KR101211740B1 - 밸러스트 수의 막처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막에 부착된 겔상 물질 및 미네랄 성분 유래의 파울링(fouling) 물질을 박리 또는 분해하여 확실하게 제거해 막 플럭스를 장기적으로 유지할 수 있는 밸러스트 수의 막처리 방법을 제공하는 것이다. 선박의 선체 내 또는 선체 상에 소정 크기 이상의 미생물을 분리하는 막처리 장치(1)를 구비한 밸러스트 수의 막처리 방법에 있어서, 상기 막 표면에 부착된 파울링 물질을, 과산화 수소, 차아염소산, 오존수로부터 선택되는 적어도 1종인 과산화물을 포함하는 세정액을 이용해, 용해, 분해 또는 제거하는 것을 특징으로 한다.

Description

밸러스트 수의 막처리 방법{METHOD OF MEMBRANE TREATMENT FOR BALLAST WATER}

본 발명은 밸러스트 수(水)의 막처리 방법에 관한 것으로, 상세하게는 막에 부착된 파울링(fouling) 물질(미네랄 성분, 겔상 물질)을 확실하게 분리해 막 플럭스를 장기적으로 유지할 수 있는 밸러스트 수의 막처리 방법에 관한 것이다.

원유 등을 수송하는 화물용 선박에는 항행시의 선체의 안정성을 유지하기 위해서 밸러스트 탱크가 설치되어 있다. 통상적으로 원유 등이 적재되어 있지 않을 때에는 밸러스트 탱크 내를 밸러스트 수로 채우고, 원유 등을 실을 때에 밸러스트 수를 배출함으로써 선체의 부력을 조정해 선체를 안정화시키고 있다. 이와 같이 밸러스트 수는 선박의 안전한 항행을 위해서 필요한 물이며, 통상적으로, 하역을 실시하는 항만의 해수가 이용된다. 그 양은, 세계적으로 보면 연간 100억 톤을 넘는 것으로 추계되고 있다.

그러나, 밸러스트 수에는 그것을 취수한 항만에 생식하는 미생물이나 소형·대형 생물의 알이 혼입되어 있어 선박의 이동에 수반해 이런 미생물이나 소형·대형 생물의 알이 동시에 이국에 옮겨지게 된다. 따라서, 원래 그 해역에는 생식하고 있지 않았던 생물종이 기존 생물종을 대신한다고 하는 생태계의 파괴가 심각화 되 고 있다.

이러한 배경하에 국제해사기관(IMO)의 외교회의에서 밸러스트 수 처리 장치 등에 관한 정기적 검사의 수검의무가 채택되어 2009년 이후의 건조선부터 적용된다.

또 선박의 밸러스트 수 및 침전물의 규제 및 관리를 위한 조약(이하, 조약이라고 함)의 D - 2 규칙에 규정하는 배출 기준(G8)은 크기 10 ~ 50μm의 플랑크톤은 10개/ml, 크기 50μm 이상의 플랑크톤은 10개/m³, 크기 0.5 ~ 3μm의 대장균은 250cfu/100ml, 크기 0.5 ~ 3μm의 콜레라균은 1cfu/100ml, 크기 0.5 ~ 3μm의 장구균은 100cfu/100ml가 된다.

더욱이 2005년 7월 22일에 채택된 활성물질을 이용하는 밸러스트 수 관리시스템승인지침서(G9)에서는 그 목적에서 선박의 안전, 사람의 건강 및 수질환경에 관해서 활성물질 및 하나 이상의 활성물질을 포함한 제제의 승인 가능성 및 밸러스트 수 관리시스템에서의 적용을 결정하고 있다. 그리고 이 G9에서는, 활성물질이란 유해 수생생물 및 병원체에 대해 일반적 또는 특정의 작용을 가지는 바이러스 또는 균류를 포함한 물질 또는 생물을 말한다 라고 정의하고, 검증으로서 독성 시험을 의무화하려 하고 있다.

이상과 같은 배경으로부터, G8이나 G9의 요청을 만족하려면 매우 엄격한 살균 혹은 제균이 필요하고 있다.

종래, 밸러스트 수의 살균·제균기술로서는 오존을 이용한 화학적 수법으로 서 특개 2004 - 160437호 공보에 기재된 기술이 알려져 있다.

특개 2004 - 160437호 공보는, 밸러스트 수에 증기의 주입과 병용해 오존을 주입하고, 또한 오존을 미세 기포화해 하이드록실 라디칼의 생성을 촉진하여 오존의 사용량을 삭감하면서 살균하는 기술을 제안하고 있다.

그러나, 오존 사용량의 삭감에도 한계가 있기 때문에 막처리를 채용하는 연구가 급속하게 진행되고 있다.

밸러스트 수(해수)에는, 생물에 유래하는 겔상 물질이 많이 존재해, 막 모듈을 이용해 밸러스트 수를 막처리하는 경우, 장기 운전에 있어서는 막 표면상에 퇴적할 우려가 있다. 이 겔상 물질은 견고하게 막 표면에 고착하고 있어, 역세(back wash)해도 제거하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있다.

또, 밸러스트 수(해수)는 미네랄 성분에 유래하는 이온 농도가 높기 때문에, 막 모듈을 이용해 밸러스트 수를 막처리하는 경우, 장기 운전에 있어서는 막 표면상에 스케일이 생성할 우려가 있다. 이 스케일이 막 표면에 생성하면 막의 폐색 및 파손의 위험이 있고, 더욱 스케일이 유기물을 끌어들임으로써 견고한 덩어리로 되면 역세해도 제거할 수 없게 되는 문제가 있다.

때문에, 막처리 방법에서는, 막처리 시간을 연장하기 위해서 파울링 대책이 중요하다. 막처리 시의 파울링 대책으로서는, 감압에 의한 기포 팽창을 이용해 파울링에 대책하는 기술이 특개 2003 - 265935호 공보에 개시되어 있다.

그 외, 막처리를 지속적으로 실시하기 위해서 막세정을 하고 있다. 특개 평3 - 133947호 공보에는 막세정에 있어서 효소를 이용하는 기술이나 효소와 산화제의 병용 기술이 개시되어 있다. 특개 평 11 - 319518호 공보에는, 막세정에 있어서 에틸렌디아민 테트라초산 테트라소듐 테트라수화물(ethylenediaminetetraacetic acide tetrasodium tetrahydrate)을 이용하는 기술이 개시되어 있다.

발명이 해결하려고 하는 과제

특개 2003 - 265935호 공보에 기재된 기술에서는 막 모듈을 충전한 탱크를 감압하기 위한 감압 수단이 필요해, 설비적으로 고가가 되는 결점이 있다.

특개 평 3 - 133947호 공보에 기재된 기술에서는 효소를 단독으로 이용해도 막에 부착된 파울링 물질(겔상 물질)은 용이하게 박리하지 않기 때문에 막의 세정 효과가 불충분한 결점이 있다. 또 산화제의 병용에 의해 파울링 물질의 세정 효과를 기대할 수 있는 것은 미생물 점성에 기인하는 것으로, 단백질, 지방질, 당질 등 물질 그 자체에 기인하는 부착 요인에는 전혀 기대할 수 없는 문제가 있다. 또, 파울링 물질(미네랄 성분)에는 거의 효과가 없다.

특개 평 11 - 319518호 공보에 기재된 기술에서는 미네랄 성분 유래의 파울링 물질에는 효과적이지만, 겔상 물질 유래의 파울링 물질에는 거의 효과가 없다.

그리고 본 발명의 과제는 막에 부착한 겔상 물질 및 미네랄 성분 유래의 파울링 물질을 박리 혹은 분해하여 확실하게 제거해 막 플럭스를 장기적으로 유지할 수 있는 밸러스트 수의 막처리 방법을 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 다른 과제는 이하의 기재에 의해 분명해진다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제는 이하의 각 발명에 의해 해결된다.

제 1 항 기재의 발명은, 선박의 선체 내 또는 선체 상에 소정 크기 이상의 미생물을 분리하는 막처리 장치를 갖춘 밸러스트 수의 막처리 방법에 있어서, 상기 막 표면에 부착된 파울링 물질을 과산화물을 포함하는 세정액을 이용해 용해, 분해 또는 제거하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수의 막처리 방법이다.

제 2 항 기재의 발명은, 제 1 항에 있어서, 상기 과산화물이 과산화 수소, 차아염소산, 오존수로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 밸러스트 수의 막처리 방법이다.

제 3 항 기재의 발명은, 제 2 항에 있어서, 상기 과산화물이 과산화 수소이고, 상기 과산화 수소의 세정액 중에서의 농도가 1.0 ~ 20 wt%인 것을 특징으로 하는 밸러스트 수의 막처리 방법이다.

제 4 항 기재의 발명은, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세정액을 막에 정지(靜止) 상태에서 소정 시간 접촉시킨 후 세정액을 배출하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수의 막처리 방법이다.

제 5 항 기재의 발명은, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세정액을 막에 정지 상태에서 소정 시간 접촉시킨 후 세정액을 배출시키고, 그 다음에 배출한 세정액을 가열 탱크에 저장해 가열 처리하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수의 막처리 방법이다.

제 6 항 기재의 발명은, 제 5 항에 있어서, 상기 가열 탱크에 있어서의 가열 처리는 선박의 항해중에 메인 엔진 냉각 시스템 혹은 보일러 등 선박 탑재의 기존 열원에 의해 실시하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수의 막처리 방법이다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 막에 부착된 겔상 물질 및 미네랄 성분 유래의 파울링 물질을 박리 혹은 분해하여 확실하게 제거해 막 플럭스를 장기적으로 유지할 수 있는 밸러스트 수의 막처리 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 밸러스트 수의 막처리 방법을 실시하는 장치의 일례를 나타내는 설명도이다.

1: 막처리 장치

100: 막장치 본체

101: 막

102: 집수부

2: 펌프

3: 순환 탱크

4: 처리수 탱크

5: 세정액 탱크

6: 펌프

7: 가열 탱크

8: 펌프

9: 가열 장치

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면을 이용해 설명한다.

도 1은 본 발명의 밸러스트 수의 막처리 방법을 실시하는 장치의 일례를 나타내는 설명도이다. 상기 도에 있어서, 1은 선박의 선체 내 또는 선체 상에 설치된 막처리 장치이며, 모식적으로 나타나고 있다.

100은 막장치 본체, 101은 막이다. 막으로서는, 전술의 G8에 규정하는 기준; 크기 10 ~ 50μm의 플랑크톤은 10개/ml, 크기 50μm 이상의 플랑크톤은 10개/m³, 크기 0.5 ~ 3μm의 대장균은 250cfu/100ml, 크기 0.5 ~ 3μm의 콜레라균은 1cfu/100ml, 크기 0.5 ~ 3μm의 장구균은 100cfu/100ml를 만족 가능한 막이나 여과포를 사용할 수 있다. 예를 들면, 정밀 여과막(약칭 MF막)에서는 0.1μm보다 큰 입자, 미생물, 균체(플랑크톤, 대장균, 콜레라균, 장구균)를 분리할 수 있다. 한외 여과막(약칭 UF막(Ultra filtration Membrane))에서는 2nm ~ 0.1μm의 범위의 입자, 미생물, 균체(플랑크톤, 대장균, 콜레라균, 장구균)를 분리할 수 있다. 나노 여과막(약칭 NF막)에서는 2nm보다 작은 입자, 미생물, 균체(플랑크톤, 대장균, 콜레라균, 장구균)를 분리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 0.1 ~ 50μm의 범위의 플랑크톤, 대장균, 콜레라균, 장구균을 저지하는 기능을 가지고 있으면 좋고, 0.1μm보다 큰 입자, 미생물, 균체를 저지하는 기능을 가지는 정밀 여과막 또는 여과포인 것이 바람직하다.

도시의 예는, 장치 본체(100) 내에 복수의 관상(管狀)막을 마련하고, 막의 외부로부터 해수를 도입하여 막의 내부에 여과해 처리수를 얻는다. 또 도시의 예는, 관상막에서 설명하고 있지만, 플리트형 막(Pleated Membrane)이나 스파이럴형 막에서도 같은 구성이다.

즉, 펌프(2)로 순환 탱크(3) 내의 해수를 장치 본체(100)에 공급한다. 공급된 해수는 본체(100) 내에서 가압 상태로 되고 그 압력으로 막을 통해 여과된다. 여과수는 집수부(102)를 경유해 밸러스트 탱크(4)에 보내진다.

막처리를 장시간 계속하면 막면에 해수에 포함되는 겔상 물질 및 미네랄 성분 유래의 파울링 물질이 부착해 투과수 량(플럭스)이 저하해 여과를 계속할 수 없게 된다.

본 발명에서는, 부착한 겔상 물질 및 미네랄 성분 유래의 파울링 물질을 용해, 분해 또는 제거하기 위해서 과산화물을 포함한 세정액(예를 들면 과산화 수소를 포함한 세정액)으로 막면을 세정한다. 즉, 본 발명에서는, 파울링 물질을 용해해 막면 세정해도 좋고, 분해해 막면 세정해도 좋으며, 또는 제거해 막면 세정해도 좋다. 세정액은 막면에 부착된 파울링 물질에 접촉할 수 있도록 공급되면 어떠한 수법으로 공급해도 좋다. 예를 들면, 침지법이나 스프레이법 등 모두 좋지만 바람직하게는 침지법이다.

상기 세정액에 의한 세정 처리는 막장치 본체(100)에 해수를 통수하는 것을 정지하고 실시하는 것이 통상적이다.

세정액 탱크(5)에 들어 있는 상기 과산화 수소를 포함한 세정액은 펌프(6)를 이용해 막장치 본체(100)에 공급된다. 소정 시간 세정한 후의 세정 배수는 펌프(8) 를 이용해 가열 탱크(7)에 저장된다. 그 후, 가열 탱크(7)를 선체 탑재의 기존 열원을 이용한 가열 장치(9)에 의해 가열해 잔존하는 과산화 수소를 분해한다. 그렇게 함으로써 세정 배수를 무해화할 수 있다.

본 발명에 있어서, 세정액에 포함되는 과산화물은 과산화 수소, 차아염소산, 오존으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 과산화 수소이다.

과산화 수소의 세정액 중에서의 농도는 1.0 ~ 20 wt%인 것이 바람직하다. 1.0 wt% 미만에서는 현저한 효과를 얻을 수 없고, 20 wt%를 넘으면 잔류 과산화 수소가 많아지기 때문에 상기 범위가 바람직하다.

본 발명의 세정액에 첨가할 수 있는 화합물로서는 과초산(Peracetic Acid), 구연산 등을 들 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로 한정되지 않는다.

실시예 1

막처리 장치(정밀 여과막: 제품번호 BW - 40 BN, 투과유속 10 m/day)를 이용해 해수를 막여과 했다. 해수 및 여과수 중의 미생물 및 세균 농도를 측정해 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

실시예 2

실시예 1에 있어서, 플럭스의 변화를 조사해 플럭스가 여과 운전 최초의 30%저하한 시점에서 막여과를 정지해 세정액을 이용하여 세정 처리를 실시했다. 세정액 중의 과산화 수소 농도는 3 wt%이다.

상기의 세정 처리 후에 플럭스를 측정한 결과 운전 최초의 플럭스와 동등한 플럭스로 회복했다.

비교예 1

실시예 2에 있어서, 이하의 효소를 함유한 세정액을 이용해 막세정을 실시했다. 효소 세정액의 온도는 30℃로 조정했다. 그 결과, 플럭스는 운전 최초의 플럭스의 70%까지 밖에 회복하지 않았다.

〈효소〉

셀룰라아제

리파아제

세린프로테아제

실시예 3

실시예 2에 있어서, 막세정에 이용한 세정 배수를 50℃에서 10시간 가열한 결과 세정 종료 직후 0.1 wt%이였던 과산화 수소 농도는 가열 후에는 ND(검출되지 않음)로 되어 있어 무해화할 수 있었다.

Claims (6)

1. 선박의 선체 내 또는 선체 상에 미생물을 분리하는 막 처리장치(1)을 구비하고, 상기 막 처리장치(1)의 막 장치 본체(100) 내에는, 복수의 막(101)이 설치되어 있고, 막(101)의 외부로부터 해수를 도입하여 막(101)의 내부에 여과해 여과수를 얻고, 그 여과수를 막 장치 본체 상부의 집수부(102)에 모으고, 밸러스트 탱크 (4)에 보내지는 밸러스트 수의 막 처리 방법에 있어서,

   막 처리를 장시간 계속하였을 때에, 막 면에 겔상 물질 및 미네랄 성분 유래의 파울링 물질이 부착하면, 과산화 수소를 포함하는 세정액을, 세정액 탱크(5)로부터 펌프(8)을 사용하여 상기 장치 본체(100)에 공급하고, 상기 과산화 수소에 의해, 막면에 부착한 상기 파울링 물질을, 용해, 분해 또는 제거하고,

   이어서 상기 파울링 물질의 용해, 분해 또는 제거에 사용되는 것이 아니라 남은 과잉의 과산화수소를, 상기 막(101)의 외부로부터 막의 내부로 통과시켜 상기 집수부(102)에 세정 배수로서 집수하고, 상기 집수부(102)로부터 가열 탱크(7)에 보내서 저장하고,

   이어서 상기 가열탱크 (7)을 가열처리하여, 상기 세정배수 중에 잔존하는 상기 과산화수소를 분해하여 무해화하고, 바다로 방류하는 것을 특징으로 하는 밸러스트수의 막 처리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가열 탱크에서의 가열처리는, 선박의 항해중에 메인 엔진 냉각계통 혹은 보일러 등의 선박 탑재의 기존 열원의 폐열에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 밸러스트수의 막 처리방법.
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