WO2016140554A1

WO2016140554A1 - 오염물질 저감장치 및 방법

Info

Publication number: WO2016140554A1
Application number: PCT/KR2016/002217
Authority: WO
Inventors: 이승재; 박희준; 박건일; 최재웅
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2016-09-09
Also published as: US10618622B2; EP3266702A4; US20180037308A1; EP3266702B1; CN112973332B; JP2018507779A; CN107427768A; EP3266702A1; CN112973332A; JP6581202B2

Abstract

오염물질 저감장치 및 방법이 제공된다. 상기 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 배출하는 배기가스관; 세정수를 공급하는 세정수 공급관; 상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에, 상기 세정수 공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버; 및 상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하여 밸러스트수 탱크로 공급하는 세정수 배출관을 포함한다.

Description

오염물질 저감장치 및 방법

본 발명은 오염물질 저감장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질과 해수에 포함된 미생물을 사멸하여 배출할 수 있는 오염물질 저감장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이 때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다.

또한, 선박은 균형 및 흘수를 유지하기 위해 선체에 마련된 밸러스트수 탱크에 밸러스트수를 저장한다. 밸러스트수는 출발지의 해상에서 채워진 후 목적지의 해상에 배출되므로, 별도의 수처리를 하지 않고 배출할 경우 수질오염과 해양 생태계 변화를 유발할 수 있다.

이러한 이유로, 선박의 대기오염 및 수질오염에 대한 환경규제가 강화되고 있으며, 각종 규제를 만족시키기 위해 다양한 처리장치가 선박에 적용되고 있다. 대기오염에 관한 환경규제 중 해양 배기가스 배출통제지역(ECA; Emission Control Area)의 운항 및 정박 시 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산화물을 0.1% 이하로 규정하는 규제가 발효되어 있으며, 황산화물의 제거를 위해 일반적으로 습식 스크러버(wet scrubber)가 사용되고 있다. 습식 스크러버는 해수, 청수 또는 알칼리 용액과 배기가스를 기액 접촉하여 황산화물을 제거한다. 또한, 수질오염에 관한 환경규제 중 선박의 밸러스트수에 포함된 일정 크기 이상의 미생물들을 사멸시켜야 하는 규제가 발효되어 있으며, 미생물의 살균을 위해 전기분해, 오존, 자외선 등의 처리 방식이 사용되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질과 해수에 포함된 미생물을 사멸하여 배출할 수 있는 오염물질 저감장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질과 해수에 포함된 미생물을 사멸하여 배출할 수 있는 오염물질 저감방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 오염물질 저감장치의 일 면(aspect)은, 연소기관의 배기가스를 배출하는 배기가스관; 세정수를 공급하는 세정수 공급관; 상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에, 상기 세정수 공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버; 및 상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하여 밸러스트수 탱크로 공급하는 세정수 배출관을 포함한다.

상기 세정수 공급관 내부를 유동하는 세정수의 pH값보다, 상기 세정수 배출관 내부를 유동하는 세정수의 pH값이 더 낮다.

상기 배기가스관 또는 상기 스크러버에 연결되어, 질소계산화물을 산화시키거나, 산성화된 세정수를 중화시키거나, 세정수에 포함된 미생물을 사멸시키는 정화유닛을 더 포함한다.

외부로부터 해수를 유입받아 상기 밸러스트수 탱크에 밸러스트수를 공급하는 해수 공급관을 더 포함하고, 상기 세정수 공급관은 상기 해수 공급관으로부터 분지된다.

상기 세정수 공급관을 통해 상기 스크러버로 유입되는 해수의 양을 조절하는 제어 밸브와, 상기 배기가스의 농도나 오염도 또는 상기 스크러버를 통과한 상기 세정수의 pH값에 따라 상기 제어밸브를 제어하는 제어부를 더 포함한다.

상기 배기가스의 농도나 오염도는, 상기 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물 중 적어도 하나의 양으로 판단한다.

상기 제어 밸브는 상기 해수 공급관과 상기 세정수 공급관을 연결하며, 상기 세정수 공급관으로 분지되는 해수의 양 또는 비율을 조절하는 3방 밸브를 포함한다.

상기 세정수 배출관과 상기 세정수 공급관을 연결하는 순환관을 더 포함하여, 상기 세정수 배출관을 통해서 배출되는 세정수는 상기 순환관을 통해서 상기 세정수 공급관으로 재순환된다.

상기 세정수 배출관과 상기 순환관 사이에 배치된 재순환 탱크와, 상기 재순환 탱크에 연결되고, 상기 배출된 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하는 필터 유닛과, 상기 필터 유닛에 연결되고, 상기 필터 유닛에 의해 걸러진 고체상 입자가 모여지는 슬러지탱크를 더 포함한다.

상기 정화유닛은 상기 배기가스관, 상기 해수공급관 또는 상기 스크러버에 연결되어, 해수를 전기분해하여 질소계산화물을 산화시키는 산화제, 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제 또는 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 살균제를 공급한다.

상기 산화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산이고, 상기 살균제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산이거나, 상기 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산이 상기 배기가스 및 상기 해수와 반응하여 생성된 질산 또는 황산이고, 상기 중화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산나트륨의 희석액인 오염물질 저감장치.

상기 배기가스관에 연결되어, 펄스 코로나 방전을 하여 상기 배기가스를 산화시키고 오존을 발생시켜 상기 세정수를 살균하는 정화유닛을 더 포함한다.

상기 플라즈마 정화유닛은, 통형상 또는 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 플레이트형상의 제1 전극과, 상기 제1 전극의 내측 또는 상기 제1 전극의 사이에 이격되어 배치되며 상기 배기가스의 유동방향과 수직 방향으로 배열된 와이어 형상의 제2 전극을 포함하는 반응 모듈을 포함한다.

상기 스크러버 또는 혼합관의 후단에 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함한다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 오염물질 저감장치의 일 면은, 연소기관의 배기가스와 외부로부터 해수를 유입받는 (a) 단계; 상기 배기가스에 산화제를 분사하여 질소계산화물을 산화시켜 스크러버로 공급하는 (b) 단계; 상기 스크러버에 상기 유입된 해수 중 일부를 분사하여 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 분리하는 (c) 단계; 및 상기 분리된 오염물질을 이용하여 상기 유입된 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 (d) 단계를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 오염물질 저감장치에 따르면, 습식 스크러버 시스템을 통과한 세정수를 밸러스트수 탱크로 공급할 수 있다. 습식 스크러버 시스템과 밸러스트수 처리 시스템이 하나로 결합되어 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3은 도 1의 오염물질 저감장치의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 오염물질 저감장치의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6 및 도 7은 도 5의 오염물질 저감장치의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 오염물질 저감장치의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.

도 9은 본 발명의 제5 실시예에 따른 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10 내지 도 15은 발명의 제5 실시예에 따른 오염물질 저감장치의 작동도이다.

도 16 및 도 17는 본 발명의 제6 실시예에 따른 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 18 내지 도 23은 본 발명의 제6 실시예에 따른 오염물질 저감장치의 작동도이다.

도 24은 본 발명의 제7 실시예에 따른 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 25는 도 24의 플라즈마 정화유닛의 일 예를 설명하기 위한 절개 사시도이다.

도 26은 도 25의 플라즈마 정화유닛의 단면도이다.

도 27는 도 24의 플라즈마 정화유닛의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 28 내지 도 31은 발명의 제7 실시예에 따른 오염물질 저감장치의 작동도이다.

도 32은 본 발명의 제8 실시예에 따른 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 33는 도 32의 정화유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.

도 34 내지 도 39은 본 발명의 제8 실시예에 따른 오염물질 저감장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1)는 배기가스(도 2의 G1 참조)에 포함된 황산화물의 제거와 밸러스트수에 포함된 미생물의 처리가 동시에 이루어질 수 있는 장치이다. 오염물질 저감장치(1)는 습식 스크러버 시스템을 통과하며 산성화된 세정수(도 2의 W2 참조)를 IMO(국제해사기구, International Maritime Organization) 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화시킨 후 밸러스트수 탱크(60)로 공급하여 밸러스트수로 사용할 수 있다. 즉, 습식 스크러버 시스템과 밸러스트수 처리 시스템이 하나로 결합되어 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다. 또한, 밸러스트수 처리 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 따른 오염물질 저감장치(1)는 연소기관(10)과, 배기가스관(20)과, 세정수 공급관(30)과, 스크러버(40), 및 세정수 배출관(50)을 포함한다.

연소기관(10)은 연료를 연소하여 선박에 필요한 각종 동력을 발생시키는 것으로, 예를 들어, 메인 엔진, 발전기 엔진 등으로 형성될 수 있다. 연소기관(10)은 통상, 화석 연료를 연소하여 동력을 발생시키므로, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스(G1)를 발생시킨다. 발생된 배기가스(G1)는 다량의 황산화물과 질소산화물및 분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관(10)의 일 측에 연결된 배기가스관(20)을 통해 외부로 배출된다.

배기가스관(20)에는 복수 개의 연소기관의 배기관이 연결될 수 있으며, 복수 개의 연소기관은 필요에 따라 선택적으로 동작할 수 있다.배기가스관(20)은 연소기관(10)의 배기가스(G1)를 배출시키는 관으로, 일단부가 연소기관(10)에 연결되고 타단부가 후술할 스크러버(40)의 일 측에 연결된다. 배기가스관(20)은 내부에 고온의 배기가스(G1)가 유동하므로, 내열성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 세정수 공급관(30)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수(도 2의 W1 참조)를 스크러버(40)에 공급하는 관으로, 일단부가 해수 유입구(도시되지 않음) 또는 청수 탱크(도시되지 않음)에 연결되고 타단부가 스크러버(40)에 연결될 수 있다. 이하, 세정수(W1)가 해수인 것으로 한정하여, 세정수 공급관(30)의 일단부가 해수 유입구에 연결되고 타단부가 스크러버(40)에 연결된 구조를 보다 중점적으로 설명한다. 세정수 공급관(30) 상에는 적어도 하나의 펌프(31)가 설치되어, 세정수(W1)를 스크러버(40)에 원활하게 공급할 수 있다.

스크러버(40)는 배기가스관(20)을 통해 유입되는 배기가스(G1)에 세정수 공급관(30)을 통해 공급되는 세정수(W1)를 분무하여 배기가스(G1)와 세정수(W1)를 기액 접촉시키는 것으로, 습식 스크러버일 수 있다. 이 때, 세정수 공급관(30)은 스크러버(40) 내부에 위치한 단부가 스크러버(40)의 상부에 배치되며, 복수 개로 분지되어 세정수(W1)를 미립자 형태로 분무할 수 있다. 즉, 스크러버(40)의 상부에 배치된 세정수 공급관(30)은 배기가스관(20)이 위치한 스크러버(40)의 하부를 향하여 세정수(W1)를 분무하여, 배기가스(G1)와 세정수(W1)를 효과적으로 접촉시킬 수 있다. 스크러버(40) 내부에서 배기가스(G1)와 세정수(W1)가 접촉함에 따라 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물및 분진 등이 제거될 수 있으며, 황산화물과 질소산화물 및 분진이 제거된 배기가스(도 2의 G2 참조)는 별도의 배출관(41)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(41)을 통해 배출되는 배기가스(G2)는 황산화물과 질소산화물 및 분진이 제거된 상태이므로, 대기 중에 그대로 배출하더라도 대기 오염을 유발하지 않는다.

그러나 스크러버(40) 내부에 위치한 세정수 공급관(30)의 단부가 복수 개로 분지되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 세정수 공급관(30)은 단부가 하나로 형성되어 세정수(W1)를 미립자 형태로 분무할 수도 있다.

황산화물과 질소산화물 및 분진이 포함된 배기가스(G1)와의 접촉을 통해 황산화물과 질소산화물 및 분진 등을 흡수한 세정수(W2)는 세정수 배출관(50)을 통해 배출된다.

세정수 배출관(50)은 스크러버(40) 내부의 세정수(W2)를 배출하여 밸러스트수탱크(60)로 공급하는 관으로, 일단부가 스크러버(40)에 연결되고 타단부가 밸러스트수 탱크(60)의 일 측에 연결된다. 이 때, 세정수 배출관(50) 상에는 중화 처리부(90)와 정화부(100)가 설치될 수 있다.

중화 처리부(90)는 스크러버(40)의 후단에 설치되어, 스크러버(40)로부터 배출되어 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)를 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화한다. 세정수 배출관(50)을 통해 스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)는 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물및 분진 등을 흡수한 상태이므로, 세정수 배출관(50) 내부를 유동하는 세정수(W2)의 수소이온농도지수, 즉, pH값은 세정수 공급관(30) 내부를 유동하는 세정수(W1)의 pH값보다 더 낮다. 다시 말해, 세정수 배출관(50) 내부를 유동하는 세정수(W2)는 황산화물과 질소산화물로 인해 산성화되어, 세정수 공급관(30) 내부를 유동하는 세정수(W1)보다 pH값이 낮다. 따라서, pH값이 낮은 세정수(W2)를 그대로 해상에 배출할 경우, 수질오염 또는 해양 생태계 변화 등의 문제가 발생할 수 있다. 중화 처리부(90)가 세정수(W2)를 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화시킴으로써, 밸러스트수 탱크(60)에는 중화된 상태의 세정수(W2)가 밸러스트수로 공급될 수 있다. 또한, 후술할 유출관(80)을 통해 세정수(W2)를 해상으로 배출시키더라도 수질오염 또는 해양 생태계 변화 등의 문제가 발생되지 않는다. 그러나, 중화 처리부(90)가 세정수 배출관(50) 상에 설치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 중화 처리부(90)는 스크러버(40) 내부에 설치될 수도 있다. 중화 처리부(90)에서 중화된 세정수(W2)는 정화부(100)로 공급된다.

정화부(100)는 스크러버(40)의 후단, 특히, 중화 처리부(90)의 후단에 설치되어 스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)에 포함된 슬러지(도 2의 S 참조)를 분리하는 것으로, 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 슬러지(S)를 분리할 수 있다. 세정수 배출관(50) 상에 정화부(100)가 형성됨으로써, 밸러스트수 탱크(60)에는 슬러지(S)가 제거된 상태의 세정수(W2)가 공급될 수 있다. 정화부(100)의 일 측에는 슬러지 저장탱크(110)가 연결되어 있어, 세정수(W2)로부터 분리된 슬러지(S)를 별도로 저장할 수 있다. 정화부(100)를 통과하며 슬러지(S)가 제거된 세정수(W2)는 밸러스트수 탱크(60)로 공급된다.

밸러스트수 탱크(60)는 세정수 배출관(50)을 통해 배출되는 세정수(W2)를 저장하여 선박의 평형을 유지하는 것으로, 선박에는 적어도 하나의 밸러스트수 탱크(60)가 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 세정수 배출관(50) 내부를 유동하는 세정수(W2)는 황산화물과 질소산화물로 인해 산성화되어, 세정수 공급관(30) 내부를 유동하는 세정수(W1)보다 pH값이 낮다. 따라서, 세정수 배출관(50) 내부를 유동하는 세정수(W2)에 포함된 미생물의 생존률은 세정수 공급관(30) 내부를 유동하는 세정수(W1)에 포함된 미생물의 생존률보다 낮다.

즉, 세정수 배출관(50) 내부를 유동하는 세정수(W2)는 산성화로 인해 미생물의 생존률이 낮아 미생물들을 사멸시켜야 하는 밸러스트수 규제조건을 만족시키므로, 밸러스트수로 사용하기에 적합하다. 미생물의 생존률이 낮고, IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 전환된 세정수(W2)를 밸러스트수 탱크(60)에 공급하여 밸러스트수로 사용함으로써, 미생물을 사멸하기 위한 별도의 밸러스트수 처리 시스템이 생략될 수 있으며, 이로 인해, 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다. 또한, 습식 스크러버 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 장점이 있다.

세정수 배출관(50) 상에는 적어도 하나의 제1 밸브(50a)가 설치되어 세정수(W2)의 유동을 제어할 수 있다. 제1 밸브(50a)는 밸러스트수 탱크(60)의 전방에 설치될 수 있으며, 제1 밸브(50a)를 통과한 세정수(W2)는 살균 처리부(120)로 공급된다.

살균 처리부(120)는 밸러스트수 탱크(60)의 전방 또는 후방 중 적어도 하나에 설치되어, 밸러스트수 탱크(60)로 유입되는 세정수(W2) 또는 밸러스트수 탱크(60)로부터 유출되는 세정수(W2)에 포함된 미생물을 추가로 살균한다. 다시 말해, 살균 처리부(120)는 세정수(W2)에 잔존하는 미생물을 추가로 살균하며, 예를 들어, 강산성화장치, 전기분해장치, 오존발생장치, 자외선장치, 플라즈마장치 등일 수 있다. 살균 처리부(120)는 밸러스트수 규제조건이 엄격한 경우 선택적으로 동작하여 미생물을 추가로 살균할 수 있다. 살균 처리부(120)를 통과한 세정수(W2)는 밸러스트수 탱크(60)에 공급되어 밸러스트수로 사용되며, 밸러스트수 탱크(60)로부터 배출된 세정수(W2)는 해상에 배출되거나 다양한 필요처, 예를 들어, 열교환장치 등에 공급되어 냉각수로 사용될 수 있다.

한편, 세정수 배출관(50)의 일 측에는 순환관(70)이 배치될 수 있다. 순환관(70)은 세정수 배출관(50)으로부터 분지되어 스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)를 다시 스크러버(40)로 순환시키는 관으로, 정화부(100)의 후단에 위치한 세정수 배출관(50)으로부터 분지될 수 있다. 순환관(70)이 정화부(100)의 후단에 위치한 세정수 배출관(50)으로부터 분지됨으로써, 슬러지(S)가 제거된 상태의 세정수(W2)가 스크러버(40)로 순환될 수 있다. 도면 상에는 스크러버(40)의 내부에 위치한 순환관(70)의 단부가 세정수 공급관(30)과 연결되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 순환관(70)과 세정수 공급관(30)은 서로 분리되어 독립적으로 각각 세정수(W1, W2)를 분무할 수 있다. 순환관(70) 상에는 적어도 하나의 제2 밸브(70a)가 설치되어 세정수(W2)의 유동을 제어할 수 있다.

또한, 세정수 배출관(50)의 일 측에는 유출관(80)이 배치될 수 있다. 유출관(80)은 세정수 배출관(50)으로부터 분지되어 스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)를 해상으로 배출시키는 관으로, 순환관(70)과 같이, 정화부(100)의 후단에 위치한 세정수 배출관(50)으로부터 분지될 수 있다. 유출관(80)이 정화부(100)의 후단에 위치한 세정수 배출관(50)으로부터 분지됨으로써, IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 전환되고 슬러지(S)가 제거된 상태의 세정수(W2)가 해상으로 배출될 수 있다. 그러나, 유출관(80)이 세정수(W2)를 해상으로 배출시키는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 유출관(80)은 다양한 사용처에 세정수(W2)를 공급할 수도 있다. 유출관(80) 상에는 적어도 하나의 제3 밸브(80a)가 설치되어 세정수(W2)의 유동을 제어할 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 오염물질 저감장치(1)의 작동과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1)는 스크러버(40)를 통과하여 산성화된 세정수(W2)를 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화시킨 후, 밸러스트수 탱크(60)에 공급하여 밸러스트수로 사용할 수 있다. 따라서, 미생물을 사멸하기 위한 별도의 밸러스트수 처리 시스템이 생략될 수 있으며, 이로 인해, 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다. 또한, 밸러스트수 처리 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있다.

도 2는 스크러버로부터 배출되는 세정수를 밸러스트수 탱크로 공급하는 모습을 도시한 작동도이다.

연소기관(10)의 배기가스(G1)는 배기가스관(20)을 통해 스크러버(40)로 유입되며, 세정수(W1)는 세정수 공급관(30)을 통해 스크러버(40)로 공급된다. 이 때, 스크러버(40)의 상부에 위치한 세정수 공급관(30)은 배기가스관(20)이 위치한 스크러버(40)의 하부를 향하여 세정수(W1)를 분무하므로, 배기가스(G1)와 세정수(W1)는 효과적으로 기액 접촉할 수 있다. 배기가스(G1)와 세정수(W1)가 접촉함에 따라 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물및 분진 등이 제거될 수 있으며, 황산화물과 질소산화물 및 분진 등이 제거된 배기가스(G2)는 배출관(41)을 통해 외부로 배출된다. 배기가스(G1)와의 접촉을 통해 황산화물과 질소산화물및 분진 등을 흡수한 세정수(W2)는 세정수 배출관(50)을 통해 배출되며, 중화 처리부(90)에 의해 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화된다. 세정수(W2)에 포함된 슬러지(S)는 세정수 배출관(50) 상에 설치된 정화부(100)에 의해 분리되어 슬러지 저장탱크(110)에 저장된다.

스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)를 밸러스트수 탱크(60)로 공급하는 경우, 세정수 배출관(50)의 제1 밸브(50a)는 개방하고 유출관(80)의 제3 밸브(80a)는 폐쇄한다. 이 때, 순환관(70)의 제2 밸브(70a)는 선택적으로 개방할 수 있다. 밸러스트수 탱크(60)의 전방에 설치된 제1 밸브(50a)가 개방됨으로써, 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 살균 처리부(120)를 지나 밸러스트수 탱크(60)로 유입되어 선박의 평형을 유지할 수 있다. 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 미생물의 생존률이 낮고 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 전환된 상태이므로 밸러스트수로 사용하기에 적합하다.

밸러스트수 탱크(60)로부터 배출된 세정수(W2)는 해상에 배출되거나 다양한 사용처에 공급될 수 있다.

한편, 도시된 바와 같이, 제2 밸브(70a)가 개방되는 경우, 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 순환관(70)을 통해 유동하여 스크러버(40)로 순환된다. 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)의 일부가 순환관(70)을 통해 스크러버(40)로 순환됨으로써, 세정수 공급관(30)을 통해 공급되는 세정수(W1)의 양을 감소시킬 수 있다.

도 3은 스크러버로부터 배출되는 세정수를 해상으로 배출하는 모습을 도시한 작동도이다.

연소기관(10)의 배기가스(G1)와 세정수(W1)는 각각 배기가스관(20)과 세정수 공급관(30)을 통해 스크러버(40)로 공급된다. 배기가스(G1)와 세정수(W1)가 접촉함에 따라 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물 및 분진 등이 제거될 수 있으며, 황산화물과 질소산화물 및 분진 등이 제거된 배기가스(G2)는 배출관(41)을 통해 외부로 배출된다. 황산화물과 질소산화물 및 분진 등을 흡수한 세정수(W2)는 세정수 배출관(50)을 통해 배출되며, 중화 처리부(90)에 의해 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화된다. 세정수(W2)에 포함된 슬러지(S)는 세정수 배출관(50) 상에 설치된 정화부(100)에 의해 분리되어 슬러지 저장탱크(110)에 저장된다.

스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)를 해상으로 배출하는 경우, 제3 밸브(80a)는 개방하고 제1 밸브(50a)는 폐쇄한다. 이 때, 제2 밸브(70a)는 선택적으로 개방할 수 있다. 제3 밸브(80a)가 개방됨으로써, 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 유출관(80)을 통해 해상으로 배출되거나 다양한 사용처에 공급될 수 있다.

한편, 도시된 바와 같이, 제2 밸브(70a)가 개방되는 경우, 세정수(W2)는 순환관(70)을 통해 유동하여 스크러버(40)로 순환된다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-1)에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-1)는 일단부가 밸러스트수 탱크(60)에 연결되고 타단부가 세정수 공급관(30)에 연결되는 세정수 재공급관(130)을 더 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-1)는 일단부가 밸러스트수 탱크(60)에 연결되고 타단부가 세정수 공급관(30)에 연결되는 세정수 재공급관(130)을 더 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

세정수 재공급관(130)은 밸러스트수 탱크(60)에 저장된 세정수(W2)를 세정수 공급관(30)으로 재공급하는 관으로, 일단부가 밸러스트수 탱크(60)에 연결되고 타단부가 세정수 공급관(30)의 일 측에 연결된다. 밸러스트수 탱크(60)의 일 측에 세정수 재공급관(130)이 연결됨으로써, 선박의 평형 유지를 위해 밸러스트수 탱크 (60) 내부에 저장된 세정수(W2)를 비워야 하는 경우 해상으로 배출되는 세정수(W2) 중 일부를 세정수 공급관(30)으로 공급할 수 있다. 따라서, 해수 유입구 또는 청수 탱크로부터 세정수(W1)을 공급받지 않더라도 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물및 분진 등을 제거할 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-2)에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-2)는 세정수 공급관(30)이 해수 유동관(200)으로부터 분지되어 스크러버(40)에 연결된다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-2)는 세정수 공급관(30)이 해수 유동관(200)으로부터 분지되어 스크러버(40)에 연결되는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

세정수 공급관(30)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수(도 6의 W1 참조)를 스크러버(40)에 공급하는 관으로, 해수 유동관(200)으로부터 분지되어 스크러버(40)에 연결될 수 있다.

해수 유동관(200)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나를 밸러스트수 탱크(60)로 공급하는 관으로, 일단부가 해수 유입구(도시되지 않음) 또는 청수탱크(도시되지 않음) 중 적어도 하나에 연결되고 타단부가 밸러스트수 탱크(60)에 연결될 수 있다. 해수 유동관(200) 상에는 특정 크기 이상의 미생물을 제거하는 전처리 필터(300)가 설치되며, 세정수 공급관(30)은 전처리 필터(300)의 후단에서 분지된다. 해수 유동관(200) 상에는 적어도 하나의 제5 밸브(200a)가 설치되어 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나의 유동을 제어할 수 있다. 이하, 세정수(W1)가 해수(도 6의 W 참조)인 것으로 한정하여, 해수 유동관(200)의 일단부가 해수 유입구에 연결되고, 세정수 공급관(30)이 해수 유동관(200)으로부터 분지된 구조를 보다 중점적으로 설명한다.

해수 유입구를 통해 해수 유동관(200)으로 유입된 해수(W)는 일부가 밸러스트수 탱크(60)로 공급되며, 나머지 일부가 세정수 공급관(30)을 통해 스크러버(40)로 공급된다. 이 때. 밸러스트수 탱크(60)로 공급되는 해수(W)와 스크러버(40)로 공급되는 세정수(W1)의 비는 약 9:1 일 수 있다. 세정수 공급관(30) 상에는 적어도 하나의 펌프(31)가 설치되어, 세정수(W1)를 스크러버(40)에 원활하게 공급할 수 있다.

스크러버(40)는 배기가스관(20)을 통해 유입되는 배기가스(도 6의 G1 참조)에 세정수 공급관(30)을 통해 공급되는 세정수(W1)를 분무하여 배기가스(G1)와 세정수(W1)를 기액 접촉시키는 것으로, 통상의 습식 스크러버일 수 있다. 스크러버(40) 내부에서 배기가스(G1)와 세정수(W1)가 접촉함에 따라 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물및 분진 등이 제거될 수 있으며, 황산화물과 질소산화물 및 분진이 제거된 배기가스(도 6의 G2 참조)는 배출관(41)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(41)을 통해 배출되는 배기가스(G2)는 황산화물과 질소산화물 및 분진이 제거된 상태이므로, 대기 중에 그대로 배출하더라도 대기 오염을 유발하지 않는다.

황산화물과 질소산화물및 분진이 포함된 배기가스(G1)와의 접촉을 통해 황산화물과 질소산화물 및 분진 등을 흡수한 산성화된 세정수(도 6의 W2 참조)는 세정수 배출관(50)을 통해 배출된다.

세정수 배출관(50)은 스크러버(40) 내부의 세정수(W2)를 배출하여 밸러스트수 탱크(60)로 공급하는 관으로, 일단부가 스크러버(40)에 연결되고 타단부가 밸러스트수 탱크(60)의 일 측에 연결된다. 이 때, 세정수 배출관(50)은 타단부가 해수 유동관(200)에 연결되어 해수 유동관(200)을 통해 밸러스트수 탱크(60)에 연결될 수 있다. 세정수 배출관(50)이 해수 유동관(200)에 연결됨으로써, 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 해수 유동관(200)을 유동하는 해수(W)에 혼합되어 밸러스트수 탱크(60)로 공급될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스크러버(40)로부터 배출된 세정수(W2)는 황산화물과 질소산화물및 분진 등을 흡수하여 산성화된 상태이다. 이러한 세정수(W2)가 해수 유동관(200)을 유동하는 해수(W)에 혼합되어 밸러스트수 탱크(60)로 공급됨에 따라, 해수(W)에 포함된 미생물이 사멸될 수 있다. 다시 말해, 산성화된 세정수(W2)에 의해 해수(W)에 포함된 미생물이 사멸되므로, 밸러스트수로 사용하기에 적합하다.

세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 해수(W)와 혼합되기 전 정화부(100)에 의해 슬러지(도 6의 S 참조)가 분리되며, 분리된 슬러지(S)는 슬러지 저장탱크(110)에 저장된다. 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수는 살균 처리부(120)에 의해 추가로 살균된 후 밸러스트수 탱크(60)로 공급될 수 있으며, 밸러스트수 탱크(60)로부터 배출된 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수는 중화 처리부(90)에 의해 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화된 후 해상에 배출되거나 다양한 필요처에 사용될 수 있다.

세정수 배출관(50) 상에는 적어도 하나의 제1 밸브(50a)가 설치되어 세정수(W2)의 유동을 제어할 수 있으며, 제1 밸브(50a)는 정화부(100)의 후방에 배치될 수 있다. 순환관(70)과 유출관(80)은 각각 세정수 배출관(50)으로부터 분지되되, 제1 밸브(50a)의 전방에서 분지될 수 있다. 순환관(70)과 유출관(80)이 제1 밸브(50a)의 전방에서 분지됨으로써, 슬러지(S)가 제거된 상태의 세정수(W2)가 스크러버(40)로 순환되거나 해상으로 배출될 수 있다. 이 때, 유출관(80) 상에는 별도의 중화 처리부가 설치되어 세정수(W2)를 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 전환시킨 후 해상으로 배출할 수 있다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 오염물질 저감장치(1-2)의 작동과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-2)는 스크러버(40)를 통과하며 산성화된 세정수(W2)를 해수 유동관(200)을 유동하는 해수(W)에 혼합하여 밸러스트수 탱크(60)로 공급한다. 따라서, 해수(W)에 포함된 미생물이 사멸될 수 있으며, 이로 인해, 미생물을 사멸시키기 위한 별도의 처리 과정이 생략될 수 있다.

도 6은 스크러버로부터 배출되는 세정수를 밸러스트수 탱크로 공급하는 모습을 도시한 작동도이다.

연소기관(10)의 배기가스(G1)는 배기가스관(20)을 통해 스크러버(40)로 유입되며, 해수 유동관(200)의 전처리 필터(300)를 통과한 해수(W)는 일부가 세정수 공급관(30)을 통해 세정수(W1)로 스크러버(40)에 공급되고, 나머지 일부가 밸러스트수 탱크(60)에 공급된다. 스크러버(40)의 상부에 위치한 세정수 공급관(30)은 배기가스관(20)이 위치한 스크러버(40)의 하부를 향하여 세정수(W1)를 분무하므로, 배기가스(G1)와 세정수(W1)는 효과적으로 기액 접촉할 수 있다. 배기가스(G1)와 세정수(W1)가 접촉함에 따라 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물 및 분진 등이 제거될 수 있으며, 황산화물과 질소산화물 및 분진 등이 제거된 배기가스(G2)는 배출관(41)을 통해 외부로 배출된다. 배기가스(G1)와의 접촉을 통해 황산화물과 질소산화물 및 분진 등을 흡수한 산성화된 세정수(W2)는 세정수 배출관(50)을 통해 배출되며, 정화부(100)에 의해 슬러지(S)가 분리된다. 분리된 슬러지(S)는 슬러지 저장탱크(110)에 저장된다.

스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)를 밸러스트수 탱크(60)로 공급하는 경우, 세정수 배출관(50)의 제1 밸브(50a)는 개방하고 유출관(80)의 제3 밸브(80a)는 폐쇄한다. 이 때, 순환관(70)의 제2 밸브(70a)는 선택적으로 개방할 수 있다. 제1 밸브(50a)가 개방됨으로써, 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 해수 유동관(200)을 유동하는 해수(W)에 합류되어 살균 처리부(120)를 지나 밸러스트수 탱크(60)로 유입될 수 있다. 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 황산화물과 질소산화물 인해 산성화된 상태이므로, 해수(W)에 포함된 미생물은 사멸될 수 있으며, 이로 인해, 밸러스트수 탱크(60)에는 미생물이 사멸된 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수가 밸러스트수로 저장될 수 있다.

밸러스트수 탱크(60)로부터 배출된 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수는 중화 처리부(90)에 의해 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화된 후 해상에 배출되거나 다양한 사용처에 공급될 수 있다.

도시된 바와 같이, 제2 밸브(70a)가 개방되는 경우, 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 순환관(70)을 통해 유동하여 스크러버(40)로 순환된다. 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)의 일부가 순환관(70)을 통해 스크러버(40)로 순환됨으로써, 세정수 공급관(30)을 통해 공급되는 세정수(W1)의 양을 감소시킬 수 있다.

도 7은 스크러버로부터 배출되는 세정수를 해상으로 배출하는 모습을 도시한 작동도이다.

연소기관(10)의 배기가스(G1)와 세정수(W1)는 각각 배기가스관(20)과 세정수 공급관(30)을 통해 스크러버(40)로 공급된다. 배기가스(G1)와 세정수(W1)가 접촉함에 따라 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물 및 분진 등이 제거될 수 있으며, 황산화물과 질소산화물 및 분진 등이 제거된 배기가스(G2)는 배출관(41)을 통해 외부로 배출된다. 황산화물과 질소산화물 및 분진 등을 흡수한 세정수(W2)는 세정수 배출관(50)을 통해 배출되며, 세정수(W2)에 포함된 슬러지(S)는 정화부(100)에 의해 분리되어 슬러지 저장탱크(110)에 저장된다.

스크러버(40)로부터 배출되는 세정수(W2)를 해상으로 배출하는 경우, 제3 밸브(80a)는 개방하고 제1 밸브(50a)는 폐쇄한다. 이 때, 제2 밸브(70a)와 제5 밸브(200a)는 선택적으로 개방할 수 있다. 제3 밸브(80a)가 개방됨으로써, 세정수 배출관(50)을 유동하는 세정수(W2)는 유출관(80)을 통해 해상으로 배출되거나 다양한 사용처에 공급될 수 있다. 이 때, 유출관(80) 상에는 별도의 중화 처리부가 설치되므로, 세정수(W2)는 IMO 처리수 기준을 만족하는 pH값으로 중화된 상태로 해상에 배출되거나 사용처에 공급될 수 있다.

도시된 바와 같이, 제2 밸브(70a)가 개방되는 경우, 세정수(W2)는 순환관(70)을 통해 유동하여 스크러버(40)로 순환되며, 제5 밸브(200a)가 폐쇄되는 경우, 밸러스트수 탱크(60)에는 해수(W)의 유입이 차단된다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-3)에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-3)는 일단부가 밸러스트수 탱크(60)에 연결되고 타단부가 세정수 공급관(30)에 연결되는 세정수 재공급관(130)을 더 포함한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 오염물질 저감장치(1-3)는 일단부가 밸러스트수 탱크(60)에 연결되고 타단부가 세정수 공급관(30)에 연결되는 세정수 재공급관(130)을 더 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

세정수 재공급관(130)은 밸러스트수 탱크(60)에 저장된 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수를 세정수 공급관(30)으로 재공급하는 관으로, 일단부가 밸러스트수 탱크(60)에 연결되고 타단부가 세정수 공급관(30)의 일 측에 연결된다. 밸러스트수 탱크(60)의 일 측에 세정수 재공급관(130)이 연결됨으로써, 선박의 평형 유지를 위해 밸러스트수 탱크(60) 내부에 저장된 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수를 비워야 하는 경우 해상으로 배출되는 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수 중 일부를 세정수 공급관(30)으로 공급할 수 있다. 따라서, 해수 유입구 또는 청수 탱크로부터 세정수(W1)을 공급받지 않더라도 배기가스(G1)에 포함된 황산화물과 질소산화물 및 분진 등을 제거할 수 있다. 세정수 재공급관(130) 상에는 적어도 하나의 펌프(131)가 설치되어, 세정수(W2)와 해수(W)의 혼합수를 세정수 공급관(30)에 원활하게 공급할 수 있다.

이하, 도 9 내지 도 15을 참조하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제5 실시예에 따른 오염물질 저감장치(200)는 배기가스에 포함된 각종 오염물질(질소산화물, 황산화물, 분진 등)의 농도를 줄여 배기기준에 적합한 공기를 배출할 수 있으며, 해수에 포함된 미생물의 살균처리가 동시에 이루어져 밸러스트수로 사용하거나 해수로 배출할 수 있는 장치이다. 오염물질 저감장치(200)는 주로 선박에 탑재되어 선박에서 발생하는 배기가스의 오염물질을 제거하면서 밸러스트수로 사용하는 해수에 포함된 미생물을 동시에 사멸할 수 있다. 또한, 오염물질 저감장치(200)는 배기가스의 오염물질 제거 기능과 밸러스트수의 미생물 사멸 기능을 각각 작동시키거나 작동비율을 필요에 따라 조절할 수 있으며, 밸러스트수 처리 시스템에 포함된 살균장치 등이 제거될 수 있는 장점이 있다. 이러한 장치는 습식 스크러버 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 따른 오염물질 저감장치(200)는 배기가스관(210)과, 세정수 공급관(220)과, 스크러버(240)와, 정화유닛(250) 및 세정수 배출관(241), 해수 공급관(230)을 포함한다.

배기가스관(210)은 연소기관으로부터 배기가스가 이동하는 관으로 스크러버(240)에 연결된다. 배기가스관(210)은 연소기관의 배기관에 직접 연결되어 고온의 배기가스가 직접 이동하거나 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 재활용하고 남은 폐가스가 이동하는 통로가 될 수 있다.

한편, 세정수 공급관(220)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(240)에 공급하는 관으로, 일단부가 해수공급관(230) 또는 청수공급관(221)에 연결되고 타단부가 스크러버(240)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수 공급관(220)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받을 수 있다.

이하, 세정수는 주로 해수인 것으로 한정하여, 세정수 공급관(220)을 통해 주로 해수가 유입되어 스크러버(240)로 공급되는 과정을 주로 설명한다.

해수공급관(230)에는 펌프(236)가 설치되어 세정수를 스크러버(240)로 원할하게 공급할 수 있다. 특히, 세정수 공급관(220)은 해수공급관(230)으로부터 분지되어 스크러버(240)로 연결되는 구조로 세정수 공급관(220)과 해수공급관(230)의 연결부분에는 제어밸브(231)가 설치되어 있다. 제어밸브(231)는 세정수 공급관(220)을 통하여 공급되는 해수의 양을 조절하거나 세정수 공급관(220)으로 분지되어 공급되는 해수와 해수공급관(230)을 통하여 밸러스트수 탱크(260)로 공급되는 해수의 비율을 조절할 수 있다.

스크러버(240)는 배기가스관(210)을 통해 유입되는 배기가스에 세정수 공급관(220)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 습식 스크러버일 수 있다. 스크러버(240) 내부에서 배기가스와 세정수가 접촉함에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물 및 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 질소산화물, 황산화물 및 분진의 오염물질이 제거된 배기가스(도 12의 G2 참조)는 별도의 배출관(242)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

스크러버(240) 내부에서 오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물 및 분진 등이 포함된 세정수는 세정수 배출관(241)을 통해 배출된다.

정화유닛(250)은 배기가스관(210) 또는 스크러버(240)에 연결되어 물리적 또는 화학적인 방법으로 질소계산화물을 산화시키거나 산성화된 세정수를 중화시키거나 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 정화유닛(250)은 배기가스관(210) 또는 스크러버(240)에 산화제를 공급하거나 중화제를 공급하거나 살균제를 공급할 수 있다. 예를 들어, 정화유닛(250)은 해수를 전기분해하여 산화제, 중화제, 살균제를 모두 생산하는 장치이거나, 플라즈마를 이용하여 산화제와 살균제를 생산하는 장치일 수 있다. 정화유닛(250)은 전기분해장치 또는 플라즈마장치에 한정할 것은 아니고, 질소계산화물을 산화시키거나 산성화된 세정수를 중화시키거나 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있는 장치라면 어떠한 구성도 가능할 것이다.

정화유닛(250)은 배기가스관(210)에 산화제를 분사하여 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 이산화질소는 일산화질소에 비하여 물에 쉽게 용해되어 스크러버(240)에서 세정수에 녹아 쉽게 제거될 수 있다. 정화유닛(250)은 배기가스관(210)에 액체산화제를 미립자화하여 분사할 수 있다. 정화유닛(250)은 배기가스관(210)에 액체산화제를 미립자화하여 직접 분사하거나, 배기가스관(210)에 설치된 별도의 분무유닛(211) 을 통하여 배기가스에 액체산화제를 분무할 수 있다.

이때, 정화유닛(250)은 배기가스관(210)에 중화제를 함께 분무하거나 스크러버(240)에 중화제를 분무할 수 있다. 중화제는 질소산화물과 황산화물이 세정수와 반응하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다. 질소산화물과 황산화물은 해수와 반응하면 각각 질산(HNO₃), 황산(H₂SO₄)을 생성하게 되므로, 정화유닛(250)은 차아염소산 나트륨(NaOCl)을 스크러버(240)에 분사하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다.

또한, 정화유닛(250)은 밸러스트수 탱크(260)에 중화제를 분사하거나 해수배출관(237)에 중화제를 분사하여 밸러스트수를 중화시킬 수 있다. 한편, 정화유닛(250)은 스크러버(240)에 직접 중화제(NaOH)를 투입할 수 있으며, 정화유닛(250)으로 세정수의 중화가 충분하지 않을 경우 별도의 중화제 주입 유닛(도시하지 않음)을 추가하여 2차 중화단계를 거칠 수도 있다.

세정수 배출관(241)은 스크러버(240) 내부의 세정수를 배출하는 관으로 필터유닛(270)을 통하여 해수공급관(230)과 다시 연결될 수 있다. 즉, 세정수 배출관(241)은 필터유닛(270)을 통하여 고체상 입자를 분리한 후 밸러스트수 탱크(260)로 저장되거나 외부로 배출될 수 있다. 세정수 배출관(241)은 반드시 해수공급관(230)과 연결될 필요는 없으며 독립적으로 밸러스트수 탱크(260)와 연결되거나 선박의 외부로 연결될 수 있다.

세정수 배출관(241)에는 순환관(291)이 연결될 수 있다. 순환관(291)은 세정수 배출관(241)을 통하여 배출되는 세정수를 세정수 공급관(220)으로 재순환시키기 위한 것으로, 세정수를 밸러스트수로 사용하지 않거나 외부로 배출할 필요가 없을 때에 세정수를 스크러버(240)로 순환시켜 계속 사용할 수 있다.

세정수 배출관(241)과 순환관(291) 사이에는 재순환탱크(290)가 설치될 수 있다. 재순환탱크(290)는 스크러버(240)를 통하여 배출된 세정수 중 일부를 저장할 수 있으며, 순환관(291)을 통하여 일정한 양의 세정수가 순환될 수 있도록 일종의 버퍼탱크 역할을 할 수 있다.

재순환탱크(290)는 필터유닛(270)과 같이 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 포함하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 제거하고 순환관(291)을 통해 세정수를 재순환할 수 있다.

세정수 공급관(220)은 해수공급관(230), 청수공급관(221) 및 순환관(291)과 연결되어 있어, 배기가스의 농도, 스크러버(240)의 처리용량, 세정수의 농도 및 오염도 등을 고려하여 해수, 청수, 순환수를 적절히 섞어 스크러버(240)로 공급할 수 있다.

필터유닛(270)은 스크러버(240)의 후단에 설치되어 스크러버(240)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자 등을 분리하는 장치로, 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리하여 슬러지탱크(280)로 배출할 수 있다. 필터유닛(270)은 펌프(236)와 제어밸브(231) 사이의 해수공급관(230)에 연결될 수 있다. 즉, 해수공급관(230)으로부터 공급되는 해수가 필터유닛(270)을 통과하여 스크러버(240)로 공급되고, 스크러버(240)를 통과한 세정수가 다시 필터유닛(270)을 통과할 수 있다. 즉, 하나의 필터유닛(270)으로 외부에서 유입된 해수와 스크러버(240)를 통과한 세정수를 모두 필터링 할 수 있다. 또한, 필터유닛(270)의 일 측에는 제어밸브(231) 후단의 해수공급관(230)에 직접 연결되는 합류관(도 14의 238 참조)이 설치될 수 있다.

필터유닛(270)을 통과한 세정수 또는 해수에 정화유닛(250)에서 공급하는 중화제 또는 살균제를 분사할 수 있다. 필터유닛(270)과 해수배출관(237) 사이에 해수와 세정수의 혼합수가 배출되는 혼합관(234)이 설치될 수 있으며, 혼합관(234)에 정화유닛(250)으로부터 공급되는 중화제나 살균제를 주입하는 주입유닛(233)이 설치될 수 있다. 주입유닛(233)은 중화제나 살균제를 액체 또는 기체상태로 해수와 세정수에 주입할 수 있다.

주입유닛(233)의 후단에는 센서부(232)가 설치되어 있어, 혼합관(234)을 통하여 배출되는 세정수와 해수 중의 총잔류산화제양(total residual oxidant), pH 농도, 미생물 농도 등을 실시간으로 파악할 수 있다. 센서부(232)의 결과값에 따라 정화유닛(250)은 산화제, 중화제, 살균제를 공급량을 적절히 조절한다.

혼합관(234)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 밸러스트수 탱크(260)로 유입되거나 외부로 배출된다.

밸러스트수 탱크(260)는 세정수 배출관(241)을 통해 배출되는 세정수를 이용하여 선박의 평형을 유지한다. 선박에는 적어도 하나의 밸러스트수 탱크(260)가 설치될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 세정수 배출관(241)을 통해 배출되는 세정수는 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 흡수한 상태이므로, 세정수 배출관(241) 내부를 유동하는 세정수의 수소이온농도지수, 즉, pH값은 세정수 공급관(220) 내부를 유동하는 세정수의 pH값보다 더 낮다. 다시 말해, 세정수 배출관(241) 내부를 유동하는 세정수는 황산화물과 질소산화물로 인해 산성화되어, 세정수 공급관(220) 내부를 유동하는 세정수보다 pH값이 낮다. 따라서, 세정수 배출관(241) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률은 세정수 공급관(220) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률보다 낮다.

즉, 세정수 배출관(241) 내부를 유동하는 세정수는 산성화로 인해 미생물의 생존률이 낮아 일정 크기 이상의 미생물들을 사멸시켜야 하는 밸러스트수 규제조건을 만족시키므로, 밸러스트수로 사용하기에 적합하다. 스크러버(240)에서 배출된 미생물이 사멸한 세정수를 이용함으로써, 미생물을 사멸하기 위한 별도의 밸러스트수 처리 시스템이 생략될 수 있으며, 이로 인해, 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소할 뿐만 아니라 선박 내 공간 활용도가 증가할 수 있다. 또한, 습식 스크러버 시스템에서 배관만 추가하여 구현이 가능하므로, 기존 선박에 용이하게 적용될 수 있는 장점이 있다.

한편, 정화유닛(250)은 밸러스트수 탱크(260)에 직접 살균제를 공급할 수 있다. 밸러스트수 탱크(260) 내부에 저장된 밸러스트수의 미생물의 농도가 높으면 밸러스트수 탱크(260)에 직접 살균제를 분사하여 미생물 농도를 조절할 수 있다. 따라서, 밸러스트수 탱크(260)에 저장된 밸러스트수를 외부로 배출하기 전에 미생물 허용 기준치 이내로 조절할 수 있어 해양오염이나 생태계 교란을 막을 수 있다.

이하, 도 10 내지 도 15을 참조하여 오염물질 저감장치(200)의 작동과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

도 10 및 도 11은 해수공급관(230)을 통해 유입된 해수가 밸러스트수로 공급되는 과정을 도시한 것이며, 도 10는 밸러스트수로 공급되는 해수 전체에 살균물질이 투입되는 직접 살균방식을 도시한 것이며, 도 11은 밸러스트수로 공급된 해수 중 일부분에 살균물질을 투입하고 외부에서 공급된 해수와 섞어서 사용하는 간접 살균방식을 도시한 것이다.

먼저, 도 10를 참조하여 설명하면 해수공급관(230)을 통하여 공급된 해수는 필터유닛(270)을 통과하면서 입자가 큰 미생물이 제거된다. 예를 들어, 필터유닛(270)은 살균물질로 쉽게 사멸하지 않는 직경이 50㎛ 이상의 미생물을 분리할 수 있다.

필터유닛(270)을 통과한 해수에는 정화유닛(250)으로부터 공급되는 살균제가 분사될 수 있다. 살균제가 분사되어 미생물이 사멸한 해수는 밸러스트수 탱크(260)로 공급되어 밸러스트수로 사용될 수 있다.

이어, 도 11을 참조하여 설명하면 해수공급관(230)을 통하여 공급된 해수는 필터유닛(270)을 통과하면서 입자가 큰 미생물이 제거되고, 해수는 혼합관(234)을 통하여 일부가 배출되며, 나머지는 우회관(235)을 통하여 배출될 수 있다. 혼합관(234)은 정화유닛(250)으로부터 살균제가 분사되는 관이며, 우회관(235)은 필터유닛(270)을 통과한 해수가 직접 밸러스트수 탱크(260)로 유입되는 관이다.

혼합관(234)을 통과한 해수는 살균제를 포함하여 미생물이 사멸된 상태이며, 혼합관(234)을 통과한 해수와 우회관(235)을 통과한 해수가 서로 섞이면 우회관(235)을 통과한 해수에 포함된 미생물도 모두 사멸시킬 수 있다.

혼합관(234)과 우회관(235)을 통과하는 해수의 양이나 비율을 해수에 포함된 미생물의 농도 등에 따라 선택적으로 조절될 수 있다.

도 10와 도 11를 참조하여 설명한 바와 같이, 오염물질 저감장치(200)는 배기가스를 제거하는 기능을 사용하지 않더라도 독립적으로 밸러스트수를 처리할 수 있다.

이하, 도 12와 도 13를 참조하여 오염물질 저감장치(200)가 배기가스의 오염물질만을 제거하기 위하여 동작하는 과정을 설명한다.

도 12는 해수공급관(230)으로 공급된 해수가 스크러버(240)를 통과하여 외부로 직접 배출되는 방식을 도시한 것이며, 도 13는 해수공급관(230)으로 유입된 해수가 스크러버(240)를 통과한 후 순환관(291)을 통하여 재순환하여 재사용되는 방식을 도시한 것이다.

먼저 도 12를 참조하여 설명하면, 해수공급관(230)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(220)을 통하여 스크러버(240)로 공급된다. 세정수는 스크러버(240) 상부에서 분사되며 스크러버(240)의 하부에는 세정수가 일정 수위로 채워질 수 있다.

이때, 배기가스관(210)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(240)의 하부에서 분사될 수 있다. 정화유닛(250)은 배기가스가 스크러버(240)로 공급되기 전에 산화제를 분사하여 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 정화유닛(250)은 세정수의 pH값을 고려하여 배기가스관(210) 또는 스크러버(240)에 중화제를 함께 분사할 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(240) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있어, 1차로 스크러버(240) 하부에 채워진 세정수에서 질소산화물, 환산화물, 분진 등의 오염물질을 제거하고 다시 스크러버(240) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 오염물질이 다시 제거될 수 있다. 이런 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되고, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(242) 를 통하여 외부로 배출된다.

스크러버(240)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수 배출관(241)을 통하여 필터유닛(270)으로 이동한다. 필터유닛(270)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(280)로 저장하며, 깨끗한 세정수는 혼합관(234)과 해수 배출관(237)을 통하여 외부로 배출된다. 이때, 혼합관(234)을 통과하는 세정수의 pH값이 기준치를 벗어나는 경우 정화유닛(250)은 중화제를 혼합관(234)에 주입하여 pH값을 기준치 이내로 맞춘 후 외부로 배출한다.

이어 도 13를 참조하여 설명하면, 해수공급관(230)을 통하여 유입된 해수가 스크러버(240)를 통과하여 세정수 배출관(241)으로 배출되고, 세정수 배출관(241)으로 배출된 세정수는 재순환탱크(290)에 일시 저장되었다가 다시 순환관(291)을 통하여 세정수 공급관(220)으로 순환된다. 즉, 도 13의 과정은 세정수가 순환관(291)을 통하여 재순환하여 재사용된다는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 12의 과정과 실질적으로 동일한다.

해수공급관(230)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(220), 스크러버(240), 세정수 배출관(241) 및 순환관(291)을 순차적으로 순환하며, 해수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 13의 과정과 도 12의 과정을 병행하여 진행할 수 있다. 도 13의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과할 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 사용될 수 있으며, 세정수를 여러 번 재순환함으로써 세정수의 오염이 심할 경우 필터유닛(270)을 통하여 고체상 입자를 제거하고 외부로 배출하고 다시 새로운 해수를 스크러버(240)로 공급할 수 있다.

도 12와 도 13의 과정은 필요에 따라 선택적으로 또는 순차적으로 사용될 수 있다.

이하, 도 14과 도 15을 참조하여 오염물질 저감장치(200)가 배기가스의 오염물질 제거와 밸러스트수 처리를 동시에 수행하는 과정을 설명한다.

도 14은 개루프(open loop) 타입의 오염물질 제거방식과 직접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이며, 도 15은 폐루프(close loop) 타입의 오염물질 제거방식과 간접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이다.

먼저 도 14을 참조하여 설명하면, 해수공급관(230)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(220)을 통하여 스크러버(240)로 공급된다. 세정수는 스크러버(240) 상부에서 분사되며 스크러버(240)의 하부에는 세정수가 일정 수위로 채워질 수 있다.

스크러버(240)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수 배출관(241)을 통하여 필터유닛(270)으로 이동한다. 필터유닛(270)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(280)로 저장하며, 깨끗한 세정수는 해수공급관(230) 및 혼합관(234)을 통과하여 밸러스트수 탱크(260)로 유입되거나 해수배출관(237)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 필터유닛(270)의 일 측에 설치된 합류관(238)을 통해 스크러버(240)를 통과하지 않은 외부에서 유입된 해수가 해수공급관(230)으로 합류되어, 해수공급관(230)을 유동하는 깨끗한 세정수에 혼합될 수도 있다.

한편, 해수공급관(230)을 유동하는 세정수와 해수의 혼합수에는 주입유닛(233)을 통해 정화유닛(250)으로부터 공급된 살균제가 주입될 수 있다.

이어 도 15을 참조하여 설명하면, 해수공급관(230)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(220)을 통하여 스크러버(240)로 공급된다. 스크러버(240)를 통과한 세정수 중 일부는 재순환탱크(290)와 순환관(291), 및 세정수 공급관(220)을 거쳐 스크러버(240)로 재순환되고, 나머지 일부는 필터유닛(270)으로 이동할 수 있다. 즉, 도 15의 과정은 스크러버(240)를 통과한 세정수 중 일부가 재순환탱크(290)와 순환관(291), 및 세정수 공급관(220)을 거쳐 스크러버(240)로 재순환하고, 해수배출관(237)을 통하여 외부로 세정수가 배출되지 않는 것을 제외하면, 나머지 과정은 도 14의 과정과 실질적으로 동일하다.

한편, 해수공급관(230)을 유동하는 해수는 주입유닛(233)에 의해 살균제가 주입되고, 나머지 일부는 우회관(235)을 따라 유동하여 주입유닛(233)을 통과한 후 혼합관(234)을 유동하는 해수의 흐름에 섞일 수 있다.

도 14의 과정과 도 15의 과정은 해수에 포함되어 있는 미생물의 양이나 종류 또는 필요한 밸러스트수의 양 등을 고려하여 선택적으로 수행할 수 있을 것이다.

이하, 도 16 내지 도 23을 참조하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제6 실시예에 따른 오염물질 저감장치(300)는 예를 들어, 배기가스에 함유된 오염물질의 양이 상대적으로 증가하거나 또는 감소하는 경우와 같이 오염물질 처리상황이 변동하는 경우에도, 이를 반영하여 스크러버 시스템으로부터 배출되는 처리수의 pH값을 알맞게 유지 및 조절할 수 있는 특징이 있다. 즉, 배기가스의 농도나 오염수준, 스크러버의 오염물질 처리능력 등을 감안하여, 스크러버를 통과하여 나온 처리수의 pH값이 적정 수준을 유지하도록 제어할 수 있고, 이를 통해 스크러버를 통과하여 나온 처리수를 밸러스트수로로 재사용하거나 선체 외부로 배출하는 등 다양한 방식으로 용이하게 처리 가능한 특징이 있다.

본 발명에 따른 오염물질 저감장치(300)는 배기가스관(310)과, 세정수 공급관(320)과, 스크러버(340)와, 정화유닛(350)과, 세정수 배출관(341)과, 스크러버로 유입되는 해수의 양을 조절하는 제어밸브(331), 및 배기가스의 농도나 오염도 또는 스크러버를 통과한 세정수(즉, 앞서 말한 처리수)의 pH값에 따라 제어밸브(331)를 제어하는 제어부(301)를 포함한다.

배기가스관(310)은 연소기관으로부터 배기가스가 이동하는 관으로 스크러버(340)에 연결된다. 발생된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관의 일 측에 연결된 배기가스관(310)을 통해 스크러버(340)로 공급된다.

한편, 세정수 공급관(320)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(340)에 공급하는 관으로, 밸러스트수 탱크에 밸러스트수를 공급하는 해수 공급관(330)으로부터 분지된다. 세정수 공급관(320)의 일 단부는 스크러버(340)에 연결되며 세정수 공급관(320)의 일 측에는 청수를 공급하는 청수 공급관(321)이 연결될 수 있다. 따라서, 세정수 공급관(320)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받을 수 있다.

해수 공급관(330)에는 펌프(336)가 설치되어 세정수를 스크러버(340)로 원할하게 공급할 수 있다. 해수 공급관(330)은 외부로부터 해수를 유입받아 밸러스트수 탱크에 밸러스트수를 공급하는 역할을 한다. 특히, 세정수 공급관(320)은 해수 공급관(330)으로부터 분지되어 스크러버(340)로 연결되는 구조로 세정수 공급관(320)과 해수 공급관(330)의 연결부분에는 제어밸브(331)가 설치되어 있다. 제어밸브(331)는 세정수 공급관(320)을 통하여 공급되는 해수의 양을 조절하거나 세정수 공급관(320)으로 분지되어 공급되는 해수와 해수 공급관(330)을 통하여 밸러스트수 탱크(360)로 공급되는 해수의 비율을 조절할 수 있다.

제어밸브(331)는 세정수 공급관(320)을 통해 스크러버(340)로 유입되는 해수의 양을 조절한다. 제어밸브(331)는 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이 해수 공급관(330)과 세정수 공급관(320)을 연결하며 세정수 공급관(320)으로 분지되는 해수의 양 또는 비율을 조절하는 3방밸브를 포함하여 형성될 수 있다. 그러나, 이로써 한정될 필요는 없으며 제어밸브(331)는 도 17에 도시된 바와 같이 3방밸브 대신 세정수 공급관(320)에 유량조절계 등의 유량 제어장치를 연결하여 형성할 수도 있다.

즉, 제어밸브(331)는 밸브로 표현하였으나, 이에 한정될 필요 없이 관로를 유동하는 유체의 유동량, 흐름, 유동비율 등을 조절할 수 있는 다양한 형태의 장치를 포함하여 여러 가지 형태로 구현될 수 있다. 제어밸브(331)는 제어부(301)의 전기신호를 수신하여 동작하도록 형성될 수 있고 제어부(301)의 제어시퀀스에 따라서 관로를 개방하거나 폐쇄하거나 개폐된 정도를 다양하게 변경하도록 형성될 수 있다.

제어밸브(331)는 세정수 공급관(320)을 통해 스크러버(340)로 유입되는 해수의 양을 조절할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있고, 형성되는 방식에 대응하여 관로에 체결된 위치에도 다소 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 유량조절계 등으로 형성되는 경우에는 도 17에 도시된 바와 같이 세정수 공급관(320) 측에 제어밸브(331)가 형성될 수 있고, 3방밸브 형태로 형성되는 경우에는 도 16에 도시된 바와 같이 해수 공급관(330)과 세정수 공급관(320)의 사이에 제어밸브(331)가 형성될 수 있다. 어느 경우에도 세정수 공급관(320)을 통해 스크러버(340)로 유입되는 유체의 양을 용이하게 조절 가능한 위치에 제어밸브(331)를 형성할 수 있다. 이하 본 명세서에서는 3방밸브를 포함하는 제어밸브(331)를 기준으로 하여 설명을 진행한다. 제어부(301)는 배기가스관(310)으로 공급되는 배기가스의 농도나 오염도 또는 스크러버(340)를 통과한 세정수의 pH값에 따라 제어밸브(331)를 제어한다. 제어부(301)는 신호 입출력, 데이터 연산 등이 가능한 연산장치를 포함하여 형성될 수 있고, 관로에 연결된 각종 센서로부터 센싱 데이터를 입력 받고 이를 연산하여 제어밸브(331)를 제어할 수 있다. 필요한 경우, 제어부(301)에 특별한 제어시퀀스를 입력하고 센싱된 데이터에 대응하여 해당 제어시퀀스를 수행하도록 형성하는 것도 얼마든지 가능하다.

배기가스의 농도나 오염도는 배기가스 중에 포함된 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 중 적어도 하나의 양으로부터 판단하는 것이 가능하다. 즉 배기가스 중 황산화물 양이나 농도, 질소산화물 양이나 농도, 또는 황산화물과 질소산화물의 양이나 농도 등을 측정하여 배기가스의 농도 또는 오염도를 계측하고, 정화유닛(350)으로부터 스크러버(340)로 투입되는 산화제의 양이나 스크러버(340)로 공급되는 해수의 양을 배기가스의 농도 또는 오염도에 대응하여 조절할 수 있다. 이를 위해 배기가스관(310)에 배기가스 중의 황산화물 및 질소산화물 중 적어도 하나의 농도 또는 양을 측정하는 산화물 센서부(312)를 설치할 수 있다. 그러나 이로써 한정될 필요는 없으며, 산화물 센서부(312)는 배출관(343)에도 설치할 수 있다. 또한, 해수가 외부로 배출되는 해수배출관(337)과 제어밸브(331) 사이에 해수와 세정수의 혼합수가 이동하는 혼합관(334)을 형성하고, 스크러버(340)로부터 세정수를 배출하는 세정수 배출관(341) 및 혼합관(334) 중 적어도 하나에 세정수 또는 혼합수의 pH값을 측정하는 pH 센서부(342)를 형성할 수 있다. 세정수 배출관(341) 및 혼합관(334)에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.

즉, 제어부(301)는 산화물 센서부(312)의 센싱신호로부터 배기가스의 농도나 오염도를 측정할 수 있고, pH 센서부(342)의 센싱신호로부터 스크러버(340)를 통과한 세정수의 pH값을 측정할 수 있다. 이와 같이 제어부(301)는 각 센서부의 측정값을 통해 오염배기가스의 오염도, 및 오염물질을 처리하고 스크러버(340)로부터 배출되는 처리수(즉, 스크러버를 통과한 세정수)의 pH값을 파악하여 스크러버(340)를 통과한 세정수의 pH값이 적절한 수준을 유지하도록 스크러버(340)로 투입되는 세정수의 양을 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 정화장치(350)나 중화제 저장탱크(미도시)를 이용하여 중화제를 세정수에 투입함으로써 세정수의 pH값을 조절하는 것도 얼마든지 가능하다.

또한, 제어부(301)는 배기가스 농도나 오염도 또는 스크러버(340)를 통과한 세정수의 pH값에 따라서 전술한 청수 공급관(321)으로 공급되는 청수의 공급량을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 청수 공급관(321) 측에 형성된 밸브(321a)를 제어부(301)의 제어신호에 의해 개폐 가능하도록 연결하여 제어부(301)의 제어신호로 상기 밸브(321a)를 개폐하고 청수의 공급량을 변경시킬 수 있다. 이와 같은 방식으로 배기가스의 농도 또는 오염도 등에 대응하여 이를 원활하게 처리하면서 스크러버(340)로 공급되는 해수 또는 청수의 비율을 조정하고 스크러버(340)를 통과한 세정수(해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나)의 pH값은 적절하게 유지할 수 있다. 이에 대해서는 구체적으로 후술한다.

스크러버(340)는 배기가스관(310)을 통해 유입되는 배기가스에 세정수 공급관(320)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 습식 스크러버일 수 있다. 이 때, 세정수 공급관(320)은 스크러버(340) 내부에 위치한 단부가 스크러버(340)의 상부에 배치되며, 복수 개로 분지되어 세정수를 미립자 형태로 분무할 수 있다. 즉, 스크러버(340)의 상부에 배치된 세정수 공급관(320)은 배기가스가 유입되는 스크러버(340)의 하부를 향하여 세정수를 분무하여, 배기가스와 세정수를 효과적으로 접촉시킬 수 있다. 스크러버(340) 내부에서 배기가스와 세정수가 접촉함에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물 및 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 질소산화물, 황산화물 및 분진의 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(343)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(343)을 통해 배출되는 배기가스(G2)는 질소산화물, 황산화물 및 분진 등의 오염물질이 제거되므로, 배기기준에 적합하게 되어 대기 중에 배출 가능하다. 이 때, 전술한 바와 같이 배출관(343)에도 배기가스 중의 황산화물 및 질소산화물 중 적어도 하나의 농도 또는 양을 측정하는 산화물 센서부(312)를 설치할 수 있다. 따라서, 배기가스관(310) 및 배출관(343)에서 각각 측정된 황산화물 및 질소산화물의 농도를 상호 비교함으로써 유해가스 제거율 또는 처리율을 보다 정확하게 계산하고 비교할 수 있다.

한편, 질소계산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이 세정수, 즉, 해수에 용해되어 생성된 질산(HNO₃)과 황산(H₂SO₄)은 산성을 띄고 있어, 스크러버(340)에 수용된 해수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 이 때, 스크러버(340) 내부에 존재하는 세정수, 즉, 해수의 pH값은 살균력이 극대화되는 4 ~ 5.5로 유지될 수 있다.

스크러버(340) 내부에서 오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 포함하게 된 세정수는 세정수 배출관(341)을 통해 배출된다. 이러한 세정수는 산성을 띨 수 있다.

정화유닛(350)은 배기가스관(310) 또는 스크러버(340)에 연결되어 물리적 또는 화학적인 방법으로 질소계산화물을 산화시키거나 산성화된 세정수를 중화시키거나 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 정화유닛(350)은 배기가스관(310) 또는 스크러버(340)에 산화제를 공급하거나 중화제를 공급하거나 살균제를 공급할 수 있다. 예를 들어, 정화유닛(350)은 해수를 전기분해하여 산화제, 중화제, 살균제를 모두 생산하는 장치이거나, 플라즈마를 이용하여 산화제와 살균제를 생산하는 장치일 수 있다. 정화유닛(350)은 전기분해장치 또는 플라즈마장치에 한정할 것은 아니고, 질소계산화물을 산화시키거나 산성화된 세정수를 중화시키거나 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있는 장치라면 어떠한 구성도 가능하다.

정화유닛(350)은 배기가스관(310)에 산화제를 분사하여 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 이산화질소는 일산화질소에 비하여 물에 쉽게 용해되어 스크러버(340)에서 세정수에 녹아 쉽게 제거될 수 있다. 정화유닛(350)은 배기가스관(310)에 액체산화제를 미립자화하여 분사할 수 있다. 정화유닛(350)은 배기가스관(310)에 액체산화제를 미립자화하여 직접 분사하거나, 배기가스관(310)에 설치된 별도의 분무유닛(311)을 통하여 배기가스에 액체산화제를 분무할 수 있다. 배기가스에 분사되는 산화제는, 전술한 바와 같이 해수를 전기분해하여 생산되거나, 배기가스에 코로나 방전을 하여 생산되거나 별도의 오존발생기를 통해 생산될 수 있으며, 예를 들어, 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산(HOCl), 오존 중 적어도 하나일 수 있다. 즉, 산화제가 해수를 전기분해하여 생산될 경우, 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산(HOCl)일 수 있으며, 산화제가 배기가스에 코로나 방전을 하여 생산되거나 오존발생기를 통해 생산될 경우, 오존일 수 있다. 오존은 살균력이 뛰어나므로 해수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 그러나, 산화제가 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산(HOCl), 오존 중 적어도 하나인 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 산화제는 과산화수소(H₂O₂), 이산화염소(ClO₂) 등의 화학약품일 수도 있다. 정화유닛(350)은 선박이 배출하는 배기가스의 농도를 낮추어야 할 때, 배기가스관(310)에 주입되는 산화제의 양을 증가시킬 수 있다.

정화유닛(350)은 전술한 산화물 센서부(312) 등으로부터 센싱신호를 입력받고 배기가스 중의 황산화물 및 질소산화물 중 적어도 하나의 양에 따라서 배기가스관(310)에 주입하는 산화제의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 전술한 제어부(301)를 정화유닛(350)에 연결하고 제어부(301)의 제어에 의해 정화유닛(350)을 이와 같이 제어할 수 있다. 이때, 정화유닛(350)은 배기가스관(310)에 중화제를 함께 분무하거나 스크러버(340)에 중화제를 분무할 수 있다. 중화제는 질소산화물과 황산화물이 세정수와 반응하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다. 질소산화물과 황산화물은 해수와 반응하면 각각 질산(HNO₃), 황산(H₂SO₄)을 생성하게 되므로, 정화유닛(350)은 차아염소산 나트륨(NaOCl) 등을 스크러버(340)에 분사하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다. 이러한 정화유닛(350)은 밸러스트수 탱크(360)에 중화제를 분사하거나 해수배출관(337)에 중화제를 분사하여 밸러스트수를 중화 또는 과잉의 총잔류산화제양을 감소시킬 수도 있다. 이 때, 정화유닛(350)은 밸러스트수 탱크(360)에 중화제를 분사함과 동시에 추가적으로 티오황산나트륨(Na₂S₂O₃)을 분사할 수도 있다. 또한, 정화유닛(350)은 외부로부터 유입되는 해수의 양이 증가하면, 스크러버(340)로 주입되는 살균제의 양을 증가시켜 미생물을 사멸시킬 수 있다. 이 때, 스크러버(340) 내부에 자외선을 조사하거나 광촉매를 주입하여 살균력을 향상시킬 수도 있다.

또한, 전술한 pH 센서부(342)의 측정값에 따라서 해수 공급관(330) 또는 밸러스트수 탱크(360)에 중화제 또는 살균제를 주입하도록 할 수 있으며 pH 센서부(342)의 측정값에 대응하여 중화제 또는 살균제의 주입량을 적절히 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 전술한 제어부(301)를 정화유닛(350)에 연결하는 방식으로 이러한 경우에도 정화유닛(350)을 용이하게 제어할 수 있다.

한편, 정화유닛(350)은 스크러버(340)에 직접 중화제(NaOH)를 투입할 수 있으며, 정화유닛(350)으로 세정수의 중화가 충분하지 않을 경우 별도의 중화제 주입 유닛(도시하지 않음)을 추가하여 2차 중화단계를 거칠 수도 있다.

세정수 배출관(341)은 스크러버(340) 내부의 세정수를 배출하는 관으로 필터유닛(370)을 통하여 해수 공급관(330)과 다시 연결될 수 있다.

세정수 배출관(341)에는 순환관(391)이 연결될 수 있다.

세정수 배출관(341)과 순환관(391) 사이에는 재순환탱크(390)가 설치될 수 있다.

재순환탱크(390)는 필터유닛(370)과 같이 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 포함하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 제거하고 순환관(391)을 통해 세정수를 재순환할 수 있다.

세정수 공급관(320)은 해수 공급관(330), 청수 공급관(321) 및 순환관(391)과 연결되어 있어, 배기가스의 농도, 스크러버(340)의 처리용량, 세정수의 농도 및 오염도 등을 고려하여 해수, 청수, 순환수를 적절히 섞어 스크러버(340)로 공급할 수 있다.

필터유닛(370)은 스크러버(340)의 후단에 설치되어 스크러버(340)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자 등을 분리하는 장치로, 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리하여 슬러지탱크(380)로 배출할 수 있다. 하나의 필터유닛(370)으로 외부에서 유입된 해수와 스크러버(340)를 통과한 세정수를 모두 필터링 할 수 있다. 또한, 필터유닛(370)의 일 측에는 제어밸브(331) 후단의 해수 공급관(330)에 직접 연결되는 합류관(도 22의 338 참조)이 설치될 수 있다.

필터유닛(370)을 통과한 세정수 또는 해수에 전술한 바와 같이 정화유닛(350)에서 공급하는 중화제 또는 살균제를 분사할 수 있다. 또한, 필터유닛(370)은 하나 또는 두 개를 사용하되, 세정수 배출관(341)을 통과한 세정수 또는 해수 공급관(330)을 통과한 해수 내 포함된 입자가 큰 물질을 제거하기 위해 공통으로 또는 독립적으로 사용할 수도 있다. 필터유닛(370)과 해수배출관(337) 사이에 해수와 세정수의 혼합수가 배출되는 혼합관(334)이 설치될 수 있으며, 혼합관(334)에 정화유닛(350)으로부터 공급되는 중화제나 살균제를 주입하는 주입유닛(333)이 설치될 수 있다. 주입유닛(333)은 중화제나 살균제를 액체 또는 기체상태로 해수와 세정수에 주입할 수 있다.

주입유닛(333)의 후단에는 센서부(332)가 설치되어 있어, 혼합관(334)을 통하여 배출되는 세정수와 해수 중의 총잔류산화제양(total residual oxidant), pH 농도, 미생물 농도 등을 실시간으로 파악할 수 있다. 센서부(332)의 결과값에 따라 정화유닛(350)은 산화제, 중화제, 살균제를 공급량을 적절히 조절한다. 혼합관(334)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 밸러스트수 탱크(360)로 유입되거나 외부로 배출된다. 상기 센서부(332)는 혼합관(334)에 설치되어 pH값을 측정하는 것으로 혼합관(334)에 설치된 pH 센서부로 보아도 무방하다. 즉, 스크러버(340)를 통과한 세정수의 pH값은 세정수 배출관(341)에 설치된 pH 센서부(342)로부터 직접 측정되거나, 혼합관(334)에 설치된 센서부(332)의 pH측정값으로부터 간접적으로 측정될 수 있다. 각 센서부의 측정값을 상호 보완적을 활용하거나 적절하다고 판단되는 값을 선택적으로 취하여 스크러버(340)를 통과한 처리수의 pH이나 pH값의 변동분을 보다 정확히 파악하는 것이 가능하다.

밸러스트수 탱크(360)는 세정수 배출관(341)을 통해 배출되는 세정수를 저장한다. 선박에는 적어도 하나의 밸러스트수 탱크(360)가 설치될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 세정수 배출관(341)을 통해 배출되는 세정수는 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 흡수한 상태이므로, 세정수 배출관(341) 내부를 유동하는 세정수의 수소이온농도지수, 즉, pH값은 세정수 공급관(320) 내부를 유동하는 세정수의 pH값보다 더 낮다.

즉, 세정수 배출관(341) 내부를 유동하는 세정수는 산성화로 인해 미생물의 생존률이 낮아 일정 크기 이상의 미생물들을 사멸시켜야 하는 밸러스트수 규제조건을 만족시키므로, 밸러스트수로 활용할 수 있다.

한편, 정화유닛(350)은 밸러스트수 탱크(360)에 직접 살균제를 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 배기 및 배수 오염물질 저감방법은 연소기관의 배기가스와 외부로부터 해수를 유입받는 (a) 단계와, 배기가스에 산화제를 분사하여 질소계산화물을 산화시켜 스크러버(340)로 공급하는 (b) 단계, 및 스크러버(340)에 해수를 분사하여 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하고 동시에 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 (c) 단계를 포함하며, 연소기관으로부터 유입되는 배기가스의 양과 외부로부터 유입되는 해수의 양을 가변하여 배기가스와 해수를 선택적으로 정화할 수 있다.

또한, 배기 및 배수 오염물질 저감방법은 스크러버(340)를 통과한 해수에 포함된 고체상 입자를 분리하는 (d) 단계와, 고체상 입자가 분리된 해수 또는 상기 (c) 단계 이후의 스크러버 안에 산성화된 세정수에 중화제를 주입하는 (e) 단계를 더 포함할 수 있다.

연소기관의 배기가스는 배기가스관(310)을 통해 스크러버(340)로 유입되며, 해수는 해수 공급관(330) 및 세정수 공급관(320)을 통해 스크러버(340)로 유입될 수 있다((a) 단계). 이 때, 정화유닛(350)은 배기가스가 스크러버(340)로 유입되기 전에 산화제를 분사하여 질소계산화물을 산화시킬 수 있다((b) 단계). 산화제는 해수를 전기분해하여 생산되거나, 배기가스에 코로나 방전을 하여 생산되거나, 별도의 오존 발생기를 통해 생산될 수 있으며, 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산(HOCl), 오존 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 정화유닛(350)은 배출관(342)을 통해 배출되는 배기가스의 농도를 낮추어야 하는 경우, 예를 들어, 선박이 ECA(Emission Control Area; 배출규제지역)에 진입한 경우, 배기가스관(310)에 주입되는 산화제의 양을 증가시킬 수 있다.

스크러버(340)는 배기가스관(310)을 통해 유입된 배기가스에 해수를 분사하여 배기가스에 포함된 질소계산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 제거하며, 이와 동시에, 해수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다((c) 단계). 즉, 배기가스에 포함된 질소계산화물, 황산화물은 해수에 용해되어 제거되며, 질소계산화물과 황산화물이 해수에 용해되어 생성된 질산과 황산은 해수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 이 때, 배기가스에 코로나 방전을 하여 생산되거나 오존 발생기를 통해 생산된 오존으로 해수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수도 있다. 스크러버(340) 내부에 존재하는 해수의 pH값은 살균력이 극대화되는 4 ~ 5.5로 유지될 수 있다.

또한, 해수에 포함된 미생물은 정화유닛(350)으로부터 공급된 살균제에 의해 사멸될 수도 있다. 정화유닛(350)은 외부로부터 유입되는 해수의 양이 증가하면, 스크러버(340)로 유입되는 살균제의 양을 증가시켜 해수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 미생물이 사멸된 해수는 선박의 밸러스트수로 사용될 수 있으며, 선박이 밸러스트수를 밸러스트수 탱크(360)에 유입시키거나 배출시킬 때, 정화유닛(350)은 살균제의 주입량을 증가시킬 수 있다.

스크러버(340)를 통과한 해수는 필터유닛(370)을 통해 고체상 입자가 분리될 수 있으며((d) 단계), 고체상 입자가 분리된 해수는 직접 선박의 밸러스트수로 사용되거나, 외부로 직접 배출되거나, 다시 스크러버(340)로 재순환할 수 있다. 또는, 고체상 입자가 분리된 해수는 외부에서 직접 유입된 해수와 혼합되어 밸러스트수로 사용되거나 외부로 배출될 수도 있다. 이 때, 필터유닛(370)을 통과하여 고체상 입자가 분리된 해수에는 정화유닛(350)으로부터 중화제가 주입될 수도 있다.

이하, 도 18 내지 도 23을 참조하여 오염물질 저감장치(300)의 작동과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

도 18 및 도 19는 해수 공급관(330)을 통해 유입된 해수가 밸러스트수로 공급되는 과정을 도시한 것이며, 도 18은 밸러스트수로 공급되는 해수 전체에 살균물질이 투입되는 직접식 살균방식을 도시한 것이며, 도 19는 밸러스트수로 공급된 해수 중 일부분에 살균물질을 투입하고 외부에서 공급된 해수와 섞어서 사용하는 간접식 살균방식을 도시한 것이다.

먼저, 도 18을 참조하여 설명하면 해수 공급관(330)을 통하여 공급된 해수는 필터유닛(370)을 통과하면서 입자가 큰 미생물이 제거된다.

필터유닛(370)을 통과한 해수에는 정화유닛(350)으로부터 공급되는 살균제가 분사될 수 있다. 살균제가 분사되어 미생물이 사멸한 해수는 밸러스트수 탱크(360)로 공급되어 밸러스트수로 사용될 수 있다.

이어, 도 19를 참조하여 설명하면 해수 공급관(330)을 통하여 공급된 해수는 필터유닛(370)을 통과하면서 입자가 큰 미생물이 제거되고, 해수는 혼합관(334)을 통하여 일부가 배출되며, 대부분의 해수는 우회관(335)을 통하여 배출될 수 있다. 혼합관(334)은 정화유닛(350)으로부터 살균제가 분사되는 관이며, 우회관(335)은 필터유닛(370)을 통과한 해수가 직접 밸러스트수 탱크(360)로 유입되는 관이다.

혼합관(334)을 통과한 해수는 살균제를 포함하여 미생물이 사멸된 상태이며, 혼합관(334)을 통과한 해수와 우회관(335)을 통과한 해수가 서로 섞이면 우회관(335)을 통과한 해수에 포함된 미생물도 모두 사멸시킬 수 있다.

혼합관(334)과 우회관(335)을 통과하는 해수의 양이나 비율은 해수에 포함된 미생물의 농도, 미생물 제거방식 등에 따라 선택적으로 조절될 수 있다.

도 18과 도 19를 참조하여 설명한 바와 같이, 오염물질 저감장치(300)는 배기가스를 제거하는 기능을 사용하지 않더라도 독립적으로 밸러스트수를 처리할 수 있다. 도 18 와 도 19의 과정은 주로 선박이 항구에서 밸러스트수를 밸러스트수 탱크(360)에 채워 넣거나 비울 때 운용될 수 있다.

이하, 도 20와 도 21을 참조하여 오염물질 저감장치(300)가 배기가스의 오염물질만을 제거하기 위하여 동작하는 과정을 설명한다.

도 20는 해수 공급관(330)으로 공급된 해수가 스크러버(340)를 통과하여 외부로 직접 배출되는 방식을 도시한 것이며, 도 21은 해수 공급관(330)으로 유입된 해수가 스크러버(340)를 통과한 후 순환관(391)을 통하여 재순환하여 재사용되는 방식을 도시한 것이다.

먼저 도 20를 참조하여 설명하면, 해수 공급관(330)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(320)을 통하여 스크러버(340)로 공급된다.

이때, 배기가스관(310)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(340)의 하부에서 분사될 수 있다. 정화유닛(350)은 배기가스가 스크러버(340)로 공급되기 전에 산화제를 분사하여 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 정화유닛(350)은 세정수의 pH값을 고려하여 스크러버(340)에 중화제를 함께 분사할 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(340) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있어, 1차로 스크러버(340) 하부에 채워진 세정수에서 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물 질을 제거하고 다시 스크러버(340) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 오염물질이 다시 제거될 수 있다. 이런 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되고, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(343)을 통하여 외부로 배출된다.

스크러버(340)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수 배출관(341)을 통하여 필터유닛(370)으로 이동한다. 필터유닛(370)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(380)로 저장하며, 깨끗한 세정수는 혼합관(334)과 해수 배출관(337)을 통하여 외부로 배출된다. 이때, 혼합관(334)을 통과하는 세정수의 pH값이 기준치를 벗어나는 경우 정화유닛(350)은 중화제를 혼합관(334)에 주입하여 pH값을 기준치 이내로 맞춘 후 외부로 배출한다.

특히, 산화물 센서부(312)에서 배기가스관(310)으로 공급되는 배기가스의 황산화물 및 질소산화물 중 적어도 하나의 농도 또는 양을 측정하여 제어부(301)에 전송하고, 제어부(301)는 이로부터 배기가스의 농도 또는 오염도를 판별한다. 따라서, 제어부(301)는 이에 대응하여 제어밸브(331)를 제어함으로써 세정수 공급관(320)을 통해 스크러버(340)로 유입되는 해수의 양을 적절히 조절할 수 있다. 아울러, 제어부(301)는 청수 공급관(321) 측에 형성된 밸브(321a)를 제어하여 스크러버(340)로 공급되는 청수의 공급량도 함께 조절할 수 있다.

즉, 제어부(301)를 이용하여 배기가스의 오염도나 농도 변화에 대응하여 스크러버(340)가 오염물질을 원활하게 처리할 수 있도록 스크러버(340)로 공급되는 해수 또는 청수의 양을 조절하고, 해수, 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수의 공급량을 적절히 조절할 수 있다. 이러한 제어는 단순히 배기가스 오염도나 농도 또는 배기가스 유입량 등 만을 고려한 것이 아니며, 스크러버(340)를 통과하여 나온 세정수의 pH값을 함께 고려하여 이루어진다. 즉, pH 센서부(342)에서 측정한 pH값과 센서부(332)에서 측정한 pH값을 지속적으로 모니터링하여 스크러버(340)를 통과하여 나온 세정수나 이러한 세정수와 해수가 혼합된 혼합수의 pH값의 분포, 변동상황 등을 파악하고 pH값이 적정 수준을 벗어나지 않도록 스크러버(340)로 공급되는 세정수의 양을 매우 용이하게 조절할 수 있다.

예를 들어, 발전기나 보일러에 MGO(Marine Gas Oil) 또는 HFO(Heavy Fuel Oil) 등 황산화물이나 질소산화물 농도가 서로 다른 연료를 사용하는 경우 배기가스관(310)에 설치된 산화물 센서부(312)의 황산화물 및 질소산화물 측정값을 바탕으로 제어하여 이로부터 발생하는 배기가스를 처리하기 위해 스크러버(340)로 공급되는 세정수의 양을 보다 정확하게 조절할 수 있다. 또한, 황산화물과 질소산화물의 농도가 상대적으로 높은 경우에는 정화유닛(350)으로부터 배기가스관(310)에 공급되는 산화제 양을 증가시켜 세정수가 오염물질을 보다 용이하게 용해시켜 처리하도록 할 수 있다.

또한, 스크러버(340)에서 질소산화물, 황산화물 등의 오염물질이 질산과 황산으로 처리되면서 세정수가 산성화되므로 제어부(301)의 제어를 통해 스크러버(340)로 투입되는 세정수의 양을 변화시키고 세정수의 공급량을 증감하여 스크러버(340)를 통과하여 나온 세정수의 pH값을 조절할 수 있다. 스크러버(340)를 통과하여 나온 세정수는 도 20에 도시된 바와 같이 해수와 섞여 외부로 배출되므로 pH값이 6.5 이상을 유지하도록 스크러버(340)로 공급되는 세정수의 공급량을 적절히 증감시켜 조절할 수 있다. 필요한 경우, 투입되는 중화제의 공급량을 함께 조절하여 pH값을 조절하는 것도 얼마든지 가능하다.

이어 도 21을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(330)을 통하여 유입된 해수가 스크러버(340)를 통과하여 세정수 배출관(341)으로 배출되고, 세정수 배출관(341)으로 배출된 세정수는 재순환탱크(390)에 일시 저장되었다가 다시 순환관(391)을 통하여 세정수 공급관(320)으로 순환된다. 즉, 도 21의 과정은 세정수가 순환관(391)을 통하여 재순환하여 재사용된다는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 20의 과정과 실질적으로 동일하다.

해수 공급관(330)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(320), 스크러버(340), 세정수 배출관(341) 및 순환관(391)을 순차적으로 순환하며, 해수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 21의 과정과 도 20의 과정을 병행하여 진행할 수 있다. 도 21의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역(ECA: Emission Control Area)을 통과할 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 사용될 수 있으며, 세정수를 여러 번 재순환함으로써 세정수의 오염이 심할 경우 필터유닛(370)을 통하여 고체상 입자를 제거하고 외부로 배출하고 다시 새로운 해수를 스크러버(340)로 공급할 수 있다.

도 20와 도 21의 과정은 필요에 따라 선택적으로 또는 순차적으로 사용될 수 있다.

이하, 도 22과 도 23을 참조하여 오염물질 저감장치(300)가 배기가스의 오염물질 제거와 밸러스트수 처리를 동시에 수행하는 과정을 설명한다.

도 22은 개루프(open loop) 타입의 오염물질 제거방식과 직접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이며, 도 23은 폐루프(close loop) 타입의 오염물질 제거방식과 간접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이다.

먼저 도 22을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(330)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(320)을 통하여 스크러버(340)로 공급된다.

한편, 배기가스는 스크러버(340) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있어, 1차로 스크러버(340) 하부에 채워진 세정수에서 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 제거하고 다시 스크러버(340) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 오염물질이 다시 제거될 수 있다. 이런 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되고, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(343)을 통하여 외부로 배출된다.

스크러버(340)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수 배출관(341)을 통하여 필터유닛(370)으로 이동한다. 필터유닛(370)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(380)로 저장하며, 깨끗한 세정수는 해수 공급관(330) 및 혼합관(334)을 통과하여 밸러스트수 탱크(360)로 유입되거나 해수배출관(337)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

한편, 해수 공급관(330)을 유동하는 세정수와 해수의 혼합수에는 주입유닛(333)을 통해 정화유닛(350)으로부터 공급된 살균제가 주입될 수 있다.

이러한 경우에도, 제어부(301)는 산화물 센서부(312)에서 배기가스관(310)으로 공급되는 배기가스의 황산화물 및 질소산화물 중 적어도 하나의 농도 또는 양을 측정하여 제어부(301)에 전송하고, 제어부(301)는 이로부터 배기가스의 농도 또는 오염도를 판별한다. 따라서, 이에 대응하여 제어밸브(331)를 제어함으로써 세정수 공급관(320)을 통해 스크러버(340)로 유입되는 해수의 양을 적절히 조절할 수 있고, 청수 공급관(321) 측에 형성된 밸브(321a)를 제어하여 스크러버(340)로 공급되는 청수의 공급량도 함께 조절할 수 있다.

즉, 배기가스의 오염물질 제거와 밸러스트수 처리를 동시에 하는 경우에도, 제어부(301)를 이용하여 배기가스의 오염도나 농도 변화에 대응하여 스크러버(340)가 오염물질을 원활하게 처리할 수 있도록 스크러버(340)로 공급되는 해수 또는 청수의 양을 조절하고, 해수, 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수의 공급량을 적절히 조절할 수 있다. 이러한 제어는 앞서 설명한 바와 같이 스크러버(340)를 통과하여 나온 세정수의 pH값을 함께 고려하여 이루어지며, pH 센서부(342)에서 측정한 pH값과 센서부(332)에서 측정한 pH값을 지속적으로 모니터링하여 스크러버(340)를 통과하여 나온 세정수나 이러한 세정수와 해수가 혼합된 혼합수의 pH값의 분포, 변동상황 등을 파악하고 pH값이 적정 수준을 벗어나지 않도록 스크러버(340)로 공급되는 세정수의 양을 매우 용이하게 조절할 수 있다.

이어 도 23을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(330)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(320)을 통하여 스크러버(340)로 공급된다. 스크러버(340)를 통과한 세정수 중 일부는 재순환탱크(390)와 순환관(391), 및 세정수 공급관(320)을 거쳐 스크러버(340)로 재순환되고, 나머지 일부는 필터유닛(370)으로 이동할 수 있다. 즉, 도 23의 과정은 스크러버(340)를 통과한 세정수 중 일부가 재순환탱크(390)와 순환관(391), 및 세정수 공급관(320)을 거쳐 스크러버(340)로 재순환하고, 해수배출관(337)을 통하여 외부로 세정수가 배출되지 않는 것을 제외하면, 나머지 과정은 도 22의 과정과 실질적으로 동일하다.

한편, 해수 공급관(330)을 유동하는 해수는 주입유닛(333)에 의해 살균제가 주입되고, 나머지 일부는 우회관(335)을 따라 유동하여 주입유닛(333)을 통과한 후 혼합관(334)을 유동하는 해수의 흐름에 섞일 수 있다.

이와 같이, 오염물질 저감장치(300)를 이용하여 밸러스트수를 처리하거나, 오염물질을 처리하거나, 밸러스트수 및 오염물질 처리를 동시에 진행할 수 있다. 또한, 이러한 진행과정에서 제어부(301)로 제어밸브(331) 등을 제어함으로써, 스크러버(340)로 공급되는 세정수의 공급량을 증감시키고 스크러버(340)를 통과한 세정수의 pH값을 적정 수준으로 매우 용이하게 유지할 수 있다. 도 22에는 해수배출관(337)이 개방된 상태에서 개루프(open loop) 방식으로 작동하여 세정수 등을 해양으로 배출하는 과정을 도시하였으나, 오염물질 저감장치(300)는 해수배출관(337)의 일 측이 폐쇄된 상태에서 선체 내부에서 해수, 세정수, 혼합수 등을 순환시키는 폐루프(closed loop)방식으로도 용이하게 작동할 수 있다.

또한, 상대적으로 밸러스팅을 많이 사용하는 항구 주변이나, 상대적으로 밸러스팅은 적게 필요한 반면 오염물질 처리량이 증가하는 ECA(Emission Control Area) 영역 등 선박의 운항위치에 따라서 상기한 처리방식을 선택적, 복합적으로 이용하여 배기 오염물질과 밸러스트수 처리를 진행할 수 있다. 특히 제어부(301)는 이러한 상황에 대응하여 제어밸브(331)를 제어하고 스크러버(340)로 공급되는 해수의 양을 조정할 수 있다. 이를 통해 밸러스트수 처리에 필요한 해수나 오염물질 처리에 사용되는 해수의 양을 최적의 비율로 분배하여 운용하는 것도 가능하다.

즉, 예를 들어, 밸러스팅을 많이 사용하는 항구 주변에서는 전술한 바와 같이 밸러스트수만을 처리하거나, 또는 상대적으로 밸러스트수 처리에 많은 해수를 사용하도록 분배할 수 있고, ECA 영역 등에서 운항중인 경우에는 전술한 바와 같이 오염물질만을 처리하거나, 상대적으로 오염물질 처리에 많은 해수를 사용하도록 분해하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 배기 및 배수 오염물질을 처리장치(300)를 매우 효율적으로 활용할 수 있다.

이하, 도 24 내지 도 31을 참조하여, 본 발명의 제7 실시예에 따른 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 오염물질 저감장치(400)는 배기가스관(410)과, 세정수 공급관(420)과, 스크러버(440)와, 플라즈마 정화유닛(450) 및 세정수 배출관(441)을 포함한다.

배기가스관(410)은 연소기관으로부터 배기가스가 이동하는 관으로 스크러버(440)에 연결된다. 배기가스관(410)은 연소기관의 배기관에 직접 연결되어 고온의 배기가스가 직접 이동하거나 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 재활용하고 남은 폐가스가 이동하는 통로가 될 수 있다. 발생된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관의 일 측에 연결된 배기가스관(410)을 통해 스크러버(440)로 공급된다.

한편, 세정수 공급관(420)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(440)에 공급하는 관으로, 일단부가 해수 공급관(430) 또는 청수 공급관(421)에 연결되고 타단부가 스크러버(440)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수 공급관(420)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받을 수 있다.

이하, 세정수는 주로 해수인 것으로 한정하여, 세정수 공급관(420)을 통해주로 해수가 유입되어 스크러버(440)로 공급되는 과정을 주로 설명한다.

해수 공급관(430)에는 펌프(436)가 설치되어 세정수를 스크러버(440)로 원할하게 공급할 수 있다. 특히, 세정수 공급관(420)은 해수 공급관(430)으로부터 분지되어 스크러버(440)로 연결되는 구조로 세정수 공급관(420)과 해수 공급관(430)의 연결부분에는 제어밸브(431)가 설치되어 있다.

스크러버(440)는 배기가스관(410)을 통해 유입되는 배기가스에 세정수 공급관(420)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 습식 스크러버일 수 있다. 배기가스관(410)을 통하여 공급되는 배기가스는 플라즈마 정화유닛(450)을 통과하여 1차 정화되며, 다시 스크러버(440)를 통해 2차 정화된다.

플라즈마 정화유닛(450)은 배기가스관(410)에 연결되어 펄스 코로나 방전을 하여 배기가스를 정화하는 장치로, 펄스 고전압에 의해 코로나 방전이 되면 배기가스가 플라즈마 상태가 되어 오존과 O₂, OH 등의 산화성 라디칼을 발생시켜 질소산화물이나 황산화물 등의 오염물질을 제거한다. 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 제거하기 위해 배기기가관(410)과 플라즈마 정화유닛(450) 사이에 전처리필터 (미도시)를 놓아 입자상 물질을 흡수 또는 흡착해 제거할 수 있다. 또는 펄스 코로나 방전 중간이나 완료 후 공기/스팀과 함께 고전압을 펄스 코로나 방전전극에 인가함으로써 전극에 붙은 입자사/액체상 물질을 제거할 수 있다.

플라즈마 정화유닛(450)은 통 형상 또는 서로 평행하게 배치된 플레이트 형상의 제1 전극(453)과, 통 형상을 갖는 전극의 내측 또는 플레이트 형상을 갖는 전극의 사이에 이격되어 배치된 와이어 형상의 제2 전극(452)을 포함하여 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 정화유닛(450)의 구제적인 구조에 관해서는 후술한다.

플라즈마 정화유닛(450)은 배기가스가 아래의 반응식에 따라 반응하여 배기가스 내의 오염물질을 저감시킨다.

<반응식>

NO + O → NO₂

NO + H₂O → NO₂ +OH^-

NO + OH^- → HNO₂

HNO₂ + OH^- → NO₂ +H₂O

NO + O₃ → NO₂ + O₂

NO₂ + OH^- → HNO₃

SO₂ + OH^- → HSO₃ ^-

HSO₃ ^-+ OH^- → H₂SO₄

SO₂ + O → SO₃ ^2-

SO₃ ^2-+ H₂O → H₂SO₄

플라즈마 정화유닛(450)은 제1 전극(453)과 제2 전극(452) 사이를 통과하는 배가가스를 직접 정화할 수 있으며, 배기가스를 정화하고 남은 오존이 스크러버(440)로 유입되면서 스크러버(440) 내부로 유입되는 세정수(해수) 속의 미생물을 사멸시킬 수 있다. 즉, 플라즈마 정화유닛(450)은 유동하는 배기가스를 직접 정화하고, 질소산화물을 산화시켜 스크러버(440)에서 쉽게 용해될 수 있도록 하며, 오존을 스크러버(440)에 공급하여 세정수 속의 미생물을 사멸하는 기능을 동시에 할 수 있다. 또한, 플라즈마 정화유닛(450)은 후술할 주입유닛(433)에 오존을 주입하여, 미생물을 사멸시킬 수도 있다.

한편, 세정수 공급관(420)은 스크러버(440) 내부에 위치한 단부가 스크러버(440)의 상부에 다단(多段)으로 배치되며, 복수 개로 분지되어 세정수를 미립자 형태로 분무할 수 있다. 즉, 스크러버(440)의 상부에 배치된 세정수 공급관(420)은 스크러버(440)의 하부를 향하여 세정수를 분무하여, 배기가스와 세정수를 효과적으로 접촉시킬 수 있다. 스크러버(440) 내부에서 배기가스와 세정수가 접촉함에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물 및 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 질소산화물, 황산화물 및 분진의 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(442)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(442)을 통해 배출되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물 및 분진 등의 오염물질이 제거되어, 배기기준에 적합하게 되어 대기 중에 그대로 배출할 수 있다.

스크러버(440) 내부에서 오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물 및 분진 등이 포함된 세정수는 세정수 배출관(441)을 통해 배출된다.

스크러버(440)는 플라즈마 정화유닛(450)을 통과한 배기가스를 세정하는 역할을 할 뿐만 아니라, 해수를 세정수로 사용할 경우 세정수 속에 존재하는 미생물을 제거하는 역할을 한다. 즉, 세정수는 스크러버를 통과하면서 미생물이 사멸되어 선체 외부로 배출되거나, 밸러스트수 탱크(460)에 저장되어 밸러스트수로 활용될 수 있다.

스크러버(440) 내부에서 배기가스에 포함된 황산화물과 질소산화물이 세정수에 녹으면서 강산을 나타내는 황산(H₂SO₄)과 질산(HNO₃)을 형성하여, 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수 있다. 이때, 배기가스에는 플라즈마 정화유닛(450)로부터 발생된 오존이 함께 포함될 수 있어, 오존에 의한 살균력이 세정수의 미생물을 함께 사멸시킬 수 있다.

한편, 스크러버(440) 내부에 생성된 황산(H₂SO₄)과 질산(HNO₃)은 중화제 공급부(455)를 통하여 공급된 중화제에 의해 중화될 수 있다. 예를 들어, 중화제는 알칼리 용액, 즉, 수산화나트륨(NaOH) 또는 차아염소산나트륨(NaOCl)일 수 있으며, 해수 등을 전기분해하여 얻을 수 있다. 따라서, 중화제 공급부(455)는 단순히 중화제 탱크를 포함할 수도 있으며, 전기분해장치를 포함하여 중화제를 직접 생산하는 장치일 수 있다.

중화제 공급부(455)는 중화제를 스크러버(440)에 공급하거나 세정수 공급관(420) 또는 혼합관(434) 후단에 공급할 수 있다. 중화제 공급부(455)가 중화제를 스크러버(440)에 직접 공급할 경우, 세정수가 배기가스와 접하고 난 후 순차적으로 접하도록 할 수 있다. 즉, 세정수 내부의 미생물 살균을 위하여 배기가스가 세정수와 먼저 접하여 황산과 질산에 의해 미생물을 사멸시킨 후, 중화제가 세정수에 섞여 세정수를 적정 pH가 되도록 중화시킬 수 있다. 따라서, 중화제 공급부(455)는 중화제를 스크러버(440)의 상부 또는 하부에 위치한 세정수 공급관(420)의 끝단의 하단부로 주입할 수 있다.

배기가스와 접한 세정수가 스크러버(440) 하부에 모여 세정수 배출관(441)으로 배출되기 전에 중화제와 섞여 세정수가 중화될 수 있다. 이러한 방식으로 스크러버(440) 내에서 배기가스 내의 오염물질을 제거하고, 세정수의 미생물을 사멸하고 세정수를 중화시키는 과정이 한번에 이루어질 수 있다.

세정수 배출관(441)은 스크러버(440) 내부의 세정수를 배출하는 관으로 필터유닛(470)을 통하여 해수 공급관(430)과 다시 연결될 수 있다.

세정수 배출관(441)에는 순환관(491)이 연결될 수 있다.

세정수 배출관(441)과 순환관(491) 사이에는 재순환탱크(490)가 설치될 수 있다.

세정수 공급관(420)은 해수 공급관(430), 청수 공급관(421) 및 순환관(491)과 연결되어 있다.

필터유닛(470)은 스크러버(440)의 후단에 설치되어 스크러버(440)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자 등을 분리하는 장치로, 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리하여 슬러지탱크(480)로 배출할 수 있다. 하나의 필터유닛(470)으로 외부에서 유입된 해수와 스크러버(440)를 통과한 세정수를 모두 필터링 할 수 있다. 또는 필터유닛(470)은 두 개로 분기되어 해수와 스크러버를 통과한 세정수를 각각 필터링할 수 있다. 또한, 필터유닛(470)의 일 측에는 제어밸브(431) 후단의 해수 공급관(430)에 직접 연결되는 합류관이 설치될 수 있다. 주입유닛(433)의 후단에는 센서부(432)가 설치되어 있다. 센서부(432)의 결과값에 따라 플라즈마 정화유닛(450)과 중화제 공급부(455)는 산화제, 중화제, 살균제를 공급량을 적절히 조절한다.

혼합관(434)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 밸러스트수 탱크(460)로 유입되거나 외부로 배출된다.

밸러스트수 탱크(460)는 세정수 배출관(441)을 통해 배출되는 세정수를 저장한다. 선박에는 적어도 하나의 밸러스트수 탱크(460)가 설치될 수 있으며, 세정수 배출관(441) 내부를 유동하는 세정수는 황산화물과 질소산화물로 인해 산성화되어, 세정수 공급관(420) 내부를 유동하는 세정수보다 pH값이 낮다. 따라서, 세정수 배출관(441) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률은 세정수 공급관(420) 내부를 유동하는 세정수에 포함된 미생물의 생존률보다 낮다.

이하, 도 25 내지 도 27를 참조하여 플라즈마 정화유닛에 관하여 좀 더 상세히 설명한다.

도 25는 도 24의 플라즈마 정화유닛의 일 예를 설명하기 위한 절개 사시도이다. 도 26은 도 25의 플라즈마 정화유닛의 단면도이다.

플라즈마 정화유닛(450)는 제1 전극(453)과 제2 전극(452)을 포함하는 반응모듈(451)을 포함한다. 반응모듈(451)은 제1 전극(453)과 제2 전극(452)을 포함하는 독립적인 플라즈마 발생유닛을 말하며, 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결되어 사용될 수 있다.

제1 전극(453)은 통형상 또는 한 쌍의 플레이트 형상을 갖는 전극으로 접지판 역할을 할 수 있으며, 제2 전극(452)은 얇은 와이어 형상을 갖는 전극으로 방전극 역할을 할 수 있다. 이러한 제2 전극(452)에 고전압의 펄스를 인가하면 제1 전극(453)과 제2 전극(452) 사이에 코로나 방전이 이루어지면서 그 사이를 통과하는 배기가스가 플라즈마 상태가 되어 오존과 라디칼 이온을 발생시킨다.

제1 전극(453)은 다각형 또는 원통형상으로 형성되어 그 중앙에 제2 전극(452)이 배치될 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 또한, 제1 전극(453)은 한 쌍의 플레이트 전극으로 형성될 경우 중앙에 제2 전극(452)이 배치될 수 있도록 서로 이격 배치된다.

제2 전극(452)은 복수 개가 서로 이격되어 배기가스의 유동방향을 따라 배치될 수 있다. 즉, 도 25에 도시된 바와 같이, 제2 전극(452)은 배기가스의 유동방향과 수직방향으로 배열될 수 있으며, 서로 나란히 배열되어 배기가스의 유동방향을 따라 배치될 수 있다. 제2 전극(452)이 배기가스의 유동방향과 수직방향을 이루며, 복수 개가 배기가스의 유동방향을 따라 배치됨으로써, 배기가스와 접촉 면적을 늘릴 수 있다. 또한, 배기가스의 유동방향에 따른 플라즈마 정화유닛(450)의 반응 단면적은 배기 가스관(410)의 단면적과 동일할 수 있다.

제2 전극(452)은 제1 전극(453)과 여러 방향으로 코로나 방전을 하기 위하여 제1 전극(453)의 중앙에 배치되는 것이 바람직하다.

플라즈마 정화유닛(450)은 복수 개의 반응모듈(451)을 포함할 수 있다. 도 27는 플라즈마 정화유닛(450)의 일례로서 복수 개의 반응모듈(451)이 직렬 및 병렬로 배치된 모습을 도시한 것이다. 플라즈마 정화유닛(450)에 포함된 복수 개의 반응모듈(451)은 동시에 동작하거나 필요에 따라 각각 동작할 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 개수로 병렬 배치된 반응모듈(451)을 직렬로 배치할 수 있다. 이 경우, 배기가스의 농도, 유속, 유량, 온도 중 어느 하나의 조건에 따라 반응모듈(451)을 선택적으로 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 배기가스의 농도가 높고, 유속이 빠르며, 유량이 많은 경우, A1 영역과 A2 영역의 반응모듈을 모두 동작시키고, 배기가스의 농도가 비교적 낮고, 유속이 느리며, 유량이 많지 않은 경우 A1 영역 또는 A2 영역 중 일부를 선택적으로 동작시킬 수도 있다.

이하, 도 28 내지 도 31을 참조하여 오염물질 저감장치(400)의 작동과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

이하, 도 28와 도 29을 참조하여 오염물질 저감장치(400)가 배기가스의 오염물질만을 제거하기 위하여 동작하는 과정을 설명한다.

도 28는 해수 공급관(430)으로 공급된 해수가 스크러버(440)를 통과하여 외부로 직접 배출되는 방식을 도시한 것이며, 도 29은 해수 공급관(430)으로 유입된 해수가 스크러버(440)를 통과한 후 순환관(491)을 통하여 재순환하여 재사용되는 방식을 도시한 것이다.

먼저 도 28를 참조하여 설명하면, 해수 공급관(430)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(420)을 통하여 스크러버(440)로 공급된다.

이때, 배기가스관(410)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(440)의 하부에서 분사될 수 있다. 플라즈마 정화유닛(450)은 배기가스가 스크러버(440)로 공급되기 전에 플라즈마를 발생시켜 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(440) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있어, 1차로 스크러버(440) 하부에 채워진 세정수에서 질소산화물, 환산화물, 분진 등의 오염물질을 제거하고 다시 스크러버(440) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 오염물질이 다시 제거될 수 있다. 이런 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되고, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(442) 를 통하여 외부로 배출된다.

스크러버(440)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수 배출관(441)을 통하여 필터유닛(470)으로 이동한다. 필터유닛(470)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(480)로 저장하며, 깨끗한 세정수는 혼합관(434)과 해수 배출관(437)을 통하여 외부로 배출된다. 이때, 혼합관(434)을 통과하는 세정수의 pH값이 기준치를 벗어나는 경우 중화제 공급부(455)는 중화제를 혼합관(434)에 주입하여 pH값을 기준치 이내로 맞춘 후 외부로 배출한다.

이어 도 29을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(430)을 통하여 유입된 해수가 스크러버(440)를 통과하여 세정수 배출관(441)으로 배출되고, 세정수 배출관(441)으로 배출된 세정수는 재순환탱크(490)에 일시 저장되었다가 다시 순환관(491)을 통하여 세정수 공급관(420)으로 순환된다. 즉, 도 29의 과정은 세정수가 순환관(491)을 통하여 재순환하여 재사용된다는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 28의 과정과 실질적으로 동일한다.

해수 공급관(430)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(420), 스크러버(440), 세정수 배출관(441) 및 순환관(491)을 순차적으로 순환하며, 해수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 29의 과정과 도 28의 과정을 병행하여 진행할 수 있다. 도 29의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과할 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 사용될 수 있으며, 세정수를 여러 번 재순환함으로써 세정수의 오염이 심할 경우 필터유닛(470)을 통하여 고체상 입자를 제거하고 외부로 배출하고 다시 새로운 해수를 스크러버(440)로 공급할 수 있다.

도 28와 도 29의 과정은 필요에 따라 선택적으로 또는 순차적으로 사용될 수 있다.

이하, 도 30과 도 31을 참조하여 오염물질 저감장치(400)가 배기가스의 오염물질 제거와 밸러스트수 처리를 동시에 수행하는 과정을 설명한다.

도 30은 개루프(open loop) 타입의 오염물질 제거방식과 직접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이며, 도 31은 폐루프(close loop) 타입의 오염물질 제거방식과 간접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이다.

먼저 도 30을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(430)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(420)을 통하여 스크러버(440)로 공급된다.

이때, 배기가스관(410)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(440)의 하부에서 분사될 수 있다. 플라즈마 정화유닛(450)은 배기가스가 스크러버(440)로 공급되기 전에 플라즈마를 발생시켜 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 중화제 공급부(455)는 세정수의 pH값을 고려하여 세정수 공급관(420) 또는 스크러버(440) 또는 혼합관(434) 후단에 중화제를 분사할 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(440) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있어, 1차로 스크러버(440) 하부에 채워진 세정수에서 질소산화물, 환산화물, 분진 등의 오염물질을 제거하고 다시 스크러버(440) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 오염물질이 다시 제거될 수 있다.

스크러버(440) 를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(441) 을 통하여 필터유닛(470) 으로 이동한다. 필터유닛(470) 은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(480) 로 저장하며, 깨끗한 세정수는 해수공급관(430) 및 혼합관(434)을 통과하여 밸러스트수 탱크(460) 로 유입되거나 해수배출관(437) 을 통해 외부로 배출될 수 있다. 한편, 해수 공급관(430)을 유동하는 세정수와 해수의 혼합수에는 주입유닛(433)을 통해 플라즈마 정화유닛(450)으로부터 공급된 살균제가 주입될 수 있다.

이어 도 31을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(430)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(420)을 통하여 스크러버(440)로 공급된다. 스크러버(440)를 통과한 세정수 중 일부는 재순환탱크(490)와 순환관(491), 및 세정수 공급관(420)을 거쳐 스크러버(440)로 재순환되고, 나머지 일부는 필터유닛(470)으로 이동할 수 있다. 즉, 도 30의 과정은 스크러버(440)를 통과한 세정수 중 일부가 재순환탱크(490)와 순환관(491), 및 세정수 공급관(420)을 거쳐 스크러버(440)로 재순환하는 것과, 혼합관(434)을 통과한 처리수가 해수 배출관(437)을 통해 외부로 배출되지 않는다는 것을 제외하면, 나머지 과정은 도 30의 과정과 실질적으로 동일하다.

도 30의 과정과 도 31의 과정은 해수에 포함되어 있는 미생물의 양이나 종류 또는 필요한 밸러스트수의 양의 조절시기 및 배기가스의 처리시기 등을 고려하여 선택적으로 수행할 수 있을 것이다.

이하, 도 32 내지 도 39을 참조하여, 본 발명의 제8 실시예에 따른 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 32은 본 발명의 제8 실시예에 따른 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 33는 도 32의 정화유닛을 확대하여 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 오염물질 저감장치(500)는 배기가스관(510)과, 해수 공급관(520)과, 세정수 공급관(530)과, 스크러버(540)와, 정화유닛(550), 및 세정수 배출관(541)을 포함한다.

배기가스관(510)은 연소기관(도시되지 않음)으로부터 배기가스가 이동하는 관으로, 후술할 스크러버(540)에 연결된다.

배기가스관(510)은 연소기관의 배기관에 직접 연결되어, 고온의 배기가스가 직접 이동하거나 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 재활용하고 남은 폐가스가 이동하는 통로가 될 수 있다. 발생된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물 및 분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관의 일 측에 연결된 배기가스관(510)을 통해 스크러버(540)로 공급된다.

해수 공급관(520)은 외부로부터 해수를 유입받아 밸러스트수 탱크(560)로 밸러스트수를 공급하는 관으로, 적어도 하나의 펌프(P1)가 설치되어 해수를 밸러스트수 탱크(560)와 스크러버(540)로 원활하게 공급할 수 있다. 이 때, 해수 공급관(520)의 일 측에는 세정수 공급관(530)이 분지되어 스크러버(540)로 연결될 수 있으며, 해수 공급관(520)과 세정수 공급관(530)의 연결부분에는 제1 제어밸브(525)가 설치될 수 있다. 제1 제어밸브(525)는 삼방밸브 형태로 형성되어, 세정수 공급관(530)을 통하여 공급되는 해수의 양을 조절하거나 세정수 공급관(530)으로 분지되어 공급되는 해수와 해수 공급관(520)을 통하여 밸러스트수 탱크(560)로 공급되는 해수의 비율을 조절할 수 있다. 이러한 해수 공급관(520)은 세정수 공급관(530)의 후단에서 밸러스트수 공급관(523)과 해수 배출관(524)으로 분지되며, 밸러스트수 공급관(523)은 밸러스트수 탱크(560)로 밸러스트수를 공급하고, 해수 배출관(524)은 외부로 해수를 배출할 수 있다.

세정수 공급관(530)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(540)로 공급하는 관으로, 일단부가 해수 공급관(520) 또는 청수 공급관(529)에 연결되고 타단부가 스크러버(540)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수 공급관(530)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받을 수 있다. 이하, 세정수가 해수인 것으로 한정하여, 세정수 공급관(530)을 통해 주로 해수가 유입되어 스크러버(540)로 공급되는 과정을 보다 중점적으로 설명한다.

해수 공급관(520)을 통해 외부로부터 유입되는 해수는 세정수 공급관(530)을 통해 유동하여 스크러버(540)로 공급된다. 스크러버(540)는 배기가스관(510)을 통해 유입되는 배기가스에 세정수 공급관(530)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 습식 스크러버(scrubber)일 수 있다.

스크러버(540) 내부에서 오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물, 및 분진 등이 포함된 세정수는 세정수 배출관(541)을 통해 스크러버(540) 외부로 배출된다.

한편, 정화유닛(550)은 해수를 전기분해하여 질소계산화물을 산화시키는 산화제 또는 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제 또는 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 살균제를 생성하는 것으로, 배기가스관(510) 또는 해수 공급관(520) 또는 스크러버(540)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 정화유닛(550)은 배기가스관(510) 또는 해수 공급관(520) 또는 스크러버(540)에 산화제 또는 중화제 또는 살균제를 공급할 수 있다. 정화유닛(550)은 전기분해조(551)와, 양전극판(552a)과 음전극판(552b), 및 정류기(553)를 포함한다.

도 33를 참조하여 설명하면, 전기분해조(551)는 내부에 수용공간이 형성된 통 또는 챔버로, 해수 공급관(520)을 통해 공급된 해수가 수용된다. 전기분해조(551)는 일 측에 해수 공급관(520)으로부터 분지된 해수 유입관(521)이 연결되어 해수를 공급받으며, 해수 유입관(521) 상에는 적어도 하나의 펌프(P2)가 설치되어 해수를 전기분해조(551)로 원활하게 공급할 수 있다. 전기분해조(551)는 내부에 양전극판(552a)과 음전극판(552b)이 설치된다.

양전극판(552a)과 음전극판(552b)은 전기분해조(551) 내부에 해수의 유동 방향으로 배치되며, 일정 간격 이격되어 서로 마주보며 배치된다. 양전극판(552a)과 음전극판(552b) 사이에는 친수성 다공질 막으로 형성된 격막(554)이 설치되어, 전기분해조(551)는 내부가 양전극판(552a)이 위치하는 제1 영역(551a)과 음전극판(552b)이 위치하는 제2 영역(551b)으로 분할될 수 있다. 그러나, 격막(554)이 친수성 다공질 막으로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 다양한 구조의 막으로 변형되거나 필요에 따라 격막(554)이 생략될 수도 있다. 이러한 양전극판(552a)과 음전극판(552b)은 각각 케이블을 통해 정류기(553)와 전기적으로 연결된다.

정류기(553)는 양전극판(552a)과 음전극판(552b)에 각각 정류된 전류를 공급한다. 도면 상에는 정류기(553)가 전기분해조(551)의 외부에 설치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 정류기(553)는 전기분해조(551)의 내부에 설치될 수도 있다.

전기분해조(551) 내부에서는 정류기(553)로부터 공급된 전류에 의해 해수에 포함된 염화나트륨(NaCl)이 전기분해되며, 이로 인해, 양전극판(552a)에서는 산화 반응이 일어나면서 염소가스(Cl₂)가 발생되고, 음전극판(552b)에서는 수소가스(H₂)와 수산기(OH)가 발생된다. 이 때, 염소가스(Cl₂)와 수산기(OH)가 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 차아연소산나트륨(NaOCl)과 차아염소산(HOCl)을 생성한다. 전기분해조(551) 내부에는 생성된 산화제 또는 살균제 또는 중화제의 농도를 측정하는 농도측정센서(555)가 마련되므로, 정류기(553)는 농도측정센서(555)에서 측정된 농도값에 연계하여 공급되는 전류의 세기를 조절할 수 있다.

구체적으로, 양전극판(552a)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^-

2Cl^- → Cl₂ + 2e^-

또한, 음전극판(552b)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

2H₂O + 2e^-→ H₂+ 2OH^-

2Na⁺ + 2e^- → 2Na

Na + H₂O → NaOH

결론적으로,

Cl₂ + 2OH^- → OCl^- + Cl^- + H₂O

Na⁺ + OCl^- → NaOCl

NaOCl + H₂O → HOCl

즉, 산화제는 해수를 전기분해하여 생성한 차아연소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl)일 수 있으며, 정화유닛(550)은 제1 주입관(556)을 통해 배기가스관(510)에 산화제를 액상으로 미립자화하여 분사할 수 있다.

또한, 살균제는 해수를 전기분해하여 생성한 차아연소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl)이거나, 차아연소산나트륨(NaOCl) 또는 차아염소산(HOCl)이 배기가스 및 해수와 반응하여 생성한 질산(HNO₃) 및 황산(H₂SO₄)일 수 있다. 정화유닛(550)은 제2 주입관(557)을 통해 스크러버(540)에 살균제를 주입하거나, 제3 주입관(558)을 통해 해수 공급관(520)에 살균제를 주입할 수 있다. 이 때, 정화유닛(550)은 살균제의 pH값이 5~7을 유지하도록 차아염소산(HOCl)의 주입량을 조절하여, 미생물을 사멸시키는 살균력이 최상이 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 세정수의 pH값이 2.7 이하일 경우, 맹독성의 염소가 발생하여 위험할 수 있다

또한, 중화제는 해수를 전기분해하여 생성한 차아연소산나트륨(NaOCl) 또는 차아연소산나트륨(NaOCl)의 희석액일 수 있으며, 정화유닛(550)은 제2 주입관(557)을 통해 스크러버(540)에 중화제를 주입하거나, 제3 주입관(558)을 통해 해수 공급관(520)에 중화제를 주입할 수 있다

정화유닛(550)은 제1 주입관(556)을 통해 배기가스관(510)에 산화제를 분사하여 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 이산화질소는 일산화질소에 비하여 물에 쉽게 용해되므로 스크러버(540)에서 세정수에 녹아 쉽게 제거될 수 있다. 제1 주입관(556)은 배기가스관(510)에 액체산화제를 미립자화하여 분사하거나, 배기가스관(510)에 설치된 별도의 분무유닛(511)을 통하여 배기가스에 액체산화제를 분무할 수 있다.

이 때, 정화유닛(550)은 제2 주입관(557)을 통해 스크러버(540)에 중화제를 분무하거나 제3 주입관(558)을 통해 해수 공급관(520)에 중화제를 분무할 수 있다. 중화제는 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이 세정수와 반응하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다. 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)은 해수와 반응하면 각각 질산(HNO₃)과 황산(H₂SO₄)을 생성하게 되므로, 정화유닛(550)은 차아염소산나트륨(NaOCl)을 스크러버(540)에 분사하여 산성화된 세정수를 중화시킬 수 있다. 스크러버(540) 내부에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

2NaOCl + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + 2HOCl

2NaOCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ +2HOCl

차아염소산나트륨(NaOCl)은 질산(HNO₃) 및 황산(H₂SO₄)과 반응하여 차아염소산(HOCl)을 추가로 생성하므로, 세정수 중에 포함된 미생물을 2차로 살균할 수 있다. 이 때, 차아염소산(HOCl)은 약한 산(acidic) 성분을 띄고 있으므로, 별도의 중화제, 예를 들어, 티오황산나트륨(Na₂S₂O₃), 수산화나트륨(NaOH)을 첨가할 수도 있다.

이러한 정화유닛(550)은 제3 주입관(558)을 통해 밸러스트수 공급관(523) 또는 해수 배출관(524)에 살균제 또는 중화제를 주입하여 밸러스트수 및 해수를 살균 및 중화 시킬 수도 있다.

한편, 정화유닛(550)은 제2 주입관(557)을 통해 직접 중화제(NaOH)를 주입할 수도 있으며, 정화유닛(550)에서 공급된 중화제로 세정수의 중화가 충분히 이루어지지 않을 경우, 별도의 중화제 주입 유닛(도시되지 않음)을 추가하여 2차 중화단계를 거칠 수도 있다.

세정수 배출관(541)은 스크러버(540) 내부의 세정수를 배출하는 관으로, 필터유닛(570)을 통하여 해수 공급관(520)과 다시 연결될 수 있다.

세정수 배출관(541)에는 순환관(591)이 연결될 수 있다. 순환관(591)은 세정수 배출관(541)을 통하여 배출되는 세정수를 세정수 공급관(530)으로 재순환시키는 관으로, 세정수를 밸러스트수로 사용하지 않거나 외부로 배출할 필요가 없는 경우 세정수를 스크러버(540)로 순환시켜 재사용할 수 있다.

세정수 배출관(541)과 순환관(591) 사이에는 재순환탱크(590)가 설치될 수 있다.

세정수 공급관(530)은 해수 공급관(520), 청수 공급관(529), 및 순환관(591)과 연결되어 있다.

필터유닛(570)은 스크러버(540)의 후단에 설치되어 스크러버(540)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자 등을 분리하는 장치로, 재순환탱크(590)와 같이 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 적어도 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리한 후 슬러지탱크(580)로 배출할 수 있다. 필터유닛(570)은 펌프(P1)와 제1 제어밸브(525) 사이의 해수 공급관(520)에 연결될 수 있다.

또한, 필터유닛(570)의 일 측에는 제1 제어밸브(525) 후단의 해수 공급관(520)에 직접 연결되는 합류관(527)이 설치될 수 있다.

필터유닛(570)을 통과한 세정수 또는 해수에는 제3 주입관(558)을 통해 중화제 또는 살균제가 분사될 수 있다. 필터유닛(570)과 해수 배출관(524) 사이에는 해수와 세정수의 혼합수가 배출되는 혼합관(522)이 설치될 수 있으며, 제3 주입관(558)은 해수 공급관(520) 또는 혼합관(522)에 연결될 수 있다. 제3 주입관(558) 상에는 정화유닛(550)으로부터 공급되는 중화제나 살균제를 주입하는 주입유닛(559)이 설치되며, 주입유닛(559)은 중화제나 살균제를 액체 또는 기체상태로 해수와 세정수에 주입할 수 있다. 해수 배출관(524) 상에는 센서부(524a)가 설치되어 있어, 배출되는 세정수와 해수 중에 포함된 총잔류산화제양(total residual oxidant), pH값, 미생물 농도 중 적어도 하나를 실시간으로 파악할 수 있다. 정화유닛(550)은 센서부(524a)의 결과값에 따라 산화제, 중화제, 살균제의 공급량을 조절할 수 있다.

혼합관(522)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 밸러스트수 공급관(523)을 통해 밸러스트수 탱크(560)로 유입되거나 해수 배출관(524)을 통해 외부로 배출된다.

밸러스트수 탱크(560)는 세정수 배출관(541)을 통해 배출되는 세정수를 저장한다.

이하, 도 34 내지 도 39을 참조하여, 오염물질 저감장치(500)의 작동과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 34 및 도 35는 해수 공급관을 통해 유입된 해수가 밸러스트수로 공급되는 과정을 도시한 것으로, 도 34은 밸러스트수 공급되는 해수 전체에 살균제가 투입되는 직접식 살균방식을 도시한 것이며, 도 35는 밸러스트수 공급되는 해수 중 일부분에 살균제가 투입되고 외부에서 공급된 해수와 섞어서 사용하는 간접식 살균방식을 도시한 것이다.

먼저, 도 34을 참조하면, 해수 공급관(520)을 통하여 공급되는 해수는 필터유닛(570)을 통과하며 입자가 큰 미생물이 제거된다.

필터유닛(570)을 통과한 해수 중 일부는 해수 유입관(521)을 통해 정화유닛(550)으로 공급되어 살균제를 생성할 수 있으며, 나머지 일부는 해수 공급관(520) 및 혼합관(522)을 따라 유동한다. 정화유닛(550)으로부터 생성된 살균제는 제3 주입관(558)과 주입유닛(559)을 통해 해수 공급관(520) 및 혼합관(522)을 유동하는 해수에 분사될 수 있으며, 살균제가 분사되어 미생물이 사멸한 해수는 밸러스트수 탱크(560)로 공급되어 밸러스트수로 사용될 수 있다.

이어서, 도 35를 참조하여 설명하면, 해수 공급관(520)을 통하여 공급된 해수는 필터유닛(570)을 통과하며 입자가 큰 미생물이 제거되고, 일부는 해수 공급관(520)을 따라 유동하고 일부는 우회관(528)을 따라 유동한다. 해수 공급관(520)은 정화유닛(550)으로부터 살균제가 분사되는 관이며, 우회관(528)은 필터유닛(570)을 통과한 해수가 직접 밸러스트수 탱크(560)로 유입되는 관이다.

해수 공급관(520)을 따라 유동한 해수와 우회관(528)을 따라 유동한 해수는 혼합관(522)에서 혼합되어 밸러스트수 탱크(560)로 공급된다.

도 34과 도 35를 참조하여 설명한 바와 같이, 오염물질 저감장치(500)는 배기가스를 제거하는 기능을 사용하지 않더라도 독립적으로 밸러스트수를 처리할 수 있다.

이하, 도 36 및 도 37을 참조하여, 오염물질 저감장치(500)가 배기가스의 오염물질을 제거하기 위하여 동작하는 과정을 설명한다.

도 36는 해수 공급관으로 공급된 해수가 스크러버를 통과한 후 외부로 직접 배출되는 방식을 도시한 것이며, 도 37은 해수 공급관으로 공급된 해수가 스크러버를 통과한 후 순환관을 통하여 재순환되는 방식을 도시한 것이다.

먼저, 도 36를 참조하면, 해수 공급관(520)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 세정수 공급관(530)을 통하여 스크러버(540)로 공급되며, 나머지 일부는 해수 유입관(521)을 통하여 정화유닛(550)으로 공급된다. 배기가스관(510)을 통하여 공급된 배기가스는 스크러버(540)의 하부에서 분사될 수 있다.

정화유닛(550)은 해수를 전기분해하여 생성한 산화제를 배기가스가 스크러버(540)로 공급되기 전에 분사하여 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 정화유닛(550)은 세정수의 pH값을 고려하여 해수 공급관(520) 또는 스크러버(540)에 중화제를 함께 분사할 수 있다.

한편, 배기가스는 스크러버(540) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사될 수 있으며, 이로 인해, 1차로 질소산화물 황산화물, 분진 등의 오염물질이 제거될 수 있다. 또한, 스크러버(540) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 2차로 오염물질이 제거될 수 있다.

이어서, 도 37을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(520)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 스크러버(540)로 공급되고, 일부는 정화유닛(550)으로 공급된다. 스크러버(540)를 통과하여 세정수 배출관(541)으로 배출된 세정수는 재순환탱크(590)에 일시 저장되었다가 다시 순환관(591)을 통하여 세정수 공급관(530)으로 순환된다. 즉, 도 37의 과정은 세정수가 순환관(591)을 통하여 재순환하는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 36의 과정과 실질적으로 동일하다.

해수 공급관(520)을 통하여 유입된 해수는 세정수 공급관(530), 스크러버(540), 세정수 배출관(541), 재순환탱크(590), 순환관(591)을 순차적으로 순환하며, 해수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 36의 과정과 도 37의 과정을 병행할 수 있다. 도 37의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과할 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 사용될 수 있다. 세정수를 다시 재순환함으로써 세정수의 오염이 심할 경우, 필터유닛(570)을 통하여 고체상 입자를 제거한 후 외부로 배출하고, 다시 새로운 해수를 스크러버(540)로 공급할 수 있다.

도 36와 도 37의 과정은 필요에 따라 선택적 또는 순차적으로 사용될 수 있다.

이하, 도 38 및 도 39을 참조하여, 오염물질 저감장치(500)가 배기가스의 오염물질 제거와 밸러스트수 처리를 동시에 수행하는 과정을 설명한다.

도 38은 개루프(open loop) 타입의 오염물질 제거방식과 직접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이며, 도 39은 폐루프(close loop) 타입의 오염물질 제거방식과 간접 살균방식의 밸러스트수 처리 과정을 도시한 것이다.

먼저, 도 38을 참조하면, 해수 공급관(520)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 세정수 공급관(530)을 통하여 스크러버(540)로 공급되며, 나머지 일부는 해수 유입관(521)을 통하여 정화유닛(550)으로 공급된다.

배기가스관(510)을 통하여 공급되는 배기가스는 스크러버(540)의 하부에서 분사될 수 있으며, 정화유닛(550)은 배기가스가 스크러버(540)로 공급되기 전에 산화제를 분사하여 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다. 정화유닛(550)은 세정수의 pH값을 고려하여 스크러버(540)에 중화제를 함께 분사할 수 있다.

스크러버(540)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수 배출관(541)을 통하여 필터유닛(570)으로 이동한다. 필터유닛(570)은 세정수에 포함된 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(580)로 저장하며, 오염물질이 제거된 세정수는 해수 공급관(520) 및 혼합관(522)을 통과하여 밸러스트수 탱크(560)로 유입되거나 해수 배출관(524)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 해수유입관(521)으로부터 분지된 합류관(527)을 통해 스크러버(40)를 통과하지 않은 외부에서 유입된 해수가 해수공급관(520)으로 합류되어, 해수공급관(520)을 유동하는 오염물질이 제거된 세정수에 혼합될 수도 있다.

한편, 해수 공급관(520)을 유동하는 세정수와 해수의 혼합수에는 제3 주입관(558), 및 주입유닛(559)을 통해 정화유닛(550)으로부터 생성된 살균제가 주입될 수 있다.

이어서, 도 39을 참조하여 설명하면, 해수 공급관(520)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 스크러버(540)로 공급되고, 일부는 정화유닛(550)으로 공급된다. 스크러버(540)를 통과한 세정수 중 일부는 재순환탱크(590)와 순환관(591), 및 세정수 공급관(530)을 거쳐 스크러버(540)로 재순환되고, 나머지 일부는 필터유닛(570)으로 이동할 수 있다. 즉, 도 39의 과정은 스크러버(540)를 통과한 세정수 중 일부가 재순환탱크(590)와 순환관(591), 및 세정수 공급관(530)을 거쳐 스크러버(540)로 재순환되고, 해수배출관(524)을 통하여 외부로 세정수가 배출되지 않는 것을 제외하면, 나머지 과정은 도 38의 과정과 실질적으로 동일하다.

한편, 해수 공급관(520)을 유동하는 해수 중 일부는 우회관(528)을 따라 유동하여, 살균제가 주입된 해수의 흐름에 섞일 수 있다.

도 38의 과정과 도 39의 과정은 해수에 포함되어 있는 미생물의 양이나 종류 또는 필요한 밸러스트수의 양 등을 고려하여 선택적 또는 순차적으로 사용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

연소기관의 배기가스를 배출하는 배기가스관;

세정수를 공급하는 세정수 공급관;

상기 배기가스관을 통해 유입되는 배기가스에, 상기 세정수 공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버; 및

상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하여 밸러스트수 탱크로 공급하는 세정수 배출관을 포함하는 오염물질 저감장치.
제1 항에 있어서,

상기 세정수 공급관 내부를 유동하는 세정수의 pH값보다, 상기 세정수 배출관 내부를 유동하는 세정수의 pH값이 더 낮은 오염물질 저감장치.
제 1항에 있어서,

상기 배기가스관 또는 상기 스크러버에 연결되어, 질소계산화물을 산화시키거나, 산성화된 세정수를 중화시키거나, 세정수에 포함된 미생물을 사멸시키는 정화유닛을 더 포함하는 오염물질 저감장치.
제 3항에 있어서,

외부로부터 해수를 유입받아 상기 밸러스트수 탱크에 밸러스트수를 공급하는 해수 공급관을 더 포함하고,

상기 세정수 공급관은 상기 해수 공급관으로부터 분지된 오염물질 저감장치.
제 4항에 있어서,

상기 세정수 공급관을 통해 상기 스크러버로 유입되는 해수의 양을 조절하는 제어 밸브와,

상기 배기가스의 농도나 오염도 또는 상기 스크러버를 통과한 상기 세정수의 pH값에 따라 상기 제어밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 오염물질 저감장치.
제 5항에 있어서,

상기 배기가스의 농도나 오염도는, 상기 배기가스 내의 황산화물 및 질소산화물 중 적어도 하나의 양으로 판단하는 오염물질 저감장치.
제 5항에 있어서,

상기 제어 밸브는 상기 해수 공급관과 상기 세정수 공급관을 연결하며, 상기 세정수 공급관으로 분지되는 해수의 양 또는 비율을 조절하는 3방 밸브를 포함하는 오염물질 저감장치.
제 1항에 있어서,

상기 세정수 배출관과 상기 세정수 공급관을 연결하는 순환관을 더 포함하여, 상기 세정수 배출관을 통해서 배출되는 세정수는 상기 순환관을 통해서 상기 세정수 공급관으로 재순환되는 오염물질 저감장치.
제 8항에 있어서,

상기 세정수 배출관과 상기 순환관 사이에 배치된 재순환 탱크와,

상기 재순환 탱크에 연결되고, 상기 배출된 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하는 필터 유닛과,

상기 필터 유닛에 연결되고, 상기 필터 유닛에 의해 걸러진 고체상 입자가 모여지는 슬러지탱크를 더 포함하는 오염물질 저감장치.
제 3항에 있어서,

상기 정화유닛은 상기 배기가스관, 상기 해수공급관 또는 상기 스크러버에 연결되어, 해수를 전기분해하여 질소계산화물을 산화시키는 산화제, 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제 또는 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 살균제를 공급하는 오염물질 저감장치.
제 10항에 있어서,

상기 산화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산이고,

상기 살균제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산이거나, 상기 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산이 상기 배기가스 및 상기 해수와 반응하여 생성된 질산 또는 황산이고,

상기 중화제는 상기 해수를 전기분해하여 생성한 차아염소산나트륨 또는 상기 차아염소산나트륨의 희석액인 오염물질 저감장치.
제 1항에 있어서,

상기 배기가스관에 연결되어, 펄스 코로나 방전을 하여 상기 배기가스를 산화시키고 오존과 산화성 라디칼을 발생시켜 상기 세정수를 살균하는 정화유닛을 더 포함하는 오염물질 저감장치.
제 12항에 있어서,

상기 플라즈마 정화유닛은,

통형상 또는 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 플레이트형상의 제1 전극과,

상기 제1 전극의 내측 또는 상기 제1 전극의 사이에 이격되어 배치되며 상기 배기가스의 유동방향과 수직 방향으로 배열된 와이어 형상의 제2 전극을 포함하는 반응 모듈을 포함하는 오염물질 저감장치.
제 12항에 있어서,

상기 스크러버 또는 혼합관의 후단에 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함하는 오염물질 저감장치.
연소기관의 배기가스와 외부로부터 해수를 유입받는 (a) 단계;

상기 배기가스에 산화제를 분사하여 질소계산화물을 산화시켜 스크러버로 공급하는 (b) 단계;

상기 스크러버에 상기 유입된 해수 중 일부를 분사하여 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 분리하는 (c) 단계; 및

상기 분리된 오염물질을 이용하여 상기 유입된 해수에 포함된 미생물을 사멸시키는 (d) 단계를 포함하는 오염물질 저감방법.