KR101815085B1 - 배기 및 배수 오염물질 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 배기 및 배수 오염물질 저감장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 외부로부터 해수를 유입받아 평형수탱크로 평형수를 공급하는 해수공급관과, 해수공급관으로부터 분지되어 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 배기가스관 또는 해수공급관 또는 스크러버에 연결되어, 해수를 전기분해하여 질소계산화물을 산화시키는 산화제 또는 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제 또는 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 살균제를 공급하는 정화유닛, 및 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함할 수 있다.

Description

배기 및 배수 오염물질 저감장치{Apparatus for reducing water and air pollutant}

본 발명은 배기 및 배수 오염물질 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질과 해수에 포함된 미생물을 사멸하여 배출할 수 있는 배기 및 배수 오염물질 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이 때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다.

또한, 선박은 균형 및 흘수를 유지하기 위해 선체에 마련된 평형수 탱크에 평형수를 저장한다. 평형수는 출발지의 해상에서 채워진 후 목적지의 해상에 배출되므로, 별도의 수처리를 하지 않고 배출할 경우 수질오염과 해양 생태계 변화를 유발할 수 있다.

이러한 이유로, 선박의 대기오염 및 수질오염에 대한 환경규제가 강화되고 있으며, 각종 규제를 만족시키기 위해 다양한 처리장치가 선박에 적용되고 있다. 대기오염에 관한 환경규제 중 해양 배기가스 배출통제지역(ECA; Emission Control Area)의 운항 및 정박 시 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산화물을 0.1% 이하로 규정하는 규제가 발효되어 있으며, 황산화물의 제거를 위해 일반적으로 습식 스크러버(wet scrubber)가 사용되고 있다. 습식 스크러버는 해수, 청수 또는 알칼리 용액과 배기가스를 기액 접촉하여 황산화물을 제거한다. 또한, 수질오염에 관한 환경규제 중 선박의 평형수에 포함된 일정 크기 이상의 미생물들을 사멸시켜야 하는 규제가 발효되어 있으며, 미생물의 살균을 위해 전기분해, 오존, 자외선 등의 처리 방식이 사용되고 있다.

그러나, 종래의 시스템은 배기가스를 정화하기 위한 시스템과 평형수를 처리하기 위한 시스템이 각각 독립적으로 동작하여 비효율적이며, 시스템의 설치 및 유지 비용이 증가할 뿐만 아니라 시스템의 배치를 위해 넓은 설치공간이 요구되어 선박 내 공간 활용도가 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0123665호 2014. 10. 23.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질과 해수에 포함된 미생물을 사멸하여 배출할 수 있는 배기 및 배수 오염물질 저감장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 외부로부터 해수를 유입받아 평형수탱크로 평형수를 공급하는 해수공급관과, 상기 해수공급관으로부터 분지되어 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에 상기 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 상기 배기가스관 또는 상기 해수공급관 또는 상기 스크러버에 연결되어, 해수를 전기분해하여 질소계산화물을 산화시키는 산화제 또는 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제 또는 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 살균제를 공급하는 정화유닛, 및 상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함한다.

상기 산화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산일 수 있다.

상기 정화유닛은 상기 배기가스관에 상기 산화제를 액상으로 미립자화하여 분사할 수 있다.

상기 살균제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산이거나, 상기 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산이 상기 배기가스 및 상기 해수와 반응하여 생성된 질산 또는 황산일 수 있다.

상기 살균제는 상기 스크러버 또는 상기 해수공급관으로 주입될 수 있다.

상기 정화유닛은 상기 살균제의 pH값이 5~7을 유지하도록 상기 차아염소산의 주입량을 조절할 수 있다.

상기 중화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산나트륨의 희석액일 수 있다.

상기 중화제는 상기 스크러버 또는 상기 해수공급관으로 주입될 수 있다.

상기 해수공급관은, 상기 평형수탱크로 평형수를 공급하는 평형수공급관과, 외부로 해수를 배출하는 해수배출관으로 분지되고, 상기 정화유닛은 상기 평형수공급관 또는 상기 해수배출관에 상기 중화제 또는 상기 살균제를 주입할 수 있다.

상기 배기 및 배수 오염물질 저감장치는, 상기 해수배출관에 설치되어, 상기 세정수 또는 상기 해수 중에 포함된 총잔류산화제양, pH값, 미생물 농도 중 적어도 하나를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기분해 방식의 정화유닛에서 생산된 살균제를 사용해 평형수 중의 미생물을 사멸함과 동시에 동일한 정화유닛에서 생산된 산화제로 배기가스를 산화해 습식 스크러버로 공급되는 질소산화물을 제거할 수 있다. 즉, 하나의 평형수 처리 시스템으로 살균과 산화를 동시에 수행할 수 있으며, 이로 인해, 여과장치, 펌프 등이 생략될 수 있어 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다. 또한, 종래의 전기분해 방식을 사용한 평형수 처리 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 해수를 전기분해하는 정화유닛을 통해 일산화질소를 산화시키고, 동시에 산성화된 세정수를 중화시키며, 해수의 미생물을 살균시킴으로써, 비용을 절감하고 공간 활용에서 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 정화유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치는 배기가스에 포함된 각종 오염물질(질소산화물, 황산화물, 분진 등)의 농도를 줄여 배기기준에 적합한 공기를 배출할 수 있으며, 해수에 포함된 미생물의 살균처리가 동시에 이루어져 평형수로 사용하거나 해수로 배출할 수 있는 장치이다.

배기 및 배수 오염물질 저감장치는 주로 선박에 탑재되어 선박에서 발생하는 배기가스의 오염물질을 제거하면서 평형수로 사용하는 해수에 포함된 미생물을 동시에 사멸할 수 있다. 또한, 배기 및 배수 오염물질 저감장치는 배기가스의 오염물질 제거 기능과 평형수의 미생물 사멸 기능을 각각 작동시키거나 작동비율을 필요에 따라 조절할 수 있으며, 두 가지 기능을 수행하는 장치에서 공통으로 사용되는 여과장치, 펌프 등이 생략될 수 있는 장점이 있다. 이러한 장치는 종래의 전기분해 방식을 사용한 평형수 처리 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 특징이 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 배기 및 배수 오염물질 저감장치에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 정화유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)는 배기가스관(10)과, 해수공급관(20)과, 세정수공급관(30)과, 스크러버(40)와, 정화유닛(50), 및 세정수배출관(41)을 포함한다.

배기가스관(10)은 연소기관(도시되지 않음)으로부터 배기가스가 이동하는 관으로, 후술할 스크러버(40)에 연결된다. 배기가스관(10)은 연소기관의 배기관에 직접 연결되어, 고온의 배기가스가 직접 이동하거나 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 재활용하고 남은 폐가스가 이동하는 통로가 될 수 있다. 여기서, 연소기관은 연료를 연소하여 선박에 필요한 각종 동력을 발생시키는 장치로서, 예를 들어, 메인 엔진, 발전기 엔진 등으로 형성될 수 있다. 배기가스관(10)에는 복수 개의 연소기관의 배기관이 연결될 수 있으며, 복수 개의 연소기관은 필요에 따라 선택적으로 동작할 수 있다. 이러한 연소기관은 통상, 화석 연료를 연소하여 동력을 발생시키므로, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스를 발생시킨다. 발생된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관의 일 측에 연결된 배기가스관(10)을 통해 스크러버(40)로 공급된다.

해수공급관(20)은 외부로부터 해수를 유입받아 평형수탱크(60)로 평형수를 공급하는 관으로, 적어도 하나의 펌프(P1)가 설치되어 해수를 평형수탱크(60)와 스크러버(40)로 원활하게 공급할 수 있다. 이 때, 해수공급관(20)의 일 측에는 세정수공급관(30)이 분지되어 스크러버(40)로 연결될 수 있으며, 해수공급관(20)과 세정수공급관(30)의 연결부분에는 제1 제어밸브(25)가 설치될 수 있다. 제1 제어밸브(25)는 삼방밸브 형태로 형성되어, 세정수공급관(30)을 통하여 공급되는 해수의 양을 조절하거나 세정수공급관(30)으로 분지되어 공급되는 해수와 해수공급관(20)을 통하여 평형수탱크(60)로 공급되는 해수의 비율을 조절할 수 있다. 이러한 해수공급관(20)은 세정수공급관(30)의 후단에서 평형수공급관(23)과 해수배출관(24)으로 분지되며, 평형수공급관(23)은 평형수탱크(60)로 평형수를 공급하고, 해수배출관(24)은 외부로 해수를 배출할 수 있다.

세정수공급관(30)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(40)로 공급하는 관으로, 일단부가 해수공급관(20) 또는 청수공급관(29)에 연결되고 타단부가 스크러버(40)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수공급관(30)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받을 수 있다. 이하, 세정수가 해수인 것으로 한정하여, 세정수공급관(30)을 통해 주로 해수가 유입되어 스크러버(40)로 공급되는 과정을 보다 중점적으로 설명한다.

해수공급관(20)을 통해 외부로부터 유입되는 해수는 세정수공급관(30)을 통해 유동하여 스크러버(40)로 공급된다. 스크러버(40)는 배기가스관(10)을 통해 유입되는 배기가스에 세정수공급관(30)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 통상의 습식 스크러버(scrubber)일 수 있다. 이 때, 세정수공급관(30)은 스크러버(40) 내부에 위치한 단부가 스크러버(40)의 상부에 배치되며, 복수 개로 분지되어 세정수를 미립자 형태로 분무할 수 있다. 즉, 스크러버(40)의 상부에 배치된 세정수공급관(30)은 배기가스관(10)이 위치한 스크러버(40)의 하부를 향하여 세정수를 분무하며, 이로 인해, 배기가스와 세정수를 효과적으로 접촉시킬 수 있다. 스크러버(40) 내부에서 배기가스와 세정수가 접촉함에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등의 오염물질이 제거된 배기가스는 별도의 배출관(42)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(42)을 통해 배출되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등의 오염물질이 제거된 상태이므로, 배기기준에 적합하게 되어 대기 중에 그대로 배출할 수 있다.

스크러버(40) 내부에서 오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등이 포함된 세정수는 세정수배출관(41)을 통해 스크러버(40) 외부로 배출된다.

한편, 정화유닛(50)은 해수를 전기분해하여 질소계산화물을 산화시키는 산화제 또는 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제 또는 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 살균제를 생성하는 것으로, 배기가스관(10) 또는 해수공급관(20) 또는 스크러버(40)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 정화유닛(50)은 배기가스관(10) 또는 해수공급관(20) 또는 스크러버(40)에 산화제 또는 중화제 또는 살균제를 공급할 수 있다. 정화유닛(50)은 전기분해조(51)와, 양전극판(52a)과 음전극판(52b), 및 정류기(53)를 포함한다.

도 2를 참조하여 설명하면, 전기분해조(51)는 내부에 수용공간이 형성된 통 또는 챔버로, 해수공급관(20)을 통해 공급된 해수가 수용된다. 전기분해조(51)는 일 측에 해수공급관(20)으로부터 분지된 해수유입관(21)이 연결되어 해수를 공급받으며, 해수유입관(21) 상에는 적어도 하나의 펌프(P2)가 설치되어 해수를 전기분해조(51)로 원활하게 공급할 수 있다. 전기분해조(51)는 내부에 양전극판(52a)과 음전극판(52b)이 설치된다.

양전극판(52a)과 음전극판(52b)은 전기분해조(51) 내부에 해수의 유동 방향으로 배치되며, 일정 간격 이격되어 서로 마주보며 배치된다. 양전극판(52a)과 음전극판(52b) 사이에는 친수성 다공질 막으로 형성된 격막(54)이 설치되어, 전기분해조(51)는 내부가 양전극판(52a)이 위치하는 제1 영역(51a)과 음전극판(52b)이 위치하는 제2 영역(51b)으로 분할될 수 있다. 그러나, 격막(54)이 친수성 다공질 막으로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 다양한 구조의 막으로 변형되거나 필요에 따라 격막(54)이 생략될 수도 있다. 이러한 양전극판(52a)과 음전극판(52b)은 각각 케이블을 통해 정류기(53)와 전기적으로 연결된다.

정류기(53)는 양전극판(52a)과 음전극판(52b)에 각각 정류된 전류를 공급한다. 도면 상에는 정류기(53)가 전기분해조(51)의 외부에 설치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 정류기(53)는 전기분해조(51)의 내부에 설치될 수도 있다.

전기분해조(51) 내부에서는 정류기(53)로부터 공급된 전류에 의해 해수에 포함된 염화나트륨(NaCl)이 전기분해되며, 이로 인해, 양전극판(52a)에서는 산화 반응이 일어나면서 염소가스(Cl₂)가 발생되고, 음전극판(52b)에서는 수소가스(H₂)와 수산기(OH-)가 발생된다. 이 때, 염소가스(Cl₂)와 수산기(OH-)가 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 차아염소산나트륨(NaOCl)과 차아염소산(HOCl)을 생성한다. 전기분해조(51) 내부에는 생성된 산화제 또는 살균제 또는 중화제의 농도를 측정하는 농도측정센서(55)가 마련되므로, 정류기(53)는 농도측정센서(55)에서 측정된 농도값에 연계하여 공급되는 전류의 세기를 조절할 수 있다.

구체적으로, 양전극판(52a)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

또한, 음전극판(52b)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

결론적으로,

즉, 산화제는 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl)일 수 있으며, 정화유닛(50)은 제1 주입관(56)을 통해 배기가스관(10)에 산화제를 액상으로 미립자화하여 분사할 수 있다.

또한, 살균제는 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl)이거나, 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl)이 배기가스 및 해수와 반응하여 생성한 질산(HNO₃) 및 황산(H₂SO₄)일 수 있다. 정화유닛(50)은 제2 주입관(57)을 통해 스크러버(40)에 살균제를 주입하거나, 제3 주입관(58)을 통해 해수공급관(20)에 살균제를 주입할 수 있다. 이 때, 정화유닛(50)은 살균제의 pH값이 5~7을 유지하도록 차아염소산(HOCl)의 주입량을 조절하여, 미생물을 사멸시키는 살균력이 최상이 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 세정수의 pH값이 2.7 이하일 경우, 맹독성의 염소가 발생하여 위험할 수 있다

또한, 중화제는 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산나트륨(NaOCl)의 희석액일 수 있으며, 정화유닛(50)은 제2 주입관(57)을 통해 스크러버(40)에 중화제를 주입하거나, 제3 주입관(58)을 통해 해수공급관(20)에 중화제를 주입할 수 있다

정화유닛(50)은 제1 주입관(56)을 통해 배기가스관(10)에 산화제를 분사하여 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 이산화질소는 일산화질소에 비하여 물에 쉽게 용해되므로 스크러버(40)에서 세정수에 녹아 쉽게 제거될 수 있다. 제1 주입관(56)은 배기가스관(10)에 액체산화제를 미립자화하여 분사하거나, 배기가스관(10)에 설치된 별도의 분무유닛(11)을 통하여 배기가스에 액체산화제를 분무할 수 있다.

이 때, 정화유닛(50)은 제2 주입관(57)을 통해 스크러버(40)에 중화제를 분무하거나 제3 주입관(58)을 통해 해수공급관(20)에 중화제를 분무할 수 있다. 중화제는 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이 세정수와 반응하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다. 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)은 해수와 반응하면 각각 질산(HNO₃)과 황산(H₂SO₄)을 생성하게 되므로, 정화유닛(50)은 차아염소산나트륨(NaOCl)을 스크러버(40)에 분사하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다. 스크러버(40) 내부에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

차아염소산나트륨(NaOCl)은 질산(HNO₃) 및 황산(H₂SO₄)과 반응하여 차아염소산(HOCl)을 추가로 생성하므로, 세정수 중에 포함된 미생물을 2차로 살균할 수 있다. 이 때, 차아염소산(HOCl)은 약한 산(acidic) 성분을 띄고 있으므로, 별도의 중화제, 예를 들어, 티오황산나트륨(Na₂S₂O₃), 수산화나트륨(NaOH)을 첨가할 수도 있다.

이러한 정화유닛(50)은 제3 주입관(58)을 통해 평형수공급관(23) 또는 해수배출관(24)에 중화제 또는 살균제를 주입하여 평형수 및 해수를 중화 및 살균시킬 수도 있다.

한편, 정화유닛(50)은 제2 주입관(57)을 통해 직접 중화제(NaOH)를 주입할 수도 있으며, 정화유닛(50)에서 공급된 중화제로 세정수의 중화가 충분히 이루어지지 않을 경우, 별도의 중화제 주입 유닛(도시되지 않음)을 추가하여 2차 중화단계를 거칠 수도 있다.

세정수배출관(41)은 스크러버(40) 내부의 세정수를 배출하는 관으로, 필터유닛(70)을 통하여 해수공급관(20)과 다시 연결될 수 있다. 즉, 세정수배출관(41)은 필터유닛(70)을 통하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리한 후, 평형수탱크(60)로 저장하거나 외부로 배출할 수 있다. 세정수배출관(41)은 반드시 해수공급관(20)과 연결될 필요는 없으며, 독립적으로 평형수탱크(60)와 연결되거나 선박의 외부로 연결될 수도 있다.

세정수배출관(41)에는 순환관(91)이 연결될 수 있다. 순환관(91)은 세정수배출관(41)을 통하여 배출되는 세정수를 세정수공급관(30)으로 재순환시키는 관으로, 세정수를 평형수로 사용하지 않거나 외부로 배출할 필요가 없는 경우 세정수를 스크러버(40)로 순환시켜 재사용할 수 있다.

세정수배출관(41)과 순환관(91) 사이에는 재순환탱크(90)가 설치될 수 있다. 재순환탱크(90)는 스크러버(40)를 통하여 배출된 세정수 중 일부를 저장할 수 있으며, 순환관(91)을 통하여 일정한 양의 세정수가 순환될 수 있도록 일종의 버퍼탱크(buffer tank) 역할을 할 수 있다.

재순환탱크(90)는 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 포함하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하고 순환관(91)을 통해 세정수를 재순환시킬 수 있다.

세정수공급관(30)은 해수공급관(20), 청수공급관(29), 및 순환관(91)과 연결되어 있어, 배기가스의 농도, 스크러버(40)의 처리 용량, 세정수의 농도 및 오염도 등을 고려하여 해수, 청수, 순환수를 적절히 섞어 스크러버(40)로 공급할 수 있다.

필터유닛(70)은 스크러버(40)의 후단에 설치되어 스크러버(40)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자 등을 분리하는 장치로, 재순환탱크(90)와 같이 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리한 후 슬러지탱크(80)로 배출할 수 있다. 필터유닛(70)은 펌프(P1)와 제1 제어밸브(25) 사이의 해수공급관(20)에 연결될 수 있다. 즉, 해수공급관(20)으로부터 공급되는 해수는 필터유닛(70)을 통과한 후 세정수공급관(30)을 통해 스크러버(40)로 공급되며, 스크러버(40)를 통과한 세정수는 다시 필터유닛(70)을 통과할 수 있다. 즉, 하나의 필터유닛(70)으로 외부에서 유입된 해수와 스크러버(40)를 통과한 세정수를 모두 필터링할 수 있다. 또한, 필터유닛(70)은 하나 또는 두 개를 사용하되, 세정수배출관(41)을 통과한 세정수 또는 해수공급관(20)을 통과한 해수 속의 포함된 입자가 큰 물질 제거에 공통으로 또는 독립적으로 사용할 수도 있다.

또한, 필터유닛(70)의 일 측에는 제1 제어밸브(25) 후단의 해수공급관(20)에 직접 연결되는 합류관(27)이 설치될 수 있다. 합류관(27)은 해수유입관(21)으로부터 분지될 수 있으며, 합류관(27)과 해수유입관(21)의 연결부분에는 제2 제어밸브(26)가 설치될 수 있다. 제2 제어밸브(26)는 삼방밸브 형태로 형성되어, 해수유입관(21)을 통하여 정화유닛(50)으로 공급되는 해수의 양을 조절하거나, 합류관(27)으로 분지되어 유동하는 해수와 해수유입관(21)을 통하여 유동하는 해수의 비율을 조절할 수 있다.

필터유닛(70)을 통과한 세정수 또는 해수에는 제3 주입관(58)을 통해 중화제 또는 살균제가 분사될 수 있다. 필터유닛(70)과 해수배출관(24) 사이에는 해수와 세정수의 혼합수가 배출되는 혼합관(22)이 설치될 수 있으며, 제3 주입관(58)은 해수공급관(20) 또는 혼합관(22)에 연결될 수 있다. 제3 주입관(58) 상에는 정화유닛(50)으로부터 공급되는 중화제나 살균제를 주입하는 주입유닛(59)이 설치되며, 주입유닛(59)은 중화제나 살균제를 액체 또는 기체상태로 해수와 세정수에 주입할 수 있다. 해수배출관(24) 상에는 센서부(24a)가 설치되어 있어, 배출되는 세정수와 해수 중에 포함된 총잔류산화제양(total residual oxidant), pH값, 미생물 농도 중 적어도 하나를 실시간으로 파악할 수 있다. 정화유닛(50)은 센서부(24a)의 결과값에 따라 산화제, 중화제, 살균제의 공급량을 조절할 수 있다.

혼합관(22)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 평형수공급관(23)을 통해 평형수탱크(60)로 유입되거나 해수배출관(24)을 통해 외부로 배출된다.

평형수탱크(60)는 세정수배출관(41)을 통해 배출되는 세정수를 저장하여 선박의 평형을 유지한다. 선박에는 적어도 하나의 평형수탱크(60)가 설치될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 세정수배출관(41)을 통해 배출되는 세정수는 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등을 흡수한 상태이므로, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수의 수소이온농도지수, 즉, pH값은 세정수공급관(30)을 유동하는 세정수의 pH값보다 더 낮다. 다시 말해, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수는 황산화물로 인해 산성화되어, 세정수공급관(30) 내부를 유동하는 세정수보다 pH값이 더 낮다. 따라서, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률은 세정수공급관(30) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률보다 더 낮다.

즉, 세정수배출관(41) 내부를 유동하는 세정수는 산성화로 인해 미생물의 생존률이 낮아 일정 크기 이상의 미생물들을 사멸시켜야 하는 평형수 규제 조건을 만족시키므로, 평형수로 사용하게 적합하다. 스크러버(40)에서 배출된 미생물이 사멸한 세정수를 평형수로 사용함으로써, 미생물을 사멸하기 위한 별도의 평형수 처리 시스템이 생략될 수 있으며, 이로 인해, 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다. 또한, 종래의 전기분해 방식을 사용한 평형수 처리 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 장점이 있다

한편, 정화유닛(50)은 평형수탱크(60)에 직접 살균제를 공급할 수도 있다. 평형수탱크(60) 내부에 저장된 평형수의 미생물의 농도가 높으면 평형수탱크(60)에 직접 살균제를 분사하여 미생물 농도를 조절할 수 있다. 따라서, 평형수탱크(60)에 저장된 평형수를 외부로 배출하기 전에 미생물 허용 기준치 이내로 조절할 수 있어, 해양오염이나 생태계 교란을 막을 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)의 작동과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 해수공급관을 통해 유입된 해수가 평형수로 공급되는 과정을 도시한 것으로, 도 3은 평형수 공급되는 해수 전체에 살균제가 투입되는 직접식 살균방식을 도시한 것이며, 도 4는 평형수 공급되는 해수 중 일부분에 살균제가 투입되고 외부에서 공급된 해수와 섞어서 사용하는 간접식 살균방식을 도시한 것이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 해수공급관(20)을 통하여 공급되는 해수는 필터유닛(70)을 통과하며 입자가 큰 미생물이 제거된다. 예를 들어, 필터유닛(70)은 살균제로 쉽게 사멸되지 않는 직경이 50μm 이상의 미생물을 분리할 수 있다.

필터유닛(70)을 통과한 해수 중 일부는 해수유입관(21)을 통해 정화유닛(50)으로 공급되어 살균제를 생성할 수 있으며, 나머지 일부는 해수공급관(20) 및 혼합관(22)을 따라 유동한다. 정화유닛(50)으로부터 생성된 살균제는 제3 주입관(58)과 주입유닛(59)을 통해 해수공급관(20) 및 혼합관(22)을 유동하는 해수에 분사될 수 있으며, 살균제가 분사되어 미생물이 사멸한 해수는 평형수탱크(60)로 공급되어 평형수로 사용될 수 있다.

이어서, 도 4를 참조하여 설명하면, 해수공급관(20)을 통하여 공급된 해수는 필터유닛(70)을 통과하며 입자가 큰 미생물이 제거되고, 일부는 해수공급관(20)을 따라 유동하고 일부는 우회관(28)을 따라 유동한다. 해수공급관(20)은 정화유닛(50)으로부터 살균제가 분사되는 관이며, 우회관(28)은 필터유닛(70)을 통과한 해수가 직접 평형수탱크(60)로 유입되는 관이다. 해수공급관(20)을 따라 유동하는 해수는 제3 주입관(58)을 통해 살균제가 분사되어 미생물이 사멸되며, 우회관(28)을 따라 유동한 해수와 혼합되어 우회관(28)을 따라 유동한 해수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 이 때, 해수공급관(20)과 우회관(28)을 유동하는 해수의 양이나 비율은 해수에 포함된 미생물의 농도 등에 따라 선택적으로 조절될 수 있다.

해수공급관(20)을 따라 유동한 해수와 우회관(28)을 따라 유동한 해수는 혼합관(22)에서 혼합되어 평형수탱크(60)로 공급된다.

도 3과 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)는 배기가스를 제거하는 기능을 사용하지 않더라도 독립적으로 평형수를 처리할 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)가 배기가스의 오염물질을 제거하기 위하여 동작하는 과정을 설명한다.

도 5는 해수공급관으로 공급된 해수가 스크러버를 통과한 후 외부로 직접 배출되는 방식을 도시한 것이며, 도 6은 해수공급관으로 공급된 해수가 스크러버를 통과한 후 순환관을 통하여 재순환되는 방식을 도시한 것이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 세정수공급관(30)을 통하여 스크러버(40)로 공급되며, 나머지 일부는 해수유입관(21)을 통하여 정화유닛(50)으로 공급된다. 세정수는 스크러버(40) 상부에서 분사되며, 스크러버(40)의 하부에는 세정수가 일정 수위로 채워질 수 있다. 이 때, 배기가스관(10)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(40)의 하부에서 분사될 수 있다.

정화유닛(50)은 해수를 전기분해하여 생성한 산화제를 배기가스가 스크러버(40)로 공급되기 전에 분사하여 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 정화유닛(50)은 세정수의 pH값을 고려하여 해수공급관(20) 또는 스크러버(40)에 중화제를 함께 분사할 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(40) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있으며, 이로 인해, 1차로 질소산화물 황산화물, 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있다. 또한, 스크러버(40) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 2차로 오염물질이 제거될 수 있다. 이러한 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되며, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(42)을 통하여 외부로 배출된다.

스크러버(40)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(41)을 통하여 필터유닛(70)으로 이동한다. 필터유닛(70)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(80)로 저장하며, 오염물질이 분리된 세정수는 해수배출관(24)을 통하여 외부로 배출된다. 이 때, 해수배출관(24)을 통과하는 세정수의 총잔류산화제양과 pH값이 기준치를 벗어나는 경우, 정화유닛(50)은 중화제를 해수공급관(20)에 주입하여 총잔류산화제양과 pH값을 기준치 이내로 맞춘 후 외부로 배출한다.

이어서, 도 6을 참조하여 설명하면, 해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 스크러버(40)로 공급되고, 일부는 정화유닛(50)으로 공급된다. 스크러버(40)를 통과하여 세정수배출관(41)으로 배출된 세정수는 재순환탱크(90)에 일시 저장되었다가 다시 순환관(91)을 통하여 세정수공급관(30)으로 순환된다. 즉, 도 6의 과정은 세정수가 순환관(91)을 통하여 재순환하는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 5의 과정과 실질적으로 동일하다.

해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수는 세정수공급관(30), 스크러버(40), 세정수배출관(41), 재순환탱크(90), 순환관(91)을 순차적으로 순환하며, 해수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 5의 과정과 도 6의 과정을 병행할 수 있다. 도 6의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과할 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 사용될 수 있다. 세정수를 다시 재순환함으로써 세정수의 오염이 심할 경우, 필터유닛(70)을 통하여 고체상 입자를 제거한 후 외부로 배출하고, 다시 새로운 해수를 스크러버(40)로 공급할 수 있다.

도 5와 도 6의 과정은 필요에 따라 선택적 또는 순차적으로 사용될 수 있다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 배기 및 배수 오염물질 저감장치(1)가 배기가스의 오염물질 제거와 평형수 처리를 동시에 수행하는 과정을 설명한다.

도 7은 개루프(open loop) 타입의 오염물질 제거방식과 직접 살균방식의 평형수 처리 과정을 도시한 것이며, 도 8은 폐루프(close loop) 타입의 오염물질 제거방식과 간접 살균방식의 평형수 처리 과정을 도시한 것이다.

먼저, 도 7을 참조하면, 해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 세정수공급관(30)을 통하여 스크러버(40)로 공급되며, 나머지 일부는 해수유입관(21)을 통하여 정화유닛(50)으로 공급된다. 세정수는 스크러버(40) 상부에서 분사되며, 스크러버(40) 하부에는 세정수가 일정 수위로 채워질 수 있다. 이 때, 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 스크러버(40)의 하부에서 분사될 수 있으며, 정화유닛(50)은 배기가스가 스크러버(40)로 공급되기 전에 산화제를 분사하여 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 정화유닛(50)은 세정수의 pH값을 고려하여 스크러버(40)에 중화제를 함께 분사할 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(40) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있으며, 이로 인해, 1차로 질소산화물 황산화물, 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있다. 또한, 스크러버(40) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 2차로 오염물질이 제거될 수 있다. 이러한 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되며, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(42)을 통하여 외부로 배출된다.

스크러버(40)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(41)을 통하여 필터유닛(70)으로 이동한다. 필터유닛(70)은 세정수에 포함된 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(80)로 저장하며, 오염물질이 제거된 세정수는 해수공급관(20) 및 혼합관(22)을 통과하여 평형수탱크(60)로 유입되거나 해수배출관(24)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 해수유입관(21)으로부터 분지된 합류관(27)을 통해 스크러버(40)를 통과하지 않은 외부에서 유입된 해수가 해수공급관(20)으로 합류되어, 해수공급관(20)을 유동하는 오염물질이 제거된 세정수에 혼합될 수도 있다.

한편, 해수공급관(20)을 유동하는 세정수와 해수의 혼합수에는 제3 주입관(58), 및 주입유닛(59)을 통해 정화유닛(50)으로부터 생성된 살균제가 주입될 수 있다.

이어서, 도 8을 참조하여 설명하면, 해수공급관(20)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 스크러버(40)로 공급되고, 일부는 정화유닛(50)으로 공급된다. 스크러버(40)를 통과한 세정수 중 일부는 재순환탱크(90)와 순환관(91), 및 세정수공급관(30)을 거쳐 스크러버(40)로 재순환되고, 나머지 일부는 필터유닛(70)으로 이동할 수 있다. 즉, 도 8의 과정은 스크러버(40)를 통과한 세정수 중 일부가 재순환탱크(90)와 순환관(91), 및 세정수공급관(30)을 거쳐 스크러버(40)로 재순환되는 것을 제외하면, 나머지 과정은 도 7의 과정과 실질적으로 동일하다.

한편, 해수공급관(20)을 유동하는 해수 중 일부는 우회관(28)을 따라 유동하여, 살균제가 주입된 해수의 흐름에 섞일 수 있다.

도 7의 과정과 도 8의 과정은 해수에 포함되어 있는 미생물의 양이나 종류 또는 필요한 평형수의 양 등을 고려하여 선택적 또는 순차적으로 사용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 배기 및 배수 오염물질 저감장치
10: 배기가스관 11: 분무유닛
20: 해수공급관 21: 해수유입관
22: 혼합관 23: 평형수공급관
24: 해수배출관 25: 제1 제어밸브
26: 제2 제어밸브 27: 합류관
28: 우회관 29: 청수공급관
30: 세정수공급관 40: 스크러버
41: 세정수배출관 42: 배출관
50: 정화유닛 51: 전기분해조
52a: 양전극판 52b: 음전극판
53: 정류기 54: 격막
55: 농도측정센서 56: 제1 주입관
57: 제2 주입관 58: 제3 주입관
59: 주입유닛 60: 평형수탱크
70: 필터유닛 80: 슬러지탱크
90: 재순환탱크 91: 순환관

Claims (10)

1. 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관;
   외부로부터 해수를 유입받아 평형수탱크로 평형수를 공급하는 해수공급관;
   상기 해수공급관으로부터 분지되어 세정수를 공급하는 세정수공급관;
   상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에 상기 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버;
   상기 배기가스관과 상기 해수공급관과 상기 스크러버에 각각 연결되고 해수를 전기분해하여, 질소계산화물을 산화시키는 산화제 또는 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제 또는 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 살균제를 공급하는 정화유닛;
   상기 정화유닛과 상기 배기가스관을 연결하여 상기 배기가스관에 상기 산화제를 주입하는 제1 주입관;
   상기 정화유닛과 상기 스크러버를 연결하여 상기 스크러버에 상기 살균제 또는 상기 중화제를 주입하는 제2 주입관;
   상기 정화유닛과 상기 해수공급관을 연결하여 상기 해수공급관에 상기 살균제 또는 상기 중화제를 주입하는 제3 주입관;
   상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관; 및
   상기 세정수배출관으로 배출된 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하며, 상기 세정수배출관과 상기 해수공급관을 연결하는 필터유닛을 포함하는 배기 및 배수 오염물질 저감장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 산화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산인 배기 및 배수 오염물질 저감장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 정화유닛은 상기 배기가스관에 상기 산화제를 액상으로 미립자화하여 분사하는 배기 및 배수 오염물질 저감장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 살균제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산이거나, 상기 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산이 상기 배기가스 및 상기 해수와 반응하여 생성된 질산 또는 황산인 배기 및 배수 오염물질 저감장치.
5. 삭제
6. 제4 항에 있어서, 상기 정화유닛은 상기 살균제의 pH값이 5~7을 유지하도록 상기 차아염소산의 주입량을 조절하는 배기 및 배수 오염물질 저감장치.
7. 제1 항에 있어서, 상기 중화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산나트륨의 희석액인 배기 및 배수 오염물질 저감장치.
8. 삭제
9. 제1 항에 있어서, 상기 해수공급관은,
   상기 평형수탱크로 평형수를 공급하는 평형수공급관과, 외부로 해수를 배출하는 해수배출관으로 분지되고,
   상기 정화유닛은 상기 평형수공급관 또는 상기 해수배출관에 상기 중화제 또는 상기 살균제를 주입하는 배기 및 배수 오염물질 저감장치.
10. 제9 항에 있어서, 상기 해수배출관에 설치되어, 상기 세정수 또는 상기 해수 중에 포함된 총잔류산화제양, pH값, 미생물 농도 중 적어도 하나를 측정하는 센서부를 더 포함하는 배기 및 배수 오염물질 저감장치.

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