KR101518678B1 - 밸러스트수 처리 장치의 운전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 밸러스트수에 잔류하는 여러 형태의 수중 생물 및 미생물들을 제거하기 위하여 사용되는 전기분해장치의 전기분해 효율을 증대시키고 전기분해가 어려운 담수 영역에서도 밸러스트수 처리를 안정적으로 할 수 있도록 한 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리장치의 운전 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 밸러스트수 처리장치의 운전에 있어서, 유속의 흐름을 변형하여 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가하여 생물체를 사멸 또는 미약하게 만드는 필터형 수처리관을 전기분해장치의 전단에 설치하여 담수 또는 해수로 된 전해수가 전기분해장치를 통과되도록 하되 해수와 담수의 밸러스트수에 생존하는 수중생물 또는 미생물을 사멸시키기 위하여 초기에 선박의 항해에 필요한 최소의 담수를 유입하고 해수영역에서 추가로 해수를 유입하여 운전하는 밸러스트수 처리장치의 운전방법을 특징으로 한다.

Description

밸러스트수 처리 장치의 운전방법 {Operation Method of Ballast Water Management System}
본 발명은 선박의 밸러스트수에 잔류하는 여러 형태의 수중 생물 및 미생물들을 제거하기 위하여 사용되는 전기분해장치의 전기분해 효율을 증대시키고 전기분해가 어려운 담수 영역에서도 밸러스트수 처리를 안정적으로 할 수 있도록 한 밸러스트수 처리장치의 운전 방법에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 선박은 화물이 적재되지 않은 상태에서 선박의 균형 및 안전한 항해를 위하여 일정량의 해수를 취수하여 보관함으로 선박의 균형을 유지하기 위한 장치로 밸러스트 탱크가 설치되어 있다. 그러나 이러한 선박의 안전한 항해를 목적으로 취수되는 밸러스트수는 해양 생물의 운반 및 질병발생 세균을 이동시키는 매체로 작용하여 타지역 해양 오염 및 생태계 파괴의 주된 원인으로 작용하고 있다.
1992년 유엔환경개발회의의 요청에 따라 국제해사기구에서는 밸러스트수에 의한 비토착 생물의 확산 방지 및 밸러스트수에 의한 생태계 파괴와 오염을 방지하기 위한 방안으로 선박이 입항하기 전 일정한 해양에서 밸러스트수를 교환하는 방안과, 적재하고 있는 밸러스트수를 물리, 화학적으로 살균 또는 소독하는 두가지 방안이 제시되었다.
또한 담수 또는 해수를 취수하여 사용하는 냉각수 처리 장치 또는 선박의 안전 운전과 관계되어 있는 밸러스트수(Ballast water) 처리 장치에 패류나 미생물이 서식하게 되면 열교환 효율이 저하되고 일정한 유량 공급 곤란 및 설비운영에 막대한 어려움이 발생되기 때문에 이를 해결하기 위하여 다양한 방법으로 이들 생물들을 처리하기 위한 기술들이 개발되고 있다.
상기한 바와 같은 목적으로 이용되는 여러 처리장치들-필터링법, 자외선 소독법, 가열법, 화학처리법 및 전기적인 처리방법-을 비교하면 경제적 측면 및 안정성 측면 그리고 처리 효율면에서 전기분해 처리장치가 가장 효과적이라 할 수 있다.
종래의 전기분해에 의한 담수 또는 해수 처리장치로는 국내특허출원 제10-2002-36086호(2002.06.26)호의 "하수처리장의 방류수 전해소독설비, 국내출원특허 제10-2005-0085605(2005.09.14)호의 "선박용 밸러스트수의 전해 소독장치", 국내출원특허 제10-2006-0113865(2006.10.14)호의 "복극식 전기분해시스템을 이용한 선박 밸러스트수 살균장치" 등이 있다.
또한 종래 국내출원특허 제10-0982195 “고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리시스템”, 제10-09850415 “담수 또는 해수의 전기분해장치” 그리고 제10-1063592 “음전극판 보호부재를 설치한 전기분해장치”에서 보다 효율적이고 이물질 부착 방지를 위한 밸러스트수 전기분해 장치에 관한 내용이 있다. 그리고 제10-1309373 “하이브리드형 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리장치”에서 중화장치를 사용하고 전기효율을 증대시키기 위한 장치 설계에 관한 연구 결과도 있다.
그러나 일반적으로 이러한 전기분해설비는 전기 에너지의 소모량이 크고, 장시간 사용함에 있어서 이물질 부착 및 전극파손 등에 의한 점진적인 효율 저하로 전기에너지 소비가 점점 증가되는 경향이 있어 한정된 선박의 발전기 용량으로 운전하기에 어려움이 있다. 그리고 담수 영역에서는 일정량의 염화나트륨(NaCl)을 투여하여 전기분해장치를 운전하고, 해수에서는 해수 중에 약 3% 정도 포함되어 있는 염화나트륨으로부터 소독물질으로서 활성물질인 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하여, 차아염소산나트륨의 강한 살균력에 의한 담수 및 해양생물의 부착 및 번식을 방지하는데 활용하고 있다.
그러나 선박 밸러스트수 처리 장치를 담수 영역에서 사용함에 있어서 염화나트륨을 투여하여 전기분해가 가능한 농도(약 1%)를 유지하는 방법은 방대한 선박의 밸러스트수 용량을 고려할 경우, 저장해야 할 염화나트륨 또는 염화나트륨 용액의 양이 방대하여 비용증가 및 보관 장소 문제가 현실성이 없으며, 또한 염화나트륨의 화학적 특성으로 보관의 어려움이 있다.
그러므로 보다 효율을 증가시켜 전기에너지의 소비를 줄이고, 장시간 일정 효율을 유지하며 운전이 가능한 전기분해장치에 대한 필요성 및 담수 영역을 운항하고 다른 해역으로 이동하는 선박의 밸러스트수 처리 장치를 운전하여 담수 내에 존재하고 있는 수중생물 또는 미생물을 처리하기가 가능한 전기분해장치의 운전방법에 대한 개선된 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기분해가 어려운 담수 영역에서의 밸러스트수 처리시에 1차적으로 담수 영역에서 필터형 수처리관을 설치하여 50마이크로 이상의 수중생물에 물리적인 충격을 가하여 일부분을 제거하면서 선박의 운항에 필요한 최소의 밸러스트수를 유입하여 2차적으로 해수 영역에서 나머지 필요로 하는 전체 밸러스트수를 전기분해장치를 이용하여 처리할 수 있도록 하여 밸러스트수 처리를 안정적으로 할 수 있도록 한 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리장치의 운전 방법을 제공함에 있다.
또한, 1차적으로 해수영역에서 전기분해장치를 사용하여 밸러스트수를 처리하여 최소의 활성물질을 생산하여 탱크에 보관하고, 2차로 담수 영역에서 필요로 하는 밸러스트수를 필터형 수처리관을 통과하게 하여 물리적인 충격을 가하면서 밸러스트수를 유입하여 담수 내에 생존하는 수중 생물 및 미생물을 사멸시킬 수 있도록 한 운전방법에 관한 것이다.
본 발명은 밸러스트수 처리장치의 운전에 있어서, 유속의 흐름을 변형하여 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가하여 생물체를 사멸 또는 미약하게 만드는 필터형 수처리관을 전기분해장치의 전단에 설치하여 담수 또는 해수로 된 전해수가 전기분해장치를 통과되도록 하되 해수와 담수의 밸러스트수에 생존하는 수중생물 또는 미생물을 사멸시키기 위하여 초기에 선박의 항해에 필요한 최소의 담수를 유입하고 해수영역에서 추가로 해수를 유입하여 운전하는 밸러스트수 처리장치의 운전방법을 특징으로 한다.
상기 초기 유입된 담수의 양이 전체 밸러스트수 양에 대하여 50% 내지 80%에서 운전하는 것을 특징으로 한다.
상기 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 통과하여 생성된 처리수의 농도가 4ppm 내지 12ppm에서 운전하는 것을 특징으로 한다.
한편 타 실시예로서 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 운전하여 수중생물 또는 미생물의 사멸에 필요한 처리수를 밸러스트 탱크에 유입하고 담수 영역에서 추가로 선박의 운항에 필요한 밸러스트수를 유입하여 운전하는 것을 특징으로 한다.
상기 초기 밸러스트 처리 장치를 통하여 유입된 해수의 양이 전체 밸러스트수 양에 대하여 20% 내지 50%에서 운전하는 것을 특징으로 한다.
상기 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 통과하여 생성된 처리수의 농도는 4ppm 내지 12ppm에서 운전하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸러스트수 처리장치에 유입되는 해수에서 염화나트륨의 농도가 무게로 1% 이상인 것을 사용하여 운전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 밸러스트수 처리 장치의 운전방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째; 담수와 해수를 필요에 따라 순차적으로 밸러스트 탱크에 유입하여, 해수 유입 시 처리된 밸러스트수의 차아염소산나트륨으로 해수뿐만 아니라 담수에 생존하는 수중생물 및 미생물을 제거할 수 있게 하였다.
둘째 ; 전기분해장치를 사용하는 밸러스트수 처리장치의 근본적인 문제점인 담수영역에서 전기분해에 의한 활성물질인 차아염소산나트륨 생산이 불가능한 것을 해결할 수 있는 수단으로 활용함으로서, 담수영역을 운항하는 선박의 밸러스트수 관리의 편의를 도모할 수 있다.
셋째 ; 필터형 수처리관을 통과하도록 함으로서 담수영역에서 수중생물의 사멸 효과를 증대시킬 수 있다.
넷째 ; 담수영역에서는 전기분해장치를 사용하지 않게 됨으로써 이로 인하여 연료비 절감 등의 경제적인 이득을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 밸러스트수 처리 장치를 나타낸 개략도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 전기분해장치를 구비하여 선박의 밸러스트수를 처리하되 담수영역에서 전기분해장치의 사용이 불가능하여 담수 영역을 통과하여 다른 해역으로 이동하는 선박 운항에 어려움이 있어, 이를 개선하기 위한 운전 방법으로서, 담수와 해수를 순차적으로 밸러스트 탱크에 유입하여, 해수 유입 시 처리된 밸러스트수의 차아염소산나트륨으로 해수뿐만 아니라 담수에 생존하는 수중생물 및 미생물을 제거하여 선박의 운항에 어려움이 없도록 운전할 수 있는 특징이 있다.
또한 설치된 밸러스트수 처리 장치의 필터형 수처리관(10)을 통과하도록 설치하여 생존하는 상대적으로 큰 개체의 수중 생물을 제거함으로, 해수영역에서의 전기분해 효율을 증가시킬 수 있도록 하는 특징이 있다.
그리고 해수 영역에서와 유사한 방법으로 전기분해장치의 사용이 불가능한 담수 영역에서 밸러스트수의 수중생물을 처리하도록 하여, 선박의 운항 항로 결정의 어려움을 극복하는 방법을 제공하는 것에 특징이 있다.
본 발명은 도 1과 같이 밸러스트수의 유입 관로상에 설치되어 유속의 흐름을 변형하여 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가하여 생물체를 사멸 또는 미약하게 만드는 필터형 수처리관(10)과, 상기 필터형 수처리관(10)의 출구방향 관로에 설치되어 밸러스트수 처리용 전기분해장치(20)와, 상기 전기분해장치(20) 후단에 부반응으로 생성된 가스분리장치(30)로 이루어져 있는 직관식 밸러스트수 처리시스템과 같은 선박의 밸러스트수 처리장치에 적용된다.
또, 선박 밸러스트수 처리장치의 운전에 있어서, 해수와 담수의 밸러스트수에 생존하는 수중생물 또는 미생물을 사멸시키기 위하여 초기에 선박의 항해에 필요한 최소의 담수를 유입하고 해수영역에서 추가로 해수를 유입하면서 밸러스트수 처리 장치를 운전함이 바람직하며, 이는 전기분해가 곤란한 담수 내에 생존하는 수중 생물을 전기분해장치를 운전함으로 생산된 활성물질로 처리할 수 있도록 함에 있다.
그리고 상기 초기 유입된 담수의 양이 전체 밸러스트수 양에 대하여 50% 내지 80%에서 운전함이 바람직하며, 이는 상기 담수의 양이 50% 이하이면 필요 이상의 전기분해를 함으로써 전기분해에 사용되는 전기량이 증가하게 되고, 80% 이상이면 해수를 전기분해하여 혼합된 처리수의 활성물질 농도가 낮아 수중생물의 사멸 효과가 떨어지기 때문이다.
또, 상기 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 통과하여 생성된 처리수의 농도가 적게는 4ppm에서 많게는 12ppm으로 운전하도록 하며, 이는 처리수의 농도가 4ppm이하이면 처리수 내의 미생물의 사멸효과가 감소하고, 12ppm이상이면 필요 이상의 과다한 전기를 소모하여 운전비용이 증가하게 되므로 4ppm 내지 12ppm에서 운전함이 바람직하다.
한편으로 다른 실시예로서 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 운전하여 수중생물 또는 미생물의 사멸에 필요한 처리수를 밸러스트 탱크에 유입하고 담수 영역에서 추가로 선박의 운항에 필요한 밸러스트수를 유입하여 운전함이 바람직하며, 이는 처리된 해수의 활성물질을 일정하게 유지함으로써 담수와 혼합시 담수내의 미생물 및 수중생물을 사멸시킬 수 있기 때문이다.
상기 초기 밸러스트 처리 장치를 통하여 유입된 해수의 양이 전체 밸러스트수 양에 대하여 20% 내지 50%에서 운전하도록 하며, 이는 해수의 양이 20% 이하이면 처리수내의 수중 생물의 사멸효율이 낮아져서 처리효율이 떨어지고, 해수의 양이 50% 이상으로 처리하는 경우에는 필요 이상의 전기를 소모하여 운전비용의 증가원인이 되므로 해수의 양이 전체 밸러스트수 양에 대하여 20% 내지 50%에서 운전함이 바람직하다.
상기 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 통과하여 생성된 처리수의 농도는 4ppm 내지 12ppm 에서 운전하도록 하며, 이는 처리수의 농도가 4ppm이하이면 처리수의 내의 미생물이 생존할 가능성이 있고, 12ppm이상이면 필요 이상의 과다한 전기를 소모하여 운전비용이 증가하게 되므로 처리수의 농도는 4ppm 내지 12ppm에서 운전함이 바람직하다.
상기 밸러스트수 처리장치에 유입되는 해수에서 염화나트륨의 농도가 무게로 1% 이상인 것을 사용하여 운전함이 바람직하며, 상기 무게는 전기분해장치를 사용함에 있어서 최소한의 해수 농도를 의미한다. 1% 이상의 해수에서는 해수 농도가 증가함으로 전기분해 효율 또한 증가한다.
상기 밸러스트수 처리방법에서 유입되는 담수는 필터형 수처리관(10)을 통과하도록 밸러스트수 처리장치를 설치함으로 담수에 생존하는 50마이크로 이상의 수중 생물을 제거함으로 밸러스트수 처리장치의 효율을 높일 수 있다.
상기와 같은 선박의 밸러스트수 처리 장치에서 이용되는 발명의 개선된 전기분해장치를 활용하여 처리된 밸러스트수 및 담수 영역에서 소독 처리된 여러 비교 실시예는 다음과 같다. 미생물 사멸에 대한 분석은 공인된 기관인 한국조선해양기자재연구소(KOMERI)에 의뢰하여 객관성을 높일 수 있도록 하였다.
[실시예 1~3]
본 발명에 의한 실시예 1~3을 하기 표1에 의하여 설명하면 다음과 같다.
염화나트륨 3.4%인 해수를 전기분해장치로 처리하여 생산된 TRO(총잔류산화물) 10ppm 해수처리수를 용량 400ml의 담수(동물성 플랑크톤 30개체/ml 포함)에 혼합하여 시간이 경과하면서 담수 중에 생존하는 동물성 플랑크톤의 개체수를 측정하여 동물성 플랑크톤을 100% 사멸시키는데 필요한 처리수의 양과 시간의 관계를 측정하였다.
실시예 항목 결과
시험시작시(원수) 30 ind.(개체)/ml(동물성 플랑크톤)
경과시간 0.17h 0.83h 16h 19h 240h
1 처리수 10% 40% 60% 83% 90% 100%
2 처리수 20% 60% 77% 90% 100%
3 처리수 30% 77% 90% 100%
상기 처리수를 동일한 조건인 TRO(총잔류산화물) 10ppm으로 처리하여 담수와 혼합할 경우 처리수가 담수에 대하여 20% 이상인 경우 24시간 이내에 담수 내에 생존하는 모든 동물성플랑크톤이 사멸하는 것을 알 수 있었으며, 투여되는 처리수의 양이 증가하면 보다 빠른 시간 내에 사멸됨을 확인하여, 담수 영역을 통과하여 다른 해역으로 이동하는 선박의 운항시간 및 밸러스트수 유입량을 측정함으로 담수 및 해수처리수의 양을 최적화하는 전기분해장치의 운전이 가능할 것이다.
[실시예 4~5]
본 발명에 의한 실시예 4~5를 하기 표2에 의하여 설명하면 다음과 같다.
육상시험 설비(탱크 용량 200MT)를 활용하여 탱크 내부에 동물성 플랑크톤 및 식물성 플랑크톤을 포함하는 담수를 100MT을 보관하고 해수를 전기분해하여 총잔류산화물(TRO) 값이 9ppm인 처리수를 20% 유입하여 생존하는 수중생물의 사멸률을 확인하였다.
실시예 항목 결과
시험시작시(원수) 15,000 ind.(개체)/MT(동물성 플랑크톤)
2,200 ind.(개체)/ml(식물성 플랑크톤)
경과시간 1h 24h
4 동물성 플랑크톤 91.33% 100%
5 식물성 플랑크톤 99.95% 100%
[실시예 6]
본 발명에 의한 실시예 6을 하기 표3에 의하여 설명하면 다음과 같다.
상기 실시예 4-5와 동일한 육상시험 설비를 활용하여 탱크내부에 1차적으로 해수를 전기분해하여 총 잔류산화물(TRO) 값이 8ppm인 처리수를 25MT을 유입하고, 2차로 동물성플랑크톤을 포함하는 담수를 100MT을 펌프로 이송시켜 시간이 경과함에 따라 생존하는 수중생물의 개체수를 비교하였다.
실시예 항목 결과
시험시작시(원수) 20,000 ind.(개체)/MT(동물성플랑크톤)
경과시간 1h 24h
6 동물성플랑크톤 90.13% 100%
상기 실시예에서 보는 바와 같이 처리수의 담수 내에 생존하는 수중생물 및 미생물들을 해수를 전기분해장치를 이용하여 처리하여 일정량을 유입할 경우 생존하는 미생물의 사멸시간을 조절할 수 있음을 확인하였다. 담수에서는 전기분해장치의 운전이 불가능하다는 단점이 있으나, 밸러스트수 처리 규정과 관계가 있는 모든 선박들은 해수 영역을 통과하여 운항함으로 운전 방법을 개선함으로서 전기분해장치에 의한 선박 밸러스트수 처리 자치의 활용이 해수 영역뿐 아니라 담수 영역에서도 활용이 가능함을 확인하였다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
10 : 필터형 수처리관
20 : 전기분해장치
30 : 가스분리장치

Claims (7)

  1. 밸러스트수 처리장치의 운전에 있어서,
    유속의 흐름을 변형하여 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가하여 생물체를 사멸 또는 미약하게 만드는 필터형 수처리관을 전기분해장치의 전단에 설치하여 담수 또는 해수로 된 전해수가 전기분해장치를 통과되도록 하되 해수와 담수의 밸러스트수에 생존하는 수중생물 또는 미생물을 사멸시키기 위하여 초기에 선박의 항해에 필요한 담수를 유입하되, 초기 유입된 담수의 양은 전체 밸러스트수 양에 대하여 50% 내지 80%로 하고,
    해수영역에서 추가로 해수를 유입하되, 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 통과하여 생성된 처리수의 활성물질 농도가 4ppm 내지 12ppm에서 운전하는 것을 특징으로 하는 밸러스트수 처리장치의 운전방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 밸러스트수 처리장치의 운전에 있어서,
    유속의 흐름을 변형하여 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가하여 생물체를 사멸 또는 미약하게 만드는 필터형 수처리관을 전기분해장치의 전단에 설치하여 담수 또는 해수로 된 전해수가 전기분해장치를 통과되도록 하되
    상기 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 운전하여 수중생물 또는 미생물의 사멸에 필요한 처리수를 전체 밸러스트수 양에 대하여 20% 내지 50%로 밸러스트 탱크에 유입하고 담수 영역에서 추가로 선박의 운항에 필요한 밸러스트수를 유입하여 운전하며,
    상기 해수 영역에서 밸러스트수 처리장치를 통과하여 생성된 처리수의 활성물질 농도는 4ppm 내지 12ppm에서 운전하는 것을 특징으로 하는 밸러스트수 처리장치의 운전방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 밸러스트수 처리장치에 유입되는 해수에서 염화나트륨의 농도가 무게로 1% 이상인 것을 사용하여 운전하는 것을 특징으로 하는 밸러스트수 처리장치의 운전방법.
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