KR101791441B1 - 선박평형수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박평형수 처리장치에 관한 것으로, 선박으로 유입되는 선박 평형수에 산화제를 투입하는 산화제 공급부; 상기 산화제가 투입된 선박 평형수를 수용하는 밸러스트 탱크; 및 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수에 아스코르브산을 주입하는 중화제 공급부를 포함하여 구성됨으로써, 보다 환경친화적이고 유지 관리가 용이한 효과가 있다.

Description

선박평형수 처리장치{Ballast water treatment system}

본 발명은 선박평형수 처리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 환경 친화적이고 보관 및 유통이 용이한 중화제를 사용하도록 하는 선박평형수 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 해상에서 운송하는 화물 선박은 유사한 화물의 상호 교환을 위하여 왕복 항해하는 선박을 제외하고는 대부분 편도 운항을 한다. 그리고, 편도 운항을 만재 상태로 항해한 후 귀환 항해 시에는 선박의 균형, 안전성 및 조종 성능 향상 등을 위하여 선박평형수(ballast water)를 선내로 유입하여 항해를 하게 된다.

이때, 선박평형수는 밸러스팅 작업(ballasting operation)을 통해 한 항구에서 채워져서 다른 곳으로 이송되고, 디밸러스팅 작업(deballasting operation)을 통해 새로운 항구 내에 배출된다. 이와 같이, 먼 위치로부터 실려져 온 선박평형수에 포함된 해양 생물 및 병원균의 방출은 새로운 환경에 유해할 뿐만 아니라, 새로운 항구에서도 사람과 동물 모두에게 위험할 수 있다.

비-천연적인 해양 생물을 신규 생태계로 도입시키면, 신규 종에 대해 자연적인 방어체계를 지니고 있지 않을 수 있는 천연 식물군 및 동물군에게 파괴적인 효과를 미칠 수 있다. 또한, 콜레라와 같은 해로운 세균성 병원균이 원래의 항구에 존재할 수 있다. 이러한 병원균은 시간이 지남에 따라 밸러스트 탱크 내에서 증식되어, 이들이 방출되는 영역에서 질병을 발생시킬 수 있다.

최근 세계선박의 65%가 기항하는 미국에서는 국제해사기구(IMO : International Maritime Organization)에서 합의된 기준보다 1,000배 강화된 선박평형수 처리기술을 요구하고 자국만의 규제기준(USCG Phase)을 제정하여 자국의 해양환경 보호를 위한 움직임을 보이고 있다.

이러한 해양 생물 및 병원균에 의해 제기되는 위험을 제거하기 위해, 선박평형수를 전기분해하거나, 밸러스트 탱크 내에 화학약품을 주입하여 선박평형수를 살균 처리하는 방식의 선박평형수 처리 장치를 사용한다.

전기분해방식을 통해 산화제를 생성하거나 산화제 성분을 갖는 화학약품을 직접 투입하여 생물을 사멸시킬 경우, 소정 농도이상의 산화제가 선박평형수에 포함되게 되는데, 디밸러스팅 때에는 선박평형수를 중화시켜서 외부로 배출하여야 주변 환경을 보호할 수 있게 된다.

외부로 배출되는 선박평형수를 중화시킬 때 사용되는 중화제는 일반적으로 티오황산나트륨(Sodium Thiosulfate Na₂S₂O₃ㆍ5H₂O) 또는 소듐바이설파이트 (Sodium Bisulfite NaHSO₃) 등을 사용한다. 그러나, 이러한 물질은 물질안전보건자료(MSDS) 상 Health 2(Hazardous)로 분류된 위험물질로서 취급상 어려움이 있다.

또한, 수용액 상태의 중화제는 부식 발생으로 인해 보관이 어려우며, 일정시간이상 사용하면 석출로 인해 배관 막힘 현상이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 중화제의 녹는점이 비교적 낮아(대략 48도) 선박에서 보관이 어려우며, 용매(청수)의 온도에 따라 용해되는 시간이 달라지는데, 중화제 용해시 흡열반응으로 인해 수용액의 온도가 0도 이하로 떨어지고, 급격한 온도 변화로 인해 중화제 수용액 저장탱크가 파손될 위험이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 보다 안전하고 유지관리가 용이한 중화제 공급장치를 구비하도록 하는 선박평형수 처리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 제1관점에 따른 선박평형수 처리장치는, 선박으로 유입되는 선박 평형수에 산화제를 투입하는 산화제 공급부; 상기 산화제가 투입된 선박 평형수를 수용하는 밸러스트 탱크; 및 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수에 아스코르브산을 주입하는 중화제 공급부;를 포함한다.

상기 중화제 공급부는, 상기 아스코르브산이 분말상으로 투입되고 청수를 공급하여 상기 아스코르브산을 수용액 상태로 상기 선박 평형수에 투입하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 아스코르브산 수용액은 농도가 10~33% 범위인 것이 바람직하다.

상기 산화제 공급부는, 상기 선박 평형수를 전기분해하거나, 산화제 약품을 투입하여 산화제를 생성시킬 수 있다.

또한, 상기 중화제 공급부는, 교반기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 중화제 공급부는, 레벨 스위치를 포함하되, 상기 레벨 스위치가 로우(LOW) 접점일 때 청수가 공급되고, 상기 레벨 스위치가 하이(HIGH) 접점일 때에는 청수 공급이 중단되도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 레벨 스위치가 로우(LOW) 접점일 때 알람 경보를 발생시키고, 상기 알람 경보가 발생되면, 상기 아스코르브산 분말이 공급되고, 상기 교반기가 작동되도록 구성할 수도 있다.

한편, 상기 중화제 공급부는 적어도 하나 이상의 탱크를 구비할 수 있다.

상기 선박평형수 처리장치는, 상기 중화제 공급부에서 생성된 상기 아스코르브산 수용액을 공급하는 배관상에 주입 밸브를 더 포함하되, 상기 주입 밸브는 외부 명령에 의해 개폐가 제어되도록 구성할 수도 잇다.

본 발명의 제2관점에 따른 선박평형수 처리장치는, 선박으로 유입되는 선박 평형수에 산화제를 투입하는 산화제 공급부; 상기 산화제가 투입된 선박 평형수를 수용하는 밸러스트 탱크; 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수에 중화제를 주입하는 중화제 공급부; 및 상기 중화제의 종류를 선택하는 선택버튼을 포함하되, 상기 선택버튼에 따라 상기 중화제 공급부를 제어하는 제어신호가 생성되도록 구성할 수 있다.

상기 제어신호는, 상기 중화제 공급부에 구비된 교반기의 작동시간, 상기 중화제 공급부에 공급되는 청수의 양, 상기 중화제 공급부에 공급되는 중화제의 양 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

본 발명에 의하면 아스코르브산을 선박평형수 처리장치의 중화제로 사용함으로써 보다 빨리 중화제를 투입할 수 있으며, 유지관리가 간편한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 중화제의 종류별로 그에 맞게 제어함으로써, 보다 다양한 종류의 중화제를 효과적으로 투입가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치를 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치에 구비된 중화제 공급부를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박평형수 처리장치에 구비된 중화제 공급부를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 선박평형수 처리장치에 구비된 중화제 공급부에 투입되는 아스코로브산 용액 주입량에 따른 중화성능을 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선박평형수 처리장치는, 선박으로 유입되는 선박 평형수에 산화제를 투입하는 전해조(5)와, 상기 산화제가 투입된 선박 평형수를 수용하는 밸러스트 탱크(9), 상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수에 중화제를 주입하는 중화제 공급부(10)를 포함한다.

선박평형수 처리장치는 밸러스팅시에는 유입배관(1)을 통해 선박 내부의 밸러스트 탱크(9)로 선박평형수를 이송하며, 유입되는 선박평형수에 전해조(5)에서 생성된 산화제를 투입하여 선박평형수에 포함된 해양생물을 살균하게 된다.

도 1에 개시된 선박평형수 처리장치는 선박 평형수를 전기분해하는 전해조(5)를 사용하여 산화제를 생성하도록 구성하였으나, 이는 하나의 실시예로서 본 발명의 선박평형수 처리장치는 전해조(5)를 포함하지 않고 산화제 약품을 직접 투입하는 방식으로 구성할 수도 있다.

밸러스트 탱크(9)에 수용되었던 선박평형수를 배출배관(3)을 통해 선박 외부로 배출시키는 디밸러스팅시에는, 중화제 공급부(10)에서 중화제를 공급하여 배출되는 선박평형수를 중화시키게 된다.

또한, 선박평형수 내의 총 잔류 산화물질(total residual oxidant, 이하 'TRO'라고 함) 농도를 측정하기 TRO 센서부(7)도 포함되어, 밸러스팅시에는 선박평형수에 산화제가 투입된 후의 TRO 농도를 측정하여 전해조(5)가 적절한 농도의 산화제를 생성하도록 제어하고, 디밸러스팅시에는 배출되는 선박평형수의 TRO 농도를 측정하여 중화제 공급량을 조절하게 된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른, 선박평형수 처리장치는 중화제로 아스코르브산(Ascorbic acid C₆H₈O₆)을 사용할 수 있다. 종래의 중화제로 사용되었던 티오황산나트륨 (Sodium Thiosulfate) 또는 소듐바이설파이트(Sodium Bisulfite)등 황산 계열의 중화제는 환경 오염이나 보관 등 여려가지 문제점이 있는 반면, 아스코르브산은 선박평형수의 중화제로 사용하기에 적절한 특징을 가지고 있다.

아스코르브산은 일명 비타민-C로 불리는 것으로 환경 친화적인 물질(MSDS상 Health가 1)이다. 또한, 물에 잘 녹아 용해 시간이 빠르며, 녹는점이 190도로서 보관이 용이한 특성이 있다.

또한, 아스코르브산 수용액은 부식 발생이 티오황산나트륨 대비 현저히 낮을 뿐만 아니라, 아스코르브산 수용액의 석출은 가루형태로 되어 배관 막임 등의 현상이 적은 장점이 있다.

아울러, 아스코르브산은 살균력을 갖추고 있어 선박평형수 배출 시 중화제로 사용하면 박테리아 등의 추가적인 살균을 기대할 수 있는 효과가 있다.

한편, 아스코르브산의 산화제 중화 원리는 다음과 같다.

C₆H₈O₆ + Br₂ = C₆H₆O₆ + 2 HBr

C₆H₈O₆ + NaClO = HClO + NaC₆H₇O₆

C₆H₈O₆ + HClO*H₂O = C₆H₆O₆*H₂O + HCl

3C₆H₈O₆ + Cr₂O₇ ^{2 -} + 8H⁺ = 2Cr^{3 +} + 3C₆H₆O₆ + 7 H₂O

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치에 구비된 중화장치를 도시한 것으로, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치는 밸러스트 탱크(미도시)에서 배출되는 선박 평형수에 중화제를 투입하는 중화제 공급부(100)를 포함한다.

중화제 공급부(100)는 투입된 중화제를 교반하도록 본체 내측에 교반기(101)가 구비되고, 본체의 일측면에 레벨 스위치(103)가 설치되며, 본체의 상측에는 개폐도어(105)와, 에어 벤트(Air Vent, 107)가 각각 설치된다.

중화제 공급부(100)의 일측면에는 청수를 유입하기 위한 청수 공급배관(111)이 연결되고, 공급되는 청수량을 조절하기 위한 청수 공급밸브(113)가 설치된다.

또한, 중화제 공급부(100)의 타측면에는 중화제 수용액을 밸러스트 배관(120)으로 주입하기 위한 중화제 공급배관(115)이 연결되고, 중화제 공급배관(115)상에 주입되는 중화제 수용액 양을 조절하기 위한 펌프(117)와 중화제 주입밸브(119)가 각각 설치된다.

교반기(101)는, 분말로 투입되는 중화제를 효과적으로 용해시키기 위해 구비되는 것으로, 제어부(미도시)의 제어신호에 따라 작동/중지되도록 구성될 수 있다.

레벨 스위치(103)는, 본체의 측면부에 설치되며 하단의 임계지점인 로우(LOW) 접점(103a)과 상단의 임계지점인 하이(HIGH) 접점(103b)이 구비된다.

개폐도어(105)는 중화제가 투입되는 통로를 개폐하기 위한 장치로서, 중화제 투입구에 개폐가능하도록 힌지 결합되도록 구성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치에 구비된 중화제 공급부(100)는 도 2에 개시된 개폐도어(105)를 개방한 후 중화제인 분말상의 아스코르브산을 작업자가 투입하는 방식으로 중화제 투입을 진행할 수도 있지만, 이러한 과정을 제어부를 구성하여 자동으로 진행되도록 구성할 수도 있다.

이러한 구성은 도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박평형수 처리장치에 구비된 중화제 공급부를 참조하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 중화제 공급부(100)는 본체의 상측에 중화제 투입구와 연결되고 내부에는 분말상의 중화제(150)을 수용하는 중화제 저장조(130)와, 중화제 공급을 제어하는 제어부(140)을 포함한다.

또한, 중화제 저장조(130)와 본체 사이를 연결하는 배관상에는 개폐밸브(135)가 설치된다.

제어부(140)는 레벨 스위치(103)로부터 수위정보를 수신하여 중화제 수용액의 수위가 로우(LOW) 접점(103a)과 일치하면 청수가 중화제 공급부(100) 본체로 공급되도록 청수 공급밸브(113)가 개방되도록 제어신호를 생성하고, 레벨 스위치가 하이(HIGH) 접점(103b)과 일치할 때에는 청수 공급이 중단되도록 청수 공급밸브(113)가 폐쇄되도록 제어신호를 생성한다.

중화제 공급부(100) 본체에서 생성되는 중화제 수용액은 적절한 농도로 공급되는 것이 바람직한데, 중화제를 아스코르브산으로 사용할 때에는 10~33% 범위가 적절하다. 아스코르브산의 용해도는 약 33%이지만, 수용액의 농도가 높을수록 효율이 좋으나 용해시간이 오래 걸리므로 10 ~ 33% 농도범위를 사용한다.

여기서, 중화제 공급부(100)는 100L를 용량으로 설계할 경우(실 부피는 기울기 15도 고려하여 약 130L용량), 청수 약 85L에 아스코르브산 분말 25Kg을 용해시키면 아스코르브산의 비중이 1.65이기 때문에 완전 용해시 약 100L의 수용액이 생성된다. 중화제의 일종인 티오황산나트륨은 25도에서 85L에 25Kg 용해시 용해시간 약 20분이 소요되지만, 아스코르브산 분말은 약 3분 이내가 소요되어 중화제 용해시간을 단축시킬 수 있게 된다(교반기 사용한 조건).

중화제 수용액의 농도는, 청수와 분말 중화제(130)의 공급량을 조절함으로써 가능한데, 이를 위해 제어부(140)에서 청수 공급밸브(113)의 개방정도를 조절하여 청수 공급량을 조절하고 중화제 저장조(130) 하단부에 연결된 개폐밸브(135)의 개방정도를 조절하여 중화제의 공급량을 조절하게 된다.

또한, 제어부(140)는, 교반기(101)의 동작을 제어하는 제어신호를 생성하여 중화제 용해 작업시 동작할 수 있도록 구성함으로써 용해시간을 단축할 수 있게 된다.

여기서, 제어부(140)는, 작업자가 제어부(140)를 통해 ON/OFF신호를 생성하여 교반기(101)의 동작을 제어하도록 구성할 수도 있고, 중화제에 맞는 최적 용해시간을 미리 저장하고, 이를 이용하여 제어부(140)에서 자동으로 교반기(101)의 동작을 제어하도록 구성할 수도 있다. 또한, 도면에 도시되지 않았지만, 중화제 공급부(100) 본체 내부에 중화제의 농도를 측정할 수 있는 농도센서를 설치하여 이 정보를 통해 청수, 분말 중화제의 공급량, 교반기의 작동시간을 제어하도록 구성할 수 있다.

또한, 제어부(140)에서는, 중화제 공급배관(115) 상에 설치되는 펌프(117)와 중화제 주입밸브(119)를 제어하여 밸러스트 배관(120)에 주입되는 중화제 수용액 양을 조절하도록 구성된다.

이와 같은 제어부(140)은 제어반(미도시)에 포함되어 작업자가 제어반(미도시)에 접근하여 조작할 수 있도록 구성할 수 있으며, 제어반(미도시)과 떨어진 원격지에서 무선 또는 유선 통신수단을 통해 제어할 수 있도록 구성할 수도 있다.

한편, 중화제 공급부(100)는 본체에 하나의 탱크를 구비하여 중화제 수용액을 생성할 수 있지만, 적어도 2개의 탱크를 구비함으로써 하나의 탱크의 중화제 수용액이 모두 소진되었을 때 다른 탱크로 교체 사용하여 연속적으로 중화제를 공급하도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치에 구비된 중화제 공급부(100)는 중화제를 아스코르빈산 분말로 사용할 뿐만 아니라, 다른 종류의 중화제도 사용할 수 있도록 중화제의 종류를 선택하는 선택버튼(미도시)을 더 포함하도록 구성할 수 있다.

선택버튼(미도시)의 선택에 따라 제어부(140)로 중화제 선택정보가 송신되고, 중화제 선택정보에 따라 선택된 중화제에 맞는 제어신호를 제어부(140)에서 생성할 수 있게 된다.

이와 같은 제어신호는, 중화제 공급부(100)에 구비된 교반기(101)의 작동시간, 중화제 공급부(100)에 공급되는 청수의 양, 중화제 공급부(100)에 공급되는 중화제(150)의 양 중 적어도 하나와 관련된 정보일 수 있다.

여기서, 미설명된 도면부호는 도 2에서 설명된 것과 동일하므로 이를 참조한다.

도 4는 본 발명의 선박평형수 처리장치에 구비된 중화제 공급부에 투입되는 아스코로브산 용액 주입량에 따른 중화성능을 도시한 그래프로서, 시험조건은 다음과 같다.

<시험 조건>

- 용매 : 청수 85L

- 아스코르브산 분말 : 25Kg

- TRO : 4mg/L

- 유량 : 1,000m³/h

- 배관에 정량펌프로 주입량 조절하여 중화 후 TRO 측정

도 4의 그래프를 참조하면, 아스코르브산 수용액의 중화성능은 아스코르브산 수용액의 주입량에 따라 거의 비례함을 알 수 있다. 도 4의 그래프를 참조하여 아스코르브산 수용액의 주입량을 조절함으로써 배출되는 선박평형수의 TRO농도로 원하는 수준으로 낮출 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 중화제 공급부 101: 교반기
103: 레벨 스위치 105: 개폐도어
107: 에어 벤트 113: 청수 공급밸브
119: 중화제 주입밸브 130: 중화제 저장조
135: 개폐밸브 140: 제어부
150: 중화제

Claims (12)

1. 선박으로 유입되는 선박 평형수에 산화제를 투입하는 산화제 공급부;
   상기 산화제가 투입된 선박 평형수를 수용하는 밸러스트 탱크; 및
   상기 밸러스트 탱크에서 배출되는 선박 평형수에 아스코르브산을 주입하는 중화제 공급부;를 포함하되,
   상기 아스코르브산은 농도가 10~33% 범위인 수용액 상태로 선박 평형수에 주입되는, 선박평형수 처리장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 중화제 공급부는,
   상기 아스코르브산이 분말상으로 투입되고 청수가 공급되어 상기 아스코르브산이 수용액 상태로 상기 선박 평형수에 투입되는, 선박평형수 처리장치.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 산화제 공급부는,
   상기 선박 평형수를 전기분해하거나, 산화제 약품을 투입하여 산화제를 생성시키는, 선박평형수 처리장치.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 중화제 공급부는, 교반기를 더 포함하는, 선박평형수 처리장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 중화제 공급부는, 레벨 스위치를 포함하되,
   상기 레벨 스위치가 로우(LOW) 접점일 때 청수가 공급되고,
   상기 레벨 스위치가 하이(HIGH) 접점일 때에는 청수 공급이 중단되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는, 선박평형수 처리장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 레벨 스위치가 로우(LOW) 접점일 때 알람 경보를 발생시키는, 선박평형수 처리장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 알람 경보가 발생되면, 상기 아스코르브산 분말이 공급되고, 상기 교반기가 작동되는, 선박평형수 처리장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 중화제 공급부는 적어도 하나 이상의 탱크를 구비하는 탱크를 구비하는, 선박평형수 처리장치.
   
10. 청구항 2에 있어서,
    상기 선박평형수 처리장치는,
    상기 중화제 공급부에서 생성된 상기 아스코르브산 수용액을 공급하는 배관상에 주입 밸브를 더 포함하되,
    상기 주입 밸브는 외부 명령에 의해 개폐가 제어되도록 구성되는, 선박평형수 처리장치.
    
11. 삭제
12. 삭제

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