KR101150275B1 - 직결식 밸러스트수 처리방법과 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 항해시 밸러스트수 탱크에 저장되는 밸러스트수에 대한 살균처리를 통해 환경훼손을 방지하고자 하는 밸러스트수 처리에 관련되는 기술로서, 밸러스트수 인입펌프에 의해 유입되는 밸러스트수에 미세기포 형태로 산소가 용존되게 하여 1차 처리된 밸러스트수를 생성하는 제1단계; 오존 용존 믹서기를 이용하여 상기 1차 처리된 밸러스트수에 오존이 균일하게 용존되게 함으로써 2차 처리된 밸러스트수를 생성하는 제2단계; 상기 2차 처리된 밸러스트수에 초음파를 작용시키도록 하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리방법에 대한 것이고, 또한 직렬식 밸러스트수 처리장치에 관한 것이기도 하다.

Description

직결식 밸러스트수 처리방법과 처리장치{BALLAST WATER DIPOSAL METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 선박의 항해시 밸러스트수 탱크에 저장되는 밸러스트수에 대한 살균처리를 통해 환경훼손을 방지하고자 하는 밸러스트수 처리에 관련되는 기술이다.

국가간 교역이 활발하게 이루어짐에 따라 수많은 선박과 비행기들이 전세계를 누비고 있는 실정이다. 비행기를 통해서도 화물이 운송되기도 하지만 대부분의 화물들은 대형 컨테이너선과 같은 선박을 통해 운송된다.

컨테이너선과 같은 대형 선박에는 선박의 항해시에 선박의 밸런스를 유지하기 위하여 일정 중량의 해수를 선박 하부의 밸러스트 탱크에 저장하게 된다.

이와 같이 선박의 밸런스 유지를 위해 밸러스트 탱크에 저장되는 해수(또는 담수)를 밸러스트수(ballast water)라고 한다.

일반적으로 선박의 출항지 근해에서 적정량의 밸러스트수를 탱크에 저장하여 항해한 후 도착지 근해에서 탱크에 저장된 밸러스트수를 배출하게 된다.

그러나 출항지 근해에서 밸러스트 탱크에 저장된 밸러스트수에는 출항지 근해에 생존하고 있는 각종 미생물이나 슬러지 등을 포함하고 있기 때문에 이를 도착지 근해에 그대로 배출할 경우 도착지 근해를 심각하게 오염시켜 생태계를 교란하게 하는 문제점이 있었다.

즉, 새로운 생물종과 각종 오염원이 유입됨에 따라 기존 해양 생태계에 급격한 변화를 유발시킬 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 선박의 밸러스트수 및 침전물의 규제.관리를 위한 국제조약이 채택되어 밸러스트수의 배출기준을 정하고, 이를 충족하지 못할 경우 밸러스트수의 배출을 거부할 수 있도록 하였다.

밸러스트수로 인해 유발되는 환경오염에 대한 국제적 관심이 높아지고 있고 갈수록 밸러스트수에 대한 규제는 심해질 것이므로 선박 내부에서 밸러스트수를 처리할 수 있는 기술의 필요성이 높아지고 있다.

대표적인 종래기술로 대한민국 등록특허번호 제10-0743946호 "밸러스트수 정화 장치 및 상기 장치를 탑재한 선박"(이하, 종래기술1이라 한다)이 있었고, 종래기술1의 경우 선박의 밸러스트 탱크에 저장되는 밸러스트수를 저장단계에서 여과장치에 의하여 여과처리하고, 배출단계에서 살균장치에 의하여 살균하도록 하는 기술이다.

즉, 여과장치에서는 큰 입자의 물질을 여과처리하고, 살균장치에서는 자외선 조사에 의하여 각종 플랑크톤이나 미생물 등을 살균처리하도록 한다.

또 다른 종래기술로 대한민국 등록특허번호 제10-0947558호의 "밸러스트수 수처리 시스템"(이하, 종래기술2라 한다)이 있으며, 종래기술2는 원심분리기, 초음파 살균장치 및 자외선 살균 장치를 포함하여 이루어진다.

한편, 또 하나의 종래기술로 대한민국 등록특허번호 제10-0797186호의 "밸러스트수 살균정화 방법 및 장치"(이하, 종래기술3이라 한다)가 있으며, 종래기술3은 원심분리기로 밸러스트수를 여과한 후 자외선으로 살균하도록 하되, 자외선 조사전에 밸러스트수에 마이크로 버블을 용해시켜서 자외선이 보다 효과적으로 밸러스트수에 작용할 수 있도록 한다.

그 외에도 다수의 밸러스트수 처리에 관련되는 기술들이 알려져 있지만, 대부분 그 효율이 떨어지기 때문에 밸러스트수 배출기준을 충족시키기에 부족함이 많이 있었다.

흔히, 알려진 밸러스트수 처리공법에는 오존(O3)공법, 전기분해공법, UV 공법이 있다.

오존 공법은 오존 가스를 이용하여 밸러스트수를 살균 처리하는 공법이며, 전기분해공법은 전기분해에 의한 밸러스트수 살균 처리 공법이고, UV 공법은 자외선을 이용하여 밸러스트수를 살균 처리하는 공법이다.

표 1은 공지의 수처리 공법과 본 발명과의 개략적인 비교표이다.

구분	오존(O3)	전기분해	UV	본 발명
초기 투자비	다소 높음	다소 높음	다소 높음	아주 낮음
전처리 여과의 필요성	반드시 필요	반드시 필요	반드시 필요	없어도 무방
특성	오존 가스를 이용한 살균	전기분해에 의한 살균	자외선 살균	O3+초음파+미세기포(버블)
동일용량 구축시 오존 투입량	100%	없음	없음	30% 미만
전기소모	아주 높음	가장 높음	아주 높음	낮음
설치면적비교	100%	140%	110%	40%
처리효율	85%	85%	80%	100%
소음구분	유	무	무	무
유지보수	고	고	고	저
전처리 여과기 스펙	20㎛ 정도의 정밀 여과기	20㎛ 정도의 정밀 여과기	20㎛ 정도의 정밀 여과기	50㎛ 정도의 BAG 여과기
전처리 여과기 유지보수	카트리지 또는 여과재의 잦은 교체	카트리지 또는 여과재의 잦은 교체	카트리지 또는 여과재의 잦은 교체	반영구적 사용가능
전처리 여과기의 정밀여과 요구조건	정밀 여과도 요구	정밀 여과도 요구	정밀 여과도 요구	정밀 여과도 낮아도 관계없음
전처리 여과 불량시 주 장치에 주는 영향	아주 높음	효율이 상당히 떠어짐	가장 높음	관계없음

공지된 오존 공법, 전기분해공법, UV 공법 각각은 처리효율이 낮을 뿐 아니라 정밀한 전처리 여과기가 요구되고, 유지보수에도 어려움이 많은 등 단점이 많이 있었다.

1. 대한민국 등록특허번호 제10-0743946호 2. 대한민국 등록특허번호 제10-0947558호 3. 대한민국 등록특허번호 제10-0797186호

따라서 본 발명은 보다 효율적으로 밸러스트수를 살균 처리하여 밸러스트수 배출기준을 충족시킬 수 있도록 오존, 초음파 및 미세기포를 복합적으로 사용하는 직결식 밸러스트수 처리장치를 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리방법은, 밸러스트수 인입펌프에 의해 유입되는 밸러스트수에 미세기포 형태로 산소가 용존되게 하여 1차 처리된 밸러스트수를 생성하는 제1단계; 오존 용존 믹서기를 이용하여 상기 1차 처리된 밸러스트수에 오존이 균일하게 용존되게 함으로써 2차 처리된 밸러스트수를 생성하는 제2단계; 상기 2차 처리된 밸러스트수에 초음파를 작용시키도록 하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 또 하나의 사상으로서 직결식 밸러스트수 처리장치는, 밸러스트수 인입펌프; 상기 밸러스트수 인입펌프에 의해 공급되는 밸러스트수에 산소를 공급하기 위한 미세기포 발생기; 미세기포가 용존된 1차 처리된 밸러스트수와 오존이 유입되어 상기 1차 처리된 밸러스트수에 상기 오존이 균일하게 혼합되게 함으로써 2차 처리된 밸러스트수를 생성 토출시키는 오존 용존 믹서기; 상기 오존 용존 믹서기로 공급되는 오존을 생성하는 오존발생기; 상기 오존 용존 믹서기의 토출측에 연결되며, 상기 2차 처리된 밸러스트수에 초음파가 전달되도록 하는 초음파발생기; 제어부; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 상기 오존 용존 믹서기는, 상기 1차 처리된 밸러스트수가 유입되는 입구측과 상기 2차 처리된 밸러스트수가 토출되는 토출측을 갖는 몸체; 상기 몸체의 상부에 결합되는 모터; 상기 몸체의 내부에 마련되며, 상기 모터와 연결되는 중공 샤프트와 상기 중공 샤프트의 하단에 결합되는 원판으로 이루어지되, 상기 원판의 외주면에는 상기 중공 샤프트의 중공부와 연통되는 복수의 배출구가 형성되어 회전가능한 믹싱로터; 상기 오존 발생기로부터 공급되는 오존을 상기 중공 샤프트의 중공부로 제공하기 위한 오존밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는, 1차 처리된 밸러스트수가 유입되는 제1오존 용존 믹서기; 상기 제1오존 용존 믹서기를 거친 2차 처리된 밸러스트수에 초음파를 전달하는 제1초음파 발생기; 상기 제1초음파 발생기 후단에 연결되는 제2오존 용존 믹서기; 상기 제2오존 용존 믹서기 후단에 연결되는 제2초음파 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는, 처리된 밸러스트수가 밸러스트수 탱크로 들어가기 전에 Ph센서, 온도센서, 염분센서, 유량센서, 잔류산화물 측정센서를 거치도록 구성되며, 로컬 판넬 지시부를 통해서 측정된 각종 수치를 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는, 중앙제어실과 상기 제어부 및 상기 로컬 판넬 지시부가 연결되어 원격으로 운전할 수 있도록 하고, 밸러스트수의 처리상황을 파악할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는, 잔류 산화물 저감을 위해 상기 잔류 산화물 측정센서를 통해 측정되는 수치를 바탕으로 상기 오존 용존 믹서기로 투입되는 오존량을 밸러스트수의 유량에 비례하여 제어할 수 있도록 PID 비례제어 콘트롤러가 마련되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는, 상기 밸러스트수 탱크에 상기 밸러스트수 인입펌프로 향하는 바이패스관을 마련하여 밸러스트수를 배출할 때 상기 밸러스트수를 재처리하여 배출할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는, 상기 밸러스트수 인입펌프, 미세기포 발생기, 오존 발생기, 오존 용존 믹서기, 초음파 발생기, 제어부이 선박의 구분 격실에 하나 이상씩 분산 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리방법 및 처리장치에 의하면 미세 기포, 오존 및 초음파를 복합적으로 이용하여 밸러스트수를 단계적으로 살균 처리하기 때문에 거의 완벽하게 밸러스트수를 살균 처리할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 최소한의 오존 투입으로 운전이 가능하고 소음도 거의 없고 전처리 여과기 없이 혹은 전처리 여과기의 여과특성이 정밀하지 않아도 되기 때문에 기존의 밸러스트수 처리장치에 비교하여 품질 및 가격 경쟁력이 우수하다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리방법의 공정도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직결식 밸러스트수 처리장치의 개략적인 구성도.
도 3은 오존 용존 믹서기의 구성도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리방법 및 처리장치는 선박용 밸러스트수에 포함된 각종 미생물을 살균처리하며, 밸러스트수의 COD, BOD, T-N(Total Nitrogen), T-P(Total Phosphorus), 탁도 등을 개선시켜서 환경오염을 방지할 수 있도록 하기 위한 기술이다.

먼저 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 직결식 밸러스트수 처리방법에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 의한 직결식 밸러스트수 처리방법은 출항지 근해의 해수나 담수를 선박 내부의 밸러스트 탱크에 저장하는 과정 중에 작동하며, 도착지 근해에서 밸러스트수를 배출할 때에는 바이패스관을 통해서 저장된 밸러스트수를 다시 한번 처리한 후 배출시킬 수 있다.

대형 선박에는 수많은 밸러스트 탱크가 마련되며, 안정적인 운항을 위해서는 적정량의 밸러스트수를 밸러스트 탱크에 저장해야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리방법의 공정도이며, 도 2를 참조하도록 한다.

본 발명의 실시예에 의한 직결식 밸러스트수 처리방법은 크게 제1단계(S1), 제2단계(S2), 제3단계(S3)를 포함하여 이루어진다.

제1단계(S1)는 밸러스트수 인입펌프(100)를 작동시켜 밸러스트수를 취수하여 밸러스트수에 미세기포 형태로 산소를 용존되게 함으로써 1차 처리된 밸러스트수를 만들도록 하는 단계이다.

밸러스트수 인입펌프(100)와 밸러스트 탱크(T)는 주배관을 통해 연결되며, 주배관상에 미세기포 발생기(200)를 연결하여 밸러스트수에 미세기포 형태로 산소가 용존되도록 한다.

밸러스트수에 산소가 다량 용존되는 것 자체로 1차적으로 밸러스트수는 정화되는 효과를 얻게 된다.

특히, 미세기포 발생기(200)를 이용하여 생성된 미세기포를 빠르게 흐르는 밸러스트수에 혼합되게 하면 캐비테이션 효과에 의해 일부 미세기포들이 터지면서 밸러스트수에 포함된 각종 미생물을 죽이는 작용을 하게 된다.

제1단계(S1)를 거친 밸러스트수는 오존 용존 믹서기(300)로 이동되며, 오존 용존 믹서기(300)에서 제2단계(S2)가 수행된다.

제2단계(S2)에서는 오존 용존 믹서기(300)로 유입되는 1차 처리된 밸러스트수에 오존이 균일하게 용존되도록 하여 2차 처리된 밸러스트수를 생성하도록 한다.

1차 처리된 밸러스트수에 오존이 균일하게 용존하게 되면 오존에 의한 추가적인 살균작용이 일어나 밸러스트수는 다시 한번 정화된다. 또한 제2단계(S2)에서 1차 처리된 밸러스트수에 오존이 균일하게 용존되는 과정에서도 캐비테이션 효과가 발생되어 미생물을 죽이는 작용을 한다.

2차 처리된 밸러스트수는 제3단계(S3)를 거치게 되며, 제3단계(S3)에서는 2차 처리된 밸러스트수에 초음파를 작용시키도록 한다.

초음파 발생기(500)에 의해 생성되는 초음파는 밸러스트수의 흐름방향에 대해 직각방향으로 통과하게 되며, 이때 밸러스트수 내부에 강력한 캐비테이션(cavitation) 효과가 발생된다.

캐비테이션 효과란 액체 중에서 국부적인 압력감소가 일어나 공동이 생기는 현상을 말하며, 밸러스트수 내부를 가로지르면서 초음파가 작용하게 되면 공동부가 형성되고, 공동부가 형성될 때 국부적인 고온 고압이 형성된다.

순간적으로 만들어지는 공동부가 터지면서 오존 기포를 잘게 깨뜨리게 되고 오존 기포의 접촉 표면적 대 부피비를 증가시켜 오존의 용해도를 증가시킴으로써 오존에 의한 미생물의 살균효과를 높일 수 있다.

한편, 초음파에 의해 유발되는 캐비테이션 현상에 의해 밸러스트수에 용존된 산소와 오존은 보다 원활하게 터지게 되는데, 이를 통해서 밸러스트수에 대한 살균효율을 향상시킬 수 있다.

초음파에 의한 캐비테이션의 발생원리 및 그 효과에 대해 개략적으로 설명하도록 한다.

밸러스트수 내에 가해준 강력한 초음파는 소밀파가 되어 압축력(정압)과 팽창력(부압)을 반복적으로 형성하게 된다. 부압 주기 때에 밸러스트수 내에 기포가 발생하며, 이 기포는 다음의 압축 주기 때에 소멸한다.

이와 같은 기포는 1초에 수만 번씩 생성과 소멸을 거듭하면서 점점 구경이 커지고, 어느 이상이 되면 기포는 수축 파열되면서 매우 큰 충격파를 일으킨다.

이 충격파는 큰 압력을 발생시킴과 동시에 순간적인 고열을 발생시키며, 밸러스트수 내에 여러 가지 물리적 작용을 일으키고 화학적 작용을 촉진시키게 된다.

초음파에 의한 밸러스트수 내의 물리적 작용은 다음과 같다.

산소와 오존이 용존된 밸러스트수는 초음파의 영향으로 잘게 깨어져 산소와 오존의 기포수가 증가되며, 이로 인해 밸러스트수와 산소 및 오존의 접촉 표면적은 극대화되어 밸러스트수에 오존과 산소가 보다 원활하게 용해될 수 있도록 한다.

오존이 용존된 밸러스트수가 초음파를 거치게 됨으로써 오존은 밸러스트수 내에 보다 균일하게 용해될 수 있고, 따라서 불필요하게 오존의 투입량을 증가시킬 필요가 없게 된다. 즉, 적정량의 오존을 투입하여 오존의 용존율을 극대화시킴으로써 잔류 오존에 대한 처리 부담을 줄일 수 있게 된다.

캐비테이션 현상시에 발생되는 국지적인 고온고압은 미생물의 단백질 분자, 방향족 탄화수소 및 티올 유기화합물의 파괴를 유도하기 때문에 밸러스트수에 대한 처리효율을 높이는데 기여하게 된다.

한편, 밸러스트수 내에 용존되는 오존에 의한 살균효과는 익히 알려져 있는 것인 바, 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략하도록 한다.

다음으로 직결식 밸러스트수 처리장치에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직결식 밸러스트수 처리장치의 개략적인 구성도이며, 도 3은 오존 용존 믹서기의 구성도이다.

본 발명은 선박에 마련되는 밸러스트 탱크(T)에 밸러스트수를 채워넣도록 하되, 밸러스트수에 포함된 각종 오염물이나 미생물들을 처리한 후 밸러스트 탱크(T)에 공급하도록 하는 처리장치이다.

본 발명의 실시예에 의한 직결식 밸러스트수 처리장치는 주요한 구성요소로 밸러스트수 인입펌프(100), 미세기포 발생기(200), 오존 용존 믹서기(300), 오존 발생기(400), 초음파 발생기(500), 제어부(600)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 실시예에 의한 직결식 밸러스트수 처리장치에는 전처리 여과기(10)가 더 마련될 수 있다.

전처리 여과기(10)는 밸러스트수에 포함된 비교적 큰 입자상 물질들을 걸러내기 위한 것이며, 취수하고자 하는 밸러스트수의 수질 상태에 따라 전처리 여과기(10)를 사용하거나 사용하지 않을 수 있다.

공지기술로 제시하였던 기존의 오존, 전기분해, 자외선을 이용한 밸러스트수 처리 공법의 경우 반드시 전처리 여과기를 마련해야 하며, 20㎛ 정도의 정밀 여과기가 사용되었다.

이에 반해 본 발명의 경우에는 수질 상태에 따라 전처리 여과기(10)를 거치지 않고 밸러스트수를 바로 취수하여도 무방하며, 대략 50㎛ 정도의 입자상 물질을 걸러줄 수 있는 여과기면 충분하다.

전처리 여과기(10)가 마련되는 경우 전처리 여과기(10) 다음에 밸러스트수 인입펌프(100)가 마련된다. 밸러스트수 인입펌프(100)는 선체 외부의 해수나 담수를 흡입하여 주배관으로 공급하는 펌프가 된다.

밸러스트수 인입펌프(100) 전후로는 하나씩의 개폐밸브를 두어서 선택적 개폐가 가능하도록 한다.

밸러스트수 인입펌프(100)에 의해 공급되는 밸러스트수에 산소를 공급하기 위한 미세기포 발생기(200)가 마련되며, 미세기포 발생기(200)는 외부 공기를 이용하여 나노 버블 형태로 밸러스트수 내에 미세기포가 용존되도록 한다.

빠른 유속으로 흐르는 밸러스트수에 미세기포를 공급되게 하면 미세기포의 용존량을 증가시킬 수 있고, 이렇게 밸러스트수에 미세기포가 용존된 상태를 1차 처리된 밸러스트수라 부르도록 한다.

밸러스트수에 다량의 산소가 용존되면 그 자체로 1차적인 정화가 이루어진 상태가 되고, 1차 처리된 밸러스트수가 빠르게 흐르게 되면 캐비테이션 현상에 의해 일부 미세기포들이 터지면서 미생물에 대한 살균작용을 하게 된다.

미세기포 발생기(200) 다음에 오존 용존 믹서기(300)가 마련되며, 오존 용존 믹서기(300)에서는 1차 처리된 밸러스트수와 오존이 균일하게 혼합되어 2차 처리된 밸러스트수가 생성된다.

첨부되는 도 3은 오존 용존 믹서기의 구성도이며, 몸체(310), 모터(320), 믹싱로터(330), 오존밸브(340)를 포함하여 이루어진다.

몸체(310)는 입구측(311)과 토출측(312)을 가지며 내부에 빈 공간이 형성된다. 입구측(311)을 통해서 1차 처리된 밸러스트수가 유입되며, 토출측(312)을 통해서는 2차 처리된 밸러스트수가 토출된다.

몸체(310)의 상부에 모터(320)가 결합되며, 몸체(310)의 내부에 믹싱로터(330)가 배치된다.

믹싱로터(330)는 모터(320)와 연결되어 회전동작하게 되며, 바람직하게 믹싱로터(330)는 몸체(310)의 내부 중심부에 수직상방을 향해 배치된다.

보다 구체적으로 믹싱로터(330)는 모터(320)와 연결되는 중공샤프트(331)와 중공샤프트(331)의 하단에 결합되는 원판(332)으로 이루어지며, 원판(332)의 외주면에는 중공샤프트(331)의 중공부와 연통되는 복수의 배출구(333)가 형성된다.

즉, 원판(332)은 소정의 두께를 가지며, 그 내부에는 중공샤프트(331)의 중공부와 이어지는 공동부가 형성되고 원판(332)의 가장자리 외주면을 따라 대략 0.1 ~ 0.2mm 정도의 직경을 갖는 복수의 배출구(333)가 형성되는 것이다. 각 배출구(333)는 공동부와 연통되기 때문에 중공샤프트(331)로 공급되는 오존은 중공부, 공동부를 거쳐서 배출구(333)를 통해서 몸체(310) 내부로 배출된다.

본 발명의 처리장치에는 오존을 생성하기 위한 오존 발생기(400)가 마련되며, 오존 발생기 자체에 대해서는 구체적인 설명을 생략하는 것으로 한다.

오존 발생기(400)로부터 공급되는 오존을 중공샤프트(331)의 중공부로 제공하기 위한 오존밸브(340)가 마련된다. 오존밸브(340)의 개폐 정도를 제어함으로써 공급되는 오존의 양을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

오존 용존 믹서기(300)의 입구측(311)을 통해서 1차 처리된 밸러스트수가 유입되고, 믹싱로터(330)의 배출구(333)를 통해서 오존이 배출된다. 특히, 1차 처리된 밸러스트수가 토출측(312)을 향해 흐르는 상태에서 믹싱로터(330)가 고속으로 회전되면서 배출구(333)에서는 오존이 배출되기 때문에 오존은 보다 원활하게 1차 처리된 밸러스트수에 용해될 수 있다.

또한, 이러한 과정 중에 발생되는 캐비테이션 현상으로 오존 기포는 보다 미세하게 깨어지고 따라서 더욱 더 밸러스트수에 쉽게 용해되어 오존에 의한 미생물의 살균이 잘 이루어질 수 있게 된다.

오존 용존 믹서기(300)의 토출측(312)에 초음파 발생기(500)가 연결되며, 초음파 발생기(500)에 의해 생성되는 초음파를 이용하여 2차 처리되어 유입되는 밸러스트수에 대한 처리를 하도록 한다.

초음파 발생기(500) 자체는 공지된 기술인 바 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략하도록 한다.

초음파 발생기(500)에 의해 만들어지는 초음파는 밸러스트수의 흐름 방향에 대해 직각 방향으로 작용하도록 하며, 초음파가 밸러스트수에 전달되면 강력한 캐비테이션 현상이 유발된다.

언급한 미세기포 발생기(200)나 오존 용존 믹서기(300)에서도 캐비테이션 현상이 발생되지만, 미세기포 발생기(200)나 오존 용존 믹서기(300)에서 일어나는 캐비테이션 현상은 그 강도가 약할 뿐 아니라 발생 영역도 제한적이다.

이에 비해 인위적으로 밸러스트수에 초음파를 작용시키게 되면 보다 강력한 캐비테이션 현상이 발생되어 밸러스트수에 용존된 산소와 오존은 더욱 잘게 깨어져 밸러스트수와 보다 넓은 접촉 면적을 이루게 된다.

즉, 밸러스트수에 오존과 산소가 보다 균일하면서 폭넓게 용존될 수 있고, 이를 통해서 밸러스트수에 대한 살균효과 및 정화효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 강력한 캐비테이션 현상시 국부적으로 발생되는 고온 고압은 각종 미생물을 보다 효과적으로 죽이는데 도움이 된다.

본 발명의 실시예에 의한 직결식 밸러스트수 처리장치에는 제어부(600)가 마련되며, 제어부(600)는 밸러스트수 인입펌프(100), 미세기포 발생기(200), 오존 용존 믹서기(300), 초음파 발생기(500), 각종 밸브 등과 전기적으로 연결되어 각 요소들에 대한 자동제어가 가능하도록 한다.

본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리장치를 구성함에 있어서, 보다 바람직하게 오존 용존 믹서기(300)와 초음파 발생기(500)는 각각 2개 이상으로 구성시킬 수도 있다.

오존 용존 믹서기(300)는 제1오존 용존 믹서기(300a)와 제2오존 용존 믹서기(300b)로 이루어지도록 하고, 초음파 발생기(500)는 제1초음파 발생기(500a)와 제2초음파 발생기(500b)로 이루어지도록 한다.

미세기포 발생기(200) 다음에 제1오존 용존 믹서기(300a)를 두고, 그 다음에 제1초음파 발생기(500a)를 두며, 연이어 제2오존 용존 믹서기(300b)를 두고, 다음에 제2초음파 발생기(500b)를 마련하도록 한다.

미세기포 발생기(200)를 거쳐서 흐르게 되는 1차 처리된 밸러스트수가 제1오존 용존 믹서기(300a)로 들어오게 되고, 제1오존 용존 믹서기(300a)를 거쳐 2차 처리된 밸러스트수는 제1초음파 발생기(500a)로 유입된다.

제1초음파 발생기(500a)를 거친 밸러스트수는 제2오존 용존 믹서기(300b)로 들어가게 되고, 제2오존 용존 믹서기(300b)에서 다시 한번 소정량의 오존이 투입된다.

제2오존 용존 믹서기(300b) 후단에 제2초음파 발생기(500b)가 마련되고, 제2오존 용존 믹서기(300b)를 거친 밸러스트수는 제2초음파 발생기(500b)에서 다시 한번 초음파에 의한 처리가 이루어진다.

이처럼 오존 용존 믹서기(300)와 초음파 발생기(500)를 반복적으로 마련하여 밸러스트수를 연속적으로 처리함으로써 밸러스트수에 대한 처리효율과 처리능력을 향상시킬 수 있다.

초음파 발생기(500)를 통과한 밸러스트수는 주배관을 따라 밸러스트 탱크(T)로 공급된다.

본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리장치에 의해 처리된 밸러스트수의 수질은 향상되며, 밸러스트수에 포함되었던 각종 미생물들은 대부분 살균처리되어 사멸된다.

바람직하게 처리가 완료된 밸러스트수가 밸러스트 탱크(T)로 들어가기 전에 각종 센서를 이용하여 밸러스트수의 처리정도를 확인할 수 있도록 할 수 있다.

이를 위해 밸러스트 탱크(T)로 연결되는 주배관에 Ph센서, 온도센서, 염분센서, 유량센서, 잔류 산화물 측정센서, COD 측정센서, BOD 측정센서, 탁도측정센서 등을 마련하도록 하고, 제어부(600)과 연결되는 로컬 판넬 지시부(700)를 통해서 각종 센서에 의해 측정된 각종 수치를 확인할 수 있도록 한다. 각종 센서는 도면상 총괄하여 "K"로 표시하도록 한다.

또한 바람직하게 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는 중앙제어실(800)에서 원격으로 운전할 수 있도록 하는 것이 보다 합리적이다.

이를 위해 제어부(600) 및 로컬 판넬 지시부(700)를 중앙제어실(800)과 연결되게 하여 중앙제어실(800)에서 원격으로 본 처리장치의 운전을 제어할 수 있도록 하며, 밸러스트수의 처리상황을 감시할 수 있도록 한다.

또한 바람직하게 잔류 산화물 측정센서를 통해 측정되는 잔류 산화물의 수치를 바탕으로 하여 오존 용존 믹서기로 투입되는 오존의 량을 밸러스트수의 유량에 비례하여 제어하도록 하는 PID 비례제어 콘트롤러(C)를 마련하도록 한다.

PID 제어란 Proportional Integral Differential 제어의 약자로서, 비례 적분 미분 제어란 뜻이이고, 이들 3가지를 적절하게 조합하여 피드백 제어를 하는 것이다.

PID 제어의 기본적인 방법은 (1)제어대상의 출력값을 측정하고, (2)목표치와 비교하여 (3)오차를 측정한 후 이를 통해 (4)제어를 하는 방식이다.

즉, 적정한 범위로 잔류 산화물의 목표치를 규정해두고 잔류 산화물 측정센서에 의해 측정되는 수치와 목표치를 비교하면서 밸러스트수의 유량을 고려하여 오존의 투입량을 결정하도록 한다.

PID 비례제어를 통해 불필요하게 잔류 산화물이 증가되는 것을 방지하며, 오존의 과다한 사용을 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리장치는 기본적으로 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 저장할 때 취수되는 밸러스트수를 산소, 오존, 초음파의 복합적인 작용으로 살균처리하도록 하는 것이다.

더 나아가 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치는 밸러스트 탱크에 저장된 밸러스트수를 배출할 때 다시 한번 밸러스트수를 재처리할 수 있도록 바이패스관(P)을 마련하도록 한다.

밸러스트 탱크(T)와 밸러스트수 인입펌프(100)를 연결하는 바이패스관(P)을 마련하여 밸러스트 탱크(T)에 저장되었던 밸러스트수를 밸러스트수 인입펌프(100)로 흡입하여 미세기포 발생기(200), 오존 용존 믹서기(300), 초음파 발생기(500)를 거치도록 하면서 밸러스트수에 대한 재처리를 실시한 후 방출시킬 수 있도록 한다.

밸러스트수를 방출하기 전에 다시 한번 밸러스트수를 재처리함으로써 보다 확실하게 밸러스트수를 살균처리할 수 있다.

더욱 바람직하게 본 발명의 직결식 밸러스트수 처리장치를 구성함에 있어서 밸러스트수 인입펌프(100), 미세기포 발생기(200), 오존 발생기(400), 오존 용존 믹서기(300), 초음파 발생기(500), 제어부(600) 등 본 처리장치를 구성하는 각 요소들을 선박에 마련되는 다수의 구분 격실에 분산 배치한 후 서로 연결되게 하여 운용할 수 있도록 한다.

다수의 구분 격실에 본 처리장치를 구성하는 구성요소들 중 하나 혹은 하나 이상을 하나의 구분 격실에 마련할 수 있도록 한다.

대체로 대형 선박일수록 밸러스트 탱크의 수도 많아지기 때문에 밸러스트수 처리장치의 용량도 이에 맞게 대형화되어야 한다. 하지만 대형화된 밸러스트수 처리장치를 선박의 구분 격실에 설치하기는 용이치 못하고, 구분 격실을 통폐합하게 되면 선박의 구조적 안정에 문제를 일으킬 수 있다.

이러한 측면에서 본 발명에서는 선박의 다수의 구분 격실에 본 처리장치를 이루는 구성요소들을 분산배치한 후 연결되게 함으로써 선박의 기본적인 구조에 손상을 주지 않으면서 유지보수도 편리한 직결식 밸러스트수 처리장치를 제공할 수 있도록 한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 의한 직결식 밸러스트수 처리장치는 선박용 밸러스트수 처리를 위한 목적으로 사용될 수 있다.

S1 : 제1단계 S2 : 제2단계
S3 : 제3단계 T : 밸러스트 탱크
100 : 밸러스ㅌ수 인입펌프 200 : 미세기포 발생기
300 : 오존 용존 믹서기 300a: 제1오존 용존 믹서기
300b: 제2오존 용존 믹서기 310 : 몸체
311 : 입구측 312 : 토출측
320 : 모터 330 : 믹싱로터
331 : 중공샤프트 332 : 원판
333 : 배출구 340 : 오존밸브
400 : 오존 발생기 500 : 초음파 발생기
500a: 제1초음파 발생기 500b: 제2초음파 발생기
600 : 제어부 700 : 로컬 판넬 지시부
800 : 중앙 제어실 C : PID 비례제어 콘트롤러
K : 각종 센서 P : 바이패스관
10 : 전처리 여과기

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 밸러스트수 탱크로 밸러스트수를 공급하기 위한 밸러스트수 처리장치에 있어서,
   밸러스트수 인입펌프;
   상기 밸러스트수 인입펌프에 의해 공급되는 밸러스트수에 산소를 공급하기 위한 미세기포 발생기;
   미세기포가 용존된 1차 처리된 밸러스트수와 오존이 유입되어 상기 1차 처리된 밸러스트수에 상기 오존이 균일하게 혼합되게 함으로써 2차 처리된 밸러스트수를 생성 토출시키는 오존 용존 믹서기;
   상기 오존 용존 믹서기로 공급되는 오존을 생성하는 오존발생기;
   상기 오존 용존 믹서기의 토출측에 연결되며, 상기 2차 처리된 밸러스트수에 초음파가 전달되도록 하는 초음파발생기; 및 제어부를 포함하되,
   상기 오존 용존 믹서기는,
   상기 1차 처리된 밸러스트수가 유입되는 입구측과 상기 2차 처리된 밸러스트수가 토출되는 토출측을 갖는 몸체와, 상기 몸체의 상부에 결합되는 모터와, 상기 몸체의 내부에 마련되며 상기 모터와 연결되는 중공 샤프트와 상기 중공 샤프트의 하단에 결합되는 원판으로 이루어지되, 상기 원판의 외주면에는 상기 중공 샤프트의 중공부와 연통되는 복수의 배출구가 형성되어 회전 가능한 믹싱로터와, 상기 오존 발생기로부터 공급되는 오존을 상기 중공 샤프트의 중공부로 제공하기 위한 오존밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 직결식 밸러스트수 처리장치는,
   1차 처리된 밸러스트수가 유입되는 제1오존 용존 믹서기;
   상기 제1오존 용존 믹서기를 거친 2차 처리된 밸러스트수에 초음파를 전달하는 제1초음파 발생기;
   상기 제1초음파 발생기 후단에 연결되는 제2오존 용존 믹서기;
   상기 제2오존 용존 믹서기 후단에 연결되는 제2초음파 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 직결식 밸러스트수 처리장치는,
   처리된 밸러스트수가 밸러스트수 탱크로 들어가기 전에 Ph센서, 온도센서, 염분센서, 유량센서, 잔류 산화물 측정센서를 거치도록 구성되며, 로컬 판넬 지시부를 통해서 측정된 각종 수치를 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 직결식 밸러스트수 처리장치는,
   중앙제어실과 상기 제어부 및 상기 로컬 판넬 지시부가 연결되어 원격으로 운전할 수 있도록 하고, 밸러스트수의 처리상황을 파악할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 직결식 밸러스트수 처리장치는,
   잔류 산화물 저감을 위해 상기 잔류 산화물 측정센서를 통해 측정되는 수치를 바탕으로 상기 오존 용존 믹서기로 투입되는 오존량을 밸러스트수의 유량에 비례하여 제어할 수 있도록 PID 비례제어 콘트롤러가 마련되는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리장치.
8. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 밸러스트수 탱크에 상기 밸러스트수 인입펌프로 향하는 바이패스관을 마련하여 밸러스트수를 배출할 때 상기 밸러스트수를 재처리하여 배출할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리장치.
9. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 직결식 밸러스트수 처리장치는,
   상기 밸러스트수 인입펌프, 미세기포 발생기, 오존 발생기, 오존 용존 믹서기, 초음파 발생기, 제어부가 선박의 구분 격실에 하나 이상씩 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 직결식 밸러스트수 처리장치.
   

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