KR20190032571A - 혐기성 정제 장치의 가스 제거 장치 - Google Patents

Abstract

폐수의 정제를 위한 혐기성 정제 장치의 기액 분리 장치(30)에 있어서, 기액 분리 장치가 기액 상향관(32); 기액 상향관(32)에 부착되는 분리관(34) - 분리관은 기액 상향관에 수직한 평면과 -45 도 내지 +45 도 사이의 각도를 규정하고, 분리관은, 동작 중에 기액 상향관(32)으로부터 유체를 받아 들이도록 구성됨 -; 혐기성 정제 장치와 조립될 시, 지면으로부터 이격되어 마주하는 분리관(34)을 따르는 표면에 위치되는 적어도 하나의 관 가스 출구(35) - 적어도 하나의 광 가스 출구(35)는, 동작 중에, 분리관(34) 내 가스의 적어도 일부를 기액 분리 장치의 외부로 유도하도록 구성됨 -; 분리관(34)에 부착되는 유압식 사이클론(36) - 유압식 사이클론은, 동작 중에, 분리관으로부터 유체를 받아 들이도록 구성됨 -; 유압식 사이클론(36)의 상부에 위치되는 적어도 하나의 사이클론 가스 출구(37) - 적어도 하나의 사이클론 가스 출구(37)는 유압식 사이클론(36)으로 들어가는 가스를 유압식 사이클론의 외부로 유도하도록 구성됨 -; 및 유압식 사이클론(36)의 바닥부에 부착되는 액체 출구(38) - 액체 출구는 가스가 제거된 유체를 유압식 사이클론의 외부로 가이드하도록 구성됨 -를 포함한다.

Description

혐기성 정제 장치의 가스 제거 장치

본 발명은 혐기성 정제 장치(anaerobic purification device)의 가스 제거 장치(degassing device)에 관한 것이다.

폐수와 같은 유체의 정제를 위한 혐기성 정제 장치들이 당해 분야에서 널리 알려져 있다. EP 170 332 B1은 유기 물질이 함유된 폐수를 혐기성 조건들 하에서 용해된 유기 물질이 분해되는 공정에 종속되는, 혐기성 정제 장치를 개시하고 있다. 유체는 정제 장치의 반응기 탱크(reactor tank)로 유입된다. 용해된 물질들을 갖는 유체가 탱크의 내부에 위치되는 바이오매스(biomass)와 접촉 시, 가스, 특히 바이오가스(biogas)가 생성된다. 유체가 상향관을 통해 생성된 가스와 함께 상방으로 밀려 반응기의 상부에 위치되는 가스 제거 장치에 도달함으로써, 유체로부터 분리된 가스가 가스 제거 장치로부터 배출되는 유체의 순환 사이클(circulation cycle)이 생성되고, 유체는 순환 사이클에 다시 사용되기 위해 반응기의 바닥을 향하여 하방으로 흐른다.

효과적인 가스 제거가 가스 제거 장치에서 수행되는 것이 중요하다. 가스가 시스템으로부터 효율적으로 배출되지 않으면, 반응기의 바닥을 향하여 하향관 내에서 하방으로 흐르는 유체가 하향관 내에서 상승하는 경향이 있는 가스를 여전히 포함할 것이며, 큰 충격들로 이어지는 유체 흐름 내 변동들을 초래할 것이다. 이러한 충격들은 설치에 물리적인 손상을 야기할 수 있다.

EP 170 332 B1 또는 EP 1 888 471 B1에서와 같이 널리 알려진 가스 제거 장치들은 몇 가지 결점들을 갖는다: 가스 제거 장치들은 크고, 그에 따라 스레인리스 스틸(stainless steel)로 제조된다. 더욱이, 가스 제거 장치들은 복잡한 형태를 갖고, 탱크의 상단에 고정되며, 기상 조건들을 견뎌내야 할 필요가 있다. 그 결과로, 가스 제거 장치들은 높은 제조 및 조립 비용들을 요구한다.

US 4 053 291 A는, 가스-오일 혼합물이 입력 튜브로부터 분리 실린더로 도입되고, 입력 튜브 전에 혼합물이 측벽 상의 홀들을 갖는 입구 튜브를 통과할 수 있는 가스-오일 분리기를 개시하고 있다.

US 2013/319935 A1은 슬러지 내 혼합물, 물 및 가스를 분리하기 위한 분리기를 포함하는 물의 혐기성 정제를 위한 장치를 개시하고 있으며, 분리기는 장치의 상부에 위치되고, 사이클론(cyclone)을 포함한다.

따라서, 시스템으로부터 가스의 효과적인 배출을 허용하는 동시에 단순한 구조를 갖는 혐기성 정제 장치들의 가스 제거 장치들을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 상기한 과제들 중 적어도 어느 하나를 극복하고자 하는 새로운 가스 제거 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명은 가스가 여러 경로들을 통해 반응기로부터 배출되도록 허용되기 때문에 우수한 가스 제거 특성들을 갖는 가스 제거 장치를 제공하며, 가스 제거 장치의 형태는 유체의 효율적인 흐름을 허용한다.

후술되는 설명 전반에 걸쳐, 일 예로서 물, 특히 폐수가 개시될 것이다. 그러나, 임의의 다른 적합한 유체가 사용될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 폐수의 정제를 위한 혐기성 정제 장치의 기액 분리 장치를 제공하며, 기액 분리 장치는,

기액 상향관;

기액 상향관에 부착되는 분리관 - 분리관은 기액 상향관에 수직한 평면과 -45 도 내지 +45 도 사이의 각도를 규정하고, 분리관은, 동작 중에, 기액 상향관으로부터 유체를 받아 들이도록 구성됨 -;

혐기성 정제 장치와 조립될 시, 지면으로부터 이격되어 마주하는 분리관을 따르는 표면에 위치되는 적어도 하나의 관 가스 출구 - 적어도 하나의 관 가스 출구는, 동작 중에, 분리관 내 가스의 적어도 일부를 기액 분리 장치의 외부로 유도하도록 구성됨 -;

분리관에 부착되는 유압식 사이클론 - 유압식 사이클론은, 동작 중에, 분리관으로부터 유체를 받아 들이도록 구성됨 -;

동작 중에, 유압식 사이클론으로 들어가는 가스를 유압식 사이클론의 외부로 유도하도록 구성되는 적어도 하나의 사이클론 가스 출구; 및

동작 중에, 가스가 제거된 유체를 유압식 사이클론의 외부로 가이드하도록 구성되는 액체 출구를 포함한다.

적어도 하나의 사이클론 가스 출구는 유압식 사이클론의 상부에 위치될 수 있다. 액체 출구는 유압식 사이클론의 하부에 부착될 수 있다.

본 발명은 유리하게는 유체의 흐름과 유체로부터 가스의 분리를 용이하게 하는 가스 제거 장치의 디자인을 제공한다. 분리관이 기액 상향관에 연결되는 각도는 유체의 상승 및 흐름의 변화들을 결정한다. 각도는 유체 오염 물질 농도에 따른 경우에 따라 변경될 수 있으며, -45 도 및 +45 도 사이의 허용 범위를 갖는다.

본 발명의 실시예는 혐기성 정제 장치에 조립될 시, 혐기성 정제 장치로부터 이격되어 마주하는 분리관의 표면에 적어도 하나의 관 가스 출구가 위치되는 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 분리관이 복수, 바람직하게는 두 개 내지 열 개, 더 바람직하게는 적어도 세 개, 보다 더 바람직하게는 네 개 내지 다섯 개나 여섯 개, 보다 더 바람직하게는 세 개 내지 여섯 개의 관 가스 출구들을 포함하는 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 복수의 출구들이 분리관의 표면에 위치되어, 가스가 분리관을 통해 유체와 함께 흐름에 따라 가스 제거 관으로부터 배출될 수 있다. 분리에 존재하는 출구들의 개수는 하나 이상, 바람직하게는 두 개 이상, 바람직하게는 다섯 개 이상일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는, 적어도 하나의 관 가스 출구가 10 밀리미터 내지 150 밀리미터, 바람직하게는 50 밀리미터 내지 150 밀리미터의 직경을 갖는 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 적어도 하나의 관 가스 출구가 100 밀리미터 내지 400 밀리미터, 바람직하게는 150 밀리미터 내지 300 밀리미터의 직경을 갖는 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예는, 기액 상향관이 혐기성 정제 장치에 조립될 시 수직 방향성을 갖는 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 분리관의 직경이 상향관의 직경과 같거나 상향관의 직경 보다 큰 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 유압식 사이클론의 직경이 분리관의 직경과 같거나 분리관의 직경 보다 큰 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 플라스틱(plastic) 재질, 바람직하게는 폴리프로필렌(polypropylene)으로 제조되는 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 복수의 상향관들과 복수의 분리관들을 포함하고, 상향관들의 각각은 분리관들의 각각에 연결되고, 복수의 분리관들이 유압식 사이클론에 연결되는 기액 분리 장치를 제공한다.

본 발명의 유리한 실시예는 기액 분리 장치에 도달하는 가스와 유체의 양을 증가시켜 가스 제거 동작을 최적화하기 위해, 복수의 상향관들과 분리관들을 제공한다.

본 발명은,

반응기 탱크;

반응기 탱크의 상부에 위치되는 유체 수집기;

동작 중에, 반응기 탱크에 들어 있는 유체로부터 가스를 수집하기 위한 적어도 하나의 가스 수집 시스템 - 적어도 하나의 가스 수집 시스템은 유체 수집기의 아래에 배치됨 -;

전술된 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 기액 분리 장치;

적어도 하나의 가스 수집 시스템에 연결되고, 적어도 하나의 기액 분리 장치로 배출하는 적어도 하나의 상향관; 및

적어도 하나의 기액 분리 장치에 연결되고, 반응기 탱크의 바닥으로 배출하는 하향관을 포함하는 혐기성 정제 장치를 더 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 반응기 탱크가 적어도 두 개의 가스 수집 시스템들을 포함하고, 그 중 적어도 하나의 가스 수집 시스템은 하부의 가스 수집 시스템이고, 상부의 가스 수집 시스템은 유체 수집기와 탱크에 들어 있는 유체로부터 가스를 제거하도록 구성되는 하부의 가스 수집 시스템의 사이에 위치되는 혐기성 정제 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 상향관이 적어도 하나의 가스 수집 시스템에서 수집된 가스에 의해 야기된 가스 리프트 작용(gas lift action)에 의해 반응기 탱크에 들어 있는 유체를 상승시키도록 구성되는 혐기성 정제 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 하향관이 적어도 하나의 기액 분리 장치로부터 반응기 탱크의 바닥으로 유체를 되돌아 가게(return) 하도록 구성되는 혐기성 정제 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는, 기액 분리 장치의 유압식 사이클론의 액체 출구는 하향관에 연결되고, 액체 출구는 기액 분리 장치로부터 혐기성 정제 장치의 반응기 탱크의 바닥부로 유체를 가이드하도록 구성되는 혐기성 정제 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 복수의 기액 분리 장치들을 포함하는 혐기성 정제 장치를 제공한다.

본 발명은 혐기성 정제 장치를 사용하는 폐수와 같은 유체의 정제 방법을 더 제공한다.

첨부된 도면들 중,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 장치를 갖는 혐기성 정제 장치를 개략적으로 도시하고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 장치를 갖는 혐기성 정제 장치의 상부를 도시하고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혐기성 정제 장치 내 기액 분리 장치의 평면도를 나타내고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기액 분리 장치를 갖는 혐기성 정제 장치의 상부를 도시한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 장치를 갖는 혐기성 정제 장치를 개략적으로 도시한다.

도 1의 혐기성 정제 장치는 세 개의 구성들: 반응기 탱크(reactor tank) 10, 이동 시스템(transportation system) 20 및 기액 분리 장치(gas-liquid separation device) 30을 포함한다. 반응기 탱크는 동작 상태들 하의 혐기성 정제 장치로 정제될 유체, 예컨대 폐수를 유입시키는 유체 입구(fluid inlet) 12을 포함한다. 이러한 유체는 특정한 레벨의 COD(화학적 산소 요구량으로 측정된 용존 유기 탄소), 즉 특정 양의 불순물들을 갖는 유기 물질을 함유하고 있다. 불순물들은 반응기 탱크 내부의 바이오매스(biomass)를 통과하면서 바이오가스(biogas)로 변환된다. 탱크의 상부에서, 유체 수집기(fluid collector) 18가 깨끗한 유체를 수집하여, 혐기성 정제 장치의 외부로 가이드한다.

유체가 유체 입구 12를 통해 탱크 10로 유입될 시, 유체에 용해된 불순물들이 탱크 내에 존재하는 바이오매스와 접촉하여, 바이오가스가 생성된다. 상승하면서, 유체는, 가스가 보유되는 복수의 후드(hood)들을 각각 포함하는 복수의 가스 수집 시스템들을 가로지른다.

설명 전반에 걸쳐, 가스와 바이오가스가 혼용되어 사용될 수 있으며, 이는 가스를 참조할 때, 가스가 바이오매스가 유체 및 용해된 불순물들과 접촉할 때 생성되는 가스일 것이기 때문이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하부의 가스 수집 시스템 14은 반응기 탱크를 통하여 상승하는 유체에 함유된 가스를 수집하고, 하부의 가스 수집 시스템 14은 보유된 가스를 이동 시스템 20으로 가이드한다. 특히, 하부의 가스 수집 시스템 14은 상향관(riser pipe) 22로 가스를 가이드하고, 가스는 기액 분리 장치 30에 도달할 때까지 상향관 22를 통해 상승한다. 이러한 가스는 유체를 함유하고, 기액 분리 장치 30 내에서, 가스와 유체가 분리되어, 가스는 배출되고, 유체는 하향관(downer pipe) 24를 통해 반응기 탱크 10의 바닥으로 되돌아 간다. 이러한 유체는 정제 사이클(purification cycle)에서 이러한 방식으로 재순환되어 다시 사용될 수 있다.

반응기 탱크 10를 통해 상승하는 유체는 상부의 기체 수집 시스템 16에 도달한다. 여기서, 하부의 가스 수집 시스템 14에서 수집되지 않은 가스가 수집되어, 반응기의 상부에 위치되는 가스 빈 공간(gas headspace) 40으로 유도된다. 깨끗한 유체는 반응기 탱크 10의 상부에 도달하여, 유체 수집기 11을 통해 탱크로부터 배출되고, 가스 빈 공간 40으로 상승한 가스는 시스템 가스 출구 39를 통해 탱크로부터 배출된다.

이동 시스템의 상향관 22은 기액 분리 장치의 기액 상향관 32에서 끝난다. 두 개의 관들은 동일한 관일 수 있으며, 그에 따라 상향관과 기액 상향관 32가 설명 전반에 걸쳐 혼용될 것이다.

상향관 32는 분리관 34에 연결된다. 상향관 32과 분리관 34은 본 발명의 실시예에 따라 -45 도로부터 +45 도에 이르는 범위의 각도 α를 형성할 수 있다. 각도 α는 또한 -45 도로부터 +30 도에 이르는 범위일 수 있다. 상기 각도 α는, 분리관 34과 상향관 32의 방향에 수직한 평면 사이의 각도로서 정의되며, 도 2를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 유체의 오염 농도에 따라, 상향관 32과 분리관 34 사이에 상이한 각도를 갖는 것이 바람직하다.

상향관 32은 혐기성 정제 장치와 조립될 시 수직한 방향 또는 상대적으로 수직한 방향으로 위치될 수 있다.

기액 분리 장치가 혐기성 정제 장치 내에 실장될 시, 적어도 하나의 관 가스 출구(pipe gas outlet) 35가 분리관 34의 표면, 특히 정제 장치로부터 이격되어 마주하는 분리관의 표면을 따라 위치된다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예들은 복수, 예컨대 두 개 내지 열 개의 관 가스 출구들 35을 포함한다. 관 가스 출구들을 대해 다양한 직경들이 사용될 수 있기 때문에, 작은 직경들을 갖는 많은 수의 관 가스 출구들 또는 큰 직경들을 갖는 적은 수의 관 가스 출구들이 선택될 수 있다. 관 가스 출구들의 양은 변할 수 있으며, 경우에 따라 선택될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 기액 분리 장치가 많은 양의 가스가 생성되는 경우의 용도들에 사용되면, 많은 양의 가스가 분리관 34을 통과하여 배출될 수 있도록, 많은 수의 관 가스 출구 35들이 바람직할 수 있다.

분리관 34가 유압식 사이클론(hydraulic cyclone) 36에 연결되어, 관 가스 출구 35들을 통해 분리관으로부터 배출되지 않은 유체와 가스가 마지막 가스 제거 단계를 위해 유압식 사이클론 36에 유입된다. 널리 알려진 유압식 사이클론 36은, 동작 중에, 높은 밀도의 입자들에 대해 높고 낮은 밀도의 입자들에 대해 낮은 구심력의 비율에 기반하여, 유체 내의 입자들을 분리하도록 구성된다. 유체와 가스의 혼합물이 사이클론 36으로 입력되면, 낮은 밀도를 갖는 가스가 사이클론의 상부에 위치되는 사이클론 가스 출구(cyclone gas outlet) 37을 통하여 사이클론으로부터 배출되고, 유체가 사이클론의 하부에 위치된 액체 출구 38를 통하여 사이클론으로부터 배출된다. 이 출구는 하향관 24의 입구이고, 가스가 제거된 유체는 탱크 10의 바닥으로 도달하여 재순환 시스템에서 다시 사용되도록, 하향관 24을 통해 하방으로 흐른다.

본 발명의 실시예들에 따른 반응기 탱크는, 유체의 정제가 혐기성으로 일어날 수 있도록 완전히 밀봉된 폐쇄된 공간이며, 반응기 내부에 위치되는 가스는 특정 압력 하에 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 기액 분리 장치 30와 반응기 탱크 10는 동일한 폐쇄 구조체 또는 반응기 용기의 내부에 조립되고, 기액 분리 장치 30는 반응기 탱크 10 위에 배치된다. 기액 분리 장치 30와 반응기 탱크 10을 커버하는 반응기 용기의 상부에, 가스 빈 공간 40과 시스템 가스 출구 39가 위치된다. 관 가스 출구 35들과 사이클론 가스 출구 37를 통해 기액 분리 장치 30로부터 배출되는 가스는 가스 빈 공간 40 까지 상승하여, 시스템 가스 출구 39를 통해 시스템으로부터 배출된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 시스템 가스 출구는 폐쇄된 구조체의 천장(roof)의 중앙 영역에 위치되나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 시스템 가스 출구는 가스가 시스템의 외부로 자연스럽게 흘러 나오도록 허용하는 폐쇄된 구조체의 상부 영역 내 어떤 위치에나 위치될 수 있다.

기액 분리 장치 30가 외부의 환경으로부터 격리된다는 것은, 기액 분리 장치가 대기 조건들을 견뎌 낼 필요가 없으므로, 플라스틱이나 다른 등가의 적합한 재료로 만들어지는 것을 가능하게 하고, 제조 비용들을 감소시킨다.

도 1에 도시된 실시예에서 기액 분리 장치 30가 반응기 10 위에 위치되지만, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기액 분리 장치는 장치가 실장된 공간 및 위치 특성들에 따라 다른 위치에 위치될 수 있다. 다른 실시예로서, 기액 분리 장치는 폐쇄된 구조체의 외부, 보다 상세하게는 반응기의 옆에 위치될 수 있으며, 관 가스 출구들 35과 사이클론 가스 출구 37를 통해 배출되는 가스는 추가적인 관(pipe)들을 통해 가스 빈 공간 40으로 유도되어, 시스템 가스 출구 39를 통해 시스템으로부터 배출될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 장치를 갖는 혐기성 정제 장치의 상부를 도시한다.

도 2에서, 상향관 32은 혐기성 정제 장치에 실장될 시 수직 방향성을 갖는다. 상향관은 다른 방향성을 가질 수 있으나, 수직 방향성에 가까울수록, 유체와 가스가 관의 벽들에 의해 방해받지 않고 가스의 자연적인 경로를 따라갈 수 있기 때문에, 상향관을 통해 순조롭게 상승할 수 있다.

상향관 32에 수직한 평면과 분리관 34 사이에 형성되는 각도 α가 표현된다. 이러한 각도는 -45 도 내지 +45 도의 범위로부터 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, α가 0 도이면, 이는, 분리관이 상향관에 수직하게 배치됨을 의미한다. α가 -45 도이면, 이는, 상향관과 분리관이 45 도의 각도를 형성함을 의미하고, α가 +45 도이면, 이는, 상향관과 분리관이 135 도의 각도를 형성함을 의미한다. 본 발명의 실시예들에 따른 α의 계산은 하나의 구현 옵션이지만, 다른 참조 시스템이 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

반응기 탱크 내부의 유체면(fluid level)과 함께 분리관의 경사각이 유체 상승 및 흐름의 변화를 결정한다. 각도 α가 -45 도로부터 멀수록, 분리관 내에서 유체 흐름이 갖는 에너지는 작고, 따라서 유압식 사이클론으로 유입되는 유체 흐름이 갖는 에너지는 낮다.

상향관 32의 직경 d1은 분리관 34의 직경 d2 보다 작은 것은 바람직하다. 이러한 방식으로, 유체와 가스가 상향관을 통해 상승하더라도, 유체와 가스가 분리관으로 유입될 때, 혼합물이 관의 상부에 도달하지 않으므로, 가스 만이 관 가스 출구들 35를 통해 분리관으로부터 배출될 수 있을 뿐, 유체는 분리관으로부터 배출되지 않고 유압식 사이클론 36에 도달하도록 계속해서 흐를 것이다.

유압식 사이클론 36의 직경 d3는 분리관 34의 직경 d2 보다 큰 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혐기성 정제 장치의 기액 분리 장치의 평면도를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 관 가스 출구들 35와 사이클론 가스 출구 37은 정제 장치로부터 이격되어 마주하는, 즉 지면으로부터 이격되어 마주하는 분리관 34와 사이클론 36 표면에 각각 위치되며, 이것이 가스가 상승하여 자연스럽게 장치로부터 배출되기에 편리한 위치이다.

도 3의 사시도로부터, 분리관 34이 중심에서 벗어난 위치에서 유압식 사이클론 36에 연결되는 것이 보여질 수 있다. 이것은 유압식 사이클론 36에서 요구되는 회전 효과를 얻는 데 필요하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기액 분리 장치를 갖는 혐기성 정제 장치의 상부를 도시한다.

본 발명의 유리한 실시예에서, 반응기 탱크 10 내의 유체면은 미리 결정된 범위 내에서 효율적으로 변화될 수 있다. 이는, 반응기 탱크 10의 상부에 위치되고 미리 결정된 범위의 하한 아래의 추가 유체 출구 15를 수단으로 달성될 수 있다. 이러한 유체 출구 15는, 유체가 장치로부터 배출되도록 반응기 탱크 10의 상부에 도달하는 것을 허용할 수 있다. 유체 출구를 통해 장치로부터 배출될 수 있는 유체의 양은 유체면 제어 수단에 의해 제어될 수 있다. 예컨대 가스 생성 측정들 및/또는 유체면 측정을 기반으로 밸브를 제어하는 것에 의해, 유체 출구 15를 통한 액체의 흐름을 제어함으로써, 반응기 내의 유체면이 제어될 수 있다. 유체면을 제어함으로써, 가스 분리 장치 30 내의 유체와 유체면에서의 압력 간의 상대적인 압력이 제어될 수 있다. 이것은 결국 액체와 가스의 혼합물이 상향관 32을 통해 상승하는 속도에 영향을 미친다. 본 출원인은, 가스 생성이 상대적으로 높을 때, 가스가 풍부한 유체가 불필요한 변동들 없이 기액 분리 장치에 도달하기에 충분히 긴 경로를 통과할 수 있도록 유체면을 낮추는 것이 바람직하다는 것을 발견했다. 한편, 가스 생성이 상대적으로 낮을 때, 가스와 액체가 분리관 34을 향해 상향관 32을 통해 따라가야 하는 경로를 감소시키기 위하여, 유체면이 높여질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 기액 분리 장치는 기존의 기액 분리 장치들 보다 축소된 사이즈와 단순한 형태를 갖는다. 더욱이, 기액 분리 장치가 외부 환경으로부터 격리된다는 사실은 기액 분리 장치가 플라스틱, 예컨대 폴리프로필렌으로 제조될 수 있게 하여, 낮은 제조 비용들과 실외의 위치에 위치될 때 기상 조건들에 대해 개선된 저항력을 초래한다.

본 발명의 기액 분리 장치의 특정 디자인은 분리관 34를 통해 흐르는 유체의 에너지가 각도 α, 분리관의 직경 및 분리관의 길이의 값들을 결정함으로써 제어된다.

분리관 34 내의 유체 흐름 내 힘의 거친 조정은 상술된 파라미터들의 조절로 달성될 수 있다. 시스템에서 생성되는 가스의 양에 따라, 유체의 높은 면과 낮은 면이 유지되어, 기액 분리 장치에 도달하는 가스와 유체가, 난류를 생성하는 지나치게 큰 힘 또는 반응기의 바닥을 향하여 하방으로 흐르게 할 충분한 에너지를 유체에 부여하지 않는 지나치게 작은 힘을 가지고 기액 분리 장치에 도달하는 것이 회피되도록, 미세 조정은 반응기 탱크 내의 유체면을 변화시키는 것에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 첨부된 도면에 도시되지는 않았으나, 하나 이상의 순환 경로들이 하부의 가스 수집 시스템에 보유된 가스와 유체를 위해 생성되도록, 기액 분리 장치가 하나 이상의 기액 상향관 32과 하나 이상의 분리관 34을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 분리관들 34가 유압식 사이클론 36에 각각 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 다수의 분리관들 34가 모두 하나의 동일한 유압식 사이클론 36에 연결될 수 있다. 혐기성 정제 장치에 가장 적합한 가스 분리 상향관들 32과 분리관들 34의 양은 정제 장치에서 정제될 유체의 양에 따라 선택될 수 있다.

상술된 도면의 설명에서, 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 첨부된 청구범위에 요약된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다.

특히, 본 발명의 다양한 양태들의 특정 특징들의 조합들이 만들어질 수 있다. 본 발명의 일 양태에는 본 발명의 다른 양태와 관련하여 기술된 특징을 부가함으로써 더 유리하게 개선될 수 있다.

본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 기술적 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다. 본 문서 및 청구범위에서, 동사 “~을 포함한다” 및 그 사용은 비한정적인 의미(non-limiting)로 사용되며, 특별히 언급되지 않은 항목을 제외하지 않고 단어 뒤에 오는 항목이 포함됨을 의미한다. 또한 부정 관사 “일(a)” 또는 하나(an)”에 의한 하나의 요소에 대한 언급은 문맥 상 하나의 요소 만이 분명히 요구되는 경우를 제외하고는 하나 이상의 요소가 존재할 가능성을 배제하지 않는다. 따라서, 부정 관사 “일(a)” 또는 “하나(an)”은 일반적으로 “적어도 하나”를 의미한다.

유사한 구성 요소들을 나타내기 위해 명세서에서 사용된 유사한 참조 부호들(백 단위만 다름)은 아래의 목록에서 생략되었다 하더라도, 암시적으로 포함되는 것으로 간주되어야 한다.
10 반응기 탱크
11 유체 제어 장치
12 유체 입구
14 하부의 가스 수집 시스템
15 유체 출구
16 상부의 가스 수집 시스템
18 유체 수집기
19 유체면
20 이동 시스템
22 상향관
24 하향관
25 하향관 배출
30 가액 분리 장치
32 기액 상향관
34 분리관
35 관 가스 출구
36 유압식 사이클론
37 사이클론 가스 출구
38 액체 출구
39 시스템 가스 출구
40 가스 빈 공간
α 경사각
d1 상향관 직경
d2 분리관 직경
d3 유압식 사이클론 직경

Claims (15)

1. 폐수의 정제를 위한 혐기성 정제 장치의 기액 분리 장치(30)에 있어서,
   기액 상향관(32);
   상기 기액 상향관(32)에 부착되는 분리관(34) - 상기 분리관은 상기 기액 상향관(32)에 수직한 평면과 -45도 내지 +45도 사이의 각도를 규정하고, 상기 분리관(45)은, 동작 중에, 상기 기액 상향관(32)으로부터 유체를 받아 들이도록 구성됨 -;
   혐기성 정제 장치와 조립될 시, 지면으로부터 이격되어 마주하는 상기 분리관(34)을 따르는 표면에 위치되는 적어도 하나의 관 가스 출구(35) - 상기 적어도 하나의 관 가스 출구(35)는, 동작 중에, 상기 분리관(34) 내 가스의 적어도 일부를 상기 기액 분리 장치의 외부로 유도하도록 구성됨 -;
   상기 분리관(34)에 부착되는 유압식 사이클론(36) - 상기 유압식 사이클론은, 동작 중에, 상기 분리관으로부터 유체를 받아 들이도록 구성됨 -;
   동작 중에, 상기 유압식 사이클론(36)으로 들어가는 가스를 상기 유압식 사이클론의 외부로 유도하도록 구성되는 적어도 하나의 사이클론 가스 출구(37); 및
   동작 중에, 가스가 제거된 유체를 상기 유압식 사이클론의 외부로 가이드하도록 구성되는 액체 출구(38)를 포함하는 기액 분리 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분리관(34)은 복수, 바람직하게는 두 개 내지 열 개, 더 바람직하게는 적어도 세 개, 보다 더 바람직하게는 세 개 내지 여섯 개의 관 가스 출구(35)들을 포함하는 기액 분리 장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 관 가스 출구(35)는 100 밀리미터 내지 400 밀리미터, 더 바람직하게는 150 밀리미터 내지 300 밀리미터의 직경을 갖는 기액 분리 장치.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기액 상향관(32)은 혐기성 정제 장치와 조립될 시 수직 방향성을 갖는 기액 분리 장치.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분리관(34)의 직경은 상기 상향관(32)의 직경과 같거나 상기 상향관(32)의 직경 보다 큰 기액 분리 장치.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유압식 사이클론(36)의 직경은 상기 분리관(34)의 직경과 같거나 상기 분리관(34)의 직경 보다 큰 기액 분리 장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   플라스틱(plastic) 재질, 바람직하게는 폴리프로필렌(polypropylene)으로 제조되는 기액 분리 장치.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   복수의 상향관(32)들과 복수의 분리관(34)들을 포함하고, 상향관(32)들의 각각은 분리관들의 각각에 연결되고,
   상기 복수의 분리관(34)들이 상기 유압식 사이클론(36)에 연결되는 기액 분리 장치.
   
9. 반응기 탱크(10);
   상기 반응기 탱크(10)의 상부에 위치되는 유체 수집기(18);
   동작 중에, 상기 반응기 탱크(10)에 들어 있는 유체로부터 가스를 수집하기 위한 적어도 하나의 가스 수집 시스템(14) - 적어도 하나의 가스 수집 시스템(14)은 상기 유체 수집기(18)의 아래에 배치됨 -;
   제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 기액 분리 장치(30);
   상기 적어도 하나의 가스 수집 시스템(14)에 연결되고, 상기 적어도 하나의 기액 분리 장치(30)로 배출하는 적어도 하나의 상향관(22); 및
   상기 적어도 하나의 기액 분리 장치(30)에 연결되고, 상기 반응기 탱크(10)의 바닥으로 배출하는 하향관(24)을 포함하는 혐기성 정제 장치.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응기 탱크(10)는 적어도 두 개의 가스 수집 시스템들을 포함하고, 그 중 상기 적어도 하나의 가스 수집 시스템(14)은 하부의 가스 수집 시스템이고, 상부의 가스 수집 시스템(16)은 상기 유체 수집기(18)와 상기 하부의 가스 수집 시스템(14)의 사이에 위치되는 혐기성 정제 장치.
    
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 상향관(22)은 상기 적어도 하나의 가스 수집 시스템(14)에서 수집된 가스에 의해 야기된 가스 리프트 작용(gas lift action)에 의해 상기 반응기 탱크(10)에 들어 있는 유체를 상승시키도록 구성되는 혐기성 정제 장치.
    
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하향관(24)은 상기 적어도 하나의 기액 분리 장치(30)로부터 상기 반응기 탱크(10)의 바닥으로 유체를 되돌아 가게(return) 하도록 구성되는 혐기성 정제 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기액 분리 장치(30)의 상기 유압식 사이클론(36)의 상기 액체 출구(38)는 상기 하향관(24)에 연결되고, 상기 액체 출구는 상기 기액 분리 장치로부터 상기 혐기성 정제 장치의 상기 반응기 탱크(10)의 바닥부로 상기 유체를 가이드하도록 구성되는 혐기성 정제 장치.
    
14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기액 분리 장치(30)들을 포함하는 혐기성 정제 장치.
    
15. 제 9 한 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따는 혐기성 정제 장치를 사용하는 폐수와 같은 유체의 정제 방법.

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