KR101411403B1 - 잔류 염소와의 접촉 시간을 확보하기 위한 선박 평형수 처리 장치 - Google Patents

잔류 염소와의 접촉 시간을 확보하기 위한 선박 평형수 처리 장치 Download PDF

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Abstract

잔류 염소와의 접촉시간을 확보하기 위한 선박 평형수 처리 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치는 밸러스트 탱크에서 선박 외부로 배출되는 선박 평형수를 처리하는 장치로서, 상기 선박 평형수가 진행되는 메인 배관의 상류 지점에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 전기분해 방식으로 잔류 염소가 포함된 살균액을 생성하고 상기 메인 배관 내에 주입하는 잔류 염소 생성부와, 상기 선박 평형수가 상기 살균액에 의해 살균 처리된 처리수를 상기 메인 배관의 하류 지점에서 중화액을 주입하여 중화 처리하는 중화부와, 그리고 상기 처리수 중 일부 유량을 소정의 반송 경로를 따라 반송시키는 처리수 반송부를 포함한다.

Description

잔류 염소와의 접촉 시간을 확보하기 위한 선박 평형수 처리 장치{Ship ballast water treatment device for having enough time contacting with residual chlorine}
본 발명은 잔류 염소와의 접촉시간을 확보하기 위한 선박 평형수 처리 장치에 관한 것이다.
유조선, 컨테이너선 또는 LNG 화물선과 같은 대형선박의 경우 선박의 안정성 및 균형을 확보하기 수단으로서 선박의 내부에 밸러스트(Ballast) 탱크를 구비하고 있다. 통상적으로 펌프를 이용하여 주변의 해수를 필요에 따라 밸러스트 탱크로 유입 또는 유출시키게 되는데, 이와 같이 선박의 밸런스(balance)를 맞추기 위한 해수(혹은 담수)를 평형수(ballast water, 밸러스트 수라고도 함)라 한다. 즉, 화물이 하역되는 경우에는 평형수가 밸러스트 탱크로 유입되도록 하고, 화물이 적재되는 경우에는 밸러스트 탱크에 저장되어 있던 평형수가 배출되도록 하여 선박의 밸런스를 맞출 수 있다.
한편, 평형수를 저장한 선박은 제1 국의 해수를 다른 해양 환경의 제2 국의 해양으로 배출하기도 한다. 평형수는 유입하는 지역의 해수이므로 평형수에는 해수에 포함되어 있는 각종 이물질이나 플랑크톤 등의 미생물, 세균 등이 포함된다. 제1 국에서 유입된 평형수가 전혀 다른 환경의 제2 국의 해양에 배출되는 경우, 제1 국의 각종 이물질 또는 미생물 및 세균, 그 밖의 유기물질 등이 제2 국의 해양 생태계에 변화를 초래시키는 위험이 발생할 수 있다.
이에 따라 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에서는 유해생물종의 국가간 이동을 방지하기 위한 목적으로 2004년에 선박 평형수 관리 협약을 제정하고, 유해생물종의 배출을 통제하기 위해 선박 평형수 교환 기준(D-1)과 처리 기준(D-2)을 제정하여 이를 의무화하도록 하였다. 이 가운데 선박 평형수의 교환은 원양에서 이루어져야 하고, 선박의 안전문제를 야기하기 때문에 선박 평형수의 교환보다는 살균 처리하는 것이 추세가 되고 있다. 본 협약은 35% 이상의 선복량, 30개국 이상의 국가가 비준하는 시점으로부터 1년 뒤 발효되기 때문에 각국에서는 선박 평형수 처리 장치의 개발이 활발히 진행 중에 있다.
기존의 선박 평형수 처리 장치는 한국공개특허공보 제10-2010-0017994호에 개시된 것과 같이 밸러스트 수를 처리하고 선박으로부터 밸러스트 수를 방출시키기 전에 밸러스트수를 탈할로겐화시키고 있다.
기존의 전기분해 간접 방식의 밸러스트 수처리 장치는 해수 취수 시에만 염소 살균을 실시하므로, 염소의 잔류성이 소멸되는 즉시 살균력 또한 소멸하게 된다.
전기분해 방식이 아닌 자외선 조사 방식의 경우 해수 유입 시뿐만 아니라 배출 시에도 자외선을 조사하여 살균 처리를 하고 있으나, 전기분해 방식의 경우에는 이를 위해 별도의 자외선 조사 장치를 장착하는 것이 번거로우며 별도의 설치 공간을 요구하기 때문에 현실성 있는 대안이라고는 할 수 없다.
국제해사기구(IMO)에서 정한 선박 평형수 관리협약(BWM Convention)의 부속항인 평형수 배출기준(D-2)에 따르면 종속영양생물에 관한 규제사항은 없지만, 현재 미국의 캘리포니아와 뉴욕주와 같은 일부지역에서는 종속영양생물에 대한 배출기준을 100mL 당 1,000마리 이하로 규제하고 있다.
따라서, 이들 지역을 항해하는 선박이 배출 규제를 준수하기 위해서는 배출 시 종속영양생물을 적절하게 사멸시킬 수 있는 방안이 필요하다.
한국공개특허공보 제10-2010-0017994호
본 발명은 선박 평형수의 배출 과정에서 해수 유입 시와 마찬가지로 전기분해 방식으로 잔류 염소를 발생시켜 메인 스트림에 주입함으로써 선박 평형수 내에 존재하는 종속영양생물을 기준치 이하로 사멸시킬 수 있는 선박 평형수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 선박 평형수의 배출 과정에서 처리수를 반송하거나 처리수 체류탱크를 이용하거나 혹은 두 방법을 조합함으로써 선박 평형수에 대한 잔류 염소의 접촉시간을 증가시켜 선박 평형수 내에 존재하는 종속영양생물을 기준치 이하로 사멸시킬 수 있는 선박 평형수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 밸러스트 탱크에서 선박 외부로 배출되는 선박 평형수를 처리하는 장치로서, 상기 선박 평형수가 진행되는 메인 배관의 상류 지점에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 전기분해 방식으로 잔류 염소가 포함된 살균액을 생성하고 상기 메인 배관 내에 주입하는 잔류 염소 생성부; 상기 선박 평형수가 상기 살균액에 의해 살균 처리된 처리수를 상기 메인 배관의 하류 지점에서 중화액을 주입하여 중화 처리하는 중화부; 및 상기 처리수 중 일부 유량을 소정의 반송 경로를 따라 반송시키는 처리수 반송부를 포함하는 선박 평형수 처리 장치가 제공된다.
상기 처리수 반송부는, 일단이 상기 메인 배관 중 상기 중화액의 주입 지점 전에 연결되고 타단이 상기 메인 배관 중 상기 일단의 연결 지점보다 상류 부분에서 연결되는 반송 배관과, 상기 반송 배관을 통해 반송되는 반송 유량을 조절하는 반송 펌프를 포함할 수 있다.
상기 반송 펌프의 펌핑 동작을 제어하여 상기 반송 유량을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 반송 배관의 타단은 상기 잔류 염소 생성부에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하는 지점 전의 지점에서 상기 메인 배관에 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 밸러스트 탱크에서 선박 외부로 배출되는 선박 평형수를 처리하는 장치로서, 상기 선박 평형수가 진행되는 메인 배관의 상류 지점에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 전기분해 방식으로 잔류 염소가 포함된 살균액을 생성하고 상기 메인 배관 내에 주입하는 잔류 염소 생성부; 상기 선박 평형수가 상기 살균액에 의해 살균 처리된 처리수를 상기 메인 배관의 하류 지점에서 중화액을 주입하여 중화 처리하는 중화부; 및 상기 처리수 중 일부 유량을 분기시켜 소정 시간 동안 체류시키는 처리수 체류부를 포함하는 선박 평형수 처리 장치가 제공된다.
상기 처리수 체류부는, 상기 처리수 중 일부 유량을 저장하는 처리수 체류 탱크와, 상기 처리수 체류 탱크의 하류에 위치하여 상기 처리수 체류 탱크에 저장된 처리수 중 상기 메인 배관으로 재주입되는 유량을 조절하는 체류 펌프를 포함할 수 있다.
상기 체류 펌프의 펌핑 동작을 제어하여 상기 메인 배관으로 재주입되는 유량을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 처리수 체류부는 상기 잔류 염소 생성부에서 생성된 살균액이 주입되는 지점과 상기 중화부에서 상기 중화액을 주입하는 지점 사이에서 상기 처리수 중 일부 유량을 분기시킬 수 있다.
또한, 상기 처리수 중 일부 유량을 소정의 반송 경로를 따라 반송시키는 처리수 반송부를 더 포함할 수 있다.
상기 처리수 반송부는, 일단이 상기 메인 배관 중 상기 중화액의 주입 지점 전에 연결되고 타단이 상기 메인 배관 중 상기 일단의 연결 지점보다 상류 부분에서 연결되는 반송 배관과, 상기 반송 배관을 통해 반송되는 반송 유량을 조절하는 반송 펌프를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 반송 펌프의 펌핑 동작을 제어하여 상기 반송 유량을 조절할 수 있다.
상기 반송 배관의 타단은 상기 잔류 염소 생성부에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하는 지점 전의 지점에서 상기 메인 배관에 연결될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선박 평형수의 배출 과정에서 해수 유입 시와 마찬가지로 전기분해 방식으로 잔류 염소를 발생시켜 메인 스트림에 주입함으로써 선박 평형수 내에 존재하는 종속영양생물을 기준치 이하로 사멸시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 선박 평형수의 배출 과정에서 처리수를 반송하거나 처리수 체류탱크를 이용하거나 혹은 두 방법을 조합함으로써 선박 평형수에 대한 잔류 염소의 접촉시간을 증가시켜 선박 평형수 내에 존재하는 종속영양생물을 기준치 이하로 사멸시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념을 나타낸 도면,
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념을 나타낸 도면,
도 4은 잔류 염소의 농도 및 잔류 염소와의 접촉 시간 및 살균 대상 생물의 사멸 정도에 대한 실험 결과를 나타내는 표.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
선박의 밸런스 유지를 위해 밸러스트 탱크 내로 해수를 취수하는 경우에는 필터에 의한 전처리와 잔류 염소에 의한 살균 처리가 수행됨으로써 생존해 있는 생물이 없는 상태로 밸러스트 탱크에 보관된다. 하지만, 잔류 염소가 고갈되면서 종속영양생물과 같은 생물(이하, '살균 대상 생물'로 통칭함)이 재생하기 시작하게 된다.
실험에 따르면, 밸러스트 탱크 내의 잔류 염소 농도가 예를 들어 0.21 ppm 이하로 감소하게 되면, 살균 대상 생물이 재생하기 시작하였다. 따라서, 선박 평형수를 배출하기까지 모든 생물의 사멸 상태를 유지하기 위해서는 살균 대상 생물의 살균 목적의 추가적인 처리가 필요하다.
본 명세서에서 후술할 선박 평형수 처리 장치는 해수 유입 시와 마찬가지로 선박 평형수의 배출 시에도 전기분해 방식을 이용하여 잔류 염소를 생성하여 메인 스트림에 주입함으로써 살균 처리를 수행한다.
선박 평형수 내의 살균 대상 생물이 사멸하기 위해서는 일정 수준 이상의 잔류 염소 농도와 일정 수준 이상의 접촉 시간을 필요로 한다. 하지만, 일반적으로 메인 스트림의 유속은 대략 3 m/sec 정도이며, 선박의 종류에 따라 메인 스트림의 진행 경로인 메인 배관이 상이한 길이를 가지고 있다.
따라서, 일정 수준 이상의 잔류 염소와의 접촉 시간을 보장해 줌으로써 선박 평형수에 대한 안정적인 살균 성능을 보장할 필요가 있으며, 이하에서는 관련 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선박 평형수 처리 장치가 잔류 염소와 살균 대상 생물과의 접촉 시간을 증가시키기 위한 구성 및 기능을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 선박 평형수 처리 장치(100a), 메인 배관(50), 잔류 염소 생성부(110), 유입 펌프(111), 전기분해조(112), 정류부(113), 제어부(114), 기액분리부(115), 중화부(120), 중화제 탱크(122), 주입 펌프(124), 처리수 반송부(130), 반송 배관(131), 반송 밸브(132), 반송 펌프(133)가 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치(100a)는 1차적으로 전기분해 방식으로 생성된 잔류 염소를 이용하여 선박 평형수의 살균 처리를 수행하고, 2차적으로 처리수 반송 방식을 적용하여 잔류 염소와 살균 대상 생물과의 접촉 시간을 증가시킴으로써 일정 수준 이상의 접촉 시간을 보장해 줌으로써 안정적인 선박 평형수 처리(특히, 살균 처리를 통한 살균 대상 생물의 사멸)가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치(100a)는 잔류 염소 생성부(110), 중화부(120), 처리수 반송부(130)를 포함한다.
선박 평형수 처리 장치(100a)는 밸러스트 탱크와 씨 체스트(sea chest) 상이에 연결되어 있어 밸러스트 탱크에 저장되어 있던 선박 평형수가 선박 외부로 배출되는 주 경로인 메인 배관(50)을 구비하고 있다.
이하에서는 메인 배관(50)을 따른 선박 평형수의 흐름을 메인 스트림이라 한다. 또한, 본 명세서에서는 밸러스트 탱크 쪽을 메인 스트림의 상류, 씨 체스트 쪽을 메인 스트림의 하류로 가정하여 설명하기로 한다.
잔류 염소 생성부(110)는 메인 배관(50)을 통해 밸러스트 탱크에서 선박 외부로 배출되는 선박 평형수의 메인 스트림의 상류 지점에서 그 일부를 원수로 유입하고, 전기분해 방식으로 살균 효과가 있는 잔류 염소를 함유하는 살균액을 생성하여 메인 스트림의 중류 지점에 주입한다.
이러한 잔류 염소 생성부(110)는 유입 펌프(111), 전기분해조(112), 정류부(113), 제어부(114), 기액분리부(115)를 포함한다.
유입 펌프(111)는 메인 배관(50)의 상류 지점 근처의 선박 평형수를 펌핑하여 유입관을 통해 선박 평형수의 메인 스트림 중 일부 유량을 사이드 스트림으로서 잔류 염소 생성부(110) 내에 원수로 인입할 수 있도록 한다.
유입 펌프(111)의 하류에는 전기분해조(112)가 배치된다.
전기분해조(112)는 유입 펌프(111)에 의해 유입관을 통해 인입된 원수, 즉 사이드 스트림을 전기분해하여 살균 물질에 해당하는 차아염소산(HClO)을 생성한다. 차아염소산이 선박 평형수 내 살균 대상 생물을 사멸시키는 잔류 염소에 해당한다.
이 과정에서 전기분해조(112)는 정류부(113)에서 공급되는 전류값에 따라 차아염소산의 생성량을 변화시킴으로써 살균액 농도를 변화시킬 수 있다.
전기분해조(112)는 양극부와 음극부를 포함하며, 정류부(113)에서 공급되는 전류를 이용한 전기분해 과정을 통해 음극부에서는 차아염소산이 생성되며, 양극부에서는 평형수 처리와는 무관한 부산물인 수소(H2), 염소가스(Cl2) 등이 생성된다.
차아염소산의 농도는 전기분해조(112)에서 사이드 스트림에 가해지는 전류값과 소정의 상관관계를 가지고 있다. 전류값 및 생성되는 차아염소산의 농도에 대한 상관관계는 예를 들어 테이블 형태 혹은 함수식 형태(예를 들어, y=ax와 같은 일차함수, 여기서, y는 차아염소산 농도, x는 전류값, a는 비례상수)로 표현될 수 있으며, 제어부(114)에 저장되어 있을 수 있다.
즉, 제어부(114)에서는 미리 저장되어 있는 전류값 및 차아염소산의 농도에 대한 상관관계에 기초하여 제어 신호를 생성 출력함으로써, 정류부(113)에서 전기분해조(112)에서 공급하는 전류값을 제어하여 전기분해를 통한 차아염소산의 생성량을 조절할 수 있다.
기액분리부(115)는 전기분해조(112)에서 생성된 물질 중 평형수 처리에 무관한 부산물인 수소 및 염소가스를 제거한다. 즉, 액체 성분의 고농도 차아염소산이 포함된 살균액은 통과시키고, 기체 성분의 수소 및 염소가스만을 분리하여 메인 스트림에 주입되는 것을 방지한다.
기액분리부(115)에서 기체 성분이 분리된 액체 성분의 살균액은 메인 배관(50)의 중류 지점에서 주입되어 메인 스트림에 혼합된다.
메인 배관(50) 내에서는 밸러스트 탱크에서 방출되는 선박 평형수와 잔류 염소 생성부(110)에서 생성된 살균액이 혼합된다. 잔류 염소 생성부(110)에서 생성된 살균액은 소정 농도의 차아염소산을 함유하고 있어 메인 스트림의 중류 지점에서 합류되면서, 희석화 및 완전 혼합 과정을 거쳐 메인 스트림이 적절한 농도(예를 들어, 0.21 ppm 정도)를 가지도록 하며, 대용량의 선박 평형수(메인 스트림)에 대한 살균 처리가 원활히 수행된 처리수(treated water)가 되도록 한다.
제어부(114)는 잔류 염소 생성부(110)에 포함되는 각 구성요소의 기능을 제어한다. 예를 들어, 제어부(114)는 유입 펌프(111)의 펌핑 동작을 제어하여 전기분해조(112)로 유입되는 사이드 스트림의 양을 조절할 수 있다. 또한, 제어부(114)는 정류부(113)에서 전기분해조(112)에 공급되는 전류값을 제어하여 전기분해조(112)에서 생성되는 차아염소산의 양, 즉 잔류 염소의 농도를 조절할 수도 있다.
또한, 제어부(114)는 후술할 중화부(120) 및/또는 처리수 반송부(130)의 각 구성요소의 기능도 제어하는 선박 평형수 처리 장치(100a) 전체의 제어부일 수도 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
잔류 염소 생성부(110)는 메인 배관(50)의 중류 지점 이하에 위치하는 하류 지점을 지나는 메인 스트림에 대해서 잔류 염소 농도를 측정하기 위한 측정부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
측정부에서 측정된 잔류 염소 농도에 기초하여 현재 잔류 염소 생성부(110)에서 생성되는 살균액 농도의 적정성을 판단하고, 그 농도가 적정값에 이르지 않은 경우에는 이를 적정한 기준 농도로 맞추기 위해 전기분해조(112)에서 생성되는 차아염소산의 양을 증가시키거나 감소시키는 제어 신호를 생성하여 정류부(113)로 출력할 수 있다.
즉, 제어부(114)는 잔류 염소 생성부(110)에서 생성된 살균액이 메인 스트림에 주입된 이후 측정된 메인 스트림의 잔류 염소 농도에 기초하여 정류부(113)에서 전기분해조(112)에 공급하는 전류값을 조절하는 제어 신호를 생성하여 출력할 수 있다.
중화부(120)는 살균 대상 생물을 사멸시키기 위한 잔류 염소가 잔존하는 처리수를 중화시켜 선박 외부로 배출될 수 있도록 한다.
이러한 중화부(120)는 중화제 탱크(122) 및 주입 펌프(124)를 포함한다.
중화제 탱크(122)는 처리수에 대한 중화 처리가 가능한 약품이 액체 형태로 저장되어 있는 공간이다. 중화제 탱크(122)에 저장되어 있는 중화제로는 예를 들어 티오황산나트륨(Sodium thiosulfate), 아황산나트륨(Sodium sulfite), 중아황산나트륨(Sodium bisulfate), 메타중아황산나트륨(Sodium metabisulfite), 아스코르빈산(Ascorbic acid) 중 하나 이상이 적용될 수 있다.
살균 물질, 즉 잔류 염소가 처리수 내에 잔존하는 경우에 선박 외부로 배출되면 인근 해역 환경에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 살균 물질인 잔류 염소를 중화하여 배출할 필요가 있으며, 전술한 중화제를 이용하여 처리수 내에 잔존하는 살균 물질을 중화시키는 것이 가능하다.
중화제가 고체 형태인 경우에는 물에 녹여 용액 형태로 변형시킨 후 사용할 수 있으며, 이 경우 중화제 탱크(122)에는 별도의 교반기(미도시)가 설치될 수도 있다.
중화제 탱크(122)에 저장되어 있는 액체 형태의 약품(중화액)은 주입 펌프(124)의 펌핑 동작에 의해 주입관을 거쳐 메인 배관(50)의 하류 지점에서 주입될 수 있다.
중화부(120)는 별도의 제어부(미도시)를 가지고 있거나 선박 평형수 처리 장치의 제어부(예를 들어, 전술한 제어부(114))에 의해 각 구성요소의 기능이 제어된다. 제어부는 주입 펌프(124)의 펌핑 동작을 제어하여 중화제 탱크(122)에 저장된 중화액이 메인 배관(50)에 주입되는 양을 조절할 수 있다.
잔류 염소 생성부(110)에서 생성된 살균액의 주입 지점에서 중화부(120)에서 생성된 중화액의 주입 지점까지가 살균액에 함유된 잔류 염소와 선박 평형수 내에 잔존하는 살균 대상 생물이 접촉하는 구간이라고 볼 수 있다.
처리수 반송부(130)는 잔류 염소를 함유하는 살균액이 주입되어 살균 처리된 처리수에 대하여 중화 처리되기 이전에 그 일부 유량을 소정의 반송 경로를 따라 반송(recycle)시켜 처리수 내에 잔존하는 살균 대상 생물과 잔류 염소와의 접촉 시간을 증가시켜 살균 효과를 증대시킨다.
이러한 처리수 반송부(130)는 반송 배관(131), 반송 밸브(132) 및 반송 펌프(133)를 포함한다.
반송 배관(131)은 메인 배관(50)의 하류 지점과 상류 지점 사이에 연결되어 하류 지점의 처리수가 상류 지점으로 반송되도록 한다.
특히 반송 배관(131)은 그 일단이 메인 배관(50)의 하류 지점 중 중화부(120)에서 중화제가 주입되는 지점 직전에 연결되도록 한다. 그리고 그 타단은 하류 지점에서의 연결지점에서의 연결 지점의 상류 부분이면 충분하며, 잔류 염소와의 접촉 시간을 증대시키기 위해서는 최상류 지점(예를 들어, 잔류 염소 생성부(110)에서의 사이드 스트림(원수) 유입 지점 직전)에서 메인 배관(50)에 연결되는 것이 좋을 것이다.
반송 밸브(132)가 온오프(on-off)되어 반송 배관(131)을 통한 처리수 반송 여부를 제어하며, 반송 펌프(133)가 펌핑 동작을 통해 반송 배관(131)을 통해 반송되는 처리수의 유량을 조절한다.
처리수 반송부(130)는 별도의 제어부(미도시)를 가지고 있거나 전술한 제어부(114)에 의해 각 구성요소의 기능이 제어된다. 제어부는 반송 밸브(132)의 온오프 동작을 제어하거나 반송 펌프(133)의 펌핑 동작을 제어하여 처리수의 반송 여부 혹은 반송되는 처리수 유량을 조절할 수 있다.
이와 같이 처리수 반송부(130)에 의해 메인 스트림 중 일부 유량이 반송됨으로써 전체 유량 대비 반송 유량의 비율만큼의 잔류 염소 접촉 시간을 확보할 수 있어 처리수의 살균 성능을 향상시키고, 소정의 기준치 이하로 살균 대상 생물을 사멸시킬 수 있게 된다.
반송시키는 유량의 비율을 처리수의 수질 성상과 조건에 따라 제어부에서 반송 펌프(133)의 동작을 제어함으로써 조절이 가능하다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따를 경우, 반송 배관을 추가하거나 기존의 배관을 변경하여 반송 배관으로 이용해야 하는 제한이 있다.
하지만, 선박의 종류에 따라 배관의 추가 혹은 변경이 용이하지 않을 수 있는 바, 이 경우 살균 대상 물질과 잔류 염소와의 접촉 시간을 증가시키기 위한 선박 평형수 처리 장치에 대해 이하 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 선박 평형수 처리 장치(100b), 메인 배관(50), 유입 펌프(111), 전기분해조(112), 정류부(113), 제어부(114), 기액분리부(115), 중화부(120), 중화제 탱크(122), 주입 펌프(124), 처리수 체류부(140), 처리수 체류 탱크(141), 체류 밸브(142), 체류 펌프(143)가 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치(100b)는 1차적으로 전기분해 방식으로 생성된 잔류 염소를 이용하여 선박 평형수의 살균 처리를 수행하고, 2차적으로 처리수 체류 방식을 적용하여 잔류 염소와 살균 대상 생물과의 접촉 시간을 증가시킴으로써 일정 수준 이상의 접촉 시간을 보장해 줌으로써 안정적인 선박 평형수 처리(특히, 살균 처리를 통한 살균 대상의 사멸)가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치(100b)는 잔류 염소 생성부(110), 중화부(120), 처리수 체류부(140)를 포함한다.
여기서, 잔류 염소 생성부(110) 및 중화부(120)는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치(100a)에 포함되는 잔류 염소 생성부(110) 및 중화부(120)와 그 구성요소 및 기능이 동일한 바, 이하에서는 처리수 체류부(140)를 중심으로 설명하기로 한다.
처리수 체류부(140)는 잔류 염소 생성부(110)에서 생성된 살균액의 주입 지점과 중화부(120)에서 생성된 중화액의 주입 지점 사이에서 메인 스트림의 유량 일부를 분기시켜 처리수 체류 탱크(141) 내에서 소정 시간 동안 체류시킨 이후 방출함으로써 처리수 내에 잔존하는 살균 대상 생물과 잔류 염소와의 접촉 시간을 증가시켜 살균 효과를 증대시킨다.
이러한 처리수 체류부(140)는 처리수 체류 탱크(141), 체류 밸브(142) 및 체류 펌프(143)를 포함한다.
처리수 체류 탱크(141)는 처리수가 유입되어 저장될 수 있는 저장 공간이다.
체류 밸브(142)는 온오프되어 메인 배관(50)으로부터 분기된 처리수가 처리수 체류 탱크(141)로 유입되는지 여부를 제어한다.
체류 펌프(143)는 펌핑 동작을 통해 처리수 체류 탱크(141)에 저장되어 있는 처리수가 메인 배관(50)으로 주입되는 유량을 조절한다.
처리수 체류부(140)는 별도의 제어부(미도시)를 가지고 있거나 선박 평형수 처리 장치 제어부에 의해 각 구성요소의 기능이 제어된다. 제어부는 체류 밸브(142)의 온오프 동작을 제어하여 분기된 일부 유량의 처리수의 처리수 체류 탱크(141)에서의 체류 여부를 조절하거나 체류 펌프(143)의 펌핑 동작을 제어하여 처리수 체류 탱크(141)로부터 메인 배관(50)으로 주입되는 유량을 조절할 수 있다.
이와 같이 처리수 체류부(140)에 의해 메인 스트림 중 일부 유량이 분기된 이후 소정 시간 동안 처리수 체류 탱크(141) 내에서 체류하고 있음으로써 잔류 염소 접촉 시간을 확보할 수 있어 처리수의 살균 성능을 향상시키고, 소정의 기준치 이하로 살균 대상 생물을 사멸시킬 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치(100c)는 잔류 염소 생성부(110), 중화부(120), 처리수 반송부(130), 처리수 체류부(140)를 포함하고 있다. 즉, 살균 대상 물질과 잔류 염소의 접촉 시간을 증대시키기 위해 처리수 반송부(130) 및 처리수 체류부(140)를 모두 포함하고 있다.
즉, 사이드 스트림에서 잔류 염소 생성부(110)에 의해 생성된 잔류 염소가 메인 스트림에 주입된 이후 중화부(120)에 의한 중화액의 주입으로 중화 처리 되기 이전에 처리수 반송부(130)를 통해 일부 유량을 반송하고 처리수 체류부(140)를 통해 일부 유량을 체류시킴으로써 2중으로 잔류 염소 접촉 시간을 증가시켜 처리수의 살균 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
전술한 것과 같이 본 발명의 실시예들에서 별도의 구성요소(처리수 반송부(130) 및/또는 처리수 체류부(140))를 이용하여 반송 또는 체류의 기능을 수행하게 하면, 메인 스트림의 유체가 흐르는 메인 배관 자체 내에 물리적인 구조를 형성하는 경우에 비해 압력 손실이 적고 설비의 추가/변경이 용이한 장점이 있다.
도 4는 잔류 염소의 농도 및 잔류 염소와의 접촉 시간 및 살균 대상 생물의 사멸 정도에 대한 실험 결과를 나타내는 표이다.
도 4를 참조하면, 잔류 염소 농도는 ppm 단위이며, 잔류 염소와의 접촉 시간은 초(sec) 단위이고, 살균 대상 생물(예를 들어, 종속영양생물)의 개체 수는 cfu/mL 단위로 기재되어 있다.
잔류 염소 농도가 0.0 ppm 이고, 잔류 염소 접촉시간이 0 초 인 경우 살균 대상 생물의 개체 수가 60,042 cfu/mL 인 경우를 기준으로 하고 있다.
잔류 염소 접촉 시간이 동일한 경우에는 잔류 염소 농도가 증가할수록 살균 대상 생물의 개체 수가 감소함을 확인할 수 있다(잔류 염소 접촉 시간이 5 초인 경우, 잔류 염소 농도가 0.3, 0.4, 1.0 ppm 순으로 증가하는 경우(210) 참조).
잔류 염소 농도가 동일한 경우에는 잔류 염소 접촉 시간이 증가할수록 살균 대상 생물의 개체 수가 감소함을 확인할 수 있다(잔류 염소 농도가 3.0 ppm 혹은 4.0 ppm 이고, 그 접촉 시간이 각각 5 초 및 10 초 인 경우(220, 230) 참조).
이를 참조하면, 목표로 하는 살균 대상 생물의 사멸율을 충족시키기 위한 잔류 염소의 주입량 및 확보해야 하는 접촉 시간을 설정할 수 있다. 여기서, 잔류 염소의 주입량은 잔류 염소 생성부(110)의 전기분해 과정에서의 전류값을 결정하는 주요 인자가 되며, 접촉 시간은 처리수 반송부(130) 혹은 처리수 체류부(140)의 설계 시에 반송 배관(131)의 길이, 처리수 체류 탱크(141)의 용량, 반송 펌프(133) 혹은 체류 펌프(143)의 용량을 결정하는 주요 설계 인자가 될 것이다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100a, 100b, 100c: 선박 평형수 처리 장치 50: 메인 배관
110: 잔류 염소 생성부 111: 유입 펌프
112: 전기분해조 113: 정류부
114: 제어부 115: 기액분리부
120: 중화부 122: 중화제 탱크
124: 주입 펌프 130: 처리수 반송부
131: 반송 배관 132: 반송 밸브
133: 반송 펌프 140: 처리수 체류부
141: 처리수 체류 탱크 142: 체류 밸브
143: 체류 펌프

Claims (12)

  1. 밸러스트 탱크에서 선박 외부로 배출되는 선박 평형수를 처리하는 장치로서,
    상기 선박 평형수가 진행되는 메인 배관의 상류 지점에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 전기분해 방식으로 잔류 염소가 포함된 살균액을 생성하고 상기 메인 배관 내에 주입하는 잔류 염소 생성부;
    상기 선박 평형수가 상기 살균액에 의해 살균 처리된 처리수를 상기 메인 배관의 하류 지점에서 중화액을 주입하여 중화 처리하는 중화부; 및
    상기 처리수 중 일부 유량을 소정의 반송 경로를 따라 반송시키는 처리수 반송부를 포함하되,
    상기 처리수 반송부는,
    일단이 상기 메인 배관 중 상기 중화액의 주입 지점 전에 연결되고 타단이 상기 메인 배관 중 상기 일단의 연결 지점보다 상류 부분에서 연결되는 반송 배관과,
    상기 반송 배관을 통해 반송되는 반송 유량을 조절하는 반송 펌프를 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반송 펌프의 펌핑 동작을 제어하여 상기 반송 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반송 배관의 타단은 상기 잔류 염소 생성부에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하는 지점 전의 지점에서 상기 메인 배관에 연결되는 선박 평형수 처리 장치.
  5. 밸러스트 탱크에서 선박 외부로 배출되는 선박 평형수를 처리하는 장치로서,
    상기 선박 평형수가 진행되는 메인 배관의 상류 지점에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 전기분해 방식으로 잔류 염소가 포함된 살균액을 생성하고 상기 메인 배관 내에 주입하는 잔류 염소 생성부;
    상기 선박 평형수가 상기 살균액에 의해 살균 처리된 처리수를 상기 메인 배관의 하류 지점에서 중화액을 주입하여 중화 처리하는 중화부; 및
    상기 처리수 중 일부 유량을 분기시켜 소정 시간 동안 체류시키는 처리수 체류부를 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리수 체류부는,
    상기 처리수 중 일부 유량을 저장하는 처리수 체류 탱크와,
    상기 처리수 체류 탱크의 하류에 위치하여 상기 처리수 체류 탱크에 저장된 처리수 중 상기 메인 배관으로 재주입되는 유량을 조절하는 체류 펌프를 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 체류 펌프의 펌핑 동작을 제어하여 상기 메인 배관으로 재주입되는 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 처리수 체류부는 상기 잔류 염소 생성부에서 생성된 살균액이 주입되는 지점과 상기 중화부에서 상기 중화액을 주입하는 지점 사이에서 상기 처리수 중 일부 유량을 분기시키는 선박 평형수 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 처리수 중 일부 유량을 소정의 반송 경로를 따라 반송시키는 처리수 반송부를 더 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 처리수 반송부는,
    일단이 상기 메인 배관 중 상기 중화액의 주입 지점 전에 연결되고 타단이 상기 메인 배관 중 상기 일단의 연결 지점보다 상류 부분에서 연결되는 반송 배관과,
    상기 반송 배관을 통해 반송되는 반송 유량을 조절하는 반송 펌프를 포함하는 선박 평형수 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    제어부는 반송 펌프의 펌핑 동작을 제어하여 상기 반송 유량을 조절하는 선박 평형수 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 반송 배관의 타단은 상기 잔류 염소 생성부에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하는 지점 전의 지점에서 상기 메인 배관에 연결되는 선박 평형수 처리 장치.
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