KR20230035625A - 산 탱크 및 산성 중화 장치가 있는 바이오리액터 세정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도 차량에서 바이오리액터(2)를 세정하기 위한 바이오리액터 세정 시스템(1)에 관한 것이다. 흡입 유닛(72), 공급 유닛(74), 흡입 유닛(72) 및 공급 유닛을 작동시키는 전자 제어 유닛(44), 산 탱크(52), 바이오리액터 밖으로 흡입된 액체를 수용하기 위한 수집 탱크(50) 및 담수 연결부(42)가 제공된다. 본 발명에 따르면, 바이오리액터 세정 시스템은 산 캐니스터 연결부(82a, 82b, 82c, 82d), 염기 캐니스터 연결부(84a, 84b), 산 캐니스터 연결부(82a, 82b, 82c, 82d) 및 산 탱크(52)에 연결될 수 있는 산성 계량 장치(86), 염기 캐니스터 연결부(84a, 84b) 및 산 탱크(52)에 연결될 수 있는 염기 계량 장치(88)를 갖는 계량 유닛(80)을 포함한다. 또한 다양한 액체를 혼합하기 위해 혼합기가 제공된다.

Description

산 탱크 및 산성 중화 장치가 있는 바이오리액터 세정 시스템

본 발명은 바이오리액터, 바람직하게는 철도 차량의 바이오리액터를 세정하기 위한 바이오리액터 세정 시스템으로서, 바이오리액터로부터 액체를 흡입하기 위한 흡입 유닛 - 흡입 유닛은 바이오리액터에 연결하기 위한 흡입 연결부를 가짐 - ; 바이오리액터에 액체를 공급하기 위한 공급 유닛 - 공급 유닛은 바이오리액터에 연결하기 위한 적어도 하나의 공급 연결부를 가짐 - ; 흡입 유닛 및 공급 유닛을 제어하기 위한 전자 제어 유닛; 산성 수용액을 수용하기 위한 산 탱크; 바이오리액터로부터 흡입된 액체를 수용하기 위한 수집 탱크; 바이오리액터 세정 시스템에 담수를 공급하기 위한 담수 연결부 - 여기서, 공급 유닛은 담수 포트 및 산 탱크에 연결되어 담수 및/또는 산성 수용액을 공급 연결부에 선택적으로 제공하고, 또한 여기서, 바이오리액터로부터 액체를 흡입하기 위한 흡입 유닛은 바이오리액터로부터 흡입된 산성 용액을 산 탱크에 공급하고 또한 바이오리액터로부터 흡입된 실질적으로 pH 중성의 잔류 유체를 수집 탱크에 공급하기 위하여 산 탱크 또는 수집 탱크에 선택적으로 연결 가능하다. 고정식 시스템에서, 수집 탱크도 생략할 수 있으며 바이오리액터에서 흡입되거나 추출된 유체는 배수구로 직접 공급될 수 있다. 본 발명은 또한 바이오리액터 세정 시스템을 작동시키는 방법 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

기존의 바이오리액터는 고형물 및 액체 성분이 포함된 폐수가 공급되는 필터 바스켓이 있는 고형물 탱크를 갖는다. 필터 바스켓은 액체 성분에서 고형물을 분리한다. 이를 위해 필터 바스켓은 바닥 및 측벽과 같은 주변 벽에 필터 요소를 가지며, 이를 통해 액체 요소가 흐를 수 있고 이를 통해 고형물 요소가 수집된다. 고형물 성분은 액체 성분에서 분리된 필터 바스켓 내부 바닥에 모여 필터 케이크를 형성한다. 액체 요소는 필터 요소를 통해 고형물 탱크로 흐르고 거기에서 고형물 탱크와 유체 연통하는 액체 탱크로 흐른다.

필터 바스켓의 고형물 요소는 필터 케이크로 침전되는 것으로 알려져 있다. 먼저, 필터 바스켓의 바닥면에서 시작하여 필터 바스켓의 측면에서 필터 케이크가 형성된다. 결과적으로 필터 케이크에 의해 물이 고형물 탱크로 흐르는 것이 방지된다. 약간의 투과성이 있는 필터 케이크는 효율적인 여과 공정을 가져온다. 그러나 점점 두꺼워지고 불침투성인 필터 케이크로 인해 필터 바스켓이 막힐 수 있다. 액체가 더 이상 필터를 거의 통과하지 못하므로 비효율적인 필터링 프로세스가 발생한다. 따라서 물이 고형물 탱크로 충분히 배수되도록 정기적으로 고형물의 필터 바스켓을 세정해야 한다.

이 막힘을 방지하기 위해 필터 케이크를 제거하는 것이 알려져 있다. 종종 막힘의 첫 번째 영향이 나타나자마자 필터 케이크를 제거한다. 그러나 이는 이미 비효율적인 여과가 이루어지고 있다는 단점이 있다. 제거가 필요한지 결정하기 위해 때때로 필터 케이크의 양을 확인하는 것도 알려져 있다. 그러나 이것은 검사가 무작위로 수행되고 필터 케이크를 제거하기 위한 올바른 시간, 즉 너무 이르거나 너무 늦지 않은 시간이 이러한 방식으로는 확실하게 결정될 수 없다는 단점이 있다. 또한 필터 케이크가 이미 너무 불침투성이어서 제거해야 하는지 여부를 확실하게 평가할 수 없다.

그러나 이러한 세정 공정의 한 가지 문제점은 바이오리액터 시스템이 일반적으로 폐쇄 시스템으로 구성되어 있어 오염 정도와 여과 부족의 원인을 파악하기가 매우 어렵다는 것이다. 특히 기존 바이오리액터는 오류의 원인이나 오염 정도를 결정하는 데 필요한 정보 또는 이러한 목적에 도움이 되는 데이터를 판독하는 데 사용할 수 있는 인터페이스가 없는 경우가 종종 있다. 이는 축적된 폐수를 세정하기 위해 이러한 바이오리액터가 철도 차량과 같은 차량에 설치되는 경우에 특히 어렵다. 그러한 응용에서, 바이오리액터 기능의 유지 및 보증이 차량으로부터 바이오리액터를 제거하지 않고 분산적으로 가능한 것이 종종 바람직하다. 그러나 이러한 욕구는 일반적으로 필수적인 소형화로 인해 충족될 수 없다. 바이오리액터 및 그 상태를 설명하는 데이터에 대한 액세스는 불가능하거나 매우 어렵게만 가능하다.

또한, 세정시 사용된 산을 재활용하거나 처분하거나 중화하는 데 문제가 있다. 일반적으로 바이오리액터에 산을 첨가하여 석회 침전물 등을 제거한다. 이것은 바이오리액터 자체뿐만 아니라 파이프에서도 수행되어야 한다. 그러나 산은 나중에 쉽게 폐기할 수 없으며 사전에 중화시켜야 한다. 한편으로는 시간이 많이 걸리고, 다른 한편으로는 이러한 방식으로 중화된 산을 처분할 수 있도록 pH 값을 올바르게 설정하는 데 어려움이 있다.

본 발명의 목적은 산의 보다 효율적인 사용을 가능하게 하는 상기 언급된 유형의 바이오리액터 세정 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.

이 목적은 산 캐니스터를 연결하기 위한 하나 이상의 산 캐니스터 연결부, 염기 캐니스터를 연결하기 위한 하나 이상의 염기 캐니스터 연결부, 입력 측에서 하나 이상의 산 캐니스터 연결부에 연결될 수 있고 출력 측에서 산 탱크 및/또는 바이오리액터에 연결될 수 있는 산성 계량 유닛, 및 입력 측에서 하나 이상의 염기 캐니스터 연결부에 연결될 수 있고 출력 측에서 산 탱크 및/또는 바이오리액터에 연결될 수 있는, 입력 측에서 하나 이상의 염기 캐니스터 연결부에 연결될 수 있고 출력 측에서 산 탱크 및/또는 바이오리액터에 연결될 수 있는 염기 계량 유닛을 갖는 계량 유닛 및 혼합기 - 여기서 상기 혼합기는 산 탱크 및/또는 바이오리액터에 존재하는 산성 용액을 중화하는데 사용할 수 있는 용액을 산 탱크에 공급하기 위하여 입력 측에서 담수 연결부 및 산 투여기 및/또는 염기 투여기에 그리고 출력 측에서 산 탱크 및/또는 바이오리액터에 연결될 수 있음 - 를 갖는다는 점에서 전술한 유형의 바이오리액터 세정 시스템에서 해결된다.

본 발명은 산 투여 유닛 및/또는 염기 투여 유닛에 연결된 혼합기를 사용함으로써 한편으로는 산 탱크에서 산성 수용액으로서 직접적으로 사용할 수 있고 다른 현편으로 후속하는 산의 투여 및 염기의 선택적 첨가에 의한 중화 모두를 가능하게 하는 액체가 제공될 수 있다는 인식에 기초한다. 이것은 더 이상 제1 단계에서 예를 들어 세정 공정 후 바이오리액터에서 흡입된 산을 산 탱크에 수집하고, 다음으로 제2 단계에서 이를 바이오리액터로부터 흡입된 산성 용액이 염기를 첨가함에 의해 중화되는 스테이션으로 이동시킬 필요가 없다는 것을 의미한다. 오히려 사용된 산은 바이오리액터 세정 시스템에서 직접 중화되어 처분될 수 있다. 그러나 투여 유닛은 예를 들어 공급 유닛을 통해 적절한 라인과 밸브를 통해 바이오리액터에 직접 연결될 수도 있다. 이러한 방식으로 세정에 사용할 수 있는 산성 액체를 계량 유닛에서 바이오리액터로 직접 공급할 수 있다. 또한, 세정 공정 완료 후 바이오리액터 자체의 계량 유닛을 통해 염기를 적절하게 첨가하여 바이오리액터 내에 존재하는 산성 수용액을 중화할 수 있다. 이렇게 하면 산성 수용액으로 바이오리액터를 세정한 후 바이오리액터를 헹구는 데 사용해야 하는 담수를 절약할 수 있다.

바람직하게는, 바이오리액터 정화 시스템은 산 탱크에 공급되는 유체의 제1 pH 값을 감지하고 전자 제어 유닛에 제1 pH 신호를 제공하기 위한 제1 pH 센서를 포함한다. 제1 pH 센서는 바람직하게는 혼합기의 하류 및 산 탱크 입구의 상류에 위치한다. 이러한 방식으로, 제1 pH 센서는 산 탱크에 있는 유체의 pH를 감지할 수 있다. 제1 pH 센서로부터 산 탱크로의 유입구 이외의 유입구는 제공되지 않는 것이 바람직하다.

또한, 흡입 연결부를 통해 흡입된 액체의 제2 pH 값을 검출하기 위해 제2 pH 센서가 제공되는 것이 바람직하다. 제2 pH 센서는 또한 추가로 또는 대안적으로 혼합기의 상류에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 흡입 포트를 통해 바이오리액터로부터 흡입된 유체는 제2 pH 센서 및/또는 제1 pH 센서가 유체의 pH를 검출할 수 있도록 바이오리액터 세정 시스템을 통과한다. 바람직하게는, 유체는 바이오리액터 세정 시스템 내의 흡입 포트로부터 유도되어 먼저 제2 pH 센서로, 그 다음 혼합기로, 그 다음 제1 pH 센서로, 그 다음 산 탱크로 전달된다. 바이오리액터 세정 시스템은 바람직하게는 내부에 상응하는 배관 및 밸브를 가지며, 밸브는 전자 제어 유닛에 의해 부분적으로 또는 완전히 제어될 수 있다.

바람직한 추가 실시예에서, 산 투여기는 입력 측의 담수 포트에 연결될 수 있는 산 이젝터(acid ejector)를 갖는다. 따라서 산 이젝터는 2개의 입력 포트, 즉 하나 이상의 산 캐니스터 포트에 연결 가능하거나 연결되는 포트와 담수 포트에 연결 가능하거나 연결되는 포트를 갖는다. 하나 이상의 산 캐니스터의 산과 담수는 산 이젝터에서 혼합된 다음 혼합기에 제공된다.

상응하는 방식으로, 염기 계량 장치는 바람직하게는 입력 측의 담수 연결부에 연결될 수 있는 염기 이젝터를 갖는다. 따라서, 염기 이젝터는 또한 2개의 입력, 즉 하나 이상의 염기 캐니스터 포트에 연결되거나 연결될 수 있는 입력과 담수 포트에 연결되거나 연결될 수 있는 입력을 갖는다. 염기 및 담수는 염기 이젝터에서 혼합되어 혼합기로 공급된다. 이러한 방식으로 산과 염기의 특히 간단한 계량이 가능하다. 바람직하게는, 산과 염기를 담수에 혼합하는 제어를 더 잘 할 수 있도록 밸브가 각각 산 및 염기 이젝터의 상류 및 하류에 연결된다. 바람직하게는, 이들 상류 및 하류 밸브는 차례로 이들이 전자 제어 유닛에 의해 제어될 수 있도록 전자 제어 유닛에 연결된다. 바람직하게는, 혼합기는 또한 혼합기에 공급되는 담수를 조절하기 위한 담수 스로틀(throttle)은 갖는다. 이를 통해 산, 염기 및 담수의 투여를 더욱 잘 제어할 수 있다. 스로틀은 또한 전자 제어 유닛에 의해 제어 및 조정될 수 있도록 전자 제어 유닛에 연결되는 것이 바람직하다.

다른 양호한 실시예에서, 바이오리액터 세정 시스템은 혼합기 및/또는 산 투여기 및/또는 염기 투여기에 공급되는 담수를 측정하기 위한 제1 유량계를 포함한다. 제1 유량계는 혼합기의 상류와 담수 연결부의 하류에 위치할 수 있다. 산 탱크에 산, 염기, 담수를 적정량 공급하기 위해서는, 담수의 유속을 아는 것이 유리하다. 유량계는 바람직하게 전자 제어 유닛에 유속 신호를 제공하여 전자 제어 유닛이 산과 염기의 함수로서 그리고 원하는 pH 값의 함수로서 산과 염기의 투여를 제어할 수 있도록 한다.

바람직하게는, 산 투여기에 공급되는 산을 측정하기 위해 제2 유량계가 제공된다. 다시 말하지만 유속을 아는 것이 유리하다. 예를 들어 시작 시에 또는 세정 전에 처음에 산 탱크가 산성 수용액으로 채워지고 이와 관련하여 산과 담수만 혼합되는 경우에는 특히 관련이 있다. 산 탱크의 pH 값을 측정하는 것도 가능하지만 유량계는 혼합 전에 존재하는 유속을 감지할 수 있으므로 산과 담수의 체적 흐름을 기반으로 혼합물이 생성될 수 있다.

추가의 바람직한 실시예에서, 흡입 유닛 및/또는 공급 유닛은 산 탱크로부터 혼합기로 그리고 다시 산 탱크로 액체를 펌핑하도록 작동 가능하다. 이러한 방식으로, 추가 산 및/또는 염기가 산 탱크에 있는 액체에 첨가될 수 있다. 산이나 염기가 산 탱크에 직접 첨가되면, 거기에서 혼합되어야 한다. 이것은 쉽게 가능하지 않기 때문에, 일반적으로 선행 기술에서는 산 탱크에 농도 구배(concentration gradient)가 있다. 산 탱크에서 혼합기로 그리고 다시 산 탱크로 주기적으로 펌핑함으로써 산 탱크에서 매우 균질한 액체를 얻을 수 있으며, 이는 바이오리액터 세정에 유리하게 사용될 수 있다. 또한 이러한 방식으로 산 탱크에 존재하는 산을 중화하는 것이 더 쉽다. 한편, 선행 기술에서는 산 탱크의 산에 충분한 염기가 첨가되더라도, 농도 구배로 인해, 처분하는 동안 지점 및/또는 구간에서 한계 값이 초과되는 문제가 있고, 그 결과 파이프가 손상될 수 있어 환경 규정을 준수할 수 없다. 산 탱크에 존재하는 액체를 혼합기로 공급하고 거기에서 다시 산 탱크로 공급함으로써, 이 문제가 제거되고 균질한 액체를 얻을 수 있다.

대안적으로 또는 부가적으로, 흡입 유닛 및/또는 공급 유닛은 바이오리액터로부터 혼합기로 그리고 다시 바이오리액터로 액체를 펌핑하도록 작동가능하다. 이렇게 하면 바이오리액터가 세정된 후 산성 수용액이 바이오리액터 자체에서 중화될 수 있다. 이를 위해, 액체는 바람직하게는 흡입 유닛에 의해 바이오리액터 밖으로 흡입된 다음, 염기가 첨가되는 투여 유닛으로 이송된 다음, 바람직하게는 공급 유닛에 의해 바이오리액터로 다시 되돌아간다. 원하는 중성 pH에 도달할 때까지 이 사이클을 반복할 수 있다. 그 동안 너무 많은 염기가 첨가된 경우, 다시 약하게 산성화하기 위해 산을 첨가해야 할 수도 있다.

부가적으로 또는 대안적으로, 흡입 유닛 및/또는 공급 유닛은 바람직하게는 산 탱크 및/또는 바이오리액터로부터 제1 또는 제2 pH 센서로 그리고 다시 산 탱크 및/또는 바이오리액터로 액체를 펌핑하도록 작동 가능하다. 이러한 방식으로 산 탱크 및/또는 바이오리액터의 유체 pH를 쉽게 결정할 수 있다. 제2 pH 센서가 혼합기의 상류에 있는 경우, 액체는 먼저 제2 pH 센서로 향하고, 그 다음 혼합기로, 그 다음 제1 pH 센서로 향하고 다시 산 탱크로 향한다. 즉, 제2 pH 센서에서는 산 탱크에서 끌어온 액체의 pH를 먼저 결정한 다음 필요에 따라 혼합기에 산 또는 염기를 첨가할 수 있다. 제1 pH 센서에서, 이 혼합물은 제어될 수 있고, 산 탱크로 다시 공급되며, 제2 pH 센서, 즉 혼합기의 입력에서 해당 pH 값이 검출될 때까지 계속된다. 바람직하게는, 혼합기의 입력 및 출력에서, 목표 pH 값에 도달했을 때 pH 값은 동일하다.

다른 바람직한 실시예에서, 전자 제어 유닛은 산 탱크에 존재하는 산성 수용액의 품질을 나타내는 산 품질 값을 결정하고, 결정된 산 품질 값을 미리 결정된 산 비교값과 비교하고, 비교에 의존하여: 산 탱크에서 산성 수용액의 중화를 시작한다. 이러한 산 품질 값은 예를 들어 고형물의 로딩, 오염 정도 등일 수 있다.

특히 바람직하게는, 산 품질 값은 제1 pH 값이고 전자 제어 유닛은 산 탱크에 존재하는 산성 수용액의 제1 pH 값을 결정하고, 결정된 제1 pH 값을 미리 결정된 pH 임계값과 비교하고, 결정된 제1 pH 값이 pH 임계값을 초과하는 경우: 산 탱크에서 산성 수용액의 중화를 시작한다. 바람직하게는, 산 탱크에 존재하는 산성 수용액은 바이오리액터의 적어도 하나의 세정 사이클에 사용된다. 세정 사이클에서, 산성 수용액은 공급 연결부를 통해 바이오리액터로 공급되고, 다양한 도관 및/또는 스크린 등을 통해 바이오리액터 내를 통과한 다음, 이렇게 이용되어 부분적으로 또는 완전히 소비되는 산은 흡입 포트를 통해 흡입되고, 여기서 다시 산 탱크에 공급된다. 바이오리액터 세정 시스템으로 연결하고 여기에서 다시 산 탱크로 공급한다. 두 개 이상의 세정 공정이 이 산성 수용액으로 수행될 수도 있지만 원하는 만큼 많지는 않은 것으로 나타났다. 바이오리액터의 오염 정도에 따라 일정 횟수의 세정 작업 후, 산성 용액이 최종적으로 소모된다. 이것은 바람직하게는 pH 임계값을 초과하는 산 품질 값 또는 바람직하게는 제1 pH 값에 의해 결정된다.

전자 제어 유닛은 바람직하게는 데이터베이스로부터 산 비교값 및/또는 미리 결정된 pH 임계값을 결정하고 로딩하도록 설계된다. 산 비교값 및/또는 미리 결정된 pH 임계값은 바이오리액터의 유형, 사용된 산의 유형 또는 기타 매개변수에 따라 달라질 수 있다. 이러한 매개변수에 따라, 전자 제어 유닛은 해당 값을 결정하고, 이를 데이터베이스로부터 또는 예를 들어, 인터넷을 통한 원격 메모리로부터 또는 클라우드 서비스로부터 로드한다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 산 탱크에 존재하는 산성 수용액을 중화하기 위해, 전자 제어 유닛은, 흡입 유닛 및/또는 공급 유닛이 산 탱크로부터 제1 또는 제2 pH 센서로 그리고 다시 산 탱크로 액체를 펌핑하는 동안, 산 탱크의 중성 목표 pH에 도달할 때까지 염기 투여기가 염기를 혼합기에 분배하도록 한다. 이러한 방식으로, 필요한 만큼의 염기만 사용하는 지속적인 중화를 달성할 수 있다. 또한, 균질한 액체가 항상 달성되므로, 너무 많거나 적은 염기가 첨가되지 않아 염기의 효율적인 중화가 달성된다.

제2 측면에서, 본 발명은 바이오리액터 세정 시스템, 바람직하게는 상술된 본 발명의 제1 측면에 따른 바이오리액터 세정 시스템의 바람직한 실시예 중 하나에 따른 바이오리액터 세정 시스템을 작동하기 위한 방법에 의해 상기 언급된 문제를 해결하는데, 상기 방법은: 바이오리액터 세정 시스템의 산 탱크에 존재하는 산성 수용액의 품질을 나타내는 산 품질 값을 결정하는 단계, 결정된 산 품질 값을 미리 결정된 산 비교값과 비교하는 단계, 및 비교에 따라: 산 탱크에서 산성 수용액의 중화를 시작하는 단계를 포함한다.

이 공정은 산 탱크에 있는 산성 용액의 품질에 따라 중화 공정을 수행해야 한다는 아이디어를 기반으로 한다. 산 탱크에 존재하는 산성 수용액은 바이오리액터를 세정하기 위해 적어도 한 번 사용된다. 산 탱크의 산성 수용액을 바이오리액터에 공급한 후 바이오리액터에서 추출하여 다시 산 탱크로 되돌리는 식으로 산 탱크의 산성 수용액이 사용할 때마다 산 수용액의 품질이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 방법에 따르면, 산 품질값과 소정의 산도 비교값을 비교하는 것이 바람직하다. 이 비교에 따라, 특히 산 품질값이 사전 결정된 산 비교값 아래로 떨어지면 산성 수용액의 중화가 시작된다. 이는 중화 후 산성 수용액을 처분할 수 있게 하기 위해서 필요하다. 중화는 바람직하게는 연속 중화이다.

특히 바람직하게는, 산 품질값은 제1 pH 값이다. 산성 수용액의 pH 값은 바이오리액터에서 석회화를 용해하는 산성 수용액의 능력에 대해 설명하는 데 사용될 수 있기 때문에 산 품질 값으로 특히 적합하다. 이 경우, 방법은 바람직하게는 산 탱크에 존재하는 산성 수용액의 제1 pH 값을 결정하는 단계, 및 결정된 제1 pH 값을 미리 결정된 pH 임계값과 비교하는 단계를 포함하며, 이는 이 경우에 산 비교값이다. 결정된 제1 pH 값이 pH 임계값을 초과하는 경우, 즉 산성 수용액이 더 이상 충분히 산성이 아닌 경우, 산성 수용액의 중화가 시작된다.

상기 방법은 더욱 바람직하게는: 데이터베이스로부터 산 비교값 및/또는 미리 결정된 pH 임계값을 결정하고 로딩하는 단계를 포함한다. 데이터베이스는 바이오리액터 정제 시스템 내부에 제공되거나 인터넷 또는 클라우드 서비스와 같은 원격 시스템을 통해 전송될 수 있다. 산 비교값 및/또는 미리 결정된 pH 임계값은 사용자가 장치에 입력한 매개변수 또는 하나 이상의 센서에 의해 산성 수용액을 통해 감지된 값에 의존할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법은 산 탱크에서 바이오리액터 정제 시스템의 혼합기로, 다시 산 탱크로 액체를 펌핑하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 산 탱크에서 바이오리액터 세정 시스템의 혼합기로 다시 산 탱크로 액체를 펌핑하는 동안: 액체를 중화시키는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 방법은 혼합기에서 산 및/또는 염기 및/또는 담수를 혼합하는 단계를 추가로 포함한다. 산, 염기성 또는 담수에 혼합함으로써, 액체를 중화하거나 pH를 추가로 조정할 수 있다. 이는 산 탱크에서 직접 수행된는 것이 아니라 혼합기에서 수행되는 것이 바람직하다. 이와 같이 산 탱크에서 산성 수용액의 pH 값을 정밀하게 조절할 수 있도록 연속 중화 또는 연속 산성화가 가능하다.

바람직하게는, 혼합기의 하류에서 제1 pH 값이 추가로 검출된다. 바람직하게는, 제2 pH 값은 혼합기의 상류에서 감지된다. 제1 및 제2 pH 값을 감지하여 산, 염기 또는 담수가 혼합기의 액체 스트림으로 혼합하는 것을 제어할 수 있다. 이러한 이유로, 방법은 바람직하게는 하기 단계를 추가로 포함한다: 제1 및/또는 제2 pH 값에 따라, 산 및/또는 염기를 혼합기로 혼합하여 산 탱크에서 목표 중성 pH 값을 달성한다. 중성 목표 pH 값은 바람직하게는 6.5 내지 10의 범위이다. 6.5 내지 9, 7 내지 9 또는 특히 7 내지 8의 범위가 또한 바람직하다. 중성 목표 pH 값 대신, 다른 pH 값도 조정할 수 있다. 기본적으로, 이러한 방식으로 폐쇄 제어 루프를 형성하려면 하나의 pH 값, 즉 제1 또는 제2 pH 값을 감지하는 것으로 충분하다. 그러나 혼합기의 상류 및 하류에서 두 개의 pH 값을 감지하면 보다 정확한 제어가 가능하며 예를 들어, 산, 염기 또는 담수에서 혼합하는 것을 원하지 않을 때 유체가 혼합기를 지나 제1 pH 센서로 직접 전달될 수 있다. 예를 들어, 혼합기 및 제2 pH 센서를 통한 통과를 사용하지 않고 바이오리액터로부터 끌어온 유체를 제1 pH 센서에만 공급하는 것을 생각할 수 있고 바람직할 수 있다.

상기 방법은 바람직하게는 다음 단계: 중성 목표 pH에 도달할 때: 산 탱크로부터 바이오리액터 세정 시스템의 수집 탱크 및/또는 처분 채널(disposal channel)로 액체를 펌핑하는 단계를 더 포함한다. 바이오리액터 세정 시스템 수집 탱크는 바이오리액터에서 추출한 잔류 액체 또는 기계적 세정 공정에 사용되는 액체와 같은 다른 액체를 수집하는 데 사용할 수 있다. 그런 다음 수집 탱크의 액체를 처분할 수 있다. 산 탱크는 일반적으로 수집 탱크보다 훨씬 작게 설계되므로, 산 탱크에서 중화된 액체를 수집 탱크로 가져 오는 것이 좋다. 그런 다음 산 탱크를 비우고 새로운 수성 산성 용액을 혼합하여, 예를 들어 먼저 수집 탱크를 비울 필요 없이 바이오리액터의 또 다른 세정 공정을 수행할 수 있다. 바이오리액터 세정 시스템이 이동식 시스템이 아닌 고정식 시스템으로 설계된 경우, 수집 탱크에 중화된 액체를 일시적으로 저장할 필요가 없다; 이 경우 처분 채널로 직접 공급할 수 있다.

상기 방법은 결정된 산 품질값을 미리 결정된 산 비교값과 비교하는 단계에 응답하여, 바이오리액터를 세정하기 위해 산 탱크로부터 바이오리액터로 액체를 공급하는 단계, 바이오리액터로부터 액체를 흡입하는 단계, 및 흡입된 액체를 산 탱크에 공급하는 단계를 제공할 수 있다. 이들 단계들은 결정된 산 품질값이 산 비교값을 초과하거나 산 탱크 내의 산성 수용액의 품질이 충분하다고 판단될 때 수행되는 것이 바람직하다.

산성 수용액의 세정 효율을 향상시키기 위해, 상기 방법은 액체를 바이오리액터에 공급하는 동안 액체에 기포를 도입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이와 같이, 바이오리액터에 액체로 공급되는 산성 수용액에 산소가 첨가되어 바이오리액터 내에서 산성 수용액과 석회(lime)의 화학 반응이 촉진될 수 있다. 또한, 바이오리액터 세정 시스템 및/또는 바이오리액터의 라인을 통해 액체 및/또는 산성 수용액을 순환할 때 공기가 도입될 수도 있다. 이로써 라인의 기계적 세정이 기포에 의해 추가로 달성될 수 있다.

제3 측면에서, 본 발명은 컴퓨터에서 실행될 때 바이오리액터 세정 시스템이 본 발명의 제2 측면에 따른 방법의 상기 바람직한 구현예 중 하나에 따른 방법의 단계를 수행하게 하는 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 상기 문제를 해결한다. 컴퓨터는 바이오리액터 세정 시스템의 일부인 것이 바람직하다. 컴퓨터 프로그램 제품은 바람직하게는 특히 광학 저장 수단과 같은 저장 수단 상에 또는 다운로드로서 제공된다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 이들은 반드시 일정 비율로 실시예를 보여주도록 의도된 것은 아니고, 오히려 설명에 유용한 경우 도면은 도식화 및/또는 약간 왜곡된 형태이다. 도면에서 직접 인식할 수 있는 게이지에 대한 추가 사항에 대해서는 관련 선행 기술을 참조한다. 본 발명의 일반적인 사상을 벗어나지 않고 실시예의 형상 및 세부 사항에 관한 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 염두에 두어야 한다. 명세서, 도면 및 청구범위에 개시된 본 발명의 특징은 개별적으로 및 임의의 조합으로 본 발명의 추가 개발에 필수적일 수 있다. 또한, 명세서, 도면 및/또는 청구범위에 개시된 적어도 2개의 특징의 모든 조합은 본 발명의 범위 내에 속한다. 본 발명의 일반적인 개념은 아래에 도시되고 설명된 바람직한 실시예의 정확한 형태 또는 세부사항으로 제한되지 않으며, 청구범위에서 청구된 요지와 비교하여 제한될 임의의 요지로 제한되지 않는다. 명시된 설계 범위의 경우 명시된 한계 내에 있는 값은 제한 값으로 공개되고 원하는 대로 사용 및 청구될 수 있도록 의도되었다. 단순화를 위해 동일하거나 유사한 부품 또는 동일하거나 유사한 기능을 가진 부품에 대해 동일한 참조 부호가 아래에서 사용된다.

본 발명의 추가적인 이점, 특징 및 세부 사항은 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명 및 도면으로부터 명백해질 것이다. 도면에서:
도 1은 바이오리액터 및 추가 요소와 관련된 바이오리액터 세정 시스템의 개략도이다;
도 2는 부분적으로 절단되지 않은 바이오리액터 세정 시스템의 개략 측면도이다;
도 3a 내지 도 3d는 산 캐니스터 4개의 표현이다;
도 4는 바이오리액터 세정 시스템의 회로도이다;
도 5는 이젝터의 단면도이다;
도 6은 추가 요소가 있는 혼합기의 개략 회로도이다;
도 7은 산성 수용액의 중화의 다이어그램이다.

바이오리액터 세정 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 이동식 바이오리액터 세정 시스템 또는 고정식 바이오리액터 세정 시스템으로 설계될 수 있다. 이동식 바이오리액터 세정 시스템은 일반적으로 바이오리액터(2)가 제공되는 기차로 이동할 수 있다. 기차의 바이오리액터(2)는 일반적으로 알려져 있으며 여기서는 더 자세히 설명하지 않을 것이다. 도 1에서, 고형물 탱크(4), 액체 탱크(5) 및 액체 배출을 위한 배출구(7)를 갖는 소독제(6)를 갖는 수직으로 배향된 바이오리액터(2)가 예로서 도시되어 있다. 필터 바스켓(8)이 고형물 탱크(4)에 제공되며, 그 안으로 바닥 근처에서 마감되는 2 인치 호스(9) 및 필터 바스켓(8)에 축적된 필터 케이크를 세정하기 위하여 고형물 탱크(4)에 고압의 물을 공급하기 위한 세정 노즐(10)이 모두 제공된다. 액체 탱크(5)로부터 액체를 흡인 또는 흡입하거나 액체 탱크(5)에 액체를 공급하기 위하여 1 인치 연결부(11)가 추가로 액체 탱크(5)에 제공된다. 또한, 바이오리액터(2)는 예를 들어 바이오리액터(2)의 센서를 판독할 수 있는 제어기(12)를 포함한다.

바이오리액터 세정 시스템(1)은 바이오리액터(2)에 연결될 수 있는 연결부를 갖는다. 예를 들어, 바이오리액터(2)로부터 액체를 흡입하기 위해 바이오리액터 세정 시스템(1)은 흡입 연결부(20)를 가지며, 이는 흡입 라인(22)을 통해 바이오리액터(2)의 액체 탱크(5)의 인치 연결부(11)에 연결될 수 있다. 또한, 바이오리액터 세정 시스템(1)은 액체를 공급 연결부를 통해 바이오리액터(2), 보다 구체적으로는 고형물 탱크(4)에 공급하기 위해 공급 라인(22)을 통해 바이오리액터(2)의 2인치 호스(9)에 연결될 수 있는 공급 연결부(24)를 갖는다. 바이오리액터 세정 시스템(1)은 또한 고압 호스(30)를 통해 세정 노즐(10)에 연결될 수 있는 고압 연결부(28) 및 신호선(34)을 통해 바이오리액터(2)의 제어부(12)에 연결될 수 있는 전자 제어 연결부(32)를 갖는다.

바이오리액터 세정 시스템(1)은 처분 연결부(36)를 더 가지며, 이를 통해 바이오리액터 세정 시스템(1)은 바이오리액터 세정 시스템(1)으로부터 액체를 추출하기 위해 외부 진공 소스(39)에 연결된 외부 탱크(38)에 연결될 수 있다. 입력측에서, 바이오리액터 세정 시스템(1)은 전원 연결부(40) 및 담수 연결부(42)를 갖는다.

바이오리액터 세정 시스템(1) 내부(도 2)에서, 바이오리액터 세정 시스템은 프로그램 코드를 갖는 메모리 및 프로그램 코드를 실행하기 위한 프로세서를 갖는 전자 제어 유닛(44)을 갖는다. 전자 제어 유닛(44)은 특히 추가 설명으로부터 명백한 바와 같이 바이오리액터 세정 시스템(1)의 다양한 기능을 제어한다. 예를 들어, 전자 제어 유닛(44)은 고압 펌프(48)뿐만 아니라 펌프(46)를 제어한다. 펌프(46)는 공급 연결부(24)로 유체를 펌핑할 뿐만 아니라 흡입 포트(20)에 진공을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 고압 펌프(48)는 고압의 유체를 고압 포트(28)에 제공하는 데 사용된다. 또한, 수집 탱크(50) 및 산 탱크(52)가 바이오리액터 세정 시스템(1) 내부에 제공되며, 여기서 제1 레벨 센서(51)는 수집 탱크(50)에 대해 제공되고, 제2 레벨 센서(53)가 산 탱크(52)에 대해 제공된다.

복수의 산 캐니스터(56) 및 복수의 염기 캐니스터(58)가 바이오리액터 세정 시스템(1)의 하부에 제공된다. 산 캐니스터(56) 및 염기 캐니스터(58)는 목적을 위해 제공된 산 드로어(acid drawers; 57) 및 염기 서랍(59)에 각각 수용된다. 도 3b는 2개의 산 캐니스터(56)를 상세히 도시한다. 흡입 랜스(60)는 도 4를 참조하여 설명되는 바와 같이 추가 밸브를 통해 산 탱크(52)에 연결될 수 있는 산 캐니스터(56)에 배열된다. 흡입 포트(61)에 삽입되는 흡입 랜스(60)에 인접하여, 에어레이션 밸브(aeration valve; 62)가 제공된다. 흡입 랜스(60)는 나사 캡(63)(도 3c 참조), 랜스 본체(64) 및 고정 필터가 있는 풋 밸브(65)를 갖는다. 캐니스터(56, 58) 중 하나를 교체해야 하는 경우, 흡입 랜스(60)는 이를 위해 각 드로어에 제공된 랜스 홀더(66a, 66b)에 삽입되어 손상되지 않도록 할 수 있다.

도 4는 이제 바이오리액터 세정 시스템(1)의 회로도 또는 레이아웃을 도시한다. 전원 연결부(40)는 도시되지 않으며 전자 제어 유닛(44)도 도시되지 않는다. 도 4에 따른 회로도는 시스템 경계 A, B 및 C가 있는 3개의 시스템으로 분할된다. 도 4의 우측에 있는 시스템 경계 A는 흡입 연결부(20), 공급 연결부(24) 및 고압 연결부(26)에 더하여 펌프 및 밸브 장치(70)를 포함하며, 여기서는 블록으로서 개략적으로만 도시되어 있지만, 그 내부에는 복수의 밸브, 도관, 센서 등이 배열될 수 있다. 펌프 및 밸브 유닛(70)의 일부로서 펌프(46) 외에도 예를 들어 개략적으로 바이오리액터 세정 시스템(1)의 흡입 유닛(72) 및 공급 유닛(74)을 도시한다. 흡입 유닛(72)은 바이오리액터(2)로부터 액체를 흡입, 추출 또는 끌어당기는 역할을 하고, 이 목적을 위하여 흡입 연결부(20)를 갖는다. 펌프(46)는 흡입 연결부(20)에 진공을 제공하도록 작용한다. 또한, 공급 유닛(74)은 펌프 및 밸브 유닛(70)에 형성되고 공급 연결부(24)를 갖는다.

복수의 산 캐니스터(56) 및 복수의 염기 캐니스터(58)와 마찬가지로 투여 유닛(80)은 시스템 경계 B 내에 있다. 시스템 B 내에 담수 연결부(42)가 도시되어 있으며, 특히 투여 유닛(80)과 관련되어 있다. 도시된 실시예에서, 투여 유닛(80)은 4개의 산 캐니스터 연결부(82a, 82b, 82c, 82d) 및 2개의 염기 캐니스터 연결부(84a, 84b)를 갖는다. 투여 유닛(80)은 이어서 시스템 경계(C) 내의 구조적 유닛에 연결되며, 여기에서 수집 탱크(50) 및 산 탱크(52)도 본 실시예(도 5)에 도시되어 있다. 마찬가지로, 제1 레벨 센서(51) 및 제2 레벨 센서(53)는 처분 연결부(36)와 마찬가지로 이 시스템 경계 내에 도시되어 있다. 시스템 경계 A, B 및 C는 단지 예시를 위한 것이며 그 이상의 구조적 영향은 없다. 그러나 특정 실시예에서 시스템 경계는 구조적 경계를 형성할 수 있다.

바이오리액터(2)의 세정의 일부로서, 바이오리액터(2), 특히 액체 탱크(5)에 존재하는 잔류 유체는 이제 제1 단계에서 펌프(46)의 작용 하에 흡입 연결부(20)를 통해 흡입 유닛(72)으로 먼저 흡입될 수 있다. 이 잔류 유체는 그런 다음 제1 라인(L1)을 통해 수집 탱크(50)에 공급된다. 이를 위해, 바람직하게는 볼 밸브로 설계된 밸브(BV82)가 개방되고, 바람직하게는 전자 제어 유닛(44)에 의해 개시된다. 제1 수동 밸브(HA1)는 수동으로 개방되는 흡입 연결부(20)에 배치된다. 이것의 펌프 및 밸브 유닛(70)의 방향의 하류에는, 용량성 센서를 포함하는 제1 유량 측정 유닛(VF1)이 배치된다. 유량 측정 유닛(VF1)의 용량성 센서를 통해 액체가 없는 경우 라인을 닫거나 더 이상 진공을 제공하지 않거나 다른 위치에서 사용하기 위해 액체의 존재를 확인할 수 있다. 유량 측정 유닛(VF1)은 또한 적절한 흐름 신호를 제공하기 위해 전자 제어 유닛(44)에 연결된다. 이제 잔류 유체가 바이오리액터(2)에서 추출된 경우, 먼저 노즐 헤드(10)를 사용하여 기계적 세정을 수행하거나 필터 바스켓(8)의 투과성을 감지하기 위해 2 인치 호스(9)를 통해 액체를 도입하는 것이 유용하고 필요할 수 있다. 이를 위해 예를 들어 공급 연결부(24)를 통해 담수를 공급할 수 있다. 이 실시예에서, 담수 공급을 제공하기 위해 제2 수동 밸브(HA2)가 수동으로 개방될 것이다. 공급 유닛(74)은 제2 라인(L2)을 통해 담수 연결부(42)에 연결되고 이로부터 담수를 받는다. 공급 유닛(74)은 펌프(46)의 작동을 사용하여 이 액체를 공급 연결부(24)로 전달할 수 있다.

화학적 세정 과정에서, 바이오리액터(2)는 화학적 물질, 특히 산성 수용액에 의해 세정된다. 이때 산성 수용액을 먼저 준비해야 할 수 있다. 여기에 도시된 실시예에서, 이것은 투여 유닛(80)에 의해 행해진다. 투여 유닛(80)은 제3 라인(L3)을 통해 담수 연결부(42)에 연결된다. 바람직하게는 볼 밸브인 밸브(BV78)는 전자 제어 유닛(44)에 의해 제어될 수 있는 제3 라인(L3)에 배치된다. 다운스트림에는 제1 유량 센서(FT60), 압력 센서(PT60) 및 제2 pH 센서(QT60)이 배치된다. 제2 pH 센서(QT60)의 하류에서, 라인은 산 투여기(86)로 이어지는 제4 라인(L4), 염기 투여기(88)로 이어지는 제5 라인(L5) 및 산 투여기(86) 및 염기 투여기(88)로의 담수의 바이패스를 형성하는 제6 라인(L6)으로 분기된다. 이 실시예에서 산 이젝터(87)(도 5 참조)로서 설계된 산 투여 유닛(86)은 제4 라인(L4)을 통해 담수를 수용할 뿐만 아니라 제7 라인(L7)을 통해 산 캐니스터 포트(82a - 82d)에 연결 가능하거나 연결된다. 보다 구체적으로, 제7 라인(L7)은 제1 솔레노이드 밸브(MV71), 제2 유량 센서(FT61) 및 제3 유량계(VF61)를 통해 산 캐니스터 포트(82a-82d)에 연결된다. 유량계(VF61)에는 다시 용량성 센서가 장착되어 액체의 존재를 감지한다. 따라서 캐니스터 없음 감지 장치로 사용할 수 있다. 반면에 유량 센서(FT61)는 체적 유량을 측정하며 바람직하게는 임펠러를 사용한다. 제1 솔레노이드 밸브(MV71), 제2 유량 센서(FT61) 및 제3 유량계(VF61)는 차례로 전자 제어 유닛(44)에 연결되어 전자 제어 유닛에 신호를 제공하거나 이에 의해 제어된다. 산 투여 유닛(86)의 하류에는 밸브(BV60)가 배열되어 있으며, 이는 바람직하게는 볼 밸브로 설계되고 전자 제어 유닛(44)에 의해 제어될 수 있다.

유사한 방식으로, 이 실시예에서 염기 투여 유닛(88)은 염기 이젝터(89)로서 설계되고 제5 라인(L5)을 통해 담수를 공급받을 뿐만 아니라 제8 라인(L8)을 통해 염기도 공급한다. 이를 위해, 제8 라인(L8)은 밸브(MV73), 바람직하게는 볼 밸브 및 유량계(VF63)을 통해 제1 및 제2 염기 캐니스터 포트(84a, 84b)에 연결된다. 유량계(VF63)는 유량계(VF61)와 디자인이 동일할 수 있다. 캐니스터 없음 감지 장치로도 사용할 수 있다. 염기 계량 장치(88)의 하류에는 바람직하게는 볼 밸브로 형성되고 전자 제어 유닛(44)에 의해 제어될 수 있는 밸브(BV62)가 배치된다.

산 이젝터(87), 염기 이젝터(89) 및 제6 라인(L6)은 혼합기(90)로 함께 개방된다. 여기에 도시된 실시예에 따르면, 선택적인 스로틀(92)이 제6 라인(L6)과 혼합기(90) 사이에 배치되며, 이는 액추에이터(BV61)를 통해 조정 가능하다. 액추에이터(BV61)는 또한 전자 제어 유닛(44)에 의해 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 액추에이터(BV61)를 통해 밸브(BV60, BV62) 또는 스로틀(92)을 제어함으로써 제4 라인(L4)을 통한 산성화된 담수, 제6 라인(L6)을 통한 담수 및 제5 라인(L5)을 통한 염기성 담수의 유량은 필요에 따라 함께 혼합할 수 있다. 혼합기(90)의 하류에서, 제1 pH 센서(QT61)는 제1 pH 신호를 전자 제어 유닛(44)에 제공하도록 배열된다. 혼합기(90)는 제9 라인(L9) 및 바람직하게는 볼 밸브로 설계된 추가 밸브(BV83)를 통해 산 탱크(52)에 연결된다. 따라서 제1 pH 센서(QT61)는 밸브(BV83)를 통해 산 탱크(52)에 공급되는 유체의 pH를 감지하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 혼합기(90)로부터 시작하여, 액체는 또한 수집 탱크(50)로 공급될 수 있다. 이를 위해, 제9 라인(L9)에서 분기되는 제10 라인(L10)을 수집 탱크(50)에 연결하는 밸브(BV80)가 제공된다.

이러한 방식으로 산성 수용액이 산 탱크(52)에서 생성될 수 있으며, 이는 이후 바이오리액터(2)를 세정하는 데 사용될 수 있다. 산 탱크(52)에서 바이오리액터(2)로 산성 수용액을 공급하기 위해, 밸브(BV83)가 닫히고 산 탱크(52)와 제1 라인(L1) 사이에 배치된 밸브(BV85)가 개방된다. 이어서, 펌프(46)를 사용하여 제1 라인(L1)에 진공을 형성할 수 있고 산 수용액은 밸브(BV85)을 통해 바이오리액터(2)에, 제1 라인(L1)에 및 공급 연결부(24)를 통해 공급 유닛(74)에 공급될 수 있다.

그런 다음 산성 수용액은 바이오리액터(2), 보다 구체적으로는 필터 바스켓 (8)을 통해 액체 탱크(5)로 흐를 것이다. 이 경로에서, 산성 수용액의 산은 부착된 석회 침전물과 반응하여 이를 용해시킨다. 이 과정에서 기포 형태의 공기를 동시에 유입시켜 세정 효과를 높일 수도 있다. 이는 청소할 수 있고 또한 청소해야 하는 바이오리액터(2)의 라인들에 대해 특히 바람직하다.

이제 액체가 바이오리액터(2)를 통과했으므로, 액체는 1 인치 연결부(11)를 통해 끌어낼 수 있다. 이것은 펌프(46)에 의한 흡입 장치(74)를 사용하여 수행된다.

따라서 바이오리액터(2)로부터 끌어낸 액체는 흡입 유닛(72)으로부터 제1 라인(L1) 및 밸브(BV85)를 통해 직접 산 탱크(52)로 공급될 수 있다. 그러나 추출된 액체를 흡입 유닛(72)으로부터 제11 라인(L11)을 통해, 여기(도 4)에 도시된 실시예에서는 밸브(BV78)과 유량 센서(FT60) 사이의, 제3 라인(L3)으로 공급하는 것도 가능하다. 밸브(BV60, BV62)가 닫힌 상태로 유지되면 추출된 액체는 제2 pH 센서(QT60), 스로틀(92) 및 제1 pH 센서(61)를 통해 공급된 다음 제9 라인(L9), 밸브(BV83)을 통해 산 탱크(52)로 공급될 수 있다. 다른 실시예에서, L11 라인은 다른 위치에서 제3, 제6 또는 제9 라인(L3, L6, L9)으로 개방된다. 예를 들어, 제11 라인(L11)은 예를 들면 스로틀(92)과 제1 pH 센서(90) 사이에 있는 제2 pH 센서(QT60) 하류의 제6 라인(L6)에도 개방될 수 있다. 바이오리액터(2)에서 추출한 액체의 pH를 직접 측정하기 위해 추가 pH가 제1 라인(L1)에 제공되는 것도 제공될 수 있다.

제1 pH 센서(QT61)를 통과하는 추출된 액체의 pH 값이 미리 정해진 pH 임계값 아래로 떨어지는 한, 산성 수용액은 바이오리액터(2) 또는 다른 바이오리액터를 세정하기 위해 다시 사용될 수 있다. 추출된 액체의 pH 값은 여기에서 산 품질값으로 사용된다. 특히 먼지 입자 등으로 액체를 로딩하는 것과 같은 다른 값이 또한 사용될 수 있다.

제1 pH 센서(QT61)에 의해 검출된 제1 pH 값이 미리 정해진 pH 임계값을 초과하는 것으로 결정되면, 산 탱크(52)의 산성 수용액은 후속 처분을 위해 중화되어야 한다. 중화를 수행하기 위해, 추출된 액체는 흡입 연결부(20)로부터 직접 또는 산 탱크(52)로부터 흡입 유닛(72)에 의해 제11 라인(L11)을 통해 투여 유닛(80)으로 공급된다. 여기에서 중화될 산성 수용액은 유량 센서(FT60), 제2 pH 센서(QT60)를 지나 공급된 다음 제4. 제5 및 제6 라인(L4, L5, L6)으로 나누어진다. 여기서, 중화될 수성 산성 용액의 pH 값이 증가되도록 염기 투여 유닛(88)을 통해 염기가 첨가된다. 증가된 pH 값은 제1 pH 센서(QT61)로 측정될 수 있다. 이어서 액체는 다시 산 탱크(52)로 공급되거나 제12 라인(L12)을 통해 다시 흡입 유닛(72)으로 그리고 거기서 다시 제11 라인(L11)으로 공급될 수 있다. 따라서 산성 수용액은 바이오리액터 세정 시스템(1) 내에서 순환할 때 중화되고, 이러한 방식으로 흐름 중화가 달성된다. 일단 충분히 높은 pH에 도달하면, 액체는 밸브(BV83)을 통해 산 탱크(82)로 반환되지 않고, 밸브(BV80)을 통해 수집 탱크(50)로 반환되어, 이로부터 액체가 처분될 수 있다.

산 이젝터(87) 및 염기 이젝터(89)에 더하여, 예를 들어 바이오리액터 세정 시스템(1)을 사용하는 열차의 화학 화장실용 청수 혼합물을 생성하기 위해 하나 이상의 다른 이젝터가 제공될 수도 있다.

도 5는 상기 산 이젝터(87) 및 염기 이젝터(89)로서 사용될 수 있는 이젝터를 예시한다. 예로서, 도 5는 산 이젝터(87)를 예시하지만 염기 이젝터(89)에도 동일하게 적용된다. 산 이젝터(87)는 제4 라인(L4)에 연결되고 압력 하에서 담수를 수용한다. 또한 산을 수용하기 위해 제7 라인(L7)에 연결된 제2 유입구(94)를 갖는다. 이젝터에는 밸브(BV60)에 연결된 유출구(96)가 있다(도 4 참조). 이젝터 내부에는 벤츄리 펌프 방식으로 중간 공간(98)으로 개방되는 노즐 피스(97)가 제공되어, 제2 유입구(94)로부터 산을 흡입하여 이를 공통 이젝터 챔버(99)로 전달한다. 이 공통 이젝터 챔버(99)는 담수와 산이 홉합되는 유출구(96)로 이어진다. 제2 유입구(94)에서 산을 정확하게 투여하기 위해, 밸브(MV71)는 가능한 한 정확하게 유출구(96)에서 혼합 액체의 pH를 조정하기 위해 펄스 방식으로 개방될 수 있다.

도 6은 유동 중화(flow-through neutralization) 회로를 개략적으로 보여준다. P는 펌프(46) 또는 담수 연결부(42)를 나타내고; 중요한 것은 회로가 작동한다는 것이다. 거기에서 액체는 제1 유량계(FT60), 압력 센서(PT60) 및 제2 pH 센서(QT60)에 도달한다. 라인은 한편으로는 염기 이젝터(89), 보다 정확하게는 제1 유입구(92)로 이어지는 라인 L6 및 라인 L5로 분기된다. 밸브(MV73)는 제2 유입구(94)로 연결되고, 이를 통해 염기가 도 6에 도시된 실시예에서 제2 유입구(94)로 공급될 수 있다. 그런 다음 투여는 밸브(BV62)를 통해 추가로 조정될 수 있으며, 제6 라인(L6)에서 다른 경로가 스로틀(92) 및 밸브(BV61)를 통해 조정될 수 있다.

제6 라인(L6) 및 제5 라인(L5) 뿐만 아니라 제4 라인(L4)(도 4 참조)이 결합되는 혼합기(90)에서, 여기에 도시된 실시예에서 디퓨저(100)도 제공된다. 이것은 여기에 개략적으로만 표시되어 있으며 예를 들어 다양한 혼합 요소가 있는 정적 혼합기로 설계할 수 있다. 디퓨저(100)의 하류에는, 제1 pH 센서(QT61)가 제공된다. 이 순환은 수용액이 처분될 수 있도록 산 탱크(52)에서 충분히 높은 pH 값에 도달할 때까지 수행된다.

도 7은 이제 산성 수용액의 중화 특성 곡선을 보여준다. pH 값은 세로 좌표에 표시되고 첨가된 염기의 양은 가로 좌표에 표시된다. 이 그래프에서 쉽게 알 수 있듯이, pH 값은 초기에 약간만 상승하는데, 상당한 양이 첨가되더라도 제1 섹션에서는 약 pH 2까지 상승하며, 다음으로 약 pH 11/12까지 매우 급격하게 상승한 다음 다시 평평해진다. 6.5와 9 사이의 중성 범위는 여기에 백그라운드(background)로 표시되어 있으며 목표 pH 값(ZpH)도 여기에 위치된다. 수용액은 처분하기 위해 이 범위에 있어야 한다. 이 그래프는 산 탱크(52) 내의 고정식 공정에서 중화를 일으키는 것이 어려운 이유를 설명한다. 연속 중화에서, 본 발명에서 제안한 바와 같이, pH 6.5와 pH 9 사이의 중성 범위는 폐쇄 루프 제어 시스템에 의해 "오버슈트"를 유발하지 않고 단계적으로 조절될 수 있다. 다이어그램은 또한 산 탱크(52)의 산성 수용액이 정제를 위해 계속 사용될 수 있는지 여부를 측정하는 데 사용되는 pH 임계값(SpH)를 보여준다. 산 탱크(52)의 수용액이 pH 임계값(SpH)를 초과하는 것으로 결정되면, 중화 프로세스가 시작된다. 범위 102에서, 용액은 더 이상 세정에 사용할 수 없지만 아직 처분하기에 충분히 중성이 아니다.

Claims (27)

1. 바이오리액터(2), 바람직하게는 철도 차량의 바이오리액터를 세정하기 위한 바이오리액터 세정 시스템(1)으로서,
   바이오리액터(2)로부터 액체를 흡입하기 위한 흡입 유닛(72) - 흡입 유닛(72)은 바이오리액터(2)에 연결하기 위한 흡입 연결부(20)를 가짐 - ;
   바이오리액터(2)에 액체를 공급하기 위한 공급 유닛(74) - 공급 유닛(74)은 바이오리액터(2)에 연결하기 위한 적어도 하나의 공급 연결부(24)를 가짐 - ;
   흡입 유닛(72) 및 공급 유닛을 제어하기 위한 전자 제어 유닛(44);
   산성 수용액을 수용하기 위한 산 탱크(52);
   바이오리액터로부터 흡입된 액체를 수용하기 위한 수집 탱크(50);
   바이오리액터 세정 시스템(1)에 담수를 공급하기 위한 담수 연결부(42)
   - 여기서, 공급 유닛(74)은 담수 포트(42) 및 산 탱크(52)에 연결되어 담수 및/또는 산성 수용액을 공급 연결부(24)에 선택적으로 제공하고,
   여기서, 바이오리액터(2)로부터 액체를 흡입하기 위한 흡입 유닛(72)은 바이오리액터(2)로부터 흡입된 산성 용액을 산 탱크(52)에 공급하고 또한 바이오리액터(2)로부터 흡입된 실질적으로 pH 중성의 잔류 유체를 수집 탱크(50)에 공급하기 위하여 산 탱크(52) 또는 수집 탱크(50)에 선택적으로 연결 가능함 - ;
   투여 유닛(80) - 상기 투여 유닛은
   산 캐니스터(56)를 연결하기 위한 하나 이상의 산 캐니스터 포트(82a, 82b, 82c, 82d) 및 염기 캐니스터(58)를 연결하기 위한 하나 이상의 염기 캐니스터 포트(84a, 84b),
   입력 측에서 하나 이상의 산 캐니스터 포트(82a, 82b, 82c, 82d)에 그리고 출력 측에서 산 탱크(52)에 연결 가능한 산 투여기(86) 및 입력 측에서 하나 이상의 염기 캐니스터 포트(84a, 84b)에 그리고 출력 측에서 산 탱크(52)에 연결 가능한 염기 투여기(88)를 가짐 - ; 및
   혼합기 - 여기서 혼합기는 산 탱크(52)에 존재하는 산성 용액을 중화하는데 사용할 수 있는 용액을 산 탱크에 공급하기 위하여 입력 측에서 담수 연결부 및 산 투여 유닛(86) 및/또는 염기 투여 유닛(88)에 그리고 출력 측에서 산 탱크에 연결될 수 있음 -
   를 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 산 탱크(52)에 공급되는 유체의 제1 pH 값을 검출하고 전자 제어 유닛(44)에 제1 pH 신호를 제공하기 위한 제1 pH 센서(QT61)를 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 흡입 연결부(20)를 통해 흡입된 액체의 제2 pH 값을 검출하기 위한 제2 pH 센서(QT60)를 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 산 투여기(86)는 입구 측에서 담수 연결부(42)에 연결될 수 있는 산 이젝터(87)를 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 염기 투여기(88)는 입구 측에서 담수 연결부(42)에 연결될 수 있는 염기 이젝터(89)를 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 혼합기(90)는 혼합기(90)에 공급되는 담수를 조절하기 위한 스로틀(92)을 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 혼합기(90) 및/또는 산 투여기(86) 및/또는 염기 투여기(88)에 공급되는 담수를 측정하기 위한 제1 유량계(FT60)를 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 산 투여기(86)에 공급되는 산을 측정하기 위한 제2 유량계(FT61)를 포함하는, 바이오리액터 세정 시스템.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 흡입 유닛(72) 및/또는 공급 유닛(74)은 산 탱크(52) 및/또는 바이오리액터(2)로부터 혼합기(90)로 및 다시 산 탱크(52) 및/또는 바이오리액터(2)로 액체를 펌핑하도록 작동 가능한, 바이오리액터 세정 시스템.
10. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 흡입 유닛(72) 및/또는 공급 유닛(74)은 산 탱크(52) 및/또는 바이오리액터(2)로부터 제1 및/또는 제2 pH 센서(QT60, QT61)로 및 다시 산 탱크(52) 및/또는 바이오리액터(2)로 액체를 펌핑하도록 작동 가능한, 바이오리액터 세정 시스템.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 전자 제어 유닛(44)은
    - 산 탱크(52)에 존재하는 산성 수용액의 품질을 나타내는 산 품질값을 결정하고;
    - 결정된 산 품질값을 미리 결정된 산 비교값과 비교하고; 그리고
    - 비교에 따라: 산 탱크(52)의 산성 수용액의 중화를 시작하는, 바이오리액터 세정 시스템.
12. 청구항 11에 있어서, 산 품질값은 제1 pH 값이고, 전자 제어 유닛(44)은:
    - 산 탱크(52)에 존재하는 산성 수용액의 제1 pH 값을 결정하고;
    - 결정된 제1 pH 값을 미리 결정된 pH 임계값(SpH)과 비교하고; 결정된 제1 pH 값이 pH 임계값(SpH)을 초과하는 경우:
    - 산 탱크(52)의 산성 수용액의 중화를 시작하는, 바이오리액터 세정 시스템.
13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서, 전자 제어 유닛(44)은 데이터베이스로부터 산 비교값 및/또는 미리 결정된 pH 임계값(SpH)을 결정하고 로딩하도록 구성되는, 바이오리액터 세정 시스템.
14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 전자 제어 유닛(44)은 산 탱크(52)에 존재하는 산성 수용액을 중화하도록 구성되고, 흡입 유닛(72) 및/또는 공급 유닛(74)은 산 탱크(52)에서 제1 또는 제2 pH 센서(QT60, QT61)로 그리고 다시 산 탱크(52)로 액체를 펌핑하여, 산 탱크(52)에서 중성 목표 pH(ZpH)에 도달할 때까지 염기 투여기(88)가 염기를 혼합기(90)에 분배하도록 하는, 바이오리액터 세정 시스템.
15. 바이오리액터 세정 시스템(1), 바람직하게는 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 바이오리액터 세정 시스템(1)을 작동하기 위한 방법으로서,
    - 바이오리액터 세정 시스템(1)의 산 탱크(52)에 존재하는 산성 수용액의 품질을 나타내는 산 품질값을 결정하는 단계;
    - 결정된 산 품질 값을 미리 결정된 산 비교값과 비교하는 단계; 그리고
    - 비교에 따라:
    - 산 탱크(52)의 산성 수용액의 중화를 시작하는 단계를 포함하는 방법.
16. 청구항 15에 있어서, 산 품질값이 제1 pH 값이고, 상기 방법은:
    - 산 탱크(52)에 존재하는 산성 수용액의 제1 pH 값을 결정하는 단계;
    - 결정된 제1 pH-값을 미리 결정된 pH 임계값(SpH)과 비교하는 단계; 그리고 결정된 제1 pH 값이 pH 임계값(SpH)을 초과하는 경우:
    - 산 탱크(52)의 산성 수용액의 중화를 시작하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    데이터베이스로부터 산 비교값 및/또는 미리 결정된 pH 임계값을 결정하고 로딩하는 단계를 포함하는, 방법.
18. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    - 산 탱크(52)로부터 바이오리액터 세정 시스템(1)의 혼합기(90)로 및 다시 산 탱크(52)로 액체를 펌핑하는 단계를 포함하는, 방법.
19. 청구항 18에 있어서,
    - 혼합기(90)에서 산 및/또는 염기 및/또는 담수를 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    - 혼합기(90)의 하류에서 제1 pH 값을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
21. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    - 혼합기(90)의 상류에서 제2 pH 값을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    - 제1 및/또는 제2 pH 값에 따라, 산 탱크(52)에서 중성 목표 pH(ZpH)를 달성하기 위하여 혼합기(90)에서 산 및/또는 염기를 혼합하는 단계를 포함하는, 방법.
23. 청구항 22에 있어서, 중성 목표 pH(ZpH)가 6.5 내지 10의 범위내에 있는, 방법.
24. 청구항 22 또는 청구항 23에 있어서,
    - 중성 목표 pH에 도달할 때: 산 탱크(52)로부터 바이오리액터 세정 시스템(1)의 수집 탱크(50) 및/또는 처리 배수구(disposal drain)로 액체를 펌핑하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 청구항 15 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    - 비교에 따라: 바이오리액터(2)를 세정하기 위해 산 탱크(52)로부터 바이오리액터(2)로 액체를 공급하는 단계; 및
    - 바이오리액터(2)에서 액체를 추출하고 추출된 액체를 산 탱크(52)에 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
26. 청구항 25에 있어서,
    - 액체를 바이오리액터(2)에 공급할 때 액체에 기포 형태의 공기를 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
27. 컴퓨터에서 실행될 때 바이오리액터 세정 시스템(1)이 청구항 15 내지 청구항 26 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따른 단계를 수행하게 하는 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.

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