KR20170118323A - 선박 평형수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박 평형수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화력 및 살균력 뛰어난 이산화염소를 연속적으로 제조하고 이를 선박 평형수와 혼합하여 선박 평형수 내의 미생물을 고속, 고효율적으로 살균 처리할 수 있는 선박 평형수의 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박 평형수 처리장치는 선박 평형수가 저장되는 원수 탱크;와 선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 공급하는 이산화염소 공급부;와 상기 이산화염소와 상기 선박 평형수를 혼합하기 위한 혼합부;와 상기 혼합부를 거친 선박 평형수가 저장되는 처리수 탱크;와 상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 평형수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법{APPARATUS FOR STERILIZATION OF BALLAST WATER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 선박 평형수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화력 및 살균력 뛰어난 이산화염소를 연속적으로 제조하고 이를 선박 평형수와 혼합하여 선박 평형수 내의 미생물을 고속, 고효율적으로 살균 처리할 수 있는 선박 평형수의 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
선박 평형수 (Ballast water)란 선박에 화물을 적하 시 부력에 의해 무게 중심이 높아져 선박안정성이 낮아지는 것을 방지하기 위해 선박의 밑 부분에 채우는 물로써, 해로를 통한 선박이동이 대부분이므로 주로 해수가 사용되며 국제적인 무역량이 증가함에 따라 선박평형수의 사용량도 증가하는 추세이다.
국제해사기구 (IMO; International Maritime Organization)에서는 선박 평형수로 세계에서 매년 30 ~ 50 억 톤 이상의 바닷물이 이동하고 있으며, 7000종 이상의 수중 생물이 선박 평형수와 함께 이동하고 있다고 보고하였다.
선박 평형수로 이동된 생물이 새로운 환경에서 정착하여 생존할 확률은 낮으나, 정착에 성공했을 경우 토착생물의 생존을 위협하며 생태계 교란을 일으킬 수 있다.
이는 복원이 어렵기 때문에 심각한 문제를 야기하며, IMO에서는 해양생태계를 위협하는 4가지 요인으로 ①외래종 유입, ②해양오염, ③해양생물의 남획, ④해양환경의 난개발을 선정하였으며, 이 중 선박 평형수는 외래종 유입을 가능하게 한다는 점에서 해양생태계보호를 위해 반드시 해결해야 한다.
또한, 선박 평형수 배출은 생물 개체의 이동에 의한 해양생태계 교란과 더불어 오랜 이동과정에서의 수질오염 때문에 전 지구적인 환경적 문제가 되고 있다.
이로 인해 IMO는 2004년에‘선박 평형수 처리기준'을 제시하였으며, 우리나라를 비롯하여 세계의 모든 선박은 2017년까지 선박평형수 처리장치를 장착하도록 하고 있다.
종래의 선박평형수 처리 기술로는 자외선, 오존, 전기분해, 초음파, 필터 등으로 다양하며, 일예로, 한국 공개특허 제 10-2009-0012369호(자외선 발광 다이오드를 이용한 선박 평형수 살균장치)에서는 자외선 발광 다이오드(Light emitting diode)를 이용하여 선박평형수 내의 미생물이나 병원균 등을 살균하고, 이에 따라 소비되는 전력량을 최소화하고, 장치의 내구성을 향상시키며, 전기적인 사고에 대한 안정성을 확보할 수 있는 장치가 개시된 바 있다.
또한, 한국 등록특허 제 10-1567577호(압착 효과를 이용한 선박평형수 처리장치)는 해수 또는 담수를 진동자를 통해 압착하여 미생물을 사멸시키는 압착 효과를 이용한 선박평형수 처리장치를 제시하고 있다.
또한, 한국 공개특허 제 10-2010-0130439호(해수 전기분해를 이용한 선박 평형수 처리장치)에서는 필터를 이용하여 선박평형수 내의 고형물을 제거한 후 전기분해를 이용하여 산화제를 생성시키고 생성된 산화제를 이용하여 선박 평형수 내의 해양생물을 사멸하는 장치를 제시하고 있다.
나아가, 한국 등록특허 제 10-1029623호(선박평형수 중화장치 및 중화방법)에서는 오존을 이용하여 선박 평형수를 일차 살균한 후 중화제를 이용하여 선박평형수를 중화시켜 배출하는 선박 평형수 처리장치를 제시하고 있다.
상기 선박 평형수 처리 기술 중 오존을 이용하는 방법은 매우 효과적인 살균작용을 나타내는 반면, 선박 평형수와 관련된 설비의 부식방지방법을 강구해야 하는 문제가 있다.
전기분해 또한 우수한 살균효과를 나타내지만, 해양미생물을 사멸시키는 적절한 농도로 과산화염화물을 적정하고 적량적으로 생산하는 것이 어려운 문제가 있고, 전력 소모가 크다는 문제점이 있다.
자외선을 이용한 방법의 경우에는 설비 생산에 드는 비용은 다른 방법에 비하여 경제적이지만 단시간에 살균 효과를 기대할 수 없기 때문에 비효율적인 문제점이 있었다.
한편, IMO의 규정이 명문화되기 이전부터 선박 평형수의 이동양이 많은 캘리포니아와 뉴욕 등은 선박 평형수를 규제 관리해왔으며, 현재는 IMO 규정보다 최대 1000 배 이상 강화된 규정을 적용 중이다.
특히 캘리포니아 주의 경우 세계 최고 수준의 선박 평형수 처리 기준을 지향하여, 장기적으로 선박 평형수 내 미생물 불검출을 목표로 하고 있다.
또한 뉴욕 주의 경우는 2013년 8월부터 모든 선박이 규제 대상이 되고, 2012년에는 미국해안경비대(USCG)에서 선박 평형수 배출 기준을 제시하였으며, 2013년 12월 1일 이후 제조되는 모든 선박은 이를 만족해야 한다. 표 1은 IMO, USCG, 캘리포니아 주, 뉴욕 주의 선박 평형수 배출 기준을 비교한 표이다.
Figure pat00001
상기 표 1에 나타난 바와 같이 캘리포니아 주가 더욱 강력한 규정을 적용하고 있으며, 뉴욕 주의 경우에도 2013년부터 제조되는 선박은 캘리포니아 주와 같은 수준의 처리를 요구하고 있다.
또한, USCG의 선박 평형수 배출 기준은 IMO와 같지만 미생물 처리 기준을 viable/unviable (살 수 있는가/살 수 없는가)가 아닌 live/dead (살았는가/죽었는가)로 정의하므로, 이는 전자의 경우 재성장할 가능성이 있는 다양한 미생물들이 잠재적으로 존재할 수 있지만, 후자의 경우 미생물들이 완전히 사멸해야 한다는 조건을 내포하고 있다.
한편, 자외선 공정의 경우 미생물은 254 nm 부근의 자외선을 흡수하면 DNA 구조가 변형되어 세포 분열을 막는 소독 메커니즘을 가지고 있고, 이것은 미생물의 완전한 사멸이 아닌 분열을 막는 불활성화를 의미하여 USCG 규정을 만족시키기 어렵다.
국내외 선박 평형수 처리 분야에서 자외선 기술을 적용하고 있는 기업들은 미국이 USCG의 규정을 적용하게 되면 처리기준 만족이 어려움에 따라 선박 평형수 처리 기술 공급 기업과 선주들 사이에서 혼란을 야기할 수 있으므로 이를 대비한 연구가 필요하다.
이처럼 선박 평형수 처리에 관해 여러 기준들이 생겨남에 따라 세계적 관심이 높아지고 있으며, 국제 기준을 제시하는 IMO는 앞으로 보다 강력한 규제를 할 것으로 예상된다.
따라서, 본 발명에서는 선박 평형수의 처리를 위해 산화력이 매우 강력한 이산화염소를 연속적으로 생산하고 신속하게 선박 평형수 내의 미생물을 처리할 수 있는 선박 평형수의 처리 장치 및 방법을 제시하고자 한다.
1) 한국 공개특허 제 10-2009-0012369호(자외선 발광 다이오드를 이용한 선박 평형수 살균장치) 2) 한국 등록특허 제 10-1567577호(압착 효과를 이용한 선박평형수 처리장치) 3) 한국 공개특허 제 10-2010-0130439호(해수 전기분해를 이용한 선박 평형수 처리장치) 4) 한국 등록특허 제 10-1029623호(선박평형수 중화장치 및 중화방법)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 산화력 및 살균력 뛰어난 이산화염소를 연속적으로 제조하고 이를 선박 평형수와 혼합하여 선박 평형수 내의 미생물을 고속, 고효율적으로 살균 처리할 수 있는 선박 평형수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 선박 평형수 처리장치는 선박 평형수가 저장되는 원수 탱크;와 선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 공급하는 이산화염소 공급부;와 상기 이산화염소와 상기 선박 평형수를 혼합하기 위한 혼합부;와 상기 혼합부를 거친 선박 평형수가 저장되는 처리수 탱크;와 상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화염소 공급부는 이산화염소를 제조하기 위한 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장된 약품 저장조;와 상기 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응시켜 이산화염소를 생성하는 반응기;와 상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이송받아 저장하는 이산화염소 저장조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응기는 약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 공급받아 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 1반응조와; 상기 제 1반응조에서 미반응된 혼합용액을 공급받아 2차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 2반응조와; 상기 제 1반응조와 상기 제 2반응조에서 발생한 이산화염소가스를 이산화염소 저장조로 이동시키는 이산화염소 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합부는 일측에 선박 평형수가 유입되는 선박 평형수 유입구, 타측에 이산화염소가 유입되는 이산화염소 유입구, 선박 평형수와 이산화염소를 고압으로 분사하기 위한 디퓨저를 포함하는 이젝터;와 상기 이젝터에서 분사된 선박 평형수와 이산화염소를 혼합하기 위한 믹서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 처리 장치는 원수 탱크, 혼합부 및 처리수 탱크 중 어느 하나 이상에 구비되며, 살균 반응을 활성시키기 위해 열을 공급하는 열 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 선박 평형수의 처리방법은 원수 탱크에 저장된 선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 제조하는 이산화염소 제조단계(S100);와 상기 이산화염소와 상기 선박 평형수를 혼합하는 혼합단계(S200);와 이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 처리수 탱크에서 소독하는 소독단계(S300);와 상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화염소 제조단계(S100)는 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장된 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응기에서 반응시키는 반응단계(S110)와; 상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이산화염소 저장조에 이송 및 저장하는 저장단계(S120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응단계(S110)는 약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 공급받아 제 1반응조에서 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 1반응단계(S111)와; 미반응된 혼합용액을 공급받아 제 2반응조에서 2차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 2반응단계(S112)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합단계(S200)는 1 내지 20ppm의 이산화염소와 선박 평형수를 이젝터를 이용하여 고압으로 분사하는 고압분사단계(S210)와; 고압 분사된 이산화염소와 선박평형수를 믹서에서 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계(S220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소독단계(S300)는 이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 처리수 탱크에서 5 내지 72시간 두어 미생물을 살균하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합단계(S200) 또는 상기 소독단계(S300)는 살균 반응을 활성화하기 위하여 선박 평형수가 25 내지 50℃를 갖도록 열을 공급하는 열공급단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 평형수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법에 의하면, 산화력 및 살균력 뛰어난 이산화염소를 연속적으로 제조하고 이를 선박 평형수와 혼합하여 선박 평형수 내의 미생물을 고속 및 고효율적으로 살균 처리할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 선박 평형수의 소독 장치를 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 이산화염소 공급부(200)를 보여주는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 혼합부(300)를 보여주는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 이산화염소를 이용한 선박 평형수의 소독방법을 보여주는 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 미생물의 살균 반응 결과를 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 이산화염소 농도 변화에 따른 개체수 변화를 보여주는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 미생물 초기 농도 변화에 따른 개체수 변화를 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 염도 변화에 따른 개체수 변화를 보여주는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 해수 DOC 첨가에 따른 개체수 변화를 보여주는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 이산화염소 사용시 pH 농도에 따른 개체수 변화를 보여주는 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 차아염소산나트륨 사용시 pH 농도에 따른 개체수 변화를 보여주는 그래프.
도 12는 본 발명에 따른 이산화염소 사용시 온도변화에 따른 개체수 변화를 보여주는 그래프.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 선박 평형수 처리장치 및 이를 이용한 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화력 및 살균력 뛰어난 이산화염소를 연속적으로 제조하고 이를 선박 평형수와 혼합하여 선박 평형수 내의 미생물을 고속, 고효율적으로 살균 처리할 수 있는 선박 평형수의 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박 평형수 처리장치를 보여주는 구성도이다.
본 발명에 따른 선박 평형수 처리장치는 오염된 선박 평형수가 저장되는 원수 탱크(100)와 선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 공급하는 이산화염소 공급부(200)와 상기 이산화염소와 상기 선박 평형수를 혼합하기 위한 혼합부(300)와 상기 혼합부를 거친 선박 평형수가 저장되는 처리수 탱크(400)와 상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송부(500)를 포함한다.
도 2는 이산화염소 공급부(200)를 보여주는 구성도이다.
상기 이산화염소 공급부(200)는 선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 공급하는데, 보다 상세하게는 상기 이산화염소 공급부는 이산화염소를 제조하기 위한 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장된 약품 저장조(210)와 상기 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응시켜 이산화염소를 생성하는 반응기(220)와 상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이송받아 저장하는 이산화염소 저장조(230)를 포함한다.
상기 이산화염소 공급부(200)는 상기 혼합부로 공급되어 선박 평형수와 혼합되거나(도 1 도시), 처리수 탱크로 바로 이산화염소를 공급하는 것도 가능하다(미도시).
상기 약품 저장조(210)는 이산화염소를 제조하기 위한 약품으로서 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장되어 있으며, 상기 약품들은 별도의 저장조를 가져 이산화염소 생성 반응에 요구되는 중량만큼 반응기(220)에 주입될 수 있게 된다.
상기 약품 저장조(210)는 저장된 약품량이 저수위일 경우 불완전한 반응이 발생하여 이산화염소 가스의 제조 효율이 떨어지기 때문에, 내부에 레벨 게이지를 설치하여 약품량이 기설정된 레벨 이하일 경우 이산화염소 공급부의 운전이 중단되도록 밸브를 닫거나 램프 등의 알림 수단을 통해 약품의 부족을 알리도록 설정할 수 있다.
또한, 각 약품들의 저장조는 도 2에 도시된 바와 같이, 독립적인 주입관을 통해 반응기(220)로 주입되거나 주입관에서 각 약품들이 합류되도록 형성되는 것(미도시)도 가능하다.
상기 반응기(220)는 상기 약품 저장조로부터 약품(아염소산염, 차아염소산염 및 산용액)을 공급받아 에어레이션(aeration)을 발생시키며, 하기의 화학식 1에 의해 이산화염소를 생성하게 된다.
Figure pat00002
보다 상세하게는, 상기 반응기(220)는 약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산 용액을 공급받아 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 1반응조(221)와 상기 제 1반응조에서 미반응된 혼합용액을 공급받아 2차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 2반응조(222)와 상기 제 1반응조와 상기 제 2반응조에서 발생한 이산화염소가스를 이산화염소 저장조로 이동시키는 이산화염소 배출관(223)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
각 반응조(제 1반응조, 제 2반응조) 내에는 에어레이션을 발생시키기 위한 기포 발생 수단을 포함하는데, 상기 기포 발생 수단은 공기가 저장되는 공기 탱크, 공기를 주입하기 위한 공기 주입기 및 다량의 기포를 발생시키기 위한 폭기 장치를 포함할 수 있다.
상기 폭기 장치는 다량의 기포를 발생시킬 수 있는 것이라면 한정하지 않지만, 약품 및 수압에 대한 내구성 및 내식성이 우수한 다공성 세라믹을 재질을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 제 1반응조(221)는 상기 약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 공급받아 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하게 된다.
보다 상세하게는, 상기 제 1반응조(221)에 혼합용액이 기설정된 수위까지 채워지면 약품 공급을 중단하게 된다. 이때 상기 제 1반응조(221)에서는 상기 화학식 1의 반응에 의해 이산화염소 가스가 생성되어 혼합 용액에 용존된 상태로 존재하게 되며, 상기 기포 발생 수단에서 에어레이션을 발생시켜 혼합 용액 내에 용존된 이산화염소 가스를 혼합 용액 밖으로 분리 및 배출시키게 된다.
이때, 제 1반응조(221)에서 반응되지 못한 미반응 혼합용액은 연결관(221a)을 통해 제 2반응조(222)로 이송되어 2차적으로 이산화염소 가스를 생성하게 된다.
보다 상세하게는, 상기 제 2반응조(222)로 미반응 혼합용액이 이동되면 연결관에 형성된 연결밸브(미도시)를 닫음과 동시에 제 1반응조에 혼합용액이 다시 채워지면서 연속적인 이산화염소의 생성 및 제조가 가능하게 되고, 이산화염소 생성 효율을 극대화시킬 수 있다.
상기 이산화염소 배출관(223)은 상기 반응조(제 1반응조, 제 2반응조)와 상기 이산화염소 저장조를 연결하는 것과 동시에 각각의 반응조에서 발생된 이산화염소 가스를 배출되는 관이 된다.
보다 상세하게는, 상기 이산화염소 배출관(223)은 제 1반응조(221)와 이산화염소 저장조를 연결하는 제 1이산화염소 배출관(223a)과 제 2반응조(222)의 이산화염소 저장조를 연결하는 제 2이산화염소 배출관(223b)을 포함할 수 있다.
상기 제 1이산화염소 배출관(223a)과 상기 제 2이산화염소 배출관(223b)은 도 3에 도시한 바와 같이 각자 독립되어 형성되거나 합류되는 것(미도시)도 가능하다.
즉, 상기 제 1이산화염소 배출관(223a)과 제 2이산화염소 배출관(223b)은 각자 독립된 관으로 형성되어, 제 1반응조(221)에서 형성된 이산화염소 가스는 제 1이산화염소 배출관(223a)을 통해 이산화염소 저장조로 이송되고, 제 2반응조(222)에서 형성된 이산화염소 가스는 제 2이산화염소 배출관(223b)을 통해 이산화염소 저장조(230)로 이송될 수 있다.
또한, 제 2이산화염소 배출관(223b)이 제 1이산화염소 배출관(223a)에 합류되게끔 형성되어, 제 2반응조에서 생성된 이산화염소 가스가 제 1반응조에서 생성된 이산화염소 가스와 함께 이산화염소 저장조로 이동되는 이동 루트를 가질 수 있다.
상기 반응조의 수는 한정되지 않으며, 제 n반응조를 포함할 수 있다.
이때, 마지막 반응조(제 n반응조)는 최종적으로 발생되는 여액(이산화염소수)을 배출하는 여액 배출부를 갖는 것이 바람직할 것이다.
상기 혼합부(300)는 상기 원수 탱크에 저장된 선박 평형수와 상기 이산화염소 공급부에서 제조 및 저장된 이산화염소 가스를 혼합하게 되며, 도 3에서 상기 혼합부의 구성을 보여준다.
상기 혼합부(300)는 일측에 선박 평형수가 유입되는 선박 평형수 유입구(311), 타측에 이산화염소가 유입되는 이산화염소 유입구(312), 선박 평형수와 이산화염소를 고압으로 분사하기 위한 디퓨저(313)를 포함하는 이젝터(310)와 상기 이젝터에서 분사된 선박 평형수와 이산화염소를 혼합하기 위한 믹서(320)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 믹서(320)는 이산화염소 가스와 선박 평형수를 혼합할 수 있는 것이라면 한정하지 않지만, 고속 및 고압으로 혼합이 가능한 스태틱 믹서(static mixer)가 바람직할 것이다.
스태틱 믹서(Static mixer)는 직사각형 판이 좌우 방향으로 180˚ 비틀린 엘리먼트(Element)가 각각 90˚로 내장되어 있어, 유체가 엘리먼트를 통과할 때, 유체는 엘리먼트의 형상대로 좌우 방향으로 비틀리고 분할되어 혼합 교반하는 장치이다.
스태틱 믹서의 혼합 원리는 분할(Division of flow), 전환(Change of flow), 반전(Reversion of flow)에 의해 유체를 효과적으로 혼합한다.
보다 상세하게는, 스태틱 믹서 내의 유체는 하나의 엘리멘트를 통과하면 2분할이 되는데, 다수의 엘리먼트를 통과하는 경우 분할수가 기하급수적으로 늘어나게 되며(분할), 엘리멘트 내의 꼬임면을 따라서 관중앙부에서 벽부에, 관벽부에서 중앙부로 순차적으로 교환되고(전환), 하나의 엘리먼트를 지날 때마다 회전 방향이 바뀌어 급격한 관성력의 반전을 받아 난류 교반(반전)되는 원리가 적용되어, 다른 혼합방법과 비교하였을 때 혼합성이 매우 우수하다.
또한, 스태틱 믹서의 혼합성은 임펠러 등을 이용한 기계적인 회전이 아니라 믹서 배관 내에 고정된 엘리먼트의 형상에 기인한 것으로서, 유지 보수가 없어 경제적이면서 편리하고, 공정의 연속화를 가능하게 한다.
상기 혼합부(300)를 통과하여 이산화염소 가스가 혼합 및 용해된 선박 평형수는 처리수 탱크(400)에 저장되어 미생물을 살균하기 위한 소정의 처리시간(머무름 시간)을 가져 최종적으로 살균 및 소독된 선박 평형수를 수득할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 선박 평형수 처리장치는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있는데, 상기 제어부(미도시)는 원수 탱크에 저장된 선박 평형수 및 오염물(미생물, 플랑크톤) 함량을 측정한 후 주입 및 혼합되는 이산화염소 가스의 함량을 설정하거나 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수의 미생물 함량에 따라 처리 시간을 달리할 수 있다.
상기 반송부(500)는 상기 처리수 탱크(400)에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하여 이산화염소를 주입 및 혼합하여 미생물을 살균할 수 있다.
이때, 선박 평형수 내에서 이산화염소의 살균 반응이 종료될 때까지 기다린 후, 미생물 함량의 측정 및 반송하게 되면 공정상 비효율적이고 신속한 선박 평형수의 처리 및 살균이 이루어지는데 한계가 있다.
상기 반송부(500)는 처리수 탱크에서 저장 및 머무르는 선박 평형수의 기설정된 처리시간의 30 내지 70 % 가 진행되었을 때 선박 평형수 내의 미생물 함량을 측정한 후, 30 ~ 70 %의 시간 구간에서 미생물 함량이 해당 시간구간에 예상되는 미생물 함량 이상으로 포함될 경우, 이산화염소 공급부로부터 이산화염소를 공급받거나 반송부를 통하여 원수 탱크로 반송하여 선박 평형수에 이산화염소를 재투입 및 재혼합할 수 있다.
이때, 30 % 미만으로 진행되었을 때, 측정을 하면 미생물의 살균이 충분히 진행되지 않아 반송 여부 판단이 어렵고, 70 % 초과한 후 반송을 하게 되면, 처리 시간의 불필요한 소비가 발생하여 비효율적이기 때문에 상기 범위 내에서 진행되었을 때 미생물 함량을 측정하고 반송 여부를 판단하는 것이 바람직할 것이다.
예를 들어, 처리수 탱크에서 기설정된 처리 시간이 10시간이고, t=0시간 일때 측정된 미생물 함량(E.Coli)이 600 cfu/ml 이고, 선박 평형수 소독 기준에 만족하는 미생물(E.Coli)의 함량이 200 cfu/ml 미만이다. 기설정된 처리 시간의 50% 가 진행되었을 때, 즉, 5시간 후에 측정한 미생물이 400 cfu/ml를 초과한 함량으로 남아있어 기설정된 처리 시간 10시간이 지나서도 선박 평형수 소독 기준에 만족 못할 것이 예상될 때, 이산화염소를 재투입하거나 다시 원수 탱크로 반송할 수 있다. 이때, 시간에 따른 미생물 함량의 변화의 예측은 살균 반응 속도 상수(κ)를 통하여 측정할 수 있다.
한편, 하기의 실시예에서 보여주는 바와 같이, 이산화염소의 살균성은 온도의 증가에 따라 증가되는 것으로 확인되었으며, 본 발명에 따른 선박 평형수 처리장치는 열 공급부(미도시)를 더 포함하여 이산화염소의 살균성을 보다 활성화시킬 수 있다.
상기 열 공급부는 살균 대상이 되는 선박 평형수가 저장 및 통과되는 원수 탱크, 혼합부 또는 처리수 탱크 중 어느 하나 이상에 포함될 수 있다.
상기 열 공급부는 온도를 측정하는 온도 센서, 열을 공급하기 위한 가열 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 선박 평형수의 처리방법은 상기의 선박 평형수의 처리장치를 이용한 것을 특징으로 하며, 상기 처리방법의 상세한 설명에 있어 상기의 처리장치에서 이미 상술된 경우 그 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 선박 평형수의 처리방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명에 따른 선박 평형수의 처리방법은 원수 탱크에 저장된 선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 제조하는 이산화염소 제조단계(S100)와 상기 이산화염소와 상기 선박 평형수를 혼합하는 혼합단계(S200)와 이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 처리수 탱크에서 소독하는 소독단계(S300)와 상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송단계(S400)를 포함한다.
상기 이산화염소 제조단계(S100)는 상기 이산화염소 공급부에 의해 제조 및 저장되는 것을 특징으로 하며, 보다 상세하게는, 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장된 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응기에서 반응시키는 반응단계(S110)와 상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이산화염소 저장조에 이송 및 저장하는 저장단계(S120)를 포함한다.
상기 반응단계(S110)는 약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 공급받아 제 1반응조에서 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 1반응단계(S111)와 미반응된 혼합용액을 공급받아 제 2반응조에서 2차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 2반응단계(S112)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합단계(S200)는 혼합부에 의해 수행되는데, 상기 혼합단계는 1 내지 20ppm의 이산화염소와 선박 평형수를 이젝터를 이용하여 고압으로 분사하는 고압분사단계(S210)와 고압 분사된 이산화염소와 선박평형수를 믹서에서 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계(S220)를 포함한다.
상기 혼합단계(S200)에서는 제조된 이산화염소를 선박 평형수에 대하여 1 내지 20ppm이 되도록 주입 및 혼합시키는데, 이산화염소가 1ppm 미만으로 혼합되면 그 살균효과가 미미하고, 20ppm 을 초과할 경우, 주입량의 증가에 따른 살균 효과의 증가가 미미하기 때문에 상기 범위 내에서 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 혼합단계(S200)에서 이산화염소와 혼합된 선박 평형수 내의 오염물 및 미생물이 멸균 및 살균되기까지 소정의 시간이 필요하기 때문에 상기 소독단계(S300)에서는 처리수 탱크에서 이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 5 내지 72시간 두게 된다.
상기 소독단계(S300)에서 소독 시간이 5시간 미만일 경우, 미생물에 이산화염소에 의해 살균되는데 충분한 시간을 확보하기 힘들고, 72시간을 초과할 경우 소독 시간 증가에 따른 살균 효과의 증가가 미미하여 공정상 비효율적이기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직할 것이다.
상기 반송단계(S400)는 상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 반송부를 통하여 상기 원수 탱크로 반송하게 된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 이산화염소의 살균 활성은 온도와 밀접한 관계가 있으며, 이에 본 발명의 소독 방법은 상기 혼합단계(S200) 또는 상기 소독단계(S300)에서 선박 평형수가 25 내지 50℃를 갖도록 열을 공급하는 열공급단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
상기 열공급단계(S400)에서 온도가 25 ℃ 미만이면 살균 효과의 증대를 기대하기 힘들고, 50 ℃를 초과할 경우, 온도 증가에 따른 살균성의 증가가 미미하고, 에너지 소모가 커 비효율적이기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
이산화염소를 이용한 선박 평형수의 최적의 살균 조건을 장치 및 방법에 적용하기 위하여 여러 가지 요인들과의 관련성을 하기의 실험 방법에 따라 측정하였다.
Artificial seawater 조성 및 미생물 식종 방법
IMO기준에 따른 해수 살균 조건 도출 실험을 수행하기에 앞서 실험에 활용될 수 있는 일반적인 해수샘플 제조법을 고찰하였다. 지역별로 해수의 성상이 상이하여 대표성이 있는 해수 제조를 위해 ASTM에서 공인하는 해수 조성에 따라 artificial seawater(ASTM standards : D1141-98)를 제조하였으며 그 방법은 다음과 같다.
1 L 초순수에 NaCl 24.534 g, Na2SO4 4.094 g, stock solution No.1 20 mL, stock solution No.2 10 mL를 주입하였으며 pH는 NaOH 0.1 N를 이용하여 8.2에 최대한 근접하게 조절하였다. Artificial seawater stock solution의 성상은 표 2와 같다. 실험에 사용된 물은 미량물질의 영향을 최소화하기 위하여 초순수를 사용하였다. 실험에 사용된 시약은 모두 Duksan에서 구입하였다.
Figure pat00003
해수 내 COD, E.coli 그리고 Enterococcus를 재현하기 위해 경산하수처리장의 하수 유입수를 활용하였다. 경산하수처리장 유입수와 부산항 해수 내 E.coli 및 Enterococcus의 농도를 IDEXX laboratories Inc. 의 Colilert18 및 Enterolert kit를 이용하여 분석하였다.
실험 방법은 다음과 같다. 10,000배 희석한 경산하수처리장 유입수 또는 10배 희석한 부산항 해수 100 mL를 동 용량의 분해병에 채운다. 그 후 E.coli 또는 Enterococcus media powder를 용해한다. 용해된 용액을 Quanti-Tray에 옮긴 후 밀봉한다. E.coli의 경우 18시간, Enterococcus의 경우 24시간씩 배양을 진행한 후 분석을 진행하였다.
분석 방법은 다음과 같다. UV-A lamp(365nm)로 조사하였을 때 푸른 형광빛을 띄는 점을 각각 E.coli 및 Enterococcus로 보았으며 배양된 곳의 well을 계수하여 공인된 MPN표에 의거하여 농도를 정량하였다.
푸른 형광빛을 띄는 점을 이용하여 E.coli 및 Enterococcus의 농도를 정량 측정할 수 있었으며 측정 결과를 표 3에 정리하였다.
Figure pat00004
Artificial seawater에 100 sieve 표준체로 여과한 경산하수처리장 유입하수를 0.1 mL 투입하여 미생물 초기농도를 모사하였으며, 모든 이산화염소를 이용한 소독 실험에 사용하였다.
이산화염소 농도 측정법 확립
이산화염소의 최적 살균 농도 도출에 앞서, 이산화염소의 농도 측정법을 확립하기 위해 Standard methods(1998, 20th Edition)등 공인된 측정법에 따라 고찰하였다. 이산화염소 측정에는 DPD ferrous titrimetric method (Standard Methods, 4500-Cl-F)를 사용하였다. 실험에 사용된 물은 수돗물 내 존재하는 미량이온의 간섭을 최소화하기 위해 초순수를 사용하였다.
제조한 이산화염소 가스를 100배 희석한 후 글리신 용액(10 g/100 mL) 2 mL를 첨가하여 교반한 후 Humas Cl2(free) kit powder 한 개를 넣어 샘플 내 유효염소를 모두 산화한다. 그 후 FAS(Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O, 1.106 g/1 L)를 이용하여 적정을 실시하여 붉은색에서 투명색이 되는 지점을 종말점으로 보았다. 이산화염소 농도는 하기의 수학식 1, 2에 의해 계산되었다.(여기서, G: FAS 적정량(mL)이다.)
Figure pat00005
Figure pat00006
실험 결과, 상기 적정법을 이용하여 이산화염소의 농도를 정량 측정할 수 있는 것으로 나타났다. 제조된 이산화염소는 불안정한 물질이므로 빛이 통하지 않는 cold room(5-6℃)에서 보관하였으며 실험 전 정량 분석을 실시한 후 사용하였다.
식물성 플랑크톤 배양 및 계수법 고찰
살균 실험을 진행하기에 앞서 IMO기준 항목에 해당되는 미생물 중 Phytoplankton의 배양 및 계수법의 확립을 위해 Standard methods(1998, 20th Edition)등 공인된 측정법에 따라 고찰하였다. Phytoplankton의 배양에 쓰이는 Media 및 기타 환경조성에 관한 정보는 Phytoplankton Culture for Aquaculture Feed(Leroy Creswell, University of Florida sea grant, 2010)에 의거하여 고찰하였다.
배양에 사용된 Media는 Guillard's F/2 media를 사용하였으며 질소원으로 NaNO3 75.0 g/L, 인산원으로 NaH2PO4·H2O 5.0 g/L 그리고 규소원으로 Na2SiO3·9H2O 30.0 g/L를 각각 혼합하였다. 배양 환경은 기준온도 24℃, 조도 2000-5000Lux로 조성하였다. Phytoplankton의 계수는 광학현미경을 활용하였으며 유효부피 1 mL의 미생물 계수용 슬라이드 글라스(PMMA)를 사용하여 계수하였다. 계수에 사용된 식은 수학식 3과 같다.( 여기서, C = 계수된 살아있는 미생물의 숫자, At = 계수에 유효한 총 cell 개수, Ac = 슬라이드 글라스에 있는 cell의 총 개수, V = 시료의 부피(mL)이다.)
Figure pat00007
실험 결과 상기 계수법을 이용하여 living phytoplankton를 계수할 수 있는 것으로 나타났다. 모든 실험 전 액체 계대 배양을 통해 phytoplankton의 활성도를 최대화하였으며, 그 개체수를 계수하여 artificial seawater에 혼합하여 실험을 진행하였다.
선박평형수 육상시험 시 고려사항
해양수산부 고시 [선박평형수 관리 등을 위한 기준 제정안]에 따르면 육상시험을 진행할 때 용존 유기탄소(DOC), 염도의 범위를 고려한 환경에서 실험을 진행하여야 하며 상기 조건을 반영하여 환경조건 영향 최적화 실험 시 DOC, 염도의 유무에 따른 이산화염소 살균 효과를 고찰하였다.
미생물 살균 반응 해석 최적화
살균 실험을 진행하기에 앞서 모델링을 이용하여 이산화염소를 이용한 미생물 살균 실험 결과 해석을 최적화하였다. 최적화 실험에 사용된 방정식은 수학식 4, 5와 같다.
Figure pat00008
Figure pat00009
여기서 C0는 살균 실험 당시 샘플의 미생물 초기 농도(CFU/100 mL), k는 살균 반응속도상수(hr-1), t는 살균시간(hr)이다.
상기 실험에서 도출된 미생물 농도 정량법과 이산화염소 농도 정량법을 활용하여 기준온도 20℃, pH 8.2, 이산화염소 5ppm의 조건에서 72시간 동안 살균 실험을 수행하였으며 그 결과는 하기의 표 4, 5와 같으며, 도 5에서 이를 그래프로 나타내었다. 도 5의 (a)는 E.coli, (b)는 Enterococcus, (c)는 Phytoplankton 의 살균 반응 해석 데이터이다.
Figure pat00010
Figure pat00011
실험 결과 E.coli와 Enterococcus는 최초 823 및 121 CFU/100 mL에서 72시간 반응 후 각각 148 및 41 CFU/100 mL의 농도로 감소하였다. Phytoplankton의 경우 최초 8,000 Cells/mL에서 6시간 반응 후 0 Cells/ mL로 감소하였다. 이는 IMO기준 및 정량목표치를 모두 달성할 수 있음을 보여주는 결과였다. 최적화 실험을 수행함에 있어 E.coli와 Enterococcus의 경우 모든 조건에서 72시간 반응을 진행하기에는 시간이 많이 지체되어 추후 실험에서는 상기 데이터를 토대로 8시간까지 살균 반응을 수행한 후 도출된 k 값을 이용하여 최적점을 찾는 해석법을 사용하였다.
E.Coli 및 Enterococcus 반응 해석 최적화를 위한 모델링 결과 2차 반응의 반응상수(k) 및 결정계수(R2)가 1차 반응의 반응상수 및 결정계수에 비해 반응 해석에 적합한 것으로 판단되어 차후 실험 결과 해석은 2차 반응을 이용하여 해석하였으며, Phytoplankton의 경우 반응 해석 최적화를 위한 모델링 결과에서는 1차 반응의 반응상수(k) 및 결정계수(R2)가 2차 반응의 반응상수 및 결정계수에 비해 반응 해석에 적합한 것으로 판단되어 차후 실험 결과 해석은 1차 반응을 이용하여 해석하였다.
해수 살균을 위한 최적 이산화염소 농도 도출 실험
선박 평형수 살균을 위한 최적의 이산화염소 농도를 도출하기 위하여 기준온도 20℃, pH 8.2의 조건으로 이산화염소의 농도를 1, 3, 5, 8, 10 ppm로 달리하여 8시간 동안 살균 실험을 진행하였으며, 그 결과는 하기의 표 6과 같으며, 도 6에서 이를 그래프로 나타내었다.
Figure pat00012
실험 결과 대체적으로 이산화염소 농도의 증가에 따라 살균 효과가 증가되었으나, 이산화염소 농도가 증가할수록 살균 효과의 향상 폭이 미미하여 1 내지 20 ppm이 바람직할 것으로 판단하였다.
특히, 1 ppm조건에서의 살균 능력이 투입 염소대비 살균력이 가장 뛰어난 것으로 확인되었으나, 기술개발 평가항목인 유출 E.coli 및 Enterococcus 개체수를 안정적으로 확보할 수 있는 농도는 5 ppm인 것으로 판단되어 이에 따라 추후 살균 조건 도출 실험의 이산화염소 농도는 1 또는 5 ppm으로 진행하였다.
미생물 초기 농도에 따른 살균 영향 고찰
확보된 최적 이산화염소 농도 조건하에 미생물 초기농도를 달리하여 살균 영향을 고찰하였다. 기준온도 20℃, pH 8.2, 이산화염소 5 ppm 조건에서 E.coli 초기 개체수 8,704, 4,674, 1,847, 885, 572 CFU/100 mL 조건에서, Enterococcus 초기 개체수의 경우 1,951, 1,095, 450, 197, 122 CFU/100 mL 조건에서 실험을 진행하였다. 미생물의 농도는 경산하수처리장 유입수를 artificial seawater 1 L당 각각 0.25 mL, 0.2 mL, 0.15 mL, 0.1 mL, 0.05 mL 주입하였다. 실험 결과는 하기의 표 7과 같으며, 도 7에서 이를 그래프로 나타내었다.
Figure pat00013
실험 결과 E.coli, Enterococcus 모두 초기 개체수가 많을수록 살균반응속도 K도 함께 증가하는 형태를 보이는 것으로 확인되었다.
해수의 염도에 따른 영향 평가 실험
해수의 염도에 따른 E.coli 및 Enterococcus의 살균속도를 비교하는 실험을 수행하였다. 기준온도 20℃, pH 8.2 그리고 이산화염소 5 ppm 조건에서 artificial seawater, semi-artificial seawater 그리고 증류수를 이용하여 8시간 동안 살균 실험을 수행하였다. 이 때 semi-artificial seawater의 조성은 artificial seawater의 절반이다. 하기의 표 8은 실험 결과를 나타내며, 도 8에서 염도 변화에 따른 미생물의 개체수 변화를 보여준다.
Figure pat00014
실험 결과 환경 조건 중 염도는 이산화염소를 활용한 E.coli와 Enterococcus의 살균 반응에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
해수의 용존유기탄소 농도에 따른 영향 평가 실험
해수의 DOC(용존유기탄소)에 따른 E.coli 및 Enterococcus의 살균속도를 비교하는 실험을 수행하였다. 기준온도 20℃, pH 8.2, 이산화염소 5 ppm 조건에서 해수 조성상 DOC 존재 여부에 따른 이산화염소 살균 효과를 고찰하였다. Dextrose anhydrous 5 mg/L를 혼합하여 DOC 환경 조성을 모사하였으며 8시간 동안 살균 실험을 수행하였다. 실험 결과는 하기의 표 9와 같으며, 도 9에서 이를 그래프로 나타내고 있다.
Figure pat00015
실험 결과 해수 DOC 농도에 따른 E.Coli 및 Enterococcus 대상 이산화염소의 살균력 변화는 미미한 것으로 나타났다.
해수의 pH 농도 및 소독제에 따른 영향 평가 실험
해수의 pH 농도 및 소독제에 따른 E.coli 및 Enterococcus의 살균속도를 비교하는 실험을 수행하였다. 차아염소산나트륨과의 살균 영향을 대조하기 위해 화학식 2를 참조하여 유효염소를 동일하게 하였다.
Figure pat00016
이산화염소 및 차아염소산나트륨의 유효염소량을 2.63 ppm으로 하였으며 기준온도 20℃, pH 7.2, 8.2, 9.2 조건에서 8시간 동안 살균 실험을 수행하였다. 하기의 표 10은 pH 농도에 따른 이산화염소 살균 영향을 보여주며, 표 11은 pH 농도에 따른 차아염소산나트륨 살균 영향을 보여준다. 도 10과 도 11은 각각 표 10과 표 11을 그래프로 나타낸 것이다.
Figure pat00017
Figure pat00018
pH 7.2에서의 살균력은 이산화염소 및 차아염소산나트륨의 살균효과는 비슷한 경향을 보였다. 이산화염소의 경우 모든 pH 조건에서 균일한 살균효과를 보였으나 차아염소산나트륨의 경우 pH가 증가함에 따라 살균효과가 감소하였다.
즉, 이산화염소는 차아염소산나트륨과 비교하였을 때, pH에 거의 영향을 받지 않기 때문에 pH를 조절하기 위한 pH조절제 및 pH 조절 수단이 필요치 않은 특징을 가진다는 것을 확인할 수 있었다.
해수의 온도변화 및 소독제 주입 유무에 따른 영향 평가 실험
해수의 온도 변화에 따른 E.coli 및 Enterococcus의 살균속도를 비교하는 실험을 수행하였다. pH 8.2, 이산화염소 5 ppm 조건에서 기준온도 10, 20, 30℃에서 8시간 동안 살균 실험을 진행하였다. 이때 이산화염소를 넣지 않은 대조군을 두어 자연 조건에서의 미생물 개체수의 변화를 고찰하였다. 하기의 표 12는 이산화염소 사용시 온도변화에 따른 미생물의 개체수 변화를 보여주며, 도 12는 이를 그래프로 나타낸 것이다.
Figure pat00019
이산화염소를 넣지 않은 대조군의 경우 모든 조건에서 개체수의 변화가 미미한 것으로 나타났다. 따라서 모든 소독 실험 진행에 있어 시간에 따른 미생물 개체수의 변화는 자연 사멸이 아닌 이산화염소의 살균력에 기반하는 것으로 판단하였다.
또한, 온도가 높아짐에 따라 이산화염소의 살균력 또한 증가하는 것으로 나타났다. 이는 온도에 따른 이산화염소의 활성도 차이에서 기인하는 것으로 판단하였다.
이에, 본 발명에서는 열 공급부 및 열공급단계를 더 포함하여 이산화염소의 살균 효율을 높일 수 있도록 하였다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
100 : 원수 탱크
200 : 이산화염소 공급부
210 : 약품 저장조
220 : 반응기
221 : 제 1반응조
221a: 연결관
222 : 제 2반응조
223 : 이산화염소 배출관
223a: 제 1이산화염소 배출관
223b : 제 2이산화염소 배출관
230 : 이산화염소 저장조
300 : 혼합부
310 : 이젝터
311 : 선박 평형수 유입구
312 : 이산화염소 유입구
313 : 디퓨저
320 : 믹서
400 : 처리수 탱크
500 : 반송부

Claims (11)

  1. 선박 평형수 처리장치에 있어서,
    선박 평형수가 저장되는 원수 탱크;와
    선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 공급하는 이산화염소 공급부;와
    상기 이산화염소와 상기 선박 평형수를 혼합하기 위한 혼합부;와
    상기 혼합부를 거친 선박 평형수가 저장되는 처리수 탱크;와
    상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이산화염소 공급부는
    이산화염소를 제조하기 위한 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장된 약품 저장조;와
    상기 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응시켜 이산화염소를 생성하는 반응기;와
    상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이송받아 저장하는 이산화염소 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반응기는
    약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 공급받아 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 1반응조와;
    상기 제 1반응조에서 미반응된 혼합용액을 공급받아 2차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 2반응조와;
    상기 제 1반응조와 상기 제 2반응조에서 발생한 이산화염소가스를 이산화염소 저장조로 이동시키는 이산화염소 배출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수 처리장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합부는
    일측에 선박 평형수가 유입되는 선박 평형수 유입구, 타측에 이산화염소가 유입되는 이산화염소 유입구, 선박 평형수와 이산화염소를 고압으로 분사하기 위한 디퓨저를 포함하는 이젝터;와
    상기 이젝터에서 분사된 선박 평형수와 이산화염소를 혼합하기 위한 믹서;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 처리 장치는
    원수 탱크, 혼합부 및 처리수 탱크 중 어느 하나 이상에 구비되며, 살균 반응을 활성시키기 위해 열을 공급하는 열 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수 처리장치.
  6. 선박 평형수의 처리방법에 있어서,
    원수 탱크에 저장된 선박 평형수를 소독하기 위한 이산화염소를 제조하는 이산화염소 제조단계(S100);와
    상기 이산화염소와 상기 선박 평형수를 혼합하는 혼합단계(S200);와
    이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 처리수 탱크에서 소독하는 소독단계(S300);와
    상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수의 처리방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 이산화염소 제조단계(S100)는
    아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장된 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응기에서 반응시키는 반응단계(S110)와;
    상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이산화염소 저장조에 이송 및 저장하는 저장단계(S120)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수의 처리방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 반응단계(S110)는
    약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 공급받아 제 1반응조에서 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 1반응단계(S111)와;
    미반응된 혼합용액을 공급받아 제 2반응조에서 2차적으로 이산화염소가스를 생성하는 제 2반응단계(S112)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수의 처리방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 혼합단계(S200)는
    1 내지 20ppm의 이산화염소와 선박 평형수를 이젝터를 이용하여 고압으로 분사하는 고압분사단계(S210)와;
    고압 분사된 이산화염소와 선박평형수를 믹서에서 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계(S220)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수의 처리방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 소독단계(S300)는
    이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 처리수 탱크에서 5 내지 72시간 두어 미생물을 살균하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수의 처리방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 혼합단계(S200) 또는 상기 소독단계(S300)는
    살균 반응을 활성화하기 위하여 선박 평형수가 25 내지 50℃를 갖도록 열을 공급하는 열공급단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    선박 평형수의 처리방법.
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