KR100967910B1

KR100967910B1 - 선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박평형수 처리방법 및 처리장치

Info

Publication number: KR100967910B1
Application number: KR1020090111725A
Authority: KR
Inventors: 박대철; 조성주; 이건재
Original assignee: 신강하이텍(주)
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2010-07-06
Also published as: WO2011062398A3; WO2011062398A2; CN102770377A; JP2013511384A

Abstract

본 발명은 해양생태계를 위협하는 선박평형수(ballast water)와 지구 온난화 등을 초래하는 선박 배출가스(CO₂)를 동시에 처리하는 선박용 배출가스 및 선박평형수 처리방법 및 장치를 제시한다.

본 발명은 선박평형수 내의 해양미생물이 낮은 pH(산성)에서 사멸된다는 점과 선박 배출가스를 이용하여 pH를 낮출 수 있다는 점에 착안한 것으로서 해양오염과 대기오염을 동시에 제어ㆍ방지하는 친환경적인 처리방법이다. 즉, 본 발명은 (1) 미생물 처리 대상이 되는 선박평형수를 일단계로 여과하고 선박평형수 탱크에 저장ㆍ활용하는 단계, (2) 선박평형수를 선박평형수 탱크에서 선박평형수 처리탱크로 이송하고, 이어서 입자상물질(PM) 등이 제거된 선박 엔진의 배출가스를 열교환을 통하여 온도를 낮추고, 그리고 선박평형수와 접촉되게 하여 선박평형수의 수소이온농도를 변화시켜서, 즉, 선박평형수의 pH를 산성으로 조절함으로써 선박평형수 내의 해양미생물을 일차적으로 사멸ㆍ제거하는 단계, (3) pH 조절로 해양미생물을 사멸ㆍ처리한 선박평형수를 선박평형수 배출탱크로 이송하고 배출가스와 열교환을 통하여 배출되는 선박평형수의 온도를 높여서 이차적으로 잔류 해양미생물의 사멸을 유도함과 동시에 선박평형수에 남아 있는 이산화탄소와 질소 산화물 등의 탈기를 도모함으로써 선박평형수의 수소이온농도를 궁극적으로 해수의 수소이온농도와 동일하게 만들어 주게 되는, 배출에 적합한 수소이온농도로 전환시키는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의하여 선박평형수 내의 해양미생물을 제거하기 위한 보다 친환경적이고 보다 효과적인 선박평형수 처리장치를 제공할 수 있는 것이다.

선박평형수, 이산화탄소, 선박배출가스, 산도를 갖는 물질, 수소이온농도, 해양미생물.

Description

선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박평형수 처리방법 및 처리장치{Ballast water treating method and apparatus with the stack gas from marine engine}

본 발명은 선박에 설치되어 선박평형수 내 해양미생물을 분리ㆍ제거하는 선박평형수 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 엔진에서 배출되는 배출가스를 이용하여 선박평형수 내 수소이온농도를 산성으로 조절함으로써, 상기 해양미생물을 사멸시키고 동시에 대기 오염원인 배출가스를 제어하는 새로운 선박평형수 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.

선박평형수

지구상에서 생산되는 재화의 80%가 선박에 의해 국제적으로 이동되고 있으며, 이러한 선박이동을 위해 매년 약 30 ~ 50 억 톤의 해수가 국제적으로 이동되고 있는 것으로 알려져 있다. 선박에 의한 재화의 국제적 이동으로 선박 외부에 부착되거나 선박평형수에 포함되어 전이된 외래 해양미생물은 지역 해양생태계를 위협하고 있는 실정이다. 이 경로를 통한 외래종의 유입은 해양생태계를 교란하는 요인 중 하나로 인식되고 있으며, 해양생태계의 교란은 토착 생물의 멸종은 물론 해양생 태환경을 파괴시킬 수 있다는 관점에서 단순한 해양오염보다 더 심각한 현실로 받아들여지고 있다.

이와 같은 선박평형수(ballast water)는 선박으로부터 화물의 반출시 부력에 의해 선박의 무게중심이 높아짐에 따라 선박안정성이 낮아지는 것을 방지하기 위하여 화물 반출량에 비례하여 선박 내에 저장되는 해수를 말한다. 반대로 선박에 화물을 적재할 때에는 선박평형수를 배출하게 되는데, 배출량 역시 화물의 적재량에 비례하게 된다. 이와 같이 선박운항에 반드시 필요한 선박평형수의 문제는 국제간 교역량의 증가에 따라 선박평형수에 포함된 생물 개체의 지리적 이동을 초래하게 되었고, 이러한 해양미생물 개체의 이동이 해양생태계를 교란하는 원인으로 지목되었던 것이다.

선박평형수의 이동과 관련하여 구체적으로 현실을 살펴보면, 선박평형수의 배출로부터 기인하는 외국의 또는 다른 지역의 해양미생물종은 해당 배출지역의 환경에 적응하게 되는 경우, 왕성한 번식이 발생함으로써 해당 해역에 자연스럽게 토착화되며, 동시에 인근의 해역으로 확산된다. 즉, 토착 해양생물자원이 큰 영향을 받게 되는 것이다. 상황에 따라 외래종과 토착종 사이에서 균형상태가 이루어져 유리한 상황이 전개될 수도 있겠으나, 현실은 그렇지 못하여 해당 해역의 생태계는 먹이사슬에서 야기되는 큰 변화가 일어날 수 있고, 이에 따라 어종 변화로 인하여 경제적인 측면은 물론 종류별 수산물 생산에도 결정적인 문제가 야기될 수 있는 것 이다. 결론적으로, 외래 해양미생물종의 유입은 원치 않는 해양생태계의 변화를 유도하게 되며, 그에 따라 우리의 생활도 우리의 의도와 상관이 없이 큰 영향을 받게 되는 것이다.

참고적으로 인천항과 부산항에서 조사된 뉴질랜드, 타이완, 홍콩, 싱가폴, 북태평양, 파키스탄과 일본근해 등지에서 유입된 선박평형수 중의 해양미생물종인 식물플랑크톤, 원생동물플랑크톤, 후생동물플랑크톤, 기타 플랑크톤 등을 종, 속, 또는 상위 단계 분류군으로 구분하여 보면, 전체 분류군의 수는 7 내지 53개의 범위를 보이고 있다. 한편, 분류된 해양미생물의 출현 분류군 수는 모두 170개(식물플랑크톤: 돌말류와 와편모 조류 및 기타 90개, 후생동물플랑크톤 56개, 원생동물플랑크톤 24개)이다(Yoo et al. 2006). 선박평형수 내의 해양미생물 각각은 취수해역에 따른 분포로서 알 수 있으나, 선박평형수의 교환작업에서 선박평형수는 서로 완전히 교체되는 것이 아니므로 상호 혼재한 상태로 존재하게 된다. 따라서 이와 같은 현상을 염두에 두고 이들 해양미생물 등을 처리대상 기준으로 삼아 선박평형수 내의 해양미생물 등을 사멸ㆍ처리한다고 한다면 더욱 가치가 있는 유용한 결과가 도출될 것이다.

그러므로 이 같은 선박평형수 이동에 의해 발생할 수 있는 생태적, 경제적 피해를 막고, 생물 다양성을 보전하기 위해 국제해사기구(IMO)는 2004년 2월 '선박의 선박평형수와 침전물의 통제 및 관리를 위한 국제협약'을 채택하였다. 또한, 2015년 말까지 국제항해에 종사하는 선박에 의무적으로 선박평형수 처리장치를 탑재하도록 규정하고 있다.

선박배출가스

선박 엔진의 배출가스현황을 살펴보면, 일반적으로 선박의 엔진(대부분 디젤엔진)에서 배출되는 배출가스의 산정과 관련하여 관찰되는 데이터의 기초로 우선적으로 로이드-페어플레이 데이터베이스(Lloyds-Fairplay Database)를 들 수 있다. 이에 따르면 2007년도의 전세계 총 선수는 45,620척이며, 이를 기준으로 이산화탄소의 배출량을 산출하면 화물선 36,638척에 839.95백만 톤, 여객선 2,801척에 93.67백만 톤, 400GT급 이하 선박 6,281척에 9.82백만 톤으로서 이산화탄소의 총배출량은 943.44백만 톤이었다. 따라서 이를 근거로 유추할 수 있는 사실은 해양오염에 이산화탄소 등이 크게 기여하고 있다는 것이다. 따라서 '국제해사기구'에서도 이에 대한 규제를 추진하고 있다. 한편, 선박 배출가스의 구성 성분비율을 살펴보면, 대략적으로 CO₂ 95.48%, NO2 2.76%, SO2 1.10%, CO 0.11%, HC 0.33%, 및 PM 0.22% 정도이지만(MAN Diesel 기준 2004). 2007년, 각종 선박 45,620척에서 나온 전세계의 이산화탄소의 배출량은 943.44백만 톤으로서 집계된 바 있어, 선박 운항으로 발생되는 대기오염의 주범인 CO₂에 대한 처리는 해양미생물의 전이문제 만큼 중요하고 시급한 문제로 판단되고 있는 것이다.

최근까지 적용하고 있는 선박평형수의 처리기술은 대부분 해수가 저장되는 선박평형수 저장탱크와 연관하여 직접 실시되는 것이 일반적 추세이다. 그러므로 해수에 포함되어 있는 해양미생물이 선박평형수 저장탱크 내에서 활발하게 성장하는 불필요한 작용도 발생되므로 해양미생물에 대한 전 처리기술은 반드시 필요하고매우 중요하다고 판단하는 것이다. 왜냐하면 해양미생물의 성장과 번식은 2차적인 오염문제를 일으키며, 따라서 이 문제를 최소화시킬수록 경제적으로도 유리해지기 때문이다. 또한 해양미생물의 양을 사전에 조절해 줌으로서 후속 해양미생물의 사멸과정이 더 용이하고 효과적으로 추진 될 수 있기 때문이다.

한편, 제시된 선박평형수 중의 해양미생물에 대한 사멸방법을 검토해 보면, 과산화염화물법, 오존법, 전기분해법, 자외선법, 그리고 탈산소법 등으로 대략적으로 분류할 수 있으며 그것들은 각각 아래와 같은 문제점들을 가지고 있다.

과산화염화물법과 오존법 등은 살균효과는 매우 효과적이지만 작용 후 남게 되는 과산화물을 별도로 중화하거나 제거해야 하기 때문에, 이에 대응하는 여러 가지 부대설비 등이 필요하고 또한 반드시 선박평형수와 관련한 설비의 부식방지방법도 강구해야 한다. 전기분해법 또한 과산화염화물법과 같이 살균효과는 매우 양호하나 해양미생물의 사멸에 적절한 농도의 과산화염화물을 적정하고 적량적으로 생산하기 쉽지 않다는 문제, 그리고 이 역시 앞에서 기술한 오존법 등에서와 같은 문제점인 부식문제가 있게 된다. 자외선법은 장치설비도 간단하고 장치운전은 비교적 용이하나 항상 자외선 램프의 수명과 콘덴서와 같은 반드시 수반되어야 하는 장치 등을 고려해야 하며, 동시에 전기에너지가 다량으로 소모된다는 점도 참고해야 할 사항이다. 그리고 탈산소법은 장치설비 측면에서 매우 간단하게 보이나 정확한 공정분석이 매우 중요한 인자로 인식되며 해양미생물의 사멸효과도 어느 정도 미흡하다고 할 수 있다.

특히, 미국 특허(특허 번호 US 6,722,933 B2)는 해양미생물이 급격하게 증식되도록, 즉, 적량의 미생물용 먹이를 투여하고 일정 시간이 경과한 후에 산소 결핍을 급격하게 유도하기 위하여 메타중아황산나트륨을 가하여 산소를 제어(산소 결핍상태에서 발생할 수 있는 황화수소를 생성하거나 황이 유리될 수 있음)하며, 기체 질소를 주입하거나 진공장치를 이용하여 배기하는 방법으로서, 결론적으로 선박평형수 중 산소를 제거하는 방법을 선택, 해양미생물의 사멸을 추진, 통제하고 있다. 다만 상기 특허는 해양미생물의 먹이 공급, 메타중아황산나트륨 사용, 질소가스의 사용 등에서 개선의 여지가 있다 할 것이다. 즉, 먹이에 의한 2차 오염, 메타아황산나트륨에 의한 부식 문제, 동시에 메타아황산나트륨에 의한 2차 오염, 그리고 산소 제거만을 위한 질소 사용 등은 또 다른 새로운 문제를 유발시키는 것이다. 또한, 미국특허(US 2007/0261626 A1)에서 우선적으로 논의한 핵심기술은 선박평형수 중의 용존산소량을 높이고 동시에 해양미생물에 대한 먹이를 공급하여 해양미생물의 급격한 증식을 도모한 후 대기압보다 낮게 감압(underpressurized condition)하는 기술이며, 진공도를 -2 ~ -4 psi의 범위에서 처리하여 해양미생물을 제거하는 방법이다. 그러나 먹이에 의한 해양미생물의 증식은 남은 먹이에 의한 2차 오염이 예측됨과 동시에 대용량 탱크에 대한 감압은 실제적으로 그 조정 등 운전이 쉽지 않다는 문제도 있다.

이러한 선박평형수 처리기술은 부식방지 내지 저감처리 등에서 문제의 소지가 충분하게 있다. 따라서 종래의 선박평형수 처리기술은 사멸방법에 의한 사멸처리 단계 이후에 처리된 선박평형수의 중화 단계가 대부분 뒤따르게 되는 것이다.

결과적으로, 이와 같이 야기된 여러 문제점들은 선박평형수의 처리기술 중에서 해양미생물의 사멸처리방법을 전반적으로 재검토하게 하였으며, 더불어 처리효과를 더욱 향상시키는 경제적인 처리방법이 반드시 필요하다는 결론을 도출하게 되었다.

그러므로 전처리 개념으로서 해수를 미리 정밀하게 여과하여 해양미생물을 일차적으로 제거함으로써 해양미생물을 효과적으로 사멸ㆍ처리할 수 있는 토대를 마련하고, 선박평형수의 pH 조절을 통하여 선박평형수 내 해양미생물을 사멸ㆍ처리 하는 방법을 제시하게 된 것이다. 실제적으로도 선박평형수의 처리방법과 관련된 공지된 기술들을 살펴보면 선박평형수의 pH를 조절하여 해양미생물을 사멸시키는 방법에서, 또 pH를 조절하는 기술을 제공함에 있어서 선박엔진에서 배출하는 선박엔진 배기가스(stack gas from marine engine)를 활용하는 방법에서 이들과 유사한 각각의 내용은 찾아보기 매우 어렵다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 해양미생물의 사멸ㆍ처리에 앞서 정밀한 여과의 방법으로 해양미생물을 선별적으로 분리ㆍ제거하여 해양미생물 사멸ㆍ처리의 효율성을 높이고, 또한, 해양미생물을 사멸ㆍ처리하는 경우에 동반하는 상기와 같은 부작용과 뒤따른 보완적인 후처리를 최소화하는, 매우 효과적이고 경제적인 견지의 선박평형수의 처리방법을 제시하는 것이다. 그리고 본 발명은 이러한 목적을 달성하고자 우선적으로 선박평형수용 해수를 정밀 여과하며, 이어서 선박평형수의 pH를 조절하여 해양미생물을 사멸시키는 기술을 제공하고자 하는 것이며, 더욱이 선박의 엔진에서 배출되는 배출가스를 pH 조절에 적극 활용함으로써 선박 배출가스의 제어문제에 결정적으로 참여하고자 하는 것이다.

본 발명의 이와 같은 차별화한 기술적 목표는 해수에 대한 사전처리로서 해양미생물을 선별적으로 분리해 줌으로써 해양미생물의 사멸ㆍ처리를 효과적으로 수행하게 하며, 또, CO₂ 등을 활용하여 선박평형수의 수소이온농도의 변화를 유도하는 것은 한편으로 국제해사기구의 환경오염방지지침에도 잘 부합하는 것이며, 선박평형수에 대한 새로운 처리방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 선박평형수 내의 해양미생물을 사멸시키는 방법에 있어서, 선박평형수의 수소이온농도를 높여 해양미생물을 사멸시키는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리방법을 제공하고자 한다. 해수에 포함된 해양미생물은 대부분 낮은 pH에서 사멸되는 까닭에 pH 조절을 통하여 선박평형수 내의 해양미생물을 사멸시키고자 하는 것이다. 이 경우 바람직한 선박평형수의 수소이온농도는 pH 5.0 이하이며, 더욱 바람직하게는 pH는 4.0 내지 5.0이다. 이는 수많은 문헌 검증을 통하여 얻은 분석결과로서, 더 낮은 pH는 부식 문제 등 부작용을 초래할 수 있으므로 pH를 낮추되 해양미생물만을 사멸시킬 수 있도록 pH의 조절에 대하여 적정한 기술적 접근이 필요하기 때문이다.

이와 같이 pH 조절을 통한 해양미생물의 사멸방법을 적용하는 경우에 선박평형수 탱크와 함께 별도의 선박평형수 처리탱크를 구축하고 해양미생물의 사멸작업을 추진하는 것이 바람직하다. 이 경우 전처리방법의 하나로서 처리 예정인 선박평형수의 산소용해도를 높여 해양미생물을 활발하게 활동토록 하는 것이 실제적으로 다소 유리할 수 있겠으나 총체적으로 선박평형수의 해양미생물 처리라는 견지에서 중요한 기술적 문제를 제공하거나 조력하는 것이 아니다. 다만 선박평형수에 대하여 전처리 개념으로서 해당 해수에 대하여 정밀 여과함으로써 그 크기가 50μm 이상의 해양미생물을 사전 분리하는 것이 선박평형수 탱크 내부에 대한 해양미생물의 번식과 성장의 방지방책 중의 하나이며, 또 결과적으로 해양미생물의 사멸ㆍ처리를 보완하는 한 가지 방법으로 판단된다는 것이다.

본 발명은 또 하나의 특징은 앞에서도 언급한 바와 같이 pH를 조절하는데 있어서 선박 엔진에서 배출되는 배출가스를 이용한다는 것이다. 즉, 선박 엔진의 배출가스를 여과하여 입자상물질(PM) 등을 분리ㆍ제거하고 여과된 선박 엔진의 배출가스를 선박평형수에 주입하여 수소이온농도를 높임으로 선박평형수 내 해양미생물을 사멸ㆍ제거하게 되는 것이다. 이 때 선박엔진의 배출가스는 열교환이라는 방법을 통하여 선박 배출가스의 온도를 낮춘 후 상기 선박평형수에 주입하는 것이 바람직하다. 이와 같이 처리하는 이유는 CO₂로 pH를 조절할 경우, 헨리의 법칙(Henry's Law)에 따라 냉각될수록 선박평형수 처리탱크의 CO₂ 용해도가 증가하는 CO2 기체의 특성과 잘 부합되게 하는 획기적인 처리단계라고 할 것이다.

부가적인 효과로서 해양미생물이 사멸ㆍ처리된 선박평형수와 선박평형수 배출탱크 내에서 선박엔진의 배출가스가 열교환을 통하여 배출될 선박평형수의 온도를 상승시킴으로써 선박평형수 처리탱크에서 사멸되지 않고 남아 있는 나머지 해양미생물을 이차적으로 사멸ㆍ처리하게 되고, 동시에 배출 선박평형수로부터 CO₂를 배제ㆍ분리하여 배출 선박평형수의 pH를 일반 해수에 근접하도록 하여 선박평형수의 배출조건에 적합하도록 처리할 수 있게 된다.

또한 상기 선박평형수의 수소이온농도는 선박엔진의 배출가스뿐만 아니라 산도를 갖는 물질(예컨대 액체 상태의 아세트산 또는 염산 등)을 투입함으로써 조절 될 수 있다는 것이다. 즉, 본 발명은 선박 엔진의 배출가스를 이용하되 적정 pH를 맞추기 위하여 산도를 갖는 물질을 필요에 따라 가함으로서 수소이온농도를 변화시키는 단계를 포함할 수 있게 함으로써, 본 발명은 배출가스에 의한 pH의 조절이라는 혁신적인 방법의 제공과 더불어서 지구 대기오염의 방지 또는 감소라는 탁월한 효과를 더욱 구체적으로 실현하게 하는 것이다.

본 발명에 따른 선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박평형수 처리방법은 선박평형수 내 수소이온농도(pH)의 조절을 통하여 선박평형수 내 해양미생물을 제거함으로써, 종래의 여타 기술들과 비교하여 해양미생물을 사멸ㆍ처리하는 경우에 야기될 수 있는 부작용을 제어할 수 있다. 또 부식방지와 같은 보완적인 부대설비를 최소화하는 한편 정밀여과로 전 처리한 해수를 선박평형수로 활용함으로써 해양미생물의 사멸효과를 높이고 보다 경제적이며 효율이 극대화된 선박평형수 처리방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명에 의하면, 선박으로부터 발생되는 배출가스를 활용하여 선박평형수 내 수소이온농도(pH)를 조절함으로써 지구 대기오염의 주원인인 배출가스 제어에 실천적으로 참여할 수 있는 것이다. 그 때문에 CO₂를 독립적으로 처리하기 위한 별도의 설비가 필요하지 않게 되어, 보다 친환경적이고 보다 특별한 경제적인 효과를 확보한다고 할 수 있을 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예로서 선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박평형수 처리방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예로서 선박 엔진의 배출가스를 이용한 선박평형수 처리방법의 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박평형수 처리방법은 유입되는 해수를 유입부 여과장치를 이용하여 여과하고 이를 선박평형수로 활용하는 단계(S10), 여과된 선박평형수를 선박평형수 탱크로 이송하는 단계(S20), 선박평형수를 선박평형수 처리탱크로 이송하는 단계(S30), 선박 엔진의 배출가스를 선박평형수 처리탱크 내의 선박평형수에 주입하여 선박평형수의 수소이온농도를 높이고, 필요에 따라 산도를 갖는 물질을 선박평형수 처리탱크 내 선박평형수에 가하여 선박평형수의 수소이온농도를 조절하는 단계(S40), 사멸ㆍ처리 후 배출되는 선박평형수의 온도를 높여 선박평형수에 포함되어 있는 이산화탄소를 배기시키며, 마침내 선박평형수 내 수소이온농도를 정상의 일반 해수의 수소이온농도와 맞추는 단계(S50), 그리고 사멸ㆍ처리된 선박평형수를 배출 전에 재차 여과하고 배출하는 단계(S60)를 포함한다.

상기 유입되는 해수를 유입부 여과장치로 여과하여 선박평형수로 활용하는 단계(S10)는 선박평형수로 사용될 해수를 선박으로 유입하는 과정에서 여과장치를 통하여 50㎛ 이상의 해양미생물을 미리 분리ㆍ제거하여 선박으로 유입되는 해수가 선박평형수로 활용될 수 있도록 저장하는 것이다. 여과된 선박평형수를 선박평형수 탱크로 이송하는 단계(S20)는 여과를 통하여 해양미생물이 여과된 해수를 선박평형수로 활용하기 위하여 선박평형수 탱크로 이송하는 단계를 말하는 것이다.

상기 선박평형수를 선박평형수 처리탱크로 이송하는 단계(S30)는 선박평형수 내에 살아 있는 해양미생물을 사멸시키기 위하여 선박평형수 처리탱크로 이송하는 단계이다. 즉, 선박이 일정 기간이 지나거나 또는 일정 거리를 이동한 후, 선박평형수를 배출해야 하는 경우가 되면, 선박형형수는 선박평형수 처리탱크로 이송되며, 해양미생물을 사멸ㆍ제거시킬 준비를 한다. 특히, 선박평형수 처리탱크는 선박평형수 내 해양미생물을 사멸ㆍ제거하는 장치로서, 내산성 물질 등으로 선박평형수 처리탱크 내부를 사전에 처리하여 산도를 갖는 물질의 주입이나 선박 엔진의 배출가스의 주입 등으로 야기되는 부식문제를 제어하도록 한다.

선박 엔진의 배출가스를 선박평형수 처리탱크 내의 선박평형수에 주입하여 선박평형수의 수소이온농도를 높이고, 필요에 따라 산도를 갖는 물질을 선박평형수 처리탱크 내 선박평형수에 가하여 선박평형수의 수소이온농도를 조절하는 단계(S40)는 선박평형수 처리탱크로 이송된 선박평형수에 선박 엔진의 배출가스를 주입하여 선박평형수의 수소이온농도를 높임으로써 선박평형수 내 해양미생물을 사멸시키는 단계를 말한다. 특히, 상기 선박 엔진의 배출가스는 별도의 여과 필터를 통 과하여 입자상물질(PM) 등의 이물질을 제거하고 또 열교환 등의 방법으로 냉각 처리하여 선박평형수 내로 주입하게 된다. 이 경우, 선박 엔진의 배출가스를 주입하기 전에 압축공기를 선박평형수 처리탱크로 주입하여 선박평형수 처리탱크 내의 선박평형수 내의 해양미생물을 증식시킬 수도 있다. 상기 선박 엔진의 배출가스를 주입할 때, 압축공기의 주입으로 인한 선박평형수 내의 해양미생물 증식으로 해양미생물의 사멸효과를 특별히 도모할 수도 있겠으나 어떤 특별한 의미를 갖는 것은 아니다. 선박 엔진의 배출가스는 선박엔진에서 배출되는 가스로서 이산화탄소(CO₂)가 대표적 가스이며, 본 발명에 따른 선박평형수 처리방법은 이산화탄소의 활용으로 지구 대기오염의 제어라는 일차적이고 의미가 확실한 효과를 제공하게 되는 것이다. 또한 선박 배출가스의 주입으로 인한 선박평형수 내 수소이온농도는 pH 환산으로 5.0 이하로 유지하는 것이 바람직하며, 4.0 내지 5.0으로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 해양미생물이 사멸되는 pH의 범위와 함께 이에 영향을 끼치는 관련 설비 등의 부식 문제 등을 다 함께 고려한 것이다. 따라서 상기 선박평형수 내의 수소이온농도가 적정치가 되도록 주입되는 이산화탄소의 양을 조절해야 하는 것이다. 그리고 이산화탄소의 주입에 따라 적절한 선박평형수의 pH 값을 얻게 되면 이산화탄소의 주입을 중단하는 것이 바람직하다.

그리고 선박 엔진의 배출가스를 주입하여 원하는 수준의 수소이온농도를 얻을 수 없는 경우 또는 선박 엔진의 배출가스의 공급이 원활하지 않은 경우에는 산 도를 갖는 물질을 선박평형수 처리탱크에 가하여 선박평형수의 수소이온농도를 조절하여 선박평형수 내 해양미생물을 사멸시킨다. 산도를 갖는 물질은 아세트산 또는 염산 등이 대표적이며, 산성물질 저장탱크에 저장되어 있는 아세트산 또는 염산을 선박평형수 처리탱크에 주입하여 선박평형수의 수소이온농도를 높이게 한다. 즉, 본 발명에 따른 선박 엔진의 배출가스를 활용한 선박평형수 처리방법은 선박 엔진의 배출가스를 주입하고, 필요에 따라 산도를 갖는 물질을 주입하는 단계(S40)를 구비함으로써 상호 보완적으로 또 선별적으로 선박평형수 처리탱크 내 선박평형수의 수소이온농도를 조절하게 되는 것이다. 그리고 해양미생물이 사멸된 선박평형수는 선박평형수 배출탱크로 이송되며 재차 여과해서 배출하거나 정도에 따라서 바로 배출할 수 있다.

수소이온농도 변화에 따른 선박평형수 내에 살아있는 대표적인 해양미생물의 사멸률은 아래 표와 같다.

종류	이름	pH	사멸률(%)
박테리아, Bacteria	aerobic heterotrophs	6.5	50
		5.6	75
		5.0	95
	vibro harveyi	4.0	100
	vibro sp	5.0	50
	vibro sp	4.0	100
	vibro vulnificus	5.0	50
	vibro vulnificus	4.0	100
	vibro parahaemolyticus	5.5	50
	vibro parahaemolyticus	4.5	100
선충, Nematode	mesacanthion	5.1	100
선충, Nematode	metachromadora	5.4	100
요각, Copepod	arcatia steueri	6.8	100
요각, Copepod	arcatia erythraea	6.8	100

표 1에 보는 바와 같이, 수소이온농도가 pH 5.0 이하인 경우 대부분의 해양 미생물이 사멸되며, pH 4.0에서는 거의 모든 해양미생물이 사멸됨을 확인할 수 있을 것이다.

상기 사멸ㆍ처리과정을 거친 후 배출 예정인 선박평형수의 온도를 높여서 선박평형수에 포함되어 있는 이산화탄소가 배기되도록 함으로써 선박평형수 내 수소이온농도를 정상의 일반 해수의 수소이온농도와 맞추는 단계(S50)는 뜨거운 선박엔진의 배출가스(700 ∼ 900℃)와 배출될 선박평형수와 열교환을 통하여 선박평형수 배출탱크 내의 선박평형수의 온도를 높임으로써 선박평형수에 포함되어 있는 이산화탄소를 용이하게 배기시키고, 이와 함께 이산화탄소를 배기시킴으로써 선박평형수의 수소이온농도를 조절하는 단계이다. 여기서 배출전 선박평형수의 온도는 배출 선박평형수 내에 남아있는 해양미생물의 사멸을 고려할 때, 55℃ 이상으로 유지되는 것이 매우 바람직하다.

사멸ㆍ처리된 선박평형수를 여과하고 여과된 선박평형수를 배출하는 단계(S60)는 사멸·처리 단계(S40)을 거쳐 선박평형수에 주입된 CO2와 산도를 갖는 물질을 열교환을 통하여 배기함으로써 배출 선박평형수의 pH를 일반 해수에 근접하도록 처리한 선박평형수를 여과장치로 재차 여과하는 단계를 말한다.

그리고 앞에서 살펴본 선박 엔진의 배출가스를 활용한 선박평형수 처리방법을 실시하기 위한 장치를 예를 들어 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예로서 선박 엔진의 배출가스를 활용한 선박평형수 처리방법을 실시하기 위한 장치의 개요도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 해수 유입부를 통하여 유입된 해수는 유입부 여과장치(12)에 의하여 1차적으로 여과된 후 선박평형수 탱크(1)에 저장되고 선박평형수로서 활용된다. 선박평형수 처리탱크(2)는 선박평형수 내의 해양미생물을 사멸ㆍ처리하는 장소이며 선박평형수가 자유롭게 이동할 수 있도록 선박평형에 운용되는 선박평형수 탱크(1)와 연결된다. 선박평형수를 선박 외부로 배출하고자 하는 경우에는 선박평형수 처리탱크(2)에서 해양미생물을 사멸ㆍ제거한 후 선박평형수 처리탱크(2)에 연결된 선박평형수 배출탱크(3)와 배출 선박평형수 여과장치(14)를 거쳐서 선박평형수를 처리하고 즉시 선박평형수를 배출한다. 선박평형수 배출부에는 잔사물 유출탱크(5)를 별도로 설치하는 것이 매우 바람직하다.

선박평형수 처리탱크(2) 내에 살아있는 해양미생물을 선박평형수의 pH 조절로 사멸ㆍ제거시키기 위해서 선박의 배출가스를 선박평형수 처리탱크(2) 안으로 주입하게 되는데, 그 과정은 우선 배출가스 유출부를 통하여 유입된 배출가스를 배출가스 여과장치(15)를 통과시켜 입자상물질(PM) 등을 분리ㆍ제거하고 선박평형수 처리탱크로 바로 주입하거나 배출가스탱크(4)에 상황에 따라 저장한 후 선박평형수 처리탱크(2)로 주입하는 것이다. 배출가스는 선박평형수 처리탱크(2)로 주입하기 전에 배출되는 선박평형수와의 열교환으로 그 온도를 낮추는 것이 대단히 바람직하다. 즉, 선박평형수 배출탱크(3) 내에 열교환이 가능하도록 배관하고 배출가스가 선박평형수 처리탱크(2)로 주입되기 전에 이 배관을 통과하도록 해서 배출가스의 온도를 가능한 한 낮추는 것이다. 또한, 바람직하게는 선박평형수 처리탱크(2)에 압축공기 유입부를 설치함으로서 압축공기탱크(6)의 압축공기를 선박평형수 처리탱크에 주입하여 선박 배출가스와 선박평형수 간의 교반이 원만하게 성립할 수 있도록 또 과량의 이산화탄소 등을 용이하게 배기할 수 있도록 사전에 대비하는 것이 매우 바람직하다.

이상과 같이 선박평형수 처리방법 및 처리장치를 바람직한 실시 예로서, 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 제시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 고유사상의 범위 내에서 해당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예로서 선박 엔진의 배출가스를 활용한 선박평형수 처리방법의 순서도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예로서 선박 엔진의 배출가스를 활용한 선박평형수 처리방법을 실시하기 위한 장치의 개요도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 선박평형수 탱크 2 : 선박평형수 처리탱크

3 : 선박평형수 배출탱크 4 : 배출가스탱크

5 : 잔사물 유출탱크 6 : 압축공기탱크

12 : 유입부 여과장치 14 : 배출 선박평형수 여과장치

15 : 배출가스 여과장치

Claims

선박평형수 내의 해양미생물을 사멸시키는 방법에 있어서,

상기 선박평형수를 선박평형수 탱크로부터 선박평형수 처리탱크로 이송하는 단계;

선박 엔진의 배출가스를 상기 선박평형수 처리탱크 내의 선박평형수에 주입하여 상기 선박평형수의 수소이온농도를 높이는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선박평형수 처리탱크에서 처리된 선박평형수를 선박평형수 배출탱크로 이송하고 상기 선박평형수 배출탱크 내의 선박평형수의 온도를 높임으로써, 상기 선박평형수 내의 잔존하는 해양미생물을 사멸시키면서 동시에 상기 선박평형수 내의 이산화탄소를 배기ㆍ제거하여 상기 선박평형수의 수소이온농도를 해수의 수소이온농도에 근접시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리방법.
제 1 항에 있어서,

산도를 갖는 물질을 상기 선박평형수 처리탱크 내의 선박평형수에 가하고, 상기 선박평형수의 수소이온농도를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선박 엔진의 배출가스는 끄름 등의 입자상물질(PM)을 여과ㆍ제거하고 열교환에 의하여 냉각처리한 후, 상기 선박평형수에 주입하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선박평형수의 수소이온농도는 pH 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리방법.
제 2 항에 있어서,

배출되는 상기 선박평형수의 온도는 55℃ 이상인 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리방법.
선박에 설치되어 선박평형수 내 해양미생물을 분리ㆍ제거하는 선박평형수 처리장치에 있어서,

상기 선박평형수 처리장치는 상기 선박평형수를 저장하여 선박평형에 활용되는 선박평형수 탱크와 상기 선박평형수가 자유롭게 이동 가능하도록 연결되며, pH를 조절하여 상기 선박평형수 내에 살아 있는 해양미생물을 사멸ㆍ제거하는 선박평형수 처리탱크를 포함하되, 상기 선박평형수 처리탱크에 선박의 배출가스를 주입하여 선박평형수의 pH가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리장치.
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