KR20160053184A - 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템 - Google Patents

오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박으로부터 배출되는 폐수 및 배기가스를 처리하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에 관한 것으로 오존을 생성하는 오존발생부; 상기 오존발생부로부터 생성되는 오존을 공급받아 선박으로부터 발생하는 폐수와 반응시키는 수처리부; 상기 오존발생부로부터 생성되는 오존을 공급받아 선박으로부터 발생하는 배기가스와 반응시킴으로써 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 입자상 물질(Particulate matter:PM) 중 적어도 어느 하나를 처리하는 배기가스 처리부; 상기 수처리부 및 상기 배기가스 처리부에 각각 설치되며, 상기 수처리부 및 상기 배기가스 처리부에서의 오존 농도를 측정하는 센서부; 상기 오존발생부와 상기 수처리부 사이 및 상기 오존발생부와 상기 배기가스 처리부 사이에 구비되어 상기 오존의 유동경로를 개폐하는 밸브부; 상기 센서부를 통해 상기 수처리부 또는 상기 배기가스 처리부 내부의 오존 농도를 제공받아 상기 밸브부의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템{SYSTEM FOR PURIFYING SHIP EMISSIONS USING OZONE}
본 발명은 오존을 이용한 선박의 오염물 전처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박 내부에서 생성되는 오존을 배기가스 처리 및 수처리에 모두 활용함으로써 선박으로부터 배출되는 배출물을 처리할 수 있는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에 관한 것이다.
선박이란 물에 부유하여 사람, 가축, 물자 등을 싣고 수상으로 이동할 수 있는 구조물을 의미하며, 비록 다른 운송수단의 발달에 의해 과거보다 활용도가 떨어지긴 했으나 여전히 중요한 운송수단 중의 하나로 활용되고 있다.
이러한 선박이 균형을 유지하며 부유할 수 있도록 선박의 저부 양측에 형성되는 밸러스트탱크의 내부에 부력조정용 담수 또는 해수를 저장하며, 선박의 이동을 위해 외연기간 등을 장착하여 동력을 공급하게 된다.
그러나, 이러한 선박의 부유 및 이동을 하는 동안 부력조정용 담수 또는 해수의 배출이 수자원을 오염시키는 문제를 야기하고, 선박으로부터 발생하는 배기가스에 포함되는 황산화물, 질소산화물 및 입자상 물질은 공기를 오염시키는 문제를 야기한다.
이러한 문제점을 해결하고자, 선박의 부력조정용 담수 또는 해수를 수처리하는 장치에 대한 선행기술이 한국공개특허 제10-2004-0029153호에 개시되어 있고, 선박의 배기가스를 처리하는 장치에 대한 선행기술이 한국공개특허 제10-2011-0052195호에 개시되어 있다.
상술한 장치들을 모두 선박에 설치함으로써 수처리 및 배기가스 처리를 수행할 수 있으나, 이는 선박의 하중을 크게 증가시키게 된다.
또한, 선박의 하중의 증가는 선박의 운용에 필요한 연료량을 크게 증가시킴으로써 선박의 운용비를 크게 증가시키는 문제점을 야기한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 구성을 통해 선박의 수처리 및 배기가스 처리를 모두 수행할 수 있는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 선박으로부터 배출되는 폐수 및 배기가스를 처리하는 시스템에 있어서, 오존을 생성하는 오존발생부; 상기 오존발생부로부터 생성되는 오존을 공급받아 선박으로부터 발생하는 폐수와 반응시키는 수처리부; 상기 오존발생부로부터 생성되는 오존을 공급받아 선박으로부터 발생하는 배기가스와 반응시킴으로써 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 입자상 물질(Particulate matter:PM) 중 적어도 어느 하나를 처리하는 배기가스 처리부; 상기 수처리부 및 상기 배기가스 처리부에 각각 설치되며, 상기 수처리부 및 상기 배기가스 처리부에서의 오존 농도를 측정하는 센서부; 상기 오존발생부와 상기 수처리부 사이 및 상기 오존발생부와 상기 배기가스 처리부 사이에 구비되어 상기 오존의 유동경로를 개폐하는 밸브부; 상기 센서부를 통해 상기 수처리부 또는 상기 배기가스 처리부 내부의 오존 농도를 제공받아 상기 밸브부의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 배기가스 처리부는, 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 제1 가스처리부;상기 제1 가스처리부의 전단부 또는 후단부에 마련되며, 상기 오존발생부로부터 내부로 공급되는 오존을 배기가스와 반응시킴으로써 일산화질소를 이산화질소로 산화시키되 배기가스에 포함되는 입자상 물질을 처리하는 전기집진부; 상기 제1 가스처리부를 통해 처리된 배기가스를 제공받아 이산화질소를 처리하는 제2 가스처리부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 가스처리부 또는 상기 제2 가스처리부 중 적어도 어느 하나는 배기가스에 포함되는 황산화물을 처리하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 가스처리부는 이산화염소(Cl02), 차아염소산나트륨(NaCl0), 아염소산나트륨(NaCl02), 과망간산칼륨(KMnO4), 과산화수소(H2O2), 염소(Cl2) 및 질산(HNO3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액인 산화제를 통해 일산화질소를 이산화질소로 개질하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 가스처리부는, 상기 배기가스가 유출입하는 유입구 및 배출구가 형성된 챔버; 상기 챔버 내부에 마련되어 하측으로 환원제를 분무하는 환원제 분무부; 상기 분무부 하측에 마련되며, 상기 환원제의 유동속도를 감소시켜 상기 환원제와 배기가스의 접촉시간을 증가시키는 패킹 부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 환원제는 이산화질소를 질소로 개질하도록 아황산나트륨(Na2SO3), 티오황산나트륨(Na2S2O3), 황화나트륨(Na2S) 및 요소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기집진부는, 서로 이격되게 배치되며 서로 마주보는 면에 입자상 물질을 집진하는 집진판; 상기 집진판 사이에 마련되며, 전압인가부로부터 전압을 인가받아 상기 집진판과의 사이에 전기장을 발생시킴으로써 입자상 물질을 상기 집진판 측으로 이동시키는 방전부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방전부는, 내부에 상기 오존발생부로부터 제공되는 오존이 유동하는 공급로 및 외면으로부터 내측으로 함몰되어 상기 공급로와 연통하며, 상기 공급로를 따라 유동하는 오존이 분사되는 관통구가 형성된 몸체부; 상기 몸체부의 외면으로부터 외측으로 돌출되어 상기 집진판과의 사이에서 전기장을 발생시키는 돌출부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 관통구는 상기 돌출부 상에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 간단한 구성을 통해 선박으로부터 발생하는 배기가스 및 폐수를 용이하게 처리할 수 있는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템이 제공된다.
또한, 간단한 구성을 통해 본 시스템이 설치되는 선박의 하중에 큰 영향을 미치지 않음으로써 하중 증가에 따라 선박 운용비가 증가하는 것을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템을 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 2는 도 1의 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에서 배기가스 처리부를 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 3은 도 2의 배기가스 처리부의 전기집진부에서 일산화질소가 개질되는 모습을 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 4는 도 2의 배기가스 처리부의 전기집진부에서 집진판 측에 입자상 물질이 포집되는 모습을 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 5는 도 2의 배기가스 처리부의 제2 가스처리부를 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 6은 도 1의 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에서 제어부의 작동을 개략적으로 도시한 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템을 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템(100)은 오존을 통해 선박으로부터 배출되는 배기가스 또는 폐수를 선택적으로 처리하거나 이들을 동시에 처리할 수 있는 것으로서, 오존발생부(110)와 수처리부(120)와 배기가스 처리부(130)와 센서부(170)와 밸브부(180)와 제어부(190)를 포함한다.
상기 오존발생부(110)는 오존을 생성하는 것으로서, 본 발명의 일실시예에서는 플라즈마를 방출함으로써 산소를 오존으로 개질하는 방법을 통해 오존을 생성하게 되나 이에 제한되는 것은 아니며, 알려진 오존 합성 방법 중 어느 하나를 선정하여 오존을 생성하는 것도 무방하다.
여기서, 오존을 생성하기 위해 플라즈마를 방출함으로써 발생하는 열은 주변의 해수를 공급받아 냉각시킬 수 있으며, 이를 통해 별도의 냉각시설을 구비할 필요없이 상당한 전력을 절약할 수 있다.
상기 수처리부(120)는 선박으로부터 발생하는 폐수를 처리하는 공간으로, 오존발생부(100)에서 생성되는 오존을 공급받아 폐수와 반응시킴으로써 폐수를 처리한다.
여기서, 오존은 폐수와 반응함으로써 폐수의 산성도를 중성으로 변화시키거나, 아질산염(nitrite)을 처리하거나, 폐수 속의 미생물을 처리할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 선박으로부터 발생하는 폐수라 함은 선박의 부유시 평형을 유지할 수 있도록 선박의 저부 측에 저장되는 평형수, 선박을 사용하는 사용자로부터 발생하는 오수 등을 모두 포함하는 개념으로 사용한다.
여기서, 수처리부(120)는 평형수 및 오수가 혼합된 상태의 폐수를 공급받을 수 있고 또한 각각의 평형수 및 오수가 제공되는 별도의 공간으로 구획하여 각각의 공간에서 평형수 및 오수가 독립적으로 처리되도록 마련될 수 있다.
한편, 수처리부(120)를 통해 처리가 완료된 폐수는 선박에서 재사용되거나 해양으로 배출될 수 있다.
도 2는 도 1의 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에서 배기가스 처리부를 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 배기가스 처리부(130)는 선박으로부터 발생하는 배기가스를 처리하는 공간으로서, 제1 가스처리부(140)와 전기집진부(150)와 제2 가스처리부(160)를 포함한다.
상기 제1 가스처리부(140)는 내부로 유입되는 배기가스에 포함된 일산화질소가 이산화질소로 개질되는 장소를 제공하는 것이다.
여기서, 제1 가스처리부(140)로 배기가스가 직접 제공받거나 후술할 전기집진부(150)를 통과함으로써 상당량의 일산화질소가 이산화질소로 개질된 상태의 배기가스를 제공받을 수도 있으며, 이는 전기집진부(150)의 설치위치에 따라 달라진다.
다만, 본 발명의 일실시예에서는 제1 가스처리부(140)의 후단부에 전기집진부(150)가 설치되고 제1 가스처리부(140)는 직접 배기가스를 공급받는 것으로 가정하고 설명한다.
한편, 제1 가스처리부(140)의 내벽에는 산화제저장부(142)로부터 산화제를 제공받아 제1 가스처리부(140) 내부로 산화제를 분무하는 산화제 분무부(141)가 설치될 수 있다.
여기서, 산화제는 이산화염소(Cl02), 차아염소산나트륨(NaCl0), 아염소산나트륨(NaCl02), 과망간산칼륨(KMnO4), 과산화수소(H2O2), 염소(Cl2) 및 질산(HNO3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액일 수 있다.
즉, 제1 가스처리부(140)의 내부로 유입되는 소수성의 성질을 가지는 일산화질소는 산화제와 반응하여 친수성의 성질을 가지는 이산화질소로 산화되며, 그 성질도 개질된다.
또한, 산화제는 수용액 상태이므로 산화제에 포함되는 물에 황산화물이 부착됨으로써 제1 가스처리부(140)에서 황산화물을 1차적으로 처리할 수 있다.
도 3은 도 2의 배기가스 처리부의 전기집진부에서 일산화질소가 개질되는 모습을 개략적으로 도시한 정단면도이고, 도 4는 도 2의 배기가스 처리부의 전기집진부에서 집진판 측에 입자상 물질이 포집되는 모습을 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 3 또는 도 4를 참조하면, 상기 전기집진부(150)는 제1 가스처리부(140)의 전단부 또는 후단부에 마련되어 내부에 제공되는 오존을 통해 일산화질소가 이산화질소로 개질되고 입자상 물질이 포집되는 장소를 제공하는 것으로, 집진판(151)과 방전부(152)와 고전압인가부(157)를 포함한다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 전기집진부(150)는 제1 가스처리부(140)의 후단부에 마련되는 것으로 가정하고 설명한다.
본 발명의 일실시예에서와 같이 전기집진부(150)를 제1 가스처리부(140)의 후단부에 배치할 경우 제1 가스처리부(140)에서 분무되는 산화제에 포함되는 수증기로 인해 발생할 수 있는 미스트를 효과적으로 처리할 수 있는 추가적인 효과가 발생할 수 있다.
상기 집진판(151)은 서로 이격되게 배치되어 서로 마주보는 면 상에 입자상 물질을 포집하는 것이다.
즉, 집진판(151)은 적어도 2개 이상으로 마련되며, 외면 중 적어도 어느 한 면 상에 입자상 물질을 포집한다.
상기 방전부(152)는 집진판(151) 사이의 공간에 배치되며, 후술할 고전압인가부(157)를 통해 인가되는 고전압을 통해 집진판(151)과의 사이에서 전기장을 형성함으로써 입자상 물질의 이동방향을 집진판(151) 측으로 유도하는 것으로, 몸체부(153)를 포함한다.
상기 몸체부(153)는 내부에 오존이 유동하는 유동로(154)가 형성되고, 외면으로부터 내측으로 함몰되어 유동로(154)와 연통하는 관통구(156)가 형성되는 봉형상의 부재이다.
여기서, 유동로(154)는 상술한 오존공급부(110)와 연결되어 오존공급부(110)로부터 오존을 공급받아 관통구(156)로부터 집진판(151) 측을 향하여 분사할 수 있도록 한다.
이처럼, 관통구(156)를 통해 제1 가스처리부(140)의 내부로 분사되는 오존은 산화제로 작용하여 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시키고, 산소로 환원된다.
또한, 몸체부(153)에는 외면으로부터 집진판(151)을 향하도록 돌출되는 돌출부(155)가 형성된다.
여기서, 돌출부(155)의 단부에는 오존이 분사되도록 유동로(154)와 연결되는 관통구(156)가 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 돌출부(155)의 단부는 방전극으로 작용하며, 후술할 고전압인가부(157)로부터 고전압을 인가받아 집진판(151)과의 사이에서 전기장을 형성한다.
이러한, 전기장에 의해 입자상 물질은 집진판(151) 측으로 유동하여 집진판(151)의 외면상에 포집된다.
또한, 관통구(156)를 통해 오존공급부(110)로부터 제공되는 오존이 분사되며, 이러한 오존을 통해 전기집진부(150)로 제공되며 배기가스에 포함된 일산화질소가 이산화질소로 개질된다.
즉, 방전부(152)는 집진판(151)과의 사이에서 전기장을 형성하여 입자상 물질을 처리하고, 방전부(152)로부터 분사되는 오존을 통해 일산화질소를 이산화질소로 개질하는 2가지 상이한 과정이 동시에 발생할 수 있다.
상기 고전압인가부(157)는 방전부(152)와 전기적으로 연결되어 방전부(152)에 고전압을 인가하는 것이다.
여기서, 고전압인가부(157)는 방전부(152)로 전압을 인가하여 방전극으로 작용하는 돌출부(155)와 집진판(151) 사이에 전기장을 발생시킨다.
한편, 제1 가스처리부(140) 및 전기집진부(150)에서는 일산화질소를 이산화질소로 개질하므로 제1 가스처리부(140)와 전기집진부(150)를 통과하는 동안 실질적으로 배기가스에 포함되는 일산화질소 전부가 이산화질소로 개질될 수 있어, 일산화질소의 개질율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 2의 배기가스 처리부의 제2 가스처리부를 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 가스처리부(160)는 제1 가스처리부(140) 및 전기집진부(150)을 통해 개질된 이산화질소를 처리하는 공간을 제공하는 것으로, 챔버(161)와 환원제 분무부(162) 패킹부재(163)를 포함한다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 제2 가스처리부(160)는 전기집진부(150)의 후단부에 배치되어 전기집진부(150)를 통해 처리된 배기가스를 제공받는다.
상기 챔버(161)는 전기집진부(150)를 통해 일산화질소가 이산화질소가 개질된 배기가스를 공급받는 유입구 및 처리가 완료된 배기가스를 배출하는 배출구가 형성되며, 배기가스에 포함된 이산화질소를 질소로 환원시키되 배기가스에 포함된 황산화물을 처리하는 공간을 제공하는 것이다.
상기 환원제 분무부(162)는 챔버(161) 내부에서 이산화질소가 질소로 환원되도록 환원제를 분무하는 것이다. 여기서, 환원제 분무부(162)는 환원제를 하방으로 분무하도록 마련된다.
한편, 환원제 분무부(162)를 통해 분무되는 환원제는 아황산나트륨(Na2SO3), 티오황산나트륨(Na2S2O3), 황화나트륨(Na2S) 및 요소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액으로 마련된다.
제1 가스처리부(140) 및 전기집진부(150)를 통과하는 동안, 배기가스에 포함된 질소산화물은 친수성의 성질을 가지는 이산화질소로 개질되었기 때문에, 물을 분무함으로써 이산화질소를 처리할 수 있지만 처리효율을 향상시키도록 상술한 아황산나트륨(Na2SO3), 티오황산나트륨(Na2S2O3), 황화나트륨(Na2S) 및 요소 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 마련된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템(100)은 환원제 분무부(162)로 제공되는 환원제를 저장하는 환원제 저장부(164)를 추가적으로 구비할 수 있다.
상기 패킹부재(163)는 환원제 분무부(162)의 하측에 배치되는 구형의 부재로서, 복수개가 밀집하게 마련됨으로써 상측으로 유동하는 배기가스 또는 하측으로 유동하는 환원제 중 적어도 어느 하나의 유동 속도를 감속시키는 공간을 제공하는 것이다.
즉, 배기가스 또는 환원제 중 적어도 어느 하나의 유동 속도가 감속됨으로써 배기가스와 환원제의 접촉시간을 증가시켜 질소산화물의 처리효율 또는 황산화물의 처리효율을 향상시킨다.
즉, 배기가스에 포함되는 황산화물 및 이산화질소가 환원제와 반응하기 위해서는 환원제와 배기가스가 접촉해야 하므로 패킹부재(163)를 통해 환원제와 배기가스의 접촉할 수 있는 공간을 축소시킴으로써 환원제와 배기가스의 접촉확률을 향상시킬 수 있다.
또한, 환원제 또는 배기가스는 패킹부재(163)를 따라 유동할 수 있고 환원제와 패킹부재(163) 사이 또는 배기가스와 패킹부재(163) 사이의 점성, 마찰력 등에 의해 환원제 또는 배기가스의 유동속도를 감속시켜 환원제와 배기가스와 반응할 수 있는 시간을 향상시킬 수 있다.
한편, 환원제 분무부(162)와 패킹부재(163)는 하나의 세트로 하여, 복수개의 세트로 구비할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 센서부(170)는 수처리부(120) 및 배기가스 처리부(130)에 설치되어, 수처리부(120) 내부의 오존 농도 및 배기가스 처리부(130) 내부의 오존 농도를 측정하는 것이다.
본 발명의 일실시예에서 센서부(170)는 수처리부(120) 내부에 설치되는 제1 센서(171)와 배기가스 처리부(130) 내부에 설치되는 제2 센서(172)를 포함한다.
상기 밸브부(180)는 오존발생부(110)와 수처리부(120) 사이 및 오존발생부(110)와 배기가스 처리부(130) 사이에 설치되어 수처리부(120) 및 배기가스 처리부(130)로 공급되는 오존의 유동경로를 개폐하는 것이다.
본 발명의 일실시예에서 밸브부(180)는 오존발생부(110)와 수처리부(120)에 설치되는 제1 밸브(181)와 오존발생부(110)와 배기가스 처리부(130)에 설치되는 제2 밸브(182)를 포함한다.
상기 제어부(190)는 센서부(170)로부터 수처리부(120) 내부의 오존 농도 정보 및 배기가스 처리부(130) 내부의 오존 농도 정보를 공급받아 밸브부(180)의 작동을 제어하는 것이다.
즉, 수처리부(120) 또는 배기가스 처리부(130) 내부의 오존 농도가 감소하면 폐수 또는 배기가스와 오존이 반응한다는 것을 의미하며, 수처리부(120) 또는 배기가스 처리부(120) 내부의 오존 농도가 일정하게 유지될 정도까지 밸브부(180)를 개방하여 수처리부(120) 또는 배기가스 처리부(130)로 오존이 공급되도록 한다.
지금부터는 상술한 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도 6은 도 1의 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템에서 제어부의 작동을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하여, 오존발생부(110)를 통해 오존을 생성하는 과정은 주지하므로 여기서는 자세한 설명을 생략하며, 생성된 오존이 공급되는 과정을 기준으로 설명한다.
오존발생부(110)를 통해 생성된 오존은 수처리부(120) 또는 배기가스 처리부(130) 중 적어도 어느 하나로 제공되며, 제1 센서(171)를 통해 측정되는 수처리부(120) 내부의 오존 농도 및 제2 센서(172)를 통해 측정되는 배기가스 처리부(130) 내부의 오존 농도를 제공받는 제어부(190)가 제1 밸브(181) 또는 제2 밸브(182)의 개폐를 조절하여 오존의 유동경로를 결정한다.
한편, 오존발생부(110)로부터 생성되는 오존이 수처리부(120)로 제공되면 오존은 수처리부(120)의 폐수와 반응하여 폐수의 산성도(pH)를 중성으로 변화시키거나, 아질산염(nitrite)를 처리하거나, 미생물을 박멸하게 된다.
이러한 처리가 완료된 폐수는 해양으로 배출되거나, 필요에 따라 선박 내부로 재공급되어 재사용될 수 있다.
한편, 오존발생부(110)로부터 생성되는 오존은 배기가스 처리부(130)의 전기집진부(150)로 제공되면 배기가스 내에 포함된 일산화질소와 반응하여 이산화질소로 개질시킨다. 이의 자세한 설명은 후술한다.
이하, 배기가스가 배기가스 처리부(130)를 통해 처리되는 과정을 설명한다.
질소산화물을 포함하는 배기가스가 제1 가스처리부(140)로 공급되면, 산화제 분무부(141)로부터 분무되는 산화제와 반응함으로써 유입되는 질소산화물 중에서 일산화질소가 이산화질소로 개질된다.
여기서, 배기가스에 포함되는 일산화질소가 전부 이산화질소로 개질되는 것이 바람직하나, 산화제와 반응하지 못한 일부의 일산화질소를 포함하는 배기가스가 존재할 수 있고, 이러한 배기가스는 전기집진부(150) 측으로 유동한다.
한편, 산화제는 수용액 상태로 마련되므로 배기가스에 포함된 황산화물을 산화제의 물과 반응하여 일부 또는 전부가 처리될 수 있다.
한편, 전기집진부(150)로 유입되는 배기가스는 오존발생부(110)과 연결되어 오존을 방출하는 방전부(152)의 영향을 받게 된다.
여기서, 방전부(152)는 관통구(156)를 통해 오존을 방출함과 동시에 돌출부(155)를 통해 집진판(151)과의 사이에서 전기장을 형성하도록 고전압인가부(157)로부터 고전압을 인가받는다.
이와 같이, 방전부(152)에 의한 전기장 형성 및 오존의 방출에 의해 제1 가스처리부(140)에 의해 처리되지 못한 일산화질소는 이산화질소로 개질되므로 제1 가스처리부(140) 및 전기집진부(150)에 의한 2차적인 과정을 통해 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 개질한다.
또한, 배기가스에 포함된 입자상 물질은 전기장의 유동에 의해 집진판(151) 측으로 이동이 안내되어 집진판(151)의 외면상에 포집되어 처리된다.
전기집진부(150)를 통과한 배기가스는 유입구를 통해 챔버(161) 내부로 유입된다.
챔버(161) 내부에서는 환원제 분무부(162)를 통해 환원제가 분무되며, 분무된 환원제는 패킹부재(163)의 외면을 따라 챔버(161)의 하측으로 흘러내린다.
여기서, 전기집진부(150)를 통과한 배기가스는 챔버(161)의 배출구 측으로 유동하는 과정에서 패킹부재(163)가 밀집된 영역을 통과한다.
패킹부재(163)의 외면에는 환원제 분무부(162)를 통해 분무되는 환원제가 흘러내리고 있고, 배기가스가 통과할 수 있는 공극은 극히 좁게 형성되어 패킹부재(163)를 통과하는 동안 배기가스는 다량의 환원제와 접촉하게 된다.
환원제와 접촉하면, 배기가스에 포함된 이산화질소는 환원되어 질소로 개질된다. 여기서, 이산화질소는 친수성의 성질을 가지므로 수용액 상태의 환원제와 용이하게 반응한다.
또한, 배기가스에 포함된 황산화물도 환원제에 부착되어 처리된다.
따라서, 챔버(161)를 유동하는 동안, 배기가스에 포함된 이산화질소는 질소로 환원되고 배기가스에 포함된 황산화물은 물과 반응하여 처리된다.
결국, 배기가스 처리부(130)를 통과하는 동안, 배기가스에 포함되는 질소산화물, 황산화물 밀 입자상 물질이 모두 처리될 수 있다.
이하, 오존에 의한 일산화질소의 개질효율에 대해 살펴본다.
하기 표는 일산화질소를 처리하는 대표적인 경우인 플라즈마를 이용한 경우 및 스크러버를 이용한 경우와 오존을 이용한 경우에서 일산화질소 변환효율 및 소비동력을 나타낸 것이다.
플라즈마 스크러버 오존
변환효율 20%미만 20%미만 70%
소비동력 2kW 0~0.01kW 1.7kW
플라즈마를 이용한 경우에는 대략 2kW의 전력이 소비되고, 일산화질소의 변환효율이 20% 미만에 불과하여 소비전력 대비 일산화질소 변환효율이 매우 떨어진다.
또한, 스크러버를 이용한 경우에는 전력을 거의 사용하지 않으나 일산화질소의 변환효율이 20% 미만으로 성능이 떨어진다고 할 수 있다.
한편, 오존을 이용한 경우를 살펴보면 일산화질소의 변환효율은 대략 70% 정도이며, 대략 1.7kW 정도의 전력을 소비하는 것으로 나타났다.
다만, 상술한 오존을 이용한 경우는 오존발생부(110)를 냉각하기 위해 칠러를 이용한 경우이다. 일반적으로 오존을 생성하기 위하여 소비전력의 30%를 사용하고 칠러를 가동하기 위해 소비전력의 70%를 사용한다는 점에서 해수를 통해 오존발생부(110)를 냉각하는 본 발명의 일실시예의 경우에는 칠러를 구동하는데 소요되는 소비전력이 없으므로 이를 제외하여 대략 0.5kW 정도의 전력을 소비하여 소비전력 측면에서도 우수하다고 볼 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템
110: 오존발생부 120: 수처리부
130: 배기가스 처리부 140: 제1 가스처리부
150: 전기집진부 160: 제2 가스처리부
170: 센서부 180: 밸브부
190: 제어부

Claims (9)

  1. 선박으로부터 배출되는 폐수 및 배기가스를 처리하는 시스템에 있어서,
    오존(O3)을 생성하는 오존발생부;
    상기 오존발생부로부터 생성되는 오존을 공급받아 선박으로부터 발생하는 폐수와 반응시키는 수처리부;
    상기 오존발생부로부터 생성되는 오존을 공급받아 선박으로부터 발생하는 배기가스와 반응시킴으로써 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 입자상 물질(Particulate matter:PM) 중 적어도 어느 하나를 처리하는 배기가스 처리부;
    상기 수처리부 및 상기 배기가스 처리부에 각각 설치되며, 상기 수처리부 및 상기 배기가스 처리부에서의 오존 농도를 측정하는 센서부;
    상기 오존발생부와 상기 수처리부 사이 및 상기 오존발생부와 상기 배기가스 처리부 사이에 구비되어 상기 오존의 유동경로를 개폐하는 밸브부;
    상기 센서부를 통해 상기 수처리부 또는 상기 배기가스 처리부 내부의 오존 농도를 제공받아 상기 밸브부의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기가스 처리부는,
    배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 제1 가스처리부;상기 제1 가스처리부의 전단부 또는 후단부에 마련되며, 상기 오존발생부로부터 내부로 공급되는 오존을 배기가스와 반응시킴으로써 일산화질소를 이산화질소로 산화시키되 배기가스에 포함되는 입자상 물질을 처리하는 전기집진부; 상기 제1 가스처리부를 통해 처리된 배기가스를 제공받아 이산화질소를 처리하는 제2 가스처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 가스처리부 또는 상기 제2 가스처리부 중 적어도 어느 하나는 배기가스에 포함되는 황산화물을 처리하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 가스처리부는 이산화염소(Cl02), 차아염소산나트륨(NaCl0), 아염소산나트륨(NaCl02), 과망간산칼륨(KMnO4), 과산화수소(H2O2), 염소(Cl2) 및 질산(HNO3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액인 산화제를 통해 일산화질소를 이산화질소로 개질하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 가스처리부는,
    상기 배기가스가 유출입하는 유입구 및 배출구가 형성된 챔버; 상기 챔버 내부에 마련되어 하측으로 환원제를 분무하는 환원제 분무부; 상기 분무부 하측에 마련되며, 상기 환원제의 유동속도를 감소시켜 상기 환원제와 배기가스의 접촉시간을 증가시키는 패킹 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 환원제는 이산화질소를 질소로 개질하도록 아황산나트륨(Na2SO3), 티오황산나트륨(Na2S2O3), 황화나트륨(Na2S) 및 요소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  7. 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기집진부는,
    서로 이격되게 배치되며 서로 마주보는 면에 입자상 물질을 집진하는 집진판; 상기 집진판 사이에 마련되며, 전압인가부로부터 전압을 인가받아 상기 집진판과의 사이에 전기장을 발생시킴으로써 입자상 물질을 상기 집진판 측으로 이동시키는 방전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 방전부는,
    내부에 상기 오존발생부로부터 제공되는 오존이 유동하는 공급로 및 외면으로부터 내측으로 함몰되어 상기 공급로와 연통하며, 상기 공급로를 따라 유동하는 오존이 분사되는 관통구가 형성된 몸체부; 상기 몸체부의 외면으로부터 외측으로 돌출되어 상기 집진판과의 사이에서 전기장을 발생시키는 돌출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 관통구는 상기 돌출부 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 오존을 이용한 선박의 배출물 처리 시스템.
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