KR20170028993A - 밸러스트수 처리 장치 및 밸러스트수의 처리 방법 - Google Patents

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사토시 야하기
무네츠구 우에야마
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Abstract

여과 장치와, 여과된 여과수에 자외선을 조사하는 조사 장치를 구비한 밸러스트수 처리 장치로서, 상기 여과 장치는, 최소 부위 사이즈가 50㎛ 이상인 L 사이즈 생물을 99.999％ 이상 제거하고, 최소 부위 사이즈가 10㎛ 이상 50㎛ 미만인 S 사이즈 생물을 90％ 이상 제거하는 장치이고, 상기 조사 장치는, 상기 여과수 250㎥/h에 대하여 소비 전력 13kW로 S 사이즈 생물을 처리 직후에 90％ 살멸 가능한, 밸러스트수 처리 장치이다.

Description

밸러스트수 처리 장치 및 밸러스트수의 처리 방법{BALLAST WATER TREATMENT DEVICE, AND METHOD FOR TREATING BALLAST WATER}
본 발명은, 선박에 저류되는(stored) 밸러스트수를 제조하는 처리 장치 및 밸러스트수의 처리 방법에 관한 것이다.
선박에 적재하는 밸러스트수는 공하(empty pf cargo) 상태에서도 안전하게 항행하기 위해 선박에 적재되는 해수이다. 외항선이 수송하는 밸러스트수를 통한 외래 생물의 이동이 환경, 특히 생태계에 주는 영향이 국제적 문제이다. 국제 해사 기관(IMO; International Maritime Organization)에 있어서 「선박 밸러스트수 및 침전물의 제어 및 관리를 위한 국제 조약(이하, 관리 조약)」이 2004년에 채택되었다. 관리 조약에서는 배출되는 밸러스트수 중의 생물량을 매우 낮은 수준으로 하는 것이 요구되고 있다. 이 배출 기준에서는, 플랑크톤의 사이즈에 따라, 50㎛ 이상인 플랑크톤(이하, L 사이즈 생물이라고 칭함)은 10개체/㎥ 이하, 10∼50㎛인 플랑크톤(이하, S 사이즈 생물이라고 칭함)은 10개체/ml 이하, 등으로 정해져 있다. 이와 같이, 밸러스트수를 밸러스트 탱크에 저류할 때에는, 밸러스트수 중의 미생물을 살멸하여 처리하는 것이 요구되고 있다.
밸러스트수의 처리 방법으로서 미생물을 제거 혹은 사멸, 불활성화하는 방법이 여러 가지 검토되고 있다. 특허문헌 1에는 여과에 의해 미생물을 제거하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2나 특허문헌 3에는 자외선을 조사하여 미생물을 사멸시키는 방법이 개시되어 있다.
일본공개특허공보 2006-728호 일본공개특허공보 2006-248510호 일본특허공보 제5517113호 일본특허공보 제4835785호
L 사이즈 생물의 해수 중의 양은, 예를 들면 일본 근해에서는 적은 경우에서도 수천 개체/㎥, 많은 케이스에서는 수십만 개체/㎥이다. 전술한 규정을 만족하려면, L 사이즈 생물 수를 확실하게 10만 분의 1의 레벨까지 저감시키는 것이 필요하다. 또한, 특히 중형에서 대형 선박에서는 밸러스트수의 양이 매우 많아져, 시간 당 수백 톤에서 수천 톤의 처리가 요구된다.
여과막을 이용한 제거 수단에서는, 미생물을 제거하기 위해서는 매우 미세한 구멍을 갖는 여과막이 필요하게 된다. 예를 들면 특허문헌 1에서는 중공사막(hollow fiber membrane)으로 이루어지는 정밀 여과막을 이용하고 있다. 미세한 구멍의 여과막은 금방 눈막힘되기 때문에 빈번하게 역세정 등이 필요해져, 대량의 처리를 장시간 행할 수 없다. 또한, 자외선 조사에 의한 제거 수단에서는 특히 L 사이즈 생물의 제거에는 자외선의 강도를 올릴 필요가 있어, 매우 대형으로 대전력을 필요로 하는 장치가 필요하게 된다. 어느 것이나 설치 장소가 한정되고, 또한 사용하는 전력의 허용량이 한정되는 선박 상에 있어서 이용하기에는 현실적이지 않다.
본원 발명자들은, 이러한 과제를 해결하기 위해 새로운 구성의 여과 장치에 의한 밸러스트수 처리 장치를 개발하고 있다. 특허문헌 4에는, 본원 출원인에 의한 여과막을 이용한 밸러스트수의 처리 장치가 기재되어 있다. 이 장치는, 원통 형상 필터를 통 형상 용기에 내장하여, 원통 형상 필터의 외측으로부터 내부로 유입되는 액체를 여과액으로서 회수하는 여과 장치이다. 여과 대상액을 통 형상 용기의 측면에 설치한 노즐로부터 필터 여과면의 일부로 분출함으로써 필터 표면에 퇴적한 여과물을 세정하여 투과 유속을 회복시킴과 함께, 씻어낸 여과물을 여과 전실(前室)로부터 배액(discharge)함으로써, 안정된 여과 상태를 연속하여 계속시키고 있다. 본원 발명은, 당해 장치 구성을 기본으로서 이용하고, 전술한 규격을 충족시키는 처리를 행하기 위한 구체적인 구성을 제공하는 것이다.
본원 출원인은, 장치의 개발을 진행하여, 다음의 구성에 이르렀다. 여과 장치와, 여과된 여과수에 자외선을 조사하는 조사 장치를 구비한 밸러스트수 처리 장치로서, 상기 여과 장치는, 최소 부위 사이즈가 50㎛ 이상인 L 사이즈 생물을 99.999％ 이상 제거하고, 최소 부위 사이즈가 10㎛ 이상 50㎛ 미만인 S 사이즈 생물을 90％ 이상 제거하는 장치이고, 상기 조사 장치는, 상기 여과수 250㎥/h에 대하여 소비 전력 13kW로 S 사이즈 생물을 처리 직후에 90％ 살멸(sterilization) 가능한 밸러스트수 처리 장치이다. 또한, h는 시간(hour)을 나타낸다.
여과 장치의 필터 기재(base)는, 단위 면적당의 중량이 230g/㎡ 이상에서 300g/㎡ 이하, 통기량이 14cc/㎠·초 이하로 두께가 0.5㎜ 이상인 부직포이면 좋다.
또한, 당해 밸러스트수 처리 장치를 선체 내에 탑재하고, 선체 외부로부터 취득한 해수를 피처리수로서 이용하여, 상기 밸러스트수 처리 장치에 의해 처리된 여과수에 추가로 살멸 처리를 가한 후에, 밸러스트수로서 선체 내에 저류하는 밸러스트수의 처리 방법이다.
관리 조약에 정해진 밸러스트수의 처리를 안정적으로 또한 대량으로 처리 가능한 밸러스트수 처리 장치 및 밸러스트수 처리 방법을 제공한다.
도 1은 선박용 밸러스트수 처리 장치(10)의 기본 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 밸러스트수 탱크에 밸러스트수를 창수(water-filling)하는 창수 운전 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 밸러스트수 탱크로부터 밸러스트수를 배수하는 배수 운전 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 회전식 여과 장치의 일 예를 나타내는 도면이고, 축선을 포함하는 수직 단면의 구성을 나타내는 단면 개략도이다.
도 5는 도 4에 있어서의 수평 A-A 단면의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 플리츠 필터의 기본적 구조를 개략적으로 설명하는 사시 개략도이다.
도 7은 조사 장치의 구성예를 설명하는 개략도이고, 조사 장치의 상면도(top view)를 나타낸다.
도 8은 조사 장치의 구성예를 설명하는 개략도이고, 조사 장치의 정면도를 나타낸다.
도 9는 조사 장치의 구성예를 설명하는 개략도이고, 조사 장치의 측면도를 나타낸다.
도 10은 실험 결과를 설명하는 도면이고, 종축에 L 사이즈 생물 수, 횡축에 여과 전후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 실험 결과를 설명하는 도면이고, 종축에 생물 잔존율을, 횡축에 생물의 사이즈를 나타내는 도면이다.
도 12는 여과 유량과, 여과 전후의 여과 차압 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
[부호의 설명]
1 : 여과 장치
2 : 조사 장치
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 : 배관
4 : 펌프
5 : 밸러스트수 탱크
10 : 밸러스트수 처리 장치
61 : 선체
62 : 취수구
63 : 배수구
71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79 : 밸브
101 : 플리츠 필터
11 : 필터 기재
102 : 피처리수 노즐
103 : 케이스
106 : 피처리수 유로
107 : 여과수 유로
108 : 배출 유로
121 : 노즐구
131 : 외통부
132 : 덮개부
133 : 저부
140 : 중심 배관
141 : 취수공
190 : 모터
210 : 자외선 램프
220 : 챔버부
230 : 플랜지부
240 : 배관부
(발명을 실시하기 위한 형태)
[본원 발명의 실시 형태의 설명]
이하, 본원 발명의 실시 형태에 대해서 나열하여 설명한다.
본원 발명의 일 실시 형태는, 여과 장치와, 여과된 여과수에 자외선을 조사하는 조사 장치를 구비한 밸러스트수 처리 장치로서, 상기 여과 장치는, 최소 부위 사이즈가 50㎛ 이상인 L 사이즈 생물을 99.999％ 이상 제거하고, 최소 부위 사이즈가 10㎛ 이상 50㎛ 미만인 S 사이즈 생물을 90％ 이상 제거하는 장치이고, 상기 조사 장치는, 상기 여과수 250㎥/h에 대하여 소비 전력 13kW로 S 사이즈 생물을 처리 직후에 90％ 살멸 가능한, 밸러스트수 처리 장치이다.
본 장치는, 여과 장치와 조사 장치를 조합한 장치이다. 여과 장치에 의해 L 사이즈 생물을 10만 분의 1 이하로 제거한다. 또한 S 사이즈 생물에 대해서도 대부분이 제거된다. 이러한 여과 장치의 성능에 의해, 자외선의 조사 장치에는, L 사이즈 생물을 살멸하는 기능은 요구되지 않는다. 조사 장치는, 여과에 의해 남겨진 S 사이즈 생물 및 S 사이즈 생물보다도 작은 박테리아류만을 살멸 대상으로 하면 좋다. 따라서, 조사 장치를 매우 소형화·절전화할 수 있다. 선박에 밸러스트수 처리 장치를 탑재하는 데에는, 탑재하는 바닥 면적이 한정되고, 또한 이용할 수 있는 전력도 한정되기 때문에, 큰 장소와 전력을 필요로 하는 자외선 조사 장치는 실용적이지 않다.
실용적으로 중형에서 대형의 선박으로의 탑재에 적절하게 하기 위해, 본 장치에 의해 처리 가능한 처리 수량은 100㎥/h 이상이고, 여과 장치와 조사 장치의 합계 소비 전력이, 처리 수량 200㎥/h의 운전시에 있어서 16kW 이하이면 좋다. 여기에서 여과 장치에는 펌프는 포함하지 않는다.
조사 장치는, 여과수의 유로 중에 자외선 조사 램프를 설치한 장치이다. 자외선 조사 램프는 구체적으로는, 중압 자외선 램프를 이용할 수 있고, 250㎥/h의 처리를 행하는 경우라도, 소비 전력은 13kW 이하이다. 자외선 조사 램프는 보호관에 수납되고 교환을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 보호관의 여과수에 접하는 표면은 예를 들면 1시간에 한 번 등 정기적으로 자동 세정되는 것이 바람직하다. 추가로, 유로 내에 조도 센서를 설치하여, 센서의 검지 결과에 따라서 램프 강도를 제어함으로써, 필요한 자외선 조사량을 확보하도록 하면 좋다.
여과 장치는, 산부(maintain)와 계곡부(valley)를 반복하도록 접힘부를 갖는 필터 기재를, 상기 접힘부의 능선 방향을 축 방향으로 하는 통 형상으로 한 플리츠 필터(pleated filter)를 여과막으로서 이용하고, 상기 플리츠 필터는, 원통 상면(top surface)과 원통 저면을 각각 수밀하게 봉지(sealing)하고, 또한 원통 축을 중심으로 회전 가능하게 보유지지(holding)되고, 상기 플리츠 필터의 외주면을 향하여 피처리수를 유출하는 피처리수 노즐과, 상기 플리츠 필터를 둘러싸도록 설치되어 상기 피처리수 노즐의 노즐구를 내부에 구비한 외통부를 갖는 케이스와, 상기 플리츠 필터를 투과한 여과수를 상기 플리츠 필터의 원통 내부로부터 상기 케이스의 외부로 도출하는 여과수 유로와, 상기 플리츠 필터에서 여과되지 않았던 배출수를 상기 케이스의 외부로 배출하는 배출 유로를 구비한 회전식 여과 장치로 하면 좋다. 여과면을 회전시키면서 1회전마다 세정함으로써, 장치를 정지시켜 역세정하거나 하는 일 없이, 대량의 처리수를 장시간 안정적으로 계속하여 여과할 수 있다. 여기에서, 필터 기재는, 단위 면적당의 중량이 230g/㎡ 이상에서 300g/㎡ 이하, 통기량이 14cc/㎠·초 이하이고 두께가 0.5㎜ 이상인 부직포로 하면 좋다. 이러한 필터 기재를 회전식 여과 장치에 적용함으로써, L 사이즈 생물을 99.999％ 이상 제거하고, S 사이즈 생물을 90％ 이상 제거할 수 있다. 필터의 망눈(opening)을 미세하게 하고, 또한 두께를 두껍게 하는 만큼 일반적으로 작은 탁질을 제거할 수 있다. 한편으로 필터의 망눈은 미세해질수록 망눈이 막혀 여과의 계속이 곤란해진다. 상기의 필터 기재는 회전식 여과 장치에 있어서 적절한 범위를 발견한 것이다.
필터 기재에는 예를 들면, 폴리에스테르, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리 불화 비닐리덴(PVdF) 등이 이용 가능하다. 회전식 여과 장치에 의해 고유량 처리를 행하는 목적에 있어서, 필터 기재의 성능으로서 여과 성능이나 세정의 용이함, 그 외 파단 강도도 필요하게 된다. 이러한 이유로부터 폴리에스테르로 이루어지는 부직포가 특히 적합하게 이용되고, 폴리에틸렌테레프탈레이트제 부직포가 가장 적합하다. 특히 장섬유 폴리에스테르를 이용한 부직포이면 마모 등에 의한 실밥(loose thread) 발생이 없어 바람직하다.
회전식 여과 장치는, 1분간당의 여과 차압의 변동과, 1분간당의 평균 여과 유량의 변동이, 모두 10시간 이상에 걸쳐 ±10％ 이내에서 운전 가능한 장치이면 좋다. 1분간당의 여과 차압의 변동과, 1분간당의 평균 여과 유량의 변동이, ±8％ 이내가 보다 바람직하고, ±5％ 이내이면 더욱 바람직하다. 밸러스트수 처리 장치에 있어서는, 여과 장치에서 비교적 큰 플랑크톤을 제거한 후에 자외선 조사 장치나 전해 장치에 의한 멸균 처리를 행한다. 여기에서, 여과 유량이 변동하면 일정한 여과수량당의 자외선 조사량이나 전해 처리 염소 농도가 불균일해져 멸균 효과에 과부족이 발생해 버린다. 공급되는 여과 유량이 일정하면 필요 충분한 적당량의 자외선 램프나 염소량으로 해결되기 때문에, 효율 좋게 처리를 할 수 있다.
10시간은 선박에 있어서 밸러스트수의 출입을 행하는 1회의 표준적인 시간으로부터 결정되는 값으로, 연속적으로 여과를 하는 동안에 여과 장치의 차압이 변동하지 않는 것을 나타낸다. 변동 폭은 실용 성능으로서 구해지는 값이다. 여과 차압이란, 여과 전의 용기압과 여과 후의 처리수의 출구압의 차이이다. 용기압은 용기의 피처리수의 분류(jet flow)가 직접 영향을 주지 않는 장소, 예를 들면 덮개부의 내측 등에서 측정하면 좋다. 출구압은 예를 들면 여과수를 취출하는 배관 부근에서 측정하면 좋다. 이 경우, 용기압의 측정 개소와 출구압의 측정 개소의 배치(높이)에 의한 수두압(hydraulic head pressure)분을 보정한 값을 차압으로 한다. 각각의 압력은 예를 들면 1분 간격으로 측정하고, 또한, 평균 여과 유량은 여과된 여과수의 유량 1분간 간격으로 유량계로 측정한 값으로 하면 좋다. 변동이란, 그러한 여과 차압과 평균 여과 유량의 값을 1분간 간격으로 운전 개시로부터 10시간 기록한 경우에, 600점인 최댓값 MAX와 최솟값 MIN(측정 미비 등의 특이점이 있으면 제외함)이 600점인 평균값 AVE에 대한 비율을 말한다. 즉 ((MAX-AVE)/AVE)×100과 ((MIN-AVE)/AVE)×100 중 어느 하나의 큰 쪽의 값 α를, 변동 α로 한다. 또한, 이러한 10시간 연속 운전을 간헐적으로 10회 이상, 총 100시간 이상에 걸쳐 계속 운전할 수 있는 것이 더욱 바람직하다. 100시간은 필터의 교환 등 메인터넌스 간격의 요청으로부터 결정되는 값이다. 간헐 운전 동안에는 여과를 하지 않고 피처리수만을 주입하여 회전 운전을 행하는 회전 세정을 행하는 것이 더욱 바람직하다. 일반적으로 필터는 여과의 진전에 수반하여 눈막힘한다. 따라서, 동일한 차압으로 운전을 계속하면, 여과되는 여과 유량이 감소해 간다. 또한 반대로 동일한 여과 유량을 유지하도록 운전하려면 차압을 올려 갈 필요가 있다. 즉, 차압과 여과 유량의 어떤 것도 변동하지 않는다고 하는 것은, 눈막힘하지 않고 운전을 계속할 수 있다는 여과 장치의 특징을 나타내고 있다.
여기에서, 상기 피처리수 노즐로부터 유출되는 피처리수 유량이 100㎥/h 이상이고, 상기 여과수 유로로부터 유출하는 여과수 유량과, 상기 배출 유로로부터 유출하는 배출 유량의 비율(여과수 유량/배출 유량)이, 20∼1.5이면 좋다. 피처리수 유량이 모두 여과수 유량이면 이상적이지만, 본 장치에 있어서는 여과와 세정을 동시 진행하는 것이 특징이고, 일정한 유량을 배출 유량으로서 배출하는 것이 필요해진다. 배출 유량의 비율이 클수록 여과의 효율이 좋고, 반대로 비율이 작을 수록 세정 효과가 높은 것에 연결된다. 상기의 값이면 여러 가지의 피처리수에 대하여 여과와 세정의 밸런스를 유지하여, 장시간 안정적으로 처리를 계속할 수 있다. 비율로서 보다 바람직한 범위는 10∼3이고, 더욱 바람직하게는 6∼4이다.
이상과 같은 밸러스트수 처리 장치를 선체 내에 탑재하고, 선체 외부로부터 취득한 해수를 피처리수로서 이용하고, 상기 밸러스트수 처리 장치에 의해 처리된 여과수에 추가로 살멸 처리를 가한 후에, 밸러스트수로서 선체 내에 저류하는 밸러스트수의 처리 방법으로 하면 좋다. 이러한 장치를 이용하여, 혹은 방법을 이용함으로써, 여과 불량을 일으키는 일 없이 장기간 안정적으로 대량의 밸러스트수를 처리하는 것이 가능해진다. 따라서, 메인터넌스의 비용이나 전력 비용을 억제할 수 있어, 밸러스트수 자체의 제조를 한층 용이하게 하는 것이 가능하다.
[본원 발명의 실시 형태의 상세]
본 발명에 따른 밸러스트수 처리 장치의 구성을, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 예시로 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 의해 나타나고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
(밸러스트수 처리 장치)
도 1은, 선박용 밸러스트수 처리 장치(10)의 기본 전체 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 1에 있어서, 해양 등으로부터 취수된 해수나 기수(brackish water))인 피처리수는 배관(31)을 거쳐 펌프(4)에 의해 보내지고, 배관(32)을 통하여 여과 수단인 여과 장치(1)에 공급된다. 여과 장치(1)에 있어서 여과된 여과수는 배관(33)을 거쳐 자외선 램프를 구비한 조사 장치(2)에 보내진다. 또한, 여과 장치(1)에 있어서 여과되지 않았던 배출수는, 배관(35)을 거쳐 장치 외부로 도출된다. 조사 장치(2)를 거친 처리수는, 배관(34)을 거쳐 밸러스트 탱크(5)에 보내진다.
(밸러스트수의 처리 방법)
도 2 및 도 3은, 전술한 밸러스트수 처리 장치(10)를 선박에 탑재하여 밸러스트수의 처리를 행하는 대표적 방법을 설명하는 도면이다. 도 1에서 나타낸 각 부에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 선박의 선체(61) 내부에 밸러스트수 처리 장치(10)가 설치되어 있다. 선체 내에는 밸러스트수를 적재하는 밸러스트 탱크(5)가 구비되어 있다. 밸러스트수 처리 장치(10)는, 선박이 정박하고 있는 수역에서 취수구(62)로부터 해수 등을 취수하여, 밸러스트 탱크(5)로 창수할 때에, 혹은, 밸러스트 탱크(5)에 적재된 밸러스트수를 선체 외의 정박 수역에 배출할 때에, 생물의 제거나 살멸을 행하는 장치이다. 이하, 본 실시 형태에서는, 창수시에 여과와 자외선 조사를 행하고, 배출시에는 자외선 조사만을 행하는 방법을 설명하지만, 사용 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 배관의 어레인지나 밸브 조작의 어레인지에 의해, 창수시와 배출시 중 어느 하나에 있어서 여과를 행할지, 또는 자외선 조사를 행할지에는 여러 가지의 조합이 가능하다. 또한, 여과 장치(1)나 조사 장치(2)의 메인터넌스로서의 운전 등이나 세정 등은 별도 필요하지만 여기에서는 설명하지 않는다.
도 2는, 밸러스트 탱크(5)에 밸러스트수를 창수하는 창수 운전 방법을 설명하는 도면이다. 창수 운전시에 있어서, 밸브(71, 73, 75, 76, 77, 79)는 오픈(물을 통과함)이고, 밸브(72, 74, 78)는 클로즈(물을 통과하지 않음)이다. 펌프(4)의 작용에 의해 취수구(62)로부터 취수된 피처리수는 배관(31, 32)을 거쳐 여과 장치(1)에 보내진다. 여과 장치(1)에서 여과된 여과수는 배관(33)을 거쳐 조사 장치(2)에 보내진다. 조사 장치(2)에서 자외선이 조사된 처리수는, 배관(34)을 거쳐 밸러스트 탱크(5)에 보내진다. 또한, 여과 장치(1)에서 여과막을 통과하지 않았던 배출수는, 제거된 탁질이나 생물과 함께 배관(35)을 통과하여 배수구(63)로부터 본래의 수역에 배출된다.
본원 장치에 의하면, 여과 장치(1)에 의해 L 사이즈 생물이 거의 제로가 되고, S 사이즈 생물도 대부분이 제거된다. 또한 조사 장치(2)에 의해, 남겨진 S 사이즈 생물이나 다른 박테리아 등이 살멸되어, 미생물이 매우 적은 밸러스트수를 밸러스트 탱크(5)에 모으는 것이 가능하다. 밸러스트 탱크(5)에서는 밸러스트수를 일광이 미치지 않는 환경에서 장기간 저장하게 된다. 이러한 환경에 의해 사멸하는 생물도 있으면, 또한 증식하는 생물도 있다. 동물성 생물의 대부분은 L 사이즈 생물이고, 식물성 생물에 비해, 어두운 곳인 밸러스트 탱크(5) 내에서도 증식의 리스크가 높다고 하고 있다. 본원 장치는, 여과 장치(1)에 있어서 L 사이즈 생물을 거의 완전하게 제거할 수 있기 때문에, 밸러스트 탱크(5) 내에서의 동물성 생물의 증식을 억제하는 것이 가능해진다.
도 3은, 밸러스트 탱크(5)에 적재된 밸러스트수를 선체 외부에 배출하는 배수 운전 방법을 설명하는 도면이다. 배수 운전시에 있어서, 밸브(72, 74, 77, 78)는 오픈이고, 밸브(71, 73, 75, 76, 79)는 클로즈이다. 밸러스트 탱크(5)로부터 펌프(4)에 의해 끌어 올려진 밸러스트수는 배관(36, 37)을 경유하여 조사 장치(2)에 보내진다. 밸러스트 탱크(5) 내에서 생존하고 있던 일부의 생물은 조사 장치(2)에 의한 자외선 조사에 의해 살멸된다. 그리고 그것는, 배관(38)을 거쳐 배수구(63)로부터 선체 외에 배출된다.
(여과 장치)
여과 장치는, 최소 부위 사이즈가 50㎛ 이상인 L 사이즈 생물을 99.999％ 이상 제거하고, 최소 부위 사이즈가 10㎛ 이상 50㎛ 미만인 S 사이즈 생물을 90％ 이상 제거하는 장치이다. 이 여과 장치는, 여과수 250㎥/h에 대하여 소비 전력 13kW로 S 사이즈 생물을 처리 직후에 90％ 살멸 가능한 조사 장치와 조합함으로써, 소망하는 기준을 충족시키는 밸러스트수를 제조하는 것이 가능하다. 당해 조사 장치는, 여과 후의 여과수에 대하여 S 사이즈 생물을 10개/ml 미만으로 살멸 가능하면 좋다. 실용적으로는 선박의 정박 중에 선박 내에서 이용할 수 있는 한정된 전력에 의해 대량의 밸러스트수를 처리하는 요구에 따르기 위해, 처리 수량은 100㎥/h 이상이고, 세정 등의 메인터넌스의 목적으로 처리를 중단하는 일 없이 운전할 수 있는 것이 요구된다.
이러한 여과 장치가 바람직한 적용예로서, 회전식 여과 장치를 나타낸다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 형태로서의 선박용의 밸러스트수 처리 장치에 적합한 여과 장치를 나타내는 도면이다. 도 4는 축선을 포함하는 수직 단면의 구성, 도 5는 도 4에 있어서의 수평 A-A 단면의 구성을 각각 개략적으로 나타내는 도면이다. 원통 형상의 플리츠 필터(101)는 회전 중심으로 되는 축선을 둘러싸도록 배치되어 있고, 중심에 배치된 중심 배관(140)(배관은 회전하지 않음)의 주위를 회전이 자유롭게 부착되어 있다. 플리츠 필터(101)의 상하면은 수밀하게 막혀 있다. 회전이 자유로운 부착 구조는, 동일하게 수밀 구조로 할 필요가 있지만, 특별히 한정되는 일 없이 기존의 구조가 이용된다. 필터 전체를 덮도록 케이스(103)가 설치된다. 케이스(103)는 외통부(131), 덮개부(132), 저부(133)로 구성되고, 저부(133)에는 배출 유로(108)가 설치된다. 케이스(103) 내에 피처리수로서의 해수를 도입하기 위해 피처리수 유로(106)와 피처리수 노즐(102)이 설치된다. 피처리수 노즐(102)은, 그 노즐구(121)를 케이스(103)의 외통부(131) 내에 구비하도록 피처리수 유로(106)로부터 연달아 설치되고, 피처리수가 플리츠 필터(101)의 외주면을 향하여 유출하도록 구성되어 있다. 또한, 플리츠 필터(101)의 회전을 위해 모터(190)가 플리츠 필터(101)의 중심 축에 구비되어 있다. 모터(190)는 구동 제어부(도시하지 않음)로부터의 전력에 의해 구동된다.
본 예에 있어서, 피처리수 노즐(102)로부터 분출한 피처리수는 플리츠 필터(101)의 플리츠 외주면에 닿아, 그 압력에 의해 플리츠 필터(101)의 세정 효과가 얻어진다. 여과되지 않는 피처리수 및, 케이스(103) 내에 침전한 탁질분은, 케이스(103) 저부의 배출 유로(108)로부터 순차 배출된다. 또한, 피처리수 노즐(102)은 노즐구(121)가 직사각형 개구이면 좋다. 피처리수 노즐(102)로부터 대량의 물이 플리츠 필터면에 분출됨으로써, 플리츠 필터(101)의 산부를 밀어여는 방향의 힘이 가해진다. 산부가 펼쳐져, 플리츠 간격을 액체가 유입, 유출함으로써, 필터 기재의 표면에 흐름이 발생하여 필터의 세정 효과가 얻어진다. 이와 같이 탁질분이나 남은 피처리수가 연속적으로 항상 배출되면서 여과가 진행되는 점도 이 장치의 특징이다. 이 특징은 밸러스트수에 요구되는 50∼100㎥/h나 더욱 큰 시스템으로 4000㎥/h에 이르는 큰 처리량을 확보하기 때문에 효과적이다. 플리츠 필터(101)에 의해 여과된 여과수는 필터 내부에서 중심 배관(140)에 설치된 취수공(141)을 통과하여 여과수 유로(107)에 유도되어, 케이스(103)의 외부에 유출된다. 도 1과의 대응에 있어서, 도 1의 배관(32)은 도 4의 피처리수 유로(106)에, 배관(33)은 여과수 유로(107)에, 그리고 배관(35)은 배출 유로(108)에 각각 대응한다.
여기에서, 도 6은 플리츠 필터(101)의 기본적 구조를 개략적으로 설명하는 사시 개략도이다. 이 플리츠 필터(101)는 평면 띠 형상의 필터 기재(11)를 산부와 계곡부를 번갈아 평행한 접힘부에서 접음으로써, 소위 플리츠 형상으로 하고, 또한 원통 형상으로 서로 이어져 구성되어 있다. 필터의 파단을 방지하기 위해, 필터의 접힘부에 수지를 도포하는 보강이나, 필터의 각 플리츠에 보강판을 구비하는 등의 보강 구조를 채용하는 것이 적합하다.
100㎥/h의 처리를 행하는 장치의 일 예로서, 플리츠 필터의 외경은 700㎜, 축 방향 길이 320㎜, 유효 면적으로서의 높이 200㎜, 플리츠 깊이 70㎜, 플리츠 수 420개를 들 수 있다. 또한 다른 예로서 250㎥/h의 처리를 행하는 장치의 일 예로서, 플리츠 필터의 외경은 810㎜, 축 방향 길이 399㎜, 유효 면적으로서의 높이 377㎜, 플리츠 깊이 70㎜, 플리츠 수 517개를 들 수 있다.
(조사 장치)
도 7, 도 8, 도 9는, 조사 장치의 구성예를 설명하는 개략도이다. 도 7은 조사 장치의 상면도, 도 8은 정면도, 도 9는 측면도이다. 챔버부(220)는 내부의 공간에 복수의 자외선 램프(210)를 구비한다. 도면에서는 상세는 기재하지 않지만, 챔버부(220)는 통 형상의 양 저부에 자외선 램프(210)를 교환 가능하게, 또한 전극 취출 가능하게 하는 구조를 구비하고 있다. 바람직한 실시 형태로서, 챔버부(220)에 자외선 투과 가능한 보호관을 설치해 두고, 당해 보호관의 내부에 자외선 램프(210)를 부착하는 구조를 들 수 있다. 자외선 램프 또는 보호관의 표면이 정기적으로 청소되는 바와 같은 청소 기구를 구비하면 더욱 바람직하다. 챔버부(220)의 상하에는, 외부에 연결되는 배관부(240)가 각각 설치된다. 배관부(240)의 단부는 배관 부착용의 플랜지부(230)를 설치하면 좋다. 자외선 램프의 개수는 개개의 램프의 조사 출력이나 처리되는 정격 처리 수량 등에 의해 결정된다. 자외선 램프(210)는 흐르는 피처리수에 매우 균등하게 자외선이 조사되도록 챔버부(220) 내에 균등하게 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 조사 장치의 구성은 예시로서, 챔버의 형태나 자외선 램프의 개수 등은 이에 한정되는 것은 아니다.
본원 밸러스트수 처리 장치의 특징 중의 하나는, 여과 장치에 의해 L 사이즈 생물을 10만 분의 1 이하로 제거함으로써, 자외선 조사 장치를 간소화하는 것에 있다. 이 때문에, 여과 장치와 조사 장치의 합계 소비 전력이, 처리 수량 200㎥/h의 운전시에 있어서 16kW 이하로 하는 것이 가능해진다.
(실험예 1)
여과 장치의 여과 성능을 확인하는 실험을 행했다. 전술한 회전식 여과 장치(RC 필터)를 이용한 여과와, 일반적인 여과막으로서 세공의 메시 타입 필터를 이용한 여과를 비교했다. 회전식 여과 장치의 플리츠 필터에 이용한 필터 기재는, 폴리에틸렌테레프탈레이트제 부직포이고, 단위 면적당의 중량이 260g/㎡, 통기량이 10cc/㎠·초 이하로 두께가 0.6㎜이다. 또한, 파단 방지를 위해 접힘부에 연질 폴리우레탄 수지를 도포하여 경화시키고 있다. 플리츠 필터의 외경은 700㎜, 축 방향 길이 320㎜, 유효 면적으로서의 높이 200㎜, 플리츠 깊이 70㎜, 플리츠 수 420개일 때이다. 비교를 위해, 눈금 간격 30㎛, 25㎛, 6㎛의 메시 타입 필터를 이용했다.
L 사이즈 생물의 제거율을 RC 필터와 비교예로서의 메시 타입 필터에 대해서 나타낸 것을 도 10에 나타낸다. 도 10은 종축에 L 사이즈 생물 수, 횡축에 여과 전후 상태를 나타내는 도면이다. 피처리수로서 L 사이즈 생물을 10만개체/㎥ 포함하는 원수를 준비하여, 여과를 행했다. 원수 10만개체/㎥에 대하여, RC 필터 처리 후는 여과수 중의 L 사이즈 생물 수가 0개체/㎥로 되어 있는 것에 대하여, 메시 타입에서는 어느 필터에서도 1000개체/㎥ 이상이 여과수 중에 잔존하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, S 사이즈 생물에 대해서도 동일하게 RC 필터의 성능을 확인했다. 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11은 종축에 생물 잔존율을, 횡축에 생물의 사이즈를 나타내는 도면이다. 30㎛ 이상인 생물은 모두, 10∼30㎛인 생물도 80％ 이상 제거하는 것이 가능하고, 종래에 없는 우수한 생물 제거 성능을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
(실험예 2)
RC 필터의 다른 필터 기재에 대해서 상기와 동일한 실험을 행했다. 이용한 필터 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트제 부직포이고, 단위 면적당의 중량이 200g/㎡, 통기량이 18cc/㎠·초 이하이고 두께가 0.5㎜이다. 당해 필터 기재에 의해서는, L 사이즈 생물을 99.999％ 이상 제거할 수는 없었다. 또한, 실험예 1과 동일한 단위 면적당의 중량이 260g/㎡인 상기 부직포를 2매 겹쳐서 실험을 행한 결과, 여과 차압이 상승하여 장시간의 운전 계속이 곤란해졌다.
(실험예 3)
여과 장치와 조사 장치를 조합한 밸러스트수 처리 장치로서 실용 성능을 확인하기 위해 이하의 실험을 행했다. 1회의 시험 순서는 이하와 같다.
1) 원수의 작성(처리수, 대조수)
2) 창수 운전(처리수, 대조수) 및 수질, 생물 분석
3) 5일간의 보관(항해 중을 모의)
4) 배수 운전(처리수, 대조수) 및 수질, 생물 분석
상기 시험 사이클을, 상이한 염분 농도(해수, 기수)에 대해서, 각 5회, 총 10회의 시험을 실시했다. 이용한 장치의 정격은 200㎥/h이다. 피처리수로 되는 원수에, 필요한 탁질, 생물을 첨가하여 시험수로 했다. 시험수는 처리수용, 대조수용으로 각각 약 300㎥ 준비했다. 또한 대조수는 장치를 바이패스하여 창수, 배수를 행함으로써, 생물 처리가 본 장치에 의해 달성된 것을 판단하기 위해 사용하는 것이다. 밸러스트 탱크를 모의한 바지 탱크를 준비하여, 시험수의 준비 및 창수, 배수 운전을 실시했다. L 사이즈 및 S 사이즈 생물의 처리 성능에 관한 시험 결과를 표 1에 나타낸다. 최종적으로 배수된 처리수 중의 L 사이즈 생물은 평균으로 0.8개체/㎥, S 사이즈 생물은 모두 0개체/ml이다. 대조수에 있어서는, 5일간의 어두운 곳 보관에 의해 L 사이즈 및 S 사이즈 생물의 수는 감소되어 있었기는 하지만, 기준에는 조금 먼 양이고, 본 장치에서의 처리가 유효한 것을 확인할 수 있었다.
Figure pct00001
(실험예 4)
실험예 3과 동일한 실험을, 실제로 선박에 탑재한 밸러스트수 처리 장치를 이용하여, 3개의 해역에 있어서 실시했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 피처리수로서 이용한 창수시 대조수에는 L 사이즈 및 S 사이즈의 생물이 각각 표의 값으로 존재한다. 처리 장치를 이용하여 처리한 처리수의 배수시에는, No.1에 있어서 L 사이즈 생물이 0.2개체 관측되었을 뿐으로, 나머지는 모두 0개체이다. 비교를 위해 처리 장치를 통과시키지 않은 대조수에서는, 개체수의 감소는 볼 수 있기는 하지만 많은 생물이 포함되어 있다.
Figure pct00002
(실험예 5)
본 밸러스트수 처리 장치의 운전 성능으로서 장시간 계속 운전 가능한 것을 확인하는 실험을 행했다. 실험예 1과 동일한 플리츠 필터를 카트리지로서 3대 겹쳐서 일체의 필터로서 사용했다. 운전 조건은, 피처리수의 입력 125㎥/h, 여과수 100㎥/h, 배출수 25㎥/h, 필터의 회전수 50rpm로 했다. 도 12는, 여과 유량과, 여과 전후의 여과 차압의 변화를 측정한 결과를 그래프로 한 것이다. 종축에 여과 유량 또는 여과 차압을, 횡축에 운전 계속 시간을 나타낸다. 금회 약 10시간의 연속 여과 운전을 단속적으로 반복하여 110시간을 초과하는 계속 운전을 행했지만, 여과 유량 및 여과 차압의 변동은 ±8％ 이내였다. 이 데이터로부터, 본 장치에 의하면 1분간당의 여과 차압의 변동과, 1분간당의 평균 여과 유량의 변동이, 모두 10시간 이상에 걸쳐 ±10％ 이내에서 운전 가능한 것이 판명되었다. 나아가서는 본 밸러스트수 처리 장치는 간헐 운전으로서 합계 100시간 이상에 걸쳐 ±10％ 이내의 변동으로 운전 가능하다.
이상의 실험에 있어서 다음의 인식을 얻었다. 필터의 회전수에 대해서, 30rpm 이하에서는 필터의 파손의 발생이 빠르고, 100rpm를 초과하면 회전에 의한 차압이 40㎪를 초과해버려 펌프의 부담이 올라간다. 바람직한 범위는 30∼100rpm, 더욱 바람직하게는 40∼75rpm인 것을 확인했다. 또한, 필터(여과막)의 막간 차압은 전술한 여과 차압에 비해 작다. 순수한 막간 차압에 회전의 원심력에 의한 압력, 필터가 없는 경우에서도 존재하는 배관 저항 등, 막의 존재 이외의 차압 요소가 더해지기 때문이다.
본 장치의 경우, 여과 차압 10㎪에 대하여 막간 차압은 0.1∼2㎪ 정도이다. 필터에 대하여 세정수의 역할을 하는 피처리수의 유속은, 1500m/h 이하에서는 세정력이 부족하고, 피처리수의 유속이 30000m/h를 초과하면 필터의 파손이 빨라진다. 피처리수의 유속은 바람직하게는 22000∼27000m/h, 더욱 바람직하게는 23000∼26000m/h이다. 또한, 여과 유량은, 3.8m/h 이상에서는 세정이 따라잡지 못하고 눈막힘에 의해 차압의 상승을 초래하기 쉽다. 여과 유량은, 바람직하게는 3.4m/h 이하이다. 이 관점에서는 하한은 없지만, 실용적인 여과 유량으로서 2m/h 이상인 것이 바람직하다.

Claims (7)

  1. 여과 장치와, 여과된 여과수에 자외선을 조사하는 조사 장치를 구비한 밸러스트수 처리 장치로서,
    상기 여과 장치는, 최소 부위 사이즈가 50㎛ 이상인 L 사이즈 생물을 99.999％ 이상 제거하고, 최소 부위 사이즈가 10㎛ 이상 50㎛ 미만인 S 사이즈 생물을 90％ 이상 제거하는 장치이고,
    상기 조사 장치는, 상기 여과수 250㎥/h에 대하여 소비 전력 13kW로 S 사이즈 생물을 처리 직후에 90％ 살멸 가능한, 밸러스트수 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    처리 수량이 100㎥/h 이상이고, 여과 장치와 조사 장치의 합계 소비 전력이, 처리 수량 200㎥/h의 운전시에 있어서 16kW 이하인, 밸러스트수 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 여과 장치는,
    산부(maintain)와 계곡부(valley)를 반복하도록 접힘부를 갖는 필터 기재를, 상기 접힘부의 능선 방향을 축 방향으로 하는 통 형상으로 한 플리츠 필터를 여과막으로서 이용하고,
    상기 플리츠 필터는, 원통 상면(top surface)과 원통 저면을 각각 수밀하게 봉지(sealing)하고, 또한 원통 축을 중심으로 회전 가능하게 보유지지되고,
    상기 플리츠 필터의 외주면을 향하여 피처리수를 유출하는 피처리수 노즐과,
    상기 플리츠 필터를 둘러싸도록 설치되어 상기 피처리수 노즐의 노즐구를 내부에 구비한 외통부를 갖는 케이스와,
    상기 플리츠 필터를 투과한 여과수를 상기 플리츠 필터의 원통 내부로부터 상기 케이스의 외부로 도출하는 여과수 유로와,
    상기 플리츠 필터에서 여과되지 않았던 배출수를 상기 케이스의 외부로 배출하는 배출 유로를 구비한 회전식 여과 장치이고,
    상기 필터 기재는, 단위 면적당의 중량이 230g/㎡ 이상에서 300g/㎡ 이하, 통기량이 14cc/㎠·초 이하이고 두께가 0.5㎜ 이상인 부직포인, 밸러스트수 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터 기재는 폴리에스테르제 부직포인, 밸러스트수 처리 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 회전식 여과 장치는, 1분간당의 여과 차압의 변동과, 1분간당의 평균 여과 유량의 변동이, 모두 10시간 이상에 걸쳐 ±10％ 이내에서 운전 가능한, 밸러스트수 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피처리수 노즐로부터 유출되는 피처리수 유량이 100㎥/h 이상이고, 상기 여과수 유로로부터 유출하는 여과수 유량과, 상기 배출 유로로부터 유출하는 배출 유량의 비율(여과수 유량/배출 유량)이, 20∼1.5인, 밸러스트수 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 밸러스트수 처리 장치를 선체 내에 탑재하고, 선체 외부로부터 취득한 해수를 피처리수로서 이용하여, 상기 밸러스트수 처리 장치에 의해 처리된 여과수에 추가로 살멸 처리를 가한 후에, 밸러스트수로서 선체 내에 저류하는 밸러스트수의 처리 방법.
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