KR101923094B1 - Ballast water treatment system with a low temperature water plasma device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수중 저온 플라즈마 발생 장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 선박 평형수 처리 시스템은 해수를 필터로 이송시키는 펌프와, 상기 펌프에 의해 이동되는 해수를 거르는 필터와, 상기 필터를 거친 해수가 이동하는 이송라인에 설치된 관형 플라즈마 발생장치와, 상기 플라즈마 발생장치에 전원을 공급하는 전원공급 장치와, 상기 플라즈마 발생장치를 통과한 해수의 잔류 산화제 농도를 측정하는 제1측정과, 상기 플라즈마 발생장치를 통과한 해수를 선박 평형수로 보관하는 선박 평형수 탱크와, 상기 선박 평형수 탱크에서 배출되는 선박 평형수의 잔류 산화제 농도를 측정하는 제2측정기와 상기 배출되는 선박 평형수의 잔류 산화제를 중화할 수 있는 중화장치를 포함하고, 상기 플라즈마 발생장치는 관의 형태를 갖는 망형 제1전극과 상기 제1전극의 내부에 배치되고 상기 제1전극에 유입되는 해수에 버블을 발생시키는 제2전극을 구비하며, 상기 제1전극은 복수개로 구성된 시스템이다. 본 발명에 의하면, 관형 수중 플라즈마 발생장치에서 플라즈마를 발생시켜 저비용으로 해수의 미생물들을 살균하고, 함께 발생된 산화제에 의해 선박 평형수의 미생물 재성장을 억제할 수 있으며, 효율적인 전력사용 및 친환경적인 선박의 평형수 관리 시스템을 구현하는 효과가 있다.The present invention relates to a ship ballast water treatment system to which an underwater low temperature plasma generator is applied. A ship ballast water treatment system according to the present invention comprises a pump for transferring seawater to a filter, a filter for filtering seawater to be moved by the pump, a tubular plasma generator installed on a transfer line through which seawater is moved by the filter, A first measurement for measuring the concentration of residual oxidant in the seawater having passed through the plasma generating device and a second measurement for measuring the concentration of residual oxidant in the seawater equilibrium water for storing the seawater having passed through the plasma generating device, A second measuring device for measuring a concentration of residual oxidant in the ballast water discharged from the ship ballast water tank and a neutralizing device for neutralizing the residual oxidant in the discharged ballast water, A first electrode disposed inside the first electrode and having a bubble in the seawater flowing into the first electrode, And the first electrode is a system composed of a plurality of electrodes. According to the present invention, it is possible to generate plasma in the tubular underwater plasma generator to sterilize microorganisms in the seawater at low cost, inhibit re-growth of microbes in the ballast water by the oxidizer generated together, It is effective to implement a ballast water management system.

Description

수중 저온 플라즈마 발생 장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템{BALLAST WATER TREATMENT SYSTEM WITH A LOW TEMPERATURE WATER PLASMA DEVICE}Technical Field [0001] The present invention relates to a ballast water treatment system using a low-temperature plasma generator,

본 발명은 수중 저온 플라즈마 발생 장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박 평형수를 수중 저온 플라즈마 발생장치를 이용하여 살균할 수 있는 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ship ballast water treatment system using an underwater low temperature plasma generator, and more particularly, to a system capable of sterilizing ship ballast water using a low temperature plasma generator.

해상에서 운행 중인 선박은, 외부로부터 선박에 평형수(ballast water)를 유입 받아 선박의 균형을 유지한다. 이와 같이 선박에 유입된 선박 평형수는 살균 처리되어 선박에 저장되고, 선박의 평형과 안전에 이용된다. 선박에 화물을 많이 싣는 경우, 선박에서 외부로 평형수를 배출하여야 한다. 이 경우 평형수 중에 있는 바이러스, 균류 등이 해안 해수에 새로운 오염을 일으키거나 환경에 영향을 주지 않도록, 처리하여 배출하여야 한다.A ship operating in the sea maintains balance of the ship by introducing ballast water from the outside to the ship. Thus, the ballast water entering the ship is sterilized and stored in the ship, and is used for equilibrium and safety of the ship. When loading a lot of cargo on a ship, ballast water should be discharged from the ship to the outside. In this case, the viruses and fungi in the equilibrium water should be treated and discharged so as not to cause new pollution in coastal waters or affect the environment.

해수 안에는 많은 바이러스, 균류 등의 미생물들이 있고, 이러한 해수를 장기간 선박 내에 평형수로 보관하게 되면, 많은 미생물들이 번식하여 선박은 물론 평형수를 배출하는 해역에 굉장한 환경오염을 일으키게 된다. 따라서, 해수를 선박 평형수로 사용하기 위해서는 해수를 살균처리 하는 과정이 필요하다.There are many microorganisms such as viruses and fungi in seawater. If such seawater is kept in equilibrium water for a long time, many microorganisms reproduce and cause enormous environmental pollution in the sea where ballast water is discharged as well as ship. Therefore, in order to use seawater as ballast water, it is necessary to sterilize seawater.

선박 평형수에 대한 미생물 살균 기준인 IMO(International Maritime Organization)와 USCG(United States Coast Guard)에 따르면, 선박 평형수의 잔류 산화제 농도(total residual oxidant, TRO)는 1∼15 ppm 이고, 배출하는 평형수의 잔류 산화제 농도(TRO)는 0.2 ppm 이하 이어야 한다.According to the International Maritime Organization (IMO) and the United States Coast Guard (USCG), the total residual oxidant (TRO) of ship equilibrium water is 1 to 15 ppm, The concentration of residual oxidizing agent (TRO) in water should not be more than 0.2 ppm.

종래에는 활성화 물질(active substance)로 평형수를 살균하고, 평형수 저장 중에 세균의 재 증식(regrowth)을 억제하기 위해서 산화제를 투입하였다. 또 평형수를 배출하기 전에는 평형수에 함유된 산화제를 중화시키기 위하여 평형수에 중화제를 투입하여 중화된 평형수를 외부로 배출하였다.Conventionally, an equilibrium water is sterilized with an active substance, and an oxidant is added to inhibit the regrowth of bacteria during the equilibrium water storage. Before discharging the ballast water, a neutralizing agent was added to the ballast water to neutralize the oxidant contained in the ballast water, and the neutralized ballast water was discharged to the outside.

선박에 유입된 선박 평형수는 기계적, 물리적, 또는 화학적 방법 중 어느 하나의 방법을 통해, 선박 평형수에 포함되어 있는 고형물이나 미생물 등을 제거한다.The ballast water entering the ship can be removed mechanically, physically, or chemically by removing any solids or microorganisms contained in the ballast water.

기계적 방법으로는 선박 평형수를 필터로 거르는 방법이 사용될 수 있다. 선박 평형수를 거르는 필터로는 에지 와이어(edged wire), 메시 형상의 와이어(wire mesh), 또는 디스크(disk) 형태를 갖는 필터 등이 사용된다.As a mechanical method, a method of filtering the ballast water through a filter can be used. As the filter for filtering the ballast water, an edged wire, a wire mesh, or a filter having a disk shape is used.

물리화학적 방법으로는 미생물 사멸 처리 대상인 선박 평형수에 자외선(ultraviolet rays, UV)을 조사하는 방법과 수산화기(·OH radical)를 발생시키는 선 산화방법(advanced oxidation process, AOP)으로 처리하는 방법이 사용될 수 있다.As physico-chemical methods, ultraviolet rays (UV) are applied to ship ballast water which is subject to microbial destruction, and advanced oxidation process (AOP) is used to generate hydroxyl radicals .

화학적 방법으로는 염소(Cl2)계 살균제 또는 전기분해를 이용하여 생성한 하이포아염소산(Hypochlorite, HOCl), 하이포아염소산 이온(Hypochlorite ion, OCl-)을 이용하여 선박 평형수를 살균 처리하는 방법이 있다.Chemical methods include sterilization of ballast water using chlorine (Cl 2 ) disinfectant or electrolytic generated hypochlorite (HOCl) and hypochlorite ion (OCl - ). .

오존(O3), 이산화염소(ClO2)와 같은 화학물질을 첨가하는 방법 등은 선박 평형수 내의 잔류 화학물질인 산화제를 중화시켜야 하는 추가 공정이 필요하다는 점, 미생물 사멸 능력에 한계가 있다는 점, 그리고 중화제의 배출로 해양 2차 오염을 유발한다는 점 등에서 문제가 된다.The addition of chemical substances such as ozone (O 3 ) and chlorine dioxide (ClO 2 ) requires additional processes to neutralize the oxidizing agent, which is a residual chemical in ship equilibrium water. , And that the second pollution of the ocean is caused by the discharge of neutralizing agent.

활성화 산화제를 생성하는 전기분해 방법은 전기분해를 위해 전해질이 필요하다. 해수의 소금함량이 낮아지면 전해질 효과가 낮아지면서 활성화 산화제 생성이 어려워지므로 살균효과가 없어지게 된다. 또한 많은 전극 층 때문에 처리할 물량이 적어지며, 산화제 함량도 최소 10ppm 이상이어야 살균이 가능하다.Electrolysis methods to generate activated oxidants require electrolytes for electrolysis. When the salt content of seawater is lowered, the electrolytic effect is lowered and it becomes difficult to generate activated oxidizing agent, so that the sterilizing effect is lost. Also, the amount of water to be treated is reduced due to many electrode layers, and the oxidizing agent content must be at least 10 ppm or more to sterilize.

특히 연안의 해수 중 강에서 흘러나온 물과 만나는 해수는 염분의 농도가 낮으므로 담수에 해당한다. 따라서, 평형수 처리를 위해서는 고농도 소금물을 첨가하는 장치 또는 별도의 고농도 소금물을 첨가하는 부수적 처리 공정 시스템이 요구된다.Especially, the seawater meeting with the water flowing from the river among the seawater of the coast is low in the concentration of salt, so it corresponds to fresh water. Therefore, in order to treat the equilibrium water, an apparatus for adding high-concentration brine or an additional processing system for adding a high-concentration brine is required.

최근 이러한 전기분해 방법의 단점을 극복할 수 있는 수중 저온 플라즈마 발생 기술을 이용한 선박 평형수 처리 시스템이 개발되고 있다. 한국공개특허공보 제10-2012-0012020호 (마이크로 버블을 이용한 플라즈마 방전 반응식 선박 평형수 살균 처리장치)에 그러한 일 예가 개시되었으나 별도의 버블유닛을 가지고 있어 장치가 복잡하다. 한국등록특허공보 제10-1605070호 (저온 수중 플라즈마 발생 장치)에는 배관 형 수중 플라즈마 발생 장치가 개시되어 있으나 선박 평형수 처리 시스템의 구체적인 내용은 개시되지 않은 상태이다.Recently, a ship ballast water treatment system using underwater low temperature plasma generation technology capable of overcoming the disadvantages of such an electrolysis method has been developed. Such an example has been disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0012020 (Plasma discharge reaction type ship ballast water disinfection apparatus using microbubbles), but the apparatus is complicated because it has a separate bubble unit. Korean Patent Registration No. 10-1605070 (Low-temperature Submerged Plasma Generating Apparatus) discloses a piping type underwater plasma generator, but details of the ship equilibrium water treatment system are not disclosed.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0012020호Korean Patent Publication No. 10-2012-0012020 대한민국 등록특허공보 제10-1605070호Korean Patent Publication No. 10-1605070

본 발명은 해수 중 염수와 담수를 구분하지 않고 사용 가능하며, 바이러스와 미생물 살균 효율이 우수한 수중 저온 플라즈마 발생장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a ship ballast water treatment system employing an underwater low temperature plasma generator which is usable without distinguishing between salt water and fresh water in seawater and which has excellent virus and microbial sterilization efficiency.

또한 본 발명은 운영 공정이 간단하고, 저비용으로, 설치가 용이한 관형 플라즈마 발생장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a ballast water treatment system using a tubular plasma generator which is simple in operation, low in cost, and easy to install.

또한 본 발명은 선박 내 적은 공간과 최소의 전력으로 장치를 운영하며, 선박평형수의 미생물 살균 기준인 IMO와 USCG기준에 부합하는 선박 평형수 처리 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a ship ballast water treatment system that operates the apparatus with a small space and minimum power in the ship and meets the standards of IMO and USCG, which are standards for microbial sterilization of ship ballast water.

또한 본 발명은 적절한 산화제를 생성으로 에너지 절약 및 중화제 사용을 줄여 저비용으로 친환경적인 선박 평형수 처리 가능한 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a system capable of reducing the energy consumption and the use of the neutralizing agent by generating an appropriate oxidizing agent, thereby enabling eco-friendly ship ballast water treatment at a low cost.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선박의 평형수를 처리하는 시스템에 있어서, 해수를 이송라인을 통해 이송시키는 펌프와, 상기 펌프에 의해 이송된 해수를 여과하는 필터와, 상기 이송라인에 설치되며 플라즈마를 발생시켜 산화제를 생성하는 관형의 플라즈마 발생장치와, 상기 플라즈마 발생장치에 전원을 공급하는 전원공급 장치와, 상기 플라즈마 발생장치를 통과한 해수를 선박 평형수로 저장하는 선박 평형수 탱크와, 상기 선박 평형수 탱크에 유입되는 해수에 잔류하는 산화제의 농도를 측정하는 제1 측정기와, 상기 선박 평형수 탱크로부터 배출되는 선박 평형수에 잔류하는 산화제의 농도를 측정하는 제2 측정기와, 상기 제2 측정기의 측정 결과에 따라 상기 선박 평형수 탱크로부터 배출되는 선박 평형수의 잔류 산화제를 중화하는 중화장치를 포함한다. 상기 플라즈마 발생장치는 관의 형태를 갖는 제1 전극과, 상기 제1 전극의 내부에 배치되는 제2 전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 절연체를 포함하며, 상기 제1 전극은 복수 개로 나뉘어 각각 전원을 공급 받는다.According to another aspect of the present invention, there is provided a system for treating a ballast water of a ship, comprising: a pump for transferring seawater through a transfer line; a filter for filtering seawater transferred by the pump; A plasma balloon for generating a plasma and generating an oxidant, a power supply for supplying power to the plasma generator, a ballast water tank for storing seawater having passed through the plasma generator, A first measuring device for measuring the concentration of the oxidizing agent remaining in the seawater flowing into the ballast water tank, a second measuring device for measuring the concentration of the oxidizing agent remaining in the ballast water discharged from the ballast water tank, And neutralizing the residual oxidizing agent of the ballast water discharged from the ballast water tank according to the measurement result of the second measuring instrument Including values. Wherein the plasma generator comprises a first electrode having a tube shape, a second electrode disposed inside the first electrode, and an insulator disposed between the first electrode and the second electrode, Is divided into a plurality of power sources.

바람직하게는, 상기 제1 전극은 티타늄 재질로 된 망형 또는 타공형 관의 형태이고, 표면에 인듐산화물을 코팅한다.Preferably, the first electrode is in the form of a meshed or perforated tube made of a titanium material, and the surface is coated with indium oxide.

바람직하게는, 상기 인듐산화물은 플라즈마 스프레이 코팅법에 의해 코팅한다.Preferably, the indium oxide is coated by a plasma spray coating method.

바람직하게는, 상기 제2 전극은 유입되는 해수를 분배하는 단위 전극을 서로 직교하도록 결합하여 형성되고, 상기 단위 전극의 양단에 절연체 처리한다.Preferably, the second electrode is formed by coupling unit electrodes for distributing the incoming seawater so as to be orthogonal to each other, and insulator treatment is applied to both ends of the unit electrode.

바람직하게는, 상기 전원공급 장치는 상기 제1 측정기에서 측정한 잔류 산화제의 농도가 5 ppm 이상인 경우 상기 플라즈마 발생장치에 공급하는 에너지를 낮추고, 상기 잔류 산화제의 농도가 1 ppm 이하인 경우 상기 플라즈마 발생장치에 공급하는 에너지를 증대시킨다.Preferably, the power supply apparatus lowers the energy supplied to the plasma generator when the concentration of the residual oxidant measured by the first measuring instrument is 5 ppm or more, and when the concentration of the residual oxidant is 1 ppm or less, Thereby increasing the energy supplied to the battery.

바람직하게는, 상기 중화장치는 상기 제2 측정기에서 측정한 잔류 산화제 농도가 기준 값을 초과하는 경우 상기 배출되는 평형수에 상기 중화제를 공급하여, 배출되는 선박 평형수의 잔류 산화제 농도가 기준치 이내가 되도록 한다.Preferably, the neutralization apparatus supplies the neutralizing agent to the discharged ballast water when the concentration of the residual oxidant measured by the second measuring device exceeds a reference value, and when the concentration of the residual oxidant in the discharged ballast water is within the reference value .

바람직하게는, 상기 플라즈마 발생장치는 상기 필터와 같은 높이에 설치한다.Preferably, the plasma generator is installed at the same height as the filter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선박의 평형수를 처리하는 방법에 있어서, 해수를 취수하는 취수단계와, 상기 취수단계에서 취수된 해수를 여과하는 여과단계와, 상기 여과단계에서 여과된 해수를 플라즈마 방전으로 살균 처리하고 산화제를 생성하는 살균단계와, 상기 살균단계를 거친 해수의 잔류 산화제 농도를 측정하는 제1 측정단계와, 상기 제1 측정단계를 거친 해수를 평형수로 저장하는 저장단계와, 상기 저장단계에서 저장된 평형수를 배수라인으로 배수하는 배수단계와, 상기 배수단계에서 배수되는 평형수의 잔류 산화제 농도를 측정하는 제2 측정단계와, 상기 제2 측정단계에서 측정한 잔류 산화제 농도가 기준값을 초과하는 경우 상기 배수라인에 중화제를 공급하는 중화단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of treating a ballast water of a ship, the method comprising: a water intake step of taking seawater; a filtration step of filtering seawater taken in the water intake step; A first measuring step of measuring the concentration of residual oxidizing agent in the seawater after the sterilization step and a storing step of storing the seawater having passed through the first measuring step in equilibrium A drainage step of draining the ballast water stored in the storage step to a drain line, a second measurement step of measuring a concentration of residual oxidant in the ballast water drained in the drainage step, a second measurement step of measuring the residual oxidant concentration measured in the second measurement step, And a neutralizing step of supplying the neutralizing agent to the drain line when the concentration exceeds the reference value.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 관형 수중 플라즈마 발생장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템을 구현함으로써, 해수를 염수와 담수로 구분하지 않고 사용 가능하며, 바이러스와 미생물 살균 효율이 우수하며, 처리 공정이 간단하고, 저비용이며, 설치가 용이한 효과가 있다.According to the present invention as described above, by implementing the ship ballast water treatment system using the tubular underwater plasma generator, the seawater can be used without being divided into the salt water and the fresh water, and the efficiency of sterilization of viruses and microorganisms is excellent, And is low in cost and easy to install.

또한 본 발명에 따르면, 전원공급 장치의 전력을 효율적으로 사용할 수 있으며, 잔류 산화제의 농도에 따라 효율적으로 바이러스와 미생물을 사멸 처리하여, 선박평형수의 미생물 살균 기준인 IMO와 USCG기준에 부합하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to efficiently use the power of the power supply device, effectively kill viruses and microorganisms according to the concentration of the residual oxidizing agent, and to meet the standards of IMO and USCG, .

또한 본 발명에 따르면, 선박 평형수 처리에 최소의 산화제로 살균효과를 극대화하므로 에너지 절약 및 중화제 사용을 줄여 해안의 오염을 극소화하고 저비용으로 친환경적인 선박 평형수 처리를 하는 효과가 있다.Further, according to the present invention, since the sterilizing effect is maximized by the use of a minimum oxidizing agent in the ship ballast water treatment, there is an effect of minimizing the pollution of the coast by reducing the energy saving and the use of the neutralizing agent, and treating the ship ballast water environmentally friendly at low cost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 저온 플라스마 장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치와 전원공급 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평형수 처리 시스템이 사용되는 선박의 사시도이다.1 is a block diagram of a ship ballast water treatment system to which an underwater low temperature plasma apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a plasma generator and a power supply according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a ship in which a ballast water treatment system according to an embodiment of the present invention is used.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: . In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 저온 플라스마 장치를 적용한 선박 평형수 처리 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a ship ballast water treatment system to which an underwater low temperature plasma apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.

도 1을 참조하면, 선박 평형수 처리 시스템은 해수 채취 탱크(110), 펌프(120), 필터(130), 이송라인(140), 플라즈마 발생장치(150), 전원공급 장치(160), 제1측정기(170), 선박 평형수 탱크(180), 그리고 배수용 배관(210), 제2측정기(220), 배출장치(230), 중화장치(240) 등으로 구성할 수 있다.1, the ship ballast water treatment system includes a seawater collecting tank 110, a pump 120, a filter 130, a transfer line 140, a plasma generator 150, a power supply 160, A first measuring device 170, a ballast water tank 180 and a drain pipe 210, a second measuring device 220, a discharging device 230, a neutralizing device 240, and the like.

펌프(120)는 해수를 평형수로서 공급하기 위하여 해수를 취수하여 필터(130)로 이송시킨다.The pump 120 collects the seawater for feeding the seawater as ballast water and transfers it to the filter 130.

필터(130)는 유입되는 해수를 여과(filtering)하여 해수에 포함된 불순물을 제거한다. 필터(130)는 기공 크기(pore size)가 50μm 인 것을 사용하여, 해수내의 크기가 50μm 이상인 고형체 및 입자가 큰 식물성 플랑크톤, 동물성 플랑크톤을 제거한다. 이렇게 함으로써 플라즈마 발생장치(150)의 전극을 보호하고, 평형수의 효과적인 살균을 할 수 있다.The filter 130 filters the incoming seawater to remove impurities contained in the seawater. The filter 130 uses a pore size of 50 μm to remove solid matter and large phytoplankton and zooplankton of size 50 μm or more in seawater. By doing so, it is possible to protect the electrodes of the plasma generating device 150 and effectively sterilize the ballast water.

필터를 통과한 해수는 이송라인(140)을 통해서 플라즈마 발생장치(150)로 들어간다. 전원공급 장치(160)에서 전원을 공급받는 플라즈마 발생장치(150)는 플라즈마를 발생시켜 해수를 살균 처리한다. The seawater having passed through the filter enters the plasma generator 150 through the transfer line 140. The plasma generator 150, which receives power from the power supply 160, generates plasma to sterilize the seawater.

플라즈마 발생장치(150)는 관형으로 제작되어 관을 흐르는 해수에 플라즈마를 발생시키는 과정에서 일차적으로 평형수로 사용될 해수 내의 바이러스와 미생물을 사멸시키고, 활성화 전자(e-)에 의한 해수 중 소금(NaCl)의 산화반응으로 발생하는 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 아염소산(HOCl)과 같은 잔류 산화제를 생성시켜 이차적으로 살균작용을 한다.The plasma generation device 150 is made of a tubular in the process of generating a plasma tubes in flowing seawater killing viruses and microorganisms in water used as a ballast to the primary and, enable electron (e -) salt from sea water by the (NaCl (NaOCl) or chlorochloric acid (HOCl), which is generated by the oxidation reaction of the oxidizing agent and the oxidizing agent.

플라즈마 발생장치(150)를 통과하여 살균 처리된 해수는 선박 평형수 탱크(180)로 이동되어, 선박의 항해 도중 평형수로 사용된다. 이때, 플라즈마 발생장치에서 생성된 잔류 산화제가 지속적으로 유지되면서 살균작용을 하여 미생물의 재 번식을 억제한다.The seawater sterilized by passing through the plasma generator 150 is moved to the ballast water tank 180 and used as ballast water during the voyage of the ship. At this time, the residual oxidizing agent generated in the plasma generating apparatus is maintained and sterilized to suppress the re-growth of microorganisms.

살균 처리된 해수가 선박 평형수 탱크로 이동하는 과정에서, 제1측정기(170)로 평형수의 잔류 산화제 농도(total residual oxidant, TRO)를 측정한다. 잔류 산화제의 농도가 높은 경우, 미생물의 번식이 억제되는 효과가 있으나, 반대로 평형수 배출시 해수의 2차 오염이 유발될 수 있다. 즉, 잔류 산화제 농도가 높으면, 해수 오염을 방지하기 위해 평형수를 중화하는 시스템의 운영이 필요하다.During the movement of the sterilized seawater to the ballast water tank, the first measuring device 170 measures the total residual oxidant (TRO) of the ballast water. When the concentration of the residual oxidizing agent is high, the propagation of the microorganisms is suppressed, but on the contrary, secondary pollution of seawater may occur when the ballast water is discharged. That is, if the concentration of the residual oxidant is high, it is necessary to operate a system for neutralizing ballast water to prevent seawater contamination.

따라서 제1측정기로 측정한 잔류 산화제 농도(TRO)가 적절하도록 플라즈마 발생장치(150)를 조절하여야 한다. 전원공급 장치(160)에서 플라즈마 발생장치의 전류와 전압을 조절하여 최소의 전력으로 최대의 살균 효과가 되도록 하였다. 전원공급 장치에서 전류와 전압을 단계 별로 조절하여 플라즈마 발생장치에 불연속적인 에너지를 공급하도록 운영할 수 있다.Therefore, the plasma generator 150 should be adjusted so that the residual oxidizer concentration (TRO) measured by the first measuring device is appropriate. The power supply 160 adjusts the current and the voltage of the plasma generator so that the maximum disinfection effect is achieved with a minimum power. The power supply can be operated to provide discontinuous energy to the plasma generator by adjusting the current and voltage step by step.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치와 전원공급 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a plasma generator and a power supply according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 플라즈마 발생장치(150)의 형태는 이송라인(140)에 설치하기 쉽도록 관형으로 만들 수 있다. 플라즈마 발생장치의 전극은 관형의 제1전극(151)과 관의 중심부에 배치되는 제2전극(155)으로 구성된다. 플라즈마 발생장치의 전극 사이에 해수가 흐르게 되므로, 수중 저온 플라즈마가 발생한다.Referring to FIG. 2, the shape of the plasma generating device 150 may be formed into a tubular shape so as to be easily installed on the transfer line 140. The electrode of the plasma generator is composed of a first electrode 151 having a tubular shape and a second electrode 155 disposed at the center of the tube. Since the seawater flows between the electrodes of the plasma generating apparatus, a low-temperature plasma is generated in the water.

관형의 제1전극(151)은 제2전극 표면의 절연체와의 사이에 방전이 용이하도록 망형 또는 타 공형 등으로 반응 면적을 극대화하도록 제작하였다.The tubular first electrode 151 is formed so as to maximize the reaction area with a mesh or trough type so as to facilitate discharge between the first electrode 151 and the insulator on the surface of the second electrode.

제1전극의 재질은 티타늄(Ti) 또는 인듐(In) 등의 전이원소를 사용하였다. 제1전극은 해수에서 장시간 사용할 수 있어야 하고, 플라즈마 방전 시 에너지를 가진 활성화 전자(e-) 생성이 유리한 재료를 사용하여야 한다.As a material of the first electrode, a transition element such as titanium (Ti) or indium (In) was used. The first electrode should be able to be used for a long time in seawater, and a material favoring the generation of an active electron (e - ) having energy in plasma discharge should be used.

전이원소 금속(Ti, In 등)의 원자 전자배치는 최외각에 주양자수 d궤도에 전자가 채워지지만, 잃어버릴 때는 최외각 s궤도에서 전자가 먼저 이탈하는 특성이 있다. 따라서 전이원소 금속인 티타늄(Ti)을 제1전극에 사용할 경우, 플라스마 발생의 촉매 역할도 할 수 있다.The atomic electron arrangement of the transition metal element (Ti, In, etc.) is characterized by the fact that electrons are filled in the orbit of the number of electrons d at the outermost periphery, but electrons are first separated from the outermost s orbit when lost. Therefore, when titanium (Ti), which is a transition element metal, is used for the first electrode, it can also serve as a catalyst for plasma generation.

다만, 해수에서 장시간 사용할 수 있도록, 제1전극의 표면에 일부 전이원소 산화물을 코팅하였다. 제1전극의 표면에 코팅하는 재료로는 전이원소 금속의 산화물이 적당하다. 전이원소 금속 산화물 중에서 인듐산화물(InO2)을 제1전극 표면에 코팅한 경우 해수에서 제1전극의 수명을 연장할 수 있을 뿐 아니라, 플라즈마 방전효과를 극대화 할 수 있다.However, the surface of the first electrode was coated with a part of the transition element oxide so that it could be used for a long time in seawater. As a material coated on the surface of the first electrode, an oxide of a transition metal element is suitable. In the case where indium oxide (InO 2 ) is coated on the surface of the first electrode among the transition metal element oxides, the lifetime of the first electrode can be prolonged in the seawater, and the plasma discharge effect can be maximized.

제1전극에 인듐산화물(InO2)을 코팅하는 방법은 물리적 증착(PVD)이나 화학적 증착(CVD) 방법도 이용 가능하나, 상대적으로 더 높은 효율과 더 두꺼운 코팅이 가능한 플라즈마 스프레이 코팅(plasma spray coating)을 적용하였다.The first electrode may be coated with indium oxide (InO 2 ) by physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD). However, plasma spray coating ) Were applied.

제1전극에 인듐산화물(InO2)을 플라즈마 스프레이 코팅한 경우, 높은 플라즈마의 에너지에 의해 이온 결합이 이루어진다. 따라서 코팅의 물리적인 마모 또는 박리를 감소시켜서 제1전극의 수명이 향상되고, 플라즈마 방전 효과가 향상된다.When the first electrode is coated with indium oxide (InO 2 ) by plasma spray coating, ion bonding is performed by energy of high plasma. Accordingly, the physical abrasion or peeling of the coating is reduced, so that the lifetime of the first electrode is improved and the plasma discharge effect is improved.

제2전극(155)은 관형의 제1전극(151) 내부에 배치된다. 제2전극은 관의 중심부에 배치되고, 평형수 처리 과정에서 전기의 통전을 방지하기 위해 전극 끝단에 절연체 처리하여, 제1전극과 일정한 거리를 유지하도록 한다. 이렇게 함으로써 플라즈마 방전 반응 거리를 일정하게 유지할 수 있고, 반응 면적을 극대화 할 수 있다.The second electrode 155 is disposed inside the first electrode 151 in a tubular form. The second electrode is disposed at the center of the tube and is treated with an insulator at the end of the electrode in order to prevent electricity from flowing during the ballast water treatment process so as to maintain a certain distance from the first electrode. By doing so, the plasma discharge reaction distance can be kept constant, and the reaction area can be maximized.

제2전극은 나선형으로 물에 버블이 생기도록 구성한다. 제2전극은 물의 혼화 효과를 고려한 나선형 또는 교차된 나선형으로 구성할 수 있다. 제2전극은 유입되는 해수를 분배하는 단위 전극을 서로 90°각도로 직교하도록 결합하여 형성될 수 있다. 해수의 염분 수용액에서 통전이 되지 않도록, 제2전극의 양단 표면에는 산화알루미늄(Al2O3) 등의 산화무기물 또는 에폭시 수지 등의 고분자 폴리머와 같은 절연체로 코팅하였다.The second electrode is configured to generate a bubble in water in a spiral shape. The second electrode can be composed of a spiral or crossed spiral considering the effect of water mixing. And the second electrode may be formed by coupling the unit electrodes distributing the incoming seawater so that they cross at right angles to each other at an angle of 90 degrees. The surface of both ends of the second electrode is coated with an inorganic oxide such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or an insulator such as a polymer such as an epoxy resin so as not to be energized in the saline aqueous solution of seawater.

도 2를 참조하면, 제1전극(151)은 복수 개(152, 153, 154)로 구성된다.Referring to FIG. 2, the first electrode 151 includes a plurality of electrodes 152, 153, and 154.

제1전극을 인듐산화물(InO2)을 플라즈마 스프레이 코팅 방법으로 코팅한 티타늄 망을 이용하여 원통형 3,000 mm 길이로 제작 후, 한쪽 끝에 전원을 연결한 후, 반대쪽 끝의 전위를 측정한 결과 인가전압의 약 1/3 만 측정되었다. 따라서 제1전극의 전 구간에서 플라즈마가 발생하도록 하려면, 제1전극에 플라즈마 방전 개시전압의 3배를 인가하여야 한다.The first electrode was fabricated into a cylindrical shape with a length of 3,000 mm using a titanium mesh coated with a plasma spray coating method of indium oxide (InO 2 ), and then connected to a power supply at one end. The potential at the opposite end was measured. About one-third of them were measured. Therefore, in order to generate the plasma in the entire region of the first electrode, the plasma discharge start voltage should be applied to the first electrode three times.

반면에, 제1전극을 동일한 원통형 티타늄 망을 길이만 1,000 mm 길이로 3개(152, 153, 154) 제작 후, 각각 한쪽 끝에 전원을 연결한 경우, 각각의 티타늄 망의 반대쪽 끝의 전위는 인가전압의 약 1/2 이상이 측정되었다.On the other hand, when the first electrode is made up of three cylindrical titanium nets (152, 153, 154) each having a length of 1,000 mm in length, and the power is connected to one end of each of the titanium nets, More than half of the voltage was measured.

즉, 전원을 한쪽에서만 공급한 경우, 전력 손실이 많이 발생하거나, 전원공급 장치 및 주변 연결부위 등에서 고전압으로 인한 고장이 자주 발생할 수 있다. 그러나 제1전극을 복수개로 구성하여 각각의 전극에 병렬로 전압을 공급한 경우, 전원의 에너지 절감 효과가 있으며, 플라즈마 방전 균일도 향상 및 전원공급 장치의 안정성도 확보할 수 있다.That is, when power is supplied from only one side, a large amount of power loss may occur, or a failure due to a high voltage may frequently occur in the power supply device and peripheral connection parts. However, when a plurality of first electrodes are provided and a voltage is supplied to each electrode in parallel, the energy of the power source is reduced, the plasma discharge uniformity is improved, and the stability of the power supply device can be secured.

전원공급 장치(160)는 플라즈마 발생장치(150)에 전원을 공급한다. 전원공급 장치는 전압을 조절함에 의해 수중 플라즈마 발생 정도를 조절할 수 있다. 해수에서도 담수와 동일한 조건으로 안정적으로 수중 플라즈마를 발생시키기 위해서 전원공급 장치(160)는 연산증폭기(op-amp)를 이용한 전류-전압 변환기(current-to-voltage converter)를 사용한다.The power supply 160 supplies power to the plasma generator 150. The power supply can adjust the degree of underwater plasma generation by adjusting the voltage. The power supply 160 uses a current-to-voltage converter using an op-amp in order to stably generate the underwater plasma in the seawater under the same conditions as the fresh water.

플라즈마 발생장치(150)를 통과하는 평형수의 살균효과와 플라즈마 발생장치 및 전원공급 장치(160)의 안정성을 고려하여, 복수의 점에서 전원을 공급하는 방식을 채택하였다. 전원공급 장치(160)를 플라즈마 발생장치(150)의 제1전극의 복수의 점(152, 153, 154)과 병렬로 연결하여 전압을 공급함으로써, 최소 에너지 공급으로 최대의 살균효과를 얻을 수 있으며, 전원공급 장치도 안정적으로 운용할 수 있다.In consideration of the sterilizing effect of the ballast water passing through the plasma generating device 150 and the stability of the plasma generating device and the power supply device 160, a method of supplying power at a plurality of points is adopted. The power supply 160 is connected in parallel with the plurality of points 152, 153 and 154 of the first electrode of the plasma generating device 150 to supply a voltage so that the maximum disinfection effect can be obtained with minimum energy supply , And the power supply unit can be operated stably.

플라즈마 발생장치에 의해 살균된 해수는 선박의 평형수로 사용되기 위해 선박 평형수 탱크(180)로 이동된다. 활성화 산화물의 생성량을 측정하기 위해 플라즈마 발생장치(150)와 선박 평형수 탱크(180) 사이에 제1측정기(170)를 설치한다. 제1측정기는 잔류 산화물(total residual oxidant, TRO) 센서로, 잔류 산화물 농도를 구할 수 있다.The seawater sterilized by the plasma generator is transferred to the ballast water tank 180 for use as the ballast water of the ship. A first measuring device 170 is installed between the plasma generator 150 and the ballast water tank 180 to measure the amount of activated oxide produced. The first measuring device is a total residual oxidant (TRO) sensor, and the residual oxide concentration can be obtained.

플라즈마 발생장치(150)는 플라즈마 상태의 활성화 전자(e-)를 발생하고, 활성화 전자(e-)는 관을 통과하는 물 분자를 통해 확산 된다. 이 활성화 전자(e-)는 공급되는 해수 중의 염화나트륨(NaCl)과 반응하여, 활성화 산화물(Active Substances)인 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl) 등을 생성한다. 이러한 활성화 산화물은 해수 내 세균 및 동물성 플랑크톤을 살균할 수 있다.The plasma generator 150 generates an activating electron e - in the plasma state, and the activating electrons e - are diffused through the water molecules passing through the tube. This activating electron (e - ) reacts with sodium chloride (NaCl) in the supplied seawater to produce active substances such as sodium hypochlorite (NaOCl) or hypochlorous acid (HOCl). These activated oxides can sterilize bacterial and zooplankton in seawater.

화학식 1은 해수 내의 수중 플라즈마 반응에서 전자(e-) 발생으로 생성되는 활성화 산화제의 대표적인 생성 반응식이다. 이 반응은 플라즈마에서 생성되는 전자(e-) 당량만큼 산화제가 생성되는 완전 반응이다.Formula (1) is a typical formation reaction formula of an activated oxidant generated by electron (e - ) generation in an underwater plasma reaction in seawater. This reaction is a complete reaction in which an oxidant is produced by an electron (e) equivalent generated in the plasma.

Figure 112017052188590-pat00001
Figure 112017052188590-pat00001

선박 평형수 탱크(180)에 유입되는 평형수에는 화학식 1에 의해 생성된 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl) 등의 산화제가 포함되어 있으므로, 선박 평형수 탱크(180)의 평형수에 포함된 세균 및 동물성 플랑크톤이 살균된다. 따라서 긴 선박 여행 중 잔류하고 있는 세균 및 동물성 플랑크톤 등이 재 증식을 하지 못하도록 억제할 수 있다.Since the ballast water flowing into the ballast water tank 180 contains the oxidizing agent such as sodium hypochlorite (NaOCl) or hypochlorous acid (HOCl) produced by the formula 1, the ballast water flowing into the ballast water tank 180 Contaminated bacteria and zooplankton are sterilized. Therefore, bacteria and animal plankton remaining during long cruise can be prevented from being repro- ducted.

본 발명의 일 실시예로, 관형 플라스마 발생장치(150)를 직경 200 mm, 길이 × 5,000 mm 크기로 제작하여 선박 평형수 처리에 사용하였다. 마산 앞바다에서 해수를 채취하여 평형수 처리 작업을 수행하였다. 마산 앞바다 해수의 염도는 약 31 psu 이었고, 해수 처리 유량은 시간당 300톤이 되도록 관을 통과시켰다. 표 1은 이러한 실시예에 따른 실험 결과이다.In an embodiment of the present invention, the tubular plasma generator 150 is fabricated to have a diameter of 200 mm and a length of 5,000 mm and used in ship ballast water treatment. The seawater was collected from Masan offshore and ballast water treatment was performed. The salinity of seawater off Masan was about 31 psu and the seawater treatment flow rate was 300 tons per hour. Table 1 shows experimental results according to this embodiment.

생물 종 크기Species size 생물 종Species 처리 전Before processing 처리 후After processing 사멸 율
(%)Mortality rate
(%) 50μm 이상
(inds/m3)50μm or more
(inds / m 3 ) Mollusic larvacMollusic larvac 1,4311,431 239239 83.383.3 50μm 이상
(inds/m3)50μm or more
(inds / m 3 ) Polychae larvacPolychae larvac 928928 192192 79.479.4 10∼50μm
(inds/m3)10 to 50 μm
(inds / m 3 ) 8.6678.667 00 100100 -장치 규모: 200 mm × 5,000 mm 관형 평형수 처리 장치
-해수처리 유량: 300 m3/hr, 염도(PSU): 30.9,
PH: 7.8, 온도(oC): 23∼24
-잔류 산화제 (TRO) 농도: 1.3 mg/L
-전력 소모량: 최대 전력량 4.6 kW- Device scale: 200 mm × 5,000 mm Tubular ballast water treatment system
- Seawater treatment flow rate: 300 m 3 / hr, salinity (PSU): 30.9,
PH: 7.8, temperature ( o C): 23-24
- Residual Oxidant (TRO) Concentration: 1.3 mg / L
- Power consumption: Maximum power 4.6 kW

표 1의 결과를 검토해보면, 잔류 산화제(TRO) 농도 값은 약 1.3 ppm 으로, 평형수를 감독하는 IMO, USCG의 잔류 산화제(TRO) 농도의 허용 기준인 1∼15 ppm 을 충분히 만족한다.Considering the results in Table 1, the residual oxidant (TRO) concentration value is about 1.3 ppm, which satisfies the limit of 1 to 15 ppm of the residual oxidizing agent (TRO) concentration of IMO and USCG which supervises the equilibrium water.

해수에 들어있던 50 μm 이상인 동물성 플랑크톤 중 Mollusic larvac 의 경우, 평형수 처리 전에 1,431개가 있었으나, 평형수 처리 후에 239개로 줄어들어 83.3%의 사멸 율을 보여준다. 10∼50μm 크기의 미생물의 경우 평형수 처리 후 100% 살균됨을 표 1에서 확인할 수 있다.In the case of Mollusic larvac among the zooplankton of more than 50 ㎛ in seawater, there were 1,431 before equilibrium treatment, but it decreased to 239 after equilibrium treatment and showed 83.3% mortality rate. Table 1 shows that microorganisms having a size of 10 to 50 mu m are 100% sterilized after equilibrium treatment.

50 μm 이상의 동물성 플랑크톤에 대해서는 1차 필터로 충분히 제거할 수 있으므로, 본 발명의 플라즈마 발생장치를 적용한 평형수 처리 시스템을 이용하는 경우, 미생물이 번식하지 못하는 양호한 평형수를 얻을 수 있다.Since the zooplankton of 50 m or more can be sufficiently removed by the primary filter, when the ballast water treatment system to which the plasma generating apparatus of the present invention is applied is used, a good ballast water that does not reproduce microorganisms can be obtained.

표 1에서 전력 소모량은 4.6 kW로, 일반적인 전기분해 처리장치의 요구 전력의 1/2 에너지 수준에 불과하다. 따라서 선박 내에서 전원공급 장치의 설치 공간 및 전력 소모 면에서 상당히 유리하다. 또한, 대표적인 전기분해 처리 장치는 약 10 ppm의 TRO의 산화제가 생성되어야 살균이 되는데 비해, 본 발명의 플라즈마 발생장치를 적용한 평형수 시스템에서는 약 1.3 ppm의 낮은 산화제 농도에서도 충분한 살균이 되는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 전기분해 방식과 달리 염도가 낮은 담수에서도 산화제 생성이 가능한 기술이다. In Table 1, the power consumption is 4.6 kW, which is only half the energy requirement of a typical electrolytic processing unit. Therefore, it is advantageous in terms of installation space and power consumption of the power supply in the ship. In addition, the typical electrolytic treatment apparatus has an advantage of sterilizing even at a low oxidant concentration of about 1.3 ppm in a ballast water system in which the plasma generator of the present invention is applied, while sterilizing an oxidizer of TRO of about 10 ppm is required . In addition, it is a technology capable of generating oxidants even in low-salinity fresh water, unlike electrolysis.

본 발명에 따른 관형 플라즈마 발생장치 및 전원공급 장치를 이용하면, 최소의 설치 공간, 저렴한 설치비용, 처리장치 규모의 극소로 경제성을 향상시킨 친환경적 선박 평형수 처리 시스템을 구현할 수 있다.By using the tubular plasma generator and the power supply according to the present invention, it is possible to realize an eco-friendly ship ballast water treatment system which is minimized in installation space, low installation cost,

전원공급 장치(160)에서 플라즈마 발생장치(150)에 전압을 인가하여 가동을 하는 경우, 제1측정기(170)에서 측정한 TRO 값을 5 ppm 정도로 유지 할 수 있다. 선박이 긴 여행 후 평형수를 배출할 때까지 산화제는 자연 감소하지만, 배출시 산화제 함량이 0.2 ppm 이상이면 평형수 중화가 요구된다. 따라서 평형수 중화의 부담을 줄이기 위해서, 전원공급 장치(160)는 제1측정기(170)에서 측정한 TRO 값이 5 ppm 이상이 되면, 플라즈마 발생장치(150)에 공급되는 전류와 전압을 조절하여 방전 강도를 단 계별로 낮춘다.When the power supply 160 applies a voltage to the plasma generating device 150 to operate the TRO device, the TRO value measured by the first measuring device 170 can be maintained at about 5 ppm. The oxidant will naturally decrease until the ship discharges ballast water after a long journey, but ballast water neutralization is required if the oxidant content is> 0.2 ppm at discharge. Therefore, in order to reduce the burden of ballast water neutralization, when the TRO value measured by the first measuring device 170 is 5 ppm or more, the power supply 160 adjusts the current and voltage supplied to the plasma generating device 150 The discharge strength is lowered in steps.

반대로 제1측정기(170)에서 측정한 TRO 값이 1 ppm 보다 작으면, 평형수의 살균 작용이 부족할 수 있다. 따라서 평형수 살균을 효과적으로 하기 위해서, 전원공급 장치(160)는 제1측정기(170)에서 측정한 TRO 값이 1 ppm 이하가 되면, 플라즈마 발생장치(150)에 공급되는 전류와 전압을 조절하여 방전 강도를 단 계별로 높인다.On the contrary, if the TRO value measured by the first measuring device 170 is less than 1 ppm, the sterilizing action of the ballast water may be insufficient. Therefore, in order to effectively sterilize the ballast water, the power supply 160 adjusts the current and the voltage supplied to the plasma generator 150 when the TRO value measured by the first measurer 170 becomes 1 ppm or less, Increase strength by stages.

제1측정기에서는 총 잔류 산화물질(TRO) 농도 외에도, 해수의 특성인 염분(salinity), 온도 등을 측정하여 플라즈마의 방전 강도를 조절할 수 있다. In the first measuring device, the discharge intensity of the plasma can be controlled by measuring the salinity, temperature, and the like, which are characteristics of seawater, in addition to the total residual oxidation material (TRO) concentration.

선박이 긴 여행을 한 후, 경유지에서 물건을 많이 싣게 되면, 선박 평형수 탱크(180)에 들어 있는 평형수를 배출하여야 한다. 선박 평형수 탱크(180)에 저장된 평형수를 바다로 배출할 때에는, 배수용 배관(210) 및 배출장치(230)를 이용하여 평형수를 해양에 배출한다. 이때, IMO 규정의 바다로 배출하는 평형수의 TRO값은 0.2 ppm 으로 규정되어 있다.After a long journey, the ballast water in the ballast water tank 180 should be discharged if a lot of objects are loaded at the stopover. When the ballast water stored in the ballast water tank 180 is discharged to the sea, the ballast water is discharged to the ocean using the discharge pipe 210 and the discharge device 230. At this time, the TRO value of the ballast water discharged to the sea under IMO regulations is specified as 0.2 ppm.

따라서 평형수를 배출하기 전에 잔류 산화제 농도를 제2측정기(220)로 측정한다. 잔류 산화물의 농도가 기준치를 넘는 경우, 중화장치(240)에서 중화제를 함께 배출하여, 배출되는 평형수의 TRO값이 기준치 이내에 들어오도록 제어한다. 제2측정기(220)로부터 전달받은 총 잔류 산화물질(TRO) 농도 측정결과에 따라 중화장치가 자동으로 중화제 배출량을 최소로 제어할 수 있으므로, 최소의 중화제를 사용하여 해안 환경오염을 최소화 할 수 있다.Therefore, the concentration of the residual oxidant is measured by the second measuring device 220 before discharging the ballast water. When the concentration of the residual oxides exceeds the reference value, the neutralizer 240 discharges the neutralizing agent together and controls the TRO value of the discharged ballast water to fall within the reference value. The neutralization apparatus can automatically control the neutralizer discharge amount according to the measurement result of the total residual oxidation substance (TRO) concentration transmitted from the second measuring device 220, so that the pollution of the coastal environment can be minimized by using the minimum neutralizing agent .

제2측정기에서는 총 잔류 산화물질(TRO) 농도 외에도, 해수의 특성인 염분(salinity), 온도 등을 측정하여 중화제 배출량을 조절할 수 있다. In the second measuring device, the neutralizer discharge amount can be adjusted by measuring the salinity, temperature, etc., which are characteristics of seawater, in addition to the total residual oxidizing substance (TRO) concentration.

선박 평형수 탱크 내의 산화제는 여행 중 자연 소모되어 잔류 산화제가 미량이므로, 방출 평형수(de ballast) 처리 시 중화제 사용을 극소화할 수 있다. 뿐만 아니라 살충제(biocide)가 아닌 산화제로 해안 오염을 최소화할 수 있으므로, 해양오염이 거의 없는 친환경적인 평형수를 배출할 수 있다.Since the oxidizing agent in the ballast water tank is naturally consumed during traveling and the amount of the residual oxidizing agent is very small, the use of the neutralizing agent can be minimized in the case of de ballast treatment. In addition, the use of oxidants, not biocides, can minimize coastal pollution, thus producing eco-friendly ballast water with little marine pollution.

선박 평형수의 취수에서 부터 배수까지의 과정은 다음과 같다. The process from withdrawal to drainage of ballast water is as follows.

펌프가 해수를 취수하고, 이송라인을 통해 필터로 보낸다. 취수된 해수를 필터로 여과하고, 플라즈마 발생장치로 보낸다. 전원공급 장치에서 플라즈마 발생장치로 에너지를 공급하면, 플라즈마 발생장치는 플라즈마 방전으로 해수를 살균 처리하고 산화제를 생성한다. 살균된 해수는 제1측정기로 잔류 산화제 농도를 측정한 후, 평형수로 저장된다.The pump takes the seawater and sends it to the filter through the transfer line. The collected seawater is filtered with a filter and sent to a plasma generator. When energy is supplied from the power supply to the plasma generator, the plasma generator disinfects the seawater with a plasma discharge and generates an oxidant. The sterilized seawater is stored as ballast water after measuring the residual oxidant concentration with a first meter.

선박이 장기간 여행 후에, 저장된 평형수를 배수라인으로 배수한다. 이때, 제2측정기로 배수되는 평형수의 잔류 산화제 농도를 측정한다. 제2측정기로 측정한 잔류 산화제 농도가 기준값을 초과하는 경우, 배수라인에 중화제를 공급하여 배수되는 평형수의 산화제 농도가 기준치 이내가 되도록 한다.After the ship has been traveling for a long time, the stored ballast water is drained to the drain line. At this time, the concentration of the residual oxidant in the ballast water drained by the second measuring instrument is measured. When the concentration of the residual oxidant measured by the second measuring device exceeds the reference value, a neutralizing agent is supplied to the drain line so that the oxidant concentration of the discharged ballast water is within the reference value.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 평형수 처리 시스템이 사용되는 선박의 사시도이다.3 is a perspective view of a ship in which a ballast water treatment system according to an embodiment of the present invention is used.

플라즈마 발생장치(150)를 선박 엔진 룸 영역(Z1)에 함께 설치하는 경우에는, 필터(130)와 플라즈마 발생장치(150)가 동일 높이에 위치하여 높이 차이가 나지 않으므로, 펌프(120)에 의해 해수의 유입을 원활하게 할 수 있다.The filter 130 and the plasma generator 150 are located at the same height so that there is no difference in height when the plasma generator 150 is installed together in the ship engine room Z1. The inflow of seawater can be smoothly performed.

그러나 플라즈마 발생장치(150)의 설치 위치의 높이가 필터(130)와 다를 경우, 즉 플라즈마 발생장치(150)를 엔진 케이싱 영역(Z2)이나 갑판 영역(Z3)에 설치하는 경우에는, 필터(130)와 플라즈마 발생장치(150) 사이의 높이 차가 약 20 m 정도 생긴다. 따라서 펌프(120)에 의해 해수를 끌어들여 플라즈마 발생장치(150)에 공급함에 있어서 펌프(120)의 양정 손실이 약 0.2 MPa 정도로 발생한다.However, when the height of the installation position of the plasma generating device 150 is different from that of the filter 130, that is, when the plasma generating device 150 is installed in the engine casing area Z2 or the deck area Z3, And the plasma generating device 150 is about 20 m. Accordingly, when the seawater is drawn by the pump 120 and supplied to the plasma generator 150, the pump 120 generates a head loss of about 0.2 MPa.

그러므로 플라즈마 발생장치(150)는 필터(130)와 동일한 높이에 설치하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the plasma generator 150 is installed at the same height as the filter 130.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구 항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

110 : 해수 채취 탱크 120 : 펌프
130 : 필터 140 : 이송라인
150 : 플라즈마 발생장치 160 : 전원공급 장치
170 : 제1측정기 180 : 선박 평형수 탱크
210 : 배수용 배관 220 : 제2측정기
230 : 배출장치 240 : 중화장치110: Seawater sampling tank 120: Pump
130: filter 140: transfer line
150: plasma generator 160: power supply
170: first measuring instrument 180: ballast water tank
210: Drain pipe 220: Second measuring instrument
230: Discharging device 240: Neutralizing device

Claims (8)

선박의 평형수를 처리하는 시스템에 있어서,
해수를 이송라인을 통해 이송시키는 펌프와,
상기 펌프에 의해 이송된 해수를 여과하는 필터와,
상기 이송라인에 설치되며 플라즈마를 발생시켜 산화제를 생성하는 관형의 플라즈마 발생장치와,
상기 플라즈마 발생장치에 전원을 공급하는 전원공급 장치와,
상기 플라즈마 발생장치를 통과한 해수를 선박 평형수로 저장하는 선박 평형수 탱크와,
상기 선박 평형수 탱크에 유입되는 해수에 잔류하는 산화제의 농도를 측정하는 제1 측정기와,
상기 선박 평형수 탱크로부터 배출되는 선박 평형수에 잔류하는 산화제의 농도를 측정하는 제2 측정기와,
상기 제2 측정기의 측정 결과에 따라 상기 선박 평형수 탱크로부터 배출되는 선박 평형수의 잔류 산화제를 중화하는 중화장치를 포함하며,
상기 플라즈마 발생장치는 관의 형태를 갖는 외부의 제1 전극과, 상기 제1 전극의 내부에 배치되는 내부의 제2 전극, 상기 외부의 제1 전극과 상기 내부의 제2 전극 사이에 배치되는 절연체를 포함하며,
상기 외부의 제1 전극은 복수 개로 나뉘어, 상기 전원공급 장치에 병렬로 연결되어서, 각각 전원을 공급 받는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템. A system for treating a ballast water of a ship,
A pump for transferring seawater through the transfer line,
A filter for filtering the seawater transferred by the pump,
A tubular plasma generator installed in the transfer line for generating a plasma to generate an oxidant,
A power supply for supplying power to the plasma generator,
A ballast water tank for storing seawater having passed through the plasma generator as ship ballast water,
A first measuring device for measuring the concentration of the oxidizing agent remaining in the seawater flowing into the ship ballast water tank,
A second measuring device for measuring the concentration of the oxidizing agent remaining in the ballast water discharged from the ship ballast water tank,
And a neutralizer for neutralizing the residual oxidant in the ballast water discharged from the ballast water tank according to the measurement result of the second measuring device,
The plasma generating apparatus includes an external first electrode having a tube shape, an internal second electrode disposed inside the first electrode, an insulator disposed between the external first electrode and the internal second electrode, / RTI >
Wherein the external first electrodes are divided into a plurality of parts and connected to the power supply unit in parallel to receive power from the power supply unit. 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 티타늄 재질로 된 망형 또는 타공형 관의 형태이고, 표면에 인듐산화물을 코팅한 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode is in the form of a net-like or perforated pipe made of a titanium material, and the surface is coated with indium oxide. 제2항에 있어서,
상기 인듐산화물은 플라즈마 스프레이 코팅법에 의해 코팅한 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the indium oxide is coated by a plasma spray coating method. 제1항에 있어서,
상기 제2 전극은 유입되는 해수를 분배하는 단위 전극을 서로 직교하도록 결합하여 형성되고, 상기 단위 전극의 양단에 절연체 처리한 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the second electrode is formed by coupling the unit electrodes distributing the incoming seawater so as to be orthogonal to each other, and both ends of the unit electrode are subjected to an insulator treatment. 제1항에 있어서,
상기 전원공급 장치는 상기 제1 측정기에서 측정한 잔류 산화제의 농도가 5 ppm 이상인 경우 상기 플라즈마 발생장치에 공급하는 에너지를 낮추고, 상기 잔류 산화제의 농도가 1 ppm 이하인 경우 상기 플라즈마 발생장치에 공급하는 에너지를 증대시키는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the power supply device lowers the energy supplied to the plasma generator when the concentration of the residual oxidant measured by the first measuring device is 5 ppm or more and the energy supplied to the plasma generator when the concentration of the residual oxidant is 1 ppm or less Of the ballast water. 제1항에 있어서,
상기 중화장치는 상기 제2 측정기에서 측정한 잔류 산화제 농도가 기준 값을 초과하는 경우 상기 배출되는 평형수에 중화제를 공급하여, 배출되는 선박 평형수의 잔류 산화제 농도가 기준치 이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the neutralizer is configured to supply a neutralizing agent to the discharged ballast water when the concentration of the residual oxidant measured by the second measuring device exceeds a reference value so that the concentration of the residual oxidant in the discharged ballast water is within a reference value A ballast water treatment system. 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 발생장치는 상기 필터와 같은 높이에 설치하는 것을 특징으로 하는 선박 평형수 처리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the plasma generator is installed at the same height as the filter. 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102143036B1 (en) * 2019-05-07 2020-08-10 두산중공업 주식회사 Land mobile ballast water treatment apparatus using plasma underwater discharge and water treatment system comprising the same
KR102367677B1 (en) * 2020-11-19 2022-02-28 주식회사 테크로스 Apparatus and method for retreatment of ballast water
CN114906970A (en) * 2022-05-16 2022-08-16 光大环境科技（中国）有限公司 Ship ballast water management system and method based on low-temperature plasma technology
KR102502054B1 (en) * 2022-07-21 2023-02-22 (주)이엠씨 Plasma treatment apparatus of ballast water for vessel with module type assembly

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010523326A (en) 2007-04-10 2010-07-15 トゥエンティーワンシー シップビルディング カンパニー リミテッド Underwater pulse plasma treatment apparatus and ship ballast water treatment system using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010523326A (en) 2007-04-10 2010-07-15 トゥエンティーワンシー シップビルディング カンパニー リミテッド Underwater pulse plasma treatment apparatus and ship ballast water treatment system using the same

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