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선박의 배기 가스에 함유된 불순물을 처리하기 위한 방법, 스크러버를 구비한 선박, 및 정화 유닛{METHOD FOR TREATING IMPURITIES CONTAINED IN EXHAUST GASES OF SHIPS, SHIP WITH A SCRUBBER, AND PURIFICATION UNIT}
본 발명은 선박의 배기 가스에 함유된 불순물을 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, - 배기 가스의 이산화황 배출물을 감소시키기 위해 배기 가스 스크러버에서 배기 가스를 물로 스크러빙(scrubbing)하는 단계, - 정화될 세척수를 공급하는 단계로서, 상기 세척수는 불순물을 함유하고, 배기 가스 스크러버로부터 폐수가 정화되는 선박 선상의 정화 유닛으로 유출되는, 상기 세척수 공급 단계, 및 - 정화된 폐수의 pH 값을 모니터링하여, 그 값이 6.5 미만인 경우, 폐수의 pH 값을 6.5 이상의 값으로 조정하고, 그 후에 정화된 폐수를 바다로 방출하거나 배기 가스 스크러버로 되돌려 보내는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 선박의 내연 기관으로부터의 배기 가스를 정화하고, 이산화황 배출물을 감소시키기 위한 배기 가스 스크러버, 및 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 정화될 세척수를 정화하기 위한 정화 유닛을 포함하는 선박에 관한 것이다.
본 발명은 추가로, 선박의 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 오염된 세척수, 즉 폐수를 정화하기 위한 정화 유닛에 관한 것이다.
US 2010224070A1호로부터, 전술한 유형의 방법 및 전술한 유형의 선박이 공지되어 있다.
선박의 엔진으로부터의 배기 가스를 배기 가스 스크러버에 의해 정화하는 것이 널리 알려져 있다. 특히, 배기 가스의 이산화황 배출물이 환경상 문제가 되기 때문에, 이러한 이산화황 배출물을 감소시키는 것이 목적이다. 선박의 엔진이 엔진의 연료 연소 공정 동안 산화되는 황-함유 연료를 사용하기 때문에, 이산화황 배출물이 발생한다. 저황 연료는 이산화황 배출물을 감소시킬 수 있지만, 저황 연료는 고가이다. 황 함량이 비교적 높을 수 있는, 즉 이른바 저황 연료에서보다 황 함량이 높을 수 있는 연료를 사용할 수 있도록 하기 위해, 배기 가스는 배기 가스 스크러버에서 스크러빙되며, 이로써 배기 가스를 스크러빙하지 않은 경우에 비해 이산화황 배출물을 극적으로 감소시킬 수 있다. 배기 가스 스크러빙 공정은, 세척수가 다량의 불순물을 함유하고, 전형적으로 세척수의 pH 값도 세척수가 바다로 방출되기에는 너무 낮기 때문에, 불순물을 함유하고 그대로는 바다로 방출될 수 없는 세척수를 생산하게 된다. 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 세척수는 배기 가스 스크러버로 다시 공급될 수 있지만, 세척수는 이러한 방식으로 "무한적으로" 순환될 수는 없는데, 이는 보다 많은 배기 가스가 세척수로 스크러빙 될수록 반드시 세척수의 오염도 증가하기 때문이다. 바다로 방출되기 전에, 세척수는 물로 희석되지만, 이것이 폐수에 의해 야기되는 환경 문제를 없애지는 못한다. 선박으로부터 바다로 방출할 수 있을 정도로 세척수를 충분히 정화하는데 성공한 경우가 없었다. 세척수가 선박 선상의 대형 탱크에 수집되고, 항구에서 상기 탱크로부터 세척수가 펌핑되어 해안에 있는 정수장으로 이동되는 절차는 세척수의 양이 대량인 관계로 시간과 노력을 너무 많이 필요로 하기 때문에 현실적으로 실현할 수 없다.
배기 가스 스크러버로부터 세척수로 전달되는 배기 가스 및 불순물을 처리하기 위한 전술한 방식은 우수한 최종 결과를 제공하지 못하거나(원하는 만큼 효율적으로 불순물을 제거하지 못하거나), 복잡하며(예를 들어, 선박으로부터 해안으로의 세척수의 전달), 화학물질의 사용을 필요로 한다.
US 6810662 B2호에는, 내연 기관으로부터의 배기 가스를 배기 가스 스크러버에서 정화하기 위한 배열체가 공지되어 있다. 그러나, 상기 문헌에는 물이 배기 가스에 함유되어 있는 화합물과 반응할 때 생성되는 반응 생성물 또는 세척수를 어떻게 처리하는지에 대해서는 개시되어 있지 않다.
GB 2288342호에는, 내연 기관으로부터의 배기 가스를 배기 가스 스크러버에서 정화하기 위한 배열체가 공지되어 있다. 상기 문헌은 세척수에 함유되어 있는 고체 불순물 입자가 필터에 수집되는 정화 유닛에서의 세척수의 정화를 개시하고 있다. 그러나, 기술된 정화 유닛은 세척수에 용해되어 있는 불순물 또는 극도로 작은 불순물 입자를 세척수로부터 처리 및 제거할 수 없다는 것이 문제이다.
따라서, 본 발명의 목적은 선박의 배기 가스에 함유되어 있는 불순물을 처리하기 위한 방법으로서, 용이하게 실현 가능하고 불순물을 효율적으로 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이를 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 정화 유닛은 가동 경사 필터 밴드를 포함하는 밴드 필터를 포함하는 정화 장치를 포함하며, 이에 따라 폐수에서 기원한 불순물을 함유하고 있는 수성 유체에 함유된 불순물을 필터 밴드의 제1 표면으로부터 제거될 침전물로서 밴드 필터의 제1 표면 상에 응집시키기 위해, 상기 수성 유체가 하나 이상의 침전제와 함께 밴드 필터의 경사 필터 밴드의 제1 표면에 공급되고, 필터 밴드를 통해 여과되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 불순물은 스크레이핑에 의해 필터 밴드의 제1 표면으로부터 제거된다.
바람직하게는, 필터 밴드는 바람직하게는 필터 밴드의 제1 표면과는 반대편인 필터 밴드의 제2 표면 상으로 물을 분무함으로써 청소되는 순환 필터 밴드이다.
용어 "침전제"는 물에 존재하는 물질의 입자로의 분자 응집을 촉진하기 위해 사용되는 화학 물질을 지칭한다. 용어 "침전제"는 또한, 물에 존재하는 부유 입자의 거시 질량(macroscopic mass)(floc)으로의 응집을 촉진하기 위해 사용되는 화학 물질(이는 응집제로도 알려져 있음)을 지칭한다. 바람직하게는, 염화알루미늄, 알루미늄 염소 수화물 또는 폴리아민 염화물, 알루미늄 황산염, 염화 제2철 황산염 및/또는 황산제1철과 같은 알루미늄-계 및/또는 철-계 염 또는 염류가 본 발명에 따른 침전제로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 음이온성 및/또는 양이온성 중합체, 특히 양이온성 폴리아민, 폴리아크릴아미드, 아크릴아미드의 공중합체 또는 알킬 아미드의 음이온성 공중합체가 그대로, 또는 알루미늄계 및/또는 철계 염 또는 염류와 함께 본 발명에 따른 침전제로서 사용될 수 있다. 침전제는 예를 들어, 중합체 수용액으로서 사용될 수 있다.
바람직하게는, 불순물을 함유하고 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 정화될 세척수, 즉 폐수는 상기 수성 유체를 밴드 필터의 경사 필터 밴드 상으로 공급하기 전에, 정화 유닛에 포함되는 폐수 회로에서 정화되며, 상기 폐수 회로는 적어도 하나의 막 필터를 포함하고, 정화될 세척수, 즉 폐수는 정화된 폐수 및 불순물을 함유하는 잔류물을 얻기 위해, 폐수가 막 필터의 반투막을 통해 여과되는 폐수 회로에서 순환되며, 정화된 폐수는 잔류물이 응집되는 폐수 회로에서 잔류물이 계속하여 순환되는 동안, 폐수 회로 내 막 필터 및 순환으로부터 제거되며, 그 후 불순물로 고도로 응집된 폐수 회로 내 응집 잔류물의 적어도 일부가 수성 유체의 형태로 간격을 두고 밴드 필터의 경사 필터 밴드에 공급된다. 바람직하게는, 정화 장치로부터 유출되는 여과액은 바다로 방출되거나 배기 가스 스크러버로 운반되기 전에 추가로 정화되기 위해 폐수 회로로 다시 운반된다.
폐수 회로에서의 폐수의 불순물 농도는 폐수 회로에 공급되는 폐수의 양이 늘어날수록 증가하며, 이에 따라 정화를 실행하기 위해 요구되는 압력 차이가 증가한다. 결과적으로, 불순물로 고도로 응집되는 폐수 회로 내 잔류물의 적어도 일부가 폐수 회로로부터 간격을 두고 제거되며, 이로써 바람직하게는 매우 높은 불순물 농도를 갖는 폐수가 정화 장치에서 추가로 처리된다. 추가 처리되는 폐수의 양 및 체적은, 불순물을 함유하고 배기 가스 스크러버로부터 정화 유닛으로 유출되는 세척수의 양 및 정화 유닛에서 정화되는 폐수의 양과 비교하면 일부에 지나지 않는다. 정화 장치에서 취득되는 침전물은 불순물로 고도로 응집된다. 침전물은 폐기를 위해 선박으로부터 해안으로의 이동이 용이하도록 작은 용기에 배치될 수 있다. 비록, 폐수 회로로부터 유출되는 폐수의 양을 적게 하는데에 있어 바람직하지만, 폐수 회로를 청소하는 동안, 불순물이 응집되어 있는 모든 물을 한꺼번에 제거할 필요는 없다는 점에 주목해야 한다.
막 필터의 정화 능력을 유지하기 위해, 막 필터는 상기 막 필터의 반투막에 불순물이 쌓여 있을 때, 간격을 두고 청소된다. 바람직하게는, 이러한 청소는 역세정에 의해 수행되며, 이에 따라 막 필터의 반투막에 있는 불순물이 제거된다. 제거된 불순물은 정화 장치에 공급되어 밴드 필터에 의해 여과된다.
폐수 내의 어떠한 큰 고체 불순물도 막 필터의 반투막에 응집되거나 이러한 반투막을 막지 않도록 하기 위해, 폐수는 바람직하게는 폐수 회로로 폐수를 공급하기 전에 거친 필터 및/또는 미세 필터에 의해 여과된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들이 첨부된 특허청구범위에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 방법이 구현될 수 있도록 하는 본 발명에 따른 선박은 정화 유닛이 폐수에서 기원한 불순물을 정화하기 위한 가동 경사 필터 밴드를 포함하는 밴드 필터를 포함하는 정화 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 정화 유닛은 폐수 회로를 추가로 포함하고, 상기 폐수 회로는 순환 펌프 및 반투막을 포함하는 적어도 하나의 막 필터를 포함하고, 상기 순환 펌프는, 불순물을 함유하는 잔류물이 막 필터의 방출 단부로부터 다시 순환 펌프로, 그리고 다시 순환 펌프로부터 막 필터의 유입구 단부로 안내되는 동안, 상기 막 필터를 통해 유동하는 폐수가 반투막을 통해 여과되고, 막 필터의 유출구로부터, 그리고 폐수 회로로부터 정화되어 유출되도록, 폐수를 막 필터의 유입구 단부로 공급함으로써 폐수 회로에서 정화된 폐수를 순환시키도록 배열되며, 상기 정화 장치는 막 필터의 방출 단부의 하류측에 연결되고, 불순물이 고도로 응집된 잔류물을 수성 유체 형태로 폐수 회로로부터 수용하여 이들 잔류물을 추가로 응집시키도록 배열된다.
폐수 회로는 바람직하게는, 정화 유닛의 여과 효율이, 연료에 함유되어 있는 다량의 황으로 인해 그리고/또는 많은 연료를 소비하는 (대형) 내연 기관으로 인해 연소 공정 동안 실제로 다량의 불순물이 생산되는 상황인, 다량의 불순물 및 넓은 체적의 폐수를 정화할 필요성에도 대응할 수 있도록 하는 복수의 막 필터를 포함할 수 있다. 시장에서 입수 가능한 막 필터들로 구성함으로써, 적합한 필터 세트를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 선박의 바람직한 실시예들이 첨부된 특허청구범위에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 정화 유닛은, 정화 유닛을 선박의 배기 가스 스크러버로부터 나오는 폐수 라인에 연결하기 위한 제1 연결 수단, 정화 유닛을 선박의 배수 회로에 연결하기 위한 제2 연결 수단, 및 정화 유닛 내에서 정화된 폐수를 정화 유닛으로부터 방출하기 위한 유출구 라인을 포함하는 이동가능 용기-형 유닛으로서, 폐수에서 기원한 불순물을 침전물로서 필터 밴드의 제1 표면 상에 응집시키기 위해, 가동 경사 필터 밴드를 포함하는 밴드 필터를 포함하는 정화 장치를 포함하는 것으로 설계되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 정화 유닛은 순환 펌프 및 반투막을 포함하는 적어도 하나의 막 필터를 포함하는 폐수 회로를 추가로 포함하고, 상기 순환 펌프는, 불순물을 함유하는 잔류물이 막 필터의 방출 단부로부터 다시 순환 펌프로, 그리고 다시 순환 펌프로부터 막 필터의 유입구 단부로 안내되는 동안, 상기 막 필터를 통해 유동하는 폐수가 반투막을 통해 여과되고, 막 필터의 유출구로부터, 그리고 폐수 회로로부터 정화되어 유출되도록, 폐수를 막 필터의 유입구 단부로 공급함으로써 폐수 회로에서 정화될 폐수를 순환시키도록 배열되며, 상기 정화 장치는 막 필터의 방출 단부의 하류측에 연결되고, 불순물이 고도로 응집된 수성 유체 형태의 잔류물을 침전물로 추가로 응집시키기 위해 폐수 회로로부터 상기 잔류물을 수용하도록 배열된다.
바람직하게는, 상기 정화 유닛은 가압 공기가 막 필터의 깨끗한 측면에 인가될 수 있도록 하기 위해, 정화 유닛을 선박의 가압 공기 회로에 연결하기 위한 제3 연결 수단을 포함한다.
본 발명에 깔려있는 기본적인 사상은 선박의 배기 가스 스크러버의 폐수에서 기원한 불순물을 정화하기 위해 가동 경사 필터 밴드를 사용하는 것이다. 필터 밴드는 폐수 회로에 응집되는 폐수일 수 있는 폐수에 용해된 불순물, 및 고도로 응집된 형태의 미시적으로 작은 불순물이 폐수의 중간 저장용의 대형 저장 탱크를 사용할 필요 없이 폐수로부터 제거될 수 있도록 하고, 규정에 따라 정화된 처리 후의 오수의 대부분이 바다로 펌핑될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 선박의 이점에는 정화 유닛의 기술적 작동 원리 및 구조로 인해, 이 유닛에 의해 요구되는 필요 공간이 작아서 정화 유닛을 선박 선상에 배치하는 것이 용이하다는 점을 들 수 있다. 효율적인 여과에 의해, 정화 유닛은 배기 가스 스크러버의 폐수에서 기원한 불순물을 함유하는 수성 유체를, 여과를 거친 정제수가 물의 순도에 대해 설정된 엄격한 요구사항까지도 충족하여 바로 바다로 방출될 수 있을 정도로 효율적으로 정화할 수 있다. 대안적으로, 여과를 거쳐 얻은 정제수는 배기 가스 스크러버로 되돌아 가서 재순환될 수 있다. 여과 후, 고도로 응집된 불순물이 모여질 수 있으며, 이러한 경우에 그 체적이 작기 때문에, 적절한 폐기 또는 최종 처리를 위해 이들 불순물을 해안으로 매우 쉽게 옮길 수 있다.
이제, 본 발명은 2개의 예에 의해, 그리고 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술된다.
도 1은 배기 가스 내에 함유된 불순물을 처리하기 위한 본 발명의 제1 실시예를 예시한다.
도 1a는 도 1의 실시예에서 사용 가능한 폐수 회로를 도시한다.
도 2 및 도 3은 각각, 도 1의 실시예에서 사용되는 정화 장치를 예시하는 측면도 및 정면도이다.
도 4는 배기 가스에 함유된 불순물을 처리하기 위한 본 발명의 제2 실시예를 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 실시예 및 배기 가스에 함유된 불순물을 처리하기 위한 배열체를 도시한다.
도 1은 선박 선상의 배기 가스 스크러버(1) 및 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 세척수를 정화하기 위해 배기 가스 스크러버에 연결된 정화 유닛(2)을 도시한다. 도면 부호 「10」은 선박을 예시한다. 선박의 내연 기관은 도면 부호 「46」으로 예시되어 있고, 내연 기관(46)에 연결된 캐터라이저는 도면 부호 「47」로 표시되며, 도면 부호 「48」은 배기 가스 보일러를 나타낸다. 내연 기관(46)은 디젤 엔진이다. 캐터라이저(47)는 산화질소 배출물을 감소시킨다. 바람직하게는, 캐터라이저(47)는 산화질소 배출물을 감소시키기 위해 요소를 사용한다. 캐터라이저(47)의 구조 및 작동은 당업자에게 공지되어 있기 때문에, 이런 연유로 캐터라이저(47)의 구조 및 작동은 논의되지 않는다. 배기 가스는 배기 가스 보일러(48)에서 냉각된다. 배기 가스 보일러(48)가 배기 가스를 냉각시킴과 동시에, 선박의 다양한 열 수요를 위해 열 에너지가 배기 가스로부터 복구된다. 배기 가스 보일러(48)의 작동은 당업자에게 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 배기 가스 보일러의 구조 및 작동에 대해서는 더 상세하게 설명하지 않는다.
도면의 배열체에서, 선박(10)의 내연 기관(46)으로부터의 배기 가스는 배기 가스 스크러버(1)로 안내되는 지점(23)에 있다. 배기 가스를 배기 가스 스크러버(1)로 공급하기 전에, 체적 백분율로 배기 가스의 이산화탄소 농도(CO 2 농도)를 판정하기 위해 측정 장치(24)가 사용된다. 배기 가스 보일러(48)로 인해, 배기 가스는 냉각된 상태로 배기 가스 스크러버(1)에 도달하며, 이로써 배기 가스의 체적 및 유동률은 배기 가스 보일러(48)가 없는 경우에서보다 작게 되며, 배기 가스 정화를 위한 물 수요가 감소한다. 지점(25 및 26)으로부터 배기 가스로 물이 분무된다. 물은 염기성인 것이 바람직하지만, 중성 물(neutral water)도 사용될 수 있다. 분무 지점(25, 26)의 개수 및 장소는 변동될 수 있다. 정화된 배기 가스는 지점(27)에서 배기 가스 스크러버(1)로부터 유출된다. 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 배기 가스의 이산화황 농도(SO 2 농도)를 판정하기 위해 측정 장치(28)가 사용된다. 배기 가스 스크러빙 시, SO 2 /CO 2 의 비가 측정되는데, 여기서 SO 2 는 연도 가스 정화 후 연도 가스 내 이산화황의 체적 백분율 농도이며, CO 2 는 연도 가스 정화 전 이산화탄소의 체적 백분율 농도이다. 배기 가스 스크러버로 공급되는 물의 양을 조절함으로써, 배기 가스 스크러버(1)의 작동은 SO 2 /CO 2 의 비가 주어진 필요 값 미만, 25 ppm SO 2 /CO 2 %(v/v)(즉, SO 2 (ppm)/CO 2 (% v/v)) 미만, 바람직하게는 10 ppm SO 2 /CO 2 %(v/v) 미만, 그리고 가장 바람직하게는 4.3 ppm SO 2 /CO 2 %(v/v) 미만이 되도록 조정된다. 배기 가스 스크러버(1)에서의 배기 가스의 스크러빙은 공지되어 있기 때문에, 본 명세서에서는 스크러빙을 행하는 절차에 대해서는 더 상세하게 설명하지 않는다.
배기 가스 스크러빙 시, 고체 불순물 및 물에 용해되어 있는 불순물 둘 모두 세척수 내에 모이게 된다. 불순물을 함유하고 배기 가스 스크러버(1)의 바닥으로 지향되는 고온의 세축수는 정화 유닛(2)의 상류측에 배열되는 냉각 장치(14)에 의해 냉각된다. 고온의 세척수는 펌프(29)에 의해 열교환기(11)를 포함하는 냉각 장치(14)로 펌핑된다. 펌프(29)는 예를 들어, 원심형 펌프이다. 저온의 원수가 열교환기(11)로 공급되고, 이로써 열교환기에 공급되는 고온의 세척수의 온도는 열교환기 내에서 예를 들어 약 80℃의 값으로부터 30℃의 값으로 떨어진다. 원수는 바닷물이거나, 대안적으로 담수(강물 또는 호숫물)일 수 있다. 따라서, 세척수는 냉각되어 라인(15)을 따라 다시 배기 가스 스크러버(1)로 안내된다.
열교환기(11)로부터 유출되어 배기 가스 스크러버(1)로 되돌아가는 세척수의 pH 값은 7 이상임이 보장된다. 실제로, 이는 측정 수단(17)이 세척수의 pH 값을 판정하고, 측정 수단(17)에 의해 측정된 pH 값이 7 미만인 경우, pH 값이 적어도 7, 바람직하게는 7.5에 이르도록 공급 수단(16)에 의해 염기가 세척수에 공급되게끔 행해진다. 사용되는 염기는 예를 들어, 잿물, 즉 수산화나트륨(NaOH), 또는 다른 중화 물질이다. 제어 수단(18)이 바람직하게는 공급 수단(16)의 작동을 자동으로 제어한다. 배기 가스 스크러버(1)로의 세척수의 공급 속도는 주로 선박의 엔진 출력에 따라 대략 100 내지 1000 m 3 /h이다. 특히 소형 엔진에서, 공급 속도는 100 m 3 /h 미만, 예를 들어 40 내지 100 m 3 /h일 수 있다. 세척수 공급 속도는 전형적으로 20 내지 50 m 3 /MWh이다. 따라서, 약 6000 kW 전력의 중유 작동식 디젤 엔진의 경우에 물 공급 속도는 세척수 공급 압력이 3 내지 5 바인 때, 전형적으로 30 내지 300 m 3 /h, 그리고 보다 전형적으로는 100 내지 250 m 3 /h일 수 있다. 공급 압력이 이보다 더 높을 수 있으며, 이러한 경우에 세척수 공급 속도는 감소될 수 있다.
필요 시, 배기 가스 스크러버(1)로 이어지는 라인(15)에 보다 많은 물이 공급된다. 도면 부호 「55」는 라인(15)에 대한 물 공급 지점을 나타낸다. 물은 담수이거나 염수일 수 있다. 라인(15)에는 후술하는 정화 유닛(2)에서 정화수가 공급될 수 있으며, 이 물은 라인(49)(유출구 라인)을 따라 배기 가스 스크러버(1)로 안내되어 내부 순환을 이룬다.
열교환기(11)의 하류측에서, 라인(30)은 불순물을 함유하는 세척수, 즉 폐수를 정화 유닛에서 정화하기 위해 정화 유닛(2) 쪽으로 이어진다. 공급 펌프(13)는 정화 유닛(2)의 정화 장치(120)로 폐수를 공급하며, 이러한 정화 장치의 구조는 도 2 및 도 3을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 폐수 공급 속도는 약 0.1 내지 5 m 3 /h이다. 공급 속도의 크기는 선박의 엔진 출력 및 연료의 황 함량에 크게 좌우된다. 바람직하게는, 공급 펌프(13)는 변위 펌프(양-변위 펌프) 유형의 것이지만, 다른 유형의 펌프가 사용될 수 있다. 공급 펌프(13)의 상류측에 있는 라인(30) 내 폐수의 압력은 0.1 내지 10 바, 예를 들어 3 내지 5 바이다. 공급 펌프(13)의 하류측에서, 라인(30) 내 압력은 폐수를 정화 장치(120), 예를 들어 정화 장치 내에 제공되는 혼합 용기(119)로 운반하기에 충분할 정도이면 충분할 것이다.
폐수는 정화된 폐수가 라인(32)을 따라 흘러 지점(P1)에서 바다로 방출될 수 있도록, 정화 유닛(2)의 정화 장치에 의해 여과될 수 있다. 침전물, 즉 높은 불순물 농도를 갖는 흐물흐물한 물질이 폐기물통(68)으로 안내된다. 정화된 폐수는 라인(49)을 따라 배기 가스 스크러버(1)로도 안내될 수 있다. 정화수의 바다로의 이동 또는 정화수의 배기 가스 스크러버(1)로의 이동을 제어하기 위해 삼방 밸브(115)가 사용될 수 있다. 정화된 폐수가 바다로 방출될 수 있기 전에, 폐수의 pH 값 및 탁도는 특정 값을 달성해야 한다. 이들 값이 아래 개시될 것이다. 도면 부호 「19」는 불순물이 정화된 폐수의 pH 값을 판정하기 위한 측정 수단을 나타내며, 이러한 측정 수단은 정화 장치(120)의 하류측에 배열된다. pH 값이 허용값 미만인 경우, 염기 공급 장치(20)로부터 염기가 추가된다. 도면 부호 「21」은 정화수의 탁도를 판정하기 위한 측정 수단을 나타낸다. 설정된 탁도 값을 초과하면, 활성탄 공급 장치(116)에 의해 활성탄이 정화된 폐수와 혼합되고, 정화된 폐수는 다시 라인(132)을 따라 정화 장치(120)로 안내된다. 정화 장치(120)는 또한, 폐수에 함유된 다륜성 방향족 탄화수소(PAH)를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 도면 부호 「45b」는 폐수 내 PAH 농도를 판정하기 위한 측정 장치를 나타낸다. 도면 부호 「66」은 금속 이온, 질산염, 및 아질산염이 정화될 수 있도록 하는 이온 교환 장치를 나타낸다. 전형적으로, 정화된 폐수의 대부분은 바다로 방출되지만, 다시 배기 가스 스크러버(1)로 되돌아 갈 수도 있다.
필요 시, 즉 배기 가스 스크러버(1)로부터 유출되는 정화될 폐수의 조성이, 설정된 요구사항 및 권고사항, 예를 들어 2009년에 발의된 IMO 결의안 MPEC.184(59)("배기 가스 청소 시스템에 대한 가이드라인(GUIDELINES FOR EXHAUST GAS CLEANING SYSTEMS)")에 기재된 사항들을 완전히 준수할 수 있을 정도로 정화 장치(120)가 폐수를 정화할 수 있는 상황이 아닌 경우에, 정화 장치(120)로부터 얻어진 여과액, 즉 정화된 폐수는 바다로 방출되기 전에 추가로 폐수 회로(3)로 운반되어 정화된다. 삼방 밸브(117)에 의해, 정화 장치(120)의 여과액 (물)은 폐수 회로(3)로 안내되거나, 대안적으로 (밸브(115)를 거쳐, 지점(P1)에서) 바다로 바로 안내될 수 있다. 폐수 회로(3)의 구조가 도 1a에 예시되어 있다. 폐수 회로(3)는 순환 펌프(5) 및 반투막(7)을 포함하는 적어도 하나의 막 필터(4)를 포함하며, 상기 순환 펌프는, 불순물을 함유하는 잔류물이 막 필터의 방출 단부(9)로부터 다시 순환 펌프(5)로, 그리고 다시 순환 펌프로부터 막 필터의 유입구 단부(6)로 안내되는 동안, 상기 막 필터를 통해 유동하는 여과액 (물)이 반투막(7)을 통해 여과되고, 막 필터(4)의 유출구(8)로부터, 그리고 폐수 회로(3)로부터 (훨씬 더 깨끗하게) 추가로 정화되어 유출되도록, 여과액을 막 필터(4)의 유입구 단부(6)로 공급함으로써 폐수 회로 내 정화 장치(120)로부터 유출되는 여과액, 즉 추가로 정화될 물을 순환시키게끔 배열된다. 정화 장치(120)로부터 유출되어 추가로 정화될 물이 폐수 회로(3)에서 순환할 때, 이 물에는 물에 용해된 불순물이 응집된다. 불순물이 응집되어 있는 이 물은 간격을 두고 그리고 침전제와 함께 라인(43)을 거쳐 다시 정화 장치(120)로 안내되며, 상기 정화 장치에서 불순물은 폐기물통(68)으로 제거된다. 추가로 정화되어 폐수 회로(3)로부터 유출되는 물은 물의 순도에 대해 설정된 매우 엄격한 요구사항까지도 충족하여, (밸브(115)를 거쳐, 지점(P1)에서) 바다로 방출될 수 있을 정도로 깨끗하다. 도 1의 실시예에서는 폐수 회로(3)가 필요하지 않지만, 정화 장치(120)의 용량이 폐수를 충분히 정화하기에 모자라는 때에는, 폐수 회로(3)가 필요하다. 도 1에서와 달리, 도 4 및 도 5a, 도 5b의 실시예에서는, 폐수 회로가 필요하다. 도 4의 실시예에서 폐수 회로의 구조 및 작동이 상세하게 설명되어 있으므로, 도 1 및 도 1a와 관련하여 폐수 회로의 작동은 더 상세하게 설명되지 않는다. 도 1의 실시예에서도, 폐수 회로는 도 4에 도시된 것에 대응하는 역세정 배열체를 포함하지만, 간소화를 위해 도 1a에는 도시되지 않는다. 바람직하게는, 황산알루미늄, 황산 염화 제2철 및/또는 황산 제1철과 같은 알루미늄계 및/또는 철계 염 또는 염류가 침전제로서 사용될 수 있다. 실험을 통해, 적합하거나 가장 적합한 침전제를 찾을 수 있다. 적합한 침전제를 찾는 것은 그다지 번거로운 일이 아니다.
도 2 및 도 3은 각각, 도 1에 도시된 정화 장치(120)를 예시하는 측면도 및 정면도이다. 정화 장치(120)는 가동 (가동성) 경사 필터 밴드(122)를 포함하는 밴드 필터(121)를 포함한다. 필터 밴드(122)의 폭은 약 1000 mm이다. 필터 밴드(122)는 다공성 스테인리스 강 와이어 메쉬 밴드를 포함한다. 필터 밴드(122)의 공극 크기는 대략 30 내지 120 ㎛의 범위 내, 보다 바람직하게는 30 내지 100 ㎛의 범위 내, 그리고 가장 바람직하게는 30 내지 80 ㎛의 범위 내에 있다. 필터 밴드(122)는 순환식(endless)이며, 3개의 롤(118)에 의해 제어된다. 롤(118)의 개수는 변동될 수 있다. 모서리에서 밀봉되는 필터 밴드(122)는 불순물이 정화된 여과액, 즉 정화수를 수용하기 위한 공간(125)을 갖는다. 이러한 밀봉은 정화 장치(120)의 측면(도시되지 않음)에 의해 이루어지며, 상기 측면은 필터 밴드(122)의 횡방향에 직교한다. 필터 밴드의 깨끗한 측면 상에서, 필터 밴드(122)의 경사 부분에 언더프레셔를 배열하기 위해, 언더프레셔 수단(123)에 의해 공간(125)에 언더프레셔가 배열될 수 있다. 언더프세셔는 클 필요가 없기 때문에, 이러한 언더프레셔 수단(123)은 흡인 장치일 수 있다. 도면 부호 「124」가 필터 밴드(122)의 제1 표면(상부 표면)으로부터 침전물을 제거하기 위한 스크레이퍼를 나타내는 반면, 도면 부호 「126」은 침전물의 대부분이 스크레이퍼(124)에 의해 제거된 후에 필터 밴드를 청소하기 위한 분무 수단을 나타낸다. 필터 밴드(122)로부터의 스크레이핑 후에도 여전히 남아 있는 잔류 불순물의 제거를 향상시키기 위해, 분무 수단(126)에 의해 물을 분무함과 동시에, 기계적 브러싱을 사용하는 것이 가능하다. 정화 장치(120)는 침전제를 밴드 필터(121)에 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함한다. 공급 수단은 정화 장치(120)의 작동에 대한 기술과 관련하여 기술된다.
이하에서, 정화 장치(120)의 작동이 설명될 것이다.
배기 가스 스크러버(1)로부터 유출되어 정화될 폐수 및 침전제가 혼합 용기(119)에 공급된다. 혼합 용기(119)의 체적은 30 내지 1000 L이다. 침전제는 수분 동안, 예를 들어 3 내지 5분 동안 모터-구동식 믹서(127)에 의해 혼합 용기(119)에서 혼합된다. 침전제는 최종 용액으로서 혼합 용기(119)에 공급될 수 있다. 상기 용액은 분말 형태의 침전제가 깨끗한 물과 혼합되는 용기(128)에 준비될 수 있으며, 그 후에 이 용액은 혼합 용기(119)로 펌핑된다. 침전제는 폐수 내의 불순물이 덩어리져 응집되도록 한다. 정화될 폐수와 침전제의 혼합물이 혼합 용기로부터 밸브(도시되지 않음)를 거쳐 확산 박스(129)로 공급되며, 상기 확산 박스로부터 혼합물은 실질적으로 필터 밴드의 전체 폭에 걸쳐 필터 밴드(122)의 상부 표면의 경사 부분 상으로 확산된다. 결과적으로, 확산 박스(129)의 폭은 실질적으로 필터 밴드(122)의 폭에 대응한다. 상기 혼합물은 혼합물 내 불순물이 작은 압력으로 필터 밴드의 상부 표면을 가압하는 스크레이퍼(124)에 의해 용이하게 제거되는 침전물로서 필터 밴드(122)의 상부 표면 상에 응집되도록 필터 밴드 상에서 여과될 수 있도록 하고, 불순물이 없는 여과액이 필터 밴드를 통과하여 공간(125) 내로 진입하게 되며, 이러한 여과액은 상기 공간으로부터 라인(32)(도 1 참조)으로 제거된다. 정화 장치의 작동을 신속화 및 향상시키기 위해, 필터 밴드(122)는 제1 경사 표면의 반대편인 제2 경사 표면, 즉 깨끗한 경사 표면 상의 압력이 제1 경사 표면 상의 압력보다 낮도록, 언더프레셔 수단(123)에 의해 언더프레셔에 종속된다. 언더프레셔는 여과액이 통과하는 공간(125)에 마련된다. 언더프레셔의 크기는 예를 들어, 0.2 내지 0.4 바이다. 언더프레셔로 인해, 침전물이 스크레이핑되어 떨어져 나가 폐기물통(68)으로 안내되는 지점으로 침전물이 이동하기 전에, 침전물 내 물 함량이 급속하게 감소된다. 따라서, 필터 밴드로부터 제거되는 침전물은 걸쭉하고 흐물흐물한 덩어리처럼 되고, 다량의 불순물과 소량에 불과한 물을 함유하여 고도로 응집된다. 폐기물통(68)의 체적은 작을 수 있어, 그 내용물에 대한 추가 처리를 위해 선박으로부터 해안으로 옮기는 것이 용이하다. 불순물이 없는 여과액이 라인(32)을 따라 바다로 안내된다(P1이 깨끗한 물이 바다로 방출되기 시작하는 지점을 가리키는 도 1 참조). 원하는 경우, 여과액의 일부, 전형적으로 소량이 라인(49)을 거쳐 다시 배기 가스 스크러버(1)로 안내될 수 있다. 필요 시, 여과액은 바다로 방출되기 전에 다시 폐수 회로(3)로 안내된다. 정화 장치(120)에 의해 정화수를 바로 바다로 안내하거나, 폐수 회로(3)(상기 정화수가 본 폐수회로로부터 바다로 방출됨)로 안내하기 위해 삼방 밸브(117)가 사용된다. 도면 부호 「43」은 폐수 회로(3)에 응집되어 있는 잔류물이 정화를 위해 다시 정화 장치(120)로 안내될 수 있는 라인을 가리킨다.
스크레이퍼(124)에 의해 필터 밴드(122)로부터 모든 침전물을 제거하는 것은 불가능하기 때문에, 정화 장치(120)는 필터 밴드(122)의 깨끗한 측면으로 물을 분무하여 필터 밴드의 제1, 즉 오염된 측면 상의 잔류 불순물을 제거할 수 있는 분무 수단(126)을 포함한다. 제거된 불순물은 하나 이상의 침전제와 함께 다시 정화 장치(120)의 경사 필터 밴드(122)로 안내되어 스크레이퍼(124)에 의해 제거될 수 있다. 실제로, 불순물은 혼합 용기(119)로 안내되고, 확산 박스(129)를 거쳐 필터 밴드(122)로 안내된다.
전형적으로, 정화 장치(120)의 필터 밴드는 간헐적으로 이동하며, 이러한 경우에 필터 밴드의 이동 속도는 약 0.1 내지 0.4 m/min이다. 도 2에서, 정화될 폐수는 경사 필터 밴드(122)의 길이의 적은 부분만을 덮는 높이로 유지된다. 정화될 더 많은 폐수가 확산 박스(129)로부터 고정식(가동식이 아닌) 경사 필터 밴드(122) 상으로 공급될 때, 정화될 폐수가 경사 필터 밴드(122)의 길이의 더 많은 부분을 덮도록 폐수의 높이가 상승한다. 폐수의 높이가 특정 레벨까지 상승하면, 플로트(130)가 순환 필터 밴드의 이동을 개시하는 모터(도시되지 않음)를 기동시킨다. 이러한 경우에, 많은 불순물을 함유하고 스크레이핑되어 떨어져 나갈 물질이 스크레이퍼(124)를 향해 이동하는 동시에, 정화된 필터 밴드는 경사 필터 밴드(122)의 최저점, 즉 롤(118)의 위에서 좌측으로 이동하며, 이를 통해 필터 밴드가 청소되어 막히지 않게 되기 때문에, 폐수에 함유된 물이 용이하게 여과된다. 물의 신속한 침투의 결과, 경사 필터 밴드(122) 상의 폐수의 높이는 플로트(130)가 필터 밴드(122)의 이동을 중지시키기에 충분할 정도로 감소된다. 경사 필터 밴드(122)의 상부 표면 상에 모이는 폐수의 높이가 충분히 높게 상승된 후라야만, 플로트(130)가 다시 모터를 기동시키고, 흐물흐물한 침전물이 스크레이퍼(124)를 향해 계속하여 이동하게 된다.
도 5a 및 도 5b의 정화 유닛과 같이, 도 1의 정화 유닛(2)은 이 정화 유닛을 선박의 배기 가스 스크레이퍼로부터의 폐수 라인(30)에 연결하기 위한 연결 수단 및 정화 유닛을 선박의 배수 회로에, 그리고 경우에 따라서는 선박의 가압 공기 회로에 연결하기 위한 연결 수단이 제공되는 이동가능 용기-형 유닛으로서 실현될 수 있다. 이러한 연결 수단(도 1에 도시되어 있지 않음)이 도 5a 및 도 5b의 실시예와 관련하여 이하 설명될 것이다.
도 4는 배기 가스 스크러버(1')로부터의 폐수가 정화 장치(120')에 의한 정화가 이루어지기 전에 폐수 회로(3')에서 먼저 정화되로록, 도 2 및 도 3의 정화 장치(120')가 사용되는 실시예를 도시한다. 도 4는 도 1과 동일한 도면 부호를 사용하여 유사한 구조체를 표시한다.
도 4의 실시예에서, 공급 펌프(13')는 거친 필터(12')를 거쳐 폐수 회로(3')로 폐수를 공급한다. 폐수 공급 속도는 약 0.1 내지 5 m 3 /h이다. 공급 속도의 크기는 주로 선박의 엔진 출력 및 연료의 황 함량에 따른다. 바람직하게는, 공급 펌프(13')는 변위형 펌프(양-변위 펌프)이며, 공급 펌프의 하류측 라인(30') 내에 0.1 내지 5 바의 압력을 생성하도록 마련된다. 압력은 또한, 5 바를 초과할 수 있으며, 예를 들어 10 바일 수 있다. 예를 들어, 편심 스크루 펌프형의 것인 변위 펌프의 이점은 먼지 및 부식에 대한 저항성이 높고, 이 펌프에 의해 펌핑되는 매질을 많이 혼합시키지 않는다는 점이다. 공급 펌프(13')의 상류측 라인(30') 내 폐수의 압력은 0.1 내지 10 바, 예를 들어 3 내지 5 바이지만, 이보다 더 높을 수 있다. 거친 필터(12')의 공극 크기는 크기가 5 ㎛를 초과하는 고체 불순물 입자가 여과되고, 이보다 작은 입자는 필터를 통과하도록 선택된다. 전형적으로, 거친 필터(12')의 공극 크기는 크기가 40 ㎛ 이상인, 예를 들어 적어도 50 내지 100 ㎛인 불순물 입자가 여과되도록 선택된다. 이러한 불순물 입자는 녹 파편, 큰 검뎅 입자, 및 경우에 따라서는 염정을 포함한다. 거친 필터(12')는 바람직하게는 와이어 메쉬 필터이다. 거친 필터의 하류측에서 거친 필터(12') 다음에, 크기가 0.4 ㎛를 초과하는 불순물 입자를 여과하기 위한 제2 필터(12a')가 배열된다. 필터(12a')의 공극 크기는 크기가 예를 들어, 10 ㎛를 초과하는 고체 불순물 입자를 여과하도록 선택된다. 필터(12a')는 미세 필터로 지칭될 수 있다. 필터(12a')는 특히 작은 검뎅 입자 및 경우에 따라서는 폐수에 존재하는 작은 염정을 여과한다. 필터(12a')는 정화 유닛(2')에 포함되는 막 필터(4', 4a')를 청소할 필요성을 감소시키는 것으로 여겨진다. 필터(12', 12a')는 청소 가능하거나 교체 가능한 필터 요소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 거친 필터(12')는 자동 자체 청소식 필터일 수 있다.
전술한 사전 여과를 거친 폐수는 폐수 회로(3')로 안내된다. 폐수 회로(3')는 필름으로서의 역할을 하는 반투막(7', 7a')을 포함하는 2개의 직렬-접속 막 필터(4', 4a')를 포함한다. 막 필터(4', 4a')는 크기가 0.1 ㎛ 미만인 불순물을 여과할 수 있다. 막 필터는 통상적으로 구매 가능한 필터이다. 바람직하게는, 이들 필터는, 세라믹 재료로 제조되고 막 필터의 유출구 단부(6', 6a')로부터 막 필터의 방출 단부(9, 9a)로 연장되는 복수의 보링 또는 채널을 포함하는 세장형 프레임 구조를 갖는 세라믹 필터이다. 세라믹 프레임의 재료는 예를 들어, 소결 알루미나(Al 2 O 3 ), 산화티타늄(TiO 2 ), 실리콘 산화물(SiO 2 ) 또는 산화지르코늄(ZrO 2 )이다. 간략화를 위해, 도면에는 2개의 보링만이 점선으로 표시되어 있다. 보링의 직경은 예를 들어, 3 내지 4 mm이고, 막 필터의 길이는 예를 들어, 약 1000 mm이다. 막 필터의 활성 층(막)은 전형적으로 프레임 구조체와 동일한 산화물로 제조된다. 따라서, 활성층은 막 필터가 미세 필터 유형인 경우, 예를 들어 산화티타늄(TiO 2 )이며, 필터가 한외 필터형이거나 나노필터형인 경우, 예를 들어 산화지르코늄(ZrO 2 )일 수 있다. 활성층은 또한, 소결 알루미나(Al 2 O 3 ) 및 실리콘 산화물(SiO 2 ) 또는 상기 산화물들의 조합으로 이루어질 수 있다. 산화물 층 대신, 활성층은 적합한 규산염 또는 탄화물로 이루어지는 것이 가능하다. 반투막을 이루는 재료는 압력이 충분히 높은 상태에서 폐수에 함유되는 물 분자의 선택적인 투과를 가능하게 하도록 다공성을 띤다. 그러나, 반투막을 이루는 재료는 용해된 탄소화합물, 탄화수소화합물, (질산염 및 아질산염과 같은) 질소화합물 및 (황산염 및 아황산염과 같은) 황화합물과 같은 폐수에 용해된 화합물 및 극히 작은 고체 불순물 입자의 침투를 불가능하게 하고, 이에 따라 이들 화합물 및 불순물 입자가 폐수 회로(3')에서 계속하여 순환하게 된다. 막 필터의 유형 및 공극 크기에 따라, 막 필터(4', 4a')는 크기가 수 나노미터 정도로 작은 입자만을 여과하는데 사용될 수 있다. 물 분자는 크기가 약 0.3 nm에 불과하기 때문에, 막 필터의 반투막을 투과한다.
바람직하게는, 한외 필터 또는 나노필터 및 매우 작은 물질의 투과가 억제되는 경우에는 경우에 따라 역삼투 필터가 막 필터(4', 4a')로서 사용될 수 있다. 나노필터의 여과 능력은 약 0.0008 내지 0.008 ㎛의 범위(여과될 약 200 내지 15000의 분자량) 내에서 있는 반면, 역삼투 필터는 이 필터를 통해 분자량이 1 내지 400의 범위 내에 있는 약 0.0011 ㎛(약 1 nm) 미만의 크기를 갖는 물질을 통과시킨다. 금속 이온은 역삼투 필터에 의해 여과될 수 있지만, 나노필터는 금속 이온을 통과시킨다. 나노필터의 이점은 이들 필터가 역삼투 필터보다 낮은 압력에서 작동한다는 점이다. 막 필터(4', 4a')의 공극 크기는 물 정화를 위해 설정되는 요구사항을 충족하도록 선택된다. 당업자는 상식에 기초하여 또는 시행을 거쳐 막 필터를 선택할 수 있다; 이러한 선택에는 지나친 노력을 필요로 하지 않는다. 막 필터의 물리적 구현은 상당히 변동될 수 있다; 이러한 구현은 나선 형태(몇몇 섬유 층을 포함), 관형 형태 등일 수 있다. 예를 들어, 폴 필터시스템즈 게엠베하(Pall Filtersystems GmbH)에 의해 상표명 슈마시브(SCHUMASIV)(type Pall - MF 0050T6021)로 제조되는 공극 크기가 0.05 ㎛인 필터가 막 필터(4', 4a')로서 사용될 수 있다.
폐수는 순환 펌프(5')에 의해 폐수 회로(3')에서 순환한다. 폐수 회로에서의 폐수 순환 속도는 최적의 유동률(m/s 단위)을 얻기 위해, 특히 막 필터(4', 4a')의 개수에 따라, 그리고 막 필터의 작동이 고려되는 한 50 내지 110 m 3 /h, 예를 들어 50 내지 70 m 3 /h이며, 폐수 회로(3') 내 압력은 예를 들어, 2 내지 7 바, 그리고 전형적으로는 3 내지 5 바일 수 있지만, 7 바를 초과, 예를 들어 7 내지 100 바의 범위가 가능할 수 있다. 최적의 유동률은 예를 들어, 4 내지 6 m/s일 수 있다. 막 필터(4', 4a')의 유출구(8', 8a')로부터 반투막(7',7a')을 통해, 폐수가 정화된 여과액은 라인(32')으로 방출된다. 라인(32')에서 정화된 폐수의 유동률은 예를 들어, 1 m 3 /h이다. 유동률은 상당 부분 선박의 엔진 출력 및 정화 유닛(2')의 효율에 따르며, 정화 유닛은 정화 요구에 대응하도록 치수설정되어야 한다. 따라서, 라인(32') 내 유동률은 상당히 변동 가능할 수 있는데, 예를 들어 0.5 내지 5 m 3 /h이다. 잔류물, 즉 불순물을 함유하는 폐수가 막 필터(4')의 방출 단부(9')로부터 막 필터(4a')의 유입구 단부(6a')로 유출되고, 잔류물, 즉 불순물을 함유하는 폐수가 막 필터(4a')의 방출 단부(9a')로부터 순환 펌프(5')의 유입구 단부(31') 내로 유출된다.
폐수를 순환시키는 동안, 막(7', 7a')은 막 필터의 분해능(정화 효율)을 개선하기 위해, 주파수 30 내지 70 kHz, 예를 들어 50 kHz의 초음파 및/또는 주파수 50 내지 1000 Hz의 진동을 받게 된다. 막은 이 막을 진동 고정물 또는 하우징(도시되지 않음)에 배치함으로써 진동하도록 제조될 수 있다.
도면 부호 「33' 내지 40'」는 복귀 밸브를 나타낸다. 복귀 밸브(33' 내지 40')는 정화 장치의 작동이 고려되는 한 확실하게 유체가 잘못된 방향으로 순환하지 않도록 한다.
폐수 회로(3')로부터 유출되는 정화된 폐수, 즉 폐수 회로의 여과액은 라인(32')으로 안내된다. 막 필터(4', 4a')로부터 유출되는 정화된 폐수의 pH 값을 측정하기 위해 측정 수단(19')이 라인(32')에 연결된다. pH 값이 6.5 미만인 경우, 공급 장치(20')는 pH 값이 6.5 이상이 되도록, 유출되는 물에 염기, 예를 들어 잿물을 첨가하는데 사용된다. 내연 기관 상의 부하가 변동될 때, 동작 상황에서 일시적으로, 정화수의 pH 값이 선박 선상에서 취해진 물의 pH 값과는 약 2 pH 단위만큼 상이한 것이 가능할 수 있다.
측정 수단(21')은 또한, 정화된 폐수의 탁도를 측정하기 위해 라인(32')에 연결된다. 바람직하게는, 탁도는 (15분을 초과한 시간 기간에 측정된) 평균하여 선박 선상에서 취해진 물의 값보다 25 FNU 더 초과하여서는 아니되며, FNU는 탁도의 단위이고, "포마진 네펠로메릭 단위(Formazin Nephelomeric Units)를 가리킨다. 상기 탁도는 또한, 25 NTU 값으로 주어질 수 있으며, NTU는 "네펠로메트릭 탁도 단위(Nephelometric Turbidity units)를 가리킨다. 물의 탁도는 물에 함유된 작은 입자들이 어떻게 광을 산란시키는지를 측정하기 위한 검출기를 포함하는 탁도계라 불리는 장치에 의해 측정될 수 있다. 검출기는 광선을 야기한다. 물이 다량의 작은 입자를 함유하는 경우, 작은 입자의 양이 적은 경우보다 보다 많은 광이 검출기 내로 반사된다. 보정된 탁도계는 물의 탁도를 NTU로 측정한다. ISO 7027 표준은 물의 탁도를 판정하기 위한 시험 방법을 제공한다.
물론, 물이 충분히 깨끗하다면, 측정 장치(45b')(PAH 농도를 판정하기 위한 측정 장치)의 하류측 라인(32')에서 흐르는 정화수는 밸브(54')를 거쳐 (지점(P1')에서) 바다로, 그리고/또는 라인(49')을 거쳐 다시 배기 가스 스크러버(1')로 방출될 수 있다. 필요 시, 펌프(50')는 전술한 바와 같이 라인(15')으로 공급되는 물의 압력이 라인(49')에서의 압력을 초과하지 않도록, 라인(49') 내 물의 압력을 증가시킨다. 정화된 모든 폐수가 배기 가스 스크러버(1')로 안내되는 것이 요구된다면, 밸브(54')를 거쳐 라인(32') 내에서 유동하는 액체가 존재하지 않는, 즉 밸브가 폐쇄되어야 한다. 라인(32')으로부터 나오는 정화된 모든 폐수가 바다로 방출되는 것이 요구된다면, 라인(49') 내 밸브(53')가 폐쇄되어야 한다. 바람직하게는, 라인(32' 및 49')의 교차점에는 다시 배기 가스 스크러버(1)로 공급되는 정화수의 비율의 크기를 조정하기 위한 3-방 밸브(도시되지 않음)가 제공되며, 이러한 경우에 배기 가스 스크러버(1')로 공급되지 않는 비율은 (지점(P1')에서) 바다로 바로 방출되거나, 정화 장치(120')를 거쳐 (지점(P1a'))에서 바다로 방출된다. 3-방 밸브는 바람직하게는 자동이다.
폐수가 폐수 회로(3')에서 순환될 때, 미시적으로 작은 고체 불순물이 막 필터(4', 4a')의 반투막(7', 7a')에 모인다. 동시에, 물에 용해된 불순물이 막 필터(4', 4a')에 모이지 않고 폐수 회로(3')에서 계속하여 순환하기 때문에, 폐수는 불순물이 응집되게 된다. 폐수 회로(3')는 간격을 두고 불순물로 응집된 폐수를 비워낸다. 이러한 비움은 응집된 폐수를 정화 장치(120')로 운반함으로써 실행된다. 정화 유닛(120')은 도 2, 도 3에 도시되고 도 1의 실시예에서 사용된 바와 같다. 도 4의 실시예에서, 정화 유닛(120')에 공급되는 폐수는 응집되어, 도 1의 실시예에서의 폐수보다 용해된 불순물을 더 많이 함유한다. 도 4의 실시예와 관련한 침전제도 사용된다. 정화 유닛(120')은 매우 많은 양의 불순물 및 적은 양의 물을 함유하는 흐물흐물한 침전물이 얻어지도록 정화 유닛에 공급되는 응집된 폐수를 정화한다. 침전물은 폐기물통(68')으로 운반된다. 폐기물통(68')은 작고, 추가 처리를 위해 비워지기 위해 해안으로 옮겨질 수 있다. 이러한 추가 처리는 유해한 폐기물 처리 공장에서의 연소일 수 있다. 정화 장치(120')로부터 물을 제거하기 전에, 물의 pH 값 및 탁도는 각각 측정 장치(19a' 및 21a')에 의해 측정된다. 필요 시, 공급 장치(20a')에 의해 염기가 물에 공급되어, 그 pH 값이 원하는 대로(6.5 초과, 바람직하게는 약 7) 된다. 정화수의 순도(품질)가 요구사항을 충족하지 못하는 경우에는, 물은 라인(132')을 거쳐 정화 장치(120')로 되돌아 갈 수 있으며, 상기 정화 장치에서 활성탄 및 침전제에 의해, 그리고 정화 유닛(120')에서 수행되는 여과 후에, 활성탄 및 침전제를 함유하는 침전물이 달성되고, 깨끗한 물인 여과액이 얻어진다. 잔류물은 폐기물통(68')으로 운반된다. 필요 시, 정화수의 pH는 염기 공급 장치(20a')에 의해 조정될 수 있다. 여과액, 즉 정화수는 물론 충분히 순수한 경우, 바다로 방출될 수 있거나, 배기 가스 스크러버(1')로 안내될 수 있다. 3-방 밸브(115a')에 의해, 여과액이 (지점(P1a')에서) 바다로, 그리고/또는 배기 가스 스크러버(1')로 안내될 수 있다. 물이 정화 장치(120')에 의해 정화될 때, 폐수 회로(3')로부터 정화 장치(120')로 공급되는 응집된 폐수는 존재하지 않는다. 즉, 밸브(36')가 폐쇄된다.
폐수 회로(3')로부터 유출되는 응집된 폐수는 전술한 바와 같이, 간격을 두고 밸브(36')를 거쳐 정화 장치(120')로 운반되어 침전제를 사용하여 정화된다. 응집된 물이 정화 장치(120')에 의해 충분히 순수하게 될 수 없는 경우에, 물은 3-방 밸브(136') 및 라인(137')을 거쳐 다시 폐수 회로(3')로 운반되어 추가적으로 정화된다. 또한, 정화될 물은 이 물이 지점(P1' 또는 P1a')에서 바다로 방출될 정도로 충분히 순수해질 때까지 폐수 회로(3')에서 순환되며, 그리고/또는 정화 장치(120')에서 처리된다. 대안적으로, 이러한 순수한 물은 배기 가스 스크러버(1')로 운반될 수 있다.
라인(32')을 거쳐 유출되는 정화수는 활성탄 및 침전제를 사용하여 정화하기 위해, 라인(133')을 거쳐 정화 장치(120')로 안내될 수 있다. 정화수의 입방 미터당 활성탄의 양은 대략 1 내지 3 kg이다. 활성탄은 과립 형태이다. 정화 장치(120')의 여과로 인해 (지점(P1a')에서) 바다로 방출될 수 있고 라인(49')을 따라 배기 가스 스크러버(1')로 되돌아 갈 수 있는 깨끗한 여과액이 생성된다. 정화 장치(120')에 의해 행해지는 물의 정화를 대신하여, 대안적으로 또는 부수적으로 물은 요구되는 탁도 값 역시 충족되도록, 정화 유닛의 작동 파라미터 및 필터(12', 12a', 4, 4a')를 선택함으로써 정화되는 것이 실현 가능하다.
간격을 두고, 폐수 회로(3')의 막 필터(4', 4a')는 폐수가 폐수 회로(3')에서 순환할 때, 반투막(7', 7a')에서 미시적인 작은 고체 불순물이 모이기 때문에, 폐수 및 모인 불순물을 청소해야 한다. 정화된 폐수가 라인(32')으로부터 유출됨에 따라, 새로운 폐수가 라인(30')으로부터 폐수 회로(3')로 공급되며, 이러한 경우에 막 필터(4', 4a')의 반투막(7', 7a')은 점진적으로 검댕 입자와 같은 극도로 작은 고체 불순물이 충전된다. 불순물이 막 필터(4', 4a')의 막(7', 7a')에 모일 때, 막 필터의 여과 능력은 감소된다. 막(7', 7a')의 여과 능력은 이들 막을 청소하면 복원된다. 막 여과를 행하는데 압력차가 너무 커서 불리하고, 폐수 회로에서 순환하는 폐수의 불순물 농도가 너무 커질 때, 폐수 회로(3')를 청소한다.
폐수 회로(3')를 청소할 때, 폐수 회로는 폐수를 비워낸다. 비움으로써 폐수 회로(3')를 청소하는 것은 라인(32')으로부터 라인(60')을 거쳐 물탱크(61')로 정화수를 안내하고, 물탱크로부터 라인(42')을 따라 물을 폐수 회로(3')로, 막 필터(4', 4a')의 "깨끗한 측면"으로 안내함으로써 행해진다. 대안적으로, 폐수 회로(3')는 폐수 회로로부터 유출되는 정화수가 아닌 소스로부터 취득되는 물을 사용하여 비워질 수 있다. 물이 막 필터(4', 4a')의 "깨끗한 측면"에 적용될 때, 폐수 회로가 역세정된다고 말할 수 있다. 도면 부호 「62'」는 라인(42') 내 압력을 라인(60') 내 압력보다 높도록 증가시키는데 사용되는 펌프를 가리킨다. 라인(42') 내 압력은 바람직하게는 6 내지 12 바, 예를 들어 8 바이다. 라인(42'), 펌프(62'), 및 물 탱크(61')는 함께 세정 장치(22')를 구성한다. 비교적 고압(바람직하게는 6 내지 12 바)에서 라인(42')으로부터 막 필터(4', 4a')의 "깨끗한 측면"으로 안내되는 물은 막 필터의 막(7', 7a')에 모인 불순물을 제거한다. 정화수(또는 다른 적절한 유체)가 불순물이 정화된 폐수가 막(7', 7a')을 통해 유동하는 방향에 반대 방향으로 라인(42')을 거쳐 막(7', 7a')을 향해 세정 장치(22')에 의해 공급될 때, 막(7', 7a')에 모인 고체 불순물이 제거될 수 있고 라인(43') 내로 운반될 수 있다. 바람직하게는, 라인(42')을 거쳐 막(7', 7a')을 향해 안내되는 물(또는 다른 유체)이 압력 펄스로서 공급될 수 있으며, 이는 막(7',7a')으로부터의 불순물의 제거를 향상시킨다. 세정 장치(22')가 용해된 대량의 불순물을 함유하는 폐수를 폐수 회로(3')에서 비워내는 동안, 동시에 막 필터(4', 4a')의 막(7', 7a')에서 고체 불순물을 청소한다. 청소 효율을 개선하기 위해, 물은 예를 들어, 30 내지 70℃의 온도까지 가열된 폐수 회로로 안내될 수 있다. 물 탱크(61')에는 바람직하게는 물을 가열하기 위한 가열 장치(65'), 예를 들어 전기 저항기가 제공된다. 물 탱크(61')의 체적은 예를 들어, 50 내지 150 L이다. 바람직하게는, 물 탱크(61')는 단열된다. 밸브(63')는 물 탱크(61') 내로의 물의 진입을 제어하기 위해 사용된다. 밸브(64')는 막 필터(4', 4a') 내로의 물의 진입을 제어하기 위해 사용된다. 폐수 회로(3')를 청소하는 동안, 순환 펌프(5')는 정지된다. 물이 세정 장치(22')에 의해 막 필터(4', 4a')를 포함하는 폐수 회로(3')로 공급될 때, 막 필터(4', 4a') 내 및 폐수 회로의 라인 내 폐수는 막 필터(4')의 방출 단부(9')로부터 라인(56')을 거쳐 라인(43') 내로 안내될 수 있으며, 대응적으로 막 필터(4a')의 유입구 단부(6a')로부터 라인(41')을 거쳐 라인(43')으로 안내될 수 있으며, 여기서 폐수 내 불순물이 정화 장치(120')에 의해 여과된다. 막 필터(4a') 내 폐수는 대안적으로 또는 부수적으로 밸브(59') 개방 시, 방출 단부(9a')로부터 라인(57' 및 58')을 따라 라인(43') 내로 제거될 수 있다. 라인(43')의 밸브(44') 및 라인(58')의 밸브(59')는 폐수가 폐수 회로(3')에서 순환될 때 통상적으로 폐쇄되지만, 폐수가 폐수 회로로부터 제거될 때, 또는 정화 장치(22')가 폐수 회로 및 막 필터(4', 4a')에서 폐수 및 고체 불순물을 청소하기 위해 사용될 때, 밸브(44'), 및 원하는 경우에는 밸브(59')도 개방된다. 라인(43')을 거쳐 유출되는 폐수가 정화 장치(120')에 의해 물이 바다로 방출될 정도로 충분히 정화될 수 없는 경우에, 폐수는 추가로 정화되기 위해 정화 장치(120')로부터 라인(137')을 거쳐 다시 폐수 회로(3')로 운반된다. 바람직하게는, 라인(137')에는 폐수 회로(3')의 정화 능력을 초과하는 것을 방지하기 위해, 균형 저장소(138')가 제공된다. 폐수는 폐수 회로(3')에서 정화되며, 순수한 상태로 지점(P1')에서, 또는 폐수 회로(3')의 정화된 폐수가 정화 장치(120')로 다시 안내되는 경우에는 지점(P1a')에서 바다로 방출될 수 있다.
라인(32')으로부터 얻어진 정화수 대신, 질소와 같은 가압 공기 또는 일부 다른 적절한 유체가 폐수 회로(3')를 청소하기 위해 사용될 수 있다. 폐수 회로(3')의 체적은 예를 들어, 100 내지 1000 L, 전형적으로는 50 내지 500 L이다. 체적은 선박의 엔진 출력 및 정화 유닛(2')의 효율에 따른다. 예를 들어, 약 6000 kW 전력의 중유 작동식 디젤 엔진의 경우에, 폐수 회로의 체적은 약 60 L이다.
막 필터(4', 4a')의 기술된 역세정 및 관련 청소 및 폐수의 폐수 회로에서의 폐수의 비움은 압력차가 그렇게 요구될 때 필요한 바와 같이 간격을 두고 행해진다. 역세정 절차는 예를 들어, 시간당 4회 행해질 수 있다. 다른 인자들 중에서, 라인(30')에서 흐르는 폐수의 공급 속도(m 3 /h 단위) 및 불순물 농도, 폐수 회로(3')의 체적, 막 필터(4', 4a')의 효율 및 개수, 라인(32')으로부터 유출되는 물에 대해 설정되는 순도 요구사항은 역세정이 행해지는 빈도에 영향을 미친다. 막(7', 7a')의 청소와 함께, 이들 막은 청소를 향상시키기 위해, 30 내지 70 kHz, 예를 들어 50 kHz의 주파수의 초음파, 및/또는 50 내지 1000 Hz의 주파수의 진동을 받게 되는 것이 가능하다.
폐수 회로(3')는 완전히 비워지지 않도록 청소되는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 한 번에, 적은 양의 폐수만이 폐수 회로로부터 제거된다. 막 필터의 반투막(7', 7a')이 막 필터의 작동을 저해하는 매우 작은 불순물로 빠른 시간에 막히게 되는 경우에, 적은 양의 폐수를 자주 제거할 필요성이 발생한다. 적은 양의 폐수가 폐수 회로(3')로부터 자주 제거되는 경우, 유출되는 폐수의 총량은 불순물로 고도로 응집된 실질적으로 모든 폐수가 긴 간격을 두고 폐수 회로(3')로부터 제거되는 경우보다 더 많다. 폐수 회로(3')로부터 유출되는 폐수의 총량을 적게 유지하기 위해, 폐수 회로 및 반투막(7', 7a')은 필요 시에만, 즉 이들이 더 이상 적절하게 작동하지 않을 때에만 청소된다. 반투막(7', 7a')을 청소해야 할 필요성이 적다면, 폐수 회로(3')에 함유되는 적어도 대부분의 폐수가 소량만이 짧은 간격을 두고 제거되는 것이 아니라 긴 간격을 두고 제거된다.
역세정을 포함한 전술한 청소에 더해, 염기성 세척제일 수 있는 세척제로 폐수 회로(3')를 청소하는 것이 바람직하다. 세척제에 의한 청소는 역세정만에 의한 것보다 효율적으로 폐수 회로(3')를 청소한다. 세척제에 의한 청소는 전술한 역세정 절차보다 훨씬 더 드문드문 행해진다. 도 1에서, 도면 부호 「72'」는 폐수 회로에 연결되는 세척제 저장소를 가리킨다. 세척제 저장소(72')의 체적은 예를 들어, 100 L이다. 세척제 저장소는 라인(30')에 연결되고, 이 경우에 세척제는 막 필터의 "오염된 측면"에 적용된다. 폐수 회로(3') 내 압력이 소정의 레벨 위로 올라갈 때, 폐수 회로(3')를 청소할 필요성이 발생한다. 결과적으로, 폐수 회로(3')의 압력은 측정 장치(73')에 의해 모니터링된다. 측정 장치(73')에 의해 압력이 소정의 레벨 위로 올라간 것으로 표시된 경우, 세척제가 세척제 저장소(72')로부터 폐수 회로(3')로 공급된다. 대안적으로, 폐수 회로(3')는 소정의 결정된 간격을 두고 청소될 수 있으며, 이러한 경우에 측정 장치(73')는 전혀 필요치 않다. 당업자들은 필요한 공급 배열을 어떻게 설계할지에 대해 알고 있기 때문에, 세척제를 폐수 회로에 공급하기 위한 배열체는 본 명세서에서 더욱 상세하게 설명되지 않는다. 세척제를 폐수 회로(3')에 공급하기 전에 폐수 회로에서 폐수를 비우는 것이 바람직하다.
정화 유닛(2')은 또한, 다륜성 방향족 탄화수소(PAH)를 정화한다. 바람직하게는, 정화 유닛(2')의 작동은 정화된 폐수의 PAH 농도가 취해진 물의 PAH 농도보다 50 ㎍/L 이하로 높도록 설계 및 치수설정되며, 이로써 상기 값 50 ㎍/L은 45 t/MWh 폐수 속도와 관련되며, 여기서 MW는 내연 기관의 최대 전력의 80%인 전력으로 내연 기관을 구동시키는 것을 가리킨다. 도면 부호 「45b'」는 정화된 폐수 내, 즉 라인(32') 내 PAH 농도를 판정하기 위한 측정 장치를 가리키며, 도면 부호 「45a'」는 정화 유닛(2') 및 폐수 회로(3')에 앞서 라인(30') 내 PAH 농도를 판정하기 위한 측정 장치를 가리킨다. 측정 장치(45a', 45b')는 폐수 속도가 2.5 t/MWh 초과 시 형광 발광에 기초한 측정 장치이고, 폐수 속도가 2.5 t/MWh 미만 시 자외선 등에 기초한 측정 장치이다. 바람직하게는, 측정 장치는 ISO 7027:1999 표준에 따라야 한다.
비소, 카드뮴, 크롬, 구리, 납, 니켈, 아연, 바나듐, 몰리브덴 및 망간과 같은 폐수에 함유된 많은 금속은 환경에 해롭다. 정화 유닛(2')은 상기 금속들을 함유하는 고체 화합물, 즉 입자들이 폐수로부터 제거될 수 있도록 하여, 라인(32')으로부터 유출되는 여과액에 이들 입자들이 함유되지 않도록 한다. 막 필터(4', 4a')에서 정화되지 않는 폐수에 용해되어 있는 금속 화합물은 이온 교환에 의해 막 필터로부터 유출되는 정화된 폐수로부터 제거될 수 있다. 이어서, 정화된 폐수는 이온 교환 장치로 안내되며, 이온 교환 장치는 도면 부호 「66'」로 표시된다. 이온 교환 장치는 용해된 금속 이온을 제거하기 위해, 하나 이상의 이온 교환 페이스트 또는 수지를 포함한다. 이온 교환은 처리 중인 물이 이온 교환 페이스트 또는 수지를 통과할 때 발생한다. 금속 양이온의 제거에 적합한 이온 교환 페이스트 또는 수지는 예를 들어, 고도의 산성양이온 수지 및 킬레이트화 양이온 수지이다. 사용된 이온 교환 페이스트 또는 수지는 필요 시, 재생되거나 교체될 수 있다. 이온 교환 장치(66)는 금속 이온, 질산염 및 아질산염과 같이 나노필터에 의해 도달될 수 없는 물질이 정화될 수 있도록 한다.
정화 장치(2')는 질산염의 양이 배기 가스 내 NO X 의 양의 12% 감소와 관련하여 배기 가스 내 NO X 의 양을 초과하지 않거나, 폐수 제거 속도가 45 t/MWh 시에 60 mg/L을 초과하지 않도록 (상기 조건들 중 보다 큰 조건이 결정 조건임), 폐수에 함유된 질산염(NO 3 - )을 정화하도록 설계된다. 폐수에 함유된 아질산염(NO 2 - )도 정화된다.
전형적으로, 폐수에 함유된 황 화합물은 황산염 형태(SO 4 2 - )이기 때문에 무해하며, 이들 화합물은 바닷물로 방출될 수 있고, 정화될 필요가 없다. 그럼에도, 이들 화합물은 정화 유닛(2')에서 제거될 수 있다. 폐수는 또한, 적은 양의 아황산염(SO 3 2- )을 함유한다.
전술한 배열체는 황 및 질소 화합물이 주어진 최댓값 미만으로 남아 있도록, 선박의 엔진으로부터의 배기 가스가 정화될 수 있도록 한다는 것이 공지되어 있다. 배기 가스의 스크러빙은 pH, PAH 및 조성이 다음과 같을 수 있는 세척수를 생성한다: pH 7.1 PAH 22 ㎍/L 물 < 75 wt% 황산염(SO 4 2 - ) < 25 wt% 질산염(NO 3 - ) < 0,2 wt% 아질산염(NO 2 - ) < 0,2 wt% 총 금속 < 0.0001 wt%(예를 들어, 65500 ㎍/LV, 8000 ㎍/L Ni, 1100 ㎍/L Mo, 240 ㎍/L Zn, 137 ㎍/L Cr, 130 ㎍/L Cu, 95 ㎍/L Mg, 58 ㎍/L AS, 2 ㎍/L Pb, 1 ㎍/L Cd, 및 Hg < 0.2 ㎍/L) 총 탄화수소 < 0.0001 wt%.
조성은 엔진의 작동 상태, 사용된 연료, 및 배기 가스 스크러버의 운전 상태(물의 유형, 양 및 온도)에 따른다.
당업자는 질산염이 전술한 요구사항이 충족될 정도로 충분히 정화 유닛(2')에서 정화될 수 있다는 것을 이해할 것이며, 여기서 상기 요구사항에 따라 질산염의 양은 배기 가스 내 NO X 의 양의 12% 감소와 관련하여 배기 가스 내 NO X 의 양을 초과하지 않거나, 폐수 제거 속도가 45 t/MWh 시에 60 mg/L을 초과하지 않게 되며, 상기 조건들 중 보다 큰 조건이 결정 조건이 된다. 비록 황산염들이 정화되지 않고 바다로 방출될 수 있지만, 이들 황산염들도 정화될 수 있다. 아질산염도 정화될 수 있다. 선반 선상의 정화 유닛(2')은 고체 및 용해된 금속 화합물 둘 모두가 정화됨을 보장한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제3 실시예를 도시한다. 도 5b는 선박에의 접속 시, 정화 유닛이 선박 선상에 위치되도록, 도 5a에 도시된 선박(10")에 접속되어 있는 정화 유닛(2")을 도시한다. 도 5a 및 도 5b에 있어서의 구성요소들의 도면 부호는 본 발명의 구성요소들의 기능이 동일하거나 거의 동일할 때, 도 1 및 도 4에 있어서의 구성요소들에 대략 대응한다. 도 5a 및 도 5b의 실시예는 특히, 이 실시예가 배기 가스 스크러버(1")와 폐수 회로(3") 사이에 배열되고 폐기물통(68a")에 연결되는 탱크(107")를 포함하도록, 도 4의 실시예와는 상이하다. 폐기물통(68a")은 역세정 탱크라 불릴 수 있다. 폐기물은 폐기물통(68a")으로부터 정화 장치(120")를 거쳐 폐기물 탱크(68")로 안내될 수 있다. 정화 장치(120")는 도 2 및 도 3에 도시되는데, 즉 이는 도 1 및 도 4의 실시예들에서 사용된 정화 장치와 유사하다. 정화 장치(120")는 폐기물 저장소(68a")로부터 펌핑되는 폐기물을 여과하도록 배열된다. 도 1 및 도 4의 실시예에 있어서와 같이 침전제를 사용함으로써 실행되는 여과는 불순물이 고도로 응집되어 있는 침전물을 생산한다. 침전물은 폐기물 탱크(68")로 안내되며, 상기 폐기물 탱크의 내용물은 해안에 있는 폐기물 처리 공장으로 이동된다. 도 5a 및 도 5b의 실시예는 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 오염된 세척수를 수용하기 위해 배기 가스 스크러버(1")의 하류측에 배열되는 탱크(113")를 추가로 포함한다. 탱크(113")는 선박의 기술적 물과 연통하고, 정화 유닛(2")에 의해 정화수가 이에 공급될 수 있다. 라인(도시되지 않음)은 도 1 및 도 4의 실시예에서 앞서 도시된 것과 유사한 방식으로 라인(49")으로부터 라인(15")으로 정화된 폐수를 안내하기 위해 배열될 수 있다. 라인(49")에는 (도시되지 않은 전술한 라인 및 라인(15")을 거쳐) 배기 가스 스크러버(1")에 대한 또는 탱크(113")에 대한, 또는 동시에 배기 가스 스크러버(1") 및 탱크(113") 둘 모두에 대한 대안적으로 제어되는 정화수의 공급이 가능하도록 하는 밸브 배열체(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 도면 부호 「114"」는 필요 시, 바닷물을 선박(10")으로부터 유출되는 정화된 폐수에 공급하기 위한 펌프를 가리킨다. 필요 시, 펌프(114")는 정화된 폐수를 바닷물로 방출하기 전에 정화된 폐수를 희석하기 위해 사용된다.
도 5a 및 도 5b의 실시예에서, 폐수 회로(3")에서 기원하는 잔류물 및/또는 폐수 회로(3")의 청소로부터 발생되고 고체 불순물을 함유하는 액체는 (도 4의 실시예에서와 같이) 필요 시, 정화 장치(120")에서 이루어지는 정화 후에 라인(137")을 거쳐 다시 폐수 회로(3")로 안내된다. 대안적으로, 정화될 이러한 액체가 균형 저장소로서의 역할을 할 수 있는 폐기물통(68a')으로 안내되는 것이 실현 가능하며, 이러한 경우에 균형 저장소(138")를 포함하는 어떠한 라인(137")도 필요하지 않다.
물이 너무 탁한 경우, 폐수 회로에서 정화수는 도 4의 실시예에서와 같이 도 5a 및 도 5b의 실시예에서 정화될 수 있다. 정화에 사용된 활성탄(및 침전제)는 정화 장치(120")로 안내되기 전에 물에 첨가된다. 공간적 이유로 인해, 도 5b에는 활성탄 공급 장치가 전혀 도시되어 있지 않지만, 가장 적절하게 활성탄 공급 장치는 도 4의 실시예에서 공급 장치(116')를 라인(132')에 연결하기 위해 사용된 것과 유사한 방식으로 라인(132")에 연결될 수 있다.
이하에서, 도 5a 및 도 5b의 실시예에 있어서 막 필터(4", 4a")의 막(7", 7a")으로부터 불순물을 청소하기 위해 상기 막이 어떻게 화학 세척제로 청소되는지 그리고 막 필터가 어떻게 중간 세정을 거치게 되는지가 설명될 것이다. 펌프(13")는 막(7", 7a")이 청소 중인 동안 정지된다. 막(7", 7a")을 청소하기 전에 막 필터(4", 4a")의 오염된 측면에서 폐수가 비워진다. 이러한 비움은 가압 공기로 또는 배수 펌프(100")에 의해, 또는 가압 공기 및 배수 펌프(100") 둘 모두에 의해 실행될 수 있다.
가압 공기에 의한 막 필터의 오염된 측면 비움 가압 공기가 가압 공기 라인(106")으로부터 막 필터(4", 4a")의 깨끗한 측면으로 적용되며, 이로써 공기는 막 필터의 깨끗한 측면으로부터 막 필터의 오염된 측면으로 흐르며, 폐수는 밸브(101", 102", 109") 개방에 의해 폐기물통(68')으로 안내된다.
배수 펌프에 의한 막 필터의 오염된 측면 비움 배수 펌프(100")는 가장 낮은 순환 지점에서의 흡인을 위해 사용되며, 폐수는 폐기물통(68")으로 안내된다. 비움을 위해, 순환의 상부 부분에 제공되는 통기 밸브(103")가 개방되어야 한다.
가압 공기 및 배수 펌프에 의한 막 필터의 오염된 측면 비움 배수 펌프(100")는 가장 낮은 순환 지점에서의 흡인을 위해 사용되며, 폐수는 폐기물통(68")으로 안내된다. 비움을 위해, 순환의 상부 부분에 제공되는 통기 밸브(103")가 개방되어야 한다.
청소를 위한 막 필터의 충전, 및 염기성 세척제에 의한 청소 막 필터(4", 4a")가 비워진 후에, 청소를 위한 막 필터의 충전이 개시된다. 팽창 탱크(104")로의 공기 통기 라인의 통기 밸브(103", 110")가 개방된다. 막 필터(4", 4a")는 라인(111")으로부터 공급되는 가열된 기술적 물로 충전되며, 동시에 염기성 세척제가 세척제 공급 펌프(108")에 의해 염기성 세척제 저장소(72a")로부터 분배된다. 도면 부호 「112"」는 히터를 가리킨다. 막 필터(4", 4a")는 팽창 탱크(104")와 연결되어 있는 레벨 스위치(105")가 이를 가리킬 때, 가득 채워진다. 순환 펌프(5')를 기동시킴으로써 청소가 개시된다.
막 필터의 비움 및 중간 세정 청소 후, 막 필터(4", 4a")는 앞서 설명한 바와 같이 비워지며, 그 후에 막 필터가 세척제가 전혀 사용되지 않는 것을 제외하고는 앞서 설명된 바와 같이 충전되고 세정된다.
전술한 처리 후에, 막 필터(4", 4a")가 청소되었으며, 배기 가스 스크러버로부터 유출되는 폐수를 정화하기 위한 공정은 공급 펌프(13") 및 순환 펌프(5")를 기동시킴으로써 계속될 수 있다.
필요 시, 막 필터(4", 4a")는 또한, 산성 세척제로 청소될 수 있다. 산성 세척제에 의한 청소는 염기성 세척제를 대신하여, 산성 세척제 저장소(72b")로부터 취득된 산성 세척제가 사용되는 것을 제외하고는 앞서 설명한 대로 실행된다. 막 필터(4", 4a")가 산성 세척제로 청소된 후에, 막 필터는 전술한 바와 같이 비워지고 중간 세정을 거치게 된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 정화 유닛(2")은 이동식 용기-형 유닛일 수 있는데, 이는 이러한 구조체가 개보수 시 낡은 기존의 선박에 매우 용이하게 연결되기 때문이다. 도 5a에서, 참조 부호 「K1"」은 정화 유닛(2")을 선박의 배기 가스 스크러버(1")로부터 유출되는 폐수 파이프(30")에 연결하기 위한 연결 수단(K1")을 가리키며, 참조 부호 「K2"」는 정화 유닛을 선박의 배수 회로에 연결하기 위한 연결 수단을 가리킨다. 참조 부호 「K3"」는 가압 공기가 막 필터를 청소하기 위해 막 필터의 깨끗한 측면에 인가될 수 있도록 하기 위해, 선박의 가압 공기 회로에 정화 유닛을 연결하기 위한 연결 수단을 가리킨다. 도면 부호 「19", 21", 45" 및 20"」에 의해 표시된 구성요소들은 용기-형 유닛 내측에 자리잡고 있을 수 있다. 자연적으로, 도 5a 및 도 5b에 따른 정화 유닛(2")은 또한, 고정식으로 선박에 배열될 수 있다.
대략적으로, 밴드 필터를 포함하는 정화 유닛은 2주 동안의 선박 사용 기간 동안 불순물이 고도로 응축된 약 1 내지 3 m 3 의 폐기물을 모은다. 자연적으로, 폐기물의 양은 선박의 엔진 출력, 연료의 황 함량 및 많은 다른 인자에 영향을 미친다.
예. 본 발명에 따른 방법 및 정화 유닛을 약 6000 kW 전력의 중유 작동식 디젤 엔진의 배기 가스 스크러버로부터의 폐수를 처리하는데 사용하였다. 이러한 처리는 도 4에 따른 본 발명의 실시예를 사용하여 이루어진다. 정화 전 폐수의 탁도, pH 및 조성은, 전체적으로, 탁도 87 FNU, pH 12, 질산염(NO 3 - ) 5.0 mg/L, 아질산염(NO 2 - ) 5.3 mg/L, 황산염(SO 4 2 - ) 940 mg/L, 아황산염(SO 3 2 - ) < 20 mg/L, 및 PAH 화합물 84 ㎍/L이었다. 폐수는 공극 크기가 35 ㎛인 거친 필터를 통해 약 1.5 m 3 /h로 정화 유닛으로 공급되었다. 폐수 회로 내에서 순환되는 폐수에는 공극 크기가 50 nm인 2개의 직렬-접속 막 필터가 제공되었다. 폐수 회로 내 유동률은 약 6 m/s였으며, 압력은 3 바였다. 라인(32')으로부터 제거되는 정화된 폐수의 탁도, pH 및 조성은, 전체적으로, 탁도 1.6 FNU, pH 12, 질산염(NO 3 - ) 4.8 mg/L, 아질산염(NO 2 - ) 5.1 mg/L, 황산염(SO 4 2 - ) 380 mg/L, 아황산염(SO 3 2 - ) < 10 mg/L, 및 PAH 화합물 6.9 ㎍/L이었다.
요약하면, 전술한 배열체는 예를 들어 2009년에 발의된 IMO 결의안 MPEC.184(59)("배기 가스 청정 시스템에 대한 가이드라인")에 기재된 것과 같은 엄격한 요구사항 및 권고사항조차도 충족하도록, 배기 가스를 정화할 수 있고, 세척수를 처리할 수 있다고 말할 수 있다.
전술한 바와 같이, 밴드 필터를 포함하는 정화 장치(120, 120', 120")는 배기 가스 스크러버로부터의 폐수를, 직접(도 1의 실시예) 정화하는 것, 또는 폐수가 막 필터를 포함하는 폐수 회로에서의 여과를 거친 후에만(도 4, 도 5a, 도 5b의 실시예) 정화하는 것의 둘 모두를 위해 사용될 수 있다. 후자의 실시예에서, 정화 장치(120', 120")는 배기 가스 스크러버로부터 유출되고 불순물을 함유하는 정화될 세척수, 즉 폐수에서 기원한 불순물을 함유하는 수성 유체를 정화하도록 배열된다. 전술한 바와 같이, 정화 장치(120', 120")는 또한, 폐수 회로(3', 3")에서 정화되는 물을 정화하기 위해 사용될 수 있다.
상기 배열체는 정화 장치의 작동을 원하는 대로 수행하고 설정된 요구사항을 충족시키도록, 일부 실험 및 조정이 요구된다.
이하에서, 도 1 및 도 2에 사용된 도면 부호의 의미를 설명하는 리스트가 제공된다. 1, 1', 1" 배기 가스 스크러버 2, 2', 2" 정화 유닛 3, 3', 3" 폐수 회로 4, 4a, 4', 4a', 4", 4a" 막 필터(반투막을 포함하는 필터) 5, 5', 5" 순환 펌프 6, 6', 6" 막 필터(4, 4', 4")의 유입구 단부 6a, 6a', 6a" 막 필터(4, 4a', 4a")의 유입구 단부 7, 7', 7" 반투막 7a, 7a', 7a" 반투막 8, 8', 8" 막 필터(4, 4', 4")의 유출구 8a, 8a', 8a" 막 필터(4a, 4a', 4a")의 유출구 9, 9', 9" 막 필터(4, 4', 4")의 방출 단부 9a, 9a', 9a" 막 필터(4a, 4a', 4a")의 방출 단부 10, 10', 10" 선박 11, 11', 11" 열교환기 12, 12', 12" 거친 필터 12a' 미세 필터 13, 13', 13" 공급 펌프 14, 14', 14" 냉각 장치 15, 15', 15" 라인 16, 16', 16" 염기 공급 수단 17, 17', 17" 배기 가스 스크러버(1)로부터 유출되는 폐수의 pH 값을 판정하기 위한 측정 수단 18, 18', 18" 염기 공급 수단(16, 16', 16")을 제어하기 위한 제어 수단 19, 19', 19a', 19", 19a", 19b" 정화된 폐수의 pH 값을 판정하기 위한 측정 수단 20, 20', 20a', 20", 20a" 정화된 폐수에 염기를 공급하기 위한 공급 장치 21, 21', 21a', 21", 21a" 정화수의 탁도를 판정하기 위한 측정 수단 22' 역세정 시스템 23, 23', 23" 배기 가스 진입 지점 24, 24', 24" 배기 가스의 CO 2 값을 측정하기 위한 측정 장치 25, 26, 25', 26', 25", 26" 물 공급 지점 27, 27', 27" 정화된 배기 가스의 방출 지점 28, 28', 28" 배기 가스의 SO 2 값을 판정하기 위한 측정 장치 29, 29', 29" 펌프 30, 30', 30" 라인(폐수 라인) 31', 31" 순환 펌프(5', 5")의 유입구 단부 32, 32', 32b', 32", 32b" 라인 35, 40, 33' 내지 40' 복귀 밸브 43, 41', 42', 43' 라인 44' 밸브 45a, 45b, 45a', 45b', 45a", 45b" PAH 농도를 판정하기 위한 측정 장치 46, 46', 46" 디젤 엔진 47, 47', 47" 캐터라이저 48, 48', 48" 배기 가스 보일러 49, 49', 49" 라인(유출구 라인) 50, 50', 50" 펌프 51, 52, 51', 52' 복귀 밸브 53', 54', 53", 54" 밸브 55, 55', 55" 물 공급 지점 56, 56', 57, 57', 58', 56", 57", 58" 라인 59' 밸브 60', 60" 라인 61', 61" 물 탱크 62', 62" 펌프 63', 64', 63", 64" 밸브 65' 가열 장치 66, 66', 66" 이온 교환 장치 67" 라인 68, 68', 68", 68a" 폐기물통 69" 라인 70" 밸브 71" 밸브 72', 72a", 72b" 세척제 저장소 73', 73" 측정 장치 100" 배수 펌프 101", 102" 밸브 103" 통기 밸브 104" 팽창 탱크 105" 레벨 스위치 106" 가압 공기 라인 107" 탱크 108" 공급 펌프 109' 밸브 110" 통기 밸브 111" 라인 112" 히터 113" 탱크 114" 펌프 115, 115a', 115a" 3-방 밸브 116, 116' 활성탄 공급 장치 117 3-방 밸브 118, 118', 118" 롤 119, 119', 119" 혼합 용기 120, 120', 120" 정화 장치 121, 121', 121" 밴드 필터 122, 122', 122" 필터 밴드 123, 123', 123" 언더프레셔 수단 124, 124', 124" 스크레이퍼 125, 125', 125" 공간 126, 126', 126" 분무 수단 127, 127', 127" 모터-구동식 혼합기 128, 128', 128" 용기 129, 129', 129" 확장 박스 130, 130', 130" 플로트 131, 131', 131" 필터 132, 132', 133', 132", 133" 라인 134', 135', 134", 135" 복귀 밸브 136', 136" 3-방 밸브 137', 137" 라인 138, 138" 균형 저장소 K1", K2", K3" 연결 수단 P1, P1', P1a', P1", P1a"
간소화를 위해, 도면은 당업자의 지식에 따라 필요한 모든 구성요소, 예를 들어 복귀 밸브와 같은 밸브를 도시하지는 않는다.
본 발명은 바람직한 실시예들에 의해서만 전술되었으며, 이로써 본 발명의 상세는 첨부된 독립 청구항의 범주 내에서 많은 상이한 방식으로 실현될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 따라서, 예를 들어, 정화 장치(120, 120', 120")의 필터 밴드는 순환 필터 밴드일 필요는 없지만, 일회용 필터 밴드인 경우가 있을 수 있으며, 이러한 경우에 여과를 수행하는 동안 필터 밴드가 이동될 때 불순물을 함유하는 사용된 필터 밴드를 수용하는 수용 롤러로 미사용 필터 밴드가 공급 롤러로부터 이동된다. 일회용 필터 밴드는 아래로부터 다공성 금속 플레이트에 의해 지지되는 섬유 매트로 제조된다. 섬유 매트가 이동 시, 섬유 매트는 고정되어 있는 금속 플레이트 상에서 활주하도록 배열된다. 일회용 섬유 매트의 공극 크기는 실제로 순환 강철 밴드 메쉬의 공극 크기보다 작을 수 있다고 추정할 수 있다. 섬유 매트의 공극 크기는 30 내지 60 ㎛이지만, 20 내지 30 ㎛, 또는 심지어 10 내지 20 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 자연적으로, 섬유 매트의 공극 크기는 60 ㎛를 초과할 수 있다. 일회용 섬유 매트는 순환 필터 밴드에서처럼, 스크레이퍼에 의해 청소된다. 특정 목적을 위해 가장 적합한 공극 크기는 실험을 통해 알 수 있다. 일회용 필터 밴드에 비해 순환 필터 밴드의 주요 이점은 필터 밴드는 교체될 필요가 없다는 점이다. 정화 장치의 필터 밴드(122, 122', 122")를 언더프레셔에 종속시킬 필요가 없지만, 언더프레셔는 정화 장치의 작동을 보다 신속하게 하고, 언더프레셔로 인해, 필터 밴드로부터 제거될 침전물은 상당히 고상을 띠게 되고, 이에 따라 폐기물통(68, 68', 68")에서 작은 공간만을 차지한다. 폐수 회로가 제공되는 본 발명의 실시예들에서, 반투막을 포함하는 막 필터의 개수는 변동될 수 있다. 또한, 막 필터는 도면에서 도시된 직렬 연결과는 달리, 병렬로 연결되는 것도 가능하다. 바람직하� ��는, 복수의 폐수 회로 및 막 필터가 제공될 수 있으며, 폐수 회로는 적어도 하나의 폐수 회로 및/또는 그 폐수 회로 내의 적어도 하나의 막 필터가 적어도 하나의 다른 폐수 회로 및/또는 그 폐수 회로 내의 적어도 하나의 막 필터가 폐수 및/또는 불순물을 청소할 때 사용되도록 그룹화된다. 이는 청소 동안 정화 유닛이 지장 없이 작동할 수 있도록 한다. 공급 펌프(13, 13', 13") 대신, 적어도 원칙적으로 정화될 세척수가 중력에 의해 정화 장치(120, 120', 120")에 또는 폐수 회로에 공급되는 것이 가능하다. 폐수 회로로 안내되기 전에, 폐수는 하나 이상의 필터(필터(12 및 12a) 참조)에 의해 여과될 수 있다. |
