KR101424778B1 - 여과기, 살균, 계측 및 제어 유닛을 구비한 밸러스트 수처리 플랜트 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 여과기 유닛(B)과 적어도 하나의 살균 유닛(C)을 구비하고, 단위 물 부피당 사전에 설정 가능한 크기의 살아 있는 유기체의 개수가 결정될 수 있게 하는 검출 유닛(D)을 구비하고, 살균 유닛(C)이 결정된 살아 있는 유기체의 개수의 함수로서 제어될 수 있도록 하는 제어 유닛을 구비하는, 침전물 제거 및/또는 살아 있는 유기체 제거 및/또는 파괴를 위한 수처리 플랜트, 특히 밸러스트 수처리 플랜트.
Figure R1020097000321
밸러스트 수처리 플랜트, 여과기 유닛, 살균 유닛, 검출 유닛

Description

여과기, 살균, 계측 및 제어 유닛을 구비한 밸러스트 수처리 플랜트{BALLAST WATER TREATMENT PLANT HAVING FILTER, DISINFECTION, INSTRUMENTATION AND CONTROL UNIT}
본 발명은, 적어도 하나의 여과기 유닛과 적어도 하나의 살균 유닛을 구비하는 침전물의 제거 그리고/또는 살아 있는 유기체를 제거 및/또는 파괴하기 위한 수처리 플랜트, 특히 밸러스트 수처리 플랜트에 관한 것이다.
밸러스트 수에 존재하는 침투성 유기체(invasive organism)의 운반은 대양에 대한 최악의 위험 중의 하나이다. 선박들은 선적되지 않거나 또는 완전히 선적되지 않은 경우에는 그 자세를 안정화시키기 위하여 밸러스트 수를 취수해야만 한다. 선박은 밸러스트 수에 있는 침전물과, 예를 들어 조류(algae)와 같은 유기체를 운반하고 도착 항구/장소에서 하역할 때 상기 유기체를 배출한다. 유기체는 선박의 이동 경로에 따라 다를 수 있겠지만, 그 이동 경로의 수역에서는 자연적으로 발생하지는 않는 것일 수 있고, 그래서 적절한 생존 환경이 갖추어져 있고 천적이 없는 경우에는 침투성 유기체로서 침투할 수 있고, 그에 따라 생태적, 경제적 그리고 보건적으로 상당한 손해를 야기한다.
밸러스트 수처리의 현재 관행은 외양(high sea)에서 밸러스트 수를 교환하는 것인데, 항구의 물이 바다 물에 의해서 밸러스트 수 탱크로부터 교체된다. 이를 위하여, 펌프식 방법(pump-through method)이 사용되거나 또는 탱크를 먼저 비우고 나서 다시 바다 물로 채운다. 서로 다른 생존 환경 때문에 항구의 유기체들은 외해에서 생존하지 못하고 그 반대도 마찬가지라는 가정이 과학적 배경이다. 그러나 이것은 넓은 범위의 유기체의 경우에는 항상 적용되는 것은 아니고, 각진 밸러스트 수 탱크 디자인에 기초해서는 교환이 결코 완전하게 수행될 수 없다. 더욱이 이것은 매우 시간 소모적인데, 예를 들어서 선상에 1,000,000 톤의 밸러스트 수를 가지고 있는 대형 원유 유조선의 경우에는 수 일이 걸릴 수도 있다. 종종, 열악한 기후 환경에서의 선박과 승무원의 안전상 이유 때문에 외양에서 교환하는 것은 전혀 고려되지 않는다.
따라서 침투성 유기체가 밸러스트 수에 의해 운반되어 전 세계에 확산되는 것을 방지하기 위하여 그와 같은 아주 일반적인 밸러스트 수 교환을 선상에서의 효과적인 밸러스트 수처리로 대체하는 것이 필요하다.
고도의 생물학적 작용 이외에, 주요 요건은 선박과 밸러스트 수 시스템 작동 시에 처리 공정이 집적이 가능한 것이다. 이와 관련하여, 밸러스트 수처리가 50 ~ 7,000 m3/h 범위의 높은 체적 유량으로 방해 없이 작동하는 것이 중요하다. 고도의 자동화, 유지 관리 용이성, 적합한 재료 선택성, 선박 상의 설치 위치에 대한 고려와 살균 공정에 의해서 부식 축적이 발생하지 않는 것이 추가적 요건들이다.
밸러스트 수 탱크를 충전하고 비우기 위한 파이프라인 시스템들이 있는 현재 의 선상 밸러스트 수 시스템과 비교해서, 처리 시스템을 설치함에 있어서는 분리기를 디슬러징(desludge)하는 데에, 예를 들어 여과기를 역세정하는 데에는 정화된 물을 일부 사용한다는 점을 고려하여야 한다. 밸러스트 수 제거 기간과 선박의 방치 기간을 연장시키지 않도록, 밸러스트 수에 침전물 함량이 높은 경우에도 밸러스트 수 순생산이 높은 분리기를 선택하는 것이 필요하다.
밸러스트 수처리 플랜트는 전 세계에서 존재하는 모든 수질을 처리할 수 있어야 한다. 생물학적 및 화학-물리학적 수질(water quality)은 지리적, 기후적 및 계절적으로 큰 변화에 노출된다.
밸러스트 수는 하천수(stream water), 염수 및 바닷물로 구성될 수 있어서, 밸러스트 수처리에서 제거 및/또는 파괴되어야만 하는 아주 많은 수의 유기체들이 포함될 수 있게 한다. 관련 유기체 집합들은 바이러스뿐만 아니라 어류, 연체동물, 및 갑각류, 동물성 플랑크톤, 식물성 플랑크톤, 시스테인, 박테리아를 포함한다.
물의 화학-물리학적 파라미터들에 있어서, 특히 입도 분포와 현탁 침전물 농도 (측정 파라미터들: 여과될 수 있는 물질들)가 처리에 있어서 아주 중요하다. 상기 언급한 영향 인자들 이외에, 현탁 침전물 농도는 추가적으로 바람과 조류 효과, 인접한 선박 움직임, 및 구동과 횡방향 추진 유닛의 사용과 같은 밸러스트 수를 빨아들이는 부분의 국부적 환경에 영향을 받고, 이것은 결과적으로 퇴적된 침전물을 소용돌이 치게 하고 따라서 농도를 증가시킨다. 특히 조류 영향을 받는 항구에서는 매우 높은 침전물 농도가 나타난다.
하나 이상의 대형 기계적 분리기를 구비한 플랜트들이 공지되어 있는데, 이 들은 선내에 장착하는 설계에는 부적절하다는 것이 입증되었고, 2.5 m의 공통적인 갑판 높이를 초과한다. 밸러스트 수 탱크 내에서 침전물들이 퇴적하는 것은 탱크 정화 및 선적 성능의 손실 때문에 고비용을 야기한다. 일부 플랜트들은 압력 손실이 크거나 또는 밸러스트 수 펌프의 전달 압력이 클 것을 요구한다. 현재의 밸러스트 수 펌프들의 전달 레벨은 1.5 ~ 4 bar의 범위에 있고 단지 제한된 범위에서만 이를 증가시킬 수 있다. 밸러스트 수 살균을 위하여 자외선 시스템을 사용(국제 특허 공개 공보 WO 02/074 692)하는 것은 물에서의 전달이 저조하기 때문에 적합하지 않다.
예를 들어서 흐름 특성(flow profile)의 변화(국제 특허 공개 공보 WO 2005/108 301) 또는 파이프라인의 초음파(국제 특허 공개 공보 WO 2005/076 771)에 의해서 생성된 공동 형상을 살균을 위하여 사용하는 것은 에너지 소비가 아주 많고 또한 능동력(active force) 때문에 예를 들어서 파이프라인에서 재료의 손상과 항상 관련된다.
오존(국제 특허 공개 공보 WO 2006/086 073) 또는 이산화염소(국제 특허 공개 공보 WO 02/44089)의 사용과 같은 다른 공지의 살균 공정들은 이러한 물질들이 번거롭게도 선상에서 생성될 것을 요구한다. 이산화염소의 경우에, 첨가 전에 두 개의 유해 화학물의 혼합이 필요하다. 오존의 경우에는, 또한 승무원의 건강상 위해를 가하게 된다. 오존은 수중으로부터 기체를 방출하고, 밸러스트 수 탱크들이 밀폐된 용기라기보다는 밖으로 나가는 공기 호스를 가지고 있기 때문에, 유독 오존 기체가 주변 대기로 침입할 수 있다. 더욱이 오존이 밸러스트 수 파이프라인과 탱 크 시스템에서 사용되는 재료의 부식을 증가시키는지 여부가 여전히 불명확하다. 바닷물에서 pH가 7 내지 8.5인 것에 기반해서, 오존화에서 브롬화물의 농도가 더 높기 때문에 암을 유발하는 브롬산염의 형성이 발생할 수 있다.
완성된 상업적으로 판매되는 화학 물질(유럽 특허 제1 006 084호, 유럽 특허 제1 447 384호)로서 살충제를 첨가할 때, 상기 화학 물질은 수 시간 내지 수 일간의 일정한 노출 시간이 요구되고 또한 일정 시간 동안에만 작용한다는 점이 고려되어야 한다. 밸러스트 수 탱크에서의 작용 기간이 운행 기간보다 짧다면, 선택적으로 살충제가 선상에서 다시 도포되어야 한다. 그러나 작용 기간이 경과되지 않아서 살충제가 아직 소비되지 않았다면, 밸러스트 수는 여전히 환경 상 이유로 배출되지 말아야 한다. 이때 밸러스트 수의 운용에 과도한 제한이 가해질 수 있다.
종래의 염소 전해질들은 살균제를 생성하기 위하여 물에서의 전도성이 최소가되는 것을 요구한다(예를 들어, 국제 특허 공개 공보 WO 2005 061 394). 대부분의 선박들이 전 세계를 이동할 수 있도록 설계되기 때문에, 하천수(담수)에 적용할 수 없다. 하천수에서의 전도성이 낮은 경우, 살균제는 일단은 염류천으로부터 생성되거나(국제 특허 공개 공보 WO 03/023 089) 또는 전기 분해에 의해서 염분을 첨가함으로써 생성되어야 한다(미국 특허 출원 제2006/0113257호). 이러한 과정은 화학 물질을 선상으로 가져와서는 보관하고 첨가 전에 직접 준비해야하는 문제점을 가지고 있다.
또한, 종래의 전기 분해에서 생성된 잔류 염소가 밸러스트 수와 함께 직접 외부로 배출되지 않아야 하는 점도 문제점이 있다. 선상의 물이 배출되기 전에 잔 류 농도가 영(zero)으로 떨어질 때까지 유지 시간(holding time)이 유지되게 해야 하거나(국제 특허 공개 공보 WO 2006/003 723) 하거나 또는, 예를 들어 아황산 나트륨(미국 특허 출원 제2006/0113257호) 또는 티오황산 나트륨(국제 특허 공개 공보 WO 2004/054932)과 같은 환원제를 첨가해서 잔류 염소 농도를 저하시켜야만 한다. 이로 인해서 선상에서 다른 화학 물질을 물류 배송, 저장, 관리 및 측량하는 것이 필요하게 된다.
보통, 살균제의 측량은 체적 유량에 비례혜서 수처리에서 수행되거나(유럽 특허 제1 447 384호) 또는 살균 공정의 방출 및 대응하는 재조정 과정의 살균제 농도 온라인 측정에 기초해서 수행된다(미국 특허 출원 제20060113257호, 국제 특허 공개 공보 WO 2005061394). 이와 관련하여, 살아 있는 유기체의 파괴와 같은 처리의 지시 작용이 탐지되지 않는다.
체적 유량에 비례한 측정은 단지 일정한 투여 비율만을 가능하게 하지, 수질의 변동과 이에 따른 물의 살균제의 서로 다른 감소 속도가 고려되지는 않는 것이 문제점이다.
살균 공정을 조절하기 위한 보통의 온라인 측정 절차들은 처리가 완료된 후에 살균제 농도의 측정에 기초한다. 이를 위해서, 대부분의 경우에 정전위 측정 셀(potentiostatic measuring cell)들이 메인 스트림(main stream)의 바이패스에 있는 센서와 함께 사용되어, 산화제 염소(유리 및/또는 전체 염소[free and/or total chlorine]), 이산화염소, 오존, 브롬뿐만 아니라 OH 라디칼의 농도가 온라인으로 결정되고 살균을 위한 설정 값으로서 사용된다. 센서 앞의 통합 여과기가 오 작동을 방지하지만 쉽게 막힌다. 고형물과 조류를 포함한 표면수의 측정에 있어서, 입자들의 수거와 측정 셀의 생물 부착이 발생하는 데, 이로 인해서 살균제를 추가적으로 소비하게 되어 측정치를 왜곡할 수 있다. 이를 회피하기 위하여, 관리 비용이 더 많이 소요되는데, 이것은 일반적으로 선상의 승무원 수가 작기 때문에 가능하지 않다. 다수의 산화제(oxidizing agent)가 동시에 수중에 존재한다면, 살균제들 간에 차이점이 존재할 수 없고, 모든 산화제의 잔류 농도가 검출된다.
현재의 밸러스트 수 시스템들의 작동을 모니터링하는 것은 밸러스트 수 탱크와 대응 데이터 기억장치의 충전 수준 측정(fill-level measurement) 및/또는 체적 유량의 측정을 통해서 수행된다. 충전 수준의 변화는 밸러스트 수 탱크가 펌프에 의해서 비워지고 배출되었음을 나타내기 위하여 공지의 밸러스트 수처리 공정에서 사용된다(국제 특허 공개 공보 WO 2005/10830). 그러나 이것이 밸러스트 수가 처리되었음을 나타내는 것은 아니다.
본 발명의 목적은, 특히 밸러스트 수처리 플랜트에 요구되는 요건의 선박에 충족되는, 물의 단위 부피당 살아 있는 유기체의 개수에 대한 전술한 기준을 유지하면서 상기의 문제점을 극복하고 신뢰할 수 있는 수처리를 가능하게 하는, 살아 있는 유기체의 제거 및/또는 파괴와 그리고/또는 침전물 제거를 위한, 수처리 플랜트, 특히 밸러스트 수처리 플랜트를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구범위 제1항에 따른 수처리 플랜트에 의해서 본 발명에 의해 달성된다.
이와 같은 경우에, 플랜트에는 규정된 값의 살아 있는 유기체의 개수가 물의 단위 부피당 결정될 수 있도록 하는 검출 유닛(detection unit)이 구비되고, 또한 플랜트에는 살균 유닛을 살아 있는 유기체의 결정된 개수에 기초해서 제어할 수 있도록 하는 제어 유닛이 구비되는 것이 특히 바람직하다.
물의 단위 부피당 사전 설정될 수 있는 값의 살아 있는 유기체의 실제 개수를 결정함으로써, 살균 유닛을 정확하게 조절하는 것이 가능한데, 즉 물의 살균이 너무 부족하지도 않고 너무 과하지 않게 실행된다. 플랜트는 밸러스트 수의 처리로 국한되지 않는다. 일반적으로, 상기 플랜트는 선상과 육상 모두에서 용수(service water) 처리에도 사용될 수 있다. 살균 유닛의 조정의 기초를 형성하는 물의 단위 부피당 살아 있는 유기체의 개수를 결정함으로써 플랜트를 강화된 환경 표준에 적합하게 하고, 또한 특히 밸러스트 수를 외부환경으로 배출하는 데 있어 국제적으로 구속력 있는 기준을 기술하고 있는 국제 해사 기구(IMO) 성능 기준 D2를 유지하기 위하여 사전 설정될 수 있는 기준을 유지할 수 있게 한다.
다른 바람직한 실시예들이 종속항들에 기재되어 있다.
바람직하게는 검출 유닛은 살균 유닛의 하류에 있다. 이와 관련하여, 살균 유닛에서 나온 물의 수질을 직접 결정하는 것이 가능하다.
검출 유닛이 살아 있는 식물 플랑크톤 세포들 및/또는 미생물을 검출하기 위한 형광계(fluorometer)를 구비하는 것이 특히 바람직한데, 상기 형광계에 의해서 최소 형광도와 최대 형광도가 물의 단위 부피에 대해서 결정될 수 있고, 상기 형광계는 산정 유닛을 구비하고 있으며, 상기 산정 유닛을 의해서 살아 있는 식물 플랑크톤 세포들 및/또는 하나의 기준 종(reference species)의 미생물들의 수를 계산할 수 있을 뿐만 아니라 가변 형광도를 계산할 수 있다.
이 경우에, 최소 형광도 Fo는 살아 있는 세포들과 죽은 세포들의 형광도를 의미하고, 최대 형광도 Fm은 적어도 대략적으로 모든 주요 전자 수용체가 환원된 때의 형광도를 나타내며, 가변 형광도 Fv는 최대 형광도 Fm과 최소 형광도 Fo 사이의 차이를 나타내는데, 각 경우에 측정실에서 발견된 물 및/또는 유기체에 대하여 검사되게 된다.
물에 있는 살아 있는 세포들 또는 유기체들을 결정하기 위하여, 형광계에 의하여 형광도가 탐지될 수 있다. 이 경우에, 한편, 두 상태가 식별될 수 있는데, 광, 특히 정해진 파장의 광을 도입하는 경우 최소 형광도 Fo(암 상태)와 최대 형광도 Fm이다. 최대 형광도 Fm에서 최소 형광도 Fo를 뺀 차이, 즉 가변 형광도 Fv는, 시험되는 물 및/또는 유기체의 양 또는 측정실의 살아 있는 식물 플랑크톤 세포들 및/또는 미생물들의 개수에 대한 지표로서 아주 적합하다라는 사실이 밝혀졌는데, 이는 가변 형광도 Fv와 살아 있는 세포들의 개수가 상호 관련되기 때문이다.
최소 형광도 Fo(조명 없음)의 측정과 최대 형광도 Fm(조명 있음)의 측정뿐만 아니라, Fm에서 Fo를 뺀 차이, 즉 가변 형광도 Fv를 계산함으로써, 시험되는 물 및/또는 유기체들의 양 또는 측정실의 기준 종의 미생물들 및/또는 살아 있는 식물 플랑크톤 세포들의 개수가 산정될 수 있다.
최대 형광도 Fm에서 최소 형광도 Fo를 뺀 차이를 구해서 가변 형광도 Fv를 산정하는 것의 대안으로서 혹은 그와 중첩적인 것으로서, 특히 형광도 유도 곡선(fluorescence induction curve)의 타임 플롯을 부분적 또는 전체적으로 탐지하고 수학적 모델에 의한 내삽에 의해서 손실 정보를 얻음으로써 측정실의 형광도 유도 곡선의 다이나믹 플롯을 탐지하는 것도 가능하다.
형광도 광의 강도는 물 내/외에서 시험되는 수량의 각각의 측정실에 있는 기준 종의 셀 개수에 정비례하고, 즉 그 관계는 직선을 따라가고, 결국 정비례성의 직선의 기울기는 개별 세포들의 크기의 지표가 된다.
바람직하게는 검출 유닛은 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포들 및/또는 미생물들을 검출하기 위한 형광계를 구비하고, 형광계는 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 검출기를 구비한다.
바람직하게는 검출 유닛은 특히 유리 또는 플라스틱으로 제조된 큐벳(cuvette)에 의해 형성된 시험실(testing chamber)을 구비한다.
"시험실"은 검사되는 물, 즉 물 샘플로 채워지는 시험 공간(test volume)일 수 있지만, 시험실은, 조사되는 물의 일정 양이 여과되게 하는 멤브레인 여과기가 될 수도 있어서 최소 형광도 Fo와 최대 형광도 Fm의 측정이 물이 없는 멤브레인 여과기의 표면의 세포층에서 직접 수행되게 된다.
검출 유닛이 적어도 하나의 맥동 광원 및/또는 적어도 하나의 연속 광원, 특히 발광 다이오드(LED)들을 구비하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 검출 유닛은 다수의 광원을 구비하는데, 특히 약 420 nm의 파장을 가지는 청색 광과 같은 맥동 광의 적어도 하나의 광원과 그리고/또는 특히 660 nm의 파장을 가지는 적색 광과 같은 연속 광의 적어도 하나의 광원과 그리고/또는 700 nm 이상의 파장을 가지는 광원을 가진다.
바람직하게는, 물 단위 부피당 살아 있는 유기체들의 결정된 개수가 특히 문서화를 위하여 일시적으로 또는 영구적으로 저장될 수 있도록 하는 저장 유닛이 배열된다. 이와 관련하여, 문서화를 검사할 수 있게 하는 것이 가능하다.
검출 유닛은 플랜트의 제어 유닛과 저장 유닛에 연결될 수 있다. 따라서 이로 인해서 성공적인 처리의 탐지가 가능하다. 밸러스트 수 공정(밸러스트 수의 취수 및 배출)의 지속시간과 그 유형과 같은 정보 이외에 후자의 것은 소위 밸러스트 수 레코드 북(Ballast Water Record Book)에서 식별자로 사용될 수 있다.
바람직하게는 플랜트는 위치 결정 시스템(positioning system) 및/또는 내비게이션 시스템(navigation system)의 인터페이스(interface)를 구비한다.
바람직하게는, 수처리 유닛, 특히 수처리 플랜트의 제어 유닛은 선박의 제어 시스템 및/또는 선박의 GPS(Global Positioning System)에, 예를 들어 내비게이션 시스템에 의해서 연결된다.
대안으로, 데이터는 또한 위성 연결을 통해서 호출, 전송 및 외부에서 저장및 처리가 될 수 있다. 그러한 모든 경우들에서, 어느 위치에서, 어느 정도의 처리 효율성으로 얼마만큼의 물이 또는 밸러스트 수가 취수되었는지 또는 처리된 물 또는 밸러스트 수가 외부 환경으로 배출되었는지를 탐지할 수 있다. 이것은 예를 들어 항구 통제부에서 법적 요건의 가능한 통제를 용이하게 한다.
바람직하게는 여과기 유닛은 직렬 및/또는 병렬로 배열된, 특히 역세정 가능한 여과기들과 같은 다수의 여과기들을 구비하고 있다. 이와 관련하여, 여과의 질을 향상시키고 그리고/또는 많은 체적의 흐름을 여과할 수 있다.
바람직하게는 여과기 유닛은, 평행하게 연결되고 50 ㎛ 이하의 공칭 여과 정밀도를 가지는 적어도 두 개의 정밀 여과기들을 구비한다.
특히 다수의 평행한 여과기들을 배열하는 데 있어서, 여과기 유닛은 적어도 하나의 여과기가 처리될 물을 여과하는 데 사용되면서 동시에 평행한 여과기가 역세정 작업에서 세척되도록 작동될 수 있다. 다수의 여과기들에 대해서, 각 개별 여과기가 작동 시간 이후에 여과 공정에서 역세정되면서 동시에 적어도 하나의 평행한 여과기에서 추가적으로 물이 여과되도록 여과기 유닛이 작동될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 각 개별 여과기의 역세정이 일정하게 수행될 수 있고, 이로써 일정한 품질의 여과가 보장될 수 있으며, 각각 연속적으로 개별 역세정되는 평행하게 연결된 여과기들에 의해서 막힘 또는 손상이 방지된다.
바람직하게는 여과 유닛은 적어도 하나의 하이드로사이클론(hydrocyclone), 특히 평행하게 연결된 다수의 하이드로사이클론, 특히 분리 결정(separating grain)이 30 ㎛ 내지 60 ㎛인 단수 또는 다수의 하이드로사이클론을 구비한다.
바람직하게는 여과기 유닛은 적어도 하나의 거친 여과기, 특히 50 ㎛를 초과하는 공칭 여과 정밀도를 가지는 거친 여과기를 구비한다.
기계적 사전 분리 때문에, 살균제의 소비의 후속하는 살균과 제거의 부담을 완화하기 위한 입자와 유기체의 보다 철저한 분리가 가능하다. 더욱이 휴지 저항성 단계(resistant dormant stage)들과 같은 일부 유기체들은 미리 기계적으로 분리되어야 하는데, 이는 그러한 유기체들이 단지 살균제에 의해서는 충분하게 손상되지 않기 때문이다.
바람직하게는 적어도 하나의 압력 센서가 배열되는데, 이 센서에 의해서 여과기 유닛을 통한 압력 강화가 결정될 수 있다.
바람직하게는 여과기 유닛을 통한 압력 강하의 사전 설정 가능한 기준을 초과하거나 그리고/또는 사전 설정 가능한 기간의 시간이 지났을 때 여과기(들)의 역세정이 수행된다.
바람직하게는 여과기(들)의 역세정은 역세정 펌프에 의해서, 특히 높은 역세정 수압으로, 특히 4 bar 내지 7 bar의 역세정 수압으로 실시된다.
바람직한 실시에에서, 여과기 유닛은 평행하게 연결된 다수의 여과기들을 구비하는데, 각각의 개별 여과기는 제어식 밸브에 의해서 개(on)/폐(off) 될 수 있다.
바람직하게는, 여과기 유닛은 적어도 하나의 제어식 밸브를 통해서 처리되지 않은 물의 라인에 연결되고, 처리되지 않은 물의 라인은 밸브가 닫힐 때 바이패스를 형성한다.
바람직하게는 공급 펌프가 제공된다. 특히 공급 펌프가 여과기 유닛 상류에 위치되는 것이 바람직하다.
바람직하게는 역세정 펌프가 제공된다. 그러한 역세정 펌프는 전달의 역세정 공정에서 물을 공급한다. 특히 여과기의 역세정과 정화 작용은 역세정 수압이 높을수록 보다 효과적이다.
바람직하게는, 플랜트는 적어도 하나의 탱크, 특히 밸러스트 수 탱크를 구비한다.
바람직하게는 플랜트 또는 플랜트의 개별 구성 요소들의 역세정은 음료용 물 및/또는 산업용수 및/또는 플랜트 처리된 물에 의해서 수행된다.
바람직하게는 역세정된 여과기 슬러지(sludge)를 취득하기 위하여 저장 탱크가 제공된다. 그러나 대안으로서 역세정된 여과기 슬러지를 외부환경으로 배출하는 것이 또한 수행될 수 있는데, 그 이유는 밸러스팅(ballasting)의 경우에 여과기 슬러지가 인접한 주위의 유기체만을 포함하기 때문이다.
바람직하게는 플랜트는 차단될 수 있는 바이패스를 구비한다. 그러한 바이패스는 플랜트의 바이패스 응급 조치가 선박의 안정성을 확보할 수 있도록 하고, 또한 수동 정화가 필요하게 되는 막힘 현상과 같은 것에 의해서 하나 이상의 구성 요소의 작동 불능 시에 어느 때라도 선박의 밸러스팅이 가능할 수 있도록 한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 센서가 체적 유량(volumetric flow rate)을 측정하기 위하여 제공된다. 특히, 센서는 처리되지 않은 물 라인의 체적 유량을 측정하기 위하여 제공될 수 있다.
바람직하게는 체적 유량을 측정하기 위한 센서는 배수 라인 및/또는 역세정수 라인에 제공된다.
바람직하게는 외부에서 화학 물질을 첨가하지 않고서 살균이 수행된다. 물을 살균하기 위한 화학 물질 첨가를 생략함으로써 위해 기체, 액체 또는 고체 형태의 위해성 화학 물질의 취급 및 사용뿐만 아니라 위해로 연결될 수 있는 운송이 필요 없게 된다.
바람직하게는 살균 유닛은 적어도 하나의 전기 분해 셀을 구비하고, 상기 전기 분해 셀은 살아 있는 유기체, 특히 살아 있는 식물성 플랑크톤 세포들 및/또는 미생물들의 결정된 개수에 기초하여 제어될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 살균 유닛은, 각각이 적어도 하나의 전기분해 셀을 구비한 다수의 스위치식의 평행한 스트랜드(strand)들을 구비한다. 다수의 스트랜드들을 평행하게 스위칭함으로써 매우 높은 체적 유량이 달성될 수 있고, 이것은 효과적이며 신속한 밸러스팅과 디밸러스팅(deballasting)이 가능하게 한다.
바람직하게는, 처리된 물을 외부 환경으로 직접 도입하는 것을 가능하게 하는 수명이 짧은 산화 생성물(short-lived oxidation product)이 살균 유닛에 의하여 생성될 수 있다.
바람직하게는 플랜트는 탈기(degassing) 및/또는 환기 장치를 구비한다. 특히, 탈기 및/또는 환기 장치는 살균 유닛의 하류에 있을 수 있다.
바람직하게는, 플랜트는 역세정 및/또는 탱크-비움 모드에서 작동될 수 있고, 이 경우 검출 유닛에 의하여 결정된 물의 단위 부피당 사전 설정 가능한 크기의 살아 있는 유기체의 개수에 기초하여 제어될 수 있는 살균이 여과기 유닛에 의한 여과 그리고/또는 살균 유닛에 의하여 수행된다.
유출 기준은 수질을 모니터링하고 물을 살균함으로써 준수될 수 있는데, 그 이유는, 탱크 충전 중에 물에서 발견된 잔류 유기체가 탱크의 저장 시간 중에 증가될 수 있어서 역세정 및/또는 탱크-비움 모드에서 물을 살균하는 살균 유닛의 제어가, 검출 유닛에 의해 결정된 물의 단위 부피당 사전 설정 가능한 크기의 살아 있는 유기체들의 개수에 기초하여 수행될 수 있기 때문이다.
바람직하게는, 플랜트는, 적어도 하나의 밸러스트 수 탱크가 바이패스 라인을 통해서 충전될 수 있으면서 한편, 여과기 유닛 및/또는 살균 유닛 및/또는 검출 유닛을 회피하는 응급 작동 모드에서 작동될 수 있다. 결과적으로, 밸러스팅과 디밸러스팅이 항상 가능하기 때문에 비록 개별 구성 요소들이 작동 불능이 되더라도 선박의 안정성이 위태해지지는 않게 할 수 있다.
바람직하게는 플랜트는 모듈식 형태를 가지고, 특히 여과기 유닛과 살균 유닛은 각각 하나의 모듈을 형성한다. 대안으로서 여과기 유닛은 거친 분리기와 정밀한 여과기와 같은 다수의 모듈로 분할될 수 있다.
선박과 그 밸러스트 수 시스템으로 밸러스트 수처리 플랜트가 일체화 되는 것은 모듈식 형태에 의하여 개선이 가능하게 된다. 처리되는 체적의 흐름은 여러 처리 플랜트들 및/또는 개별 처리 집합체들 또는 처리 모듈들(거친 분리기, 정밀 여과기, 전기 분해 셀들)을 모두 평행하게 배열함으로써 달성된다.
모듈식 형태에 의하여, 플랜트는 각 선박에 특정적으로 적합하게 될 수 있어서 제공된 공간과 파이프라인 배치의 사용을 최적화할 수 있다. 플랜트의 압력 손실이 매우 작고 특히 1.5 bar 이하이어서, 현재 이용 가능한 전달 레벨(delivery level)을 가지는 밸러스트 수 펌프들이 사용되고, 또한 추가적으로 고-장착 밸러스트 수 탱크(high-mounted ballast water tank)들이 충전될 수도 있다. 모든 구성 요소에서, 관리 높이를 포함한 전체 높이는 바람직하게는, 2.5 m의 데크들 사이의 표준 높이 아래에 있다.
본 발명에 따른 수처리 플랜트를 사용하는 수처리는 다음의 처리 과정을 포함한다.
1. 밸러스트 수의 취수 중에 입자, 침전물 및 다수의 유기체들을 철저히 기계식으로 분리하는 단계.
2. 다음으로, 밸러스트 수의 밸러스트 수 탱크들이 취수하기 전에 살아 있는 유기체 개수를 추가적으로 감소시키기 위하여 살균하는 단계.
3. 다음으로, 정해진 기준 또는 정해진 배출 기준을 유지하기 위하여, 특히 국제 해사 기구의 성능 기준 D2를 유지하기 위하여 밸러스트 수를 방출 하는 중에 살균하는 단계.
첫째, 보다 철저한 기계적 분리는 거친 분리기들, 특히 평행하게 연결된 적어도 두 개의 하이드로사이클론 및/또는 적어도 하나의 거친 여과기 및 또는 적어도 두 개의 정밀 여과기를 이용하여 수행된다. 밸러스트 수 취수 시에 50 ㎛ 이하의 공칭 여과 정밀도를 가지는 보다 철저한 기계적 분리에 의하여, 대부분의 유기체들뿐만 아니라 침전물과 현탁 물질들이 제거된다. 이를 위해서 바람직하게는 디스크 여과기(disk filter)가 사용된다.
살균 스테이지는 기계적 사전 분리에 의해서 감압되고, 이것은 대응되게 작게 설계될 수 있다. 살균은 살아 있는 유기체들이 밸러스트 수 탱크에 들어가지 전에 살아 있는 유기체들의 개수를 추가적으로 감소시키기 위한 화학 물질의 첨가 없이 수행된다.
잔류 유기체들이 교배를 통해서 증식하고 성장할 수 있기 때문에, 밸러스트 수를 배출할 때 다시 살균되는데, 그 이유는 국제 IMO 밸러스트 수 협약이 선박의 배수 시에 직접적으로 전달 배출 기준(delivered discharge standard)을 요구하기 때문에 상기 기준이 유지되어야 하기 때문이다.
여과기의 역세정 공정은 흡입부와 배출부 사이의 정해진 압력 손실이 달성되는 경우 도입되는데, 상기 압력 손실은 압력차를 측정함으로써 검출된다. 이 경우에, 제1 여과기 하우징의 백플러싱(backflushing)은 제어 장치를 통해서 도입되고 나서 별도의 여과기 하우징들이 연속적으로 세척된다. 대안으로서는, 정해진 시간 인터벌에서 정해진 압력차가 이 시간 인터벌의 종점 후에 일어나지 않는 경우 역세정이 실행된다.
전해 살균이 밸러스트 수 파이프라인에 직접적으로 설정되고 플랜지의 직경보다 큰 직경의 다소 큰 공간만을 차지하는데, 이 플랜지에 의해서 이것이 파이프라인에 연결된다. 선상에서 화학 물질의 물자 관리, 취급 및 첨가는 이 경우 필요하지 않고, 결과적으로 선상 작업에서 짧은 기간과 소수 승무원으로 인해 부가된 제약요건들이 충족된다. 파이프라인에서의 현장 생산으로 인하여 승무원이 산화제와 접촉하지 않게 되고, 또한 안정성에 대한 위험이 없다.
종래의 전기 분해와 달리, 이 경우 사용되는 전기 분해는 물의 전도성에 덜 의존하는 방식으로, 특히 담수, 특히 50 mS/m의 전기 전도성을 가지는 담수로 작동될 수 있다.
여러 살균제와 산화제, 특히 OH와 산소 라디칼과 유리 염소로 구성된 혼합물은 전기 분해 셀에서 직접적으로 생성된다. 이와 같은 것은, 다양성이 크고 서로 다른 민감도를 가지는 해양 유기체 때문에, 어떠한 하나의 살균제도 모든 유형의 유기체들을 파괴할 수 없다는 점에서 바람직하다. 일정한 노출 시간이 살균 중에 유지될 필요는 없다. 수소와 살균 부산물의 형성은 종래의 전기 분해 시스템보다 적다. 생성된 수소는 송풍기와 환기 장치를 통해서 또는 능동적인 탈기/급기 단계(degassing/gassing step)를 통해서 제거된다. 형성된 살균 부산물의 농도는 음료용 수질에 관한 WHO 가이드라인의 수치 아래에 있다.
전기 분해 셀은 생성된 산화제가 5 내지 30분 후에는 더 이상 검출될 수 없도록 작동되고, 잔류 농도는 물의 천연 블랭크 값(natural blank value)에 대응한다. 결과적으로 환경에 대한 위해가 감소되고 밸러스트 수가 배출 시에 재차 살균될 수 있으며 외부 환경으로 직접 도입된다. 또한, 이것은, 예를 들어 추가의 인젝터가 탱크를 비우기 위하여 사용된다면 디밸러스팅을 위하여 여러 방법들에 의해서 유연하게 작동될 수 있다.
물에 있는 예를 들어 조류와 같은 살아 있는 유기체들의 검출을 기초로 한 제어에 의하여 살균의 직접적인, 거의 실시간의 효율 조절에 의해서 배출 과정에서 산화제 농도가 필요한 것 보다 높게 되는 것이 방지된다. 따라서 에너지 소비가 저하되고 또한 외부환경으로 배출하는 과정에서 불필요하게 높은 산화제 농도뿐만 아니라 후속의 밸러스트 수 파이프라인과 탱크의 부식과 같은 다른 손상이 방지된다. 따라서 배출 전에 산화제의 잔류 농도를 저하시키기 위하여 환원제를 외부적으로 첨가하는 것이 필요하지 않게 된다. 형성된 산화제의 이와 같은 조절과 신속한 파괴(break-up)에 의해서, 이러한 수처리 플랜트가 외부 환경으로 직접 도입되는 개방 시스템에 적용될 수 있다. 따라서 플랜트가 또한, 다른 해양수를 처리하는 데, 예를 들어 근해 산업, 냉각수 또는 양식업 분야에서 사용될 수도 있다.
살아 있는 유기체의 개수를 통하여 살균을 거의 실시간에 가깝게 모니터링하고 이에 대응하여 조절하는 것은, 특히 수영 활동, 양식업 등과 같은 다양한 용도로 사용되는 연안 영역에 밸러스트 수를 배출하는 경우에 바람직하다. 살균 결과가 달성되지 않는다면, 질병 유발 유기체, 예를 들어 비브리오 클로레아(vibrio chlorea) 또는 독성 디노플라겔라테스(dinoflagellates)가 사용되는 물이 퍼져나가는 부분으로 들어가는 위험이 존재하게 된다. 그러나 만약 너무 많은 살균제가 처리에 사용되면 독성이 있을 수 있는 살균 부산물의 형성과 이들이 직접 도입되는 위험이 존재하게 된다.
체적 흐름(volume flow)은 유도 유량계(inductive flowmeter) 및/또는 압력 게이지를 통해서 검출된다. 정밀 여과기 전에 거친 분리기로서 평행한 하이드로사이클론이 사용된다면 최적의 흐름 영역에서 하이드로사이클론의 작동을 위하여 보통 속도가 조절되지 않은 밸러스트 수 펌프 다음에 유량계가 사용된다. 개별 하이드로사이클론들의 온/오프 스위칭은 체적 흐름 요동에 대응하는 플랩(flap)들에 의하여 수행될 수 있는데, 그 이유는 하이드로사이클론의 제거 효율이 허락된 체적 흐름(accepted volume flow)에 크게 의존하기 때문이다.
전기 분해 셀의 전류가 보다 높게 전혀 조정될 수 없다면, 검출 유닛 다음의 유량계로 검출되는 체적 흐름이 조절(억제, throttle)되고, 그 결과 살균 효율이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명에 다른 수처리 플랜트의 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 1에 따른 수처리 플랜트는 선박의 밸러스트 수 시스템에 결합되고 처리되지 않은 물의 유입 라인(1)을 가지고 있으며, 이것은 해수 상자(sea chest)에 연결된다. 바닷물을 전달하기 위하여, 공급 펌프(A)가 제공된다. 체적 유량을 결정하기 위하여 센서(10)가 펌프(A)의 하류에 배열된다.
처리되는 물은 공급 라인(5)을 통해서 여과기 유닛(B)으로 향하게 되고, 상기 여과기 유닛은 도시된 실시예에서 평행하게 연결된 세 개의 여과기(11, 12, 13)를 구비하고 있다. 여과기 유닛(B)을 통한 압력 강하는 압력 센서(14)에 의하여 결정된다. 여과기(11, 12, 13)들을 통한 압력 강하가 고정 기준을 초과하면, 여과기(11, 12, 13)들은 개별적으로 연속적으로 역세정되고, 한편 각 경우에서 두 개의 다른 여과기들은 여과기 작동의 역할을 추가적으로 한다.
사전 여과된 물은 수거 파이프(16)를 통해서 전기 분해 셀을 구비한 살균 유닛(C)으로 전달된다. 전기 분해 셀(C)은 검출 유닛(D)에 대해서 하류에 있으며, 상기 검출 유닛에 의해서 물 단위 리터당 살아 있는 유기체들의 개수가 결정되고, 상기 검출 유닛은 산정 및 제어 유닛을 구비하며, 물 단위 리터당 살아 있는 유기체들의 개수에 기초하여 살균 유닛, 즉 전기 분해 셀(C)의 제어가 데이터 라인(17)을 통해서 수행된다.
전달된 물에서 탈기하기 위하여, 특히 전기 분해 셀(C)에서 형성된 수소를 물로부터 제거하기 위하여 전기 분해 셀(C)과 검출 유닛(D) 사이에 환기 장치(18)가 배열된다.
검출 유닛(D)은 배출 라인의 우회 흐름에서 작동하는데, 그 이유는 측정이 단지 소량의 물만을 필요로 하기 때문이다. 측정 신호가 단지 살아 있는 세포의 개수에만 특정적으로 의존하기 때문에, 높은 침전물 농도는 이러한 측정을 방해하지 않는다.
처리된, 즉 여과되고 살균된 물은 연결부(2)를 통해서 밸러스트 수 탱크로 공급된다.
연결부(4)를 통해서 물 탱크(도시되지 않음)에 연결되는 역세정 라인(19)에 역세정 펌프(E)가 제공된다. 밸러스팅이 완료되었을 때, 여과기(11, 12, 13)들의 정화뿐만 아니라 과도한 것으로 판명된 여과기 유닛(B)을 가로지르는 압력 강화 때문에 역세정이 촉발된다면 역세정 펌프(E)는 여과기(11, 12, 13)의 역세정에 물을 전달한다.
수처리 과정에서 역세정을 위한 담수가 이용가능하지 않다면, 역세정을 위하여 처리된 물의 일부가 파이프라인(21)을 통해서 역세정 펌프(E)에 의해서 전달되어 역세정을 유발하기 위하여 사용된다. 물에 있는 매우 높은 침전물 부하를 파이프라인(21)을 통해 거의 일정하게 분할한 것에 기초하여 또는 중간의 역세정이 있거나 또는 없는 플랜트의 작동에서 체적 유량을 모니터링하고 처리된 전체 물의 양을 탐지하기 위하여, 물이 밸러스트 수 탱크로 공급되기 전에 센서(22)에 의해서 체적 유량이 검출된다.
바람직하게는 여과기(11, 12, 13)들은 살균부(D)에서 배출된 물로 역세정 된다. 이와 관련하여, 배출 라인은 선택적으로 조절(억제)되고, 물은 역세정 펌프(E)로부터 파이프라인(21)을 통해서 직접적으로 흡입된다. 이것은 배출된 물이 또한 살균 작용을 가지는 장점을 가지며, 그러한 살균 작용에 의해서 여과기(11, 12, 13)들이 각각의 역세정에서 기계적으로뿐만 아니라 화학적으로 정화되고 또한 생물 부착(biofouling)이 방지된다.
작동이 차단되기 직전의 마지막 여과기 유닛의 역세정에서와 같이 배출된 물의 양이 역세정에 불충분한 경우에, 살균 없는 연결부(4)를 통해서, 또는 살균 유닛(C)의 바이패스(20)를 통하여 펌프(A)로 물을 전달함으로써 살균을 하는 밸러스트 수 탱크로부터의 연결부(5)를 통해서 물이 외측에서 사용된다.
또한 공급 펌프(A)는 디밸러스팅 작동에서 물을 전달하는 데 사용되는데, 외부 환경으로 물을 배출하기 전에, 유지되어야 하는 기준을 감소시키기 위하여 저장 시간 중에 밸러스트 수의 잔류 세포들의 복제로 형성된 물의 모든 세포들을 제거하기 위하여 새로운 살균이 살균 유닛(C)에 의해서 수행된다. 이를 위해서, 배출 살균과 함께 역세정이 수행될 수 있도록 연결된 파이프라인(21)이 제공된다. 이 때문에, 플랜트는 밸러스트 수 탱크로의 연결부(5)를 구비하고 있는데, 상기 연결부를 통해서 물이 밸러스트 수 탱크로부터 제거될 수 있고, 처리 플랜트를 통해서, 즉 새로운 살균을 하는 살균 유닛(C)에 의해서 바이패스(20)를 통해서 여과기 유닛(B)을 우회하고 나서 검출 유닛(D)에 의해서 검사함으로써 물을 지향시킬 수 있다.
연결부(3)를 통해서, 밸러스트 수 취수 시에 축적되는 역세정된 여과기 슬러 지들은 배 밖으로 배출되거나 또는 저장 탱크(도시되지 않음)로 공급된다.
따라서 플랜트에 의해서, 밸러스트 수의 처리는 여과와 살균에 의하여 수행된다. 밸러스트 수 취수 시에, 첫째 연결부(1)를 통해서 해수 상자로부터 취수되는 바닷물은 연결부에서 여과 및 살균되고 나서 연결부(2)를 통해서 밸러스트 수 탱크로 공급된다. 선박이 취수 된 밸러스트 수를 방출해야 한다면 정해진 배출 기준을 충족하기 위하여 디밸러스팅 중에 물을 추가적으로 살균해야한다.
도 1에 따른 수처리 플랜트는 이하에서 보다 상세히 설명되는 여러 작동 모드들이 가능하게 한다. 처리 플랜트의 기능적 설명은 다음과 같이 분류된다.
1. 밸러스트 수 취수(Ballast Water Uptake)
2. 밸러스트 수 취수 중에 여과기 역세정(여과기들의 내부 정화)
3. 밸러스트 수 취수 후에 여과기 정화
4. 디밸러스팅(deballasting)
5. 바이패스 응급 작업(Bypass Emergency Operation)
케이스 1: 밸러스트 수 취수
플랜트의 처리 단계들은 전기 분해 원리에 기초한 살균부(C)와 여과기 유닛(B)의 디스크 여과기(disk filter) 형태의 여과기(11, 12, 13)들에 의한 여과 작용으로 구성된다.
여과기 유닛(B)은 디스크 여과기의 형태로 평행하게 연결된 세 개의 여과기(11, 12, 13)들로 형성된다. 디스크 여과기는 서로 압착되는 플라스틱 디스크들에 의해서 여과기 면을 형성한다. 플라스틱 디스크들은 상부와 바닥에 홈을 가지고 있다. 홈들은 디스크들이 나란히 놓일 때 교차해서는 내부의 중단점들과 디스크 패킷의 외측에 개기공 표면(open-pore surface)을 형성한다. 이 경우에 홈들의 깊이와 배열은 여과의 공칭 정밀도와 여과기 표면 면적을 결정한다. 이와 같은 여과기에 있어서, 표면 효과와 저여과 효과 모두 작용해서는 여과의 실제 정밀도와 또한 여과기 표면 면적이 선택적으로는 공칭 값과 다르다.
살균 유닛(C)은 파이프라인에 통합되고 파이프라인 자체보다 다소 큰 외주부를 가진다. 전기 분해 원리에 의해서 살균 유닛은 표면수로부터 산화 물질을 생성한다. 이를 위해서, 그리드들로서 설계된 4 개의 전극쌍들이 흐름 방향에 교차하게 배열된다. 전기 분해는 이러한 그리드들의 세척수(flushing water)에서 일어난다. 그리드들 자체에는, 부식을 방지하되 동시에 전기 전도성을 보장하는 코팅이 구비된다. 전기 분해는 낮은 전압 범위에서 일어난다. 따라서 과도한 수소 및 산소 기체 형성은 회피되어야 한다.
살균 결과를 모니터링하기 위하여, 검출 유닛(D)이 사용된다. 검출 유닛(D)은 살균 공정 중에서 여전히 살아 있는 특정 크기의 기준 종의 유기체의 개수를 광도 측정식으로 결정한다. 살균 유닛(C)의 살균 강도는 검출 유닛(D)을 통해서 조절되는데, 검출 유닛은 살균 공정 중에 여전히 살아 있는 유기체들의 개수로부터 신호를 내보낸다. 이것은 결과적으로, 전류가 증가 또는 감소됨에 따라서 전류가 전기 분해 셀에 형성된 산화 물질의 작용을 통해서 살아 있는 유기체의 살균 결과를 직접적으로 조절한다는 점에서 살균을 제어하게 된다.
유입 및 배출 체적 흐름은 센서(10, 22)들에 의해서 탐지되고 압력들은 압력 센서(14)에 의해서 여과기 요소(11, 12, 13)들을 통해서 탐지된다. 또한 물의 단위 부피당 살아 있는 세포들의 결정된 개수는 검출 유닛(D)에 의해서 검출된 것이다. 모든 검출된 데이터는 문서화, 즉 저장된다.
개별 장치, 플랜트 부품들 및 모듈들의 방출에 대한 모니터링은 더 높은 수준의 모니터링과 제어 유닛에 의해서 수행된다. 예를 들어서, 위치 피드백 표시 또는 측정 장치들이 시간적으로 앞서서 오류 값들을 가지고 있다면, 인증을 방지하는 대응하는 경고 신호가 발생된다.
필요한 모든 인증이 존재한다면, 밸러스트 수 취수가 시작된다. 이를 위해서, 밸러스트 수 펌프(A)가 가동된다. 밸러스트 수는 여과기(11, 12, 13)들을 통해서 공급된다. 그러고 나서 밸러스트 수는 살균 유닛(C)을 통해서 이로부터 밸러스트 수 탱크 내로 연결부(2)를 통해서 흐르며 그리고/또는, 밸러스트 수는 파이프라인(21)을 통해서 역세정을 위하여 플랩(flap)들을 스위칭함으로써, 높은 부하의 침전물이 방출되는 경우 밸러스트 수 취수 과정에서 필요한 역세정을 위하여, 직접적으로 사용될 수 있다. 정해진 압력 차이 또는 정해진 시간 인터벌이 달성된 경우 역세정이 도입된다. 케이스 2에서 역세정에 관하여 추가적으로 기술한다.
케이스 2: 밸러스트 수 취수 중에 역세정
여과기(11, 12, 13)들은 평행하게 연결된다. 이것은 다른 여과기가 세척되는 중에 한 여과기가 추가적으로 흐름을 수용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 세척을 위하여, 살균 과정과 여전히 흐름을 수용하고 있는 여과기(11, 12, 13)들로부터의 여과액이 사용된다. 세척을 위하여, 역세정 펌프(E)가 가동되어야 한다. 플랩들을 전환(switching)함으로써, 필요한 물이 준비되고 연결부(4)를 통해서 담수 탱크로 제거되거나 또는 파이프라인(21)을 통해서 처리된 물로부터 변환된다. 역세정 펌프(E)는 여과기 하우징을 통해서 6 bar의 증가된 압력을 가지는 여과액 부분을 통해서 뒤쪽으로 전달해서 이를 세척한다. 슬러지는 슬러지 라인에 의해서 처리되지 않은 물 부분의 연결부(3)를 통해서 배 밖으로 제거되거나 또는 저장 탱크에 바로 저장된다.
정화 기간은 개별 여과기(11, 12, 13) 당 예를 들어 10초로 설정될 수 있다. 여과기 하우징이 세척된다면, 플랩들은 여과 위치로 재설정되고, 그래서 다음 여과기 하우징이 세척될 수 있다. 역세정을 유발하는 차압이 단지 일련의 전체 연결부를 통해서 결정되기 때문에 이와 같은 정해진 순서로 일어난다.
역세정 시, 스프링 인력에 의해서 가해지는 디스크 상의 힘은 역세정 펌프의 압력에 의해서 얻어진다. 디스크들은 여과기 설치 키트에 장착된다. 여과기 설치 키트는 가변성 스프레이 노즐들을 구비하고 있는데, 이들은 외주 둘레에 접해서 배열되고 이를 통해서 역세정 수가 힘을 받는다. 이것은 결과적으로 디스크들을 회전시킴으로써 세척을 확실하게 지지한다. 역세정의 플랩이 다시 닫힌다면, 여과기 카트리지가 떨어지고 스프링 힘은 막 세척된 디스크들을 서로에 대해서 다시 압착한다.
케이스 3: 밸러스트 수 취수 후에 여과기 정화
필요한 양의 밸러스트 수가 취수된 이후 플랜트가 차단되기 전에, 여과기 하우징들이, 박테리아 오염으로부터 보호하기 위하여 그리고 다른 밸러스트 절차를 위한 준비로서 세척된다. 이를 위하여, 처리되지 않은 물이 추가적으로 여과된다. 본 공정은 여과기 하우징이 더 이상 정화 후의 여과에 사용되지 않는다는 점에서, 그리고 이를 위해서 살균 출력이 최대로 설정된다는 점에서 역세정과 다르다.
처리되지 않은 물이 이제 여과되고 살균부(C)를 통과하고 파이프라인(21)을 통해서 역세정 펌프(E)로 직접 공급된다. 밸러스트 수 탱크로의 공급부는 더 이상 제공되지 않는다. 통상의 역세정에서와 같이, 물은 배 밖으로 배출된다. 여과기 용기가 이용가능하지 않기 때문에 마지막 두 개 필터 하우징들의 정화가 비처리 물로만은 더 이상 수행될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 세척을 수행하기 위하여 밸러스트 수 펌프(A) 앞의 플랩이 전환 된다. 그리고 밸러스트 수 펌프(A)에 의해서, 이미 여과되고 살균된 밸러스트 수가 근처에 배치된 밸러스트 수 탱크로부터 제거되고 또는 선상에서 이용 가능한 산업 용수 또는 음료용 물이 살균되지 않고서 연결부(4)를 통해서 전달되거나 또는 연결부(5)를 통해서 밸러스트 수 탱크로부터 다시 살균부를 통해서 전달되고 역세정을 위하여 사용된다.
케이스 4: 디밸러스팅
밸러스트 수를 방출하기 위하여, 밸러스트 수 탱크로부터 연결부(5)를 통해서 물이 공급된다. 여과기(11, 12, 13)들은 설치된 바이패스(20)를 통해서 또는 그 자체적으로 바이패스로 사용되는 제어 가능한 밸브들을 닫음으로써 차단되는 여과기(11, 12, 13)들의 비처된 물 라인을 통해서 우회된다. 그리고 밸러스트 수는 살균부(C)를 통해서 직접 안내되고 선박 위로 보내진다.
살균은 배출 기준을 유지하기 위한 요건들에 의해서 규율되는 바와 같이 검 출 유닛(D)의 신호로 조절된다. 검출 유닛(D)이 정해진 기준에 호응되지 못함을 나타내고 전류가 더 이상 증가될 수 없는 경우에는, 방출되는 체적 흐름을 감소시킴으로써 체류 시간을 증가시키면 살균량이 추가적으로 증가된다.
높은 체적 흐름을 전달해야만 하는 밸러스트 수 펌프들에서, 소위 인젝터들이 밸러스트 탱크로부터 잔류물을 배출하기 위하여 사용된다. 인젝터들은 밸러스트 수 펌프들이 밸러스트 탱크로부터 잔류물을 배출할 때 공동화되는 것을 방지한다. 밸러스트 수 펌프에 있어서, 여과 및 살균된 바닷물은 인젝터를 통해서 안내된다. 라발 노즐(Laval nozzle)을 통해서 지향되는 이러한 구동 흐름은, 잔여물이 밸러스트 탱크로부터 배출될 수 있게 하는 저압을 생성한다. 잔여물이 배출되는 밸러스트 수와 구동 흐름 모두 두 개의 흐름이 선박 위를 향하게 되기 전에 살균부로 한 번 더 공급된다.
케이스 5: 바이패스 응급 작업
살균부(C)또는 역세정 장치의 하나 이상의 여과기(11, 12, 13)의 오작동이 발생하는 경우, 필요한 밸러스트 수 취수의 경우에는 안정상 이유로 살균부(C)또는 역세정 장치를 우회할 수 있다. 이를 위하여, 바이패스(20)는 전체 장치 또는 모듈 주위로 연장된다.

Claims (40)

  1. 적어도 하나의 여과기 유닛(B), 적어도 하나의 살균 유닛(C), 검출 유닛(D) 및 제어 유닛을 포함하는 수처리 플랜트로서,
    상기 검출 유닛(D)은 물의 단위 부피당 살아 있는 유기체의 개수를 검출할 수 있고,
    상기 살균 유닛은 살아 있는 유기체의 검출된 개수에 기초해서 상기 검출 유닛과 상기 제어 유닛에 의해 제어되며,
    상기 검출 유닛(D)은 물에 살아 있는 유기체를 검출하기 위한 형광계(fluorometer)를 포함하고,
    상기 형광계는 물의 단위 부피에 대한 최소 형광도와 최대 형광도를 계측하며, 기준 종(reference species)의 살아 있는 유기체의 개수와 가변 형광도를 계산하기 위한 산정 유닛을 더 구비하고,
    상기 살균 유닛(C)은 식물 플랑크톤 세포 및 미생물들로 이루어진 군으로부터 선택된 살아 있는 유기체의 검출된 개수에 기초해서 제어되는 적어도 하나의 전기 분해 셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  2. 제1항에 있어서,
    검출 유닛(D)은 살균 유닛(C)으로부터 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검출 유닛(D)은, 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 검출기를 구비하는, 살아 있는 식물 플랑크톤 세포들 및/또는 미생물들을 검출하기 위한 형광계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검출 유닛(D)은 유리 또는 플라스틱으로 제조된 큐벳(cuvette)에 의해 형성된 시험실(testing chamber)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검출 유닛(D)은 적어도 하나의 맥동 광원 및/또는 적어도 하나의 연속 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검출 유닛(D)은 다수의 광원을 가지는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    물 단위 부피당 살아 있는 유기체들의 결정된 개수가 일시적으로 또는 영구적으로 저장될 수 있도록 하는 저장 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    위치 결정 시스템(positioning system) 및/또는 내비게이션 시스템(navigation system)의 인터페이스(interface)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 직렬 및/또는 병렬로 배열된 다수의 여과기(11, 12, 13)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 50 ㎛ 이하의 공칭 여과 정밀도를 가지는 병렬로 연결된 적어도 두 개의 정밀 여과기(fine filter)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 적어도 하나의 하이드로사이클론(hydrocyclone)을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 적어도 하나의 거친 여과기(coarse filter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  14. 삭제
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)을 통한 압력 강하의 사전 설정 가능한 기준을 초과하거나 그리고/또는 사전 설정 가능한 기간의 시간이 지났을 때 여과기(11, 12, 13)(들)의 역세정이 수행되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기(들)(11, 12, 13)의 역세정은 역세정 펌프(E)에 의해서 실시되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 평행하게 연결되는 다수의 여과기(11, 12, 13)들을 구비하고, 각 여과기(11, 12, 13)가 제어 가능한 밸브로 개폐될 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 적어도 하나의 제어 가능한 밸브를 통해서 처리되지 않은 물 라인으로 연결되어, 처리되지 않은 물 라인이 밸브가 닫힌 경우 바이패스(bypass)를 형성하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공급 펌프(A)가 제공되고, 상기 공급 펌프(A)는 여과기 유닛(B)의 상류에 있는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    역세정 펌프(E)가 제공되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 탱크를 구비한 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    플랜트 또는 플랜트의 개별 구성 요소들의 역세정은 식수용 물 및/또는 산업 용수 및/또는 플랜트 처리된 물로 실시되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    역세정된 여과기 슬러지들을 보관하기 위한 저장 탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  24. 삭제
  25. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    체적 유량(volumetric flow rate)을 측정하기 위하여 적어도 하나의 센서(10, 22)가 배열되고,
    상기 센서(10)는 처리되지 않은 물 라인의 체적 유량을 측정하기 위하여 배열되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  26. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    체적 유량을 측정하기 위한 센서(22)는 배출된 물 라인 및/또는 역세정 물 라인에 배열되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  27. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    화학 물질을 외부에서 첨가하지 않고서 살균이 수행되는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  28. 삭제
  29. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    살균 유닛(C)은 각각이 적어도 하나의 전기 분해 셀을 구비한 다수의 전환 가능하고 평행한 스트랜드(strand)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  30. 삭제
  31. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    탈기(degassing) 및/또는 환기 장치(18)를 구비하고,
    상기 탈기 및/또는 환기 장치(18)는 살균 유닛(C)의 하류에 있는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  32. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)에 의한 여과 그리고/또는 살균 유닛(C)에 의하여, 검출 유닛(D)에 의해 결정된 물의 단위 부피당 사전 설정 가능한 크기의 살아 있는 유기체의 개수에 기초하여 제어될 수 있는 살균이 수행되는 역세정 및/또는 탱크-비움 모드에서 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  33. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 밸러스트 수 탱크가 바이패스 라인(20)을 통해서 충전되는 한편 여과기 유닛(B) 및/또는 살균 유닛(C) 및/또는 검출 유닛(D)을 회피하는 응급 작동 모드에서 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  34. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    모듈식 형태를 가지고 있고, 여과기 유닛(B) 및/또는 살균 유닛(C) 및/또는 검출 유닛(D)이 각각 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  35. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    검출 유닛(D)은 발광 다이오드(LED)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  36. 삭제
  37. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 직렬 및/또는 병렬로 배열된 역세정 가능한 여과기(11, 12, 13)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  38. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    여과기 유닛(B)은 평행하게 연결된 다수의 하이드로사이클론을 구비하고, 하이드로사이클론의 분리 결정(separating grain)이 30 ㎛ 내지 60 ㎛인 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
  39. 삭제
  40. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    밸러스트 수 탱크를 구비한 것을 특징으로 하는 수처리 플랜트.
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