Indirect oxidation using chlorine species oxidizing agents is often effective in wastewater treatment using an electrochemical oxidation process. When chlorine ions are contained in the wastewater, oxidizing agents of various chlorine species are produced during electrolysis. In a ballast water management system, it is also used to treat ballast water by electrolyzing seawater to produce a chlorine species oxidizer. However, ballast water in the brackish zone and some wastewater has a low chlorine ion concentration. Therefore, it is necessary to study the chlorine generation current efficiency at various chlorine concentration conditions. In this study, the chlorine generating current efficiency of a boron-doped diamond(BDD) electrode and insoluble electrodes are compared with various chloride ion concentrations. The results of this study show that the current efficiency of the BDD electrode is better than that of the insoluble electrodes. The chlorine generation current efficiency is better in the order of BDD, MMO(mixed metal oxide), Ti/RuO2, and Ti/IrO2 electrodes. In particular, when the concentration of sodium chloride is 10 g/L or less, the current efficiency of the BDD electrode is excellent.

이염화이소시아뉼산나트륨(NaDCC) 주입 선박평형수처리설비(BWMS, ballast water treatment system)에 의해 처리된 배출수 내에는 브롬 및 염소계열의 활성물질과 소독부산물질(DBPs, disinfection by-products)들이 포함되어 있다. 본 연구에서는 NaDCC로 처리된 선박평형수가 해양환경에 미치는 생태위해성을 파악하기 위하여 생태독성시험(WET test, whole effluent toxicity test)과 생태위해성평가(ERA, ecological risk assessment)를 수행하였다. 배출수독성 시험종은 규조류(Skeletonema costatum, Navicula pelliculosa), 녹조류(Dunaliella tertiolecta, Pseudokirchneriella subcapitata), 로티퍼(Brachionus plicatilis, Brachionus calyciflorus) 및 어류(Cyprinodon variegatus, Pimephales promelas)로 8개의 해양 및 담수종을 이용하였다. 생태독성시험결과, 규조류 및 녹조류를 이용한 성장저해시험에서만 명확한 독성영향이 나타났으며 해수의 시험 조건에서 무영향농도(NOEC, no observed effect concentration), 최저영향농도(LOEC, lowest observable effect concentration) 및 반수영향농도(EC50, effect concentration of 50%)는 각각 25.0 %, 50.0 % 및 > 100.0 %로 가장 민감한 영향을 나타냈다. 하지만 로티퍼 및 어류를 이용한 독성시험의 경우 모든 염분 구간에서 독성영향이 나타나지 않았다. 한편, 배출수에 대한 화학물질분석결과, bromate, isocyanuric acid, formaldehyde, chloropicrin과 trihalomethanes (THMs), halogenated acetonitriles (HANs), halogenated acetic acid (HAAs) 등 총 25개의 소독부산물질들이 검출되었다. ERA결과, 25 개의 소독부산물질들 중, 지속성(P), 생물축척성(B) 및 생물독성(T)의 특성을 모두 보이는 물질은 없었다. 예측환경농도(PEC, predicted environmental concentration) /예측무영향농도(PNEC, predicted no effect concentration) 비율은 일반적인 항구 환경에서는 모든 물질이 1.0을 초과 하지 않았지만 선박 최 인접지역의 경우 Isocyanuric acid, Tribromomethane, Chloropicrin 및 Monochloroacetic acid가 1.0을 초과하여 위해성이 있을 것으로 나타났다. 하지만 실제 배출수를 이용한 생태독성시험결과의 NOEC (25.0%)를 적용한 결과 NaDCC로 처리된 선박평형수가 해양에 배출되었을 때 선박 최 인접지역을 포함한 일반적인 항구 환경에 수용 불가한 생태위해성을 가지지 않는 것으로 판단된다.

해양환경의 보호 및 보전에 관하여 해양법협약은 제12장에 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-2규칙에 따른 배출수 처리방식의 불안정성, 형식승인의 기준 변경에 따른 이해당사자의 부담이 증가하고 있을 뿐만 아니라 여전히 많 은 국가들이 동 협약을 수용하지 않고 별도의 규정을 제시함으로써 선박 운항 상의 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 필요성등을 대안으로 제시한다.

Effluent treated by an NaDCC injection method in Ballast water management system (BWMS) contains reactive chlorine species and disinfection by-products (DBPs). In this study, we conducted whole effluent toxicity (WET) testing and ecological risk assessment (ERA) to investigate its ecotoxicological effects on marine environment. WET testing was carried out for four marine pelagic and freshwater organisms, i.e., diatom Skeletonema costatum, Navicula pellicuosa, chlorophyta Dunaliella tertiolecta, Pseudokirchneriella subcapitata, rotifer Brachionus plicatilis, Brachionus calyciflorus and fish Cyprinodon variegatus, Pimephales promelas. The biological toxicity test revealed that algae was the only biota that showed apparent toxicity to the effluent; it showed no observed effect concentration (NOEC), lowest observable effect concentration (LOEC) and effect concentration of 50% (EC50) values of 25-50%, 50-100% and >100%, respectively, at three water condition, but did not show any significant toxicities on other biota. Meanwhile, chemical analysis revealed that the BWMS effluent contained total residual oxidants (TROs) below 0.03 g/L and a total of 25 DBPs such as bromate, volatile halogenated organic μ compounds (VOCs), halogenated acetonitriles (HANs), halogenated acetic acids (HAAs), chloropicrin and Isocyanuric acid. Based on ERA, the 25 DBPs were not considered to have persistency, bioaccumulation and toxicity (PBT) properties. The ratio of predicted environmental concentration (PEC) to predicted no effect concentration (PNEC) of the other DBPs did not exceed 1 for General harbor environment. However, four substances (Isocyanuric acid, Tribromomethane, Chloropicrin and Monochloroacetic acid) were exceed 1 for Nearship environment. But observed toxicity in the test water on algal growth inhibition would be mitigated by normal dilution factor of 5 applied for nearship exposure. Thus, our results of WET testing and ERA showed that the BWMS effluent treated by NaDCC injection method would have no adverse impacts on marine environment.

본 연구는 USCG phase-II의 형식승인 기준인 자연상태 생물군집의 75 % 이상 유지하여야 하는 평가체계에 대비하여 자연생물군집 농축 및 선박평형수관리시스템(Ballast Water Management System, BWMS) 처리 전 후 생물사멸시험을 실시하였다. 자연 식물플랑크톤군집의 농축 조사는 중영양수계인 장목만과 부영양화수계의 마산만에서 동계에 수행하였다. 장목만과 마산만에서 1톤 기준으로 생물을 농축하였을 경우, 10-50 μm 크기 생물 현존량은 4.7 × 10⁴ cells mL-1과 0.8 × 10⁴ cells mL-1 이었고, 농축생물의 생존율은 90.4 %와 88.0 %로 각각 나타났다. 특히 장목만에서는 Skeletonema costatum-like species 같은 체인을 형성하는 소형 규조류가 극우점한 반면, 마산만에서는 <10 μm보다 작은 편모조류 및 체인을 형성하지 않는 대형 와편모조류(Akashiwo sanguinea, Heterocapsa triquetra)가 우점하였다. 이와 같은 우점종 세포크기의 차이로 장목만 농축효율이 마산만보다 높게 나타났다. BWMS 장비를 통과한 처리 당일 생물 사멸률은 장목만이 90.4 %로, 마산만의 93 %보다 약간 낮았고, 장목만에서 BWMS 처리 5일 경과 후, 대조군의 대상생물의 사멸률은 6.7 %로 나타났다. 처리군에서는 >99 %로 대부분 사멸되어, 시험생물로서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 결과적으로 동계와 같이 해역내 생물량이 낮을 경우, 주간 8시간 수행한 네트의 생물농축만으로는 USCG Phase II의 형식승인 기준인 500톤 탱크에 1.0 × 10³ cells mL-1 이상으로 자연생물 개체수 밀도를 충족하기는 쉽지 않다는 것을 파악하였고, 이를 보완하기 위해서는 일정기간 자연생물을 대량 배양 및 채집할 수 있는 시스템 도입이 필요할 것으로 판단된다.

IMO에서 규제중인 선박평형수의 처리기술은 현재 대부분 화학적 처리법 및 전기적인 처리방 법을 주로 이용하고 있는데 이러한 방법들은 2차오염의 위험을 가지고 있으며 이를 방지하기 위하여 추 가적인 장치가 필요하다. 본 연구에서는 전단력을 활용한 물리적인 방법을 이용하여 2차 오염 없이 선 박평형수를 처리하는 방법을 연구하였다. 균일장치의 원리를 이용하여 전단응력으로 균을 파쇄시키는 원 리인데, 내부 실린더와 외부 실린더의 표면이 매끄러운 경우에는 미끄럼 현상이 나타나 효율적인 살균 효과를 얻기가 어려워서 전단응력의 크기를 변화시키는 다양한 요인 가운데 표면의 모양을 다르게 하여 두 가지 type의 장치에 대한 살균 성능을 비교하였다. 기본 장치는 cylinder type이나, 내부 실린더와 외 부 실린더에 일정 간격과 깊이로 홈을 파낸 groove type과 멸균성능을 비교하였다. 그 결과 미끄럼을 방지한 groove type에서 cylinder type보다 우수한 결과를 나타내었다.

일반적으로 선박평형수는 선박의 감항성을 향상시키지만 수생 외래 생물의 이동 수단으로서 해양생태계를 교란시키고 있다. 선박평형수로 인한 영향에 관한 연구는 20세기 초 시작되었으며, 1903년 북해에 아시아에서 서식하는 프랑크톤의 서식이 확인되기도 하였다. 공식적으로 평형수로 인한 문제는 1970년부 터 국제사회에 등장하게 되었고 IMO는 1980년 후반부터 MEPC를 중심으로 평형수로 인한 해양환경의 위협 및 생태계의 교란을 방지하기 위한 협약 개발을 시작하였다. 장기간의 노력 결과로 2004년 선박의 평형수와 침전물의 통제 및 관리를 위한 국제협약이 채택되었다. 이 협약은 현재까지 발효되지는 못하였다. 그러나 가까운 시일 내에 발효될 것으로 예상되기 때문에 철저한 이행 준비가 요구된다. 특히, IMO의 선박평형수관리협약에서 정의하는 평형수는 UN해양법협약상 위생과 해양환경오염의 대상이 되기 때문에 국제법적 규제 성격에 있어서 타 선박기인 해양환경 오염물질들과는 상이하다. 따라서 이 논문에서는 이와 같은 규제 성격을 고려한 UN해양법협약상 연안국 관할 수역별 이행방안을 고찰함 으로써 IMO 선박평형수관리협약의 통일된 이행방안을 제안하고자 한다.

The purpose of this study is to treat the ballast water by shear stress without an environmental pollution and to find out the optimal treatment conditions. The ballast water problem is issued up as the trade activated and the cargos mobilized. To improve this problem, International Marine Organization(IMO) make the rule about the ballast water treatment with specific restrictions. Although many countries have been studying about the ballast water treatment technology, there is almost no technology that can treat the microorganisms under 50μm withoutany secondary pollution. In this study, we tried to treat ballast water by applying shear stress as the physical treatment for the sterilization and tried to find out the optimal conditions including the 100% sterilizing rate and the best economic condition.