KR101202765B1

KR101202765B1 - 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101202765B1
Application number: KR1020120043411A
Authority: KR
Inventors: 김형성
Original assignee: 주식회사 엘라이저
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-11-19

Abstract

본 발명은 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치 및 방법에 관한 것으로, 차아염소산과 페레이트를 통해 선박평형수를 2차에 걸쳐 살균 처리하여 선박평형수에 의한 해양 오염을 방지하고, 해수에 포함된 갯벌이나 금속이온 등에 의한 스케일이 전극판에 발생되지 않도록 하며, 살균수단에 의한 2차 오염을 방지함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치는, 차아염소산과 페레이트를 각각 공급하는 차아염소산 및 페레이트 공급수단과; 상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단을 통해 공급받는 차아염소산을 원수에 첨가하여 상기 원수를 1차 살균하는 차아염소산 살균수단(30)과; 상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단으로부터 공급받는 페레이트를 상기 차아염소산 살균수단을 통해 1차 살균된 1차 처리수에 첨가하여 상기 1차 처리수를 2차 살균하는 페레이트 살균수단(40)을 포함하고, 상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단은, 내부에 전해수로 해수 또는 염화나트륨 수용액이 공급되며 양이온 교환막(12)이 장착된 전기투석조(11), 상기 전기투석조 내부에 상기 양이온 교환막(12)을 사이에 두고 각각 설치되며 전류를 인가받는 양극판(13)과 음극판(14), 상기 전기투석조에서 만들어진 차아염소산과 페레이트를 각각 공급하는 공급관으로 이루어져 차아염소산과 가성소다를 회수하는 전기투석기(10)와; 내부에 전해수로서 상기 전기투석기를 통해 회수된 가성소다가 공급되는 전기분해조(21), 상기 전기분해조의 내부에 각각 설치되어 전류를 인가받으며 각각 철로 이루어진 양극판(22)과 음극판(23), 상기 전기분해조에서 만들어진 페레이트를 상기 원수에 공급하는 공급관으로 구성되어 상기 페레이트를 제조하는 전기분해기(20)로 구성된다. 본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 방법은, 원수에 차아염소산을 투입하여 상기 원수를 1차 살균하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 1차 살균된 제1처리수에 페레이트를 첨가하여 상기 제1처리수를 2차 살균하여 정화수로 처리하는 제2단계를 포함하되, 염화나트륨 수용액 또는 해수를 출발물질로 하여 전기투석을 통해 차아염소산과 가성소다를 생성하여 상기 차아염소산을 상기 제1단계에 공급하고, 상기 가성소다를 전기분해하여 페레이트를 생성한 후 이 페레이트를 상기 제2단계에 공급한다.

Description

페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치 및 방법{BALLAST WATER TREATMENT APPARATUS AND METHOD USING FERRATE}

본 발명은 페레이트(FERRATE)를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차아염소산과 페레이트를 통해 선박평형수를 2차에 걸쳐 살균 처리하여 선박평형수에 의한 해양 오염을 방지하고, 해수에 포함된 갯벌이나 금속이온 등에 의한 스케일이 전극판에 발생되지 않도록 하며, 살균수단에 의한 2차 오염을 방지할 수 있는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 화물을 적재하지 않은 경우 안정성을 유지하고, 추진력의 효율을 위해 선박평형수 탱크(일명"선박평형수 탱크(Ballast Water Tank)"라고도 함)를 적용하고 있으며, 이와 같은 선박평형수 탱크는 화물의 싣고 내림에 따른 선박의 무게중심 변동을 줄이고 안전한 항해를 보장하기 위한 것으로, 선박의 좌우에서 상호 대칭되는 구조를 이루도록 여러 개가 구비되며, 각각은 탱크가 독립적이어서 채워진 해수는 이동하지 않는다.

따라서 선박의 항해에 따라 화물의 싣고 내림이 반복되면서 선박평형수 탱크에는 연속적으로 해수가 채워졌다 빠지는 과정이 반복되며, 이때 해수와 함께 유입된 해양생물 등 각종 고형물이 운항하는 동안에 침전물이 된다.

부유하던 고형물이 침전되면 선박평형수 탱크에서 해수를 배출시킬 때 해수와 함께 배출되지 않고 바닥에 쌓이게 되며 운항회수가 많아짐에 따라 그 양은 점점 축적되고, 시간이 지남에 따라 굳어져서 제거하기 어려운 상태가 된다.

더욱이 화물을 적재할 때는 선박평형수 탱크를 비우게 되는데, 이때 탱크 내에 있는 수 톤의 물과 함께 병원균, 연체 동물, 물고기 등이 배출되어 주변 생태계에 악 영향을 미치게 되는데, 일례로 미국 오대호(Great Lakes)에는 최소한 185종의 외래 해양생물이 있는 것으로 확인되고 있으며, 선박평형수가 이러한 외래 해양생물 유입의 주요 원인으로 비난을 받고 있다.

상기와 같은 선박평형수에는 선박평형수를 채운 지역의 담수나 해수에 포함된 병원성균 및 플랑크톤 등의 각종 생물이 서식하고 있으므로, 이를 아무런 처리없이 타지역의 해안으로 배출시킬 경우 선박평형수로 인한 심각한 해양오염 및 생태계 파괴를 유발시킬 우려가 높게 된다.

이러한 상황에 입각하여, 1996년 미국에서는 국가 침입종 법률을 제정함으로서, 외래종을 침입자로 규정하여 선박평형수에 대한 관리와 통제를 의무화 하였으며, 호주에서는 검역법을 개정하여 선박평형수를 검역대상이 되는 수입화물로 규정하고 직접 검역을 실시하고 있다.

한편, 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서는 2004년 2월 국제협약을 체결하여 2009년부터 순차적으로 선박평형수의 살균처리에 필요한 장치를 선박에 탑재토록 하였으며, 이를 위반할 시에는 해당 선박의 입항을 전면 금지하도록 하였다.

따라서, 최근에 들어 선박평형수를 처리하기 위한 다양한 기술개발이 이루어지고 있는 바, 대표적인 것으로 오존(Ozone: 03) 또는 전기분해를 이용한 선박평형수의 살균 및 정화처리 기술을 들 수 있으며, 오존과 관련한 선행기술로 각각 특허등록 제10-769834호, 제10-775238호, 제10-802889호가 있다.

그러나, 상기와 같이 오존을 이용한 종래의 선박평형수 처리장치는 살균처리과정에서 총잔류산화물(TRO; TotalResidual Oxidants)과 같은 독성물질이 생성되는 경우도 있으며, 이 독성물질은 보통 1일 ~ 5일정도 시간이 지나면 자연적으로 분해되기 때문에 장거리 운항을 하는 선박의 경우에는 문제가 되지는 않지만, 단거리 운항 또는 독성물질이 분해되지 않은 시점에서 선박평형수를 배출해야하는 비상상황의 경우에는 문제가 될 수도 있다.

즉, 선박평형수를 배출해야 하는 시점에서 살균처리된 선박평형수에 독성물질이 남아있는 경우 모두 자연분해될 때까지 배출을 할 수 없는바, 운항이 지연되거나, 선박평형수를 생성한 지역의 해수 상태에 따라 장시간 방치해도 규정수치 이하로 분해되지 않는 경우가 발생될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 다른 방법으로 선박 내에서 전기분해 반응을 통해 생성된 염소가스 또는 차아염소산(HClO 또는 ClO-)을 이용하여 선박평형수에 포함된 생물을 사멸하는 전기분해방식의 선박평형수 처리장치의 개발이 활발하다.

전기분해방식의 선박평형수 처리장치는, 해수를 유입하여 펌핑하는 펌프와, 선박평형수 펌프에 의해 펌핑되는 해수를 전기분해하여 전해수를 생산하는 전기분해 반응기와, 전기분해 반응기에 의해 생성된 전해수 중의 수소가스를 분리/배출하는 가스분리기와, 가스분리기를 통해 나오는 염소가스를 선박평형수 탱크로 공급하는 살균수 주입펌프로 구성되어 있다.

종래 기술에 의한 전기분해를 이용한 평형수 살균장치에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 선박 평형수로 사용되는 해수에는 갯벌, 칼슘, 나트륨, 마그네슘과 같은 금속성 이온이 매우 많기 때문에 전기분해시 전극에 도금현상이 발생되며, 이로 인하여 전기전도도가 낮아지므로 전기분해 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

한편, 전기분해는 전극간의 거리가 가까울수록 전기분해 효율이 높아지기 때문에 전극간의 간격을 가깝게 하는 것이 좋지만, 전극간의 간격이 가까우면 전극 사이에 도체 이물질이 끼게 되어 쇼트가 발생되며, 이러한 문제점에 의해 전극을 가깝게 하는데 한계가 있다. 결과적으로 전극의 간격 조정을 통해 전기분해 효율을 향상하는데 한계가 있으므로 전기분해 효율을 높이기 위하여 전극의 면적을 넓게 하는 방법을 사용할 수 있으나 이는 전기분해기의 크기를 대형화하는 단점이 있다.

또한, 평형수를 사용하는 대형 선박의 경우 정박지에서의 정박료가 매우 비싸기 때문에 평형수 살균 속도가 늦을 경우 많은 비용이 발생된다.

둘째, 선박 평형수 살균장치가 탑재되지 않은 선박은 선박 평형수 살균장치의 의무화에 의해 선박 평형수 살균장치를 탑재하여야 하며, 여러 종류의 살균장치가 있지만 전기분해 방식의 평형수 살균장치의 효용성이 높기 때문에 전기분해 방식의 평형수 살균장치의 적용이 대부분일 것이다. 신규 건조 선박은 평형수 살균장치의 소비전력을 포함하여 건조하기 때문에 문제가 없지만, 기 건조된 선박은 평형수 살균장치의 소비전력을 감안하지 않고 건조(예비전력을 포함하도록 설계되더라도 평형수 살균장치의 소비전력으로 인해 예비전력이 적거나 없어질 것이므로 현실적이지 못함)되었기 때문에 큰 소비전력의 평형수 살균장치를 적용할 수 없으며, 그러나, 첫 번째 문제점에서 언급한 것처럼, 종래 전기분해 방식의 평형수 살균장치는 소비전력이 크기 때문에 적용성이 매우 비현실적이다.

참고로, 전기분해는 전류의 크기에 정비례하며, 소비전력은 전류와 전압의 곱에 정비례한다. 즉, 동일한 크기의 전류(전기분해 효율은 전류의 크기와 정비례하므로 동일 크기의 전류에 의해 출력이 동일한 조건으로 설명)의 경우 즉, 전기분해 효율이 동일한 경우 전압을 적게 할수록 소비전력을 줄일 수 있다.

셋째, 전기분해시에는 수소가스가 필수적으로 발생되며, 이 수소가스는 물에 용해되지 않고 평형수 탱크나 배관 등에 존재하게 됨에 따라 선박의 폭발 우려가 있고, 이에 따라 선박 평형수 살균장치에는 수소가스 분리기가 적용된다.

종래 수소가스 분리기는, 예컨대, 내부에 전해수가 충진되는 수소 분리챔버와, 상기 수소 분리챔버의 타측 상단에 설치되어 전해수 유입관의 일측 끝단부와 연결되는 전해수 유입구와, 상기 수소 분리챔버의 일측면 하단부와 연결된 전해수 주입관 상에 설치되는 전해수 주입펌프와, 상기 수소 분리챔버의 상부면에 설치되는 가스 배출관과, 상기 수소 분리 챔버의 타측면 하단에 설치되는 수위계와, 상기 수위계와 연결되도록 전해수 주입관 상에 설치되는 수위 조절밸브를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래 수소 분리기에 따르면, 전해수 유입관 및 전해수 유입구를 통해 수소 분리챔버 내부에 전해수가 충진되며, 상기 수소 분리챔버 내부에 충진된 전해수에 포함된 수소 가스는 수소 분리챔버 내부의 상부 공간 즉, 전해수가 충진되지 않은 공간에서 자동적으로 기액 분리되어 수소 분리챔버의 상부면에 별도의 밸브나 장치가 없이 개방되어 있는 가스 배출관을 통해 수소 분리 챔버내부에 수소 가스가 축적되지 않고 전해수 수소 분리챔버 외부로 배출되도록 한다.

그리고 부가적으로 수소 분리챔버 내의 수소 가스의 희석을 위하여 수소 분리챔버의 전해수가 충진되지 않은 상부 공간에는 수소 분리챔버 내부로 외부의 공기를 공급할 수 있는 송풍기(도시되지 않음)가 설치되어 외부의 공기를 수소 가스와 혼합하여 수소 가스를 희석시켜 수소 가스의 폭발 위험을 줄인 후 가스 배출관을 통해 외부로 배출할 수 있도록 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 수소 분리기에 따르면, 수소 분리챔버 내부에서 기체와 액체의 비중에 의해 수소 가스를 분리하는 것이기 때문에 수소 가스의 분리효율이 떨어지고, 또한, 송풍기에 의해 수소 가스의 희석을 위하여 수소 분리챔버 내부에 외부 공기를 공급함으로써 외부 공기가 수소 분리챔버 내부에 충진된 전해수와 직접적으로 접촉하게 됨으로써 외부 공기에 의해 수소 분리챔버 내부에 충진된 전해수가 오염된다는 문제점이 있다.

또한, 수소가스 분리기의 외부 선박 운항 중 수소 분리챔버 내부에 충진된 전해수의 출렁임에 의해 전해수가 송풍기로 역류하는 문제점도 있다.

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본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차아염소산과 페레이트를 통해 선박평형수를 2차에 걸쳐 살균 처리하여 선박평형수에 의한 해양 오염을 방지하고, 해수에 포함된 갯벌이나 금속이온 등에 의한 스케일이 전극판에 발생되지 않도록 하며, 살균수단에 의한 2차 오염을 방지할 수 있는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치는, 차아염소산과 페레이트를 각각 공급하는 차아염소산 및 페레이트 공급수단과; 상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단을 통해 공급받는 차아염소산을 원수에 첨가하여 상기 원수를 1차 살균하는 차아염소산 살균수단과; 상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단으로부터 공급받는 페레이트를 상기 차아염소산 살균수단을 통해 1차 살균된 1차 처리수에 첨가하여 상기 1차 처리수를 2차 살균하는 페레이트 살균수단을 포함한다. 본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 방법은, 원수에 차아염소산을 투입하여 상기 원수를 1차 살균하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 1차 살균된 제1처리수에 페레이트를 첨가하여 상기 제1처리수를 2차 살균하여 정화수로 처리하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치 및 방법에 의하면, 차아염소산과 페레이트의 높은 산화력을 통해 선박평형수 등의 물을 살균하여 살균력을 증대함으로써 처리수에 의한 오염을 방지할 수 있고, 또한, 자체 오염성분이 없는 페레이트의 특성을 통해 살균수단에 의한 2차 오염도 막을 수 있으므로 살균 장치로서의 신뢰성을 향상할 수 있다.

그리고, 불용성 백금촉매전극을 통해 해수의 전기 투석시 전극판 표면에 스케일이 부착되지 않으므로 전기전도도가 유지되어 전기분해능을 향상할 수 있고, 결과적으로 차아염소산과 가성소다 및 페레이트의 생산율을 향상하여 소형화와 저소비전력의 살균 장치를 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치를 보인 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치를 도시한 모식도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치는, 차아염소산(HClO)과 페레이트(철산염)를 이용하고 이들을 순차적으로 사용함으로써 2단계에 걸쳐 원수(선박평형수 등 살균 대상의 물을 말하며, 이하, 선박평형수를 예로 들어 설명한다)를 정화수로 처리하는 것으로, 수처리관(1)을 통해 흐르는 선박평형수를 연속적으로 살균하는 것을 예로 들어 설명한다.

수처리관(1)은 일측에 유입구가 형성되고 타측에 배출구가 구비된 관이며, 예를 들어 선박평형수의 공급라인에 설치된다.

차아염소산과 페레이트는 별개의 제품으로 공급되는 것이 사용될 수도 있고, 본 발명이 선박평형수의 살균장치로 사용되는 경우 해수를 출발물질로 하여 제조될 수도 있으며, 해수를 이용한 것을 예로 들어 설명한다.

해수는 염도가 높은 물로서 전기투석기(10)에 의해 차아염소산과 가성소다(NaOH) 등을 제조하고, 이때 제조된 가성소다를 출발물질로 하여 전기분해기(20)를 통해 페레이트를 제조한다. 물론, 해수가 아닌 경우에는 염화나트륨과 물을 출발물질로 하여 차아염소산과 페레이트를 제조한다[전기투석기(10)와 전기분해기(20)를 이용한 것은 해수와 동일하다].

전기투석기(10)는 해수가 담기며 내부 바람직하게 중앙부에 양이온 교환막(12)이 장착된 전기투석조(11), 전기투석조(11)의 내부에 양이온 교환막(12)을 사이에 두고 각각 장착되며 전류(+,-)를 인가받는 양극판(13)과 음극판(14)으로 구성된다. 여기서 양극판(13)과 음극판(14)은 양극과 음극을 띠는 모든 것을 말한다.

가성소다의 생산을 위한 전기투석 과정에서 전극에 있어서 문제가 되는 것은 양극의 경우에 전해작용에 의하여 전극이 부식되어 전극이 점차적으로 소모되는 문제가 있고, 음극의 경우에는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)이나 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 과 같은 절연성, 부식성의 물질이 부착되어 전극 성능을 저하시키고 극간의 단락에 의한 전해조 전체의 성능 발현에 치명적인 장애를 일으키므로, 양극판(13)과 음극판(14)은 각각 부식이 잘 되지 않고 부착물을 최소화할 수 있는 불용성 백금촉매전극이 사용된다. 또한, 일정량 이상의 해수의 유속을 확보하기 위하여 망사 모양의 구조도 가능하다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 양극판(13)과 음극판(14)은 티타늄에 백금족 금속이 코팅되어 이루어지며 표면처리를 통해 평균표면조도가 0.1 ~ 0.5 마이크로미터이다.

해수나 지하수 등은 금속성 이온, 예컨대 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등이 다량으로 용존되어 있으며, 전기분해 과정에서 이들 금속성 이온이 전극의 표면에 스케일로 부착되어 전기전도도가 낮아지므로 오래 사용할 수 없다는 단점이 있다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 전기분해시 전극 표면에 금속성 이온이 스케일로 부착되는 현상은 전극의 표면평균조도(Roughness average)와 관련이 있다.

현재까지 전기분해에 사용되는 전극은 전기분해할 때 양극에서 OH Radical이 생성되어 강력한 산화작용이 발생함으로써 백금계 금속을 제외한 모든 금속이 산화되므로 티타늄 또는 스테인레스와 같은 금속 표면에 백금계 금속을 코팅하여 사용하고 있으며, 백금계 금속을 코팅하는 방법이 전기도금방법을 사용하므로 전기도금을 위해 티타늄 또는 스테인레스와 같은 금속의 표면을 거칠게 가공한 후 백금계 금속을 전기도금하기 때문에 현재까지 제안된 기술은 전극의 표면평균조도가 2.0 마이크로미터 이상이다. 그러나, 종래 전기도금에 의해 표면평균조도가 2.0 마이크로미터 이상이면 전극에 많은 양의 스케일이 부착되는 단점이 있다.

본 발명의 전극은 고진공증착방식을 이용하여 제작하여 평균표면조도(Roughness average)가 0.5 마이크로미터이하(0.1 ~ 0.5 마이크로미터, 바람직하게 0.2마이크로미터)로서 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등 금속성이온이 다량 함유된 해수 등을 전기분해할 때 양극판(13)과 음극판(14) 표면에 스케일이 부착되지 않도록 구성된다.

이와 같은 구성의 전기투석기(10)는 해수(또는 염화나트륨과 물의 혼합물)를 출발물질로 하여 차아염소산과 가성소다를 제조하는 것은 공지된 것이므로 구체적인 설명을 생략한다. 참고로 도 2의 모식도에는 염화나트륨 탱크(15)와 물 탱크(15)로 도시되어 각각의 탱크(15,16)에서 염화나트륨과 물을 공급하는 것으로 도시되었다.

전기투석기(10)를 통해 제조된 차아염소산은 수처리관(1)에 공급되어 수처리관(1)을 따라 흐르는 선박평형수를 1차 살균하고, 가성소다는 페레이트를 제조하기 위한 출발물질로서 전기분해기(20)에 공급된다.

전기분해기(20)는 전기투석기(10)에서 제조된 가성소다를 출발물질로 하여 페레이트를 제조하는 것이며, 가성소다가 담기는 전기분해조(21), 전기분해조(21)의 내부에 일정 간격을 두고 이격되고 전류(+,-)를 각각 인가받는 양극판(22)과 음극판(23)[여기서, 양극판(22)과 음극판(23)은 판으로 한정되지 아니하며 모든 것이 가능하다]으로 구성된다. 양측판(22)과 음극판(23)은 각각 철(Fe)(철을 재질로 하거나 피막부가 철로 코팅)로 이루어진다.

전기투석기(10)와 전기분해기(20)에 의해 각각 생성된 차아염소산과 페레이트는 생성 직 후 차아염소산 살균수단(30)과 페레이트 살균수단(40)에 공급될 수도 있고, 각각의 저장 탱크에 저장된 후 필요시 공급될 수도 있다.

양극판(22)과 음극판(23)은 각각 철로 이루어지며, 가성소다를 전해수로 하여 전기분해를 하면 페레이트(Na계 페레이트)가 생성된다.

전기분해기(20)를 통해 생성된 페레이트는 산화환원전위가 산성분위기에서 2.18~2.22V, 2.2V가 바람직하다.

페레이트는 산화환원전위가 오존(2.08V), 과산화수소(1.78V)보다 높아 강력한 산화능력을 보이며, 2ppm 수준의 저 농도 수준에서도 강력한 살균 능력을 발휘한다.

이와 같이 페레이트가 뛰어난 살균력을 보유하고 있음에도 불구하고 상업적으로 상용화가 어려운 것은 그 자체의 불안정성과 높은 제조단가에 있으며, 이에 대해 본 발명에서는 선박평형수 살균과 같이 페레이트를 사용하고자 하는 장소(선박)에서 직접 페레이트를 제조하여 실시간으로 바로 사용함으로써 분리/정제에 의한 제조단가의 상승을 억제하고 페레이트 자체의 불안정성으로 인한 필연적인 짧은 수명에 의한 효율 저하를 극복하였다.

차아염소산 살균수단(30)은 전기투석기(10)에서 제조된 차아염소산을 수처리관(1)에 공급하여 선박평형수를 1차 살균하는 것이며, 예를 들어, 전기투석기(10)와 수처리관(1)을 연결하는 차아염소산 공급관(31)과 가성소다 공급관(32), 전기투석기(10)에서 제조된 차아염소산을 차아염소산 공급관(31)을 통해 수처리관(1)에 공급하는 펌프, 차아염소산 공급관(31)의 개도를 조절하는 밸브로 구성될 수 있다.

페레이트 살균수단(40)은 페레이트를 차아염소산 살균수단(30)을 통해 1차 살균된 1차 처리수에 첨가하여 1차 처리수를 살균하는 것으로 전기분해조(20)와 수처리관(1)을 연결하는 페레이트 공급관(41), 전기분해기(20)의 전기분해를 통해 생성된 페레이트를 펌핑하여 페레이트 공급관(41)을 통해 수처리관(1)에 공급하는 펌프, 페레이트 공급관(41)의 개도를 조절하는 밸브로 구성된다.

본 발명은 차아염소산과 페레이트를 시간차를 두고 사용하여 2단계에 걸쳐 선박평형수를 살균하는 것을 특징으로 하는 것이며, 각각의 제조 공정이나 기구적 연결구조는 당업자라면 용이하게 실시할 수 있을 것이므로 이에 대해서는 구체적인 설명과 도면을 생략하였다.

본 발명에서는 도 2에서 보이는 바와 같이, 수처리관(1), 전기투석기(10), 전기분해기(20), 차아염소산 살균수단(30) 및 페레이트 살균수단(40)이 패키지화되어 설치와 사용의 편의성이 있으며, 수처리관(1)의 유입구측에는 선박평형수에 포함된 이물질을 전처리(여과)하는 여과기(50)가 적용될 수 있다. 여과기(50)는 차아염소산과 페레이트에 의한 살균효과를 떨어뜨리는 이물질을 여과한다.

한편, 차아염소산과 페레이트는 적정량 이하가 사용되면 살균효과가 없거나 약하고 반대로 필요 이상이 사용되면 살균효과와 부작용이 발생되므로 적정량의 차아염소산과 페레이트를 사용할 수 있도록 제1,2센서(60,70)가 적용된다.

제1,2센서(60,70)는 1차 처리수와 2차 처리수의 pH를 검출하는 것으로, 컨트롤러는 제1,2센서(60,70)의 센싱값과 기 저장된 기준값을 근거로 하여 차아염소산 살균수단(30)과 페레이트 살균수단(40)을 제어(각각의 펌프 또는 밸브를 제어)한다.

수처리관(1)에 유입되는 선박평형수는 pH 7의 중성이며, 차아염소산과 선박평형수의 반응을 통해 1차 살균된 1차 처리수는 pH 4.5~5.5가 적당하고, 페레이트에 의해 2차 살균된 2차 처리수는 pH 6.5~8.5가 적당하다.

즉, 상기 컨트롤러는 제1,2센서(60,70)가 실시간으로 감지한 감지 값과 기준 값(범위)을 비교하여, 1차 처리수의 현재 pH가 기준 pH 보다 높으면 차아염소산(산성)의 첨가량을 증가하고 반대로 현재 pH가 기준 pH 보다 낮으면 차아염소산의 첨가량을 줄이고, 또한, 2차 처리수의 pH가 기준 pH 보다 높으면 페레이트(알칼리성)의 첨가량을 줄이고 현재 pH가 기준 pH 보다 낮으면 페레이트의 첨가량을 증가하도록 제어한다.

한편, 차아염소산에 의한 1차 살균은 페레이트에 의한 2차 살균의 분위기를 조성하는 기능도 겸하며, 차아염소산에 의해 산성 분위기를 적절하게 조성하지 못하는 경우 별도의 pH 조절을 통해 페레이트에 의한 살균 분위기를 조성할 수 있다. 즉, 1차 처리수가 페레이트와 반응하기 전에 pH 조절제(황산, 염산 등)를 첨가하는 pH 조절수단(80)이 적용된다.

pH 조절수단(80)은 상기 컨트롤러의 제어를 받으며, 상기 컨트롤러는 1차 처리수의 pH가 적절한 산성 분위기를 유지하지 못하면 pH 조절수단(80)을 통해 1차 처리수에 pH 조절제를 첨가하도록 제어한다. pH 조절수단(80)은 차아염소산의 첨가량으로는 1차 처리수의 pH를 적절하게 조절할 수 없을 때 효과적으로 사용된다.

지금까지는 선박평형수가 수처리관(1)을 통해 흐르는 과정 중에 차아염소산과 페레이트를 순차적으로 혼합하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 1차 처리 탱크(선박평형수와 차아염소산 반응), 2차 처리 탱크(1차 처리 탱크에서 1차 살균된 1차 처리수와 페레이트 반응)에 의한 회분식도 가능하다.

본 발명에 의한 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 방법은 다음과 같다.

본 발명은 회분식과 연속식 모두 가능하며, 이하에서는 연속식을 기준으로 하여 설명한다.

본 발명에 의하면, 예를 들어 탱크 등에 저장된 원수(선박 평형수 등)를 수처리관에 일정 속도로 공급하여, 원수가 수처리관을 경유하면서 배출구로 배출되도록 하며, 이 과정에서 원수와 차아염소산, 페레이트와 순차적으로 반응함으로써 정화수(자연 방류가 가능한 상태)를 생성한다.

1. 1차 살균.

선박평형수는 펌핑을 통해 수처리관(1)의 유입구를 통해 수처리관(1)에 유입되어 흐르며, 차아염소산 살균수단(30)은 전기투석기(10)에서 생성된 차아염소산을 수처리관(1)에 공급한다. 수처리관(1)에 공급된 차아염소산은 선박평형수와 반응하여 원수에 포함된 균을 1차 살균 처리한다. 선박평형수의 유량, 유속, 차아염소산의 양 등에 따라 1차 처리수의 살균률이 달라질 것이며, 컨트롤러는 제1센서(60)의 감지 값을 근거로 하여 차아염소산의 투입량의 증감을 제어한다.

즉, 제1센서(60)는 실시간으로 차아염소산 살균수단(30)을 통과한 1차 처리수의 pH를 검출하며, 컨트롤러는 제1센서(60)로부터 검출된 현재 값과 저장된 기준 값을 비교하여 현재 값이 기준 값인 pH 4.5~5.5 범위를 벗어나면 차아염소산의 투입량을 증가하거나 줄이고, 현재 값이 기준 값의 범위를 만족하면 차아염소산의 투입량을 유지한다.

2. 페레이트 살균.

1차 처리수는 페레이트 살균수단(40)을 통과하며, 페레이트 살균수단(40)을 통해 투입되는 페레이트와 1차 처리수가 반응하여 2차 살균이 이루어진다. 페레이트는 그린 물질(green material)로서 자체에도 오염성분이 전혀 없으며 수처리시에도 2차 오염의 발생이 전혀 없다. 페레이트는 초기 6가 철이온에서 수처리 후에 3가 철이온으로 변화되는 것으로 철이온의 이온가만 변화되면서 살균 및 소독효과를 발휘하는 반응만을 하여 2차 오염이 전혀 발생되지 않는다.

3. 산성 분위기 조성.

한편, 차아염소산과 반응한 1차 처리수의 pH가 페레이트와 반응한 결과 자연 방류가 불가능하거나 페레이트와의 반응으로 살균 효과가 약한 경우 1차 처리수를 산성 분위기로 조성할 수 있다.

pH 조절수단(80)이 적용된 경우 컨트롤러는 제1센서(60)의 감지 값을 기준값과 비교하여 pH 조절제의 투입이 필요한 것으로 판단하면 pH 조절제(황산, 염산 등)를 투입한다.

pH 조절제의 투입량은 제1센서(60)의 감지 값에 따라 달라지며, pH 조절제를 통해 산성 분위기로 조절된 1차 처리수의 pH가 기준 값을 만족하면 pH 조절제의 투입량을 유지하고 그렇지 않으면 pH 조절제의 투입을 증감한다. 본 공정은 1차 처리수를 살균하는 것은 아니며, 후속 공정인 페레이트 살균 공정을 위한 전처리 공정으로서 1차 처리수가 pH 5~6을 유지함으로써 페레이트에 의한 2차 살균의 분위기를 조성하는 것이다.

1 : 수처리관,
10 : 전기투석기, 20 : 전기분해기
30 : 차아염소산 살균수단, 40 : 페레이트 살균수단
50 : 여과기, 60,70 : 제1,2센서
80 : pH 조절수단,

Claims

차아염소산과 페레이트를 각각 공급하는 차아염소산 및 페레이트 공급수단과;
상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단을 통해 공급받는 차아염소산을 원수에 첨가하여 상기 원수를 1차 살균하는 차아염소산 살균수단(30)과;
상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단으로부터 공급받는 페레이트를, 상기 차아염소산 살균수단을 통해 1차 살균된 1차 처리수에 첨가하여 상기 1차 처리수를 2차 살균하는 페레이트 살균수단(40)을 포함하고,
상기 차아염소산 및 페레이트 공급수단은,
내부에 전해수로 해수 또는 염화나트륨 수용액이 공급되며 양이온 교환막(12)이 장착된 전기투석조(11), 상기 전기투석조 내부에 상기 양이온 교환막(12)을 사이에 두고 각각 설치되며 전류를 인가받는 양극판(13)과 음극판(14), 상기 전기투석조에서 만들어진 차아염소산과 페레이트를 각각 공급하는 공급관으로 이루어져 차아염소산과 가성소다를 회수하는 전기투석기(10)와;
내부에 전해수로서 상기 전기투석기를 통해 회수된 가성소다가 공급되는 전기분해조(21), 상기 전기분해조의 내부에 각각 설치되어 전류를 인가받으며 각각 철로 이루어진 양극판(22)과 음극판(23), 상기 전기분해조에서 만들어진 페레이트를 상기 원수에 공급하는 공급관으로 구성되어 상기 페레이트를 제조하는 전기분해기(20)로 구성된 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 차아염소산 살균수단을 통해 1차 살균된 1차 처리수의 pH를 검출하는 제1센서(60), 상기 페레이트 살균수단을 통해 2차 살균된 2차 처리수의 pH를 검출하는 제2센서(70), 상기 제1,2센서에서 검출한 pH 값과 기 저장된 단계별 기준 pH를 비교 및 이 비교치를 근거로 하여 상기 차아염소산 살균수단과 페레이트 살균수단을 통해 차아염소산과 페레이트의 첨가량을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 차아염소산 살균수단을 통해 1차 살균된 1차 처리수에 pH 조절제를 첨가하여 상기 1차 처리수를 산성분위기로 조성하는 pH 조절수단(80)이 포함되는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치.
청구항 1에 있어서, 일측에는 원수가 유입되는 유입구가, 타측에는 정화수가 배출되는 배출구가 구비된 수처리관(1)을 포함하며,
상기 차아염소산 살균수단과 페레이트 살균수단은 상기 수처리관의 유입구측에서부터 상호 간에 일정 간격을 두고 연결되어 상기 수처리관에 유입되는 원수를 연속식으로 살균 처리하는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 수처리관의 유입구측에 설치되며 원수에 포함된 이물질을 여과하는 여과기(50)가 포함되는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 장치.
원수에 차아염소산을 투입하여 상기 원수를 1차 살균하는 제1단계와;
상기 제1단계를 통해 1차 살균된 제1처리수에 페레이트를 첨가하여 상기 제1처리수를 2차 살균하여 정화수로 처리하는 제2단계를 포함하되,
염화나트륨 수용액 또는 해수를 출발물질로 하여 전기투석을 통해 차아염소산과 가성소다를 생성하여 상기 차아염소산을 상기 제1단계에 공급하고, 상기 가성소다를 전기분해하여 페레이트를 생성한 후 이 페레이트를 상기 제2단계에 공급하는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 방법.
삭제
청구항 7에 있어서, 상기 제1단계를 통해 1차 처리된 제1처리수에 pH 조절제를 투입하여 상기 제1처리수를 산성 분위기로 조성하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 제1단계에서는 상기 차아염소산을 투입하여 상기 1차 처리수를 pH 4.5~5.5로 유지하고, 상기 제2단계에서는 상기 페레이트를 투입하여 상기 정화수를 pH 6.5~8.5로 유지하는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 원수를 수처리관의 일측에서 공급하여 타측으로 배출하면서 상기 수처리관에 상기 차아염소산과 pH 조절제와 페레이트를 순차적으로 투입하여 연속식으로 원수를 정화 처리하는 것을 특징으로 하는 페레이트를 이용한 선박 평형수를 포함하는 물의 살균 방법.