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KR101822210B1 - 수 처리 방법 및 수 처리 장치 - Google Patents

수 처리 방법 및 수 처리 장치 Download PDF

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KR101822210B1
KR101822210B1 KR1020127024968A KR20127024968A KR101822210B1 KR 101822210 B1 KR101822210 B1 KR 101822210B1 KR 1020127024968 A KR1020127024968 A KR 1020127024968A KR 20127024968 A KR20127024968 A KR 20127024968A KR 101822210 B1 KR101822210 B1 KR 101822210B1
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크누트센 볼라스트반 아스
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Abstract

밸러스트 수 처리 방법으로서, 밸러스트 수는 다운 파이프(1)를 통하여 밸러스트 탱크 내로 운반되고, 다운 파이프(1)의 상부에서 생성되는 감압이 밸러스트 수에서 가스 버블의 형성을 유도하고, 밸러스트 수가 다운 파이프(1) 내로 유동하기 전에, 스로틀링 밸브(14)를 통하여 다운 파이프(1)의 상부에서의 밀폐 컨테이너(4) 내로 운반되고, 밀폐 컨테이너(4)는 다운 파이프(1)의 유동 면적(b)보다 더 큰 유동 면적(B)을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

수 처리 방법 및 수 처리 장치{METHOD AND DEVICE FOR TREATMENT OF WATER}
본 발명은 수 처리 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 수 처리, 통상적으로, 밸러스트 수(ballast water)가 다운 파이프를 통하여 밸러스트 탱크 내로 운반되고, 다운 파이프의 상부에서 생성되는 감압(underressure)이 밸러스트 수에서의 가스 버블 형성을 유도하는 밸러스트 수 처리 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명을 실행하기 위한 장치를 포함한다.
선박 기술 이유로, 선박이 항해하는 중일 때, 선박에 약간의 카고가 있어야만 한다. 공지된 바와 같이, 비-유입-발생 카고는 밸러스트로 지칭된다.
염수의 비교적 용이한 선적 및 하역 때문에, 밸러스트로 염수가 광범위하게 사용된다. 그러나, 상당히 많은 종의 생물체가 선적 위치로부터 하역 위치로 밸러스트 수에 옮겨진다.
생물체의 상당 부분이 이송 동안에 죽고, 하역 위치에 방출될 때 더 많이 죽는다. 그러나, 양호한 조건 하에서, 생식력 있는 저장분은 살아 남알 수 있다. 외부 생물체를 새로운 장소로 유입하는 것은 무엇보다도 바다 전체 영역에서의 어장에 비극적인 결과를 가져온다고 알려져 있다.
생물체를 무해하게 하는 관점으로 밸러스트 수 처리를 위해 새로운 지향점은 국제적인 문제로 이끌어 내지고 있다. 이러한 지향점은 밸러스트 수 처리는 안전해야만 하고, 환경적으로 용인가능해야만 하고, 사용에 합리적이여야 하고, 효과가 있어야만 한다는 것을 강조한다.
큰 생물체, 예를 들면, 가재를 말살하기 위하여, 밸러스트 수를 감압 상태에 노출하는 것이 알려져 있다. 박테리아 및 바이러스도 말살하기 위하여 화학제로 밸러스트 수를 처리하는 것이 알려져 있다.
사용되는 화학제의 일부는 하역 부지에서 환경에 부정적 영향을 가지는 것으로 예상된다.
문서 WO 2009/022913은 밸러스트 수 처리 방법을 기재하고 있고, 감압 및 밸러스트 수에 가스 버블을 생성하기 위하여, 밸러스트 수는 다운 파이프를 통하여 운반된다.
문서 WO 2005/009907은, 다른 것들 가운데 밸러스트 수의 산소 함량을 감소시키기 위한 다운 파이프에서 밸러스트 수 처리를 다룬다.
물의 UV 복사라 불리는 물의 자외선 복사는, 다른 것들 가운데 식수에서 병원균 생물체를 무해하도록 하는 것으로 공지되어 있다. 또한, 예를 들면, 밸러스트 수, 분사 수, 및 비-병원균 생물체가 바람직하지 않게 살아 있는 다른 목적용 물로부터 비-병원균 생물체를 말살하기 위하여, UV 복사를 사용하는 것이 공지되어 있다.
UV 복사는, 물이 비교적 강한 UV 광 필드를 통하여 운반되는 소위 UV 골재(UV aggregates)에 의해 실행된다. 생물체에 대한 UV 광의 영향은 누적되고, 그 중에서도 UV 램프의 강도, UV 램프로부터 생물체의 거리, 지배 온도(prevailing temperature), 또한 생물체가 UV 광에 머무르는 시간에 의존한다. UV 골재를 통과하는 물의 유동 속도는, UV 광에서 생물체가 말살되기 위한 충분한 체류 시간을 물과 생물체에 제공하기 위하여 보통 비교적 느리다.
고밀도 거주 영역에서의 식수 또는 선박의 선상 상의 밸러스트 수와 같은 물의 주 흐름이 처리될 때, 상당한 크기의 UV 골재가 필요하고, 따라서 또한 상당한 에너지 소비를 가진다.
원하는 효과를 달성하기 위하여, 화학제가 액체 내로 투여된다. 예를 들면, 고가의 또는 환경에 유해한 다양한 성분의 화학제는 관련 화학제의 소비를 최소한의 가능한 수준으로 유지하는 것을 가능하게 한다.
물에 있는 생물체를 무해하게 하는 수 처리는 공지되어 있고, 다양한 분야에서 사용된다. 예를 들면, 병원 생물체를 무해하게 하기 위하여 식수에 예를 들면 염소를 첨가하는 것은 일반적이다. 또한, 예를 들면, 밸러스트 수, 분사 수, 및 비-병원균 생물체가 바람직하지 않게 살아 있는 다른 장소로부터 비-병원균 생물체를 말살하기 위하여, 종종 이산화염소(ClO2) 형태의 염소와 같은 화학제를 사용하는 것은 공지되어 있다.
신뢰성 있는 효과를 달성하기 위하여, 이러한 화학제는 일반적으로 3-4ppm의 양으로 첨가된다. 이는, 사용 후 자연으로 일반적으로 배출되는 관련 화학제 또는 화학물의 비교적 많은 소비를 야기할 수 있어, 환경적으로 우려된다.
밸러스트 수를 제외하고 물로부터 지질 및 탄화수소의 분리는 다양한 상황에서 수행된다. 이는, 석유 유정으로부터 제조된 물을 처리하거나 또는 유제품 회사, 상업용 주방 또는 도살장에서의 공정 수로부터 지질을 분리하는 것만큼 광범위하게 사용될 수 있다.
종래 기술은 부유, 원심분리, 막 기술 또는 사이클론의 사용과 같은 다양한 기술을 포함한다. 액적(droplet)이 표면으로 다르게 올라올 수 없는 곳에서 액적을 응집하기 위하여 물에서 액적 응집의 다른 형태가 또한 사용된다.
사용되는 다수의 공지의 방법의 공통된 점은, 공정에서 배출되는 물에는 여전히 일부의 잔류 지질 또는 잔류 탄화수소가 있다는 것이다. 이러한 작은 잔유물을 제거하여 공공의 필요조건에 따라 수용될 수 있는 순도를 얻기 위해서는 비교적 고비용이 될 수 있다.
본 발명은, 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 해결하거나 또는 감소시키는 것을 본 발명의 목적으로 가진다.
본 발명에 따른 목적은, 아래의 기재 및 그에 따르는 청구항에 특정되는 특징부를 통하여 달성된다.
통상적으로 밸러스트 수의 수 처리 방법이 제공되고, 밸러스트 수는 다운 파이프를 통하여 밸러스트 탱크 내로 운반되고, 다운 파이프의 상부에서 생성되는 감압이 밸러스트 수에서 가스 버블의 형성을 유도한다. 본 방법은, 밸러스트 수가 다운 파이프로 유입되기 전에, 스로틀링 밸브를 통하여 다운 파이프의 상부에서의 밀폐 컨테이너 내로 운반되고, 밀폐 컨테이너는 다운 파이프의 유동 단면 영역보다 더 큰 유동 단면 영역을 가지는 것을 특징으로 한다.
입구 압력, 스로틀링 면적, 컨테이너 유동 단면 영역, 다운 파이프 유동 단면 영역, 및 다운 파이프의 길이의 적절한 선택에 의해, 스로틀링을 가로질러 상당한 압력 감소가 달성될 수 있고, 동시에, 컨테이너에서의 밸러스트 수는 비등한다. 이러한 압력 감소 및 이 후의 컨테이너에서의 잔류 시간은 진핵 생물체 군에 속하는 상당히 다수의 종을 말살시키는데 충분하다.
컨테이너 또는 컨테이너의 적어도 상부에서 비등 상태를 유지하는 것이 필요하다. 이러한 비등 상태가 없다면, 공기를 포함하는 가스로서, 밸러스트 수로부터 분리된 가스는 컨테이너 및 다운 파이프에서 증가 부피를 차지할 것이고, 따라서 컨테이너 및 다운 파이프의 상부에서의 감압이 상당히 감소된다.
개방 채널 유압 이론에서, 소위 프라우드 수(Froude number)가 공지되어 있다. 무차원인 프라우드 수(F)는 유체 상에 작용하는 관성력과 중력 사이의 비로 정의되고,
Figure 112012077460270-pct00001
여기서, V = 유체 속도(m/s), g = 지구 중력(m/s^2), hm = 유압 평균 깊이이다.
공식에서 유압 평균 깊이(hm)를 파이프 지름(D)으로 변경함으로써, 수식이 적절한 파이프 지름의 선택에 적합하게 되는 것으로 밝혀진다.
Figure 112012077460270-pct00002
개발 작업 동안에, 컨테이너의 프라우드 수는 0.2 미만이 되어야 하고, 반면에 다운 파이프의 프라우드 수는 0.3 초과가 되어야 한다는 것이 밝혀졌다. 일반적인 바다 온도의 밸러스트 수를 구비한 컨테이너에서 충분한 비등 효과를 달성하기 위해서는 다운 파이프의 수직 높이가 10미터를 초과해야만 한다.
유동 저항이 컨테이너에서의 압력을 증가시킬 수 있기 때문에, 다운 파이프로부터의 출구는 자유로워야 한다.
최상의 기능은, 컨테이너에서의 프라우드 수가 0.1 미만, 다운 파이프에서의 프라우드 수가 08. 내지 1.7일 때 달성된다.
밸러스트 수 처리 방법은,
- 분리 몸체의 관통 개구부를 형성하는 단계로서, 개구부는 유동 방향에서 분기하는 관통 개구부 형성 단계;
- 밸러스트 수에서의 압력을 증가시키는 단계; 및
- 개구부의 크기가 1.5mm 미만인 개구부를 통하여 밸러스트 수를 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
물이 개구부의 개구부 크기를 통하여 유동된 이후, 최대 가능한 정도의 개구부 하류에서의 압력 증가를 방지하기 위하여 개구부는 분기로 형성된다. 압력 감소 및 개구부 크기의 적절한 선택에 의하여, 실험은, 밸러스트 수에서의 생물체의 상당 부분이 개구부 유동 통과 동안에 말살되는 것을 보여준다. 더 큰 압력 감소 및 더 작은 개구부 크기는 더 큰 말살률을 제공한다. 개구부는, 예를 들면, 비교적 긴 슬롯 또는 임의 단면의 개구부로 구성될 수 있다. 순수하게 실습 결과로서, 0.75 내지 1mm 사이의 개구부 크기를 가진 슬롯이 적어도 3bar의 압력 감소로 양호한 결과를 제공한다는 것이 밝혀졌다.
본 방법은 관통하는(through-going) 커버 개구부를 구비한 커버로 개구부를 커버하는 단계를 더 포함할 수 있다.
생물체가 비교적 빠른 속도로 커버와 충돌하기 때문에 생물체의 상당 부분이 죽는 것이 밝혀졌다.
본 방법은 대기압 이하로 개구부의 하류 압력을 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 압력은 지배 온도, 통상적으로 물 온도에서 물이 비등할 때까지 감소될 수 있다.
물의 적어도 일부가 분리 몸체의 하류에서 증기 형태로 됨으로써, 개구부로부터 유출되는 물은 비교적 자유롭게 커버, 더 나아가 커버의 하류 측 방향으로 유동한다.
본 방법은, 분리 몸체를 출구를 구비한 기밀 컨테이너로 둘러싸는 단계를 더 포함할 수 있고, 이 컨테이너는 0.3 미만, 바람직하게는 0.2 미만인 프라우드 수를 가진다.
따라서, 개구부의 하류에서 감압을 유지하는 것이 더 용이하고, 동시에 앞서 언급된 프라우드 수는, 물에서 방출되는 공기가 컨테이너에 축적되지 않고, 컨테이너에서 빠져나가는 물 유동에 의해 함유되는 것을 방지하는데 기여한다.
본 방법은 물에서의 UV 복사 효과를 향상시키는 방법을 포함할 수 있고, 물은 처리 플랜트를 통과하는 물 흐름으로 유동하고, 본 방법은,
- 지배 물 온도에서 물이 비등 되도록 하는 감압 상태에 물을 노출시키는 단계;
- 물이 적어도 부분적으로 증기 형태로 되면서 UV 복사에 물을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
놀랍게도, 생물체가, 있다면 증기 및 다른 가스 형태로 가스의 상당 부분을 가지는 물을 포함하는 유체에 있으면서, 생물체를 복사에 노출시킴으로써, 물에서의 생물체 상에 UV 복사의 효과가 상당히 향상된다고 밝혀졌다. 유체는, 액체의 부피 비보다 더 큰 증기 및 가스의 부피 비를 가질 수 있다.
이는, 물에서 버블이 있을 때 UV 복사의 효과는 감소 된다고 주장되어, 따라서 UV 처리 전에 물에서 버블의 형성을 방지하려고 하는 이 분야에서 정립된 지식의 것과 반대 방향으로 결론에 이른다.
물에서부터 방출되는 가스는, 압력이 감소됨에 따라 물로부터 방출되는 가스, 예를 들면, 공기를 의미한다.
실험은, UV 광 강도가 50% 미만으로, 어떤 경우에 있어서는 일반적인 투여의 70%으로 감소됨에도 여전히 초기 효과를 유지할 수 있다는 것을 보여준다.
본 방법은, 물을 컨테이너에서 감압 상태에 노출시켜, 물이 적어도 컨테이너 또는 컨테이너의 하류에서 UV 복사에 노출되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 방법은 배치하는 것이 비교적 용이하고 합리적이다. 물이 컨테이너에서의 감압 상태에 노출되기 전에, 물 유동을 스로틀하는 것이 적합할 수 있다. 이것은 컨테이너에서 원하는 감압의 조절을 용이하게 한다.
본 방법은 물에서의 생물체 상에 화학제의 효과를 향상시키는 단계를 포함할 수 있고, 물은 처리 플랜트를 통과하는 흐름으로 유동하고, 본 방법은,
- 물 내에 화학제를 공급하는 단계;
- 지배 물 온도에서 물이 비등하도록 하는 감압 상태에 물을 노출시키는 단계;
- 물, 및 물로부터 방출되는 가스를 포함하는 유체의 물에 있는 생물체 상에 화학 작용을 가능하게 하는 단계를 포함한다.
유체는, 액체의 부피 비보다 더 큰 증기 및 가스의 부피 비를 가질 수 있다.
놀랍게도, 생물체가, 있다면 증기 및 다른 가스 형태로 가스의 상당 부분을 가지는 물을 포함하는 유체에 있으면서, 생물체를 화학제에 노출시킴으로써, 물에서의 생물체 상의 화학 작용의 효과가 상당히 향상된다고 밝혀졌다.
실험은, 첨가되는 이산화염소의 비가 일반적인 3-4ppm 수준에서 0.5-1ppm으로 감소됨에도 여전히, 초기 효과를 유지할 수 있다는 것을 보여준다.
본 방법은, 화학제가 물에 첨가되면서 또는 화학제가 물에 첨가된 이후에, 물을 컨테이너에서의 감압 상태에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 방법은 배치하는 것이 비교적 간단하고 합리적이다. 물이 컨테이너에서의 감압 상태에 노출되기 전에, 물 유동을 스로틀하는 것이 적합할 수 있다. 이것은 컨테이너에서 원하는 감압의 조절을 용이하게 한다.
본 방법은 물에서의 적어도 지질 및 탄화수소의 분리를 포함할 수 있고, 물은 처리 플랜트를 통과하는 흐름으로 유동하고, 본 방법은,
- 지배 물 온도에서 물이 비등 되도록 하는 감압 상태에 물을 노출시키는 단계;
- 적어도 지질 또는 탄화수소, 물, 및 물로부터 방출되는 가스를 포함하는 유체의 물에서 적어도 지질 또는 탄화수소를 분리하도록 하는 단계; 및
- 압력 증가 이후에 적어도 지질 또는 탄화수소가 물의 표면에 부유하도록 하는 단계를 포함한다.
유체는, 액체의 부피 비보다 더 큰 증기 및 가스의 부피 비를 가질 수 있다.
놀랍게도, 상기 처리 동안에 비등하고 있는 지질 및 탄화수소는, 물이 다시 고압, 통상적으로 대기압으로 된 이후에 단지 사소한 정도만 물에서 용해된다는 것이 밝혀졌다. 따라서 지질 및 탄화수소는 물 표면에 떠오르고, 이로부터, 지질 및 탄화수소는 공지된 방식으로 걷어내질 수 있다.
본 방법은, 물을 컨테이너에서의 감압 상태에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법은 배치하는 것이 비교적 간단하고 합리적이다. 물이 컨테이너에서의 감압 상태에 노출되기 전에, 물 유동을 스로틀하는 것이 적합할 수 있다. 이것은 컨테이너에서 원하는 감압의 조절을 용이하게 한다.
본 발명에 따른 방법은, 밸러스트 탱크 내로 물, 통상적으로 밸러스트 수용 다운 파이프에 의해 실행될 수 있고, 다운 파이프에서 감압은 밸러스트 수에서의 가스 버블의 형성을 유도하고, 스로틀링 장치를 통하여 밀폐 컨테이너와 연통하는 입구 파이프로서, 밀폐 컨테이너는 다운 파이프의 상부에 연결되고, 밀폐 컨테이너는 다운 파이프의 유동 단면보다 더 큰 유동 단면을 가지는 것을 특징으로 한다.
앞서 언급된 바와 같이, 컨테이너의 프라우드 수는 0.2 미만이어야만 하고, 다운 파이프의 프라우드 수는 0.3 초과이어야만 한다.
스로틀링 장치는 유동 속도에 대한 스로틀 단면의 설정을 용이하게 하기 위하여 스로틀링 밸브에 의해 구성될 수 있다.
컨테이너에서의 감압을 더 잘 유지할 수 있도록 하기 위하여, 컨테이너의 출구에 와류 방지부를 배치하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.
컨테이너는 더 작은 생물체를 말살시키기 위하여 자외선 광을 생성하는 램프(UV 램프)를 구비할 수 있다. UV-광원은 컨테이너 상에 또는 컨테이너 안에서, 가능하게는 컨테이너의 밀폐 선박에 배치될 수 있다.
컨테이너 또는 다운 파이프는, 예를 들면, 이산화염소 또는 염화수소 형태의 화학제용 공급부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 컨테이너에서 처리가 이루어질 때, UV 광 및 화학제의 효과가 상당히 증가 된다는 것이 밝혀졌다.
앞서 언급된 바와 같이, 다운 파이프의 상부에서 바닷물의 충분한 감압을 달성하기 위하여, 감압이 생성되는 다운 파이프는 충분한 높이, 예를 들면, 선박의 갑판 위로, 통상적으로 대략 10미터로 형성될 수 있다.
0.01bar로 하강하는 절대 압력이 다운 파이프의 상부에서 달성될 수 있다. 따라서 생물체는 대기압으로부터 살상되는 압력 강하에 노출된다. 실험은, 어떤 큰 생물체는 이러한 압력 강하에서도 살아남는 것을 보여주고, 더 큰 압력 강하가 적합할 수 있다.
다운 파이프는 더 높은 압력 하에서 밸러스트 수로 공급될 수 있다. 예를 들면, 2bar의 스로틀링 상류에서 절대 압력을 선택함으로써, 적어도 100배 압력 강하가 달성되고, 절대 입구 압력이 4bar가 된다면 이것은 두 배가 된다. 이러한 상승된 압력 강하는, 예를 들면, 가재 및 연체동물과 같은 큰 생물체가 갑자기 이런 처리를 겪을 때 큰 생물체가 말살되는 것을 보장하는데 기여할 것이다.
이 장치는, 유동 방향에서 분기하는 적어도 하나의 개구부를 구비하는 분리 몸체를 포함할 수 있고, 개구부의 개구부 크기는 1.5mm 미만이다.
상류 압축된 물을 하류 물로부터 분리시키는 분리 몸체는 예를 들면, 파이프로 구성될 수 있다. 분리 몸체는 구획들로 설계될 수 있고, 강화 리브로 형성될 수 있다. 일반적으로, 분리 몸체는 다수의 개구부로 형성된다.
관통 개구부의 외측으로 넓어지는 개구부 각도는 45도 초과이다. 물 온도 및 압력에 따라서, 45 내지 120도 사이의 개구부 각도가 만족스럽게 작동되는 것으로 밝혀졌다. 비교적 작은 개구부 각도는 분리 몸체의 주어진 영역 내에 다수의 개구부를 배치하는 것을 가능하게 한다. 70 내지 110도 사이의 각도가 효과 및 분리 몸체의 가능한 개구 면적에 관하여 가장 실용적인 것으로 보인다.
개구부는 관통하는 커버 개구부를 구비한 커버에 의해 커버될 수 있다. 커버는 분리 몸체의 바로 외측의 하류에 배치될 수 있다. 커버 개구부의 개구부 크기는 개구부의 개구부 크기의 0.5 내지 1.5배 사이지만, 바람직하게는, 커버의 전체 유동 면적이 분리 몸체의 전체 유동 면적보다 크게 되도록 채택되어야 한다.
개구부를 구비한 분리 몸체는, 연결된 다운 파이프 하류와 함께, 비교적 용이하게 컨테이너에서의 감압의 수립 및 유지를 가능하게 하는 출구를 구비한 기밀 컨테이너에 의해 밀폐될 수 있다. 컨테이너의 지름은, 예를 들면, 흐르지 않는 물 및 증기에 의해 개구부에서 빠져나가는 유체 유동이 막히지 않도록 충분히 커야만 한다. 컨테이너는 직립형 또는 누임형이 될 수 있다.
개발 작업 동안에, 컨테이너의 프라우드 수는 0.3 미만이 되어야 하는 반면에, 다운 파이프의 프라우드 수는 0.3 초과가 되어야 한다는 것을 알아냈다. 일반적인 바다 온도에서 밸러스트 수를 구비한 컨테이너에서 충분한 비등 효과를 달성하기 위하여 다운 파이프의 수직 높이는 10미터를 초과해야 한다. 다운 파이프의 길이는, 또한, 너무 커서는 안 된다는 것을 알아냈고, 12.5m를 초과하는 길이는, 일부 경우에서, 바람직하지 않은 유동 패턴에 기여한다는 것이 밝혀졌다.
출구와 관련되어 유동 저항이 컨테이너에서의 압력을 증가시킬 수 있기 때문에, 다운 파이프로부터의 출구는 비교적 자유로워야 한다. 컨테이너 및 다운 파이프의 하부에서의 수용부는 모두 다운 파이프보다 더 큰 지름을 가진다.
분리된 공기가 이후 컨테이너에서 빠져나오고, 동시에 원하는 비등 효과가 유지되기 때문에, 최상의 기능은, 컨테이너에서의 프라우드 수가 0.1 내지 0.2 사이일 때, 달성된다. 다운 파이프에서의 프라우드 수는, 최상의 가능한 수용량을 제공하기 위하여 0.8 내지 1.7사이어야 한다.
분리 몸체에서 가능한 유동 면적은, 예를 들면, 소위 슬라이드 밸브에 의해 조절될 수 있다.
분리 몸체의 상류에서 압력은 적합한 효과가 발생될 때까지 증가될 수 있다. 필요한 압력 감소는 개구부의 개구부 크기에 의존한다. 실험은, 0.8mm의 개구부 크기를 가지는 개구부를 가로지르는 3bar 이상의 압력 감합이 수용가능한 효과를 달성하기 위하여 필요하다는 것을 보여준다.
개구부에 대하여 0.01bar로 하강하는 하류 절대 압력을 배치함으로써, 생물체는 대기압으로부터 살상되는 압력 강하에 노출될 것이다. 상류 압력이 2bar로 증가될 때, 예를 들면, 적어도 100배 압력 강하가 달성되고, 절대 입구 압력이 4bar로 선택되면 이것은 두 배가 된다.
이 장치는, 물에서 UV 복사의 효과를 향상시키기 위한 장비를 포함할 수 있고, 물은 처리 플랜트를 통과하여 유동하고, 물은 컨테이너 내로 운반되고, 여기서 물은, 지배 물 온도에서 물이 비등 되도록 하는 감압 상태에 노출되고, 플랜트는 적어도 컨테이너의 안 또는 하류에 UV 플랜트를 구비한다.
컨테이너에서의 감압은 하류에 연결된 펌프에 의해 제공될 수 있다.
이 장치는, 물에서 생물체 상의 화학제 효과를 향상시키기 위한 장비를 포함할 수 있고, 물은 처리 플랜트를 통과하여 유동하고, 물은 컨테이너 내로 운반되고, 여기서 물은, 지배 물 온도에서 물이 비등 되도록 하는 감압 상태에 노출되는 것을 특징으로 한다.
입구 파이프 또는 컨테이너는 예를 들면, 이산화염소, 염화수소, 오존 또는 금속 이온 형태의 화학제용 공급부를 구비할 수 있다.
본 장치는, 물에서 적어도 지질 또는 탄화수소를 분리하기 위한 장비를 포함할 수 있고, 물은 처리 플랜트를 통과하여 유동하고, 물은 컨테이너 내로 운반되고, 여기서 물은, 지배 물 온도에서 물이 비등 되도록 하는 감압 상태에 노출된다.
향상된 UV 복사 효과 및 생물체 상에 화학제의 효과, 또한, 물에서 지질 또는 탄화수소의 분리를 위하여, 컨테이너에서의 감압은 하류에 연결된 펌프에 의해 제공될 수 있다는 것이 유효하다.
대안적으로, 감압은 컨테이너에 대해 하류에 연결되는 다운 파이프에 의해 제공될 수 있다. 다운 파이프가 사용되면, 이하 참조하는 바와 같이, 컨테이너의 프라우드 수는 0.3 미만이고, 다운 파이프의 프라우드 수는 0.3 초과인 것이 중요하다.
컨테이너의 입구는 유동 속도 및 그에 따른 컨테이너에서의 감압의 조절을 위하여 스로틀링 장치를 구비할 수 있다. 스로틀링 장치는, 예를 들면, 슬라이드 밸브, 디스크 밸브 또는 어떤 다른 적합한 스로틀링 또는 조절 장치를 포함할 수 있다.
컨테이너에서, 또는 적어도 컨테이너의 적어도 일 부분에서, 비등 상태를 유지하는 것이 필요하다. 이러한 비등 상태가 존재하지 않는다면, 물로부터 분리되는 공기를 포함하는 가스는 컨테이너 및 다운 파이프에서 증가 부피를 차지할 것이고, 따라서 컨테이너 및 다운 파이프의 상부에서의 감압이 상당히 감소될 것이다.
분리 몸체의 설명 하에서 앞서 언급된 바와 같은 동일한 조건이 프라우드 수 및 스로틀링 장치에 적용된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 밸러스트 수 처리에 대한 비교적 간단하고 비용 효율이 높은 해결책을 제공한다. 본 발명의 목적을 위하여, 큰 생물체는 다운 파이프에서의 감압에 의해 무해하게 되고, 반면에, 박테리아 및 바이러스와 같은 작은 생물체는 UV 광 또는 그 자체로 공지된 화학제에 의해 말살된다.
본 방법은 수 처리 및 또한 다른 목적에도 매우 적합하다.
이하에서 바람직한 방법의 일 예가 기술되고, 첨부된 도면으로 실시예가 시각화된다.
도 1은 본 발명에 따른 컨테이너 및 다운 파이프를 도시한다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 영역을 확대하여 도시한다.
도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ 영역을 도시한다.
도 4는 다른 실시예에서 컨테이너를 도시한다.
도 5는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ 영역을 확대하여 도시한다.
도 6은 도 5의 일 영역을 더 확대하여 도시한다.
도 7은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 영역에 대응하는 영역으로, UV 램프를 구비한 컨테이너를 도시한다.
도 8은 도 7의 Ⅶ-Ⅶ 영역을 도시한다.
도 9는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 영역에 대응하는 영역으로, UV 램프가 UV 플랜트에 있는 일 실시예를 도시한다.
도 10은 컨테이너가 수평방향으로 배치된 일 실시예를 도시한다.
도면에서, 도면 부호 1은 길이 "L", 유동 면적 "b"의 다운 파이프(down pipe)를 지시하고, 다운 파이프(1)는 하단부에서 도시되지 않은 선박의 밸러스트 탱크(ballast tank)와 연통하는 탱크(2) 내로 개방된다. 다운 파이프의 상단부에서, 다운 파이프(1)는 유동 면적 "B"를 가지는 기밀 컨테이너(4)에 연결되고, 도 3을 참조하면, "B"는 "b"보다 더 크다.
와류 방지부(vortex breaker)(6)가 컨테이너(4)의 출구(8)에 배치된다.
도시되지 않은 밸러스트 펌프와 연통하는 입구 파이프(10)가 컨테이너(4)의 상부에서 출구 개구부(12)를 가진다. 이 예시적 실시예에서, 출구 개구부(12)는 디스크 밸브 형태의 스로틀링 장치(14)를 구비하고, 스로틀링 장치(14)의 밸브 디스크(16)는 축 방향으로 변위 가능한 방식으로 출구 개구부(12)를 커버한다. 따라서 조정가능한 환형 갭(18)이 출구 개구부(12)에 형성된다.
입구 파이프(10)와 마주하는 측면에서, 밸브 디스크(16)는 비-평면 형상, 예를 들면, 오목, 볼록 형상으로 주어지거나, 또는 도시되지 않은 펌프 임펠러 블레이드로 형성될 수 있다.
밸브 디스크(16)는 스터핑 박스(stuffing box)(22)를 관통하여 연장하는 로드(20)에 연결되고, 로드(20)는 상단부에서 나사산(24)을 구비한다. 나사산(24)에 들어맞는 너트(26)가 스터핑 박스를 지지하고 환형 갭(18)을 조절하는데 사용된다.
입구 파이프(10)는 화학제 공급이 가능한 개구부(28)를 구비한다.
밸러스트 수가 압력하에 입구 파이프(10)에 공급되고, 컨테이너(4) 및 다운 파이프(1)는 밸러스트 수로 채워진다. 다운 파이프(1)의 길이(L)는, 다운 파이프(1)가 물로 채워질 때 컨테이너(4)에서의 감압 달성을 가능하게 하는 효과를 가진다.
감압은 지배적인 밸러스트 수 온도로 조절되고, 컨테이너(4)의 밸러스트 수는 어떠한 추가 에너지가 공급되는 것 없이 비등한다.
유동 면적 "b" 및 "B"의 프라우드 수(Froude number)가 앞서 언급된 수치를 벗어나서 선택된다면, 가스는 물로부터 비교적 빠르게 분리될 것이고, 가스는 컨테이너(4)의 부피의 상당한 부분 및 다운 파이프(1)의 상부를 차지한다.
그러나, 언급된 프라우드 수가 특정 수치 범위 내이면, 분리된 가스는 연속적으로 밸러스트 수에 의해 혼입되고, 감압 및 비등 상태가 유지된다. 와류 방지부(6)는 이러한 효과에 유리하게 기여한다.
감압이 컨테이너(4)에서 유지되는 바로 그 사실에 의해, 스로틀링 장치(14)는 원하는 압력 감소로 설정될 수 있다. 스로틀링 장치(14)를 가로지르는 압력 감소는 컨테이너(4)에서 난류 다중상 유동에 더 기여하고, 동시에 스로틀링 장치(14)를 가로지르는 압력 감소 및 뒤따르는 감압 때문에 생물이 파괴된다.
다른 실시예에서, 입구 파이프(10)는 분리 몸체(30)의 형태로 스로틀링 장치(14)에 연결된다. 도 4를 참조하면, 플랜지(32)에 의해 밀봉되는 분리 몸체(30)는 컨테이너(4) 내로 돌출하고, 유동 방향에서 분기하는 다수의 개구부(34)를 구비한다. 도 5 및 6을 참조하면, 개구부(34)는 가장 작은 개구부 크기 "s" 및 개구부 각도 "α"를 가진다. 가장 작은 개구부 크기 "s"에서 개구부(34)의 형상은 칼 형상으로 비교적 뾰족하다.
이 예시적 실시예에서, 개구부(34)는 분리 몸체(30)에서 비교적 긴 슬롯에 의해 형성된다.
로드(20)에 의해, 파이프 몸체(38) 형태의 슬라이드 밸브(36)가 분리 몸체(30)에서 이동되어 분리 몸체(30)의 유동 영역을 조절하도록 배치된다. 조절의 다른 방법, 예를 들면, 도시되지 않은 액추에이터에 의한 사용도 적합하다.
도 5 및 6을 참조하면, 커버 개구부(42)를 구비한 커버(40)가 분리 몸체(30)에 인접한 하류에 배치된다. 커버(40)는, 예를 들면, 천, 그물, 다공판 또는 어떠한 다른 적합한 부품에 의해 구성될 수 있다.
밸러스트 수가 처리될 때, 밸러스트 수는 입구 파이프(10)를 통하여 또한 분리 몸체(30) 내로 압력 하에 유동한다. 물은 개구부(34)를 통하여 떨어지는 압력 하에 계속 이어지고, 이 후, 비교적 빠른 속도로 밸러스트 수는 커버(40)를 가압하여 커버 개구부(42)를 관통하여 유동한다. 다운 파이프(1)는 밸러스트 수로 채워지기 때문에, 컨테이너(4)에서의 감압이 달성되어, 지배 온도에서 밸러스트 수가 비등 되도록 한다.
따라서 개구부(34)를 빠져나가는 밸러스트 수는 컨테이너(4)가 물로 채워졌을 때보다 상당히 더 작은 범위로 지연되어, 개구부(34)를 관통하는 유동의 의도된 영향 및 상당한 범위로 커버(40)에 대한 충격을 증가시킨다.
이후, 슬라이드 밸브(36)는 분리 몸체(30)를 가로질러 원하는 압력 감소가 있을 때까지 조절된다.
일 실시예에서, 도 7 및 8을 참조하면, 컨테이너(4)는 컨테이너(4) 외측 방향으로 개방된 3개의 기밀 투명 파이프(44)를 구비한다. 파이프(44)에 배치되는 UV 램프(46)가 있다.
또한, UV 램프(46)는 그 자체로 알려진 UV 플랜트(48)에 배치될 수 있고, 도 9를 참조하면, UV 플랜트(48)는 컨테이너(4)의 출구(8)에 배치된다.
따라서, UV 플랜트(48)를 통한 유체 흐름은 상당 부분의 증기 및 가스 버블을 가지는 물을 포함하고, 물에 있는 생물체 상에 UV 광의 영향이 상당한 범위로 증가한다.
물에 존재하는 상당 부분의 증기 및 가스 버블은 물에서 화학제 효과가 상당 범위로 증가하도록 하는 효과를 가진다.
화학제는 예를 들면, 개구부(28)를 통하여 물에 첨가될 수 있다.
컨테이너(4)를 관통하여 유동하고, 상당 부분의 증기 및 가스 버블을 가지는 물에서의 감압은, 보통 물이 비등하기 전에, 물에 존재하는 지질 및 탄화수소를 비등하게 한다.
도 10은 눕혀있는 컨테이너(4)를 구비한 장치를 도시하고, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 이 위치에서 오히려 컨테이너(4)로 기능한다. 도 10은, 컨테이너(4)에서의 충분한 감압 형성에 기여하기 위하여 펌프(50)가 출구(8)에 연결될 수 있다는 것을 도시한다. 펌프(50)는 일반적으로 컨테이너(4)로부터 일정 거리로, 펌프(50)에서의 캐비테이션(cavitation)의 위험을 감소시킬 수 있기 위하여 다소 낮은 높이 수준으로 배치된다.
1 다운 파이프 4 밀폐 컨테이너
14 스로틀링 밸브 30 분리 몸체
34 관통 개구부 40 커버

Claims (26)

  1. 밸러스트 수(ballast water) 처리 방법으로서,
    상기 밸러스트 수는 다운 파이프(1)를 통하여 밸러스트 탱크 내로 운반되고, 상기 다운 파이프(1)의 상부에서 형성되는 감압(underpressure)이 상기 밸러스트 수에서 가스 버블의 형성을 유도하고,
    상기 밸러스트 수가 다운 파이프(1)로 유입되기 전에, 스로틀링 밸브(14)를 통하여 다운 파이프(1)의 상부에서의 밀폐 컨테이너(4) 내로 운반되고, 상기 밀폐 컨테이너(4)는 다운 파이프(1)의 유동 면적(b)보다 더 큰 유동 면적(B)을 가지고,
    상기 밸러스트 수는 밸러스트 탱크로 운반되기 전에 상기 스로틀링 밸브(14)에 연결된 분리 몸체(30)로 유동하며,
    상기 분리 몸체(30)에는 유동 방향에서 분기하고, 개구부 크기(s)가 1.5mm 미만인 관통 개구부(34)가 구비되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(4)는 0.2 미만인 프라우드 수(Froude number)로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다운 파이프(1)는 0.6 초과인 프라우드 수로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸러스트 수의 압력은 상기 분리 몸체(30)의 상류에서 증가되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 밸러스트 수 처리 방법은, 상기 밸러스트 수를, 관통하는(through-going) 커버 개구부(42)를 구비하고 상기 관통 개구부(34)를 커버하는 커버(40) 상으로 통과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 밸러스트 수 처리 방법은, 대기압 이하로 관통 개구부(34)의 하류 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 밸러스트 수 처리 방법은, 지배 온도(prevailing temperature)에서 상기 밸러스트 수가 비등할 때까지, 관통 개구부(34)의 하류 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    출구를 구비한 상기 밀폐 컨테이너(4)는 상기 분리 몸체(30)를 둘러싸고, 상기 밀폐 컨테이너(4)는 0.3 미만 프라우드 수를 가지는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸러스트 수에서의 UV 복사 효과를 향상시키기 위하여, 상기 밸러스트 수는 처리 플랜트를 통과하는 물 흐름으로 유동하고,
    상기 밸러스트 수 처리 방법은, 지배 밸러스트 수 온도에서 상기 밸러스트 수가 비등 되도록 하는 감압 상태에 상기 밸러스트 수를 노출시키는 단계; 및
    - 상기 밸러스트 수가 적어도 부분적으로 증기 형태로 되면서 UV 복사에 상기 밸러스트 수를 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 밸러스트 수 처리 방법은, 상기 밸러스트 수를 상기 밀폐 컨테이너(4)에서 감압 상태에 노출시켜, 상기 밸러스트 수가 적어도 상기 밀폐 컨테이너(4) 또는 상기 밀폐 컨테이너(4)의 하류에서 UV 복사에 노출되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸러스트 수에서의 생물체 상에 화학제의 효과를 향상시키기 위하여, 상기 밸러스트 수는 처리 플랜트(1)를 통과하는 흐름으로 유동하고,
    상기 밸러스트 수 처리 방법은,
    - 상기 밸러스트 수 내에 화학제를 공급하는 단계;
    - 지배 밸러스트 수 온도에서 상기 밸러스트 수가 비등 되도록 하는 감압 상태에 상기 밸러스트 수를 노출시키는 단계;
    - 상기 밸러스트 수, 및 상기 밸러스트 수로부터 방출되는 가스를 포함하는 유체의 상기 밸러스트 수에 있는 생물체 상에 화학 작용을 가능하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸러스트 수에서의 적어도 지질 및 탄화수소의 분리하기 위하여, 상기 밸러스트 수는 처리 플랜트(1)를 통과하는 흐름으로 유동하고,
    상기 밸러스트 수 처리 방법은,
    - 지배 밸러스트 수 온도에서 상기 밸러스트 수가 비등 되도록 하는 감압 상태에 상기 밸러스트 수를 노출시키는 단계;
    - 적어도 지질 또는 탄화수소, 상기 밸러스트 수, 및 상기 밸러스트 수로부터 방출되는 가스를 포함하는 유체의 상기 밸러스트 수에서 적어도 상기 지질 또는 탄화수소를 분리하도록 하는 단계; 및
    - 압력 증가 이후에 적어도 상기 지질 또는 탄화수소가 상기 밸러스트 수의 표면에 부유하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  13. 밸러스트 탱크로의 밸러스트 수용 다운 파이프(1)로서, 상기 다운 파이프(1)에서의 감압이 상기 밸러스트 수에서 가스 버블의 형성을 유도하고,
    스로틀링 장치(14)를 통하여, 입구 파이프(10)가 다운 파이프(1)의 상부에 연결되는 밀폐 컨테이너(4)와 연통하고, 상기 밀폐 컨테이너(4)는 상기 다운 파이프(1)의 유동 면적(b)보다 더 큰 유동 면적(B)을 가지고,
    상기 밸러스트 수는 밸러스트 탱크로 운반되기 전에 상기 스로틀링 장치(14)에 연결된 분리 몸체(30)로 유동하며,
    상기 분리 몸체(30)에는 유동 방향에서 분기하고, 개구부 크기(s)가 1.5mm 미만인 관통 개구부(34)가 구비되는 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(4)의 프라우드 수는 0.1 미만인 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 다운 파이프(1)의 프라우드 수는 0.3 초과인 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 스로틀링 장치(14)는 스로틀링 밸브에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(4)의 출구(8)는 와류 방지부(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 관통 개구부(34)의 외측으로 넓어지는 개구부 각도(α)는 45도 초과인 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 관통 개구부(34)는, 관통하는 커버 개구부(42)를 구비한 커버(40)에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 커버 개구부(42)의 개구부 크기는 상기 관통 개구부(34)의 개구부 크기(s)의 0.5 내지 1.5배 사이인 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 밸러스트 수에서 UV 복사의 효과를 향상시키기 위하여, 상기 밸러스트 수는 처리 플랜트를 통과하여 유동하고,
    상기 밸러스트 수는 상기 밀폐 컨테이너(4) 내로 운반되고, 상기 밀폐 컨테이너(4)에서 상기 밸러스트 수는, 지배 밸러스트 수 온도에서 상기 밸러스트 수가 비등 되도록 하는 감압 상태에 노출되고, 상기 처리 플랜트는 적어도 상기 밀폐 컨테이너(4)의 안 또는 하류에 UV 플랜트(48)를 구비하는 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  22. 청구항 13에 있어서,
    상기 밸러스트 수에서 생물체 상의 화학제 효과를 향상시키기 위하여, 상기 밸러스트 수는 처리 플랜트를 통과하여 유동하고,
    상기 밸러스트 수는 상기 밀폐 컨테이너(4) 내로 운반되고, 상기 밀폐 컨테이너(4)에서 상기 밸러스트 수는, 지배 밸러스트 수 온도에서 상기 밸러스트 수가 비등 되도록 하는 감압 상태에 노출되는 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  23. 청구항 21 또는 청구항 22에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(4)의 하류는 펌프(50)에 연결되는 것을 특징으로 하는 다운 파이프.
  24. 청구항 4에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(4)는 화학제용 공급부(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  25. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸러스트 수에서 적어도 지질 또는 탄화수소를 분리하기 위하여, 상기 밸러스트 수는 처리 플랜트를 통과하여 유동하고,
    상기 밸러스트 수는 상기 밀폐 컨테이너(4) 내로 운반되고, 상기 밀폐 컨테이너(4)에서 상기 밸러스트 수는, 지배 밸러스트 수 온도에서 상기 밸러스트 수가 비등 되도록 하는 감압 상태에 노출되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(4)의 하류는 펌프(50)에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 방법.
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