KR20170020364A - 배에서의 폐수 처리를 위한 플랜트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박에서의 폐수 처리를 위한 플랜트에 관한 것으로서, 상기 플랜트는 선상에서 흑수 및 중수의 집수 탱크, 밴드 필터를 포함하는 1차 처리 유닛, 미세 여과 또는 초미세 여과 모듈을 포함하는 2차 처리 유닛 및 오존 처리 모듈을 포함하는 3차 처리 유닛을 포함한다.

Description

배에서의 폐수 처리를 위한 플랜트{PLANT FOR THE TREATMENT OF WASTE WATER ON BOARD OF VESSELS}

본 발명은 수처리, 특히 배에서의 폐수 처리에 관한 것이다.

본 발명은 다양한 목적을 위하여 물을 재사용하기 위해 또는 국제 표준 및 지역 법규에 따른 차후 외부 방출을 실행하기 위해 보트 및 배에서의 폐수 처리에 관한 것으로서, 특히 여객선, 페리호, 연안 리그(off-shore rig) 또는 바지선에 정화수를 갖는 수단을 제공하는 것이다.

크루즈 선박에서 음용수의 통상적인 평균 일용 소모량에 대한 기준값은 사람당 247리터이고, 이는:

- 흑수(black water): 51 g/p/d(grams/person/day)의 유기 부하(BOD) 및 38 g/p/d의 고형 부하(TSS)를 갖는 25.5 l/p/d(litres/person/day).

- 가정에서 나오는 중수(grey water): 22 g/p/d의 유기 부하(BOD) 및 11 g/p/d의 고형 부하(TSS)를 갖는 112.2 l/p/d.

- 세탁소에서 나오는 중수: 11 g/p/d의 유기 부하(BOD) 및 11 g/p/d의 고형 부하(TSS)를 갖는 35.7 l/p/d.

- 주방 및 음식 업소(갤리선)에서 나오는 중수: 148 g/p/d의 유기 부하(BOD) 및 185 g/p/d의 고형 부하(TSS)를 갖는 73.9 l/p/d을 생산한다.

일반적으로, 흑수를 처리하기 위한 시스템들은 선박에서 사용된다. 지상 플랜트와 같이, 상기 시스템들은 비록 명백한 공간 제한으로 인한 소규모일지라도 호기성 소화(aerobic digestion)의 사용을 포함하고, 이는 미생물을 통한 유기 물질의 신진대사로 구성되고, 그 전개과정은 산소의 제공에 의해서 조절된다.

이러한 프로세스는 신진대사를 위해 긴 시간을 필요로 하고 연속적으로 작용해야 하고, 필요에 따라서 명령 시에 켜지거나 또는 꺼질 가능성이 없다. 더우기, 적당한 관리를 위하여 숙련자를 필요로 한다. 중수 및 처리된 흑수는 지상에서 차후 처리 또는 폐기를 위한 적당한 저장 탱크에 저장된다.

지상에서 차후 폐기를 필요로 하는 바이오매스(biomass)의 최소 발생으로 유출물 품질의 관점에서 재사용 및/또는 외부 방출을 위한 요구조건을 충족할 때까지, 종래 기술의 제한을 극복하는 선박에서 폐수 처리를 위한 플랜트, 특히 흑수 및 중수의 직접 처리를 위한 적당한 소형 크기의 플랜트를 제공하는 것이 바람직하다. 또한 처리를 위한 화학물을 필요로 하지 않고 요구시에 턴온 및 턴오프가 가능한 플랜트를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 여러 형태들은 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.

일 형태에서, 본 발명은 선박에서의 폐수 처리를 위한 플랜트에 관한 것으로서, 상기 플랜트는 선상에서 흑수 및 중수를 수용하는 하나 이상의 집수 탱크, 하나 이상의 밴드 필터를 포함하는 1차 처리 유닛, 1차 처리 유닛으로부터 여과물을 수용하는 하나 또는 여러개의 미세 여과 및/또는 초미세 여과 필터를 포함하는 2차 처리 유닛, 연속 작동에 적합하고 2차 처리 유닛으로부터 여과물을 수용하는 적어도 하나의 오존 처리 모듈을 포함하는 3차 처리 유닛을 포함한다. 본 명세서의 배경에서, 용어 "집수 탱크"는 폐수 방출물을 수용하고 1차 처리 유닛으로 연속적으로 공급하기에 적합한, 대체로 흡입 상태에서 작동하는, 중간 저장 단계가 없는 탱크를 지칭한다. 본 발명자들은 밴드 필터, 미세여과 또는 초미세여과 스테이지 및 오존 처리 모듈의 조합은 유출물의 차후 외부 방출을 허용하거나 또는 선내에서 기술적 용수(즉, 비음용 신선수)로서 재활용될 때까지 선박에서 생산된 흑수 및 중수의 신뢰가능한 처리에 적합하다는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 폐수가 선박에서 집수되고 종래 기술의 교시에 따라서 지상에서의 후속 처리 또는 폐기가 동일한 조합의 유닛들에 의해서 성공적으로 처리되기 위해 전혀 적합하지 않을 때까지 저장되는 것을 고려할 때 상당히 놀라운 것이다. 임의의 이론에 구속되지 않은 상태에서, 비록 몇일 동안의 흑수 및 중수의 저장이 가능하게는 상이한 오염물들 사이의 반응으로 인하여, 처리될 물질의 조성에서 변화를 유발하여 차후 스테이지에서 더욱 심각한 처리 조건의 결과를 부여할 수 있다는 것이 추정된다. 본 발명에 따른 플랜트에 대한 선내에서 생성된 폐수의 즉각적인 공급은 저렴하고 소형 크기이며 효율적인 처리를 제공하는 장점을 가지며, 상기 효율적인 처리는 유출물이 집수 탱크 안으로 방출되는 시간에 작동시에 적용되고 화학물의 사용을 포함하지 않는다. 일 실시예에 있어서, 3차 처리 유닛은 오존 처리 모듈의 하류에 있는 역삼투암 필터를 포함하고, 이는 플랜트 출구에서 처리된 물의 최종 품질을 더욱 개선하는 장점을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 1차 처리 유닛에 연속적으로 공급하는 적어도 2개의 집수 탱크들이 있고, 이들 중 하나는 주방 및 갤리선(galley)으로부터 단지 중수만을 수용한다. 잔여 중수 및 흑수는 이 경우에 하나 이상의 추가 집수 탱크에 집수된다. 이는 선박의 유압 연결부를 합리화하는 장점을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 주방 및 갤리선으로부터 중수를 수용하는 집수 탱크에는 하류 오일 분리기가 제공되고, 이는 1차 처리 유닛에서 후속 처리를 용이하게 하는 장점을 가진다. 이 경우에 집수 탱크들을 분리하는 것은 통상적으로 오일 잔류물에 의해서 오염된 물 스트림에만 대응하는, 제한된 양의 물을 오일 분리기에 공급하고, 따라서 효율을 증가시키고 1차 처리 유닛의 처리 시간 및 크기를 감소시키는 장점을 가진다. 일 실시예에서, 플랜트에 제공된 모든 필터들은 완전 자동으로 자체 정화된다. 일 실시예에서, 플랜트의 1차 처리 유닛은 50% 초과의 양 만큼 TSS를 제거하고 2차 처리 유닛은 90% 초과의 양 만큼 TSS를 제거할 수 있다. 당업자는 본 발명자들이 플랜트의 전체 크기 및 효율의 관점에서 바람직한 결과를 편리하게 얻기 위해 적당한 것으로 확인되는 값들을 달성하도록 상이한 유닛들을 치수설정하는 방법을 용이하게 결정할 수 있다.

다른 형태에서, 본 발명은 상술한 플랜트에서 선박에서 발생된 폐수를 처리하기 위한 프로세스에 관한 것으로서, 상기 프로세스는 상기 집수 탱크로부터 대역 여과가 이루어지는 상기 1차 처리 유닛으로 흑수 및 중수를 공급하는 단계; 미세 여과 또는 초미세 여과가 발생하는 상기 2차 처리 유닛으로 여과물을 공급하는 단계; 오존 처리 및 선택적인 역삼투압 여과가 이루어지는 상기 3차 처리 유닛으로 상기 후속 여과물을 공급하는 단계를 연속 사이클로 포함한다. 일 실시예에서, 플랜트를 나오는 처리된 물은 외부 방출부로 보내진다. 대안 실시예에서, 플랜트를 나오는 처리된 물은 전체적으로 또는 부분적으로 기술적 용수로 재순환된다.

본 발명을 예시하는 일부 이행형태는 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되며, 본 발명의 상기 특정 이행형태에 대해서 상대적으로 상이한 요소들의 왕복운동 배열을 도시하는 유일한 목적을 가지며; 특히, 도면은 반드시 실척은 아니다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 폐수 처리를 위한 플랜트를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 폐수 처리를 위한 플랜트를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예를 따른 폐수 처리를 위한 플랜트를 개략적으로 도시한다.

첨부된 도면에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 크루즈 선박에 설치된 폐수 처리를 위한 플랜트는 선박으로부터의 모든 폐수를 임시로 수용하기 위한 집수 탱크(1)를 포함한다. 탱크(1)에 집수된 물들은 파이프(10)를 통해서 처리 시스템(11)으로 운반된다. 처리 시스템(11)의 출구에서, 도관(12)이 제공되고, 처리된 물은 상기 도관으로부터 유동하여, 기술적 용수 탱크(미도시)로 방출 또는 전달될 준비가 된다.

처리 시스템(11)은 탱크(1)로부터 폐수를 수용하는 밴드 필터(13)가 설치된 1차 처리 유닛을 포함하고, 상기 1차 처리 유닛은 미세 여과 필터(14)를 포함하는 2차 처리 유닛으로 관련 여과물을 공급한다. 밴드 필터(13)는 또한 고형물(15)을 위한 출구를 포함한다. 미세 여과 필터(14)는 또한 고형물916)을 위한 출구를 포함한다. 대안 실시예에 잇어서, 출구(16)에 제공된 고형물은 단지 고형물의 출구로서 출구(15)를 갖는 처리 시스템(11)을 제공하기 위해 필터(13)의 입구로 재순환될 수 있다.

필터(13)의 출구(15)에 제공된 고형물 및 필터(14)의 출구(16)에 제공된 고형물은 방출되기 위해 집수된다.

미세 여과 필터(14)로부터 나오는 처리된 물은 오존 처리 모듈(17)이 설치되고 처리된 물이 흐르는 도관(12)을 포함하는 3차 처리 유닛으로 공급된다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 페수 처리 플랜트는 이전의 경우와 같이, 선박으로부터 모든 폐수를 임시로 수용하기 위한 집수 탱크(1)를 포함하고 추가로 처리 시스템(20)이 설치된다.

오존 처리 모듈(17)을 포함하는 3차 처리 유닛의 출력물은 이 경우에 역삼투압 여과 유닛(21)으로 보내진다. 필터(21)의 출구에는, 도관(12)이 제공되고 처리된 물이 상기 도관으로부터 방출을 위해 흐른다. 본 발명의 제 3 실시예에 있어서, 폐수는 2개의 개별 스트림으로 분할되고; 주방 및 갤리선으로부터 나오는 물은 제 1 집수 탱크(31) 안으로 집수되고, 흑수 및 잔여 중수는 제 2 집수 탱크(30) 안으로 집수된다.

탱크(30)의 출력물은 도관(10)을 통해서 처리 시스템 안으로 직접 공급되고, 상기 처리 시스템은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 처리 시스템(11) 또는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 처리 시스템(20)일 수 있다.

탱크(31)의 출력물은 오일 분리기(32)로 운반되고, 상기 출력물은 처리 시스템(11 또는 20)으로 도관(10)을 경유하여 뒤로 제공된다.

예들

적당한 실시예들의 하기 예들은 실시될 발명을 감소시키는 특정 방식을 도시하도록 포함된다. 당업자는 다음 개시된 설비, 조성 및 기술은 본 발명을 실시할 때 양호하게 작용하도록 발명자들에 의해서 발견된 설비, 조성 및 기술을 나타내는 것을 이해해야 하고; 그러나, 당업자는 본 개시물의 관점에서 본 발명의 범주 내에서 개시되는 특정 실시예에서 많은 변화가 이루어질 수 있고 유사 결과를 얻을 수 있다는 것을 이해해야 한다.

밴드 필터(13)가 설치된 1차 처리 유닛은 폐수를 위한 선내 처리 플랜트의 성공을 위해 중요한 구성요소이다. 지상 처리 플랜트와는 다르게, 흑수들이 대체로 빗물 및 여객선의 중수에 의해서 희석되고, 이 유동은 매우 농축되는데, 이는 집수 시스템이 진공 상태에서 작용하고 따라서 운송 물을 사용하지 않고 작용하기 때문이다. 더우기, 처리는 집수 후에 즉시 개시되므로, 물에 의한 오염물 희석의 현상을 최소화한다. 이러한 유형의 폐수를 위한 고성능의 여과를 사용함으로써, 오염물은 아직 충분히 그리고 즉시 운송수에서 용해되지 않기 때문에 대량의 COD 및 BOD5를 제거할 가능성이 있다.

본 명세서의 문맥에서 의심을 피하기 위해:

- 용어"COD"는 화학적 산소 요구량을 지칭하는데 사용되고;

리터당 산소 밀리그램(mg0₂/l)으로 표현되는 그 값은 표본 수에 제공된 유기 및 무기 화합물의 화학적 산화에 필요한 산소량을 나타내고,

- 용어 "BOD5"는 20℃의 온도에서 그리고 암영 영역에서 리터당 물 또는 액성 용액에 제공된 유기 물질을 분해하기 위하여 호기성 세균에 의해서 5일에 사용된 O₂의 양으로 규정된 생화학적 산소 요구량을 지칭하는데 사용된다.

본 발명자들은 필터(13)는 컴퍼니 Salsnes Filter AS에 의해서 SF1000 또는 SF2000의 상표로 판매되는 유형일 수 있다는 것을 확인하였다. 컨테이너 내부에 있는 일련의 롤러들에 의해서 구동된 경사진 순환 필터 밴드를 구비하고 여과물이 아래를 향한 상태로 수평으로 이동하는 부분을 갖는 장치로 구성된다. 필터 밴드 뒤에 배치된 송풍 장치는 송풍 장치 밑에 배치된 스크류 컨테이어에 의해서 운송된 필터 메쉬로부터 분리된 잔여물을 제거하기 위하여 필터 밴드를 향하여 송풍한다.

작은 크기에도 불구하고, 필터(13)는 10 l/s의 유량으로 물을 처리할 수 있다. 이는 40 내지 70%, 일반적으로 50% 초과의 TSS와 15 내지 40%, 일반적으로 20%초과의 BOD를 화학 생성물 없이 제거할 수 있다. 이 필터는 완전히 자동화된다.

2차 처리 유닛에 대하여 컴퍼니 Everblue 및 Filtrex에 의해서 상업화된 자체 정화 카트리지 필터가 미세 여과 필터(14)로서 사용될 수 있다. 카트리지의 여과 정도는 1 내지 80㎛의 범위에 있다. 카트리지는 가압수에 의해서 자동화 방식으로 정화되고 고형물은 카트리지의 외측에 보유된다.

동일 유형의 여러 필터들이 본 발명을 실행하기 위하여 일렬로 그리고 하나의 연속 감소로 부가될 수 있고, 이러한 유형의 3개의 필터들이 각각 80, 20 및 1㎛의 각각의 여과도를 갖고 일렬로 사용되었다. 복수의 카트리지들이 각각의 필터 내에 제공된다. Oltremare 750 kDa 초미세 여과 모듈에 결합된 2O㎛의 미세 필터에 의해서 성공적 시험들이 수행되었다.

필터(14)는 흑수 및 중수 모두를 처리할 수 있어서, 25㎛를 초과하는 크기의 고형물에 대해서 70 내지 95%의 양 그리고 일반적으로 90% 초과의 TSS 감소와 40 내지 60% 그리고 일반적으로 50% 초과의 양으로 COD의 감소를 얻는다.

3차 처리 유닛은 물의 유동이 도관 또는 용기를 따라 오존과 접촉하도록 설계된 컴퍼니 O.E.I. Ozono Elettronica Internazionale에 의해서 제공된 것과 같은 오존 처리(17)를 위한 완벽 시스템을 포함한다. 공기에서 개시되는 2 내지 4중량%의 또는 산소에서 개시되는 6 내지 15중량%의 농도의 오존은 벤추리 펌프가 설치된 시스템에 의해서 처리되도록 물과 접촉한다.

정확한 접촉 시간은 주어진 시간 주기 동안 처리될 물의 유동을 수용하도록 설계된 도관에 의해서 보장된다.

UV 조명 시스템은 물/오존 접촉 시스템으로부터 하류에 배치될 수 있다. 이는 방출 도관(12) 이전에 물의 방출물에 용해된 잔류 오존의 전체적인 부재를 보장한다.

낮은 압력의 역삼투압 유닛(21)은 반투과성 멤브레인계의 필터이고, 여기서 물은 멤브레인을 가로질러 흐르지만 유기 물질과 같은 이온 및 큰 분자들은 통과할 수 없다.

결과적으로, 공급된 폐수는 정화수의 스트림과 고농도 농축의 폐수(농축물)로 분리된다.

역삼투압 유닛은 또한 구리, 니켈, 아연 및 잔류 질소 화합물과 같은 중금속을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 폴리아미드 및 폴리설폰의 복합 필름으로 제조된 멤브레인이 사용될 수 있다. 멤브레인은 자동 방식으로 정화될 수 있다.

오일 분리기(32)는 컴퍼니 FM Environmental Ltd에 의해서 상표 Titan Class D10으로 상업화된 것일 수 있다. 이러한 유닛은 여러 부분들로 분할되고 10 l/s의 유량을 처리할 수 있다. 장치는 지방 물질을 99%까지(즉, 시간당 72kg의 지방까지) 제거할 수 있다. 폐수는 확산기로 진입하고 모든 큰 음식 입자들은 1차 필터(큰 고형물)에서 포획된다. 고형물이 없는 폐수는 주요 탱크로 계속해서 유동한다. 안착된 고형물은 2차 필터(작은 고형물)를 통해서 주기적으로 펌핑된다. 큰 고형물 및 작은 고형물은 모두 탱크에 집수된다. 물을 주요 탱크에 공급한 후에, 물보다 가벼운 지방은 중력에 의해서 분리되고 포획 상태로 잔류한다. 오일 분리기(32)는 자동 정화 시스템을 구비할 수 있다.

사전 계획된 제거 사이클은 먼저 확산 공기에 의해서 물을 저어서 개시된다. 이는 부유 지방의 추가 분리를 보조하고 차단하며 폐기물을 방출 기구로 안내한다. 폐기물은 그 다음 다져지고 지방은 용해된다. 액화 지방은 걷어져서 외부 용기로 전달된다.

밴드 필터(13) 및 미세 여과 필터(14)는 90%보다 큰 양으로 TSS를 제거하므로, 오존 처리 모듈(17)의 입구에서, TSS는 5% 미만으로 되어서 오존 처리를 매우 효과적으로 만든다.

상술한 처리 프로세스의 특정 형태는 사이클이 지속된다는 것이다. 탱크(1,30,31)에 제공된 폐수는 탱크에 안착되지 않고 처리 플랜트(11 또는 20)로 직접 보내진다.

본 발명의 일 실시예에서, 단지 하우징으로부터의 단지 중수가 공급되었고, 표 1에 기재된 결과가 얻어졌다. 흑수의 공급의 경우에, 표 2에 기재된 결과들이 얻어졌다.

이전 설명은 본 발명의 범주 내에서 상이한 실시예에 따라 사용될 수 있는 본 발명을 제한하는 것으로 의도된 것이 아니고, 그 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정된다.

본원의 설명 및 청구범위를 통해서, 용어 "포함하다" 및 그 변형어, 예를 들어, "포함하는" 및 "구비하는"은 다른 요소, 구성요소 또는 추가 처리 단계들을 배제하도록 의도된 것이 아니다.

문헌, 실행령, 재료, 장치, 품목 등의 설명은 단지 본 발명을 제공할 목적으로만 포함된다. 종래 기술의 임의의 또는 모든 상기 형성된 물질 부분은 본원의 각각의 청구항의 우선일 이전에 본 발명에 관련된 분야에서 기본이 되거나 또는 일반적인 공통 지식이라는 것을 나타내거나 또는 제안하는 것이 아니다.

Claims (10)

1. 선박에서의 폐수 처리를 위한 플랜트로서,
   선상에서 생산된 흑수 및 중수의 방출과 연계된 적어도 하나의 집수 탱크;
   상기 적어도 하나의 집수 탱크로부터 적어도 하나의 밴드 필터를 포함하는 1차 처리 유닛으로 흑수 및 중수를 연속적으로 공급하기 위한 수단;
   상기 1차 처리 유닛으로부터 적어도 하나의 미세 여과 또는 초미세 여과 필터를 포함하는 2차 처리 유닛으로 여과물을 공급하기 위한 수단;
   상기 2차 처리 유닛으로부터 적어도 하나의 오존 처리 모듈을 포함하는 3차 처리 유닛으로 상기 여과물을 공급하기 위한 수단을 포함하는, 플랜트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 집수 탱크는 흡인 하에 작동하도록 구성되는, 플랜트.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 3차 처리 유닛은 상기 오존 처리 모듈 하류에 있는 적어도 하나의 역삼투압 필터(reverse osmosis filter)를 추가로 포함하는, 플랜트.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 집수 탱크는:
   주방 및 갤리선으로부터 중수 방출과 연계된 제 1 집수 탱크;
   선상에서 생산된 흑수 및 잔여 중수의 방출과 연계된 적어도 하나의 제 2 집수 탱크로 구성되는, 플랜트.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 집수 탱크 하류에 있고 상기 1차 처리 유닛 상류에 있는 오일 분리기를 추가로 포함하는, 플랜트.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 1차 처리 유닛, 상기 2차 처리 유닛 및 상기 3차 처리 유닛 및 상기 역삼투압 필터는 모두 자동화된 자체 정화 필터들을 포함하는, 플랜트.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 1차 처리 유닛은 50% 초과의 양 만큼 TSS를 제거하고 상기 2차 처리 유닛은 90% 초과의 양 만큼 TSS를 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 플랜트에서 선박에서 발생된 폐수를 처리하기 위한 프로세스로서,
   상기 적어도 하나의 집수 탱크로부터 상기 1차 처리 유닛으로 흑수 및 중수를 공급하는 단계;
   상기 1차 처리 유닛으로부터 상기 2차 처리 유닛으로 여과물을 공급하는 단계;
   상기 2차 처리 유닛으로부터 상기 3차 처리 유닛으로 상기 여과물을 공급하는 단계를 연속 사이클로 포함하는, 프로세스.
9. 제 8 항에 있어서,
   처리된 폐수를 방출하는 추가 후속 단계를 포함하는, 프로세스.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 3차 처리 유닛 하류에 있는 상기 처리된 폐수의 적어도 일부를 기술적 용수(technical water)로서 재순환시키는 추가 후속 단계를 포함하는, 프로세스.

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