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KR100982195B1 - 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템 - Google Patents

고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템 Download PDF

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KR100982195B1
KR100982195B1 KR1020100031938A KR20100031938A KR100982195B1 KR 100982195 B1 KR100982195 B1 KR 100982195B1 KR 1020100031938 A KR1020100031938 A KR 1020100031938A KR 20100031938 A KR20100031938 A KR 20100031938A KR 100982195 B1 KR100982195 B1 KR 100982195B1
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KR
South Korea
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water treatment
filter
ballast water
ballast
pipe
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KR1020100031938A
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English (en)
Inventor
손영준
송재경
이광현
김충일
송영덕
이환구
Original Assignee
(주)아쿠아이엔지
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Publication date
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Abstract

본 발명은 선박의 밸러스트수에 잔류하는 여러 형태의 수중생물 및 미생물들을 제거 또는 사멸시키기 위한 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1차적으로 필터형태로 제작된 수처리관을 설치하여 밸러스트수의 흐름 형태를 변형하여 50마이크로 이상의 수중생물에 물리적인 충격을 가하여 생물체를 제거하거나 혹은 손상시켜 생명력을 미약하게 만들고, 2차로 이중음극을 사용한 고효율 전기분해 장치를 설치하여 잔류염소를 발생시켜 잔류하는 수중생물 및 미생물들을 완전하게 제거하는 형태로 제작된 밸러스트수 처리장치에 관한 것이다. 또한 해양생물을 완전하게 제거하기 위하여 과잉 생산된 잔류염소 성분을 처리하여 자연 해수와 유사하게 복원이 가능하도록 설계된 중화처리장치를 포함하는 선박의 밸러스트수 처리 장치에 관한 것이다.

Description

고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템 {Ballast Water Treatment System with High Efficient Electrolyzing Apparatus}
본 발명은 선박의 밸러스트수에 잔류하는 여러 형태의 수중생물 및 미생물들을 제거 또는 사멸시키기 위한 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 필터형 수처리관에 의해 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가한 다음 이중음극을 사용한 고효율 전기분해 장치에 의해 잔류염소를 발생시켜 잔류하는 수중생물 및 미생물들을 완전 제거하고 잔류염소를 중화처리하여 자연 해수와 유사하게 복원하여 배출하는 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템에 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 미생물의 운반 및 질병발생 세균을 이동시키는 매체 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 해에서 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.
이러한 전기분해설비는 담수에서는 일정량의 염화나트륨(NaCl)을 투여하고, 해수에서는 해수 중에 약 3% 정도 포함되어 있는 염화나트륨으로부터 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하여, 차아염소산나트륨의 강한 살균력에 의한 담수 및 해양생물의 부착 및 번식을 방지하는데 활용하고 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.
그러나 대부분의 담수 또는 해수 전기분해 장치들에서 공통적으로 발생하는 문제들은 국내특허출원 제10-2005-0073408(2005.08.10)호의 "해수 전해설비의 전극 부착물을 감시하기 위한 장치" 및 국내출원 제10-2006-0126694호의 "정밀 스위칭 정류기를 이용한 해수, 담수 및 폐수의 전해처리방법 및 장치"에 언급하였듯이 전해설비에서 전극이나 전기분해조에 전기분해 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이나 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 다량으로 부착되어 전해전압 상승, 전극 손상 및 전해효율 저하 등의 많은 문제를 유발한다. 그리고 과다하게 생산된 밸러스트 처리수는 배출 지역의 해양생물에 피해를 가하는 원인으로 작용하게 된다.
그러므로 선박의 밸러스트 처리수 및 공업용 냉각수로 사용되고 있는 담수 또는 해수의 전기분해장치를 운전함에 있어 이물질의 부착을 줄여 전해 효율을 향상시킬 수 있는 방안과 과다 생성된 전해처리수에 의한 인근 해양오염을 최소화 할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 1차적으로 필터형태로 제작된 수처리관을 설치하여 밸러스트수의 흐름 형태를 변형하여 50마이크로 이상의 수중생물에 물리적인 충격을 가하여 생물체를 제거하거나 혹은 손상시켜 생명력을 미약하게 만들고, 2차로 이중음극을 사용한 고효율 전기분해 장치를 설치하여 잔류염소를 발생시켜 잔류하는 수중생물 및 미생물들을 완전하게 제거하며, 해양 생물을 완전하게 제거하기 위하여 과잉 생산된 잔류염소 성분을 처리하여 자연 해수와 유사하게 복원하여 배출이 가능하도록 구비된 중화처리장치를 포함하는 고효율 전기분해장치를 이용한 선박의 밸러스트수 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 선박의 밸러스트수 전기분해 소독처리장치에 있어서, 1차적으로 필터형 수처리관를 활용하여 50마이크로 이상의 미생물에 물리적인 충격을 가함으로써, 2차 처리장치인 전기분해조에서의 해양생물의 소독처리 효율을 향상시키고, 또한 상기 전기분해조의 내부에 전해수 흐름 진행방향으로 다수의 양전극판과 음전극판으로 이루어진 전극을 배치하여 정류기를 통하여 전류를 각각 공급할 수 있도록 하되 상기 양전극판과 대응하는 음전극판은 복수로 배치되어 어느 하나의 음전극판은 운전을 지속하고 또 다른 나머지 음전극판은 부착된 이물질을 탈락시키는 작용이 교대로 이루어지도록 하여 효율을 극대화시킬 수 있게 구비된 담수 또는 해수의 전기분해장치를 특징으로 한다. 더 나아가 선박의 밸러스트수를 해양에 배출하기전 중화장치를 통과하게 하여 과잉으로 생산된 잔류염소의 중화 효율을 높여 장치의 소형화 및 중화제를 최소로 사용할 수 있도록 구비하여 인근 해양 오염을 방지할 수 있도록 구성된 시스템을 특징으로 한다.
본 발명은 선박의 밸러스트수를 처리함에 있어 전기분해조 및 전극 구조를 변경하고, 전기분해조 전단에 밸러스트수의 1차 처리 단계를 도입하여 전기분해 효율을 극대화할 수 있도록 하였으며, 중화제의 효율을 향상시킬 수 있도록 최적의 중화장치를 구비하여 해양 오염을 방지하며 안정적으로 해양 미생물을 처리할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 밸러스트수 처리 시스템의 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 수처리관의 모식도
도 3, 4, 5, 6은 본 발명에 따른 수처리관 내부 필터형 격막들을 나타낸 개략도.
도 7, 8은 전기분해장치의 전극 배치형태를 나타낸 모식도.
도 9는 본 발명에서 배출되는 밸러스트 처리수에 있는 잔류염소를 중화제로 중화시켜 배출되도록 하는 중화장치의 개략도.
본 발명은 선박의 밸러스트수를 처리함에 있어, 차아염소산나트륨(NaOCl), 차아염소산(HOCl) 및 오존(O3) 등 산화성이 강한 물질을 생성함에 있어, 전기분해전압이 낮고, 전기분해 효율을 높일 수 있으며, 밸러스트 소독처리장치의 안정된 운전이 가능하고 이에 따른 경제적 이익을 얻을 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 또한 밸러스트수를 처리하여 해양 미생물을 사멸하고, 과잉 생산된 잔류염소를 중화처리하여 자연 해수와 유사한 형태로 배출함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 본 발명은 1차적으로 필터형태로 제작된 수처리관을 설치하여 밸러스트수의 흐름 형태를 변화시켜 50마이크로 이상의 수중생물에 물리적인 충격을 가하여 생물체를 제거하거나 혹은 손상시켜 생명력을 미약하게 만들고, 2차로 이중음극을 사용한 고효율 전기분해 장치를 설치하여 잔류염소를 발생시켜 잔류하는 수중생물 및 미생물들을 완전하게 제거하며, 해양 생물을 완전하게 제거하기 위하여 과잉 생산된 잔류염소 성분을 처리하여 자연 해수와 유사하게 복원하여 배출이 가능하도록 구비된 중화처리장치와, 상기 전기분해장치 전단에 필터형 수처리관을 설치하되 상기 수처리관의 내부에 필터형 격막을 복수로 설치하여 전기분해조의 효율을 증가시킬 수 있도록 한 것을 포함하는 선박의 밸러스트수 처리 장치를 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전기분해조의 효율 향상을 위하여 양전극판은 일직선상으로 배치되고 양전극판과 대응하여 배치되는 복수의 음전극판은 길이방향 일단부가 상호 좁아지거나 넓어지게 배치된 구성으로 전해수의 흐름 및 유속을 변화시켜 전기분해조 전극에 이물질이 부착되는 것을 최소화할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 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 선박의 밸러스트수 처리장치 있어서, 밸러스트수의 유입 관로상에 설치되어 유속의 흐름을 변형하여 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가하여 생물체를 사멸 또는 미약하게 만드는 필터형 수처리관(40)과, 상기 필터형 수처리관(40)의 출구방향 관로에 설치되어 이중음극을 사용한 밸러스트수 처리용 전기분해장치에 의해 잔류염소를 발생시켜 잔류하는 수중생물 및 미생물들을 완전하게 제거하는 전기분해조(10)와, 상기 전기분해조(10)에서 밸러스트 탱크를 거쳐 배출되는 밸러스트 처리수에 있는 잔류염소를 중화제로 중화시켜 배출되도록 하는 중화장치(50)와, 상기 전기분해장치 전단에 필터형 수처리관(40)을 설치하되 상기 수처리관(40)의 내부에 필터형 격막(41)을 복수로 설치하여 전기분해조(10)의 효율을 증가시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
즉, 도 1에서 나타내었듯이 1차적으로 필터형 수처리관(40)를 활용하여 50마이크로 이상의 미생물에 물리적인 충격을 가하여 해양생물들의 일부를 사멸시키거나 약하게 만들어 소독처리 장치인 전기분해조(10)에서의 처리 효율을 향상시키도록 구비되었으며, 또한 선박의 밸러스트수 처리수의 미생물을 완전하게 제거하기 위하여 과잉으로 생산된 잔류염소의 중화 효율을 높이며, 장치의 소형화 및 중화제를 최소로 사용할 수 있도록 중화장치(50)로 구비하여 밸러스트 탱크에서 밸러스트 처리수를 배출함에 있어 인근 해양 오염을 예방할 수 있도록 구성된 시스템으로 이루어져 있으며, 상기 수처리관(40)은 전기분해장치 전단에 설치하되 수처리관(40)의 내부에 복수의 필터형 격막(41)을 설치하여 전기분해조(10)의 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 밸러스트 처리 시스템에 사용한 필터형 수처리관의 모식도이다. 관로의 일부 혹은 전부를 50마이크로 이하의 필터형 격막(41)으로 차단하여 50마이크로 이상의 해양생물에 물리적인 충격을 가하면서, 해수의 흐름에 영향을 최소화하는 형태를 갖는다. 필터형 격막(41)의 전후단의 압력 차이에 의하여 필터형 격막의 자동 세척이 가능한 구조이며, 상기 수처리관(40)에 설치된 필터형 격막(41)은 필터의 크기가 최대 100마이크로에서 최소 25마이크로로 함이 바람직하다.
도 3과 도 4는 수처리관 내부에 복수로 설치된 필터형 격막(41)의 구조를 나타낸 것이다. 크기가 50마이크로 이상의 수중 생물에 충격을 극대화하기 위하여 격막지지대(43)에 부채꼴 모양의 필터형 격막(41)을 상하 혹은 좌우로 번갈아 설치하였으며, 상기 수처리관(40)의 필터형 격막(41)은 관 내경과 비교하여 최대 95%에서 최소 30% 단면적으로 구비되고 45도에서 180도 간격으로 회전시킨 형태로 설치하여 유체의 흐름 형태를 변형시킨 구조를 갖도록 한다.
도 5는 수처리관 내부에 설치된 필터형 격막(41)의 상세 구조를 나타낸 것으로, 수처리관(40)에 설치된 필터형 격막(41)의 양면에 타공된 필터지지판(44)을 설치한 구조로 되어 있다.
도 6은 내부에 설치된 필터형 격막 표면의 막힘을 방지하기 위한 배플(45)의 모양을 나타낸 것으로, 필터형 격막(41) 표면에 이물질이 부착될 경우 역류가 발생하여 표면의 이물질을 제거하는 필터(42)의 자동 세척이 가능하도록 한다.
도 7 및 도 8의 밸러스트수 전기분해장치에 있어서, 일측에 유입부(12)가 구비되고 타측에 배출부(14)가 구비되어 담수 또는 해수로 된 전해수가 통과되도록 한 전기분해조(10)와, 상기 전기분해조(10)의 내부에 전해수 흐름 진행방향으로 다수의 양전극판(20)과 음전극판(30)으로 이루어진 전극을 배치하여 정류기(미도시)를 통하여 전류를 각각 공급할 수 있도록 하되 상기 양전극판(20)과 대응하는 음전극판(30)은 복수로 배치되어 어느 하나의 음전극판(30)은 운전을 지속하고 또 다른 나머지 음전극판(30)은 부착된 이물질을 탈락시키는 작용이 교대로 이루어지도록 하여 장시간 전기분해조 운전이 가능하도록 한다
그리고 상기 전기분해조(10)의 내부를 통과하는 전해수의 흐름 진행방향에 배치되는 양전극판(20)과 복수의 음전극판(30)은 평면상에서 상호 일직선상으로 배치되어 양측간의 폭이 등간격(30a)으로 구비되는 평행을 이루는 형태로 배치된다.
도 9는 배출되는 밸러스트 처리수에 있는 잔류염소를 중화제로 중화시켜 배출되도록 하는 중화장치(50)를 나타낸 것으로, 상기 중화장치(50)는 중화제 투입구(52)로 부터 유입되는 중화제와 배출되는 처리수의 혼합 효과를 높이기 위하여 내부에 타공된 다공성 격막(51)을 설치한 구조로 되어 있으며, 격막의 타공된 비율은 전체 격막 면적의 50% 이상인 것을 사용하였다.
상기와 같은 선박의 밸러스트수를 처리할 수 있도록 한 본 발명의 밸러스트수 처리 시스템에 따른 여러 비교 실시예를 다음에 수록하였다.
[실시예 1-3]
밸러스트수 처리 시스템은 50마이크로 필터형 격막이 설치된 수처리관(지름 2.5cm, 길이 25cm)과 내부공간이 가로 10cm, 세로 20cm, 높이 10cm인 전기분해장치에 1조가 양전극판과 음전극판 2장으로 이루어진 전극 4조를 설치하여 밸러스트수 소독 처리에 사용하였으며, 과잉 생산된 잔류염소 중화처리를 위하여 지름 20cm, 길이 50cm의 중화장치를 제작하여 사용하였다. 사용된 해수의 염도는 2.9% 였으며, 유량은 5톤/시간의 조건에서 직류전류를 공급하면서 전기분해반응과 중화반응을 실시하였다.
실시예 공급전류(A) 전해전압(V) 잔류염소(ppm) 중화제투입량(L/min) 중화제 효율(%)
1 32.1 4.10 3.7 1.2 90
2 43.4 4.63 6.5 2.0 95
실시예 처리후 경과일(day) 잔류염소량(ppm)


3

 0(처리 당일) 6.6
1 5.4
4 4.5
6 4.4
11 3.0
전단에 필터형 수처리관을 설치하고, 양전극판과 대응되는 음전극판을 복수로 구비하여 전기분해장치를 운전하였더니 소독처리한 해수의 잔류염소량의 시간에 따른 변화가 적었으며, 이물질의 부착에 의한 전압상승을 최소화하여, 밸러스트수의 소독처리효과 지속시간의 증가 및 전기분해장치의 효율을 향상시킬 수 있었다. 따라서 필터형 수처리관을 설치에 따른 잔류염소량의 변화가 적음으로, 일정기간 소독효과를 유지하기 위한 초기생성된 잔류염소량을 감소시킬 수 있으며 이에 따른 중화제의 사용을 최적화 할 수 있어서 중화처리 장치를 최소화할 수 있었다.
[실시예 4-6]
50마이크로 필터형 격막이 설치된 수처리관(지름 2.5cm, 길이 25cm)을 설치하고 50마이크로 이상의 다양한 수중 생물(알테미아(Artemia), 로티퍼(Rotofer) 등)을 투여한 해수를 통과시켜 생존하고 있는 수중생물을 확인하였다. 수중 생물의 개체수는 약 1백만 개체 정도를 초기에 투여하였으며, 유속을 44, 63, 83 L/min으로 변화시키며, 수처리관을 통과한 미생물 중에 생존한 개체수를 확인하였다.
실시예 4 5 6
유속 44 L/min 63 L/min 83 L/min
생존 개체수 618,000 588,000 192,000
초기 투여 개체수 1,050,660
위의 표에서 보듯이 유속이 증가할수록 수처리관에 의한 50마이크로 이상의 미생물 처리 효율이 증가함을 확인하였다. 그러나 100마이크로 이상의 필터를 응용한 필터형 격막을 설치할 경우 미생물의 제거에 큰 효과가 없었으며, 너무 작은 크기(25마이크로 이하)의 필터를 사용할 경우 내부 압력이 증가하는 문제점이 발생하였다. 또한 필터형 격막의 단면 크기가 증가할수록 장치가 커지며, 단면 크기가 작아지면, 효과가 줄어드는 문제가 발생하였다. 즉, 미생물 처리 효율성을 고려하여 수처리관(40)의 필터형 격막(41)이 관 내경과 비교하여 최대 95%에서 최소 30% 단면적으로 설계된 밸러스트수 처리장치에서 기대 효용성을 보임을 확인하였다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
10 : 전기분해조 12 : 전해조 유입부
14 : 전해조 배출부 20 : 전기분해용 양극
30 : 전기분해용 음극 40 : 필터형 수처리관
41 : 필터형 격막 42 : 필터
43 : 격막지지대 44 : 필터지지판
45 : 배플 50 : 중화장치
51 : 다공성 격막 52 : 중화제 투입구

Claims (10)

  1. 밸러스트수 처리 시스템에 있어서,
    밸러스트수의 유입 관로상에 설치되어 유속의 흐름을 변형하여 수중생물 및 미생물에 물리적 충격을 가하여 생물체를 사멸 또는 미약하게 만드는 필터형 수처리관(40)과,
    상기 필터형 수처리관(40)의 출구방향 관로에 설치되어 이중음극을 사용한 밸러스트수 처리용 전기분해장치에 의해 잔류염소를 발생시켜 잔류하는 수중생물 및 미생물들을 완전하게 제거하는 전기분해조(10)와,
    상기 전기분해조(10)에서 밸러스트 탱크를 거쳐 배출되는 밸러스트 처리수에 있는 잔류염소를 중화제로 중화시켜 배출되도록 하는 중화장치(50)와,
    상기 전기분해장치 전단에 필터형 수처리관(40)을 설치하되 상기 수처리관(40)의 내부에 필터형 격막(41)을 복수로 설치하여 전기분해조(10)의 효율을 증가시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수처리관(40)에 설치된 필터형 격막(41)은 필터의 크기가 최대 100마이크로에서 최소 25마이크로로 됨을 특징으로 하는 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수처리관(40)의 필터형 격막(41)은 관 내경과 비교하여 최대 95%에서 최소 30% 단면적으로 구비됨을 특징으로 하는 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 수처리관(40) 내부에 설치된 필터형 격막(41)은 45도에서 180도 간격으로 회전시킨 형태로 설치하여 유체의 흐름 형태를 변형시킨 구조를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수처리관(40)에 설치된 필터형 격막(41)의 양면에 타공된 필터지지판(44)을 설치한 구조로 됨을 특징으로 하는 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 필터지지판(44)의 끝단에 배플(45)을 설치하여 필터형 격막(41) 표면에 이물질이 부착될 경우 역류가 발생하여 표면의 이물질을 제거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 전기분해장치를 이용한 밸러스트수 처리 시스템.
  10. 삭제
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