선박평형수 처리장치 디자인 연구

남기철,정석영 한국인더스트리얼디자인학회 2015 산업디자인학연구 Vol.9 No.1

Transporting of supplies by ship has grown to an enormous size with the history of mankind and has developed with various types of vessels. As a way to operate a large vessel safely, it uses the ballast water. Ballast water is discarded or immersed out of the ship whenever the ship is loading or unloading baggage in different places and make issues that marine life has also transferred with ballast and discarded to different countries and destroying marine ecosystems has become problem. Per year, more than five billion tons of ballast water moved to cross the border and about 7000 marine species were included. For this reason, the main source of marine pollution can be ballast water and in order to solve this problem, IMO (International Maritime Organization) has approved ‘the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments (BWM)’ in February 2004, and gradually mandating the installation since 2009 and the importance and the necessity of development of ballast water treatment system are emerging. There are also mandatory for all vessels operated on the sea that equipped by 2020 and is expected to be the next mass order and product development for the market occupancy is urgent. This paper proposed a new suggestion about the preventable pollution in ballast water treatment system. Electrolysis method is a way of processes that degradation of various microorganisms to decomposition by oxidation and reduction reactions occurring when the direct current power energizing to the sea water. Using the disinfection process described by the electrolysis easily promotes convenience, installation and maintenance, and this was aimed to the development of ballast water treatment device design that differentiated from the existing products. For this study, theoretical background was defined through literature review and internet research. Also as to the technical part was proceeded by the advice of S company and determined the final draft through idea sketches and presentations. Final version was equipped with a cover to protect the core component and made it easy to open and close the cover for smooth and easy maintenance. 선박을 통한 물자의 수송은 인류의 역사와 함께 발전하였으며 선박의 종류도 다양해지고 크기도 엄청난 크기로 커졌다. 이러한 대형선박을 안전하게 운행하기 위한 방법으로 선박평형수를 이용한다. 선박평형수는 수하물을 선적하거나 하적 할 때마다 배에 담거나 버리게 되는데 선하적하는 장소가 달라 선박평형수에 서식하는 외래 해양 생물이나 병원균이 다른 나라로 옮겨져 해양 생태계를 교란, 파괴하여 문제가 되고 있다. 한 해에 50억 톤 이상의 선박평형수가 국경을 넘어 이동하고 여기엔 약 7000종이 넘는 해양수중생물이 포함돼 있다. 이 때문에 해양오염의 주원인으로 선박평형수가 꼽히고 있으며 이러한 문제를 해결하기 위해 IMO(국제해사기구)는 2009년 이후부터 단계적으로 모든 선박에 선박평형수 처리장치의 설치를 의무화하는 ‘선박평형수 관리협약’을 2004년 2월에 이미 채택했으며 이에 따라 선박평형수 처리 시스템(Ballast Water Treatment System)의 중요성과 개발의 필요성이 대두되고 있다. 또한 2020년까지 해상을 운항하는 모든 선박에 장착을 의무화하고 있어 향후 대량 발주가 예상되며, 시장선점을 위한 제품개발이 시급하다. 본 연구에서는 환경오염을 예방할 수 있는 선박평형수 처리장치에 대한 새로운 제안을 하고자 한다. 전기분해 방식은 해수에 직류전원을 통전 시킬 때 발생하는 산화 및 환원 반응에 의해 각종 미생물을 분해함으로써 처리하는 방식이다. 전기분해에 의해 소독 처리하는 기술을 사용하여 사용자의 편의증진, 설치 및 유지보수가 용이하며 기존제품과 차별화된 선박평형수 처리장치 디자인의 개발을 목표로 하였다. 본 연구에서는 문헌조사와 인터넷 조사를 통하여 이론적 배경을 정의하였다. 또한 기술적인 부분에 있어서는 S사의 조언을 얻어 진행하였으며 아이디어스케치와 품평 등을 통해 최종안을 결정하였다. 최종안은 핵심부품을 보호하기 위한 커버를 장착하였고 원활한 유지보수를 위하여 정류기를 노출시키고 손쉽게 여닫게 하였다.

국내 선박평형수 배출량 추정 및 분석

이승국(S.G.Lee),김은찬(E.C.Kim),오정환(J.H.Oh) 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

IMO에서 2004년에 채택한 선박평형수 관리협약 이행 및 효율적인 항만 관리를 위해서는 선박평형수 배출량 정보가 필수적인 요소이다. 하지만 우리나라에서는 아직 선박평형수 배출보고서 제출이 강제화되어 있지 않아 정확한 배출량 자료를 얻을 수 없는 실정이다. 따라서 선박 화물처리량과 화물처리량의 비율을 이용하여 선박평형수 배출량을 추정할 수 밖에 없는 실정이다. 이에 2012년 국내 주요항만에 입항하는 선박의 물동량 정보를 바탕으로 국내 선박평형수 배출량을 추정하였다. 부산의 경우에는 화물처리량이 많았지만 선박평형수 배출량은 적었다. 반면, 울산의 경우에는 화물처리량은 부산보다 적지만 선박평형수 배출량은 국내항 중에서 가장 많았다. Ballast water discharge information is essential for the implementation of the Ballast Water Management (BWM) Convention adopted by International Matitime Organization (IMO) in 2004 and for the effective management of the major international ports in Korea. However, it is not a duty to submit the Ballast Water Report in Korea until the BWM convention comes into force. Therefore, at present, the amount of ballast water discharge is being estimated by in-direct method using the relations between the loading/unloading of cargo and discharge/uptake of ballast water instead of using the direct method derived from Ballast Water Report. It was demonstrated in the results that the amount of ballast water discharge at Pusan port was low, although the amount of loading/unloading of cargo was very high. While the amount of loading/unloading of cargo at Ulsan port was less than the one of Pusan port, the amount of ballast water discharge was identified as the highest among all ports in Korea.

직접 전기분해식 선박평형수 처리장치 개발과 시험에 관한 연구

박옥열,문장,박준모,공길영 한국항해항만학회 2017 한국항해항만학회지 Vol.41 No.3

선박의 항해 안전성을 유지하기 위하여 평형수 탱크에 주입ㆍ배출되는 선박평형수는 그 안에 포함되어 있는 각종 수중생물로 인하 여 지역 해양 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 국제해사기구(IMO)는 선박평형수를 통한 수중생물의 이동을 막기 위해, 2004년 선박평형수 와 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 정부시 험 시설이 설치되어 있는 KIOST 거제분원에서 300m3/h 처리 용량의 장치로 수행하였다. 이 육상시험을 통해 직접식 전기분해 선박평형수 처 리장치가 IMO에서 제시하고 있는 기준을 만족하고 다른 방식에 비해 효율적인 것을 확인하였다. Ballast water filled into and discharged from the ballast tank of a ship has a negative impact on local marine environment due to various aquatic organisms contained therein. The IMO developed and adopted "The International Convention for the Control and Management of Ships Ballast Water and Sediments, 2004" with the purpose of protecting the marine environment from transfer of harmful aquatic organisms in ballast water carried by ships. The IMO BWM Convention was approved in September 2016 and ships must be equipped with ballast water management system after September 2017. Ships’ ballast water treatment methods are divided into using active substances as electrolytic type, ozone type, chemical dosing type and using physical treatment type as filter type, ultraviolet type. It is also used with a combination of two methods. Electrolysis is superior in terms of cost and efficiency. In this study, basic principles, components, and land base test contents of electrolysis ballast water treatment system, a direct electrolyzed ballast water treatment system, were examined. Land base test was conducted with 300m3/h capacity device at the KIOST Geoje plant where the government test facility was installed. This test validated that the system meets IMO standards.

선박평형수 관리협약 이행을 위한 정보시스템

김은찬(Eun-Chan Kim),오정환(Jeong-Hwan Oh),이승국(Seung-Guk Lee) 한국해양환경·에너지학회 2014 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

선박평형수 관리협약의 이행을 위해서는 선박평형수에 관련된 여러 가지 정보의 수집과 관리가 필요하다. IMO의 Global Ballast water Management Program에서는 전세계 항만들의 위해도 평가를 위해 선박평형수 배출량 정보, 항만환경 정보, 위해생물 정보 등에 대한 정보시스템을 구축한 바 있다. 한편 미국, 호주, 영국 등의 국가와 발틱해, 지중해 등 지역해 등에서는 나름대로의 정보시스템을 구축하기 시작하였고, 그 범위를 점차 확대해 나가고 있다. 우리나라의 선박해양플랜트연구소에서는 2007년부터 선박평형수 정보 시스템을 구축하기 시작하였다. 본 연구에서는 선박평형수 관리 정보시스템의 필요성과 이에 따른 구성 내용을 도출하고, 이를 위한 정보 수집 방안을 제시하며, 나아가 활용 방안을 보여주고자 한다. An information system for ballast water risk assessment is an essential component to implement the IMO Ballast Water Management Convention. IMO’s Global Ballast water Management Program developed a standardized method of ballast water risk assessment with an information system on ballaster water discharge, port environmental parameters, and risky species, which was applied to six pilot countries. Other information systems have also been established at regional level in the Baltic Sea and Mediterranean Sea as well as at national level in the United States, Australia and the United Kingdom. This study introduces an information system for ballaster water risk assessment that has been developing by Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering (KRISO) since 2007. The main objectives of this study are to identify the content of the information system, to recommend approaches to collect the relevant data, and furthermore to suggest the potential usage of the information system for the sound management of ballaster water in Korea.

이미지처리를 통한 선박평형수 내 유해수중생물 개체수 측정

하지훈,임효혁,김용혁 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2016 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.6 No.3

선박평형수란, 선박의 균형을 유지하기 위해서 배에 채우는 바닷물을 말한다. 선박평형수를 통한 외래종 유입은 생태계 교란의 주된 원인이다. 이를 방지하기 위해 IMO(International Maritime Organization)에서는 2004년 선박평형수와 침전물 관리협약을 채택하였다. 협약이 발효될 경우 각국 항만 당국에서는 선박평형수가 협약의 성능 기준에 맞게 배출되는지 확인이 필요하다. 본 논문에서는 이미지처리를 통한 선박평형수 내 유해수중생물 개체수 측정 방법을 제안한다. 부산 신항에서 채취한 선박평형수로부터 3개의 샘플을 추출하였으며, 각 샘플당 서로 다른3개의 grey-scale 이미지를 만들어 실험자료로 사용하였다. 이미지처리를 이용한 자동 세포계수 프로그램인 CellProfiler를 이용하여 본 논문에서 제안하는 방법과 비교하였다. CellProfiler에서 사용한 설정은 사람이 직접 세포계수를 한 결과에 맞춰 경험적으로 결정하였다. 각 이미지에서 CellProfiler와 가장 유사한 결과를 보이는 최적의 임계값을 찾은 뒤 그 평균을 최종 임계값으로 사용하였다. 실험결과에서 제안한 방법은 CellProfiler와 비슷한 세포 계수 결과를 보이면서도 약 10배 정도 빠른 처리 속도를 보였다. Ballast water provides stability and manoeuvrability to a ship. Foreign harmful aquatic organisms, which were transferred by ballast water, cause disturbing ecosystem. In order to minimize transference of foreign harmful aquatic organisms, IMO(International Maritime Organization) adopted the International Convention for the Control and Management of Ship’s Ballast Water and Sediments in 2004. If the convention take effect, a port authority might need to check that ballast water is properly disposed of. In this paper, we propose a method of counting harmful aquatic organisms in ballast water thorough image processing. We extracted three samples from the ballast water that had been collected at Busan port in Korea. Then we made three grey-scale images from each sample as experimental data. We made a comparison between the proposed method and CellProfiler which is a well known cell-counting program based on image processing. Setting of CellProfiler is empirically chosen from the result of cell count by an expert. After finding a proper threshold for each image at which the result is similar to that of CellProfiler, we used the average value as the final threshold. Our experimental results showed that the proposed method is simple but about ten times faster than CellProfiler without loss of the output quality.

선박 평형수에 의한 해양환경 문제와 선박평형수의 처리기술

김도희(Do Hee Kim) 한국해양환경·에너지학회 2010 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.6

최근, 국내외적으로 유조선을 포함한 대형 선박을 통한 해상 물동량의 유출입이 증가됨에 따라 각 연안국 해역에서의 선박 평형수의 유입이 증가되고 있다. 본 연구에서는 선박 평형수의 증가에 따른 외래종의 유입이나 불가사리의 대번식, 해파리의 대번식, 유해적조생물의 대번식과 같은 해양환경 문제점을 살펴보고, 선박평형수에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제 내용과 국내외의 선박 평형수의 처리기술을 소개하고자 한다. Marine environment problem, invasive species, harmful algae bloom, starfish bloom and explosive jellyfish bloom increasing due to the expanded trade and traffic volume in recent. The International Maritime Organism(IMO) and Marine Environment Protection Committee(MEPC) together with the Maritime Safety Committee(MSC) have been dealing with the issue of marine environment problem caused by ship's ballaster water and developing the new convention in 2004. In this study, I will research about marine environmental problem caused by ship's ballaster water and I will review about IMO convention for ship's ballaster water management and technique of ship's ballaster water treatment.

웹기반 GIS를 이용한 선박평형수 위해도평가에 관한 연구

이승국(S.G. Lee),강원수(W.S. Kang),김은찬(E.C. Kim),신경순(K.S. Shin) 한국해양환경·에너지학회 2009 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11월

최근 IMO를 비롯한 세계 각국은 선박평형수에 의해 외래 해양 생물체가 유입되어, 자국의 해양생태계를 교란시키고 인간의 건강 및 환경적, 경제적 가치에 심각한 위협을 주고 있음을 주목하고 이를 관리하고자 노력하고 있다. 이에, 각국은 선박평형수 이동에 따른 위해도 평가 시스템을 구축하고 있지만 대부분 Client-Server기반의 시스템으로써 결과를 도출하는데 많은 시간과 노력이 필요하다. 본 연구에서는 선박평형수 위해도평가 시스템을 구현하고, 웹기반 GIS을 통해 결과를 가시화하여, 신속하고 직관적인 평가가 이루어질 수 있도록 하였다. Noticing that non-indigenous species which were flowed into the ocean by ballast water have disturbed its own marine ecosystem and posed the serious threat to the human health, and the environmental, economic value, every country in the world, including IMO, is trying to manage them recently. Hereupon, though each country is being establishing the risk assessment system due to the movement of ballast water, it takes much time and endeavor to achieve the results as most of the systems are based on Client-Server. In this study, by implementing Ballast Water Risk Assessment System, and visualizing the results through Web-based GIS, the assessment was made to be done rapidly and intuitively.

선박평형수관리협약의 시행상의 한계와 향후 과제

이보라(Bo-Ra Lee),이윤철(Yun-Cheol Lee) 한국해사법학회 2018 해사법연구 Vol.30 No.1

해양환경의 보호 및 보전에 관하여 해양법협약은 제 12장에 별도의 조항을 가지고 있으나 세부적인 규칙에 관한 내용보다는 일반적인 권리와 의무에 관한 내용을 중심으로 규정되어 있다. 국제해사기구는 해상안전, 해양오염방지 등에 있어 사실상 (de facto)의 규범적 관할권을 가지고 있으며, 이 가운데 선박이 복원성을 확보하기 위하여 주입하는 평형수가 다른 지역에서 배출될 경우 유해수 중생물 및 병원균의 이동과 유입을 유발하여 생물다양성의 보존과 친환경적인 이용을 위협할 수 있다는 우려를 방지하고자 선박평형수관리협약을 채택하였다 이는 해양법협약의 목표를 구체적으로 이행하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 그러나 동 협약이 2004년 채택 이후 장기간 회원국의 노력 끝에 2017년 발효 되면서 궁극적으로 D-2 규칙에 따른 배출수 처리방식의 불안정성, 형식승인의 기준 변경에 따른 이해당사자의 부담이 증가하고 있을 뿐만 아니라 여전히 많은 국가들이 동 협약을 수용하지 않고 별도의 규정을 제시함으로써 선박 운항상의 통일된 업무를 수행하지 못하는 문제점이 제기되고 있다. 이 논문에서는 환경협약 특성상 법률과 기술의 개발 사의의 상호연관성에 따른 협약의 불필요한 지연으로 인한 이해관계자의 피해방지 조치, 협약채택 이후 발효시기까지의 장기간의 시간적 간극을 해소하기 위한 조치의 필요성, 항만국통제관의 통제능력 강화조치 및 선박평형수관리협약의 강행법규로서 지위확보의 필요성 등을 대안으로 제시한다. Concerning the protection and conservation of the marine environment, the United Nations Convention on the Law of the Sea, 1982 has separate provisions in Chapter 12, but it focuses on general rights and obligations rather than on detailed rules. International Maritime Organizations has de facto normative jurisdiction over maritime safety and marine pollution prevention. Among them, in order to prevent the fear that the ballast water injected by ships for stability of ships may cause the movement and inflow of harmful aquatic organisms and pathogens and threaten the preservation of biodiversity and environmentally friendly use, the International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments has been adopted. It is expected that it will play an important role in specifically implementing the United Nations Convention on the Law of the Sea. However, as the Convention entered into force in September 2017 after a long period of Member States efforts since the adoption of the Convention in 2004, it has identified problems in terms of implementation, e.g. instability of the effluent treatment in accordance with the D-2 rule, and increased burden on stakeholders due to changes in standards for type approval, non-unified duties on ship operation by presenting their own regulations without accepting the Convention from lots of countries. This paper proposes to take measures as the nature of environmental conventions, the prevention of stakeholder damage caused by the unnecessary delays of the Convention due to the correlation between the law and the development of technology, the necessity of necessary measures for frying the long gap between the adoption and implementation of the convention, strengthened control capability of the port state control, and the necessity of the status of the convention as compulsory.

선박평형수에 의해 유입된 생물종 성장 가능성 모의

오정환(Jeong-Hwan Oh),김충기(Choong-Ki Kim),백승호(Seung Ho Baek),신경순(Kyungsoon Shin),송용식(Yongsik Song) 한국해양환경·에너지학회 2011 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

선박평형수에 의해 유입된 다양한 수중생물들은 새로운 환경에 잘 적응하지 못하고 대부분 사멸하지만, 배출지역의 환경조건에 적응하여 살아남은 일부 종은 강한 생존력과 번식력으로 고유생태계를 교란 시킬 수 있다. 선박평형수에 포함된 외래생물종들의 잠재된 위험성 때문에, 선박평형수로 이동되어 다른 해역에 배출된 미세조류 또는 유해생물들이 배출 초기 주변수의 환경조건 (수온, 염분, 영양염 조건)에 성공적으로 정착할 수 있는지를 파악하는 것은 선박평형수 관리에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 수역학수질모델(HEM-3D)을 이용하여 물리적 환경조건(예: 빛, 온도, 및 염분)에서의 외래 생물 종들의 성장을 모의하였다. 수치모델 결과는 배양실험결과에서와 마찬가지로 특정 수온 및 염분 조건에서 외래생물종이 재성장함을 보였다. Most phytoplankton species introduced by ship’s ballast water discharge tend to be extinct, but some species have ability to survive in sites for ballast water discharge and potential to disturb the native ecosystem. For a successful ballast water management, therefore, it is necessary to know if the invasive species introduced by ballast water can survive and regrow under the environmental conditions of surrounding water column. In this study, we simulated survivability of phytoplankton species introduced by ballast water discharge as a function of environmental conditions (i.e., light, water temperature, and salinity) using Hydrodynamic Eutrophication Model-3D (HEM-3D). The model results showed that some species were able to survive and regrow under specific ranges of water temperature and salinity, which is consistent with the results of laboratory experiments.

NPD모델을 이용한 선박평형수내 생물성장 특성 모의

오정환(Jeong-Hwan Oh),김충기(Choong-Gi Kim),양찬수(Chan-Su Yang),김은찬(En-Chan Kim),백승호(Seung Ho Baek) 한국해양환경·에너지학회 2012 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

해상물동량이 증가함에 따라, 선박에 의한 외래생물종들의 유입 증가로 배출해역의 해양생태계에 영향을 미칠 수 있다. 생물의 성장은 배출해역의 수온, 염분 및 영양염 농도 등에 영향을 받는다. 본 연구에서는 NPD (Nutrient-Phytoplankton-Detritus) Model을 개발하여 특정 수온 및 염분 조건에서 영양염 농도에 따른 생물성장 특성을 모의하여 실험결과와 비교하였다. 영양염 농도가 증가함에 따라, 식물성 조류의 최대값도 증가하였다. 또한, 식물성 조류의 최대값은 영양염 농도가 증가함에 따라 최대값 도달 시간은 더 길어지며, 최대값에 도달후 영양염 제한 요소로 인하여 급격히 감소하는 경향을 잘 재현하였다. 개발된 NPD 모델을 이용하여 선박평형수 내에서 생물의 성장 특성을 모의하였다. 선박평형수 내에서는 영양염이 풍부하더라도 빛이 없는 조건에서는 생물의 성장은 제한적이고, 이동하는 동안 수온 변화에 따른 식물성 조류의 신진대사작용으로 인해 지속적으로 감소하였다. 특히, 선박평형수 내에 식물플랑크톤의 양은 동물플랑크톤에 의한 포식작용 및 취수해역에서 선박평형수로 유입되는 생물 농도에 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. With the increase of maritime traffic, the inflow of invasive species discharged by ballast water may negatively affect marine ecosystems. The growth of an invasive organism is affected by water temperature, salinity, nutrient concentration, etc. We developed a NPD (Nutrient-Phytoplankton-Detritus) model to simulate the growth of foreign phytoplankton as a function of environmental conditions, and validated the model with laboratory experimental results. As nutrient concentration increases, both model and laboratory results showed that the maximum growth of phytoplankton increased and it took longer to reach its maximum value. After reaching the maximum value, phytoplankton growth drastically decreased due to the nutrient limitation. We used the validated NPD model to investigate the characteristics of phytoplankton growth in ballast water. Phytoplankton growth in nutrient-rich ballast water was limited due to light limitation, and the phytoplankton biomass continuously decreased due to metabolism during a travel. The phytoplankton biomass was greatly influenced by zooplankton predation and initial concentration of phytoplankton in the ballast water introduced from intake area.