크기의 거품들을 형성하는 단계; 그리고
    약 4 1/min의 유량에서 상기 초미세 크기의 거품들을 스크러빙하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 반응기의 상류에 화학물 입구를 제공하는 단계; 그리고
    상기 화학물 입구를 통해서 적어도 하나의 응고제를 상기 오염된 유체에 제공하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 응고제는 상기 오염된 유체에서 상기 오염물들의 응고를 촉진시키는, 오염물 제거 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 응고제는 알룸(alum)(황산 알루미늄), 염화철(ferric chloride) 또는 황산철(ferric sulfate), 폴리 염화알루미늄(poly aluminum chloride;PAC) 및 산화 알루미노염화물(aluminochloro hydrate;ACH) 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택되는, 오염물 제거 방법.
  35. 제 23 항에 있어서,
    상기 반응기의 상류에 화학물 입구를 제공하는 단계; 그리고
    상기 화학물 입구를 통해서 적어도 하나의 염기를 상기 오염된 유체에 제공하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 염기는 상기 오염된 유체로부터 경도 및/또는 금속들의 제거를 강화시키는, 오염물 제거 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 염기는 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 그 조합물들로 구성되는 그룹에서 선택되는, 오염물 제거 방법.
  37. 제 35 항에 있어서,
    적어도 하나의 염기를 제공하는 단계는 pH를 상승시키기에 충분한 염기를 부가하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  38. 제 23 항에 있어서,
    상기 반응기 및 상기 여과 유닛 사이에 펌프를 제공하는 단계; 그리고
    상기 반응기로부터 상기 여과 유닛으로 흐르는 상기 농축된 유체의 유동을 상기 펌프를 사용하여 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  39. 제 23 항에 있어서,
    재순환 스트림을 제공하는 단계;
    상기 재순환 스트림에서 상기 여과 유닛으로부터 재순환 유체를 받는 단계; 그리고
    상기 재순환 스트림에 있는 상기 재순환 유체를 상기 반응기에 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 재순환 스트림에 재순환 밸브를 제공하는 단계; 그리고
    상기 여과 유닛에서 상기 반응기로 흐르는 상기 재순환 유체의 유동을 상기 재순환 밸브를 사용하여 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 재순환 스트림에 방출 스트림을 제공하는 단계; 그리고
    상기 재순환 스트림에서 상기 방출 스트림을 통해서 상기 재순환 유체의 적어도 일부를 방출하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 방출 스트림에 방출 밸브를 제공하는 단계; 그리고
    상기 방출 스트림의 유동을 상기 방출 밸브를 사용하여 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물 제거 방법.
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