KR20080007245A - 선박 밸러스트수 처리장치 - Google Patents

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카주노부 히라오
카츠미 요시다
이쯔미 오니시
마사히로 사이토
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샤단호징 니혼카이난보시쿄카이
가부시키가이샤 에무-오 마린콘사루팅구
가부시키가이샤 가이요카이하쓰 기쥬쓰겐큐쇼
가부시키가이샤 신코
가부시키가이샤 수이켄카가쿠콘사루탄토
미쯔이 죠센 가부시키가이샤
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Abstract

설비 비용의 증가 없이 오존의 주입을 용이하게 하며, 비교적 형상이 큰 수생생물뿐만 아니라 세균류도 사멸시킬 수 있는 밸러스트수 처리장치를 제공한다.
수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관(3)을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관(4)을 통하여 선박의 밸러스트 탱크(2)로 압송하는 밸러스트 펌프(1)와, 상기 토출 배관(4) 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판(5)을 설치하고, 상기 토출 배관(4)의 밸러스트 펌프(1)에 가까운 쪽으로부터 상기 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 일부 뽑아냄과 동시에, 다시 상기 토출 배관(4)의 밸러스트 펌프(1)로부터 먼 쪽에서 상기 슬릿판(5)의 바로 앞으로 되돌리는 바이패스 배관(6)을 설치하며, 상기 바이패스 배관(6)을 통하여 뽑아낸 밸러스트수에 오존을 첨가 혼합하여 오존을 용해하는 용해 장치(602)를 설치하고, 또한, 상기 용해 장치(602)로부터 보내어지는 오존 용해액을 상기 토출 배관(4)으로 되돌리는 가압 펌프(605)를 설치한 것을 특징으로 한다.
오존, 수처리, 밸러스트수, 오존용해

Description

선박 밸러스트수 처리장치{Apparatus for treating ship ballast water}
본 발명은 선박 밸러스트수(ballast water) 처리장치에 관한 것으로, 상세하게는 분류(噴流)와 캐비테이션(cavitation)이라는 효과적인 기계적 살멸 방법과 오존처리방법을 조합함으로써, 효율적으로 선박 밸러스트수를 처리하는 장치에 관한 것이다.
원유 등을 수송하는 화물용 선박에는 항행(航行)시의 선체의 안정성을 유지하기 위하여 밸러스트 탱크가 설치되어 있다. 통상적으로 원유 등이 적재되지 않은 경우에는 밸러스트 탱크 안을 밸러스트수로 채우고, 원유 등을 실을 때에 밸러스트수를 배출함으로써, 선체의 부력을 조정하여 선체를 안정화시키고 있다.
이와 같이 밸러스트수는 선박의 안전한 항행을 위하여 필요한 물로서, 통상적으로 하역을 실시하는 항만의 해수가 이용된다. 그 분량은 세계적으로 보면 연간 100억 톤을 넘는다고 한다.
한편, 밸러스트수 내에는 이를 취수(取水) 한 항만에 생식하는 수생생물이 혼입되어 있어, 선박의 이동에 따라서 이러한 수생생물들이 동시에 타국으로 옮겨지게 된다.
따라서, 원래 그 해역에는 생식하지 않았던 생물종이 기존의 생물종을 대신 하는 생태계의 파괴가 심각한 수준에 이르고 있다.
이러한 배경 하에서 국제해사기관(國際海事機關: IMO)의 외교 회의에서 선박의 밸러스트수 및 침전물의 규제 및 관리를 위한 조약(이하, “조약”이라고 한다)이 채택되어, 2009년 이후로 건조되는 선박부터는 밸러스트수 처리장치를 사용한 밸러스트수 관리의 실시 의무가 적용될 예정이다.
또한, 조약에 따라 밸러스트수의 배출 기준은 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 규정되었다.
항목 밸러스트 수질 기준 크기
수생생물 10개/ml 10∼50μm
수생생물 10개/m3 50μm 이상
지표 세균류 대장균 250cfu/100ml
병원성 콜레라균(01,0139) 1cfu/100ml
장구균(腸球菌) 100cfu/100ml
따라서 밸러스트수를 배출할 때는 외양(外洋)에 존재하는 생물수의 100분의 1 정도까지 제거 혹은 살멸시켜야 한다.
이상과 같은 배경에서 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 밸러스트수의 처리 기술의 개발이 급선무이다.
종래, 수생생물을 포함한 물을 물리적으로 처리하는 방법으로는 특허 문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다.
[특허 문헌 1]일본공개특허 2003-200156호 공보
[기술적 과제]
특허 문헌 1은 밸러스트수 내에 포함된 수생생물을 고압의 밸러스트 펌프에 의해 슬릿판을 통과시켜 수생생물을 파괴하여 살감(殺減)하는 기술이다.
그러나 특허 문헌 1은 일반 수생생물에 대해서는 일정한 효과를 얻을 수 있지만 극히 미세한 세균류에는 효과를 얻을 수 없는 바 조약의 기준을 충족시키지 못하는 결점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 오존을 밸러스트수에 첨가하는 것도 생각해 볼 수 있지만, 고압의 밸러스트수에 오존을 첨가하고자 할 때 다음과 같은 문제가 발생하였다. 즉, 밸러스트 펌프의 압력은 기계적 살멸 방법에서의 △P(0. 5∼1. 0MPa)와 각 밸러스트 탱크로의 송수(送水)에 필요한 압력(0. 2∼0. 4 MPa)이 필요하기 때문에 약 1. 5 MPa 정도의 펌프 압력이 된다.
한편, 일반적인 오존 발생 장치의 토출 압력은 최대 0. 2MPa이지만 밸러스트 펌프의 토출압이 높기 때문에 오존 주입이 곤란하며, 이에 압력을 증가시키면 설비 비용이 상승하는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 과제는 설비 비용의 증가 없이 오존의 주입을 용이하게 하고, 일반 수생생물뿐만 아니라 극히 미세한 세균류도 사멸시킬 수 있는 밸러스트수 처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 다음의 기재에 따라 명백해질 것이다.
[기술적 해결방법]
상기 과제는 다음 각 발명에 의해 해결된다.
청구항 1에 기재된 발명은 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송(壓送)하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 토출 배관의 밸러스트 펌프에 가까운 쪽으로부터 상기 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 일부 뽑아냄과 동시에, 다시 상기 토출 배관의 밸러스트 펌프로부터 먼 쪽에서 상기 슬릿판 바로 앞으로 되돌리는 바이패스 배관을 설치하며, 상기 바이패스 배관을 통하여 뽑아낸 밸러스트수에 오존을 첨가 혼합하여 오존을 용해하는 용해 장치를 설치하고, 또한 상기 용해 장치로부터 보내어지는 오존 용해액을 상기 토출 배관으로 되돌리는 가압 펌프를 설치한 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치이다.
청구항 2에 기재된 발명은 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송(壓送)하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 밸러스트 펌프의 흡입 배관으로부터 상기 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 일부 뽑아냄과 동시에, 다시 상기 토출 배관의 밸러스트 펌프로부터 먼 쪽에서 상기 슬릿판의 상류 측으로 되돌리는 바이패스 배관을 설치하며, 상기 바이패스 배관을 통하여 뽑아낸 밸러스트수에 오존을 첨가 혼합하여 오존을 용해하는 용해 장치를 설치하고, 또한 상기 용해 장치로부터 보내어지는 오존 용해액을 상기 토출 배관으로 되돌리는 가압 펌프를 설치한 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치이다.
청구항 3에 기재된 발명은 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 밸러스트 펌프의 토출 배관에서의 상기 슬릿판의 하류측에 오존을 첨가하는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치이다.
청구항 4에 기재된 발명은 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 밸러스트 펌프의 흡입 배관에 오존을 첨가하는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치.
[발명의 효과]
본 발명에 따르면, 설비 비용의 증가 없이 오존의 주입을 용이하게 하고, 비교적 형상이 큰 수생생물뿐만 아니라 세균류도 사멸시킬 수 있는 밸러스트수 처리장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태를 나타낸 흐름도.
도 2는 제1 실시형태에 사용되는 슬릿판 부근의 개략 단면도.
도 3은 도 2의 III-III선에 따른 개략 단면도.
도 4는 개구의 다른 형태를 나타낸 도면.
도 5는 개구의 다른 형태를 나타낸 도면.
도 6은 슬릿판의 다른 형태를 나타낸 개략 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태를 나타낸 흐름도.
도 8은 본 발명의 제3 실시형태를 나타낸 흐름도.
도 9는 현미경 사진.
도 10은 현미경 사진.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태를 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1:밸러스트 펌프 2:밸러스트 탱크
3:흡입 배관 4:토출 배관
5, 5a, 5b:슬릿판 6:바이패스 배관
500:슬릿 600:발출부(拔出部)
601:감압 밸브 602:용해 장치
603:오존 발생기 604:오존 공급관
605:가압 펌프 606:체크 밸브
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
(제1 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태를 나타낸 흐름도로서, 본 도면에서 1은 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 밸러스트 탱크(2)로 보내기 위한 밸러스트 펌프이며, 3은 흡입 배관, 4는 토출 배관이다.
본 발명에 있어서 처리 대상이 되는 밸러스트수에는 예를 들면 해수, 담수 등이 사용되며, 이러한 밸러스트수에는 동물 플랑크톤, 식물 플랑크톤, 세균 등의 수생생물이 포함된다.
5는 토출 배관(4) 내에 설치된 슬릿판으로서, 이 슬릿판(5)에 대하여는 도 2 및 도 3에 의거하여 설명한다. 도 2는 슬릿판 부근의 개략 단면도이며, 도 3은 도 2의 III-III선에 따른 개략 단면도이다. 도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이 슬릿판(5)에는 복수의 슬릿(500)(500)(…)이 형성되어 있다.
슬릿(500)의 개구폭은 본 발명의 효과가 충분히 발휘될 수 있는 임의의 폭으로 설정할 수 있는 데, 바람직하게는 200μm∼500μm이다.
밸러스트수는 밸러스트 펌프(1)에 의해 슬릿판(5)을 향하여 토출 배관(4) 내를 통하여 압송된다. 압송된 밸러스트수는 난류(亂流) 상태인 채로 슬릿판(5)의 슬릿(500)을 통과하려고 한다. 상기 슬릿(500)을 통과하려고 할 때 전단(剪斷) 현상이 발생함으로써 밸러스트수 내의 수생생물을 파괴하여 살감(殺減)한다.
이 슬릿(500)을 통과할 때에 압력 손실(△P)이 0. 5∼1. 0MPa 정도 발생하며, 또한 밸러스트 탱크(2)로의 송수(送水)를 위한 압력(0. 2∼0. 4MPa)도 필요로 하기 때문에, 밸러스트 펌프(1)는 이들 압력을 고려하면 0. 7∼1. 4MPa 정도의 펌프 압력이 필요하다.
토출 배관(4)에 장착되는 슬릿판(5)은 밸러스트수의 흐름 방향에 대하여 직교 방향으로 장착하는 것이 전단력(剪斷力)을 향상시킴에 있어서 바람직하다.
슬릿판(5)은 토출 배관(4) 내에 밀접하게 장착되며, 도시하지 않았지만 해체 가능하여 세척할 수 있도록 하는 플랜지 등에 의해 장착하는 것이 바람직하다.
슬릿(500)은 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같이 홀쭉한 직사각형 모양으로 이루어진 것을 바람직한 형태로 들 수 있으며, 슬릿의 개수는 특별히 한정되지 않는다.
슬릿(500)의 길이는 도 3과 같이 동일한 길이로 할 수도 있지만, 도 4와 같이 중앙 부분의 길이를 길게 할 수도 있다.
또한, 슬릿(500)은 직선 모양으로 한정되지 않으며, 도 5와 같이 원호 모양(곡선 모양의 일례)으로 할 수도 있다.
또한, 슬릿판(5)의 개수는 도 2에 나타낸 바와 같이 1개로 할 수도 있지만, 도 6에 나타낸 바와 같이 2개의 슬릿판(5a)(5b)을 사용할 수도 있다. 이 경우, 슬릿판 5a의 슬릿의 개구폭의 크기와 슬릿판 5b의 슬릿의 개구폭의 크기를 변경할 수도 있다.
본 형태에서는 오존을 0. 7∼1. 4 MPa 정도의 고압으로 압송되는 밸러스트수에 첨가하기 위한 바이패스 배관(6)을 설치하고 있다. 600은 밸러스트수를 일부 뽑아내기 위한 발출부(拔出部)로서, 이 발출부(600)가 바이패스 배관(6)의 시점이며, 상기 토출 배관(4)의 밸러스트 펌프(1)에 가까운 측에 배치된다. 오존의 주입을 위한 바이패스 배관(6)의 시점을 상기 토출 배관(4)에 설치한 것은 밸러스트 펌프(1)의 보호(재질면, 공기 혼입에 따른 캐비테이션)를 고려하였기 때문이다.
601은 감압 밸브로서 0. 2∼0. 4MPa 정도로 감압된다. 감압 밸브(601)의 구조는 특별히 한정되지 않는다.
602는 뽑아낸 밸러스트수에 오존을 첨가 혼합하여 오존을 용해하는 용해 장치이다. 603은 오존 발생기이며, 604는 오존 공급관이다. 오존 발생기(603)에서 발생한 오존은 오존 공급관(604)을 통하여 약 0. 2MPa 정도의 압력으로 용해 장치(602)에 공급된다. 용해 장치(602)로서는 기액(氣液) 혼합 가능한 것이라면 여러 장치를 사용할 수 있어, 예를 들면 이젝터, 스태틱 믹서, 라인 믹서 등의 정적(靜的) 혼합기를 사용할 수 있다. 용해 장치(602)의 압력 손실은 0. 2∼0. 3MPa의 범위가 바람직하다.
605는 가압 펌프로서, 가압 펌프(605)를 가동시키면 오존과 밸러스트수를 흡인하면서 기액(氣液) 혼합한다. 606은 체크 밸브로서, 토출 배관(4)으로부터의 역류를 방지한다.
오존의 전체 밸러스트수에 대한 주입률은 슬릿판(5)에 의해 살감(殺減) 할 수 없는 세균류 등을 살균하는 데 있어서 최대 5ppm(g오존/m3밸러스트수)이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0. 5∼5ppm의 범위이다.
이 형태에 있어서, 바이패스 배관(6)으로의 유입량은 최대로는 전체 밸러스트수량의 50%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20∼50%이다.
이상과 같은 구성을 채용한 결과, 바이패스 배관(6)에 의해 일부를 분기시켜 감압 밸브(601)에 의해 압력을 저하시킴으로써 오존을 주입할 수 있게 된다. 아울러 분기시킴으로써 이젝터 등의 용해 장치(602)나 감압 펌프(605), 체크 밸브(606)의 개구 직경을 작게 할 수 있다.
또한, 오존을 용해시킨 바이패스 배관 내의 밸러스트수(해수 등)를 슬릿판(5)의 상류측으로 되돌림으로써 슬릿판(5)에서 다시 오존이 용해되기 때문에 상승(相乘)효과를 기대할 수 있다.
(제2 형태)
이 형태는 밸러스트수를 바이패스 배관(6) 쪽으로 뽑아내는 발출부(600)의 위치가 제1 형태와 다르다. 즉, 도 7에 나타낸 바와 같이 흡입 배관(3)에 발출부(600)를 설치하고 있다.
밸러스트 펌프(1)의 흡입측에 헤드(H)가 있어 가압 펌프(605)에 의해 흡인이 이루어지는 경우에 적합한 흐름이다.
도 7에서 도 1과 동일한 부호의 부위는 동일한 구성이므로 그 설명을 생략한다.
오존의 전체 밸러스트수에 대한 주입률은 슬릿판(5)에 의해 살감(殺減) 할 수 없는 세균류 등을 살균함에 있어서, 최대 5ppm(g오존/m3밸러스트수)가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0. 5∼5ppm의 범위이다.
이 형태에 있어서, 바이패스 배관(6)으로의 유입량은 최대로 전체 밸러스트수량의 50%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20∼50%이다.
제1 형태와 비교하면, 제1 형태의 감압 밸브(601)가 필요 없게 되며, 오존 주입이 용이하게 이루어질 수 있고, 또한 오존 발생 장치의 토출압을 0. 1MPa 정도로 내릴 수가 있으므로 바람직하다.
(제3 형태)
다음으로, 본 발명의 제3 형태를 도 8에 의거하여 설명한다.
슬릿판(5)은 기계적 살멸 장치로서, 슬릿판(5)을 통과한 후의 수생생물은 완전하게 살멸 된 것, 또는 다 죽어가는 것, 혹은 살아남은 것이 있으며, 이 중에서 다 죽어가는 것이나 살아남은 것은 밸러스트 탱크(2) 내에서 재증식될 가능성이 있다. 이러한 재증식을 방지하기 위하여 슬릿판(5)을 통과한 밸러스트수에 오존을 주입한다.
슬릿판(5)은 압력 손실이 크기 때문에 하류측은 압력이 낮다. 이 형태는 따라서 오존의 주입이 용이한 슬릿판(5)의 하류측에 오존을 첨가하는 것이다.
또한, 도 8에서 도 1과 동일한 부호의 부위는 동일한 구성이므로 그 설명을 생략한다.
이 형태에 있어서, 다 죽어가는 수생생물 및 살아남은 수생생물의 존재를 명확하게 나타내기 위하여 도 9 및 도 10에 현미경 사진을 도시한다. 도 9는 식물 플랑크톤의 예이며, 도 10은 동물 플랑크톤의 예이다.
도 9의 식물 플랑크톤에 있어서, 좌측의 3개의 영상에는 정상 세포(Normal cells)가 도시되어 있으며, 우측의 6개의 영상은 손상을 입은 세포(Damaged cells)가 도시되어 있다.
또한, 도 10의 동물 플랑크톤에 있어서, 좌측의 3개의 영상에는 정상 개체(Normal individuals)가 도시되어 있으며, 우측의 4개의 영상에는 손상을 입은 개체(Damaged individuals)가 도시되어 있다.
(제4 형태)
다음으로, 본 발명의 제4 형태를 도 11에 의거하여 설명한다.
밸러스트 펌프(1)의 재질이 내오존성을 가지며, 기액혼입(氣液混入) 상태에서의 사용이 가능한 경우(신규 건조 선박에 많이 적용됨)에는 밸러스트 펌프(1)의 흡입측에 오존을 주입할 수 있다. 이 형태는 이러한 경우에 대응할 수 있는 처리장치를 제공하는 것이다.
이 형태에서는 오존의 용해라는 면에서는 밸러스트 펌프(1)와 슬릿판(5)에서의 혼합이라는 상승(相乘) 효과에 의해 오존 용해 효율을 높일 수 있으므로 바람직하다.
또한, 도 11에서 도 1과 동일한 부호의 부위는 동일한 구성이므로, 그 설명을 생략한다.

Claims (4)

  1. 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 토출 배관의 밸러스트 펌프에 가까운 쪽으로부터 상기 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 일부 뽑아냄과 동시에, 다시 상기 토출 배관의 밸러스트 펌프로부터 먼 쪽에서 상기 슬릿판의 바로 앞으로 되돌리는 바이패스 배관을 설치하며, 상기 바이패스 배관을 통하여 뽑아낸 밸러스트수에 오존을 첨가 혼합하여 오존을 용해하는 용해 장치를 설치하고, 또한 상기 용해 장치로부터 보내어지는 오존 용해액을 상기 토출 배관으로 되돌리는 가압 펌프를 설치한 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치.
  2. 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 밸러스트 펌프의 흡입 배관으로부터 상기 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 일부 뽑아냄과 동시에, 다시 상기 토출 배관의 밸러스트 펌프로부터 먼 쪽에서 상기 슬릿판의 상류측으로 되돌리는 바이패스 배관을 설치하며, 상기 바이패스 배관을 통하여 뽑아낸 밸러스트수에 오존을 첨가 혼합하여 오존을 용해하는 용해 장치 를 설치하고, 또한 상기 용해 장치로부터 보내어지는 오존 용해액을 상기 토출 배관으로 되돌리는 가압 펌프를 설치한 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치.
  3. 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 밸러스트 펌프의 토출 배관에서의 상기 슬릿판의 하류측에 오존을 첨가하는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치.
  4. 수생생물 등을 포함한 밸러스트수를 흡입 배관을 통하여 빨아들임과 동시에, 상기 밸러스트수를 토출 배관을 통하여 선박의 밸러스트 탱크로 압송하는 밸러스트 펌프와, 상기 토출 배관 내에 복수의 슬릿 형상의 개구를 가지는 슬릿판을 설치하고, 상기 밸러스트 펌프의 흡입 배관에 오존을 첨가하는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리장치.
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