KR20070102626A

KR20070102626A - 오존 주입 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20070102626A
Application number: KR1020077021470A
Authority: KR
Inventors: 요한스 반 리유웬; 마이클 디. 제닝스; 리처드 에이. 뮤엘러; 잭 에이치. 로빈슨
Original assignee: 누테크 오우쓰리 인코포레이티드
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-10-18
Also published as: EP2899165A2; NO343607B1; JP4964120B2; EP1841698A2; AU2005320350B2; CN104355391A; NO20074333L; EP2899165A3; AU2005320350B8; CA2595734A1; WO2006086073A3; JP2007527798A; CA2595734C; CN1938231B; HK1204785A1; CN104355391B; AU2005320350A8; KR100889190B1; AU2005320350A1; WO2006086073A2

Abstract

오존 처리 방법 및 시스템은 도관 내의 물 유동으로부터 한 부위의 물을 우회하고; 오존화된 부위를 제공하기 위하여 상기 부위 내로 오존-함유 가스를 주입하고; 오존화된 부위를 도관 내의 물 유동과 재결합하고; 바람직하게는 도관 내 유동 및 주입 가스 내 오존 비율에 따라 최소 우회 부위 유속을 제공하기 위해, 우회 부위를 제어 및(또는) 조절한다. 또 다른 방법 및 시스템은 오존과 물 성분의 생물종-파괴 반응 생성물을 식별하고, 반응 생성물의 수명을 결정하고, 반응 생성물의 결정된 수명에 따라 결정되는 기간 동안, 오존을 생물종을 함유하는 물과 접촉시킨다. 또 다른 방법 및 시스템은 대기 중으로의 유해 폐가스의 방출 없이, 밸러스트수를 오존 처리한다.

오존 처리, 밸러스트수, 우회 부위, 수중 생물체

Description

오존 주입 방법 및 시스템{OZONE INJECTION METHOD AND SYSTEM}

본 발명은 미국 통상부의 해양 대기 관리처(National Oceanic and Atmospheric Administration)에서 수여하는, 계약 제NA04OAR호에 따른 미국 정부 지원을 통해 완성되었다. 미국 정부는 본 발명에 대한 일정한 권리를 갖는다.

본 발명은 밸러스트수(ballast water) 오존 주입 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 항해용 배 또는 선박의 밸러스트 탱크로의 또는 그로부터의 밸러스트수의 충전 또는 방출 중, 밸러스트수를 처리하기 위해 오존을 주입하는 시스템에 관한 것이다.

밸러스트수의 중량은 해상선에서 배의 화물칸이 비었거나 부분적으로 빈 경우, 화물 중량의 부족을 보충하여 안정성을 유지하기 위해 사용된다. 예를 들면, 전형적인 수송 작업에서, 해상선은 제1 항구에 정박하여 제2 항구로 수송할 화물을 선적하며, 제2 항구에서 화물을 하적한다. 그 뒤 배는 제1 항구로 돌아와 또 다른 화물을 선적한다. 전형적으로, 배는 다른 화물을 싣기 위해 제2 항구에서 제1 항구로 빈 채로 항해한다. 배는 빈 채로 항해할 때 평평한 용골(keel)상에서 배의 평형을 유지하기 위해 물이 채워질 수 있으며, 화물이 선적될 때는 방출될 수 있는 밸러스트 탱크를 장착한다.

밸러스트수는 밸러스트 탱크를 채우는 위치에서 자생하는 생물종을 함유한다. 이러한 생물종은 밸러스트 탱크에 물과 함께 충전된다. 그 뒤 배는 밸러스트수를 화물을 선적할 항구로 수송하고, 거기에서 이러한 생물종은 밸러스트수와 함께 주위의 수중으로 방출된다. 방출되는 생물종은 방출되는 주위의 수중에는 비-자생적이며 유해할 수 있다. 비-자생적인 물질은 주위의 수중에 해를 입히며, 해저 생물을 대체하고, 식품을 제공하는 플랑크톤 집단 및 물을 덮은 바람직한 상주 원생물종(native species)의 애벌레를 제거할 수 있다.

1996년에, 미국 국회는 미국 수생 침입종법(P.L. 104-332)(이하, "NAIS (National Aquatic Invasive Species Act)")을 통과시켜, 밸러스트수의 방출을 통한 비-자생적 생물의 확산을 저지하도록 하였다. 이 법은 오대호(the Great Lakes) 밸러스트 관리 프로그램에 권한을 재부여하였으며, 밸러스트 탱크를 가진 배의 적용성을 확대하였다. 이 법은 연방 교통국이 국가 기준을 개발하여 생물이 확산되는 것과 그들이 상업선의 밸러스트수를 통해 미국 내의 수중에 도입되는 것을 막도록 하였다. NAIS, 밸러스트수 관리법 및 계류중이거나 도입된 입법은 염수 또는 담수의 밸러스트수를 방출 전에 처리할 것을 규제하며, 미국 영토 내(즉, 해변 200 마일 내 또는 오대호 내)의 수중에서 방출되는 모든 밸러스트수가 처리되어 모든 수생의 방해 생물종(즉, 박테리아, 바이러스, 애벌레, 식물성 플랑크톤 및 동물성 플랑크톤)을 죽이거나 제거할 것을 요구한다.

항해용 배를 안정화하기 위해 밸러스트 탱크 내로 충전되는 물은 물리적, 화 학적 및 생물학적 물질의 복합 조성물이다. 또한, 물의 조성은 항구에 따라서, 특히 생물학적 요소에 대하여 상당히 다양하다. 해수의 복잡성 및 다양성은 살균 처리를 예측하지 못하도록 한다. 수처리에 관한 다양한 공지된 방법 및 시스템이 밸러스트수를 처리하는 데는 효과가 없을 수도 있는데, 이는 저항하는 생명체 형태 또는 예기치 않은 화학적 요소, 또는 제안된 처리법 자체가 방출시에 지역 생태계를 오염시킬 수 있기 때문이다.

오존화가 목적지의 수중 환경에 방출되는 밸러스트수를 처리하는 안전하고 효과적인 살균 방법 및 시스템임을 알게 되었다. 미국특허번호 제6,125,778호(로덴(Rodden))는 밸러스트수 탱크 내로 살포하는 방법을 포함하는 오존 밸러스트수 처리법을 제일 먼저 제안하였다.

그러나, 직접 탱크 살포법은 밸러스트 탱크 내의 모든 생물종에 도달하지 못할 수도 있기 때문에, 오존 살균법을 값비싸고 비효율적으로 만들 수도 있다. 미국특허번호 제6,869,540호(로빈슨(Robinson))은 밸러스트수의 충전 및(또는) 방출에 있어서의 직렬 처리를 제안하였다. 로빈슨법은 물 속의 생물종의 표적 살균치를 제공하기 위해, 밸러스트 탱크에 물을 채우기 전에 항해용 배로 충전되는 일련의 물에 오존을 주입하는 단계; 및 오존을 물에 주입하는 속도를 조정하는 단계와 배로 충전되는 물의 속도를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

로빈슨 오존화법은 순차적이고 결합된 오존화와 브롬화라는 두 메커니즘의 효과에 의한 살균을 가능하게 한다. 오존은 산화에 의해 생물종을 직접 죽인다. 추가로, 오존과 천연 발생의 해수 브롬화물의 반응이 하이포브롬화 이온 및 하이포 브롬산의 형성을 통한 살균 브롬화를 유발한다. 오존화 및 브롬화 살균 방법의 효과는, 결합된 효과가 분리된 살균 과정의 효과보다 개선되었다는 점에서 상승적인 것임을 알게 되었다. 펌핑 흡입 또는 방출 중의 해수의 직렬 오존화가 탱크 내에서의 처리보다 더 효과적이고 경제적이지만, 몇몇 경우에서는 직접 오존화의 심각한 비용 제한 요소가 있다. 예를 들면, 100,000 내지 150,000 DWT 범위의 배의 밸러스트수의 흡입/방출 라인은 직경 18''이다. 이러한 크기의 라인으로의 직접 주입을 위한 장비의 비용은 엄청나게 비싸다.

그러므로, 밸러스트수의 흡입/방출에 있어서의 직접 오존화에 대한 복잡하지 않고 비용 효율적인 시스템 및 방법이 필요하다.

이에 따라, 본 발명의 제1 관점은 항해용 배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 생물종의 목표 살균치를 결정하는 단계; 물을 밸러스트 탱크 내로 채우기 전에 물의 우회 부위를 조절하는 단계; 목표 살균치를 달성하기 위해 물의 우회 부위의 조절 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 조정하는 단계; 및 상기 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합될 때 목표 살균치를 달성하기 위해, 오존을 상기 조절된 우회 부위 내로 소정의 속도로 주입하는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제2 관점은 항해용 배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 한 부위를 우회시키는 단계; 상기 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합될 때 목표 오존 농도를 달성하기 위해 오존을 상기 부위 내로 주입하는 데 충분한 오존 발생 용량 Q를 결정하는 단계; 결정된 오존 발생 용량을 갖는 발생기에 의해 상기 부위에 오존을 주입하는 단계; 및 상기 부위를 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합시키는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제3 관점은 항해용 배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 생물종의 목표 살균치를 결정하는 단계; 물을 밸러스트 탱크 내로 채우기 전에 물의 한 부위를 우회시키는 단계; 상기 우회 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합될 때 목표 오존 농도를 달성하기 위해 오존을 상기 부위에 주입하기에 충분한 오존 발생 용량을 결정하는 단계; 상기 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합될 때 목표 살균치를 제공하기 위해 결정되는 오존 발생기 용량을 갖는 발생기를 이용하여 상기 부위를 조절하고, 오존을 상기 부위 내로 주입하는 속도를 조정하는 단계; 및 상기 부위를 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합시키는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제4 관점은 적어도 하나의 밸러스트 탱크 및, 흡입구/출구로 또는 그로부터 밸러스트 탱크로 물을 전달하는 적어도 하나의 도관을 포함하는 항해용 배; 도관으로부터 물의 한 부위를 우회시키는 조절기; 물의 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 제공하는 주입기; 및 상기 부위가 물과 재결합될 때 목표 살균치를 달성하기 위한, 물의 우회 부위 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 조정하는 조절기 및 주입기에 작동적으로 연결된 제어기를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템이다.

본 발명의 제5 관점은 항해용 배로부터 바다로 방출되는 밸러스트수의 생물종의 목표 살균치를 결정하는 단계; 방출 전에 밸러스트수의 우회 부위를 조절하는 단계; 목표 살균치를 달성하기 위해 물의 우회 부위의 조절 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 조정하는 단계; 및 오존이 주입된 물을 바다로 방출하기 위해 상기 부위가 물과 재결합될 때 목표 살균치를 달성하기 위해, 오존을 상기 조절된 우회 부위 내로 소정의 속도로 주입하는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제6 관점은 적어도 하나의 밸러스트 탱크를 포함하는 항해용 배; 오존을 발생시키는 오존 발생기; 밸러스트 탱크로부터 물을 방출하고 항해용 배의 하적 항구로 물을 운반하는 밸러스트수 도관; 도관으로부터 물의 한 부위를 우회시키는 조절기; 물의 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 제공하는 주입기; 및 상기 부위가 물과 재결합될 때 목표 살균치를 달성하기 위한, 물의 우회 부위 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 조정하는 조절기 및 주입기에 작동적으로 연결된 제어기를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템이다.

본 발명의 제7 관점은 항해용 배의 밸러스트 탱크로 해수를 선적하는 단계; 물을 밸러스트 탱크 내로 채우기 전에 선적수(uploading water)의 우회 부위를 조절하는 단계; 목표 살균치를 달성하기 위한, 물의 우회 부위 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도의 조절을 조정하는 단계; 및 상기 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 선적수와 재결합될 때 목표 살균치를 달성하기 위해, 오존을 상기 조절된 우회 부위 내로 소정의 속도로 주입하는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제8 관점은 도관 내의 물의 유동으로부터 물의 한 부위를 우회시키는 단계; 오존-함유 가스를 상기 부위에 주입하여 오존화된 부위를 제공하는 단계; 상기 오존화된 부위를 도관 내의 물의 유동과 재결합시키는 단계; 및 도관 내의 유동 및 주입된 가스 내의 오존 비율에 따라 최소의 우회 부위 유속을 제공하기 위해 상기 우회 부위를 조절하는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제9 관점은 물을 제1 흡입 위치로부터 방출 위치로 수송하는 수도관; 물의 한 부위를 우회로 내의 순환용 도관으로부터 우회시키고, 회귀 지점에서 의 수도관으로 다시 우회시키는, 수도관의 제1 지점으로부터 제2 회귀 지점으로의 우회로; 오존을 물의 우회 부위 내로 주입하기 위한, 우회로 내에 포함되는 주입기; 주입기에 의한 주입을 위해 오존을 발생시키는 오존 발생기; 및 도관 내의 유동 및 주입된 가스 내의 오존 비율에 따라 최소의 우회 부위 유속을 제공하기 위해 상기 우회 부위를 조절하는 조절기를 포함하는, 수처리 시스템이다.

본 발명의 제10 관점은 해수를 해상용 배의 밸러스트 탱크에 선적하는 단계; 물을 밸러스트 탱크 내로 채우기 전에 선적수의 우회 부위를 조절하는 단계; 및 도관 내의 유동 및 주입된 가스 내의 오존 비율에 따라 최소의 우회 부위 유속을 제공하기 위해, 물의 상기 우회 부위의 조절 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 조정하는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제11 관점은 오존과 물 성분의 생물종-파괴 반응 생성물을 식별하는 단계; 반응 생성물의 수명을 결정하는 단계; 및 반응 생성물의 결정된 수명에 따라 결정되는 기간 동안, 오존을 생물종 함유 물과 접촉시키는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제12 관점은 배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 한 부위를 우회시키는 단계; 오존을 상기 부위 내로 주입하여 오존화된 부위를 제공하는 단계; 및 오존화된 부위를 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합시키는 단계를 포함하며, 오존을 상기 부위 내로 주입하는 시점과, 주입된 오존 부위가 탱크 내로 채워지는 물과 재결합되는 시점 사이의 체류 기간이 특정 시간 한도 미만으로 제어되는 것인 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제13 관점은 하나 이상의 밸러스트 탱크를 포함하는 배; 오존을 발생시키는 오존 발생기; 물을 제1 흡입 위치로부터 배의 방출 위치로 수송하는 밸러스트수 도관; 물의 한 부위를 우회로 내의 순환용 도관으로부터 우회시키고, 회귀 지점에서의 수도관으로 다시 우회시키기 위한, 수도관의 제1 지점으로부터 제2 회귀 지점으로의 우회로; 및 물의 우회 부위 내로 오존을 주입하고, 오존 주입 시점과, 주입된 부위가 밸러스트 탱크로 채워지는 물과 재결합되는 시점 사이의 소정의 체류 시기를 제공하기 위한 지점에서의 우회로 내에서 삽입되는 주입기를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템이다.

본 발명의 제14 관점은 하나 이상의 밸러스트 탱크, 및 흡입구/출구로 또는 그로부터 밸러스트 탱크로 물을 전달하는 하나 이상의 도관을 포함하는 배; 도관으로부터 물의 한 부위를 우회시키는 조절기; 물의 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 제공하는 주입기; 및 도관 내의 유동 및 주입된 가스 내의 오존 비율에 따라 최소의 우회 부위 유속을 제공하기 위해 우회 부위를 조절하는 조절기 및 주입기에 작동적으로 연결된 제어기를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템이다.

본 발명의 제15 관점은 배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 생물종의 목표 살균치를 결정하는 단계; 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물 유동으로부터 물의 한 부위를 우회시키는 단계; 상기 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합될 때 목표 살균치를 달성하기 위해, 오존을 상기 우회 부위 내로 소정의 속도로 주입하는 단계; 및 도관 내의 유동 및 주입된 가스 내의 오존 비율에 따라 최소의 우회 부위 유속을 제공하기 위해 우회 부위를 조절하는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명의 제16 관점은 하나 이상의 밸러스트 탱크를 포함하는 항해용 배; 오존을 발생시키는 오존 발생기; 밸러스트 탱크로부터 물을 방출하고 항해용 배의 하적 항구로 물을 운반하는 밸러스트수 도관; 도관으로부터 물의 한 부위를 우회시키는 조절기; 및 물의 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 제공하는 주입기를 포함하며, 상기 조절기가 도관 내의 유동 및 주입된 가스 내의 오존 비율에 따라 최소의 우회 부위 유속을 제공하기 위해 우회 부위를 조절하는 밸러스트수 처리 시스템이다.

본 발명의 제17 관점은 하나 이상의 밸러스트 탱크 및, 흡입구/출구로 또는 그로부터 밸러스트 탱크로 물을 전달하는 적어도 하나의 도관을 포함하는 해수 또는 담수 항해용 배; 도관으로부터 물의 한 부위를 우회시키는 조절기; 물의 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 제공하는 주입기; 및 폐가스(off-gas) 파괴 장치 없이도 해로운 가스를 대기 중으로 방출하는 것을 피하면서도 목표 살균치를 달성하기 위한, 물의 우회 부위 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도를 조정하는 조절기 및 주입기에 작동적으로 연결된 제어기를 포함하는, 폐가스 파괴 장치가 없는 밸러스트수 처리 시스템이다.

본 발명의 제18 관점은 항해용 배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 생물종의 목표 살균치를 결정하는 단계; 환경적으로 독성인 폐가스를 대기 중으로 방출하지 않으면서 목표 살균치를 달성하기 위해 오존을 물 내로 주입하는 단계; 물을 밸러스트 탱크 내로 채우기 전에 물의 우회 부위를 조절하는 단계; 환경적으로 독 성인 폐가스를 대기 중으로 방출하지 않으면서 목표 살균치를 달성하기 위한, 물의 우회 부위 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도의 조절을 조정하는 단계; 및 환경적으로 독성인 폐가스를 대기 중으로 방출하지 않으면서, 상기 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합될 때 목표 살균치를 달성하기 위해, 오존을 상기 조절된 우회 부위 내로 소정의 속도로 주입하는 단계를 포함하는 오존 처리 방법이다.

본 발명은 바람직하게는 유해한 폐가스 없이도 밸러스트수의 완벽한 살균 처리를 보장하는, 밸러스트수 내로의 정확한 오존 투여량을 제공한다.

오존은 대기압보다 약 10 내지 12 psi 이상의 압력에서 발생한다. 이 압력에서 벗어나면 오존 생성에 역효과를 미칠 수 있다. 밸러스트수는 가변적인 압력으로 펌프될 수 있고, 이는 탱크가 채워지면 높을 수도 있다. 상대적으로 낮은 압력의 오존/산소 또는 오존/공기 혼합물은 매우 특별하고 값비싼 장비(오존의 부식성 및 보다 구체적으로는 오존이 압축열 하에서 분해될 것이라는 사실에 기인하여)에 의해 높은 압력으로 압축될 수 있다.

일실시태양에서, 본 발명은 오존 밸러스트수 처리에 관한 것이다.

제출된 NAIS 보정안은 "밸러스트수"를 "배의 균형 및 안정성을 유지하는 데 사용되는 임의의 물(부유물을 수반하는)"로 정의한다. 다른 실시태양에서, "밸러스트수"는 A) 배의 균형, 경사(list), 견인력(draught), 안정성, 또는 응력을 제어하는, 물 속에 부유하는 물질을 비롯한 배 위에 실리는 물; 및 B) 청소, 유지 보수, 또는 다른 작동 중에 밸러스트 탱크 내에 위치하는 임의의 물이다. 이러한 정 의들은 본 명세서에서 처리 가능한 물의 실시태양에 포함된다.

본 발명의 일실시태양에서, 직렬 가스 주입기, 예컨대 벤투리관은 도관 내의 물 유속을 증가시켜 흐르는 밸러스트수의 압력을 임시로 낮추기 위해 삽입된다. 삽입된 직렬 주입기는 액체 속도를 증가시켜 더 낮은 압력을 만들 수 있다. 벤투리관은 직렬 주입 밸러스트수 처리에서의 바람직한 주입기이다.

일실시태양에서, 본 발명은 배의 밸러스트수 처리 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 물을 받아들이기 위해 개조된 입구 포트, 처리 가스를 받아들이기 위해 개조된 주입기 포트, 및 물을 밀어내기 위해 개조된 출구 포트를 수반하는, 수도관 내에 삽입된 주입기를 포함할 수 있다. 그러나, 물을 교환하거나 밸러스트 탱크로부터 방출하는 밸러스트수 도관은 넓으며, 일반적으로 직경 약 18 인치의 치수이다. 벤투리관과 같은, 이러한 크기의 도관용 주입기의 비용은 경제적이다. 또한, 이러한 주입기를 주 도관에 설치하는 것은 배의 구동 매개변수에 큰 영향을 줄 것이다. 삽입된 주입기는 유동의 역압을 증가시킬 것이고, 밸러스트수 펌프 용량의 증가를 필요로 할 것이다. 출원인의 계산으로는 삽입된 벤트리관이 몇몇 배의 밸러스트 탱크를 채우는데 필요한 펌프 시간을 1 내지 2시간(약 10%) 증가시킬 것으로 보여진다. 또한, 밸러스트수 도관은 밸러스트수를 충전 및 방출하는 역할을 모두 할 수 있다. 삽입된 주입기는, 예를 들면 밸러스트수를 방출하기 위해 역류되는 물 유동을 방해할 수 있다. 이러한 단점은 본 발명의 바람직한 실시태양에 의해 극복될 수 있는데, 여기서 오존은 주 수도관의 일부를 우회하는 라인 내의 밸러스트수의 한 부위 내로 주입된다.

우회로 라인 오존 주입의 더욱 바람직한 실시태양은 해수에서의 오존의 용해도 및 오존의 화학 반응과 용해도 사이의 관계를 비롯한, 밸러스트수 내에서의 오존의 물리적 및 화학적 성질의 고찰에 기반한다.

오존(O₃)은 산소의 동소체적 형태이다. 자극적인 냄새를 수반하는 불안정한 청색 기체이며, 분자량은 48 g/mol, 기체로서의 질량은 0 ℃, 1 atm 에서 2.154 g/l이다. 산소보다는 약 13배 더 물에 잘 용해된다. 오존은 매우 불안정하며, 강력한 산화제이다. 오존은 지속성이 없으며, 매우 짧은 반감기를 가진다.

일반적으로, 오존은 일정한 농도의 산소를 극도로 대전된 코로나 장을 통과시켜 제조되며, 이는 "코로나 방전"이라는 기법으로 알려져 있다. 코로나는 절연 유전체층 및 작은 공기 간극에 의해 분리된 두 도전체 사이에 매우 높은 전위(최대 20 kV)를 가하여 생성될 수 있다. 이러한 조건 하에서, 두 도전체 사이의 간극을 통과하는 분자 산소(O₂)는 부분적으로 해리하기에 충분한 해리 에너지를 갖게 된다. 하기 평형 반응식에 따라, 유리 산소 라디칼의 특정 분율이 산소 분자와 결합하여 O₃를 형성한다.

3 O₂ + 69 kcal ↔ 2 O₃

반응식 1a에 표시된 오존의 발생은 평형 반응이다. 반응은 O₃를 생성하는 경우 에너지를 필요로 하는 흡열 반응이며, O₂를 생성하는 경우 에너지를 방출하는 발열 반응이다. 이러한 평형 상태의 속성 때문에, 실제 오존으로의 전환은 비교적 낮은 2 내지 14% 범위이며, 이는 공급 가스의 산소 함량, 반응 온도 및 오존 발생기의 성질에 의존적이다.

효과적인 오존 처리 방법 및 시스템을 제공하는 데 있어 다른 고려 사항은 밸러스트수의 가스 처리 메커니즘에 관한 것이다. 미국특허번호 제6,840,983호(맥널티(McNulty))는 물을 받아들이기 위해 개조된 입구 포트, 산소 탈기 가스를 받아들이기 위해 개조된 주입기 포트, 및 물을 밀어내기 위해 개조된 출구 포트를 수반하는, 주 수도관 내에 삽입된 주입기를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템을 개시한다. 상기 특허에서는 산소-의존 생물종의 질식을 유발하기 위해, 밸러스트수로부터 산소를 포획하는 산소 탈기 가스를 주입한다. 한편, 오존은 서로 상이한, 적어도 이중의 살균 메커니즘을 갖는 산화 가스이다. 이러한 메커니즘은 생물체에 대한 직접적인 오존 파괴적 산화뿐 아니라, 밸러스트수 내 천연적으로 발생하는 화학 성분이 생물체에 대해 독성인 생성물로 빨리 전환하는 것을 포함한다.

하기 4개의 반응식(본 군텐(Von Gnten) 및 호이네(Hoigne), 1994)은 유일한 오존 수요가 오존과 용해한 브로마이드 사이에 있음을 가정하는, 해수 중 오존의 사용에 관해 기술한다.

O₃ + Br^- → OBr^- + O₂ 160 M^-1s^-1

OBr^- + O₃ → 2 O₂ + Br^- 330 M^-1s^-1

OBr^- + O₃ → BrO₂ ^- + O₂ 100 M^-1s^-1

BrO₂ ^- + O₃ → BrO₃ ^- > 10⁵ M^-1s^-1

하이포브롬화 이온(OBr^-)은 반응식 1에서 생성된다. 반응식 1의 이온의 대부분은 그 뒤 물로부터의 수소 이온의 첨가에 의해 하이포브롬산(HOBr)으로 전환된다. 형성되는 하이포브롬화 이온 및 하이포브롬산은 총 잔류 산화제(TRO, total residual oxidant)로 알려져 있다. 단지 반응식 1만이 TRO의 형성을 유발한다. 그 후의 반응식 2 내지 4는 오존과 브롬 생성물 모두를 살균 과정에서 바람직하지 않을 정도로 제거한다. 해수 오존화의 제1 목표는 가능한 한 많은 오존을 HOBr 또는 OBr^-로 전환하는 것이다. 그러므로, 반응식 1을 최대화하고, 반응식 2 내지 4를 최소화하는 것이 OBr^-을 최대화하는 것이다.

상기 도시된 반응은 2차 반응이다. 주어지는 반응 속도 상수는 오존 농도의 함수로서 반응이 일어나는 속도를 나타낸다. 반응식 1과 반응식 2 사이의 상대 속도를 결정하기 위하여, 속도 상수 2가 속도 상수 1로 나누어진다. 동일한 반응물 농도에서, 반응식 2의 속도는 대략 반응식 1보다 2배 빠르다.

상기 반응 속도는, 만일 Br^- 대 OBr^-의 몰 농도 비가 약 2.7 아래로 떨어지면 반응식 2 및 반응식 3의 오존 소비가 반응식 1을 초과하기 때문에, 추가의 오존 투여가 OBr^-을 더 생성하지 않을 정도의 것이다. 오존이 과량의 브로마이드 내로 도입될 때는, 하이포브롬화 이온을 형성하는 반응이 지배적이다. 일반적으로, 약 70 mg/L의 브로마이드가 해수 중에서 사용 가능하다. 이것은 전형적인 오존화 농도(오존 1 내지 5 mg/L)에서 오존 손실을 최소화하기 위해 충분한 브로마이드의 과량을 밸러스트수를 충전 또는 방출하는 도관 내로 제공한다. 그러나, 우회로 라인은 오존 및 OBr^- 소실 반응인 반응식 2 내지 4의 반응이 지배적으로 되기 이전에, 더 적은 양의 물과, 이에 상응하는 사용 가능한 더 적은 양의 브로마이드가 완전히 소모되도록 할 것이다.

우회로 해수 중의 사용 가능한 양의 브로마이드는 우회로 오존화를 위한 유속 또는 체류 시간을 결정할 때 고려될 필요가 없다. 체류 시간은 오존의 주입 시점부터 우회로의 물 및 오존을 주 도관으로 재주입하는 시점까지의 오존 및 물의 수송 기간이다. 일실시태양에서, 오존화 및 브롬화에 의한 상승적인 살균이 유지되는 동안 오존 및 OBr^- 소실이 최소화되는 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 일실시태양에 따르면, 체류 시간을 최소화하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 본 명세서에서, 체류 시간은 우회로 내에서 물 내로 오존을 주입하는 시점부터 우회로 라인의 해수를 탱크의 주 도관의 해수 내로 재주입하는 시점까지의 기간이다. 본 발명의 일실시태양은 오존으로 처리된 우회로 물 부위를 "브로마이드가 풍부한" 주 도관 해수로 되돌려 재주입하여, 반응식 2 내지 4에서의 BrO₂ ^- 및 BrO₃ ^- 형성 및 산소 전환 중 실질적으로 오존 및 OBr^-가 소비되는 것을 막는 단계를 제공한다. "체류 시간"이 최소화된다.

일실시태양에서, 체류 시간 0.21초는 4.3%의 수용 가능한 오존 손실을 유발한다. 본 발명의 일실시태양에 따르면, 반응식 2 내지 4의 반응을 최소화하기 위해, 체류 시간이 5초 미만, 바람직하게는 0.25초 미만, 및 바람직하게는 0.21초 미만으로 제어되는 방법 및 시스템이 제공된다.

본 발명의 특징은 본 발명의 바람직한 실시태양을 기술하는 제한되지 않는 실시예를 통해, 도면 및 후술하는 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.

도 1 내지 도 3은 선미(12), 기수(14) 및 외부 선체(16) 및 내부 선체(18)으로부터 형성되는 이중 선체를 포함하는 배(10)을 개략적으로 도시한다. 배(10)은 본 발명에 포함되는 배의 대표적인 유형이며, 통상적으로 내부 선체(18) 내에 화물 구획을 갖는 이중 선체 유조선으로 분할된다. 그러나, 본 발명은 밸러스트 탱크, 또는 배 밑에 괸 물을 갖는 임의의 항해용 선박 또는 배에 적용될 수 있다. 배(10)은 부분적으로 또는 완전히 정제된 오일 또는 잔유, 또는 종자 기름 등의 다른 벌크 액체 제품을 수송하는 전형적인 배이다.

오존 발생기(30)은 본 발명의 오존 주입 시스템의 일부로서 도시되는 주 오존 공급선(130)을 수반하는 배(10)의 후미 갑판(102)에 위치하는 것으로 도시된다. 발생기(30)은 로덴의 미국 특허, 및 타바타(Tabata)의 미국 도켓번호 제20040223893호; 에이뎀(Eidem)의 미국 도켓번호 제20030015481호; 리(Lee) 등의 미국특허번호 제6,730,277호; 보그스트롬(Borgstrom)의 미국특허번호 제6,726,885호; 골로타(Golota) 등의 미국특허번호 제6,544,486호; 콘래드(Conrad)의 미국특허번호 제6,491,879호; 캐논(Cannon)의 미국특허번호 제6,516,738호; 스미스(Smith)의 미국특허번호 제6,468,400호; 및 핀(Pean) 등의 미국특허번호 제6,231,769호 등에 기재된 공지된 오존 발생기에 따라 구성되고 오존을 발생할 수 있다. 상기 특허들의 개시사항은 그 전체로서 본원에 참조로 포함되었다. PCI-WEDECO(PCI-WEDECO 엔바이론멘털 테크놀로지스(Environmental Technologies), 미국 07006 뉴저지주 웨스트 캘드웰, 1 페어필드 크레센트) SMO/SMA 유형 시리즈 발생기 및 WEDECO Effizon(등록상표) 테크놀로지 고농도 오존 제조 발생기가 적합한 오존 발생기의 추가적인 예이다.

오존 가스는 발생기(30)을 통해, 그리고 후속적으로 본 발명의 도면 1 내지 3 및 실시태양 4A 및 4B에 따라, 각각의 연결기 라인 (110), (112) 및 (114)를 통해 밸러스트수의 흡입/방출 도관(116), (118), 및 (120) 각각에서 물 내로 주입되는 라인(130)을 통해 펌프된다. 흡입/방출 도관(116)은 물을 선미 흡입구/출구 시이 체스트(sea chest)(132)로부터 밸러스트 탱크의 전방 배터리(124)로 전달한다. 흡입/방출 도관(118)은 물을 우현 흡입구/출구 시이 체스트(134)로부터 밸러스트 탱크의 우현 배터리(126)로 전달한다. 흡입/방출 도관(120)은 물을 포트 흡입구/출구 시이 체스트(136)으로부터 밸러스트 탱크의 포트 배터리(128)로 전달한다.

밸러스트수는 배(10)으로 시이 체스트(132), (134) 및 (136)을 통해 충전되고, 그 뒤 펌프되어 밸러스트 탱크 배터리(124), (126), 및 (128) 각각을 도시되는 도관(116), (118) 및 (120)의 시스템을 통해 충전한다. 목적지에서, 이 과정은 역행되고, 물은 시이 체스트(132), (134) 및 (136) 각각을 통해 탱크 배터리(124), (126), 및 (128)로부터 도관(116), (118) 및 (120) 각각을 통해 바다로 펌프된다. 또는, 방출은 또 다른, 분리된 도관 및 탱크 배터리(124), (126), 및 (128)로부터의 시이 체스트 시스템(도시되지 않음)을 통해 실행될 수도 있다. 오존을 수반한 주입 후, 물은 주 도관(116), (118) 및 (120) 중 하나에 의해 밸러스트 탱크 배터리(124), (126), 및 (128) 각각으로 전달된다. 각각의 주 도관(116), (118) 및 (120)이 각각의 밸러스트 탱크(124), (126), 및 (128)을 통과할 때, 더 작은 풋터(footer) 파이프(도시되지 않음)는 흡입/방출 도관을 제공하기 위해 제거될 수 있다. 풋터 파이프에 관한 흐름 조절은 터널 또는 코퍼댐(cofferdam) 영역 내에 보관되거나, 공간이 문제가 된다면 사실상 탱크 자체 내부에 위치할 수 있다.

도 4A에서, 도관(118)은 오존 처리된 물을 탱크(126)의 우현 배터리의 각각의 밸러스트 탱크로 전달하고, 도관(120)은 오존 처리된 물을 탱크(128)의 포트 배터리의 각각의 밸러스트 탱크로 전달한다. 물은 각각의 시이 체스트(134) 및 (136)을 통해 들어가며, 처리되고, 우현 배터리(126) 또는 포트 배터리(128) 중 하나로, 각각의 탱크가 충분히 채워지고 충전된 화물을 보충하도록 균형을 이룰 때까지 채워진다. 이와 유사하게, 도 4A 및 4B에서 도시되었듯이, 물은 선미 시이 체스트(132)를 통해 들어가며, 라인(110)을 통해 전달된 오존으로 처리되고, 각 탱크 가 배(10)의 균형을 이루도록 채워질 때까지 전방 배터리(124) 탱크로 충전된다.

도면이 시이 체스트(134) 및 (136)으로부터의 밸러스트수를 처리하는 것에 대해 기술하지만, 본 발명은 밸러스트 탱크로 채워지는 물 또는 밸러스트 탱크로부터 방출되는 물의 처리에 적용되며, 담수 또는 바다 등의 염수에도 적용된다. 오존의 양(밸러스트수의 충전 또는 방출에 비례하는 투여량에 관한)은 밸러스트수 처리 시스템의 적절한 작동에 있어 중요하다. 일반적으로, 오존은 약 10 내지 12% 오존/산소의 농도로 발생한다. 이는 오존 1파운드당 약 9파운드의 산소가 투여됨을 의미한다. 만일 물 1리터당 오존 3.5 mg이 투여된다면, 그 뒤 수반되는 산소는 약 32 mg/L가 투여된다. 만일 본 발명에 따라 적절하게 제어된다면, 오존 및 산소 모두는 대기 중에 방출됨 없이 밸러스트수 흡입 또는 방출 기류에 완전히 용해될 수 있을 것이다.

하기의 기재사항에 구속력이 있는 것은 아니지만, 유해 대기 방출물의 회피는 다음과 같이 설명될 수 있다. 산소에 대한 헨리의 법칙 상수는 순수 산소의 용해도가 순수한 물속 1기압 및 15℃에서 49 mg/L임을 나타낸다. 해수에서의 산소의 용해도는 약 40 mg/L이다. 순수한 오존의 용해도는 산소보다 8배 정도 높다.

밸러스트 탱크의 압력은 일반적으로 탱크가 채워졌을 때 1 내지 3 기압 사이에서 다양하다. 기체 용해도는 1기압에서보다 3기압에서 3배 더 높다. 일반적으로 해수는 약 15℃에서 산소로 포화된다. 그러므로, 주입 전에, 해수는 이미 약 산소 8 mg/L을 함유한다. 본 발명에 따르는 주입의 제어는 추가로 산소 32 mg/L를 제공할 수 있으며, 모든 오존이 1기압에서 용해될 것이다. 3기압에서는, 본 발명 은 산소 및 오존 둘 다를 용해하기 위한 과량의 용량을 제공한다.

또한, 오존과 더불어 모든 산소를 용해하는 것은 평행 상태를 막는다. 오존을 해수 중 화학 반응에 의해 소비하는 것은, 후속적으로 대기에 노출될 때 용액으로부터의 오존의 방출을 막는다. 그러므로, 평형 상태를 막는 것은 오존의 물 또는 해수로의 거의 전체 이송을 가능하게 한다.

도 5A, 5B 및 5C는 도 1 내지 3, 및 4A 및 4B에 도시된 배(10)의 시스템과 연관하여 사용될 수 있는 밸러스트수 오존 주입 방법 및 시스템의 실시태양의 흐름도이다. 도 5A, 5B 및 5C에서, 오존 발생 시스템(502)는 공기 압축기(514), 냉각 공기 건조기(516), 유분 제거용 필터(518), 공기 수납기(520), O₂ 보강기(522), O₂ 수납기(524), 이슬점 측정기(526), 필터(528), 오존 발생기(530), 전원 공급(532), 오존 측정기(534), 오존 파괴 유닛(536), 및 순환 펌프(540)을 수반하는 냉동계(538)를 포함한다. 작동시에, 공기가 시스템(502) 내로 공기 흡입구(512)를 통해 도입된다. 이 공기는 압축되고(514), 건조 및 냉각되며(516), 여과되고(518), 임시로 (520)에 저장된다. 그 뒤, 발생기의 수요에 따라, 보강기(524)로 공기가 철수되는데, 여기서 기체의 산소 함량은 질소의 흡수에 의해 별도로 증가된다. 산소 보강 가스는 수납기(524)로 전달되고, 측정되며(526), 전원 공급(532)에 의해 작동되는 오존 발생기(530)로 주입될 때까지 여과된다(528). 발생기(530)으로부터의 폐가스가 측정되며(534), 외부로 방출되는 것을 막기 위해 파괴된다(536). 발생된 오존은 이하 기술하는 우회로 주입 시스템(550), (552), (554)에서 요구할 때 까지 냉각기(538)에서 저장된다.

도 5A, 5B, 및 5C 각각은 3개의 분리된 우회로 주입 시스템(550), (552), (554)를 나타내며, 이들은 각각 도 2, 3, 및 4에서 도시되는 (110)을 통한 후미 흡입 도관(116)으로의 주입, (112)를 통한 우현 흡입 도관(118)으로의 주입, 및 (114)를 통한 포트 흡입 도관(120)으로의 주입에 상응할 수 있다.

도 5A에서, 주입 시스템(550)은 오존 주입 펌프(560), 유동 조절기(562), 오존 주입기(564), 사전 분산기(predisperser)(또는 정적 혼합기(static mixer))(566) 및 주 라인 접촉기(568)을 포함한다. 이와 유사하게, 주입 시스템(552)는 오존 주입 펌프(570), 유동 조절기(572), 오존 주입기(574), 사전 분산기(576) 및 주 라인 접촉기(578)을 포함하고, 주입 시스템(554)는 오존 주입 펌프(580), 유동 조절기(582), 오존 주입기(584), 사전 분산기(586) 및 주 라인 접촉기(588)을 포함한다.

도 5B 및 5C에서, 주입 시스템(550)은 우회로(594) 내의 유동을 조절하기 위한 펌프가 될 수 있는 오존 조절기(560)을 포함한다. 또한, 주입 시스템(550)은 오존 주입기(564), 정적 혼합기(566) 및 재주입기(568)을 포함한다. 이와 유사하게, 주입 시스템(552)는 조절기(570), 오존 주입기(574), 정적 혼합기(576) 및 재주입기(578)을 포함하며, 주입 시스템(554)는 조절기(580), 오존 주입기(584), 정적 혼합기(586) 및 재주입기(588)을 포함한다.

도 5A 및 5B에 도시하였듯이, 주입 시스템(550), (552), (554)는 각각 제어기(610), (612) 및 (614)에 의해 제어된다. 제어기(610), (612) 및 (614)는 이하 기술하는, 주입되는 오존을 제어하기 위한 처리 장치, 컴퓨터, 마이크로프로세서 등이다.

도 6은 밸러스트로 충전되거나 그로부터 방출되는 물의 우회 부위로 물을 우회로 주입하는 세부 사항을 개략적으로 도시한다. 우회로 주입은 오존 주입을 가능하게 하며, 오존 가스의 밸러스트수 내로의 적절한 혼합 및 가용화, 및 오존화된 우회 부위의 주된 물 유동으로의 적절한 재혼합을 제공한다. 도 6에는 후미 충전/방출 우회로 주입 시스템(550)의 예가 도시된다. 시스템(550)은 주 도관(116)으로부터 상류 지점(622)에서 분기되고 하류 지점(624)에서 주 도관(116)과 재수렴되는 우회로 도관(594)를 포함한다. 우회로 도관(620)은 펌프(560), 벤투리관(564), 혼합기(566) 및 주 도관 재주입기(568)을 포함한다.

도 5A의 시스템(550)을 예시적인 시스템으로 하면, 작동은 다음과 같이 기술된다. 시이 체스트(132)(도 2 내지 3)로부터의 해수가 주 밸러스트수 펌프(592)를 통해 도관(116) 내에서 주입 시스템(550)으로 공급된다. 해수의 한 부위가 순환 펌프(560)에 의해 도관(116)으로부터 우회로 라인(564) 내로 우회된다. 우회된 물 부위의 유동은 유동 조절기(562)에 의해 제어된다. 주입기(564)는 오존을 발생기(530)으로부터 우회된 해수 부위 내로 주입한다. 오존 주입기(564)는 벤투리관 주입기 등일 수 있다. 주입된 오존은 사전 분산기(또는 정적 혼합기)(566)에 의해 해수 부위 내로 더 분산되고, 도관(116) 내의 주 라인 접촉기(568)에서 주 해수와 다시 결합된다.

도 5A의 후미 도관 주입기 시스템(550), 우현 도관 주입기 시스템(552) 및 포트 도관 주입기 시스템(554) 각각에서, 각 오존 주입기(564), (574), (584)에 대한 각 유동 조절기(562), (572), (582) 및 각 밸브(616), (618), (620)은 각 제어기(610), (612), (614)에 의해 제어된다. 제어기(610), (612), (614)는 컴퓨터 또는 마이크로프로세서 등일 수 있다.

항해용 배로부터 방출되는 밸러스트수의 생물종의 목표 살균치는, 전형적인 경우로는 방출 관할의 요구사항을 참조하여, 예를 들면 NAIS 등의 법령을 참조하여 확립될 수 있다. 그 후, 목표 살균치를 달성하기 위한 수중 오존 농도는 실험적으로 및 오존에 관한 물리 화학적 요인에 따라 결정된다. 제어기는 목표 살균치를 달성하기 위해 물의 우회 부위 및 상기 부위 내로의 오존 주입 속도의 조절을 조정하는 일군의 지침을 포함할 수 있다. 재결합된 물 내의 가장 낮은 경계의 오존 농도에서 목표 살균치를 제공하기 위해 컴퓨터 메모리에 상주하는 일군의 지침에 따라, 우회 부위가 조절될 수 있고, 오존 주입 속도가 조정될 수 있다.

작동시 예를 들면, 밸러스트 탱크(124) 내로 물을 충전하기 전에 살균치를 효과적으로 달성하기 위해서, 및 밸러스트 탱크(124)로부터 바다로 밸러스트수를 방출하기 전에 살균치를 효과적으로 달성하기 위해서, 제어기(610)은 주입기(564)에 의한 오존 주입기와 조화하여 물 유동을 조절하기 위해 유동 조절기(562)를 제어한다. 예를 들면, 시스템은 미국 침입종법(National Invasive Species Act)에 의해 규정된 생물종의 목표 살균치 95%를 달성하기 위해 제어될 수 있다. 그러므로, 제어기(610)은 유동 조절기(562)와 주입기(564)를 조화시켜, 목표 살균치를 효과적으로 달성하기 위한 해수 중 오존 농도 2.5 mg/l를 제공할 수 있다.

주입기(564)는 제트 주입기 등, 유체 내로의 임의의 가스 주입기일 수 있으나, 바람직하게는 높은 정도의 용해도를 달성하기 위해 고부피의 액체로 혼합 가스를 주입할 필요성을 처리하는 벤투리관이다. 또한, 벤투리관이 바람직한 이유는 전력 소비가 매우 낮고, 움직이는 부품이 거의 없으며, 시스템 역압기 최저이기 때문이다. 밴투리관은 입구 및 출구 포트 사이의 벤투리관 내의 압력 차등을 개시하는 원뿔형의 긴축을 통해 유체를 강제로 움직여 작동한다. 벤투리관 내부의 압력 차등은 측면 라인을 가로지르는 포트를 통해 또 다른 유체(이 경우에는 오존 함유 가스)의 흡입을 모방한다. 벤투리관 주입기는 두 개의 점점 가늘어지는 구획 사이의 짧고 곧은 파이프 구획 또는 협로를 포함하는 벤투리관을 포함할 수 있다. 점점 가늘어지는 구획은 파이프를 통해 유체가 흐를 때 압력의 감소를 유발하는 긴축을 형성한다. 압력 감소는 가로지르는 측면 라인으로부터 오존을 유동 내로 끌어들인다.

오존 가스/물 혼합물은 벤투리관 주입기를 빠져나간 뒤 사전 분산기(566)을 통해 가공될 수 있다. 사전 분산기(566)은 바람직하게는 오존의 물 내로의 추가적 가용화를 제공하며, 비말 동반된(entrained) 오존 가스 방울이 우회로 도관 물 중에 균일하게 분산되는 것을 보장하는 정적 혼합기이다. 사전 분산기(566)은 임의의 적합한 혼합기일 수 있으나, 정적 혼합기가 바람직하다. 일반적으로, 정적 혼합기는 파이프 정렬에 설치되거나 그 안에 고정되는 일련의 갈퀴, 차단물, 또는 채널을 포함한다. 갈퀴, 차단물, 또는 채널은 오존 가스와 밸러스트수 액체의 추가 혼합을 촉진하도록 설계된다. 정적 혼합기는 먼저 유동을 나누고, 회전시키고, 흐 름을 돌리고, 또는 우회시키는 몇몇 방법을 사용할 수 있다. 정적 혼합기는 오존 가용화의 물리적 및 화학적 과정을 강화한다. 강화된 혼합은 가스 방울에 의해 덮여지는 거리를 늘리며, 방울을 더 작은 방울로 부수어, 가스 혼합물로부터 물로의 오존 이송 능력을 증가시킨다. 시스템의 혼합기는 추가로 5 내지 10% 가용화를 제공할 수 있다.

정적 혼합기(566)은 가공될 물질 및 가공되어야 하는 속도를 고려하여 선택된다. 적어도 12 요소를 수반하는 정적 혼합기 또는 그와 균등한 복합 혼합기는 주입기로부터 나오는 파이프와 동일한 직경의 파이프에 맞도록 사용될 수 있다. 또한, 정적 혼합기 내의 적절한 혼합을 제공하기 위해 우회로 순환 펌프가 유동 용량 및 압력 용량 모두를 가지는 것을 확인하기 위한 허용 가능한 압력 감소가 할당되어야 한다. 또한, 물 유속은 해수 중 반응에 의해 오존을 허비하는 손실을 최소화하기 위해 충분히 적은 접촉 시간을 보장할 정도로 높아야 한다.

본 발명의 한 관점에 따르면, 우회로가 주 도관 내로 되돌아 재주입될 때 밸러스트수의 충분한 오존화를 제공하기 위해 최소 우회로 유속이 필요하다. 일실시태양에서, 최소 우회로 유속은 우회로 내로 주입되는 오존의 mg/l 마다 주 도관 유동의 적어도 0.25%로 유지되어야 한다. 바람직하게는 우회로 유속은 주 도관 유동의 0.30% 초과로 유지되며, 바람직하게는 유속은 주 도관 유동의 0.35%로 유지된다. 예를 들면, 이하 기술하듯이 0.33%에서, 우회로 유동 및 주 도관 유동 사이의 유동 비율은 약 66 갤론/분 내지 10,000 갤론/분이다. 작동시에, 예를 들면, 도관 내의 유동 및 주입된 가스 내의 오존 비율에 따라 최소의 우회 부위 유속을 효과적 으로 제공하기 위해, 제어기(610)은 주입기(564)에 의한 오존 주입기와 조화하여 물 유동을 조절하기 위해 펌프(560)을 제어한다. 그러므로, 제어기(610)은 펌프(560)에 의해 유동을 주입기(564)와 조화시켜, 우회로 내로 주입되는 오존의 mg/l 마다 주 도관 유동의 적어도 0.25%의 우회 부위 유동을 제공할 수 있다.

하기 실시예는 도시를 위한 것이며, 청구항에 의해 한정되는 본 발명을 제한하고자 의도하는 것이 아니다.

실시예 1

도 5A 내지 5C의 오존 발생기(530)는 하기에 따라 선택될 수 있다. 먼저, 생물종의 목표 살균치가 확립된다. 이 실시예에서, 99% 살균치를 목표로 하는데, 이는 본 과정에서의 처리 목표가 밸러스트 탱크 내로 충전되는 해수 흡입량에 함유된 생물종의 99%를 죽이는 것임을 의미한다. 다른 방식으로 표현한다면, 목표 살균치는 처리되는 물 1 입방미터당 미생물 1마리 이하를 갖는 해수를 얻을 수 있다. 시험용 해수 충전물의 실험적인 TRO 시험은 99% 목표 살균치를 얻기 위해서는 해수의 1.0 mg/l 내지 3.0 mg/l 사이의 오존 농도가 필요함을 확립한다. Qτ는 수학식 1에 따르는, 모든 시이 체스트(τ)에서의 배(10)의 밸러스트수 흡입 펌프 용량의 합계이다.

Qτ = Q₁ + Q₂ + ... Q_n

상기 식에서, Qτ는 n 개의 흡입 펌프의 각각의 펌프 용량의 총합이다. 본 실시예에서, n은 선미 시이 체스트(132)에서의 선미 흡입 펌프; 우현 시이 체스트(134)에서의 우현 흡입 펌프; 및 포트 시이 체스트(136)에서의 포트 흡입 펌프 각각에서 3이다. 본 실시예에서, 각각의 펌프 출력 용량은 분당 17,000 갤론(gpm), 500 gpm 및 2,000 gpm이며, Qτ은 19,600 gpm과 같다.

99% 살균치에 필요한 상한 목표 오존 처리 속도 3.0 mg/l (T_R)을 달성하기 위한 오존 생산 속도 용량 Q_r은

Q_r = Qτ T_R C₁ C₂ C₃

이며, 상기 식에서 C₁은 파운드 대 킬로그램 전환 상수이고; C₂는 갤론 대 리터 전환 상수이며, C₃는 분 대 일(日) 전환 상수이다.

상기 전환 상수는 오존 생산 속도 용량을 펌프 생산자 및 공급자의 표준 속도 용량과 비교하기 위한 치수의 임페리얼 단위로 전환한다. 상기 수학식 2에서, Q_r은 Qτ T_R (2.206 lbs/kg/10⁶mg/kg)(3.79 리터/갤론)(60 x 24)이며, Q_r은 일당 707.60 오존 파운드이다. 사용 가능한 오존 발생기는 필요한 살균치를 달성하기 위한 발생기(530)을 선택하기 위해, 일당 Q_r 707.60 오존 파운드의 필요치와 비교된다.

상응하는 주입기(564)는 하기에 따라 선택될 수 있다. 선택된 발생기의 용량은 가스 주입 분당 표준 입방 피트(SCFM)로 전환된다. 이 값은 Q_a이며, 이는 선택된 발생기가 12%의 오존-함유 가스를 발생함을 고려할 때, SCFM으로 전환되는 일당 발생기 용량 707.60 파운드이다. 본 실시예에서, SCFM은 56이다.

그 뒤, 각 주입기는 하기와 같이 필요한 대표적인 출력 할당에 따라 치수가 결정된다.

Q_a1 = (Q₁/Q_r)Q_a

예를 들면, 제1 주입기에서, 필요한 용량 Q_a1은 (17,000/19,600) x 56 = 48.7 SCFM이다. 사용 가능한 주입기는 필요한 살균치를 달성하기 위한 각각의 주입기를 선택하기 위해, 각각의 Q_a1,Q_a2, 및Q_a3 필요치와 비교된다.

본 실시예의 절차는 목표 살균치를 달성하기 위한 각 주입기의 정확한 발생기 치수의 결정 및 가스 유동을 제공한다.

실시예 2

본 실시예에서, 밸러스트수는 시이 체스트와 100,000 내지 150,000 DWT 유조선의 밸러스트 탱크 배터리 사이의 흡입/방출 도관으로부터 공급된다. 물은 10,000 gpm의 유속으로 공급된다. 해수는 브로마이드 70 mg/L를 함유한다.

물의 우회로 기류는 흡입/방출 도관으로부터 도 6에 도시되는 우회로 도관 시스템 내로 일정한 유동으로 우회된다. 오존 가스는 약한 압력(12 내지 15 psi) 하에서 발생원으로부터 316L 스테인레스강 파이프를 통해 벤투리관 주입기로 공급된다. 오존은 산소 혼합물 중 10 내지 12%의 오존 형태로서 주입된다. 우회로 유속은 벤투리관에 의한 효과적인 주입을 가능하게 하기 위해 설정된다. 본 실시예에서, 우회로 유속은 66 gpm 및 약 90 psi의 압력에서 설정된다. 이 유속은 투여되는 오존의 mg/l(본 실시예에서는 2.0 mg/l) 마다 주 유동의 0.3%이다. 유동 및 압력은 정변위 펌프에 의해 유지된다.

선택된 유속 및 압력은 다음과 같이 확인된다. 주 유동과 우회로 내의 유동 사이의 유동 비율은 약 10,000 갤론/분 내지 66 갤론/분이다. 주 기류 내에서 2 mg/L를 달성하기 위한 우회로 내의 특정 오존 투여량은 303 mg/L이며, 이로 인해 해수 중에 단지 70 mg/L의 브로마이드가 존재하며, OBr^-이 Br^-을 훨씬 초과하여, 바람직하지 않은 반응이 유리하게 된다. OBr^-을 생성하는 이로운 반응은 단지 우회로 기류가 주 기류와 재혼합될 때만 지배적일 것이다. 그러므로, 우회로 체류 시간은 가능한 한 많은 오존의 손실을 피하고 2.0 mg/L의 주 투여 필요량을 충족시키기 위해 최소화된다.

우회로 주입 벤투리관은 역압을 최소화하고, 해수 중 오존 가스의 90 내지 95% 가용화를 제공한다.

실시예 3

본 실시예에서, 우회로(594)에 대한 우회로 파이프 길이는 제한되며, 하기와 같이, 체류 시간을 거의 0.2초로 낮추기 위해 일반적인 펌프 속도보다 높은 속도가 유지된다.

우회로 유속 66 gpm은 일반적으로 2''의 파이프 크기를 필요로 한다. 본 실시예에서, 더 작은 파이프 크기가 유속을 증가시키기 위해 선택될 수 있다. 벤투리관의 역압 또한 제한 요소이므로, 선택되는 파이프 크기는 단지 한 치수 크기, 즉 1½'' 만큼 감소한다. 1½'' 스케줄(Schedule) 80 파이프의 단면 영역은 0.01227 제곱피트이다. 유속은 (66/7.48 x 60)) = 0.1471 ft³/초 이며, 그러므로 파이프 내의 속도는 0.1471/0.01227 = 12 ft/초로 증가한다.

우회로 시스템은 벤투리관으로부터 주 도관 재주입 지점까지의 최소 길이(체류 길이)를 제공하도록, 하기와 같이 설계된다. 체류 길이는 정적 혼합기를 적응시키기 위해 처음 15 공칭 직경 길이로, 모난 재주입기(angled reinjector)를 적응시키기 위해 추가 30 인치로 한정된다. 이러한 필요 조건을 위한 체류 길이는 2.5 피트이다. 그 결과 12 ft/초로 2.5 ft를 움직이는 체류 시간은 0.21 초이다.

실시예 4

본 실시예에서는 밸러스트수 탱크의 수용 가능한 비율의 생물체를 제거하고, 폐가스를 회피하기 위한 오존 농도를 결정하였다. 오존 가스의 독성은 인공 해수(ASW, artificial seawater) 내로 오존을 살포시켜 단기간(즉 5시간 미만) 배치 노출되는 5종의 해상 생물체에 대해 결정하였다.

성체 미시드 새우(mysid shrimp), 어린 정어리(topsmelt), 미성숙 도미류 연준모치(sheepshead minnow), 및 성체 단각류(amphipod)를 시험하였다. 성체 아메리카미시스 바히아(Americamysis bahia), 어린 아테리노프스 아피니스(Atherinops affinis), 어린 C. 바리에가투스(C. variegatus) 및 성체 L. 플루무로수스(L. plumulosus)를 아쿠아틱 바이오시스템즈 사(Aquatic Biosystems, 미국 콜로라도주 포트 콜린스, ABS)에서 얻었으며, 성체 R. 아브로니우스(R. abronius)는 워싱턴주 아나코르테스 부근에서 수집하였고, 실험실로 밤새 선적 운반하였다. 또한 미성숙 아메리카미시스 바히아(10일)은 오존화 후 노출 및 오존 부산물의 지속 시험을 위해 ABS로부터 얻었다. 모든 생물체는 시험 시작 전 양호한 상태였다.

모든 독성 시험은 28 내지 30 ppt에서 인공 해수(ASW; 40길(fathom)의 결정수 및 탈이온수)를 함유하는 유리 수조(10 또는 20 L) 내에서 수행하였다. 시험 전에, 수조를 ASW로 채우고, 물 배쓰 내에 위치시키고, 온도 시험을 위해 밤새 평형이 되도록 하였다. 작은 나일론 덩어리 조각을 수조 내 기질로서 위치시켜, L. 플루무로수스 및 R. 아브로니우스의 독성 시험을 수행하는 데 사용하였다.

오존을 모델 SC-10 오존 발생기(뉴테크 O3 인코포레이티드(Nutech O3 Inc.), 미국 버지니아주 맥클레인)를 사용하여 분산하였다. 시스템을 통과한 총 유동은 250 ml/분이었다. 각 챔버로의 유동을 유리 부표(float)를 수반하는 N012-10 유동 측정기(길몬트 인스트루먼츠(Gilmont Instruments), 미국 일리노이주 배링턴)으로 제어하였다. 오존 가스를 키나르 튜브(Kynar tubing) 및 오존 내성 분배기(아쿠아 틱 에코시스템즈(Aquatic ecosystems))를 사용하여 챔버에 분배하였다.

TRO 측정은 N,N-디에틸-1,4-페닐렌디암모늄/요오드화칼륨(DPD/KI) 지시약 및 포켓 칼로리미터(Pocket Calorimeter)(하치 사(Hach), 미국 콜로라도주 러브랜드)를 사용하여 수행하였다. 이 절차는 폐수에 대한 USEPA 방법 330.5 및 음용수에 대한 표준 방법 4500-Cl G와 동등한 것이다. TRO 농도(mg/L) 측정을 브롬의 동등 농도로서 계산 및 표시하였다(Br₂, 1 몰 Cl₂ = 0.44 몰 Br₂).

28 내지 30 ppt의 염도에서 ASW를 함유하는 3개의 20 L 수조를 24시간에 걸쳐 유속 61.6 ml/분의 오존으로 처리하였다. 20 L 대조군 수조에 압축 공기를 동일한 유속으로 주입하였다. 이는 쿠퍼 등(2002)에 의해 톤시나(Tonsina)에 사용된 방법과 유사하다. TRO 측정을 0 내지 6시간 동안 0.5시간의 간격으로 모든 챔버에서 행하였다.

어린 아테리노프스 아피니스, 미성숙 C. 바리에가투스 및 성체 R. 아브로니우스에 대한 오존 독성 실험을 20 L 수조에서 행하였으며, 성체 아메리카미시스 바히아 및 성체 L. 플루무로수스에 대한 실험은 10 L 수조에서 행하였다. 모든 실험은 각각이 10마리의 생물체를 함유하는 총 5개의 108 챔버를 사용하며, 하나의 처리당 하나의 챔버를 시험하였다. R. 아브로니우스(15±2℃)를 제외한 모든 생물체를 함유하는 챔버를 23±2℃로 유지하였다.

20 L 수조에 대한 총 가스 유속은 97.5, 63.2, 38.6, 및 20.0 ml/분이었다. 이러한 유속은 공칭 오존 공급 속도 0.43, 0.28, 0.17, 및 0.09 mg O₃/l/분에 해당 한다. 대조군 수조에는 97.5 ml/분(즉, 최대 유속)으로 압축 공기를 주입하였다. 10 L 챔버에 대한 총 가스 유속은 38.6, 28.3, 20.0, 및 13.1 ml/분(0.34, 0.25, 0.17, 114 및 0.11 mg O₃/l/분; 대조군 공기 유동 = 38.6 ml/분)이었다. 실험을 최대 5시간 동안 수행하였다. TRO 측정을 실험 개시 후 0.5-, 1-, 2-, 3-, 4-, 및 5- 시간에 생물학적 관찰(치사율 및 잔존물의 운동(mortility))과 함께 기록하였다. 처리된 모든 생물체가 죽었다면,노출 시간 5시간 내에 실험을 종료하였다.

더 긴 기간 동안의 생존 생물에 대한 단기 오존 노출 효과를 결정하기 위하여, 미성숙 아메리카미시스 바히아(10일)를 5개의 20 L 유리 수조(19±2℃, 챔버 당 10마리의 생물체) 내에 넣었다. 20 L 챔버에 대한 총 가스 유속은 97.5, 63.2, 38.6, 및 20.0 ml/분이었다(0.43, 0.28, 0.17, 및 0.09 mg O₃/l/분; 대조군 공기 유동 = 97.5 ml/분). 오존 처리 개시 전 및 노출 75분 후에 TRO 측정을 수행하였다. 노출 90분 후, 각 챔버로부터 살아 남은 생물체를 제거하고, 물 배쓰에서 19±2℃로 유지된, 깨끗한 해수를 담은 비이커 내에 넣은 뒤, 아르테미아 프란시스카나(Artemia franciscana)(비이커당 0.1 ml)을 공급하였다. 노출을 종료한 뒤, 24시간에서의 새우의 치사율을 조사하고, 죽은 생물체들을 제거하였다. 살아남은 생물체들에 다시 아르테미아 프란시스카나를 공급하고, 노출 후 48시간에서의 치사율을 다시 조사하였다.

시간에 따른 잔존 산화제의 독성을 결정하기 위하여, 19℃에서 ASW를 함유하는 20 L 유리 수조를 97.5 ml/분(0.43 mg O₃/l/분)의 오존으로, 목표 TRO 수치(4.0 mg/l 초과)에 도달할 때까지(1.5시간; 결과 참조) 처리하였다. 처리된 물(2.5 L)의 한 부위를 즉시 사용하기 위해 취하고, 나머지를 수조로부터 20 L 저밀도 폴리에틸렌 큐비테이너(Cubitainers)(헤드윈 코포레이션(Hedwin Corporation), 미국 인디애나주 라포르테)로 이송한 뒤 12℃에서 용기의 끝까지 채운 채로 암실 보관하였다. 오존 처리된 물을 사용한 독성 실험을 노출 후 0, 24, 및 48 시간에 개시하였다. 오존화된 물을 담수 ASW와 혼합하여 TRO 농도 범위를 달성하였다. 독성 시험에 사용된 오존화된 물의 농도는 100%(오존화된 물만을 포함), 75%, 50%, 25%, 및 0%(ASW만을 포함)였다. 500 ml 비이커 내의 300 ml의 각 농도의 모사 시료 3개를 각 시험에 사용하고, 물 배쓰 내에서 19±2℃로 유지하였다. TRO를 각 처리 농도에 대해 측정하였다. 10개의 미성숙 아메리카미시스 바히아(8일)를 각 모사 시료에 사용하고, 시험 개시시에 0.2 ml의 아르테미아 프란시스카나를 공급하였다. 24시간에서의 새우의 치사율을 조사하고, 죽은 생물체들을 제거하였다. 살아남은 생물체들에 다시 아르테미아 프란시스카나를 공급하고, 시험 개시 후 48시간에서의 치사율을 다시 조사하였다.

독성 종말점은 1 내지 48시간 범위 내의 특정 노출 시간에서의 반수 치사 농도(LC50) 또는 오존 가스 충전 속도의 함수로서의 반수 치사 시간(LT50)으로 표현하였다. 또한, 거의 완전한 치사율과 관련된 시간-특이적 TRO 농도를 평가하기 위해, 95% 치사 농도(LC95)를 계산하였다. 모든 종말점은 절사 스피어먼-카버 방법(Trimmed Spearman-Karber method)(예를 들면, 해밀튼(Hamilton) 등, 1977) 또는 수용 가능한 절사 수치가 초과된다면 선형 내삽법을 사용하여 계산하였다. 모든 종말점 계산은 종합적 환경 독성 정보 시스템(CETIS(Comprehensive Environmental Toxicity Information System)V1.0, 타이드풀 사이언티픽 소프트웨어(Tidepool Scientific Software), 미국 캘리포니아주 맥킨리빌)을 사용하여 수행하였다. 배치 오존 독성 시험에 관한 LC50 및 LC95 수치는 측정된 TRO 농도 및 시험 개시 후 각 시간에서 관찰된 치사율의 총 수로부터 구하였다. 시간에 따른 잔존 산화제의 독성을 시험하는 실험에 관한 LC50 및 LC95 수치는 시험 개시 후 즉시 측정된 TRO 농도의 함수로서 표시하였다.

급성 배치 독성 시험 동안, 5시간에 걸친 유리 수조 ASW의 오존화는 포화됨 없이 시간에 따른 TRO의 점진적인 증가를 나타낸다. L. 플루무로시스 시험에 관한 시간의 함수로서의 각 오존 유속의 TRO 농도 플롯의 예를 도 8에 나타내었다. 더 낮은 유속(0.11 내지 0.17 mg O₃/l/분)에서, TRO 농도는 1.9 내지 3.6 mg/l에 달했으나, 더 높은 유속에서는 4.6 내지 5.6 mg TRO/l에 달했다. 그러므로, 임의의 주어진 노출 시간에서, 오존 가스 전달 속도의 증가는 ASW 내에서의 TRO 농도의 동시 증가를 유발하였다.

생존 생물에 대한 단기 오존 노출 효과: 모든 생물체에 대한 LC50 수치는 0.31 내지 5.63 mg/l 초과 범위였으며, 5시간 미만에서 발생하는 L. 플루무로시스(도 6의 표 1)를 제외하고는 각 생물종에 대해 100% 치사율을 기록하였다. 미성숙 정어리(아테리노프스 아피니스)가 시험된 것 중 가장 민감한 생물체였는데, 그의 LC50 수치는 오존 노출 후 단지 1 내지 2시간 후에 각각 0.38 및 0.31 mg TRO/L였 다. 미성숙 도미류 연준모치(C. 바리에가투스)도 거의 비슷하게 민감하였으나, 유사한 최종 LC50(0.35 mg TRO/L)에 도달하기 위해 최대 4시간이 걸렸다. 이와는 대조적으로, 시험된 모든 3종의 무척추동물은 오존 노출에 대해 상당히 더 큰 내성이 있었는데, 미성숙 아메리카미시스 바히아는 3시간에서 최저 LC50 0.62 mg TRO/L에 도달하였고, 성체 R. 아브로니우스는 4시간 후에 최저 LC50 0.94 mg TRO/L에 도달하였다. 생물종 상대 민감도에 대한 동일 경향이 2시간(즉, 모든 생물종에서의 100% 미만의 치사율을 나타내는 최장 노출 기간)에서 최저 LC50(0.31 및 0.44 mg TRO/L)을 갖는 두 미성숙 물고기 및, 상당히 더 높은 LC50(각각 1.37 및 1.72 mg TRO/L; 도 6의 표 1)을 갖는 무척추동물인 아메리카미시스 바히아 및 R. 아브로니우스에 대해서도 명백하였다. 95% 치사 효과 농도(LC95)는 모든 생물종 및 시간치 시험(도 6의 표 2)에서 LC50 수치보다 약 2 내지 3배 높았다. 5시간의 배치 오존화 후 최대 5.63 mg TRO/L로 임의의 TRO 농도에서 실험된 단각류인 L. 플루무로수스에서는 큰 치사율이 관찰되지 않았다(도 6의 표 1 및 2).

배치 오존화를 통한 큰 치사율을 유도하는 데 필요한 시간을 나타내기 위하여, LT50 수치를 3개의 가장 민감한 생물종에 대해 유도하였다(도 7). LC50 결과와 유사하게, 미성숙 정어리(아테리노프스 아피니스)가 ASW 내에서 오존 노출에 가장 민감하였으며, 반수 치사 시간은 최저 내지 최고 오존 충전 속도에서 각각 84 내지 38분 범위였다. 미시드 새우(아메리카미시스 바히아) 및 도미류 연준모치(C. 바리에가투스) 모두는 최저 오존 충전 속도에서 139 내지 184분, 최고 오존 충전 속도에서 86 내지 60분 범위의 더 긴 반수 치사 시간을 보였다. 덜 민감한 단각류 인 R. 아브로니우스 또는 L. 플루무로수스의 LT50 데이타는 얻을 수 없었다.

장기간 생존 생물에 대한 단기 오존 노출 효과: 미성숙 미시드(아메리카미시스 바히아)를 오존화된 ASW로부터 1.5 시간 후 제거한 결과, 단지 30 내지 60%의 치사율만이 두 최고 오존 충전 속도에서 발생하였다(도 8). 그러나, 생물체가 깨끗한 ASW로 이송된 후에도 치사율은 계속되었다. 치사율은 24시간 후 최고 3개의 오존 충전 속도에 이미 노출된 생물체에서는 20 내지 100%였으며, 및 48시간 후 4개 모두의 오존 충전 속도에 이미 노출된 생물체에서는 60 내지 100%였다.

시간에 따른 잔존 산화물의 독성: 0.43 mg O₃/l/분에서 1.5시간 동안 오존화한 후, TRO는 2.24 mg/l에 달하였는데, 이것이 깨끗한 ASW로 희석되었을 때 25% 오존화된 ASW에서 0.59 mg TRO/L로 감소하는 범위의 희석 계통을 만들었다. 24시간에서 2.13 mg TRO/L, 및 48시간에서 1.66 mg TRO/L의 최대 농도로 ASW 저장한 후에는 상대적으로 TRO가 거의 손실되지 않았다. 그 결과, 희석 계통은 시험 개시시에 측정하였을 때의 아메리카미시스 바히아에서의 반수 치사 효과 수준을 유도하는 수용 가능한 범위의 TRO 농도를 발생시켰다(도 9).

오존 처리 후 즉시 시험한, 수중에서의 아메리카미시스 바히아의 LC50 수치는 24시간 및 48시간에서 각각 0.70 및 0.47 mg TRO/L였다(도 6의 표 3). 24시간 및 48시간 치사율 데이터에서, LC50 수치는 저장 시간이 증가함에 따라 약간 감소하는 경향을 보였으나, 이러한 차이는 통계적으로 중요하지 않았다(즉, 95%의 신뢰 구간 한계치에 모두 중첩됨). 95% 효과 농도는 1.06 내지 0.75 mg TRO/L 범위의 24시간 LC95 및, 1.03 내지 0.74 mg TRO/L 범위의 48시간 LC95에 대하여도 유사한 경향을 나타내었다(도 6, 표 3).

미성숙 정어리 및 도미류 연준모치(아테리노프스 아피니스 및 시프리노돈 바리에가투스(Cyprinodon variegatus))가 산화제 노출에 가장 민감하였고, 미시드 새우 아메리카미시스 바히아가 가장 민감한 무척추동물이었다. 이와 대조적으로, 해저 단각류(레폭시니우스 아브로니우스(Rhepoxinius abronius) 및 렙토키루스 6 플루무로수스(Leptochirus 6 plumulosus))는 시험된 모든 생물종 중 가장 덜 민감하였다. 오존 노출로부터의 치사율은 가장 민감한 생물종(8)에 대해서는 반수 치사 시간 1 내지 4시간으로 재빨리 발생하였으나, 추가의 치사율은 오존화 뒤 1 내지 2일 후 발생할 수도 있다. 상기 도시하였듯이, 오존은 본 발명에 따르는 처리의 조건 하에서 해수 중에 존속하지 않는다. 그러므로, 가장 가능성 있는 독성은, 존속하여 1 내지 2일 후에도 치사율을 계속 유도하는, 브롬이 산화된 브롬 물질(10)(HOBr, OBr^-)이 유발하는 것이다. 그러므로, (12) Br₂로서 0.3 내지 1.7 mg/L의 TRO 농도를 발생시키는, 단기 배치 노출에서의 해수의 오존화는 해상 NIS 개체군을 상당 부분 효과적으로 제거할 수 있다.

상기 결과는 해상 무척추동물 및 물고기종은 브롬으로서 1 mg/l 미만의 TRO 농도에서의 단기(즉, 100% 치사율까지 5시간 미만) 오존화 후에 효과적으로 제거될 수 있음과, 오존이 생성된 산화제는 축적되어, 적어도 2일 동안 밀폐된 용기내에 독성인 채로 남을 수 있음을 나타낸다. 해저 무척추동물, 예컨대 청색 게는 오존 이 생성된 산화제에 상대적으로 내성이 있을 수 있으며, 그러므로 밸러스트수 방출로부터 도입되는 것을 막기 위한 다른 제어 방법을 필요로 할 수 있다.

본 실시예는 Br₂로서의 0.3 내지 1.7 mg/L 범위의 TRO 농도를 발생하기 위한단기 배치 노출로 해수를 오존화하는 것이 해상 NIS 개체군의 상당 부분을 효과적으로 제거함을 보여 준다. 이러한 범위의 분석은 모든 산소가 오존과 함께 용해되어 평형 상태를 막아줌을 나타낸다. 해수 중에서의 화학 반응에 의한 오존의 소비는 후속적으로 노출되었을 때 용액으로부터 오존의 방출을 막는다. 시스템은 오존을 물 또는 해수로 거의 모두 전달할 수 있도록 평형을 막을 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시태양이 기술되었으나, 본 발명은 변경 또는 변형이 가능하며, 그러므로 실시예의 특정 세부 사항들로 제한되어서는 안된다. 본 발명은 하기 청구항의 범위 내에 해당하는 변경 및 변형을 포함한다.

도 1은 이중 선체의 배 및 처리 시스템의 개략적인 투시도이다.

도 2는 배 및 처리 시스템의 개략적인 상면도이다.

도 3은 배 및 처리 시스템의 개략적인 측면도이다.

도 4A 및 4B는 밸러스트수 오존 주입 방법 및 시스템의 일실시태양의 개략적인 도시이다.

도 5A, 5B 및 5C는 밸러스트수 오존 주입 방법 및 시스템의 다른 실시태양의 흐름도이다.

도 6은 우회로 도관 시스템의 개략적인 측면도이다.

도 7은 생존 생물에의 단기 오존 노출 효과를 나타내는 표 1; 시험 결과 시간치를 나타내는 표 2; 및 아메리카미시스 바히아에 대한 LC50 수치를 나타내는 표 3을 포함한다.

도 8은 3개의 생물종에 대해 유도된 LT50(반수 치사 시간) 수치를 나타낸다.

도 9는 오존 충전 속도에서의 치사율 그래프이다.

도 10은 시간에 따른 잔존 산화제의 독성을 나타내는 그래프이다.

Claims

항해용 배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 한 부위를 우회시키는 단계;

상기 부위가 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합될 때 목표 오존 농도를 달성하기 위해 오존을 상기 부위 내로 주입하는 데 충분한 오존 발생 용량 Q를 결정하는 단계;

결정된 오존 발생 용량을 갖는 발생기에 의해 상기 부위에 오존을 주입하는 단계; 및

상기 부위를 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합시키는 단계

를 포함하는 오존 처리 방법.
제1항에 있어서, 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 생물종의 목표 살균치에 따라 목표 오존 농도를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물 내의 목표 살균치를 제공하기에 충분한 오존 농도를 제공하기 위한 오존 발생 용량을 결정하는 단계;

상기 용량을 발생기 정격치(rating value)로 변환시키는 단계; 및

오존을 상기 부위 내로 주입하기 위해 정격치에 따라 발생기를 선택하는 단계

를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물 내의 목표 살균치를 제공하기 위해 밸러스트수를 처리하는 데 필요한 오존 농도를 제공하기 위한, 처리 속도 T에 따르는 오존 발생 용량을 결정하는 단계;

상기 용량을 발생기 정격치로 변환시키는 단계; 및

오존을 상기 부위 내로 주입하기 위해 정격치에 따라 발생기를 선택하는 단계

를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 목표 살균치를 제공하기 위해 밸러스트수를 처리하는 데 필요한 처리 속도 T를 결정하는 단계;

상기 처리 속도 T에 따르는 오존 발생기 용량 Q를 결정하는 단계;

결정된 용량 Q에 따라 오존 발생기를 선택하는 단계; 및

발생기에 의해 오존을 상기 부위 내로 주입하는 단계

를 더 포함하는 방법.
제5항에 있어서, 목표 살균치를 제공하기 위해 밸러스트수를 처리하는 데 필요한 처리 속도 T를 결정하는 단계; 및

도관으로부터 복수의 밸러스트 탱크로의 밸러스트수를 처리하는 데 필요한 처리 속도 T에 따르는 용량의 합계에 따라 오존 발생기 용량 Q_n을 결정하는 단계

를 포함하는 방법.
오존과 물 성분의 생물종-파괴 반응 생성물을 식별하는 단계;

반응 생성물의 수명을 결정하는 단계; 및

반응 생성물의 결정된 수명에 따라 결정되는 기간 동안, 오존을 생물종-함유 물과 접촉시키는 단계

를 포함하는 오존 처리 방법.
제7항에 있어서, 물이 해수이며, 생물종 파괴 반응 생성물이 OBr^-인 것인 방법.
제7항에 있어서, 물이 해수이며, 생물종 파괴 반응 생성물이 OBr^-이고, 또한 오존이 Br^- 대 OBr^-의 몰 비율을 2.7 초과로 충분히 유지하도록 제어되는 기간 동안 해수와 접촉하는 것인 방법.
제7항에 있어서, 접촉하는 기간이 반응 생성물의 결정된 수명에 따르는 한도 미만으로 특정되는 기간으로 제어되는 것인 방법.
배의 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물의 한 부위를 우회시키는 단계;

오존을 상기 부위 내로 주입하여 오존화된 부위를 제공하는 단계; 및

오존화된 부위를 밸러스트 탱크 내로 채워지는 물과 재결합시키는 단계

를 포함하며,

오존을 상기 부위 내로 주입하는 시점과, 주입된 오존 부위가 탱크 내로 채워지는 물과 재결합되는 시점 사이의 체류 기간이 특정 시간 한도 미만으로 제어되는 것인 오존 처리 방법.
제11항에 있어서, 물이, 오존과 반응하여 반응 생성물인 OBr^-를 제공하는 브롬을 함유하는 해수인 방법.
제11항에 있어서, 물이, 오존과 반응하여 반응 생성물인 OBr^-를 제공하는 브롬을 함유하는 해수이고, 또한 오존이 Br^- 대 OBr^-의 몰 비율을 2.7 초과로 유지하도록 제어되는 기간 동안 해수와 접촉하는 것인 방법.
제11항에 있어서, 체류 기간이 우회로 유속을 제어함으로써 한정되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 체류 기간이 우회로 파이프 길이에 의해 한정되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 체류 기간이 반응 생성물의 결정된 수명에 따르는 한도 미만으로 특정되는 기간으로 제어되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 체류 기간이 오존 주입 지점과, 주입된 부위가 밸러스트 탱크로 채워지는 물과 재결합되는 지점 사이의 길이를 확정함으로써 반응 생성물의 결정된 수명에 따르는 한도 미만으로 특정되는 기간으로 제어되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 체류 기간이 오존 주입 속도를 제어함으로써 일정 기간으로 제어되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 체류 기간이 우회 부위의 유속을 제어함으로써 일정 기간으로 제어되는 것인 방법.
하나 이상의 밸러스트 탱크를 포함하는 배;

오존을 발생시키는 오존 발생기;

물을 제1 흡입 위치로부터 배의 방출 위치로 수송하는 밸러스트수 도관;

물의 한 부위를 우회로 내의 순환용 도관으로부터 우회시키고, 회귀 지점에 서의 수도관으로 다시 우회시키기 위한, 수도관의 제1 지점으로부터 제2 회귀 지점으로의 우회로; 및

물의 우회 부위 내로 오존을 주입하고, 오존 주입 시점과, 주입된 부위가 밸러스트 탱크로 채워지는 물과 재결합되는 시점 사이의 소정의 체류 시기를 제공하기 위한 지점에서의 우회로 내에서 삽입되는 주입기

를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템.
제20항에 있어서, 주입기가 오존과 밸러스트수 성분과의 반응 생성물의 결정된 수명에 따른 한도 미만으로 특정되는, 소정의 체류 시간을 제공하기 위한 위치에 삽입되는 시스템.
제20항에 있어서, 주입기가 5초 미만의 소정의 체류 시간을 제공하기 위한 위치에 삽입되는 시스템.
제20항에 있어서, 주입기가 0.25초 미만의 소정의 체류 시간을 제공하기 위한 위치에 삽입되는 시스템.
제20항에 있어서, 주입기가 0.21초 미만의 소정의 체류 시간을 제공하기 위한 위치에 삽입되는 시스템.
제20항에 있어서, 우회 부위 내로 주입되는 오존을 혼합하는 혼합기; 및

회귀 지점에서 오존을 포함한 우회 부위를 수도관으로 재주입하기 위한 재주입기

를 포함하는 시스템.
제20항에 있어서, 복수의 밸러스트 탱크 각각에 각 부위를 채우기 전에 수류의 복수의 각 우회 부위 내로 오존을 주입하는 복수의 주입기를 포함하는 시스템.