2004년 체결된 평형수관리협약은 2016년 9월 비준되어 2017년 발효 예정이었다. 그러나 발효 직전, 물리적으로 모든 선박에 평형수 처리장치를 설치하기 어렵다는 의견에 따라 2년 유예되었다. 따라서 수만 척의 선박은 2024년까지 평형수 처리장치를 설치해야 하며, 해당 시장의 규모는 약 40조원까지 성장할 것으로 추정된다. 그러나 우리나라에서 개발한 현재 평형수 처리장치는 IMO 형식승인을 받은 제품만 있을 뿐 USCG 형식승인을 받은 제품이 없어 평형수 처리시장을 선점하기에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 USCG 성능기준을 만족하는 평형수 처리기술 개발을 위하여 IMO와 USCG 성능기준의 차이를 비교하고, 현재 사용되고 있는 선박평형수 처리장치의 국내 및 세계 기술 수준을 비교 분석하여 자외선 발광 다이오드 및 이산화티타늄을 이용한 평형수 처리장치 개발방향을 제시한다.
국제해사기구는 선박평형수를 통한 수중생물의 이동을 막기 위해, 2004년 선박평형수와 침전물 통제 및 관리를 위한 국제협약을 채택하였으며 2015년 5월12일 현재 73개의 처리장치가 최종승인을 받았거나 진행중이다. 선박평형수 처리기술은 전기분해, 오존식, 자외선식 등 여러 기술이 개발되었으나 비용 및 효율면에서 전기분해방식이 타 방식에 비하여 좋고 간접식과 직접식으로 나누어지며 직접식이 간접식에 비해 우수하다. 본 논문에서는 직접식 전기분해 장치를 이용한 선박평형수 처리시스템 개발에 관해 연구하였다.
본 논문에서는 에너지 절감형 선박평형수 처리장치를 개발하기 위하여 $TiO_2$ 광촉매와 자외선 램프를 적용한 선박평형수 처리장치에 대하여 기술하였다. 제작된 처리장치의 정격 출력과 처리용량은 각각 2.16 kW 및 $100m^3/h$이다. 처리장치의 살균효율은 플랑크톤을 사용하여 IMO 규정에 따라 평가하였다. 실험결과로부터 시제작 선박평형수 처리장치의 살균효율은 동물성 플랑크톤에서 99.7 %, 식물성 플랑크톤에서 98.84 %로 나타났다.
선박의 운영에서 평형수는 안전한 운항을 위하여 필수적이다. 그러나 평형수에는 원치않는 생물이 함유되어 있어서 잠재적 외래종의 이송에 의한 생태계 교란의 원인이 되고 있다. 환경파괴를 막기 위하여 2004년 선박 평형수와 침전물의 제어 및 관리를 위한 국제협약이 채택되었다. 선박평형수 처리장치는 국제협약을 충족시키기 위하여 다른 지역으로의 생물 이송을 막고자 개발되었다. 최근에는 전 세계적으로 50여개의 다양한 처리방식의 평형수 처리장치가 승인되었다. 가장 일반적인 평형수 처리 방식은 자외선(UV) 처리방식, 전기분해 처리방식, 그리고 오존 처리방식이다. 이러한 평형수 처리방식들 중에서 어떤 방식이 사용자와 설계자의 요구사항에 적합한 최적의 방식인지를 결정하는 데는 많은 어려움이 있다. 본 연구의 목적은 계층분석기법(AHP)을 사용하여 최적의 선박평형수 처리장치를 선정하는 것이다. 계층분석기법을 적용하기위하여 사용자와 설계자에 의해서 도출된 가장 중요한 평가기준을 사용 하였다. 우리의 결과로부터 선박평형수 처리장치 개발자들에게 평형수 처리방식을 안내 할 수 있다.
선박의 항해 안전성을 유지하기 위하여 평형수 탱크에 주입 배출되는 선박평형수는 그 안에 포함되어 있는 각종 수중생물로 인하여 지역 해양 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 국제해사기구(IMO)는 선박평형수를 통한 수중생물의 이동을 막기 위해, 2004년 선박평형수와 침전물 통제 및 관리를 위한 국제협약을 채택하고 2016년 9월에 발효하여, 2017년 9월 이후 정기검사가 도래하는 모든 선박은 선박평형수 처리장치를 설치하도록 하였다. 선박평형수 처리 방식에는 활성물질을 이용하여 처리하는 전기분해식, 오존식, 약품식과 물리적인 처리방식인 필터, 자외선식 등으로 나누어 지며, 두 가지 방식을 혼용하여 사용하기도 한다. 일반적으로 비용과 효율 면에서 전기분해방식이 우수한 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 직접식 전기분해 선박평형수 처리장치의 기본 원리, 구성 요소, 육상 시험 내용을 고찰하였다. 육상시험은 정부시험 시설이 설치되어 있는 KIOST 거제분원에서 $300m^3/h$ 처리 용량의 장치로 수행하였다. 이 육상시험을 통해 직접식 전기분해 선박평형수 처리장치가 IMO에서 제시하고 있는 기준을 만족하고 다른 방식에 비해 효율적인 것을 확인하였다.
국제해사기구(IMO)는 선박평형수를 통한 수중생물의 이동을 막기 위해, 2004년 선박 평형수와 침전물 통제 및 관리를 위한 국제협약을 채택하였다. 34개 선박평형수 처리장치가 IMO 활성물질 승인을 받았고, 이 가운데 20개 처리장치가 최종승인을 받았다. 본 논문에서는 IMO 활성물질 승인을 받은 처리장치에 대한 작용 원리와 총잔류산화제(TRO) 농도를 고찰하였다. TRO 최대 허용 배출 농도는 중화장치를 통해 낮추어 대부분 0.2 ppm 이하의 농도를 보였으나, 최대 처리 허용 농도는 장치별로 1-15 ppm으로 큰 차이를 나타내었다. 처리장치 별로 TRO 처리 허용 농도의 차이는 처리장치의 특성 및 필터의 유무와 종류 등과의 연관성 보다는 생물 사멸시험 시 생물종 특성과 수온, 탁도 등 수질 특성에 기인하는 바가 크다고 판단된다.
선박평형수 관리 협약에서 활성물질을 사용하는 선박평형수 처리장치는 IMO가 제정한 절차에 따라 IMO로부터 승인을 받아야하는 것으로 되어 있다. 협약에서 활성물질이란 유해 수중 생물과 병원균에 대하여 바이러스나 균류를 포함한 일반적인 또는 특정한 작용을 하는 물질 또는 생물을 말한다고 되어 있다. IMO 해양환경 보호위원회에서는 2008년 10월까지 13개의 선박평형수 처리장치에 기본승인을 부여하였고 4개의 처리장치에 최종승인을 부여하였다. 본 논문에서는 "활성물질을 사용하는 선박평형수 관리시스템의 승인을 위한 절차서(G9)"와 "GESAMP-BWWG의 정보 수집과 업무 수행을 위한 방법"에 근거하여 기본승인과 최종승인의 절차와 문서의 요소를 고찰하였고, IMO로부터 기본승인 또는 최종승인을 받은 처리장치의 승인 내용을 요약하였으며, 이로부터 몇 가지 문제점을 제기하였다.
2차 오염이 없는 물리적 선박 평형수 처리 장치의 조합별 비교를 통하여 비교적 우수한 조합을 밝혀내는 것이 본 연구의 목적이다. 2008년 IMO에서는 선박 평형수 문제를 제제하기 위해 배출 선박 평형수 내 미생물의 농도를 일정 농도로 규제하게 되었다. IMO 규제 농도를 맞추기 위한 멸균 방법으로는 약품을 이용한 화학적 처리, 전기분해를 통한 차아염소산 처리, UV나 오존 및 플라즈마를 이용하는 방법, membrane을 이용하는 방법 등이 있다. 하지만 어느 방법이나 부분적으로 2차오염이나 선체부식 및 살균효율 등의 단점을 가지고 있는 실정이다. 아울러 이런 단점들을 피해가면서 조류와 미생물을 효율적으로 멸균 시킬 수 있는 방법은 현재까지 미비한 실정이다. 본 연구에서 적용된 처리장치는 전단응력을 이용하여 2차 오염을 발생시키지 않으면서 조류와 미생물을 살균시킬 수 있는 물리적 살균처리장치이다. 본 연구에서는 이 장치의 다양한 type별 조합으로 실험하여 살균 가능한 최저 회전속도에 따른 최고 유량 등을 규명하여 상업적 처리 장치의 설계를 위한 기초자료로 삼고자하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권1호
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pp.19-27
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2015
최근에 국제해사기구(IMO)에서 선박 평형수 처리장치(Ballast water treatment system, BWTS)와 관련된 국제 규정을 강화함에 따라 이에 대응할 수 있는 BWTS 기술개발의 중요성이 대두되고 있다. 지금까지는 세계 각국에서 선박 평형수 처리기술을 처리방식에 따라 크게 물리적 방식(막분리, 원심분리, 자외선 등)과 화학적 처리방식(염소처리, 오존처리, 화확약품 등)으로 개발하여 왔으나, 기존의 기술 방식들은 추가적인 구동전력, 낮은 생산성, 잔류처리 문제 등으로 기술적인 보완이나 대안이 요구되고 있다. 본 연구에서는 기존과는 다른 새로운 방식의 기계식 방식 평형수 처리장치의 설계를 위한 유동해석 연구이다. 고속 회전하는 몇 가지 디스크 형상에 따라 유동에서 발생하는 여러 가지 유동특성을 전산유체해석(CFD)를 통하여 분석하였다. 평판형 및 계단형 형상에서는 반경을 따라서 국부적으로 공동현상이 발생가능하며, 원주형에서는 전단응력 강도를 높일 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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