JP2007152264A - バラスト水処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バラスト水中の細菌類を確実に死滅し、かつ有害物の排出を防止できるバラスト水の処理装置および処理方法を提供する。
【解決手段】船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置６と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留槽７と、該滞留槽７の下流側に設けられて滞留槽７にて所定時間滞留した海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置８と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、船舶のバラストタンクに積み込むバラスト水に含まれる有害水生生物及び微生物を効率的に殺滅するための装置および方法に関する。

一般に、空荷または積荷が少ない状態の船舶は、プロペラ没水深度の確保、空荷時における安全航行の確保等の必要性から、出港前にバラスト水の注水を行う。逆に港内で積荷をする場合には、バラスト水の排出を行う。
ところで、環境の異なる荷積み港と荷下し港との間を往復する船舶によりバラスト水の注排水が行われると、バラスト水に含まれる微生物の差異により沿岸生態系に悪影響を及ぼすことが懸念されている。
そこで、船舶のバラスト水管理に関する国際会議において２００４年２月に船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための国際条約が採択され、バラスト水の処理が義務付けられることとなった。

バラスト水の処理基準として国際海事機構（ＩＭＯ）が定める基準は、船舶から排出されるバラスト水に含まれる５０μｍ以上の生物（主に動物プランクトン）の数が１ｍ^３中に１０個未満、１０μｍ以上５０μｍ未満の生物（主に植物プランクトン）の数が１ｍｌ中に１０個未満、コレラ菌の数が１００ｍｌ中に１cfu未満、大腸菌の数が１００ｍｌ中に２５０cfu未満、腸球菌の数が１００ｍｌ中に１００cfu未満となっている。

バラスト水の処理技術としては、現在開発中のものが多いが、従来技術としては、バラストタンクへ注水中のバラスト水に塩素系殺菌剤または過酸化水素を混入することにより有害藻類のシストを死滅させて殺菌する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
そして、特許文献１に記載の方法においては、バラスト水を排出する際に瀑気装置によりバラスト水に空気を吹き込んで残留塩素を無害化するようにしている。
特開平４−３２２７８８号公報

特許文献１においては、バラスト水に塩素系殺菌剤を混入することにより有害藻類のシストを死滅させて殺菌し、残留塩素についてはバラスト水排出時に瀑気装置によりバラスト水に空気を吹き込んで残留塩素を無害化するとしている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、バラスト水に塩素系殺菌剤を混入して有害藻類のシストを死滅させた後、残留塩素がバラスト水中の有機物と反応して有害なトリハロメタンが生成する。ところが、特許文献１においてはこのトリハロメタンに関しては何らの考慮もされていない。このトリハロメタンは瀑気装置によりバラスト水に空気を吹き込んでも、極一部は気相に移行するものの大部分は残留して無害化されないため、バラスト水とともに排出され環境に悪影響を与えるという問題がある。

本発明は、かかる状況を鑑み、バラスト水中のプランクトンと細菌類を確実に死滅し、かつ有害物の排出を防止できるバラスト水の処理装置および処理方法を提供することを目的する。

本発明者らは、上記の課題に鑑み船舶バラスト水に含まれるプランクトン、細菌類を除去、殺滅するに際し、塩素系殺菌剤を使用した場合においてトリハロメタンの生成を抑制して、環境に悪影響を与えることのないバラスト水処理装置および処理方法を提供するべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至ったものであり、具体的には以下の構成を有する。

（１）本発明に係るバラスト水処理装置は、船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置と、を備えたことを特徴とするものである。

海水中に塩素殺菌剤を供給してプランクトンと細菌類を死滅させるが、細菌類の殺菌後に残留した塩素殺菌剤は海水中の有機物と反応してトリハロメタンが生成される。図４に塩素殺菌剤注入後の海水中トリハロメタン濃度の時間変化の一例を示す。図４は塩素殺菌剤を20mg/ｌ注入した場合であるが、トリハロメタンの生成量は海水中の有機物濃度が高いほど、また塩素殺菌剤の供給量が多いほど多くなる。

図４に示されるように、残留塩素がなくなるまでトリハロメタンの生成は続き、トリハロメタン濃度は時間の経過とともに増大する。図４に示した例においては、塩素殺菌剤を添加してから１分後ではトリハロメタンの生成量は総生成量の１／１０程度である。このことから、塩素殺菌剤を供給後直ちに塩素還元剤を供給して還元処理を行ない残留塩素を失効させればトリハロメタンの生成は抑制できる。
他方、塩素殺菌剤によって細菌類とともに５０μｍ以上のプランクトンも死滅させるためには、有効塩素をある程度の時間海水中に残留させなければならない。

そこで、本発明においては、塩素殺菌剤によりプランクトンと細菌類を死滅させるために有効塩素の残留時間を適切に確保すると共に長時間塩素が残留することによるトリハロメタン生成を抑制するため、バラスト水に塩素殺菌剤を供給後、有効塩素によるプランクトンと細菌類の死滅処理に必要とされる所定時間だけ海水を滞留させて殺菌処理を行う滞留槽を設け、滞留槽から排出される海水に塩素還元剤を供給して残留塩素を還元し失効させてトリハロメタンの生成を抑制するようにしている。
すなわち、海水に塩素殺菌剤を供給後、プランクトンと細菌類を死滅させるのに十分な時間で、かつトリハロメタン生成を抑制できるような時間、有効塩素を残留させた海水を滞留させて、その後、残留塩素を還元処理するために塩素還元剤を供給して、残留塩素を還元し失効させてトリハロメタンの生成を抑制する。
滞留とは、塩素還元剤を供給する前に塩素殺菌剤による殺菌時間を確保するために海水を全く流れない状態にすること、および低速で流すことをいう。
なお、塩素殺菌剤としては次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、塩素ガスが用いられ、いずれも海水中で次亜塩素酸または次亜塩素酸イオンの形態で有効塩素として存在する。
また、塩素還元剤としては、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムあるいは過酸化水素水が用いられる。

（２）また、船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海水の供給を受けて該海水を活性炭処理する活性炭処理装置と、を備えたことを特徴とするものである。

海水中の残留塩素を失効させるために、上記の還元処理に代えて活性炭処理を行うものである。すなわち、海水に塩素殺菌剤を添加後プランクトンと細菌類を死滅させるのに十分な時間で、かつトリハロメタン生成を抑制するようにできるだけ短い時間、有効塩素を残留させた海水を滞留させて、その後活性炭処理装置に海水を通水し、残留塩素を活性炭により還元分解処理してトリハロメタンの生成を抑制し、さらに生成したトリハロメタンを吸着し除去する。
活性炭処理装置としては、槽内で穏やかに活性炭を流動させるようにしたものまたは活性炭を充填したものを用いることができる。また活性炭に代えて残留塩素の還元分解とともにトリハロメタンの吸着もできる処理材を用いてもよい。
また、活性炭処理装置に代えてトリハロメタンを吸着する吸着材を備えた吸着槽を設けるとともに、滞留槽にて所定時間滞留した海水に塩素還元剤を供給するようにしてもよい。塩素還元剤により残留塩素を還元し失効させ、吸着槽内の吸着材により生成したトリハロメタンを吸着する。吸着材として樹脂系吸着材を用いることができる。

（３）また、上記（２）に記載の活性炭処理装置は、バラストタンク内に活性炭を備えることによって形成されていることを特徴とするものである。

バラストタンクの一部に活性炭を備えることにより活性炭処理装置として用いることにより、活性炭処理装置を新たに備える必要がなく、既存船舶への適用が容易であり、設備費を低減できる。

（４）また、上記（１）の滞留槽は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留が可能であることを特徴とするものである。

（５）また、上記（２）または（３）に記載の滞留槽は、塩素殺菌剤を供給してから活性炭処理するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留が可能であることを特徴とするものである。

滞留時間はプランクトンと細菌類を死滅させるのに十分な時間で、かつトリハロメタン生成を抑制するようにできるだけ短い時間であることが必要である。
ＩＭＯのバラスト水処理装置の認可試験基準では、処理前に５０μｍ以上のプランクトン数が１０⁵個体／ｍ³以上である原水を処理後１０個体／ｍ³以下にすることが求められている。
そこで、この基準を満たすために必要な海水中の残留塩素濃度と、プランクトンと残留塩素の接触時間との関係を求めた。図５は、海水中の残留塩素濃度と、プランクトンと残留塩素の接触時間との関係を両対数グラフで表したものである。

図５のグラフに示されるように、例えば接触時間を10分とすると、残留塩素濃度は11.6mg/ｌが必要となる。また残留塩素濃度を50mg/ｌとすると、接触時間は１分程度となる。
塩素殺菌剤の調達、貯蔵や供給の方法を考慮すると、残留塩素濃度が5〜100mg/ｌとなるように塩素殺菌剤を供給することが好ましいため、５０μｍ以上のプランクトンを処理基準にまで死滅させるのに必要な接触時間は０．５〜２０分となる。接触時間を０．５〜２０分とすることが可能になるように、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間または塩素殺菌剤を供給してから活性炭処理するまでの時間、すなわち滞留時間を０．５〜２０分とする滞留が可能である滞留槽を備えることにより、５０μｍ以上のプランクトンを処理基準にまで死滅させることができる。

図６は塩素殺菌剤注入率が5mg/ｌ、10ｍｇ/ｌ、20mg/ｌ、50mg/ｌ、100mg/ｌの５つの場合について、塩素殺菌剤注入後の海水中のトリハロメタン濃度の時間変化を示したグラフであり、縦軸がトリハロメタン濃度であり、横軸が経過時間である。
図６に示されるように、残留塩素濃度が5〜20mg/ｌの範囲であれば、滞留時間を２０分以下にすれば、生成されるトリハロメタン濃度は日本の飲料水基準である０.１ｍｇ/ｌの１/２以下である。また、残留塩素濃度が50〜100mg/ｌの場合であっても、滞留時間を２０分以下にすれば日本の飲料水基準である０.１ｍｇ/ｌ以下である。
このように滞留時間を０．５〜２０分の範囲とする滞留槽で、滞留時間を制御して塩素殺菌剤により殺菌することによって、プランクトンと細菌類を十分に死滅させ、かつ、トリハロメタン生成を抑制することができる。

なお、図６のグラフにおいて、各残留塩素濃度において５０μｍ以上のプランクトンを処理基準にまで死滅させることができる時間に白丸を付してある。この白丸に対応するトリハロメタン濃度を見るといずれも０.０５ｍｇ/ｌ以下であり、残留塩素濃度に対応して滞留時間を制御すれば、５０μｍ以上のプランクトンを処理基準にまで死滅させ、かつトリハロメタン濃度を極めて小さく抑制できることがわかる。

（６）上記（１）〜（５）に記載の滞留槽は、バラストタンク内に形成されていることを特徴とするものである。

バラストタンクの一部を滞留槽として用いることにより、滞留槽を新たに備える必要がなく、既存船舶への適用が容易であり、設備費を低減できる。

（７）上記（１）〜（６）に記載のものにおいて、塩素殺菌剤供給装置の上流側に海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過装置を備えたことを特徴とするものである。

ろ過装置によって海水中の動物性プランクトン等比較的大型の水生生物を捕捉して除去するため、塩素殺菌剤を供給して死滅させるだけの場合に比べて塩素殺菌剤の供給量を低減でき、トリハロメタンの生成をさらに抑制して環境への影響を低減でき、また塩素還元剤の供給量を低減でき、滞留槽、活性炭処理装置を小さくすることができる。
なお、ろ過装置としては、目開きが１０〜２００μｍのものを用いるのが好ましく、特に目開き５０μｍ程度のものを用いるのが、捕捉率と逆流洗浄頻度とを最適に設定できるので、特に好ましい。

（８）本発明に係るバラスト水処理方法は、船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給工程と、を備えたことを特徴とするものである。

（９）また、船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水を活性炭処理する活性炭処理工程と、を備えたことを特徴とするものである。

（１０）また、上記（９）における活性炭処理工程は、活性炭処理時間を０．５〜２０分とすることを特徴とするものである。

塩素殺菌剤を供給し滞留槽で細菌類の死滅処理を行った海水（残留塩素濃度 15ｍｇ/ｌ）を活性炭処理装置に導入し、活性炭処理時間（横軸）と海水中のトリハロメタン濃度（縦軸）との関係を計測してグラフ化したものを図７に示す。滞留槽内で塩素殺菌剤の残留塩素によりトリハロメタンが生成し、活性炭処理装置に導入するときにはトリハロメタン濃度が0.03mg/ｌ程度になっているが、活性炭処理時間が１０分経過後には0.01mg/ｌ以下に低下し、２０分経過後にはほぼ吸着平衡に達している。

活性炭により残留塩素が還元分解されて失効してトリハロメタンの生成が停止したとともに、滞留槽内で生成したトリハロメタンも吸着されている。滞留槽に供給される塩素殺菌剤量により、残留塩素の還元分解とトリハロメタンの吸着除去に必要な時間は異なるが、実用的な塩素殺菌剤の供給量の範囲であれば、活性炭処理時間が０．５〜２０分の範囲で残留塩素を還元分解してトリハロメタンの生成を抑制し、滞留槽内で生成したトリハロメタンを吸着除去することができる。
なお、活性炭処理時間が０．５分より短いと、トリハロメタンを十分に吸着することができず、活性炭処理時間が２０分より長いと、活性炭処理装置が過大なものとなり船舶に搭載するのに問題となり、またバラスト水をバラストタンクに給水する時間が長くなり問題となる。

（１１）また、上記（８）における滞留工程は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留を行なうことを特徴とするものである。

（１２）また、上記（９）または（１０）における滞留工程は、塩素殺菌剤を供給してから活性炭処理するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留を行なうことを特徴とするものである。

（１３）また、上記（８）〜（１２）に記載のものにおいて、塩素殺菌剤供給工程の前に海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過工程を備えたことを特徴とするものである。

（１４）また、上記（８）〜（１３）に記載のものにおいて、海水中の有効塩素量の重量濃度を５〜100mg/lとするように塩素殺菌剤を供給することを特徴とするものである。

海水中の有効塩素量の重量濃度が５〜100mg/ｌとなるように塩素殺菌剤を供給することにより、海水の水質（有機物濃度等）や生息するプランクトンや細菌類の種類、数量が異なっていても、細菌類は勿論、５０μｍ以上のプランクトンを処理基準にまで死滅させることができる。
なお、塩素殺菌剤を供給して海水中の有効塩素量の重量濃度が５mg/lより小さいと有効塩素が水中の還元性物質、有機物と反応して残留せず、細菌類やプランクトンを死滅できないし、100mg/lより大きいとトリハロメタン生成量が増大し、また腐食の問題や塩素殺菌剤の費用や塩素殺菌剤貯留槽が大きくなり高コストとなる等の問題があり、不具合が生じる。

（１５）また、上記（８）〜（１４）に記載のものにおいて、塩素殺菌剤供給工程の前に酸供給工程を備えたことを特徴とするものである。

（１６）また、上記（１５）に記載のものにおいて、塩素殺菌剤が供給される海水のｐＨを５〜７にすることを特徴とするものである。

塩素殺菌剤が供給される海水に酸を供給して海水のｐＨを５〜７にすると、塩素殺菌剤を供給した海水中の遊離残留塩素の形態が、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）がほとんどとなり、殺菌効力が高いため好ましい。海水のｐＨが５より低いと遊離残留塩素の形態は次亜塩素酸とＣｌ_２となり_、ｐＨが７より高いと遊離残留塩素の形態は次亜塩素酸と次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ^-）となり、いずれも殺菌効力が他にくらべて１００倍高い次亜塩素酸の割合が低くなり、殺菌効力が低下する。また、海水のｐＨを５〜７にすると、トリハロメタンの生成を抑制する効果もある。
供給する酸としては塩酸または硫酸を用いる。

なお、微生物の死滅処理を行った処理済みのバラスト水に水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を供給して中和し、バラスト水を周囲の海域に排出しても支障の生じないようにする。

本発明においては、船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給し、所定時間滞留させた後、塩素還元剤を供給するように、または活性炭処理するようにしたので、海水中のプランクトンと細菌類を死滅させて、ＩＭＯの定めるバラスト水処理基準を充足する有害生物を含まない海水をバラスト水として供給でき、かつ、塩素殺菌剤によるトリハロメタンの生成を抑制することができる。

［実施の形態１］
以下、図面を用いて、本発明に係るバラスト水処理装置について、最良の形態の一例を具体的に説明する。
図１は本実施の形態に係るバラスト水の処理装置を示す図である。本実施の形態に係るバラスト水処理装置は、図１に示すように、海水を船内に取り込むための海水取水ライン１、海水取水ライン１によって取水された海水中の粗大物を除去する粗ろ過装置２、海水を取り込むため、あるいは後述のバラストタンク１０のバラスト水を後述のろ過装置４に送水するためのポンプ３、粗ろ過装置２によって粗大物が除去された海水中に存在するプランクトン類を除去するろ過装置４、ろ過装置４でろ過された海水に細菌類を死滅させる塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置６、ろ過装置４でろ過されたろ過水に塩素殺菌剤供給装置６から供給された塩素殺菌剤を拡散させる拡散器５、塩素殺菌剤を添加された海水を所定時間滞留させる滞留槽７、滞留槽７から導出された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置８、塩素還元剤を添加された処理水を後述のバラストタンク１０に送水する処理水送水ライン９、処理水送水ライン９から送水される処理水または未処理水を貯留するバラストタンク１０、を備えている。
以下、各装置をさらに詳細に説明する。

１．粗ろ過装置
粗ろ過装置２は、船側部に設けられたシーチェスト（海水吸入口）から取水され、ポンプ３によって海水取水ライン１を通して取水される海水中に含まれる大小様々な夾雑物、水生生物のうち１０ｍｍ程度以上の粗大物を除去するためのものである。
粗ろ過装置としては１０ｍｍ程度の孔を設けた筒型ストレーナ（こし器）、水流中の粗大物を比重差により分離するハイドロサイクロン、回転スクリーンにより粗大物を捕捉し掻揚げ回収する装置等を用いることができる。

２．ろ過装置
ろ過装置４は粗ろ過装置２によって粗大物が除去された海水中に存在するプランクトン類を除去するものであり、目開き１０〜２００μｍのものを用いる。
目開きを１０〜２００μｍにしたのは動物性プランクトン、植物性プランクトンの捕捉率を一定のレベルに保ちつつ、逆流洗浄頻度を少なくして寄港地でのバラスト水処理時間を短縮するためである。逆に言えば、目開きが２００μｍより大きいと動物プランクトン、植物プランクトンの捕捉率が著しく低くなるし、目開きが１０μｍより小さいと逆流洗浄頻度が多くなり寄港地でのバラスト水処理時間が長くなるので好ましくない。特に目開き５０μｍ程度のものを用いるのが、捕捉率と逆流洗浄頻度とを最適に設定できるので、好ましい。
また、ろ過装置４は、ろ過面積１ｍ^２あたり1日２００ｍ^３以上のろ過速度が得られることが望ましい。ただし、ろ過モジュールの集積によって、より小型化が可能な場合には特に限定しない。

ろ過装置４の具体例としては、ノッチワイヤフィルタまたはウェッジワイヤフィルタを用いることが好ましい。
ノッチワイヤフィルタとは、ノッチ（突起）を設けたワイヤを枠体に巻きつけてノッチによりワイヤ同士の間隔を保持してろ過通路寸法を１０〜２００μｍにした筒型のエレメントをケーシング内に保持し、送水と逆洗浄のためのバルブと配管を設けたものである。このノッチワイヤフィルタの具体例としては、神奈川機器工業製ノッチワイヤフィルタがある。
このノッチワイヤフィルタをろ過エレメントとして複数備え、逆洗手段を備えたものが特開２００１−１７０４１６に開示されている。ろ過エレメント集合基板や、それぞれのろ過エレメントに小型超音波振動子を取り付け、逆洗時に超音波振動を付加することにより、逆洗浄効果を増大させ、逆洗浄の間隔を延ばしてろ過効率を高めることができる。
ウェッジワイヤフィルタとは、断面が三角形のワイヤを枠体に巻きつけてワイヤ同士の間隔を調整してろ過通路寸法を１０〜２００μｍにした筒型のエレメントをケーシング内に保持し、送水と逆洗浄のためのバルブと配管を設けたものである。このウェッジワイヤフィルタの具体一例としては、東洋スクリーン工業製ウェッジワイヤフィルタがある。

また、ろ過装置４の他の好ましい具体例として積層ディスク型ろ過器がある。積層ディスク型ろ過器とは、両面に複数の斜状溝を形成したドーナツ型のディスクを軸方向に圧締して積層して環状にしたものであり、隣接するディスクの溝によって形成される間隙に通水して、水生生物をろ過するものである。斜状溝の寸法を適宜設定することにより目開きを１０〜２００μｍに設定してろ過する。
なお、積層ディスク型ろ過器においては、逆洗時にはディスクの圧締を解除して、間隙を大きくしてろ過残渣を除去する。この積層ディスク型ろ過器の具体例としては、Arkal Filtration Systems製のSpin Klin Filter Systemsがる。

なお、ろ過装置４としては、上記の２種類のろ過装置の他、例えば密閉型砂ろ過器、ろ布ろ過器、金属繊維ろ過器など他の種々のろ過装置を用いることができる。

３．塩素殺菌剤供給装置
塩素殺菌剤供給装置６はろ過装置によってろ過されて拡散器５に供給される海水に細菌類を死滅させる塩素殺菌剤を供給するものである。供給する塩素殺菌剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、塩素ガスが使用できる。

なお、塩素殺菌剤は海水中の有効塩素量の重量濃度を5〜100mg/lとするように供給することが好ましい。
その理由は、塩素殺菌剤を供給して海水中の有効塩素量の重量濃度が５mg/lより小さいと有効塩素が水中の還元性物質、有機物と反応して残留せず、細菌類やプランクトンを死滅できないし、100mg/lより大きいとトリハロメタン生成量が増大し、また腐食の問題や塩素殺菌剤の費用や塩素殺菌剤貯留槽が大きくなり高コストとなる等の問題があり、不具合が生じるからである。

塩素殺菌剤は拡散器５の上流側および／または拡散器５に供給される。拡散器５として後述するベンチュリ管を用いる場合には、塩素殺菌剤はベンチュリ管の上流側および／またはベンチュリ管ののど部に供給される。
塩素殺菌剤をベンチュリ管の上流側に供給する場合には、塩素殺菌剤をキャビテーションが発生するベンチュリ管のど部に達するまでに流路内である程度拡散させておき、キャビテーションにより塩素殺菌剤の拡散、混合を進めて、さらに塩素殺菌剤の細菌類への浸透を促進して塩素殺菌剤の殺滅効果を促進できる。
なお、塩素殺菌剤をベンチュリ管の上流側に供給するためには、ベンチュリ管よりも上流側の流路内に塩素殺菌剤の注入口を設けておけばよい。
また、塩素殺菌剤をベンチュリ管ののど部に供給する場合には、ベンチュリ管のエジェクタ作用により自吸されるので塩素殺菌剤の供給ポンプが不要となる。

４．拡散器
塩素殺菌剤をろ過装置４によりろ過された海水中に拡散させる拡散器として、ベンチュリ管を用いることが好ましい。
ベンチュリ管は塩素殺菌剤を海水中に拡散させると共に、ろ過装置４を通過したプランクトンに対してベンチュリ管により発生するキャビテーションにより損傷を与えるか殺滅するものである。
ベンチュリ管は、管路断面積が徐々に小さくなる絞り部、最小断面積部であるのど部、徐々に管路断面積が広がる広がり部（ディフューザ部）からなる。のど部での流速の急上昇に伴う静圧の急激な低下によりキャビテーション気泡が発生し、広がり部での流速の低下に伴う急激な圧力上昇により成長したキャビテーション気泡が急激に崩壊するようなキャビテーションが発生する。

キャビテーションによって海水中に塩素殺菌剤を急速に拡散させて塩素殺菌剤による細菌類の殺菌作用を促進させる。このようにキャビテーションの拡散作用により塩素殺菌剤の海水中への混合を促進するため、塩素殺菌剤を注入するだけの場合に比べて塩素殺菌剤の供給量を低減できるので、塩素殺菌剤を還元して無害化するための塩素還元剤の供給量を低減でき、またトリハロメタンの生成量を低減して環境への影響を低減できる。
また、海水中の水生生物はキャビテーション気泡が崩壊することによる衝撃圧、せん断力、高温、酸化力の強いＯＨラジカルの作用などにより、損傷を与えるか破壊され殺滅される。このベンチュリ管のキャビテーションによれば、特に、比較的固い殻を有する原虫類、動物プランクトンの外殻を破壊し、塩素殺菌剤の浸透を促進して確実に死滅させることができる。

なお、ベンチュリ管に海水を供給する際には、ベンチュリ管ののど部における海水の流速を１０〜４０ｍ／ｓｅｃとするように海水を送水するのが好ましい。
この理由は、海水を取水してバラストタンクに通水する配管の途中にバラスト水処理装置を設置した場合、配管内の海水の流速がベンチュリ管入り口では通常２〜３ｍ／ｓであるが、ベンチュリ管のど部の流速が１０ｍ／ｓｅｃより小さいと、のど部での流速の上昇比率が十分でなくこれに伴う静圧の急激な低下が十分でないため、大気圧下においてもキャビテーションが発生せず、またベンチュリ管のど部の流速が４０ｍ／ｓより大きいとキャビテーション現象が過剰に発生しベンチュリ管通過に伴う圧力損失が過大となり送水のために消費されるエネルギーが過大となるため、ポンプ動力が過大となり高コストとなるからである。

また、ベンチュリ管に海水を供給する際には、ベンチュリ管の圧力損失水頭を５〜４０ｍとするように海水を送水することが好ましい。
この理由は、損失水頭が５ｍより小さいとキャビテーションを発生させる事が出来ず、４０ｍより大きいと船舶に備えられているバラスト水ポンプとして用いられている大流量ポンプでは対応できなくなり不具合が生じるからである。

拡散器として、ベンチュリ管以外に海水流路内に攪拌流れを生じさせるスタティックミキサや攪拌翼を回転させる撹拌器を用いてもよい。

５．滞留槽
滞留槽７は、塩素殺菌剤から発生する塩素を、プランクトンや細菌類にこれらが死滅するのに十分な時間で、かつ、トリハロメタンの生成を抑制するようにできるだけ短時間接触させるために、塩素殺菌剤を添加され拡散された海水を滞留するものである。塩素還元剤を供給して残留塩素を失効させるまで所定時間滞留するように、滞留槽７の寸法や形状を定め所定の速度で流すようにする。
例えば、槽内に複数の仕切りを設けることによって長流路を形成して槽内での滞留時間を確保するようにしてもよい。
あるいは、滞留槽７は単なる貯留槽から構成し、海水を貯留後所定時間が経過すると排出ゲートを開ける若しくは排水ポンプを稼動させて排出するようなものでもよい。

６．塩素還元剤供給装置
塩素還元剤供給装置８は、塩素殺菌剤を添加され滞留槽７で所定時間滞留した海水に塩素還元剤を供給して海水中に残存する有効塩素を還元して失効させ、トリハロメタンの発生を抑制するものである。塩素還元剤を供給するためには、滞留槽７から海水を排出する流路内に塩素還元剤の注入口を設けておけばよい。
供給する塩素還元剤としては価格や取扱いの容易さなどの点から、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウムを用いることが望ましい。また、塩素還元剤として過酸化水素水を用いてもよい。

以上のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
ポンプ３を稼動することによって、海水取水ライン１から海水が船内に取りこまれる。その際、まず粗ろ過装置２によって海水中に存在する大小様々な夾雑物、水生生物のうち１０ｍｍ程度以上の粗大物が除去される。
粗大物が除去された海水はろ過装置４に供給され、ろ過装置４の目開きに応じた大きさの動物性プランクトン、植物性プランクトン等が除去される。
粗ろ過装置２及びろ過装置４で捕捉された水生生物等は、粗ろ過装置２及びろ過装置４のフィルタ等を逆洗することにより洗い流されて海に戻される。ろ過装置４で捕捉された水生生物等を海に戻しても同一の海域なので生態系に悪影響はない。つまり、この例ではバラスト水を積み込む際に処理をしているので、粗ろ過装置２及びろ過装置４の逆洗水をそのまま放流できるのである。

ろ過装置４でろ過された海水には塩素殺菌剤供給装置６から塩素殺菌剤が供給され、塩素殺菌剤が供給された海水は拡散器５たるベンチュリ管に供給される。
ベンチュリ管において、上述したメカニズムによりキャビテーションが発生して、塩素殺菌剤の海水中への拡散が促進され細菌類の殺滅効果を増進する。さらに、キャビテーションにより海水中の水生生物に衝撃圧、せん断力、高温、酸化力の強いＯＨラジカルが作用し、水生生物に損傷を与えるか破壊して殺滅する。

ベンチュリ管で塩素殺菌剤が拡散された海水は滞留槽７に導かれ所定時間滞留して、塩素殺菌剤から発生する有効塩素によりプランクトンや細菌類が死滅される。滞留槽７内に海水を滞留させる滞留時間は、滞留中に大型のプランクトンも十分に死滅し、かつ残留塩素により発生するトリハロメタンができるだけ少ないように０．５〜２０分の範囲で設定される。

滞留槽７から所定時間滞留して排出される海水に塩素還元剤供給装置８によって塩素還元剤を供給し残留塩素を失効させ、トリハロメタンの生成を抑制する処理を行い、その後海水は処理水送水ライン９を通じてバラストタンク１０に貯留される。

また、上記の例では、塩素殺菌剤をベンチュリ管の上流側および／またはベンチュリ管ののど部に供給するが、さらにベンチュリ管の下流側にも供給してもよい。ベンチュリ管の下流側にも供給する場合には、キャビテーションによりプランクトン等に付着している細菌類が剥されるため、ベンチュリ管の下流側で塩素殺菌剤を供給することで、この剥された細菌類に塩素殺菌剤を作用させることで細菌類の殺滅効果を促進できる。
また、キャビテーションにより外殻に損傷を負いながら死滅しないプランクトンの体内に塩素殺菌剤を浸透させることができ塩素殺菌剤の殺滅効果を促進できると共に、塩素殺菌剤耐性の強い種類に対しても、塩素殺菌剤単独処理と比較して少ない塩素殺菌剤添加量で殺滅することが可能である。

なお、上記の例は海水をバラストタンクに積み込む際に処理を行う場合であるが、海水をバラストタンクに積み込む際には処理をしないで、バラストタンクから排出する際に処理する場合もある。この場合は、未処理のバラスト水を、バラストタンクからろ過装置４に供給して、以降は上記と同様の処理を行う。もっとも、この場合には、ベンチュリ管の上流側で塩素殺菌剤が添加されたバラスト水を、海に排水することになるので、塩素殺菌剤を完全に無害化する必要がある。そこで、この場合には、塩素還元剤供給装置７によって供給する塩素還元剤の量は、前述の処理水をバラストタンクに供給する場合と違って、残存する塩素殺菌剤が還元されバラスト水を排出する港湾の環境に対して影響のない状態にできる量にすることが必要である。
また、海水をバラストタンクに積み込む際とバラストタンクから排出する際との両方でバラスト水中の水生生物の殺滅処理を行うようにしてもよい。その場合にはバラスト水の排出時の処理は軽度でよい。

以上のように、本実施の形態においては、ろ過装置４で１０〜２００μｍ以上の動物性プランクトン、植物性プランクトンを除去し、塩素殺菌剤を供給して所定時間滞留させることによりプランクトンや細菌類を死滅させ、さらに残留塩素を還元し失効させるようにしたので、確実にＩＭＯが定めるバラスト水基準を満たすバラスト水の処理が実現でき、残留塩素から発生するトリハロメタンの生成を抑制できる。

なお、図１に示した例は、バラスト水の無害化処理を取水時に行うことを想定しているが、取水時、排水時のいずれか、あるいは両方のどのタイミングで処理を行うかは、取水する海域に生息する微生物量や船舶の運航条件によって定めることができる。

［実施の形態２］
図２は本発明の実施の形態２の説明図であり、実施の形態１と同一部分には同一の符号が付してある。
本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、滞留槽７の下流側に活性炭処理槽１１を配置して、滞留槽７で塩素殺菌剤が拡散された海水を所定時間滞留させプランクトンと細菌類を死滅させた後に、海水を活性炭処理槽１１に導入するようにした点である。このような配置にすれば、活性炭処理槽１１で活性炭により海水中の残留塩素が還元分解されトリハロメタンの生成が抑制でき、さらに滞留槽７内で生成したトリハロメタンを吸着除去できる。活性炭処理槽１１で活性炭処理された海水はバラストタンクに貯留される。
活性炭処理槽１１としては、槽内で穏やかに活性炭を流動させるように形状、寸法を設定し導入する海水流量を調整したもの、または活性炭を充填したものを用いることができる。粒状の活性炭を用いれば活性炭処理槽１１内を通水する流れによって穏やかに流動させることが容易に行え、交換も簡単に行える。
活性炭処理槽１１内での活性炭処理時間は、残留塩素を十分に還元分解でき、生成したトリハロメタンを吸着除去できるように、海水に供給する塩素殺菌剤量によって０．５〜２０分の範囲で調整して設定される。

なお、本実施の形態においては図２に示すように、塩素還元剤供給装置８を併用して、滞留槽７で所定時間滞留させた海水に塩素還元剤を供給することも併用しているので、残留塩素の失効を確実に行え、また活性炭処理槽１１を小型化したり、活性炭の使用量を低減したりすることができる。
もっとも、塩素還元剤供給装置８を用いないで活性炭処理槽１１を単独で用いるようにしてもよい。
また、活性炭処理槽に代えてトリハロメタンを吸着する吸着材を備えた吸着槽を設けるとともに、滞留槽にて所定時間滞留した海水に塩素還元剤を供給するようにしてもよい。塩素還元剤により残留塩素を還元し失効させ、吸着槽で吸着材により生成したトリハロメタンを吸着する。吸着材として樹脂系吸着材を用いることができる。

図３は本発明の実施の形態２の変形例の説明図であり、実施の形態２と同一部分には同一の符号が付してある。
本変形例が実施の形態２と異なる点は、滞留槽７と活性炭処理槽１１をバラストタンク１０の一部を改造したものとする点である。バラストタンク１０の一部を滞留槽７と活性炭処理槽１１として用いることにより、滞留槽７と活性炭処理槽１１を新たに設ける必要がなく、既存船舶への適用が容易であり、設備費を低減できる。

なお、上記の実施の形態の塩素殺菌剤供給装置６から供給する塩素殺菌剤の量を制御する塩素殺菌剤供給量制御手段を設けてもよい。塩素殺菌剤供給量制御手段の一例として、塩素殺菌剤が供給された海水の酸化還元電位を測定して、該酸化還元電位の測定値に基づいて塩素殺菌剤供給量を調整する塩素殺菌剤供給量制御装置を備えるようにする。

細菌類を死滅させるために供給する塩素殺菌剤は海水中の還元性物質によっても消費されるが、バラスト水として取水する海水は海域によって水質が異なり、還元性物質の含有率も異なる。このため、細菌類を十分に死滅させるためには塩素殺菌剤の供給量を水質に適合した量に調整する必要がある。
そこで、塩素殺菌剤の供給量を水質に適合した量に調整するには、塩素殺菌剤を供給した海水の酸化還元電位を測定して、酸化還元電位を銀／塩化銀電極に対して８００ｍＶ以上とするように調整する。酸化還元電位を８００ｍＶ以上とすることにより、海水中に残留する塩素濃度を細菌類の死滅に十分な濃度にすることができる。
このように、海水またはろ過水中の還元性物質の量に応じて塩素殺菌剤供給量を調整することにより水生生物を確実に死滅させることができると共に過剰な塩素殺菌剤供給を防止できる。

塩素殺菌剤供給量制御手段の他の例として、滞留槽から排出される塩素殺菌剤が供給され生物の死滅処理が行われた海水の残留塩素濃度を測定して、該残留塩素濃度の測定値に基づいて塩素殺菌剤供給量を調整する塩素殺菌剤供給量制御装置を備えるようにしてもよい。このようにしても塩素殺菌剤の供給量を水質に適合した量に調整することができる。

なお、上記の実施の形態において塩素殺菌剤供給装置６が供給する塩素殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムの場合もある旨を述べたが、この場合には海水を直接電気分解することによって次亜塩素酸ナトリウムを発生させる装置を用いればコストを低減できる。

また、次亜塩素酸ナトリウムは３０℃以上の高温で分解して濃度が低下することがあるため、次亜塩素酸ナトリウムの貯留槽に次亜塩素酸ナトリウムの分解を防止するために、次亜塩素酸ナトリウムの温度が上昇するのを防止する温度上昇防止手段を設けることが好ましい。
これにより、次亜塩素酸ナトリウムの分解を防止でき、次亜塩素酸ナトリウムの消費量を抑制してバラスト水の処理費用を抑制することができる。
温度上昇防止手段の具体例として、例えば次亜塩素酸ナトリウム溶液の貯留槽を断熱して航行中に貯留槽内の次亜塩素酸ナトリウムの温度が上昇するのを防止する貯留槽断熱装置がある。
なお、次亜塩素酸ナトリウム溶液を予め冷却しておき、貯留槽断熱装置を備えた貯留槽に貯留するようにすれば、次亜塩素酸ナトリウムの温度管理を確実にでき、次亜塩素酸ナトリウムの分解をより確実に防止できる。
また、温度上昇防止手段の他の例として、貯留槽に設けられて貯留槽内の次亜塩素酸ナトリウム溶液を冷却する冷却熱交換器が挙げられる。冷却熱交換器には冷媒として冷却水を用いることもできるが、冷媒として海水を用いるようにすれば、冷却のための運転費を抑制できる。

なお、上記の例はいずれも次亜塩素酸ナトリウムの分解を防止するためのものであるが、海水、あるいは次亜塩素酸ナトリウムの分解によって生成した塩化ナトリウムを電解して次亜塩素酸ナトリウムを生成または再生する電解装置を備えるようにすれば、分解により減少した次亜塩素酸ナトリウムの濃度を回復させることができる。

また、塩素殺菌剤供給工程の前に酸供給工程を備え、塩素殺菌剤が供給される海水のｐＨを５〜７にすることにより、細菌類の死滅効力を増大することができる。
塩素殺菌剤が供給される海水に酸を供給して海水のｐＨを５〜７にすると、塩素殺菌剤を供給した海水中の遊離残留塩素の形態が次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）がほとんどとなり、殺菌効力が高いため好ましい。海水のｐＨが５より低いと遊離残留塩素の形態は次亜塩素酸とＣｌ_２となり_、ｐＨが７より高いと遊離残留塩素の形態は次亜塩素酸と次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ^-）となり、いずれも殺菌効力が他にくらべて１００倍高い次亜塩素酸の割合が低くなり、殺菌効力が低下する。また、海水のｐＨを５〜７にすると、トリハロメタンの生成を抑制する効果もある。
なお、供給する酸としては塩酸または硫酸を用いる。

実施の形態２のバラスト水処理装置（活性炭処理槽１１を単独で用いたもの）を用いて、海水中のプランクトンと細菌類の死滅処理実験を行った。塩素殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを有効塩素量20mg/ｌとなるように供給し、滞留槽で10分滞留した後、ヤシガラ系粒状活性炭を装入した活性炭処理槽１１で活性炭処理を10分間行った。
処理前の海水原水中にはプランクトンが5×10⁵個/m³生息しているが、上記の処理後には4個/m³に減少しＩＭＯバラスト水基準を満たす処理が行えた。また、トリハロメタン濃度は滞留槽出口の海水中では0.03mg/ｌ程度と低濃度であり、活性炭処理槽１１出口の海水中では0.002mg/Lと極めて低濃度となり、環境への影響が問題ないことを確認できた。

本発明の一実施の形態に係るバラスト水処理装置の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係るバラスト水処理装置の説明図である。 本発明の他の実施の形態の変形例の説明図である。 塩素殺菌剤注入後の海水中のトリハロメタン濃度の時間変化を示すグラフである。 ＩＭＯの基準を満たすために必要な海水中の残留塩素濃度と、死滅対象となるプランクトンと有効塩素との接触時間との関係を示すグラフである。 塩素殺菌剤注入率が5mg/ｌ、10mg/ｌ、20mg/ｌ、50mg/ｌ、100mg/ｌの５つの場合について、塩素殺菌剤注入後の海水中のトリハロメタン濃度の時間変化を示すグラフである。 塩素殺菌剤で細菌類の死滅処理を行った海水を活性炭処理槽に導入して滞留させたときの活性炭処理時間と、海水中のトリハロメタン濃度の関係を示すグラフである。

符号の説明

２ 粗ろ過装置、３ ポンプ、４ ろ過装置、５ 拡散器、６ 塩素殺菌剤供給装置、７ 滞留槽、８ 塩素還元剤供給装置、１０ バラストタンク、１１ 活性炭処理槽。

Claims (16)

1. 船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置と、を備えたことを特徴とするバラスト水処理装置。
2. 船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海水の供給を受けて活性炭処理する活性炭処理装置と、を備えたことを特徴とするバラスト水処理装置。
3. 活性炭処理装置は、バラストタンク内に活性炭を備えることによって形成されていることを特徴とする請求項２に記載のバラスト水処理装置。
4. 滞留槽は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留が可能であることを特徴とする請求項１に記載のバラスト水処理装置。
5. 滞留槽は、塩素殺菌剤を供給してから活性炭処理するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留が可能であることを特徴とする請求項２または３に記載のバラスト水処理装置。
6. 滞留槽は、バラストタンク内に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
7. 塩素殺菌剤供給装置の上流側に海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過装置を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
8. 船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給工程と、を備えたことを特徴とするバラスト水処理方法。
9. 船舶のバラストタンクに注水する海水および／またはバラストタンクから排出する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水を活性炭処理する活性炭処理工程と、を備えたことを特徴とするバラスト水処理方法。
10. 活性炭処理工程は、活性炭処理時間を０．５〜２０分とすることを特徴とする請求項９に記載のバラスト水処理方法。
11. 滞留工程は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留を行なうことを特徴とする請求項８に記載のバラスト水処理方法。
12. 滞留工程は、塩素殺菌剤を供給してから活性炭処理するまでの時間を０．５〜２０分とする滞留を行なうことを特徴とする請求項９または１０に記載のバラスト水処理方法。
13. 塩素殺菌剤供給工程の前に海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過工程を備えたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載のバラスト水処理方法。
14. 海水中の有効塩素量の重量濃度を５〜100mg/lとするように塩素殺菌剤を供給することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載のバラスト水処理方法。
15. 塩素殺菌剤供給工程の前に酸供給工程を備えたことを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一項に記載のバラスト水処理方法。
16. 塩素殺菌剤が供給される海水のｐＨを５〜７にすることを特徴とする請求項１５に記載のバラスト水処理方法。

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