KR20100105646A - 발라스트 수 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
발라스트 수에 대해 IMO 표준을 달성하기 위해 발라스트 수를 처리하는 장치 및 방법은, 발라스트 수를 수용 및 배출하기 위해 구리 니켈로 제조된 반응기와, 발라스트 수와 함께 반응기에 진입하는 유기체 및 미생물에 대한 살생물 및 살박테리아 작용을 위한 프리 라디컬을 생성하기 위해, 구리 니켈의 존재 하에서 발라스트 수를 조사하는 UV 소스를 포함한다.
Description
본 발명은, 2004년도의 선박의 발라스트 수 및 퇴적물의 조절 및 관리에 대한 국제 협약(International Convention for the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments, 2004)에서 제정되고, 상선에 대한 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에 의해 수행되는 표준을 달성하기 위해 여과를 통해 또한 살생물(biocidal) 및 살박테리아(bactericidal) 작용의 적용에 의해 고형 입자 및 유기체를 제거하는 발라스트 수 처리에 관한 것이다.
이 협약은 환경, 인체 건강, 재산 및 자원에 해를 가하는 유해한 수중 유기체 및 병원체의 배출을 통제하기 위해 선박으로부터의 발라스트 수 및 퇴적물의 배출에 대한 표준 및 규정을 제정하였다. 이 협약은, 생물학적 다양성 및 연안 생태계에 대한 보존 및 유지 가능한 사용, 외래종에 의해 이들 생태계에 가해지는 위협, 및 생태 환경과 종에 관한 1992년도의 생물학적 다양성에 대한 협약의 목적에 특히 주목하고 있다.
D-2 발라스트 수 성능 표준에 대한 규정을 포함한 발라스트 수 처리를 위한 협약 표준은 다음과 같다:
1. 이러한 규정에 따라 발라스트 수 관리를 시행하는 선박은, 최소 크기가 50 ㎛ 이상인 살아 있는 유기체는 ㎥ 당 10 미만으로 배출하고, 또한 최소 크기가 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 미만인 살아 있는 유기체는 ㎖ 당 10 미만으로 배출하여야 하며, 지표 미생물의 배출은 아래의 단락 2에 설명된 특정 농도를 초과할 수 없다.
2. 인체 건강 표준으로서의 지표 미생물은 이하를 포함하여야 한다:
(1) 1 cfu/100㎖ 미만 또는 1 cfu/1g(습윤 중량) 부유동물(zooplankton) 샘플의, 독소를 생성하는 비브리오 콜레라(O1 및 O139)
(2) 250 cfu/100㎖ 미만의 에셰리키아 콜리(Escherichia coli)
(3) 100 cfu/100㎖ 미만의 장내 엔테로콕시(Intestinal Enterococci)
최소 크기가 50 ㎛ 이상인 Reg. D-2(1)의 살아 있는 유기체가, 40 마이크론 여과 스크린이 구비된 상업적으로 이용 가능한 여과 장치를 통해 발라스트 수로부터 제거되어 ㎥당 10개 미만의 레벨로 된다.
상업적으로 이용 가능한 40 마이크론필터 장치로부터 배출된 발라스트 수는, (i) 최소 크기가 50 ㎛ 미만 10 ㎛ 이상인 유기체를 ㎖ 당 10개 미만의 살아 있는 유기체의 레벨로 제거하고, (ii) 지표 미생물을 상기한 Reg. D-2(2)에서 언급한 레벨로 제거하기 위한 추가의 처리를 필요로 한다.
물을 정화하는 기술에서, 유기체 및 미생물에 대해 살생물 및 살박테리아 작용을 갖는 것으로서 자외선광이 널리 알려져 있으며, 유기체에 대해 요구된 작용을 달성하기 위해 오존, 광촉매, 및 기타 물질과 함께 사용되는 경우가 있다.
Titus에게 허여된 미국 특허 번호 5,322,569는 자외 방사선에 의해 수중 물체의 생물부착(biofouling)을 방지한다. 해양 생물부착은 자외선광을 이용하여 수중 물체의 특정 표면을 조사하여 유기체가 이들 표면에 부착하는 것을 방지하거나, 제거 전에 유기체를 실신시키거나, 또는 특정 표면에서 혹은 정해진 체적에 걸쳐 유기체를 박멸함으로써 방지된다. Titus는 250±10 nm의 파장을 갖고 적어도 2 피트의 거리에서 20 .mu.watt/cm.sup.2의 최소 방사선 강도를 제공하는 자외선광을 채용한다. 수은 램프, 수은/제논 램프, 및 제논 램프와 같은 종래의 자외선광 소스는 만족스러운 자외선 파워 출력을 제공하는 것으로 판명되었다.
Soremark에게 허여된 미국 특허 번호 6,358,478는 유체의 처리에 관한 것이며, 오존의 산화 작용을 위해 오존을 생성한다. 180 nm의 주파수에서의 UV 방사선은 이 방사선에의 노출에 의해 깨어져 프리 라디컬(free radical)을 발생하는 오존을 생성하는 것으로 알려져 있다. 오존, 산소, 하이드로퍼옥사이드 및 UV 방사선의 조합은 프리 라디컬의 신속하고 효율적인 생성을 제공한다. 미세 유기체는 오존과 라디컬의 도움으로 산화 반응만큼 비활동 상태로 된다. 유기체의 피막은 먼저 라디컬에 의해 공격되고, 그 후 라디컬이 세포/바이러스/포자(spore) 내부의 핵물질을 파괴한다.
Carmignani에게 허여된 미국 특허 번호 6,092,653는 이산화 티타늄을 주성분으로 하는 반도체 광촉매 및 자외 방사선을 이용한 유체의 정화 및 소독에 관한 것이며, 이 장치에서 정화될 유체는 표면적을 실시 가능한 정도로 크게 하여 UV 광을 확산 작동시켜서 반도체 표면과의 친밀 접촉(intimate contact)을 갖는다.
Morazzi에게 허여된 미국 특허 번호 7,081,636은 물의 정화 및 다양한 항목의 위생처리(sanitisation)에 사용하기 위한 소독 시스템에서 자외 방사선을 이용하는 것을 개시하고 있다. UV 방사선 및 공기 중의 산소와 UV 방사선에 의해 발생된 오존은 박테리아 및 병원균(germ)을 죽이도록 작용한다. 광화학적 반응 및 분자 해리(molecular dissociation)의 촉진을 수반하는 용법을 포함한 다양한 기타 용법을 위해 자외 방사선을 이용하는 것 또한 알려져 있다. 이러한 시스템의 한 가지 문제점은, UV 소스에 충분한 여기 에너지를 효과적으로 제공하는 것이 곤란하고, 또한 처리될 물질 또는 개체에 에너지를 효과적으로 전달하기가 곤란하다는 점이다. 따라서, 높은 에너지의 높은 처리량의 산업 용도를 위해 시스템을 구성하는 것이 곤란하다. 따라서, Morazzi는, 자외선 전구를 포함한 자외선 광원, 자외선 전구를 여기시키기 위한 펄스 마이크로파 에너지 소스, 및 펄스 마이크로파 에너지 소스로부터 발생하는 펄스 마이크로파 에너지를 자외선 전구에 유도하기 위한 광학적으로 투명한 도파관을 제공한다. 도파관은 자외선 전구를 전체적으로 둘러싼다. 일특징에서, 자외선 광원의 주파장(dominant wavelength)은 240 내지 310 nm이며, 특히 254 nm이다. 이러한 파장은 소독, 정화 또는 위생처리 응용기기에 특히 유용한 것으로 판명되었다.
그러므로, 유기체를 죽이기 위해 UV 조사가 알려져 있지만, 그럼에도 불구하고 유체에서의 원하는 정화 효과를 달성하기 위해서는 특정 시스템에서 UV 방사선을 이용하는 것이 필요하다.
본 발명의 출원인은 선박 발라스트 수의 처리에서 유기체 및 미생물을 감소시키기는 것과 관련하여 자외 방사선을 이용하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은, 발라스트 수의 처리가 규정 D-2의 표준을 달성하도록 더 큰 유기체의 여과 후에 발라스트 수에 잔류하는 유기체 및 미생물에 대해 자외선광을 이용하여 살생물 및 살박테리아 작용을 적용하는 발라스트 수 처리를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 발라스트 수를 수용하고 발라스트 수에 포함된 생물상(biota) 및 박테리아에 방사선을 적용하기 위한 밀폐형 반응기를 제공한다. 반응기를 통해 연장하는 중간 압력 UV 소스가 반응기에서 1초 미만의 휴지 시간(dwell time)으로 발라스트 수 흐름을 조사(照射)한다. 단일 반응기를 통과하는 발라스트 수 흐름은 약 165 ㎥/hour이며, 병렬로 배치된 복수의 반응기는 상선 또는 다른 해양 또는 연안 선박의 전체 발라스트 수 용량에 대해 충분한 총유량을 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 반응기는 단부 캡으로 양쪽 단부가 밀폐된 반응 챔버를 형성하는 전반적으로 원통형의 쉘을 포함한다. 자외선 램프를 둘러싸고 있고 단부 캡이 있는 반대측 양단에서 지지되는 석영 튜브가, 쉘 챔버 내에 UV 방사선을 방출하기 위한 반응기 쉘의 중심축을 따라 연장한다. 반응기는 발라스트 수 유입구 및 배출구 파이프가 끼워 맞춤되며, 이들 파이프는 쉘의 반대측 양단에서, 바람직하게는 쉘의 반대쪽 측면에서 발라스트 수의 법선 방향의 진입 및 배출을 제공한다. 본 발명의 중요한 특징에서, 출원인은 구리 니켈 합금의 반응기 쉘을 제조함에 의해 기대 이상의 지속적이고 반복 가능한 살생물 및 살박테리아 작용이 달성된다는 것을 발견하였다.
본 출원인은, 구리 니켈 반응기 쉘이 자외선 소스와 함께 처리되고 있는 발라스트 수에서 프리 라디컬을 생성하여 유기체 및 미생물에 대한 현저한 살생물 및 살박테리아 작용을 갖는 것으로 판단한다. 스테인레스 스틸 쉘을 이용한 동일한 반응기 검사는, 반복하여 검사하여도, 구리 니켈 쉘로 달성되는 효과를 달성하지 못하였고, 또한 규정 D-2의 표준을 충족하지 못하였다.
본 발명의 목적은 D-2 규정에 의해 정해진 IMO 협약 표준을 달성하는 발라스트 수 처리를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 구리 니켈로 제조된 반응기 쉘에서 자외선광을 이용하여 발라스트 수에 대한 살생물 및 살박테리아 작용을 가하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 반응기 하나당 165 ㎥/hour의 용량을 갖는 선박 발라스트 수 처리를 위한 반응기를 제공하고, 또한 어떠한 해양 선박의 전체 발라스트 수 용량을 처리하기 위해 복수의 반응기를 설치하는 것이다.
본 발명의 기타 목적, 장점 및 바람직한 특징은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에 대한 이해 또는 본 발명의 실질적인 채용에 의해 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 반응기 장치의 개략 측면도이다.
도 2는 처리되는 발라스트 수의 전체 용량을 수용하기 위해 복수의 반응기를 병렬로 이용하기 위한 다기관의 일부로서의 도 1의 반응기 장치의 개략도이다.
도 2는 처리되는 발라스트 수의 전체 용량을 수용하기 위해 복수의 반응기를 병렬로 이용하기 위한 다기관의 일부로서의 도 1의 반응기 장치의 개략도이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 상세한 설명을 통해 당업자로 하여금 본 발명을 실시하는 방법을 용이하게 이해할 수 있도록 하기 위해 선택된 것이며, 이들 실시예는 첨부 도면에 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 발라스트 수를 수용하여 처리하기 위한 반응 챔버(12d)를 형성하기 위해 단부 캡(12b, 12c)이 끼워진 바람직한 원통형 쉘(12a) 형태의 반응기(12)를 포함한다. 입구 및 출구 연결 파이프(14a, 14b)가 반응기의 내로 및 반응기 외부로의 법선 발라스트 수 흐름을 위해 반대측 단부에서, 바람직하게는 쉘의 반대측 측면에서 반응기 몸체에 90°로 끼워진다. 반응기의 작동 압력은 10 내지 15 bar이며, 반응기를 통한 압력 강하는 60 mbar 미만이다. 반응기를 통해 흐르는 발라스트 수의 선상 압력(shipboard pressure)은 약 2bar이다. 반응기는 수평 설치로 설계되며, 150 mm 내지 300 mm의 직경과, 단부 캡에 의해 지지되는 체결부를 포함하여 약 1700 mm(1.7 미터)의 길이를 갖는다.
중간 압력 자외선 램프(16)가 석영 튜브(18)에 끼워지고, 단부 체결부(20a)로부터 단부 체결부(20b)까지 반응기의 중심축을 따라 연장하여, 반응기에 의해 처리된 발라스트 수에 포함된 유기체 및 미생물에 대한 살생물 및 살박테리아 작용을 위한 자외 방사선을 방출한다. 이 램프는 정격이 35 kW이고, 22％의 효율로 254 nm에서 UV 방사선을 방출한다. 즉, 100 kW 전력 입력당 22 kW의 UV 방사선을 발생한다. UV 램프를 위한 정상적인 전력 입력은 35 kW이다.
석영 튜브(18)는 광학적으로 투명하고, 단부 체결부로부터 단부 체결부까지 반응기의 중심축을 따라 연장하며, 15 bar의 테스트 압력을 받으며, 선박의 앞뒤 흔들림 및 진동을 견뎌낸다. UV 램프는 오존, 다른 산화제 또는 화학물을 발생하지 않는다.
발라스트 수 처리 장비의 인증 검사를 위한 IMO에 의해 지정된 테스트 수(test water)는 통상적으로 T1(즉, 1 cm)에서 40％의 UV 투과율, 또는 0.4 Abs/cm의 흡수율을 갖는다. 이러한 매우 낮은 품질의 테스트 수를 이용한 IMO 인증 검사를 받은 본 발명의 발라스트 수 처리 장치는 요구된 살생물 및 살박테리아 작용을 갖는다.
반응기 마다에 대해 요구된 전력 입력은 400v, 3ph, 80A에서의 38kW이며, 단부 캡 플랜지에 탑재된 접속 배선함(21a, 21b)을 경유하여 램프 케이블(19)을 통해 전력 패널 및 제어 패널(도시하지 않음)로부터 UV 램프에 공급된다. 전력 패널은 유입구 전력을 UV 램프에 요구되는 전력으로 변환하며, 최대의 UVC 출력을 제공하기 위해 램프의 발란스드 버닝(balanced burning of the lamp)을 유지한다. 전력 입력 전압은 각각의 선박 서비스 전기 시스템에 의해 결정되어 통상적으로 400 V이며, 본 발명은 380 V 내지 440 V의 전압 정격치를 갖는 선박 서비스 전기 시스템과 이용될 수도 있다.
본 발명의 중요한 특징에서, 본 출원인은 구리 니켈 합금, 특히 구리 니켈 90/10 합금의 반응기 쉘(12)을 제조하면 기대 이상의 지속적이고 반복적인 살생물 및 살박테리아 작용이 달성된다는 것으로 판정하였다. 스테인레스 스틸로 제조된 200 mm 직경의 반응기 쉘에서 소정의 UV 램프를 이용하여 수행된 성능 검사는 Reg D-2에 의한 표준 설정치를 충족하지 못하였다. 90/10 구리 니켈로 제조된 300 mm 직경의 반응기 쉘에서 소정의 UV 램프를 이용하여 수행된 성능 검사는 200 mm 스테인레스 스틸 쉘로 얻어지는 것보다 우월한 살생물 및 살박테리아 작용을 제공하였다. 150 mm 직경의 90/10 구리 니켈 쉘에 대해 동일 램프를 이용하여 수행된 성능 검사는, 유기체 및 미생물 양자에 관해 Reg D-2 표준을 충족하는 검사 결과를 나타내었다.
전술한 바와 같이, UV 소스는 오존을 발생하지 않는다. 그러므로, 본 출원인은, 구리 니켈 반응기 쉘이 구리 니켈 반응기 쉘이 자외선 소스와 협동하여 촉매로서 작용하여, 유기체 및 미생물에 대해 현저한 살생물 및 살박테리아 작용을 갖도록 하기 위해 처리되는 발라스트 수에서 프리 라디컬(및/또는 구리 이온)을 생성하는 것으로 생각한다. 구리의 유독성의 상당한 부분은 산화 상태로 변화할 때에 하나의 전자를 받아들이고 주는 구리의 능력으로부터 발생하는 것으로 알려져 있다. 이 능력은 하이드록시 라디컬(hydroxyl radical)과 같은 반응성이 매우 큰 라디컬 이온의 생성에 촉매 작용을 한다. 스위스의 K W Nageli는 1893년에 저농도에서도 금속 이온이 살아 있는 세포(living cell), 조류(algae), 사상균(mold), 포자(spore), 곰팡이(fungi), 바이러스, 및 미생물에 대해 독성 작용을 가하는 것을 발견하였다. 이러한 반생물학적 영향은 수은, 은, 구리, 철, 납, 아연, 비스무스, 금, 알루미늄 및 기타 금속의 이온에 의해 나타나게 된다. 본 출원인은 하이드록시 라디컬이 구리 니켈의 존재 시에 UV 방사선에 의해 생성되고, 매우 짧게 유지되며, 발라스트 수에 존재하는 유기체 및 미생물에 매우 유해한 것으로 생각한다.
IMO 사양에 따른 테스트를 254 nm에서 방사선을 방출하는 UV 램프가 장착된 구리 니켈 쉘로 제작된 본 발명에 따른 반응기에 대해 실시하였다. 테스트 유입수의 염도는 적당한 수준이었고, 하기 수치를 나타낸 표 1의 모든 > 50 ㎛인 수확한 유기체(harvested organism) 및 배양된 종(cultured species)으로 구성된 군, 10-50 ㎛ 유기체군 및 이종 박테리아가 존재하였다.
| 유기체 그룹 |
유입수 |
5일 저장 후 처리수 |
5일 저장 후 대조군 |
| 크기가 최소 50 ㎛ |
바람직하게는 106 m-3, 105 m-3. 3종의 다른 문으로부터 유래된 최소 5종 | <10 살아있는 유기체/㎥ |
> 10x <10 살아있는 유기체/㎥ |
| 크기가 최소 10-50 ㎛ |
104 ml-1, 103 ml-1 3종의 다른 문으로부터 유래된 최소 5종 |
<10 살아있는 유기체/㎥ |
> 10x <10 살아있는 유기체/㎥ |
| 이종 박테리아 |
104 m-1 |
- |
- |
| 비브리오 종/ 비브리오 콜레라(O1-O159)* | - | <1 cfu/100ml | 10x <1 cfu/100ml |
| 에셰리키아 콜리 | - | <250 cfu/100ml | 10x <250 cfu/100ml |
| 장내 엔테로콕시 | - | <100 cfu/100ml | 10x <100 cfu/100ml |
IMO 사양에 적합한 유입수에서, 크기가 최소 >50 ㎛인 살아있는 유기체의 수는 105 내지 106개이지만, 여과 등의 밸러스트 수 처리를 수행한 후에는 ㎥ 당 살아있는 유기체의 수는 <10으로 감소되며, 5일간의 저장 후에도 감소된 수준으로 유지된다. 전술한 바와 같이, 이러한 유기체들은 40 ㎛의 필터 스크린 장치 수단에 의한 대규모 조치로 제거된다. 40 ㎛ 필터 스크린을 통과함에도 불구하고 이들 군 크기에 해당되는 유기체는, 나타낸 바와 같이, ㎥ 당 살아있는 유기체의 수는 <10으로 줄어든다.
IMO 사양에 맞는 유입수에서, 크기가 최소 10-50 ㎛인 살아있는 유기체의 수는 1 ㎕ 당 103 내지 104개이지만, 밸러스트 수 처리를 수행한 후에는 ㎥ 당 살아있는 유기체의 수는 <10으로 감소되며, 5일간의 저장 후에도 감소된 수준으로 유지된다.
IMO 사양에서 이종 박테리아는 104/㎕이지만, < 1 cfu/100ml로 감소되며, 5일간의 저장 후에도 감소된 수준으로 유지된다.
표 2는 밸러스트 수 처리를 위한 본 발명에 따른 반응기에 도입된 테스트 유입수에서 정해진 테스트 유기체 그룹에 속하는 유기체들의 초기량을 나타낸다.
| 테스트 유기체 |
방법 |
유입 |
요건 |
| 유기체 ≥ 50 ㎛ |
현미경 카운트 | 4.2±0.7 x 104㎥ | 105m-3 |
| 문 | 5 | 3종 | |
| 종 | 6 | 5종 | |
| 유기체 10 - 50 ㎛ |
희석법 95% 신뢰구간 |
5000 | 1000 ml-1 |
| 2000-20000 | |||
| 현미경 카운트 | 1781 ±196 | ||
| 플레이트 카운트 | 1066 | ||
| 문 | 3 | 3종 | |
| 종 | 8 | 5종 | |
| 이종 박테리아 | 박테리아 카운트 | 6.6 ±2.1 x 105 ml-1 | 104 ml-1 |
| 콜리형 박테리아 | 박테리아 카운트 | >8 ± -x 102/100 ml | - |
| 비브리오 종 | 박테리아 카운트 | 1.6 ±1.2 x 102/100 ml | - |
| 비브리오 콜레라 | 박테리아 카운트, 소거법 | - | - |
| 엔테로코커스 군 | 박테리아 카운트 | >8 ± -x 103/100 ml | - |
표 3은 최소 크기가 ≥ 50 ㎛인 살아있는 유기체의 경우, 처리한 테스트 물과 대조군 물의, 처리 직후 및 5일간의 저장 후에, Reg D-2의 요건을 충족시킴을 나타낸다.
| 처리된 물 | 대조군 물 | |||
| 0일 | 5일 | 0일 | 5일 | |
| 최소 크기가 ≥ 50 ㎛인 유기체(개체수/㎥) | ||||
| 요건 | - | < 10 | - | >100 |
| 테스트 1 | 0±0 | 8.4 ±0.8 x 104 |
7.4 ±2.8 x 104 |
|
| 테스트 1 전 | 0 | |||
| 테스트 1 후 | 1±1 | |||
표 4는, 최소 크기가 ≥ 10- 50 ㎛인 살아있는 유기체의 경우, 처리한 테스트 물과 대조군 물의, 처리 직후 및 5일간의 저장 후에, Reg D-2의 요건을 충족시킴을 나타낸다.
| 처리된 물 | 대조군 물 | |||
| 0일 | 5일 | 0일 | 5일 | |
| 최소 크기가 ≥10 - 50 ㎛인 유기체(개체수/ml) | ||||
| 요건 | - | <10 | - | >100 |
| 희석 방법 94% 신뢰 구간 |
||||
| 테스트 1 | 160 | <0.2 | 3000 | 5000 |
| 60-530 | <0.1-1.0 | |||
| 테스트 2 | 50 | 0.4 | 1000-13000 | 2000-20000 |
| 20-200 | 0.1-1.7 | |||
표 5는, 처리 직후 및 테스트 사이클 1 및 2에서 5일간의 저장 후, 유입수, 처리한 테스트 물 및 대조군 물에 존재하는 배양가능한 이종 박테리아, 콜리형 박테리아, E. coli, 비브리오종, 엔테로콕시 및 장내 엔테로콕시를 나타내며, 요건이 만족됨을 나타낸다.
| 처리된 물 | 대조군 물 | ||||
| 0일 | 5일 | 0일 | 5일 | ||
| 이종 박테리아(cfu/ml) | |||||
| 요건 | - | - | - | - | |
| 테스트 1 | 1.7±0.7 x 102 | 4.6±0.7 x 105 | |||
| 테스트 1 전 | 8.3±2.7 x 105 | 3.4±1.5 x 105 | |||
| 테스트 1 후 | 1.4±0.7 x 104 | 2.1±0.8 x 105 | |||
| 테스트 2 | 6.7±5.8 x 102 | 4.6±0.7 x 105 | |||
| 테스트 2 전 | 8.9±1.2 x 105 | 3.4±1.5 x 105 | |||
| 테스트 2 후 | 1.1±0.5 x 103 | 2.1±0.8 x 105 | |||
| 콜리형 박테리아(Coli.) 및 에셰리키아 콜리*(E. coli) (cfu/ml) | |||||
| Coli. | Coli. | E. coli | Coli. | Coli. | |
| 요건 | - | - | <250* | - | - |
| 테스트 1 | 0±0 | >8 ±- x 102 | |||
| 테스트 1 전 | 0±0 | 0±0* | 867±58 | ||
| 테스트 1 후 | 30±4 | 0±0* | 663±140 | ||
| 테스트 2 | 0±0 | >8 ±- x 102 | |||
| 테스트 2 전 | 0±0 | 0±0* | 867±58 | ||
| 테스트 2 후 | 1±1 | 0±0* | 663±140 | ||
| 비브리오 종 및 비브리오 콜레라**(cfu/ml) | |||||
| 비브리오 종 | 비브리오 종 | 비브리오 콜레라 | 비브리오 종 | 비브리오 종 | |
| 요건 | - | - | <1 ** | - | - |
| 테스트 1 | 14±2 | 1.4±1.3 x 103 | |||
| 테스트 1 전 | 4.2±1.4 x 103 | 0±0** | 2.4±0.1 x 103 | ||
| 테스트 1 후 | 1.3±0.3 x 104 | 0±0** | 2.4±0.5 x 103 | ||
| 테스트 2 | 47±5 | 1.4±1.3 x 103 | |||
| 테스트 2 전 | 3.7±0.9 x 103 | 0±0** | 2.3±0.4 x 103 | ||
| 테스트 2 후 | 63±45 | 0±0** | 2.3±0.5 x 103 | ||
| 엔테로코커스 군(Ent. gr.) 및 장내 엔테로콕시***(Int Enter.)(cfu/100ml) | |||||
| Ent. gr. | Ent. gr. | Int Enter. | Ent. gr. | Ent. gr. | |
| 요건 | - | - | <100** | - | - |
| 테스트 1 | 1±1 | >8 ± -x 103 | |||
| 테스트 1 전 | 10±3 10±3* | >8 ± -x 103 | |||
| 테스트 1 후 | 127±40 | 127±40*+ | >8 ± -x 103 | ||
| 테스트 2 | 2±2 | >8 ± -x 103 | |||
| 테스트 2 전 | 4±1 | 4±1* | >8 ± -x 103 | ||
| 테스트 2 후 | 133±21 | 133±21*+ | >8 ±- x 103 | ||
테스트 1 및 테스트 2의 결과를 나타낸 표 5에서 알 수 있는 바와 같이,
(i) 처리한 물에 존재하는 이종 박테리아는 테스트 1 이후에는 1.4 ±0.7 x 104 cfu/㎖로, 테스트 2 이후에는 1.1 ±0.5 x 103으로 감소되었고;
(ii) 처리한 물에 존재하는 비브리오 콜레라는, 테스트 1 수행 후 0 cfu/1OO㎖로, 테스트 1 및 2 수행 후에는 1.1 ± 0.5 x 103 cfu/㎖로 감소되어, Reg-D 요건 < 1 cfu/1OO㎖을 만족시키며;
(iii) 처리한 물에 존재하는 E. coli는, 테스트 1 및 2 수행 후에 0 cfu/1OO㎖로 감소되어, Reg-D 요건 < 250 cfu/1OO㎖을 만족시키며;
(iv) 처리한 물에 존재하는 콜리형 박테리아는 테스트 1 수행 후에 30 ±4 cfu/1OO㎖로 감소되고, 테스트 2 수행 후에는 1 ± 1 cfu/1OO㎖로 감소되어, Reg-D 요건 < 100 cfu/100㎖을 만족시킨다.
선박에 설치시, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 반응기(10)는 유입부(22) 및 배출 흐름부(24)를 위한 발라스트 수 라인 사이에서 병렬로 작동하는 복수의 유닛(10n)으로 설치될 수 있다. 하나의 반응기는 약 165 ㎥/hour를 처리하고, 선박의 전체 발라스트 수 용량을 처리하기 위해 복수의 반응기가 설치될 수도 있다. 반응기는 90/10 구리 니켈, 70/30 구리 니켈, 및 상업적으로 이용 가능한 다른 등급의 구리 니켈로 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 밸러스트 수 처리 방법은 하기 단계를 포함한다:
a. 유기체 및 미생물을 함유하는 밸러스트 수의 연속적인 흐름을 수용 및 배출하기 위한 밀폐형 챔버를 설치하는 단계;
b. 상기 밸러스트 수의 흐름을 구리 니켈에 노출하는 단계;
상기 밸러스트 수의 흐름을 254 nm의 자외 방사선에 노출시켜, 밸러스트 수내의 유기체 및 미생물에 대한 살생물 및 살박테리아 작용을 발휘하여 다음과 같이, (i) 배출수 내의 최소 크기가 50 ㎛ 이상인 살아있는 유기체의 수를 ㎥ 당 10 미만으로 감소시키고, 또한 최소 크기가 10 ㎛보다 크고 50 ㎛ 미만인 살아있는 유기체의 수를 ㎥ 당 10 미만으로 감소시키며, (ii) 지표 미생물로서 다음을 초과하지 않도록 하는 단계;
1. 1 cfu/100㎖ 미만 또는 1 cfu/1g(습윤 중량) 부유동물(zooplankton) 샘플 미만의, 독소를 생성하는 비브리오 콜레라(O1 및 O139),
2. 250 cfu/100㎖ 미만의 에셰리키아 콜리,
3. 100 cfu/100㎖ 미만의 장내 엔테로콕시.
본 발명의 원리를 구현하는 장치 구성에 다양한 변화를 가할 수 있다. 전술한 실시예들은 예시를 위한 것이며 한정의 의미는 아니다. 본 발명의 범위는 본원에 첨부된 청구항에 의해 정해진다.
Claims (16)
- 발라스트 수(ballast water)를 처리하는 방법에 있어서,
a. 밀폐형 챔버(enclosed chamber)를 설치하는 단계;
b. 유기체 및 미생물을 함유하는 발라스트 수의 연속 흐름을 상기 챔버에 통과시키는 단계;
c. 상기 발라스트 수의 흐름을 구리 니켈에 노출시키는 단계; 및
d. 상기 밸러스트 수의 흐름을 254 nm의 자외 방사선에 노출시켜, 상기 밸러스트 수 내의 유기체 및 미생물에 대한 살생물(biocidal) 및 살박테리아(bactericidal) 작용을 발휘하여,
(i) 배출수 내의 최소 크기가 50 ㎛ 이상인 살아있는 유기체의 수를 ㎥ 당 10 미만으로 감소시키고, 또한 최소 크기가 10 ㎛보다 크고 50 ㎛ 미만인 살아있는 유기체의 수를 ㎥ 당 10 미만으로 감소시키며,
(ii) 지표 미생물로서 다음과 같이 감소시키는 단계;
1. 1 cfu/100㎖ 미만 또는 1 cfu/1g(습윤 중량) 부유동물(zooplankton) 샘플 미만의, 독소를 생성하는 비브리오 콜레라(O1 및 O139),
2. 250 cfu/100㎖ 미만의 에셰리키아 콜리,
3. 100 cfu/100㎖ 미만의 장내 엔테로콕시,
를 포함하는,
발라스트 수를 처리하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 흐름을 상기 챔버를 통과시키기 전에 상기 발라스트 수를 여과하여 최소 크기가 50 ㎛ 이상인 유기체를 제거하는 단계를 더 포함하는, 발라스트 수를 처리하는 방법. - 구리 니켈로 형성된 밀폐형 방수 반응기를 포함하는 발라스트 수 처리 장치로서, 상기 반응기를 통한 상기 발라스트 수의 유입 및 배출을 위한 수단과, 상기 반응기를 통해 흐르는 상기 발라스트 수를 조사하기 위해 상기 반응기를 통해 연장하는 자외선 램프와, 상기 발라스트 수 내의 상기 반응기에 진입하는 유기체 및 미생물을 IMO 협의 규정(Convention Regulation) D-2 발라스트 수 성능 표준에 의해 정해진 레벨로 감소시키기 위해, 구리 니켈의 존재 시에 프리 라디컬(free radical)이 생성되도록, 상기 반응기 내에 UV 방사선을 방출하기 위한 상기 자외선 램프용 전원을 포함하는, 발라스트 수 처리 장치.
- 방수 반응기 챔버를 형성하기 위해 단부가 폐쇄되는 공동 실린더(hollow cylinder)의 형태를 갖고, 구리 니켈로 제조되는 반응기를 포함하는 발라스트 수 처리 장치로서, 상기 반응기를 통한 상기 발라스트 수의 유입 및 배출을 위한 수단과, 자외선 C 영역 방사선을 상기 발라스트 수 내에 방출하기 위해 상기 반응기 챔버를 통해 연장하는 중간 압력 자외선 램프와, 상기 발라스트 수와 함께 상기 반응기에 진입하는 유기체 및 미생물에 대해 살생물 및 살박테리아 작용을 갖는 프리 라디컬을 생성하기 위해, 구리 니켈의 존재 하에서 방사선을 방출하기 위해 상기 자외선 램프를 작동시키는 전원을 포함하는, 발라스트 수 처리 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 유기체 및 상기 미생물은, IMO 협의 규정(Convention Regulation) D-2 발라스트 수 성능 표준에 의해 정해진 레벨로 감소되는, 발라스트 수 처리 장치. - 길이 방향의 축을 갖는 방수 반응기 챔버를 형성하기 위해 단부 캡으로 폐쇄되는 공동 실린더(hollow cylinder)의 형태를 갖고, 15 bar의 테스트 압력을 갖는 구리 니켈로 제조되는 반응기를 포함하는 발라스트 수 처리 장치로서,
상기 반응기를 통해 상기 발라스트 수를 유입 및 배출시키고, 상기 반응기의 반대측 단부에 위치되는 유입 및 배출 수단을 포함하며,
상가 단부 캡은, 상기 길이 방향 축을 따라 연장하고 또한 자외선 C 영역 방사선을 상기 발라스트 수 내에 방출하기 위해 상기 반응기 챔버를 통해 연장하는 중간 압력 자외선 램프를 내포하는(encasing), 광학적으로 투명한 석영 튜브의 단부를 지지하기 위한 체결부(fitting)를 가지며,
유기체 및 미생물의 존재를 IMO 협의 규정(Convention Regulation) D-2 발라스트 수 성능 표준에 의해 정해진 레벨로 감소시키도록, 상기 발라스트 수와 함께 상기 반응기에 진입하는 유기체 및 미생물에 대해 살생물 및 살박테리아 작용을 갖는 프리 라디컬을 생성하기 위해, 구리 니켈의 존재 하에서 방사선을 방출하도록 상기 자외선 램프를 작동시키기 위해 상기 단부 캡의 체결부와 연동하는 전원을 포함하는,
발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 전원은 380 내지 440 볼트, 3 상(phase), 38 킬로와트, 및 80 암페어로 전력을 제공하며, 이 상태에서 자외선 소스가 254 ㎚에서 방사선을 방출하는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 실린더는 150 mm의 직경 및 약 1700 mm의 길이를 갖는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 실린더는 200 mm의 직경 및 약 1700 mm의 길이를 갖는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 실린더는 300 mm의 직경 및 약 1700 mm의 길이를 갖는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 반응기는 90/10 구리 니켈로 제조되는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 반응기는 70/30 구리 니켈로 제조되는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 발라스트 수는 상기 반응기 내에서 0.4초의 휴지 시간(dwell time)을 갖는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 발라스트 수를 상기 반응기에 진입시키기 전에 상기 발라스트 수로부터 유기체를 제거하기 위한 40 마이크론 필터가 조합되어 이루어지는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 발라스트 수 처리 장치를 발라스트 수 유입 라인과 발라스트 수 배출 라인 사이에 병렬로 복수 개 배치하여, 선박의 전체 발라스트 수 용량을 330 ㎥/hour의 발라스트 수 유량으로 처리하는, 발라스트 수 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 발라스트 수 처리 장치를 발라스트 수 유입 라인과 발라스트 수 배출 라인 사이에 병렬로 복수 개 배치하여, 330 내지 1650 ㎥/hour의 발라스트 수 유량으로 처리하는, 발라스트 수 처리 장치.
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