KR20210082496A - 내구성 있는 바이오 파울링 보호 - Google Patents
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Abstract
수중 환경에 노출, 침수 및/또는 부분적 침수된 물품 및/또는 구조물을 특정 유형 및/또는 종류의 생물학적 유기체 및/또는 식물에 의한 침입 및/또는 콜로니화(colonization)로 인한 오염(contamination) 및/또는 파울링(fouling)으로부터 보호 - 수중 환경에 장기간 노출 동안 마이크로- 및/또는 매크로-파울링으로부터의 보호를 포함함 - 하는 데 사용하기 위한 장치, 방법 및/또는 시스템이 개시된다.
Description
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 "DURABLE BIOFOULING PROTECTION"이라는 명칭으로 2018년 11월 1일에 출원된 미국 임시 특허출원 제62/754,574호, 및 "BIOFOULING PROTECTIVE ENCLOSURES"라는 명칭으로 2019년 3월 13일에 출원된 미국 임시 특허출원 제62/817,873호에 대한 우선권 및 그의 이익을 주장하며, 이들의 개시내용은 각각 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 수중 환경에 노출, 침수 및/또는 부분적 침수된 물품 및/또는 구조물을 특정 유형 및/또는 종류의 생물학적 유기체에 의한 침입 및/또는 콜로니화(colonization)로 인한 오염(contamination) 및/또는 파울링(fouling)으로부터 보호하는 데 사용하기 위한 개선된 장치, 시스템 및/또는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 수중 환경에 장기간 노출 동안 마이크로- 및/또는 매크로-파울링으로부터 구조물 및/또는 기판(substrate)을 보호하기 위한 개선된 방법, 장치 및/또는 시스템이 개시된다.
바이오 파울링(biofouling)으로 알려진, 수중 환경에서의 구조물에 대한 다양한 해양 유기체의 성장 및 부착은 레크리에이션 및 산업 보트 및 해운 산업, 오일 및 가스 산업, 발전소, 수처리 플랜드, 물 관리 및 제어, 관개 산업, 제조, 과학 연구, 군대(공병대 포함) 및 어업을 포함하는 수많은 산업에서 중요한 문제이다. 해안, 항구 또는 해수(및 그의 담수 대응물)에 노출되는 보트 선체, 수중 케이블, 사슬 및 말뚝, 석유 굴착장치(rig) 플랫폼, 부표 및 어망과 관련된 표면과 같은 대부분의 표면은 동물 종, 예컨대 따개비, 홍합(뿐만 아니라, 굴 및 기타 이매패류), 이끼벌레류(bryozoans), 히드로충류(hydroids), 서관충류(tubeworms), 멍게 및/또는 기타 피낭동물(tunicate), 및 다양한 식물 종에 의해 결국 콜로니화된다. 바이오 파울링은 다양한 식물 및/또는 동물 종과 이들이 궁극적으로 부착되는 기판의 외관과의 상호 작용으로 인해 발생하여, 바이오 파울링 유기체를 기판에 견고하게 결합시켜 바이오 파울링을 유발하는 접착제의 형성으로 이어진다. 단순해 보임에도 불구하고, 바이오 파울링의 과정은 무수한 마이크로-유기체, 매크로-유기체 및 수중 환경의 끊임없이 변화하는 특성에 의해 영향을 받는 매우 복잡한 상호 작용의 웹이다.
바이오 파울링의 경제적 영향은 많은 산업에서 최고의 관심사이다. 선박 상의 많은 양의 바이오 파울링은 수중 환경에 노출된 다양한 표면의 부식을 초래하여 선박 작동의 효율성을 크게 감소시키고 결국 선박 일부를 악화시킬 수 있다. 매크로-유기체 축적은 또한 선박 표면의 거칠기를 증가시켜 선박이 더 큰 마찰 저항을 겪고 속도 및 기동성을 감소시키며 항력(drag)을 증가시켜 연료 소비를 증가시킨다. 따개비 및 기타 동물이 물에 침수된 프로펠러, 구동 시스템 구성요소, 입구 및/또는 선체 구성요소에 부착되기 때문에 이러한 증가된 비용은 상업 및 레크리에이션 보트 사용자 모두가 경험한다.
구조물에 대한 부식 및 기타 손상 증가 외에도, 물체에 대한 매크로-파울링(macro-fouling)의 무게 및 분포는 물체 및/또는 지지 구조물에서 경험하는 부력이나 응력 및 변형을 극적으로 변화시켜 파울링된 물체의 조기 고장 및/또는 침몰을 초래할 수 있다. 예를 들어, 많은 양의 바이오 파울링이 있는 표면을 포함하는 항해 부표 또는 부두 기둥은 증가된 무게로 인해 증가된 응력 부하를 겪고 과도한 양의 매크로 파울링 하에 심지어 가라앉거나 침몰할 수 있다. 이러한 증가된 응력은 종종 구조물의 유효 수명을 감소시키고 지속적인 청소 및/또는 교체를 필요로 한다. 마찬가지로, 침수된 센서(매어놓고/거나 자유-부유하는 센서 포함)는 종종 해양 유기체의 침입 및/또는 콜로니화로 인해 상대적으로 빠르게(종종 30일 미만 안에) 고장 및/또는 오작동할 것이다.
바이오 파울링은 또한 식물 및 동물 종이 파울링된 물체 상에서 "타고 따라갈(ride along)" 때 이들을 비-토종(non-native) 환경에 분포시킴으로써 상당한 생태학적 문제를 야기하며, 바이오 파울링의 상업적 및 생태학적 영향을 방지하기 위해 중요한 입법 및 재정 자원이 할당된다.
바이오 파울링 축적을 중단 및/또는 감소시키기 위해 다양한 방법이 사용되어 왔다. 특히 보트 및 해운 산업에서 보다 일반적인 방법들 중 하나는 스크래핑(scraping)에 의한 바이오 파울링 제거이다. 그러나, 스크래핑은 노동 집약적이고 파울링된 표면을 손상시킬 수 있으며, 스크래핑이 지역 동물군에 대한 부정적인 환경적 영향과 함께 침입 종의 증가된 확산을 초래하는 우려에 대해 환경 문제가 제기되었다. 따라서, 수중 환경에 노출된 표면 상에서 바이오 파울링의 양을 제거하거나 감소시키는 장치에 대한 필요성이 존재한다.
물과 접촉하는 물체를 보호하고 수중 바이오 파울링을 방지하기 위한 하나의 전략은 물리적 덮개의 사용을 포함한다. 이러한 덮개는 바람직하게는 물로부터 구조물을 보호하거나 분리함으로써 보호 장치로서 작동한다. 예를 들어, 미국 특허 제3,220,374호는 해양 보호 장치를 개시한다. 본 발명은 보트가 사용되지 않을 때 물의 부식 작용 및/또는 해양 성장으로부터 해양 장비를 보호하는 독특한 수단 및 방법에 관한 것이다.
미국 특허 제3,587,508호는 보트에의 용이한 부착을 위한 아웃드라이브(outdrive) 보호 장치를 개시한다. 이 장치는 보트가 사용되지 않을 때 해양 성장으로부터 선내(inboard)-선외(outboard) 모터의 아웃드라이브를 보호한다. 백(bag)과 트랜섬(transom) 사이에 그리고 아웃드라이브 유닛 주변에 수밀 밀봉을 제공하는 방식으로 보트의 트랜섬에 용이한 부착을 위해 아웃드라이브 유닛 주위에 백이 배치된다.
미국 특허 제4,998,496호는 추진 시스템의 선외 부분을 둘러싸기 위해 보트의 트랜섬에 고정될 수 있는 방수 슈라우드(shroud) 본체를 포함하는 해양 추진 시스템용 슈라우드를 개시한다. 잠금 및 밀봉 메커니즘은 수밀 결합으로 슈라우드를 보트 트랜섬에 고정하고, 침수 가능한 펌프는 슈라우드 본체로부터 물을 제거하도록 작동하여 추진 시스템이 사용되지 않을 때 "드라이 도크(dry dock)"에 효과적으로 있도록 한다.
미국 특허 제5,072,683호는 보트의 선미(stern)에 장착된 모터의 아웃드라이브의 프로펠러 및 스템(stem) 위에 설치하기 위한 백을 정의하는 부트(boot)를 포함하는 배수 가능한 보호 보트 모터 백 장치를 개시한다. 백은 백이 스템 위에 위치되면 호스가 그러한 백으로부터 잔류물을 펌핑하기 위해 삽입될 수 있도록 개방형 호스를 수용하기 위해 백의 입구로부터 폐쇄된 단부까지 연장되는 채널을 포함한다. 결속 끈(tie string)이 스템에 묶기 위해 백의 입구 주변에 포함될 수 있으며, 원하는 경우 프로펠러 블레이드를 덮어 백 자체에 직접 노출되는 것을 방지하기 위해 별도의 보호 자루(sack)가 포함될 수 있다.
미국 특허 제5,315,949호는 보트의 모터 프롭(prop)을 덮어 보호하기 위한 장치를 개시한다. 커버는 조절 가능한 칼라(collar), 유연하고 불투명한 백 및 조절 가능한 칼라 드로우 라인(draw line)을 포함한다. 백은 칼라에 부착된 개방 상단을 갖는다. 백의 폐쇄된 하단은 상단과 대향하며 추(weight)가 부착되어 있다. 칼라의 조절 가능한 칼라 드로우 라인은 백이 노두(outcropping) 위에 위치됨에 따라 조절 가능한 칼라 드로우 라인을 당김으로써 백의 개방 단부가 노두 주위에서 폐쇄될 수 있도록 한다. 칼라는 조절 가능한 칼라 드로우 라인을 노두 주변에 제자리에 고정하기 위한 잠금 슬롯을 포함한다. 노두에 커버의 배치 및 제거를 용이하게 하기 위해 조작 핸들이 칼라에 제거 가능하게 부착된다. 노두 위에 위치된 커버에 의해, 바람직하게는 물 및 빛이 백 내부로 들어가는 것이 방지되고, 이에 의해 필터 피딩 생물(filter feeding creatures)과 같은 수인성(water borne) 생명체 및 식물 생명체가 바람직하게는 커버 내에서 번성할 수 없다.
미국 특허 제6,152,064호는 보호 프로펠러 커버를 개시한다. 커버는 부력 인클로저를 제공하기 위해 부력 물질이 배치되는 유연한 슬리브를 포함한다. 유연한 프로펠러 커버 부분은 유연한 슬리브에 고정되고 커버의 단부는 프로펠러에 대해 분리 가능하게 고정된다. 부력 인클로저는 프로펠러에 인접하여 위치되며 프로펠러가 물 라인 아래에 위치할 때 물 라인 위로 확장된다. 부력 인클로저는 또한 보트 근처에서 수영할 때 수영자가 프로펠러와 직접 접촉되지 않도록 보호하는 역할을 한다. 보호 프로펠러 커버 장치는 추가로 운반 또는 보관 중에 프로펠러를 보호하는 역할을 한다. 보호 프로펠러 커버 장치는 추가로 보트가 진행 중일 때 앵커(anchor) 커버로서 역할을 한다. 보호 프로펠러 커버 장치는 추가로 비상 부유 장치로서 역할을 한다.
미국 특허 제6,609,938호는 정박, 표류, 좌초, 도킹되거나 보관 중이거나 또는 운송 중 물에서 나오는 보트의 선내 및 선외 모터에 사용되는 프로펠러 보호 슬리퍼(slipper)를 개시한다. 프로펠러 보호 슬리퍼는 프로펠러에 구멍과 손상을 일으키는 요소로부터 프로펠러에 대한 보호를 보장하고 프로펠러 관련 손상을 최소화한다. 보호 프로펠러 슬리퍼는 또한 뒤따르는 차량에서 트레일러 보트의 프로펠러 거리를 투영하기 위한 게이지를 제공한다.
미국 공개 제2008/0020657호는 선박의 아웃드라이브를 보호하기 위한 장치를 개시한다. 상기 장치는 선박의 말린(marlin) 보드의 밑면에 부착하도록 된 위치 결정(locating) 부재 및 아웃드라이브 주위에 인클로저를 제공하기 위해 위치 결정 부재와 맞물릴 수 있는 슈라우드를 포함한다. 슈라우드는 부력이 있으며 위치 결정 부재와 슬라이딩 맞물림하도록 부유될 수 있다. 슈라우드는 슈라우드가 선박의 트랜섬과 맞물릴 때 폐쇄되는 개구를 갖고 있어 바람직하게는 슈라우드 내부로 물이 침투하는 것을 방지한다. 연결 수단 및 잠금 수단이 슈라우드를 위치 결정 부재에 해제 가능하게 연결하기 위해 제공된다.
위에서 설명한 바와 같이 물리적 덮개를 사용하는 것 외에도 바이오 파울링을 줄이기 위해 다른 전략이 사용되어 왔다. 미국 공개 제2009/0185867호는 해양 요소에 대한 와류 유도 진동 및 항력을 감소시키는 시스템 및 방법을 개시한다. 시스템은 해양 요소 주위에 회전 가능하게 장착되며 해양 요소의 적어도 일부 주위에서 스냅(snap)하게 하도록 구성된 길이 방향 갭을 정의하는 대향 에지를 갖는 쉘(shell)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 핀이 길이 방향 갭의 각각의 대향 에지를 따라 위치될 수 있으며, 각각의 핀은 쉘로부터 외측으로 연장될 수 있다. 핀은 바람직하게는 와류 유도 진동을 줄이고 해양 요소에 대한 항력을 최소화하기 위해 쉘 상에 위치될 수 있다. 하나 이상의 파울링 방지제가 쉘, 핀 또는 이들의 조합의 적어도 일부 상에, 내에 또는 그 주위에 배치될 수 있다.
미국 특허 제7,390,560호는 기판을 탈파울링(defouling)하기 위한 코팅 시스템을 개시한다. 시스템은 오랜 기간 동안 물이나 바닷물에 침지된 선체를 포함한다. 시스템은 전도성 층, 파울링 방지 층 및 전도성 층에 에너지 펄스를 제공하기 위한 수단을 포함한다. 전도성 층은 전기 전도성인 탄소 충전된 폴리에틸렌과 같은 중합체를 포함한다. 파울링 방지 층은 낮은 표면 자유 에너지를 갖는 폴리디메틸실록산과 같은 중합체를 포함한다. 층들은 전도성 층이 전기, 음향 또는 마이크로파 에너지 또는 이들의 조합의 펄스에 노출될 때, 상기 전도성 층이 상기 파울링 방지 층으로부터 분리되도록 설계된다.
미국 특허 제6,303,078호는 해수와 접촉하는 물체를 보호하기 위한 파울링 방지 구조물을 개시하고 있으며, 이는 구조물로부터 해수 내로 침출되는 다량의 파울링 방지제를 함유하는 성형된 열가소성 수지 또는 직포를 포함하는 물-투과성 섬유 물질을 포함할 수 있다. 이 참고문헌에 따르면, 침출제가 수생 생물의 부착을 방지하기 위해 물체 주변에 고농도의 파울링 방지제를 유지하는 것이 중요하다. 또한, 이 참고문헌에 개시된 인클로저 실시형태들 중 다수는 극도로 낮은 용존 산소 수준(즉, 8.3% 이하)을 갖는 환경을 생성하며, 이는 고도로 무산소성이고 보호된 물체의 과도한 미생물 부식 및 분해를 촉진하는 경향이 있다.
수중 물체를 바이오 파울링의 영향으로부터 직접 차폐 및/또는 격리하기 위한 시도로 이러한 물체의 외부 표면에 적용하기 위한 다양한 표면 코팅, 페인트 및/또는 기타 물질이 또한 당업계에 알려져 있다. 이러한 코팅 및/또는 기타 물질의 대부분은 바람직하게는 시간이 지남에 따라 주변 수성 환경으로 침출되고 바이오 파울링 유기체의 다양한 측면을 방해하는 살생성 첨가제 및/또는 금속 첨가제(즉, 구리)에 의존한다. 예를 들어, 2가 Cu2는 세포막의 효소를 방해하고 다양한 바이오 파울링 유기체의 세포 분열을 방지하는 한편, 트리부틸주석(TBT) 살생제(현재 많은 선진국에서 해양 살생제로서 사용이 금지됨) 및/또는 기타 유기 주석 화합물은 많은 해양 생물을 죽이거나 성장을 지연시키며, 이러한 물질들 중 대다수는 또한 내분비 교란 물질로서 기능할 수 있다. 그러나, 물체의 수중 표면(들)을 준비한 다음 그러한 페인트/코팅을 그러한 표면(들)에 직접 적용 및/또는 접착하는 과정은 종종 비용이 많이 들고 시간 소모적인 과정이며(이는 심지어 수성 환경으로부터 물체의 제거 및/또는 용기의 드라이 도킹(drydocking)을 필요로 할 수 있음), 이러한 모든 코팅은 제한된 지속기간을 가지며 전형적으로 시간이 지남에 따라 효과를 잃고 종종 주변 수성 환경의 유기체에 해로운(원치 않는) 영향을 준다. 소수성, 초소수성 및/또는 비접착성(즉, 비점착성 및/또는 초섬모성(superciliated)) 표면과 같은 제거성(ablative) 및/또는 표면 특성에 의존하는 시스템에도 유사한 어려움이 존재한다.
더욱 최근에는 수성 환경으로 방출되는 염소와 같은 활성 부식제의 방출 또는 생성에 의존하는 시스템(즉, 해수로부터 차아염소산염 화합물을 생성하는 전기 염소화 시스템)이 특히 대규모 산업 시설에 대한 냉각 및/또는 여과 수 시스템에서 바이오 파울링을 감소 및/또는 방지하기 위한 시도로 사용되어 왔다. 그러한 시스템을 구입 및/또는 운영하는 높은 비용 외에도, 그러한 부식성 물질(이는 염소의 경우 강한 산화제일 수 있음)은 의도된 사용 환경을 훨씬 넘어서는 해로운 영향을 초래할 수 있으며(즉, 일단 방출되면 주변 수중 환경의 유기체를 손상시킬 수 있다), 이러한 물질의 대다수는 보호하려는 물품 또는 관련 시스템 구성요소의 부식 및/또는 분해를 강화할 수 있다.
또한, 바이오 파울링으로부터 보호되도록 의도된 물체에 대해 완전히 밀봉된 환경을 생성함으로써, 수성 환경에서 바이오 파울링 요소로부터 물체를 완전히 격리하려는 당업계의 다양한 시도가 있어 왔다. 그러나, 이러한 경우, 밀봉된 환경 내에 포함된 액체(이는 또한 보호 물체와 직접 접촉됨)는 전형적으로 매우 빠르게 정체(stagnant) 및/또는 무산소성이 되어 다양한 물질의 높은 수준의 혐기성 부식, 특히 무산소성 해수와 같은 무산소성 황산염-풍부한 환경에서 높은 수준의 부식을 유발한다.
본원에 개시되는 다양한 발명은, 완전히 밀봉된 "인클로저" 또는 기타 유형의 외부 커버링이 노출된 기판 구조물 주위에 지속적으로 사용되는 것이 실행 불가능하고/하거나 불가능하고/하거나 불편할 수 있는 상황을 포함하여, 수중 환경에 장기간 노출되는 동안 마이크로- 및/또는 매크로-파울링으로부터 구조물 및/또는 기판을 보호하기 위한 개선된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 필요성의 실현을 포함한다. 이것은 기판 또는 기타 물체가 수성 환경을 통해 이동하거나 어떤 형태의 추진력(즉, 선박 프로펠러 및/또는 보트 선체)을 제공하는 상황, 수성 환경의 주변 물이 순환, 소비 및/또는 사용되는 상황(즉, 물 냉각 및/또는 담수를 위한 증류), 및/또는 센서 또는 기타 장치가 주변 수성 환경을 기록 및/또는 샘플링하는 데 사용되는 상황을 포함할 수 있다.
본원에 개시되는 다양한 발명은 기판을 주변 수성 환경으로부터 완전히 격리시키는 완전히 밀봉된 인클로저가 수성 환경의 다양한 부정적인 영향으로부터 기판을 적절하게 보호하지 못할 수 있다는 인식을 추가로 포함하며, 여기서 "보호된" 기판은 완전히 밀봉된 인클로저 내에서 및/또는 기판 근처에서 나타날 수 있는 무산소성, 산성 및/또는 기타 조건(및/또는 이러한 환경과 관련된 기타 조건, 예컨대 미생물 유도된 부식의 작용)으로 기인하는 부식 또는 기타 영향을 겪을 수 있다. 따라서, 기판의 최적 보호는 주변 수성 환경의 다양한 특징 및/또는 측면으로부터 기판을 적어도 부분적으로(완전히는 아님) 분리하는 인클로저에 의해 제공될 수 있다.
다양한 실시형태에서, "내구성 있는 바이오 파울링 보호"라는 명칭으로 2018년 11월 1일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/754,574호, 및 "바이오 파울링 보호 인클로저"라는 명칭으로 2019년 3월 13일자로 출원된 공동 계류중인 미국 특허출원 제62/817,873호(이들의 개시내용은 그 전체가 참고로 포함됨)에 기재된 다양한 실시형태의 사용을 포함하여, 주변 수성 환경의 하나 이상의 특징 또는 특성으로부터 기판을 여과, 격리, 분리, 절연, 보호 및/또는 차폐하기 위해 기판 또는 다른 물체의 주위에, 그것에 대해 및/또는 근처에 위치될 수 있는 바이오 파울링 방지 "인클로저" 또는 "장벽"이 설명된다. 보다 구체적으로, 인클로저의 다양한 실시형태는 바람직하게는 기판의 바로 근처에 "제한된(bounded)", 포위된(enclosed) 및/또는 차별화된 수성 환경을 생성할 것이며, 이는 일부 다양한 마이크로 및/또는 매크로 약제에 의해 직접적인 바이오 파울링으로부터 기판을 여과하거나 보호(screen)하는 역할을 할 수 있으며, 또한 적어도 일부 경우에, 심지어 인클로저의 부재에서도 오랜 기간 동안 바이오 파울링 유기체의 원치 않는 유형에 의한 기판 표면의 후속 정착(settling), 모집(recruitment) 및/또는 콜로니화를 잠재적으로 억제, 방해, 회피 및/또는 방지할 수 있는 기판 및/또는 인클로저 벽 상의 상대적으로 내구성 있는 표면, 코팅 또는 층의 형성을 촉진한다. 많은 경우에, 인클로저 벽의 천공(fenestrations)은 인클로저 내의 수성 환경과 인클로저 외부의 수성 환경 사이에 일정량의 물 교환을 허용할 수 있고, 심지어 인클로저 내부에 포함된 액체의 물 화학 및/또는 탁도를 변경할 수 있어, 주변의 개방된 수성 환경 - 그 수준은 인클로저 내에 포함된 기판의 파울링 및/또는 부식(또는 파울링 및/또는 부식의 부족)에 다양한 방식으로 기여할 수 있음 - 에 비교할 때 잠재적으로 점토, 미사(silt), 미분된 무기 및 유기 물질, 조류, 용해성 착색 유기 화합물, 화학 물질 및 화합물, 플랑크톤 및/또는 차별화된 액체에 부유하는 기타 미세 유기체의 수준이 다를 수 있다.
다양한 실시형태에서, 본원에서 설명되는 인클로저는 보호될 기판 또는 표면의 침수 및/또는 부분적 침수된 부분에 인접하여 "포위된", "국소적", "억제된(contained)" 및/또는 "차별화된"수중 환경을 생성하도록 작용하며, 이는 다양한 유형의 바이오 파울링에 기여하는 수생 유기체의 정착 및/또는 모집에 바람직하지 않거나 바람직하지 않게 된다(이는 "부정적인" 정착 단서를 생성하는 표면, 뿐만 아니라 하나 이상의 유형의 바이오 파울링에 대한 "양성" 정착 단서가 없거나 감소된 수준을 제공할 수 있는 표면을 포함할 수 있음). 다양한 실시형태에서 인클로저(들)는 또한 바람직하게는 바이오 파울링에 기여하는 많은 해양 유기체가 인클로저에 들어가는 것 및/또는 기판의 침수 및/또는 부분적 침수된 표면과 접촉하는 것을 여과, 감소 및/또는 방지할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 투과성, 성형성 매트릭스, 섬유 매트릭스 및/또는 패브릭 물질을 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 예시적인 실시형태에서 스펀 폴리에스터 얀으로 제조된 직조 폴리에스터 패브릭을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 추가 실시형태에서, 스펀 폴리에스터 얀의 사용은 바람직하게는 미소 및/또는 미세한 규모로 패브릭 물질의 유효 표면적 및/또는 피브릴화를 증가시킬 수 있으며, 이는 바람직하게는 (1) 패브릭을 통해 연장되는 자연 및/또는 인공 개구의 "유효" 또는 평균 크기의 상당한 감소를 초래하고/하거나, (2) 패브릭을 통한 및/또는 패브릭 내 개구 내의 "자유 공간"의 양 및/또는 폭을 감소시켜 패브릭 표면과 미생물들(유입/유출하는 액체 내) 사이의 분리 거리를 잠재적으로 감소하고/하거나, (3) 인클로저 내 수질의 변화를 다양한 방식으로 변경 및/또는 유도할 수 있다. 패브릭의 감소된 평균 개구 크기는 바람직하게는 액체의 "여과"를 증가시켜 다양한 생물학적 유기체 및/또는 기타 물질이 포위 또는 제한된 환경으로 들어가는 것을 감소 및/또는 방지하는 한편, 개구(들) 내의 감소된 "자유 공간"은 바람직하게는 유기체가 패브릭을 자유롭게 통과하는 기회를 감소시키고/시키거나 포위 또는 제한된 환경과 개방된 수성 환경 사이의 "총 물 교환"의 속도 및/또는 양을 감소시킨다. 이러한 인자는 바람직하게는 인클로저 안팎으로 통과하는 마이크로- 및 매크로-유기체(뿐만 아니라 다양한 유기 및/또는 무기 오염물 및/또는 기타 화합물)의 크기 및/또는 생존력의 상당한 감소 또는 계량을 초래할 것이다. 더욱이, 이러한 측면은 또한 바람직하게는 인클로저 물질 자체 상에 및/또는 그 내부의 개구(들) 내에서 발생할 수 있는 바이오 파울링 또는 기타 분해의 양, 정도 및/또는 속도를 감소시키고, 바람직하게는 장기간 동안 인클로저의 패브릭의 유연성, 투과성 및/또는 기타 특성을 보존할 것이다.
바람직하게는, 인클로저의 패브릭 벽의 적어도 일부는 일정량의 액체 및/또는 다른 물질(들)이 상대적으로 제어 및/또는 계량된 방식으로 인클로저의 벽을 통과 및/또는 "여과"할 수 있도록 충분한 정도로 천공(fenestrated and/or perforated)될 것이며(즉, 외부 또는 "개방된" 수성 환경에서 차별화된 수성 환경으로 및/또는 차별화된 수성 환경에서 외부 또는 개방된 수성 환경으로), 이는 바람직하게는 차별화된 환경(인클로저 내부)과 주변 개방 수성 환경(인클로저 외부) 사이에서 발생하는 "질량 액체 흐름" 및/또는 "총 액체 교환"의 특정 수준, 양 및/또는 백분율, 뿐만 아니라 다양한 물질 및/또는 조성물이 확산되거나 인클로저 벽 및/또는 기공(pore)을 통과할 가능성을 제공한다. 다양한 자연적 및/또는 인공적 과정과 조합된 액체 및/또는 다른 조성물의 이러한 움직임은 바람직하게는 인클로저 내에서 상대적으로 "다른" 또는 동적 "인공" 환경을 유도, 촉진 및/또는 생성하고, 특히 주변의 수성 환경의 동적 특성과 많은 방식에서 상이한 특성을 가지며, 이는 바람직하게는 많은 바이오 파울링 유기체에 대해 차별화된 환경을 "바람직하지 않게" 만들고 그에 따라 인클로저 내부 및/또는 바로 외부에서 발생하는 바이오 파울링을 감소 및/또는 제거한다. 또한, 인클로저 벽에 수많은 작은 천공의 존재는 바람직하게는 교환 액체(들)의 다양한 수준의 여과를 제공하며, 이는 인클로저에 들어가는 유기체의 수 및/또는 생존 가능성을 잠재적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 인클로저 벽에 가깝게 통과할 수 있는 인클로저 내부 및/또는 외부의 유기체에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
하나의 예로서, 인클로저 내의 액체에 있는 용존 산소의 양은 바람직하게는 외부 수성 환경의 액체에 있는 용존 산소의 양과 상당히 다를 것이며, 차별화된 액체에서 용존 산소의 변화는 잠재적으로 외부 수성 환경에서 용존 산소 수준을 미러링, 트레일링 및/또는 "래깅"한다(다양한 양으로). 바람직하게는, 차별화된 액체에서 이 수준의 용존 산소는 전형적으로 주변 수성 환경의 수준보다 낮을 것이며(다양한 실시형태에서 주기적 및/또는 연속적 기준을 포함하여 주변 환경의 그것과 같고/같거나 더 클 수 있지만), 다양한 실시형태에서 용존 산소 수준은 황산염-감소 또는 유사한 박테리아(즉, 미생물 유도된 부식 -"MIC") 및/또는 기타 무산소성 분해/부식의 활성에 도움이 되는 수준 초과의 값에서 변동할 수 있으며, 변동 자체가 바람직하게는 인클로저 또는 이의 다양한 섹션 또는 부분 내의 임의의 단일의 바람직하지 않은 유형 또는 그룹의 미생물 및/또는 매크로 유기체의 우세를 억제 및/또는 제어하는 데 도움이 된다.
다양한 실시형태에서, 용존 산소 및/또는 다른 물 화학 성분들의 구배는 인클로저의 내부 벽과 보호된 기판의 외부 표면 사이의 인클로저의 액체 내에서 나타날 수 있으며, 이 구배는 잠재적으로 "인클로저의 내벽에 근접한 "더 호의적인 구역" 및/또는 기판의 표면(들)에 근접한 "덜 호의적 구역"을 생성하며, 이들은 일부 실시형태에서 다양한 미생물이 내부 인클로저 벽을 향해 및/또는 기판의 하나 이상의 표면으로부터 멀리 이동하도록 유도할 수 있고(이는 하나의 예로서 인클로저 벽에 더 가깝게 존재할 수 있는 용존 산소 비율의 증가로 인한 것일 수 있음), 뿐만 아니라 잠재적으로 일부 미생물이 기판의 표면(들)에서 콜로니화, 정착, 번식 및/또는 성장하지 않도록 강제한다. 다양한 실시형태에서, 이 구배는 적어도 부분적으로 인클로저를 통한 및/또는 인클로저 내로의 물 유입에 기인할 수 있고/있거나, 적어도 부분적으로 인클로저를 통한 및/또는 인클로저 외부로의 물의 유출에 기인할 수 있다. 그 결과의 인클로저 안팎으로의 물의 "교환" 및 그 안에 포함된 화학 물질 및/또는 화합물의 다양한 농도는 바람직하게는 자연적(즉, 보호되지 않은) 상태에서 기판에 발생할 수 있는 바이오 파울링 또는 기타 분해의 양, 정도 및/또는 속도를 감소시킬 것이다.
다양한 실시형태에서, 인클로저에 들어가고/가거나 나가는 물 또는 다른 수성 매질은 바람직하게는 주로 "집단(en masse)" 방식으로 이 통로를 달성할 것이며, 여기서 인클로저 내의 물 속도 및/또는 "흐름"의 국부적인 변화가 최소화될 것이다. 그 결과의 인클로저 내 물의 상대적으로 정지된 특성은 바람직하게는 인클로저 내 물의 상당한 "혼합"을 감소 및 또는 억제하여 바람직하게는 인클로저 내에서 더 높은 수준의 층화(stratification) 및/또는 차별화를 초래하며, 이는 산소화 수준(즉, 케모클린) 및/또는 기타 특성(즉, 염도, 밀도, 온도)에 기반한 층화를 포함하여, 잠재적으로 인클로저 내에서 무산소성 및/또는 흑해현상(euxinia)의 국부적 영역 생성으로 이어질 수 있다(이 영역은 인클로저 내에 매달려 있고/있거나 인클로저 내의 다른 물 영역에 의해 기판의 표면으로부터 분리될 수 있음). 더욱이, 다양한 대사 폐기물 및/또는 유해 화합물(다양한 공지 및/또는 미공지된 미생물 "독소" 포함) 및/또는 차별화된 환경 내에서 생성된 기타 억제 화합물을 포함할 수 있는 인클로저를 떠나는 물은 바람직하게는 다양한 시간 동안 이러한 폐기물/화합물의 "클라우드(cloud)"에서 인클로저의 기공 내부 및/또는 인클로저의 외벽 부근에 "지속"될 것이며, 이는 바람직하게는 파울링 유기체에 의한 인클로저 벽(외부를 향한 벽 포함)의 콜로니화를 감소 및/또는 방해할 것이다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 인클로저는 인클로저 내에 산소-고갈된 영역을 생성하기 위해 기판에 근접하여 이용될 수 있으며, 이 산소-고갈된 영역의 적어도 일부는 기판에 근접하거나 접촉되며, 일부 실시형태에서 산소-고갈된 영역은 차별화된 수성 환경(즉, 인클로저 내)의 전체를 포함할 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 산소-고갈된 영역은 차별화된 수성 환경의 일부만을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 인클로저의 고유한 설계 및 배열의 다양한 측면은 하나 이상의 자연 과정이 초기에 산소 고갈 영역을 생성하도록 할 것이지만, 일부 실시형태에서는 추가 조치 및/또는 활동이 수행되어 하나 이상의 자연 과정을 시작, 가속화, 유지, 지연, 감소 및/또는 보완할 수 있으며, 이는 그에 의해 생성된 산소 고갈 영역에 영향을 미칠 수 있다.
바람직하게는, 인클로저는 수성 환경 내에 고유한 보호 환경을 제공할 것이며, 인클로저 내의 박테리아 및/또는 기타 미생물의 양 및/또는 다양성은 인클로저 외부에 위치한 것과 다를 수 있다. 더욱이, 인클로저는 인클로저 내에서 복수의 차별화된 환경을 생성할 수 있으며, 이는 "인클로저의 내부 벽에 근접함"(즉, 예를 들어 인클로저의 내벽의 수 밀리미터 이내)으로 정량화될 수 있는 제1 차별화된 "환경", 및 기판의 외부 표면에 근접함(즉, 그것의 수 밀리미터 이내)으로 정량화될 수 있는 적어도 제2 차별화된 "환경"을 포함할 수 있다. 다양한 예시적 실시형태에서, 주어진 차별화된 환경은 인클로저 내에서 하나 이상의 바이오 필름(들)의 형성을 유도하거나 촉진할 수 있으며, 이는 인클로저의 부재 하에 수성 환경 내의 기판 상에 형성될 수 있는 바이오 필름 및/또는 인클로저 벽의 내부 표면 또는 기공 내의 다른 바이오 필름과 다양한 측면에서 다를 수 있는 기재 표면 상의 바이오 필름의 형성을 포함할 수 있다. 예를 들어, "포위된" 또는 차별화된 환경에서 기판 바이오 필름은 박테리아 또는 기타 미생물의 더 낮은/적은 다양성을 포함할 수 있거나, 일반적으로 보호되지 않은 동등한 기판의 표면에 형성되는 것보다 더 얇은 바이오 필름 층을 포함할 수 있다. 다양한 예에서, 이 차별화된 바이오 필름은 기판의 마이크로- 및/또는 매크로-파울링을 방지 및/또는 감소시키는 데 유리할 수 있다.
일부 실시형태에서, 수성 환경 내의 고유한 보호 환경은 인클로저 내의 하나 이상의 바이오 필름(들)의 형성을 유도하거나 촉진할 수 있는 인클로저 내의 박테리아 및/또는 다른 미생물의 고유한 양 및/또는 다양성을 유도할 수 있으며, 여기서 그러한 바이오 필름은 일반적으로 보호되지 않은 환경에서 만나는 바이오 필름보다 기판에 "덜 끈적하게 부착"될 수 있다. 이러한 바이오 필름은 기판 및/또는 중간 바이오 필름 층으로부터 파울링 유기체의 제거 및/또는 "스크래핑"을 용이하게 할 수 있다. 그러한 경우에, 마이크로플로라(microflora) 및/또는 마이크로포너(microfauna)는 인클로저 외부에 위치한 것과 다른 문(즉, 다른 박테리아 및/또는 시아노박테리아 및/또는 규조류)을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 및 이를 통한 다양한 천공(들)의 존재는, 주변 수성 환경의 바이오 필름 국부 정착 단서보다 낮은 양의 수준에 있는 차별화된 환경 내에서 바이오 필름 국부 정착 단서의 실재 및/또는 존재를 포함할 수 있는 주변 수성 환경보다 기판의 마이크로 및/또는 매크로 파울링에 덜 기여할 수 있는 "차별화된" 수성 환경을 생성할 수 있다. 바람직하게는, 인클로저는 주변 개방 수성 환경 내의 유사한 인자 및/또는 화합물과 비교하여 차별화된 수성 환경 내의 다양한 환경 인자 및/또는 화합물의 조성 및 분포에 "차이"를 생성할 것이며, 이러한 "차이"는 상당한 양의 바이오 파울링이 (1) 보호된 기판의 표면 상에서, (2) 인클로저의 내부 벽 표면 상에서, (3) 인클로저 벽의 개구 및/또는 천공의 간격 내에서, 및/또는 (4) 인클로저의 외부 벽 표면 상에서 발생하는 것을 억제 및/또는 방지한다. 일부 실시형태에서, 인클로저는 마이크로 및/또는 매크로 파울링 유기체의 일부 및/또는 전부가 기판에 대해 다소 원위에 위치되도록 유도 및/또는 압박하는 인클로저 내에 정착 단서의 구배를 생성하는 한편, 다른 실시형태에서 인클로저는 기판의 바이오 파울링 및/또는 분해에 도움이 되지 않는 기판에 근접한 마이크로 환경을 생성할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 인클로저는 기판 주위를 직접 감싸는 것과 같이 기판에 근접하게 및/또는 기판과 직접 접촉하게 위치될 수 있으며, 본원에 설명된 다양한 보호를 여전히 제공한다.
다양한 다른 실시형태에서, 천공된 인클로저 벽의 존재는 주변 수성 환경의 것과 비교하여 차별화된 환경 및/또는 그 일부 내의 다양한 물 화학 인자 및/또는 영양분 및/또는 폐기물의 존재/부재에 유사하게 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 pH, 총 용존 질소, 암모늄, 질산염, 아질산염, 오르토인산염, 총 용존 인산염 및/또는 실리카는 차별화된 환경과 주변 개방 수성 환경 사이에서 다를 수 있으며, 심지어 차별화된 환경 내에서도 그러한 영양분의 수준이 포위 또는 제한된 수성 영역에 걸쳐 달라질 수 있다. 일반적으로, 인클로저 벽의 적어도 일부에 근접한 위치(즉, 대량 물 흐름의 방향에 기초한 "상류 부분")에서 인클로저 내 액체의 물 화학, 영양분 수준 및/또는 폐기물 대사산물의 수준은 인클로저 외부의 액체 수준에 더 근접할 수 있으며, 전형적으로 인클로저 내부 및/또는 기판 표면에 근접하여 더 큰 변화가 보인다.
다양한 실시형태에서, 본원에서 설명되는 것과 같은 인클로저의 존재는, 유기체가 성장(인클로저 외부에 있는 유사한 유기체만큼 빠르게 성장할 수 없는 것을 포함), 번성, 및/또는 이들 유기체가 완전히 기능하는 매크로 파울링 유기체가 되기 위해 겪는 요구되는 자연적 과정 및/또는 단계들 중 하나 이상을 통과하지 못하게 하는 차별화된 환경 내의 다양한 "비우호적인" 조건 때문에, 기판에 착지할 수 있는 파울링 유기체가 기판에 정착하거나 부착되지 않을 수 있고/있거나 기판을 번성 및/또는 콜로니화할 수 없도록 물의 화학을 변경할 수 있다. 예를 들어, 낮은 용존 산소 수준, 변경된 pH, 다양한 영양분 수준 및/또는 농도, 폐기물 수준 및/또는 인클로저 내의 물 이동 부족 등을 포함하여 인클로저 내에서 다양한 화학 변화가 발생할 수 있다(주변 개방 수성 환경과 비교하여). 많은 경우에, 파울링 유기체는 기판이 본원에 설명된 다양한 인클로저 내에 배치될 때 이미 파울링된 표면으로부터 분리 및/또는 "다이 오프(die off)"될 수 있으며, 이는 기판의 오염을 잠재적으로 중단 및/또는 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 잠재적으로 일부 기존 바이오 파울링 유기체 및/또는 골격 잔해, 예컨대 껍질, 골격, 외골격 및/또는 관련 지지 구조물을 파울링된 표면(들)으로부터 느슨하게 하고/하거나 분리한다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 벽의 천공의 배열, 작은 크기 및/또는 분포, 뿐만 아니라 그 안에 위치된 다양한 실(thread)들 및/또는 실 부분(즉, 섬모)의 존재는, 특히 인클로저가 수성 환경의 표면에 더 가깝게 사용되거나 다른 에너지 원에 가깝게 사용되는 경우, 다양한 에너지 원(예를 들어, 광합성을 위한 태양 광)이 다양한 미생물 및/또는 기타 퇴행성 과정에서 사용을 위해 쉽게 이용 가능한 것을 제한 및/또는 방지하는 것을 포함하여, 인클로저 또는 그 다양한 부분 내에서 태양광 또는 기타 빛/열 에너지(인공 및/또는 생물 발광 에너지 원 포함)의 존재 및/또는 이용 가능성을 제한, 방지 및/또는 조절할 수 있다. 원한다면, 인클로저의 벽에 근접한(즉, 천공을 통해) 그러한 에너지 원의 가용성 또는 존재는 일부 운동성 유기체가 인클로저의 내벽에 근접하여 집합하고/하거나 모이도록 유도할 수 있으며, 바람직하게는 보호될 기판 표면에 근접하여 그들의 존재를 감소시킨다. 다양한 대안적인 실시형태에서, 빛 또는 다른 에너지 원은 인클로저에 근접한 주변 수성 환경에 위치할 수 있고/있거나 보호된 기판에 근접한 것을 포함하여 다양한 위치에서 인클로저 내에 위치할 수 있으며, 이에 의해 인클로저 근처 및/또는 인클로저 내에서 그러한 에너지 원의 가용성을 증가시킨다. 이러한 실시형태는 추가된 에너지 원에 민감한 바이오 파울링 유기체의 존재 및/또는 성장을 제한하는데 특히 유용할 수 있다(즉, 전형적으로 더 어두운 환경을 선호하는 얼룩말 홍합을 억제하는 광원을 제공하는 것과 같이).
다양한 실시형태에서, 인클로저 벽의 천공의 배열, 작은 크기 및/또는 분포, 뿐만 아니라 내부의 다양한 실들 및/또는 실 부분의 존재는, 인클로저 내 및/또는 기판에 근접한 액체(즉, 물의 국부화된 스트림 또는 "제트")의 다양한 유형의 층류 및/또는 난류(들)를 제한 및/또는 방지하는 것을 포함하여, 인클로저 또는 그 다양한 부분 내에서 발생할 수 있는 물의 고속 질량 흐름(들)의 위치 및/또는 양을 제한, 방지 및/또는 조절할 수 있다. 일부 실시형태에서, 인클로저 내에서 얻을 수 있는 물의 상대적으로 "느슨하지만" 완전히 "정지 상태"보다 다소 적은 성질은 상당한 수의 비-살균성 미생물이 기판 또는 그에 근접한 경계층과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 인클로저 내 액체의 제한된 흐름은 더 얇은/두꺼운 수성 액체 경계층이 보호된 기판 및/또는 인클로저 벽에 근접하게 존재하도록 허용할 수 있으며, 이는 미생물 또는 보호된 기판과의 기타 접촉을 추가로 제한할 수 있을 뿐만 아니라, 개방 수성 환경의 보다 활동적인 유동 상황(들)에서 통상적으로 존재하는 것보다 기판 상에 더 얇은/두꺼운 바이오 필름 층의 형성을 유도 또는 허용한다.
적어도 하나의 대안적인 실시형태에서, 본 발명의 다양한 장점은 보충 및/또는 인공 물 교환 메커니즘, 예컨대 차별화된 수성 환경과 주변 개방 수성 환경 사이에 바람직한 수준의 물 교환을 제공하는 동력 펌프 또는 "체크 밸브" 장치, 프로펠러 시스템 및/또는 페탈(petal) 시스템을 포함하는 비-투과성 인클로저(플라스틱, 목재 및/또는 금속 벽 시트 또는 플레이트 등을 포함)에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 보호된 기판에 대해 본원에 설명된 바이오 파울링 보호 및/또는 효과의 일부 또는 전부는 바람직하게는 인클로저 및 그의 투과성, 성형성 매트릭스, 섬유 매트릭스 및/또는 패브릭 벽 물질에 의해 다양한 보충 바이오 파울링 방지제를 사용하지 않고 제공될 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 인클로저는 벽 구조 및/또는 이의 코팅의 일부(들)에 하나 이상의 살생제 및/또는 파울링 방지제를 포함하는 투과성, 성형성 섬유 매트릭스 및/또는 패브릭 벽 물질을 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 살생제 및/또는 파울링 방지제(들)는 인클로저 벽 및/또는 구성요소(인클로저 자체가 기판에 대한 바이오 파울링 보호 수준을 제공함)에 대한 바이오 파울링 보호를 제공할 수 있는 한편, 다른 실시형태에서는 살생제 및/또는 파울링 방지제(들)가 기판 자체에 대해 일정 수준의 바이오 파울링 보호를 제공할 수 있는 한편, 또 다른 실시형태에서는 살생제 및/또는 파울링 방지제(들)가 인클로저 및 기판, 및/또는 이들의 다양한 조합 모두에 대해 바이오 파울링 보호를 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 인클로저는 인클로저 구조에 통합 및/또는 보충적으로 제공될 수 있는 보충적 살생제 또는 다른 파울링 방지 물질, 억제제 및/또는 독소가 없는 경우에도 기판 및 인클로저 벽 모두에 상이한 정도로 바이오 파울링 방지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본원에 설명된 것과 같은 인클로저가 기판 주위에 배치되고 개시되는 차별화된 환경(들)을 생성할 때, 환경(들)은 또한 다양한 대사 폐기물의 증가된 농도를 발현할 수 있으며, 인클로저 내에서 발생하는 다양한 과정 및/또는 대사 활동은 파울링 유기체에 해로운, 유해한, 독성 및/또는 다른 부정적인 영향을 미치는 하나 이상의 물질(예컨대, 황화수소 또는 NH3-N-암모니아성(ammoniacal) 질소)을 생성할 수 있다. 예를 들어, NH3-N은 자유 암모니아 질소(FAN) 또는 암모니아성 질소로도 알려진 해리되지 않은 형태의 암모니아이며, 이는 세포막을 투과할 수 있기 때문에 미생물에 해롭고/거나 독성이 있는 것으로 밝혀졌다. 일부 실시형태에서, 이러한 유해 화합물(다양한 공지 및/또는 미공지 미생물 "독소" 포함) 및/또는 억제 화합물의 원하는 농도는 인클로저 내에서 나타날 수 있으며(그 다음 이러한 농도는 인클로저 내에서 발생하는 다양한 과정에 의해 지속적으로 "보충"될 수 있음), 여기서 그들은 인클로저 내에서 차별화된 수성 영역에 상주하고/하거나 인클로저 벽을 통해 용출될 수 있으며, 잠재적으로 인클로저의 외벽을 파울링 유기체로부터 어느 정도 보호하는 유해 화학 물질의 국부적인 "클라우드"를 생성할 수 있다. 그러나, 이러한 화합물이 인클로저를 벗어나면 이러한 유해 및/또는 억제 화합물은 다양한 자연 과정에 의해 빠르게 희석 및/또는 분해될 수 있으므로, 인클로저로부터 어느 정도 떨어진 곳에서 이러한 물질의 환경에 대한 장기적인 영향에 관한 상당한 우려를 제거할 수 있다. 또한, 인클로저 내에서 이러한 화합물을 생성하는 과정이 연속적 및/또는 주기적이기 때문에, 인클로저는 용출 저장소 및/또는 외부 보충 또는 외부 전원을 요구하지 않고 무기한 기준으로 상대적으로 일정한 수준에서 이러한 억제 화합물을 지속적으로 생성 및/또는 용출할 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 인클로저는 스펀 폴리에스터 얀으로 제조된 폴리에스터 패브릭의 투과성 성형성 섬유 매트릭스를 포함할 수 있으며, 이는 적어도 일 면(예를 들어, 인클로저의 외부를 향하는 표면)에 살생 화합물 또는 살생제를 함유하는 코팅 또는 페인트로 코팅될 수 있으며, 여기서 살생 화합물의 적어도 일부는 패브릭 본체로의 경로의 적어도 일부를 침투한다. 적어도 하나의 추가 실시형태에서, 링 스펀 폴리에스터 얀의 사용은 바람직하게는 미소 및/또는 미세한 규모로 패브릭 물질의 유효 표면적 및/또는 피브릴화를 증가시킬 수 있으며, 이는 바람직하게는 (1) 패브릭을 통해 연장되는 자연 개구의 평균 크기의 상당한 감소를 초래할 수 있고/있거나, (2) 패브릭을 통한 및/또는 패브릭 내의 개구 내의 "자유 공간"의 양 및/또는 폭을 감소시키고, 이에 의해 잠재적으로 미생물(유입/유출 액체 내)과 패브릭에 있는 살생제 코팅(들) 사이의 분리 거리를 감소시킨다. 이러한 실시형태에서 패브릭의 감소된 평균 개구 크기는 바람직하게는 액체의 "여과"를 증가시켜 다양한 생물학적 유기체 및/또는 기타 물질이 포위되거나 제한된 환경으로 들어가는 것을 감소 및/또는 방지하는 한편, 개구(들) 내의 감소된 "자유 공간"은 바람직하게는 살생제 코팅에 매우 가까이 지나갈 때 인클로저를 통과하는 유기체에 대한 살생제의 효과를 증가시키거나 증폭시킬 것이다(살생제와 다양한 유기체 사이에서 발생하는 직접적인 접촉 가능성의 증가 포함). 이러한 인자는 바람직하게는 인클로저 안으로 통과하는 미생물 및 매크로 유기체(뿐만 아니라 다양한 유기 및/또는 무기 오염물)의 크기 및/또는 생존력의 상당한 감소를 초래할 것이다. 더욱이, 인클로저의 패브릭 상 및/또는 내의 살생제 코팅(들) 및/또는 페인트(들) 및/또는 첨가제(들)의 존재는 바람직하게는 인클로저 물질 자체 상에 및/또는 그 내부의 개구(들) 내에서 발생할 수 있는 바이오 파울링 또는 기타 분해의 양, 정도 및/또는 속도를 상당히 감소시키고, 바람직하게는 장기간 동안 인클로저의 패브릭의 유연성, 투과성 및/또는 기타 특성을 보존할 것이다.
일부 실시형태 및/또는 일부 수성 환경에서, 유연성 인클로저 물질의 적어도 외부 표면 상의 살생제 코팅의 존재는 바람직하게는 인클로저 자체 내의 개구 상에서 및/또는 내에서 겪는 바이오 파울링 및/또는 기타 분해의 두께, 밀도, 중량 및/또는 정도를 감소시킬 것이며, 이는 인클로저와 주변 환경 사이에서 원하는 수준의 물 교환을 최적으로 유지하고/하거나 기판 주변의 원하는 위치에서 인클로저의 유효 수명을 연장할 것이다. 많은 상황에서 인클로저의 바이오 파울링은 인클로저의 무게 및/또는 강성을 상당히 증가시키고, 이는 인클로저 및/또는 인클로저에 부착된 구조(기판 자체 포함)를 손상시킬 수 있을 뿐만 아니라 인클로저 및/또는 그에 부착된 임의의 물체의 부력에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 인클로저 자체의 바이오 파울링은 다양한 패브릭 구성요소의 유연성 및/또는 연성을 감소시킬 수 있으며, 이는 동적 수성 환경에서 패브릭 및/또는 관련 부착 메커니즘의 조기 찢어짐 및/또는 고장을 유발 및/또는 이에 기여할 수 있다. 더욱이, 인클로저 상/내의 바이오 파울링 형성은 잠재적으로 인클로저 패브릭을 통한 및/또는 그 내의 개구를 막거나 그 크기를 감소시키고/시키거나 그 개구를 폐쇄할 수 있으며, 이는 잠재적으로 차별화된 환경과 주변의 동적 및/또는 개방된 수성 환경 사이의 투과성 및/또는 액체 교환 속도를 변경할 수 있고, 바람직하지 않은 조건(즉, 낮은 용존 산소 수준 및/또는 무산소성) 및/또는 부식 또는 인클로저 내에서 발생하는 기타 문제를 초래할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에서, 인클로저는 인클로저의 전개 후 제한된 시간 동안 용출되고/되거나 그렇지 않으면 분배되는 초기 살생제 처리를 포함할 수 있으며, 이 기간은 인클로저의 다른 특징이 차별화된 환경을 발현하도록 하기에 충분하며, 상기 차별화된 환경은 초기 살생제 용출이 더 낮고/낮거나 비효과적인 수준으로 떨어지고/지거나 용리 또는 분배를 중단시킨 후 기판 및/또는 인클로저에 후속적인 바이오 파울링 보호를 제공하기 위해 다양한 억제 물질을 생성할 수 있다.
실시형태의 상기 및 다른 목적, 양태, 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 다음 설명을 참조함으로써 더 명백해질 것이고 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 백 또는 자루 형태의 인클로저의 하나의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 2는 원통형 인클로저의 대안적인 실시형태를 도시한다.
도 3은 하나 이상의 벌어지거나 이격된 섹션을 갖는 인클로저의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 4a는 인클로저에 사용하기 위한 예시적인 스펀 얀의 주사 전자 현미경 사진을 도시한다.
도 4b는 도 4a의 얀의 중앙 몸체의 단면도를 도시한다.
도 4c는 PET 스펀 얀을 포함하는 니트 패브릭의 확대도를 도시한다.
도 5는 다양한 인클로저 디자인에 사용하기 위한 예시적인 롤 시트 패브릭을 도시한다.
도 6a 및 6b는 다양한 인클로저 디자인에 사용하기에 적합한 예시적인 패브릭 스티칭을 도시한다.
도 7a는 접착제, 후크-앤-루프 패스너 물질을 포함하는 롤업(rolled-up) 시트 패브릭의 하나의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 패브릭을 포함하는 점진적으로 래핑된 인클로저를 도시한다.
도 8a 및 8b는 주변 수성 환경의 것과 비교하여 다양한 시험 인클로저에서 예시적인 용존 산소 수준을 그래프로 도시한다.
도 9는 주변 수성 환경의 것과 동일하거나 유사하게 유지된 인클로저 내부의 일부의 물 화학 인자를 도시한다.
도 10a 내지 10d는 주변 수성 환경의 DO 판독값과 비교하여 다양한 예시적 인클로저 내의 용존 산소(DO) 수준을 그래프로 도시한다.
도 11은 수성 환경 내의 기판 및 관련 인클로저 벽의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 12a는 다양한 수역에서 자연적으로 발생하는 생물학적으로 구동되는 질소 순환을 도시한다.
도 12b는 수성 환경에서 이용 가능한 용존 산소 수준에 대한 NH3-N의 예시적인 의존성을 그래프로 도시한다.
도 13은 주변 수성 환경의 것과 다소 유사하게 유지된 다양한 인클로저 내부의 pH 물 화학 인자를 도시한다.
도 14는 해수와 같은 수성 매질에 침지된 기판 상의 파울링 군집(community)에 대한 예시적인 "표준" 진행 또는 콜로니화 시퀀스(sequence)를 도시한다.
도 15는 해수에서 다양한 기판 상에 형성된 바이오 필름에서 박테리아 문의 다양한 분포를 도시한다.
도 16a는 코팅되지 않은 폴리에스터 직조 패브릭의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 16b는 살생제 코팅으로 코팅된 16a의 실시형태를 도시한다.
도 17a는 코팅되지 않은 천연 삼베 패브릭을 도시한다.
도 17b 및 17c는 용매 기반 살생제 코팅 및 수 기반 살생제 코팅으로 코팅 된 도 17a의 패브릭을 도시한다.
도 18A는 코팅되지 않은 폴리에스터 패브릭을 도시한다.
도 18b는 살생제 코팅으로 코팅된 도 18a의 패브릭을 도시한다.
도 18c는 코팅되지 않은 스펀 폴리에스터 패브릭을 도시한다.
도 18d는 살생제 코팅으로 코팅된 도 18c의 패브릭을 도시한다.
도 18e는 코팅되지 않은 스펀 폴리에스터 천을 도시한다.
도 18f는 코팅 후 도 18e의 스펀 폴리에스터 천의 코팅되지 않은 면을 도시한다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시형태에서 사용하기에 적합한 다양한 패브릭을 도시한다.
도 20은 시간에 따른 예시적인 인클로저에서 로다민(rhodamine) 농도의 검출을 도시한다.
도 21은 다양한 인클로저 실시형태에서 확인된 다양한 플랑크톤 유형 및 조건을 도시한다.
도 22a 및 22b는 해수에 침지된 한 쌍의 청동 프로펠러를 도시하며, 도 22a의 프로펠러는 보호되지 않고, 도 22b의 프로펠러는 인클로저 실시형태에 의해 보호된다.
도 23a는 해수에 12개월 침지 후 인클로저에 의해 보호된 기판을 도시한다.
도 23b는 도 23a의 기판을 보호한 인클로저를 도시한다.
도 23c는 도 23a 및 23b의 기판 및 인클로저에 근접한 해수에 12개월 동안 침지된 보호되지 않은 기판을 도시한다.
도 23d는 보호된 기판을 도시한다.
도 23e는 도 23d의 기판을 보호한 인클로저를 도시한다.
도 23f는 보호된 기판을 도시한다.
도 23g는 도 23f의 기판을 보호한 천연 섬유 인클로저를 도시한다.
도 24a 및 24b는 각각 스펀 폴리에스터 및 텍스처 폴리에스터로 구성된 예시적인 인클로저의 내부 표면을 도시한다.
도 25는 주변 수성 환경의 DO 판독값과 비교하여 다양한 예시적인 인클로저 내의 DO 수준을 그래프로 도시한다.
도 26a 및 26b는 담수에 3개월 침지된 후 인클로저 실시형태에 의해 보호된 기판과 보호되지 않은 기판을 도시한다.
도 27a 및 27b는 다양한 인클로저 실시형태를 구성하는데 사용하기에 적합한 다양한 유연성 패브릭을 도시한다.
도 28a 내지 28c는 다양한 인클로저 실시형태로부터의 예시적인 살생제 방출 속도를 도시한다.
도 29는 적어도 부분적으로 패브릭 및 그의 기공 내로 살생제 코팅이 침투된 인클로저 패브릭의 단면도를 도시한다.
도 30은 복수의 층을 갖는 벽 구조를 포함하는 바이오 파울링으로부터 기판을 보호하기 위한 인클로저의 예시적인 일 실시형태의 사시도를 도시한다.
도 31은 인클로저 및 보충 펌핑 시스템의 대안적인 실시형태를 도시한다.
도 1은 백 또는 자루 형태의 인클로저의 하나의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 2는 원통형 인클로저의 대안적인 실시형태를 도시한다.
도 3은 하나 이상의 벌어지거나 이격된 섹션을 갖는 인클로저의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 4a는 인클로저에 사용하기 위한 예시적인 스펀 얀의 주사 전자 현미경 사진을 도시한다.
도 4b는 도 4a의 얀의 중앙 몸체의 단면도를 도시한다.
도 4c는 PET 스펀 얀을 포함하는 니트 패브릭의 확대도를 도시한다.
도 5는 다양한 인클로저 디자인에 사용하기 위한 예시적인 롤 시트 패브릭을 도시한다.
도 6a 및 6b는 다양한 인클로저 디자인에 사용하기에 적합한 예시적인 패브릭 스티칭을 도시한다.
도 7a는 접착제, 후크-앤-루프 패스너 물질을 포함하는 롤업(rolled-up) 시트 패브릭의 하나의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 7b는 도 7a의 패브릭을 포함하는 점진적으로 래핑된 인클로저를 도시한다.
도 8a 및 8b는 주변 수성 환경의 것과 비교하여 다양한 시험 인클로저에서 예시적인 용존 산소 수준을 그래프로 도시한다.
도 9는 주변 수성 환경의 것과 동일하거나 유사하게 유지된 인클로저 내부의 일부의 물 화학 인자를 도시한다.
도 10a 내지 10d는 주변 수성 환경의 DO 판독값과 비교하여 다양한 예시적 인클로저 내의 용존 산소(DO) 수준을 그래프로 도시한다.
도 11은 수성 환경 내의 기판 및 관련 인클로저 벽의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 12a는 다양한 수역에서 자연적으로 발생하는 생물학적으로 구동되는 질소 순환을 도시한다.
도 12b는 수성 환경에서 이용 가능한 용존 산소 수준에 대한 NH3-N의 예시적인 의존성을 그래프로 도시한다.
도 13은 주변 수성 환경의 것과 다소 유사하게 유지된 다양한 인클로저 내부의 pH 물 화학 인자를 도시한다.
도 14는 해수와 같은 수성 매질에 침지된 기판 상의 파울링 군집(community)에 대한 예시적인 "표준" 진행 또는 콜로니화 시퀀스(sequence)를 도시한다.
도 15는 해수에서 다양한 기판 상에 형성된 바이오 필름에서 박테리아 문의 다양한 분포를 도시한다.
도 16a는 코팅되지 않은 폴리에스터 직조 패브릭의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 16b는 살생제 코팅으로 코팅된 16a의 실시형태를 도시한다.
도 17a는 코팅되지 않은 천연 삼베 패브릭을 도시한다.
도 17b 및 17c는 용매 기반 살생제 코팅 및 수 기반 살생제 코팅으로 코팅 된 도 17a의 패브릭을 도시한다.
도 18A는 코팅되지 않은 폴리에스터 패브릭을 도시한다.
도 18b는 살생제 코팅으로 코팅된 도 18a의 패브릭을 도시한다.
도 18c는 코팅되지 않은 스펀 폴리에스터 패브릭을 도시한다.
도 18d는 살생제 코팅으로 코팅된 도 18c의 패브릭을 도시한다.
도 18e는 코팅되지 않은 스펀 폴리에스터 천을 도시한다.
도 18f는 코팅 후 도 18e의 스펀 폴리에스터 천의 코팅되지 않은 면을 도시한다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시형태에서 사용하기에 적합한 다양한 패브릭을 도시한다.
도 20은 시간에 따른 예시적인 인클로저에서 로다민(rhodamine) 농도의 검출을 도시한다.
도 21은 다양한 인클로저 실시형태에서 확인된 다양한 플랑크톤 유형 및 조건을 도시한다.
도 22a 및 22b는 해수에 침지된 한 쌍의 청동 프로펠러를 도시하며, 도 22a의 프로펠러는 보호되지 않고, 도 22b의 프로펠러는 인클로저 실시형태에 의해 보호된다.
도 23a는 해수에 12개월 침지 후 인클로저에 의해 보호된 기판을 도시한다.
도 23b는 도 23a의 기판을 보호한 인클로저를 도시한다.
도 23c는 도 23a 및 23b의 기판 및 인클로저에 근접한 해수에 12개월 동안 침지된 보호되지 않은 기판을 도시한다.
도 23d는 보호된 기판을 도시한다.
도 23e는 도 23d의 기판을 보호한 인클로저를 도시한다.
도 23f는 보호된 기판을 도시한다.
도 23g는 도 23f의 기판을 보호한 천연 섬유 인클로저를 도시한다.
도 24a 및 24b는 각각 스펀 폴리에스터 및 텍스처 폴리에스터로 구성된 예시적인 인클로저의 내부 표면을 도시한다.
도 25는 주변 수성 환경의 DO 판독값과 비교하여 다양한 예시적인 인클로저 내의 DO 수준을 그래프로 도시한다.
도 26a 및 26b는 담수에 3개월 침지된 후 인클로저 실시형태에 의해 보호된 기판과 보호되지 않은 기판을 도시한다.
도 27a 및 27b는 다양한 인클로저 실시형태를 구성하는데 사용하기에 적합한 다양한 유연성 패브릭을 도시한다.
도 28a 내지 28c는 다양한 인클로저 실시형태로부터의 예시적인 살생제 방출 속도를 도시한다.
도 29는 적어도 부분적으로 패브릭 및 그의 기공 내로 살생제 코팅이 침투된 인클로저 패브릭의 단면도를 도시한다.
도 30은 복수의 층을 갖는 벽 구조를 포함하는 바이오 파울링으로부터 기판을 보호하기 위한 인클로저의 예시적인 일 실시형태의 사시도를 도시한다.
도 31은 인클로저 및 보충 펌핑 시스템의 대안적인 실시형태를 도시한다.
본원에서 설명되는 다양한 실시형태의 개시내용은 법적 요건을 충족하도록 충분히 구체적으로 제공되지만, 이러한 설명은 반드시 청구범위의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 청구된 요지는 매우 다양한 다른 방식으로 구현될 수 있고, 다른 단계 또는 요소를 포함할 수 있으며, 과거, 현재 및/또는 미래 개발을 포함한 다른 기술과 함께 사용될 수 있다. 본원에 제공된 설명은 개별 단계의 순서 또는 요소의 배열이 명시적으로 설명된 경우를 제외하고 다양한 단계들 또는 요소들 중 또는 사이에서 임의의 특정 순서 또는 배열을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본원에서는, 바이오 파울링에 민감한 수성 환경 또는 수성 보유 탱크 내에 위치되는(또는 내부에 배치되는) 기판 또는 기타 물체에 근접, 주변, 내부, 위 및/또는 아래에 위치될 수 있는, 조립 및/또는 사용이 간편한 다양한 인클로저 및/또는 기타 장치가 개시된다. 다양한 실시형태에서, 인클로저가 개방 및/또는 제거될 수 있는 후 어떤 연장된 기간 동안 기판에 의한 바이오 파울링 저항성의 생성 및 잠재적 유지를 포함하여, 수성 바이오 파울링의 영향으로부터 침지 및/또는 부분적 침지 기판 또는 다른 물체(또는 이의 일부)를 보호할 수 있는 시스템, 장치 및 방법이 개시된다.
다양한 실시형태에서, 폴리에스터, 나일론 또는 레이온 패브릭과 같은 상대적으로 저렴하고 쉽게 이용 가능한 재료 및/또는 면, 린넨 또는 삼베 패브릭(또는 이들의 다양한 조합)과 같은 천연 재료로 형성될 수 있는 보호 인클로저가 개시된다. 다양한 실시형태에서, 인클로저는 인클로저 또는 그 일부가 기판 및/또는 지지 구조물로부터 분리되고/되거나, 수성 환경에 일정량의 노출 후에 분해 및/또는 다른 방식으로 열화되도록 하는 - 이는 기판 상에 원하는 바이오 필름 또는 다른 층의 형성 후 열화 및/또는 탈착을 포함할 수 있음 - 폐기 및/또는 생분해성 특징을 포함할 수 있다.
본원에 개시되는 다양한 실시형태에서, 용어 "차별화된 수성 환경" 및/또는 "국소 수성 환경"은 물 화학이 인클로저의 영향 및/또는 존재로 인해 변경되었거나 변경될 수성 영역의 일부 및/또는 전부를 광범위하게 포함하는 것을 의미하며, 이는 1) 인클로저 내부 벽 내부의 임의의 물(즉, "포위된" 또는 "차별화된" 수성 환경), 2) 인클로저의 내부 표면과 외부 표면 사이의 임의의 기공 또는 공간 내의 임의의 물(즉, "동반된" 수성 환경), 및/또는 3) 인클로저의 외부 표면에 바로 근접한 임의의 물(즉, "근접한" 수성 환경) (및/또는 이들의 임의의 조합) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서 인클로저는 기판의 외부 표면을 실질적으로 둘러싸고/싸거나 포함할 수 있는 한편, 일부 대안적인 적용에서 인클로저는 바람직하게는 인클로저에 인접 및/또는 외부에 위치한 기판을 보호하도록 위치 및/또는 구성될 수 있으며, 여기서 "개방 수성 환경"은 인클로저 내부에 위치되는 것으로 간주될 수 있으며, "포위된" 또는 "차별화된" 수성 환경은 인클로저의 외부 벽과 기판의 내부 벽 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 물 저장 탱크에서 탱크의 내부 벽은 보호될 "기판"을 구성할 수 있으며, 탱크 내로(즉, 하천, 호수, 우물, 항구 또는 저수지와 같은 외부 환경 원으로부터) 펌핑되는 물의 일부 또는 전부는 기판을 보호하고자 하는 "개방 수성 환경"을 구성할 수 있다. 그러한 경우, 본원에 설명된 것과 같은 인클로저는 물 입구 주위에 위치할 수 있으며(또는 인클로저 벽은 물 입구와 탱크 벽 사이의 어떤 지점에 위치할 수 있음), 인클로저는 바람직하게는 탱크 벽에 근접한 "다른" 환경 조건(들)을 생성하여 본원에 설명된 바와 같은 바이오 파울링의 다양한 영향으로부터 탱크 벽을 보호한다.
유사한 방식으로, 인클로저 및/또는 그 일부를 사용하여 액체의 "여과" 및/또는 "거르기(straining)"을 잠재적으로 포함하는 실시형태의 경우, "개방 수성 환경"은 인클로저 벽을 통과하기 전에 수성 물(또는 다른 액체)의 상류 공급원으로 간주될 수 있고, "차별화된 수성 환경"은 인클로저 부분(들)을 통과한 후 액체로 간주될 수 있다. 적어도 하나의 대안적인 실시형태는 물 탱크, 홀딩 셀 또는 분배 유닛의 내부 벽을 라이닝할 수 있는 인클로저 요소를 포함할 수 있다.
다양한 대안적 실시형태에서, 본원에서 설명되는 바와 같은 기판을 "포위(enclosing)"하는 것은 주변의 수성 또는 기타 환경으로부터 기판을 완전히 밀봉하거나 격리하지 않는 인클로저를 포함하여, 보호된 기판에 근접하여 원하는 여과 및/또는 물 화학 변화의 일부 및/또는 전부를 유도하기에 충분한 정도로 기판을 인클로저로 부분적으로 포위하는 것을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 보트 또는 선박의 선체 또는 기타 침수 및/또는 부분적 침수된 부분을 보호하는 인클로저는 본원에 설명된 바와 같이 선체를 "둘러싸는" 것으로 간주될 수 있으며, 심지어 인클로저가 선체의 수중 부분의 일부 또는 전부만 포함하고 인클로저의 일부가 주변 공기에 개방되고/되거나(즉, "물 위" 환경에 개방된 부분 포함), 수성 환경의 일부에 개방되고/되거나, 목재 구조물, 암벽, 고체 금속 시트 등과 같은 다른 물체를 향해 개방될 수 있는 경우에 그러하다. 유사한 방식으로, 내부에 다양한 파손, 개구, 이음새, 균열, 찢김 및/또는 누락 벽 요소를 갖는 인클로저는 본원에 설명된 바와 같이 기판을 "둘러싸는"것으로 간주될 수 있다. 바람직하게는 원하는 물 화학 변화 및/또는 여과 기능의 일부 및/또는 전부가 인클로저 및/또는 보호된 기판에 근접하여 발생하도록 유도하는 충분한 인클로저 구조가 있어, 인클로저 및/또는 기판을 바이오 파울링으로부터 보호하고/하거나 인클로저/기판의 바이오 파울링의 양을 허용 가능한 수준으로 감소시키고/시키거나 본원에 설명된 바와 같이 기판 상에 원하는 바이오 필름의 형성을 유도한다.
적어도 하나의 실시형태에서, 부분적으로 개방된 또는 스커트 유형 인클로저, 예컨대 항구 바닥의 바닥 표면에 근접하고/하거나 접촉하는 인클로저 벽의 하부 에지를 갖는 것이 개시된다. 적어도 하나의 가능한 실시형태에서, 인클로저는 방조제, 선체 부분, 더 큰 선박 선체, 침수 및/또는 부분적 침수 구조물 및/또는 해저의 바닥 표면/진흙과 같은 다른 물체에 대해 인클로저의 일부 부분(들)을 부분적으로 및/또는 완전히 "밀봉"하는 특징을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 인클로저는 바람직하게는 본원에서 설명되는 바이오 파울링 보호를 제공하기에 충분한 깊이를 포함할 수 있지만, 썰물(즉, 예를 들어, 물 속 아래로 3 피트, 6 피트 및/또는 9 피트 깊이의 길이) 동안 수성 매질의 바닥에 닿지 않도록 충분히 얕을 것이다. 원하는 경우, 수직으로 배향된 시트의 바닥 부분은 인클로저의 바닥과 해저 사이의 공간 내로 및/또는 외로의 물의 흐름을 완전히 방지하지는 않지만 억제할 수 있는 구멍, 슬릿, 프린지 및/또는 천공을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 스커트 유형 보호 시스템은 물체 또는 그 일부 주변의 물에 배치될 수 있는 복수의 수직 방향 "시트" 또는 유사한 구조물을 포함하는 인클로저 또는 "스커트"를 위한 개별 요소를 포함할 수 있으며, 시트의 일부 부분이 보호될 물체 아래로 연장되고, 일부 실시형태에서, 수역의 유포 영역(즉, 태양광 영역)의 일부 내에서 연장되며, 보호 시스템은 바람직하게는 물체 근처에 물의 부분적 또는 전체적인 약광성(disphotic) 영역(즉, 약하게 비춰지는 영역)을 생성하거나, 또는 바이오 파울링을 바람직하게 억제하는 보호 물체에 근접한 물의 원하는 화학 변화를 유도 및/또는 유지하는 부분적으로 및/또는 완전히 제한된 물 영역을 생성한다. 다양한 실시형태에서, 보호 시스템은 바람직하게는 통과하는 태양 광에 대한 일정 수준의 투과성 변화를 추가로 유도할 수 있으며, 이는 일부 실시형태에서 물체와 인클로저 벽의 상부 부분 사이의 햇빛 통과(및/또는 다양한 파장 및/또는 그의 구성요소)를 감소 및/또는 제거하기 위해 시트, 메쉬, 스크린 및/또는 기타 장애물과 같은 장벽 재료를 포함하는 인클로저의 상단을 통해 상기 약광성 영역(즉, 유기체가 광합성을 위해 사용 가능함)으로 다량의 사용 가능한 햇빛이 통과하는 것을 감소 및/또는 방지할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 이러한 장벽 물질은 또한 파도 및/또는 바람 작용에 의해 장벽 내의 물과 산소의 물리적 혼합을 억제하거나 방지할 수 있다.
다른 실시형태에서, 스커트 또는 주변 인클로저는 바람직하게는 지지 구조물의 다양한 부분 또는 플랫폼의 "다리" 주위의 바이오 파울링을 감소 및/또는 제거하는 연안 석유 플랫폼 주위에 배치될 수 있다. 그러한 실시형태에서, 인클로저 벽은 전체 지지 구조물의 주변의 대부분 주위에 배치될 수 있고, 드럼 유형 디스펜서 또는 "플로트"로부터 물 속으로 수직 하향 연장될 수 있으며(또는 플랫폼에 직접 및/또는 다리에 고정될 수 있음), 여기서 인클로저 벽(들)의 깊이는 필요에 따라 증가 및/또는 감소될 수 있다. 바람직하게는, 인클로저 벽은 플랫폼 지지체(개별 인클로저가 있는 주변 개별 지지 다리 또는 단일 인클로저의 전체 지지 구조물을 포함할 수 있음)를 완전히 및/또는 부분적으로 둘러싸고, 포위 또는 제한된 수역의 더 얕은 부분 및/또는 표면에 근접한 것을 포함하여, 포위 또는 제한된 수역의 일부에서 원하는 물 화학 변화를 유도하기에 충분한 깊이로 연장될 것이다. 원하는 경우, 인클로저 벽들 중 하나 이상을 필요에 따라 높이거나 낮출 수 있으며, 이는 그러한 화학이 모니터링되는 경우(즉, 예를 들어 리그 주위에서 또는 원격 모니터링 스테이션에서) 원하는 물 화학 변화를 유도할 수 있다. 유사한 방식으로, 인클로저 벽 내부 또는 사이의 하나 이상의 개구, 구획 및/또는 구획은 원하는 방식으로 바람직하게는 물 화학을 변경하도록 필요에 따라 개방 및/또는 폐쇄될 수 있다.
원하는 경우, 파울링 방지 시스템은 자유-부유 인클로저를 포함할 수 있으며, 여기서 인클로저 벽은 보호된 용기를 포위하거나 둘러쌀 수 있는 부유 붐(boom)에 의해 지지될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 개시되는 구조물 및/또는 그 구성요소는 도크 또는 보트 슬립에 직접 부착되고/되거나 이로부터 직접 매달릴 수 있다. 예를 들어, U 형상의 인클로저는 표준 보트 슬립 내에 위치할 수 있으며, 인클로저 벽은 인접한 도크 및/또는 기타 구조물에 연결된다. 원하는 경우, 보트의 선미 근처에 침수된 매달린 커튼 또는 기타 이동 가능한 벽 구조물이 제공되어 개방 "U" 섹션을 페쇄할 수 있으며, 상기 섹션은 개방 및/또는 폐쇄되어 보트가 도크 및/또는 인클로저에 들어가거나 나갈 수 있도록 할 수 있다. 원하는 경우, 매달린 커튼은 개폐되거나 인클로저로부터 멀리 회전하고/하거나 인클로저를 향해 회전할 수 있는(즉, 도어를 개방 및/또는 폐쇄하는 것과 유사한 방식으로) 인클로저의 수중 벽을 포함하여, 인클로저를 개방 및/또는 폐쇄하여 보트 또는 기타 부유 구조물이 인클로저에 들어오고 나갈 수 있도록 한다. 대안적으로, 매달린 커튼은 커튼 및/또는 그 일부가 정상적인 방식으로 인클로저에 대해 선박이 출입할 수 있도록 상승 및/또는 하강할 수 있는 특징을 포함할 수 있다(즉, 커튼 섹션이 충분히 낮아질 때 선박이 낮아진 커튼 섹션을 통해 인클로저 안팎으로 부유할 수 있다). 다른 대안으로서, 인클로저 벽 물질의 하나 이상의 섹션 및/또는 지지 구조물(들)의 일부 또는 전부(즉, 지지 파이프 또는 와이어 케이블 지지체)는 인클로저로부터의 출입을 허용하기 위해 (샤워 커튼을 개방 및/또는 폐쇄하는 것과 유사한 방식으로) "옆으로 미끄러져" 있을 수 있다. 이 실시형태에서, 인클로저 벽의 상부 에지는 물 및/또는 파도 작용이 바람직하게는 인클로저 벽의 상부에 침입하지 않도록 수면 위 적어도 1 또는 2 피트에 매달릴 수 있다(인클로저가 바람직하게는 원하는 정도로 수면 아래로 연장됨). 다양한 대안적인 실시형태에서, 매달린 커튼 및/또는 다른 구조물은, 보호된 기판 자체, 부유 구조물, 고정 구조물, 수면 위, 수중 표면, 및/또는 수역 및/또는 수중 항구 구조물 및/또는 해저의 바닥 위/내에 장착하는 것을 포함하여 다양한 표면에 장착될 수 있다. 일부 실시형태에서, 더 강한 바닥 흐름 및/또는 과도한 실팅(silting)이 발생할 수 있는 경우, 또는 해저 상의 바람직하지 않은 생명체가 인클로저 구성요소를 침입 및/또는 콜로니화하려고 시도할 수 있는 경우에는 인클로저와 해저의 직접 접촉이 덜 바람직할 수 있는 한편, 다른 실시형태에서는 바닥 표면(즉, 자연 및/또는 인공 표면)과 부분 및/또는 완전 밀봉이 바람직할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저가 보호되는 기판에 바이오 파울링 보호를 주기적으로 제공하기 위해 이용될 수 있으며, 이는 보호되는 기판에 근접한 물 흐름이 증가될 수 있는 경우에 바이오 파울링 보호의 중단을 포함할 수 있으며, 바이오 파울링 보호는 잠재적으로 보호되는 기판에 근접한 물 흐름이 감소하는 기간에 재개된다. 예를 들어, 인클로저는 사용자에 의해 자동화 및/또는 제어될 수 있는 하나 이상의 표면 하의 개구를 포함할 수 있으며, 이는 인클로저 안팎으로의 증가된 물 흐름을 원할 때 개방될 수 있다. 이러한 경우는 인클로저로부터 기판의 제거, 외부 환경 수질 샘플링에 대한 필요 및/또는 상당한 수준의 냉각 및/또는 기타 물에 대한 필요(예를 들어, 기판 선체에서 수중 흡입 및/또는 배출을 통해)를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 인클로저는 원하는 시간에 인클로저 벽을 통해 증가된 물의 흐름을 제공하도록 설계될 수 있으며, 이는 증가된 유동 시간 기간 동안 인클로저에 의해 제공되는 바이오 파울링 보호의 일부 또는 전부를 감소 및/또는 제거할 수 있지만, 일단 물 흐름 속도가 미리 결정된 설계 임계값 아래로 감소하면 바이오 파울링 보호의 재개를 제공할 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 냉각수 공급원으로서 해수 및/또는 담수를 사용하는 시스템을 위한 바이오 파울링 방지 및/또는 여과 시스템으로서 특별한 유용성을 갖는 인클로저 디자인이 제공될 수 있다. 이 실시형태에서, 수성 환경에서 부유 인클로저 또는 "저장소"가 제공될 수 있으며, 인클로저는 정상적인 사용 기준으로 냉각 시스템에 의해 요구되는 것보다 훨씬 많은 양의 수성 유체를 포함한다. 예를 들어, 냉각 시스템이 정상 작동 중에 1000 갤런/분의 물을 필요로 하는 경우, 저장소는 바람직하게는 적어도 10,000 갤런, 적어도 20,000 갤런, 적어도 50,000 갤런, 적어도 100,000 갤런, 적어도 500,000 갤런 및/또는 적어도 1,000,000 갤런 및/또는 그 이상의 물을 포함할 것이다. 바람직하게는, 물 입구는 저장소의 상부 근처에 있을 수 있으며, 상대적으로 낮은 용존 산소 수준을 갖는 물을 냉각 장비에 사용하기 위해 입구로 끌어 들이고, 상대적으로 높은 용존 산소 수준을 갖는 물은 저장소의 바닥 및/또는 임의의 측면 개구 또는 틈으로 끌어 들여진다. 물 분자 및/또는 물방울이 저장소 내의 물 기둥을 통과하는 데 걸리는 시간 동안, 물 기둥 내의 자연 및/또는 인공 산소 제거제는 바람직하게는 물의 용존 산소 수준을 감소시켜 용존 산소가 수준이 입구로 이동하기 전에 다소 고갈되도록 한다. 그러나, 적어도 하나의 대안적인 실시형태에서, 물 입구는 인클로저의 바닥 및/또는 저장소의 바닥 표면 근처에 있을 수 있으며, 이는 일반적으로 냉각 장비에 사용하기 위한 인클로저/저장소 내에서 가장 차가운 물이다.
적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 인클로저의 적절한 디자인, 크기, 형상 및/또는 다른 특징을 결정하기 위한 방법이 이용되어 권장되는 최소 포위 또는 제한되는 부피 및/또는 물 교환 속도를 결정하여 인클로저 내의 바이오 파울링을 바람직하게는 감소 및/또는 제거할 수 있다. 인클로저가 제조 공장(즉, 발전소, 담수화 공장, 정유 공장 및/또는 기타 제조 시설)에 냉각수 공급원 및/또는 기타 공급원 물을 제공하는 데 사용될 수 있는 막 필터 구성과 같은 일부 실시형태에서, 개시되는 방법은 잠재적으로 물 및/또는 플랜트의 다른 도관 내에서 바이오 파울링을 감소 및/또는 제거하는데 사용될 수 있으며, 일부 실시형태에서는 물의 추가 여과 및/또는 미세 여과가 필요하지 않다.
다양한 실시형태에서, 특정 조건 하에서 인클로저의 설계 및 사용은 잠재적으로 마이크로 및/또는 매크로 유기체가 보호되는 기판의 일부 또는 전부를 후속적으로 콜로니화, 모집 및/또는 파울링시키려는 시도를 감소, 격퇴, 억제 및/또는 방지하는(즉, 기판에 일정 수준의 "바이오 파울링 접종"을 제공함) 기판 및/또는 인클로저 벽에 층, 바이오 필름 및/또는 물질의 침착의 형성을 촉진, 유도 및/또는 추진할 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시되는 인클로저의 다양한 실시형태는 인클로저 내에서 독특한 수성 환경의 생성을 야기할 수 있으며, 그 결과 기판의 표면에 근접한 하나 이상의 수성 층을 포함하여 환경 내에서 미생물 및/또는 마이크로플로라의 독특한 혼합이 생성된다. 인클로저 내 미생물/마이크로플로라의 고유한 혼합 및/또는 분포는 다양한 표면 박테리아와 결합하여 기판 상의 파울링 유기체의 정착, 모집 및/또는 콜로니화에 영향을 주는 화합물을 방출할 수 있는 기판 상의 미생물 바이오 필름 또는 기타 층의 생성을 유도하고/하거나 영향을 미칠 수 있다. 다양한 실시형태에서, 일단 고유한 미생물 바이오 필름 층이 확립되면, 이 층은 내구성 및/또는 자체 보충을 유지할 수 있으며, 이는 인클로저가 없을 때(즉, 인클로저가 일시적으로 및/또는 영구적으로 제거 및/또는 손상될 수 있는 경우) 연장된 기간 동안 바이오 파울링의 특정 유형 및/또는 양으로부터 기판을 계속 보호할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 기판 상의 파울링 유기체의 정착, 모집 및/또는 콜로니화에 영향을 미치는 화학 물질 및/또는 화합물은 독소 및/또는 살생제, 뿐만 아니라 이러한 정착, 모집 및/또는 콜로니화를 저지하는 화학 물질 및/또는 화합물, 긍정적인 정착, 모집 및/또는 콜로니화 단서가 없을 수 있는 화학 물질 및/또는 화합물, 주변 수성 환경 내의 표면 상에서 생성되는 것보다 및/또는 유익한 유기체(예를 들어, 일반적으로 중요한 바이오 파울링 유기체로 간주되지 않을 수 있는 유기체)에 대해 긍정적인 정착, 모집 및/또는 콜로니화 단서를 생성하는 화학 물질 및/또는 화합물에 비해 낮은 수준의 긍정적인 정착, 모집 및/또는 콜로니화 단서를 생성할 수 있는 화학 물질 및/또는 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 그것은 기판에 대해 연장된 파울링 보호를 제공할 수 있는 보호 기판 및/또는 관련 바이오 필름에 대한 특정 "환영 단서"가 결여될 수 있다. 다양한 실시형태에서, "환영 단서"는 마이크로 및/또는 매크로 플로라가 필요로 하고, 원하고/하거나 주어진 표면에서 정착, 모집, 콜로니화, 성장 및/또는 복제를 촉진하는 영양소 및/또는 화학 물질을 포함할 수 있으며, 그러한 "저지 신호"는 마이크로 및/또는 매크로 플로라가 주어진 표면 상에 정착, 모집, 콜로니화, 성장 및/또는 복제하는 것을 억제, 저지 및/또는 방지하는 폐기 대사산물 및/또는 기타 화학 물질을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 파울링의 억제는 실질적으로 유사한 수중 환경에 침수 및/또는 부분적 침수된 실질적으로 유사한 기판(보호 인클로저 없음)의 전체 파울링 커버와 비교하여 파울링 유기체에 의한 기판 및/또는 인클로저 표면(들)/간극의 전체 커버의 감소에 의해 표현될 수 있다. 이러한 파울링 감소는 파울링 10% 이상 감소, 파울링 15% 이상 감소, 파울링 25% 이상 감소, 파울링 30% 이상 감소, 파울링 40% 이상 감소, 파울링 50% 이상 감소, 파울링 60% 이상 감소, 파울링 70% 이상 감소, 파울링 80% 이상 감소, 파울링 90% 이상 감소, 파울링 95% 이상 감소, 파울링 98% 이상 감소, 파울링 99% 이상 감소, 파울링 99.9% 이상 감소 및/또는 파울링 99.99% 이상 감소일 수 있다. 대안적으로, 보호된 물품(들)에 대한 파울링 억제는 동등한 비보호 기판 상에 형성된 파울링 커버 및/또는 파울링 질량(즉, 부피 및/또는 중량 기준)의 양의 백분율로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 보호된 물품은 보호되지 않은 기판의 파울링 커버의 10% 미만을 발현할 수 있으며(예를 들어, 보호된 기판이 0.1" 두께 미만의 파울링 커버를 발현하고 보호되지 않은 동등한 기판이 1" 두께 이상의 파울링을 발현시키는 경우), 이는 보호되지 않은 기판의 파울링 수준과 비교하여 보호된 기판 및/또는 인클로저 벽의 파울링 수준의 10배 초과의 감소를 반영한다. 다른 실시형태에서, 보호된 물품은 1% 미만의 파울링, 또는 보호된 기판 및/또는 인클로저 벽의 파울링 수준의 100배 초과의 감소를 발현시킬 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 보호된 물품은 0.1% 미만의 파울링을 발현시킬 수 있으며, 이는 보호된 기판 및/또는 인클로저 벽의 파울링 수준의 1000배 초과의 감소이다. 본 발명의 또 다른 실시형태에서, 보호된 기판 및/또는 인클로저 벽은 기판 및/또는 인클로저 벽의 임의의 영향받는 영역(들)에서 눈에 띄는 파울링이 없을 수 있으며, 이는 보호되지 않은 기판과 비교하여 보호된 기판 및/또는 인클로저의 0.01%(또는 그 이상) 또는 심지어 0% 파울링 수준(즉, 보호된 기판 및/또는 인클로저 벽의 파울링 수준에서 10,000배 초과 감소 - 또는 그 이상)을 나타낼 수 있다. ASTM D6990 및 미해군함정기술매뉴얼(NSTM: Navy Ship Technical Manual)은 기판 상의 파울링 커버 비율 및 파울링 두께의 양을 측정하는 데 사용되는 알려진 참조 표준 및 방법이다.
다양한 추가 실시형태에서, 파울링의 억제는 실질적으로 유사한 수중 환경에 침수 및/또는 부분적 침수된 실질적으로 유사한 기판(보호 인클로저 없음)의 파울링 커버의 총 증가에 비해 파울링 유기체에 의한 기판 및 인클로저 표면의 총 커버 증가의 감소에 의해 나타낼 수 있으며, 이는 육안 검사, 물리적 측정, 및/또는 수성 매질로부터 제거될 때 결합된 기판 및 인클로저의 증가된 중량 및/또는 부피(즉, 부착된 파울링 유기체의 중량으로 인한 증가된 중량)에 기초하여 측정될 수 있다. 이러한 파울링 감소는 파울링 10% 이상 감소, 파울링 15% 이상 감소, 파울링 25% 이상 감소, 파울링 30% 이상 감소, 파울링 40% 이상 감소, 파울링 50% 이상 감소, 파울링 60% 이상 감소, 파울링 70% 이상 감소, 파울링 80% 이상 감소, 파울링 90% 이상 감소, 파울링 95% 이상 감소, 파울링 98% 이상 감소, 파울링 99% 이상 감소, 파울링 99.9% 이상 감소 및/또는 파울링 99.99% 이상 감소일 수 있다.
변경된 수역 및 인클로저
도 1은 개방된 근위 단부(20) 및 폐쇄된 원위 단부(30)를 갖는 백 또는 자루 형태의 인클로저(10)의 일 예시적인 실시형태를 도시한다. 사용 시, 인클로저(10)는 기판(40) 주위에 배치될 수 있으며, 개방된 근위 단부는 기판 및/또는 임의의 관련 지지 구조물의 너머로 및/또는 주변에(over and/or around) 통과할 수 있을 만큼 충분히 크게 구성되며, 개방된 근위 단부는 예를 들어 드로스트링(drawstring) 또는 풀-와이어(pull-wire) 유형 클로저(50)를 사용하여 크기가 감소되어 바람직하게는 인클로저 내의 수성 환경(즉, "차별화된 수성 환경" 또는 "포위된 환경")을 주변의 "개방" 수성 환경으로부터 (원하는 정도로) 분리하거나 둘러쌀 수 있다. 바람직하게는, 일단 인클로저가 "분리"되거나, "포위"되거나 그렇지 않으면 이러한 방식으로 폐쇄되면, 개방 환경으로부터의 일부 양의 액체는 여전히 인클로저의 벽을 통해 침투하여 차별화된 환경 내로 통과할 수 있으며, 유사하게 차별화된 환경으로부터의 일부 양의 액체는 여전히 인클로저 벽을 통해 침투하여 개방 환경 내로 통과할 수 있다.
본 발명의 한 가지 중요한 특징은 인클로저가 기판에 근접하여 "차별화된 수성 환경"을 생성할 수 있지만, 인클로저는 또한 인클로저 내의 액체 및/또는 기타 물질과 주변 수성 환경(즉, 인클로저 외부)의 것 사이의 제어된 양의 "혼합" 및/또는 기타 수송을 허용한다는 것이다. 인클로저 안팎으로 발생할 수 있는 이러한 제어된 수송은 바람직하게는 상당한 양의 바이오 파울링이 기판 상에 형성되는 것을 억제 및/또는 방지하는 인클로저의 일부 내에 독특한 수성 환경을 생성한다. 예를 들어 해수의 용존 산소는 다음 3개의 공급원 중 하나로부터 유도된다: (1) 수면으로 용해, 확산 및/또는 혼합(즉, 폭기에 의해)되는 대기 산소, (2) 광합성 또는 기타 대사 경로로 인해 조류, 수중 풀 및/또는 기타 생물학적 과정에 의해 방출되는 산소, 및/또는 (3) 해수로 혼합되는 하천 및 강물 흐름에 존재하는 산소. 적절한 환경에서 적절하게 설계되고 배치될 때, 인클로저 구조는 바람직하게는 상당한 양의 햇빛이 차별화된 수성 환경으로 침투하는 것을 차단 및/또는 억제하여 인클로저 내 광합성에서 공급되는 용존 산소의 양을 줄인다. 또한, 인클로저 벽의 존재는 바람직하게는 다양한 인자로 인해 수평 및/또는 수직 물 흐름(또는 이들의 조합)으로 인해 인클로저 내로, 통해 및/또는 외로의 물의 물리적 벌크 흐름을 감소 및/또는 억제할 것이며, 이는, 인클로저 벽이 다양한 각도로 구부러질 수 있고, 이것이 물 흐름에 대한 적어도 부분적 장벽을 제공하도록 하면서 인클로저 벽의 형상 및/또는 배향을 어느 정도 의미 있는 정도로 변경되도록 하여 흐름 저항을 줄일 수 있기 때문이고, 또한 유연한 인클로저 벽이 물 흐름에 따라 다양한 정도로 "이동" 및/또는 변형되어 벽 패브릭의 기공을 통해 물 흐름을 촉진하는 압력 차이를 줄일 수 있기 때문이다.
적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 인클로저가 처음에 기판 주위에 배치될 때, 차별화된 수성 환경의 용존 산소는 인클로저 내의 생물학적, 대사적 및/또는 다른 과정 및/또는 활동에 의해 인클로저 내부로부터 빠르게 고갈되어 인클로저 내에서 산소 고갈 영역을 생성할 수 있다. 그러나, 인클로저는 인클로저 내로 및/또는 외로 물의 일부 벌크 흐름을 허용하기 때문에(즉, 인클로저와 주변 "개방" 물 사이의 물 교환), 산소 공급된 물의 인클로저 벽을 통한 유입으로 일정량의 산소 보충이 발생할 것이며, 일정량의 산소 고갈된 물이 인클로저 벽을 빠져나갈 것이다. 일반적으로, 인클로저로의 산소 보충은 개방 물에서 마이크로플로라 및/또는 마이크로포너에 의해 일반적으로 이용되는 것보다 낮은 속도로 발생하며, 개방 물은 인클로저 내의 마이크로플로라 및/또는 마이크로포너 중 적어도 일부가 그들의 활동, 거동, 번식, 신진 대사, 다양성, 조성 및/또는 상대적 분포를 변경하도록 유도 및/또는 강제하여 인클로저 내에 인위적 조건을 수용하며, 뿐만 아니라 산화 및/또는 자유 라디칼 활동 등과 같은 다양한 천연 화학 공정에 영향을 준다. 또한, 개방 물의 산소 수준 및/또는 교환 속도는 다양한 인자(낮/밤 주기, 조류 및/또는 기타 물 이동, 바람 및/또는 폭풍 활동으로 인한 물 폭기 등)으로 인해 변동함에 따라, 용존 산소의 유입이 변하여 인클로저 내의 산소 및/또는 기타 화학 물질의 수준을 변경하여, 인클로저 내부의 인공 환경 내의 마이크로플로라 및/또는 마이크로포너의 활동, 거동, 번식, 신진대사, 조성 및/또는 상대적 농도에 추가 변화를 유도한다. 바람직하게는, 인클로저에 의해 생성된 인공 환경 조건은 파울링 유기체에 의해 기판의 정착, 모집, 성장 및/또는 콜로니화를 억제 및/또는 방지할 것이며, 또한 대사 및/또는 기타 과정의 독특한 혼합이 인클로저 내에서 발생하도록 유도할 것이다.
도 8a는 수개월에 걸쳐 해수에 침지된 다양한 인클로저 실시형태 내의 용존 산소 수준을 도시한다. 이들 각각의 실시형태에 대해, 인클로저 내의 용존 산소 수준은 일반적으로 주변 개방 물의 용존 산소보다 낮았으며, 인클로저 내의 마이크로플로라 및/또는 마이크로포너가 활동, 거동, 번식, 대사, 다양성, 조성 및/또는 상대적 분포를 변경하도록 하는 인공 환경을 생성하여 이러한 인공적 조건을 수용한다. 더욱이, 인클로저 내의 인공 조건이 도 10a에 도시된 바와 같이 지속적으로 변화되고 있었으며, 여기서 인클로저 내의 용존 산소 수준(즉, "스펀 폴리 백"이라고 라벨링된 아래쪽 라인)은 인클로저 외부의 변화하는 산소 수준 뒤에 "뒤따르거나(followed)" 또는 "뒤쳐졌다(lagged)".
일반적으로, 본원에 설명된 것과 같은 인클로저 내 용존 산소의 순량의 변화는, 인클로저 벽을 통해 인클로저로 흐르는 물에 포함된 용존 산소(즉, 전형적으로 증가된 산소 공급원)의 임의의 유입에서, 그 안의 플로라 및/또는 포너의 산화 또는 유사한 과정 및/또는 대사 과정(그리고 어느 정도로 인클로저 밖으로 흘러나오는 탈산소화된 물에서의 임의의 용존 산소의 흐름)을 포함하는 인클로저 내에서 발생하는 다양한 과정에 의해 인클로저 내에서 소비된 산소의 양(즉, 산소 공급 감소)을 뺀 것으로 인한 것이어야 한다. 외부 용존 산소 수준이 더 높은 경우, 및/또는 물 유입이 인클로저 내에서 소비되고/되거나 인클로저를 떠나는 것보다 더 많은 산소를 인클로저로 가져오는 경우, 인클로저의 순 산소 수준이 어느 정도 증가해야 하며, 외부 용존 산소 수준이 더 낮은 경우, 및/또는 물 유입이 느려지고 인클로저 내에서 소비되는 것보다 적은 산소를 가져오는 경우, 인클로저의 순 산소 수준이 어느 정도 감소되어야 한다. 따라서 인클로저 내의 용존 산소 수준은 인클로저 주변 물의 용존 산소 수준에 뒤져서 "반응"하거나 "지연"되며, 인클로저 DO 수준은 전형적으로(항상 그런 것은 아님) 주변 물의 DO보다 낮다. 또한, 도 10a 및 10b에서 가장 잘 볼 수 있듯이 인클로저 내의 DO 수준("스펀 폴리 백"이라고 표시된 하단 라인)은 일반적으로 인클로저 외부의 용존 산소의 일주 및/또는 계절적 변동을 모방하지만("개방 배치"라고 표시된 상단 라인) 감소된 수준이다. 차별화된 환경에서의 이러한 각각의 변화는 바람직하게는 인클로저 내의 매크로 파울링 및 마이크로플로라 및/또는 매크로 파울링 및 마이크로포너가 그들의 활동, 거동, 번식, 신진 대사, 다양성, 조성 및/또는 상대적 분포를 추가로 변경하여 인위적인 조건의 변화를 수용하도록 할 것이다.
인클로저 외부의 것보다 인클로저 내에서 일반적으로 더 낮은 용존 산소 수준을 유도하는 것 외에도, 본 발명의 다양한 실시형태는 개방 환경에서 최고 산소 수준과 최저 산소 수준 사이의 변화량을 감소 및/또는 제한할 수 있으며, 추가적으로 개방된 환경에서 파울링에 기여할 수 있는 산소 수준의 일시적인 변화의 대다수를 줄이거나 "평활화(smooth out)"하는 능력을 갖는다. 인클로저 내 DO 수준의 이러한 버퍼링 또는 평활화는 도 10a 및 10b에서 볼 수 있으며, 여기서 인클로저 내 용존 산소의 변화는 개방 물의 변화보다 훨씬 더 평활한 변화를 겪으며, 인클로저 내 DO 수준의 변화는 인클로저 외부의 개방 환경의 보다 "들쭉날쭉한(jagged)" 및/또는 갑작스런(abrupt) DO 수준 변화에 비해 버퍼링되거나(buffer) 평활화된다.
다양한 인클로저 실시형태에서, 국소 수중 환경 내의 용존 산소 수준은 바람직하게는 24시간 동안 평균으로 또는 5%, 또는 8%, 또는 10%, 또는 12%, 또는 15%, 또는 20%, 또는 25%, 또는 50%, 또는 60%, 또는 75%, 또는 80%, 또는 85%, 또는 90%, 또는 100%, 또는 105%, 또는 110%, 또는 115%, 또는 120%, 또는 125% 농도 초과의 수준으로, 또는 15% 초과, 14% 초과, 13% 초과, 12% 초과, 11% 초과, 10% 초과, 9% 초과, 8% 초과, 7% 초과, 6% 초과, 5% 초과, 4% 초과, 3% 초과, 2% 초과, 1% 초과 및/또는 0% 초과의 용존 산소를 포함하는 기타 용존 산소 수준 초과로 유지될 것이다. 그러나 일부 실시형태에서, 인클로저 내의 용존 산소 수준이 인클로저의 일부 또는 전체 내에서 액체 리터당 0.5 밀리그램 미만의 산소 농도를 포함할 수 있는 무산소 수준으로 감소하는 것이 허용 가능하고/하거나 심지어 바람직할 수 있다. 그러한 무산소 상태는 바람직하게는 장기간 유지되지 않을 것이며, 오히려 관련 인클로저 디자인, 국소 물 조건, 보호할 기판, 관련 계절(들), 국소 파울링 압력 및/또는 다른 인자에 따라 1분 미만, 10분 미만, 30분 미만 또는 1시간 미만, 3시간 미만, 12시간 미만, 24시간 미만 또는 1주일 미만의 지속 기간을 갖는 상대적으로 일시적인 현상인 경향이 있다. 바람직하게는, 그러한 감소된 및/또는 무산소성 산소 수준은 인클로저의 하부 기판 및/또는 구조에 상당히 해로운 기간 동안 유지되지 않을 것이다.
인클로저 내에서 생성된 감소된 용존 산소 수준은 산소의 감소된 가용성이 일부 파울링 유기체가 인클로저 내에서 및/또는 기판 상에서 콜로니화 및/또는 번성하는 것을 어렵게 만들 수 있다는 점에서 기판의 바이오 파울링의 감소에 크게 기여한다고 믿어진다. 또한 인클로저 내 용존 산소 수준의 감소는 다른 유기체가 황화수소 및/또는 암모니아성 질소(즉, 유리 암모늄 질소, 질소-암모니아 또는 NH3-N)와 같은 폐기물을 처리 및/또는 제거하는 기회를 증가 및/또는 크게 감소시킬 수 있으며, 이 폐기물은 다양한 수생 유기체 및/또는 미생물에 해롭고/거나 심지어 독성이 있다. 예를 들어, 도 12a는 인클로저 내 유리 산소의 감소에 크게 기여할 수 있는, 다양한 수역에서 자연적으로 발생하는 생물학적으로 구동되는 질소 순환을 도시하며, 도 12b는 이용 가능한 용존 산소 수준에 대한 NH3-N의 예시적인 의존성을 그래프로 도시한다. 또한, 일부 실시형태에서 아나목스(anammox) 반응은 잠재적으로 인클로저 내의 박테리아에 의해 시작 및/또는 지속될 수 있으며, 이는 유사하게 해양 성장을 억제하는 히드라진 및/또는 다른 부산물을 생성할 수 있다. 일반적으로 이러한 부산물의 농도는 인클로저 외부보다 인클로저 내부에서 더 클 것이며(다양한 이러한 다양한 유해 화합물 - 알려진 및/또는 알려지지 않은 미생물 "독소" 및/또는 억제 화합물을 포함함 - 이 인클로저의 벽을 통해 다양한 속도로 용출될 수 있지만), 일부 실시형태에서는 인클로저 내의 이들 부산물의 개별 농도 및/또는 비교 비율은 다양한 이유로 변동될 수 있다.
예를 들어, 다양한 실시형태에서, 본원에서 설명되는 인클로저는 인클로저 내에서 0.53 mg/L 내지 22.8 mg/L 범위의 농도로 대사성 폐기물, 독소 또는 기타 억제 화합물, 예컨대 NH3-N의 생성을 유도할 수 있으며, 이는 다양한 담수 유기체(전형적으로 pH 및/또는 온도에 의존함)에 독성일 수 있다. 다른 실시형태에서, 개시된 인클로저 내의 차별화된 환경에서 생성된 NH3-N의 농도는 0.053 내지 2.28 mg/L의 범위일 수 있으며, 이는 인클로저 내 및/또는 인클로저의 외부 표면 상에 바이오 파울링 형성을 억제할 수 있다. 또한, 0.002 mg/L 또는 그 초과만큼 낮은 NH3-N 수준에서 다양한 수생 플로라 및/또는 포너의 콜로니화 및/또는 번식 능력이 현저하게 저하될 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 용존 산소, 암모늄, 총 용존 질소, 질산염, 아질산염, 오르토인산염, 총 용존 인산염 및/또는 실리카(및 본원에 기술된 다양한 다른 화학 성분)와 같은 인클로저 내 물 화학 성분의 개별 수준의 변동 및/또는 변화는, 인클로저 내에서 생성된 인공 환경이 바람직하게는 서로 다른 기간에 서로 다른 매크로 파울링 및 마이크로플로라 및/또는 매크로 파울링 및 마이크로포너의 번영을 "촉진" 및/또는 "억제"한다는 점에서 본 발명의 일부 실시형태의 중요한 측면을 형성한다는 것이 추가로 제안된다. 차별화된 환경에서의 이러한 지속적인 변화는 바람직하게는 인클로저 내 및/또는 주변에 존재하는 다양한 유기체가 새로운 환경 조건을 수용하기 위해 지속적으로 적응 및/또는 변화하도록 강제하며, 이는 인클로저 내 및/또는 주변에 단일 종 또는 종 그룹화의 우세를 억제하는 경향이 있다. 이는 인클로저 내의 다양한 플로라 및/또는 포너 간의 경쟁을 강화하는 효과를 가질 수 있으며, 이는 플로라 및/또는 포너의 단일 품종, 종 및/또는 분포에 의한 인클로저의 지배를 억제 및/또는 방지할 수 있고, 이에 의해 우세한 종의 박테리아 또는 기타 마이크로 또는 매크로 개체가 번성하고/하거나 기판 파울링에 에너지를 바치거나 다른 파울링 유기체가 부착할 수 있는 베이스를 형성할 기회를 가질 가능성을 줄인다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 인클로저 외부보다 인클로저 내에서 더 높은 농도의 암모니아성 질소와 같은 파울링을 억제하는 물 화학 인자의 형성을 유도할 수 있다. 원하는 경우, 인클로저 내 암모니아성 질소 농도는 0.1 십억분율(ppb) 이상, 1 ppb 이상, 10 ppb 이상 및/또는 100 ppb 이상이 얻어질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인클로저는 인클로저 외부보다 인클로저 내에서 더 높은 농도의 아질산염과 같은 파울링을 억제하는 물 화학 인자의 형성을 유도할 수 있다. 원하는 경우, 인클로저 내 아질산염의 농도는 0.1 십억분율(ppb) 이상, 0.1 백만분율(ppm) 이상, 0.5 ppm 이상 및/또는 1 ppm 이상이 얻어질 수 있다.
본 발명의 많은 실시형태에서 인클로저에 대한 다른 중요한 측면은 인클로저가 전형적인 물 조건 하에서 인클로저 내 및/또는 외로 물의 흐름을 바람직하게는 억제하지만 완전히 방지하지는 않는다는 것이다. 많은 경우, 보호할 기판은 해저, 앵커, 벽, 교각, 말뚝, 부두, 선창 또는 기타 구조물과 같은 하나 이상의 고체의 움직일 수 없는 물체에 고정, 연결, 부착 및/또는 매어지며, 이는 기판의 다양한 표면을 지나서 일정 수준의 벌크 물 흐름을 유도할 수 있는 물에 대해 다양한 각도로 기판의 이동을 제한할 수 있다. 그러나, 본원에 기술된 인클로저의 다양한 실시형태(이는 전형적으로 기판, 그의 다양한 지지 구조물 및/또는 다른 인접한 물체에 부착됨)는 바람직하게는 기판 표면에 바로 인접한 물의 주변 흐름을 일정 정도로 차단 및/또는 방해할 것이며, 더 바람직하게는 많은 물 흐름 조건 하에서 기판과 직접 접촉하는 포위되거나 제한된 수역을 유지할 것이다. 본원에 개시된 다양한 인클로저 디자인은 다양한 인클로저 구성요소의 유연성을 통해 이러한 목적을 달성하며, 이는 인클로저 및 그 안에 포위되거나 제한되는 수역이 주변 물의 충돌 및/또는 이동에 응답하여 다양한 정도로 변형 및/또는 변위되도록 허용한다.
원하는 경우, 인클로저는 하나 이상의 개별 프로펠러 블레이드를 보호하기 위한 블레이드 백 형상과 같이 보호할 기판(또는 그 일부)의 크기, 형상 및/또는 일반적인 윤곽과 유사한 형상으로 형성될 수 있거나(도 1 참조), 또는 원통형 또는 비-원통형 "백" 형상(150)(도 2 참조)으로 형성될 수 있으며, 이는 도시된 바와 같이 기판(159)(즉, 센서 또는 기타 구조물)을 실질적으로 둘러싸는 유연성 벽(152), 하부 캡(153) 및/또는 상부 캡(154)을 포함할 수 있다. 도 2는 또한 인클로저 및/또는 엔드 캡의 내부 벽으로부터 기판(159)을 지지 및/또는 실질적으로 격리하는 지지체(156)를 도시하며, 인클로저 어셈블리는 로프 또는 테더(158)에 부착된다. 원한다면, 이러한 인클로저 디자인은 거더(girder), 지지 케이블 또는 로프 및/또는 원통형 센서 또는 센서 지지 몸체를 보호하기 위해 이용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인클로저는 하나 이상의 실질적으로 유연성 곡선 벽을 포함할 수 있으며, 이는 선택적으로 거시적 외부를 향하는 코너, "예리한" 만입 부 및/또는 특히 바이오 파울링 유기체에 호의적일 수 있는 외부 지향 틈새를 거의 또는 전혀 포함하지 않을 수 있다. 다양한 디자인에서, 측면 구조뿐만 아니라 선택적으로 인클로저의 상부 및/또는 하부를 향하는 표면을 포함하여 인클로저의 외부를 향하는 벽은 바람직하게는 유연하다. 다양한 실시형태에서, "조립식(prefabricated)" 인클로저, 뿐만 아니라 원하는 크기, 형상 및/또는 구성의 최종 인클로저로 조립될 수 있는 조립식 또는 모듈식 서브섹션을 갖는 인클로저를 포함하여, 사실상 임의의 형상, 크기 및/또는 구성의 인클로저가 제공될 수 있다. 원하는 경우, 인클로저는 훨씬 더 복잡한 형상(즉, 밸브, 천공된 기판 또는 센서)을 갖는 기판을 수용하기 위해 비교적 단순한 형상으로 설계될 수 있거나, 인클로저는 훨씬 더 단순화된 외부 형상을 갖는 기판을 수용하기 위해 비교적 복잡한 3 차원 형상으로 설계될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저의 투과성 벽이 기판의 표면으로부터 이격된 상태로 유지되는 것이 바람직할 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 인클로저의 부분과 기판의 다양한 표면 사이의 부수적, 주기적 및/또는 일정한 접촉은 그로 인해 제공되는 바이오 파울링 보호를 거의 또는 전혀 변경하지 않을 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 인클로저의 부분과 기판의 다양한 표면 사이의 부수적, 주기적 및/또는 일정한 접촉은 인클로저의 바이오 파울링 방지 효과에 상당한 개선을 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 인클로저 벽은 예컨대 섬유질 매트릭스가 침수 및/또는 부분적 침수된 파이프, 거더 및/또는 필링(piling)과 같은 기판 주위에 감싸질 수 있는 경우와 같이 보호된 기판과 직접 접촉할 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같은 다양한 실시형태에서, 인클로저(310)는 기판(300)의 바닥 또는 하부 부분(340)에 근접하게 위치된 부분을 포함하여 하나 이상의 벌어진 또는 이격된 섹션(325)(즉, 기판(300)으로부터 이격된)을 포함할 수 있으며, 이는 침전물(320) 및/또는 다른 물질이 기판과 직접 접촉하여 영구적으로 유지되지 않고(즉, 침전물과 기판 사이에 "공간"(330)을 남기기 위해) 차별화된 환경에 거주하거나 수집될 수 있도록 인클로저 내에 추가 공간을 제공할 수 있다. 그러한 침전물(들)은 인클로저의 개구를 빠져나가지 않을 수 있는 죽은, 죽어가는 및/또는 분해되는 미생물의 몸체를 포함할 수 있으며, 이는 인클로저 내에 침전물 물질 및/또는 "진흙"의 점진적으로 높아지는 "더미(pile)"를 생성할 수 있다. 원하는 경우, 이러한 "하부 영역"에 있는 인클로저의 개구는 인클로저의 다른 영역에 있는 상응하는 개구보다 더 크거나 더 많이 형성되어 바람직하게는 그러한 침전물 또는 다른 물질이 일정 기간 동안 인클로저를 통과 및/또는 이로부터 배출되고, 또한 유입/유출 액체 또는 물 흐름이 제어된 방식으로 인클로저 밖으로 침전물을 "세척"하도록 할 수 있다. 다른 실시형태에서, 그러한 "하부 영역"에 있는 인클로저의 개구는 국부적인 온도 변동에 의해 야기될 수 있는 물의 "상승" 및/또는 "하강" 기둥(plume)으로 인한 물 교환을 최소화하기 위해 더 작게 및/또는 더 적게 형성될 수 있다 - 또는 원하는 경우 특정 상황에서 추가 물 교환을 허용하기 위해 수 및/또는 크기가 증가한다.
본 개시내용의 다양한 설명에서, "투과성"은, 습식 및/또는 건식 조건에서 패브릭의 유연성 및/또는 형태의 변화에 의해 컴파운딩될 수 있는 이 직물의 구조에서 "퍼지니스(fuzziness)" 및/또는 무작위성으로 인해 스펀 폴리 및/또는 삼베 재료 전체에서 개구의 "유효한" 다공성을 측정 및/또는 결정하는 것이 다소 어려울 수 있기 때문에, 인클로저 및/또는 그 구성요소의 일부 측면에 대한 메트릭으로서 바람직하게 이용되는데, 출원인은 이것이 개시된 시스템 및 장치의 다양한 실시형태의 효과에 선택적으로 중요할 수 있다고 믿는다. 다양한 실시형태에서, 인클로저는 개구 및/또는 구멍이 관통하여 형성된 유연성 재료를 포함하는 하나 이상의 벽을 포함할 수 있다. 일부 바람직한 실시형태에서, 벽(들)을 통과하는 개구의 일부 또는 전부는 비틀린(tortuous) 또는 "구부러진(crooked)" 유동 경로를 포함할 수 있으며, 여기서 비틀림 비는 유동 경로(Lt)의 실제 길이 대 유동 경로 말단 사이의 직선 거리의 비로서 정의된다:
하나의 예시적인 실시형태에서, 텍스처드 얀 또는 스펀 폴리에스터 얀으로 제조된 직조 패브릭은 예시적인 인클로저 벽을 생성하는 데 사용하기에 매우 바람직할 수 있으며, 스펀 폴리에스터 얀은 잠재적으로 다양한 위치에서(즉, 상대적으로 더 높은 수준의 "헤어리니스(hairiness)" 또는 섬모) 및 여러 방향으로 얀으로부터 연장되는 상당한 수의 섬유 말단을 갖는다 - 바람직하게는 패브릭의 외부 표면에서 내부 표면으로의 더 복잡한 3 차원 매크로 구조 및/또는 더 비틀린 경로(들)로 이어진다. 다양한 바람직한 실시형태에서, 이들 섬유 말단은 패브릭 직조에 존재할 수 있는 자연적인 개구로 연장될 수 있으며, 잠재적으로 패브릭을 통한 일부 "직선 경로" 개구를 감소 및/또는 제거하고/하거나 패브릭을 통한 기존 경로의 비틀림을 증가시킬 수 있다(이는 어떤 경우에는 3 차원 패브릭의 지형을 통해 상당한 거리를 연장할 수 있다). 다양한 실시형태에서, 패브릭의 일부가 1.25보다 큰 비틀림 비를 갖는 개구를 포함하는 것이 바람직할 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 패브릭의 다양한 개구에 대해 1.5 초과의 비틀림 비가 더 바람직할 수 있다.
도 4a는 예시적인 스펀 얀(400)의 하나의 예시적인 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 도시하며, 이는 얽힌 필라멘트(420)의 중앙 몸체 또는 얀 다발(410)을 도시하는데, 다양한 필라멘트 말단(430)이 중앙 몸체(410)에 대해 측 방향으로 연장된다. 도 4b는 얀 번들(410) 내의 개별 필라멘트(420)의 매우 미세한 크기를 강조하는 중앙 몸체(410)의 단면도를 도시한다. PET 스펀 얀을 포함하는 니트 패브릭(450)의 확대도를 나타내는 도 4c에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 일련의 간극 또는 개구(480)는 편직 공정 동안 야드 번들(470) 사이에 위치하며, 하나 이상의 연장 섬유 또는 섬유 말단(490)은 다양한 개구를 가로 질러 연장된다(다양한 실시형태에서 다수의 섬유 말단이 바람직하게는 각각의 개구를 가로 지른다).
다양한 실시형태에서, 인클로저 벽 및 그 내부에서 보호되는 기판(들)은 약 200 인치, 또는 약 150 인치, 또는 약 144 인치, 또는 약 72 인치 이하, 또는 약 36 인치 이하, 또는 약 24 인치 이하, 또는 약 12 인치 이하, 또는 약 6 인치 이하, 또는 약 1 인치 이하, 또는 약 1 인치 이상, 또는 약 6 인치 이상, 또는 약 1 인치 내지 약 24 인치, 또는 약 2 인치 내지 약 24 인치, 또는 약 4 인치 내지 약 24 인치, 또는 약 6 인치 내지 약 24 인치, 또는 약 12 인치 내지 약 24 인치, 또는 약 1 인치 내지 약 12 인치, 또는 약 2 인치 내지 약 12 인치, 또는 약 4 인치 내지 약 12 인치, 또는 약 6 인치 내지 약 12 인치, 또는 약 1 인치 내지 약 6 인치, 또는 약 2 인치 내지 약 6 인치 및/또는 약 4 인치 내지 약 6 인치의 평균 간격(즉, 인클로저의 내부 벽과 기판의 외부 표면 사이)에 의해 분리 및/또는 이격될 수 있다. 다양한 대안적 실시형태에서, 인클로저의 적어도 일부 또는 전부는 하나 이상의 영역(인클로저의 폐쇄 부분을 포함하지만 이에 제한되지 않음)에서 기판과 직접 접촉할 수 있으며, 따라서 일부 실시형태에서 구조물과 기판 사이에 거리가 실질적으로 거의 또는 전혀 없다.
다양한 다른 실시형태에서, 인클로저 벽과 기판 사이의 간격이 특정 범위의 평균 거리 내에 있는 것이 바람직할 수 있거나, 원하는 간격이 보호할 인클로저 및/또는 기판의 폭, 길이, 깊이 및/또는 다른 특성에 비례할 수 있다. 예를 들어, 단지 몇 갤런의 물을 함유하는 더 작은 인클로저와 더 작은 기판 사이에 미리 정해진 간격을 유지하는 것이 더 중요할 수 있으며, 특히, 인클로저 내의 "차별화된 환경"에서 수천 또는 수백만 갤런의 물을 포함한 대형 인클로저와 상대적으로 큰 선체 사이의 간격에 비해, 물 교환 수준에 더 민감할 수 있는 차별화된 환경에서 상대적으로 더 적은 양의 물이 있고 그 결과의 물 화학이 그에 비해 변하는 경우에 그러하다. 이러한 경우에, 인클로저 벽과 기판의 대향 표면 사이의 원하는 간격은 기판 크기, 유형, 인클로저 디자인 및/또는 인클로저 강성 및/또는 디자인에 따라 대향 인클로저 벽들 사이의 거리의 2% 이하, 또는 5% 이하, 10% 이하, 또는 20% 이하, 또는 30% 이하, 또는 40%, 또는 대향 인클로저 벽들 사이의 거리의 최대 49.9%일 수 있다. 다른 실시형태에서, 국소 수성 환경은 기판의 표면으로부터 멀리 100 인치 이상, 50 인치 이상, 10 인치 이상, 5 인치 이상, 3 인치 이상, 2 인치 이상, 1 인치 이상, 0.5 인치 이상, 0.1 인치 이상, 0.04 인치 이상, 50 피트 이하, 40 피트 이하, 20 피트 이하, 20 피트 이하, 10 피트 이하, 4 피트 이하, 2 피트 이하, 100 인치 이하, 10 인치 이하, 5 인치 이하, 1 인치 이하, 0.1 인치 이하, 0.04 인치 이하의 거리를 연장할 수 있다.
도 5는 본원에 설명된 다양한 인클로저를 형성하기 위해 다양한 방식으로 사용될 수 있는 롤 시트 형태의 예시적인 패브릭 물질(100)을 도시한다. 이 실시형태에서, 물질은 바람직하게는 유연성 섬유 재료, 이 경우에는 천연 섬유 천뿐만 아니라 폴리에스터 또는 다른 합성 섬유의 제직, 편직, 펠트, 부직 및/또는 다른 구조, 및/또는 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있는 패브릭 물질을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 패브릭은 본원에 기술된 다양한 인클로저 실시형태를 구성하기 위해 이용될 수 있고/있거나, 이러한 롤 시트 물질로 기다란 기판을 감싸거나 달리 "커버하는" 것이 가능하고/하거나 바람직할 수 있으며, 특히, 풀어지고 감싸진 시트가 점진적으로 감싸진 기판을 포함하는 "인클로저"를 생성할 수 있는 다른 시트 섹션(즉, 필링 또는 지지 거더를 따라)과 겹칠 수 있는 경우에 그러하며, 여기서 패브릭 물질은 겹치는 "바버 폴(barber pole)" 또는 메이폴(maypole) 유형 기술로 기판 주위에 감싸지거나 또는 물 탱크 또는 관개 파이프의 내부 벽을 라이닝한다. 이러한 경우에, 본원에 기술된 바와 같은 "차별화된 환경"을 구성하는 패브릭 인클로저 벽과 기판 표면(또한 선택적으로 패브릭 자체 내의 액체) 사이의 매우 얇은 액체 층과 보호된 기판을 패브릭이 직접 접촉시키는 것이 바람직할 수 있다.
다양한 대안적 실시형태에서, 인클로저 및/또는 그 구성 물질은 격자형, 메시, 매트 또는 천공된 패브릭 배열로 형성된 실의 짜여진 및/또는 꼬인 가닥으로 형성된 3차원 패브릭 매트릭스 및/또는 섬유 매트릭스 구조를 포함할 수 있으며, 이는 다양한 실시형태에서 하나 이상의 비-평탄 및/또는 비-평활 패브릭 층(들)을 포함할 수 있다. 하나의 매우 단순화된 형태에서, 인클로저는 다수의 분리된 및/또는 짜여진 층을 포함할 수 있는 다수의 수직으로 위치된 요소(뿐만 아니라 다양한 방향으로 정렬된 다른 섬유 요소의 다양한 조합)와 함께 짜여진 다수의 수평으로 위치된 요소를 포함할 수 있다. 유연성 물질은 배플 또는 다양한 상호 연결 섹션을 포함할 수 있는 하나 이상의 이격된 층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 인클로저 물질의 각 얀 또는 다른 실(thread) 요소(들)는 미리 선택된 개수의 개별 스트랜드를 포함할 것이며, 스트랜드의 적어도 일부는 다양한 위치 및/또는 방향에서 실 코어 요소로부터 외측으로 연장되어 패브릭에 짜여진 실과 실 가닥의 3차원 비틀린 네트워크를 생성한다. 다양한 실시형태에서, 섬유 매트릭스의 다양한 요소는 대각선으로 또는 서로에 대해 평행한 방식을 포함하여 사실상 임의의 배향으로 배열될 수 있으며, 이에 의해 직각을 형성하거나, 3차원 배향 및/또는 랜덤 분포(즉, 펠트 매팅) 및/또는 패턴을 포함하는 사실상 임의의 다른 배향으로 배열될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서는 개별 요소들 사이에 상당한 간격이 있을 수 있지만, 다른 실시형태에서는 간격이 거의 또는 전혀 없는 긴밀한(tight) 패턴을 형성하기 위해 훨씬 더 긴밀한 패턴으로 감소될 수 있다. 다양한 바람직한 실시형태에서, 실 및/또는 섬유와 같은 요소는 천연 또는 합성 중합체로 제조될 수 있지만 금속, 나일론, 면 또는 이들의 조합과 같은 다른 물질로 제조될 수 있다.
본 발명의 다양한 측면은 섬모가 높은 섬유질 매트릭스 및/또는 유연성 물질의 사용을 포함할 수 있으며, 이는 물질이 "여과" 매질을 생성하는 3차원 유연성 패브릭에서 그 표면으로부터 또는 기공 또는 열린 공간 내로 돌출되는 덩굴손(tendril) 또는 머리카락 유사한 부속물(즉, 섬유)을 포함할 수 있음을 의미한다. 덩굴손 또는 머리카락 유사한 부속물은 3차원 유연성 여과 물질을 구성하는 물질의 일부이거나 물질에 포함될 수 있다. 대안적으로, 덩굴손 또는 머리카락 유사한 부속물은 유연성 물질에 접착되거나 부착된 별도의 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 덩굴손 또는 머리카락 유사한 부속물은 유연성 물질의 표면에 부착되는 접착층에 부착되어 이로부터 돌출될 수 있다. 본 발명의 측면에서, 덩굴손 또는 머리카락 유사한 부속물은 인클로저 물질의 표면으로부터 돌출할 수 있는 한편, 다른 측면에서 덩굴손 또는 머리카락과 같은 부속물은 인클로저 물질로부터 안쪽으로 및/또는 인클로저 물질 섬유 매트릭스 및/또는 패브릭의 다른 실 및/또는 섬유를 향해 안쪽으로 및/또는 내로 연장될 수 있다. 본 발명의 다양한 측면에서, 덩굴손 또는 머리카락 유사한 부속물은 탄력적일 수 있고/있거나 인클로저 및/또는 물의 움직임으로 인해 진동 및/또는 흔들릴 수 있다. 다양한 실시형태에서, 섬모 자체 및/또는 덩굴손 또는 머리카락 유사한 부속물의 움직임의 조합은 또한 인클로저의 표면 상에 또는 내에 바이오 파울링 유기체의 정착을 막을 수 있다.
인클로저의 투과성 물질에 수많은 작은 섬유의 존재는 이러한 구조가 직조된 패턴의 개방 틈새 내로 및/또는 주변으로 연장될 수 있기 때문에 물질의 3차원 구조의 복잡성을 상당히 증가시킬 수 있다고 믿어진다. 이러한 섬유 배열은 패브릭의 깊이를 가로 지르고 인클로저에 의해 보호되는 내부 환경으로 들어가려는 유기체에게 더 비틀린 경로를 추가로 제공할 수 있다(즉, 물질의 "여과" 효과를 증가시킴). 다양한 실시형태에서, 스펀 폴리에스터는 인클로저 물질로서 매우 바람직한 특성을 갖는 것으로 결정되었다. 다양한 실시형태에서, 인클로저로의 3차원 "진입 경로"의 형상 및/또는 크기(즉, 미생물이 물질의 개구 및/또는 기공을 통과할 때)는 바람직하게는 더 긴 경로, 더 큰 표면적을 제공하고/하거나 파울링 유기체가 인클로저로 유입되는 것을 여과 및/또는 방해하는 데 더 효과적인 것으로 입증될 것이다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 벽의 3차원 토포그래피(topography)는 바람직하게는 이러한 패브릭 구성이 인클로저 벽의 "여과 효과"를 증가시킬 수 있고/있거나 다양한 파울링 유기체가 인클로저 패브릭 및/또는 보호된 기판에 "걸쇠를 거는(latch)" 능력에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점에서 인클로저의 바이오 파울링 효과에 기여할 것이다. 그러나, 다른 실시형태에서, 인클로저 벽 및/또는 다른 구성요소는 텍스처드 얀 또는 다른 물질(및/또는 다른 물질 구성 기술)과 같은 "더 평탄한" 및/또는 "더 평활한" 물질을 포함할 수 있으며 여전히 본원에 개시된 많은 바이오 파울링 방지 효과를 제공할 수 있다. 이러한 물질은 스펀 폴리에스터 얀을 포함하는 물질보다 훨씬 더 평평하고 평활하고/하거나 덜 섬모적일 수 있지만, 이러한 물질은 다양한 용도에 대해 허용 가능한 수준의 바이오 파울링 보호를 제공할 수 있다.
인클로저를 구성하기 위해 다양한 정도로 적합할 수 있는 다양한 물질은 다양한 천연 및 합성 물질 또는 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 삼베, 황마, 캔버스, 양모, 셀룰로오스, 실크, 면, 대마 및 모슬린은 가능한 유용한 천연 물질의 비제한적인 예이다. 유용한 합성 물질은 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌, 초고 분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 공중합체 등), 폴리에스터, 나일론, 폴리우레탄, 레이온, 폴리아미드, 폴리아크릴 및 에폭시의 중합체 부류를 제한없이 포함할 수 있다. 다양한 유형의 유리 섬유 조성물이 또한 사용될 수 있다. 중합체와 공중합체의 조합이 또한 유용할 수 있다. 이러한 3차원 유연성 물질은 텍스타일 구조, 투과성 시트, 또는 본원에 기술된 바와 같은 파울링 방지 및/또는 여과 특성을 제공할 수 있는 구조를 제공하는 다른 구성으로 형성될 수 있다. 본원에 기술된 인클로저를 구성하는 데 사용하기에 잠재적으로 적합한 유연성 물질의 예는 삼베, 캔버스, 면 패브릭, 린넨, 모슬린, 투과성 중합체 시트, 중합체 섬유 또는 필라멘트로 제조된 패브릭 및 투과성 필름 및 막을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 측면에서, 유연성 물질은 천연 또는 합성 패브릭, 예컨대 삼베, 편직 폴리에스터 또는 기타 패브릭, 직조 폴리에스터 또는 기타 패브릭, 스펀 폴리에스터 또는 기타 패브릭, 이들의 다양한 조합, 또는 도 19, 27a 및 27b 및 표 3, 4a 및 4b에 나타낸 특성을 포함하는 다양한 특성을 갖는 기타 패브릭 중에서 선택될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저의 하나 이상의 벽을 형성하는 유연성 물질은 얽힌 섬유 또는 섬유 다발(즉, 얀)에 의해 형성된 구조를 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "얽힌"은 섬유가 부직, 직조, 편조, 편직 또는 달리 혼합되어 본원에서 논의된 다양한 여과 및/또는 물 투과성 및/또는 물 교환 특징을 생성할 수 있는 섬유질 매트릭스를 생성할 수 있음을 의미한다. 섬유가 얽혀있는 물질은 바람직하게는 3차원 유연성 물질에서 개방 및 폐쇄 공간의 패턴을 생성할 수 있으며, 그 내부의 개방 공간은 간극을 정의한다. 바람직하게는, 유연성 물질을 구성할 수 있는 섬유는 예를 들어 단일 필라멘트, 다수의 필라멘트의 다발, 천연 또는 합성 조성물의 필라멘트, 또는 천연 및 합성 조성물의 조합이다. 본 발명의 양태에서, 섬유는 평균 직경(또는 "평균 필라멘트 직경")이 약 50 mil 이하, 약 25 mil 이하, 약 10 mil 이하, 약 6 mil 이하, 약 5 mil 이하, 약 4 mil 이하, 약 3 mil 이하, 약 2 mil 이하, 약 1 mil 이하, 약 0.5 mil 이하, 약 0.4 mil 이하, 약 0.3 mil 이하, 약 0.2 mil 이하, 또는 약 0.1 mil 이하이다.
본 발명의 일부 양태에서, 유연성 물질은 직조 또는 편직 패브릭을 포함할 수 있다. 예를 들어, 직조 패브릭은 약 3 내지 약 150, 약 5 내지 약 100, 약 10 내지 약 50, 약 15 내지 약 25, 약 20 내지 약 40의 픽/인치(pick per inch)("ppi" 또는 인치당 위사) 및/또는 약 20 ppi를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 양태에서, 직조 패브릭은 약 3 내지 약 150, 약 5 내지 약 100, 약 10 내지 약 50, 약 15 내지 약 25, 약 20 내지 약 40의 엔드/인치(end per inch)("epi" 또는 인치당 경사) 및/또는 약 20 epi 또는 약 24 epi를 갖는다. 본 발명의 또 다른 다양한 다른 양태에서, 편직 패브릭은 약 3 내지 약 120, 약 5 내지 약 100, 약 10 내지 약 50, 약 15 내지 약 25, 약 20 내지 약 40의 코스/인치(course per inch)("cpi") 및/또는 약 36 cpi 또는 약 37 cpi를 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태에서, 편직 패브릭은 약 3 내지 약 80, 약 5 내지 약 60, 약 10 내지 약 50, 약 15 내지 약 25, 약 20 내지 약 40의 웨일/인치(wale per inch )(" wpi") 및/또는 약 36 wpi 또는 약 33.7 wpi를 갖는다.
따라서, 본 발명의 적어도 하나의 양태에서, 직조 패브릭은 약 9 내지 약 22,500, 약 100 내지 약 20,000, 약 500 내지 약 15,000, 약 1,000에 내지 약 10,000, 약 2,500 내지 약 8,000, 약 4,000 내지 약 6,000, 약 2,500 내지 약 4,000, 약 5,000 내지 약 15,000, 약 10,000 내지 약 20,000, 약 8,000 내지 약 25,000, 약 20 내지 약 100, 약 30 내지 약 50의 얀 크기 밀도(즉, 단위 면적당 경사를 곱한 위사), 또는 약 45 또는 약 40의 얀/제곱인치를 갖는다.
본 발명의 다른 양태에서, 직조 또는 편직 패브릭의 얀은 약 40 데니어 내지 70 데니어, 약 40 데니어 내지 100 데니어, 약 100 데니어 내지 약 3000 데니어, 약 500 내지 약 2500 데니어, 약 1000 내지 약 2250 데니어, 약 1100 데니어, 약 2150 데니어, 또는 약 2200 데니어의 크기를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 직조 또는 편직 패브릭은 단위 면적당 기본 중량이 약 1 내지 약 24 온스/제곱야드(약 34 내지 약 814 g/m2), 약 1 내지 약 15 온스/제곱야드, 약 2 내지 약 20 온스/제곱야드(약 68 내지 약 678 g/m2), 약 10 내지 약 16 온스/제곱야드(약 339 내지 약 542 g/m2), 약 12 온스/제곱야드(약 407 g/m2), 또는 약 7 온스/제곱야드(약 237 g/m2) 또는 약 3 온스/제곱야드이다. 본 발명의 다른 양태에서, 바람직한 스펀 폴리에스터 섬유 기반 직조 패브릭은 인클로저 물질로서 사용될 수 있으며, 패브릭은 대략 410 그램/미터2의 평량(BASIS WEIGHT)(임의의 코팅 또는 개질이 포함되기 전 베이스 패브릭의 중량)을 갖는다(표 13 참조).
다양한 예시적인 실시형태에서, 적합한 인클로저 또는 구조물 벽의 두께는 0.025 인치 내지 0.0575 인치 또는 그 초과의 범위일 수 있으며, 바람직한 인클로저는 약 0.0205 인치 두께, 약 0.0319 인치 두께, 약 0.0482 인치 두께 및/또는 약 0.0571 인치 두께이다. 인클로저의 천공 및/또는 개구의 크기와 인클로저의 다양한 개구의 형상, 크기 및/또는 비틀림 정도에 따라, 특별히 설명된 것보다 더 크고/크거나 더 작은 두께의 인클로저가 다양한 정도의 성공 및 다양한 인클로저 물질을 갖는 다양한 인클로저 디자인에 사용될 수 있다. 다양한 대안적인 실시형태에서, 개시된 섬유 매트릭스의 구성에 사용되는 유연성 베이스 물질, 섬유 및/또는 실은 보호될 원하는 기판 또는 특정 용도에 따라 두께 및/또는 길이의 넓은 변화를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일부 양태에서 유연성 물질의 두께는 약 0.001 내지 약 0.5 인치, 약 0.005 내지 약 0.25 인치, 약 0.01 내지 약 0.1 인치, 약 0.02 인치, 약 0.03 인치, 약 0.04 인치, 약 0.05 인치 또는 약 0.06 인치일 수 있다. 막 여과 구조뿐만 아니라 이의 다중 층에서와 같이 단일 구조 내에서 두께 및 투과성의 변화가 고려된다.
본원에서 설명된 다양한 목적을 달성하기 위해 다양한 물질 및/또는 물질 조합이 인클로저 물질로 활용될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 필름 또는 유사한 물질이 패브릭 인클로저 벽 물질에 대한 대안으로서 사용될 수 있으며, 이는 인클로저 벽의 일부 또는 전부에 투과성 및/또는 비-투과성 필름을 포함할 수 있다. 유사하게, 고무, 라텍스, 얇은 금속, 금속 필름 및/또는 호일 및/또는 플라스틱 또는 세라믹과 같은 천연 및 합성 물질이 다양한 결과로 이용될 수 있다.
도 30은 각 층에서 동일하거나 유사하거나 상이한 투과성, 각 층에서 동일하거나 유사하거나 상이한 재료 및/또는 각 층에서 동일하거나 유사하거나 상이한 두께를 갖는 다중 층을 포함하는 벽 구조물을 포함할 수 있는, 복수의 층을 갖는 벽 구조물을 포함하는 바이오 파울링으로부터 기판을 보호하기 위한 인클로저(3000)의 일 예시적인 실시형태의 사시도를 도시한다. 다른 실시형태에서, 층들은 각 층 사이의 간격의 거리가 최소 또는 전혀 없거나 각 층 사이의 상당한 거리의 간격으로 이격될 수 있다. 원한다면, 제1 상층(3010)은 제거 가능할 수 있으며, 제1 상층(이는 "찢어짐" 또는 다른 유형의 연결 섹션(3015)를 포함할 수 있음)의 제거는 온전한 제2 하층(3020)을 드러내고, 제2 하층의 제거는 보호된 기판을 둘러싸는 온전한 제3 하층(미도시)을 드러낸다. 원한다면, 제1 상층은 제거 가능할 수 있으며, 나머지 하층(들)은 기판 주위에 온전한 상태로 남겨진 다음, 예를 들어 제1 상층이 제거 및/또는 교체를 정당화하기에 충분히 파울링될 수 있는 경우 대체 제1 상층은 온전한 하층(들) 및/또는 기판 주위에 위치할 수 있다. 대안적으로, 다수의 상층 및/또는 하층은 복수의 희생 층을 포함할 수 있으며, 각 층은 충분히 파울링됨에 따라 제거되어 아래의 순수 또는 반-순수 층을 드러낸다(즉, 여전히 기판을 둘러싸고 보호함). 일부 실시형태에서, 하층은 연장된 기간, 심지어 1년, 2년, 3년, 4년 및/또는 5년 이상 동안 기판 주위의 위치에 남아있을 수 있으며, 전술한 바와 같이 기판 및/또는 하층(들) 주위의 외부 층이 주기적으로 제거, 교체 및/또는 리프레싱(즉, 파울링된 층의 제거 및 새로운 상층으로 즉시 및/또는 지연된 교체)된다. 이러한 시스템은 원하는 경우 소금, 담수 및/또는 기수에 적용할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 디자인은 (1) 기판을 완전히 둘러싸는 인클로저(즉, "박스" 또는 "유연한 백" 인클로저), (2) 기판의 주변을 둘러싸는 측벽을 갖는 인클로저(즉, 기판의 측면을 둘러싸지만 개방 상부 및/또는 바닥을 가질 수 있는 "스커트" 또는 "드레이프"), (3) 다양한 개구 및/또는 누락된 모듈 섹션을 포함할 수 있는 기판 주위에 조립될 수 있는 모듈식 벽으로 형성된 인클로저(즉, "개방 측지 돔" 인클로저), (4) 기판의 침수된 부분만 둘러싸는 인클로저(즉, 개방 상부를 갖는 "플로팅 백" 인클로저), 및/또는 (5) 단지 기판의 단일 측면을 보호하는 인클로저, 및 많은 기타 잠재적 인클로저 디자인을 포함하는, 다양한 구성의 투과성 벽을 포함할 수 있다. 또한, 인클로저 벽은 상대적으로 평활하거나 평평하거나 곡선 및/또는 연속적일 수 있거나, 인클로저 벽은 기복이 있는 표면, 주름진 또는 아코디언 유사한 표면, 접히거나 "구겨진" 또는 "스크런치된(scrunched)" 표면, 및/또는 원하는 경우 표면적을 극적으로 늘리고/거나 인클로저 벽의 여과 능력을 잠재적으로 변경할 수 있는 기타 특징과 같은 훨씬 더 복잡한 구조를 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 섬유 필라멘트를 포함하고 약 6 mil 이하(즉, 0.1524 mm 이하)의 평균 베이스 필라멘트 직경을 갖는 3차원 유연성 여과 패브릭을 포함하는 하나 이상의 벽을 포함할 수 있다. 다양한 대안적인 실시형태에서, 인클로저 물질은 텍스처링된 폴리에스터를 포함할 수 있다. 또한 80x80 삼베와 같은 천연 섬유 물질은 천연 물질이 수성 환경에서 상대적으로 빠르게 분해되고 기저의 분해 과정이 인클로저 내에서 상당한 측정 가능한 pH 차이 - 이는 다양한 수성 환경에서 유용할 수 있음 - 에 기여하더라도 인클로저 물질로서 기판을 보호하는 데 유용할 수 있다. 원하는 경우, 다양한 인클로저 실시형태는 인클로저 구성요소가 수성 매질에서 특정 시간 후에 분해되도록 하는 분해성 및/또는 가수 분해성 물질 및/또는 연결(즉, 구성요소들 사이 및/또는 구성요소 물질의 중합체 사슬을 따라)을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 본 발명의 장치는 바람직하게는 바이오 파울링 보호의 감소, 중단 및/또는 반전 및/또는 바이오 파울링 유기체의 정착을 억제하고/하거나 기판 상의 원하는 파울링 방지 층 및/또는 바이오 필름의 형성에 도움이 되는 원하는 포위된 환경의 생성을 제공할 것이다 - 즉, 보호된 기판 또는 물품에 대한 바이오 파울링을 감소시키는 유리한 바이오 필름의 형성에 영향을 미치기 위해 배치될 때 원하는 국소 수중 환경(즉, "차별화된 환경")의 생성을 시작한다. 다양한 실시형태에서, 이러한 "차별화된 환경"은 기판에 대한 인클로저 배치 후 몇 분 또는 몇 시간 내에 생성될 수 있는 한편, 다른 실시형태에서는 원하는 "차별화된 환경"을 생성하는 데 며칠, 몇 주 또는 심지어 몇 달이 걸릴 수 있다. 원한다면, 인클로저는 기판이 그 안에 배치되기 훨씬 전에 배치될 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 인클로저는 기판과 동시에 배치될 수 있거나, 기판이 수성 환경에 침지 및/또는 유지된 후 오랫동안 배치될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 수성 환경에 인클로저가 배치된 후 1시간 내에 상당한 물 화학 차이 및/또는 차별화된 환경의 다른 고유한 측면이 생성되기 시작할 수 있는 한편(이는 인클로저가 환경에 단독으로 및/또는 보호될 기판에 근접하여 배치되는 것을 포함할 수 있음), 다른 실시형태에서 원하는 차별화된 환경의 시작 및/또는 생성(이는 완전히 차별화된 환경의 생성과 차별화된 환경의 추가 측면이 유도됨에 따라 변경 및/또는 보완될 수 있는 다양한 파울링 억제 조건의 생성을 포함할 수 있음)은 인클로저가 기판 주위의 위치에 적어도 2시간, 적어도 3시간, 적어도 6시간, 적어도 12시간, 적어도 18시간, 적어도 1일, 적어도 2일, 적어도 3일, 적어도 4일, 적어도 5일, 적어도 6일, 적어도 1주, 적어도 2주, 적어도 3주, 적어도 4주, 적어도 1개월, 적어도 2개월, 적어도 3개월 및/또는 적어도 6개월 또는 그 이상 동안 있는 것을 필요로 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 이러한 다양한 기간에 생성될 수 있는 다양한 물 화학 차이는 용존 산소, pH, 총 용존 질소, 암모늄, 암모니아성 질소, 질산염, 아질산염, 오르토인산염, 총 용존 인산염, 실리카, 염도, 온도, 탁도, 엽록소 등을 포함할 수 있으며, 이의 다양한 농도는 다양한 시간에 증가 및/또는 감소할 수 있으며, 인클로저 침지의 상이한 기간에 개별 성분의 농도 차이 포함한다.
일부 경우에, 본 발명의 장치는 열화될 수 있고 특정 기간 후에 효과를 생성하는 원하는 수준의 파울링 방지 및/또는 환경을 더 이상 제공하지 않을 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인클로저가 파울링 방지 효과를 잃을 때까지의 시간의 양은 특정 수중 환경, 계절, 온도, 존재하는 해양 생물의 구성, 온도, 빛, 염도, 바람, 물 속도 등을 포함하는 수많은 인자에 따라 달라질 수 있다. 수중 환경의 조건에 따라 인클로저는 일시적으로 파울링 방지 및/또는 환경 생성 효과를 잃을 수 있으며, 단지 조건이 정상으로 또는 어떤 원하는 수준으로 돌아갈 때 파울링 방지/환경 생성 효과를 회복할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 본원에서 사용되는 "유효 수명"은 인클로저의 배치부터 매크로 파울링 수준이 기판에서 문제가 되는 시간까지의 시간의 양을 의미할 수 있는 한편, "인클로저 수명"은 인클로저 자체가 기판 자체 주변에서 물리적으로 손상되지 않고 유효하게 유지되는 시간의 양을 의미할 수 있다(이는 인클로저가 제공하는 바이오 파울링 방지의 "유효 수명"에 의해 초과될 수 있음). 본 발명의 다양한 양태에서, 인클로저의 유효 수명 및/또는 인클로저 수명 중 하나 또는 둘 모두는 3일 이상, 7일 이상, 15일 이상, 30일 이상, 60일 이상, 90일 이상, 120일 이상, 150일 이상, 180일 이상, 270일 이상, 1년 이상, 1.5년 이상, 2년 이상, 3년 이상, 4년 이상 또는 5년 이상일 수 있다.
원하는 경우, 인클로저 또는 그 일부는 선택적으로 분해 가능한 물질로 구성될 수 있으며, 이는 바람직하게는 특정 조건 하에서 시간이 지남에 따라 인클로저(및 기타 잠재적 효과) 또는 그 일부의 분자량 감소, 질량 감소 및/또는 강도 또는 내구성 감소를 초래하는 생분해성, 광분해성, 산화성 및/또는 가수 분해성 물질을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 그러한 물질에 의한 수중 환경에 대한 지속적인 노출은 결국 기판으로부터 인클로저(또는 그의 하나 이상의 층)의 분리 및/또는 인클로저 및/또는 이의 다양한 구성 요소의 환경 친화적인 열화를 초래할 수 있다. 그러한 분리는 전체 인클로저의 분리 및/또는 시간 방출 및/또는 파울링 정도(즉, 중량 기반, 항력 기반 및/또는 벽 유연성 감소) 방출 방식으로 다른 층의 분리를 포함할 수 있다.
어떤 유형의 물질이 사용되든, 인클로저는 선택적으로 구조가 3차원, 방사상, 길이 방향 및/또는 이들의 다양한 조합으로 확장될 수 있도록 형성 가능하도록 구성될 수 있다. 이러한 유형의 구조는 바람직하게는 다양한 구성으로 물체 위에 위치 결정을 허용할 수 있으며, 이는 원하는 경우 인클로저 벽이 그것이 부착되어 있는 물체의 표면 윤곽을 미러링할 수 있도록 위치 결정을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 인클로저는 기판의 하나 이상의 표면의 거울 형상으로 형성될 수 있으며, 일반적으로 기판을 수용하기 위해 적어도 약간 더 큰 크기일 것이다.
일부 예시적인 실시형태에서, 인클로저는 삼베 또는 대마와 같은 완전히 천연 물질로 구성될 수 있으며, 식수 저수지 및/또는 야생 동물 보호 구역과 같은 특히 민감한 물에서 기판을 보호하기 위해 배치될 수 있으며, 여기서 인공 물질 및/또는 살생제 독소의 사용은 금지되고/되거나 권장되지 않을 수 있다. 그러한 경우에, 인클로저는 바람직하게는 인클로저가 기판 및/또는 관련 지지 구조물로부터 분리된 경우에도 물을 오염시키고/시키거나 국소 수중 환경에 해를 끼칠 수 있는 상당한 잠재성을 제공하지 않고 원하는 기간 동안 기저 기판에 보호를 제공할 것이다(분리된 구조물의 추가 개구가 이제 보호된 수성 환경의 개발과 그에 따른 이점을 방해할 수 있으므로). 이러한 경우, 기판이 더 이상 보호를 필요하지 않거나 인클로저가 다양한 이유로 파울링 및/또는 손상되는 경우, 인클로저가 제거되고/되거나 유사한 물질의 새 인클로저 및/또는 인클로저 구성요소로 교체될 수 있으며, 파울링 보호가 필요에 따라 기판에 복원된다.
인클로저 어셈블리
다양한 실시형태에서, 인클로저는 단일 조각으로 구성될 수 있거나 다양한 인클로저 형상으로 조립될 수 있는 다중 모듈 조각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인클로저 디자인은 바람직하게는 복수의 벽 구조를 포함할 수 있으며, 각 벽 구조는 하나 이상의 인접한 벽 구조(있는 경우)에 스티칭, 직조, 후크 및 루프 패스너, 및/또는 벨크로 등에 의해 부착 및/또는 조립되며, 이는 임의의 솔기 및/또는 스티칭된/접착된 영역의 코팅 및/또는 캡슐화를 포함할 수 있다. 도 6a 및 6b는 본 발명의 다양한 인클로저를 구성하는 데 사용하기에 특히 적합할 수 있는 예시적인 스티칭 기술을 도시하며, 여기서 제1 패브릭 섹션(610)과 인접한 제2 패브릭 섹션(620) 사이에 솔기(600)를 형성하는 실(630)은 차별화된(즉, 내부) 환경을 향해 위치되어, 실 및/또는 솔기의 관련 불규칙 표면 또는 겹치는 패브릭 주름이 바람직하게는 외부 환경에 노출되지 않으며, 따라서 바람직하게는 인클로저의 바이오 파울링에 적합한 외부 대향 표면을 제공하지 않는다(인클로저의 외부 표면을 따라 형성된 약간의 틈새는 최적이 아닐 수 있지만 다양한 실시형태에서 허용 가능할 수 있다). 대안적으로, 열 접합, 초음파 용접 및/또는 다른 에너지 기반 접합 기술, 접착 또는 접착제, 뿐만 아니라 다른 스티칭 및/또는 2차원 직조/편직 기술과 같은 다른 연결 기술이 필요에 따라 이용될 수 있다. 다른 대안적인 실시형태에서, 3차원 패브릭 형성 기술은 측면에 외부를 향하는 솔기를 갖지 않고/않거나 상부 및/또는 바닥에 하나 이상의 솔기 및/또는 개구만을 갖는 인클로저를 위한 물질의 "튜브" 또는 백을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 특히 바람직한 실시형태에서, 인클로저의 다양한 벽 섹션의 부착 및/또는 접착은 바람직하게는 부착 영역에서 일정 수준의 유연성이 유지되도록 달성될 것이다.
유사한 방식으로, 인클로저의 다양한 실시형태는 바람직하게는 투과성 및/또는 유연성 부착 메커니즘 및/또는 클로저를 포함하여, 비교적 단단하고/하거나 파손되지 않고/않거나 불투과성인 표면이 바람직하게는 인클로저에 의해 주변 수성 환경에 외부로 제공되지 않을 것이다. 많은 경우에, 바이오 파울링 개체는 정착 및/또는 콜로니화를 위해 단단하고 파손되지 않은 표면을 선호할 수 있으며, 이는 본원에 설명된 인클로저의 것과 같은 인접한 유연성 패브릭 섹션에서 후속 콜로니화를 위한 "거점"을 그러한 실체에 제공할 수 있다. 이러한 "거점" 위치에 대한 잠재력을 감소시킴으로써, 개시된 인클로저 디자인의 다수는 개시된 실시형태 및/또는 그에 제공된 기판 보호의 다양한 바이오 파울링 저항성을 상당히 개선할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 솔기 및/또는 불투과성 벽 섹션이 없는 단일 구조로 만들어진 기판에 대해 인클로저가 특수화될 수 있다.
후크 및 루프 또는 "벨크로" 패스너의 경우, 이러한 연결 장치의 사용은 이러한 패스너가 투과성 인클로저 벽과 유사한 방식으로 수성 매질에 대해 투과성일 수 있다는 점에서 다양한 인클로저 실시형태에 특히 적합할 수 있다. 이러한 디자인 특징은 인클로저 내의 액체가 유사한 방식으로 패스너 구성요소 및/또는 인클로저 벽을 통해 용출되도록 하고, 이에 의해 본원에 설명된 바와 같이 패스너 표면의 파울링을 억제할 수 있다. 대안적으로, 유연성 후크 및 루프 패스너의 연결 "플랩"은 부착 표면에 대한 추가 보호를 제공하기 위해 대응하는 유연성 또는 비유연성 부착 표면 위에 배치될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 수압의 영향이 인클로저, 다양한 인클로저 구성 요소, 보호된 기판 및/또는 임의의 연결된 물체 및/또는 고정 시스템을 손상시키는 것을 바람직하게는 감소, 완화, 억제 및/또는 방지하는 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인클로저의 대부분은 바람직하게는 인클로저 및/또는 그의 구성요소에 대한 외부 물 이동(즉, 조류, 파도 및/또는 조수 작용)의 많은 영향을 완화, 감소 및/또는 제거할 수 있는(유연하지 않은 고체 인클로저 또는 인클로저 벽에 비해) 유연한 패브릭 물질을 바람직하게는 포함할 수 있다. 유사한 방식으로, 천공 및/또는 인클로저 벽의 투과성의 존재는, 임의의 정수 효과의 적어도 일부는 바람직하게는 인클로저를 "통과"하고(전형적으로 인클로저와 주변 수성 환경 사이에서 원하는 수준의 유체 교환을 초래함) 인클로저의 다른 부분은 움직이는 물에서 구부러짐, 굴곡 및/또는 "플랩"되는 점에서, 바람직하게는 인클로저 및/또는 지지 구조물의 다양한 부분에 작용하는 정수력(hydrostatic force)을 감소 및/또는 완화한다. 더욱이, 인클로저의 대부분에 걸쳐 유연하고 휘기 쉬운 천 패브릭 및/또는 기타 물질을 사용하는 것은 바람직하게는 다양한 인클로저 구성요소의 작업 경화 및/또는 피로 파괴 가능성을 감소시켜 인클로저의 내구성 및 기능 수명을 증가시킨다. 따라서, 인클로저의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는 인클로저 근처에서 조수, 조류 및/또는 파도 운동과 함께 이동 및/또는 구부러질 수 있는 하나 이상의 벽 구성요소(또는 인클로저 디자인의 전체)를 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 패브릭 투과성은 천공 장치(즉, 바늘, 레이저 절단, 미세 기공 생성을 위한 스트레칭 등), 연마 물질 및/또는 압력 및/또는 진공의 효과(즉, 물 및/또는 공기 분사)의 사용과 같은 기계적 처리, 또는 화학적 수단(즉, 에칭 화학)을 포함하는 다양한 기술에 의해 영향받고/거나 변경될 수 있다. 유사한 방식으로, 저 투과성 패브릭은 원하는 범위 내에서 패브릭의 투과성을 바람직하게는 증가시키기 위해 처리될 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 더 높은 투과성 패브릭은(예를 들어, 페인트, 코팅, 막힘 또는 응고제를 사용하여) 투과성을 원하는 양으로 낮추도록 개질될 수 있다.
많은 실시형태에서, 선택된 인클로저 벽 물질 또는 물질들의 유형 및/또는 투과성의 수준은 인클로저 및/또는 다양한 인클로저 구성요소의 설계 및 배치에서 중요한 고려 사항이 될 것이다. 수성 매질에 인클로저를 처음 배치할 때, 투과성 물질은 바람직하게는 개방 환경과 포위 및/또는 제한된 환경 사이에서 충분한 물 교환이 발생되도록 하여 바이오 파울링에 대해 보호하는 차별화된 환경이 형성되도록 할 것이다. 그러나, 다양한 파울링 압력 및/또는 기타 인자이 수성 매질에서 시간이 지남에 따라 주어진 인클로저 벽 물질의 투과성 및/또는 다공성을 잠재적으로 변경 및/또는 다른 방식으로 영향을 미칠 수 있기 때문에, 투과성 물질이 차별화된 환경을 유지하는 원하는 수준의 물 교환을 계속 허용하는 것이 종종 중요하다 - 이는 또한 바람직하게는 장기 무산소가 일부 인클로저 실시형태에서 발생하는 것을 방지한다. 이러한 우려에 따라, 인클로저 벽 물질에 대해 더 높은 수준의 투과성을 선택하는 것이 바람직할 수 있어, 물 교환 속도가 인클로저의 유효 수명 동안 다른 시간에 감소, 증가 및/또는 동일하게 유지되더라도, 물질의 일부 기공의 막힘 및/또는 폐쇄가 인클로저의 파울링 방지 성능에 크게 영향을 주지 않아야 한다.
배치 및 간격
사용 시, 인클로저 실시형태는 바람직하게는 수성 매질에 기판을 침지시키기 전에 기판 주위에 적용될 것이다. 이것은 물체가 처음으로 수성 매질에 처음 담그기 전의 물체 보호(즉, 수성 환경에 물체의 "순수" 침지), 및 수성 매질로부터 제거되고 세척 및/또는 스케일 제거된 이전 침지 물체의 보호를 포함할 수 있으며, 후속 침지 전에 인클로저가 물체에 적용된다. 다른 실시형태에서, 인클로저는 이미 장기간 동안 침지되었을 수 있고/있거나 이미 상당한 양의 바이오 파울링이 있을 수 있는 물체를 포함하여 수성 환경에 이미 침지된 물체에 적용될 수 있다. 일단 인클로저가 물체에 적용되면, 인클로저는 기판의 하나 이상의 노출된 표면 주위에 어떤 방식으로 고정될 수 있으며, 이에 따라 인클로저 내의 수성 환경을 주변 수성 환경으로부터 다양한 정도까지 부분적으로 및/또는 완전히 격리시킬 수 있다. 또한, 다양한 실시형태에서 예를 들어 인클로저가 상대적으로 큰 갭 및/또는 그를 통한 개구를 가질 수 있는 경우에 인클로저는 기판을 "완전히" 둘러싸지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그러한 경우에, 인클로저는 본원에 기술된 바와 같이 기판 및/또는 기판의 일부의 바이오 파울링을 감소 및/또는 방지하는 인클로저 내에서 원하는 환경 변화를 생성하도록 여전히 충분히 "폐쇄"될 수 있다.
기판의 비제한적인 예는 스포츠, 상업용 및 군용 선박, 배, 선박 및 해양 차량, 예컨대 제트 스키의 표면; 민간 보트, 배, 선박 및 해양 차량, 예컨대 제트 스키; 보트, 배, 선박 및 해상 차량의 추진 시스템; 보트, 배, 선박 및 해상 차량의 구동 시스템 및 그 구성 요소, 예컨대 선미 드라이브, 인보드 드라이브, 포드 드라이브, 제트 드라이브, 아웃보드 드라이브, 프로펠러, 임펠러, 구동 축, 선미 및 선수 추진기, 브래킷, 방향타, 베어링; 및 하우징; 보트, 배, 선박 및 해상 차량의 추진기, 예컨대 선수 추진기 및 선미 추진기; 보트, 배, 선박 및 해양 차량의 입구, 예컨대 냉각수 입구, HVAC 물 입구 및 추진 시스템 입구; 항구 운영 지원 장비, 예컨대 부두, 전표, 말뚝, 교각, 뗏목, 플로팅 페인트 플랫폼, 플로팅 비계 플랫폼, 플로팅 윈치(winch) 및 견인 장비 플랫폼; 바인딩 및 고정 장비, 예컨대 앵커, 로프, 사슬, 금속 케이블, 계류 설비, 합성 섬유 케이블 및 천연 섬유 케이블; 해양 기기, 예컨대 pH 측정 기기, 용존 산소 측정 기기, 염도 측정 기기, 온도 측정 기기, 지진 측정 기기, 모션 센서 기기 및 관련 어레이; 계류 장비, 예컨대 앵커 사슬, 앵커 케이블, 부착 사슬, 부착 케이블, 계류 사슬, 계류 케이블, 피팅, 플로트, 볼라드 및 관련 부속품; 부이, 예컨대 마커 부이, 채널 마커 부이, 입구 마커 부이, 다이버 부이 및 수심 표시기 부이; 해양 말뚝, 예컨대 목재 말뚝, 금속 말뚝, 콘크리트 도크 말뚝, 부두 말뚝, 부두 말뚝, 수로 마커 말뚝, 지하 구조물 말뚝; 해양 수중 구조물, 예컨대 방파제, 석유 및 가스 굴착 탐사 및 생산 구조물, 도시용 구조물, 상업용 구조물 및 군사용 구조물; 산업용 여과 시스템 장비, 예컨대 해양 여과 시스템, 멤브레인 필터, 물 유입 필터, 배관 및/또는 저장 탱크; 해양 리프트 및 보트 보관 구조물; 관개 용수 저장 탱크 및 관개 배관 및/또는 장비; 및/또는 물 관리 시스템 및/또는 시스템 구성요소, 예컨대 잠금 장치, 댐, 밸브, 수문 및 방조제를 포함하는 이들의 임의의 일부를 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다. 본 개시내용을 사용하여 다루어질 수 있는 바이오 파울링에 의해 영향을 받는 다른 메커니즘은 미세 전기화학 약물 전달 장치, 제지 및 펄프 산업 기계, 수중 기기, 방화 시스템 배관 및 스프링클러 시스템 노즐을 포함한다. 메커니즘을 방해하는 것 외에도, 바이오 파울링은 또한 에피바이오시스(epibiosis)로 알려진 살아있는 해양 유기체의 표면에서 발생한다. 바이오 파울링은 또한 수계 액체가 다른 물질과 접촉하는 거의 모든 상황에서 발견된다. 산업적으로 중요한 영향은 양식업, 멤브레인 시스템(예를 들어, 멤브레인 생물 반응기 및 역삼투 나선형 권선 멤브레인)의 유지 관리 및 대형 산업 장비 및 발전소의 냉각수 순환에 있다. 바이오 파울링은 또한 동반된 물과 함께 기름을 운반하는 송유관, 특히 사용된 기름, 절삭유, 유화를 통해 수용성이 된 기름, 유압유를 운반하는 송유관에서 발생할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 보호될 기판(들)은 금속 표면, 유리 섬유 표면, PVC 표면, 플라스틱 표면, 고무 표면, 목재 표면, 콘크리트 표면, 유리 표면, 세라믹 표면, 천연 패브릭 표면, 합성 패브릭 표면 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 물질로 만들어진 표면 또는 표면 아래 부분일 수 있다.
도 7a는 바람직하게는 다른 패브릭 부분에 자가 접착될 수 있는 패브릭의 다양한 부분을 따라 접착제, 후크-앤-루프 패스너 물질(710)(및/또는 재봉된 솔기)를 포함하는 롤업 시트 패브릭(700)의 일 예시적인 실시형태를 도시하며, 대부분의 패브릭은 본원에 설명된 천공 또는 투과성 부분(720)을 포함한다(다양한 실시형태에서 파스너 물질 자체는 투과성 및/또는 비투과성 부분을 또한 포함할 수 있다). 원한다면, 일부의 다른 패브릭 부분을 덮는 물질 플랩은 비투과성일 수 있고 기저의 구조물을 보호할 수 있다.
사용 시, 패브릭은 말뚝의 일부 주위에 인클로저를 형성하기 위해 말뚝 또는 지지 거더(730)(도 7b 참조) 주위를 감싸며, 이는 점진적 랩핑 방법(740)(즉, "이발소-폴" 유형 포장) 또는 원형 랩핑 방법(750)(즉, "라운드-로빈" 유형 랩핑)을 포함하여 본원에 기술된 것과 기능면에서 유사한 다양한 인클로저를 생성하여 바이오 파울링 유기체 및/또는 다른 분해로부터 말뚝의 다양한 부분을 보호한다. 다양한 실시형태에서, 후크 및 루프 또는 유사한 패스너를 사용하는 부착이 특히 바람직할 수 있는데, 그러한 체결 기술은 본원에 설명된 다양한 투과성 물질과 유사한 방식으로 투과성이 부여될 수 있고 이를 통해 물 교환을 허용할 수 있기 때문이다.
원하는 경우, 3차원(3D) 구성으로 조립될 수 있는 개별 구성요소 섹션을 사용하여 인클로저가 구성될 수 있다. 예를 들어, 인클로저의 개별 벽 섹션은 삼각형, 정사각형 및/또는 기타 다각형 형상을 포함하는 다양한 구성으로 서로 부착되도록 제공될 수 있다. 원하는 경우, 벽 섹션은 상대적으로 단단한 하부 프레임에 의해 지지될 수 있거나 섹션은 매우 유연하고/하거나 롤러 또는 기타 캐리어에 제공될 수 있으며, 이는 조립 전에 각 개별 섹션을 해제하도록 풀릴 수 있다. 적어도 하나의 대안적인 실시형태에서, 개방 인클로저 프레임 또는 지지체가 제공될 수 있으며, 연장된 시트 또는 인클로저 벽 물질이 제공될 수 있으며, 이는 프레임 세그먼트 주위를 감싸고/하거나 위에 놓여질 수 있다(그리고 예를 들어, 일반 운송업체에 의한 선적을 위한 물체의 "선박 포장"과 유사한 방식으로 프레임에 적용된다).
표 1은 다양한 기판을 보호하기 위해 해수 환경에서 사용되는 다양한 인클로저 디자인에 의해 경험되는 마이크로 파울링의 추가 실험 결과를 보여주며, 인클로저는 코팅 및 코팅되지 않은 상태의 제어 기판(즉, PVC PIPE)과 함께 PVC 배관을 감싸는 다양한 패브릭을 포함한다(코팅은 살생물성 용리 성분을 포함함). 240일의 해수 침지 후, 다양한 인클로저가 기저 PVC 파이프 기판을 파울링으로부터 성공적으로 보호했으며, 또한 바이오 파울링 개체가 인클로저 벽 자체의 패브릭 구조 상/내에 부착되는 것을 방지하는 데 매우 성공적이었다. 이러한 결과는 코팅되지 않은 대조 PIPE에 축적된 바이오 파울링의 양과 유형, 및 살생제 페인트로 직접 페인팅/코팅된 한 쌍의 대조 PVC 파이프(WB Pnt 파이프 및 SB Pnt 파이프)에 부착된 상당한 양의 파울링과 비교할 때 특히 인상적이었다.
240일의 물 침지 후 위의 인클로저 및 관련 보호된 기판을 시각적 분석 결과 모든 손상되지 않은 인클로저가 기판을 매우 바람직한 수준으로 보호한 것으로 나타났다. 특히, 각 인클로저 내의 기판의 외부 표면은 본질적으로 파울링되지 않았으며, 대부분의 기판 표면에는 쉽게 제거 가능한 침전물 및/또는 잔류물이 있는 경우 이의 가벼운 코팅이 있고, 기판 상의 일부 수평 표면은 역시 쉽게 제거 가능한 침전물 퇴적의 더 깊은 포켓을 발현한다. 또한 각 기판을 보호하는 인클로저는 외부 표면 상에 약간만 파울링되었으며, 각 인클로저는 가벼운 파울링 커버에도 불구하고 여전히 일반적으로 유연하다. 중요하게는, 모든 손상되지 않은 인클로저가 기저의 PVC 기판 상의 매크로 파울링을 방지했다. WB10 및 WBDUK는 인클로저 벽에 약간의 손상 및/또는 분해를 경험하여 일부 파울링이 인클로저 내의 시험 섹션에 접근할 수 있도록 했다. 용매계 살생제 코팅된 인클로저는 240일의 소금물 침지 후 가장자리가 약간 닳고 찢어지면서 여전히 양호한 상태였다. 장시간 침지 후, 수계 살생제 코팅된 인클로저는 점차적으로 더 취약해지는 것처럼 보였으며, 상당한 가장자리 찢김과 랩의 몸체에 일부 구멍이 있다. 대조적으로, 용매계 코팅된 파이프는 덜 파울링되었지만 용매계 코팅된 파이프와 수계 코팅된 파이프 모두에 상당한 파울링이 발생했다. 보호되지 않은 파이프는 파이프의 직경보다 더 큰 일부 영역의 깊이까지 여러 층의 파울링 아래에서 완전히 가려졌다.
인클로저가 예상치 못한 개방, 찢김을 경험하고/하거나 잘못 위치된 위 시험의 다양한 예에서, 기저 기판은 예상치 못한 개방 및/또는 찢김에 근접한 영역의 외부 표면에 극도로 가벼운 파울링을 경험했으며, 기판의 많은 "노출된" 영역은 파울링 커버가 거의 또는 전혀 없었다. 대부분의 "고장" 영역이 관련 기판을 적어도 한 달 이상 환경에 노출시켰지만, 다양한 인클로저 고장이 언제 발생했는지 알 수 없는 경우가 많았다. 이러한 경우, 인클로저의 초기 배치는 기판 표면에 "보호" 바이오 필름 층의 형성을 유발 및/또는 유도하였고, 이 바이오 필름 층은 후속적으로 인클로저의 무결성이 침해되고 기판이 외부 환경에 직접 노출된 후 상당한 추가 파울링으로부터 기판을 보호한 것으로 믿어진다.
물 교환 속도
다양한 실시형태에서, 주어진 인클로저 디자인을 사용하여 주어진 수성 환경에서 주어진 기판을 보호하기 위해 최적의, 원하는 및/또는 평균 "물 교환 속도"이 결정될 수 있으며, 이는 광범위한 물 및/또는 기타 환경 조건으로 인해 변할 수 있는 원하는 물 교환 속도의 범위 또는 범위들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 원하는 물 교환 속도는 기판 물질의 특정 유형 및/또는 형상을 보호하기 위해 최적화될 수 있고/있거나, 인클로저 및/또는 인클로저 벽 물질의 특정 크기, 형상 및/또는 부피에 대해 설계 및/또는 특수화될 수 있고/있거나, 특정 지역 또는 수심에 맞게 설계 및/또는 특수화될 수 있고/있거나, 계절적 변화 및/또는 온도 및/또는 조수 활동에 따라 달라질 수 있고/있거나, 물 염분, 용존 산소, 영양소, 폐기물, 물 속도, 특정 적용 및/또는 기타 고려 사항으로 인해 달라질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 물 교환 속도는 바람직하게는 외부 개방 환경과 인클로저 내의 내부 환경(즉, 용존 산소, 폐기물, 이용 가능한 영양소 등) 사이의 조건에서 원하는 구배를 생성하여, 허용할 수 없게 기판을 손상시킬 수 있는 조건을 생성하지 않고 - 예를 들어, 허용할 수 없는 수준의 기판 부식을 유발할 수 있는 장기간에 걸쳐 무산소 상태(즉, 일부 실시형태에서 약 0.5 mg/L 또는 더 낮은 용존 산소 수준)의 해로운 영향을 회피함 - 기저의 기판 표면을 바람직하지 않는 수준의 바이오 파울링으로부터 보호하기에 충분할 것이다.
다양한 실시형태에서, "개방" 환경 물의 계량 유입을 허용하여 인클로저 내에서 바람직한 물 화학 변화(이는 인클로저 내에서 원하는 농도의 대사성 폐기물 및/또는 유해, 억제 및/또는 독성 부산물을 포함 할 수 있음), 및 인클로저 물의 계량 유출을 유도하여, 다양한 알려진 및/또는 알려지지 않은 미생물 "독소" 및/또는 억제 화합물을 포함하는 다양한 유해 화합물 및/또는 기타 물 화학 인자가 인클로저 벽을 통해 용출될 수 있으며 인클로저의 외부 표면 및/또는 기공을 과도한 오염으로부터 보호할 수 있는 것이 매우 바람직할 것이다(이는 일부 실시형태 및 물 흐름 조건에서 인클로저의 외벽의 일부 또는 전부를 실질적으로 둘러싸는 그러한 화합물의 "클라우드(cloud)"를 생성할 수 있음). 이들 실시형태에서, 인클로저의 존재는 인클로저에 보충적으로 제공되는 보충 살생제 또는 다른 파울링 방지 독소가 없는 경우에도 기판과 인클로저 벽 모두에 서로 다른 정도로 바이오 파울링 보호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 다양한 인클로저 실시형태가 기판 주위에 배치되고 개시되는 차별화된 환경을 생성할 때, 이러한 차별화된 환경은 또한 다양한 대사 폐기물의 증가된 농도를 발현할 수 있으며, 인클로저 내에서 발생하는 다양한 과정 및/또는 대사 활동은 파울링 유기체에 해로운, 유해한 및/또는 부정적인 영향을 미치는 하나 이상의 물질(예컨대, 황화수소 또는 NH3-N)을 생성할 수 있다. 그 다음, 이러한 유해한 화합물은 농도가 증가하고 인클로저 벽에 머 무르고/거나 이를 통해 용출될 수 있으며, 잠재적으로 인클로저의 외벽을 파울링된 유기체로부터 어느 정도 보호하는 유해 화합물의 국부적인 "클라우드"를 생성할 수 있다. 그러나, 일단 유해한 화합물이 인클로저를 떠나면, 이러한 유해한 화합물은 다양한 자연 과정에 의해 빠르게 희석 및/또는 분해되고 - 이 중 다수는 인클로저 외부의 풍부한 용존 산소를 활용함 - , 따라서 이들 물질의 장기적인 영향에 대한 우려를 없앨 수 있다. 또한 인클로저 내에서 이러한 유해한 화합물을 생성하는 과정이 연속적 및/또는 주기적이기 때문에 인클로저는 잠재적으로 무기한 기준으로 비교적 일정한 수준으로 이러한 화합물의 재생 공급을 생성할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 보호 인클로저와 주변 수성 환경 사이에서 교환되는 분당 인클로저 내 총 물 부피의 0.5%(포함) 이상의 원하는 물 교환 속도는 본원에 기술된 바와 같이 보호된 기판에 대해 다양한 파울링 방지 및/또는 부식 방지 효과를 제공할 수 있지만, 분당 0.5% 미만, 동일 및/또는 초과의 교화 속도는 바람직하게는 본원에 기재된 바와 같은 다양한 파울링 방지 및/또는 부식 방지 이점을 제공할 수 있다. 이 교환 속도는 분당, 시간당, 일당 및/또는 주당과 같은 특정 기간 동안, 뿐만 아니라 물 이동 및/또는 느슨한 물과 같은 비-이동의 기간 동안 및/또는 조석 또는 흐름 동안 평균 속도로서 선택적으로 결정될 수 있다. 다른 실시형태에서, 보호 인클로저와 주변 수성 환경 사이에서 교환되는 분당 인클로저 내 총 물 부피의 최대 5%의 원하는 물 교환 속도는 본원에 기술된 바와 같이 보호된 기판에 대해 다양한 파울링 방지 및/또는 부식 방지 효과를 제공할 수 있지만, 분당 5% 미만, 동일 및/또는 초과의 교화 속도는 바람직하게는 본원에 기재된 바와 같은 다양한 파울링 방지 및/또는 부식 방지 이점을 제공할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 분당 포위 또는 제한된 물 부피의 약 0.417%(즉, 시간당 총 포위 또는 제한된 부피의 약 25%)의 물 교환 속도를 허용하는 인클로저는 우수한 바이오 파울링 저항성을 기판에 제공하는 것으로 나타났다. 예시적인 인클로저 내의 포위 또는 제한된 물 부피는 인클로저의 총 포위 또는 제한된 부피에서 인클로저 내의 기판 부피를 뺀 값으로서 계산될 수 있다. 다른 실시형태에서, 물 교환 속도는 인클로저 내의 기판의 부피를 고려하지 않고 시간당 인클로저의 전체 포위 또는 제한된 부피의 약 25%일 수 있다.
다양한 실시형태에서, 분당 0.1% 미만의 물 교환 속도는 원하는 수준의 파울링 방지 및/또는 부식 방지 효과를 제공할 수 있는 한편, 다른 실시형태에서는 분당 총 물 부피의 0.1% 내지 1%의 원하는 물 교환 속도가 효과적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 총 물 부피의 1% 내지 5%의 물 교환 속도는 원하는 수준의 파울링 방지 및/또는 부식 방지 효과를 제공할 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 분당 총 물 부피의 5% 내지 10%의 원하는 물 교환 속도가 효과적일 수 있다. 다른 실시형태에서, 원하는 교환 속도는 분당 총 물 부피의 1% 내지 99%, 분당 총 물 부피의 5% 내지 95%, 분당 총 물 부피의 10% 내지 90%, 분당 총 물량의 15% 내지 85%, 분당 총 물량의 25% 내지 75%, 분당 총 물 부피의 30% 내지 70%, 분당 총 물 부피의 40% 내지 60%, 또는 분당 총 물 부피의 약 50% 범위일 수 있다. 다른 실시형태에서, 물 교환 속도는 분당 10% 내지 50% 또는 10% 내지 15%, 15% 내지 25%, 및/또는 25% 내지 50%, 또는 이들의 다양한 조합(즉, 분당 1% 내지 10% 또는 분당 5% 내지 25% 등)으로 변할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 이러한 물 교환 속도는 도 19 및 표 3(아래)에 개시된 다양한 투과성 패브릭을 사용하여 인클로저에서 얻을 수 있다.
또한, 국소 물 조건이 인클로저 상 및/또는 외로 더 높은 속도의 물 흐름을 제공하는 경우, 및/또는 인클로저가 움직일 수 있는 경우(즉, 예를 들어 이동 및/또는 이동 가능한 물체에 부착됨에 의해), 인클로저 물질의 더 낮은 투과성은, 인클로저 벽(들)에 접촉 및/또는 충격을 가하는 더 빠른 속도의 물이 상대적으로 조용한 물에서 일반적으로 발생하는 것보다 충분히 많은 양의 액체가 섬유질 매트릭스 및/또는 투과성 패브릭을 통해 침투할 수 있도록 하고, 이에 의해 원하는 물 교환 속도가 본원에 기술된 바와 같이 바이오 파울링 보호를 제공한다는 점에서 더 바람직할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 유사한 방식으로, 국소 물 조건이 인클로저 상 및/또는 외로 더 낮은 속도의 물 흐름을 제공하는 경우, 인클로저 물질의 더 높은 투과성은, 인클로저 벽(들)에 접촉 및/또는 충격을 가하는 더 낮은 속도의 물이 상대적으로 더 활동적인 물에서 일반적으로 발생하는 것보다 충분히 적은 양의 액체가 섬유질 매트릭스 및/또는 투과성 패브릭을 통해 침투할 수 있도록 하고, 이에 의해 원하는 물 교환 속도가 본원에 기술된 바와 같이 바이오 파울링 보호를 제공한다는 점에서 더 바람직할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 포위된 환경의 설명된 차별화가 발생할 수 있도록 충분한 양 및/또는 부피의 "수성 매질"을 포함하고 또한 원하는 물 교환 기간 동안 이러한 화학 물질/화합물의 원하는 농도를 유지하기 위해 충분한 농도의 독성 및/또는 유해한 화학 물질 및/또는 화합물의 "형성"을 허용하기에 충분한 유체 "저장소"를 포함하는 인클로저 디자인을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 경우에서, 인클로저 내의 수성 매질(즉, 물)의 포위된 부피는 특히 센서 및/또는 물 섭취와 같은 비교적 작은 기판의 경우에 포위된 기판의 부피의 배수일 수 있으며, 일부 다른 실시형태에서는 인클로저 내의 수성 매질의 포위된 부피는 포위된 기판의 부피의 일부이고/이거나 동일할 수 있다(즉, 일부 경우에 선박 선체 및/또는 다른 대형 구조물의 경우). 다양한 실시형태에서, 표면 대 부피 비는 다양한 인클로저 디자인을 설명하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 0.4 내지 800 역 피트 범위의 표면 대 부피 비를 갖는 3개의 예시적인 인클로저 실시형태, 예컨대 표 2에 나타낸 바와 같이 0.4 역 피트 이하의 표면 대 부피 비를 갖는 펌핑 큐브 인클로저 디자인, 800 역 피트 이상의 표면 대 부피 비를 갖는 보트 선체 인클로저 디자인(50 피트 이상 선박용) 및 350 역 피트(또는 그 이하 또는 그 이상)의 표면 대 부피 비를 갖는 선미 모방 인클로저 디자인을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 인클로저는 포위된 기판의 표면적에 비해 특정 표면적 비 및/또는 비 범위를 갖도록 설계될 수 있으며, 이는 인클로저 디자인 및/또는 표면 질감 및/또는 기판의 완전히 또는 부분적으로 침수된 및/또는 다른 특징에 따라 크게 변할 수 있다. 예를 들어, 주어진 인클로저 디자인 및/또는 크기는 기판의 일반적으로 평활한 표면 및 더 복잡한 기판 표면(즉, 밸브 및/또는 프로펠러)을 보호하기 위해 사용될 수 있으며, 표면적 비는 인클로저/평활한 기판의 경우 약 1:1 또는 1.1:1, 또는 인클로저/복합 기판의 경우 약 1:2 이상이다. 유사한 방식으로 복잡한 인클로저 디자인은 덜 복잡한 기판에 대해 1.1:1 또는 그 이상의 비를 가질 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인클로저는 주어진 보호된 기판에 대해 1:1.1 내지 1.1:1 범위의 표면적 비를 가질 것이고, 이 범위는 기판 및/또는 인클로저 복잡성의 다양한 정도에 대해 양방향으로 1:2 내지 2:1 또는 그 이상으로 확장될 수 있다. 일반적으로 인클로저 디자인은 (일부 부피의 물을 포위하기 위해) 기판보다 적어도 약간 더 클 것으로 예상되며 인클로저 표면 특징은 기판 표면 특징보다 다소 덜 복잡할 것으로 예상되며, 따라서 많은 실시형태에서 인클로저 대 기판의 표면적 비는 대략 1:1 또는 2:1 또는 3:1 또는 10:1 또는 50:1 또는 100:1 또는 그 이상이다. 다른 실시형태에서, 인클로저 디자인의 표면적은 기판의 표면적보다 작을 것으로 예상된다. 이것은 기판이 1%, 5%, 10%, 20%, 25%, 50%, 60%, 75%, 80%, 95%, 99% 또는 그 이하로 침수되든 간에, 기판이 단지 부분적으로 침수될 때 발생한다. 일부 실시형태에서 인클로저 대 기판의 표면적 비는 대략 1:1 또는 1:2 또는 1:3 또는 1:10 또는 1:50 또는 1:100 또는 그 이하일 것이다.
투과성
본원에 개시된 다양한 인클로저 실시형태의 한 가지 중요한 측면은 투과성 요소, 구성 요소 및/또는 구조물을 인클로저 구성요소의 일부 및/또는 모두에 포함시키는 것이며, 이는 제어된 방식 및/또는 속도로 인클로저 내부 및/또는 외부로의 물의 일부 벌크 수송을 허용한다. 바람직하게는, 인클로저를 위해 선택된 물질 또는 물질들은 인클로저와 주변 수성 환경 사이에 일정 수준의 "벌크 유체 교환"을 허용하는 투과성의 수준을 갖는 하나 이상의 벽 구조를 포함할 것이다. 이 투과성은 바람직하게는 인클로저가 배치될 국소 환경에 최적화 및/또는 적합화될 것이지만, 일반적으로 인클로저는 투과성이 매우 높은 인클로저 물질이 인클로저 내 물 화학을 변경하고/하거나 보호된 물품에 대한 바이오 파울링을 한정하거나 줄이는 데 다소 덜 효과적일 수 있기 때문에 낮은 수준 내지 중간 수준의 투과성을 포함할 수 있는 한편, 투과성이 매우 낮거나 전혀 없는 인클로저 물질(또는 파울링을 포함하는 많은 이유로 텍스타일 상 및/또는 내에서 시간이 지남에 따라 투과성이 매우 낮아질 수 있는 것)은 패브릭 벽을 통한 액체 교환의 허용할 수 없을 정도로 낮은 수준으로 이어질 수 있으며, 이는 보호된 환경 내의 낮은 산소 수준(즉, 무산소 또는 기타 조건) 또는 기타 화학 물질 수준으로 인한 다양한 기판 부식 또는 기타 문제로 이어질 수 있다. 다양한 위치 및/또는 환경 조건(계절 및/또는 날씨 패턴의 다양한 변화 포함)에서 더 많거나 적은 투과성 또는 기타 인클로저 디자인 변경이 바람직할 수 있다. 대부분의 경우 국소 환경 조건(즉, 물 흐름, 온도, 바이오-플로랄 유형, 생장기, 염분, 사용 가능한 영양소 및/또는 산소, 오염물질 등) 및/또는 국소 물 조건/속도(즉, 조류 및/또는 조수로 인한)는 원하는 투과성 및/또는 기타 설계 고려 사항에 영향을 미칠 수 있다 - 예를 들어 인클로저에 대한 더 고속 액체의 충돌은 주어진 물질의 투과율에 대해 물 교환 속도를 증가시킬 수 있으며, 이는 이러한 조건에서 더 낮은 투과성 물질의 사용을 요구하거나 제안할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 바람직하게는 수중 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 또는 기판 부분 상의 바이오 파울링을 억제할 수 있으며, 인클로저는 사용 중에 물 투과성이거나 물 투과성이 되는 물질을 포함하고, 상기 인클로저는 상기 기판을 수용하고 기판의 표면에서 구조물의 적어도 내부/외부 표면으로 확장되는 차별화된 수중 환경을 형성하도록 개조되며, 여기서 상기 구조물 또는 그 일부는 기판 주위 또는 그 이후에 구조물을 위치시킬 때 기판의 평방 센티미터당 초당 약 100 mL 또는 그 이하의 물의 물 투과성을 갖는다. 다양한 실시형태에서, 구조물의 물 투과성은 원하는 투과성을 갖도록 텍스타일을 제조하는 것과 같이 물이 그를 통해 투과할 수 있도록 구조물을 형성함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 구조물은 그것이 사용될 때 시간이 지남에 따라 물 투과성이 되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 다른 물 투과성 구조물은 초기에 이를 실질적으로 비투과성으로 만드는 코팅을 포함할 수 있지만(불투과성은 초기 배치 직후 인클로저 내에서 원하는 저산소 조건을 "점프 시작"하는 데 특히 유용할 수 있음), 코팅이 제거, 침식 또는 용해됨에 따라 기저 투과성이 증가하고/하거나 유용해진다(이는 산소가 함유된 물이 인클로저로 침투하도록 허용하고 저산소 상태가 달성된 후 인클로저 내에서 원하지 않는 지속적인 무산소 상태가 발생하는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있음).
다양한 실시형태에서, 인클로저 패브릭에 대한 최적 및/또는 원하는 투과성 수준은 표 3(아래)에 확인된 임의의 패브릭 투과성에 근접할 수 있으며, 일부 실시형태에서는 100 ml/s/cm2 내지 0.01 ml/s/sm2 범위의 투과성을 포함할 수 있다. 다양한 대안적 실시형태에서, 인클로저의 하나 이상의 벽 내에 또는 상에, 0.06 ml/s/cm2 내지 46.71 ml/s/cm2, 또는 0.07 ml/s/cm2 내지 46.22 ml/s/cm2, 또는 0.08 ml/s/cm2 내지 43.08 ml/s/cm2, 또는 0.11 ml/s/cm2 내지 42.54 ml/s/cm2, 또는 0.13 ml/s/cm2 내지 42.04 ml/s/cm2, 또는 0.18 ml/s/cm2 내지 40.55 ml/s/cm2, 또는 0.19 ml/s/cm2 내지 29.08 ml/s/cm2, 또는 0.32 ml/s/cm2 내지 28.16 ml/s/cm2, 또는 0.48 ml/s/cm2 내지 25.41 ml/s/cm2, 또는 0.50 ml/s/cm2 내지 22.30 ml/s/cm2, 또는 0.77 ml/s/cm2 내지 21.97 ml/s/cm2, 또는 0.79 ml/s/cm2 내지 20.46 ml/s/cm2, 또는 0.83 ml/s/cm2 내지 15.79 ml/s/cm2, 또는 0.90 ml/s/cm2 내지 14.72 ml/s/cm2, 또는 1.05 ml/s/cm2 내지 14.19 ml/s/cm2, 또는 1.08 ml/s/cm2 내지 14.04 ml/s/cm2, 또는 1.11 ml/s/cm2 내지 13.91 ml/s/cm2, 또는 1.65 ml/s/cm2 내지 11.27 ml/s/cm2, 또는 2.09 ml/s/cm2 내지 11.10 ml/s/cm2, 또는 2.25 ml/s/cm2 내지 10.17 ml/s/cm2, 또는 2.29 ml/s/cm2 내지 9.43 ml/s/cm2, 또는 2.36 ml/s/cm2 내지 9.20 ml/s/cm2, 또는 2.43 ml/s/cm2 내지 9.02 ml/s/cm2, 또는 2.47 ml/s/cm2 내지 8.24 ml/s/cm2, 또는 2.57 ml/s/cm2 내지 8.16 ml/s/cm2, 또는 2.77 ml/s/cm2 내지 8.11 ml/s/cm2, 또는 3.68 ml/s/cm2 내지 6.04 ml/s/cm2, 또는 3.84 ml/s/cm2 내지 5.99 ml/s/cm2, 또는 4.43 ml/s/cm2 내지 5.40 ml/s/cm2, 및/또는 4.70 ml/s/cm2 내지 4.77 ml/s/cm2 범위의 투과성을 갖는 물질을 포함하여, 패브릭 또는 다른 투과성 물질이 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 내의 차별화된 환경과 개방된 환경 사이의 최적 및/또는 원하는 물 교환 속도는 시간당 약 0.1% 내지 약 500%, 또는 약 0.1% 내지 약 400%, 또는 약 0.1% 내지 약 350%, 또는 약 20% 내지 약 375%, 또는 약 0.1% 내지 약 100%, 또는 약 0.1% 내지 약 250%, 또는 약 20% 내지 약 500%, 또는 약 50% 내지 약 200%, 또는 약 100% 내지 약 200%, 또는 약 0.1% 내지 약 20%, 또는 약 100% 내지 약 200%, 또는 약 25% 내지 약 200%, 또는 약 25% 내지 약 100%, 또는 약 10% 내지 약 75%, 또는 약 25% 내지 약 275%, 또는 약 100% 내지 약 500%, 또는 약 100% 내지 약 250%, 또는 약 시간당 50% 내지 약 150%, 또는 약 75% 내지 약 200%, 또는 약 20% 내지 약 350%, 또는 약 50% 내지 약 100%, 또는 약 0.2% 내지 약 120%, 또는 시간당 약 0.2% 내지 약 20%, 또는 시간당 약 20% 내지 약 50%, 또는 시간당 부피의 약 25% 범위일 수 있다.
본원에 개시된 바와 같이, 기판을 보호하기 위해 인클로저가 사용되는 경우, 기판 상의 생물학적 콜로니화 시퀀스는 일반적으로 예상되는 개방 물 시퀀스와 상당히 다를 것이다. 예를 들어, 본원에 기술된 것과 같은 인클로저가 사용되는 경우, 기판 상의 생물학적 콜로니화 시퀀스가 중단(단절, 변경 등)되어 기판의 정착, 모집 및 궁극적인 매크로 파일링을 감소 및/또는 최소화할 수 있다. 일단 기판 주위 또는 내부에 배치되면(기판의 내부 표면을 보호하는 경우), 인클로저의 투과성 보호 패브릭 벽은 바람직하게는 인클로저로의 다양한 마이크로 및/또는 매크로 유기체의 통과를 여과 및/또는 방해할 수 있으며, 인클로저 벽과 기판 사이에 생성된 상이한 물 조건은 일부 및/또는 모든 유기체가 이미 인클로저 내에 있고/있거나 궁극적으로 인클로저를 통과하는 경우 기판 상에 정착 및/또는 콜로니화하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 미세한 플랑크톤 및 기타 전통적인 비정착 유기체 및 기타 정착 유기체가 인클로저의 투과성 패브릭 막을 통과할 때, 인클로저 내의 다양한 물 조건이 일부 플랑크톤을 손상시키거나 해칠 수 있는 한편, 살아 있고 활동적인 다른 플랑크톤은 기판 표면의 침전 및/또는 콜로니화를 방지할 것이다.
다양한 실시형태에서, 실험실에서 후보 물질의 투과성을 평가할 수 있는 장치, 예를 들어 당업자에게 일반적으로 알려진 물 컬럼 압력 시험 장치가 준비될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 시험 장치는 펌프를 사용하여 저장소에서 특정 높이의 물을 물의 컬럼으로 공급할 수 있으며, 컬럼의 바닥에 시험 샘플이 삽입된다. 원하는 경우 컬럼의 물 높이가 바람직하게는 일정하게 유지되도록 설계에 통합된 오버 플로우가 선택적으로 있을 수 있다. 시험 샘플 크기는 필요에 따라 다양할 수 있다. 일 시험 설정에서 4" x 4" 패브릭 쿠폰 위의 컬럼의 물은 약 3 인치 높이에서 일정하게 유지되어 0.25 PSI "헤드" 압력을 제공할 수 있다. 그 다음, 각 패브릭 쿠폰의 투과성은 물 컬럼에 노출된 단위 면적당 단위 시간당 물의 부피를 측정하여 계산될 수 있다. 원하는 경우 물질을 사전 습윤 상태에서 시험할 수 있는 한편, 다른 시험에서는 시험 시작 전에 물질을 건조할 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 투과성 시험과 함께 건조된 샘플을 사용하여, 정확한 측정을 위해 물이 시험 장치를 통해 고르게 흐르지 않는 것이 관찰되었다.
표 4a 및 4b는 사전 침지 조건 및 수성 환경(즉, 해수)에서 23일 동안 침지한 후 다양한 패브릭 및 코팅된 패브릭에 대한 실험적 투과성 결과를 보여준다. 표 5b로부터 삼베 시험 샘플의 투과성이 스펀 폴리에스터보다 현저히 낮았음을 알 수 있다. 그러나, 삼베와 스펀 폴리에스터는 적어도 부분적으로는 기판의 환경에서 더 큰 유충(larval) 매크로 유기체를 배제함으로써 파울링 방지 패브릭과 다소 유사하게 수행되었다. 다양한 경우에서, 패브릭 투과성은 표면 파울링 및/또는 다른 패브릭 분해와 관련된 시간의 함수로서 감소할 수 있다. 이 시험의 하나의 중요한 결과는, 스펀 폴리에스터가 삼베의 분해 및/또는 기타 특성뿐만 아니라 제조 장비의 탈취(delousing), 세척, 살균 및/또는 오염과 같은 다양한 천연 섬유에 나타날 수 있는 제조 어려움으로 인해 삼베(이는 덜 선호될 수 있지만 다양한 용도에 여전히 허용 가능함)보다 더 선호되는 재료일 수 있다(즉, 천연 섬유는 합성 물질보다 가공 중에 더 광범위하고 빈번한 장비 청소가 필요할 수 있다)는 것이다.
물질의 수분 투과성은 물질의 조성, 물질의 구성 방법 및 유형, 물질의 코팅 여부, 물질의 건조, 습식 또는 포화 여부, 물질 자체가 어떤 방식으로 파울링되었는지 여부, 및/또는 수성 환경에서 시험 및/또는 사용하기 전에 패브릭이 "사전 습윤"되었는지 여부를 포함하는 다양한 인자의 함수일 수 있다. 더욱이, 주어진 물질의 투과성은 시간이 지남에 따라 변할 수 있기 때문에, 단일 물질의 경우에도 허용 가능한 및/또는 최적의 물 투과성의 범위가 있을 수 있다. 본 발명의 다양한 양태에서, 인클로저의 물 투과성은 국소(즉, 인클로저 내에서 보호됨) 수중 환경에서 일정한 무산소 상태의 생성을 바람직하게는 피하기에 충분한 초기 최소 투과성일 수 있는 한편, 다른 실시형태에서는 투과성 더 클 수 있다. 본 발명의 다양한 양태에서, 인클로저 물질은 사용 전 또는 사용 중에 달성된 상기 시험 방법에 의해 측정할 때 약 100 이하, 약 90 이하, 약 80 이하, 약 70 이하, 약 60 이하, 약 50 이하, 약 40 이하, 약 30 이하, 약 25 이하, 약 20 이하, 약 10 이하, 약 5 이하, 약 4 이하, 약 3 이하, 약 2 이하, 약 1 이하, 약 0.5 이하, 약 0.1 이하, 약 1 이상, 약 0.5 이상, 약 0.1 이상, 약 0.1 내지 약 100, 약 0.1 내지 약 90, 약 0.1 내지 약 80, 약 0.1 내지 약 70, 약 0.1 내지 약 60, 약 0.1 내지 약 50, 약 0.1 내지 약 40, 약 0.1 내지 약 30, 약 0.1 내지 약 25, 약 0.1 내지 약 20, 약 0.1 내지 약 10, 약 0.1 내지 약 5, 약 0.5 내지 약 100, 약 0.5 내지 약 90, 약 0.5 내지 약 80, 약 0.5 내지 약 70, 약 0.5 내지 약 60, 약 0.5 내지 약 50, 약 0.5 내지 약 40, 약 0.5 내지 약 30, 약 0.5 내지 약 25, 약 0.5 내지 약 20, 약 0.5 내지 약 10, 약 0.5 내지 약 5, 약 1 내지 약 100, 약 1 내지 약 90, 약 1 내지 약 80, 약 1 약 70, 약 1 내지 약 60, 약 1 내지 약 50, 약 1 내지 약 40, 약 1 내지 약 30, 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 10, 또는 약 1 내지 약 5의 물 투과성(기판의 제곱 센티미터 당 초당 물의 밀리리터)을 갖는다.
용존 산소
다양한 실시형태에서, 기판 주위의 수성 매질 내에 인클로저를 배치하는 것은 바람직하게는 용존 산소를 "조절"하고 인클로저 내부와 외부의 물 사이에 용존 산소 차이를 생성하며, 이는 바람직하게는 보호된 물품의 파울링 방지에 상당한 개선을 제공한다. 많은 경우, 차별화된 환경의 용존 산소 조절은 외부 환경에 비해 인클로저 내의 의미있게 더 낮은 용존 산소 수준의 생성을 포함할 수 있으며, 인클로저 내 이러한 용존 산소 수준은 내부 산소 소비량 및 외부 용존 산소 수준에 대응하여 다양한 정도로 변동한다. 또한, 차별화된 환경 내의 "벌크 물"의 용존 산소와 보호된 기판 또는 제품의 표면에 있는 "경계층" 내 물의 용존 산소 사이의 2차 구배가 또한 적어도 부분적으로, 외부 환경에 비해 인클로저 내의 더 낮은 에너지 환경 및/또는 인클로저 내에서 물을 "혼합"할 수 있는 상당한 난류 및/또는 와류 조류의 부재로 인해 존재할 수 있다. 이러한 국부적인 차이 조건은 기판 또는 물품의 표면 및/또는 인클로저 내의 물 컬럼에서의 유기체 및/또는 기타 인자에 의한 산소 및/또는 영양소의 소비로 인해 발생할 수 있으며, 이는 보호된 물품에 대한 바이오 파울링의 결여 및/또는 파울링 방지 바이오 필름 생성에 기여하는 추가 고갈된 "경계층"으로 이어질 수 있다.
일반적으로 100% DO("용존 산소")는 물이 평형 상태에서 가능한 한 많은 용존 산소 분자를 포함하고 있음을 의미하는 한편, 100% DO 초과는 물이 산소(이는 광합성, 대기 교환 및/또는 온도 변화의 영향으로 인해 해수에서 자주 발생할 수 있음)로 "초-포화"되어 있음을 의미한다. 평형 상태에서 물 중의 각 가스의 비율은 거의 비슷하지만, 대기 중 각 가스의 비율과 거의 동일하지는 않다. 따라서 평형 상태에서 물 중의 산소 비율(물 중의 다른 가스에 비해)은 대기 중 산소의 비율(대기 중 다른 가스에 비해)과 동일할 수 있다. 그러나, 수역에서 용존 산소의 특정 농도는 전형적으로 온도, 압력, 염도 및 기타 용인, 예컨대 광합성 및/또는 표면 교반의 가용성에 따라 달라진다. 첫째, 산소의 용해도는 온도가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 더 따뜻한 물은 더 차가운 물보다 100% 포화 상태에서 용존 산소를 덜 포함하므로, 더 차가운 물은 더 많은 산소를 운반할 수 있다. 예를 들어, 해수면 및 4℃에서 100% 공기 포화된 물은 10.92 mg/L의 용존 산소를 보유할 것이다. 그러나, 온도를 실온(21℃)으로 올리면 100% 공기 포화 상태에서 8.68 mg/L DO만 있을 것이다. 둘째, 용존 산소는 압력이 증가함에 따라 증가한다. 더 깊은 물은 더 얕은 물보다 더 많은 용존 산소를 보유할 수 있다. 가스 포화도는 정수압으로 인해 수심 증가 미터당 10%씩 감소한다. 따라서, 용존 산소의 농도가 표면의 100% 공기 포화도에 있으면, 생물학적 요구에 이용 가능한 산소의 양이 여전히 동일하더라도 표면 3 미터 아래의 70% 공기 포화도에 불과할 것이다. 셋째, 용존 산소는 염분 수준이 증가함에 따라 기하 급수적으로 감소한다. 따라서 동일한 압력 및 온도에서 바닷물은 담수보다 용존 산소를 약 20% 적게 보유한다. 또한 위의 인자이 변경되고(예를 들어, 하루 동안 공기 또는 수온이 변할 수 있음) 평형이 아직 달성되지 않았기 때문에 임의의 특정 시간에서의 용존 산소는 환경과 평형을 이루지 못할 수 있다. 더욱이, 바람 및 기타 물의 교반은 주변 조건에서 예상되는 것 이상으로 물의 폭기를 유발할 수 있으며, 생물학적 및/또는 기타 과정에 의한 국소 산소 사용 및/또는 생산은 용존 산소의 양을 지속적으로 증가 또는 감소시킬 수 있다.
다양한 실시형태에서, 본원에서 설명되는 바와 같은 인클로저가 수성 환경에서 기판 주위에 배치되면, 인클로저 내의 용존 산소는 바람직하게는 다양한 자연 발생 생물학적 및/또는 기타 과정에 의해 이용되어, 인클로저 내의 용존 산소의 국소 수준이 인클로저 외부 물의 용존 산소 수준에 비해 변하기 시작한다. 용존 산소의 삼투 수송은 물에서 매우 느리게 발생하기 때문에, 그리고 전형적으로 광합성을 통한 산소 생산을 허용하기 위해 인클로저로 흐르는 햇빛 에너지가 거의 또는 전혀 없기 때문에, 인클로저로의 추가 용존 산소의 주요 공급원은 일반적으로 인클로저 벽 및 기타 구성요소의 개구를 통해 인클로저 외부(이는 전형적으로 더 높은 비율로 용존 산소를 운반함)의 물을 인클로저로의 벌크 수송으로부터 나온다. 그 다음, 이 추가 용존 산소는 인클로저 내 용존 산소 수준이 전형적으로 정상 수준 - 이는 일반적으로 무산소 수준보다 높지만 인클로저 외부의 산소 수준보다 상당히 낮다 - 에 도달할 때까지 이전에 설명된 것과 유사한 방식으로 인클로저 내에서 사용되며, 이 사이클은 계속 반복된다.
예시적인 용존 산소 측정 프로토콜
주어진 영역의 용존 산소 함량, 및 2개의 수성 영역들 간의 차이를 결정할 때 용존 산소(DO) 감지 프로브(probe)가 사용될 수 있다. 연속 모니터링의 경우, 개별 프로브는 번들화된 센서 패키지보다 선호될 수 있으며, 이는 주로 부분적으로 수집된 측정에서 DO 값이 결정되는 방식 때문이다.
다양한 측정을 위해 DO 센서는 판독값 또는 판독값들을 수집할 것이며, 이는 그 다음 다른 센서 유형의 판독값에 대해 처리되어 사용 가능한 값을 출력할 수 있다. 그 다음, mg/L과 같은 DO 농도는 염도/온도 데이터 파일에 대한 참조를 필요로 할 수 있다. DO % 포화도 측정은 염도/온도 파일 외에 대기압 데이터 파일을 필요로 할 수 있다. 모든 센서는 허용 가능한 공차 수준 내에서 보정될 수 있으며 임의의 두 센서가 동일한 보정을 유지할 가능성은 거의 없다. 이러한 보정 가변성은 개별 프로브가 번들 센서보다 더 나은 결과를 얻을 수 있는 하나의 이유이다.
센서 판독값들의 그룹이 모두 동일한 온도, 염도 및 압력 파일로 처리될 때 생성된 DO 데이터는 직접 비교될 수 있다. 반대로, 각 센서 번들은 전형적으로 원 데이터를 내부적으로 처리한다. 이러한 경우 각 프로브의 고유한 가변성은 데이터가 계산될 때 컴파운딩될 수 있다. 이로 인해 개별 DO 프로브를 비교할 때보다 센서 번들을 비교할 때 더 큰 오차 한계가 생길 수 있다. 신뢰도를 추가로 높이기 위해서는 모든 DO 프로브의 보정이 비교되어야 한다.
새 프로브 및 최근 서비스된 프로브(예를 들어, 센서 면 교체 등)는 제조업체 사양에 따라 보정되어야 한다. 판독값들이 비교될 수 있는(온도/염도 게이지와 함께) 모든 DO 프로브는 버킷(bucket)이나 기타 물 용기에 넣어야 한다. 물은 균일한 물 흐름을 유지하기 위해 버블링되거나 펌핑되어야 하며, 프로브는 고르게 분포되어야 한다. 압력 센서는 가까이에 있어야 한다. 일단 처리되면 이러한 방식으로 수집된 데이터는 프로브들 사이에 임의의 상당한 변동성을 보일 수 있다. 이 비교는 센서 배치의 시작과 끝에서 수행되어야 한다.
HOBO 브랜드 수질 모니터링 프로브를 사용하는 하나의 예시적인 방법에서, 사용은 (1) 제조업체의 사양에 따라 모든 U26-001 DO 로거(logger)에 대해 센서 캡을 설치하고 100% 및 0% 보정을 수행할 수 있고(원하는 경우 출시 세부 정보는 이때 설정될 수 있음), (2) 적절한 로깅 간격을 결정할 수 있고, (3) 1일 초과의 배치의 경우 0.5시간마다 샘플링할 수 있고 - 더 짧은 배치의 경우 더 빈번한 샘플링이 바람직할 수 있다 -, (4) 데이터를 동기화하기 위해 모든 로거가 동일한 간격으로 샘플링하도록 설정되어야 하며 지연된 시작 기능을 이용하여 동일한 시간 및 데이터에 시작하도록 설정되어야 하고, (5) 시작 시간을 설정할 때 "버킷 비교" 수행을 고려할 수 있고, (6) 압력 센서(U20L 수위 로거), 온도/염도 센서(U24-002-C 전도도 로거) 및 모든 DO를 시작할 수 있다. 제조업체의 사양에 따른 센서(U26-001 용존 산소 로거), (7) 배치를 위한 모든 센서 및 시험 설비를 준비하고, (8) 배치 직전에 센서 데이터를 오프로드하여 불필요한 데이터 제거하고, (9) 모든 센서를 배치하고, (10) 개방 물 판독을 위해 배치된 센서(및 매크로 파울링으로부터 적절하게 보호되지 않는 센서)는 매크로 파울링과 관련된 데이터 드리프트를 방지하기 위해 유지 관리될 필요가 있음을 기억한다(위치 및 계절에 따라 이는 격일만큼 흔할 수 있지만, 전형적으로 열대 및 아열대 지역에는 며칠마다인 것이 충분하고 - 목표는 매크로 파울링이 형성되기 전에 로거, 특히 센서 면에서 슬라임 층을 부드럽게 닦아내는 것이다 - , 센서 면에서 매크로 파울링을 제거하는 것은 광학 센서 상의 코팅을 손상시킬 수 있고 - 가능한 경우, 2개의 센서를 매주 2회 물 안팎으로 번갈아 가며 각각의 재배치 전에 부드럽게 닦아내는 것이 매우 효과적이다 - 그 다음, 이 두 데이터 세트는 결합되어 하나의 연속 개방 물 데이터 세트를 생성해야 한다 - 로거가 교환(swap out)될 때 데이터를 방수 셔틀로 오프로드한다. 이것은 각각의 스왑 아웃에서 하나의 "수중(in water)" 데이터 세트 및 하나의 "수외(out of water)" 데이터 세트를 제공하고 - 이는 "수중" 데이터를 결합하여 원하는 데이터 세트를 생성할 수 있다 -, 개방 물 데이터에 대한 "버킷 테스트"에서 가장 가까운 보정 결과를 갖는 2개의 로거를 선택한다), (11) 적절한 간격으로 센서 데이터 오프로드하고 - 장기 배치의 경우 월별 데이터 검색으로 충분하다 - , (12) HOBOware Pro 또는 기타 적합한 소프트웨어에서 용존 산소 보조제를 사용하여 데이터를 처리하고 - 엑셀에서 대용량 데이터 세트를 결합하는 경우 쉼표로 구분된 데이터 어시스턴트의 불러오기(import)가 매우 효율적이며, 및 (13) 실험이 그의 과정을 진행하였거나 또는 센서 면 교체를 위해 로거를 가져올 수 있다면(제조업체 사양에 따라 6개월마다) 보정 신뢰도를 위해 "버킷 비교"를 수행하고 향후 참조를 위해 결과를 저장한다.
버킷 비교
원하는 경우, 센서 비교를 수행하고, 이것을 사용하여 보정 신뢰도를 확인하고 향후 참조를 위해 결과를 저장할 수 있다. 이러한 비교를 위한 단계들 중 일부는 다음을 포함할 수 있다: (1) DO 로거 및 전도도 로거를 물이 ½ 채워진 5 갤런 플라스틱 버켓에 첫 번째 샘플링 간격 전 적어도 15분에 넣고, (2) 압력 센서를 시험 기간 동안 버킷 근처에 유지하고, (3) 버킷에 센서를 고르게 분포시키고, (4) 시험 기간 동안 물의 이동을 생성하기 위해 물 컬럼의 중앙 및 중간에 에어-스톤(air-stone)을 위치하고, (5) 적어도 24시간 동안 시험이 실행되도록 허용하고, (6) 제조업체의 사양에 따라 방수 셔틀(U-DTW-1) 또는 유사한 장치를 사용하여 로거로부터 데이터를 오프로드하고, (7) HOBOware Pro 또는 이와 동등한 소프트웨어로 용존 산소 어시스턴트를 사용하여 데이터 처리하고 - 즉, HOBOware pro로 DO 데이터 세트를 연다 - 용존 산소 어시스턴트로 과정 데이터를 선택하고 - 사용할 전도도 파일을 특정 - 사용할 압력 파일을 특정하고 - 일단 데이터 세트가 생성되면 처리 및 비교를 위해 엑셀 파일로 내보내기(export)하고 - 모든 DO 로거에 대한 처리를 완료하고 엑셀 파일의 데이터를 결합하여 보정을 비교한다).
도 8a 및 8b는 주변 수성 환경(즉, "개방" 판독값)과 비교하여 다양한 시험 인클로저에서 예시적인 용존 산소 수준을 그래프로 도시한다. 이들 실시형태에서, 용존 산소 수준은 인클로저 각각에 대한 개방 판독값보다 인클로저에서 일관되게 낮고, 이에 의해 주변 수성 환경과 "다른 환경"을 생성한다. 그러나, 다양한 인클로저가 외부 수성 환경과 다양한 수준의 "유체 교환"을 허용했기 때문에, 인클로저 내 전체 수질의 다른 많은 특성들(pH, 온도 및 염도 포함)은 주변 수성 환경의 그것들과 동일하거나 유사했다(도 9 및 13 참조).
24시간 동안, 인클로저 외부의 산소 수준은 전형적으로 도 10a에 도시된 바와 같이 일주(diurnal) 방식으로 변동할 것이며, 광합성으로 인해 낮 동안에 더 높은 수준의 용존 산소가 발생하고(그래프의 밝은 영역), 어둠의 기간 동안에는 용존 산소 수준이 감소한다(그래프의 음영 영역). 인클로저 내에서, 동일한 24시간 동안의 용존 산소 수준은 전형적으로 인클로저 외부 수준과 유사한 방식으로 변동하는데, 이는 벌크 유체 수송을 통해 인클로저로 들어가는 "용존 산소 대체"의 양이 외부 용존 산소 수준에 따라 변화되기 때문이다. 더욱이, 대체 용존 산소가 인클로저의 벽에 근접한 인클로저로 들어가기 때문에, 인클로저 내에서 물의 혼합 및/또는 벌크 이동이 종종 제한되어, 전형적으로 인클로저 벽과 보호된 기판의 표면 사이에 더 높거나 더 낮은 용존 산소의 구배가 존재하도록 한다.
도 10a 및 10b에서 볼 수 있는 바와 같이, 본원에 기술된 인클로저는 주변 개방 수성 환경에서의 물의 DO 수준과 비교하여 차별화된 수성 환경(즉, 보호된 기판에 근접한)에서 용존 산소의 수준(들)을 바람직하게는 제어, 완화 및/또는 "평활화"할 수 있다. 많은 경우에, 차별화된 DO 수준은 주기적으로 일부 실시형태 및/또는 일부 조건에서 주변 개방 수성 환경의 DO 수준을 초과할 수 있지만, 인클로저 내의 DO 수준은 바람직하게는 주변 수성 환경의 DO 수준보다 낮을 것이다(도 8a, 8b, 10a 및 10b 참조). 또한, 무산소 기간이 기판의 무산소 부식이 거의 또는 전혀 발생하지 않도록 충분히 짧은 상황을 포함하여 다양한 상황에서 무산소 범위 내에 속하는 주기적 및/또는 간헐적 차별화된 DO 수준이 허용될 수 있지만, 본원에 설명된 인클로저는 바람직하게는 무산소 DO 수준 초과의 차별화된 DO 수준을 유지할 것이다.
다양한 실시형태에서, 0.5 mg/L 이하의 용존 산소 수준은 바람직하지 않은 및/또는 "무산소" 상태로 간주될 수 있는 한편, 약 2 mg/L(또는 그 이하)의 용존 산소 수준은 수성 환경에서 콜로니화, 번성 및/또는 번식하는 수성 유기체의 능력에 심각한 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
많은 경우, 주어진 수성 환경에서 용존 산소 함량의 상당한 변화는 많은 유기체로부터 빠른 반응을 유발할 수 있으며, DO 수준의 하향 변화는 유기체가 가장 빠르게 반응하는 파라미터들 중 하나이다. 박테리아 또는 기타 유기체를 혐기성, 호기성 또는 통성으로 광범위하게 분류하는 것은 전형적으로 성장 및 기타 활동을 위한 에너지를 생성하는 데 사용하는 반응 유형에 기반한다. 에너지 함유 화합물의 신진 대사에서, 호기성은 말단 전자 수용체로서 분자 산소를 필요로 하며 전형적으로 그것 없이는 성장할 수 없다. 반면, 혐기성 생물은 전형적으로 산소가 있는 상태에서 성장할 수 없으며 - 산소는 그들에게 독성이 있으므로, 전자 수용체로서 다른 물질에 의존해야 한다. 그들의 신진 대사는 흔히 사용 가능한 유기 화합물을 유기산 및 알코올과 같은 다양한 최종 생성물로 환원시키는 발효 유형이다. 통성 유기체는 가장 다재다능하다. 그들은 우선적으로 말단 전자 수용체로서 산소를 사용하지만, 다른 화합물을 환원시켜 산소가 없을 때 대사를 할 수도 있다. 예를 들어, 산소(ATP의 2개 분자)의 부재 하에 발효 과정에 의해 단지 부분적으로 분해될 때에 비해, 포도당 분자가 산소(ATP의 38개 분자)의 존재 하에서 이산화탄소와 물로 완전히 분해될 때 고 에너지 인산염의 형태로 훨씬 더 많은 사용 가능한 에너지가 얻어진다. 일부 경우에, 인클로저 내 DO 수준의 감소는 유기체가 새로운 DO 수준에 대한 적응을 포함할 수 있는 대사 경로의 속도 및/또는 유형을 변경하도록 촉구할 수 있는 한편, 다른 유기체는 단순히 정체 상태에 들어가고/가거나 죽을 수 있다. 인클로저 환경이 바람직하지 않게도 낮은 DO 수준을 갖는 경우, 유기체는 일반적으로 더 높은 DO 수준을 가진 다른 환경을 찾아 정착하는데(및/또는 더 낮은 DO 환경을 포기하려고 할 수 있음), 인클로저의 낮은 DO 환경 내에 남는 것은 정착 능력에 부정적인 영향을 미치고/거나 유기체가 증가된 DO 환경을 찾지 못하면 다양한 건강 문제 및/또는 사망을 유발할 수 있기 때문이다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 내의 최적 및/또는 원하는 DO 수준은 적어도 평균 20% 이상, 또는 적어도 평균 50% 이상, 또는 적어도 평균 70% 이상, 평균 20% 내지 100% 범위, 평균 33% 내지 67% 범위, 평균 50% 내지 90% 범위, 또는 평균 70% 내지 80% 범위 내의 DO 함량일 수 있다. 대안적으로, 인클로저 내의 원하는 DO 수준은 인클로저 외부에서 어느 정도 거리에서 감지된 물의 용존 산소 수준보다 적어도 평균 10% 적은 DO 함량일 수 있다(즉, 인클로저로부터 1 또는 2 또는 5 또는 10 또는 12 인치, 또는 2 또는 5 또는 10 피트 떨어져).
다양한 실시형태에서, 인클로저 내의 용존 산소의 조절은 인클로저 내의 차별화된 환경과 인클로저 외부의 개방된 수성 환경 사이에 적어도 10%의 용존 산소 차이를 유도할 것이다. 다양한 실시형태에서, 이러한 차이는 인클로저가 수성 매질 내에 배치된 후 몇 시간 이내/후에 발생할 수 있거나, 인클로저 배치 후 2 내지 3시간, 6시간, 12시간, 1일, 2일, 3일, 4일, 5일, 6일, 1주, 2주 또는 심지어 1개월 이내 이내에 발생할 수 있다. 다양한 대안적 실시형태에서, 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 50%, 적어도 70% 및/또는 적어도 90% 또는 그 이상의 원하는 용존 산소 차이가 생성될 것이다.
많은 경우, 주어진 인클로저 내의 용존 산소 수준은 생물학적 및/또는 기타 프로세스에 의해 고갈될 것이며, 다양한 인클로저 디자인 내 용존 산소 수준 유지는 인클로저 벽을 통해 주변 수성 환경(이러한 DO 수준이 인클로저 내 DO 수준보다 높을 때)으로부터 유입되는 용존 산소에 잠재적으로 의존하며 - 이는 또한 벽 구조 자체를 통한 확산 및 투과성 인클로저 벽을 통한 물의 벌크 이동을 통해 일정 수준에서 발생할 수 있다. 본원에서 설명되는 구조 및 방법은 바람직하게는 장기간 동안 인클로저 내 무산소 환경의 생성을 피하기 위해 적절한 수준의 "물 교환"을 갖는 인클로저를 제공하여 구조물 내로 및/또는 이를 통해 충분한 물 흐름(및/또는 용존 산소 흐름)을 제공하며, 이는 금속 표면의 부식을 유발할 수 있지만, 또한 바람직하게는 수생 생물이 기판에 정착 및/또는 번성하는 것을 최소화 및/또는 방지하는 기판 상의 국부적 수중 환경 및/또는 바이오 필름 코팅을 생성할 수 있다. 특히, 본 발명의 장치는 바람직하게는 주변 수성 환경의 DO 수준(들)과 "다른" 수준에서 차별화된 수중 환경(즉, 보호할 물체 주변) 내에서 용존 산소(DO) 수준을 유지하도록 의도된 투과성 수준을 제공할 것이다.
도 10a에 도시된 하나의 예시적인 실시형태에서, 개방 수중 환경 DO 수준은 대략 90% 내지 대략 150% DO 범위인 한편, 차별화된 수중 환경(즉, 보호될 기판을 포함함)의 DO 수준은 약 50% 내지 약 110% DO 범위이며 - 이는 이 실시형태에서 기판을 파울링시키는 다양한 유기체의 능력을 억제하고(이는 그들의 번식 및/또는 콜로니화 능력을 실질적으로 억제 및/또는 방지하는 것으로 여겨짐), 무산소가 발생하고 기판 상의 부식을 촉진할 수 있는 DO 수준까지 오랜 시간 동안 "떨어지지(dip)" 않았다(비교적 짧은 기간 동안 주기적인 무산소 상태가 발생했을 수 있으며 다양한 이유로 허용 가능할 수 있지만). 도 10a 내지 10d에 도시된 것들을 포함하는 다양한 실시형태에서, 인클로저의 존재는 또한 주변 수성 환경의 용존 산소 수준에서 발생할 수 있는 자연적 스파이크 및/또는 딥을 매개, "평활화" 또는 "완충"할 수 있으며, 이는 수생 유기체가 보호된 기판 상에 정착 및/또는 번성하는 것을 추가로 방지 및/또는 억제할 수 있다.
적어도 하나의 대안적인 실시형태에서, 인클로저 디자인은 하나 이상의 다른 인자, 화학 물질 및/또는 심지어 물 자체의 수송 또는 통과를 용이하게 하지 않으면서 용존 산소(즉, 확산 및/또는 삼투성 수송에 의해)와 같은 하나 이상의 물 화학 인자에 투과성일 수 있는 벽 물질을 포함할 수 있으며, 이는 충분한 수준의 산소(또는 다른 화학 인자)가 인클로저를 투과하여 본원에서 설명된 물 화학 차이의 일부 또는 전부를 생성하도록 허용할 수 있다. 이러한 대안적인 디자인은 본원에 개시된 다양한 바이오 파울링 개선을 생성할 잠재력을 가질 수 있다.
다양한 다른 대안적인 실시형태에서, 특정 인클로저 디자인은 원하는 파울링 보호를 얻기 위해 인클로저 내의 다양한 물 화학 성분(예를 들어 용존 산소와 같은)을 보충하는 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 최적 수준보다 약간 덜 투과성인 벽을 갖는 인클로저는 원치 않는 무산소 수준 초과로 인클로저 내 용존 산소 수준을 유지하는 데 사용될 수 있는 용존 산소의 보충 공급원을 포함할 수 있다. 대안적으로, 인클로저의 일 실시형태는 인클로저 외부의 추가 유체를 인클로저를 통해 및/또는 내로 유도하도록 활성화될 수 있는 보충 유체 공급 펌프 또는 심지어 외부 장착된 "프로펠러"를 포함할 수 있고, 이에 의해 인클로저로부터 추가적인 보충 용존 산소 및/또는 폐기물 제거를 제공하고, 펌프/프로펠러가 주기적으로 및/또는 인클로저 내에서 취해진 물 화학 계수의 다양한 측정에 기초하여 작동 및/또는 비활성화되며, 이는 인클로저의 설계 및 배치에 의해 직접적으로 영향을 받는 물 화학 인자, 및 인클로저의 존재에 의해 직접 변경되는 하나 이상의 물 화학 인자로 인해 발생할 수 있는 물 화학 인자 변경을 포함할 수 있다. 대안적으로, 보충 펌프 및/또는 펌핑 시스템은 물이 투과성 인클로저 벽을 통과하지 않고 포위되거나 제한된 수역 내로 및/또는 외부로 직접 물을 펌핑하는 데 사용될 수 있다.
도 31은 인클로저(3110) 내의 포위된 환경으로/으로부터 수성 액체 및/또는 다른 물질 또는 재료를 추가 및/또는 제거하기 위한 보충 펌핑 시스템(3100)의 수성 유동 메커니즘의 일 예시적인 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 인클로저는 외부 벽 또는 경계를 포함하며, 이는 일부 실시형태에서 하나 이상의 투과성 벽을 포함할 수 있고, 다른 실시형태에서는 하나 이상의 반투과성 및/또는 비투과성 벽(이는 일부 실시형태에서 비투과성인 인클로저의 일부 또는 모든 벽을 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다. 유동 공동 또는 흡입구(3130) 및 흡입구 튜브(3140)를 갖는 펌핑 메커니즘(3120)이 제공될 수 있으며, 펌프는 출구(3160) 및 출구 튜브 또는 유동 공동, 또는 펌프의 출구로부터 인클로저의 적어도 하나의 벽을 통해, 그리고 인클로저 내의 수성 환경을 통해/내로 연장되는 유동 경로 튜브(3170)를 추가로 포함한다. 다양한 실시형태에서, 출구 튜브의 적어도 일부 유동 공동 부분(3180)은 인클로저 내에서 약간의 거리를 연장할 수 있으며, 출구는 보호된 기판(도시되지 않음) 및/또는 인클로저의 하나 이상의 인클로저 벽으로부터 잠재적으로 근위 및/또는 원위에 위치한다. 사용 중에, 펌핑 메커니즘은 원하는 방식으로 외부 물을 인클로저로 공급하기 위해 작동될 수 있고/있거나, 인클로저 외부 환경에서 방출될 물을 인클로저로부터 끌어오기 위해 펌프 작동이 반전될 수 있다. 대안적으로, 펌핑 메커니즘을 사용하여 포위된 환경에 추가 산소 또는 기타 물 화학 인자를 공급할 수 있다. 원하는 경우, 펌핑 메커니즘 및/또는 유동 공동 및/또는 흡입구(3130)의 일부 또는 전부가 인클로저 내에 위치될 수 있거나, 대안적으로 인클로저 벽의 일부 내에 및/또는 이를 통해 위치될 수 있거나, 필요하다면 인클로저 외부에 위치될 수 있다. 다른 실시형태에서, 수성 유동 메커니즘은 물을 이동시키거나 펌프 시스템과 같은 원하는 유동 특성을 생성하기 위해 유사한 방식으로 사용될 수 있는 프로펠러 시스템, 페탈 시스템, 유동 파이프, 유동 관 또는 유동 터널일 수 있다.
인클로저에 포함된 물의 용존 산소 수준의 감소 대신에 및/또는 그에 추가하여, 보호된 기판의 파울링을 현저히 지연 및/또는 방지할 수 있는 물 화학 인자를 포함하여, 본원에서 설명된 인클로저 실시형태의 설계 및 배치에 의해 매우 다양한 다른 물 화학 인자가 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 인클로저 내에서 산소가 고갈될 때, 인클로저 내에서 자연적으로 발생하는 박테리아의 일부 종은 전형적으로 먼저 해수에서 질산염인 두번째로 좋은 전자 수용체로 바뀔 것이다. 탈질이 일어나고 질산염은 다소 빠르게 소모된다. 다른 사소한 요소를 감소시킨 후, 이 박테리아는 결국 황산염을 감소시키고, 이는 대부분의 생물상에 화학적 독성이 있고 특징적인 "썩은 계란" 냄새의 원인인 황화수소(H2S)의 부산물을 생성한다. 인클로저 내의 이러한 상승된 수준의 황화수소는 다른 화학 물질 중에서도 본원에 기술된 바와 같은 원하는 방식으로 기판의 파울링을 억제할 수 있다. 더욱이, 인클로저 내의 황화수소는 인클로저의 벽을 통해 용출될 수 있으며(즉, 인클로저로부터 물의 벌크 유동으로) 잠재적으로 인클로저의 기공 및/또는 외부 표면에서의 파울링 성장을 억제할 수 있다.
인클로저 내에 포함된 보호된 기판의 파울링을 억제하는 국부적인 조건을 생성하는 것 외에도, 본원에 설명된 인클로저의 다양한 실시형태는 인클로저 내에서 생성된 임의의 독성 및/또는 비우호적인 조건이 인클로저 외부에서 빠르게 중화된다는 점에서 매우 환경 친화적이다. 예를 들어, 1 mL의 유체가 개구를 통해 인클로저에 들어갈 때, 약 1 mL의 인클로저 유체가 인클로저 외부에서 외부 환경으로 대체된다고 가정할 수 있다. 이 대체된 유체는 전형적으로 해양 생물에게 독성 및/또는 비우호적인 구성요소를 포함할 것이다(이는 바람직하게는 파울링이 인클로저 내 기판에 부착되는 것을 감소 및/또는 방지함). 그러나, 인클로저 외부에서 이러한 구성요소는 일반적으로 인클로저 자체에 근접하더라도 수성 환경에 지속적인 영향을 미치지 않는 자연적으로 발생하는 다양한 메커니즘에 의해 외부 수성 환경에서 빠르게 분해, 산화, 중화, 대사 및/또는 희석된다. 이것은 높은 수준의 살생제 및/또는 기타 약제를 포함하는 기존의 파울링 방지 및/또는 페인트보다 매우 바람직하며, 그 중 일부는 많은 형태의 생명체(어류, 인간 및/또는 기타 포유류 포함)에 매우 독성이 있으며, 그것은 해양 환경에서 수십년 동안 지속된다.
다양한 대안적 실시형태에서, 인클로저 벽은 인클로저의 표면 상에 및/또는 기공 내에서 파울링을 억제 및/또는 방지할 수 있는 보충 살생제 또는 다른 화학 물질(들) 또는 화합물(들)을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 살생제 또는 다른 화학 물질(들)/화합물(들)은 적용 및/또는 혼입될 수 있어, 주요 살생제 활성은 인클로저 내로 및/또는 외부로 극히 낮고/낮거나 존재하지 않는 수준의 살생제 용출과 함께 인클로저 패브릭의 표면 및/또는 기공 내로 제한된다. 그러한 경우, 살생제는 바람직하게는 인클로저를 파울링으로부터 보호하고, 인클로저는 차례로 기판을 파울링으로부터 보호한다.
다양한 시험 인클로저 디자인은 다양한 일간 및/또는 계절적 물 조건 하에 기판에 바이오 파울링 보호를 제공하는 데 매우 효과적이었다. 예를 들어, 살생제 코팅을 갖는 스펀 폴리에스터의 투과성 패브릭 벽을 포함하는 인클로저가 해수에 침지되고, 인클로저 내부 및 외부의 수성 환경의 용존 산소 수준이 측정되고 도표화되었다. 도 10a는 봄/초여름의 3일 동안 용존 산소 수준의 빈번한 샘플링(즉, 15 분마다)을 도시하며, 이는 인클로저 안팎의 용존 산소의 일주 변화를 나타낸다(즉, 밝고 어두운 영역은 낮과 밤을 반영한다). 이 도면에서, 인클로저 내의 용존 산소 수준은 전형적으로 낮과 밤 시퀀스 동안 외부 수성 환경의 용존 산소 수준에 뒤쳐지거나 "뒤따랐으며"(즉, 더 낮은 수준에 있음), 내부 인클로저 DO가 외부 환경 DO보다 "더 평활하거나" 더 버퍼링된 것처럼 보였다는 것을 알 수 있다. 대조적으로, 도 10b는 늦여름/초가을의 3일 기간 동안 용존 산소 수준의 유사한 샘플링을 보여주며, 여기에서 인클로저 내의 용존 산소 수준은 종종 주변 환경의 수준과 같거나 초과할 수 있으며, 인클로저는 DO 레벨에 "버퍼"를 제공했다. 모든 경우에, 인클로저 내부 및/또는 외부의 용존 산소의 상대적 수준이 변경되었음에도 불구하고, 인클로저는 보호된 기판의 바이오 파울링을 제한 및/또는 방지하는 데 성공했다.
도 11은 수성 환경(1915) 내의 기판(1900) 및 관련 인클로저 벽(1910)의 예시적인 단면도를 도시한다. 이 실시형태에서, 점선으로 도시된 용존 산소 레벨(1920)은 인클로저의 경계에서 주변 수성 환경의 DO와 동일 및/또는 동등할 수 있으며(일부 실시형태에서 용존 산소 레벨은 인클로저의 벽(1910)을 물이 통과하는 동안 측정 가능한 정도로 떨어질 수 있지만), 이 DO 레벨은 측정 센서(도시되지 않음)가 기판을 향해 차별화된 환경(1930)으로 더 이동함에 따라(레벨(1920)의 라인을 따라) 인클로저 액체에서 점진적으로 감소하기 시작하며, 여기서 DO 레벨은 바람직하게는 기판 표면(1940)에 근접한 위치에서 더 낮은 및/또는 가장 낮은 DO 레벨 판독값에 도달할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 내부 벽 내의 액체로부터 기판 표면 근처의 액체로의 DO 백분율 변화는 단지 1% 또는 2% 변화일 수 있는 한편, 다른 실시형태에서 이 DO 변화는 내부 벽 판독 값과 기판 표면 판독 값 간의 DO 차이가 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24% 및 25% 또는 그 이상과 같이 훨씬 더 클 수 있다.
물 화학
다양한 실시형태에서, 기판에 대한 보호 인클로저의 설계 및 위치는 바람직하게는 개방 수성 환경의 것과 비교하여 포위된 환경의 다양한 물 화학 특징 및/또는 구성요소를 의미있는 정도로 변경할 수 있다. 다양한 경우에서, 인클로저는 주변 수성 환경과 비교하여 "다른" 일부 물 화학 특징을 유도할 수 있는 한편, 다른 물 화학 특징은 주변 수성 환경에서와 동일하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 용존 산소 수준이 종종 차별화된 환경과 개방된 환경 간에 "다를 수 있는" 경우, 차별화된 환경과 개방된 환경 내의 온도, 염도 및/또는 pH 수준은 유사하거나 동일할 수 있다. 바람직하게는, 인클로저는 원하는 방식으로 일부 물 화학 특징에 영향을 미칠 수 있는 한편, 주변의 개방 수성 환경과 비교하여 다른 물 화학 특징을 최소한의 영향을 받고/받거나 "영향받지 않은(untouched)"상태로 남겨둔다. 잠재적으로 "상이할"수 있고/있거나 동일하게 유지될 수 있는(즉, 인클로저 디자인 및/또는 기타 환경 인자, 예컨대 위치 및/또는 계절에 따라) 일부 예시적인 물 화학 특징은 용존 산소, pH, 총 용존 질소, 암모늄, 질산염, 아질산염, 오르토인산염, 총 용존 인산염, 실리카, 염도, 온도, 탁도, 엽록소 등을 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 하나 이상의 물 화학 특징의 측정은 인클로저 외부의 등가물과 비교하여 인클로저 내부에서 "상이할" 수 있다(이는 인클로저 외부의 잠재적 용출을 설명하기 위해 인클로저로부터 약간 떨어진 거리 - 예컨대 인클로저 외벽으로부터 단지 1 또는 2 인치 이상, 또는 심지어 1, 2, 3, 5, 10, 20 피트 이상의 거리 - 에서의 측정을 포함할 수 있다). 이러한 "차이"에는 내부/외부 측정 간의 0.1% 이상의 차이, 또는 내부/외부 측정 간의 2% 이상의 차이, 또는 내부/외부 측정 간의 5% 이상의 차이, 또는 내부/외부 측정 간의 8% 이상의 차이, 또는 내부/외부 측정 간의 10% 이상의 차이, 또는 15% 이상의 차이, 또는 25% 이상의 차이, 또는 50% 이상의 차이, 또는 100% 이상의 차이가 포함될 수 있다. 또한 이러한 차이는 동일하지 않은 차이를 가진 여러 화학 인자에 대한 것일 수 있으며, 한 인자의 증가 및 다른 인자의 감소를 포함할 수 있다. 일부 물 화학 인자이 일부 인자에 대해 본질적으로 동일하게 유지되는 한편, 다른 인자에 대해 다양한 차이가 주목될 수 있는 상황을 포함하여, 이러한 모든 설명된 물 화학 인자들의 조합이 고려된다.
예시적인 물 화학 시험 프로토콜
온도, 염도, 용존 산소 및/또는 pH(특히)와 같은 다양한 물 화학 파라미터 측정을 결정할 때, 핸드 캐스트(hand cast) 센서는 사용하기 편리하고 매우 정확할 수 있다. 이러한 센서는 종종 연결되어 있으며 판독 화면이 장착되어 있다. 판독값이 비교적 짧은 시간 프레임(분 내지 시간) 내에 수집될 경우, 보정 문제에 대해 걱정하지 않고 샘플들 간의 판독값이 꽤 비교될 수 있다. 하나 초과의 프로브를 동시에 배치해야 하는 경우, 벨크로 스트립 또는 케이블 타이를 사용하여 번들링하는 것이 도움이 될 수 있다.
센서로 작업할 때 핸드 헬드(handheld) 유닛의 보정은 제조업체의 사양에 따라 일정에 따라 수행되어야 한다. 보정들 사이에서 신뢰 솔루션이 일부 센서에 대한 스팟 체크로서 사용될 수 있다. 현장에 들어가기 전에 핸드 헬드 센서를 확인하는 것이 중요한다(배터리 수명, 신뢰 솔루션 등). 유닛을 개봉하고, 케이블을 곧게 펴고, 하나 초과를 사용하는 경우 센서를 번들링하고, 케이블에 원하는 수심을 표시하여 판독을 취할 준비를 한다(정적 침지를 위해 ½ 미터가 표준임). 각 핸드 헬드 유닛의 전원을 켜고 원하는 위치에 프로브를 배치하여 프로브가 원하는 깊이에 있는지 확인한다. 프로브가 평형에 도달할 때까지 기다리며 - 평형에 도달하지 않으면 스팟 판독값이 샘플들 간의 차이를 포착하기에 충분하지 않을 수 있으며, 지속적인 모니터링 장비가 필요할 수 있다. 값을 기록하고 원하는 모든 위치가 시험될 때까지 단계들의 각 항목(asset)을 반복한다. 시험이 완료되면 보호 캡/병을 교체하기 전에 프로브와 케이블을 헹구고, 장비가 건조되도록 한 후 각각의 상자에 반환한다.
예시적인 물 분석 프로토콜
다양한 실시형태에서, 용존 산소(DO), pH 및/또는 염도에 대한 측정 판독값을 포함하여, 본원에서 설명되는 것과 같은 파울링 방지 인클로저 내부 및 외부의 물 차이를 정량화하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, DO(YSI, ProODO), pH(YSI, Pro10) 및 염도(YSI, Pro30)는 다음 방법을 사용하여 YSI 단일 파라미터 드롭 존데(YSI single param drop sondes)를 사용하여 측정될 수 있다: (1) 제조업체 사양에 따라 YSI 센서를 보정하고, (2) YSI 프로브를 수면 아래 0.5 m(18")에 위치하고, (3) 측정을 기록하기 전에 프로브가 안정화되도록 하고, (4) 물 위치, 날짜 및 시간과 함께 DO, pH 또는 염도 값을 기록하고, (5) 물 위치, 날짜 및 시간과 함께 수온 값을 기록한다.
물 화학 시험을 위한 예시적인 물 샘플 수집
다양한 실시형태에서, (1) 영양소 시험 및 (2) 알칼리도 시험을 포함하여 물 화학 분석을 위해 물 샘플을 수집하는 것이 바람직할 수 있다. 물 수집 장치는 다음 방법을 사용하여 표준 600 mL 물 수집 장치의 수정된 디자인일 수 있다: (1) 각 물 샘플에 대해 하나의 물 수집 장치 사용. 물 수집 장치는 물 수집을 위한 1' 길이의 1" 직경 PVC 파이프로 구성될 수 있으며, 이는 슬립 커플러를 사용하여 취급을 위해 3' 길이의 1" 직경 PVC 파이프에 부착된다. 고무 코르크 마개와 스테인리스 스틸 아이볼트(eyebolt)로 구성된 플러그는 50 파운드 시험 나일론 낚싯줄을 사용하여 물 수집 장치의 반대쪽 말단에 있는 스테인리스 스틸 링에 의해 물 수집 말단에 매달려 있으며, (2) 사용하기 전에 물 수집 장치를 소독한다. 물 샘플, 1" 직경의 PVC 파이프, 플러그 및 낚싯줄과 만나는 모든 장치 부품을 여과된 물로 헹구고 DI수에 12시간 이상 담근 다음 건조시킨다. 장치 핸들과 커플러는 여과수로 헹구어야 하며, (3) 시험 중에 물 샘플과 만나는 모든 공급물을 소독한다. 샘플링 병(250 mL), 알칼리도 분석 병(8 mL), 깔때기 및 여과 주사기를 여과수로 헹구고 DI수에 최소 12시간 동안 담근 다음 건조시킨다. 영양 분석 병(125 mL)을 10% HCL 용액에 적어도 12시간 동안 담근다. DI수로 2회 헹군 다음 건조시키며, (4) 물 샘플을 수집하기 위해, 물 수집 장치 12"를 물 표면 아래에 또는 슬립 커플러가 물 표면 바로 위에 있을 때 침지시킨다. 장치 핸들 상의 스테인리스 스틸 링을 들어올려 플러그를 닫고 물 샘플을 수집한다. 물에서 장치를 제거하기 전에 플러그가 완전히 잠겼는지 확인한다. 물에서 장치를 제거하고, (5) 깨끗한 깔때기 및 수집 병 위에 물 수집 장치를 놓는다. 스테인리스 스틸 링을 풀어서 조심스럽게 천천히 플러그를 열어 물 수집 장치로부터 수집 병으로 물 샘플을 옮긴다. 물 샘플을 얼음 위에 보관한다.
일부 상황에서, 수집된 물 샘플의 즉각적인 시험이 불가능할 수 있으므로 다음 방법을 사용하여 최대 28일 동안 물 샘플을 여과하고 보존할 수 있다: (1) 수집된 물 샘플을 여과한다. 용해된 화학 물질 및 알칼리도 시험의 경우, 0.45 pm 기공 크기의 주사기 폴리프로필렌 필터를 사용하여 물 샘플을 여과한다(부품 번호 6788-2504, Whatman). 영양소 검사를 위해 125 mL의 여과수가 필요할 수 있다. 알칼리도 시험을 위해 8 mL의 여과수가 필요할 수 있으며, (2) 28일까지 보존하기 위해 산성화되지 않은 여과수 샘플을 -20℃에서 동결한다. (문헌[Strickland and Parsons, 1972; Grasshoff et al., 1999; Venrick and Hayward, 1985]). -20℃에서 영양소 분석을 위해 물 샘플을 보관한다. 알칼리도 분석을 위해 물 샘플을 4℃에서 보관한다.
다양한 실시형태에서, 총 용존 질소(TDN), 암모늄, 질산염 + 아질산염, 오르토인산염, 총 용존 인(TDP) 및/또는 실리카에 대한 측정 판독값을 포함하여 본원에 설명된 것과 같은 파울링 방지 인클로저의 내부와 외부의 물 차이를 정량화하는 것이 바람직할 수 있다. 대부분의 경우 제조업체의 표준 방법이 다음 방법에 따라 SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기(Continuous Segmented Flow AutoAnalyzer)를 사용하여 용존 화학 시험에 사용될 수 있다.
TDN, 암모늄 및 질산염 + 아질산염 분석의 경우 다음 방법을 적용할 수 있다: (1) 여과된 물 샘플을 얻고, (2) RICCA 암모늄(R0692500, RICCA Chemical Company)으로부터 참조 표준을 준비하고, (3) 참조 표준을 두번 분석하여 SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기로 540 nm에서 흡광도 판독값을 보정한다. 모든 표준 흡광도 값은 알려진 농도의 10% 이내여야 하며, (4) TDN, 암모늄 및 질산염 + 아질산염 분석을 위해 제조업체의 방법 G-218-98(SOP FIT-5008-TDN)을 따른다. SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기에서 여과된 물 샘플을 실행하여, 카드뮴 컬럼을 사용하는 질소 환원 및 생성된 아질산염을 디아조 화합물 및 N-(1-나프틸)에틸렌디아민 디하이드로클로라이드와 반응시켜 형성된 540 nm의 핑크 아조 염료에서 흡광도를 결정하며, (5) 흡광도 값을 기록한다. 분석 정밀도(RSD)는 평균 약 2%이다.
오르토인산염 분석의 경우 다음 방법을 적용할 수 있다: (1) 여과된 물 샘플을 얻고, (2) NIST 추적 가능한 Dionex 5-Anion(Fisher Scientific)으로부터 참조 표준을 준비하고, (3) 참조 표준을 분석하여 SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기로 880 nm에서 흡광도 판독값을 보정한다. 모든 표준 흡광도 값은 표준에 대한 95% 신뢰 구간 내에 있어야 하며, (4) 오르토인산염 분석을 위해 제조업체의 방법 SEAL 분석 G-297-03을 따른다. SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기에서 여과된 물 샘플을 실행하여, 오르토인산염가 아스코르브산, 몰리브덴산염 및 안티몬과 반응할 때 형성된 880 nm의 포스포-몰리브덴 블루 복합체에서 흡광도를 결정하며, (5) 흡광도 값을 기록한다. 분석 정밀도(RSD)는 평균 약 1%이다.
TDP 분석의 경우 다음 방법을 적용할 수 있다: (1) 여과된 물 샘플을 얻고, (2) NIST 추적 가능한 Dionex 5-Anion(Fisher Scientific)으로부터 참조 표준을 준비하고, (3) 참조 표준을 분석하여 SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기로 880 nm에서 흡광도 판독값을 보정한다. 모든 표준 흡광도 값은 알려진 농도의 10% 이내여야 하며, (4) TDP 분석을 위해 제조업체의 방법 G-219-98(SOP FIT-5008-TDP)을 따른다. SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기에서 여과된 물 샘플을 실행하여, 오르토인산염가 아스코르브산, 몰리브덴산염 및 안티몬과 반응할 때 형성된 880 nm의 포스포-몰리브덴 블루 복합체에서 흡광도를 결정하며, (5) 흡광도 값을 기록한다. 분석 정밀도(RSD)는 평균 약 3%이다.
실리카 분석의 경우 다음 방법을 적용할 수 있다: (1) 여과된 물 샘플을 얻고, (2) 규산 나트륨 참조 표준(부품 번호 SS465, Fisher Scientific)을 분석하여 SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기로 820 nm에서 흡광도 판독값을 보정한다. 흡광도 값과 분석된 참조 표준의 알려진 농도로 표준 곡선을 준비하며, (3) 실리카에 대한 제조업체의 방법 SEAL 분석 G-177-96을 따른다. SEAL AA3 HR 연속 세그먼트 유동 자동분석기에서 여과된 물 샘플을 실행하여, 암모늄 몰리브데이트가 여과된 물 샘플에 첨가되어 실리코몰리브데이트를 생성한 다음 아스코르브산을 사용하여 환원될 때 형성된 820 nm의 몰리브덴 블루 복합체에서 흡광도를 결정하며, (4) 흡광도 값을 기록한다. 측정된 흡광도 값을 참조 표준 곡선 흡광도 값과 비교하여 여과된 물 샘플의 실리카 농도를 결정한다. 분석 정밀도(RSD)는 평균 약 3%이다.
탄산 칼슘 수준을 결정하기 위해 여과된 물 샘플의 알칼리도를 측정할 수 있으며, 이는 샘플의 탄산 칼슘 수준에 대응한다. 표준 방법(APHA 방법 2320-B: 물 및 폐수 검사를 위한 표준 방법)은 다음 방법에 따라 그랜(Gran) 함수를 사용하여 시험하는 데 사용될 수 있다: (1) 여과된 물 샘플을 얻고, (2) 참조 표준 해수 솔루션(OSIL, UK)을 얻고, (3) 보정을 위해 참조 표준을 분석한다. 알칼리도 값과 분석된 참조 표준의 알려진 농도로 표준 곡선을 준비한다. 모든 농도는 95% 신뢰 구간 내에 있어야 하며, (4) 알칼리도 적정을 위해 표준 방법(2320-B)을 따른다. 그랜 함수를 사용하여 0.01N HCL로 여과된 물 샘플을 적정하며, (5) 그랜 함수를 사용하여 알칼리도를 결정한다. 알칼리도(mg CaCO3/L)는 적정 중에 첨가된 산의 부피에 정비례하며, (6) 알칼리도 값을 기록한다.
다양한 시험을 위해, 개방 물과 비교하여 인클로저에서 형성된 바이오 필름의 시각적 비교를 수행하는 것, 및 인클로저에서의 수질 및 물 화학을 개방 물과 비교하는 것을 포함하여, 인클로저의 존재가 매크로 파울링 정착을 저하, 감소, 제거, 억제 및/또는 방지하는지 여부를 결정하기 위해 상이한 물질을 사용하는 상이한 크기 및/또는 형상 구조 또는 인클로저 실시형태를 시험하였다. 표 5a는 염수 시험 결과를 표 형식으로 나타내며, 암모늄, 질산염 + 아질산염(N + N), 총 용존 질소(TDN), 용존 유기 질소(DON), 인산염 및 실리카가 모두 샘플링 동안 상이한 지점에서 인클로저와 개방 샘플 사이에 상당히 달랐음을 보여주며, 표 5b는 온도, 염도, 용존 산소 및 pH와 같은 추가 화학 측정을 나타낸다. 시험 결과는 암모늄이 14일(6/22/18) 및 30일(7/9/18)에 인클로저 내부에서 상당히 높았으며 N+N은 1일(6/9/18), 3일(6/11/19) 및 10월(4/15/19) 및 12월(6/24/19)에 인클로저 내부에서 상당히 높았음을 보여주었다. TDN과 DON은 7일에 개방 샘플에서 상당히 높았지만 전환되어 14일과 30일에 인클로저에서 더 높았다. 인산염은 3일, 7일, 14일, 30일, 10월 및 12월에 인클로저에서 상당히 높았다. 실리카는 1일, 3일 및 14일에 개방 샘플에서 상당히 높았지만 30일에는 인클로저에서 더 높았다.
데이터로부터 다음을 포함하는 다양한 결론이 나타났다: (1) 용존 무기 질소(N+N 및 암모늄)는 인클로저에서 더 높았으며, 용존 유기 질소(아미노산, 요소)는 7일 동안 인클로저 외부에서 더 높았다. 이것은 인클로저 외부에서 더 높은 생물학적 활동을 나타낼 수 있으며, 박테리아, 시아노박테리아 및 식물성 플랑크톤은 성장을 위해 무기 질소를 사용하고 유기 질소를 생성한다(붕괴 및 배설을 통해). 이 실험의 바이오 필름 결과(관찰적으로)와 이전 시험의 DNA 결과가 이 가설을 확인했다. 인클로저 내부의 전체 용존 유기 질소(DON)는 실험 후반부 동안 유사하게 유지되었지만, 개방 DON은 아마도 인클로저에 의해 절연되거나 완충된 항구에서 질소의 자연 순환으로 인해 변동했으며, (2) 인산염 수준은 아마도 인클로저 외부에서 인을 사용하는 더 큰 생물학적 활동으로 인해 개방 물에서보다 인클로저에서 더 높았고/높았거나, (3) 실리카 수준은 아마도 인클로저 외부의 규조류의 더 많은 활동 및 회전율로 인해 14일 동안 인클로저 외부에서 더 높았고, 이는 30일에 전환되었다. 인클로저에서의 전체 실리카 수준은 시간이 지남에 따라 합리적으로 비슷했지만 개방 수준 실리카는 변동했다. 이 변동성은 실리카가 규조류에 의해 사용되었기 때문에 개방 물에서 사이클링을 나타냈을 가능성이 높으며, 사이클링은 인클로저에 의해 절연되거나 완충되었다.
다른 예에서, 물 화학 및 수질은 다양한 인클로저 실시형태에서 관찰되었다. 이 염수 시험의 목적은 다양한 크기의 인클로저(직경 1, 2 및 4') 내 물과 개방 물 간의 물 화학 차이를 조사하는 것이었다. 표 5c는 12개월 염수 시험 결과를 표 형식으로 나타내며, 암모늄, 질산염 + 아질산염(N+N), 총 용존 질소(TDN), 용존 유기 질소(DON), 인산염, 실리카 및 알칼리도가 모두 샘플링 동안 상이한 지점에서 인클로저와 개방 샘플 사이에 상당히 달랐음을 보여주며, 표 5d는 온도, 염도, 용존 산소 및 pH와 같은 추가 화학 측정을 나타낸다.
시험 결과는 모든 크기의 인클로저(직경 1, 2 및 4')에서 용존 산소와 pH가 인클로저 내부의 물에 비해 개방 물에서 상당히 높았음을 보여주었다. N+N; TDN, 인산염 및 실리카는 모두 개방 물과 비교하여 인클로저 내의 물에서 크게 달랐다. 알칼리도, N+N, TDN 및 인산염은 개방 물에 비해 인클로저 내부에서 모두 상당히 높았다. 이 데이터는 염수에서 다른 물 화학 시험과 유사한 경향을 보여준다. 개방 물과 비교할 때 인클로저 내의 증가된 물 화학 농도는 인클로저 외부의 더 큰 생물학적 활성을 나타낼 수 있으며, 박테리아, 시아노박테리아 및 식물성 플랑크톤은 성장을 위해 이용 가능한 영양소를 사용한다.
더욱이, 이러한 물 화학 연구의 결과 중 일부는 다양한 인클로저 실시형태가 인클로저 구조 내에서 호흡 또는 물질 대사가 더 크거나 광합성을 초과하는 효과를 생성할 수 있음을 시사한다. 이 효과는 인클로저 구조에 의해 생성된 용존 산소 또는 기타 물 화학 파라미터의 수준이 낮아짐으로 인해 발생할 수 있다. 인클로저 내부의 용존 산소 차이는 인클로저 내부의 빛 제한과 관련이 있을 수 있다. 도 10a 및 10b에서 볼 수 있듯이, 일들 간의 약간의 측정 변동은 샘플링 타이밍(즉, 아침 샘플링 대 야간 샘플링)과 관련이 있을 수 있다.
인산염 결과에 기초하여 인클로저 구조 내에서 광합성을 초과하는 호흡의 효과가 확인될 수 있다. 인클로저 내 물의 인산염 농도는 개방 물보다 지속적으로 더 높다. 인산염 순환과 인산염이 입자와 용해된 상 사이에서 교환된다는 지식에 기초하여, 확산은 투과성 인클로저의 각 면에서 물 화학 평형을 회복하기 위해 작용할 수 있다. 개방 물 조건과 비교하여 인클로저 내 물 조건의 차이가 클수록, 일반적으로 더 많은 확산이 작용하여 평형을 회복한다. 따라서, 인산염은 인클로저 물 내에서 계속 증가해야 할 것 같지만 확산으로 인해 손실될 수 있다.
일 실시형태에서, 인클로저 구조물은 질화 및 탈질화 풍부한 환경의 초기 설정을 통해 그 경계 내에서 파울링 방지 보호를 제공한다. 이 시험 동안 데이터는 인클로저 구조물 내의 물 중 더 높은 암모늄을 지속적으로 보여준다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 호흡의 초기 질소 생성물은 환원된 질소 또는 암모늄이다. 4일의 침지 후, 내부 환경은 산소화가 적게 되어 장치 경계 내의 해양 생물에 독성이 있는 이온화되지 않은 암모니아 질소(NH3-N)의 형성을 초래한다. NH3-N 생성 외에도 아질산염(NO2) 및 기타 독성 반응성 질소 분자가 인클로저 구조물의 매질 충전된 경계 내에서 생성될 수도 있다. 이 효과는 인클로저의 외부가 점점 더 파울링됨에 따라 향상되는 것으로 보인다. 또한, 인클로저 장치 내부 및 표면에 형성되는 미생물 바이오 필름은 보편적인 질화 및 탈질화 경로에 기여할 수 있다.
시험 데이터는 대부분의 경우 질산염 + 아질산염(N+N)이 개방 물과 비교할 때 인클로저 구조물 내의 물에서 더 높았음을 확인한다. 이 결과는 산소 조건에서 암모니아의 질화와 관련이 있을 수 있다. 일부 실시형태에서, 용존 산소가 백에서 더 낮더라도 질화를 억제할만큼 충분히 낮지 않을 수 있으며, 암모늄 공급원은 호흡에서 나올 수 있다. 일부 실시형태에서, 용존 산소는 암모늄(DNRA) 또는 질산염/아질산염 암모니아화로의 해리 질산염 환원을 촉진할만큼 충분히 낮지는 않지만; DNRA를 촉진할 수 있는 무산소 미세 환경(물에 용해된 산소 농도 0.5 mg/L 미만)이 백 내에 있을 수 있다. DNRA는 질산염을 전자 수용체로서 사용하는 미생물 혐기성 호흡의 결과이며, 도 12a에 도시된 바와 같이 아질산염으로 환원된 다음 암모늄으로 환원된다.
또한, 총 용존 질소(TDN)는 전형적으로 염수 시험 중 개방 물에 비해 포위된 물에서 더 높았다. 이 결과는 높은 미생물 호흡, 및 분해됨애 따라는 입자에서 나오는 용존 질소와 일치한다. 일부 실시형태에서, 인클로저의 저에너지 환경에서 입자의 침강은 포위된 물에 용해된 영양소의 침강 공급원을 초래한다. 인클로저의 바닥에 있는 이 침전, 죽은, 죽어가는 또는 분해된 입자는 일부 실시형태에서 인클로저 물과 개방 물 내의 물 화학 및 수질 차이를 설명할 수 있다. 이러한 분해 입자 또는 침전물은 인클로저 구조물 내에서 대부분의 용존 산소를 소비할 수 있다.
호흡이 CO2를 방출함에 따라 pH를 낮추어 탄산염으로 되거나 환원될 수 있다. 해수에서 탄산을 증가시킴으로써 물은 더 산성 상태가 되어 더 낮은 pH 측정이 된다. 유기체는 특히 용존 산소가 3 mg/L 또는 2 mg/L 수준에 도달하기 시작할 때 용존 산소의 감소에 빠르게 반응한다. 이러한 물의 차이는 유기체가 껍질을 생성하지 못하거나 더 얇은 껍질을 생성하게 할 수 있다. 더욱이, 이 차이는 산소 차이가 너무 큰 경우 유기체가 정착하지 못하게 하거나 다른 위치로 수영 및/또는 이동하게 할 수 있다.
탄산염 화학은 또한 인클로저 구조물 장치 경계 내에서 개질되는 것으로 보이며, 혼입된 물은 시간이 지남에 따라 탄산 칼슘 광물화에 더 부식성이 있게 된다. 실험 중에 샘플링된 개방 물과 포위된 물을 비교할 수 있도록 탄산수 화학의 변화를 평가하는 NOAA CO2 Sys 프로그램을 사용하여 특정 시점에서 샘플링된 각 물 질량에 대해 단일 통합 측정값인 아라고나이트(aragonite)에 대한 포화 지수(Omega - Ω)를 생성할 수 있다. 아라고나이트(아라고나이트는 탄산 칼슘 광물의 결정화된 형태임) 포화 지수(Ω)는 해수에서 탄산 칼슘의 과포화 정도를 나타내는 무차원 숫자이다. 1보다 큰 값은 과포화(아라고나이트 크기가 성장함)를 나타내고 1보다 작은 값은 포화 아래(아라고나이트가 용해됨)를 나타낸다. 화학 해양학자들은 주어진 해양 물 질량에 대한 해양 산성화의 크기와 경향을 확인하기 위해 오메가 값에 의존한다. 감소하는 Ω 추세는 탄산 칼슘 형성에 대한 부식성 위협으로 간주된다. Ω의 결정은 다음 파라미터에 의존한다: 염도, 수온, 깊이(압력), 인산염, 실리카, 암모늄, 알칼리도 및 pH. 이러한 모든 파라미터를 단일 통합 측정으로의 통합은 정착 실험 기간 동안 취한 물 질량 샘플의 직접 비교를 가능하게 하였다(도 12b에 도시됨).
레드필드(Redfield) 비 또는 레드필드 화학량론을 분석하여 인클로저 구조물 내부의 물과 개방 물의 해양 식물성 플랑크톤에서 발견되는 탄소, 질소 및 인산염의 원자 비를 이해했다. 이 이론에서는 탄소:질소:인산염의 비는 106:16:1이며, 염수에서 영양 제한이 연구되었다. 인클로저 내부의 물 내 암모늄(즉, 질소) 및 인산염의 증가된 농도 수준에 기초하여, 일부 실시형태에서 개방된 물과 비교하여 인클로저의 물 내에 어떠한 영양 제한도 없을 수 있다는 것이 결정되었다.
일 실시형태에서, 인클로저는 박테리아 콜로니화 및 매크로 파울링 정착을 위한 기판 역할을 할 수 있다. 투과성 인클로저를 가로질러 용존 산소, 암모니아, 아질산염 및 질산염의 자유 교환이 발생할 수 있다. 일 실시형태에서, 매크로 파울러(macrofouler) 및/또는 박테리아 바이오 필름의 호흡은 투과성 인클로저를 가로 지르는 산소 및/또는 화학적 영양소 흡수의 대부분을 설명할 수 있다. 산소, 질소, 인산염 및 기타 영양소 소비는 물이 투과성 인클로저로 통과하거나 교환될 때 바이오 필름에 의해 발생할 수 있다. 박테리아 바이오 필름은 인클로저 물이 바이오 필름 OUR에 대해 정상 상태에 도달할 때까지 인클로저의 산소 흡수율(OUR)에 참여하기 시작할 수 있다. 일 예에서, 바이오 필름과 관련하여 인클로저 내부의 물에서 영양소의 정상 상태는 12개월 미만, 6개월 미만, 3개월 미만, 1일 내지 60일, 1일 내지 30일, 또는 58일에 발생할 수 있다. 인클로저의 표면 내부 또는 표면에서 성장하는 박테리아 바이오 필름과 인클로저의 외부 표면에서 성장하는 무척추 동물 매크로 파울러는 많은 실시형태에서 고정된 필름 장벽을 설정하고 유지하는 역할을 할 수 있으며, 이는 상당한 파울링 방지 보호를 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 필름 배리어는 바이오 파울링이 패브릭 구조에 의해 둘러싸인 물 구획 내에서 발생하는 것을 방지하는 메커니즘일 수 있다.
일반적으로 NH3-N과 같은 이온화되지 않은 암모니아는 수생 생물과 해양 생물 모두에게 100 μg/L(ppb)에 가까운 수준에서 매우 독성이 있다. 장치 내에서 7일 후 관찰된 NH3-N 농도는 독성 수준의 20%에 근접했으며 더 높았을 수 있다. 장치 내에서 독성의 다른 잠재적 인자는 아질산염(NO2)이며, 이는 1 ppm 수준에서 독성으로 간주된다. 염수 실험 동안 장치에서의 용존 산소는 저산소 수준(저산소증은 2 mg/L 미만의 용해된 O2에서 발생)으로 떨어지지 않았지만 하향 추세였다. 이 물 화학 작용 메커니즘은 특정 미생물 바이오 필름에 의존하지 않기 때문에 담수 적용에도 적합하다.
다른 예에서, 물 화학 및 수질 담수 샘플은 밀워키에 있는 위스콘신 대학(UWM)에서의 실험에서 수집 및 분석되었다. 오대호에서의 파울링으로부터 밸브와 보트를 보호하기 위해 인클로저 구조물이 배치되었다. 1 개월의 침지 후, 물 샘플을 인클로저 및 개방 물 내에서 수집했다. 이러한 결과는 표 5e 내지 5g에 제시되어 있다. 표 5e에서 볼 수 있듯이, 암모늄, 아질산염, N+N, TDN, DON, 인산염 및 실리카는 담수에서 크게 상이했으며, 대부분의 화학은 오대호의 두 별도 위치 간에 크게 상이했다. 정박지의 담수(M)는 개방 물에 비해 인클로저 구조물 내부의 물 내에서 상당히 높은 암모늄, TDN 및 인산염 농도를 보여주었다. 아질산염, N+N, 인산염 및 실리카 농도는 모두 UWM의 방파제에 있는 개방 물에 비해 인클로저 내부의 물 내에서 상당히 더 높았다. 이러한 결과는 인클로저 구조물 외부에서 더 큰 생물학적 활동의 표시일 수 있으며, 박테리아, 시아노박테리아 및 식물성 플랑크톤은 성장을 위해 이용 가능한 영양소를 사용한다.
표 5f는 오대호의 두 위치: 정박지(M) 및 UWM의 방파제(UWM)에 대한 1 개월 담수 온도, 전도도, 용존 산소 및 pH 결과를 보여준다. 인클로저 구조물 내부의 물 내 용존 산소 농도는 각 위치에서 개방된 담수의 용존 산소와 상이하다. 다른 담수 실험에서, 물 화학 샘플이 2 개월 후 오대호의 유사한 위치에서 금속 밸브와 개방 물을 보호하는 인클로저 내부의 동반된 물에 대해 분석되었다. 담수 온도, 전도도, 용존 산소(OD), pH, 탁도 및 엽록소의 시험 결과가 표 6g에 제시되어 있다. 용존 산소, pH 및 엽록소는 인클로저 내의 물과 개방 물 사이에 상당한 차이가 있음을 보여준다. 용존 산소와 pH는 개방 물에 비해 국소 수중 환경(인클로저 내 물)에서 더 낮다. 엽록소 판독값은 개방 물에 비해 국소 수중 환경에서 상당히 더 높다. 용존 산소, pH 및 엽록소 차이는 산소 환경에서 박테리아의 호흡이 조류에 대한 광합성 또는 영양 흡수보다 더 크거나 더 두드러진다는 이해를 바탕으로 설명될 수 있다. 담수 시험에 대해 염수 시험과 비슷한 결론이 내려진다.
아래의 표 6a 및 6b에 제시된 다른 예시적인 실시형태에서, 30 또는 40 스크린(진공이 있거나 없이) 및 개방 물 샘플이 있는 상업적 인쇄 프로세스를 사용하여 154(3500 cP, 원래 식) 또는 153(3500 cP, 아크릴 식 없음) 수계 살생제 코팅으로 코팅된 스펀 폴리에스터 패브릭을 포함하는 다양한 인클로저에 대한 물 화학 결과를 얻었다. 전체적으로 총 8 가지 처리: 154-30v, 154-30nv, 154-40v, 154-40nv, 153-30v, 153-30nv, 153-40v & 153-40nv 및 개방 물 샘플(대조)이 시험되었다. 각 패브릭 유형에 대한 투과성은 개시되는 방법, 및 제공된 다음의 샘플 키를 사용하여 수집되었다.
물 샘플은 물 화학 코어 샘플러(sampler)를 사용하여 낮은 투과성 인클로저, 154-30nv, 153-40nv 및 153-30nv, 높은 투과성 인클로저, 153-40v 및 154-40v, 개방 물(대조)로부터 수집되었다. 시험 결과는 인클로저 내에서 수집한 물 샘플과 개방된 물 샘플 사이에 영양소 수준의 눈에 띄는 차이를 보여주었다. 투과성이 낮은 인클로저는 개방된 물 샘플에 비해 영양소 함량이 더 큰 차이를 보여준다. 일반적으로 물 영양소 함량 수준은 개방 물에 비해 인클로저 내부에서 더 높았다. 또한, 개방 물의 pH와 비교한 인클로저 내 물의 pH가 관찰되었다. 인클로저 디자인, 기판 조성 및/또는 기타 목적, 및 다양한 환경 및/또는 물 조건에 따라 인클로저 내의 pH가 개방된 환경의 pH보다 높을 수 있거나, 새로운 인클로저에 포함된 물이 개방 물보다 더 낮은 pH 또는 더 산성인 pH를 반영할 수 있으며, 이는 일부 인클로저 디자인의 바이오 파울링 효과에 기여하는 차별화된 환경의 핵심 물 화학 "차이"를 구성할 수 있다.
바이오 필름 및/또는 필름 형성
본 발명의 다양한 양태에서, 본원에 기술된 것과 같은 인클로저의 적절한 디자인 및 사용은 기판 상에 바이오 파울링 유기체의 정착을 효과적으로 감소 및/또는 방지하는 기판 표면 상의 생물학적 코팅, 층 및/또는 바이오 필름의 형성에 영향을 미치고/거나 유도하는 인클로저 내의 "상이한 환경"을 생성할 수 있다. 본 발명의 일부 양태에서, 이러한 감소 및/또는 방지는 바이오 파울링 유기체의 유충의 정착을 억제(예를 들어, 감소, 최소화 또는 방지)하는 하나 이상의 국소 정착 단서에 기인할 수 있으며, 이는 기판 상의 정착의 억제를 포함할 수 있는 한편, 본 발명의 다른 양태에서는 상기 감소 및/또는 방지는 바이오 파울링 유기체의 유충의 정착을 촉진하는 하나 이상의 긍정적인 정착 단서의 부재로 인한 것일 수 있으며, 이는 유사하게 기판 상의 정착을 감소시킬 수 있다(및/또는 그것의 정착 단서의 존재 및/또는 부재의 다양한 조합은 다양한 실시형태에 포함될 수 있다). 본 발명의 다른 양태에서, 인클로저는 인클로저에 의해 형성된 차별화된 수중 환경 내에서 바이오 파울링 유기체의 유충의 정착을 방해하는 하나 이상의 국소 정착 단서를 생성하는 미생물의 성장을 촉진할 수 있다. 본 발명의 추가 양태에서, 인클로저는 인클로저 물질 자체 상에 및/또는 내에 바이오 파울링 유기체의 유충의 정착을 방해하는 하나 이상의 국소 정착 단서를 생성하는 미생물의 성장을 촉진할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 양태에서, 바이오 파울링 유기체의 유충은 인클로저에 의해 보호되는 침지된 기판 또는 기판 부분(들)에 정착하거나 부착할 가능성이 적거나 없을 수 있다.
다양한 실시형태에서, 바이오 필름은 보호된 기판 상에 있을 수 있고/있거나, 인클로저 외부 및/또는 인클로저 내부에 형성될 수 있다. 각 위치의 바이오 필름은 박테리아, 시아노박테리아, 규조류, 다른 박테리아 문, 다양성, 두께 및 무결성 및 기타 측정에 따라 다를 수 있다.
도 14는 전형적으로 해수, 염수 및/또는 담수와 같은 수성 매질에 침지된 기판 상에 파울링 집단의 확립으로 이어지는 하나의 예시적인 "표준" 진행 또는 콜로니화 시퀀스를 도시한다. 이 시퀀스에서, 기판의 수성 매질에의 침지는 즉시 거대 분자 흡착의 물리적 과정을 개시하며, 해양 환경의 임의의 표면에 빠르게 착륙, 부착 및 콜로니를 형성하는 원핵 세포와 박테리아가 뒤따른다. 일부 경우에, 미생물 바이오 필름의 후속 형성은 조류 포자, 원생 동물, 따개비 사이프리드(cyprid) 및 해양 진균의 부착을 촉진하며, 다른 해양 무척추 동물 유충 및 거대 조류의 정착이 뒤따르는 한편, 다른 경우에는 매크로 파울러가 바이오 필름없이 정착할 수 있지만, 여전히 일부 다른 매크로 파울러는 깨끗한 표면을 선호할 수 있다.
해양 파울링은 전형적으로 생태계 개발의 네 단계를 따르는 것으로서 설명된다. 바이오 필름 형성의 화학은 콜로니화 이전의 초기 단계를 설명한다. 첫 1분 내에 반데르발스의 상호 작용은 침지된 표면이 유기 중합체의 컨디셔닝 필름으로 덮이도록 한다. 다음 24시간에, 이 층은 박테리아 부착 과정이 일어나도록 하며, 규조류와 박테리아(예를 들어, 비브리오 알지놀리티쿠스(Vibrio alginolyticus), 슈도모나스 퓨트리파시엔스(Pseudomonas putrefaciens))는 모두 부착되고, 바이오 필름 형성을 시작한다. 첫 주의 말에는, 풍부한 영양소와 바이오 필름에의 부착 용이성이 거대 조류(예를 들어, 엔테로모르파 인테스티나이스(Enteromorpha intestinaiis), 울로트릭스(Ulothrix)) 및 원생 동물(예를 들어, 보르티첼라(Vorticella), 주담니움(Zoothamnium) sp.)의 포자의 2차 콜로나이저(colonizer)가 스스로 부착되도록 허용한다. 2 내지 3주 안에, 3차 콜로나이저 - 매크로 파울러 - 가 부착되었다. 이들은 피낭동물(tunicates), 연체 동물(mollusks) 및 고착 유자포(sessile Cnidarians)를 포함한다.
그러나, 본원에서 설명되는 것과 같은 인클로저가 사용되는 경우, 기판 상의 생물학적 콜로니화 시퀀스는 변할 수 있다. 예를 들어, 보호된 기판의 정착, 모집 및 궁극적인 매크로 파일링을 감소 및/또는 최소화하기 위해 기판 상의 생물학적 콜로니화 시퀀스가 중단(방해, 변경 등)될 수 있다. 일단 기판 주위에 배치되면, 인클로저의 투과성 보호 패브릭 벽은 바람직하게는 인클로저로의 다양한 마이크로 및/또는 매크로 유기체의 통과를 여과 및/또는 방해할 수 있을 뿐만 아니라 인클로저 내의 물 화학의 다양한 측면을 잠재적으로 변경할 수 있다.
도 15는 해수에서 개방 샘플에 대한 기판(가장 왼쪽 6개 막대) 및 다양한 인클로저 실시형태 내 기판(가장 오른쪽 6개 막대)에 형성된 바이오 필름에서 박테리아 문의 다양한 분포를 그래프로 도시하며, 표 7(아래)은 도 15에 도시되어 있는 기본 데이터를 포함하고 있다. 기판 또는 인클로저에 의해 보호되는 기타 물품에 형성된 박테리아 바이오 필름은 보호 물품에 근접한 개방 해양 또는 기타 수성 환경의 기판 또는 기타 물체에 형성되는 임의의 자연 바이오 필름과 의미있게 달랐다. 다양한 실시형태에서, 인클로저의 적절한 설계 및 작동은 바람직하게는 미생물의 특정 조합의 성장 및 복제를 유도 및/또는 촉진할 것이며, 이들 중 다수는 일반적으로 자연 환경에서 상이한(즉, 종종 비교적 낮은) 수준에서 발견되며, 미생물의 조합은 다른 유기체에 대한 특정 "모집 및 정착" 거동을 촉진하여 기판의 표면이 부적합하거나 "덜 바람직함"을 확인(및 다양한 수단을 통해 이 사실을 신호)하는 능력을 가질 수 있다.
DNA 분석은 다양한 보호된 인클로저 실시형태 내부의 PVC 및 청동 기판에 형성되는 표면 바이오 필름이 인클로저 외부의 유사한 기판에 형성된 것과 크게 다르며, 이는 인클로저 내에 존재하는 바이오 필름 형성 군집, 및 인클로저의 내부 벽 표면 내에/위에 형성되는 바이오 필름에도 해당됨을 확인했다. 예를 들어, 개방 물에서 PVC 및 청동 제품 쿠폰에 나타난 바이오 필름은 본 발명의 인클로저에 의해 보호되는 PVC 및 청동 제품 쿠폰에 나타나는 바이오 필름에 비해 더 두껍고 더 다양했다. 또한 개방 물의 물품에서 매크로 파울링이 관찰된 반면, 인클로저로 보호된 기판에는 매크로 파울링이 거의 또는 전혀 나타나지 않았다. 일부 실시형태에서, 포위된 기판 상의 바이오 필름은 상이한 양의 규조류, 박테리아, 시아노박테리아 및 상이한 분포의 박테리아 문을 갖는 개방 바이오 필름보다 덜 다양했다. 또한 각 인클로저 내에서(및/또는 각 기판 상에서) 우세한 박테리아 문과 박테리아 분포는 각 인클로저 디자인에 대해 현저하게 달랐다. 예를 들어, 도 15에서 가장 잘 볼 수 있고 표 7의 데이터로 뒷받침되는 바와 같이, 스펀 폴리 인클로저(가장 오른쪽 막대 3개) 내의 PVC 기판은 프로테오박테리아(Proteobacteria)(막대 상단의 큰 그룹)와 박테리오데테스(Bacteriodetes)(막대 아래쪽으로 두번째로 큰 그룹)가 지배적이었다. 대조적으로, 스펀 폴리 인클로저(막대 6 내지 9) 내의 청동 기판은 프로테오박테리아가 우세했으며 휠씬 더 작은 나머지 부분은 박테리오데테스가 우세했다. 바이오 필름에서 지배적인 박테리아 문에 대한 이 분포도는 개방 청동 막대(첫 번째 내지 세 번째 컬럼), 개방 PVC 막대(네 번째 내지 여섯 번째 컬럼), 포위된 청동 막대(7 내지 9 번째 컬럼) 및 포위된 PVC 막대(10 내지 12 번째 열)에 대한 것이다. 추가로, 포위된 기판에 대한 바이오 필름 "무결성"은 포위된 기판의 일부 상의 바이오 필름이 개방 기판에 비해 기판 표면으로부터 제거 및/또는 청소하기가 더 쉽다는 점에서 개방 샘플과 달랐다.
여러 실험에서 다양한 기판을 수성 환경(즉, 자연 해수)에 침지하고, 일부 기판이 3주의 침지 기간 동안 본원에 설명된 것과 같은 인클로저 디자인에 의해 보호되었으며, 이 시점에서 기판은 해수로부터 제거되었으며 인클로저 및 결과적인 기판 표면 바이오 필름(이는 그 시간 동안 이들 기판 상에 형성됨)이 DNA 분석되었다. 보호되지 않은(즉, 개방된) 청동 기판과 비교하여 인클로저에 의해 보호된 청동 기판 사이의 시각적 비교는 보호된 기판 상에서 파울링 유기체의 현저한 감소를 묘사했다. 또한, 개방 막대(즉, 보호되지 않은 PVC 및 청동)에 형성된 바이오 필름은 보호된 기판의 바이오 필름보다 훨씬 두껍다는 것이 입증되었다. 또한, 개방된 샘플과 차별화된 샘플의 바이오 필름 사이의 한 가지 중요한 차이점은 보호된 기판의 바이오 필름에서 프로테오박테리아 및 박테로이데테스가 우세하고 보호된 바이오 필름에서 베루코미크로비아 및 액티노박테리아가 사실상 존재하지 않는다는 것이다. 새로운 인클로저에 의해 생성된 인공적 "차별화된" 환경 내의 기판에 형성된 신규 및/또는 "인공" 또는 "합성" 바이오 필름에서 다양한 박테리아의 우세 및/또는 부재는 개방된 수성 환경에서 자연적으로 형성된 바이오 필름 층에 의해 제시된 정상적인 정착 단서와 다른 (및 아마도 바람직하지 않은) 정착 단서를 생성하는 독특하고 상당히 다른 인공적 바이오 필름이며, 따라서 인클로저가 없는 경우에도(즉, 인클로저가 영구적으로 및/또는 일시적으로 제거된 후에) 마이크로 및/또는 매크로 파울링 약제에 의한 기판의 정착 및/또는 콜로니화에 대한 기회를 감소시킨다고 믿어진다.
다른 실험 시험에서는, 일련의 투명한 유리 기판을 수성 환경에 침지하고 30일, 8개월 및 12개월 동안 본원에 설명된 것과 같은 새로운 인클로저 디자인에 의해 보호되고 보호되지 않은 기판에 형성되는 바이오 필름/파울링의 두께와 유형을 결정하기 위해 분석했다. 이 시험 결과는 30일 시험 전체 동안 새로운 인클로저 내부의 슬라이드에 매크로 파울링 정착이 발생하지 않았음을 결론지었다. 대조적으로, 개방 물에 놓인 슬라이드는 30일 동안 계속해서 매크로 파울링을 축적했다. 개방 슬라이드 상의 매크로 파울링은 하이드로이드, 피복형 및 수지상 이끼벌레, 따개비, 서관충류 및 해면으로 구성되었으며, 14일부터 개방 슬라이드 상에 훨씬 더 높은 정착이 있었다.
다양한 기판의 바이오 필름과 관련하여, 보호 인클로저 내부의 슬라이드에 있는 고유한 바이오 필름이 너무 얇아서 쉽게 보이지 않았고, 바이오 필름의 존재는 부착된 작은 침전물 덩어리에 의해 표시되었다. 이들 보호된 슬라이드에서 1일부터 30일까지 바이오 필름의 외관에는 거의 변화가 없었다. 반대로, 염수에 30일의 침지 후 개방 슬라이드 바이오 필름은 실험 과정에서 상당한 변화를 겪었다. 1 일째에, 바이오 필름은 매우 가볍고 차별화된 바이오 필름과 유사했다. 그러나, 3 일째에는 개방된 바이오 필름이 페리트리치(바이오 필름을 먹는 포식성 섬모)에 의해 지배되었다. 7 일째에, 개방 바이오 필름의 가시적인 부분은 고정된 바이오 필름 유기체를 먹는 미세한 운동성 유기체(섬모, 쌍편모충(dinoflagellates) 등)뿐만 아니라 규조류, 시아노박테리아 및 미세 조류의 집합체로 구성되었다. 이들 보호되지 않은 바이오 필름은 14일에 더욱 두껍고 더 발달했으며 사상 조류를 축적했다. 또한 용존 산소 수준은 1일, 7일 및 14일에 새로운 인클로저에서보다 개방 물에서 훨씬 더 높았다. 더욱이, 액체의 pH는 14일 후에 새로운 인클로저 내에서보다 개방 물에서 훨씬 더 높았다.
염수에서의 1년의 침지 후, 패브릭 바이오 파울링 인클로저로 보호된 유리 기판이 유기체의 정착에 대해 조사되었다. 12개월의 침지 후 보호된 유리 기판에 유기체의 주요 또는 사소한 바이오 파울링이나 정착이 없었지만, 패브릭 인클로저에 의해 보호된 유리 기판에 바이오 필름이 형성되었다. 이 12개월의 바이오 필름은 일부 기판 상의 얼룩덜룩하고 고르지 않으며 비연속적인 얇은 층에서부터 다른 기판 상의 표면을 완전히 가로질러 연장되는 연속적인 박막 층까지 다양했다. 이러한 12개월 바이오 필름 구조는 30일 후 유리 기판의 바이오 필름에 비해 더 발달되고 복잡했지만, 30일 후 보호되지 않은 유리 기판의 바이오 필름은 12 개월 후 보호된 유리 기판의 바이오 필름보다 기하 급수적으로 더 발달하고 복잡하며 더 두꺼웠다. 12개월 후 보호된 유리 기판의 바이오 필름에 시아노박테리아 또는 규조류가 존재하지 않았으며, 단 몇개의 갇힌(그러나 정착되지 않은) 중심 규조류는 예외이다. 보호된 유리 기판에 있는 12개월 바이오 필름의 구조에는 세포 외 중합체 물질(EPS)에 갇힌 실트(silt)가 포함되어 있었고, 몇몇 유리 기판에는 서관충류(스피로비드(spirorbid) 및 히드로충류(Hydroides) sp.)의 낮은 커버가 포함되어 있었다.
물리적 내지 생화학적 범위의 다양한 애벌레 및/또는 기타 정착 단서가 있다. 이러한 단서는 유충을 정착시키는 데 유리하거나 불리한 서식지가 있음을 나타낸다. 물리적 신호에는 빛과 색, 현재 방향과 속도, 산소, 방향, 질감, 소리 및 표면 에너지/습윤성 정착이 포함될 수 있다. 포식자 또는 우월한 경쟁자의 존재를 나타내는 다른 단서는 정착을 방해할 수 있다. 현존(incumbent) 파울링은 정착을 강화하거나 방해할 수 있으며, 그 효과는 현존 및 정착 종에 따라 달라질 수 있다. 본 개시내용의 목적을 위해, 국소 정착 단서는 국소 수중 환경에서 정착을 장려하거나 방해하는(장려의 부재를 포함하여) 수생 유기체의 애벌레에게 정보를 제공하는 국소 수중 환경의 현재 상태 및 역사적 마커를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 인클로저는 기판 및/또는 차별화된 수중 환경과 함께, 수생 유기체가 기판 상에 및/또는 인클로저 상에/내에 정착하는 것을 장려 및/또는 적극적 억제하지 않는 국소 정착 단서를 생성 및/또는 촉진하는 국소 수중 환경을 정의한다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 적어도 하나의 외인성 국소 정착 단서의 형성을 유도, 촉진, 가능화 및/또는 장려하는 새로운 인클로저 또는 다른 장치(들)가 제공된다.
일단 국소 정착 단서를 갖거나 갖지 않는 바이오 필름 또는 다른 층이 존재하거나 확립되면, 이러한 단서는 인클로저가 더 이상 기판과 맞물리지 않거나 기판으로부터 제거된 후 일정 기간 동안 기판(예를 들어, 인클로저에 의해 충분히 보호되는 표면)과 함께/위에 남아있을 수 있다는 것이 기대된다. 예를 들어, 일단 국소 정착 단서가 기판과 연관되거나 기판 상에 존재하면, 인클로저가 제거 및/또는 손상될 수 있으며, 국소 정착 단서의 적어도 일부가 기판 상에 지속되어 매크로 파울링 유기체의 정착을 억제하고/하거나 장려하지 않도록 계속적인 신호를 제공한다. 예를 들어, 국소 정착 단서의 이러한 예방 효과는 인클로저가 제거(및/또는 손상)된 후에도 보트 선체에 남아있을 수 있으며 정착을 계속 방해할 수 있다. 이러한 정착의 방해는 최대 약 2년, 적어도 1.5년, 적어도 1년, 적어도 9개월, 적어도 6개월, 적어도 3개월, 적어도 1개월, 적어도 1주, 적어도 3일, 적어도 1일 및/또는 적어도 12시간의 기간 동안 연장될 수 있다. 더욱이, 그 위에 생성된 바이오 필름 또는 다른 층(들)은 제거에 저항할 수 있으며, 따라서 프로펠러 베인(vane) 및/또는 샤프트와 같은 추진을 생성하는 데 사용되는 항목을 포함하여 이동 가능한 및/또는 이동성의 침수 및/또는 부분적 침수된 표면 및/또는 항목에 대한 지속적인 보호를 제공할 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 인클로저 및 본 발명의 방법은 바이오 파울링에 대한 기판의 "접종(inoculation)"을 허용할 수 있으며, 이 접종은 국소 정착 단서(LSC)의 지속적인 효과로 인해 한동안 계속될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 측정된 모든 파라미터를 포함하여 물 화학의 변화가 적어도 부분적으로는 인클로저 구조물의 외부 표면, 내부 표면 또는 패브릭 내의 바이오 파울링 유기체의 축적에 기인할 수 있다고 제안된다. 일 실시형태에서, 인클로저 구조물의 외부 표면에서 발달된 외부 바이오 필름이 축적되고 13일에 두드러졌으며, 30일까지 조직화된 구조물을 성숙 및 발달시켰다. 이 시점(13일 및 30일)에서 용존 산소와 pH는 인클로저 구조물 내부에서 크게 떨어졌다. 일부 예시적인 실시형태에서, 인클로저 구조물 내의 미생물 호흡이 산소 감소 및 이산화탄소의 상대적 증가로 이어질 것으로 예상되기 때문에, 용존 산소 및 pH는 함께 결합될 수 있다고 믿어진다. 물 중 탄산의 증가는 더욱 산성 상태를 초래하여 물의 pH를 낮춘다.
일부 실시형태에서, 바이오 필름 성분은 적절한 정착 부위에 대한 단서로서 사용될 수 있다. 또한, 무척추 동물 유충의 박테리아 단서에 대한 수용체는 각 유기체마다 고유할 수 있다. 많은 유기체의 경우 표면 바이오 필름에 대한 반응으로 유충 정착이 발생한다. 기판 표면의 바이오 필름과 인클로저 표면의 바이오 필름의 차이로 인해 유기체가 다른 바이오 필름이 아닌 하나의 바이오 필름에 정착할 수 있다. 바람직하게는, 기판 표면의 바이오 필름이 아닌 인클로저 표면의 바이오 필름에서 정착이 발생할 것이다.
적어도 하나의 추가 실시형태에서, 인클로저 구조물의 표면 상의 바이오 필름(들)은 "바이오 필터"로서 작용하고/하거나 영양소(즉, 산소, 질소, 탄소, 인산염 등)을 이용하거나 소비할 수 있으므로, 일부 또는 모든 영양소가 인클로저 구조물 내부의 물로 통과하거나 이동하는 것을 허용하지 않으며, 이는 구조물 내의 포위된 물과 비교할 때 개방 물에서 더 많은 호흡 또는 영양 흡수가 발생함을 보여주는 물 화학 데이터에서 확인될 수 있다. 이들 두 군집, 패브릭 내에서 자라는 박테리아 바이오 필름 및 구조물의 외부 표면에서 자라는 무척추 동물 매크로 파울링은 파울링 방지 보호 - 구조물에 의해 둘러싸인 구획 내에서 발생하는 바이오 파울링을 방지할 수 있는 적어도 하나의 메커니즘 - 를 제공하는 고정 필름 장벽을 설정하고 유지하는 역할을 할 수 있다.
다른 실시형태에서, 하나 이상의 바이오 필름은 기판을 보호하고 인클로저의 수명을 연장하기 위해 인클로저 구조물의 표면에서 성장될 수 있다. 이러한 보호 바이오 필름은 인클로저의 외부 표면, 인클로저의 내부 표면에 위치할 수 있거나, 인클로저의 벽(들)을 관통하거나 그 내에 있을 수 있다. 일부 실시형태에서, 3차원, 멀티 필라멘트 패브릭 인클로저 구조물은 평평한 표면보다 훨씬 더 효과적인 접촉 표면적을 제공할 수 있으므로, 그 위에 존재하는 바이오 필름은 훨씬 더 활성일 수 있고/있거나 더 높은 보호를 제공하도록 최적화될 수 있다.
선택적인 살생제 코팅 및/또는 통합
일부 예시적인 실시형태에서, 개시된 인클로저는 인클로저 물질 및/또는 기판에 대한 적절한 바이오 파울링 보호를 제공하기 위해 인클로저에 대한 보충 살생제 및/또는 파울링 방지 약제(들)의 사용을 포함하지 않을 수 있고/있거나 필요로 하지 않을 수 있으며, 이는 파울링 압력이 보호되지 않은 패브릭에 매크로 파울링이 없을 수 있는 특정 침지 기간 동안 및/또는 코팅되지 않은 인클로저가 원하는 기간 동안 포함된 기판을 보호하기에 충분할 수 있는 경우 코팅되지 않은 패브릭 인클로저의 사용을 포함할 수 있다. 유사하게, 개시된 인클로저는 목재 구멍을 뚫는 파울링 유기체(즉, 테레도(Teredo) 벌레 또는 "배좀벌레조개(shipworm)" 및 관련 박테리아)와 같은 파괴적 및/또는 침입성 유기체로부터 기판에 대한 보호를 제공할 수 있으며, 타이트한 랩 인클로저, 백 인클로저 실시형태 및/또는 "스커트" 인클로저 실시형태를 포함하는 다양한 인클로저 디자인이 다양한 정도로 이러한 보호를 제공한다.
그러나, 다양한 대안적인 선택적 실시형태에서, 인클로저 벽 구조의 표면의 적어도 일부는 살생물성 페인트, 코팅 및/또는 첨가제에 의해 함침, 주입 및/또는 코팅될 수 있다. 일부 추가 실시형태에서, 살생제 및/또는 파울링 방지제(들)는 원치 않는 파울링으로부터 인클로저 자체를 바람직하게 보호하기 위해 인클로저 벽 및/또는 이의 다른 부분에 통합될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 패브릭 또는 물질은 살생제에 대한 담체로서 작용할 수 있다.
일반적으로, 화학적 또는 생물학적 수단에 의해 임의의 원치 않거나 원하지 않는 유기체에 대해 파괴, 억제, 무해화 및/또는 제어 효과 발휘를 할 수 있는 능력을 갖는 살생제 또는 일부 다른 화학물질, 화합물 및/또는 미생물이, 물질 또는 물질 구성요소의 제조 동안과 같이 물질의 일부(들) 내에 및/또는 상에 선택적으로 혼입될 수 있거나, 또는 살생제 등이 제조 후에 물질에 도입될 수 있다. 바람직하게는, 물질 내/위의 하나 이상의 살생제는 외부 표면 상에서 및/또는 인클로저 내의 개구 내에서 수생 유기체의 콜로니화를 억제 및/또는 방지할 뿐만 아니라, 인클로저의 개구를 통해 시도하거나 성공적으로 침투할 수 있을만큼 작은 바이오 파울링 유기체를 격퇴, 무력화, 손상 및/또는 약화시켜, 구조물과 기판 사이의 인공 또는 합성 국소 수중 환경 내에서 번성할 수 없다. 다양한 실시형태에서, 인클로저는 바람직하게는 약 3 내지 7일, 7일 내지 15일, 3일 내지 15일, 적어도 1개월, 적어도 3개월, 적어도 6개월, 적어도 12개월상, 적어도 2년, 적어도 3년, 적어도 4년 및/또는 적어도 5년 또는 그 이상의 유효 수명 동안 바이오 파울링의 보호 및/또는 억제를 허용하기에 충분한 강도 및/또는 완전성을 유지하는(및/또는 원하는 인공 국소 수중 환경 또는 합성 국소 수성 환경의 생성을 가능하게 함) 물질을 포함한다.
인클로저의 적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 인클로저는 살생제 코팅으로 코팅, 페인팅 및/또는 함침된 물질을 포함할 수 있으며, 이는 바람직하게는 물질에 부착되고/되거나 원하는 깊이까지 침투한다(이는 패브릭의 일 면에만 있는 물질의 표면 코팅, 패브릭을 통과하는 길이의 1% 내지 99% 침투할 수 있는 코팅, 및 패브릭을 완전히 관통하여 반대편의 일부 또는 전부를 코팅할 수 있는 코팅을 포함할 수 있다). 바람직하게는, 살생제는 물질에 대한 바이오 파울링의 유형, 속도 및/또는 정도를 감소 및/또는 방지할 것이고/이거나 물질의 개구를 통해 차별화된 수성 환경으로 통과하려는 미생물에 약간의 해로운 영향을 미칠 수 있다(그리고 또한 인클로저 내에 이미 존재하는 미생물에 영향을 미친다). 다양한 실시형태에서, 인클로저로의 3차원 "진입 경로"를 따른 살생제 코팅 또는 페인트의 존재(즉, 미생물이 물질의 개구 및/또는 기공을 통과할 때)는 바람직하게는 더 큰 표면적을 제공하고 오늘날 해양 사용에서 단단한 침수된 표면 상에 사용되는 표준 2차원 페인트 살생제 커버리지 (즉, 단단한 평면 코팅)보다 더 효과적임을 입증할 것이다. 다양한 양태에서, 특히 패브릭 매트릭스 물질이 고도로 피브릴화 및/또는 섬모화된 경우, 이러한 물질의 코팅은 바람직하게는 살생제 코팅이 부착될 패브릭의 더 높은 "기능적 표면 영역"을 제공할 수 있으며, 이는 바람직하게는 유기체가 패브릭을 통과할 때 이러한 작은 섬유(및 그 위에 또는 그 내에 상주하는 살생제 페인트, 코팅 또는 첨가제) 근처 및/또는 이와 접촉하여 위치될 가능성이 더욱 많으므로 바이오 파울링 방지 효능에 대한 가능성을 증가시킨다.
다양한 대안적 실시형태에서, 인클로저는 살생제 코팅으로 코팅, 페인팅 및/또는 함침되는 물질(이는 패브릭의 일 면에만 있는 물질의 표면 코팅, 뿐만 아니라 패브릭의 기공으로 일정량 연장될 수 있는 패브릭의 전면 및/또는 뒷면으로부터의 표면 코팅을 포함할 수 있음)을 포함할 수 있으며, 이는 패브릭의 기공으로 최대 5%, 패브릭의 기공으로 최대 10%, 패브릭의 기공으로 최대 15%, 패브릭의 기공으로 최대 20%, 패브릭의 기공으로 최대 25%, 패브릭의 기공으로 최대 30%, 패브릭의 기공으로 최대 35%, 패브릭의 기공으로 최대 40%, 패브릭의 기공으로 최대 45%, 패브릭의 기공으로 최대 50%, 패브릭의 기공으로 최대 55%, 패브릭의 기공으로 최대 60%, 패브릭의 기공으로 최대 65%, 패브릭의 기공으로 최대 70%, 패브릭의 기공으로 최대 75%, 패브릭의 기공으로 최대 80%, 패브릭의 기공으로 최대 85%, 패브릭의 기공으로 최대 90%, 패브릭의 기공으로 최대 95%, 패브릭의 기공으로 최대 99%, 패브릭의 기공을 통한 경로의 최대 100% 투과하고/하거나 기공으로부터 패브릭의 반대쪽 표면으로 연장되는 패브릭의 일 표면 상의 코팅을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 일부 실시형태에서 살생제 코팅 또는 다른 코팅/첨가제의 추가적 혼입은 또한 바람직하게는, 바이오 파울링 유기체 및/또는 기타 유해 물질이 침지 후 일정 기간 동안 그 안에 유연성 패브릭 및/또는 천공이 콜로니화되는 것을 억제 및/또는 방지해야 한다는 점에서, 인클로저 및/또는 그 구성요소의 내구성 및 기능적 수명을 개선하며, 이에 의해 바람직하게는 인클로저 벽의 유연하고 천공된 특성 및 이에 수반되는 이점을 보존한다. 살생제가 주로 패브릭 매트릭스에 가깝게 유지되는 경우(즉, 살생제 용출 수준이 매우 낮거나 전혀 없음), 살생제는 바람직하게는 인클로저 벽의 바이오 파울링을 상당히 억제하는 한편, 인클로저 및 그 안에 생성된 "차별화된 수성 환경"의 존재는 보호된 기판의 바이오 파울링을 감소 및/또는 억제할 것이다. 다양한 예시적 실시형태에서, 살생제는 차별화된 수성 환경 내의 물 및/또는 인클로저에 인접한 개방 물에서 검출 가능한 수준이 극도로 낮고/낮거나 없고(즉, 30 ng/L 미만) 인클로저 및/또는 기판을 바이오 파울링으로부터 보호하는 데 여전히 매우 효과적으로 유지되는 것이 가능하다. 도 28a에서 볼 수 있듯이, 인클로저로부터의 살생제 방출 속도는 인공 해수에서 7일 사이에 0.2 내지 2 ppm 및/또는 더 낮은 것으로 검출되었으며, 낮은 국소 농도(즉, 살생제 방출 속도)는 인공 해수에서 7일 사이에 0.2 내지 2 ppm 및/또는 더 낮은 것으로 검출되었고 인클로저를 바이오 파울링으로부터 보호하는 데 효과적이었다.
다양한 살생제 및/또는 기타 분배 및/또는 용리 물질을 포함하는 다양한 보충 코팅이 다양한 파울링 방지 이점을 제공하기 위해 주어진 인클로저 디자인에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 28b 및 28c는 다양한 양 및/또는 타이밍으로 에코니아 및/또는 피리티온을 방출하는 코팅을 포함하는 다양한 코팅 및/또는 인클로저 디자인에 대한 다양한 살생제 방출 속도를 도시하며, 이는 침지 후 불과 며칠 및/또는 몇주 후에 상당히 감소하는 초기 높은 방출 속도를 갖는 실시형태, 및 침지 시간이 지남에 따라 증가하는 초기 낮은 방출 속도를 갖는 다른 실시형태를 포함한다.
적어도 하나의 예시적인 실시형태에서, 인클로저 물질은 등록된 살생제를 함유하는 수계 및/또는 용매계 코팅을 포함하는 상업적으로 입수 가능한 살생제 코팅의 표면 및/또는 표면 아래 코팅을 갖는 스펀\된 폴리에스터 패브릭을 포함할 수 있으며, 코팅은 브러싱, 롤링, 페인팅, 딥핑, 스프레이, 제조 프린팅, 캡슐화 및/또는 스크린 코팅(진공 보조를 갖고/갖거나 갖지 않음)을 포함하여 당업계에 공지된 사실상 임의의 수단에 의해 패브릭에 적용된다. 물질의 코팅은 물질의 일면 또는 양면에서 수행될 수 있으며, 물질의 내향 면에 단면 코팅이 수행될 수 있지만, 물질의 외향 면의 단면 코팅(즉, 기판으로부터 멀리 그리고 개방 수성 환경을 향해)이 살생제 함량, 비용을 최소화하고 유리한 유연성을 유지하면서 상당한 수준의 효과를 입증했다. 수계("WB") 살생제 코팅이 본원의 다양한 실시형태에서 주로 논의되었지만, 용매계("SB") 살생제 코팅이 필요하다면 대안적으로 다양한 용도에서(및/또는 수계 페인트와 조합하여) 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 코팅을 위한 다양한 인쇄 공정의 사용은 외벽 내에 및/또는 외벽 상에 가시적 패턴 및/또는 로고의 통합을 허용하는 추가 이점을 가질 수 있으며, 이는 인클로저 출처(즉, 인클로저 제조업체)를 확인하기 위한 마케팅 및/또는 광고 자료, 및 1명 이상의 사용자 확인(예를 들어, 특정 정박지 및/또는 보트 소유주/보트 이름) 및/또는 예상 사용 지역 및/또는 조건의 확인 (예를 들어, "염수 침지만" 또는 "잭슨빌 항구에서만 사용" 또는 "여름에만 사용")을 포함할 수 있다. 원하는 경우, 인클로저 외부에 "교체 기한" 날짜를 인쇄하는 것을 포함하여 인클로저의 나이 및/또는 상태를 확인하기 위해 다양한 표시기가 포함될 수 있다. 원하는 경우, 가시적 패턴은 살생제 코팅 자체를 사용하여 인쇄될 수 있으며, 이는 보충 잉크 및/또는 염료를 코팅 혼합물에 포함시킬 수 있거나, 추가 로고 등을 별도의 첨가제를 사용하여 인쇄할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 살생제 코팅 또는 페인트는 바람직하게는 평방 미터당 220 그램 내지 평방 미터당 235 그램 범위의 양으로 물질에 적용될 수 있지만, 평방 미터당 100 그램 이하를 포함하여 평방 미터당 220 그램 미만, 및 평방 미터당 300 그램 이상을 포함하여 평방 미터당 235 그램 초과의 적용은 상당한 잠재력을 보여준다. 다양한 대안적 실시형태에서, 코팅 혼합물은 혼합물의 2%, 5% 및/또는 7%와 같은 10% 이하의 살생제의 중량을 포함하고, 코팅 혼합물의 중량 기준으로 10%, 20%, 30%, 40% 50% 및/또는 그 이상의 살생제를 포함하는 더 많은 양의 살생제, 및 실질적으로 이들의 임의의 조합을 포함하는 범위(즉, 2% 내지 10% 및/또는 5% 내지 50% 등)를 포함하는 혼합물의 다양한 중량%로 하나 이상의 살생제를 포함할 수 있다. 인클로저 디자인이 특히 클 수 있는 경우, 코팅 혼합물에서 살생제의 비율을 상당히 증가시키는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 바람직하게는 인클로저 및/또는 기판의 보호에 필요한 총 코팅 량을 감소시킬 것이다.
도 29는 패브릭(2900)의 전면(2930)으로부터 후면(2940)으로 연장되는 다양한 기공 개구(2910) 및 단순화된 통로(2920)를 갖는 예시적인 투과성 패브릭(2900)의 단면도를 도시한다. 살생제 또는 다른 쇠약화 물질을 함유하는 코팅 물질(2950)이 또한 도시되며, 여기서 이 코팅 물질의 일부 부분은 전면(2930)으로부터 적어도 약간의 거리 "D"에서 패브릭(2900)의 기공 개구(2910) 및/또는 통로(2920)로 연장된다. 다양한 실시형태에서, 코팅 물질은 바람직하게는 물질의 패브릭 및/또는 패브릭 벽 개구/기공 내로 약간의 평균 거리 "D"(즉, 3%, 5%. 10%, 15%, 20%, 25%, 50%, 75% 또는 그 이상의 패브릭으로의 투과 깊이 - 도 29 참조)를 투과할 것이다. 바람직하게는, 도포되는 패브릭보다 건조된 구성에서 종종 "더 뻣뻣한" 코팅 물질은 패브릭이 어느 정도 구부러지고/지거나 성형되도록 하는 방식으로 도포되어(즉, 코팅은 바람직하게는 패브릭을 바람직하지 않은 정도로 눈에 띄게 또는 심각하게 "강화(stiffen)"하지는 않을 것임), 패브릭이 원하는 인클로저 형상으로 형성되고/되거나 구조물 주위를 감싸고/거나 유연한 백 및/또는 용기로 형성될 수 있게 한다(원할 경우). 백 또는 유사한 인클로저(즉, 닫을 수 있는 형상)가 제공되는 경우, 코팅은 바람직하게는 제조 후 품목 상에/내에 적용될 수 있으며, 이는 하나 이상의 코팅 층의 아래에 있는 임의의 솔기 및/또는 스티칭/접착된 영역의 코팅 및/또는 캡슐화를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 코팅 투과 깊이는 평균으로 물질을 통한 깊이의 절반 이하일 것이다.
일단 살생제 코팅 또는 페인트로 코팅되면, 물질 및/또는 인클로저는 원하는 시간 동안 경화 및/또는 공기 건조되도록 할 수 있거나(이는 일부 상업적 적용의 경우 2분 미만이 걸릴 수 있으며, 다른 실시형태에서 최대 1시간 또는 그 이상 걸릴 수 있음), 가스, 오일 또는 전기 가열 요소를 사용하여 강제 건조될 수 있다. 그 다음, 물질 및/또는 인클로저는 본원에 설명된 대로 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 물질의 실에 부착, 코팅, 캡슐화, 통합 및/또는 "직조"되는 살생제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 살생제는 다양한 농도의 하나 이상의 살생제를 포함하는 스트립에 포함될 수 있고, 따라서 바람직하게는 다양한 식물 및 동물 종이 인클로저 상에 및/또는 안에 존재하는 것을 부착하거나 확립하는 것을 방지한다. 대안적으로, 인클로저는 유리 또는 마이크로 캡슐화된 형태의 살생제를 포함하는 저장소 또는 기타 구성요소를 포함할 수 있다. 마이크로 캡슐화는 바람직하게는 살생제가 시간 의존적 방식으로 환경으로 확산되거나 방출될 수 있는 메커니즘을 제공한다. 살생제 충전 마이크로 캡슐은 저장소 또는 용기를 사용하지 않고 개별 실 및/또는 직조된 물질에 매립될 수 있거나, 대안적으로 살생제는 섬유 기판 요소(즉, 실)의 표면 및/또는 그 사이의 개구 또는 "기공" 상에 코팅될 수 있다.
코팅 분야의 숙련가에게 알려진 스프레이-온 적용의 사용과 같은 살생제 또는 파울링 방지제를 삽입 및/또는 적용하는 다른 방법이 고려된다. 안에 매립 및/또는 물질에 코팅된 살생제를 함유하는 천공 및/또는 유연한 시트로 만들어질 수 있다. 고정 메커니즘을 제공하기 위해, 인클로저는 VELCRO®, 스냅, 버튼, 걸쇠, 클립, 버튼, 접착 스트립 또는 지퍼와 같은 루프 및 후크 유형 패스너와 같지만 이에 제한되지 않는 체결 요소를 포함할 수 있다. 원하는 경우, 인클로저는 바람직하게는 복수의 벽 구조를 포함할 수 있으며, 각 벽 구조는 스티칭, 직조 등에 의해 하나 이상의 인접한 벽 구조(있는 경우)에 부착되며, 이는 하나 이상의 코팅 층 아래에 임의의 솔기 및/또는 스티칭/접착된 영역의 코팅 및/또는 캡슐화를 포함하여 모듈형 인클로저를 형성할 수 있다. 원하는 경우, 체결 요소를 파울링으로부터 보호하기 위해 인클로저 체결 요소를 넘어 및/또는 위로 확장하도록 인클로저 물질을 추가할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 바람직하게는 인클로저의 바이오 파울링을 억제 및/또는 방지하기 위해 실 및/또는 섬유(즉, 섬유 매트릭스의 다양한 요소)에 부착 및/또는 그 내에 매립된 바이오 파울링 방지 특성을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 바이오 파울링 방지제는 Econea™(트랄로피릴 -벨기에의 Janssen Pharmaceutical NV에서 상업적으로 입수 가능) 및/또는 아연 오마딘(즉, 피리티온)을 포함하는 살생제 코팅이지만, 현재 입수 가능하고/하거나 미래에 개발되는 다른 바이오 파울링 방지제, 예컨대 당업자에게 공지된 아연, 구리 또는 이의 유도체가 사용될 수 있다. 더욱이, 미생물 및 그 합성 유사체로부터의 파울링 방지 화합물이 이용될 수 있으며, 이러한 다양한 공급원은 전형적으로 지방산, 락톤, 테르펜, 스테로이드, 벤제노이드, 페닐 에테르, 폴리케타이드, 알칼로이드, 뉴클레오시드 및 펩티드를 포함하여 10 가지 유형으로 분류된다. 이들 화합물은 해조류, 조류, 곰팡이, 박테리아, 및 유충, 해면, 벌레, 달팽이, 홍합 등을 포함한 해양 무척추 동물로부터 격리된다. 이전에 기술된 화합물 및/또는 이의 등가물(및/또는 임의의 미래에 개발될 화합물 및/또는 이의 등가물) 중 하나 이상(또는 이의 다양한 조합)이 이용되어 마이크로 파울링, 예컨대 바이오 필름 형성 및 박테리아 부착, 및 매크로 파울링, 예컨대 하나 이상의 표적 종에 대한 따개비 또는 홍합을 포함한 대형 유기체의 부착 둘 다를 방지하는 바이오 파울링 방지 구조를 생성할 수 있거나, 또는 원하는 경우 다중 바이오 파울링 유기체에 대한 보다 "광범위한" 파울링 방지제로서 이용될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 바람직한 스펀 폴리에스터 섬유 기반 직조 패브릭은 인클로저 벽 물질로서 사용될 수 있으며, 패브릭은 대략 410 그램/미터2의 평량(임의의 코팅 또는 개질이 포함되기 전 베이스 패브릭의 중량)을 갖는다(표 8 참조).
표 9는 다양한 수준의 유용성을 갖는 인클로저 벽 물질로서 이용될 수 있는 일부 대안적인 패브릭 사양을 도시한다.
다양한 구조 또는 인클로저 실시형태의 경우, 페인트/코팅에 대한 목표 추가 중량은 현재 대략 약 5 g/m2 내지 500 g/m2, 약 50 g/m2 내지 480 g/m2, 약 100 g/m2 내지 300 g/m2, 약 120 g/m2 내지 280 g/m2, 대략 224 g/m2 (또는 최대 그의 ±10%)로 설정될 수 있다. 도 27a 및 27b는 다양한 인클로저 디자인과 함께 사용하기 위한 패브릭에 대한 다양한 코팅 중량을 포함하는 다양한 추가 예시적 실시형태를 도시한다.
살생제 또는 다른 코팅의 첨가가 바람직할 수 있는 다양한 실시형태에서, 일부 실시형태에서 코팅은 인클로저가 완전히 조립 및/또는 구성된 후 인클로저에 적용될 수 있는 한편, 다른 실시형태에서는 조립 및/또는 구성 전에 인클로저의 일부 또는 모든 구성 요소에 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또 다른 실시형태에서, 인클로저의 일부 부분은 사전 코팅 및/또는 사전 처리될 수 있는 한편, 다른 부분은 조립 후 코팅될 수 있다. 더욱이, 제조 및/또는 조립 중 가공 및/또는 처리 단계가 살생제의 품질 및/또는 성능 또는 기타 코팅 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 기술을 포함할 수 있는 경우, 이러한 가공 및/또는 처리 단계를 코팅의 적용 전에 인클로저 및/또는 인클로저 구성요소에 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 열에 민감한 살생제 및/또는 코팅이 필요할 수 있는 경우, 고온을 포함하는 물질 가공 기술을 사용하여 살생제 코팅을 적용하기 전에 패브릭 및/또는 인클로저 벽을 생성 및/또는 가공할 수 있다(즉, 살균제 및/또는 코팅의 열 관련 분해 가능성을 줄이기 위해).
다양한 실시형태에서, 코팅 물질 또는 기타 첨가제(살균제 코팅 또는 기타 물질 포함)가 인클로저의 패브릭에 적용 및/또는 혼입되어, 잠재적으로 투과성 수준을 변경시킬 수 있으며, 이는 바이오 파울링으로부터 기판을 보호하는데 덜 적합할 수 있는 물질을 코팅된 상태에서 한번 바이오 파울 링으로부터 기판을 보호하는데 더 바람직한 물질로 전환시킬 수 있다. 예를 들어, 액체에 대한 상대적으로 높은 투과성을 실험적으로 입증하는 코팅되지 않은 폴리에스터 패브릭(즉, 50초 미만에 시험 패브릭을 통과하는 150 mL의 액체)은 본원에서 설명된 바와 같이 바이오 파울링으로부터 기판을 보호하기 위해 인클로저를 형성하는 데 덜 바람직할 수 있다. 그러나, 살생제 코팅을 사용하여 원하는 수준으로 적절하게 코팅할 때, 코팅된 패브릭의 투과성은 중간 정도의 투과성 수준(즉, 50 내지 80초 사이에 시험 패브릭을 통과한 100 mL의 액체) 및/또는 매우 낮은 투과성 수준(즉, 시험 패브릭을 통과한 액체가 거의 또는 전혀 없음)과 같은 훨씬 더 바람직한 수준으로 실질적으로 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 의도적인 투과성 수준은 필요에 따라 선택적으로 각각의 선택된 패브릭에 대해 "맞추어지거나(dialed into)" 조정될 수 있다.
장기간에 걸친 수성 환경에서의 침지 시험 동안, 폴리에스터 코팅된 패브릭을 포함하는 인클로저의 일 실시형태는 매크로 파울링을 나타내지 않았고/않았거나 극히 최소의 매크로 파울링 코팅을 나타내었다. 더욱이, 일 예는 폴리에스터 패브릭이 침지 기간 동안 더 투과성이 되었고, 다른 예는 침지 기간 동안 덜 투과성이 되었다.
도 16a는 코팅되지 않은 23x23 폴리에스터 직조 패브릭의 다른 예시적인 실시형태를 도시하며, 이는 실험적으로 액체(즉, 약 396초 내에 시험 패브릭을 통과한 100 mL의 액체)에 대한 상대적으로 낮은 투과성을 보여주며, 이는 국소 조건에 따라 본원에 기술된 바와 같이 바이오 파울링으로부터 기판을 보호하기 위해 인클로저를 형성하기 위한 바람직한 투과성 범위의 낮은 말단일 수 있다. 코팅될 때(도 16b 참조), 이러한 물질은 침지 전에 본질적으로 비투과성이 되었지만 침지 후에는 더 투과성이 되었다. 앞서 언급한 바와 같이, 원하는 투과성 수준은 필요에 따라 각 선택된 패브릭에 대해 "맞추어지거나" 조정될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 주어진 패브릭 및/또는 인클로저 구성요소의 투과성은 원하는 경우 습식 또는 건식 조건에서 변경되거나 상이할 수 있다.
장기간에 걸친 수성 환경에서의 침지 시험 동안, 코팅되지 않은 23x23 폴리에스터 및 코팅된 폴리에스터 패브릭은 모두 인클로저 및/또는 기판에 매크로 파울링이 없었다. 또한 이러한 각 물질은 침지 중에 상당한 투과성 증가를 겪었으며, 23x23 코팅되지 않은 폴리에스터 패브릭은 120초에 150 mL의 액체 통과를 허용한 한편, 첫 번째 23x23 코팅된 폴리에스터 패브릭은 160초에 150 mL의 액체를 허용하고 두 번째 23x23 코팅된 폴리에스터는 180초 동안 150 mL의 액체를 허용했다.
다른 대안적 실시형태에서, 도 17a 내지 17c는 코팅되지 않은(도 17a), 용매계 살생제 코팅으로 코팅된(도 17b), 및 수계 살생제 코팅으로 코팅된(도 17c) 천연 물질 삼베를 도시한다. 투과성 시험 동안 코팅되지 않은 삼베 패브릭은 50.99 mL/s/cm2의 투과성을 보인 한편, 코팅된 삼베 패브릭은 용매계 살생제 코팅 및 수계 살생제 코팅에 대해 각각 52.32 mL/s/cm2 및 38.23 mL/s/cm2의 투과성을 나타냈다. 염수에의 32일 침지 후 두 코팅된 패브릭의 투과율은 85.23 mL/s/cm2 및 87.28 mL/s/cm2로 크게 증가한 한편, 코팅되지 않은 삼베 패브릭은 투과율이 20.42 mL/s/cm2로 감소했다. 파울링 관찰에서, 코팅되지 않은 삼베 패브릭은 극히 최소한의 파울링을 경험했고 코팅된 삼베 패브릭은 사실상 매크로 파울링을 경험하지 않았다.
추가로, 다른 대안적인 실시형태에서, 1/64 폴리에스터 비코팅 패브릭은 용매계 살생제 코팅으로 코팅되고, 대안적으로 수계 살생제 코팅으로 코팅되었다. 투과성 시험 동안 코팅되지 않은 1/64 폴리에스터 패브릭은 26.82 mL/s/cm2의 투과성을 보여준 한편, 코팅된 1/64 폴리에스터 패브릭은 용매계 살생제 코팅 및 수계 살생제 코팅의 경우 각각 44.49 mL/s/cm2 및 29.25 mL/s/cm2의 투과성을 나타냈다. 염수에의 32일의 침지 후, 모든 1/64 폴리에스터 패브릭의 투과성은 각각 10.99 mL/s/cm2, 13.78 mL/s/cm2 및 13.31 mL/s/cm2로 크게 감소했다. 파울링 관찰에서, 코팅되지 않은 1/16 폴리에스터 패브릭은 약간의 파울링을 경험한 반면, 코팅된 1/64 폴리에스터 패브릭은 사실상 매크로 파울링을 경험하지 않았다.
다양한 종류의 패브릭 천이 제조, 코팅되고 바이오 파울링 방지 인클로저의 구성 및 시험에 사용되었다. 첫 번째 실시형태(1000 μm의 눈금 막대를 갖는 도 18a에 도시됨)에서, 텍스처드 폴리에스터 천이 첫번째 표면에 살생제 코팅으로 코팅되었으며, 이 코팅의 상당량은 천을 통해 반대쪽 두번째 표면(두번째 표면의 일부 코팅 영역은 다른 영역보다 얇다)으로 완전히 투과한다. 도 18b는 이 코팅된 천을 1000 μm의 막대 스케일로 도시한다. 평균적으로, 이 코팅된 천은 523.54(±2.33) 기공/in2를 가졌으며, 약 5% 미만의 기공이 막혔다(평균).
도 18c는 100% 스펀 폴리에스터 패브릭의 다른 바람직한 실시형태를 도시하며, 도 18d는 살생제 코팅으로 코팅된 이 패브릭을 도시한다. 시험 동안, 코팅되지 않은 100% 폴리에스터 패브릭은 패브릭의 10.17 mL/s/cm2의 투과성을 나타낸 한편, 코팅된 폴리 패브릭은 0.32 mL/s/cm2 및 1.08 mL/s/cm2의 투과성을 나타냈다. 23일의 침지 후, 두 코팅된 패브릭의 투과성은 크게 변하지 않았으며, 코팅되지 않은 폴리 패브릭은 매우 최소한의 파울링을 경험하고 코팅된 폴리 패브릭은 사실상 매크로 파울링을 경험하지 않았다. 그러나, 다양한 다른 실시형태에서, 연속 코어 주위의 코어 방사 스테이플 섬유, 개방 단부 방사, 링 방사 및/또는 에어 제트 방사와 같은 스펀 폴리에스터 얀을 제조하기 위한 다른 접근법이 또한 바람직한 결과를 산출할 것으로 예상된다.
다른 실시형태(도 18e에 500 μm의 스케일 막대로 도시된 코팅되지 않은 패브릭)에서, 스펀 폴리에스터 천이 후속적으로 첫 번째 표면에 살생제 코팅으로 코팅되었으며, 이 코팅의 상당량은 천의 섬유 및/또는 기공을 부분적으로 관통하였다(일부 실시형태에서, 천을 통한 최대 50% 또는 그 초과의 투과). 도 18f는 1000 μm에서 패브릭의 코팅되지 않은 반대쪽 면을 보여주며, 이 도면은 또한 필요하다면 이 코팅 기술을 사용하여 달성할 수 있는 상당한 기공 크기 감소를 보여준다. 평균적으로, 이 코팅된 천은 493(±3.53) 기공/in2를 가졌으며, 약 7 내지 10%의 기공이 코팅 물질에 의해 완전히 막혔다(평균).
실험적으로, 이러한 모든 패브릭 실시형태는 높은 수의 작은 기공, 더 작은 크기의 섬유 및/또는 이들의 다양한 조합에서 기인할 수 있는 바람직한 수준의 투과성을 보여주었다. 다양한 코팅 방법은 패브릭을 원하는 수준으로 코팅하고 투과하는 데 매우 효과적이었으며 보호 인클로저에 혼입하기 위한 매우 효과적인 물질을 생성했다.
도 19 및 표 3은 본 발명의 다양한 실시형태에서 사용하기에 잠재적으로 적합한 다양한 패브릭을 코팅되지 않은 상태 및 코팅된 상태의 패브릭의 예시적인 투과성과 함께 도시한다. 예를 들어, 포트 캐너버럴(Port Canaveral) 항구(미국 플로리다주 포트 캐너버럴)에서, 0.5 ml/s/cm2 내지 25 ml/s/cm2 내지 50 ml/s/cm2 내지 75 ml/s/cm2 내지 100 ml/s/cm2, 또는 약 0.1 ml/s/cm2 내지 약 100 ml/s/cm2, cm2 또는 약 1 ml/s/cm2 내지 약 75 ml/s/cm2, 또는 약 1 ml/s/cm2 내지 약 10 ml/s/cm2, 또는 약 1 ml/s/cm2 내지 약 5 ml/s/cm2, 또는 약 5 ml/s/cm2 내지 약 10 ml/s/cm2, 또는 약 10 ml/s/cm2 내지 약 20 ml/s/cm2, 또는 약 10 ml/s/cm2 내지 약 25 ml/s/cm2, 또는 약 10 ml/s/cm2 내지 약 50 ml/s/cm2, 또는 약 20 ml/s/cm2 내지 약 70 ml/s/cm2, 또는 약 10 ml/s/cm2 내지 약 40 ml/s/cm2, 또는 약 20 ml/s/cm2 내지 약 60 ml/s/cm2, 또는 약 75 ml/s/cm2 내지 약 100 ml/s/cm2, 또는 약 60 ml/s/cm2 내지 약 100 ml/s/cm2, 또는 약 10 ml/s/cm2 내지 약 30 ml/s/cm2의 투과성 범위가 여전히 충분한 물 흐름을 허용하여 인클로저 내의 무산소증을 억제 및/또는 방지하면서 (지역 조건에 따라) 상당한 양의 파울링이 인클로저 상에 및/또는 내에 및/또는 보호된 기판 상에 발생하는 것을 방지하기에 충분할 수 있다는 것이 실험적으로 결정되었다. 또한, 0.5 mL/s/cm2 이하의 투과성을 갖는 패브릭은 때때로 저산소 상태의 기간이 허용되고/되거나 바람직할 수 있는 다양한 인클로저 실시형태에 적합할 수 있다. 이들 범위보다 낮은 투과성은 일부 영역에서 낮은 물 이동 기간 동안 무산소 상태로 이어질 수 있으며, 이는 다양한 실시형태에서 덜 바람직하고/거나 바람직하지 않을 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 적어도 0.32 mL/s/cm2 및 최대 10.17 mL/s/cm2의 투과성 범위는 바람직한 투과성 특성의 최적 범위 및/또는 인클로저의 수명 동안 예상되는 투과성 변화의 원하는 범위인 것으로 결정되었다. 다른 실시형태에서, 적어도 1.5 mL/s/cm2 및 최대 8.0 mL/s/cm2의 범위가 바람직할 수 있다(뿐만 아니라 본원에 개시된 다양한 범위의 임의의 조합). 많은 경우, 특정 파울링 유기체 때문에, 주어진 지역 및/또는 수역에서 파울링 침입 발생률 및/또는 파울링 성장 속도는 다양한 상호 관련 인자, 및 의도하는 사용 영역의 지역적 및/또는 계절적 조건(및 무엇보다도 보호할 의도된 기판)에 크게 좌우될 수 있으며, 주어진 인클로저 디자인에서 주어진 패브릭에 대한 허용 가능한 투과성 범위는 광범위하게 달라질 수 있으며 - 따라서 하나의 인클로저 디자인 및/또는 위치에 최적이고/이거나 적합할 수 있는 패브릭 투과성은 다른 인클로저 디자인 및/또는 위치에 덜 최적이고/이거나 적합하지 않을 수 있다. 도 19에서, 그래프의 "더 큰" 및 "더 작은" 파울링 화살표는 보호된 기판에서 관찰된 파울링과 관련이 있으며, 거기에서 이러한 투과성 수치와 범위는 주어진 수역에서 장기간의 무산소 상태를 피하면서 파울링 방지 보호를 제공하는 주어진 패브릭의 능력 및/또는 투과성의 일반적인 경향으로 해석되어야 하지만, 다른 인클로저 디자인 및/또는 물 상태에서 주어진 패브릭의 사용을 배제하는 것으로 해석되어서는 안된다.
다양한 실시형태에서, 인클로저의 물질의 투과성은 바람직하게는 원위치에서의(in situ) 유효 수명 동안(또는 원하는 경우 원하는 바이오 필름 층이 확립될 때까지) 원하는 투과성 범위 내에서 유지되어, 인클로저의 구조 및/또는 물질의 변화로 인한 물질의 투과성의 임의의 잠재적 증가(한 예로서)가 유기 및/또는 무기 파편에 의한 기공의 막힘으로 인한 물질의 투과성의 다양한 예상 감소에 바람직하게는 근접할 것이다(발생할 수 있는 물질 및/또는 그 기공의 임의의 바이오 파울링을 포함한다). 이 평형은 바람직하게는 인클로저의 무결성 및/또는 기능과 차별화된 환경의 특성을 장기간에 걸쳐 유지하여 인클로저 및/또는 보호된 기판에 상당한 보호를 제공한다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 벽은 장기간에 걸쳐 수성 환경에서 침지 시험 동안 투과성 변화를 경험하는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅되지 않은 합성 물질은 일반적으로 시간이 지남에 따라 덜 투과성이 될 수 있는 한편(이는 기판 주위에 일단 배치된 패브릭의 점진적인 파울링 때문일 수 있음), 살생제 코팅으로 코팅된 일부 물질은 다양한 투과성 변화를 겪을 수 있으며, 시간이 지남에 따라 덜 투과성으로 되는 일부 실시형태를 포함한다. 또한, 코팅되지 않은 상태의 천연 시험 섬유(삼베)는 더 투과성으로 된 한편, 살생제 코팅된 삼베는 시간이 지남에 따라 덜 투과성으로 되었다. 다양한 실시형태에서, 다양한 코팅 파라미터(즉, 코팅 추가(add-on)/두께, 적용 방법, 기공 크기 유지 및/또는 증가를 위한 진공 적용, 건조 파라미터 등) 및 다양한 텍스타일 파라미터(예를 들어, 구성, 물질, 초기 투과성, 건조 중 제한 여부, 열 경화 여부 등)는 주어진 인클로저 디자인의 수명 동안 예상되는 투자율 변화뿐만 아니라 원하는 투과성 특성의 광범위한 범위를 생성하는 것이 가능하게 할 수 있다. 따라서, 수성 환경에 배치될 때, 투과성이 일정한 연장된 기간 동안 시간이 지남에 따라 증가 또는 감소하는지, 및 제품 수명 주기와 관련된 상관 관계에 영향(및/또는 제어)을 줄 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저는 바람직하게는 수중 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 상의 바이오 파울링을 억제할 수 있으며, 인클로저는 사용 중에 물 투과성이거나 물 투과성이 되는 물질을 포함하고, 상기 인클로저는 상기 기판을 수용하고 기판의 표면에서 구조물의 적어도 내부/외부 표면으로 확장되는 차별화된 수중 환경을 형성하도록 개조되며, 여기서 상기 구조물 또는 그 일부는 기판 주위 또는 그 이후에 구조물을 위치시킬 때 기판의 평방 센티미터당 초당 약 100 mL, 기판의 평방 센티미터당 분당 약 100 mL, 또는 그 상이의 값의 물 투과성, 또는 더 큰/작은 투과성을 갖는다.
다양한 실시형태에서, 구조물의 물 투과성은, 원하는 투과성을 갖도록 텍스타일을 직조하고/하거나 선택적으로 원하는 투과성을 텍스타일에 제공하는 살생제 코팅(또는 비-살생제 함유 코팅)으로 텍스타일을 코팅하는 것과 같이, 물이 그를 통해 투과할 수 있도록 구조물을 형성함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 구조물은 그것이 사용될 때 시간이 지남에 따라 물 투과성이 되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 다른 물 투과성 구조물은 초기에 실질적으로 비투과성으로 만드는 코팅을 가질 수 있지만, 코팅이 제거, 침식 또는 용해됨에 따라 기본 투과성이 증가하고/하거나 유용해진다.
도 20 및 표 10(아래)은 투과성 패브릭 벽을 포함하는 인클로저의 물 투과성에 대한 하나의 예시적인 시험을 도시한다. 이 실시형태에서, 초기 고농도의 로다민(Rhodamine)이 수성 환경의 인클로저에서 생성된 다음, 로다민 농도가 시간에 따라 측정되어 인클로저의 투과성 벽 안팎에서 물 교환이 발생함에 따라 이 마커의 농도가 어떻게 떨어졌는지를 결정했다. 이 시험은 치수와 벽 투과성을 갖는 이 인클로저에서 로다민의 체류 시간이 약 4시간 10분이었고, 반감기가 3시간이고 유량이 약 0.0027 mL/cm2/초인 것을 나타내었다.
로다민 염료 시험이 다양한 시험 인클로저에서 물 교환 속도를 결정하기 위한 아날로그로서 이용되었다. 예를 들어, YSI 총 조류 센서(TAL)는 완전히 포장된 선미 모방체에 위치되었다. 0.9 mg/L의 로다민 농도를 선미 모방체에 첨가했다. 데이터가 백의 안료에 대한 배경 농도로 돌아왔을 때, YSI를 개방 물에 2일 동안 두어 투여되지 않은 백 수준과 비교하기 위한 개방 물 판독값을 얻었다. 로다민 데이터로부터 체류 시간, 반감기 및 유량을 계산했다. 체류 시간은 로다민 염료 초기 농도의 37%로 계산되었다. 반감기는 체류 시간의 69.3%로 계산되었다(문헌에서 찾은 이러한 계산을 사용). 유량은 부피의 2 배(1 부피 입/출을 설명하기 위해)를 취하고 이를 체류 시간과 표면적으로 나누어 계산되었다. 로다민 농도(mg/L)는 희석 속도에 대한 더 나은 아이디어를 얻기 위해 배경 안료를 뺀 후 그래프로 표시했다. 시험 결과는 선미 모방체의 안료 농도가 자연 수준으로 다시 안정화되는 데 약 26시간이 걸렸음을 보여준다. 체류 시간은 4시간 10분으로 계산되었고 유량은 0.0027 mL/cm2/s로 계산되었다.
다양한 실시형태에서, 인클로저가 보호될 기판 주위에 배치된 후에 발생하는 투과성의 후속 감소와 함께, 인클로저 또는 그 일부가 초기에 높은 투과성을 갖는 것이 매우 바람직할 수 있다. 예를 들어, 투과성이 매우 낮은 인클로저는 수성 매질에 배치한 후 양의 부력을 유지할 수 있으며, 이는 인클로저를 침수 및/또는 부분적 침수된 기판 주위에 인클로저를 배치하는 것이 불가능하지는 않더라도 어렵게 할 수 있다. 대조적으로, 더 많은 투과성 요소를 포함하는 인클로저는 기판 주위에 배치될 때 더 쉽게 "싱크(sink)"될 수 있다. 이러한 인클로저는 투과성이 높은 하부 부분(물 유입 및 인클로저의 빠른 충전을 허용하기 위해)을 다소 투과성인 다른 인클로저 요소와 함께 포함할 수 있다. 필요에 따라 일단 기판 주위에 배치되면, 더 많은 투과성 요소가 투과성을 변경하거나(즉, 다소 투과성) 필요에 따라 동일한 투과성을 유지할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 본원에서 설명되는 것과 같은 인클로저가 이용될 때, 기판 상의 생물학적 콜로니화 시퀀스가 중단(단절, 변경 등)되어 기판의 정착, 모집 및 궁극적인 매크로 파울링을 감소 및/또는 최소화할 수 있다. 일단 기판 주위 또는 내부에 배치되면(기판의 내부 표면을 보호하는 경우), 인클로저의 투과성 보호 패브릭 벽은 바람직하게는 인클로저로의 다양한 마이크로 및/또는 매크로 유기체의 통과를 여과 및/또는 방해할 수 있으며, 일부 실시형태에서 선택적인 살생제 코팅은 인클로저의 파울링을 방지할 수 있고/있거나 패브릭과 접촉하고/하거나 이를 통과할 때 유기체의 일부 및/또는 전부를 부상 및/또는 손상시킬 수 있다. 원하는 경우, 살생제 코팅은 파울링 유기체에 영향을 미치는 초기 더 높은 "사멸 수준"을 설정하기 위해 기판 주위에 초기 배치 시 상당한 살생제 용출을 경험할 수 있으며, 살생제 용출 수준은 인클로저 내에서 물 화학 변화에 따라 일정 기간 동안 상당히 감소하여 원하는 차별화 환경을 생성하여, 기판이 더 이상 파울링되지 않도록 보호한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 인클로저의 살생제 코팅된 투과성 패브릭 막을 통과하는 미세한 플랑크톤의 시험은 일부 유기체가 통과 후 생존하고 생존 가능성이 있는 한편, 일부 다른 유기체는 통과하는 동안 부상 및/또는 손상될 가능성이 있음을 나타냈다. 인클로저 내의 살아있는 유기체에 대한 이러한 관찰은 인클로저 내의 차별화된 물의 시험에 의해 강화되었으며, 부속물(1-10+ cm/s 범위의 속도를 가진 따개비 유충 및 피낭동물과 같이)을 사용하는 인클로저 내에서 상당한 비율의 미생물이 섬모를 사용하는 많은 생존 가능한 미생물(0.5-2 mm/s 범위의 속도를 가진 이매패류 벨리거(veliger) 및 서관충류)과 함께 살생제 코팅 인클로저 내에서 생존 가능한 것으로 나타났다. 그러나, 살아있는 파울링 유기체가 인클로저 내부에 및/또는 기판과 직접 접촉하여 존재하는 동안에도 인클로저 보호 특징은 이러한 살아있는 유기체 및/또는 생존 가능한 유기체가 보호된 기판에서 번성 및/또는 콜로니화하는 것을 방지했다.
도 21은 투과성 패브릭 유형별로 다양한 인클로저에서 확인된 다양한 플랑크톤 유형 및 상태(즉, 살아 있거나 죽은 상태)를 보여준다. 다양한 인클로저 시험에서, 결과는 살생제 코팅된 패브릭 인클로저 내에서 양호한 수영자(swimmer)보다 불량한 수영자가 더 많았음을 보여주었으며, 이는 살생제가 코팅된 패브릭을 갖는 인클로저 내로 휩쓸려 들어간 다음 빠져나갈 수 없는 유충에 손상을 가하거나 달리 영향을 미칠 수 있었음을 시사한다. 또한 "양호한" 수영자는 인클로저 밖으로 수영해 나갈 수 있었고 "불량한" 수영자는 인클로저 내의 제한된 물 움직임으로 인해 인클로저를 벗어날 수 없었을 수 있다. 이러한 관찰은 코팅되지 않은 패브릭과 개방 샘플보다 코팅된 패브릭 인클로저에 불량한 수영자가 훨씬 더 많았다는 사실에 의해 추가로 뒷받침되었다. 또한 코팅되지 않은 것보다 코팅된 패브릭 인클로저에 총 더 많은 플랑크톤이 있었던 것으로 나타났다.
본 발명이 닫힐 수 있는 단부 개구를 갖는 유연한 백-타입 인클로저의 형태로 설명되었지만, 바이오 파울링 방지 인클로저는 임의의 구조에 맞도록 형상화될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 인클로저 물질은 시트 물질의 외부 표면에 적용된 살생제 또는 기타 코팅이 있거나 없는 롤업 시트의 형태로 제공될 수 있으며, 이는 시트 물질 내로 및/또는 이를 통해 상당한 투과를 포함할 수 있거나, 또는 대안적으로 시트 물질에 혼입된 살생제 또는 기타 바이오 파울링 방지 물질을 포함할 수 있으며, 이는 살생제의 방출을 맞춤화하기 위해 마이크로 캡슐화를 이용할 수 있다. 이와 같이, 바이오 파울링 방지 인클로저는 그물망, 유입 파이프, 하수 파이프 및/또는 저장 탱크, 물 시스템 제어 밸브 및 안전 밸브, 해양 시스템, 관개 시스템, 발전소, 파이프 라인 밸브 및 안전 제어 시스템, 군사 및 상업용 모니터링 센서 및 어레이 등과 같은 다양한 유형의 수중 구조물에 배치될 수 있다. 다른 실시형태는 수중 구조물, 교량, 홍수 장벽, 제방 및/또는 댐을 위한 지지 기둥을 포함할 수 있다. 물 위로 연장되는 표면하 구조물의 수명을 연장하기 위해, 지지체 및 기본 구조물은 랩핑(단단하거나 느슨하게 묶인) 및/또는 유사한 인클로저를 포함할 수 있다.
보호될 수 있는 다른 물체에는 부표 및/또는 센서와 같은 매어놓고/거나 자유 부유하는 구조물이 포함된다. 수중 환경에 가깝거나 직접 접촉하는 부표의 부분에 인클로저가 부착되어 해당 영역 내에서, 뿐만 아니라 부표를 해저에 고정시키는 연결장치 및/또는 케이블 주위에 배치된 감싸지거나 포위/제한된 엔벨로프 구조물, 블랑켓 및/또는 슬리브에서 바이오 파울링이 축적되는 것을 방지할 수 있다.
인클로저가 기판 주위에 적절하게 배치되고 원하는 정도로 닫히거나 달리 "밀봉"되면(기판을 완전히 둘러싸지 않을 수 있는 실시형태 및/또는 기판을 단지 부분적으로 둘러쌀 수 있는 실시형태를 포함), 인클로저의 영향은 바람직하게는, 필요하다면, (1) 추가적인 생존 가능한 마이크로 및/또는 매크로-파울링제의 침입으로부터 기판의 노출을 완충 및/또는 최소화하고, (2) 인클로저 내 및/또는 외로 통과하는 임의의 액체를 여과하고, (3) 차별화된 환경 내에서 기판 및/또는 생물학적 개체(entity)에 대한 태양광 또는 기타 빛/에너지 공급원의 직접적인 영향을 줄이거나 제거하고, (4) 차별화된 환경 내에서 용존 산소 및/또는 기타 물 화학 값의 양을 조절하고, (5) 인클로저 내의 액체 속도 및/또는 난류의 감소를 포함하여 차별화된 환경과 개방 환경 간의 액체 교환을 계량, 제어 및/또는 제한하고, (6) 전기 전하 및/또는 전기적으로 하전된 파울링 입자로부터 기판을 절연 및/또는 격리하고, (7) 차별화된 환경 내에서 pH, 온도, 염도 및/또는 다른 환경 인자와 같은 다양한 물 화학 값을 주변 개방 환경의 그것과 근접하게 유지하는 목적으로, 기판 및/또는 기타 물체를 직접 둘러싸는 영역에 독특한 수성 환경을 생성할 것이다. 더욱이, 다양한 실시형태에서, 인클로저 자체의 일부 또는 전부는 바람직하게는 살생제 코팅의 활성, 인클로저 내부로부터의 다양한 화학 물질의 용출, 인클로저 물질의 유연성, 및/또는 바이오 파울링제가 인클로저의 구조물로부터 벗겨지거나 분리될 가능성에 의해 상당한 바이오 파울링으로부터 보호될 것이다.
파울링 중량/질량 제어
다양한 실시형태에서, 인클로저가 특정 유형 및/또는 종 또는 파울링 유기체가 인클로저 및/또는 보호된 기판에 부착되는 것을 감소, 최소화 및/또는 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 이매패류 또는 기타 "더 무거운" 파울링 유기체(즉, 높은 파울링 바이오 매스를 갖고/갖거나 상당한 항력을 유발하는 것)가 인클로저에 부착되는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있는 한편, 박테리아 콜로니, 중성 부력 유기체 및/또는 "슬라임(slime)"과 같은 "더 가벼운" 유기체에 의한 파울링은 허용 가능하고/하거나 바람직할 수 있다. 그러한 경우, 인클로저, 임의의 선택적인 살생제 및/또는 다른 인클로저 요소는 하나 이상의 특정 유형의 이러한 원치 않는 유기체에 의한 콜로니화를 감소, 최소화 및/또는 방지하도록 선택 및/또는 설계될 수 있다.
수성 환경의 사전 조절(preconditioning)
일부 실시형태에서, 보호될 기판/물체에 근접한 수성 환경의 보충적 개질을 제공하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 인클로저가 물체 주위에 배치되기 전, 도중 및/또는 후의 그러한 개질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 이러한 개질은, 예컨대 하나 이상의 호기성 미생물, 화학 물질 및/또는 화합물(산소 고갈 화합물 포함)을 기판에 근접한 수성 환경으로 도입함으로써 인클로저 내의 수성 환경에서 용존 산소의 고갈 및/또는 교체 또는 기타 물 화학 변화의 가속화를 유발하는 것에 의해 물 화학의 다양한 성분을 변경하기 위한 자연 및/또는 인공 메커니즘 및/또는 화합물의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서 바이오 파울링으로부터 보호될 물체는 보트의 수중 선체 부분을 포함할 수 있으며, 여기에서 본원에서 설명된 것과 같은 인클로저는 선체 주위에 배치된 다음, 호기성 박테로이드와 같은 호기성 박테리아의 하나 이상의 종을 포함하는 보충적 산소 고갈 화합물 또는 물질이 포위된 또는 제한된 공간의 수성 환경에 많은 수 및/또는 양으로 인위적으로 도입되어, 바람직하게는 인클로저에 의해 유도된 용존 산소 수준의 감소를 가속화할 수 있다. 이러한 도입은 해수 및/또는 포위/제한된 수성 환경 내로 던져지거나 배치되는 액체, 분말, 고체 및/또는 에어로졸 보충제를 통해 될 수 있거나, 대안적으로 산소 고갈 박테리아 또는 기타 구성성분을 배치 이전에 인클로저 벽의 내부 표면에 또는 그 상에 형성된 층 또는 바이오 필름 내로 혼입될 수 있다. 바람직하게는, 호기성 박테로이드는 수성 환경에 이미 존재하는 박테리아 종을 포함할 수 있으며, 이러한 박테리아가 인클로저 측면의 바닥 및/또는 벽/개구를 통해 최종적으로 방출되는 것은 주변 환경에 해롭고/거나 중대하지 않을 것이다. 다른 실시형태에서, 화학적 화합물이 인클로저 내의 수성 환경에 도입되어 바람직하게는 인클로저 내의 물로부터 용존 산소를 흡수할 수 있으며, 예컨대 분말 철(즉, 0가 철 FeO 또는 부분적으로 산화된 철 Fe2+), 질소 기체 또는 액체 질소 또는 염과 같은 첨가제가 수성 환경에 첨가되어 물이 제한된 시간 동안 보유할 수 있는 용존 산소의 양을 줄일 수 있다.
다양한 실시형태에서, 개질 화합물은 인클로저와 함께 및/또는 별도로(기판을 포위하기 전, 동시 및/또는 후 포함) 포위 또는 제한된 수성 환경으로 도입되는 고체, 분말, 액체, 기체 또는 기체성 화합물 및/또는 에어로졸 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 개질 화합물은 제한되거나 원하는 기간 동안 포위된 또는 제한된 수성 환경 내에 위치될 수 있고, 이어서 물의 원하는 개질 및/또는 조절이 발생한 후(즉, "차별화된" 수성 환경의 생성), 환경으로부터 제거될 수 있다. 다른 실시형태에서, 개질 화합물은 포위된 또는 제한된 수성 환경으로 분포될 수 있으며, 화합물의 일부 실시형태는 잠재적으로 물에 용해 및/또는 분포하는 한편 다른 화합물은 고체 및/또는 과립 상태로 남아있을 수 있다. 원하는 경우, 개질 화합물은 바람직하게는 인클로저 내 및/또는 물 컬럼 내 원하는 수준에(즉, 인클로저 내 표면 및/또는 원하는 깊이에, 예컨대 보호되는 물체의 침지된 깊이보다 더 깊은 위치에) 화합물의 일부 또는 전부를 유지하는 부력 특징을 포함할 수 있는 한편, 다른 실시형태는 화합물이 인클로저의 바닥 및/또는 측면으로부터 빠져나가고/나가거나 인클로저 내 및/또는 이에 근접한 항구 또는 다른 해저 특징의 바닥에 놓이도록 허용할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 개질 화합물은 차별화된 환경 내의 물 또는 다른 액체의 밀도 및/또는 염도를 변경할 수 있으며, 이는 차별화된 환경 내 및/또는 외부의 액체가 함께 혼합되고/되거나 달리 유동하는 자연적 경향을 감소 및/또는 제거할 수 있다.
적어도 하나의 대안적인 실시형태에서, 개질 화합물 또는 화합물들은 인클로저에 인접하거나 근처에 있는 외부의 포위되지 않은 물로 방출될 수 있으며, 이는 필요에 따라 인클로저 내로 및/또는 인클로저를 통해 흐를 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 개질 화합물 및/또는 이의 구성성분은 조합하여 배치될 수 있으며, 일부 구성요소는 포위되거나 차별화된 환경 외부에 배치되며 다른 구성요소는 포위되거나 차별화된 환경 내에 배치될 수 있다.
일부 실시형태에서, 개질 화합물은 물질 구성 및/또는 그 내/위의 임의의 코팅 내부를 포함하여 인클로저 및/또는 내부에 형성된 포켓의 벽에 부착 및/또는 통합될 수 있다. 원하는 경우, 화합물은 수성 매질과 반응하는 물 및/또는 염 활성화 및/또는 절제(ablative) 물질을 포함할 수 있으며, 이는 화합물이 인클로저 내의 용존 산소 수준 및/또는 기타 물 화학 수준(들)에 영향을 미치는 10분, 1시간, 12시간 및/또는 2일과 같은 제한된 기간을 가지며, 1주, 1개월 또는 1년과 같이 더 긴 기간 동안 효과적일 수 있다. 원하는 경우, 개질 화합물 또는 기타 물질은 인클로저 내 및/또는 외부에 위치될 수 있는 교체 가능한 백 내에 위치될 수 있으며, 백의 물질은 시간이 지남에 따라 "고갈"되고 잠재적으로 필요에 따라 교체가 필요할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 개질 화합물은 인클로저 내의 수성 환경으로부터 산소를 흡수하는 결정질 물질, 예컨대 양이온성 다중 금속 코발트 착물의 결정질 염을 포함할 수 있다(문헌["Oxygen chemisorption/desorption in a reversible single-crystal-to-single-crystal transformation," CHEMICAL SCIENCE에 게시됨, the Royal Society for Chemistry, 2014]에 기재됨). 이 물질은 공기 및/또는 물로부터 용존 산소(O2)를 흡수하고 가열될 때(즉, 주변 햇빛에 방치되는 등) 및/또는 낮은 산소 압력에 노출될 때 흡수된 산소를 방출하는 기능을 가지고 있다. 원하는 경우, 이 산소 흡수성 물질은 인클로저가 보호된 기판에 근접한 물 내에 배치될 때 산소가 즉시 흡수되도록 인클로저의 벽 물질에 혼입될 수 있지만, 이러한 산소 흡수는 배치 후 일정 시간이 지나면 점점 줄어들 것이다. 이어서, 인클로저 벽이 물에서 제거될 수 있으며(예를 들어, 보호가 더 이상 필요하지 않은 경우), 인클로저 벽은 흡수된 산소를 방출하고 다음 사용을 위해 "재충전"하기 위해 햇빛에 남겨진다.
다른 예시적 실시형태에서, 개질 화합물은 기체 형태로 인클로저에 도입될 수 있거나 인클로저에 도입된 후 펠렛 또는 기타 액체 또는 고체 화합물 (잠재적으로 "드라이 아이스" 형태의 CO2 포함)로부터 방출될 수 있는 질소 또는 이산화탄소(또는 일부 다른 기체 또는 화합물)와 같은 기체 또는 기체 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 도입 또는 "스파징(sparging)"은 인클로저 내부의 물 또는 인클로저 벽 내에/이를 따라 질소 및/또는 N2 기포를 주입하는 것을 포함할 수 있다. 주입은 인클로저의 표면 및/또는 물 컬럼 내의 임의의 깊이에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 그러한 주입은 상당한 양의 외부 물 및/또는 용존 산소를 시스템으로 가져오기 위해 인클로저 내에서 상당한 대류 전류를 유도하지 않을 것이다. 일부 실시형태에서, 본원에서 설명되는 것과 같은 인클로저는 필요한 경우 질소 플러시의 주기적 갱신을 제어하는 산소 수준에 대한 설치된 질소 투여 시스템 및 모니터링 프로브와 조합될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 질소 주입은 다공성 가중 디스펜서(즉, 수족관 폭기 스톤)를 갖는 작은 질소 탱크를 사용하여 수행될 수 있는 한편, 다른 실시형태는 현장 질소 발생기를 사용하여 공기로부터 질소를 정화한 다음, 이 질소를 펌핑 시스템을 통해 분배할 수 있다. 원하는 경우, 질소 분배 시스템은 원하는 경우 단일 크기 범위 또는 다양한 크기 범위의 기포를 방출하는 기포 분배 시스템을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 질소 나노 버블 주입 시스템이 이용될 수 있다.
적어도 하나의 대안적인 실시형태에서, 본원에 기술된 다양한 시스템에서 사용하기에 적합한 기체 화합물 주입은 미국 플로리다주 스튜어트의 Ecosphere Technologies, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능한 Ozonix® 시스템과 같은 오존 주입 시스템을 포함할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 본원에 기술된 개질 화합물은 바람직하게는 도포 몇초 내/후, 및/또는 도포 몇분 내/후(즉, 도포된 질소 버블링의 1분 내지 5분 내지 10분 내지 20분 내지 40분 내지 60 분) 및/또는 도포 몇시간 내/후 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 50%, 적어도 70% 및/또는 적어도 90% 또는 그 초과만큼 포위된 또는 제한된 수성 환경(즉, 인클로저 외부의 용존 산소 수준과 비교하여 인클로저 내)의 용존 산소 수준의 감소를 유도할 것이다. 일부 예에서, 인클로저 내의 환경은 개질 화합물을 첨가하기 전에 본원에서 설명된 "차별화된" 수성 환경으로 이미 어느 정도 변경되었을 수 있는 한편(즉, 화합물이 단순히 이미 진행 중일 수 있는 다양한 화학적 변화의 일부를 변경, 보충, 반전, 지연 및/또는 가속화할 수 있음), 다른 실시형태에서 인클로저 내의 환경은 개질 화합물의 첨가 전에 주변 개방 수성 환경과 유사한 화학을 가질 수 있다.
다양한 대안적 실시형태에서, 개질 화합물은 용존 산소 수준 이외의 인클로저 내의 물 화학의 하나 이상의 구성성분을 변경하는 물질 또는 물질들을 포함할 수 있거나, 개질 화합물은 인클로저 내 용존 산소 수준의 개질의 일부 수준과 조합하여 인클로저 내 물 화학의 하나 이상의 추가 구성성분을 변경하는 물질을 포함할 수 있다. 물 화학의 이러한 추가 성분은 pH, 총 용존 질소, 암모늄, 질산염, 아질산염, 오르토인산염, 총 용존 인산염, 실리카, 염도, 온도, 탁도, 뿐만 아니라 본원의 다양한 위치에 기술된 기타를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 2차 사전조절/다우징(dousing) 약제, 화학 물질, 분말 또는 유사한 것이 물을 사전조절하는데 사용될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 주어진 인클로저에 바람직한 개질 또는 "사전조절" 화합물(또는 화합물 조합) 또는 "조절(conditioning)" 또는 "연속 조절" 또는 "사후 조절"이 (1) 인클로저의 단면(즉, 측 및/또는 수직) 크기에 기초하여, (2) 인클로저 내에 포함된 수성 매질의 부피에 기초하여, (3) 보호된 물체의 젖은 표면적 및/또는 깊이에 기초하여, (4) 인클로저 내부 및/또는 외부의 수성 환경의 화학적 및/또는 환경적 특성에 기초하여, (5) 인클로저 외부의 수심 및/또는 개구의 크기에 기초하여, (6) 포위된 또는 제한된 환경 및 주변 수성 환경 사이의 물 교환의 영에 기초하여, 및/또는 (7) 이들의 다양한 조합에 기초하여 결정될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 인클로저 배치 및/또는 기판 배치 시점에 또는 바로 전/후에 인클로저 내의 물 화학을 변경하는 초기 수단으로서 산소 "제거제" 및/또는 개질제 및/또는 증가제 및/또는 흡수제 및/또는 "디스플레이서(displacer)" 또는 유사한 물리적, 화학적 및/또는 생물학적 과정(이는 포위된 또는 제한된 환경 내의 용존 산소 또는 대안적으로 일부 다른 요소 및/또는 화합물에 영향을 줄 수 있음)을 사용하는 것은, 초기 인클로저 배치 동안에, 초기 인클로저 배치가 최적이 아닐 수 있는 상황에(즉, 사람의 실수로 인해), 인클로저 또는 그 일부를 열거나 닫음으로써 인클로저가 의도적으로 "파손"된 경우, 사용 중 인클로저가 어떤 방식으로 손상된 경우, 및/또는 자연 환경 조건이 특히 바이오 파울링의 발생에 순응할 수 있는 경우(즉, 물의 움직임이 차별화된 환경과 외부 환경 간의 물 교환 속도를 바람직하지 않은 수준으로 증가시키는 경우, 및/또는 특히 심한 바이오 파울링 발생 기간 동안, 예컨대 봄 또는 여름 또는 "심한 바이오 파울링 계절"의 낮 시간 동안)를 포함하여, 용존 산소 또는 기타 물 화학 수준이 바람직하지 않은 수준일 때 인클로저 내에서 발생할 수 있는 바이오 파울링을 감소 및/또는 제거하기를 원할 수 있다. 바람직하게는, 스캐빈저는 제한된 시간 동안 인클로저에 의해 야기되는 바이오 파울링의 억제 및/또는 감소를 시작하기 위해 인클로저 내에서 용존 산소 수준을 빠르게 감소시키거나 다른 목표 물 파라미터를 생성하여, 인클로저가 나중에 올바르게 배치 및/또는 수리될 수 있도록 하고/하거나 더 느린 자연 과정으로 인해 인클로저 내의 인공 조건이 원하는 수준으로 안정화되도록 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 그러한 사용은 대안적으로 인클로저가 위치된 후 원하는 경우 "새로 고침(refresh)"하거나 원하는 정도로 및/또는 제한된 시간 동안 물 상태를 달리 변경하기 위해, 인클로저를 일정 기간 동안(예컨대, 물체가 인클로저에 들어오거나 나갈 수 있도록) 개봉된 후 및/또는 필요 및/또는 요구될 때 인클로저 구성요소를 수리 및/또는 교체를 허용하기 위해 상당한 시간 동안 수행될 수 있다. 산소 환원 작용과는 대조적으로, 일부 실시형태에서 산소 공급원 또는 다른 개질 화합물의 분산(즉, 기체 산소의 직접 주입, 및/또는 산소를 직접적으로 또는 일부 화학 반응을 통해 방출할 수 있는 화학 물질의 도입), 또는 일부 다른 산소 첨가 활성(즉, 인클로저의 수면을 수동으로 교반)은 바람직하지 않은 무산소 상태를 경험하는 인클로저에서 용존 산소 수준을 일시적으로 증가시키기 위해 일부 실시형태에서 유용할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 개질 화합물은 다른 물 화학 특징에 원하는 방식으로 영향을 미칠 수 있으며, 이는 개질 화합물에 의해 직접 유도되는 효과뿐만 아니라 개질 화합물에 의해 야기되는 초기 효과로부터 "캐스케이드(cascade)"될 수 있는 효과를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 다른 물 화학이 주변의 개방 수성 환경과 비교하여 최소한의 영향을 받고/받거나 "영향받지 않을" 수 있다. 잠재적으로 "상이할"수 있고/있거나 동일하게 유지될 수 있는(즉, 개질 화합물의 유형 및 양, 투여 방법 및/또는 투여 빈도, 인클로저 디자인의 다양한 측면 및/또는 기타 환경 인자, 예컨대 위치 및/또는 계절에 따라) 일부 예시적인 물 화학 특징은 용존 산소, pH, 총 용존 질소, 암모늄, 질산염, 아질산염, 오르토인산염, 총 용존 인산염, 실리카, 염도, 온도, 탁도 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산소 제거제, 흡수제 및/또는 디스플레이서는 다른 조건에 직접 영향을 미치거나 다른 조건을 목표로하거나 수정하는 데 사용될 수 있는 다른 물 화학 특성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다(및/또는 산소 제거제가 고갈 및/또는 이용된 후에도 오랫동안 바이오 파울링 효과의 연장을 포함).
또 다른 대안적 실시형태에서, 개질 화합물은 본원에서 설명되는 물 화학 수준 중 하나 이상을 증가 및/또는 감소시킬 수 있는 물질을 포함하여, 다양한 방식으로 다양한 물 화학 특징을 변경하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인클로저가 투과성 및/또는 물 교환 속도를 원하는 임계 수준 이하로 잠재적으로 감소시키는 일부 파울링 또는 기타 사고를 경험할 수 있는 경우, 인클로저 내의 용존 산소 수준을 어느 정도 보충하는 것이 바람직할 수 있으며(즉, 무산소 상태를 피하기 위해), 이는 일정 수준의 용존 산소를 차별화된 환경으로 방출하는 화학 물질 및/또는 화합물의 첨가를 포함할 수 있다. 대안적으로, 물리적 혼합 장치 및/또는 다른 폭기 공급원이 원하는 시간 동안 인클로저의 물 내의 용존 산소 수준을 직접 증가시키기 위해 이용될 수 있다.
일부 경우에, 하루 또는 심지어 몇 시간의 물 사용보다 훨씬 적은 양을 공급하는 인클로저를 구성하는 것이 바람직할 수 있으며, 특히 설계 제약이 사용 가능한 부동산의 양, 환경 문제 및/또는 기타 수성 매질의 동시 사용에 의해 제한될 수 있는 경우 그러하다. 이러한 경우에, 본원에 기술된 다양한 물 화학 인자를 인위적으로 유도 및/또는 가속화할 수 있는, 이전에 기술된 바와 같은 연속 및/또는 주기적인 물 조절 처리를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우, 인클로저 내의 물 화학은 주기적 및/또는 연속적으로 모니터링될 수 있으며, 하나 이상의 물 조절 처리는 필요에 따라 인클로저 내의 물에 적용된다. 예를 들어, 하루 정도의 예상 요구량과 물 화학이 원하는 수준 및/또는 허용 가능한 수준에 도달할 수 있도록 필요한 "체류 시간"을 비교함으로써 원하는 최소 인클로저 크기를 결정할 수 있다. 그러나, 최소 인클로저 크기가 달성될 수 없는 경우, 또는 물 화학 변화가 달성하는 데 과도한 양의 시간을 필요로 하는 경우, 물을 필요에 따라 조절하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 인클로저 내의 물이 배수되고 교체될 때 주기적인 "새로 고침" 처리를 포함할 수 있다. 더욱이, 대형 인클로저의 사용이 바람직하지 않은 경우, 본원에 설명된 다양한 물 조절 처리가 더 작은 인클로저 및/또는 심지어 원하는 경우 연속적으로 시설의 흡입 배관 내에서 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 본원에 기술된 다양한 물 조절 처리가 사용되어 질소 또는 기타 가스 및/또는 화학 물질로 연속적으로(예를 들어, 수생 식물에서) 물을 조절할 수 있다. 이러한 처리는, 배치(batch) 처리를 수행하기 위해 주어진 인클로저 내에 체류 시간이 충분하지 않는 경우, 또는 물을 지속적으로 처리하기 위한 폐쇄 루프 처리 기술이 필요한 경우(즉, 특정 범위 내에서 원하는 물 화학 수준(산소 수준 등)을 결정 및/또는 유지하기 위한 폐쇄 시험 및 처리 루프에서), 특히 유용할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 본원에 설명된 다양한 인클로저 및/또는 물 조절 처리는 필요에 따라 별도로 및/또는 함께 사용될 수 있으며, 이는 낮은 물 수요 기간 동안 인클로저의 단독 사용, 및 필요한 경우 더 높은 물 수요 기간 동안 두 기술의 동시 사용을 포함할 수 있다. 유사한 방식으로, 본원에 기술된 물 조절 처리는 낮은 물 수요 기간 동안 단독으로 이용될 수 있으며, 더 높은 물 수요 기간 동안 동시 인클로저와 함께 양 물 조절이 사용될 수 있다. 또한 다른 환경 조건은 계절, 및/또는 온도, 햇빛, 염도, 고/저 수위, 고/저 파울링 계절 등의 다른 차이를 포함하여 수성 매질에 대해 다른 처리를 필요로 할 수 있음이 이해되어야 한다.
일부 실시형태에서, 냉각 및/또는 일부 다른 산업 공정을 위한 물을 제공하기 위해 자연 또는 인공 수원이 사용되는 경우와 같이, 본 인클로저의 다양한 특징을 포함하도록 기존 수역을 개질하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 에너지 생산 시설은 발전 장치를 냉각하기 위해 분당 300,000 내지 500,000 갤런(또는 그 이상)의 물을 사용하는 한편, 전형적인 대형 석유 정제 공장은 분당 350,000 내지 400,000 갤런을 사용할 수 있다. 이러한 경우에, 하루 종일의 물 사용량을 포함하는 단일 인클로저 또는 일련의 인클로저를 구성하는 것이 경제적, 실용적 및/또는 바람직하지 않을 수 있다. 오히려, 본원에 기술된 "부분적" 인클로저 및/또는 인클로저 구성요소(즉, 수직 시트 및/또는 스커트)를 포함하는 다양한 실시형태는 원하는 물 화학 수준을 충족하도록 물을 조절하기 위해 기존의 자연 및/또는 인공 저장소 내의 물에 대한 구불 구불한 경로를 생성하는 데 이용될 수 있으며, 물 저장소의 증발 냉각 및/또는 구불 구불한 유동 경로를 따라 물의 난류 혼합을 촉진하기 위해 유동하는 물의 표면을 대기에 노출시키는 특징을 포함할 수 있다.
원하는 경우, 개질 화합물(들)은 하나 이상의 인클로저로 방출될 수 있거나, 대안적으로 하나 이상의 인클로저에 인접하거나 근처에 있는 외부의 포위되지 않은 물에 방출 및/또는 위치될 수 있다.
비교적 높은 물 흐름 및/또는 더 큰 물 교환%의 기간 동안과 같은 일부 경우에서, 본원에 설명된 다양한 인클로저 기능 및/또는 파울링 방지 보호 메커니즘을 보강, 보충 및/또는 교체하기 위해 사전 조절 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 증가된 물 흐름 및/또는 증가된 물 교환이 인클로저 내의 차별화된 환경을 상당한 파울링이 발생하도록 허용하는 정도로 변경시킬 수 있는 경우, 인클로저 내에 및/또는 주변에 사전 조절 물질을 분배하거나 적용하여 증가된 흐름 기간 동안 파울링을 줄이기 위해 물 화학을 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 흐름 발생(들)의 기간 및/또는 정도에 따라, 사전 조절 물질의 여러 적용이 요구될 수 있으며, 이러한 적용은 물 흐름 및/또는 차별화된 환경이 원하는 보다 정상적인 조건으로 돌아오면 중단된다.
실험 결과
실험 1 - 보트 프로펠러를 보호하는 염수 침지
대조로서 보호되지 않은 청동 프로펠러와 비교하여, 살생제 코팅된 캔버스 대마 패브릭으로 형성된 보호 인클로저가 사용되어 파울링으로부터 청동 프로펠러를 보호하였다. 프로펠러는 침수 후 35일, 59일, 89일, 133일 및 157일에 검사되었다(이 시점에서 인클로저는 큰 구멍이 나타나기 시작하는 지점까지 분해되었다). 도 22a와 22b에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 보호된 항구의 염수에 침지된 157일 후, 보호되지 않은 프로펠러(22A)는 바이오 필름, 하이드로이드, 피복형 이끼벌레, 따개비, 서관충류 및 피낭동물로 심하게 파울링되었으며, 따개비는 꽤 성장하였다. 대조적으로, 보호된 프로펠러(22B)는 프로펠러 블레이드 뒷면에 소량의 음극 쵸크(chalk)가 형성되었고 위쪽을 향한 블레이드 팁에는 어두운 얼룩과 약간의 에칭이 있었지만, 모든 파울링이 제거되었다. 인클로저는 매크로 파울링이 없었지만 인클로저의 접힌 부분에 약간의 비교적 무거운 침전물이 있었다. 또한 인클로저 외부에 상당한 양의 바이오 필름이 형성되기 시작했으며 인클로저에는 큰 구멍이 형성되었다.
실험 2 - 12개월 동안 청동 기판을 보호하는 염수 침지
다른 실험에서, 코팅되지 않은 스펀 폴리에스터의 투과성 패브릭 벽, 수계 살생제 코팅 및 용매계 살생제 코팅으로 코팅된 스펀 폴리에스터, 살생제로 코팅된 80x80 삼베를 포함하는 인클로저들이 2개의 PVC 프레임에 랜덤으로 배치되었다. 인클로저는 각각 청동 기판 막대(인클로저 벽과 기판 사이의 거리는 다양한 실시형태에서 0.25 인치 내지 1.5 인치, 1 내지 4 인치, 및 4 내지 6 인치로 다양함) 주위에 감싸졌으며 인클로저는 엔드 캡(도 2에 도시된 인클로저와 유사)을 사용하여 각 프레임에 고정되었다. 방해받지 않는 수질 측정을 제공하기 위해 추가 프레임 세트가 개질되었다. 물로부터 프레임을 제거할 필요가 없도록 이 프레임 샘플의 상부 엔드 캡에 개구를 만들었다(이에 의해 인클로저 내부의 물을 방해하지 않도록 했다).
인클로저는 기판 막대 상의 매크로 파울링을 방지하는 한편, 보호되지 않은 막대 상의 파울링은 무거웠으며 피복형 및 수지상 이끼벌레, 따개비, 서관충류 및 굴로 구성되었다. 또한, 코팅된 폴리 인클로저 각각의 1개의 복제의 엔드 캡에 매우 가벼운 서관충 파울링(1% 커버)이 있었다. 염수에 12개월의 침지 후, 인클로저 보호된 청동 막대 기판은 매크로 파울링이 없거나 제한적인 얇은 바이오 필름의 약 60% 범위를 발현한 한편, 보호되지 않은 청동 막대 기판은 첫 달 후 매크로 파울링의 100%에 가까운 범위를 포함했으며, 피복형 이끼벌레, 수지상 이끼벌레, 따개비, 서관충류 및 피낭동물로 구성된 3개월까지의 매크로 파울링 농도가 증가했다(표 11 참조). 주석: 대조 패브릭에 대한 표 11의 바이오 필름 수준은 상당한 매크로 파울링의 존재로 인해 직접 또는 쉽게 보이지 않았다.
도 23a는 보호된 청동 기판을 묘사하고, 도 23b는 해수에 12개월의 침지 후 스펀 폴리 비코팅 패브릭을 포함하는 보호 인클로저(도 23a의 청동 기판을 둘러싸고 있음)를 묘사하며, 23c는 동일한 침지 기간 동안에 보호되지 않은 청동 기판을 묘사한다. 도 23b 및 23c에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 인클로저 외부 표면과 보호되지 않은 기판 모두에서 상당한 수준의 파울링이 발생했지만, 도 23a의 보호된 기판은 사실상 깨끗했다.
다양한 실험에서, 시험된 모든 인클로저 실시형태는 청동 상의 매크로 파울링을 방지했으며, 인클로저의 무결성이 유지되는 상황에서 적어도 1년 동안 관련 엔드 캡 상의 상당한 파울링을 추가로 방지했다(<2% 매크로 파울링 커버). 스펀 폴리에스터 패브릭을 포함하는 인클로저는 살생제 코팅이 없는 경우에도 인클로저의 무결성이 유지되는 한(~ 6 개월) 기저 기판을 매크로 파울링으로부터 완전히 보호했다. 도 23d는 파울링에 의해 보호된 다른 기판을 도시하지만, 도 23e의 코팅된 폴리 인클로저는 일부 실시형태에서 12개월의 침지 후 심하게 빠르게 파울링되기 시작했지만, 이 인클로저는 심지어 외부 오염이 인클로저에서 물 교환 속도 및/또는 수질에 부정적인 영향을 미쳤을 동안에도(특히 차별화된 수성 환경 내에서 용존 산소의 최적 범위와 관련하여) 여전히 기판의 차별화된 환경 및 파울링 방지를 유지했다. 코팅된 인클로저의 수질은 일반적으로 개방된 물의 수질과 다르지만, 이러한 인클로저의 용존 산소 수준은 상당한 잠재적 부식 문제(즉, 무산소)를 유발할만큼 오랜 시간 동안 충분히 낮아지는 것처럼 보이지 않았다.
다양한 실시형태에서, 다양한 폴리에스터 패브릭과 같은 수계 및/또는 용매계 코팅을 사용하여 형성된 살생제 코팅된 인클로저 물질은 염수에 1년 이상 침지한 후에도 분해 징후가 없었으며, 이는 1년 내에 분해된 삼베(도 23f 및 23g 참조)와 같은 천연 섬유에 비해 상당한 개선이었다. 그러나, 천연 섬유의 다양한 실시형태는 일부 실시형태에서 코팅되지 않은 폴리에 비해 일부 장점을 가질 수 있으며, 이는 감소된 비용 및/또는 폐기 후(즉, 자연 환경에서) 신속하게 붕괴 및/또는 분해하는 능력을 포함한다. 또한, 살생제 코팅된 폴리에스터 인클로저 물질은 살생제 코팅이 없는 폴리에스터 물질에 비해 물질 표면에 매크로 파울링을 덜 포함했다.
이 시험에서, 인클로저 내의 개방 물들 및 물의 수질 측정은 이러한 수질 조건에 대해 온도, 염도 및 pH에 대해 일관되었지만, 이러한 특성 중 하나 이상은 다른 실시형태 및/또는 다른 기상 조건에서 다를 수 있다. 또한 용존 산소 수준은 모든 인클로저 처리들 사이에서 크게 달랐으며, 개방 판독값이 최고 수준이고 용매계 코팅된 폴리 패브릭이 최저 수준이었다.
실험 3 - 16개월 동안 청동 기판을 보호하는 염수 침지
다른 실험에서, 2개의 폴리에스터 패브릭(스펀 및 텍스처드)의 인클로저가 본원에 개시된 방법을 사용하여 수계 살생제 코팅으로 코팅되고 청동 막대 기판 위에 위치되었다. 각 처리의 3개의 복제물을 랜덤화하여 2개의 프레임 상에 배치했다. 매월 샘플을 물로부터 제거하고 사진을 찍고 육안 평가를 수행하여 보호되지 않은 청동 막대 기판과 비교했다. 수질 측정을 위해 동일한 순서로 2개의 프레임 상에 추가 복제 세트를 위치했다.
염수에 16개월 침지 후, 실험은 스펀 폴리에스터 인클로저에 둘러싸인 청동 샘플에서 매크로 파울링이 발생하지 않았으며, 50 텍스처 폴리에스터 및 40 텍스처 폴리에스터 인클로저에 둘러싸인 청동 막대는 하이드로이드 및 서관충류로 구성된 가벼운 매크로 파울링을 나타냈음을 보여주었다(표 12 참조). (주석: 대조 샘플의 바이오 필름 수준은 필름을 가리는 두꺼운 매크로 파울링 커버로 인해 쉽게 보이지 않았다.)
이 실험에서, 보호되지 않은 청동 막대 기판의 파울링은 무겁고 염수에 3개월의 침지 후 피복형 및 수지상 이끼벌레, 따개비, 서관충류 및 굴로 구성되었다. 염수에 침지된 16개월 후, 스펀 폴리에스터 인클로저의 청동 막대 기판은 검출 가능한 바이오 필름을 갖지만 매크로 파울링은 없었고, 텍스처드 폴리에스터 인클로저의 청동 막대 기판에는 약간의 수지상 이끼벌레와 서관충류가 있었다. 스펀 및 텍스처드 폴리에스터 인클로저의 엔드 캡에는 수지상 이끼벌레의 낮은 커버와 서관충류의 중간 정도의 커버가 있었다. 텍스처드 폴리에스터 처리는 불활성 엔드 캡에 가볍거나 중간 정도의 파울링이 있었으며, 40 텍스처드 폴리에스터는 염수에 침지된 16개월 후 청동 막대 기판에 약간의 매크로 파울링을 축적하기 시작했다. 어떠한 인클로저 상에서도 뚜렷한 분해가 없었지만, 일부 인클로저는 염수에 16개월 침지 후 외부 물질 표면(개방 물에 노출된 표면) 상에 주로 피복형 및 수지상 이끼벌레, 따개비, 서관충류(스피로비드(spirorbid) - 원형, 세르풀리드(serpulid) - 긴 직선형) 및 피낭동물로 구성된 심한 파울링을 축적했다. 수지상 이끼벌레는 다시 죽기 시작하고(노화됨) 시즌이 끝날 때 인클로저로부터 자가 청소된 것으로 보였다. 더욱이, 도 24a 및 24b는 염수에서 16개월 후 스펀 및 텍스처드 폴리에스터 인클로저의 내부 표면 물질 상에 파울링이 거의 또는 전혀 없음을 보여주기 때문에, 인클로저 내부의 파울링 성장은 매우 제한적이었지만, 도 24b의 텍스처드 폴리에스터 인클로저는 스펀 폴리에스터 인클로저의 내부 물질 표면 상의 파울링이 없거나 제한된 양에 비해 인클로저의 내부 물질 표면 상에 훨씬 더 많은 부착된 매크로 파울링 유기체를 포함한다(도 24a).
이 실험은 스펀 및 텍스처드 폴리에스터가 기판을 매크로 파울링으로부터 효과적으로 보호할 수 있는 보호 인클로저에 매우 효과적인 패브릭이 될 수 있다는 결론으로 이어졌다. 이들 실시형태는 기저 기판에 대해 최대 1년 및/또는 500일 초과의 보호 또는 그 초과와 같이 상당히 장기간 동안 효과적일 수 있다.
이전 실험 결과와 유사하게, 폴리에스터 인클로저 내 개방 물들 및 물의 수질 측정은 염수에 16개월 침지 후 온도, 염도 및 pH에 대한 유의한 차이를 나타내지 않는다. 용존 산소는 모든 폴리에스터 인클로저들 사이에서 크게 달랐으며, 개방 판독값은 최고 수준이고 수계 코팅된 스펀 폴리에스터는 최저 수준이었다(도 25 및 표 13 참조).
실험 4: PVC 기판을 보호하는 담수 침지
다른 예시적인 실시형태에서, 도 26a 및 26b에 도시된 결과와 함께, 인클로저의 존재가 담수 환경에서 매크로 파울링을 억제 및/또는 방지하는지 여부를 결정하기 위해 다양한 인클로저 실시형태가 시험되었다(이는 위스콘신주 밀워키 맥킨리 마리나 슬립 B31에서 수행되었다). 이 실험에서는, 4-층 인공 PVC 기판 배열이 사용되었으며, 인클로저는 살생제 코팅된 패브릭 벽을 포함하고 기판은 인클로저 내부에 매달렸다.
표 14 내지 17b는 담수에 3개월 침지 동안 물 화학 측정에 대한 다양한 시험 결과를 나타내며, 5/18에 초기 물 화학 값(표 14), 6/21(표 15a 및 15b), 7/19(표 16a 및 16b) 및 8/28(표 17a 및 17b)에 대해 개방 수성 환경 및 인클로저 내 다양한 수질 측정의 후속 변화를 보여준다. 물 화학 결과는 3개월 동안 스팟 샘플링 동안 인클로저 내 개방 담수 및 담수들 사이에서 유사한 온도 및 염도를 보여준다. 한편, 인클로저 내 차별화된 환경과 인클로저에서 멀리 떨어진 개방 담수 간에 비교할 때 인클로저 내 탁도는 용존 산소는 인클로저 내에서 더 낮았고, pH는 인클로저 내에서 더 낮았으며, 인클로저 내에서 더 높았다. 또한 차별화된 환경에서의 엽록소는 1개월과 2개월 동안은 더 높았고, 3개월의 침지 후 낮아졌다.
표 15b, 16b 및 17b는 담수 침지 연구 동안 인클로저 내부 및 외부에서 확인된 다양한 농도의 유기체를 묘사하며, 대부분의 미국 담수에서 흔한 담수 바이오 파울링 유기체의 세 가지 기본 그룹, 침습성 드레이센이드 얼룩말(dreissenids zebra) 홍합(Dreissena polymorpha) 및 콰가(quagga) 홍합(Dreissena rostriformis), 엑토프록타 프레데리셀라 설타나(Ectoprocta Fredericella sultana), 클라도포라세애 알가 클라도포라 글로머레이트(Cladophoraceae alga Cladophora glomerate)를 포함하며, 추가 기판 콜로니화 매크로 유기체, 예를 들어 포리페라(Porifera) 해면, 키로노미드(chironomids), 가스트로포드(gastropods) 등이 포함된다. 담수에 침지한 첫 달에는, 보호되지 않은 기판에 비해 인클로저 내의 기판에 더 높은 농도의 불안정한(unsettled) 홍합이 있었다. 그러나, 담수에 침지한 2개월 및 3개월 후, 인클로저에 의해 보호되는 기판 상의 홍합 농도는 보호되지 않은 기판 상의 홍합 수보다 훨씬 적었다. 파울링의 이러한 차이는, 담수에 3개월 침지 후 개시되는 인클로저(도 26b)에 의해 보호된 기판과 보호되지 않은 기판(도 26a)의 파울링 비교를 시각적으로 나타내는 도 26a 및 26b로부터 쉽게 알 수 있다.
실험 5: 폰툰(pontoon) 선체 "보트 랩"
다른 예시적 실시형태에서, "폰툰 랩"을 포함하는 인클로저가 12개월 초과 동안 침지되어 바닥 페인트 코팅으로 코팅된 선체 상에서 보트 랩의 효능을 시험하고, 두 번째로 상이한 코팅 유형에 대한 영향을 평가하고, 세 번째로 기술이 더 큰 규모의 구성으로 확장됨에 따라 발생할 수 있는 임의의 변수/문제를 확인하고 통찰을 제공한다. 21-피트 유리섬유 쌍동선(catamaran)은 좌현(port) 및 우현(starboard) 폰툰 둘다의 수중 선체 상에 다양한 살생제 코팅 및/또는 기타 물질 코팅으로 처리되었다. 쌍동선의 좌현측 폰툰은 살생제 코팅된 유연한 패브릭 벽을 갖는 인클로저 내에 실질적으로 둘러싸였다.
염수에서 12개월 후, 인클로저는 불활성 표면을 포함한 모든 코팅 상에서 매크로 파울링을 성공적으로 방지했다. 보호되지 않은 폰툰 상의 활성 코팅 상의 매크로 파울링은 가볍거나 중간 정도였지만, 모든 코팅은 인클로저의 폰툰에 비해 보호되지 않은 폰툰 상에 무겁고 푹신한(fluffy) 바이오 필름의 훨씬 더 높은 커버를 가졌다. 인클로저 내부 표면 상의 바이오 필름은 얇고 가벼웠다. 보호되지 않은 폰툰 상의 불활성 코팅 상의 매크로 파울링은 염수에 2개월 침지 후 무거웠다.
또한, 표 18에서 볼 수 있듯이, 인클로저의 크기가 상당히 증가했음에도 불구하고(완전한 폰툰을 수용하기 위해), 용존 산소 및 pH는 인클로저 내부에서 상당히 낮았다. 염도가 또한 인클로저 내부에서 상당히 낮았다. 이러한 인자 중 일부는, 조수가 바뀌었고, 선박 잠금이 개방되었고, 폭풍우가 발생했으며, 유람선이 근처로 이동했고/했거나 일부 다른 인자들의 조합에 따라 인클로저 내의 수질 개질(즉, 외부 물 조건과 일치되도록)의 버퍼링 및/또는 지연으로 인한 것일 수 있다.
실험 6 - 탁도 및 침전물 실험
이 실험에서, 외부 환경과 비교하여 인클로저의 존재가 인클로저 내 부유 침전물의 탁도 및/또는 양에 영향을 미치는지 여부를 결정하기 위해 인클로저 실시형태가 시험되었으며, 시험 결과는 인클로저 내의 물이 개방된 환경의 물보다 훨씬 더 깨끗했음을 보여주었다.
따라서, 본 발명의 예시적인 실시형태들이 도시되고 설명되었지만, 본원에서 사용되는 모든 용어는 제한적이라기보다는 설명적인 것이며, 많은 변경, 수정 및 대체는 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다.
본원에 인용된 간행물, 특허출원 및 특허를 포함한 모든 참고 문헌은 각각의 참고 문헌이 개별적으로 그리고 구체적으로 표시되어 참고로 포함되는 것과 동일한 정도 본원에 참고로 포함되며 그 전체가 본원에 기재된다.
본원에서 사용되는 다양한 표제 및 제목은 독자의 편의를 위한 것이며 그 아래의 임의의 특징 또는 개시내용을 특정 실시형태 또는 실시형태들로 한정하거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 다양한 예시적인 실시형태는 설명된 다양한 장점 및/또는 특징의 수많은 조합을 포함할 수 있으며, 이들의 조합의 모든 방식은 본원에서 고려되고 명시적으로 포함된다.
본 발명을 설명하는 맥락에서 단수 표현(영문 "a", "an" 및 "the"와 유사한 지시어에 대응)의 사용은 본원에서 달리 표시되거나 문맥에 의해 명확하게 모순되지 않는 한 단수 및 복수를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "구비하는" 및 "함유하는"은 달리 언급하지 않는 한 개방형 용어(즉, "포함하지만 이에 제한되지 않음"을 의미)로 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위를 기재하는 것은, 본원에서 달리 지시하지 않는 한, 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 약식 방법으로서 역할을 하는 것으로 의도되고, 각각의 개별 값은 마치 본원에서 개별적으로 기재된 것처럼 명세서에 포함된다. 본원에 설명된 모든 방법은 본원에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명백히 모순되지 않는 한 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 모든 예 또는 예시적인 언어(예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 명세서에서 어떤 언어도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 본질적인 것으로서 지시하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명을 실시하기 위해 본 발명자에게 알려진 최상의 모드를 포함하여 본 발명의 바람직한 실시형태들이 본원에 기술된다. 이러한 바람직한 실시형태의 변형은 전술한 설명을 읽을 때 당업자에게 명백할 수 있다. 본 발명자는 당업자가 이러한 변형을 적절히 사용하기를 기대하며, 본 발명자는 본 발명이 본원에 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 바와 같이 여기에 첨부된 청구범위에 기재된 요지의 모든 수정 및 등가물을 포함한다. 더욱이, 모든 가능한 변형으로 전술한 요소들의 임의의 조합은 본원에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 달리 명백히 모순되지 않는 한 본 발명에 포함된다.
Claims (126)
- 수성 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 상의 바이오 파울링을 감소시키기 위한 장치로서,
사용 중에 물 투과성이거나 물 투과성으로 되고 상기 기판을 수용하도록 된 구조물을 포함하며,
상기 구조물은 수성 환경을 국소 수성 환경 및 개방 수성 환경으로 분리하고, 상기 국소 수성 환경은 상기 기판의 표면으로부터 적어도 상기 구조물의 내부 표면으로 연장되며,
상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.1% 내지 500%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.1% 내지 200%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.2% 내지 120%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.2% 내지 20%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 20% 내지 50%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물은 기판의 제곱 센티미터당 초당 약 100 밀리리터의 물의 투과성을 갖는 물 투과성 표면을 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물은 천연 및 합성 패브릭, 천연 및 합성 막(membrane), 천연 및 합성 시트, 및 천연 및 합성 물질의 조합으로 제조된 패브릭, 막, 필름 및 시트로 구성된 군으로부터 선택된 3차원 유연성 물질을 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물은 적어도 평균 10% 이상의 국소 수성 환경 내 액체의 용존 산소 함량을 유지하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 국소 수성 환경 내의 물 화학은 상기 개방 수성 환경 내의 물 화학과 상이한, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물의 표면적은 상기 기판의 표면적과 적어도 같거나 더 큰, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물의 표면적은 상기 기판의 표면적보다 작은, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 상기 구조물을 상기 기판 주위에 위치시킬 때 약 0.4 피트-1 내지 약 800 피트-1인, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 350 피트-1 초과인, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 350 피트-1 미만인, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 100 대 1 이하인, 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 2 대 1 이하인, 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 1 대 2 이상인, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하지 않는, 장치.
- 수성 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 상의 바이오 파울링을 감소시키기 위한 장치로서,
상기 기판을 수용하도록 된 구조물로서, 상기 구조물이 수성 환경을 국소 수성 환경 및 개방 수성 환경으로 분리하고, 상기 국소 수성 환경은 상기 기판의 표면으로부터 적어도 상기 구조물의 내부 표면으로 연장되는, 구조물,
적어도 하나의 수성 유동 공동(cavity)을 포함하는 수성 유동 메커니즘으로서, 상기 수성 유동 공동의 적어도 일부가 상기 국소 수성 환경 내에 위치하는, 수성 유동 메커니즘을 포함하며,
상기 수성 유동 공동은 수성 매질의 충분한 유량을 제공하여 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 평균 약 0.1% 내지 500%를 상기 개방 수성 환경으로부터의 물 부피로 교환하는, 장치. - 제20항에 있어서, 상기 수성 유동 메커니즘은 펌프를 포함하는, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 수성 유동 메커니즘은 프로펠러를 포함하는, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물은 물 투과성인, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물은 물 불투과성인, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 수성 유동 메카니즘은 상기 개방 수성 환경으로부터의 물의 부피로 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.1% 내지 200%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제25항에 있어서, 상기 수성 유동 메카니즘은 상기 개방 수성 환경으로부터의 물의 부피로 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.2% 내지 120%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제26항에 있어서, 상기 수성 유동 메카니즘은 상기 개방 수성 환경으로부터의 물의 부피로 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.2% 내지 20%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제26항에 있어서, 상기 수성 유동 메카니즘은 상기 개방 수성 환경으로부터의 물의 부피로 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 20% 내지 50%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물은 천연 및 합성 패브릭, 천연 및 합성 막, 천연 및 합성 시트, 및 천연 및 합성 물질의 조합으로 제조된 패브릭, 막, 필름 및 시트로 구성된 군으로부터 선택된 3차원 유연성 물질을 포함하는, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물은 적어도 평균 10% 이상의 국소 수성 환경 내 용존 산소 함량을 유지하는, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 국소 수성 환경 내의 물 화학은 상기 개방 수성 환경 내의 물 화학과 상이한, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물의 표면적은 상기 기판의 표면적과 적어도 같거나 더 큰, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물의 표면적은 상기 기판의 표면적보다 작은, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 상기 구조물을 상기 기판 주위에 위치시킬 때 약 0.4 피트-1 내지 약 800 피트-1인, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 350 피트-1 초과인, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 350 피트-1 미만인, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 100 대 1 이하인, 장치.
- 제37항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 2 대 1 이하인, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 1 대 2 이상인, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하는, 장치.
- 제20항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하지 않는, 장치.
- 수성 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 상의 바이오 파울링을 감소시키기 위한 장치로서,
사용 중에 물 투과성이거나 물 투과성으로 되고 상기 기판을 수용하도록 된 구조물을 포함하며,
상기 구조물은 수성 환경을 국소 수성 환경 및 개방 수성 환경으로 분리하고, 상기 국소 수성 환경은 상기 기판의 표면으로부터 적어도 상기 구조물의 내부 표면으로 연장되며,
상기 구조물은 상기 개방 수성 환경으로부터 상기 국소 수성 환경으로 용존 산소 함량을 조정하는, 장치. - 제42항에 있어서, 상기 구조물은 상기 용존 산소를 24시간 내에 평균 10% 용존 산소 이상으로 유지함으로써 상기 국소 수성 환경 내의 용존 산소 수준을 조정하는, 장치.
- 제43항에 있어서, 상기 구조물은 상기 용존 산소를 24시간 내에 평균 40% 용존 산소 이상으로 유지함으로써 상기 국소 수성 환경 내의 용존 산소 수준을 조정하는, 장치.
- 제43항에 있어서, 상기 구조물은 상기 용존 산소를 24시간 내에 20% 내지 120% 용존 산소의 범위 내로 유지함으로써 상기 국소 수성 환경 내의 용존 산소 수준을 조정하는, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량과 상이한, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량보다 적은, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량보다 평균적으로 적은, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 제1 변화 속도(rate)를 포함하고, 제2 용존 산소 함량은 제2 변화 속도를 포함하며, 상기 제1 변화 속도는 상기 제2 변화 속도와 동일한, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 제1 변화 속도(rate)를 포함하고, 제2 용존 산소 함량은 제2 변화 속도를 포함하며, 상기 제1 변화 속도는 상기 제2 변화 속도보다 느리거나 적은, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 상기 구조물의 내부 벽에 근접한 제1 용존 산소 함량 및 상기 기판의 외부 벽에 근접한 제2 용존 산소 함량을 가지며, 상기 제1 및 제2 용존 산소 함량은 상이한, 장치.
- 제51항에 있어서, 상기 제2 용존 산소 함량은 상기 제1 용존 산소 함량보다 적은, 장치.
- 제46항에 있어서, 상기 차이는 제1 용존 산소 함량과 및 제2 용존 산소 함량 간의 적어도 0.1% 차이인, 장치.
- 제46항에 있어서, 상기 차이는 제1 용존 산소 함량과 및 제2 용존 산소 함량 간의 적어도 5% 차이인, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.1% 내지 500%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 구조물은 기판의 제곱 센티미터당 초당 약 100 밀리리터의 물의 투과성을 갖는 물 투과성 표면을 포함하는, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 구조물은 천연 및 합성 패브릭, 천연 및 합성 막, 천연 및 합성 시트, 및 천연 및 합성 물질의 조합으로 제조된 패브릭, 막, 필름 및 시트로 구성된 군으로부터 선택된 3차원 유연성 물질을 포함하는, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 국소 수성 환경 내의 물 화학은 상기 개방 수성 환경 내의 물 화학과 상이한, 장치.
- 제48항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량보다 항상 적은, 장치.
- 제48항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 용존 산소 함량은 낮 시간 동안 상기 제2 용존 산소 함량보다 적은, 장치.
- 제48항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량보다 뒤쳐지는(lag), 장치.
- 제49항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 변화 속도는 상기 제2 변화 속도보다 뒤쳐지는, 장치.
- 제48항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량과 비교하여 버퍼링되는(buffer), 장치.
- 제49항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 변화 속도는 상기 제2 변화 속도와 비교하여 버퍼링되는, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하는, 장치.
- 제42항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하지 않는, 장치.
- 수성 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 상의 바이오 파울링을 감소시키기 위한 장치로서,
사용 중에 물 투과성이거나 물 투과성으로 되고 상기 기판을 수용하도록 된 구조물을 포함하며,
상기 구조물은 수성 환경을 합성 국소 수성 환경 및 개방 수성 환경으로 분리하고, 상기 합성 국소 수성 환경은 상기 기판의 표면으로부터 적어도 상기 구조물의 내부 표면으로 연장되며,
상기 합성 국소 수성 환경 내에 파울링 방지 바이오 필름이 형성되며, 상기 합성 국소 수성 환경은 상기 합성 국소 수성 환경에 근접하지만 외부에 위치하는 물과 비교하여 물 화학 차이를 포함하는, 장치. - 제67항에 있어서, 상기 합성 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량과 상이한, 장치.
- 제68항에 있어서, 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량보다 적은, 장치.
- 제68항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량보다 평균적으로 적은, 장치.
- 제68항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 제1 변화 속도(rate)를 포함하고, 제2 용존 산소 함량은 제2 변화 속도를 포함하며, 상기 제1 변화 속도는 상기 제2 변화 속도와 동일한, 장치.
- 제68항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 제1 용존 산소 함량을 포함하고, 개방 수성 환경은 제2 용존 산소 함량을 포함하며, 상기 제1 용존 산소 함량은 제1 변화 속도를 포함하고, 제2 용존 산소 함량은 제2 변화 속도를 포함하며, 상기 제1 변화 속도는 상기 제2 변화 속도보다 느리거나 적은, 장치.
- 제67항에 있어서, 상기 국소 수성 환경은 상기 구조물의 내부 벽에 근접한 제1 용존 산소 함량 및 상기 기판의 외부 벽에 근접한 제2 용존 산소 함량을 가지며, 상기 제1 및 제2 용존 산소 함량은 상이한, 장치.
- 제67항에 있어서, 상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.1% 내지 500%의 평균 물 교환을 제공하는, 장치.
- 제67항에 있어서, 상기 구조물은 기판의 제곱 센티미터당 초당 약 100 밀리리터의 물의 투과성을 포함하는, 장치.
- 제67항에 있어서, 상기 구조물은 천연 및 합성 패브릭, 천연 및 합성 막, 천연 및 합성 시트, 및 천연 및 합성 물질의 조합으로 제조된 패브릭, 막, 필름 및 시트로 구성된 군으로부터 선택된 3차원 유연성 물질을 포함하는, 장치.
- 제68항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 용존 산소 함량은 상기 제2 용존 산소 함량보다 항상 적은, 장치.
- 제68항에 있어서, 평균적으로 상기 제1 용존 산소 함량은 낮 시간 동안 상기 제2 용존 산소 함량보다 적은, 장치.
- 인공적으로 생성된 바이오 필름으로서,
합성 국소 수성 환경 내에 형성된 파울링 방지 바이오 필름을 포함하며, 상기 합성 국소 수성 환경은 수성 환경을 합성 국소 수성 환경 및 개방 수성 환경으로 분리함으로써 형성되고, 상기 합성 국소 수성 환경은 기판의 표면으로부터 적어도 0.04 인치 연장되고, 상기 합성 국소 수성 환경 내의 물 화학은 상기 개방 수성 환경 내의 물 화학과 상이하며,
상기 바이오 필름은 상기 개방 수성 환경에서 자연적으로 생성된 바이오 필름과 비교하여 적어도 하나의 시아노박테리아, 규조류 또는 박테리아의 다양성 감소를 포함하는, 바이오 필름. - 수성 환경에서 기판 상의 바이오 파울링을 감소시키기 위해 인공적으로 생성된 바이오 필름을 생성하는 방법으로서,
사용 중에 물 투과성이거나 물 투과성으로 되는 구조물을 상기 기판의 주위에 배치하여, 상기 기판의 표면으로부터 적어도 상기 구조물의 내부 표면으로 연장되는 인공적 국소 수성 환경에서 상기 기판을 실질적으로 포위하는 단계를 포함하며,
상기 구조물은 상기 개방 수성 환경으로부터 상기 국소 수성 환경으로 용존 산소 함량을 조정하고, 상기 인공적 국소 수성 환경 내의 용존 산소의 감소된 수준은 상기 바이오 필름의 변경을 유도하는, 방법. - 제80항에 있어서, 상기 인공적 국소 수성 환경 내의 용존 산소의 감소된 수준은 인공적 국소 수성 환경에서 시아노박테리아, 규조류 및 박테리아 문으로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원의 유병률(prevalence) 감소를 유도하는, 방법.
- 제80항에 있어서, 상기 인공적 국소 수성 환경 내의 용존 산소의 감소된 수준은 인공적 국소 수성 환경에서 시아노박테리아, 규조류 및 박테리아 문으로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원의 유병률 증가를 유도하는, 방법
- 제80항에 있어서, 상기 기판 상에 미생물의 인공적 혼합에 의해 침착된 상기 바이오 필름은 상기 수성 환경에서의 자연적 발생 바이오 필름보다 더 얇은, 방법.
- 제80항에 있어서, 상기 기판 상에 미생물의 인공적 혼합에 의해 침착된 상기 바이오 필름은 상기 수성 환경에서의 자연적 발생 바이오 필름보다 더 약한 구조적 무결성을 갖는, 방법.
- 제80항에 있어서, 미생물의 인공적 혼합에 의해 침착된 상기 바이오 필름은 주로 프로테오박테리아(Proteobacteria) 또는 박테로이데테스(Bacteroidetes)를 포함하는, 방법.
- 제80항에 있어서, 미생물의 인공적 혼합에 의해 침착된 상기 바이오 필름은 매우 적은 양의 베루코미크로비아(Verrucomicrobia) 및 액티노박테리아(actinobacteria)를 포함하는, 방법.
- 수성 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 상의 바이오 파울링을 감소시키기 위한 장치로서,
상기 구조물은 수성 환경을 국소 수성 환경 및 개방 수성 환경으로 분리하고, 상기 국소 수성 환경은 상기 기판의 표면으로부터 적어도 상기 구조물의 내부 표면으로 연장되며,
상기 국소 수성 환경 내의 제1 물 화학 인자의 제1 측정치는 상기 개방 수성 환경 내의 제1 물 화학 인자의 제2 측정치와 상이한, 장치. - 제87항에 있어서, 상기 제1 물 화학 인자는 암모늄이고, 상기 제1 측정치는 상기 제2 측정치보다 더 높은, 장치.
- 제88항에 있어서, 상기 제1 측정치와 제2 측정치 간의 차이는 상기 구조물을 상기 수성 환경 내에 배치한 지 3일 이내에 발생하는, 장치.
- 제87항에 있어서, 상기 제1 물 화학 인자는 암모니아성(ammoniacal) 질소이고, 상기 제1 측정치는 상기 제2 측정치보다 더 높은, 장치.
- 제90항에 있어서, 상기 제1 측정치는 0.1 십억분율(ppb)보다 큰, 장치.
- 제91항에 있어서, 상기 제1 측정치는 1 십억분율(ppb)보다 큰, 장치.
- 제92항에 있어서, 상기 제1 측정치는 10 십억분율(ppb)보다 큰, 장치.
- 제93항에 있어서, 상기 제1 측정치는 100 십억분율(ppb)보다 큰, 장치.
- 제90항에 있어서, 상기 제1 측정치와 제2 측정치 사이의 차이가 발현하는 데 적어도 30일의 침지를 필요로 하는, 장치.
- 제87항에 있어서, 상기 제1 물 화학 인자는 아질산염이고, 상기 제1 측정치는 상기 제2 측정치보다 더 높은, 장치.
- 제96항에 있어서, 상기 제1 측정치는 0.1 십억분율(ppb)보다 더 높은, 장치.
- 제97항에 있어서, 상기 제1 측정치는 0.1 백만분율(ppm)보다 더 높은, 장치.
- 제98항에 있어서, 상기 제1 측정치는 0.5 백만분율(ppm)보다 더 높은, 장치.
- 제99항에 있어서, 상기 제1 측정치는 1 백만분율(ppm)보다 더 높은, 장치.
- 제87항에 있어서, 상기 제1 물 화학 인자는 인산염이고, 상기 제1 측정치는 상기 제2 측정치보다 더 높은, 장치.
- 제101항에 있어서, 상기 제1 측정치와 제2 측정치 사이의 차이가 발현하는 데 3일 이내의 침지를 필요로 하는, 장치.
- 제87항에 있어서, 상기 투과성 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.1% 내지 200%의 평균 물 교환을 허용하는 투과성 부분을 포함하는, 장치.
- 제103항에 있어서, 상기 구조물은 기판의 제곱 센티미터당 초당 약 100 밀리리터의 물의 투과성을 갖는 물 투과성 표면을 포함하는, 장치.
- 제87항에 있어서, 상기 물 투과성 구조물은 천연 및 합성 패브릭, 천연 및 합성 막, 천연 및 합성 시트, 및 천연 및 합성 물질의 조합으로 제조된 패브릭, 막, 필름 및 시트로 구성된 군으로부터 선택된 3차원 유연성 물질을 포함하는, 장치.
- 제87항에 있어서, 상기 구조물은 살생성 물질을 포함하는, 장치.
- 제87항에 있어서, 상기 구조물은 살생성 물질을 포함하지 않는, 장치.
- 수성 환경에 적어도 부분적으로 침수된 기판 상의 바이오 파울링을 감소시키는 방법으로서,
사용 중에 물 투과성이거나 물 투과성으로 되고 상기 기판을 수용하도록 된 구조물을 사용하는 단계로서, 상기 구조물이 수성 환경을 국소 수성 환경 및 개방 수성 환경으로 분리하고, 상기 국소 수성 환경은 상기 기판의 표면으로부터 적어도 상기 구조물의 내부 표면으로 연장되는 것인 단계, 상기 국소 수성 환경 내의 용존 산소 함량을 적어도 10% 감소시키는 물질을 분배하는 단계를 포함하는, 방법. - 제108항에 있어서, 상기 물질은 질소 가스를 포함하는, 방법.
- 제109항에 있어서, 상기 물질을 해수 내에 분배하는 단계는 해수에 질소 가스를 스파징(sparging)하는 것을 포함하는, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 물질은 쇳가루(iron filings)을 포함하는, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물은 상기 국소 수성 환경과 상기 개방 수성 환경 사이에서 매시간 상기 국소 수성 환경의 물 부피의 약 0.1% 내지 200%의 평균 물 교환을 제공하는, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물은 기판의 제곱 센티미터당 초당 약 100 밀리리터의 물의 투과성을 갖는 물 투과성 표면을 포함하는, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물은 천연 및 합성 패브릭, 천연 및 합성 막, 천연 및 합성 시트, 및 천연 및 합성 물질의 조합으로 제조된 패브릭, 막, 필름 및 시트로 구성된 군으로부터 선택된 3차원 유연성 물질을 포함하는, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물은 적어도 평균 10% 이상의 국소 수성 환경 내 액체의 용존 산소 함량을 유지하는, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 국소 수성 환경 내의 물 화학은 상기 개방 수성 환경 내의 물 화학과 상이한, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적은 상기 기판의 표면적과 적어도 같거나 더 큰, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적은 상기 기판의 표면적보다 더 작은, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 상기 구조물을 상기 기판 주위에 위치시킬 때 약 0.4 피트-1 내지 약 800 피트-1인, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 350 피트-1 초과인, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 국소 수성 환경 내 물 부피의 비는 350 피트-1 미만인, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 100 대 1 이하인, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 2 대 1 이하인, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물의 표면적 대 상기 기판의 표면적의 비는 약 1 대 2 이상인, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하는, 방법.
- 제108항에 있어서, 상기 구조물은 살생제를 포함하지 않는, 방법.
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