KR20100057644A - 밸러스트 수 처리 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

밸러스트 및/또는 냉각 수 살균 처리 및 소독 시스템 및 기술이 제공된다. 상기 시스템은 전기 촉매적으로 발생되는 살생물제의 부가 또는 농도를 선박 부력의 소독 수준으로 및 선박 냉각수 시스템내의 생물 부착 수준으로 조절하기 위해 산화 환원 전위 제어를 이용한다. 소독 및 생물 부착 제어 시스템은 선박 구성의 부식에 대한 전위 및 소정의 경우 원하지 않는 소독 부산물을 감소시키면서 적절한 처리를 제공한다.

Description

밸러스트 수 처리 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR TREATING BALLAST WATER}
본 발명은 선박 부력 소독 및 생물 부착 처리 시스템에 관한 것으로, 특히 염소 기재 산화제 또는 살생물제(biocide)의 전기촉매적 발생을 조절 및 제어하기 위해 산화 환원 전위 값을 이용하는 것이다.
염소 기재 소독 시스템은 통상적으로 소정의 건성 염소 가스, 많은 양의(bulk) 차아염소산 나트륨(sodium hypochlorite), 및 인-시츄(in-situ) 염소 또는 차아염소산 나트륨 전해 발생기를 이용한다. 염소를 생산하기 위한 해수의 전해는 냉각수로서 해수를 이용하는 시스템과 같이, 냉각 시스템의 생물 부착 제어를 위해 육지에 기반을 둔 산업적 및 근해 용도에서 이용되었다. 자체 세정 튜브-인-튜브(tube-in-tube) 전기화학적 셀(cell)의 개발은 엔진 냉각 시스템, 및 공기 조화 및 다른 보조 시스템의 생물 부착의 제어를 위한 것과 같이 선박 용도로 염소 전해의 이용을 초래한다.
육지에 기반을 둔 염소 처리 시스템에 대한 통상적인 시스템 배치가 도 1a에개략적으로 제시된다. 해수는 해수 흡입부 또는 공급원(source; 1)으로부터 이끌어져서 펌프(2)에 의해 전해 발생기(3)를 통하여 펌핑된다. 살생물제가 들어있는 발생기(3)의 유출구는 저장 탱크(5)로 전달된다. 전원(4)은 전해 염소 발생기(3)로 전류를 제공한다.
저장 탱크(5)는 통상적으로 하나 또는 그 이상의 공기 취입기(6)가 구비되고, 공기 취입기는 수소 가스 부산물의 희석 또는 분산을 안전한 농도로 제공한다. 직접적인 수소 제거는 공기 취입기 및 탱크 대신 하이드로사이클론(hydrocyclone)으로 이루어질 수 있다. 육지에 기반을 둔 시스템은 차아염소산염 용액을 500 ppm 내지 2,000 ppm 염소의 범위로 상대적으로 높은 농도로 생산할 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 투여 펌프(dosing pump; 7)는 통상적으로 분배 장치(8)에 의해 이용 지점으로 염소를 투여(dose)하기 위해 이용할 수 있다. 이용 지점은 통상적으로 냉각 루프(9)와 같은 또 다른 공정으로 물을 제공하는 흡입 베이신(intake basin)이지만, 냉각 루프에 제한되는 것은 아니다.
소정의 적용에서, 탈염소 시스템 및 기술은 휴대용 물 또는 냉각수의 배출 또는 이용 전에 휴대용 물 또는 냉각수의 다음 처리를 위해 나트륨 비아황산염(sodium bisulfite)와 같은 산화제-중성화제를 이용할 수 있다.
선박은 안정성 및 조종성을 제공하기 위해 밸러스트 수 탱크를 이용한다. 통상적으로, 밸러스트 탱크는 화물 하역 작업 후 또는 동안 하나의 항구에서 물로 채워진다. 밸러스트 수는 또 다른 항구에서 화물이 적재되는 경우 배출될 수 있다. 효과적으로, 밸러스트 수는 제 2 항구에서 수생 피해 종(aquatic nuisance species; ANS)의 도입에 대한 잠재성(potential)을 가지고, 제 1 항구로부터 제 2 항구로 전달된다. ANS 전달은 해로운 생태학적 문제가 될 수 있다. 도 1b에 개략적으로 도시된 선박용 염소 전해 시스템은 통상적으로 염소화 물의 직접적인 주입으로 낮은 염소 출력을 위해 구성된다. 선박용 염소 전해 시스템에서 해수는 통상적으로 해수 상자(sea chest; 1) 또는 부스터 펌프(2)를 이용하는 주요부(main)로부터 전해 발생기(3)로 전달된다. 발생기(3)는 통상적으로 전원(4)에 의해 전력이 전달된다. 발생기(3)로부터의 제품 스트림은 통상적으로 분배 장치(8)를 통하여 해수 상자(1)로 주입된다. 선박용 시스템에서, 냉각수는 통상적으로 선체외부(D)로 배출되고 냉각수 내의 염소 농도를 통상적으로 0.1 ppm 보다 작은, 허용가능한 배출 수준으로 감소시키도록 공급원(11)으로부터 나트륨 비아황산염(sodium bisulfite)과 같은 중성화제를 도입함으로써 탈 염소화될 수 있다.
통상적으로, 염소 분석기는 처리된 물 내의 잔류 염소의 농도를 모니터링하여 유지하기 위해 이용된다. 그러나, 이 같은 시스템은 밸러스팅 작용이 발생될 수 있는 상이한 항구에서의 염소 요구량의 가변성을 고려하지 않는다. 예를 들면, 염소 요구량은 해수에서 질소 화합물의 농도에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이 질소 화합물의 농도는 예를 들면 적조(algae bloom)에 의해 항구 마다 그리고 계절 마다 상당히 변화될 수 있다. 도 2는 텍셀 아일랜드(Texel Island), 네델란드 근해 북해에서의 암모늄 및 질산염 수준의 계절적 변화를 보여준다(해양학 연구를 위한 네델란드 왕립 기관(NIOZ)에 의해 제공됨). 염소 요구량의 변화는 높은 유리 염소(free chlorine) 농도와 같이, 원하거나 수용가능한 것보다 더 높은 산화제 농도를 형성할 수 있는데, 다양한 선박용 시스템에서 상기 산화제 농도는 선박 시스템 및 밸러스트 수 펌프, 배관, 및 탱크와 같은(그러나, 이에 제한되지 않음) 보조 유닛 작동부의 부식을 가속화하거나 심지어 증진할 수 있다. 변화성은 또한 소독 부산물(DBP)의 형성을 증진할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 선박용 수 처리 시스템에 관한 것이다. 처리 시스템은 밸러스트 수의 공급원, 밸러스트 수의 산화 환원 전위를 표시하는 측정 신호를 측정 및 전달하기 위해 배치되는 센서, 밸러스트 수 내로 살생물제(biocide)를 도입하기 위해 배치되는 살생물제 공급원, 및 센서로부터 측정 신호를 수신하기 위해 배치되고, 측정 신호 및 밸러스트 수 내로의 살생물제의 도입 속도(rate)를 조절하도록 살생물제 공급원으로 약 200 mV 내지 약 900 mV의 범위 내의 목표(target) ORP 값을 적어도 부분적으로 기초로 하는, 출력 신호를 발생 및 전달하기 위해 구성되는 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 소정의 실시예에서, 밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법은 물 내로 살생물제를 도입하는 단계, 및 물 내에 약 200 mV 내지 약 900 mV의 범위의 목표 물 산화 환원 전위 값을 달성하도록 살생물제의 도입의 속도를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 해수의 공급원으로 연결되는 밸러스트 탱크를 가지는 밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 소정의 실시예에서, 밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법은 해수의 공급원으로 전해조의 유입구를 연결하는 단계, 탈가스 탱크의 유입구로 전해조의 유출구를 연결하는 단계, 및 전해조로 그리고 탈가스 탱크의 유출구의 하류에 배치되는 산화 환원 전위 센서로 제어기를 연결하는 단계를 포함하며, 상기 제어기는 밸러스트 탱크 내로 도입되는 해수 내에서 약 200 mV 내지 약 900 mV의 범위의 목표 산화 환원 전위 값을 달성하도록 전해조의 작동 매개변수를 조절하도록 구성된다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 수역 내에 있는 선박 상의 선박용 수 처리 시스템에 관한 것이다. 상기 처리 시스템은 하나 이상의 염소 종을 포함하는 물의 공급원, 물의 공급원 및 수역 중 하나 이상으로 유체적으로 연결되는 필터, 필터로부터 하류에 유체적으로 연결되는 밸러스트 탱크, 해수의 산화 환원 전위를 표시하는 측정 신호를 측정 및 전달하기 위해 배치되는 센서, 밸러스트 탱크 내로 살생물제를 도입하도록 배치되는 살생물제 공급원, 및 센서로부터 측정 신호를 수신하도록 배치되고 밸러스트 수 내로의 살생물제의 도입의 속도를 조절하도록 살생물제 공급원으로 측정 신호 및 약 200 mV 내지 약 1,000 mV의 범위 내의 목표 산화 환원 전위 값을 적어도 부분적으로 기초로 하는 출력 신호를 발생 및 전달하도록 구성되는 제어기를 포함한다.
첨부된 도면은 스케일 대로 도시되는 것이 의도되지 않는다. 도면에서, 다양한 도면에 도시되는 각각의 동일하거나 거의 동일한 부품은 동일한 도면부호로 표시된다. 명확성을 위해, 모든 부품이 모든 도면에서 라벨링된 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 육지에 기반을 둔(도 1a) 그리고 선박(도 1b)용 염소 처리 시스템(chlorination system)의 개략적인 도면이며,
도 2는 일 년의 일 부분에 걸쳐 텍셀 아일랜드, 네덜란드 해변 근해 북해에서의 암모늄 및 질산염 농도를 나타내는 그래프이며,
도 3은 일 년의 일 부분에 걸쳐 텍셀 아일랜드, 네델란드 해변 근해 북해에서의 해수의 pH를 나타내는 그래프이며,
도 4는 폴리오바이러스(Poliovirus) 대 산화 전위의 불활성 비율을 나타내는 그래프이며,
도 5는 본 발명의 소정의 양태에 따라 살생물제 발생 및 모니터링 시스템의 개략적인 도면이며,
도 6은 본 발명의 소정의 양태에 따라 선박의 소독 시스템의 개략적인 도면이며,
도 7은 외양 항해의 액화 천연 가스(LNG) 캐리어의 테스트 탑재 동안 기록된 염소로 처리되는 냉각 수의 ORP 판독의 그래프이며,
도 8은 본 발명의 소정의 양태에 대해 적절할 수 있는 7.5의 pH 및 8.5의 pH를 구비한, 수역 내의 유리 염소 농도에 대한 측정된 산화 환원 전위를 나타내는 그래프이며,
도 9는 본 발명의 소정의 양태에 대해 적절할 수 있는 염소 투여량에 대한 수역 내의 염소의 유리 염소 농도 및 측정된 산화 환원 전위를 도시하는 그래프이며,
도 10은 본 발명의 소정의 양태에 대해 적절할 수 있는 염소 투여량에 대한 수역 내의 염소의 유리 염소 농도 및 측정된 산화 환원 전위를 도시하는 그래프이며,
도 11a는 10 mg/L의 염소로 처리되는 해수 샘플 내의 시간에 대한 염소 농도 및 ORP에서의 변화를 도시하는 그래프이며,
도 11b는 5mg/L의 염소로 처리되는 해수 샘플 내의 시간에 대한 염소 농도 및 ORP에서의 변화를 도시하는 그래프이며,
도 11c는 샘플에서 약 750 mV의 초기 ORP를 생성하기에 충분한 염소로 처리되는 해수 샘플 내의 시간에 대한 염소 농도 및 ORP에서의 변화를 도시하는 그래프이며,
도 12a는 1 ppm 요소 및 상이한 염소 수준으로 투여되는 합성 해수 샘플 내의 유리 염소 대 ORP를 나타내는 그래프이며,
도 12b는 1 ppm 글리신 및 상이한 염소 수준으로 투여되는 합성 해수 샘플 내의 유리 염소 대 ORP를 나타내는 그래프이며,
도 12c는 다양한 염소 투여 수준으로 1ppm 글리신으로 투여되는 합성 해수 샘플내의 시간에 대한 총 염소 농도, 유리 염소 농도 및 결합 염소 농도 및 ORP를 도시하는 그래프이며,
도 13은 본 발명의 소정의 양태를 실시하도록 이용될 수 있는 제어 시스템의 개략적인 도면이다.
본 공개물의 일부 양태는 특히 ANS 확산의 가능성을 감소시킬 수 있으며 소정의 경우 수용가능한 수준의 살생물제를 가지는 배출된 밸러스트 수를 제공할 수 있는 밸러스트 수 처리 시스템 및 기술을 제공한다. 본 공개물의 다른 양태는 처리된 물이 가동 또는 정지 설비로부터 배출될 수 있기 전에 추가의 개선 서브시스템 및 기술 없이 살생물제 농도를 제어하는 처리 시스템 및 기술을 제공한다. 본 공개물의 다른 양태는 ANS를 개선하기에 충분한 선박 내의 밸러스트 수 내의 산화 환원 전위 값을 유지하기 위한 처리 시스템 및 기술을 제공한다. 여전히 본 공개물의 다른 양태는 밸러스트 수의 제어된 전해 처리의 시스템 및 기술을 제공한다. 본 공개물의 다른 양태는 로드(load) 또는 요구에서의 변화를 보상하는 시스템 및 기술을 제공한다. 본 공개물의 소정의 유용한 양태는 초과하거나 원하지 않는 수준의 산화 살생물제의 가능성을 감소시키는 시스템 및 기술을 제공한다. 본 공개물의 추가의 양태는 존재하는 가동 또는 정지 전해 수 설비의 개장 또는 변형을 제공한다. 본 공개물의 추가의 양태는 유용하게는 지금까지 인정되지 않은 범위의 ORP 제어를 이용하는 처리 시스템에 의존한다. 또한 본 공개물의 추가의 양태는 상술된 양태들 중 어느 하나를 이용하는 것에 관련된다.
예를 들면, 본 발명은 소정의 경우에서 선박 부력 시스템에서 밸러스트 수를 처리하기 위한 소독 시스템 및 기술 그리고 다른 선박 시스템에서 생물 부착 제어 또는 처리와 관련된다. 처리 시스템은 적어도 부분적으로 밸러스트 수의 하나 이상의 측정된 특성을 기초로 한다. 본 발명의 소정의 양태들은 바람직하게는 물을 포함하는 구조물의 부식을 최소화할 뿐만 아니라 잠재적으로 유해한 소독 부산물을 최소 형성하면서, 여전히 밸러스트 수의 소독을 제공하거나 심지어 보장하는 산화제와 같은 최소 수준의 살생물제 또는 살생물 작용제를 제공할 수 있다. 소정의 실시예에서, 본 발명의 처리 시스템은 적어도 부분적으로 처리되거나 처리되고 있는 물의 산화 환원 전위를 기초로 한다. 본 발명의 소정의 특별한 양태들은 유용하게는 선박 구조물 및 보조 유닛 작동부의 부식을 최소화하고 소정의 경우 잠재적으로 해로운 소독 부산물을 최소로 또는 적어도 감소시키면서, 최소 수준의 이용가능한 유리 염소를 제공하거나 밸러스트 수의 효과적인 소독을 보장하는 이용가능한 유리 염소를 제공하는 시스템 및 기술에 제공한다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 특히 냉각 수 시스템 및 밸러스트 수 시스템을 위한 선박용 처리 시스템에 관한 것이다. 처리 시스템은 밸러스트 수, 해수, 염소 종을 포함하는 물 또는 이들의 조합의 공급원; 밸러스트 수의 산화 환원 전위를 표시하는 측정 신호를 측정 및 전달하기 위해 배치되는 센서; 밸러스트 수 내로 살생물제를 도입하기 위해 배치되는 살생물제 공급원; 및 센서로부터 측정 신호를 수신하도록 배치되고, 밸러스트 수 내로의 살생물제의 도입의 속도를 조절하도록 살생물제 공급원으로 약 200mV 내지 약 1,000mV의 범위의 목표 ORP 값 및 측정 신호를 적어도 부분적으로 기초로하는 출력 신호를 발생 및 전달하도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다. 소정의 경우, 살생물제 공급원은 할로겐 기재 살생물제를 발생하도록 구성되는 전해조를 포함할 수 있다. 다른 경우, 전해조는 밸러스트 수, 해소, 염소 종을 포함하는 물 또는 이들의 조합의 공급원에 유체적으로 연결되는 유입구(inlet)를 포함할 수 있으며, 차아염소산염 화합물을 발생하도록 구성될 수 있다. 전해조는 전해조의 유입구의 상류 및 하류 지점에 밸러스트 수, 해소, 염소 종을 포함하는 물 또는 이들의 조합의 공급원의 유출구(outlet)로 유체적으로 연결되는 제 1 유출구를 포함할 수 있다. 소정의 경우, 전해조는 밸러스트 탱크 유입구의 상류 및 전해조 유입구의 하류로 유체적으로 연결되는 제 2 유출구를 포함할 수 있다. 전해조는 통상적으로 차아염소산염 화합물 및 산화 종을 발생하도록 구성된다. 일부의 경우, 출력 신호는 통상적으로 적어도 약 1,000 Amp/m2의 전해조를 통하여 전류 밀도를 조절한다. 선박용 수 처리 시스템의 추가의 실시예들에서, 목표 ORP 값은 요구되거나 조절된 소독 요구를 기초로 할 수 있다. 제어기는 또한 선박의 냉각 시스템 내로 도입된 물에서 목표 생물부착 제어값을 달성하도록 해수 상자(sea chest) 내로 살생물제의 도입의 속도를 조절하도록 구성될 수 있다. 선박의 물은 추가로 전해조의 하류에 유체적으로 연결되는 탈가스 탱크를 더 포함할 수 있다. 밸러스트 수, 해수, 염소 종을 포함하는 물 또는 이들의 조합의 공급원은 선박의 냉각수 시스템으로 유체적으로 연결될 수 있는 해수 상자일 수 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 물을 밸러스트 탱크 내로 도입하도록 처리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 본 발명의 소정의 실시예에서, 물을 밸러스트 탱크 내로 도입하도록 처리하는 방법은 살생물제를 물 내로 도입하는 단계, 및 물 내에 약 200 mV 내지 약 약 1,000 mV의 범위로 목표 물 산화 환원 전위 값을 달성하도록 살생물제의 도입의 속도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 살생물제를 도입하는 단계는 하나 이상의 활로겐화 종을 포함하는 살생물제 스트림을 발생시키는 단계(act)를 포함할 수 있다. 살생물제의 도입의 속도를 조절하는 단계는 약 500 mV 내지 약 750 mV의 범위의 목표 물 산화 환원 전위 값을 달성하도록 살생물제 발생기의 작동 매개변수를 조절하는 하나 또는 둘 이상의 단계(act)를 포함할 수 있다. 밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법은 물의 공급원 내로 살생물제 스트림의 일 부분을 도입하는 하나 또는 둘 이상의 단계(act)를 포함할 수 있다. 밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법은 살생물제의 원하는 생물부착 제어 농도를 달성하도록 물의 공급원 내로 살생물제의 부가 속도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 소정의 유용한 실시예에서, 물을 처리하는 방법은 살생물제 스트림을 발생하도록 전해조 내의 물의 공급원으로부터 물의 일부분을 전해하는 단계를 포함할 수 있다. 소소로부터 물의 일 부분을 전해하는 단계는 차아염소산염을 포함하는 살생물제 스트림 및 소정의 경우 차아염소산염 및 산화 종을 포함하는 살생물제 스트림을 발생하는 하나 또는 둘 이상의 단계를 포함할 수 있다. 물의 공급원은 선박의 냉각 시스템으로 유체적으로 연결되는 해수 상수를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 해수의 공급원에 연결되는 밸러스트 탱크를 가지는 밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시예에서, 밸러스트 탱크 시스템을 변형하는 방법은 해수의 공급원으로 전해조의 유입구를 연결하는 단계; 탈가스 탱크의 유입구로 전해조의 유출구를 연결하는 단계; 및 제어기를 전해조 및 탈가스 탱크의 유출구의 하류에 배치되는 산화 환원 전위 센서로 연결하는 단계를 포함한다. 제어기는 바람직하게는 밸러스트 탱크 내로 도입되도록 해수 내에 약 200 mV 내지 약 1,000 mV의 범위의 목표 산화 환원 전위 값을 달성하도록 전해조의 작동 매개변수를 조절하도록 구성된다. 목표 산화 환원 전위 값은 약 500 mV 내지 약 750 mV의 범위에 있을 수 있다. 밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법은 밸러스트 탱크의 유입구로 탈가스 탱크 유출구를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법은 해수의 공급원으로 탈가스 탱크 유출구를 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 산화 환원 전위 센서를 해수의 공급원과 밸러스트 탱크 사이에 연결되는 필터의 상류부에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 공급원 또는 해수는 유용하게는 염소를 포함하는 물을 저장하는 해수 상자 또는 저장부를 포함할 수 있다. 선박용 수 처리 시스템은 650 ppm 내지 750 ppm의 범위에 있는 목표 산화 환원 전위 값을 가질 수 있다. 센서는 금의 팁을 가진 전극을 포함할 수 있다. 선박용 수 처리 시스템은 밸러스트 탱크 내의 물의 산화 환원 전위 및 유리 염소 농도들 중 하나 이상을 측정하기 위해 배치되는 제 2 센서를 더 포함할 수 있다. 선박용 수 처리 시스템은 유리 염소 농도, 총 염소 농도, 및 밸러스트 탱크로부터 배출되기 위한 물의 산화 환원 전위 값 중 하나 이상을 나타내는 제 2 측정 신호를 측정 및 전달하기 위해 배치되는 제 2 센서를 가질 수 있다. 선박용 수 처리 시스템은 제 2 측정 신호를 수신하고, 적어도 부분적으로 제 2 측정 신호 및 목표 유리 염소 농도, 목표 총 염소 농도, 및 제 2 목표 산화 환원 전위 값 중 하나 이상을 기초로하는 제 2 출력 신호를 발생하도록 추가로 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 제 2 목표 산화 환원 전위 값은 200 mV 내지 500 mV의 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 수역 내에 있는 선박 상의 선박용 수 처리 시스템에 관한 것이다. 처리 시스템은 하나 이상의 염소 종을 포함하는 물의 공급원, 수역 및 공급원 중 하나 이상으로 유체적으로 연결되는 필터, 해수의 산화 환원 전위를 나타내는 측정 신호를 측정 및 전달하기 위해 배치되는 센서, 밸러스트 탱크 내로 살생물제를 도입하기 위해 배치되는 살생물제 공급원, 및 센서로부터 측정 신호를 수신하도록 배치되고, 밸러스트 탱크 및 필터로 도입되는 물 중 하나 이상의 내로 살생물제의 도입의 속도를 조절하도록 살생물제 공급원으로 약 200 mV 내지 약 1,000 mV의 범위의 목표 산화 환원 전위 값 및 출력 신호를 적어도 부분적으로 기초로 하여 출력 신호를 발생 및 전달하도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다.
선박용 수 처리 시스템에 관한 추가 실시예들은 해수, 염소 종을 포함하는 물, 또는 이들의 혼합물의 공급원을 포함할 수 있으며, 상기 공급원은 선박이 해수에 있지 않을 때 해수, 염소 종을 포함하는 물 또는 이들의 혼합물을 저장하기 위해 이용되는 저장 용기일 수 있다. 따라서, 예를 들면, 해수는 하나 또는 둘 이상의 저장부에 축적 및 저장될 수 있고 선박이 담수역(fresh water body)를 통하여 이동할 때 본 명세서에서 설명되는 하나 또는 둘 이상의 살생물제 공급원에 의해 이용될 수 있다. 실제로, 소정의 실시예들에서, 두 개 또는 세개 이상의 밸러스트 탱크를 가지는 선박은 해수를 저장하기 위해 소정의 밸러스트 탱크를 이용할 수 있고 후속적으로 살생물제 공급원을 위해 염소 함유 물의 공급원으로서 저장된 해수의 적어도 일 부분을 이용할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 양태는 선박 수 시스템의 생물 부착 제어를 제공한다. 예를 들면, 소독에서 이용되는 전기 촉매적으로 발생되는 작용제는 또한 통상적으로 소독에서 이용되는 산화제 농도 보다 작은 산화제 농도로 선박의 냉각 시스템의 생물 부착을 방지하기 위해 이용된다.
염소 요구량은 염소와 반응하는 무기 및 유기 화합물의 존재에 관련될 수 있다. 염소 요구가 충족될 때까지, 소독을 위해 이용가능한 유리 염소가 없을 수 있다. 질소 화합물이 존재하는 경우, 유리 염소 보다 약한 살생물제인 것으로 고려되는 클로라민(chloramine)이 형성될 수 있다. 염소 투여량(CD)은 통상적으로 관계식 (1)에 의해 표시되는 바와 같이 잔류 염소(TRC) 및 염소 요구량(요구량염소)에 종속된다.
Figure pct00001
(1)
총 잔류 염소는 관계식(2)에 의해 표시될 수 있다.
Figure pct00002
(2)
존재할 때, HOCl과 같은 유리 염소는 통상적으로 관계식(3)에 따라 해리된다.
Figure pct00003
(3)
차아염소산(Hypochlorous acid; HOCl)은 바람직한 살생물제이다. 그러나, 염소 처리의 효과를 특징으로 하기 위한 TRC의 이용은 특히 클로라민 농도에서의 변화가 5ppm 아래 만큼 낮은 것으로부터 40 ppm 만큼 높은 것으로, 효과적인 TRC의 범위를 형성할 수 있기 때문에 오염된 항구로부터 선박에 실려 펌핑되는 밸러스트 수를 처리 하기 위해, 소독 효과의 정확한 예측을 제공하지 못한다. 과잉 유리 염소가 요구 변화성을 수용하기 위해 이용되는 경우, 선박 강 구조물의 부식과 같은, 원하지 않는 부식 위험은 또한 통상적으로 염소 요구량 및 유리 가용 염소의 수준에 종속되는, 트리할로메탄(trihalomethanes; THM)과 같은, 잠재적인 독성 소독 부산물의 형성을 초래한다.
따라서 본 발명은 예를 들면 밸러스트 수의 효과적인 소독을 초래하는 수준에서 살생물제 부가 또는 도입의 확실한 제어를 제공하는 시스템 및 기술을 제공한다. 실제로, 본 발명의 소정의 양태들은 과잉-염소화의 가능성을 감소시키는 시스템 및 기술을 제공한다. 또한 본 발명의 추가의 양태들은 부식 및 부산물 형성 가능성을 최소화 또는 감소하는 효과적인 살생물제 투여량을 모니터링하고 조절하는 선택을 허용하는 시스템 및 기술을 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태들은 측정된 ORP 또는 산화 환원(redox) 전위에 의해 표시되는 바와 같이, 충분한 살생물제 산화 세기를 유지하는 공개물의 양태들을 이용함으로써 보장될 수 있는, 염소 요구량, 오염 수준, 및 pH와 같은 국부적 해수 상태와 관계없이 소정의 항구의 밸러스트 수의 효과적인 소독을 제공한다.
물의 산화 환원 전위를 측정하도록 구성된 하나 이상의 ORP 탐침 또는 센서는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서 이용될 수 있다. 측정된 전위는 본 발명의 소정의 실시예들에서 통상적으로 HOCl일 수 있는 물 안의 최대 작용 산화제 또는 환원제에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 해수는 통상적으로 약 50 ppm 내지 약 60 ppm 브롬화나트륨을 포함하기 때문에, 염소를 이용하는 해수 소독은 브롬화 종, 예를 들면, 방정식 (4)에 따라 변환된, 하이포브롬산(hypobromous acid)을 통하여 적어도 부분적으로 이루어질 수 있다.
Figure pct00004
(4)
특정 분야에 대한 산화 환원 전위(Eh)는 통상적으로 네른스트 방정식(Nernst equation; 5)을 기초로 한다.
Figure pct00005
(5)
여기서, Eh는 반응의 산화 환원 전위이며, E0는 표준 전위이고, RT/nF는 네른스트 수이며, AOX는 산화제의 활성을 나타내며, Ared는 환원제의 활성을 나타낸다.
염소는 통상적으로 1490 mV의 표준 전위를 가지며, 브롬은 통상적으로 1330 mV의 표준 전위를 가진다. 7 내지 8.4의 범위 내의 해수의 통상적인 pH에서, HOBr의 농도는 HOCl의 농도 보다 더 안정하다. 예를 들면, 8.0의 pH에서, 비-해리 HOBr 종은 약 83%인 반면, HOCl 종은 약 28%이다. 따라서, 염소에 의한 해수의 소독을 위해 요구되는 ORP 수준은 담수에 대해 설정된 ORP 수준과 상이할 수 있다.
해수 처리를 위한 것과 같이, 해수를 처리하기 위한 원하는 또는 목표 산화 환원 전위 값은 유용하게는 소독 또는 생물부착 제어를 제공하는 수준으로 염소 농도를 유지하면서 배관 및 다른 젖은 선체 구조물의 부식에 대한 낮은 전위를 제공하는 것이 용이하게 될 수 있다. 연속 염소 처리에 대해, 염소 수준은 약 0.5 ppm 내지 1.0 ppm 아래의 범위, 바람직하게는 0.1 ppm 내지 0.2 ppm의 범위 내로 유지할 수 있다고 믿어진다. 따라서, 소정의 실시예들에서, 목표 ORP 값의 상부 제한은 약 1 ppm의 대응하는 염소 수준을 제공하도록, 또는 수용가능한 부식율을 초과하지 않는 상태를 제공하도록 결정될 수 있다. 경험적 정보는 ORP 수준과 측정된 부식율 사이의 관계를 적어도 부분적으로 설정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 년(year) 당 1mil의 강 부식율은 목표 ORP 값의 상한치를 적어도 부분적으로 형성하도록 수용가능한 가이드라인으로서 이용될 수 있다. 목표 ORP 값의 하한치는 원하는 비활성 효과를 충분히 제공하는 상태가 되도록 결정될 수 있다. 예를 들면, 경험적 정보는 ORP 수준과 비활성 효율 사이의 관계를 설정하기 위해 이용될 수 있다.
유리 염소 잔류 기술의 살균 효능에 영향을 미칠 수 있는 요소는 염소 잔류 농도, 접촉 시간, pH, 및 수온을 포함한다. pH는 또한 항구 마다 또는 계절마다 변화될 수 있다. 예를 들면, 높은 해수 pH는 계절적 적조로부터 초래될 수 있다. 도 3은 텍셀 아일랜드, 네덜란드 근해 북해에서의 pH 값의 계절적 변화(또한, NIOZ에 의해 제공됨)를 보여준다. 고정된 염소 출력 기재 처리가 통상적으로 최악의, 즉 높은 pH에서의, 시나리오를 충족하도록 설계되기 때문에, 밸러스트 수의 과잉-염소화는 DBP 형성의 증가 가능성 및 증가된 부식 전위과 관련된, 최하 해수 pH의 상태하에서 초래될 수 있다.
소독 세기가 아닌 염소 농도를 측정하는 잔류 염소 분석기와 달리, ORP 센서는 처리되는 물의 산화(전자 소모) 전위 또는 환원(전자 공급) 전위의 양적인 표시를 제공한다.
물 위생을 위한 ORP 제어의 피쳐(feature)는 에바 룬드(Ebba Lund)에 의해 1993년에 저술된 도 4에서 재생된 그래프를 포함하는 문서에 기재되어 있다. 이러한 그래프는 폴리오바이러스(Poliovirus)의 비활성율이 폴리오바이러스가 존재하는 물의 산화 전위와 직접 관련된다는 것을 보여준다. 또한 비활성율이 이용된 염소의 종들(즉, 유리 염소 대 결합 염소)과 관계가 없다는 것을 설명한다. ORP가 상승될 때, 비활성의 비율이 상승한다. 유사한 연구결과가 초래되는 이-콜리(E-coli), 살모넬라(Salmonella) 및 크립토스포리듐(Cryptosporidium)과 같은 유기물에 대해 나중에 연구가 이루어진다.
실험적 데이터로부터의 추가의 관찰은 환원제의 양이 일정할 때, 산화 환원 전위 및 잔류 염소 농도는 모두 비활성의 비율을 위한 매개변수로서 이용될 수 있지만, 환원제의 양이 변화될 때, 단지 산화 환원 전위가 여전히 이용될 수 있다.
본 발명의 물 처리 공정은 통상적으로 밸러스트 수로서 이용될 수 있는 해수 부분으로 수행된다. 이 같은 경우, 염소와 같은 산화제 농도는 통상적으로 시간에 걸쳐 감소되는데, 이는 산화제가 비유기, 유기, 및 생물학적 물질과 반응하기 때문이다. 본 발명은 소정의 양태에서, 처리되는 물 내의 농도의 기능(dynamic)을 기초로하여 처리된 물 ORP 전위의 제어를 제공한다. 따라서, ORP 제어는 선박 구조물에 대한 부식 및 DBP의 형성의 잠재적인 유해를 최소화하면서, 통상적으로 예를 들면 시간 지연 루프로, 적어도 일 부분, 또는 바람직하게는, 실질적으로 모두, ANS를 비활성하는데 효과적이 되도록 살생물에 대해 시간을 제공하도록 고안된다.
도 5는 개략적으로 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 선박의 처리 시스템(200)을 도시한다. 처리 시스템(200)은 하나 이상의 밸러스트 탱크(120)로 유체적으로 연결되는 해수 상자(110)와 같은, 해수의 공급원을 포함할 수 있다. 처리 시스템(200)은 처리된 물의 산화 환원 전위에 의해 염소 투여량 수준을 제어하면서 염소 소독을 기초로 하는 수 처리 시스템에 관한 것일 수 있다. 예를 들면, 처리 시스템(200)은 ANS의 효과적인 제거율(mortality rate)을 제공하는 수준으로 처리된 해수의 목표 또는 원하는 산화 환원 전위를 유지하면서 가변 염소 투여량 수준을 제공하는 ORP 제어 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명의 소정의 특별한 양태들에서, 처리 시스템(200)은 처리되는 물의 품질과 관계없이, 처리된 해수의 소독을 제공하기에 충분한 수준으로 차아염소산(HOCl) 농도를 제공 또는 바람직하게는 유지할 수 있다. 예를 들면, 처리 시스템(200)은 처리되는 물의 pH 또는 오염 수준, 또는 둘다를 위해 보상하기 위한 요구가 제거될 수 있다. 이 같은 양태들에 관련된 소정의 특별한 실시예들은 예를 들면 약 200 mV 내지 약 1,000 mV의 범위 내에 원하는 또는 목표 ORP 값을 제공하도록 하나 이상의 생물학적 작용제의 도입 속도를 실시 또는 제어하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다. 바람직하게는, 목표 ORP 값은 650 mV 내지 약 800 mV, 더욱 바람직하게는 650 mV 내지 750 mV 내에 있다. 이 같은 소독 처리를 용이하게 하도록, 시스템(200)은 밸러스트 탱크(120) 내로 도입되는 물의 측정된 특성을 제공하도록 배치된, 하나 이상의 탐침 또는 센서(210), 탐침 또는 센서(210)로부터 측정된 특성을 나타내는 측정 신호를 수신하도록 배치된 하나 이상의 제어기 또는 제어 시스템(C)을 포함할 수 있다. 설명된 바와 같이, 바람직한, 비-제한 실시예들은 물의 ORP 수준의 표시를 제공할 수 있는 센서 또는 탐침을 포함한다. 처리 시스템(200)은 물 내로 하나 이상의 살생물제를 도입하도도록 배치된, 하나 이상의 소독 작용제 또는 살생물제의 하나 이상의 공급원(220)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 염소 공급 시스템은 탱크(120) 내로 도입되는 물 내로 하나 이상의 소독 종을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 개략적으로 도시된 바와 가이, 제어 피드백 루프가 처리되는 물 내로 작용제의 도입을 조절하도록 설정될 수 있다. 하나 이상의 ORP 탐침은 수 배관 내로 직접 삽입될 수 있거나, 관리의 용이를 위해, 순환 루프 내에 설치될 수 있다. 다른 경우, ORP 모니터링 및 제어 시스템은 밸러스트 수 주요 공급원(110)으로부터 측부 스트림을 철회하는 펌프(240)를 포함할 수 있다. 주요부(main)와 ORP 탐침을 연결하는 파이프 및 플랜지는 ORP 탐침에 해로울 수 있거나 바람직하지 않은 갈바닉 부식 상태(galvanic corrosion condition)를 제공하는 분산 전류(stray current)를 방지하도록 주요 라인과 동일한 재료로 이루어질 수 있는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 하나 이상의 탐침은 탐침을 주요부로 접지함으로써 이루어질 수 있는 주요 라인과 동일한 전위를 가진다.
본 발명의 다른 양태는 ORP 기재 제어 시스템 및 기술 뿐만 아니라 중성화 서브시스템 및 디(de)-밸러스트 작동 동안 배출되기 전에, 밸러스트 수와 같은 처리된 물 내의 전류 염소 농도를 제거 또는 감소하는 방법을 포함할 수 있다. 그러나, 바람직한 양태는 잔류 염소의 원하지 않는 배출의 제거를 제공하거나 용이하게하고 본 발명의 특별히 바람직한 양태는 탈염소화 서브시스템 없이 처리 시스템을 제공할 수 있다. 탈염소화는 예를 들면 소듐 바이셜파이트(sodium bisulfite), 과산화수소(hydrogen peroxide), 및 제이철나트륨(ferrous salts)과 같은(그러나 이에 제한되는 것은 아님), 하나 이상의 환원제를 이용할 수 있다. 염소의 중성화는 미처리된 해수에 대해 통상적인 150 mV 내지 350 mV의 범위 내, 바람직하게는 200 mV 내지 300 mV의 범위 내로 ORP 제어기를 설정함으로써 수행될 수 있다. 다른 중성화 기술은 소정의 활성화된 탄소, 자외선 기재 시스템, 및 금속 촉매화 고정식 베드를 이용할 수 있다.
선택예로서, 동일한 ORP 제어 장비는 ORP 설정의 적절한 변화에 의해, 밸러스팅 및 디밸러스팅 작업 모두에 대해 이용할 수 있다. 예를 들면, 밸러스트 수, 해수, 염소 종을 포함하는 물 또는 이들의 조합은 탱크 내의 물의 결과적인 ORP 값이 거의 원하는 또는 수용가능한 수준, 예를 들면 300 mV이거나 이 보다 작은 또는 심지어 100 mV 보다 작은 ORP 값을 가진다.
본 발명의 소정의 양태에 따라 처리 시스템(300)의 또 다른 개략적인 도시가 도 6에 제시된다. 시스템(300)은 선박에 배치되는 해수 상자(310)와 같은 해수의 공급원을 포함할 수 있다. 시스템(300)은 통상적으로 하나 이상의 밸러스트 수 탱크(320)를 포함하는 부력 시스템을 더 포함할 수 있거나 상기 부력 시스템에 유체적으로 연결될 수 있다. 특별한 실시예에서, 시스템(300)은 해수 상수(310) 및 바람직하게는 하나 이상의 밸러스트 탱크(320)로 유체적으로 연결되는 산화제 또는 살생물제 작용제의 하나 이상의 공급원(330)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 해수 상자(310)는 해수를 이용하는 선박의 하나 이상의 시스템으로 유체적으로 연결된다. 예를 들면, 해수 상자(310)는 선박의 하나 이상의 냉각 수 시스템(CWS)으로 유체적으로 연결되어 상기 냉각 수 시스템으로 해수를 제공할 수 있다. 공급원(330)은 하나 이상의 소독 또는 살생물제 화합물로 전구체 종들을 전기화학적으로 변환할 수 있는 전해조(332)와 같은 하나 이상의 전기적으로 구동되는 장치를 포함할 수 있다. 공급원(330)은 살생물제로 해수 상자(310)로부터 공급되는 염소를 포함하는 물의 전기촉매적 변환을 증진하도록 장치(332)로 전기 에너지를 제공하기 위해 배치되는, 하나 이상의 전원(334)을 포함할 수 있다. 공급원(330)은 하나 이상의 벤트(V)에 의해, 전기촉매적으로 살생물제 발생 공정 동안 발생된 수소 가스와 같은, 소정의 가스의 제거를 용이하게 하는 하나 이상의 탈가스 유닛 작동(336)을 더 포함할 수 있다. 공급원(330)의 하나 이상의 유출구는 탱크(320)로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 탈가스 유닛 작동(336)의 유출구는 탱크(320)로 유체적으로 연결된다. 바람직한 실시예들에서, 공급원(330)의 유출구는 전해조(332) 및 탈가스 유닛 작동부(326) 중 어느 하나로부터 하나 이상의 살생물제 함유 스트림을 제공하도록 해수 상자(310)로 추가로 연결된다. 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 측부 스트림 철회 기술을 이용할 수 있으며, 해수 상자(310)로부터 철회되는 해수의 일 부분이 공급원(330) 내로 도입되어 선박 부력 시스템(320) 내로 도입되는 해수의 밸런스(balance)는 하나 이상의 필터(340)를 통하여 여과된다.
산화제 공급원(330)은 전해조(332)와 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 하나 이상의 산화 종을 발생하는 하나 이상의 전기적으로 구동되는 장치를 포함할 수 있다. 시스템(300)은 시스템(300)의 하나 이상의 부품의 하나 이상의 특성 또는 속성의 표시를 제공하기 위하여 배치되는 하나 이상의 센서 또는 탐침을 포함하는 모니터링 시스템을 더 포함할 수 있다. 예시적으로 도시된 바와 같이, 모니터링 시스템은 주요 배관 라인(342) 내의 해수 상자(310)로부터 물의 하나 이상의 속성을 측정하도록 배치된 하나 이상의 센서(352), 부력 시스템의 하나 또는 둘 이상의 밸러스트 탱크 내의 물의 특성과 같은, 부력 시스템(320)의 하나 이상의 속성을 측정하도록 배치된 하나 이상의 센서(354), 및 선택적으로 하나 또는 둘 이상의밸러스트 탱크로부터 유출구 또는 배출구(D)로 배출되는 물의 속성을 측정하도록 배치된 하나 이상의 센서(356)를 포함한다. 시스템(300)은 하나 이상의 제어기 또는 제어 시스템(C)을 포함할 수 있다. 제어 시스템(C)은 바람직하게는 시스템(300)의 하나 이상의 작동 매개변수를 조절 또는 조정하도록 구성된다. 본 발명의 특별한 양태들에서, 제어 시스템(C)은 모니터링 시스템으로부터 하나 이상의 센서로부터의 하나 이상의 입력 신호를 수신할 수 있다. 본 발명의 추가의 특별한 양태에서, 제어 시스템(C)은 공급원(330) 및 부력 시스템 중 어느 하나의 하나 이상의 작동 매개변수를 조절할 수 있다. 다른 특별한 양태들에서, 제어 시스템(C)은 또한 밸러스트 탱크(320)로부터의 물 배출 작업을 모니터링 및 제어할 수 있다.
밸러스팅 외의 것을 포함하여, 부력 조정 작업 동안, 공급원(330)으로부터 염소와 같은, 산화제 또는 살생물제를 포함하는 스트림이 하나 또는 둘 이상의 염소 분배 장치를 통하여 해수 상자(310) 뿐만 아니라 주요 밸러스트 수 배관(342)으로 도입될 수 있다. 주요 배관(342) 내에 있는 염소화 물의 산화 환원 전위는 ORP 센서일수 있는 센서(352)를 포함하는 모니터링 시스템에 의해 모니터링될 수 있다. 비록 센서(352)가 필터(340)의 하류부에 배치되는 것으로 도시되었지만, 다른 실시예들은 해수 특성의 표시를 제공하도록 필터(340)의 상류에 배치되는 센서(352) 또는 필터(340)의 상류에 또는 해수 상자(310) 내에 부가 센서를 포함할 수 있다. 제어 시스템(C)은 모니터링 시스템으로부터 하나 또는 둘 이상의 표시를 수용하여 이에 따라 바람직하게는 하나 이상의 표시를 기초로 하여, 공급원(330)의 작동 매개변수와 같은 시스템의 하나 이상의 작동 매개변수를 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템(C)은 시스템(300)의 유닛 작업들 중 어느 하나에서 처리된 물의 산화 환원 전위를, 현재의, 수용가능한, 또는 원하는 물 배출 한계 내로 유지하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배출 또는 디밸러스팅 작업 동안, 하나 이상의 환원제 또는 중성화제는 예를 들면 하나 이상의 환원제 공급원 또는 중성화제 공급원으로부터 배출 처리된 밸러스트 수 내로 도입될 수 있다. 특별한 실시예에서, ORP 센서(356)는 부력 시스템으로부터 배출수의 산화제 농도 또는 ORP 값을 측정할 수 있고, 그리고 제어 시스템(C)은 바람직하게는 센서(356)로부터의 측정 신호를 기초로 하여, 배출수 내의 소정의 산화제 또는 살생물제를 적어도 부분적으로 또는 수용가능한 한계로 중성화하는 환원제의 부가 또는 투여의 속도와 같은, 산화제 중성화 시스템(360)의 작동 매개변수를 조절할 수 있다. 원하는 배출 한계는 관할권의 명령을 만족하도록 변화될 수 있다. 예를 들면, 배출수 내의 수용가능한 염소 수준은 약 1mg/L 보다 적은, 소정의 경우, 0.5mg/L보다 적은, 소정의 경우, 2ppm 보다 적을 수 있다.
다른 보조 유닛 작동부는 처리 시스템의 작동을 용이하게 하도록 이용될 수 있다. 예를 들면, 염소의 공급원이 인-시츄 염소전해(in-situ electrochlorination)를 포함하는 경우, 보조 부품 또는 서브시스템은 하나 이상의 부스터 펌프(booster pump) 및 하나 이상의 변환기 정류기를 포함하는데, 이 부스터 펌프는 해수의 측부 스트림을 전기화학적 발생기(332)로 철회하며, 이 변환기 정류기는 발생기로 전력을 제공한다. 또한, 취입기는 벤팅 수소 가스 수준을 폭팔 한계 아래로 낮추기 위해 이용될 수 있다. 필터(340)는 침전물 및 생물군과 관련된 유기 및 생물학적 염소 요구를 감소시키는 여과기일 수 있다. 바람직하게는, 필터(340)는 밸러스트 수 펌프(도시안됨)의 하류의 밸러스트 수 주요 파이프 내로 설치되는 미세 스크린 자체-플러싱 여과기를 포함한다. 바람직한 실시예들에서, ORP-기재 소독 시스템은 50 미크론(micron) 또는 그 미만, 바람직하게는 40 미크론 필터를 포함하며, 이 필터는 염소 요구를 감소시키고 부식 및 DBP들의 형성을 위한 전위를 감소시키면서 염소 소독 효과를 더 강화한다. 필터는 또한 유입되는 물로부터 동물성 플랑크톤(하나 이상의 방향으로 50 미크론 보다 큰 크기의 유기체)를 제거할 수 있다. 필터로 동물성 플랑크톤을 제거함으로써 낮은 목표 ORP 수준에서 처리 시스템을 효과적으로 작동하는 것이 용이하게 될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 이용된 전류 시스템 또는 음극 방식 시스템은 소정의 젖은 부품들에서 분산 전류 및 전압을 제거하기 위하여 이용된다. ORP 센서는 상이한 타입일 수 있거나 유사하게 분산 전류에 민감한 구성을 가질 수 있다. 또한, 소정의 ORP 센서는 금 또는 백금 팁(tip)을 구비한 작동 전극일 가질 수 있으며, 이 작동 전극은 해수 내의 화학적 오염 및 수소에 들 민감할 수 있다. ORP 센서는 미국 오레곤 비버튼에 소재한, 베니어 소프트웨어 & 테크놀로지(Vernier Software & Technology); 미국 캘리포니아, 가든 그로브에 소재한, 센소렉스 코포레이션(Sensorex Corporation), 및 미국 캘리포니아 골드 리버에 소재한, 글로벌 워터 인스트루멘테이션, 아이엔씨.(Global Water Instrumrntation, Inc.)로부터 상업적으로 입수가능하다.
전기화학적 발생기는 양극(bipolar) 동심 튜브 전극을 가질 수 있다. 양극으로 전하된 전극은 백금 코팅을 가질 수 있으며 2,000 A/m2을 초과하는, 바람직하게는 2,000 내지 3,500 A/m2의 범위 내의 전류 밀도에서, 또는 해수로부터 혼합된 산화제 용액을 생산을 촉진하는 상태 하에서 작동될 수 있다. 발생기의 비 제한적인 예는 미국의 뉴 저지, 유니온에 소재한 지멘스 워터 테크놀로지스 코포레이션으로부터 CHLOROPAC(등록상표) 전해 발생기로서 상업적으로 입수가능한 것을 포함한다.
투여 펌프에 의해 밸러스트 수 배관으로 전달되는 혼합된 산화물 강화 스트림은 두 개 이상의 유동 경로로 분리될 수 있다. 하나의 유동 경로는 산화제 함유 스트림을 해수 상자 내로 전달할 수 있어 밸러스트 수 파이프 및 여과기 내에 생물 부작을 방지하기 위해 밸러스트 수 파이프로 공급하며, 이러한 측부 스트림은 약 0.4 내지 0.6 mg/L의 염소의 범위로 고정된 염소 투여량, 또는 생물부착 방지를 위해 통상적으로 이용되는 투여량를 제공하도록 설계될 수 있다. 다른 스트림은 여과기 또는 필터의 하류에 전달될 수 있다. 전기화학적 발생기를 공급하는 측부 스트림은 냉각 파이프로부터 해수를 철회할 수 있어 선박이 밸러스트 작업을 수행하지 않을 때 냉각 해수의 생물부착 제어를 위한 처리 시스템의 이용을 수용한다.
다른 실시예들은 하나 또는 둘 이상의 저장 탱크(도시안됨)를 포함할 수 있는, 공급원(330) 내의 하나 또는 둘 이상의 저장된 산화 종을 포함할 수 있다.
제어 시스템(C)은 도 13에 예시적으로 도시된 바와 같이 하나 또는 둘 이상의 컴퓨터 시스템을 이용하여 실시될 수 있다. 제어 시스템(C)은 예를 들면 인텔 펜티엄(등록상표)-타입 프로세서, 모토롤라 파워PC(등록상표) 프로세서, 선 울트라스파크(Sun UltraSPARC)(등록상표) 프로세서, 휴렛-패커드 PA-RISC(등록상표) 프로세서, 또는 소정의 다른 타입의 프로세서 또는 이들의 조합물을 기초로 하는 것과 같은 일반-목적의 컴퓨터일 수 있다. 선택적으로, 컴퓨터 시스템은 특정하게-프로그래밍되고, 특별-목적의 하드웨어, 예를 들면 특정 용도 집적 회로(ASIC) 또는 분석 시스템을 위해 의도되는 제어기를 포함할 수 있다.
제어 시스템(C)은 통상적으로 하나 또는 둘 이상의 메모리 장치(710)로 연결되는 하나 또는 둘 이상의 프로세서(705)를 포함할 수 있는데, 상기 메모리 장치는 예를 들면 하나 또는 둘 이상의 디스크 드라이브 메모리, 플래시 메모리 장치, RAM 메모리 장치, 또는 데이터를 저장하기 위한 다른 장치를 포함할 수 있다. 메모리(710)는 통상적으로 처리 시스템 및/또는 제어 시스템(C)의 작동 동안 프로그램 및 데이터를 저장하기 위해 이용된다. 예를 들면, 메모리(710)는 기간에 걸쳐 매개변수와 관련된 기록 데이터(historical data)를 저장하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 실시하는 프로그래밍 코드를 포함하는, 소프트웨어는 컴퓨터 판독 및/또는 기록 비휘발성 기록 매체 상에 저장되어, 통상적으로 메모리로 복사되며, 메모리는 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 이 같은 프로그래밍 코드는 다수의 프로그래밍 언어들 중 어느 하나, 예를 들면, 자바, 비쥬얼 베이직, C, C#, 또는 C++, 포트란, 파스칼, 에펠(Eiffel), 베이직, 코벌, 또는 이들의 다양한 조합들 중 어느 하나로 기록될 수 있다.
제어 시스템의 부품은 상호연결 메카니즘(730)에 의해 결합될 수 있으며, 상호연결 메카니즘은 하나 또는 둘 이상의 버스(예를 들면, 동일한 장치 내에 결합되는 부품들 사이) 및/또는 네트워크(예를 들면, 별도의 분리된 장치들 상에 있는 부품들 사이)를 포함할 수 있다. 상호연결 메카니즘은 통상적으로 커뮤니케이션(예를 들면, 데이터, 지시)이 시스템의 부품들 사이에서 교환될 수 있다.
제어 시스템은 또한 입력 신호(
Figure pct00006
)를 제공하는 하나 또는 둘 이상의 입력 장치(730), 예를 들면, 모니터링 시스템의 소정의 센서, 키이보드, 마우스, 트랙볼, 마이크로폰, 터치 스크린을 포함할 수 있으며 출력 신호(
Figure pct00007
Figure pct00008
)를 제공할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 출력 장치(740), 예를 들면 프린팅 장치, 디스플레이 스크린, 또는 스피커를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템은 하나 또는 둘 이상의 인터페이스(도시안됨)를 포함할 수 있는데, 상기 인터페이스는 컴퓨터 시스템을 소통 네트워크(하나 또는 둘 이상의 시스템의 부품에 의해 형성될 수 있는 네트워크에 부가하여 또는 상기 네트워크에 대한 선택으로서)로 연결할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예에 따라, 하나 또는 둘 이상의 입력 장치는 매개변수를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 선택적으로, 센서, 계량 밸브 및/또는 펌프, 또는 이러한 부품들 모두 컴퓨터 시스템에 작동적으로 결합되는 소통 네트워크로 연결될 수 있다. 예를 들면, 센서(352, 354, 및 356)는 컴퓨터 시스템에 직접 연결되는 입력 장치로서 구성될 수 있으며, 계량 밸브 및/또는 펌프는 컴퓨터 시스템에 연결되는 출력 장치로서 구성될 수 있으며, 상술된 것 중 하나 또는 둘 이상은 소통 커뮤니케이션에 걸쳐 소통되도록 또 다른 컴퓨터 시스템 또는 부품으로 결합될 수 있다. 이 같은 구성은 센서들 사이 또는 센서와 서브시스템 및/또는 제어기 사이에 데이터를 제공하면서 하나의 센서가 또 다른 센서로부터 상당한 거리에 위치되는 것을 허용하거나 소정의 센서가 소정의 서브시스템 및/또는 제어기로부터 상당한 거리에 위치되는 것을 허용한다.
비록 제어 시스템이 본 발명의 다양한 양태가 실시될 수 있는 컴퓨터 시스템의 하나의 타입으로서 예로서 제시되었지만, 본 발명은 예시적으로 설명된 바와 같은, 소프트웨어, 또는 컴퓨터 시스템에서 실시되는 것으로 제한되지 않는다. 실제로, 예를 들면, 일반 목적의 컴퓨터 시스템, 제어기, 또는 부품 또는 이들의 서브섹션 상에서 실시되지 않고, 선택적으로 전용 시스템 또는 전용 프로그램가능한 로직 제어기(PLC) 또는 분포된 제어 시스템 내에서 실시될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 피쳐 또는 양태는 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어(firm ware) 또는 이들의 소정의 조합에서 실시될 수 있다. 예를 들면, 제어기에 의해 실행되는 알고리즘의 하나 또는 둘 이상의 세그먼트는 개별 컴퓨터에서 수행될 수 있으며, 개별 컴퓨터는 이어서 하나 또는 둘 이상의 네트워크를 통하여 소통될 수 있다.
발명의 명칭이 " 밸러스트 수의 소독 방법(PROCESS FOR DISINFECTION OF BALLAST WATER) "이고 2007년 8월 15일에 출원된 동시 계류중인 미국 특허 출원 제 60/956,057호, 및 발명의 명칭이 " 밸러스트 수를 처리하기 위한 방법 및 시스템(METHOD AND SYSTEM FOR TREATING BALLAST WATER) "이고 2008년 4월 10일에 출원된 미국 특허 출원 제 61/043,795호는 본 명세서에서 모든 목적에 대해 그대로 참조된다.
예
본 발명의 이러한 및 다른 실시예들의 기능 및 장점은 아래 예로부터 추가로 이해될 수 있으며, 아래 예는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 시스템 및 기술의 이익 및 장점을 설명하지만 본 발명의 완전한 범위를 설명하는 것은 아니다.
예 1
도 7은 20일 관찰 기간 동안 LNG 캐리어로부터 배출되는 냉각 수의 ORP의 그래프를 제시한다. 냉각 수는 지멘스 워터 테크놀로지스 코포레이션에 의해 제조된 CHLOROPAC(등록상표) 전해 발생기에 의해 발생된 염소로 처리되었다. 냉각 수로 인가되는 염소 투여량는 0.6 mg/L의 범위 내에 있도록 설정되었다. 매일 밤 염소 발생은 처리되지 않은 물의 ORP(ORP 기준)를 측정하기 위하여 2시간 동안 중단되었다.
관찰 기간 동안, LNG 캐리어는 각각 약 5일 지속하는 수 개의 항해를 한다. 도 7의 그래프는 ORP 값이 시간에 대해 어떻게 변화되는가를 보여준다. ORP 값은 선박이 공해에 있을 때 약 725 내지 750 mV 만큼 높게 도달하는 것으로 관찰되었다. 관찰된 ORP는 선박이 항구를 떠나거나 도착할 때 낮고 선박이 항구에 있을 때 약 400 내지 450 mV의 범위의 수준으로 떨어지는 것으로 관찰되었다. 선박의 위치에 따라 ORP 값에서의 이러한 차이는 상이한 환경에서 선박을 둘러싸는 물에서의 염소 요구량 및 오염 수준에서의 변화를 반영한다. 예를 들면, 낮은 ORP 값은 공해에 비해 더 오염될 수 있는, 선박이 항구의 물 안에 있는 동안 일정한 염소 첨가에 대해 관측되었다.
염소 발생기가 초기 아침 시간에 작동되지 않는 경우, 바다 또는 항구에서, 관찰된 ORP 값은 약 200 mV로 안정화되었으며, 이는 처리되지 않은 담수 또는 해수의 통상적인 ORP 전위이다.
상기 예는 0.6 mg/L의 낮은 염소 잔류 수준에서, 처리된 물의 ORP 값은 750 mV 만큼 높을 수 있다. 따라서 상대적으로 낮은 염소 잔류 수준을 포함하는 효과적인 소독 ORP 기재 접근이 달성될 수 있다.
예 1은 해수에서 연속 염소화의 결과를 제시한다. 물 처리 공정은 통상적으로 무기, 유기 및 생물학적 물질과의 반응에 의해 시간에 대해 염소 농도가 감소되면서, 배치 모드(batch mode)로서 공지되는 것으로 수행된다. 따라서, 처리된 물 ORP 전위의 제어는 처리된 물에서 염소 농도의 역학관계를 고려하여야 한다. 즉, ORP-기재 제어는 바람직하게는, 선박 구조물에 대한 부식 및 DBP의 형성의 가능성의 위험을 최소화하면서, 비활성 ANS에서 효과적이 되도록 살생물제에 대한 충분한 시간을 제공하도록 구성된다.
예 2
도 8은 풀(pool)의 물의 유리 염소 농도 및 pH와 ORP 수준 사이의 관계를 설명하는 챠트를 보여준다. 약 7.5 유닛의 pH에서, 약 700 mV의 ORP 전위가 약 0.2 mg/L의 유리 염소로 달성될 수 있다. 8.5의 pH의 동일한 전위는 3 ppm의 유리 염소를 요구한다. 따라서 도 8은 pH 보충 없이, 유리 염소 제어를 기초로 하는 처리 시스템은 수용가능한 과잉-염소 또는 염소 부족 상태를 초래한다는 것을 보여준다. 고정된 염소 출력-기재 처리 시스템은 통상적으로 최악의 시나리오, 즉 높은 pH를 충족하도록 설계되기 때문에, 과잉-염소의 밸러스트 수는 관련된 증가되는 부식 전위 및 DBP 형성의 증가 가능성을 초래할 수 있다.
예 3
2mg/L의 요소를 구비하고 구비하지 않은 염화나트륨(20g/L) 및 브롬화나트륨(60mg/L)의 수용액은 통상적인 근해의 해수를 모의실험하기 위하여 수도물을 이용하여 유에스 이피에이(US EPA) 및 유에스 코스트 가드(US Coast Guard)에 의한 드래프트 환경적 기술 확인 의정서에서 설명된 물 처리 시스템을 평가하기 위하여 이용된 기술과 유사한 방식으로 낮고 높은 질소 혼합물 농도로 준비하였다.
준비된 용액의 일 리터는 호박 유리 비이커에 배치되어 연속적으로 교반된다. 처리 용액의 ORP 및 잔류 유리 염소 농도를 모니터링하는 동안 염소는 비이커에 증가되는 투여량 수준으로 부가되었다.
도 9에 제시된 그래프는 2mg/L 요소가 부가되고 부가 되지 않는 두 개의 테스트에 대한 모의실험된 밸러스트 수 내의 유리 염소 잔류물 및 산화 환원 전위의 기능(dynamic)들을 나타낸다.
데이터는 요소가 모의실험된 밸러스트 수에 부가되지 않을 때, 700 mV의 ORP 전위는 약 1.6 mg/L의 염소 투여량 수준에 도달하였다. 약 2mg/L의 요소가 모의실험된 해수 내에 존재할 때, 5.2mg/L의 염소 투여량는 동일한 전위에 도달할 것이 요구되었다.
고정된 염소 출력 시스템은 통상적으로 최악의 시나리오에 대해 설계된다(높은 질소 화합물 수준으로). 따라서, 항구에서 또는 낮은 염소 요구량의 상태에서, 동일한 시스템은 과잉-염소 상태를 형성하여, 원하지 않는 부식 상태 및 DBP 형성 율을 초래한다.
예 4
1mg/L의 요소를 구비한 염화나트륨(20g/L) 및 브롬화나트륨(60mg/L)의 수용액은 통상적인 근해의 해수를 모의실험하기 위하여 수도물을 이용하여 준비되었다. 일 리터의 준비된 용액은 호박 유리 비이커에 배치되어 연속적으로 교반되었다. 용액의 ORP 및 TRC 및 잔류 유리 염소 수준을 모니터링하면서 염소는 비이커에 0.5 mg/L 부가되었다. 잔류의 결합 염소 농도는 TRC와 잔류 유리 염소 농도 사이의 차이를 기초로 하여 계산되었다. 유사한 테스트는 1.0 mg/L, 1.5 mg/L, 2.0 mg/L, 및 3 mg/L에서 염소 투여량 수준을 이용하여 수행되었다.
염소 투여 후 10분에서 이러한 테스트 모두에 대한 ORP 판독 및 총 잔류 염소, 유리 염소 및 결합 염소의 농도가 도 10에 제시된다. 데이터는 1 mg/L의 요소의 존재시, 약 700 mV의 ORP 수준은 투여 후 10분, 약 1.25 mg/L의 염소를 제공하도록 도달될 수 있다. 이러한 투여 수준에서, 유리 염소 농도는 강 부식을 증진하지 않는 상태 내에서 약 0.5 mg/L이다. 결합 염소 농도는 약 0.2 mg/L이 되는 것을 알았다. 그러나, 3mg/L의 투여량 수준에서, 유리 염소 농도는 약 1.5 mg/L이고, 여기에서 부식 상태가 존재할 수 있으며, 또한 약 1 ppm의 결합 염소 농도가 되는 것으로 관찰되었으며, 이는 1.25 mg/L의 투여량 수준에 대해 관찰된 결합 염소 수준에 비해 약 5 배의 수준이다. 상기 결과는 염소 투여량의 영향을 보여준다.
예 5
2008년 1월에 텍셀 아일랜드, 네델란드 근해 북해로부터 얻은 해수 샘플은 부유 고체물을 제거하기 위하여 모래 필터를 통하여 여과되었다. 바다 바닥 침전물의 샘플은 또한 수집되어 약 60℃에서 열적 살균되었다.
침전물이 없고, 약 100 mg/L의 침전물 및 약 200 mg/L의 침전물이 구비되는, 일 리터 샘플이 준비되었다. 각각의 샘플은 처리된 용액에서 약 700 mV ORP 값을 달성하도록 염소로 처리되었다. 침전물이 없는 샘플에서, 약 700 mv의 ORP 값이 약 0.96 mg/L의 염소를 투여함으로써 달성되었다. 100 mg/L의 침전물을 포함하는 샘플에서 약 700 mV의 ORP 값은 약 3.1 mg/L의 염소로 투여함으로써 달성된다. 200 mg/L의 침전물을 포함하는 샘플에서, 약 700 mV의 ORP 값은 약 4.2 mg/L의 염소로 투여함으로써 달성되었다.
유사한 테스트는 계절적 적조 동안 2008년 4월에 수집된 동일한 공급원으로부터 해소로 수행되었다. 해수는 50 미크론 나일론 메시 필터를 통하여 여과되었다. 침전물이 없는 샘플 내의 700 mV의 ORP 전위는 약 2.5 mg/L의 염소의 투여가 요구되었다.
이러한 예는 예시적인 700 mV의 ORP 값은 총 부유 고체물(TSS) 수준 및 염소 요구량에서의 계절적 변화와 같은 수 개의 요소에 의해 영향을 받을 수 있다.
예 6
2008년 1월 텍셀 아일랜드 근해 북해로부터 얻은 해수 샘플은 부유형 고체물을 제거하도록 모래 필터를 통하여 여과되었다. 일 리터 샘플은 10 mg/L, 5mg/L의 염소 투여량로, 그리고 처리 용액에서 약 750 mV의 ORP 값을 형성하기에 충분한 염소 투여량로 준비 및 처리된다.
처리 후 5일, ORP, 유리 염소, 결합 염소, 및 샘플의 DBP 수준이 측정되었다. 이 결과는 도 11a 내지 도 11c 및 표 1에 제시된다.
Figure pct00009
제시된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 해수 품질에 의해 요구된 바와 같이 염소에 대한 실제 요구량을 고려하지 않고 10 mg/L 또는 5 mg/L의 염소 투여량으로의 해수의 소독은 수 개의 원하지 않는 결과를 초래할 수 있다. 10 mg/L 및 5mg/L 염소로 처리된 샘플에서, ORP 값은 모든 테스트의 5일에 걸쳐 약 700 mV 위로 남아 있었다. 이는 높은 잔류 염소 수준이 테스트 기간에 걸쳐 샘플 내에 존재하여 남아 있다는 것을 반영한다. 대부분의 염소화 종이 높은 반응 유리 염소로서 존재하여 남아있기 때문에, 이는 위험하지 않는 경우, 상당한 잠재적 부식 문제점 뿐만 아니라 DBP의 형성이 발생하였으며, 이 같은 투여 계획이 바다 운행 선박의 밸러스트 탱크 내에 수행되어야 했다.
목표 ORP 값을 달성하도록 염소 투여를 이용하는 시스템은, 대조적으로, 이러한 문제점들에 대한 전위의 감소를 용이하게 한다. 최적 염소 투여량 수준을 선택하기 위한 ORP를 이용하는 것은 DBP에서 5 내지 9 배(fold) 감소 및 잔류 염소 수준에서 100 내지 1,000 배 감소를 용이하게 하였다. 원하는 염소 투여량 수준을 선택하기 위해 ORP를 이용하는 시스템에는, 디밸러스팅 작동 동안 탈 염소화가 거의 없거나 심지어 탈 염소화에 대한 요구가 전혀 없다.
예 7
4개의 해수의 50 리터 샘플이 2008년 텍셀 아일랜드 근해 북해에서 수집되었다.
두 개의 샘플은 50 미크론 필터를 이용하여 여과되었다; 이러한 샘플들 중 한는 제어 샘플(FC)로서 유지되었고 다른 샘플(F)은 약 700 mV의 ORP 수준을 달성하도록 염소로 처리되었다. 다른 두 개의 샘플들은 여과되지 않았다. 여과되지 않은 샘플들 중 하나는 제어 샘플(UFC)로서 이용되었고 다른 샘플(UF)은 약 700 mV의 ORP 수준을 달성하도록 처리되었다. 모든 4개의 샘플은 약 15℃ 내지 약 18℃의 원래의 온도를 유지하도록 온도 제어 환경 내에서 5일 동안 배치되었다. 5일 후 샘플들은 동물성 플랑크톤(크기가 50 미크론보다 큰 유기체) 및 식물성 플랑크톤(50 미크론 보다 작은 유기체)의 수준들에 대해 테스트되었다. 두 개의 제어 샘플들, FC 및 UFC에서 많은 식물성 플랑크톤이 관찰되었지만, 처리된 샘플들 F 및 UF에서 생존가능한 식물성 플랑크톤은 관찰되지 않았다. 동물성 플랑크톤에 대한 결과는 상이하며 표 2에서 제시된다.
Figure pct00010
이러한 결과는 해수 샘플이 리터 당 약 256개의 살아있는 동물성 플랑크톤이 포함되는 것을 보여준다. 50 미크론 필터의 이용은 염소로 처리되도록 물로부터 실질적으로 모든 동물성 플랑크톤을 제거하였다. 여과되지 않은 샘플(UF)로의 염소의 부가 직후, 다수의 생존가능한 동물성 플랑크톤이 리터 당 256개로부터 약 11개의 유기체로 감소되었다. 이는 동물성 플랑크톤을 개선하기 위해 염소의 융용한 산화력 및 염소의 전위을 설명한다. 그러나, 5일 후 조차, 여전히 UF 샘플 내에 3개의 생존가능한 유기체가 존재하였다. 이는 소정의 유기체가 높은 염소 수준-파괴되도록 덮개에 작동되는 노출 시간-높은 염소 투여량 수준 또는 긴 접촉 시간 또는 높은 염소 투여량 수준 및 긴 접촉 시간 둘다를 요구하는 것을 보여준다.
여과되고 약 700 mV의 ORP 값을 달성하도록 염소로 처리되는, F 샘플 내에 생존가능한 유기체가 관찰되지 않았다. 또한, 5일 후, F 샘플 내의 잔류 염소는 약 0.1 mg/L이었고, 상기 F 샘플 내의 잔류 염소는 약 절반이 유리 염소이고, 통상적으로 소정의 부식 또는 DBP 가 존재하지 않은 수준이 관련된다.
그러나, 5일 후 소정의 생존가능한 유기체는 여과된 제어 샘플(FC)에 나타나며, 대부분 테스트 전에 크기가 50 미크론 보다 작고 50 미크론 필터에 의해 제거되지 않는 소정의 동물성 플랑크톤 종의 성장에 기인하지만, 염소 처리에 의해 F 샘플에서 생물학적 활성의 결함에 의해 표시된 바와 같은 성장이 방지된다.
예 8
복합 해수(물 내의 20g/L NaCl 및 0.06g/L NaBr)의 두 개의 샘플이 준비되었다. 1 ppm의 요소가 하나의 샘플에 첨가되었고 1 ppm의 글리신이 나머지 샘플에 첨가되었다. 두 개의 샘플들은 염소가 상이한 수준으로 투여되었고 약 60 분의 기간에 걸쳐 모니터링되었다. 샘플들 각각의 유리 염소 농도 및 ORP 값은 백금 팁을 가진 ORP 센서 탐침을 이용하여 약 매 5 내지 10분에 측정되었다. 결과적인 데이터가 도 12a 및 도 12b에 도시되었다. 도 12c는 글리신 도핑(doped) 샘플 내에 시간에 대한 ORP 및 총, 유리 및 결합 염소 농도에서의 변화를 도시한다.
데이터는 요소가 투여된 샘플에서, 측정된 ORP 값은 유리 염소 농도와 대응한다는 것을 보여준다. 대조적으로, 글리신이 투여된 샘플에서 ORP/염소 관계가 변화한다. 이는 ORP 값이 상이한 환원제에 대한 염소 투여량과 상이한 방식으로 변화될 수 있다.
도 12a 및 도 12b에서의 데이터는 ORP-기재 처리 시스템을 이용하는 것은 산화 환경의 안정된 수준을 제공할 수 있으며 반면 염소 농도-기재 제어는 바람직하지 않게 낮은 수준의 산화 종을 초래할 수 있다.
도 12에서, 3mg/L의 염소로 처리한 후 글리신-도핑(1mg/L) 복합 해수의 수준을 모니터링하기 위해 금의 팁을 구비한 ORP 센서 탐침 뿐만 아니라 백금의 팁을 구비한 ORP 센서 탐침이 이용되었다. 도 12c에서의 데이터는 두 개의 ORP 및 유리 염소 수준들이 환원제를 포함하는 샘플 내로 염소의 초기 투여 후 시간에 대해 변화될 수 있다는 것을 보여주는데, 일정하지 않은 경우 밸러스트 수 내의 ORP 수준의 빈번한 모니터링의 바람직함을 보여준다. 도 12c의 데이터는 또한 데이터가 금의 팁을 구비한 센서 탐침으로부터의 판독이 시간에 걸친 유리 염소의 증가하는 수준을 계속적으로 추적하는 반면 백금의 팁을 구비한 센서 탐침으로부터의 판독이 약 60 분 또는 그 초과의 시간에서 샘플 내에 존재하는 낮은 수준의 유리 염소에서 안정 수준에 도달하기 시작하는 것을 보여주기 때문에 종래의 백금의 팁을 구비한 센서 탐침에 대한 금의 팁을 구비한 ORP 센서 탐침을 이용하는 장점을 설명한다.
따라서 ORP 제어는 살생물제의 효과적인 최소 농도를 유지하기 위해 성공적으로 이용될 수 있어, DBP의 형성 및 부식에 대한 전위를 감소시키는 동안 밸러스트 수의 완저한 소독을 보장한다.
염소 처리는 비용 효율적인 밸러스트 수 처리(BWT)를 제공할 수 있다. 그러나, 염소 처리는 부식 문제를 일으키고 디 밸러스팅 작동 동안 환경적 충격 또는 손상을 방지 또는 감소하기 위해 염소 처리 시스템을 요구한다. 염소처리-기재 밸러스트 수 처리에 관한 연구는 통상적으로 염소 요구가 염소 농도의 효율성을 가진다는 효과를 강조한다. 따라서, 결과는 통상적으로 염소 투여량 및 염소 잔류 또는 총 잔류 염소(TRC)의 의미에서 존재된다.
지금까지 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하였지만, 상술된 것은 단지 예시적이고 제한적이지 않고 단지 예에 의해 존재한다는 것이 본 발명의 기술분야의 기술자에게 명백하여야 한다. 다양한 변형 예 및 다른 실시예들은 본 발명의 기술분야의 기술 중 하나의 범위 내에 있으며 본 발명의 범위 내에 해당하는 것으로 고려된다. 특히, 비록 본원에 존재하는 다수의 예들이 방법 단계(method act) 또는 시스템 구성 요소의 특정 조합을 포함하지만, 상기 단계 및 상기 구성 요소는 동일한 목적을 달성하기 위해 다른 방식으로 조합될 수 있다.
본 기술분야의 기술자들은 본 명세서에서 설명된 매개변수 및 구성이 예시적이고 실제 매개변수 및/또는 구성이 본 발명의 시스템 및 기술이 이용되는 특정 분야에 종속된다는 것을 이해하여야 한다. 본 기술분야의 기술자들은 또한 본 발명의 특정 실시예들에 균등한 단지 정규 실험을 이용하여, 인정되거나 확인할 수 있어야 한다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 실시예들이 단지 예로서 제시되고 첨부된 청구범위 및 이에 균등한 범위 내에서 본 발명은 특별히 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
더욱이, 본 발명은 각각의 피쳐(feature), 시스템, 서브시스템, 또는 본 명세서에서 설명된 기술에 관한 것이고 두 개 또는 세 개 이상의 피쳐, 시스템, 서브시스템, 및/또는 방법들의 소정의 조합은, 이 같은 피쳐, 시스템, 서브시스템, 및 기술이 상호 불일치하지 않는 경우, 청구범위에서 실시된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있다는 것으로 고려되어야 한다는 것을 인정하여야 한다. 또한, 단지 하나의 실시예와 관련하여 설명된 단계, 구성요소, 및 피쳐는 다른 실시예에서 유사한 역할로부터 배제되는 것으로 의도되지 않아야 한다.
본 명세서에서 이용된, 용어 "다수의(plurality)"는 두 개 또는 세 개 이상의 아이템 또는 부품을 지칭한다. 용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "지지하는(carrying)", 가지는(having)", "포함하는(containing)", 및 "포함하는(involving)"은 상세한 설명 또는 청구범위 등에 기재되었든지 간에 개방종말형 용어(open-ended terms)이다, 즉 "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미한다. 따라서, 이 같은 용어의 이용은 그 후에 리스트된 아이템, 및 이들의 등가물 뿐만 아니라 부가 아이템을 포함하는 것을 의미한다. 단지 과도적 구 "이루어지는(consisting of)" 및 " 필수적으로 이루어지는(consisting essentially of)"는 청구범위에 대해 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 과도적인 구이다. 청구범위에서 청구항의 요소를 변형하기 위한 "제 1(first) ", "제 2(second)", "제 3(third)" 등과 같은 서수 용어의 이용은 소정의 우선권, 선행권, 또는 나머지에 대한 하나의 청구 요소 또는 방법의 단계가 수행되는 시간적 순서를 자체적으로 암시하지 않지만, 단지 청구항의 요소를 구별하기 위해 동일한 이름(그러나, 서수적 용어의 이용을 위해)을 가지는 또 다른 요소로부터 소정의 이름을 가지는 하나의 청구항의 요소를 구별하기 위한 표시로서 이용된다.

Claims (33)

  1. 해수의 공급원(source)으로 연결되는 밸러스트 탱크를 가지는 밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법으로서,
    전해조의 유입구를 상기 해수의 공급원으로 연결하는 단계;
    전해조의 유출구를 탈가스 탱크의 유입구로 연결하는 단계; 및
    제어기를 상기 전해조로 그리고 상기 탈가스 탱크의 유출구의 하류에 배치되는 산화 환원 전위 센서로 연결하는 단계로서, 상기 제어기는 상기 밸러스트 탱크 내로 도입되는 상기 해수 내에 약 200 mV 내지 약 900 mV의 범위 내의 목표 산화 환원 전위 값을 달성하도록 상기 전해조의 작동 매개변수를 조절하도록 구성되는, 제어기를 상기 전해조 또는 산화 환원 전위 센서로 연결하는 단계를 포함하는,
    밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 산화 환원 전위 값은 약 500 mV 내지 약 750 mV의 범위 내에 있는,
    밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탈가스 탱크 유출구를 상기 밸러스트 탱크의 유입구로 연결하는 단계를 더 포함하는,
    밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탈가스 탱크 유출구를 상기 해수의 공급원으로 연결하는 단계를 더 포함하는,
    밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 환원 전위 센서는 상기 해수의 공급원과 상기 밸러스트 탱크 사이에 연결되는 필터의 상류에 배치되는,
    밸러스트 수 시스템을 변형하는 방법.
  6. 선박용 수 처리 시스템으로서,
    해수의 공급원;
    밸러스트 수의 산화 환원 전위(ORP)를 표시하는 측정 신호를 측정 및 전달하도록 배치되는 센서;
    살생물제를 상기 해수 내로 도입하도록 배치되는 살생물제 공급원; 및
    상기 센서로부터 상기 측정 신호를 수신하도록 배치되고, 상기 해수 내로 상기 살생물제의 도입 속도를 조절하도록 상기 살생물제 공급원으로, 상기 측정 신호 및 약 200 mV 내지 약 900 mV의 범위 내의 목표 ORP 값을 적어도 부분적으로 기초로 하는, 출력 신호를 발생 및 전달하도록 구성되는 제어기를 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 살생물제 공급원은 할로겐-기재 살생물제를 발생하도록 구성되는 전해조를 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전해조는 상기 해수의 공급원에 유체적으로 연결되고, 차아염소산염 화합물(hypochlorite compound)을 발생하도록 구성되는 유입구를 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전해조의 제 1 유출구는 상기 밸러스트 수의 공급원의 유출구의 하류 및 상기 전해조의 유입구의 상류에 유체적으로 연결되는,
    선박용 수 처리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전해조의 제 2 유출구는 상기 전해조의 유입구의 하류 및 상기 밸러스트 탱크의 유입구의 상류에 유체적으로 연결되는,
    선박용 수 처리 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 전해조는 상기 밸러스트 수의 공급원으로 유체적으로 연결되고, 차아염소산염 화합물 및 산화 종(oxynated species)을 발생하도록 구성되는 유입구를 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 약 1,000 Amp/m2 이상의 상기 전해조를 통한 작동 전류 밀도를 조절하는 출력 신호를 제공하도록 구성되는,
    선박용 수 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 목표 ORP 값이 약 500 mV 내지 약 750 mV의 범위인,
    선박용 수 처리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전해조의 하류에 유체적으로 연결되는 탈가스 탱크를 더 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 해수의 공급원은 선박용 냉각 수 시스템으로 유체적으로 연결되는 해수 상자(sea chest)를 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 선박용 냉각 수 시스템 내로 도입되는 물 내의 목표 생물부착 제어 값을 달성하도록 상기 해수 상자 내로 상기 살생물제의 도입 속도(rate)를 조절하도록 구성되는,
    선박용 수 처리 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 목표 ORP 값은 조절된 소독 필요 조건을 기초로 하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  18. 밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법으로서,
    상기 물 내로 살생물제를 도입하는 단계; 및
    상기 물 내에서 약 200 mV 내지 약 900 mV의 범위의 목표 물 산화 환원 전위 값을 달성하도록 상기 살생물제의 도입 속도를 조절하는 단계를 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 살생물제를 도입하는 단계는 하나 이상의 할로겐화 종을 포함하는 살생물제 스트림을 발생하는 단계를 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 살생물제의 도입 속도를 조절하는 단계는 약 500 mV 내지 약 750 mV의 범위의 목표 물 산화 환원 전위 값을 달성하도록 살생물제 발생기의 작동 매개변수를 조절하는 단계를 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 물의 공급원 내로 상기 살생물제 스트림의 일 부분을 도입하는 단계를 더 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 살생물제의 원하는 생물부착-제어 농도를 달성하도록 상기 물의 공급원 내로 상기 살생물제의 부가 속도를 조절하는 단계를 더 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 물의 공급원은 선박용 냉각 시스템으로 유체적으로 연결되는 해수 상자를 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    살생물제 스트림을 발생하도록 전해조 내의 상기 물의 공급원으로부터 상기 물의 일 부분을 전해하는 단계를 더 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 공급원으로부터 상기 물의 일 부분을 전해하는 단계는 차아염소산염을 포함하는 살생물제 스트림을 발생하는 단계를 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 공급원으로부터 상기 물의 일 부분을 전해하는 단계는 차아염소산염 및 산화 종을 포함하는 살생물제 스트림을 발생시키는 단계를 포함하는,
    밸러스트 탱크 내로 도입되는 물을 처리하는 방법.
  27. 수역 내의 선박 상의 선박용 수 처리 시스템으로서,
    하나 이상의 염소 종을 포함하는 물의 공급원;
    상기 공급원 및 상기 수역 중 하나 이상으로 유체적으로 연결되는 필터;
    상기 필터로부터 하류에 유체적으로 연결되는 밸러스트 탱크;
    상기 해수의 산화 환원 전위를 나타내는 측정 신호를 측정 및 전달하기 위해 배치되는 센서;
    상기 밸러스트 탱크 내로 살생물제를 도입하기 위해 배치되는 살생물제 공급원; 및
    상기 센서로부터 측정 신호를 수신하도록 배치되고, 상기 밸러스트 탱크 및 상기 필터로 도입되는 물 중 하나 이상으로 상기 살생물제의 도입 속도를 조절하도록 상기 살생물제 공급원으로, 상기 측정 신호 및 약 200 mV 내지 약 1,000 mV의 범위 내의 목표 산화 환원 전위 값을 적어도 부분적으로 기초로 하는, 출력 신호를 발생 및 전달하도록 구성되는, 제어기를 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 목표 산화 환원 전위 값은 650 ppm 내지 750 ppm의 범위인,
    선박용 수 처리 시스템.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 센서는 금의 팁을 가지는 전극을 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 밸러스트 탱크 내에 있는 물의 유리 염소 농도 및 산화 환원 전위 중 하나 이상을 측정하기 위해 배치되는 제 2 센서를 더 포함하는,
    선박용 수 처리 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 상기 밸러스트 탱크로부터 배출되는 물의 유리 염소 농도, 총 염소 농도, 및 산화 환원 전위 값 중 하나 이상을 표시하는 제 2 측정 신호를 측정 및 전달하도록 배치되는,
    선박용 수 처리 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 2 측정 신호를 수신하고, 상기 제 2 측정 신호 및 목표 유리 염소 농도, 목표 총 염소 농도, 및 제 2 목표 산화 환원 전위 값 중 하나 이상을 적어도 부분적으로 기초로 하는 제 2 출력 신호를 발생시키도록 추가로 구성되는,
    선박용 수 처리 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 2 목표 산화 환원 전위 값이 200 mV 내지 500 mV의 범위인,
    선박용 수 처리 시스템.
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