[기획특집: 선박유래 오염물 저감기술] 선박 수처리 장치 개발 현황 및 미래

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1. 서 론

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전 세계적인 기후변화로 인하여 다양한 수처리 의 규제가 강화되고 있다[1]. 특히 선박 내에서 이 루어지는 수처리 공정은 해상을 이동하는 특성상 처리 수질에 따라 환경오염을 유발함과 동시에 대 륙 간 이동을 통한 생태계 교란을 야기할 수 있는 잠재적 위험이 존재한다. 선박 내에서 이용되거나 배출되는 수자원으로는 선박 평형수, 조수기를 통 한 선박 내 용수공급, 대기오염 저감장치인 스크러 버에서 이용되는 세정수까지 크게 세 가지로 분류 된다.

이 중 선박 평형수는 선박의 수평과 무게중심을 잡기 위하여 선박 내에 평형수 저장공간에 채워지

저자(E-mail: [email protected])

거나 바다로 배출하는 물을 지칭한다. 선박에 무거 운 중량물이 적재되었을 경우 공기의 비중을 높여 부력을 높여주고 짐을 하역한 가벼운 선박에는 바 닷물 등을 이용한 선박 평형수의 비중을 높여 부 력을 감소시켜 안정감을 높이는 역할을 한다[2,3].

하지만 각 해안에서 선박 평형수 용도로 채운 바 닷물은 처리되지 않은 채로 선박 내로 유입되어 외 래생물종을 전파하는 매개체 역할을 할 수 있다.

특히, 최근 조선과 항해기술의 발달로 인하여 선 박운항시간이 단축되었으며, 이로 인하여 대부분 의 선박은 다양한 지역을 항해할 수 있음과 동시 에 평형수 내에 있는 미생물의 생존가능성이 높아 져 특정 해역의 생물 혹은 병원균 등이 선박 내 평 형수를 통하여 이송된 타 해역의 환경 및 생태계 를 교란시키는 부작용을 유발하게 된다[4,5]. 선박 평형수는 전 세계적으로 매년 100억 톤 이상 이동

선박 수처리 장치 개발 현황 및 미래

김 봉 철⋅여 인 설⋅박 찬 규^†⋅박 병 현^*

한국산업기술시험원 환경기술본부 수질환경센터, ^*주식회사 애니텍 기술연구소

Current and Future Trend: Development of Water Treatment System on Ship

Bongchul Kim, In-seol Yeo, Chan-gyu Park^†, and Byung Hyun Park^*

Water Environment Center, Environmental Technology Division, Korea Testing Laboratory, 87, Digital-ro 26-gil, Guro-gu, Seoul 08389, Republic of Korea

*Anytech Co., Ltd., 88, Sinwon-ro, Yeongtong-gu, Suwon-si, Gyeonggi-do 16681, Republic of Korea

Abstract: 전 세계적인 기후변화로 인하여 선박 내 이용되는 물과 관련된 배출 규제도 매년 강화되고 있는 추세이다.

심해지는 규제를 만족하기 위하여 다양한 선박용 수처리 기술이 개발되고 있으며, 고도화 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 연구에서는 선박 내에서 이루어지는 수처리 공정인 선박 평형수(ballast water)처리, 조수기(fresh water generator) 를 통한 선박 내 용수 공급, 대기오염 저감을 위한 스크러버(wet scrubber) 폐세정수 처리 공정과 관련된 국제해사기구 (international maritime organication, IMO)와 같은 국제적인 규제 및 특정지역과 연안에 위치한 주정부 기관의 규제 현황에 대해 문헌조사를 통해 정리하였다. 이를 바탕으로 다양한 선박 내 수자원 활용과 규제에 부합하기 위해 적용되 고 있는 관련 수처리 기술을 용도별로 정리하였으며, 현재 기존기술의 효율 개선 및 신기술 도입과 관련된 연구 현황 을 정리하였다. 이러한 선박 내 수처리 현황 및 향후 적용될 기술개발연구를 바탕으로 지속가능한 해양환경 조성 및 기후변화 대응이 가능할 것으로 기대된다.

Keywords: water treatment, ship, ballast water, fresh water generator, wet scrubber, wastewater

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* 출처: Environ. Sci. Technol,. 51(4), 1962-1972 (2017).

Figure 1. Illustration of ballast water and its implication harbor environment[4].

되고 있다고 추정되며[6], 평형수 내 생물종의 국가 간 이동으로 인하여 생태계 교란뿐만이 아닌 다른 상업적 활동, 자원 및 연안 산업에까지 큰 피해를 유발한 것으로 나타났다[7,8].

두 번째로 선박 내에서 필요한 수자원으로는 조 수기를 통한 청수(fresh water)의 확보이다. 선박 내 에 상주하는 인원 및 장비를 운용하기 위해서 청 수가 필수적으로 공급되어야 한다. 하지만 선박 내 에 이를 위한 청수를 확보하여 운항하기에는 한정 적인 공간 및 하중으로 인한 제약이 발생하여 자 체적으로 조수기를 통한 해수담수화를 통하여 확 보를 하고 있다[9].

마지막으로 이용되어지는 선박 내 수처리 공정 으로는 스크러버에서 발생하는 폐세정수의 처리 공정이다. 최근 온실가스 급증으로 인하여 기후변 화에 따른 경제 및 사회 분야의 피해가 점차 증가 하고 있으며, 이 중 전 세계 수송 물품의 80%를 담당하고 있는 해상운송을 통해 배출되는 온실가 스에 대한 경각심이 높아지고 있다. 실제로 선박 으로 인한 대기오염은 상당한 수준으로 전 세계 질 소산화물(NOx) 약 15%, 황산화물(SOx) 5~8%를 배출하는 것으로 나타나며, 이로 인한 전 세계 인 구 중 6만 여명이 심폐질환(폐암, 심장마비 등)으 로 사망할 것으로 예측되고 있다. 특히, 선박으로 인한 대기오염은 연안에서 400 km 이내에서 이루 어져 연안 지역에 집중적인 악영향을 미치게 될 것 으로 나타난다. 이를 저감하기 위하여 최근 다양

한 규제가 신설되고 있는 실정이며 특히, 해안가에 주정부에서 규제를 더욱 강화하는 추세이다. 강화 되는 규제에 부합하기 위하여 선박 내에 스크러버 기술을 이용한 NOx, SOx 제거기술이 최근 부각 되고 있으며, 이를 처리하기 위한 세정수 처리 시 스템의 개발이 활발히 진행되고 있다[10].

본 연구에서는 일차적으로 선박 내에서 이루어 지는 다양한 수처리 공정과 관련되어 점차 강화되 는 해양환경 규제에 대하여 문헌조사를 통한 검토 를 진행하였다. 다음으로 규제에 부합하기 위하여 선박에서 적용되고 있는 기술 현황과 최근 개발되 어지고 있는 기술들을 문헌조사를 통하여 고찰하 여 해양환경을 보존하기 위한 선박 수처리 장치의 기술현황 및 전망을 제시하고자 한다.

2. 선박 평형수처리(ballast water management system, BWMS)

2.1. 관련규정

서론에 제시한 바와 같이 선박 평형수로 인한 문 제가 지속적으로 나타나자, 1992년 유엔환경개발 회의(united nations conference on environmental and development, UNCED)에서 비토착생물의 확 산을 방지하기 위한 평형수의 유출과 관련된 강제 적인 조항을 만들도록 국제해사기구(international maritime organization, IMO)에 요구하였다. IMO 는 선박 평형수 관리 조항에 관한 논의를 산하 해 양환경보호위원회(marine environmental protection committee, MEPC)에 요구하였으며, 2004년 2월 IMO 외교회의에서 “선박의 평형수와 침전물의 통 제 및 관리를 위한 국제협약”이 채택되었고 2016 년 9월 8일에 협약의 발표요건을 만족하여 2017 년 9월 8일 동 협약이 발효되었다. 본 선박 평형수 관련 협약은 최초 제안 시 200마일 이상 떨어진 해 역에서 선박 평형수를 교환이 가능한 D-1과 선박 평형수 처리설비를 탑재하는 D-2로 분류되어 적 용되었으며, 협약이 발효된 2017년 이후로는 모두 D-2로 변경되었다. 또한, 미국에서는 각 주별로 정 책적으로 선박 평형수 관리에 개입하고 있으며, 특

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히 캘리포니아에서는 외래종제어기금을 징수하는 등의 IMO 기준 이상의 강력한 기준으로 선박 평 형수의 배출을 관리하고 있다. IMO D-2 규정과 캘 리포니아에서 수립한 선박 평형수 처리 후 배출수 기준을 Table 1에 정리하였다.

2.2. 관련기술

평형수 처리장치 설치를 위한 두 가지 고려사항 으로는 한정된 공간에 장치를 추가로 설치함과 동 시에 기존 장비들과의 전기장치 및 배관 설비의 조화를 이루어야 한다. 또한 선원 및 선주사가 새 로 설치된 장비에 운전 및 유지보수 방법이 용이 해야 한다는 점이다. 선박 평형수 내 미생물 살균 을 위한 처리로는 막여과 혹은 원심분리 등의 물 리적 처리방법을 통해 1차 처리를 진행하며, 오존, 염소 소독 등의 화학적 처리방법과 자외선, 초음

파 등의 기계적 처리방법을 2차 처리로 이용하여 배출하고 있다.

2.2.1. 물리적 처리방법

막여과 방법은 선박 평형수 처리방법 중 가장 보편화된 방법 중 하나이다. 대부분의 막여과 기 술은 효과적으로 다양한 종류의 미생물을 물리적 분리가 가능하다. 따라서 선박 내에서 1차 처리로 의 선박 평형수 처리로 다양한 막여과 공정이 시 도되었으며, 그 효과도 대부분 우수한 것으로 나타 났다. 막여과 공정은 확실한 분리 효율과 저렴한 운영비용을 가지고 있는 반면 막오염 및 막 교체 비용이 발생하는 단점을 가지고 있다[14]. 원심분 리법은 설계 및 운영 조건에 따라 막분리법에 비 하여 낮은 펌프 압력으로 운영이 가능하며 20 µm 까지의 침전물 혹은 SS의 제거가 가능하다. 하지만

Organism IMO regulation California regulation

Phytoplankton/zooplankton ≥ 50 µm ＜ 10 viable or living organisms/m³ No detectable living organisms Phytoplankton/zooplankton 10~50 µm ＜ 10 viable or living organisms/mL ＜0.01 living organisms/mL

Phytoplankton/zooplankton ＜ 10 µm - ＜1,000 bacteria/100 mL,

＜10,000 viruses/100 mL Toxicogenic vibrio cholera (O1 and O139) ＜ 1 cfu/100 mL ＜1 cfu/100 mL or ＜1 cfu/1g

Escherichia coli ＜ 250 cfu/100 mL ＜126 cfu/100 mL

Intestinal enterococci ＜ 100 cfu/100 mL ＜33 cfu/100 mL

* 출처: California state legislature, 2018 Assessment of the Efficacy, Availability, and Environmental Impacts of Ballast Water Treatment Technologies for Use in California Waters (2018); IMO, International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments (BWM) (2004).

*출처: J. Chem. Technol. Biotechnol., 85, 19-32 (2010).

Figure 2. Treatment technologies for ballast water[13].

Table 1. Regulations of Discharged Organisms in Ballast Water according to IMO and California[11,12]

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운전 조건에 따라서 막여과 방법에 비해 높은 운 영에너지가 소비될 수 있으며, 막여과에 비하여 넓 은 부지면적을 차지한다는 단점을 갖고 있다[15].

2.2.2. 화학적 처리방법

화학적 처리방법 중 가장 널리 약품 주입법이 이용되고 있다. 이 방법은 비교적 손쉽게 선박 평 형수 내에 다양한 미생물을 사멸시킬 수 있다. 미 생물을 제거하기 위한 약품 이용은 이미 산업계에 서 널리 이용되고 있으며, 세포벽 및 DNA의 파 괴, 원형질의 변형 그리고 효소활동의 방해를 목 적으로 주로 사용되고 있다[16]. 선박 평형수 처리 를 위한 약품은 염소, 이산화탄소, 오존, 과산화수 소 등이 포함된 산화물과 산화물이 아닌 것으로 분류된다[13].

이 중 오존 처리방법은 강력한 산화력을 바탕으 로 막여과를 거치지 않고 단독으로 미생물의 제거 가 가능한 장점이 있으나, 오존을 생성하기 위하 여 다양한 보조기기가 필요하며, 안정적으로 운영 하기 위한 유지보수가 어려운 단점이 있다[17]. 또 한, 해수 내에 브롬 이온 등과의 반응으로 인한 소 독부산물로 인한 환경오염을 유발할 수 있는 잠재 적인 문제점을 안고 있다.

염소 소독 또한 강력한 산화력을 기반으로 다양 한 분야에서 소독 및 살균의 용도로 사용되고 있 다[18]. 염소 소독의 효율은 온도, 잔류 염소량, 반 응 시간에 따라 정해지며, 높은 효율과 지속성의 장점을 가지고 있는 반면, 대부분의 화학적 처리 방법에서 문제가 되고 있는 지속적인 약품 주입 비 용과 소독부산물의 발생이 동시에 존재한다.

2.2.3. 기계적 처리방법

기계적 처리방법으로는 자외선(ultraviolet, UV), 열처리 그리고 전기적 처리 방법이 있다. UV를 선 박 평형수에 조사하였을 경우 효과적으로 박테리 아와 바이러스가 제거되는 것으로 나타나지만, 전 력 사용이 높고 생물의 변이 및 생존이 가능하며, 지속성이 없는 단점이 있다[17,19]. 미생물의 크기 와 형태에 따라 UV의 효율이 많이 차이가 나는

경향을 보여 물리적인 1차 처리 이후에 2차 처리로 주로 이용된다[20].

선박 내 엔진에서 나오는 폐열을 이용할 수 있 거나, 설치된 보일러 시스템을 이용하여 열을 공 급받을 수 있는 경우 열처리를 통한 선박 평형수 의 처리가 가능하다[21]. 미생물 종을 제거하기 위 해서는 40 ℃ 이상으로 승온할 수 있는 열이 필요 하며, 이는 더 높은 수온을 가진 해역으로 운전하 는 배에 적용하기 용이하다. 하지만 폐열 활용에 운영에너지 저감이 가능한 장점에도 불구하고 폐 열을 열교환기를 통해 활용해야하는 부분과 잠재 적으로 부식을 유발할 수 있으며, 열교환기를 이 용하는데 유지관리가 어렵다는 단점이 있다.

2.2.4. 신기술 처리방법

기계적 처리방법 중 하나로 전자기장을 이용한 선박 평형수 처리 연구가 진행되고 있다. 이는 현 재 실험실 규모에서 주로 연구가 되고 있으며, 일 정크기 이상의 미생물은 막분리와 같은 1차 처리 로 제거 후 그보다 작은 크기의 수중생물을 전기 분해장치를 통해 생성된 차아염소산나트륨을 이 용하여 제거하는 방법이다. 효율 대비 실규모로 스 케일업 할 시에 에너지 소비가 급증한다는 단점이 나타나고 있으며, 이를 극복하기 위한 연구가 진행 중이다[22].

최근 각광받고 있는 막여과 공법 중 하나인 정 삼투 공정 또한 선박 평형수 처리방법 중 하나로 연구가 진행되고 있다. 정삼투 공정은 기존 해수담 수화에 이용되는 역삼투 공정과 반대로 원수의 삼 투압보다 높은 삼투압의 유도용액을 통하여 물리 적 가압 없이 수처리 후 유도용액을 분리회수하여 처리수를 얻는 공정을 말한다. 본 공정을 적용하 여 선박 평형수를 처리한 담수를 선박 내에 재공 급함과 동시에 선박 내에서 발생되는 폐열과 이산 화탄소를 유도용액 분리 및 회수공정에 적용하여 저비용 고효율로 평형수 처리 및 생산이 가능한 장점이 있는 것으로 나타났다[23].

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3. 조수기(fresh water generator)

해상에서 장시간 운전하는 대형 선박들은 식수 및 위생 등에 쓰이는 청수를 대량으로 싣고 출항 하나, 운항 중 여러 가지 이유로 오염되거나 청수 를 조기 소진할 수 있으므로, 물을 자체 생산해 해 결해야 한다. 선박 내에서 이용되는 용도인 만큼 필요한 용량이 크지 않으며, 처리수 관련 규정 또 한 없으나 식수 및 위생을 위해 생산되는 만큼 해 수 내 염분을 최대한 제거하여 이용하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 선박 내에 해수를 담수화 하여 사용할 수 있도록 장치를 설치하여 운영하고 있으며, 크게 선박 내 폐열을 이용한 증발법과 고 압펌프를 이용한 역삼투법이 이용되고 있다.

3.1. 증발법

선박에 이용되는 가장 보편적인 방법으로는 증 발법을 들 수 있는데, 기관실에 위치한 엔진 혹은 발전기에서 발생하는 폐열과 보일러의 증기와 같 이 선박 내에 해수를 증발시킬 수 있는 충분한 열 원 확보가 가능하기 때문이다. 증발법을 이용한 조 수기는 Figure 3과 같이 엔진냉각수의 폐열과 열 교환을 통한 청수 생산 및 냉각수의 온도를 낮출 수 있는 장치이다.

*출처: WO PCT 016432 A1 (2015).

Figure 4. Illustration of fresh water generator for ship using multi evaporation and condenser[24].

하지만 폐열을 활용할 수 있는 장점에도 불구하 고, 유입되는 해수 유량에 비하여 청수 생산량이 적어 목표 생산량에 도달하기 위해서는 장치의 크 기가 증가하여 선박의 특성상 설치 공간이 제한되 어 설계에 제약이 있다. 또한, 열을 이용하는 특성 상 조수기 내부에 스케일링과 같은 파울링 현상과 부식이 발생할 수 있는 문제점을 안고 있다. 따라

*출처: Busan National University, Master Dissertation (2012).

Figure 3. System diagram of fresh water generator in the ship[9].

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서 현재 증발부와 응축기를 다단으로 설치하여 열 에너지 손실을 최소화 하고 한정된 공간 내에서 청수의 생산 용량을 높이고자 하는 기술이 개발되 고 있는 추세이다[24].

3.2. 역삼투법

역삼투법은 증발법에 비하여 비교적 시스템이 단순하여 부지면적을 크게 소비하지 않아 대용량 의 조수기에도 적용될 수 있다는 장점이 있다[25].

추가적으로, 조작이 간편하여 자동화가 용이하며, 처리 수질이 안정적이여서 유동성에 취약한 선박 에 탑재가 용이한 공정이다. 하지만 막여과 공정 특성상 막오염에 취약하고, 이로 인한 막 세정 및 교체 비용이 추가적으로 들어가는 단점이 있어 생 산수량을 증대시키고 막오염에 강한 역삼투막을

개발하는 방향으로 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 최근에는 조수기의 개념에서 확장하여 해상 이동형 선박 탑재 역삼투 공정 개발이 진행되어 도 서산간 지역이나 재난대비 용수공급이 가능하도록 기술개발이 이루어지고 있다[26].

3.3. 막증류법

막증류는 소수성 및 다공성 분리막을 통하여 막 양면에 존재하는 온도차를 기반으로 두 용액의 증 기압차를 구동력으로 처리수를 얻는 막여과 공정 의 하나이다. 이 공정은 역삼투법에서 문제가 되 는 물리적인 가압으로 인한 막오염층의 압축이 일 어나지 않으며, 증기압 기반에 분리막 공정으로 안 정적인 처리수질과 컴팩트한 부지 소요가 가능하 다. 하지만 낮은 투과유량과 소수성 분리막의 특

*출처: Desalination, 189, 165-169 (2006).

Figure 5. Membrane distillation (MD) for seawater desalination, (a) structure and technical process, (b) real device and (c) device being installed into a seagoing vessel[28].

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성상 막젖음 현상으로 인한 막의 손상 시 처리수 질이 급격하게 나빠지는 안정성의 문제가 있어 이 와 관련된 연구가 진행 중에 있다[27,28].

4. 스크러버 폐세정수(closed loop wet scrubber wastewater treatment)

국제해사기구 IMO의 환경규제는 선박 평형수 및 배기가스 분야에서 꾸준히 강화되었으며, 국제 항해에 종사하는 선박의 배출가스 규제에서 가장 주요한 이슈는 2020년부터 3.5%에서 0.5%로 대 폭 낮아진 연료 황 함유량 규제(SECA에서는 이미 2015년부터 0.1%)와 2016년부터 ECA (emission control area)에서 발효된 NOx 규제인 Tier III이다.

특히, IMO MARPOL 협약에 따라 국제항해에 종 사하는 모든 선박의 배기가스 황함유량은 0.5%

(ECA 지역은 0.1%)로 규제가 이루어짐에 따라 해 운선사들은 1) 저유황유의 사용, 2) LNG 추진 엔 진 설치, 3) SOx scrubber의 설치 중 적합한 선택 사항을 결정하고 있으며 가장 경제적으로 평가되 는 3) SOx scrubber의 선택으로 의사 결정이 늘어 나고 있다. 현재, 국내외 주요 선박업체인 알파라 발, 바르질라, 야라, 파나시아 등 선박에 SOx scru- bber를 제작의 검증된 기존 장치는 경제성이 우수

한 습식 스크러버 기술로 채택이 되고 있으며, 습 식 스크러버의 경우, 추가 기술개발을 통해 SOx뿐 아니라 미세먼지(PM 10, 2.5), NOx도 제거할 수 있 는 잠재성이 있어, 선박엔진 오염 배출물질을 동시 에 저감할 수 있는 기술로 평가되고 있다. 이에 따 라, 2015년 영국에서 개최된 IMO MEPC (국제해 사기구 해양환경보호위원회) 제68차 회의에서 배 기가스 세정장치와 관련하여 배기가스 세정장치의 세정수 배출에 관련하여 pH 기준의 검증을 포함 한 개정안이 채택되었고, 이를 준수하기 위한 스크 러버 폐세정수 처리시스템의 개발 수요가 증가하 게 되었다[29].

4.1. 관련규정

IMO MEPC 259 (68) “배기가스 세정 시스템 지 침서”에서는 다음과 같이 주요 규제 내용을 제시 하고 있다. MARPOL Annex VI Regulation 4의 적 용을 받는 EGCS (배기가스 세정 시스템)의 시험, 설문 인증 및 검증을 위한 요구사항을 지정하고, 배출가스 세정장치의 세정수의 폐기와 관련하여 pH, PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons), 탁 도, Nitrate 및 기타물질에 대해 규제 농도를 제시 하고 있다.

또한, 처리수의 배출 후 남은 슬러지(Residues)

Classification Regulation value

pH No less than 6.5

PAHs

Flow rate (t/MWh) Discharge conc’ limit (µg/L PAHphe eq.) Measurement technology

0~1 2,250 Ultraviolet light

2.5 900 Ultraviolet light

5 450 Fluorescence

11.25 200 Fluorescence

22.5 100 Fluorescence

45 50 Fluorescence

90 25 Fluorescence

Turbidity 25 NTU

Nitrate 60 mg/L

* 출처: The marine environment protection committee, 2015 Guidelines for Exhaust Gas Cleaning Systems (2015).

Table 2. Treated Wastewater of Wet Scrubber Regulation by MEPC 259 (68)[29]

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*출처: The marine environment protection committee, 2015 Gui- delines for Exhaust Gas Cleaning Systems (2015).

Figure 6. Classification of scrubber wastewater treatment system[29].

에 대해서는 해양 폐기를 금하며, 반드시 육상에서 소각 처리할 것을 명시하였다.

4.2. 관련기술

SOx/NOx 의 처리에 의해 발생가능한 스크러버 세정수를 처리할 수 있는 관련 기술의 필요성이 증 대되고 있으며, 이러한 폐세정수의 처리방법으로 서, 침전, 여과 등을 이용한 물리적 처리방법, 화학 약품을 투입하여 화학반응에 의한 처리를 하는 화 학적 처리방법, 미생물을 이용하여 유기물을 분해 처리하는 생물학적 처리방법 등이 알려져 있다.

Table 3은 스크러버 운영 방법에 따른 종류를 보여주며, 현재 가장 많이 사용되는 형태의 수처리 공정은 원심분리(cyclone 등)공정으로 대부분의 선박에서 사용되고 있다. 하지만 수처리 기술 개 발에 있어서 최근 원심력을 이용한 수처리 기술은 특허 침해 분쟁 중에 있으며, 이를 회피하기 위한

기술개발이 활발히 진행되고 있는 실정이며, 전기 응집/산화환원/전해 부상 등 전기화학적 매커니즘 을 활용한 공정, 미세기포를 이용한 가압부상분리 등의 공정들이 개발되고 있다.

4.2.1. 원심분리

스크러버를 통한 대기오염물질의 제거로 유발되 는 폐수는 대부분 유류성 물질을 포함하고 있어, 이를 처리하기 위한 원심분리 기술이 보편적으로 이용되고 있다. 이는 물리적 처리를 통해 효과적 으로 유류성 물질을 제거할 수 있다는 장점이 있 으나, 가동을 위한 운영에너지가 과다하게 들어가 며, 처리용량 대비 부지면적이 과다하게 소비되는 단점이 있다. 또한, 새롭게 추가되는 스크러버 폐 세정수 배출기준에 명시되어있는 이온성 물질인 질산염의 처리가 어렵다는 것이 추가적인 문제점 으로 제기되고 있다[30].

4.2.2. 전기분해

전기분해나 전기응집에 의한 폐수 처리방법은 그 처리효율 및 처리속도가 뛰어나고 수용액에 녹 아 있는 다양한 불순물을 제거할 수 있을 뿐만 아 니라 화학약품에 의한 처리에 비해 새로운 오염문 제를 야기하는 정도가 상당히 낮기 때문에 각광을 받아 오고 있으며, 컴펙트한 공간에서 효율적으로 질산염에 대한 처리가 가능한 장점이 있다[31].

Classification of

scrubber Catalyst Method Remarks

Wet type

Open loop Sea water Absorption of SOx by seawater (natural alkali solution), keeping sludge

Prohibited in some EU countries Closed loop Fresh water Absorption of SOx by NaOH solution (artificial alkali solution),

keeping sludge Hybrid loop Sea water and

fresh water

Using seawater at public seawater and fresh water at seawater of ECA area

Dry type Especial

catalyst solid -

* 출처: The marine environment protection committee, 2015 Guidelines for Exhaust Gas Cleaning Systems (2015).

Table 3. Classification by Scrubber Type[29]

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4.2.3. 용존공기부상

일반적으로 용존공기부상공법은 물속에 주입한 미세기포의 부상력을 이용하여 물속의 오염물질들 을 제거하는 기술이며, 이는 19세기 말경부터 물 속의 부유물질 뿐만 아니라 제거광물의 선별이나 산업에서 가치 있는 원료를 회수하기 위해 사용되 고 있는 공정이다. 용존공기부상공법은 표면전하 의 반발작용 및 세포표면의 친수성 때문에 침강법 으로는 제거가 곤란한 조류, 색도 및 부유물질 등 의 제거에 효과적인 방법으로 알려져 있으며, 합 성세제, 오일 및 그리스, 철, 마그네슘을 효율적으 로 제거하는 장점이 있고, 휘발성 유기오염물질 등의 미량 유기오염물질의 효율적인 제거가 가능 하다. 용존공기부상공법의 장점은 처리시간이 30 min 이내로 기존의 침전방식(2~4 h)보다 훨씬 짧 고, 소규모 설치가 가능하여 처리장의 면적이 적 게 들며, 완전자동화 공정으로 공장운영 및 정비 를 단순화시킨다는 장점이 있으며, 기존의 저탁도, 부식질(Humus) 및 조류 등을 함유한 원수 처리에 있어 유용한 처리방식으로 스크러버 폐세정수 처 리에 적합한 공정으로 부각되고 있다[32]. 하지만 본 공정도 원심분리와 마찬가지로 이온성 물질 제 거기작이 존재하지 않아 추가적인 공정이 필요할 것으로 판단된다.

5. 결 론

전 세계의 물류 운송의 대부분을 선박을 통한 해 상운송으로 이루어지고 있는 만큼 선박 내 수처리 기술은 해양생태계 및 연안에 거주하고 있는 지역 주민들의 생활환경에 밀접한 연관을 가지고 있다.

또한, 선박 및 항해 기술의 발달로 인하여 선박 용 수 내에 미생물이 배출되는 처리 수질에 따라 생 태계 교란을 일으켜 인근 해역에 막대한 피해를 입히는 사례가 증가하고 있는 실정이다. 이를 예방 하기 위하여 선박 평형수 및 스크러버 폐세정수와 관련한 전 세계적인 규제가 강화되고 있으며, 특 히 해안에 위치한 주정부 혹은 특정 해역에서 국 제기준보다 강력한 배출 기준을 수립하고 있다. 따

라서 현재 및 향후 강화되는 규제에 부합하기 위 한 다양한 선박 내 수처리 기술이 도입되고 있으 며, 기존기술의 효율을 높이고 새로운 기술을 적 용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 선박 내 이 용되는 조수기는 선원 및 선박 기계를 운용함에 있 어서 필수적으로 이용되어져야 하므로 해수담수 화기술을 선박 내에서 운영하고 있으며, 최근 이 를 확장하여 도서산간지역 및 비상급수 용도로 해 상이동형 해수담수화 선박과 관련된 연구가 진행 되고 있다. 이러한 선박 내 수처리 현황 및 향후 적용될 기술개발연구를 바탕으로 지속가능한 해양 환경 조성 및 기후변화 대응이 가능할 것으로 기 대된다.

감 사

본 연구는 해양수산부 IMO 선박 국제규제 선도 기술개발사업(과제번호: 20180078)의 지원을 받아 수행되었으며, 이에 감사드립니다.

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