해수충격방식의 전처리시스템을 이용한 전기분해식 선박평형수 처리장치 개발에 관한 연구

Abstract

해상 교통량이 급속히 증가함에 따라 선박평형수에 의한 해양생물의 이동으로 환경파괴 문제가 그동안 꾸준히 제기되어 왔다. 많은 해역에서 이러한 외래 침입종의 영향으로 생태계 교란이 놀랄만한 속도로 증가하고, 외래 침입종의 문제는 해상 교통량의 증가로 인하여 계속 발생할 것으로 예상된다[1]. 선박의 평형수는 선박에서 종경사, 횡경사, 흘수, 복원성 또는 선체 응력을 통제하기 위하여 사용된다. 화물을 싣지 않은 상태에서 해수를 선박평형수 탱크 내에 싣고 화물 적재가 진행되는 과정에서 선박평형수는 탱크로부터 선외로 배출된다. 이 과정에서 선박평형수를 적재한 장소와는 전혀 다른 장소의 해양환경에서 배출되기도 한다. 이때 선박평형수와 함께 이종의 해양생물이 함께 배출되어 새로운 환경에 노출될 수 있는 우려가 있다. 외래종의 유입으로 해양생태계를 파괴하거나 환경적, 경제적인 손실을 유발하고 각종 병원균에 의한 인체 유해성도 내포하고 있다[1].[2] 1988년 캐나다와 호주가 자국 해역에 유해한 종의 출현 문제를 경험하고 처음으로 국제해사기구의 해양환경보호위원회에 이에 대한 문제를 제기하였다.

1993년 IMO 총회에서 Res. A. 774(18)-“GuiDelines for preventing the introduction of unwanted aquatic organism and pathogens from ship’s ballast water and sediment discharges”을 채택하였고, 1997년 IMO 제20차 총회에서는 Res. A. 868(20)-“GuiDelines for the control and management of ship’s ballast water to minimize the transfer of harmful aquatic organism and pathogens”를 채택하였다[6]. 이러한 노력의 결과로 2004년 2월 국제해사기구(IMO)는 BWM Convention(The International Convention for the Control and Management of Ships Ballast Water and Sediments, 2004)을 채택하였다[2].[19][20] 선박이 항만 내에 입항하기 전 일정한 해역에서 선박평형수를 교환하는 방안과 선박평형수를 물리, 화학적인 방법으로 살균, 소독하는 두 가지 방안이 채택되었다. 선박평형수 처리장치가 개발되기 전까지는 교환하는 방식으로 처리하고, 개발 후에는 선박평형수 처리장치를 설치하여 처리하도록 했다. 2016년 9월에 협약이 승인되어 2017년 9월 이후에 국제항해에 종사하는 모든 선박은 정기검사 도래 전까지 선박평형수 처리장치를 설치하도록 하였으나 시행을 연기하여 2019년 10월 이후로 의무화 하였다.[2]. 현재까지 개발된 선박평형수 처리장치는 병원균을 포함한 수중생물을 화학적 활성물질(이하 활성물질(AS)이라 함)을 사용하는 전기분해법, 오존처리법, 약품주입법 등과, 물리적인 방법을 사용하는 자외선 조사법, 필터처리법 등 여러 종류가 개발되어 실용화되었다[2].[4][17]

2004년 국제해사기구(IMO : International Maritime Organization)는 생태계 파괴 및 오염을 방지하기 위해 선박평형수 및 침전물의 통제 및 관리를 위한 국제협약(International Convention for the Control and management of Ship’s Ballast Water and Sediments)에서 2가지 방안을 제안하였다. 선박이 항만 내에 입항하기 전 일정한 해역에서 선박평형수를 교환하는 방안[Table 1-1]과 [Table 1-2]와 같은 기준의 선박평형수를 물리, 화학적인 방법으로 살균, 소독하여 배출하는 방안을 제시하였다[6].[20]

[Table 1-1] D-1 규칙의 Ballast water 교환기준[26]

[Table 1-2] D-2 규칙의 Ballast water 교환기준[26]

[Table 1-1]의 적용은 선박의 건조일과 선박평형수의 용량에 따라 차이가 있지만 선박평형수를 교환하는데 많은 시간과 노력이 필요하며, 선박 안전에 위험을 초래할 가능성이 있고 근거리 항해 중에는 작업에 상당한 어려움이 상존하며, 선박 운항 손실등 경제성 손실도 고려해야 한다.[26]

선박평형수 처리장치의 주요 공정은 발라스트(Ballast) 과정에서 2단계로 나눌 수 있는데 전처리(또는 전처리 과정 없음)와 주요 공정(전기분해법, 오존처리법, 자외선 조사법, 약품주입법)이다. 주요 공정에서는 선박평형수 내의 미생물을 사멸시키며, 고농도의 산화물질이 생성됨으로 주요 공법 후단의 배관에는 미생물이 성장하거나 부착하기 어렵다. 또한 주요 공정의 전단에는 주요 공법에의 부하를 감소시키기 위해 여러가지 전처리기술(filtration, baffle, 원심분리기 등)이 사용되고 있다. 그러나 전처리를 통과한 평형수에는 크기가 상대적으로 작은 미생물이 남아있어 배관의 벽면 및 전처리장치의 내부에 생물막(biofilm)이 생성될 가능성이 상존한다. 이런 생물막의 생기면 각 장치의 통제가 어렵게 될 수 있으며 유속의 증대, 유량의 감소를 동반하여 유입 펌프, 배관 및 각종 장치에 부하를 주게 되어 원활한 운영이 어려울 수 있다. 위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 주기적으로 장치를 분리, 세척하는 방법을 사용하고 있으나 이는 작업하는데 상당한 시간과 위험을 초래할 가능성이 있다[23]. 또한 최근에 선박에 설치되는 선박평형수 처리장치 기술은 대부분 직ㆍ간접 전기분해식, UV 방식이 많다. 그 이유는 운전이 안정적이며 비용이 비교적 저렴하며 유지 보수가 상대적으로 쉽고, 처리 효과가 확실하기 때문이다[23].

본 연구에서는 상대적으로 효율이 높고, 설치하기 쉬우며, 유지 보수가 용이하고 저비용과 조작이 쉬우며 생태계의 안전성을 고려한 해수충격방식의 전처리시스템(Plankill pipe™ unit)을 통한 전기분해식 선박평형수 처리장치를 연구하였다. 본 장치는 IMO와 대한민국정부 형식승인 요건에 부합하도록 설계‧제작하여 시험을 하였다. 논문의 구성은 제1장에서 연구의 배경 및 목적, 관련 연구 동향을 소개하였다. 제2장에서 전기분해식 선박평형수 처리장치의 개요를 설명하였다. 제3장에서 전기분해식 선박평형수 처리장치의 시험을 하였으며. 제4장에서 결론과 향후 연구 과제에 대하여 기술하였다.[18]