KR20230035616A - 생물학적 오염된 폐수를 처리하기 위한 시스템 및 폐수원을 오염 제거하기 위한 프로세스 - Google Patents

생물학적 오염된 폐수를 처리하기 위한 시스템 및 폐수원을 오염 제거하기 위한 프로세스 Download PDF

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Abstract

도축장 또는 유사한 시설로부터의 생물학적 오염된 폐수 유체를 오염 제거하기 위한 시스템 및 프로세스. 시스템 및 프로세스는 별도의 정제 및 오염물 스트림을 생성하는 처리 용기에 복수의 교번식 회전 트레이 및 고정 배플을 갖는 오염 제거 유닛을 통해 정제된 증기/스팀을 회수한다. 하나 이상의 필터/여과기 유닛은 오염 제거 유닛 전에 병렬로 배치되며, 다른 하나를 세정하는 동안 교대로 사용될 수 있다. 회전 트레이에 연결된 회전 샤프트는 또한 발전기에 연결되어 시스템의 회로 및 제어부에 전기를 제공할 수 있다.

Description

생물학적 오염된 폐수를 처리하기 위한 시스템 및 폐수원을 오염 제거하기 위한 프로세스
본 발명은 동물 도축장 및 유사한 생물학적 처리 시설로부터의 폐수를 처리하기 위한 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 혼입 및 용해된 고체를 제거하고, 물을 기화시키고, 수평 수처리 용기(horizontal water processing vessel)를 통해 오염된 물로부터 이용 가능한 물의 회수를 최대화함으로써 이러한 생물학적 폐수를 오염 제거하기 위해 일련의 펌프, 필터, 및 물 기화기를 이용하는 개선된 방법에 관한 것이다.
수원의 오염 제거는 여과, 탈염, 정제, 소독 등을 비롯하여 많은 형태로 이루어질 수 있다. 여과는 수원으로부터 혼입 및/또는 용해된 고체를 제거한다. 담수화(또한 탈염 또는 제염)는 과도한 염, 미네랄 및 기타 자연적 또는 비자연적 오염물을 물로부터 제거하기 위한 많은 프로세스 중 하나를 지칭한다. 정제 및 소독은 생물학적 및 유사한 오염물 또는 독소를 제거하는 유용한 방법이다.
역사적으로, 담수화는 해수를 선박의 음용수로 변환하였다. 현대식 담수화 프로세스는 선박과 잠수함에서 여전히 사용되어 승무원을 위한 지속적인 음용수 공급을 보장한다. 그러나, 담수화는 담수 자원이 부족한 건조 지역에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 이들 지역에서는, 해양으로부터의 염수가 소비(즉, 음용) 또는 관주에 적절한 담수로 담수화된다. 담수화 프로세스로부터 나오는 고농축 폐기물은 통상적으로 염수라고 지칭되며, 염(NaCl)이 통상적인 주요 부산물이다. 담수화에 대한 대부분의 현대적 관심은 담수 가용성이 제한되는 건조 지역에서 사용할 담수를 제공하기 위한 비용 효율적인 프로세스 개발에 초점을 맞추고 있다.
탈염과 같은 대규모 오염 제거 프로세스는 통상적으로 비용이 많이 들고 일반적으로 많은 양의 에너지와 값비싼 인프라를 필요로 한다. 예를 들어, 세계 최대 규모의 담수화 플랜트는 주로 다중 스테이지 플래시 증류를 사용하며 연간 3억 입방미터(m3)의 물을 생산할 수 있다. 미국에서 가장 큰 담수화 플랜트는 하루에 2,500만 갤런(95,000 m3)의 물을 담수화한다. 전세계적으로, 약 13,000개의 담수화 플랜트에서 하루에 120억 갤런(4,500만 m3) 초과의 물을 생산한다. 따라서, 담수화 방법을 개선하기 위한, 즉, 관련 시스템의 비용을 절감하고 효율성을 개선하기 위한 지속적인 요구가 본 기술 분야에 있다.
오염 제거는 많은 다양한 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 여러 탈염 프로세스는 다중 효과 증발(MED 또는 단순히 ME), 증기 압축 증발(VC) 및 증발-응축과 같은 간단한 증발 기반 담수화 방법을 사용한다. 일반적으로, 증발-응축은 수문 순환(hydrologic cycle) 동안 자연에 의해 수행되는 자연적인 담수화 프로세스이다. 수문 순환에서, 물은 호수, 해양 및 개울과 같은 소스로부터 대기로 증발한다. 증발된 물은 저온인 공기와 접촉하여 이슬이나 비를 형성한다. 결과적인 물에는 일반적으로 불순물이 없다. 일련의 증발-응축 과정을 사용하여 수문 프로세스를 인위적으로 복제할 수 있다. 기본 작동에서, 염수는 가열되어 증발된다. 염 및 기타 불순물은 물에서 용해되어 증발 스테이지 동안 남겨진다. 증발된 물은 나중에 응축되고, 수집되어 담수로서 저장된다. 수년에 걸쳐, 증발-응축 시스템은 특히 프로세스를 용이하게 하는 보다 효율적인 기술의 출현으로 크게 개선되었다. 그러나, 이들 시스템은 여전히 물을 증발시키기 위해 상당한 에너지 입력을 필요로 한다. 대안적인 증발 기반 담수화 방법은 위에서 간단히 설명된 바와 같이 다중 스테이지 플래시 증류를 포함한다. 다중 스테이지 플래시 증류는 진공 증류를 사용한다. 진공 증류는 증발 챔버 내에 진공을 생성함으로써 대기압보다 낮은 압력에서 물을 끓이는 프로세스이다. 따라서, 진공 증류는 MED나 VC보다 훨씬 낮은 온도에서 작동하고 따라서 물로부터 오염물을 분리하기 위해 물을 증발시키는 데 더 적은 에너지를 필요로 한다. 이 프로세스는 상승하는 에너지 비용의 관점에서 특히 바람직하다.
대안적인 담수화 방법은 역삼투(reverse osmosis)(RO), 역전전기투석(electrodialisys reversal)(EDR), 나노여과(nanofiltration)(NF), 정삼투(forward osmosis)(FO) 및 멤브레인 증류(membrane distillation)(MD)와 같은 멤브레인 기반 프로세스를 포함할 수 있다. 이들 담수화 프로세스 중에서, 역삼투가 가장 널리 사용된다. 역삼투는 반과투성 멤브레인과 압력을 사용하여 물로부터 염 및 기타 불순물을 분리한다. 역삼투 멤브레인은 선택적인 것으로 고려된다. 즉, 멤브레인은 물 분자에 대해 고도로 투과성인 반면 염 및 그 안에 용해된 다른 오염물에 대해서는 고도로 불투과성이다. 멤브레인 자체는 고가의 고압 컨테이너에 보관된다. 컨테이너는 표면적과 이를 통과하는 염수 유량을 최대화하도록 멤브레인을 배열한다. 종래의 삼투압 담수화 시스템은 통상적으로 시스템 내에서 고압을 생성하기 위해 다음 2개의 기술 중 하나를 사용한다.(1) 고압 펌프; 또는 (2) 원심 분리기. 고압 펌프는 멤브레인을 통해 염수를 여과하는 데 도움이 된다. 시스템의 압력은 펌프 설정 및 염수의 삼투압에 따라 달라진다. 삼투압은 용액의 온도와 용액에 용해된 염의 농도에 따라 달라진다. 대안적으로, 원심 분리기가 통상적으로 더 효율적이지만, 구현하기가 더 어렵다. 원심 분리기는 용액 내에서 다양한 밀도의 물질을 분리하기 위해 용액을 고속으로 회전시킨다. 멤브레인과 조합하여, 현탁된 염 및 기타 오염물은 멤브레인 길이를 따라 일정한 반경방향 가속도를 받는다. 일반적으로, 역삼투의 일반적인 문제 중 하나는 시간 경과에 따라 현탁된 염이 제거되고 멤브레인이 폐색되는 것이다.
역삼투 담수화 플랜트의 작동 비용은 주로 고압 펌프 또는 원심 분리기를 구동하는 데 필요한 에너지 비용에 의해 결정된다. 유압식 에너지 회수 시스템은 역삼투 시스템에 일체화되어 이미 에너지 집약적인 프로세스와 관련하여 상승하는 에너지 비용을 방지할 수 있다. 여기에는 입력 에너지의 일부를 회수하는 것이 수반된다. 예를 들어, 터빈은 특히 높은 작동 압력과 큰 체적의 염수가 필요한 시스템에서 에너지를 회수할 수 있다. 터빈은 유압 강하 중에 에너지를 회수한다. 따라서, 멤브레인의 반대쪽 사이의 차압에 기초하여 역삼투 시스템에서 에너지가 회수된다. 염수측의 압력은 탈염수측의 압력보다 훨씬 높다. 압력 강하는 터빈에 의해 회수 가능한 상당한 유압 에너지를 생성한다. 따라서, 역삼투 멤브레인의 고압 섹션과 저압 섹션 사이에서 생성된 에너지가 활용되며 완전히 낭비되지 않는다. 회수된 에너지는 고압 펌프 또는 원심 분리기를 포함한 임의의 시스템 구성요소를 구동하는 데 사용될 수 있다. 터빈은 담수화를 수행하기 위한 전체 에너지 소비를 감소시키는 데 도움이 된다.
일반적으로, 역삼투 시스템은 통상적으로 열 증류보다 적은 에너지를 소비하고, 따라서 더 비용 효율적이다. 역삼투는 다소 기수(brackish water) 용액에서 잘 작동하지만, 역삼투는 해양 염수와 같이 염도가 높은 용액과 함께 사용되는 경우 과부하가 걸리고 비효율적일 수 있다. 덜 효율적인 다른 담수화 방법은 이온 교환, 냉동, 지열 담수화, 태양광 가습(HDH 또는 MEH), 메탄 하이드레이트 결정화, 고급 물 재활용 또는 RF 유도 고열을 포함할 수 있다. 프로세스에 무관하게, 담수화는 에너지 집약적 상태로 남아 있다. 미래의 비용과 경제적 타당성은 담수화 기술의 가격과 시스템을 작동하는 데 필요한 에너지 비용에 따라 계속 달라진다.
담수화의 또 다른 대안적 방법으로, Burke, Jr.의 미국 특허 제4,891,140호는 파괴 증류에 의해 물로부터 용해된 미네랄 및 유기 물질을 분리 및 제거하는 방법을 개시한다. 여기서, 물은 제어된 압력 하에서 증기로 가열된다. 용해된 염 입자 및 기타 오염물은 물이 증발함에 따라 용액으로부터 떨어져 나간다. 일체형 히드로사이클론 원심 분리기는 분리 프로세스를 가속화한다. 가열된 고압의 청정수는 열 교환과 유압 모터를 통해 에너지를 다시 시스템으로 전달한다. 따라서, 순수 에너지 사용은 앞서 언급한 프로세스보다 상대적으로 낮다. 실제로, 순수 에너지 사용은 본질적으로 장비 작동으로 인한 펌프 손실 및 열 손실과 동일하다. 이 설계의 특별한 이점 중 하나는 교체할 멤브레인이 없다는 것이다. 이 프로세스는 멤브레인 기반 담수화 디바이스를 달리 손상시키거나 파괴하는 화학 물질 및 기타 물질을 제거한다.
또 다른 특허인 Wallace의 미국 특허 제4,287,026호는, 음용수를 생산하기 위해 염수 및 기타 기수로부터 용해된 고체 형태의 염 및 기타 미네랄을 제거하는 방법 및 장치를 개시한다. 물은 고온과 높은 원심 속도로 여러 담수화 스테이지를 통해 강제된다. 바람직하게는, 내부 구성요소는 마하 2까지의 속도로 물을 회전시켜 기화된 물로부터 용해된 염 및 기타 용해된 고체를 효율적으로 분리하고 현탁시킨다. 현탁된 염 및 기타 미네랄은 원심력으로 외향으로 강제되어 수증기와 별도로 배출된다. 분리되고 정제된 증기 또는 스팀은 이어서 음용수로 다시 응축된다. 이 시스템은 효율적이고 경제적으로 물을 정제하기 위해 역삼투 및 유사한 여과 시스템보다 훨씬 적은 작동 에너지를 필요로 한다. 이 설계의 한 가지 단점은 회전 샤프트가 수직 챔버에 내장되어 있다는 것이다. 결과적으로, 회전 샤프트 섹션은 베어링과 베어링 캡에 의해서만 베이스 유닛에 견고하게 고정된다. 높은 회전 속도(예를 들어, 마하 1 초과)에서는, 진동이 과도한 베어링 샤프트 및 밀봉부 손상을 유발한다. 또 다른 단점은 일련의 챔버가 하우징 섹션에서 함께 볼트 결합된다는 것이다. 천공판은 O-링 밀봉부에 의해 이들 섹션에 결합된다. 다수의 챔버 및 하우징 섹션이 복수의 너트 및 볼트를 통해 연결되기 때문에 하우징 및 O-링 밀봉부는 염 침투로 인해 시간 경과에 따라 마모되는 경향이 있다. 특히, Wallace 설계의 조립이 특히 힘들다. O-링, 너트 및 볼트를 포함하여 각각의 하우징 섹션을 분해하는 데 상당한 시간이 걸리기 때문에 유지 관리도 동일하게 노동 집약적이다. 물론, 필요한 유지 보수를 수행한 후에는 디바이스를 재조립해야 한다. 각각의 하우징 섹션은 그 사이의 적절한 밀봉을 보장하도록 조심스럽게 다시 조립되어야 한다. 또한, 이 시스템은 디바이스가 노후화됨에 따라 O-링 누설과 같은 다양한 토크 및 유지 관리 문제가 발생하기 쉽다. 더욱이, 회전 샤프트는 기어 드라이브에 의해 전원에 연결되어, 앞서 언급한 베어링, 샤프트 및 밀봉부와 관련된 신뢰성 문제에 기여한다. 시스템은 또한 담수화되는 염수의 삼투압에 따라 회전 샤프트 섹션의 속도를 조절하기 위한 수단을 개시하지 않는다. 따라서, Wallace 담수화 기계의 정적 작동은 다른 현대의 담수화 디바이스만큼 효율적이지 못하다.
따라서, 실시간 시스템 정보를 모니터링하기 위한 센서 및 물의 담수화와 같은 물의 오염 제거를 최대화하고 에너지 소비를 최소화하기 위해 시스템의 기계적 작동을 조절하기 위한 제어부를 포함하는 개선된 시스템에 대한 요구가 본 기술 분야에 존재한다. 이러한 시스템은 음용수의 회수율을 약 80%로부터 약 96% 내지 99%로 증가시키기 위해 다중 재활용 사이클을 추가로 통합해야 하며, 잔류 화합물의 미량 원소를 추출하기 위해 폴리머 보조 회수 시스템을 통합해야 하고, 본 기술 분야에 공지된 다른 담수화 시스템보다 적은 에너지를 소비해야 한다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시키고 추가적인 관련 이점을 제공한다.
본 발명은 동물 도축장으로부터의 폐수와 같은 생물학적 폐기물을 함유하는 손상된 유체를 오염 제거하기 위한 시스템에 관한 것이다. 오염 제거 프로세스는 수증기 및 스팀을 생성하는 것을 포함하여 폐수에 적용되는 여과 및 기화 프로세스를 사용하여 물리적 분리 및 탈염을 통해 폐수로부터 생물학적 폐기물 및 기타 독소를 제거한다.
폐수원을 오염 제거하기 위한 시스템은 여과된 폐수 유동을 생성하는 병류 폐수 필터 여과기 디바이스 상의 입구에 유동적으로 연결된 폐수원에서 시작된다. 여과된 폐수 유동은 오염 제거 기화기 유닛 상의 폐수 입구에 연결되며, 상기 기화기 유닛은, 폐수 입구에 근접한 세장형 용기의 제1 단부와 오염물 출구 및 증기 출구에 근접한 세장형 용기의 제2 단부 사이의 세장형 용기를 따라 수직으로 배치된 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플을 갖는 대체로 수평의 세장형 용기를 포함한다.
기화기 유닛의 오염물 출구는 저장 및 이후 처리를 위해 오염물 탱크에 유동적으로 연결된다. 기화기 유닛의 증기 출구는 증기 처리 유닛에 유동적으로 연결된다. 증기 처리 유닛은 열 교환기, 응축기, 터빈 또는 기타 유사한 산업용 처리 유닛을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 생물학적 오염된 폐수를 처리하기 위한 본 발명의 시스템은 출구로부터 여과된 폐수 유동을 생성하는 제1 폐수 필터 여과기 디바이스 상의 입구에 유동적으로 연결된 생물학적 오염된 폐수원을 포함할 수 있다. 필터 여과기 디바이스 상의 출구는 폐수 입구에 근접한 세장형 용기의 제1 단부와 오염물 출구 및 증기 출구에 근접한 세장형 용기의 제2 단부 사이의 세장형 용기를 따라 수직으로 배치된 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플을 갖는 대체로 수평의 세장형 용기를 갖는 오염 제거 유닛 상의 폐수 입구에 유동적으로 연결된다. 오염 제거 유닛은 제1 단부로부터 제2 단부까지 세장형 용기를 따라 배치된 회전 샤프트를 갖고, 회전 샤프트는 고정 배플을 통과하고 회전 트레이에 고정식으로 부착된다. 오염 제거 유닛은 여과된 폐수 유동을 오염물 출구로 향하는 오염물 유동과 증기 출구로 향하는 증기 유동으로 분리한다.
시스템은 제1 폐수 필터 여과기 디바이스에 평행하게 배치된 제2 폐수 필터 여과기 디바이스를 더 포함한다. 제2 폐수 필터 여과기 디바이스 상의 입구는 생물학적 오염된 폐수원에 유동적으로 연결되고 출구는 오염 제거 유닛 상의 폐수 입구에 유동적으로 연결된다. 시스템은 입구측과 출구측을 갖는 전환 밸브를 더 포함할 수 있고, 입구측은 생물학적 오염된 폐수원에 유동적으로 연결되고 출구측은 제1 폐수 필터 여과기 디바이스의 입구 및 제2 폐수 필터 여과기 디바이스의 입구에 유동적으로 연결된다. 전환 밸브는 출구측이 제1 폐수 필터 여과기 디바이스와 제2 폐수 필터 여과기 디바이스 사이에서 생물학적 오염된 폐수 유동을 선택적으로 교번하도록 구성된다.
제1 폐수 필터 여과기 디바이스의 출구 및 제2 폐수 필터 여과기 디바이스의 출구는 바람직하게는 모두 일방향 체크 밸브를 수용하는 유체 연결 파이프에 유동적으로 연결되며, 유체 연결 파이프의 출구는 오염 제거 유닛 상의 폐수 입구에 유동적으로 연결된다.
발전기는 바람직하게는 오염 제거 유닛 상의 회전 샤프트에 작동식으로 연결된다. 발전기는 시스템의 전자 회로 및 전자 제어부에 전기를 제공하도록 구성된다. 전자 회로는 센서, 온도 게이지, 압력 게이지, 진동 센서, 윤활 시스템, 유량 센서, 및 컴퓨터를 포함할 수 있다. 전자 제어부는 펌프, 밸브, 및 모터를 포함할 수 있다.
오염 제거 유닛에서, 복수의 트레이 각각은 제1 직경의 입구 및 더 작은 제2 직경의 출구를 각각 갖는 복수의 스쿠프를 갖고, 복수의 배플 각각은 제1 직경의 입구 및 더 작은 제2 직경의 출구를 각각 갖는 복수의 구멍을 갖는다. 오염 제거 유닛은 복수의 트레이 및 복수의 배플의 하류에 있는 세장형 용기에 배치된 내부 슬리브를 더 포함하고, 내부 슬리브는 제1 오염물 출구로의 환형 통로를 형성한다.
특정 실시예에서, 폐수원을 오염 제거하기 위한 프로세스는 여과된 폐수 유동을 생성하는 폐수원을 스크린 여과하는 단계를 포함한다. 여과된 폐수 유동은 오염 제거 유닛으로 지향되고, 오염 제거 유닛은 세장형 용기의 제1 단부로부터 그 제2 단부까지 연장되는 회전 샤프트, 및 제1 단부와 제2 단부 사이의 세장형 용기에 수직으로 배치된 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플을 갖고, 회전 샤프트는 고정 배플을 통과하고 회전 트레이에 고정식으로 부착된다. 여과된 폐수 유동은 오염 제거 유닛을 통해 처리되며, 여과된 폐수 유동은 오염물 유동과 오염 제거된 증기 유동으로 분리된다. 오염물 유동은 추가 처리를 위해 오염물 저장 용기로 지향된다. 오염 제거된 증기 유동은 추가 처리를 위해 증기 출구로 지향된다. 세장형 용기로부터 돌출된 회전 샤프트의 일부에 고정식으로 부착된 발전기를 사용하여 전기가 발생될 수 있다.
프로세스는 오염 제거 유닛을 통과하는 오염물 유동의 일부를 재활용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 오염물 유동의 적어도 75%가 오염물 제거 유닛을 통해 재활용된다.
폐수원을 스크린 여과하는 단계는 다수의 스크린 필터 유닛을 포함할 수 있다. 특히, 제1 스크린 필터 유닛과 제2 스크린 필터 유닛이 병렬로 제공될 수 있다. 전환 밸브는 제1 스크린 필터 유닛과 제2 스크린 필터 유닛 모두의 입구에 연결될 수 있다. 제1 스크린 필터 유닛과 제2 스크린 필터 유닛 모두의 출구는 유체 연결부에 연결될 수 있으며, 유체 연결부는 오염 제거 유닛에 연결된다.
폐수원은 전환 밸브와 제1 스크린 필터 유닛 및 제2 스크린 필터 유닛 중 하나를 통해 펌핑된다. 유체 연결부는 바람직하게는 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 하나로부터의 여과된 폐수 유동을 오염 제거 유닛으로 선택적으로 허용하는 일방향 체크 밸브를 포함한다. 전환 밸브는 폐수원을 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 하나로 지향시키도록 선택적으로 설정될 수 있다. 프로세스는 전환 밸브가 폐수원을 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 다른 하나로 지향시킬 때 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 하나를 세정하는 단계를 더 포함한다.
오염 제거 유닛의 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플은 복수의 회전 트레이 각각에 있는 복수의 스쿠프 - 각각의 스쿠프는 제1 직경의 입구와 더 작은 제2 직경의 출구를 가짐 -, 뿐만 아니라 복수의 고정 배플 각각에 있는 복수의 구멍을 더 포함할 수 있으며, 각각의 구멍은 제1 직경의 입구 및 더 작은 제2 직경의 출구를 갖는다. 또한, 내부 슬리브는 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플의 하류에 있는 세장형 용기에 배치될 수 있으며, 내부 슬리브는 오염물 출구로의 환형 통로를 형성한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 발명의 원리를 예로서 예시하는 첨부 도면과 함께 취한 다음의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
첨부 도면은 본 발명을 예시한다. 이러한 도면에서:
도 1은 본 발명에 따라 물을 오염 제거하고 수증기를 생성하기 위한 시스템의 개략적인 평면 부분 단면도이고;
도 2는 도 1의 시스템의 개략적인 측면 부분 단면도이며;
도 2a는 시스템(10)이 샤프트의 일 단부에 직접 결합된 직접 구동 모터에 의해 제어되는 대안적인 배열을 예시하는 도 2와 유사한 도면이고;
도 3은 상부 부분이 개방된 수처리 용기를 예시하는 평면도이며;
도 4는 본 발명에 따라, 휴대용 골격에 부착된 수평 수처리 용기의 단부도이고;
도 5는 내부에 복수의 스쿠프를 갖는 회전 트레이의 평면도이며;
도 6은 트레이의 일부 및 그 스쿠프의 단면도이고;
도 7은 본 발명에 따라 사용되는 배플의 평면도이며;
도 8은 전방에 배치된 물 지향기를 갖는 트레이의 측면도이고;
도 9는 배플의 테이퍼형 구멍을 예시하는 배플의 일부의 단면도이며;
도 10은 본 발명에 따라, 트랜스미션에 결합된 다음 수처리 용기의 샤프트에 결합된 전기 모터를 예시하는 개략도이고;
도 11은 도 1과 유사하지만 본 발명에 따른 제어 박스 및 다양한 센서의 통합을 예시하는 본 발명의 시스템의 개략도이며;
도 12는 터빈과 발전기를 통합하는 본 발명의 시스템의 개략적인 평면도이고;
도 12a는 샤프트의 일 단부에 직접 결합된 직접 구동 모터에 의해 시스템이 제어될 수 있음을 예시하는 도 12와 유사한 도면이며;
도 13은 수처리 용기의 증기 출구를 예시하는 수처리 용기의 단부도이고;
도 14는 도 12의 시스템의 개략적인 측면도이며;
도 15는 본 발명에 따라, 물을 오염 제거하고 수증기를 생성하기 위한 시스템의 대안 실시예의 개략적인 정면 부분 단면도이고;
도 16은 원(16)에 의해 나타낸 도 15의 시스템의 트레이 및 배플의 확대도이며;
도 17은 도 15의 시스템에 도시된 입구 및 출구를 갖는 용기의 하부 사시도이고;
도 18은 라인 18-18을 따라 취한 도 17의 용기의 단면도이며;
도 19는 도 15의 시스템의 트레이 및 배플을 갖는 샤프트의 예시이고;
도 20은 도 15의 시스템의 트레이의 예시이며;
도 21은 도 15의 시스템의 배플의 예시이고;
도 22는 도 20에서 라인 22-22에 의해 나타낸 트레이의 측면도이며;
도 23은 도 20의 라인 23-23에 의해 나타낸 트레이의 반대쪽 측면도이고;
도 24는 도 21에서 라인 24-24에 의해 나타낸 배플의 측면도이며;
도 25는 용기에 배치된 샤프트, 트레이 및 배플의 부분 단면도이고;
도 26은 도 20의 라인 26-26을 따라 취한 트레이의 단면도이며;
도 27은 도 21의 라인 27-27을 따라 취한 배플의 단면도이고;
도 28은 본 발명의 시스템에 대한 제어 스크린의 개략도이며;
도 29는 본 발명의 수처리 용기 전체에 걸쳐 다양한 지점에서 발생하는 프로세스의 개략도이고;
도 30은 트레이 및 배플 상의 스쿠프와 구멍의 직경 및 개수가 증가한 도 15의 시스템의 트레이 및 배플을 갖는 샤프트의 실시예의 예시이며;
도 31은 도 30에서 발췌한 트레이의 측면도이고;
도 32는 도 30에서 발췌한 배플의 측면도이며;
도 33은 염수 포획 시스템 및 저장 탱크를 포함하는 본 발명의 시스템의 실시예의 개략도이고;
도 34는 본 발명의 염수 포획 시스템의 개략도이며;
도 35는 수력 발전기가 있는 상승된 응축기 및 유지 탱크를 포함하는 본 발명의 시스템의 실시예의 개략도이고;
도 35a는 도 35의 응축기의 개략도이며;
도 36은 염수 재순환 시스템 및 염수 건조 시스템을 포함하는 본 발명의 시스템의 실시예의 개략도이고;
도 37은 그래픽 디스플레이를 갖는 제어 시스템을 포함하는 본 발명의 시스템의 실시예의 개략도이며;
도 38은 메인 스크린의 그래픽 디스플레이를 갖는 제어 시스템의 개략도이고;
도 39는 그래프 스크린의 그래픽 디스플레이를 갖는 제어 시스템의 개략도이며;
도 40은 트렌드 스크린의 그래픽 디스플레이를 갖는 제어 시스템의 개략도이고;
도 41은 본 발명에 따른 폐수 정제 시스템 및 프로세스의 흐름도 예시이며;
도 42는 본 발명에 따른 폐수 정제 시스템 및 프로세스의 대안 실시예의 흐름도 예시이고;
도 43은 본 발명에 따른 생물학적 폐수 오염 제거 시스템 및 프로세스의 흐름도 예시이며;
도 44는 본 발명에 따른 생물학적 폐수 오염 제거 시스템 및 프로세스의 대안 실시예의 흐름도 예시이고;
도 45는 본 발명에 따른 생물학적 폐수 오염 제거 시스템 및 프로세스의 다른 대안 실시예의 흐름도 예시이다.
도면에 도시된 바와 같이, 예시를 위해, 본 발명은 물을 오염 제거하고 수증기를 생성시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 시스템은 강물 또는 기타 액체/슬러리 뿐만 아니라 해양 또는 기타 기수와 같은 염수를 담수화하기에 특히 적합하다. 이 바람직한 처리가 본 명세서에 예시적인 목적으로 사용되지만, 본 발명의 시스템 및 방법이 다른 수원을 오염 제거하는 데 사용될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 숙련자에 의해 이해될 것이다. 본 발명은 중금속 및 기타 오염물 뿐만 아니라 용해되거나 현탁된 고체를 제거(오염 제거)하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 더 완전하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 전기 생성 또는 기타 스팀 가열 용례를 위해 발전기에 작동 가능하게 연결된 터빈을 통과하기에 충분한 압력 및 온도를 갖는 스팀 형태로 수증기를 생성하기 위해 비교적 청정한 물과 관련하여 사용될 수 있다.
다음 설명에서, 물을 오염 제거하고 수증기를 생성하기 위한 본 발명의 방법 및 시스템의 다수의 실시예가 설명된다. 이들 실시예 전반에 걸쳐 그리고 도면을 참조하여, 기능적으로 동등한 구성요소는 동일한 참조 번호를 사용하여 언급될 것이다.
이제, 도 1 및 도 2를 참조하면, 기화-탈염 유닛인 시스템(대체로 참조 번호 10에 의해 지칭됨)은 내부 챔버(14)를 획정하는 수처리 용기 또는 챔버(12)를 포함하고, 염 및 기타 용해된 고체 및 오염물은 물로부터 제거되어 본질적으로 미네랄이 없는 음용수를 생성한다. 일 실시예에서, 처리 용기(12)는 공급 탱크(16)로부터 공급 탱크 튜브(20)를 경유하여 입구 밸브(18)를 통해 오염된 물을 받는다. 이 예시에서, 입구 밸브(18)는 측벽을 통해 측방향으로 용기(12)에 진입한다. 이 입구 밸브(18)는 아래에 설명되는 바와 같이 교대로 위치 설정될 수 있다. 수원은 바닷물이나 해수, 기타 기수 또는 심지어 다른 오염물로 오염된 물일 수 있다. 또한, 본 발명은 오염된 물을 소스로부터 직접 공급하는 것을 고려하고, 이 경우, 공급 탱크(16)는 반드시 사용되지 않을 수 있다.
이제, 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 용기(12)는, 하부 및 상부 쉘 부분(12a 및 12b)이 서로에 대해 개방되거나 제거되어 용기(12)의 내부 챔버(14) 내의 내용물에 접근할 수 있도록 하부 쉘 및 상부 쉘 부분(12b)으로 구성된다. 용기(12)는 또한 하부 및 상부 쉘 부분과 반대로 단일 유닛으로 구성될 수 있다. 수처리 용기(12)는, 내부 챔버(14) 내에, 서로 이격되어 있고 각각의 쌍의 트레이(22) 사이에 배플(24)이 배치된 복수의 회전 가능한 트레이(22)를 포함한다. 본 명세서에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, 회전 가능한 트레이(22)는 관통 형성된 복수의 스쿠프(26)를 포함하고 배플(24)은 통상적으로 관통 형성된 복수의 구멍(28)을 갖는 판을 포함한다. 배플(24)은 고정되도록 용기(12)에 고정된다. 배플(24)은 용기의 하부 쉘(12a)에 배치된 하부 부분 및 용기(12)의 상부 쉘(12b)에 부착되어 배치된 상부 부분을 포함하여, 용기(12)의 하부 및 상부 쉘(12a 및 12b)이 서로 맞물려 폐쇄될 때 단일 배플을 형성하도록 설계될 수 있다. 대안적으로, 각각의 배플(24)은 이전 실시예에서 하부 쉘(12a) 또는 상부 쉘(12b)에 또는 단일 유닛 실시예에서 다중 지점에 부착된 단일 피스를 포함할 수 있다. 어느 실시예에서든, 배플(24)은 물과 수증기가 배플을 통과함에 따라 대체로 고정된 상태로 유지될 것이다.
도 2, 도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 가변 주파수 드라이브(30)는 전기 모터(32)가 트랜스미션(34) 및 대응하는 샤프트(36)를 구동하는 속도를 조절할 수 있다. 샤프트(36)는 베어링 등, 통상적으로 합성 오일로 윤활된 비마찰 베어링, 슈미트 커플러, 또는 용기(12)의 대체로 반대쪽에 있는 세라믹 베어링(38 및 40)에 회전 가능하게 결합된다. 샤프트(36)는 트레이(22)만이 샤프트에 의해 회전되도록 트레이(22) 및 배플(24)을 통해 연장된다. 즉, 트레이(22)는 샤프트(36)에 결합된다. 베어링, 또는 테플론의 층 또는 슬리브와 같은 저마찰 재료가 회전 샤프트(36)와 구멍 판 배플(24) 사이에 배치되어 그 사이의 마찰을 감소시키면서도 회전 샤프트(36)를 안정화시키고 지지한다. 테플론은 유체를 소모시키고 오염시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
대안적으로, 도 2a 및 도 12a에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 샤프트(36)의 일 단부에 직접 결합된 직접 구동 모터(32a)에 의해 제어될 수 있다. 직접 구동 모터(32a)는 고속 전기 모터 또는 가스 터빈 직접 드라이브의 사용을 가능하게 한다. 직접 구동 모터(32a)를 사용함으로써, 트랜스미션 기어링에 내재된 저항과 관련된 출력 및 힘의 강하를 피할 수 있다. 예를 들어, 통상적인 기어링 구동 시스템에서, 200 HP 및 300 ft-lb의 모터는 기어링 후 60 HP 및 90 ft-lb의 로터 파라미터를 생성할 수 있다. 이와 달리, 직접 구동 모터는 로터에서 동일한 파라미터를 달성하기 위해 60 HP 및 90 ft-lb만 제공하면 된다 - 트랜스미션의 기어링이 제거되기 때문에 강하를 경험하지 않는다.
기어링 구동 트랜스미션을 갖는 본 발명의 시스템(10)은 트레일러에서와 같이 고정 설비 또는 이동식 설비로서 준비될 수 있지만, 직접 구동 시스템에서 트랜스미션을 제거하면 시스템(10)의 이동식 양태가 용이해진다. 더 작고 더 콤팩트한 직접 구동 시스템(10)은 더 쉽게 이동할 수 있고 현장에서 현장으로 운송되는 트레일러에 더 쉽게 맞는다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 수처리 용기(12)는 대체로 수평으로 배향된다. 이는, 수처리 챔버가 대체로 수직으로 배향되고 회전 샤프트의 상단이 챔버 자체를 지지하는 베어링 및 베어링 캡에 의해 고정된 Wallace의 '026 디바이스와 대조된다. 결과적으로, 회전 샤프트 섹션은 유닛의 베이스에만 견고하게 고정되었다. 높은 회전 작동 속도에서, 시스템 내의 진동은 과도한 베어링, 샤프트 및 밀봉부 고장을 유발한다. 이와 달리, 수처리 용기(12)를 프레임 구조(42)에 수평으로 장착하면 용기(12)의 길이를 따라 회전 부하가 분산되고 과도한 베어링, 샤프트 및 밀봉부 고장을 달리 유발할 수 있는 고조파 진동과 같은 진동이 감소된다. 더욱이, 용기(12)를 프레임 구조(42)에 장착하는 것은 본 명세서에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이 시스템(10)의 휴대성을 향상시킨다. 매우 빠르게 회전하는 샤프트(36)를 각각의 배플(24)을 통해 지지하는 것은 샤프트와 시스템을 더욱 안정화시키고 이에 의해 야기되는 진동 및 손상을 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 샤프트(36) 및 트레이(22)는 마하 2와 같은 매우 높은 속도로 회전되지만, 마하 1.7과 같은 보다 느린 속도가 효과적인 것으로 입증되었다. 이는 트레이(22)의 스쿠프(26)를 통해 물을 이동시켜, 수증기가 형성되고 오염물, 염 및 기타 용해된 고체가 남겨져 수증기로부터 떨어져 나가도록 물을 소용돌이치고 가열한다. 대부분의 흡입수는 1) 진공 증류 및 2) 제1 회전 트레이(22)와의 충돌 시 생성된 캐비테이션에 의해 기화되며, 원심 및 축방향 유동 압축은 샤프트 RPM과 온도/압력 증가 또는 감소 사이에 직접적인 상관 관계가 있기 때문에 온도와 압력이 증가되게 한다. 물과 수증기는 스쿠프(26)가 있는 다음 회전 트레이(22)를 통해 다시 처리되기 전에 배플(24)의 구멍(28)을 통과한다. 트레이(22) 및 배플(24)의 구성은, 트레이(22)의 주연부에서 그리고 배플(24)의 중앙 개구(59)를 통해 충분한 간극을 제공함으로써 샤프트(36)의 회전에서 항력 및 마찰을 최소화하거나 제거하도록 설계된다. 동시에, 트레이(22) 주연부 둘레 및 배플(24)의 중앙 개구(59)를 통한 누설은 효율을 증가시키기 위해 최소화되어야 한다.
물과 수증기가 용기(12)의 각각의 서브챔버를 통과함에 따라, 수증기의 온도가 증가되어 추가 수증기가 생성되고 나머지 물에 염, 용해된 고체, 및 기타 오염물이 남겨진다. 물과 오염물에 대한 원심력은 내부 챔버(14)의 벽 및 오염물과 기화되지 않은 물을 출구(46)로 안내하는 일련의 채널(44)로 물과 오염물을 강제한다. 생성된 수증기는 용기(12)에 형성된 수증기 출구(48)를 통과한다. 따라서, 수증기와 오염물 및 나머지 물이 서로 분리된다. 시스템(10)이 스팀이 아닌 수증기를 생성한다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 수증기는 감소된 압력과 증가된 온도의 조합을 통해 생성된다. 시스템(10)은 수증기의 온도를 스팀과 같거나 낮은 온도로 유지하여, 기화 잠열과 액체 물을 스팀으로 변환하는 데 필요한 추가 에너지를 방지한다. 이 때문에, 수증기를 액체 물로 되돌리는 데 필요한 에너지는 그에 따라 더 낮다.
전술한 바와 같이, 트레이(22)는 샤프트(36)에 의해 회전된다. 샤프트(36)는 전술한 바와 같이 복수의 베어링에 의해 수처리 용기(12)의 내부 내에 지지된다. 베어링은 통상적으로 합성 오일로 윤활된 비마찰 베어링, 강철 베어링, 또는 세라믹 베어링이다. 종래 기술의 담수화 시스템은 높은 회전 속도 및 고온 하에 고장날 수 있는 표준 롤러 베어링을 통합한다. 따라서, 종래 기술에 공지된 담수화 시스템은 표준 롤러 베어링과 관련하여 높은 고장률을 갖는다. 본 발명에서, 윤활식 비마찰 베어링, 밀봉된 강철 볼 베어링, 또는 세라믹 베어링(38 및 40)은 표준 롤러 베어링보다 더 내구성이 있고 높은 회전 속도 및 온도에서 덜 자주 고장난다. 베어링(38, 40)은 작동으로 인한 마모 및 인열을 최소화하기 위해 윤활유 유동이 통과하게 하도록 내부 윤활 튜브를 포함할 수 있다. 베어링(38, 40)은 또한 작동 중에 발생하는 진동의 양을 모니터링하고 최소화하기 위해 진동 센서(아래에서 설명됨)를 포함한다. 또한, 샤프트(36)는 배플 판(24)과 샤프트(36) 사이에 배치된 테플론 슬리브 또는 베어링(50)과 같은 저마찰 재료에 의해 간헐적으로 지지될 수 있다. 이는 또한 샤프트(36)에 대한 중량 및 힘의 균일한 분포를 보장하고 시스템의 작동 및 수명을 개선시킨다.
이제, 도 5 및 도 6을 특히 참조하면, 관통 형성된 복수의 스쿠프(26)를 갖는 예시적인 트레이(22)가 도시되어 있다. 도 5에는 14개의 스쿠프(26)가 예시되어 있지만, 개수는 다양할 수 있고 단일 트레이(22)에서 수십 개가 될 수 있으며, 따라서 점선은 다양한 개수의 다수의 스쿠프를 나타낸다는 것이 이해될 것이다.
도 6은 트레이(22) 및 트레이 내에 형성된 스쿠프(26)의 단면도이다. 특히, 바람직한 실시예에서, 스쿠프(26)는 입구(52)의 직경이 출구(54)의 직경보다 크도록 테이퍼진다. 테이퍼형 스쿠프(26)는 본질적으로 회전 트레이 베이스(22)의 수평 평면에 실질적으로 직교하는 수직 개구 또는 입구(52)를 갖는 벤투리관이다. 액체 및 증기는, 테이퍼형 스쿠프가 그 입구(52)에서 더 큰 체적을 갖고 그 유출구 또는 출구(54)에서 더 작은 체적을 갖기 때문에, 테이퍼형 스쿠프(26)를 통해 가속된다. 테이퍼형 스쿠프(26)의 입구로부터 출구로의 체적 변화는 벤투리 효과로 인해 속도 증가를 유발한다. 결과적으로, 액체 물과 수증기는 더욱 가속되고 교반되어, 온도와 압력을 증가시킨다. 이는 또한 수증기 내로부터 오염물의 분리를 가능하게 한다. 테이퍼형 스쿠프(26)는 본 기술 분야에 공지된 임의의 수단에 의해 회전 트레이(22)에 부착될 수 있다.
다시 한번, 회전 트레이(22)의 전체 영역에 분포된 다소 테이퍼진 스쿠프(26)가 있게 되고, 스쿠프(26)의 특정한 개수와 크기는 본 발명의 시스템(10)의 작동 조건에 따라 달라질 것이라는 점이 이해될 것이다. 더욱이, 도 6에 대략 45도로서 예시된 스쿠프(26)의 각도는 트레이(22)별로 달라질 수 있다. 즉, 예컨대 후속 트레이에서 25도 내지 31도에서 36도, 다음 트레이에서 40도, 45도 등만큼 회전 스쿠프의 각도를 증가시킴으로써, 회전 트레이(22)의 스쿠프(26)의 각도 증가는 수증기가 용기(12)를 통과할 때 축적되는 수증기의 압력 증가를 수용한다. 각도의 증가는 또한 수증기를 추가로 교반하고 생성하는 데 사용될 수 있으며, 본 명세서에 더 완전하게 설명되는 바와 같이 스팀 터빈에서 사용될 수 있는 수증기의 압력을 증가시킬 수 있다.
이제, 도 7 및 도 9를 참조하면, 천공판 형태의 배플(24)이 도 7에 도시되어 있다. 이 경우, 배플(24)은 커넥터(60)에 의해 용기(12)의 내부 벽에 연결되는 제1 판 부재(56)와 제2 판 부재(58)로서 형성된다. 커넥터(60)는 볼트, 다웰, 로드 또는 적절한 임의의 다른 연결 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전술한 바와 같이, 배플(24)은 상부 또는 하부 용기 쉘(12a 및 12b)에 연결된 단일 유닛으로서 형성될 수 있다. 이중 판 부재(56, 58)로서 형성될 때, 바람직하게는 판 부재(56, 58)는 단일 배플(24)을 효과적으로 형성하도록 용기(12)가 폐쇄될 때 서로 맞물린다.
전술한 바와 같이, 배플 판(24)을 통해 복수의 구멍(28)이 형성된다. 도 9는 하나의 이러한 구멍(28)의 단면도이다. 전술한 트레이와 유사하게, 구멍은 바람직하게는 그 출구(64)보다 큰 직경을 갖는 입구(62)를 포함하고, 그에 따라 구멍(28)이 테이퍼져 통과하는 물과 수증기의 압력 및 속도를 증가시키고, 온도를 더욱 증가시켜 물로부터 추가 증기를 생성한다. 전술한 트레이(22)와 유사하게, 구멍(28)은 일련의 점선에 의해 나타낸 바와 같이 배플 판 전체에 형성될 수 있다. 구멍(28)의 특정한 개수 및 크기는 시스템(10)의 작동 조건에 따라 달라질 수 있다.
이제, 도 8을 참조하면, 회전 트레이(22)를 통해 연장하는 샤프트(36)가 예시되어 있다. 일 실시예에서, 원추형 물 지향기(66)가 트레이(22) 전방에 위치 설정된다. 예를 들어, 지향기(66)는 샤프트(36)로부터 배플(24)의 중앙 개구(59)를 통해 음용수의 개선된 기화 및 더 높은 회수율을 위해 트레이(22)의 주연부 또는 외부 에지를 향해 통과하는 나머지 물 및 증기를 편향시키도록 45도 각도를 가질 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이, 특히 바람직한 실시예에서, 용기(12)는 2개의 쉘 또는 섹션(12a 및 12b)으로 형성될 수 있다. 이는 필요에 따라 용기 구성요소를 신속하게 검사하고 교체하게 할 수 있다. 바람직하게는, 내부 챔버(14)의 벽 및 트레이(22), 배플 판(24), 샤프트(36) 등과 같은 임의의 다른 구성요소는 멜로나이트 또는 다른 마찰 감소 및 내식성 물질로 처리된다. 물론, 이들 구성요소는 연마된 스테인리스강 등과 같이 내식성이고 저마찰 계수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 용기(12)의 하부 및 상부 섹션(12a 및 12b)은 바람직하게는 상호 연결되어 폐쇄될 때 실질적으로 기밀 및 수밀 상태가 된다. 또한, 폐쇄된 용기(12)는 시스템(10)의 작동 중에 내부의 물 기화로 인한 고온 및 고압을 견딜 수 있어야 한다.
이제, 도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 통상적으로 트랜스미션(34)은 전기 모터(32)와 구동 샤프트(36)를 상호 연결한다. 모터(32)는 연소 엔진(가솔린, 디젤, 천연 가스 등), 전기 모터, 가스 터빈 또는 구동을 제공하는 다른 공지된 수단일 수 있다. 트랜스미션(34)의 속도는 가변 주파수 드라이브(30)에 의해 설정된다. 도 1, 도 2 및 도 10의 예시는 개략적일 뿐이며 가변 주파수 드라이브(30), 모터(32m) 및 트랜스미션(34)의 상대적 크기를 나타내지 않는다. 가변 주파수 드라이브(30)는 본 명세서에서 보다 완전히 설명되는 바와 같이 주로 컴퓨터화 제어기(68)에 의해 조절된다. 샤프트(36)는 벨트 또는 기어 구동식일 수 있다. 아래에 설명되는 바와 같이, 모터(32)는 샤프트(36)에 직접 연결될 수도 있다. 특히, 도 10을 참조하면, 모터의 샤프트(70)는 벨트(74)에 의해 중간 샤프트(72)에 연결된다. 중간 샤프트(72)는 다른 벨트(76)에 의해 샤프트에 연결된다. 도 10에 도시된 고속 산업용 벨트 및 풀리 시스템은 수처리 용기(12) 내부의 샤프트(36)를 구동한다. 도시된 바와 같이, 복수의 벨트(74, 76) 및 한 세트의 중간 샤프트(72)는 전기 모터 구동 샤프트(70) 상의 전기 모터(32)에 의해 인가되는 회전 입력 속도의 배수만큼 샤프트(36)에서의 회전 출력 속도를 증가시킨다. 물론, 회전 입력 속도 대 회전 출력 속도의 비율은 벨트(74, 76) 및 대응하는 중간 샤프트(72)의 상대 회전 속도를 변경함으로써 변경될 수 있다. 전기 모터 구동 샤프트(70)를 벨트(74, 76) 및 중간 샤프트(72)를 통해 샤프트(36)에 결합하고, 트랜스미션(34)과 챔버(12) 사이의 샤프트(36)에 슈미트 커플러를 추가함으로써, 본 발명은 다른 종래 기술의 담수화 시스템을 괴롭히는 진동 및 신뢰성 문제를 피할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 전술한 바와 같이, 수증기는 용기(12)의 수증기 출구(48)를 통해 지향된다. 수증기는 회수 튜브(78)를 통해 증기 회수 컨테이너 또는 탱크(80)로 이동한다. 그 후, 수증기는 증기 회수 탱크(80) 내에서 응축되어 액체 물로 합체된다. 이를 용이하게 하기 위해, 일 실시예에서, 루버의 형태와 같은 복수의 이격된 부재(82)가 수증기가 루버에서 합체되고 응축되어 액체 물이 될 수 있도록 수증기의 유동 경로에 위치 설정된다. 이어서, 액체 물은 음용수 저장 탱크(84) 또는 저온 멸균 및 유지 탱크(86)로 이동된다. 용기(12)의 물과 수증기가 유해 미생물, 얼룩말 홍합 유충, 및 기타 유해 유기체를 사멸시키기 위해 저온 멸균에 필요한 온도로 가열되면, 액체 물이 유지 탱크(86)에 유지될 수 있다.
이제, 도 15 내지 도 27을 참조하면, 시스템(10) 및 수처리 용기(12)의 또 다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 도 15는 용기(12)의 대체 단일 피스 구성을 포함하는 전체 시스템(10)을 예시한다. 이 실시예에서, 용기(12)는 내부 챔버(14), 입구 밸브(18), 스쿠프(26)를 갖는 트레이(22), 구멍(28)을 갖는 배플(24), 염수 출구(46), 및 증기 출구(48)와 같은 요소를 비롯하여 이전에 설명된 실시예와 유사한 구성을 갖는다. 입구 밸브(18)는 용기(12)에 대한 다중 입구, 바람직하게는 적어도 2개를 포함한다. 이들 입구(18)는 유체를 내부 챔버(14)에 걸쳐 보다 균일하게 분배하기 위해 샤프트(36) 둘레의 용기 단부에 배치된다. 입구(18)는 바람직하게는 용기(12)를 통한 이동 방향에 대해 가파른, 특히 직각으로 내부 챔버(14)에 진입하는 것을 피하기 위해 샤프트(36)와 일직선으로 용기(12)에 진입한다. 오염물 출구(46)는 바람직하게는 시스템(10) 밖으로 농축된 유체의 유동을 제한하지 않도록 특대형이다. 아래에 설명된 재순환 특징은 특대형 오염물 출구(46)를 통해 시스템(10)을 빠져나가도록 허용될 수 있는 액체의 임의의 과도한 허용을 처리할 수 있다. 세라믹 베어링(38, 40)에 의해 지지되는 샤프트(36)는 트레이(22) 및 배플(24)의 중심을 통과한다.
트레이(22)는 샤프트(36)에 고정되고 전술한 바와 같이 내부 챔버(14)의 벽을 향해 외향 연장된다. 배플(24)은 바람직하게는 전술한 바와 같이 내부 챔버(14)의 벽으로부터 배플(24)과 샤프트(36) 사이에 간극을 형성하는 중앙 개구(59)를 갖는 샤프트(36)를 향해 연장되는 단일 피스를 포함한다. 배플(24)은 또한 전술한 바와 같이 바람직하게는 나사 또는 다웰(60)에 의해 내부 챔버의 벽에 고정된다. 특히, 바람직한 실시예에서, 용기(12)는 내부 챔버(14)를 통해 교대로 분산된 6개의 트레이(22) 및 5개의 배플(24)을 포함한다.
이 대안 실시예에서, 내부 챔버(14)는 염수 출구(46)에 근접하게 배치된 내부 슬리브(45)를 포함한다. 내부 슬리브(45)는 내부 챔버(14)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 환형 형상을 갖는다. 내부 슬리브(45)는 마지막 트레이(22)의 하류 지점으로부터 염수 출구(46) 바로 하류의 다른 지점까지 연장된다. 환형 통로(47)는 내부 슬리브(45)와 내부 챔버(14)의 외부 벽 사이에 생성된다. 통상적인 구성에서, 내부 슬리브(45)는 길이가 약 6 인치이고 환형 통로(47)는 폭이 약 1-1½인치이다. 이 환형 통로 또는 채널(47)은 전술한 바와 같이 회전 트레이(22)로부터 챔버(14)의 외부 벽으로 방사되는 염수 또는 오염물을 포획한다. 이 환형 통로(47)는 출구(46)로의 염수 또는 오염물의 이동을 용이하게 하고 챔버(14) 내에서 증기 배출 또는 물질 축적의 오염 가능성을 최소화한다.
도 16은 트레이(22) 및 배플(24)의 확대도를 예시한다. 배플(24)이 챔버(14)를 통해 용기(12)의 벽으로부터 어떻게 연장되고 샤프트(36)에 근접하게 종료되는 지를 명확하게 볼 수 있다. 트레이(22)가 어떻게 샤프트(36)에 부착되고 설명된 바와 같이 트레이를 통해 배치된 스쿠프(26)를 갖는 지를 또한 볼 수 있다. 원추(66)는 전술한 바와 같이 샤프트를 따라 유동하는 임의의 유체를 편향시키기 위해 각각의 트레이(22) 상에 배치되는 것이 바람직하다(도 8). 도 17은 입구(18), 출구(46, 48) 및 샤프트(36)를 나타내는 용기(12)의 외부도를 예시한다. 통상적으로, 용기(12)의 단부는 밀폐되고 누설에 대해 밀봉될 것이다. 용기는 명확성과 설명의 용이성을 위해 여기에서 개방된 상태로 도시되어 있다. 도 18은 도 17에 도시된 용기(12)의 단면을 예시하고, 트레이(22), 배플(24), 내부 슬리브(45) 및 환형 통로(47)를 포함하는 내부 구성요소를 추가로 예시한다. 도 19는 용기(12)로부터 떨어진 트레이(22) 및 배플(24)을 갖는 샤프트(36)를 예시한다. 도 30, 도 31 및 도 32는 샤프트(36)를 따른 트레이(22) 및 배플(24)의 대안 실시예를 예시한다. 이 대안 실시예에서, 트레이(22) 및 배플(24)은 증가된 행의 개수(바람직하게는 3 내지 4개의 행) 및 이에 대응하는 스쿠프 및 그 안의 구멍의 개수 증가와 함께 증가된 직경을 갖는다. 이들 증가는 단위 시간당 더 많은 체적의 유체를 처리하게 한다. 물론, 용기(12)는 더 큰 트레이(22) 및 배플(24)을 수용하기 위해 대응하는 직경의 증가를 가질 것이다. 이러한 증가된 직경은 회전 트레이(22)의 최외측 에지가 더 작은 직경의 트레이(22)에 비교하여 상당히 더 큰 회전 속도를 갖는 상황을 만든다.
도 20 및 도 21은 각각 트레이(22) 및 배플(24)을 예시한다. 도 22, 도 23 및 도 26은 도 20의 트레이(22)의 다양한 도면 및 단면도를 예시한다. 도 24 및 도 27은 유사하게 도 21의 배플(24)의 다양한 도면 및 단면을 예시한다. 설명된 바와 같이, 트레이(22)는 트레이(22)의 본체를 통과하는 스쿠프(26)를 포함한다. 스쿠프(26)는 전술한 바와 같이 구성된 스쿠프 입구(52)와 스쿠프 출구(54)를 포함한다. 스쿠프 입구(52)는 바람직하게는 개구가 샤프트 둘레의 회전 방향을 향하도록 배향된다. 이는 스쿠프 입구(52)에 진입되어 복수의 스쿠프를 통과하는 유체의 양을 최대화한다. 연속적인 트레이(22) 상의 스쿠프(26)의 각도는 전술한 바와 같이 조절될 수 있다. 배플(24)은 또한 전술한 바와 같이 구성되고 프로파일링된(도 9) 복수의 구멍(28)을 포함한다. 도 25는 샤프트(36) 및 배플(24)과 트레이(22)의 페어링을 예시한다. 화살표는 이 특정 도면에서 샤프트 및 그에 따른 트레이(22)의 회전 방향을 나타낸다. 스쿠프 입구(52)를 갖는 스쿠프(26)는 도면의 상단 절반에서 회전 방향으로, 즉, 페이지 밖으로 향하는 것으로 예시되어 있다. 도면의 하단 절반에서, 트레이(22)가 샤프트(36)와 함께 회전함에 따라, 스쿠프 입구(52)를 갖는 스쿠프(26)는 회전 방향으로, 즉, 페이지 안으로 배향되는 것으로 또한 예시되어 있다. 회전 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향일 수 있다. 회전 방향은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다. 이전 실시예에서 설명한 바와 같이, 스쿠프 입구(52)는 스쿠프 출구(54)보다 더 큰 직경을 갖고, 그에 따라 유량을 증가시키고 유체 압력을 감소시킨다.
특히 바람직한 실시예에서, 시스템(10)의 주요 목표가 염수와 같은 오염된 물로부터 오염물을 제거하여, 음용수를 갖는 것일 때, 수증기의 온도는 화씨 100도와 화씨 212도 미만 사이로 가열된다. 훨씬 더 바람직하게는, 수증기는 저온 멸균 목적을 위해 화씨 140도와 화씨 170도 사이로 가열된다. 그러나, 수증기 온도는 최소로 유지되고 거의 항상 화씨 212도 미만으로 유지되며, 그에 따라 물이 끓지 않고 스팀으로 되어, 수증기로부터 액체 물로 응축되고 합체되기가 더 어렵다. RPM이 증가되면 온도와 압력이 증가된다. 원하는 온도를 달성하도록 RPM을 조절할 수 있다.
물은 끓고 수증기 온도는 화씨 212도 초과로 되는데, 이는 스팀 발생이 가열, 전기 생성, 및 본 명세서에서 더 완전하게 설명되는 다른 목적을 위해 바람직한 경우에만 가능하다. 이는 본 발명이 수증기를 저온 멸균하고 흔히 추가적인 전기 및 에너지를 필요로 하는 복잡한 냉장 또는 응축 시스템 없이 수증기를 액체 물로 응축 및 합체시키는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 담수화 프로세스에서 염수로 지칭되는 오염된 물은 출구(46)에서 수집되어 염수 폐기 탱크(88)로 이동된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리머 또는 기타 화학 물질(90)은 염수에 첨가되어 미량 원소 등을 회수할 수 있다. 또한, 염수로부터의 염은 식염, 농업용 염수 및/또는 비료 생성을 포함하여 다양한 목적을 위해 처리 및 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 처리된 오염된 물은 다시 시스템을 통해 오염물과 나머지 물을 재활용함으로써 재처리된다. 이는 오염된 물로부터 추출된 음용수의 양이 최대 99%까지 증가하도록 여러 번 수행될 수 있다. 이는 출구(46)로부터의 오염물 및 폐수를 제1 염수 또는 오염물 재처리 탱크(92)로 지향시킴으로써 수행될 수 있다. 염수 또는 기타 오염물 형태의 나머지 폐수는 그 후 용기(12)의 입구(18)를 통해 재도입되고 재처리되며 전술한 바와 같이 용기(12)를 통해 재순환된다. 추가적인 음용수는 증기 회수 탱크(80)에서 응축 및 수집을 위해 수증기 형태로 추출될 것이다. 나머지 오염물 및 폐수는 이어서 제2 염수 또는 오염물 재처리 탱크(94)로 지향된다. 오염물 또는 염수의 농도는 재처리 탱크(92)에서 훨씬 더 높을 것이다. 충분한 레벨의 폐수 또는 염수가 재처리 탱크(92)에 축적되면, 이 오염된 물은 이어서 입구(18)를 통과하고 전술한 바와 같이 시스템(10)을 통해 순환 및 처리된다. 추출된 음용 수증기는 출구(48)에서 제거되고 전술한 바와 같이 증기 회수 탱크(80)에서 액체 물로 전환된다. 결과적인 오염물 및 폐수는 이후 또 다른 재처리 탱크 또는 염수 폐기 탱크(88)에 배치될 수 있다. 해수의 초기 통과는, 예를 들어 80% 내지 90%의 음용수를 산출할 것으로 예상된다. 제1 재처리는 추출된 총 음용수가 90% 내지 95%가 되도록 추가 양의 음용수를 산출한다. 염수와 나머지 물을 시스템에 다시 통과시키면 단위 비용이 거의 또는 전혀 증가하지 않고 염수를 재활용함으로써 음용수를 최대 99%까지 회수할 수 있다. 또한, 이는 염수 또는 오염물의 체적을 감소시켜, 미량 원소 회수를 용이하게 하고 및/또는 그 폐기 비용을 감소시킬 수 있다.
이제, 도 11을 참조하면, 특히 바람직한 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 구성요소의 온도, 압력, 유량, 회전 속도 및 수처리 용기(12)에 연결된 다양한 탱크의 나머지 용량을 연속적으로 판독하는 복수의 센서로부터 취한 측정값에 기초하여 가변 주파수 드라이브(30)를 조절하는 본 발명의 시스템(10)에 일체화된다. 통상적으로, 이러한 판독값은 실시간으로 취한다.
예를 들어, 온도 및/또는 압력 센서(96)는 필요에 따라 용기(12) 내부 또는 용기를 빠져나가는 물 또는 수증기의 온도 뿐만 아니라 그 압력을 측정하기 위해 채용될 수 있다. 이들 센서 판독값에 응답하여, 제어 박스(68)는 가변 주파수 드라이브(30)가 샤프트(36)의 회전 속도를 유지하게 하거나, 샤프트(36)의 회전 속도를 감소시키거나, 샤프트(36)의 회전 속도를 증가시켜 물 및 수증기 각각의 온도 및 압력을 유지하거나, 온도 및 압력을 감소시키거나, 압력 및 온도를 증가시키게 한다. 이는, 예를 들어, 수증기 온도가 필요한 저온 멸균 온도에 도달하여 모든 유해한 미생물 및 그 안의 다른 유기체를 사멸하는 것을 보장하도록 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 이에 추가하여, 시스템이 올바르게 작동하고 시스템이 원하는 온도 및/또는 압력에서 필요한 수증기를 생성하고 있음을 보장하기 위해 샤프트(36) 및/또는 트레이(22)의 회전 속도(RPMS)를 검출하는 데 센서가 사용될 수 있다. 컴퓨터화 제어기는 또한 시스템(10)이 효율적으로 작동하도록 제거되는 수증기 및 폐수의 양에 대해 적절한 양의 물이 입력되도록 입구(18)(GPMS)를 통해 입력되는 물의 양을 조절할 수 있다. 제어 박스(68)는 용기(12)로의 물의 유량을 조절하거나, 심지어 물 입력을 조절할 수 있다.
도 28은 컴퓨터 디스플레이(112) 또는 유사한 구성을 개략적으로 예시한다. 이 컴퓨터 디스플레이는 샤프트(36) 및 복수의 트레이(22) 뿐만 아니라 다양한 입구 및 출구(18, 46, 48)를 갖는 용기(12)를 개략적으로 예시한다. 샤프트(36)는 그 길이를 따라 배치된 다수의 진동 및 온도 센서(114)를 갖는다. 베어링(38, 40)은 또한 진동 및 온도 센서(114)를 포함한다. 진동 및 온도 센서(114)는 회전 마찰에 의해 생성된 샤프트(36)의 온도 뿐만 아니라 각각의 지점에서의 수평 및 수직 진동을 검출하도록 구성된다. 베어링(38, 40)은 그 윤활을 제공하기 위해 오일 공급 라인(116a) 및 복귀 라인(116b)을 포함한다. 입구(18) 및 염수 출구(46)는 대응하는 유량을 검출하기 위한 유량계(118)를 포함한다. 온도 및 압력 센서(96)는 용기(12) 전체에 걸쳐 배치된다. 온도 및 압력 센서(96)는 또한 용기(12) 전체에 걸쳐 배치되어 다양한 미리 결정된 지점에서 측정을 수행한다.
위에서 나타낸 바와 같이, 오염된 물은 공급 탱크(16)로부터 나올 수 있거나, 재처리 탱크(92 및 94)를 포함하는 임의의 다른 개수의 탱크로부터 나올 수 있다. 또한, 수집된 물 저장 탱크는 입구(18)에 유동적으로 결합되어, 예컨대 오염된 물이 제공할 수 있는 것보다 더 높은 순도의 물을 필요로 하는 스팀을 생성할 때 특정 레벨로 또는 다른 목적을 위해 물이 정제되는 것을 보장할 수 있다는 것이 고려된다. 이와 같이, 하나 이상의 센서(98)는 물 또는 폐수/염수 레벨, 농도, 또는 탱크 내로 또는 탱크 밖으로의 유량을 결정하기 위해 탱크 내의 데이터를 추적할 수 있다. 제어기(68)는, 전술한 바와 같이, 예컨대 염수가 제1 염수 재처리 탱크(92)로부터 제2 염수 재처리 탱크(94)로 그리고 최종적으로 염수 폐기 탱크(88)로 재처리될 때 탱크의 입력 및 출력을 전환하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 제1 염수 재처리 탱크가 미리 결정된 레벨에 도달하는 경우, 공급 탱크(16)로부터의 유체 유동이 차단되고, 대신에 제1 염수 재처리 탱크(92)로부터 용기(12)로 유체가 제공된다. 처리된 오염물 및 나머지 폐수는 이어서 미리 결정된 레벨에 도달할 때까지 제2 염수 재처리 탱크(94)로 지향된다. 이후, 물은 제2 염수 재처리 탱크(94)로부터 시스템 및 수처리 용기(12)를 통해, 예를 들어 염수 폐기 탱크(88)로 지향된다. 제1 재처리 탱크(92)의 염수는 대부분의 총 용해된 고체를 포함하여 오염된 물의 약 20%일 수 있다. 최종적으로 염수 폐기 탱크(88)로 지향되는 잔류 염수는 또한 공급 탱크(16)를 통해 오염 제거 시스템(10)으로 초기 도입된 오염된 물의 1%만을 포함할 수 있다. 따라서, 온도 및 압력 센서, RPM 및 유량계를 사용하여 저온 멸균된 물을 초래하는 수증기 온도 제어부를 포함하여 원하는 물 출력을 제어할 수 있다.
제어기(68)는, 도 12에 예시된 바와 같이, 트레이의 회전이 입력 물을 끓이고 원하는 온도 및 압력의 스팀을 생성하는 충분히 높은 속도로 샤프트(36)가 회전되도록 가변 주파수 드라이브(30)가 모터(32)에 전력을 공급하도록 지시하는 데 사용될 수 있다. 도 12는 시스템(10)에 일체화된 스팀 터빈(100)을 예시한다. 스팀 터빈(100)은 또한 도 15 내지 도 27에 도시된 용기와 함께 사용될 수 있다. 스팀 형태의 수증기는 증기 출구(48)를 터빈(100)의 입구로 공급함으로써 고압, 저온 스팀 터빈을 구동하기 위해 수처리 용기(12)에서 생성될 수 있다. 터빈(100)은 차례로 비용 효율적이고 경제적인 전기 생성을 위해 발전기(102)에 결합된다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 스팀 터빈(100)은 발전기(102)를 직간접적으로 회전시키도록 연장된 용기(12)의 샤프트(36)와 함께 제거될 수 있다. 이 경우, 용기(12) 내부의 트레이 및 배플의 나중 스테이지는 샤프트의 회전을 돕는 수증기의 존재로 인해 스팀 터빈으로서 작용한다.
스팀 터빈의 경우, 수증기는 화씨 600도 초과로 가열될 수 있고 평방 인치당 1600 파운드(psi) 초과로 가압될 수 있는데, 이는 스팀 터빈(100)을 구동하기에 적합하다. 트레이의 증가된 속도와는 별개로, 트레이(22)의 스쿠프(26)의 테이퍼형 특성 및 구멍 판 배플(24)의 구멍(28)의 테이퍼형 특성의 통합은 또한 수증기 및 스팀의 생성을 용이하게 한다. 예컨대, 제1 트레이의 25도에서 마지막 트레이의 45도까지 스쿠프(26)의 각도를 증가시키면 또한 스팀 형태의 수증기 생성도 증가하고 그 압력도 증가하여 스팀 터빈(100)을 구동할 수 있다. 도 13 및 도 14는 용기(12)의 단부에 스팀 출구(104)가 형성되고 스팀 터빈(100)이 그 출구에 직접 연결되고, 그에 따라 가압된 스팀이 터빈(100)을 통과하여 블레이드(106)와 샤프트(108)를 회전시시킴으로써 결합된 발전기를 통해 전기를 발생시키는 실시예를 예시한다. 수증기 출구(110)는 수증기를 증기 회수 컨테이너(80) 등으로 이송한다. 회수 탱크(80)는 스팀이나 고온의 수증기를 냉각시켜 액체 물로 응축시키기 위한 추가 배관, 응축기, 냉장 장치 등을 포함할 필요가 있을 수 있다.
물론, 시스템(10)에 의해 생성된 스팀이 가열 목적, 유정 및 타르 및 셰일 구덩이 등으로부터의 오일의 제거 등과 같은 다른 목적을 위해 사용될 수 있다는 것은 본 기술 분야의 숙련자에게 이해될 것이다.
또한, 본 발명은 센서 및 제어기(68)에 의해 음용수 생산을 위해 더 낮은 온도 및/또는 압력의 수증기를 생성할 수 있으며, 이 수증기는 출구(48)를 통해 직접 증기 회수 컨테이너로 지향되고, 시스템은 필요에 따라 전기를 발생시키기 위해 스팀 터빈(100)을 통과하기 위한 고온의 수증기 또는 스팀을 생성하도록 가속된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 야간 시간 동안, 시스템(10)은 전기가 거의 필요하지 않을 때 음용수를 생성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 낮 시간 동안, 시스템(10)은 스팀과 전기를 발생시키도록 조절될 수 있다.
전술한 바와 같이, 가변 주파수 드라이브(30), 전기 모터(32), 트랜스미션(34) 및 수처리 용기(12)를 포함하는 본 발명의 많은 구성요소 및 그 내부의 구성요소는 휴대용인 골격(42)에 부착될 수 있다. 본 발명의 전체 시스템(10)은 40 피트 길이의 ISO 컨테이너에 끼워지도록 설계될 수 있다. 이 컨테이너는 제어된 작동 환경과 선적 및 보관을 위해 냉장(HVAC) 유닛으로 단열될 수 있다. 공급 탱크, 증기 회수 탱크, 음용수 저장 탱크, 오염물/염수 재처리 또는 폐기 탱크를 포함한 다양한 탱크는 운반 가능한 컨테이너에 끼워지거나, 별도로 운반되고 필요에 따라 입구 및 출구 포트에 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 전체 시스템(10)은 선박, 세미 트랙터 트레일러 등을 통해 ISO 컨테이너 등으로 쉽게 운반될 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템(10)은 자연 재해, 군사 작전 등을 다루기 위해 필요 한 곳, 심지어 원격 장소로도 운반될 수 있다. 이러한 배열은 본 발명의 시스템(10)의 높은 레벨의 이동성 및 신속한 전개 및 시동을 초래한다.
도 29는 용기(12) 전체에 걸쳐 다양한 지점, 즉, 서브챔버에서 발생하는 프로세스를 개략적으로 예시한다. 용기(12)의 내부 챔버(14)는 예시된 바와 같이 일련의 서브챔버로 효과적으로 분할된다. 용기(12)는 축류 펌프, 축류 압축기, 원심류 압축기, 조명 없는 가스 터빈 및/또는 유압/수력 터빈의 기능을 수행하는 5개의 서브챔버를 포함한다. 작동시, 시스템(10)은 기계적인 프로세스를 통해 물을 기화시키는 능력을 가지며, 이에 의해 다양한 손상된 유체의 효율적이고 효과적인 탈염, 오염 제거 및 기화를 가능하게 한다. 용기(12)에 진입하기 전에, 유체는 전처리 단계(120)를 받을 수 있고, 여기서 유체는 필터 및 다양한 다른 프로세스를 통과하여 더 쉽게 제거되거나 시스템(10)의 무결성을 손상시키거나 저하시킬 수 있는 오염물을 분리한다. 입구(18)를 통과할 때, 유체는 일단 시스템(10)이 작동 회전 속도에 도달하면 축류 펌프와 유사하게 유체에 영향을 미치는 흡입 챔버(122)로 진입한다. 외부 개시 펌프(도시되지 않음)는 시스템(10)이 입구를 통해 오염된 물을 끌어당기도록, 즉, 개시 펌프의 계속적인 작동 없이 흡입 챔버가 축류 펌프로서 기능하도록 차단될 수 있다. 흡입 챔버 압력이 상당히 감소하면 진공 증류 또는 기화가 212°F 미만의 온도에서 발생하게 된다. 흡입 챔버(122) 후에, 유체는 제1 처리 챔버(124)로 진입하는 제1 트레이(22)와 만난다. 이 제1 처리 챔버는 회전 트레이(22) 및 인접한 배플(24)의 조합된 작용을 통해 원심류 압축기 및 축류 압축기 모두로서 작용한다. 흡입수의 높은 비율은 제1 처리 챔버(124)에서 고속 회전 트레이(22)와의 충돌 시 캐비테이션을 통해 기화된다. 원심류 압축 프로세스는 제1 처리 챔버(124) 및 각각의 후속 처리 챔버 내에서 발생한다. 원심류 압축 프로세스는 기화되지 않은 용해된 고체 및 액체 물의 적어도 일부를 처리 챔버(124)의 외부 벽으로 캐스팅한다. 이 동작은 용해된 고체와 대부분의 나머지 액체를 증기로부터 분리한다. 축류 압축 프로세스는 또한 제1 처리 챔버(124) 및 각각의 후속 챔버 내에서 발생한다. 이 축류 압축 프로세스는 처리 챔버 내의 압력과 온도를 또한 증가시키는 증기와 액체를 압축한다. 제2 처리 챔버(126) 및 제3 처리 챔버(128)는 모두 제1 처리 챔버(124)의 원심류 압축기 및 축류 압축기 피처의 작용을 결합함으로써 유사하게 기능한다.
유체가 제4 처리 챔버(130)에 도달할 때까지는, 유체의 특성 및 용기(12)를 통한 유체의 유동이 변경되도록 원심류 및 축류 압축 프로세스를 받게 된다. 제4 처리 챔버에서, 유체는 샤프트(36)의 회전을 유발함으로써 조명 없는 가스 터빈 또는 유압/수력 터빈을 통과하는 것처럼 거동한다. 제5 처리 챔버(132)는 이 조명 없는 가스 터빈 또는 유압/수력 터빈 프로세스를 결합한다. 제4 및 제5 처리 챔버(130, 132)의 터빈 프로세스는 모터(32)의 전력이 시스템(10)의 기능 손실 없이 다시 스로틀링될 수 있도록 샤프트(36)의 회전을 구동하기 위한 힘의 척도를 제공한다. 제5 처리 챔버(132)를 빠져나간 후, 염수 형태의 거의 모든 오염물이 환형 통로(47)를 통해 출구(46)로 나아가고 정제된 증기가 내부 챔버(14)의 중심 부분을 통해 증기 출구(48)로 나아가도록 유체는 고도로 분리되었다. 제4 및 제5 처리 챔버(130, 132)의 터빈 작동은 작동의 평형에 도달하면 시작 페이즈에 비교하여 감소된 에너지 입력(25%만큼)으로 시스템(10)의 계속된 작동을 허용한다.
제5 처리 챔버(132) 이후에, 시스템은 배출 챔버를 포함한다. 임의의 이전 처리 챔버보다 큰 배출 챔버(134)는 2개의 배출 출구(46, 48)를 포함한다. 체적이 크게 증가하면 압력이 크게 감소되고 용해된 고체와 나머지 물이 증기로부터 물리적으로 분리된다.
용기(12)의 치수는 조합된 처리 챔버(124-132)가 총 길이의 약 절반을 차지하도록 구성되는 것이 바람직하다. 배출 챔버(134)는 총 길이의 약 1/3을 차지한다. 총 길이의 약 1/6인 용기 길이의 나머지는 흡입 챔버(122)가 차지한다. 처리 챔버(124-132)는 약 3/5 압축기 기능과 2/5 터빈 기능으로 분할된다. 유체가 마지막 처리 챔버(132)를 빠져나가면, 유체가 배출 챔버(134)로 진입하여 각각의 출구(46, 48)로 지향될 때 약 80% 기화를 달성한다.
도 33 및 도 34는 수역(150)으로부터 물을 포획하기 위한 시스템을 포함하는 시스템(10)의 실시예를 예시한다. 이 실시예에서, 수역(150)은 바람직하게는 바다 또는 염수를 함유하는 해양이지만, 임의의 수역일 수 있다. 포획 시스템(152)은, 용기(154)의 개방된 상단 또는 측면(156)이 적어도 부분적으로 수역(150)에 대한 중간 수위 위에 있도록 수역(150)에 배치되는 포획 용기(154)를 포함한다. 시스템(10)은 도 33에 도시된 바와 같이 용기(154) 상의 개방된 상단(156)과 함께 기능할 수 있지만, 용기는 바람직하게는 유입되고 물러나는 파도/조수 모두의 이점을 취하기 위해 용기(154)의 바다쪽 및 육지쪽을 향하는 개방된 측면(156)을 갖는다. 이 시스템이 작동하기 위해, 수역(150)의 수위는 수역의 일부가 개방된 측면(156)에 진입하지만 용기(154)를 완전히 잠기게 하지는 않도록 충분히 변경되어야 한다. 이상적으로, 이는 바다나 해양의 조수 상승 및 하강 뿐만 아니라 이러한 수역에서 발생할 수 있는 파도와 함께 발생한다. 용기(154)의 개방된 측면(156)이 중간 수위 위로 연장되는 거리는 특정 수역(150)에 대한 수위의 변동성에 따라 달라진다. 개방된 측면(156)은 바람직하게는 필터 스크린(158)에 의해 덮여져 수역(150) 내의 살아있는 유기체의 발생 및 다른 큰 물체가 용기(154)에 진입하는 것을 감소시킨다. 개방된 측면(156)은 바람직하게는 또한 용기(154)에 진입되는 물 및/또는 모래의 양을 제어하기 위해 개방 또는 폐쇄될 수 있는 스크린(158) 위에 배치된 피봇 루버(157)를 포함한다.
용기(154) 내부에는 포획 깔때기(160) 또는 용기(154)에 진입하는 대부분의 물을 공급 파이프(162)로 지향시키도록 구성된 유사한 구조가 있다. 포획 깔때기(160)는 바람직하게는 수역에 대한 중간 수위 아래에 위치 설정된다. 용기(154) 및 포획 깔때기(160)는 일반적으로 정사각형 형상으로 예시되어 있지만, 이들은 다른 형태로 구성될 수 있다. 바람직하게는 수역(150)에 존재하는 파도 또는 조수로 배향된 코너를 갖는 정사각형 형상은 물이 개방된 측면(156)에 진입하도록 용기(154) 위로의 파도 또는 조수의 상승을 용이하게 한다는 것이 밝혀졌다. 용기(154)는 또한 개방된 측면(156) 전체에 걸쳐 물의 진입을 용이하게 하기 위해 유입되는 파도 또는 조수를 마주하는 측면에서 개방된 측면(156)이 수직이 아닌 각도로 각을 이루도록 구성될 수 있다. 개방된 측면(156)은 바람직하게는 대부분의 표면적이 중간 수위보다 위에 있게 배치되고, 그에 따라 모래 또는 다른 침전물이 개방된 측면(156)에 도달할 때 파도 또는 조수의 더 높은 부분에 있을 가능성이 적다.
공급 파이프(162)는 바람직하게 해안으로 그리고 저장 용기(164)로 나아간다. 시스템(10)은 충분한 양의 포획된 해수를 수용하고 저장하기 위해 다수의 저장 용기(164)를 포함할 수 있다. 공급 파이프(162)는 해안으로 나아갈 때 지하에 있을 수 있지만, 지상 시설에 대한 임의의 고도 변화를 인식하면 적절한 배관 및 펌프가 필요하다. 저장 용기(164)는 사용자의 필요에 따라 수역(150) 근방에 위치되거나 수역(150)으로부터 약간의 거리에 위치될 수 있다. 충분한 양의 물이 용기(164)에 저장되면, 용기(164)의 출구(168)에 부착된 펌프(166)는 저장된 물을 입구 파이프(170)를 통해 처리 시스템(10)의 입구(18)로 지향시킨다. 입구 파이프(170)는 바람직하게는 저장 용기(164) 및 펌프(166)를 통과할 수 있는 큰 침전물 또는 입자를 제거하기 위한 여과 시스템(172)을 포함한다. 이어서, 시스템(10)은 다른 곳에서 설명된 바와 같이 물을 담수화하는 데 사용될 수 있다.
도 35는 본 발명의 시스템(10)의 또 다른 실시예를 예시하고, 시스템(10)은 다른 곳에서 설명된 바와 같이 증기 출구(48)로부터 생성된 수증기로부터 전기를 발생하는 데 사용된다. 이 실시예에서, 시스템(10)은 용기(12) 위의 제1 거리(176)에 배치된 응축기(174)를 더 포함한다. 증기 파이프(178)는 증기 출구(48)로부터 응축기(174)로 수증기를 지향시킨다. 수증기는 공기보다 가벼워 자체적인 힘 하에 상승하므로, 수증기를 제1 거리(176)를 통해 응축기(174)까지 상승시키기 위한 기계적 수단이 필요하지 않다. 바람직하게는, 증기 파이프(178)는 적어도 제1 거리(176)보다 약간 크지 않다면 적어도 제1 거리(176)만큼 연장되는 대체로 수직 섹션(178a)을 갖는다. 증기 파이프(178)의 대체로 수평 섹션(178b)은 이 수직 섹션(178a)의 단부로부터 응축기(174) 상의 입구(180)까지 연장된다. 이 대체로 수평 섹션(178b)은 수직 섹션(178a)의 단부로부터 응축기(174) 상의 입구(180)까지 약간의 경사를 가질 수 있다. 이는 증기 파이프(178)에서 발생하는 임의의 부수적인 응축이 대체로 수평 섹션(178b)의 경사면을 따라 응축기(174)로 연장할 가능성을 허용한다. 증기 파이프(178) 및 그 모든 섹션은 열의 조기 손실을 방지하고 응축기로 상승하는 동안 응축의 발생을 최소화하기 위해 바람직하게는 절연된다.
도 35a는 특정한 대체로 다이아몬드 형상의 응축기(174)를 예시하지만, 응축기(174)는 증기 또는 스팀 처리 분야의 숙련자에게 공지된 다른 형상으로 구성될 수 있다. 응축기의 목적은 시스템(10)에 의해 생성된 증기를 완전히 응축하는 것이다. 바람직하게는 증기의 응축을 용이하게 하기 위해 본 기술 분야의 숙련자에게 공지된 바와 같이 내부에 충분한 구조를 포함한다. 증기가 응축됨에 따라, 응축기(174) 상의 출구(182)를 통해 응축수 유지 탱크(184)로 유동한다.
유지 탱크(184)는 바람직하게는 수력 발전기(188) 위의 제2 거리(186)에 배치된다. 충분한 양의 응축된 처리 유체가 유지 탱크(184)에 저장되면, 응축된 처리 유체는 유지 탱크(184) 상의 출구(190)로부터 배출된다. 응축된 처리 유체는 중력 하에 제2 거리(186)에 걸쳐 수력 발전기(188)로 떨어진다. 수력 발전기(188)는 낙하하는 응축된 처리 유체의 운동 에너지를 저장 또는 즉시 사용을 위한 전기 에너지로 변환한다. 전기 에너지는 재충전 가능한 화학 배터리, 커패시터, 또는 유사한 공지된 전기 저장 수단(192)에 저장될 수 있다. 수력 전기 발전기(188)로 떨어지는 응축된 처리 유체는 통상적으로 이러한 처리된 물로 수행되는 것과 같이 후속 처리(도시되지 않음)를 위해 사용되도록 발전기 출구(189)를 통해 배출된다.
제1 거리(176) 및 제2 거리(186)가 명백히 서로 상하로 "적층"하는 것으로 도 35에 도시되어 있지만, 이는 이들 거리의 요구 사항이 아니다. 이들 거리 중 하나에 대한 유일한 요구 사항은 낙하하는 처리 유체의 운동 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있도록 제2 거리(186)가 수력 발전기(188)보다 충분히 위에 있는 것이다. 바람직하게는, 이 제2 거리(186)는 적어도 10 피트이지만, 응축된 처리 유체의 양과 수력 발전기의 능력에 따라 20 피트 이상일 수 있다. 제1 거리(176)는 응축기(174) 및 유지 탱크(184)를 제2 거리(186) 위에 위치시키기에 충분한 거리를 가질 필요가 있다. 필연적으로, 제1 거리(176)는 응축기(174), 유지 탱크(184), 및 제2 거리(186)의 크기에 따라 달라진다.
도 36은 본 발명의 시스템(10)의 다른 실시예를 예시하고, 염수 출구(46) 및 증기 출구(48)는 양자 모두 추가 처리를 위해 사용된다. 구체적으로, 염수 재처리 탱크(194)는 재처리 입구(196)를 통해 염수 출구(46)로부터 염수를 받는다. 염수 재처리 탱크(194)는 또한 재처리 출구(198) 및 재순환 출구(200)를 포함한다. 염수 재처리 탱크(194) 내의 염수의 제1 부분은 재순환 파이프(202)에 의해 재처리를 위해 시스템(10)의 입구(18)로 다시 지향되는 재순환 출구(200)로 나아간다. 이러한 방식으로, 염수를 재처리하여 처리 유체로부터 추가 수증기를 회수한다.
염수 재처리 탱크(194) 내의 염수의 제2 부분은 염수 유지 탱크(204)에 저장하기 위해 재처리 출구(198)로 나아간다. 이 재처리 출구(198)는 염수 유지 탱크(204)로의 염수의 제2 부분의 유동을 제한하거나 완전히 차단하기 위한 밸브(206)를 포함할 수 있다. 염수 유지 탱크(204)는 순환 열 파이프(212)를 갖는 열 교환기(210)를 포함하는 염수 건조 시스템(208)에 연결된다. 순환 열 파이프(212)는 통상적인 열 교환기(210)와 같이 앞뒤로 통과한다. 본 발명의 시스템(10)의 일부인 열 교환기(210)는 증기 출구(48)로부터의 수증기로부터 열원을 받는다. 구체적으로, 증기 변환 파이프(214)는 증기 출구(48)로부터 수증기의 일부를 추출하고 열 교환기(210)의 순환 열 파이프(212)로 전달한다. 염수 유지 탱크(204)로부터의 저장된 염수는 열 교환기(210) 위를 지나고 임의의 나머지 물은 수증기의 열로부터 건조된다.
이어서 건조된 염수는 후속 사용 또는 처리를 위해 건조된 염수 유지 탱크(216)로 운반된다. 이러한 건조된 염수는 염수에서 발견되는 염 또는 기타 화합물을 생성하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템(10)에서 처리된 물에서 발견되는 임의의 유용한 오염물, 즉, 금속, 원소 또는 다른 가치 있는 화합물은 재판매 또는 다른 후속 처리를 위해 건조된 염수로부터 회수될 수 있다.
도 37 및 도 38에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 시스템(10)의 다양한 작동 파라미터를 측정하는 제어 시스템(218)에 의해 제어될 수 있다. 제어 시스템(218)은 터치스크린에 민감한 그래픽 디스플레이(220)를 포함한다. 그래픽 디스플레이(220)는 시스템(10)에 진입되는 유체의 유량 뿐만 아니라 모터 및 샤프트의 동력, 토크 및 rpm을 조절하는 데 사용될 수 있다. 이 그래픽 디스플레이(220)는 도 28에 도시된 그래픽 디스플레이와 유사하다. 그래픽 디스플레이(220)는 그 다양한 구성요소에 대응하는 시스템(10)의 개략적인 그래픽 도시를 포함한다. 본 명세서에 설명된 제어 시스템(218) 및 그래픽 디스플레이(220)는 도 28의 버전으로부터 업데이트된 것이다. 그래픽 디스플레이(220)는 시스템(10)에서 처리되는 유체, 즉 (1) 기수, (2) 해수, (3) 생성된 물, 및 (4) 저온 멸균 물에 대응하는 전력, CPU 활동, 및 작동 모드를 나타내는 표시등(238)을 그 경계 둘레에 포함한다.
업데이트된 그래픽 디스플레이는 작동 시간을 측정하고 작동 센서(222)에 의해 측정된 임의의 데이터에 대한 속도를 결정하기 위한 내부 시계 뿐만 아니라 시스템(10)에 연결된 복수의 작동 센서(222)에 의해 캡처된 측정 데이터를 제공한다.
작동 센서(222)는 시스템(10) 내의 복수의 처리 스테이지(226) 각각과 관련된 온도 및 압력 센서(224)를 포함한다. 처리 스테이지는 입구 스테이지(226a), 출구 스테이지(226b), 및 배플(24)이 후속하는 트레이(22)의 각각의 작동 쌍과 관련된 트레이/배플 스테이지(226c)를 포함할 수 있다. 작동 센서(222)는 또한 샤프트(36) 및 모터(32, 32a)와 관련된 회전 센서(228)를 포함한다. 회전 센서(228)는 분당 회전수, 토크, 마력, 런타임, 및 총 회전수를 측정하도록 구성된다. 작동 센서(222)는 또한 샤프트(36)의 어느 일 단부에 있는 베어링(38, 40)과 관련된 베어링 센서(230)를 포함할 수 있다. 베어링 센서(230)는 샤프트(36)의 진동 뿐만 아니라 베어링(38, 40)을 통과하는 윤활유의 온도 및 유량을 측정하도록 구성된다. 작동 센서(222)는 또한 유체 입구(18) 및 오염물 출구(46)와 관련된 유동 센서(232)를 포함할 수 있다. 유동 센서(232)는 유체 입구(18) 상의 밸브의 개방 또는 폐쇄 상태, 유체 입구(18) 및 농축물 출구(46)에서의 유량, 및 유체 입구(18) 및 농축물 출구(46)에서의 총 유체 유동을 측정하도록 구성된다.
그래픽 디스플레이(220)는 여러 디스플레이 모드를 갖는다. 메인 스크린은 도 38에 도시되어 있고 시스템(10)의 개략도에서 작동 센서(222)에 의해 측정된 값을 디스플레이한다. 도 39에 도시된 그래프 스크린은 온도 및 압력 센서(224)에 의해 측정된 값을 복수의 작동 스테이지(226)의 배향을 나타내도록 구성된 막대 그래프 형식(234)으로 디스플레이한다. 그래프 스크린은 또한 회전 센서(228), 베어링 센서(230), 및 유동 센서(232)에 대한 수치 측정값을 디스플레이한다. 도 40에 도시된 트렌드 스크린은 시간에 대해 온도 및 압력 센서(224)에 의해 측정된 값의 라인 그래프(236)를 디스플레이한다. 이 라인 그래프에서, 온도 및 압력 센서(224) 중 하나와 관련된 각각의 작동 스테이지(226)는 별개의 라인으로 나타낸다. 라인 그래프는 현재 작동 조건을 도시할 수 있거나 이력 작동 온도 및 압력 데이터를 도시하기 위해 검토될 수 있다. 트렌드 스크린은 또한 회전 센서(228)로부터의 적어도 로터의 분당 회전수를 포함하는 다른 센서에 의해 측정된 데이터를 디스플레이할 수 있다. 디스플레이 스크린(220)은 또한 그래픽 디스플레이의 이미지를 캡처할 뿐만 아니라 데이터 로깅이 온 또는 오프인 지의 여부를 조절하는 기능을 갖는다.
도 41 및 42는 폐수원을 정제하기 위한 바람직한 시스템 및 방법의 개략적인 흐름도를 예시한다.
도 41에 도시된 제1 바람직한 실시예의 시스템(250)은 폐수원(252)으로 시작한다. 폐수원(252)은 통상적으로 세정 또는 정제될 필요가 있는 임의의 오염된 수원, 즉, 하수, 생활 폐수, 배출액, 유거수, 산업 폐기물 등일 수 있다. 폐수원(252)으로부터의 유동은 먼저 유동으로부터 큰 물체, 즉, 암석, 나뭇가지 등을 제거하도록 설계된 매크로 필터 여과기(254)를 통과한다. 목표는 시스템(250)의 나머지를 통과하기에는 너무 클 수 있는 고체 물체를 제거하는 것이다.
매크로 필터 여과기(254) 이후, 폐수 유동은 분리 탱크(265)로 나아간다. 분리 탱크(256)는 중량 또는 밀도 차이에 의존하여 폐수 유동이 다양한 영역, 즉, 하단의 무거운 분획물 영역(256a), 중간의 중간 분획물 영역(256b), 및 상단의 가벼운 분획물 영역(256c)으로 분리될 수 있게 한다. 무거운 분획물은 통상적으로 슬러지 또는 유사한 고체 또는 반고체 오염물이다. 가벼운 분획물은 통상적으로 오일 또는 유사한 가벼운 오염물이다. 중간 영역(256b)의 중간 분획물 출구(258)로부터 제거된 폐수 유동은 추가 처리를 위해 전달된다. 탱크(256)는 또한 무거운 분획물 출구(258a) 및 가벼운 분획물 출구(258c)를 포함하며, 이로써 2개의 분획물 모두 필요할 때 제거될 수 있다. 중간 분획물 출구(258)는 바람직하게는 중간 분획물 영역(256b)에 배치되지만, 중간 분획물의 접근성을 최대화하기 위해 무거운 분획물 영역(256a)에 가깝다.
중간 출구(258)로부터의 폐수 유동은 전술한 바와 같이 구성된 기화기-탈염 유닛(10)에 진입하고 전술한 바와 동일한 방식으로 처리된다. 오염물 출구 유동(46)은 저장 또는 후속 처리를 위해 오염물 유동 탱크(260)로 지향된다. 정제된 증기 출구 유동(48)은 후속 처리를 위해 다른 곳으로 지향되며, 여기서 음용수 또는 관주 용수를 포함하지만 이에 제한되지 않는 청정수 시스템에서 사용하도록 응축된다. 임의로, 오염물 출구 유동(46)은 재활용 라인(46a)을 경유하여 다시 기화기-탈염 유닛(10)을 통해 추가 정제를 위해 전체적으로 또는 부분적으로 재활용될 수 있다. 재활용하기 보다는, 오염물 출구 유동(46)은 제1 유닛과 직렬로 설정된 제2 기화기-탈염 유닛(10)을 통해 처리될 수 있다.
기화기-탈염 유닛(10)의 사용은 통상적인 수처리 플랜트에서 발견되는 종래의 여과 시스템 및 화학적 프로세스 처리를 제거할 수 있게 한다. 이러한 시스템 및 처리는 통상적으로 화학 물질 및/또는 역삼투 및 작동 및 유지 비용이 많이 드는 유사한 여과 시스템을 수반한다. 본 발명의 시스템(250)의 사용은 이러한 비용을 감소시키거나 제거한다.
물 정제 시스템(262)의 제2 실시예가 도 42에 도시되어 있다. 제2 시스템(262)은 분리 탱크(256) 및 기화기-탈염 유닛(10)까지는 제1 시스템(250)과 동일하다. 이 제2 시스템(262)에서, 오염물 출구 유동(46)은 오염물 유동 탱크(264)로 지향된다. 오염물 유동 탱크(264)는 증기 출구 유동(48)에 연결된 열 교환기 파이프(266)를 포함한다. 증기 출구 유동(48)으로부터의 열은 오염물 출구 유동(46)을 건조시킨다. 이어서, 건조된 오염물 출구 유동(268)은 오염물 미네랄 회수(270)를 위한 추가 처리로 전달된다. 열 교환기 파이프(266) 이후에, 증기 출구 유동(48)은 냉각되었고 오염 제거된 물 회수 탱크(272)로 전달된다.
어느 하나의 시스템(250, 262)에서 기화기-탈염 유닛(10)을 통한 초기 처리는 오염된 물 유동에서 물 함량의 약 75%를 정제하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 유닛(10)을 통한 제2 처리 라운드는 나머지 오염된 유동의 약 75%를 정제할 것이다. 조합된 처리는 폐수원으로부터 90% 초과의 정제수 함량을 초래한다.
도 43 내지 도 45는 본 발명의 정제 및/또는 오염 제거 시스템 및 프로세스에 대한 변형 실시예를 예시한다. 특히, 도 43은 일반적으로 도축장 또는 유사한 사업에서 발견될 수 있는 생물학적 폐기물을 함유하는 폐수 스트림의 오염 제거를 위한 시스템(280)을 예시한다. 시스템(280)은 일반적으로 매크로 필터/여과기(284)의 입구(284a)로 공급되는 폐수원(282)을 포함한다. 전술한 것과 유사하게, 매크로 필터/여과기(284)는 일반적으로 제거하기 더 쉬운 더 큰 오염물을 제거하도록 구성된다. 도축장 폐수의 오염 제거와 관련하여, 매크로 필터/여과기(284)는 조직 덩어리 또는 다른 생물학적 고체를 제거할 수 있다.
매크로 필터/여과기(284)로부터의 출구(286)는 전술한 기화기-탈염 유닛(10)으로서 구성되는 오염 제거 유닛(10)으로 이어진다. 오염 제거 유닛(10)은 폐수원(282)의 액체 부분을 일련의 교번식 회전 트레이(22) 및 고정 배플(24)을 통과시킴으로써 기화시키도록 설계된다. 폐수원(282)의 기화된 부분은 증기 출구(48)를 통해 오염 제거 유닛(10)을 빠져나간다. 폐수원(282)의 기화되지 않고 남아 있는 고체 부분은 오염물 출구(46)를 통해 오염물 유출부(260)로 오염 제거 유닛(10)을 빠져나간다. 증기 출구(48) 및 오염물 유출부(260)는 다른 실시예와 관련하여 전술한 임의의 방식으로 더 처리될 수 있다.
이 실시예의 추가 기능에서, 오염 제거 유닛(10)의 샤프트(36)는 발전기(288)에 대한 기능적 연결을 허용하기에 충분한 길이만큼 용기(12)의 일 단부로부터 연장된다. 이 실시예에서, 샤프트(36)의 회전은 발전기(288)에 의해 전기로 변환되고, 도 45에 도시된 바와 같이, 시스템(280)의 전자 회로(294)에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 이러한 회로(294)는 센서, 온도 게이지, 압력 게이지, 진동 센서, 윤활 시스템, 유량 센서, 컴퓨터 등을 포함할 수 있다. 또한, 발전기(288)로부터의 전기는 시스템(280)의 전자 제어부(296)에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 이러한 제어부(296)는 펌프, 밸브, 모터 등을 포함할 수 있다.
이 발전기(288)는 상당한 외부 전기 입력 없이 전자 회로(294) 및 제어부(296)를 작동시키는 특별한 이점을 제공한다. 전술한 바와 같이, 오염 제거 유닛(10)은 초기에 가솔린 또는 전기일 수 있는 스타터 모터(32)에 의해 샤프트(36)를 회전시킴으로써 시동될 수 있다. 스타터 모터(32)는 샤프트(36)에 초기 회전을 부여하기 위해 처음에만 사용되도록 설계된다. 유닛(10)이 최대 작동 속도까지 상승함에 따라, 샤프트(36)는 유닛(10)을 통해 유동하는 폐수 스트림의 힘을 통해 자체 회전 측정값을 취득한다. 샤프트(36)의 이러한 자체 회전은 설명된 바와 같이 사용될 수 있는 전기 소스를 제공한다.
도 44는 도 43의 시스템(280)의 대안 실시예, 특히 병렬로 설치된 제1 매크로 필터/여과기(284) 및 제2 매크로 필터/여과기(285)의 도입을 도시한다. 이러한 방식으로, 폐수원(282)은 매크로 필터/여과기(284, 285) 중 하나를 통해 실행될 수 있는 한편, 다른 하나는 시스템(280)의 사실상 중단되지 않는 작동을 허용하면서 세정된다. 구체적으로, 폐수원(282)은 2개의 출구(290b, 290c)를 갖는 전환 밸브(290)의 입구(290a)로 도입되며, 2개의 출구는 폐수원(282)을 입구(290a)로부터 출구(290b, 290c) 중 하나 또는 다른 하나(양자 모두는 아님)로 별도로 지향시킨다. 출구(290b)는 제1 매크로 필터/여과기(284) 상의 입구(284a)에 직접 연결된다. 출구(290c)는 제2 매크로 필터/여과기(285) 상의 입구(285a)에 직접 연결된다.
필터/여과기(284, 285)로부터의 출구(284b, 285b)는 모두 일방향 체크 밸브(292a)를 포함하는 유체 연결부(292)에 유동적으로 연결된다. 출구(284b, 285b)는 체크 밸브(292a) 상의 개별 입구에 연결된다. 체크 밸브(292a)는 다른 필터/여과기(284, 285)로 역류하지 않고 유체 연결부(292)로 유동하도록 필터/여과기(284, 285)로부터의 출구 유동(284b, 285b)을 제공한다. 유체 연결부(292)로부터의 출구(286)는 사실상 오염 제거 유닛(10)의 입구로 도입되는 필터/여과기(284, 285)로부터의 출구(286)이다.
이러한 방식으로, 전환 밸브(290) 및 유체 연결부(292)와 함께 2개의 매크로 필터/여과기(284, 285)를 사용하면 필터/여과기(284, 285) 중 하나가 작동하게 하는 한편 다른 하나가 세정될 수 있다. 전환 밸브(290) 및 유체 연결부(292)가 설명된 바와 같이 구성될 때, 폐수 유동은 현재 세정되고 있는 필터/여과기(284, 285)에 진입되는 것이 방지된다. 이 구성은 필터/여과기(284, 285)에서 필터 요소의 세정을 용이하게 하면서 시스템(280)의 작동 시간을 최대화한다.
여러 실시예가 예시의 목적으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위를 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims (20)

  1. 생물학적 오염된 폐수를 처리하기 위한 시스템이며,
    출구로부터 여과된 폐수 유동을 생성하는 제1 폐수 필터 여과기 디바이스 상의 입구에 유동적으로 연결된 생물학적 오염된 폐수원;
    폐수 입구에 근접한 세장형 용기의 제1 단부와 오염물 출구 및 증기 출구에 근접한 세장형 용기의 제2 단부 사이의 세장형 용기를 따라 수직으로 배치된 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플을 갖는 대체로 수평의 세장형 용기를 포함하는 오염 제거 유닛을 포함하고;
    오염 제거 유닛은 제1 단부로부터 제2 단부까지 세장형 용기를 따라 배치된 회전 샤프트를 갖고, 회전 샤프트는 고정 배플을 통과하고 회전 트레이에 고정식으로 부착되며;
    오염 제거 유닛 상의 폐수 입구는 제1 폐수 필터 여과기 디바이스 상의 출구에 유동적으로 연결되고 오염 제거 유닛은 여과된 폐수 유동을 오염물 출구로 향하는 오염물 유동과 증기 출구로 향하는 증기 유동으로 분리하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 생물학적 오염된 폐수원에 유동적으로 연결된 입구 및 오염 제거 유닛 상의 폐수 입구에 유동적으로 연결된 출구를 갖는 제1 폐수 필터 여과기 디바이스에 병렬로 배치된 제2 폐수 필터 여과기 디바이스를 더 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 입구측과 출구측을 갖는 전환 밸브를 더 포함하고, 입구측은 생물학적 오염된 폐수원에 유동적으로 연결되고 출구측은 제1 폐수 필터 여과기 디바이스의 입구 및 제2 폐수 필터 여과기 디바이스의 입구에 유동적으로 연결되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 전환 밸브는 출구측이 제1 폐수 필터 여과기 디바이스와 제2 폐수 필터 여과기 디바이스 사이에서 생물학적 오염된 폐수 유동을 선택적으로 교번하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 제1 폐수 필터 여과기 디바이스의 출구 및 제2 폐수 필터 여과기 디바이스의 출구는 모두 일방향 체크 밸브를 수용하는 유체 연결 파이프에 유동적으로 연결되며, 유체 연결 파이프는 오염 제거 유닛 상의 폐수 입구에 유동적으로 연결되는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 오염 제거 유닛 상의 회전 샤프트에 작동식으로 연결된 발전기를 더 포함하는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 발전기는 시스템의 전자 회로 및 전자 제어부에 전기를 제공하도록 구성되는, 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 전자 회로는 센서, 온도 게이지, 압력 게이지, 진동 센서, 윤활 시스템, 유량 센서, 및 컴퓨터를 포함하는, 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 전자 제어부는 펌프, 밸브 및 모터를 포함하는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 오염 제거 유닛의 복수의 트레이 각각은 제1 직경의 입구와 더 작은 제2 직경의 출구를 각각 갖는 복수의 스쿠프를 갖고, 제1 오염 유닛의 복수의 배플 각각은 제1 직경의 입구와 더 작은 제2 직경의 출구를 각각 갖는 복수의 구멍을 갖는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 오염 제거 유닛은 복수의 트레이 및 복수의 배플의 하류에 있는 세장형 용기에 배치된 내부 슬리브를 더 포함하고, 내부 슬리브는 제1 오염물 출구로의 환형 통로를 형성하는, 시스템.
  12. 폐수원을 오염 제거하기 위한 방법이며,
    여과된 폐수 유동을 생성하는 폐수원을 스크린 여과하는 단계;
    여과된 폐수 유동을 오염 제거 유닛으로 지향시키는 단계로서, 오염 제거 유닛은 세장형 용기의 제1 단부로부터 그 제2 단부까지 연장되는 회전 샤프트, 및 제1 단부와 제2 단부 사이의 세장형 용기에 수직으로 배치된 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플을 갖고, 회전 샤프트는 고정 배플을 통과하고 회전 트레이에 고정식으로 부착되는, 단계;
    여과된 폐수 유동을 오염 제거 유닛을 통해 처리하는 단계로서, 오염 제거 유닛은 여과된 폐수 유동을 오염물 유동과 오염 제거된 증기 유동으로 분리하는, 단계;
    추가 처리를 위해 오염물 유동을 오염물 저장 용기로 지향시키는 단계;
    오염 제거된 증기 유동을 추가 처리를 위해 증기 출구로 지향시키는 단계; 및
    세장형 용기로부터 돌출된 회전 샤프트의 일부에 고정식으로 부착된 발전기를 사용하여 전기를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 오염 제거 유닛을 통해 오염물 유동의 일부를 재활용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 오염물 유동의 적어도 75%는 오염물 제거 유닛을 통해 재활용되는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 폐수원을 스크린 여과하는 단계는:
    병렬로 배치된 제1 스크린 필터 유닛 및 제2 스크린 필터 유닛을 제공하는 단계;
    제1 스크린 필터 유닛과 제2 스크린 필터 유닛 모두의 입구에 전환 밸브를 연결하는 단계;
    제1 스크린 필터 유닛과 제2 스크린 필터 유닛 모두의 출구를 유체 연결부에 연결하는 단계;
    유체 연결부를 오염 제거 유닛에 연결하는 단계; 및
    전환 밸브와 제1 스크린 필터 유닛 및 제2 스크린 필터 유닛 중 하나를 통해 폐수원을 펌핑하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 유체 연결부는 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 하나로부터의 여과된 폐수 유동을 오염 제거 유닛으로 선택적으로 허용하는 일방향 체크 밸브를 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 폐수원을 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 하나로 지향시키도록 전환 밸브를 선택적으로 설정하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 전환 밸브가 폐수원을 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 다른 하나로 지향시킬 때 제1 스크린 필터 유닛 또는 제2 스크린 필터 유닛 중 하나를 세정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제12항에 있어서, 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플은:
    복수의 회전 트레이 각각에 있는 복수의 스쿠프로서, 각각의 스쿠프는 제1 직경의 입구와 더 작은 제2 직경의 출구를 갖는, 복수의 스쿠프; 및
    복수의 고정 배플 각각에 있는 복수의 구멍을 더 포함하고, 각각의 구멍은 제1 직경의 입구 및 더 작은 제2 직경의 출구를 갖는, 방법.
  20. 제12항에 있어서, 복수의 교대로 이격된 회전 트레이 및 고정 배플의 하류에 있는 세장형 용기에 배치된 내부 슬리브를 더 포함하고, 내부 슬리브는 오염물 출구로의 환형 통로를 형성하는, 방법.
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