KR101796976B1 - Apparatus for sterilization of ballast water and method thereof - 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.The present invention relates to a ship ballast water treatment apparatus and a treatment method using the same, and more particularly, to a method for treating ship ballast water by continuously producing chlorine dioxide having excellent oxidizing power and sterilizing power and mixing it with ship ballast water, To an apparatus and method for treating ship ballast water which can be sterilized.
A ship ballast water treatment apparatus according to the present invention includes a raw water tank for storing ship ballast water, a chlorine dioxide supply unit for supplying chlorine dioxide to sterilize ship ballast water, a mixing unit for mixing the chlorine dioxide and the ship ballast water, And a return unit for returning the ballast water to the raw water tank when the microorganism contained in the ballast water stored in the process water tank is in a predetermined range or more .
Description
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.The present invention relates to a ship ballast water treatment apparatus and a treatment method using the same, and more particularly, to a method for treating ship ballast water by continuously producing chlorine dioxide having excellent oxidizing power and sterilizing power and mixing it with ship ballast water, To an apparatus and method for treating ship ballast water which can be sterilized.
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. Ballast water is the water that is filled at the bottom of a ship to prevent the ship's stability from becoming lower due to buoyancy when the cargo is dropped on the ship. As international trade volume increases, the use of ship equilibrium water is also increasing.
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.The International Maritime Organization (IMO) reported that more than 30 to 5 billion tons of seawater are moving around the world as ship equilibria each year and that more than 7000 species of aquatic organisms are moving with ship equilibrium.
선박 평형수로 이동된 생물이 새로운 환경에서 정착하여 생존할 확률은 낮으나, 정착에 성공했을 경우 토착생물의 생존을 위협하며 생태계 교란을 일으킬 수 있다. The probability of survival by settlement in a new environment is low, but if the settlement succeeds, it threatens the survival of indigenous creatures and can cause ecosystem disturbance.
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.IMO has selected four factors as threats to marine ecosystems: (1) alien species inflow, (2) marine pollution, (3) overfishing of marine life, and (4) undeveloped marine environment. Water must be addressed in order to protect marine ecosystems in terms of enabling exotic species.
또한, 선박 평형수 배출은 생물 개체의 이동에 의한 해양생태계 교란과 더불어 오랜 이동과정에서의 수질오염 때문에 전 지구적인 환경적 문제가 되고 있다. In addition, ship ballast water discharge is a global environmental problem due to water pollution in the long migration process as well as marine ecosystem disturbance due to migration of biological organisms.
이로 인해 IMO는 2004년에‘선박 평형수 처리기준'을 제시하였으며, 우리나라를 비롯하여 세계의 모든 선박은 2017년까지 선박평형수 처리장치를 장착하도록 하고 있다.Therefore, IMO proposed 'Ballast water treatment standard' in 2004 and all ships in the world including Korea are required to install ballast water treatment equipment until 2017.
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.Conventional ship ballast water treatment technologies include ultraviolet rays, ozone, electrolysis, ultrasonic waves, filters, and the like. For example, in Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0012369 (ballast water sterilizing apparatus using ultraviolet light emitting diode) It is possible to sterilize microorganisms or pathogens in ship equilibrium water by using an ultraviolet light emitting diode, minimize the amount of power consumed thereby, improve the durability of the apparatus, and secure stability against electrical accidents The device has been disclosed.
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. Korean Patent No. 10-1567577 (Ship Ballast Water Treatment Apparatus Using Compression Effect) proposes a ship ballast water treatment apparatus using a compression effect that presses seawater or fresh water through a vibrator to kill microorganisms.
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.Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0130439 (Ship Ballast Water Treatment System Using Seawater Electrolysis) removes solids from ship equilibrium water by using a filter, and then generates an oxidant using electrolysis, And to destroy marine organisms in ship equilibrium.
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.Further, in Korean Patent No. 10-1029623 (ship ballast water neutralization apparatus and neutralization method), a ballast water treatment apparatus for neutralizing ship ballast water using a neutralizing agent after primary ballast water is sterilized by using ozone .
상기 선박 평형수 처리 기술 중 오존을 이용하는 방법은 매우 효과적인 살균작용을 나타내는 반면, 선박 평형수와 관련된 설비의 부식방지방법을 강구해야 하는 문제가 있다. Among the ballast water treatment techniques described above, the method using ozone shows a very effective sterilization action, but there is a problem that a method of preventing corrosion of equipments related to ship ballast water has to be taken.
전기분해 또한 우수한 살균효과를 나타내지만, 해양미생물을 사멸시키는 적절한 농도로 과산화염화물을 적정하고 적량적으로 생산하는 것이 어려운 문제가 있고, 전력 소모가 크다는 문제점이 있다. Electrolysis also exhibits an excellent sterilization effect, but it is difficult to titrate and produce perchlorate appropriately at an appropriate concentration to kill marine microorganisms, and there is a problem of high power consumption.
자외선을 이용한 방법의 경우에는 설비 생산에 드는 비용은 다른 방법에 비하여 경제적이지만 단시간에 살균 효과를 기대할 수 없기 때문에 비효율적인 문제점이 있었다.In the case of the method using the ultraviolet rays, the cost for production of the apparatus is economical compared with other methods, but the sterilizing effect can not be expected in a short time, which is inefficient.
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.In the meantime, prior to IMO regulations, California and New York, which have a large amount of ballast water movement, have regulated ship ballast water and are currently applying regulations that are more than 1,000 times more stringent than IMO regulations.
특히 캘리포니아 주의 경우 세계 최고 수준의 선박 평형수 처리 기준을 지향하여, 장기적으로 선박 평형수 내 미생물 불검출을 목표로 하고 있다. In particular, the state of California is aiming at the world's highest level of ballast water treatment standards and aims to eliminate microbes in ballast water in the long term.
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.In the case of New York State, all vessels will be regulated from August 2013, and the US Coast Guard (USCG) will present ballast water ballast standards in 2012. All vessels manufactured after December 1, 2013 Must be satisfied. Table 1 compares the ballast water emission standards of IMO, USCG, California and New York.
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. As shown in Table 1 above, California has stronger regulations, and even in New York State, ships manufactured from 2013 require the same level of treatment as in California.
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. In addition, USCG's ballast water discharge standard is the same as IMO, but it defines the microbial treatment standard as live / dead instead of viable / unviable, There are potentially many different microorganisms that could potentially exist, but the latter implies that the microorganisms must be completely killed.
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. On the other hand, in case of ultraviolet processing, the microorganism absorbs ultraviolet light around 254 nm, and the DNA structure is deformed to have a disinfection mechanism to prevent cell division. This means inactivation that prevents division, not complete destruction of microorganisms, It is difficult to make.
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.Companies applying ultraviolet technology in ballast water treatment of domestic and overseas vessels may be confused among ships supplier and ship owners due to difficulty in satisfying treatment standards when the United States adopts USCG regulations. A comparative study is needed.
이처럼 선박 평형수 처리에 관해 여러 기준들이 생겨남에 따라 세계적 관심이 높아지고 있으며, 국제 기준을 제시하는 IMO는 앞으로 보다 강력한 규제를 할 것으로 예상된다.As the standards for ship ballast water treatment are developed, the global interest is rising, and IMO, which provides international standards, is expected to have stronger regulations in the future.
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.Accordingly, the present invention proposes an apparatus and method for treating ship ballast water, which continuously produces chlorine dioxide having a very strong oxidizing power for treating ship ballast water and can quickly process microorganisms in the ballast water.
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.It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a method and apparatus for continuously producing chlorine dioxide having excellent oxidizing and disinfecting power and mixing the same with ballast water to sterilize microorganisms in ballast water at high speed and high efficiency. And a processing method using the same.
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. In order to solve the above problems, a ship ballast water treatment apparatus of the present invention comprises a raw water tank for storing ship equilibrium water, a chlorine dioxide supply unit for supplying chlorine dioxide for disinfecting ship equilibrium water, And a return unit for returning the water to the raw water tank when the microorganism contained in the ballast water stored in the process water tank is in a predetermined range or more .
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. Wherein the chlorine dioxide supply unit comprises: a chemical storage tank for storing chlorite, hypochlorite and an acid solution for producing chlorine dioxide; a reactor for supplying chlorine dioxide to the chemical storage tank by reacting with chemicals; And a chlorine dioxide storage tank for storing the transferred chlorine dioxide.
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. The reactor includes a first reaction tank for firstly supplying chlorine gas, hypochlorite and an acid solution from a chemical reservoir to generate a chlorine dioxide gas by injecting air into a mixed solution; A second reaction tank for receiving the unreacted mixed solution in the first reaction tank and generating secondarily chlorine dioxide gas; And a chlorine dioxide discharge pipe for transferring chlorine dioxide gas generated in the first reaction tank and the second reaction tank to a chlorine dioxide storage tank.
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. Wherein the mixing unit includes an ejector including a ballast water inflow port for inflow of ballast water to one side, a chlorine dioxide inflow port for inflowing chlorine dioxide to the other side, a diffuser for ejecting ship ballast water and chlorine dioxide at high pressure, And a mixer for mixing ship equilibrium water and chlorine dioxide.
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. The treatment apparatus is provided in at least one of a raw water tank, a mixing section, and a treated water tank, and includes a heat supply section for supplying heat to activate the sterilization reaction.
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. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for treating ship ballast water, comprising: a chlorine dioxide producing step (S100) of producing chlorine dioxide for disinfecting ballast water stored in a raw water tank; (S300) for sterilizing the ballast water mixed with chlorine dioxide in the treatment water tank (S300); and a step of disinfecting the ballast water mixed with chlorine dioxide in the treatment water tank And a conveying step (S400) for conveyance to the raw water tank.
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. The chlorine dioxide manufacturing step (S100) includes a reaction step (S110) of supplying the chemical from the chemical storage tank storing chlorite, hypochlorite and acid solution and reacting in the reactor; And a storage step (S120) of transferring and storing chlorine dioxide produced from the reactor to a chlorine dioxide storage tank.
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. The reaction step (S110) comprises a first reaction step (S111) of receiving chlorite, hypochlorite and acid solution from the chemical storage tank and primarily introducing air into the mixed solution formed in the first reaction tank to generate chlorine dioxide gas, Wow; And a second reaction step (S112) of receiving the unreacted mixed solution and generating chlorine dioxide gas secondarily in the second reaction tank.
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. The mixing step (S200) includes a high pressure injection step (S210) of spraying chlorine dioxide and ship equilibrium water at 1 to 20 ppm at an elevated pressure using an ejector; And a mixture forming step (S220) of mixing the high pressure sprayed chlorine dioxide and the ship ballast water in a mixer to form a mixture.
상기 소독단계(S300)는 이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 처리수 탱크에서 5 내지 72시간 두어 미생물을 살균하는 것을 특징으로 한다. The sterilization step S300 is characterized by placing the ballast water mixed with chlorine dioxide in the treatment water tank for 5 to 72 hours to sterilize the microorganisms.
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. The mixing step (S200) or the disinfecting step (S300) further comprises a heat supply step of supplying heat so that the equilibrium water number of the vessel is 25 to 50 ° C to activate the sterilization reaction.
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. As described above, according to the ship ballast water treatment apparatus and the treatment method using the same, the chlorine dioxide having excellent oxidizing power and sterilizing power can be continuously produced and mixed with the ballast water, so that the microorganisms in the ballast water can be rapidly and efficiently It is possible to sterilize the sample.
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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a disinfection apparatus for a ship ballast water using chlorine dioxide according to the present invention. FIG.
2 is a configuration diagram showing a chlorine dioxide supply unit 200 according to the present invention.
3 is a schematic view showing a mixing part 300 according to the present invention.
4 is a flow chart showing a method for disinfecting ship equilibrium water using chlorine dioxide according to the present invention.
5 is a graph showing the results of sterilization of microorganisms according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing changes in population according to chlorine dioxide concentration change according to the present invention. FIG.
7 is a graph showing changes in population according to the initial concentration of microorganisms according to the present invention.
8 is a graph showing changes in population according to the salinity change according to the present invention.
9 is a graph showing changes in the number of individuals according to the addition of seawater DOC according to the present invention.
10 is a graph showing changes in population according to pH concentration when chlorine dioxide is used according to the present invention.
FIG. 11 is a graph showing changes in population according to pH concentration when sodium hypochlorite is used according to the present invention. FIG.
12 is a graph showing changes in population according to temperature change when chlorine dioxide is used according to the present invention.
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.Specific features and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The detailed description of the functions and configurations of the present invention will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.
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.The present invention relates to a ship ballast water treatment apparatus and a treatment method using the same, and more particularly, to a method for treating ship ballast water by continuously producing chlorine dioxide having excellent oxidizing power and sterilizing power and mixing it with ship ballast water, To an apparatus and method for treating ship ballast water which can be sterilized.
도 1은 본 발명에 따른 선박 평형수 처리장치를 보여주는 구성도이다.1 is a block diagram showing a ship ballast water treatment apparatus according to the present invention.
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.The apparatus for treating ballast water according to the present invention comprises a raw water tank 100 storing contaminated ship ballast water, a chlorine dioxide supplying unit 200 supplying chlorine dioxide for disinfecting the ballast water, And a treatment water tank 400 for storing the equilibrium water of the ship through the mixing part. When the microbes contained in the equilibrium water stored in the treatment water tank are in a predetermined range or more, the mixed water is returned to the raw water tank And a transport unit 500 for transporting the wafer W.
도 2는 이산화염소 공급부(200)를 보여주는 구성도이다.2 is a configuration diagram showing the chlorine dioxide supply unit 200. As shown in FIG.
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.The chlorine dioxide supply unit 200 supplies chlorine dioxide for disinfecting ship equilibrium water. More specifically, the chlorine dioxide supply unit supplies chlorine dioxide, hypochlorite and acid solution for preparing chlorine dioxide to the chemical reservoir 210 And a chlorine dioxide storage tank 230 for transferring the chlorine dioxide generated from the reactor to the chlorine dioxide storage tank 220.
상기 이산화염소 공급부(200)는 상기 혼합부로 공급되어 선박 평형수와 혼합되거나(도 1 도시), 처리수 탱크로 바로 이산화염소를 공급하는 것도 가능하다(미도시).The chlorine dioxide supply unit 200 may be supplied to the mixing unit to mix with the ship ballast water (see FIG. 1), or supply chlorine dioxide directly to the treatment water tank (not shown).
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.The chemical storage tank 210 stores chlorite, hypochlorite, and an acid solution as chemicals for producing chlorine dioxide. The medicines have separate reservoirs and are supplied to the reactor 220 by the weight required for the chlorine dioxide generating reaction. .
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. In the case where the amount of stored chemical is low, the chemical storage tank 210 has an incomplete reaction and the production efficiency of the chlorine dioxide gas drops. Therefore, when the amount of the chemical is less than the predetermined level, the operation of the chlorine dioxide supply unit is stopped It is possible to close the valve so as to notify the lack of medicine through a notification means such as a lamp.
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.In addition, the reservoirs of the respective medicines may be injected into the reactor 220 through independent injection pipes as shown in FIG. 2, or formed so that the respective medicines are merged in the injection pipe (not shown).
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. The reactor 220 is supplied with chemicals (chlorite, hypochlorite and acid solution) from the chemical reservoir to generate aeration, and chlorine dioxide is produced by the following chemical formula (1).
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.More specifically, the reactor 220 includes a first reaction tank 221 for generating chlorine dioxide gas by injecting air into a mixed solution obtained by receiving chlorate, hypochlorite and acid solution from a chemical storage tank, A second reaction tank 222 for receiving the unreacted mixed solution in the first reaction tank and generating secondarily chlorine dioxide gas, a second reaction tank 222 for transferring the chlorine dioxide gas generated in the first reaction tank and the chlorine dioxide storage tank And a chlorine dioxide discharge pipe (223).
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.The bubble generating means includes an air tank in which air is stored, an air injector for injecting air, and a large amount of air bubbles are generated in each of the reaction tanks (first reaction tank and second reaction tank) The aeration device.
상기 폭기 장치는 다량의 기포를 발생시킬 수 있는 것이라면 한정하지 않지만, 약품 및 수압에 대한 내구성 및 내식성이 우수한 다공성 세라믹 재질을 사용하는 것이 바람직할 것이다.The aeration device is not limited as long as it can generate a large amount of bubbles, but it is preferable to use a porous ceramic material having excellent durability and corrosion resistance against chemicals and water pressure.
상기 제 1반응조(221)는 상기 약품 저장조로부터 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 공급받아 조성된 혼합용액에 공기를 주입하여 1차적으로 이산화염소가스를 생성하게 된다.The first reaction tank 221 is supplied with chlorite, hypochlorite and acid solution from the chemical reservoir and injects air into the mixed solution to generate chlorine dioxide gas primarily.
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.More specifically, when the mixed solution is filled in the first reaction tank 221 to a predetermined water level, the supply of the chemical is interrupted. At this time, in the first reaction tank 221, chlorine dioxide gas is generated by the reaction of the formula 1 and is present in a state of being dissolved in the mixed solution, and the aeration is generated in the bubbling means, Is separated and discharged out of the mixed solution.
이때, 제 1반응조(221)에서 반응되지 못한 미반응 혼합용액은 연결관(221a)을 통해 제 2반응조(222)로 이송되어 2차적으로 이산화염소 가스를 생성하게 된다.At this time, the unreacted mixed solution in the first reaction tank 221 is transferred to the second reaction tank 222 through the connection pipe 221a to generate chlorine dioxide gas.
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. More specifically, when the unreacted mixed solution is moved to the second reaction tank 222, the connection valve (not shown) formed in the connection tube is closed and the mixed solution is replenished in the first reaction tank, And production can be made, and the efficiency of chlorine dioxide generation can be maximized.
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.The chlorine dioxide discharge pipe 223 connects the reaction tank (the first reaction tank and the second reaction tank) and the chlorine dioxide storage tank, and simultaneously discharges the chlorine dioxide gas generated in each reaction tank.
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.More specifically, the chlorine dioxide discharge pipe 223 is connected to the chlorine dioxide storage tank of the second reaction tank 222 through a first chlorine dioxide discharge pipe 223a connecting the first reaction tank 221 and the chlorine dioxide storage tank, And a chlorine dioxide discharge pipe 223b.
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.As shown in FIG. 3, the first chlorine dioxide discharge pipe 223a and the second chlorine dioxide discharge pipe 223b may be independently formed or joined together (not shown).
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.That is, the first chlorine dioxide discharge pipe 223a and the second chlorine dioxide discharge pipe 223b are formed as independent pipes, and the chlorine dioxide gas formed in the first reaction tank 221 is discharged through the first chlorine dioxide discharge pipe 223a The chlorine dioxide gas formed in the second reaction tank 222 may be transferred to the chlorine dioxide storage tank 230 through the second chlorine dioxide discharge pipe 223b.
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.In addition, the second chlorine dioxide discharge pipe 223b is formed so as to be joined to the first chlorine dioxide discharge pipe 223a, so that the chlorine dioxide gas generated in the second reaction tank is introduced into the chlorine dioxide storage tank 223a together with the chlorine dioxide gas generated in the first reaction tank. As shown in FIG.
상기 반응조의 수는 한정되지 않으며, 제 n반응조를 포함할 수 있다.The number of reaction vessels is not limited and may include an n-th reaction vessel.
이때, 마지막 반응조(제 n반응조)는 최종적으로 발생되는 여액(이산화염소수)을 배출하는 여액 배출부를 갖는 것이 바람직할 것이다.At this time, it is preferable that the last reaction tank (n-th reaction tank) has a filtrate discharge portion for discharging the finally generated filtrate (chlorine dioxide water).
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.The mixing unit 300 mixes the ballast water stored in the raw water tank with the chlorine dioxide gas produced and stored in the chlorine dioxide supply unit, and FIG. 3 shows the configuration of the mixing unit.
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. The mixing unit 300 includes a ship ballast water inlet 311 through which ballast water is introduced into one side, a chlorine dioxide inlet 312 through which chlorine dioxide flows into the other side, a diffuser 313, and a mixer 320 for mixing the ballast water jetted from the ejector with chlorine dioxide.
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.At this time, the mixer 320 is not limited as long as it can mix chlorine dioxide gas and ship ballast water, but a static mixer capable of mixing at a high speed and a high pressure is preferable.
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.The static mixer is composed of a rectangular plate with 180 ° twisted 180 ° in the left and right directions, each of which has a built-in 90 °. When the fluid passes through the element, the fluid is twisted in the left- Stirring device.
스태틱 믹서의 혼합 원리는 분할(Division of flow), 전환(Change of flow), 반전(Reversion of flow)에 의해 유체를 효과적으로 혼합한다.The mixing principle of the static mixer effectively mixes fluids by Division of flow, Change of flow, and Reversion of flow.
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.More specifically, when the fluid in the static mixer passes through one element, it is divided into two. When the fluid passes through a plurality of elements, the number of divisions expands (expands) exponentially. As a result, (Reversing) the turbulent stirring (inversion) by receiving a sudden change of the inertial force by changing the direction of rotation every time one element is passed, The castle is very good.
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. Further, the mixability of the static mixer is not a mechanical rotation using an impeller or the like, but is caused by the shape of an element fixed in the mixer pipe, which is economical and convenient because of no maintenance, and enables continuous processing.
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.The ballast water which has been mixed and dissolved with the chlorine dioxide gas passing through the mixing unit 300 is stored in the treatment water tank 400 and has a predetermined treatment time (retention time) for sterilizing the microorganisms, Thereby making it possible to obtain the ship ballast water.
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.In addition, the ship ballast water treatment apparatus according to the present invention may further include a control unit (not shown). The control unit (not shown) measures the ballast water and contaminants (microorganisms and plankton) It is possible to set the content of the chlorine dioxide gas to be injected and mixed or to change the treatment time depending on the microbial content of the ballast water stored in the treatment water tank.
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.When the microorganisms contained in the ballast water stored in the treated water tank 400 are in a predetermined range or more, the transport unit 500 may transport the microorganisms to the raw water tank to sterilize microorganisms by injecting and mixing chlorine dioxide.
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.In this case, if the microbial content is measured and conveyed after waiting until the disinfection reaction of chlorine dioxide is completed in the ballast water, there is a limit in processing and sterilizing the ballast water inefficiently and promptly in the process.
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.The transporting part 500 measures the microbial content in the ballast water when 30 to 70% of the predetermined treatment time of the ballast water stored and staying in the treated water tank has progressed, If the microbial content is greater than the expected microbial content in the time period, chlorine dioxide may be fed from the chlorine dioxide feeder or returned to the raw water tank via the feeder to re-feed and re-mix the chlorine dioxide into the ballast water.
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. At this time, if the measurement is carried out at less than 30%, it is difficult to judge whether the microorganism has been transported because the sterilization of the microorganism is not sufficiently progressed. If the transport exceeds 70%, unnecessary consumption of the treatment time occurs and it is inefficient. It is desirable to measure the microbial content and judge whether or not the microbial content is returned.
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. For example, when the predetermined treatment time in the treated water tank is 10 hours, the microorganism content (E. coli) measured at t = 0 hour is 600 cfu / ml, and the microorganism satisfying the ship equilibrium water disinfection criterion (E. Coli) is less than 200 cfu / ml. When 50% of the predetermined treatment time has progressed, that is, after 5 hours, the measured microorganisms remain in excess of 400 cfu / ml, so that the ballast water disinfection criteria will not be satisfied even after 10 hours of the predetermined treatment time When expected, chlorine dioxide can be reintroduced or returned to the raw water tank. At this time, the prediction of the change of the microbial content over time can be measured by the bactericidal reaction rate constant (K).
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.As shown in the following examples, it has been confirmed that the bactericidal activity of chlorine dioxide increases with an increase in temperature, and the apparatus for treating ballast water according to the present invention further includes a heat supply unit (not shown) It is possible to further activate sterilization.
상기 열 공급부는 살균 대상이 되는 선박 평형수가 저장 및 통과되는 원수 탱크, 혼합부 또는 처리수 탱크 중 어느 하나 이상에 포함될 수 있다.The heat supply part may be included in at least one of a raw water tank, a mixing part, or a treated water tank in which the ballast water to be sterilized is stored and passed.
상기 열 공급부는 온도를 측정하는 온도 센서, 열을 공급하기 위한 가열 수단을 포함할 수 있다. The heat supply unit may include a temperature sensor for measuring the temperature, and a heating means for supplying heat.
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. The method of treating ship equilibrium water of the present invention is characterized by using the apparatus for treating ship equilibrium water as described above, and a description thereof will be omitted in the above description of the treatment method.
도 4는 본 발명에 따른 선박 평형수의 처리방법을 보여주는 순서도이다. 4 is a flowchart showing a method of treating ship equilibrium water according to the present invention.
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.A method for treating ship ballast water according to the present invention includes a chlorine dioxide manufacturing step (S100) for producing chlorine dioxide for disinfecting ballast water stored in a raw water tank, a mixing step (S200) for mixing the chlorine dioxide and the ballast water, And sterilizing the ballast water mixed with chlorine dioxide in a treatment water tank (S300). The microorganism contained in the ballast water stored in the treatment water tank is returned to the raw water tank Step S400.
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.The chlorine dioxide producing step (S100) is characterized in that the chlorine dioxide producing step (S100) is manufactured and stored by the chlorine dioxide supplying unit. More specifically, the chlorine dioxide producing step (S100) comprises supplying chlorine dioxide, hypochlorite, And a storage step (S120) of transferring and storing the chlorine dioxide produced from the reactor to the chlorine dioxide storage tank.
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.The reaction step (S110) comprises a first reaction step (S111) of receiving chlorite, hypochlorite and acid solution from the chemical storage tank and primarily introducing air into the mixed solution formed in the first reaction tank to generate chlorine dioxide gas, And a second reaction step (S112) of receiving the unreacted mixed solution to generate chlorine dioxide gas secondarily in the second reaction tank.
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. The mixing step (S200) is performed by a mixing unit, which includes a high-pressure injection step (S210) of spraying high-pressure chlorine dioxide and ship ballast water at 1 to 20 ppm using an ejector, high- And a mixture forming step (S220) of mixing the marine equilibrium water in a mixer to form a mixture.
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.In the mixing step (S200), the produced chlorine dioxide is injected and mixed so as to be 1 to 20 ppm with respect to the ballast water. If the chlorine dioxide is mixed with less than 1 ppm, the bactericidal effect is insignificant. It is preferable to mix them within the above range because the increase of the sterilizing effect is insignificant.
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. Since it takes a predetermined time to sterilize and sterilize contaminants and microorganisms in the ballast water mixed with chlorine dioxide in the mixing step (S200), the sterilizing step (S300) And the number is set to 5 to 72 hours.
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.If the disinfection time is less than 5 hours in the disinfection step (S300), it is difficult to secure enough time to sterilize the microorganisms by the chlorine dioxide. If the disinfection time exceeds 72 hours, It is preferable that the above range is not exceeded.
상기 반송단계(S400)는 상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 반송부를 통하여 상기 원수 탱크로 반송하게 된다.In the conveying step S400, if the microorganisms contained in the ballast water stored in the process water tank are in a predetermined range or more, they are transported to the raw water tank through the transport section.
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.As shown in FIG. 12, the bactericidal activity of chlorine dioxide is closely related to the temperature. Accordingly, the disinfection method of the present invention is characterized in that the ballast water number is 25 to 50 ° C in the mixing step (S200) or the disinfecting step (S300) (S400) for supplying heat to the heat exchanger (S400).
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.If the temperature is less than 25 ° C., it is difficult to expect an increase in the sterilization effect. If the temperature is more than 50 ° C., the increase in sterilization due to the increase in temperature is insignificant and the energy consumption is inefficient. It is preferable not to deviate.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이산화염소를 이용한 선박 평형수의 최적의 살균 조건을 장치 및 방법에 적용하기 위하여 여러 가지 요인들과의 관련성을 하기의 실험 방법에 따라 측정하였다.In order to apply the optimal sterilization conditions of ship ballast water using the chlorine dioxide to the apparatus and method, the relationship with various factors was measured according to the following experimental method.
Artificial seawater 조성 및 미생물 Artificial seawater composition and microorganisms 식종Animal species 방법 Way
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. Prior to conducting the experiment to determine the sterilization condition of sea water according to the IMO standard, a general method of producing sea water samples that can be used in the experiment was examined. ASTM standards (D1141-98) were manufactured according to the ASTM approved seawater composition for the representative seawater production by different seawater characteristics by region.
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.24.534 g of NaCl, 4.094 g of Na 2 SO 4 , 20 mL of stock solution No. 1 and 10 mL of stock solution No. 2 were injected into 1 L of ultrapure water and pH was adjusted as close as possible to 8.2 using 0.1 N NaOH. The properties of the artificial seawater stock solution are shown in Table 2. The water used in the experiment was ultrapure water in order to minimize the effect of trace materials. All reagents used in the experiments were purchased from Duksan.
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. In order to reproduce COD, E. coli and Enterococcus in seawater, sewage influent from Gyeongsan Sewage Treatment Plant was utilized. The concentrations of E. coli and Enterococcus in the inflow water of Gyeongsan Sewage Treatment Plant and seawater of Pusan Port were measured by IDEXX laboratories Inc. And Cololert18 and Enterolert kit.
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. The experimental method is as follows. Fill a 10,000-fold diluted Gyeongsan Sewage Treatment Plant Influent or a 100-mL diluted Pusan Port seawater with 10-fold dilution in the same capacity. Then, dissolve E. coli or Enterococcus media powder. Transfer the dissolved solution to the Quanti-Tray and seal it. 18 hours for E. coli, and 24 hours for Enterococcus.
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. The analysis method is as follows. E. coli and Enterococcus were identified as blue fluorescent light when irradiated with UV-A lamp (365 nm), respectively. The wells were counted and their concentrations were quantified according to the official MPN table.
푸른 형광빛을 띄는 점을 이용하여 E.coli 및 Enterococcus의 농도를 정량 측정할 수 있었으며 측정 결과를 표 3에 정리하였다.The concentrations of E. coli and Enterococcus were quantitatively measured using blue fluorescence. The results are summarized in Table 3.
Artificial seawater에 100 sieve 표준체로 여과한 경산하수처리장 유입하수를 0.1 mL 투입하여 미생물 초기농도를 모사하였으며, 모든 이산화염소를 이용한 소독 실험에 사용하였다.The initial concentration of microorganisms was sampled by injecting 0.1 mL of sewage effluent from the Gyeongsan Sewage Treatment Plant, which was filtered with a 100 sieve standard in an artificial seawater, and used for all disinfection experiments using chlorine dioxide.
이산화염소 농도 측정법 확립Establish chlorine dioxide concentration measurement method
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. Prior to the derivation of the optimal sterilization concentration of chlorine dioxide, a method of measuring the concentration of chlorine dioxide was examined according to a publicly known method such as Standard methods (1998, 20th Edition). The DPD ferrous titrimetric method (Standard Methods, 4500-Cl-F) was used to measure chlorine dioxide. The water used in the experiments was ultrapure water to minimize the interference of trace ions present in tap water.
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.)Dilute the prepared chlorine dioxide gas 100 times, add 2 mL of glycine solution (10 g / 100 mL) and stir. Add one Humas Cl 2 (free) kit powder to oxidize all available chlorine in the sample. Thereafter, titration was carried out using FAS (Fe (NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 .6H 2 O, 1.106 g / 1 L), and the point where the red color became a transparent color was regarded as an end point. The chlorine dioxide concentration was calculated by the following equation (1), where G is the FAS titration amount (mL).
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.As a result of the experiment, it was found that the concentration of chlorine dioxide can be quantitatively measured by the above titration method. Since the produced chlorine dioxide is unstable, it was stored in a cold room (5-6 ℃) where no light was passed, and it was used after quantitative analysis before the experiment.
식물성 플랑크톤 배양 및 계수법 고찰Investigation of phytoplankton culture and counting method
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. Prior to the sterilization test, the method of culturing and counting of Phytoplankton among the microorganisms corresponding to the IMO standard items was investigated according to the approved methods such as Standard methods (1998, 20th Edition). Information on the media and other environments used to cultivate Phytoplankton has been reviewed by Phytoplankton Culture for Aquaculture Feed (Leroy Creswell, University of Florida Sea Grant, 2010).
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.)The media used for the cultivation were Guillard's F / 2 media, NaOH 3 75.0 g / L as a nitrogen source, 5.0 g / L NaH 2 PO 4 H 2 O as a phosphate source and Na 2 SiO 3 9H 2 O as a silicon source And 30.0 g / L, respectively. The culture conditions were 24 ℃ for reference temperature and 2000-5000 lux for illumination. Phytoplankton was counted using an optical microscope and using a slide glass (PMMA) for microbial counting with an effective volume of 1 mL. The equation used for the coefficient is as shown in Equation 3 where C = the number of live microorganisms counted, At = the total number of cells available for the count, Ac = the total number of cells in the slide glass, V = )to be.)
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.Experimental results show that living phytoplankton can be counted using the above method. The activity of phytoplankton was maximized by liquid subculture before all experiments, and the number of the phytoplankton was counted and mixed with artificial seawater.
선박평형수Ship ballast water 육상시험 시 고려사항 Considerations for Athletics Testing
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.According to the Ministry of Maritime Affairs and Fisheries [Standard Enactment for Ship Equilibrium Water Management], it is necessary to carry out experiments in an environment considering the range of dissolved organic carbon (DOC) and saltiness in the field test. The chlorine dioxide disinfection effect of DOC and salinity was investigated.
미생물 살균 반응 해석 최적화Optimization of microbial disinfection reaction
살균 실험을 진행하기에 앞서 모델링을 이용하여 이산화염소를 이용한 미생물 살균 실험 결과 해석을 최적화하였다. 최적화 실험에 사용된 방정식은 수학식 4, 5와 같다. Prior to the sterilization experiment, the modeling was used to optimize the interpretation of microbial sterilization experiments using chlorine dioxide. The equations used in the optimization experiment are shown in Equations (4) and (5).
여기서 C0는 살균 실험 당시 샘플의 미생물 초기 농도(CFU/100 mL), k는 살균 반응속도상수(hr-1), t는 살균시간(hr)이다.Here, C 0 is the initial concentration of the microorganism (CFU / 100 mL), k is the sterilization rate constant (hr -1 ), and t is the sterilization time (hr).
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.The sterilization test was performed for 72 hours under the conditions of a reference temperature of 20 ° C, pH of 8.2, and chlorine dioxide of 5 ppm using the microorganism concentration determination method and the chlorine dioxide concentration determination method derived from the above experiment. The results are shown in Tables 4 and 5 , And this is shown in FIG. 5 as a graph. 5 (a) is E. coli, (b) is Enterococcus, and (c) is Phytoplankton disinfection reaction analysis data.
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 and Enterococcus were reduced to 148 and 41 CFU / 100 mL, respectively, after 72 hours of reaction at 823 and 121 CFU / 100 mL, respectively. In the case of Phytoplankton, it decreased to 0 cells / mL after 6 hours reaction at the initial 8,000 cells / mL. This was the result of showing that both IMO standards and quantitative targets could be achieved. In the case of E. coli and Enterococcus in the optimization experiment, the reaction was delayed for 72 hours under all conditions. In subsequent experiments, the k value obtained after sterilization reaction for 8 hours based on the above data was used We used the analytical method to find the optimal point.
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.Modeling results for optimization of E. Coli and Enterococcus reaction analysis The reaction constant (k) and the coefficient of determination (R 2 ) of the second-order reaction were judged to be suitable for the reaction analysis as compared with the first-order reaction constant and the coefficient of determination. In the modeling results for Phytoplankton, the reaction constant (k) and the determination factor (R 2 ) of the first reaction are compared with the reaction constant and the determination factor of the second reaction It was judged to be suitable for the reaction analysis and the interpretation of the experimental results was analyzed by using the first order reaction.
해수 살균을 위한 최적 이산화염소 농도 도출 실험Experimental study on optimal concentration of chlorine dioxide for sterilization of sea water
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.In order to obtain optimal chlorine dioxide concentration for ship ballast water sterilization, chlorine dioxide concentration was varied at 1, 3, 5, 8, and 10 ppm at a reference temperature of 20 ℃ and pH of 8.2. The results are shown in Table 6 below and shown in FIG. 6 as a graph.
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.As a result of the experiment, the bactericidal effect was increased with increasing chlorine dioxide concentration. However, it was determined that 1 to 20 ppm was preferable because the improvement of bactericidal effect was insignificant as chlorine dioxide concentration was increased.
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.In particular, it was confirmed that the sterilization ability at 1 ppm was the most excellent in sterilization ability compared to the input chlorine, but it was judged that the concentration that can stably obtain the effluent E.coli and Enterococcus population, which is a technology development evaluation item, is 5 ppm The concentration of chlorine dioxide in the experiments for future sterilization conditions was 1 or 5 ppm.
미생물 초기 농도에 따른 살균 영향 고찰Consideration of sterilization effect according to initial concentration of microorganism
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.The effect of sterilization was investigated by varying initial concentration of microorganisms under optimal chlorine concentration conditions. The initial population of Enterococcus was 1,951, 1,095, 450, 197, and 122 CFU at the reference temperature of 20 ° C, pH 8.2, and chlorine dioxide of 5 ppm at the initial population of 8,704, 4,674, 1,847, 885, and 572 CFU / / 100 mL. The concentrations of microorganisms were 0.25 mL, 0.2 mL, 0.15 mL, 0.1 mL and 0.05 mL per liter of artificial seawater, respectively. The experimental results are shown in Table 7 below, and the graphs are shown in FIG.
실험 결과 E.coli, Enterococcus 모두 초기 개체수가 많을수록 살균반응속도 K도 함께 증가하는 형태를 보이는 것으로 확인되었다.As a result, the rate of bactericidal reaction K increased as the number of E. coli and Enterococcus increased.
해수의 염도에 따른 영향 평가 실험Experiment to evaluate the effect of salinity on seawater
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.Experiments were conducted to compare the bactericidal rates of E. coli and Enterococcus according to the salinity of seawater. A sterilization experiment was performed for 8 hours using artificial seawater, semi-artificial seawater and distilled water at a reference temperature of 20 ° C, pH of 8.2 and chlorine dioxide of 5 ppm. The composition of the semi-artificial seawater is half of that of the artificial seawater. The following Table 8 shows the results of the experiment, and FIG. 8 shows the change of the microbial population according to the salinity change.
실험 결과 환경 조건 중 염도는 이산화염소를 활용한 E.coli와 Enterococcus의 살균 반응에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.The experimental results showed that the salinity of the environmental conditions did not affect the bactericidal reaction of E. coli and Enterococcus using chlorine dioxide.
해수의 Seawater 용존유기탄소Dissolved organic carbon 농도에 따른 영향 평가 실험 Experiment to evaluate the effect of concentration
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.Experiments were conducted to compare the bactericidal rates of E. coli and Enterococcus according to DOC (dissolved organic carbon) of seawater. The chlorine dioxide disinfection effect was investigated according to the presence of DOC in sea water composition at the reference temperature of 20 ℃, pH 8.2, and chlorine dioxide concentration of 5 ppm. Dextrose anhydrous 5 mg / L was mixed to simulate DOC environment composition and sterilization experiment was performed for 8 hours. The experimental results are shown in Table 9 below, and the graphs are shown in FIG.
실험 결과 해수 DOC 농도에 따른 E.Coli 및 Enterococcus 대상 이산화염소의 살균력 변화는 미미한 것으로 나타났다. Experimental results showed that the bactericidal activity of E. coli and Enterococcus chloric dioxide was not affected by DOC concentration.
해수의 pH 농도 및 소독제에 따른 영향 평가 실험Experiment to evaluate the influence of seawater pH and disinfectant
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. Experiments were conducted to compare the bactericidal rates of E. coli and Enterococcus according to the pH concentration of the seawater and the disinfectant. In order to compare the bactericidal effect with sodium hypochlorite, the effective chlorine was made the same with reference to the formula (2).
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.The effective chlorine concentration of chlorine dioxide and sodium hypochlorite was 2.63 ppm, and the sterilization test was carried out for 8 hours at a reference temperature of 20 ° C, pH 7.2, 8.2, and 9.2. Table 10 below shows the effect of chlorine dioxide disinfection upon pH concentration, and Table 11 shows the effect of sodium hypochlorite disinfection on pH concentration. 10 and 11 are graphs of Table 10 and Table 11, respectively.
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.The bactericidal effect of chlorine dioxide and sodium hypochlorite at pH 7.2 showed a similar tendency. Chlorine dioxide showed uniform sterilization effect at all pH conditions, but sodium hypochlorite decreased sterilization effect with increasing pH.
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.That is, when chlorine dioxide is compared with sodium hypochlorite, it is confirmed that the pH adjusting agent and the pH adjusting means for adjusting the pH are not required since the pH is hardly affected by the sodium hypochlorite.
해수의 온도변화 및 소독제 주입 유무에 따른 영향 평가 실험Experiment to evaluate the effect of temperature change and disinfectant injection on seawater
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. Experiments were conducted to compare the bactericidal rates of E. coli and Enterococcus with changes in seawater temperature. pH 8.2, and chlorine dioxide 5 ppm for 8 hours at the reference temperature of 10, 20, and 30 ° C. At this time, a control group without chlorine dioxide was added to investigate changes in microbial population under natural conditions. Table 12 below shows the change in the number of microorganisms according to the temperature change when chlorine dioxide is used, and FIG.
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.The control group without chlorine dioxide showed little change in population under all conditions. Therefore, it was concluded that the change of microbial population over time in all disinfection experiments was based on the bactericidal power of chlorine dioxide, not natural kill.
또한, 온도가 높아짐에 따라 이산화염소의 살균력 또한 증가하는 것으로 나타났다. 이는 온도에 따른 이산화염소의 활성도 차이에서 기인하는 것으로 판단하였다. Also, as the temperature increased, the bactericidal power of chlorine dioxide also increased. It was judged that this is due to the difference in chlorine dioxide activity depending on the temperature.
이에, 본 발명에서는 열 공급부 및 열공급단계를 더 포함하여 이산화염소의 살균 효율을 높일 수 있도록 하였다.Accordingly, the present invention further includes a heat supply unit and a heat supply step to increase the sterilization efficiency of chlorine dioxide.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken as limiting the scope of the present invention. The present invention can be variously modified or modified. The scope of the invention should, therefore, be construed in light of the claims set forth to cover many of such variations.
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 : 반송부100: raw water tank
200: chlorine dioxide supplier
210: drug reservoir
220: Reactor
221: First reaction tank
221a: Connector
222: Second reaction tank
223: chlorine dioxide discharge pipe
223a: first chlorine dioxide discharge pipe
223b: second chlorine dioxide outlet pipe
230: chlorine dioxide storage tank
300: mixing part
310: Ejector
311: Ship ballast water inlet
312: chlorine dioxide inlet
313: Diffuser
320: Mixer
400: treated water tank
500:
Claims (11)
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 원수 탱크에 저장된 선박 평형수의 함량과 오염물을 측정한 후 공급되는 이산화염소의 함량을 조정하고, 상기 처리수 탱크에 저장된 오염원의 함량에 따라 처리시간을 달리할 수 있도록 조정하는 제어부;와
상기 처리수 탱크에 저장된 선박 평형수에 포함된 미생물이 기설정된 범위 이상일 경우 상기 원수 탱크로 반송하기 위한 반송부를 포함하며,
상기 이산화염소 공급부는
이산화염소를 제조하기 위한 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장되며, 레벨게이지가 구비되어 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 기설정된 수위 이상 유지하는 약품 저장조;와
상기 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응시켜 이산화염소를 생성하는 반응기;와
상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이송받아 저장하는 이산화염소 저장조를 포함하며,
상기 반송부는
처리수 저장탱크에서의 기설정된 처리시간의 30 내지 70%가 진행되었을 때 선박 평형수 내의 오염원의 함량을 측정한 후, 미생물 함량이 해당 시간구간에 예상되는 미생물 함량 이상으로 포함될 경우, 상기 이산화염소 공급부로부터 이산화염소를 공급받거나 원수 탱크로 반송하는 것을 특징으로 하는
선박 평형수 처리장치.
A ship ballast water treatment apparatus comprising:
A raw water tank in which the ballast water is stored;
A chlorine dioxide supply unit for supplying chlorine dioxide for disinfecting ship equilibrium water;
A mixer for mixing the chlorine dioxide and the ballast water;
A treatment water tank for storing the ballast water through the mixing portion;
A controller for adjusting the content of the ballast water stored in the raw water tank and the content of chlorine dioxide supplied after measuring the pollutant and adjusting the treatment time to be different according to the content of the pollutant stored in the treatment water tank;
And a return unit for returning to the raw water tank when microorganisms contained in the ballast water stored in the treated water tank are in a predetermined range or more,
The chlorine dioxide supply part
A chemical storage tank for storing chlorite, hypochlorite and acid solution for producing chlorine dioxide and having a level gauge to maintain chlorite, hypochlorite and acid solution over a predetermined level;
A reactor for receiving and reacting the chemical from the chemical storage tank to produce chlorine dioxide;
And a chlorine dioxide storage tank for transferring and storing the chlorine dioxide generated from the reactor,
The conveying unit
If the microorganism content exceeds the expected microbial content in the time interval after measuring the content of the pollutant in the ballast water when 30 to 70% of the predetermined treatment time in the treated water storage tank has progressed, Wherein chlorine dioxide is supplied from the supply unit or is conveyed to the raw water tank
Ship ballast water treatment system.
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.
The method according to claim 1,
The reactor
A first reaction tank for supplying chlorine dioxide, hypochlorite and an acid solution from a chemical storage tank to generate a chlorine dioxide gas by injecting air into a mixed solution;
A second reaction tank for receiving the unreacted mixed solution in the first reaction tank and generating secondarily chlorine dioxide gas;
And a chlorine dioxide discharge pipe for transferring the chlorine dioxide gas generated in the first reaction tank and the second reaction tank to a chlorine dioxide storage tank
Ship ballast water treatment system.
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.
The method according to claim 1,
The mixing section
An ejector including a ship ballast water inlet to which the ballast water is introduced at one side, a chlorine dioxide inlet to introduce chlorine dioxide to the other side, and a diffuser to eject ship ballast water and chlorine dioxide at high pressure;
And a mixer for mixing the ballast water jetted from the ejector with chlorine dioxide
Ship ballast water treatment system.
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.
The method according to claim 1,
The processing device
And a heat supply unit provided in at least one of the raw water tank, the mixing unit, and the process water tank, and supplying heat to activate the sterilization reaction
Ship ballast water treatment system.
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 포함하며,
상기 이산화염소 제조단계(S100)는
아염소산염, 차아염소산염 및 산용액이 저장되며, 상기 아염소산염, 차아염소산염 및 산용액을 기설정된 수위 이상 유지하기 위한 레벨게이지가 구비된 약품 저장조로부터 약품을 공급받아 반응기에서 반응시키는 반응단계(S110)와;
상기 반응기로부터 생성된 이산화염소를 이산화염소 저장조에 이송 및 저장하는 저장단계(S120)를 포함하며,
상기 선박 평형수의 처리방법은
상기 원수 탱크에 저장된 선박 평형수의 함량과 오염물을 측정한 후 상기 혼합단계로 공급되는 이산화염소의 함량을 조정하고, 상기 처리수 탱크에 저장된 오염원의 함량에 따라 소독시간을 달리하도록 제어하며,
처리수 저장탱크에서의 기설정된 소독시간의 30 내지 70%가 진행되었을 때 선박 평형수 내의 오염원의 함량을 측정한 후, 미생물 함량이 해당 시간구간에 예상되는 미생물 함량 이상으로 포함될 경우에는 이산화염소를 공급받거나 반송부를 통하여 원수 탱크로 반송하는 것을 특징으로 하는
선박 평형수의 처리방법.
In the method of treating ship equilibrium water,
A chlorine dioxide manufacturing step (S100) for producing chlorine dioxide for disinfecting the ballast water stored in the raw water tank;
Mixing the chlorine dioxide and the ballast water (S200); and
Disinfecting the ballast water mixed with chlorine dioxide in a treatment water tank (S300);
(S400) for transferring the microorganisms contained in the ballast water stored in the treated water tank to the raw water tank when the microorganisms contained in the ballast water are within a predetermined range,
The chlorine dioxide manufacturing step (S100)
A reaction step (S110) of storing the chlorite, hypochlorite and acid solution and supplying the chemical from the chemical reservoir provided with a level gauge for maintaining the chlorite, hypochlorite and acid solution above a predetermined level, Wow;
And a storage step (S120) of transferring and storing chlorine dioxide produced from the reactor to a chlorine dioxide storage tank,
The method of treating the ballast water
The control unit controls the content of the ballast water stored in the raw water tank and the amount of chlorine dioxide supplied to the mixing step after the pollutant is measured and controls the disinfecting time to be different according to the content of the pollutant stored in the treatment water tank,
After 30 to 70% of the predetermined disinfection time in the treated water storage tank has progressed, the amount of contaminants in the ballast water is measured. If the microorganism content exceeds the expected microbial content in the relevant time interval, the chlorine dioxide Is supplied or conveyed to the raw water tank through the conveying section
Treatment of ship ballast water.
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.
The method according to claim 6,
The reaction step (S110)
A first reaction step (S111) of supplying chlorite, hypochlorite and acid solution from the chemical storage tank and injecting air into the mixed solution formed in the first reaction tank to generate chlorine dioxide gas first;
And a second reaction step (S112) of receiving the unreacted mixed solution to generate chlorine dioxide gas secondarily in the second reaction tank
Treatment of ship ballast water.
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.
The method according to claim 6,
The mixing step (S200)
A high-pressure injection step (S210) of spraying chlorine dioxide and the ballast water at 1 to 20 ppm at a high pressure using an ejector;
And a mixture forming step (S220) of mixing the high pressure sprayed chlorine dioxide and the ship ballast water in a mixer to form a mixture
Treatment of ship ballast water.
상기 소독단계(S300)는
이산화염소와 혼합된 선박 평형수를 처리수 탱크에서 5 내지 72시간 두어 미생물을 살균하는 것을 특징으로 하는
선박 평형수의 처리방법.
The method according to claim 6,
The sterilizing step S300
And the ballast water mixed with chlorine dioxide is placed in a treatment water tank for 5 to 72 hours to sterilize the microorganism
Treatment of ship ballast water.
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.
The method according to claim 6,
The mixing step (S200) or the sterilizing step (S300)
And a heat supply step of supplying heat so that the equilibrium water number of the vessel has 25 to 50 DEG C to activate the sterilization reaction
Treatment of ship ballast water.
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| KR101887852B1 (en) | 2018-04-06 | 2018-08-10 | 안건표 | ballast water management system |
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