JP2010023034A - 輸送船バラスト水汚染微生物の殺滅方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明が解決しようとする課題は、船舶バラスト水の世界的移動により生ずる生態系の乱れとそれによって引き起こされる各種の世界規模の問題を防止するために、既造船にも容易に後付け可能で、環境負荷が低く、設備が安価で、ランニングコストが低く船内処理が可能なバラスト水微生物殺滅技術を提供することである。
【解決手段】
希塩酸を無隔膜電解槽で電解した、ｐH7以下又は３以下の電解液を海水に混合し、混合後の海水中の有効塩素濃度が0.0５ppm以上になるようにする。有効塩素濃度の管理は処理済みの海水中に有効塩素濃度センサーを設置して行う。さらに、時間の無駄を無くすために殺滅処理を船の航行中に行うこととした。
【選択図】 図1

Description

本発明は物資の海上輸送の折、輸送船が空荷で航行する時に船の重心を低く保つために積載するバラスト水の殺菌方法に関する。

重油、天然ガス、工業原料等の液体や固体を海上輸送する貨物運搬船は、積荷港へ航行する場合空荷であるため重心が高くなり波の揺れに対して不安定になったり、推進力低下、操舵性低下等の問題が生じる。これを解消するためにバラストとして海水を積載することが行われている。

しかし、積荷港に到着すると荷物を積載するためにバラスト水を海中に投棄する。投棄されるバラスト水には、積載港の海に本来生息しない海棲生物が大量に含まれており、投棄によって積荷港の海に本来生息しない生物が持ち込まれることになる。それにより生態系の破壊を起こす恐れがある。すでに、漁業被害や、取水口を帰化した貝が塞ぎ水利障害を起こしたり、貝毒の原因となっている例もある。

この問題は国際的なもので、これに対処するために2004年に国際条約が制定され、現在は発効の条件である、批准国が規定数（30カ国）に達するのを待っている状況で、国際的意識の高まりから数年内の発効が予想されている。国際条約に規定されている水質基準の概要は、植物プランクトン、動物プランクトン及びコレラ菌、大腸菌、腸球菌等について上限個体数が規定されており、厳しい内容となっている。その規定されている基準に適合するためには、それらの生物を積極的に除去する手段が必要となる。

現在公表されているバラスト水処理の先行技術を概観すると、濾過による除去、キャビテーションによる物理的破壊、オゾンや塩素剤による化学的殺滅、加熱処理、酸素除去による窒息殺滅、凝集剤による凝集除去あるいはそれらの組み合わせによる方法がある。それらの概要は以下の通りである。

特許文献１に示した技術は、バラスト水に塩素殺菌剤を混入し、殺菌処理後に塩素還元剤を添加し残留塩素を処理し、処理海水を海中に投棄する技術である。この技術に利用できる塩素殺菌剤としては、発明者の例示によると、次亜塩素酸のナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、塩素ガス、二酸化塩素である。これらの塩素殺菌剤を海水の処理に用いる場合次のような問題がある。まず、次亜塩素酸のナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩はアルカリ性の製剤であるため次亜塩素酸塩は次亜塩素酸イオンとして存在しており、有機物を含む海水に次亜塩素酸イオンが混合されると多量のトリハロメタンを生成してしまうのである。又、塩素ガスは取り扱いに危険を伴い、特に船舶のように密閉性の高い構造物内部での取扱には厳重な安全機能を備えた設備が必要となる。さらに、気体であるために完全に溶解するには特別な溶解装置や塩素ガス漏れ検知警報システムなど特別な設備が余分に必要となる。さらに劇物の保管や取扱であるために取り扱いに制限がある。一方、二酸化塩素は比較的安定性が高いことにより、処理水の廃棄前に分解処理工程を必要とする、又濃度管理に用いる機器も高価である。

特許文献２に示した技術は、海水を塩素殺菌剤で処理した後、大量に生成されるトリハロメタンを分解するために過酸化水素で処理する技術である。この技術は塩素処理に加えて過酸化水素処理を必要とするため、処理時間が長くなること、装置が複雑になること、複数の劇物を扱うために管理が複雑になること、ランニングコストが高いことなどの問題がある。

特許文献３に示した技術は、オゾン発生装置、オゾン溶解装置、オゾン濃度検出装置などを組み合わせて海水中に所定量のオゾンを溶解させ微生物を殺滅しようとするものである。
この技術の問題の１つは、オゾンが溶解性が極めて低くまた、一旦溶けても容易に気化したり、分単位で分解してしまう性質があるために、海水をバラスト槽に積み込む時か、排水する時に処理するしかないが、排水する時には殺滅処理を確認する方法がないために、積み込み時に行うしかないことである。その場合処理に要する時間は無駄時間となり、船のサイズにもよるが10万トン程度の積載船の場合は数日から10日前後を要する計算になる。第２の問題は、かなりの量のオゾンが空中に逸出するために、人のいる場所での処理を前提とするなら、廃オゾンの分解処理設備を必要とする。さらに、オゾンは極めて浸透力が弱いために、固形粒子の内部は未処理となるので、微粒子を含む海水は予め濾過処理を行い、粒子懸濁物を除去しておかなければならない。加えて、オゾンの生成装置、溶解装置、濃度測定装置など高価な設備も必要である。

特許文献４に示した技術は、エンジンのターボチャージャーで発生する熱を利用して加熱殺滅する方法である。この技術には２つの大きな問題がある。１つは加熱処理に必要な熱量に対して発生する熱量が小さすぎるために、処理に長時間を要することである。例えば10万トンの海水を80℃に加熱するために、10万馬力のエンジン出力の２０％が利用できるとした場合でも6カ月を要する計算になり実用的ではない。さらに、加熱した海水は放流する前に冷却しないと生態系に多大な影響を与えるため、加熱とほぼ同量の冷却エネルギ-が必要となる。しかもこの技術は既造船に付加することは不可能か困難を伴う等、初期設備費用も高額となることから少なくとも経済的な実用性は無い。

特許文献５に示した技術は、高周波振動部に海水を噴出衝突させ、発生するキャビテーション泡の壊潰時の衝撃波で微生物を死滅させるものである。高周波振動には殺菌作用は見られるが、通常は長時間を要する。その理由は高周波或いは発生したキャビテーション泡の壊潰の作用が空間的に極めてむらが有り、効率よく微生物に作用しないためである。そのため、高周波振動による殺菌は他のより効果的な手段の補助として用いられているにすぎない。さらに、バラスト水の微生物汚染評価の指標は動物プランクトン、植物プランクトン、コレラ菌、大腸菌、腸球菌などサイズや体表の物理的な構造も極めて大きな違いがあるため、狭い範囲の周波数で壊潰効果が効果的に得られることには疑問が有る。

特許文献６に示した技術は濾過により微生物を除去する技術である。しかし、濾過により前述のような微生物を除去するには、細菌の標準的なサイズである直径１μm以下の目開きの濾材を必要とする。通常貨物運搬船がバラスト水を積み込む港湾の海水は清浄度は低く、微生物以外の懸濁物が混合していることが多い。特に１μｍ程度の懸濁物は土砂、有機物など相当数含まれており、むしろ微生物数よりはるかに多いことが予想される。これを港で停泊中に終了するためには広大な濾過面積とポンプ駆動動力を必要とする。又、頻繁に発生する目詰まりの解消処理にも時間が割かれることになる。さらに濾別された高濃度汚染ヘドロ懸濁液の処理も別途必要となる。時間節約のために航行中に処理した場合は、ヘドロ懸濁液の殺滅処理装置も装備する必要が有る。従って設備費用、ランニングコスト、処理時間の点で問題がある。

特許文献７に示した技術は、バラスト水に窒素ガスの微細泡を懸濁出せて酸素を除去し窒息させる方法である。しかし、規制の対象であるコレラ菌、大腸菌、腸球菌は何れも通性嫌気性菌で酸素の有無に関係なく生存可能である。またプランクトンにも嫌気性のものがいることから、酸素を除去することは微生物殺滅の効果は無いのである。

特許文献８に示した技術は、バラスト水に凝集剤を加えて懸濁物を凝集させて取り除く方法である。しかし、海水に凝集剤を加え凝集処理しても、細菌はほとんど除去されず、プランクトンも一部が除去されるにすぎないため、バラスト水の清浄化の目的には不向きである。

特開2009-39680号公報 特開2007-216181号公報 特開2008-200590号公報 特開2006-55805号公報 特開2007-98209号公報 特開2008-194567号公報 特開2008-188502号公報 特開2009-112978号公報

前記に概観したように、バラスト水の清浄化技術として提案されている先行技術には何れも実用上致命的な欠陥がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、船舶バラスト水の世界的移動により生ずる生態系の乱れとそれによって引き起こされる各種の世界規模の問題を防止するために、既造船にも容易に後付け可能で、環境負荷が低く、設備が安価で、ランニングコストが低く船内処理が可能なバラスト水微生物殺滅技術を提供することである。

本課題を解決するために本発明者は、まず、処理効率や制度の実効性を高める点から船舶自体が処理設備を備える必要があると考えた。そのためには現在運航中の船舶への設置が容易であることが何より必要である。さらに、本対策が環境保全を目的とするものであるので、対策の環境負荷は最小限に留めることが重要である。そして、対策が対照微生物全てに確実に効果が有り効果を保証する指標が容易に得られることも必要な条件である。そこで、水棲生物や微生物に強力な殺滅効果を持つ次亜塩素酸を利用することとした。そして、次亜塩素酸を生成する方法として安価で効率がよく、ｐHの調整が可能な方法として、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を海水に混合することを、本課題を解決するための手段の第1の態様とした。

又、本課題を解決するための手段の第1の態様において、殺滅効果を保証する指標として、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を混合した海水中の有効塩素濃度が0.05ppm以上であることを、本課題を解決するための手段の第２の態様とした。

又、本課題を解決するための手段の第1又は２の態様において、海水と混合された時有害物であるトリハロメタンの生成を避けるために、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液のｐHが7以下又は3以下であることを、本課題を解決するための手段の第３の態様とした。

又、本課題を解決するための手段の第1乃至３の何れかの態様において、バラストタンクに注ぎこまれる海水、バラストタンクに貯留された海水、及びバラストタンクから排出される海水の何れの状態の海水にも適用できる形態として、海水を吸引し、吸引した海水の流れに、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を注入し、混合攪拌し排出することを、本課題を解決するための手段の第４の態様とした。

又、本課題を解決するための手段の第1乃至４の何れかの態様において、効率よく作業手順を選べるようにするため、バラストタンク内に貯留された状態、あるいは排出されるときに処理が可能なように、海水が船舶のバラストタンクに注入された海水であることを、本課題を解決するための手段の第５の態様とした。

又、本課題を解決するための手段の第1乃至５の何れかの態様において、殺滅効果を確認できるように、殺滅処理中又は処理済みの海水に有効塩素濃度センサーを設置したことを、本課題を解決するための手段の第６の態様とした。

又、本課題を解決するための手段の第1乃至６の何れかの態様において、電解により生成する水素ガスを外部に排出するために、殺滅処理中又は処理後の海水の流路又は貯留構造物の一部に、排気機構を備えた気液分離機構を配設したことを、本課題を解決するための手段の第７の態様とした。

又、本課題を解決するための手段の第1乃至７の何れかの態様において、無駄時間を最少にするために、海水に浮遊する微生物の殺滅処理を船の航行中に行うことを、本課題を解決するための手段の第８の態様とした。

又、必要な場所に設置しすぐに利用できるように、本課題を解決するための手段の第1乃至８の何れかの態様を実施する装置を第９の態様とした。

そして、本課題を解決するために本発明者は、処理効率や制度の実効性を高める点から船舶自体が処理設備を備えることが望ましいとの考察から、第9の態様を設置した船舶を第10の態様として提供し本発明を完成させた。

本発明の効果は、まず、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を海水に混合することとしたことにより、分子状次亜塩素酸に耐性が無いほとんどの細菌や水棲生物を、生成された低濃度分子状次亜塩素酸により短時間で殺滅できることである。

又、本発明の別の効果は、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を混合した海水中の有効塩素濃度が０．０５ppm以上であることとしたことにより、ほとんどの海水中の微生物を効率よく殺滅できることである。

又、本発明の別の効果は、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液のｐHが7以下又は3以下であることとしたことにより、中性の海水では電解水と混合するときの液性が酸性となり、又、アルカリ性の海水でも電解液の液性をｐH3以下とすることにより混合時の液性を酸性とすることが可能になり、有機物を含む海水との混合でもトリハロメタンの生成を回避しながら海水に浮遊する微生物の殺滅を可能にしたことである。

又、本発明の別の効果は、海水を吸引し、吸引した海水の流れに、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を注入し、混合攪拌し排出することとしたことにより、海水がバラストタンクに汲みあげられる時でも、バラストタンクに貯留された海水でも、あるいは、バラストタンクから排出される海水についても効率よく電解液を注入し、海水に浮遊する微生物の完全な殺滅を可能にしたことである。

又、本発明の別の効果は、海水が船舶のバラストタンクに注入された海水であることとしたことにより、海水に浮遊する微生物の殺滅処理を船内で行うことが可能となり、バラストタンクに貯留状態あるいは海水をバラストタンクから排出する時にも殺滅処理を可能としたことである。

又、本発明の別の効果は、処理中又は処理済みの海水に有効塩素濃度センサーを設置したことにより、海水に浮遊する微生物の殺滅効果を的確に評価できるようになり、確実な殺滅を可能にしたことである。

又、本発明の別の効果は、処理中又は処理後の海水の流路又は貯留構造物の一部に、排気機構を備えた気液分離機構を配設したことにより、希塩酸の電解により発生する水素ガスを的確に系外に排除できるようにしたことである。

又、本発明の別の効果は、バラスト水に浮遊する微生物の殺滅処理を船の航行中に行うこととしたことにより、時間の無駄を無くしたことである。

又、本発明の別の効果は、前述の方法を実施する装置を提供したことにより、海水に浮遊する微生物の殺滅海水処理を必要な場所で行うことを可能にしたことである。

そして又、本発明の別の効果は、前述の装置を設置した船舶を提供したことにより、海水に浮遊する海水微生物の殺滅処理の効率や制度の実効性を高めることを可能にしたことである。

海水を汲み上げながら殺菌を行った試験設備構成図 一旦貯留された海水を循環殺菌した試験設備構成図

本発明に使用する希塩酸の電解装置は無隔膜であり、陽極には塩酸及び塩素耐性で、かつ塩素発生効率の良い材質を選定すればよい。例えば酸化ルテニウム、酸化イリジウム、カーボン等が好適である。一方陰極も塩酸及び塩素耐久性のある材質で水素発生効率のよいものが望ましく、チタンや白金等が推奨される。電解電圧は塩素の発生電圧以上であれば何れでも良く、塩酸濃度や生成速度によって異なるが、副反応等によるロスの少ない電圧を選ぶのが良い。原料の塩酸は海洋に投棄しても問題ないような純度のものを使う必要がある。濃度は何れの濃度でも可能であるが、保管量や塩化水素ガスの発生を防ぐ意味からは数％から２０％程度が好適である。

この設備に使用するポンプや配管などの接液部は耐塩性及び耐塩素性の部材を使用するのが望ましく、塩化ビニール等の樹脂材が好適である。

海水に対する電解液の混合量は、海水の汚染度、特に有機物汚染度によって異なるので予め予備試験を経て混合比を決定する必要がある。その場合添加量の目安は実際に目的微生物が死滅する濃度を決めるのが最適である。通常、最終的な有効塩素濃度が０．０５ppm以上であれば十分殺滅効果が得られる。最終残留有効塩素濃度は効果のある最低濃度にすべきである。０．１ppm程度の低い有効塩素濃度は時間とともに消滅する。また僅かの残留塩素は、海洋投棄の時に海水と混合した時点で即座に消費され消滅する。

海水に混合する電解液は必ずｐH７以下の酸性でなければならない。トリハロメタンの生成を防ぐためである。又、ｐH７近辺の海水の場合は微酸性域の電解液で良いがｐH８を超えるややアルカリ性の海水の場合はｐH３程度の酸性の電解液が望ましい。なお、電解液を混合後の海水のｐHは酸性である必要は無い。

電解液の添加量を適正に管理するために有効塩素濃度センサーを用いるのが望ましい。センサ―はいかなる方式のものでも問題ない。設置場所は、海水を海から貯留槽に吸水しながら連続的に殺菌処理する場合、或いは、貯留槽から海に排出しながら連続的に処理する場合は処理装置からの排水配管の何れかの部位に、又、タンクに貯留された水を循環処理する場合は、処理装置の排水口からできるだけ離れた位置に設置するのが望ましい。

電解によって水素ガスが発生するので、処理装置の排水配管の混合器の下流に気液分離装置を設置する必要がある。気液分離装置は、ヘッドスペースのある小型のタンクでもよく、液体サイクロンのようなものでも良い。気液分離器の頂部には、強制もしくは自然排気配管を設置し、排気口は外気中に設置する。

海水を殺菌後にバラストタンクに積み込む方式を想定し、海際に設置したタンクに海水を汲み込みながら殺菌した。構成は図１に示した通りである。海１からポンプ４で、吸水管２を通して海水を電解装置３（微酸性電解水研究所社製HOCL10ｔ）に、毎分４ｔで供給した。電解装置では９％塩酸を電解し、吸引された海水の流れに電解液を注入した。その後、ポンプを経てスタティックミキサー５（微酸性電解水研究所社製）で完全に混合しタンク６（満水容量６００ｔ）に貯留した。スタテイックミキサーの直後には有効塩素濃度センサー７を設置し、有効塩素濃度が０．５ppmになるように電解装置を調整した。2時間30分でタンクが満水になった。満水状態の時タンク内海水の有効塩素濃度は０．３ppmだった。この水１００ｍｌを濾過し、微生物検査をしたところ、培養試験で大腸菌、腸球菌は検出されなかった。又、検鏡によって動きまわる微生物も発見されなかった。従って、電解装置の処理能力は特に限度は無く自由にスケールアップできるので、実際の処理規模に応じて処理能力をスケールアップすることで容易に実際規模の殺滅処理が可能であることが確認された。

図２は予めタンクに貯留した海水６００ｔを循環殺菌処理する装置構成である。予めタンクに貯留された海水を吸水管２から吸引し、電解装置で処理しポンプ、スタティックミキサーを経て元のタンクに戻すフローである。有効塩素濃度センサーはタンクの中の、吸水口の近くに設置した。この装置を、処理速度4t/分で2時間運転したところ、有効塩素濃度は０．３ppmに達した。微生物及び小動物の検査結果は前述の結果と同様であった。

本発明による方法及び装置は後付けでも輸送船に設置することが可能で、ランニングコストは極めて低く、初期費用も低いために、タンカー等のバラスト水の殺菌処理に好適に利用することができる。

１ 海
２ 吸水管
３ 電解装置
４ ポンプ
５ スタティックミキサー
６ 水面浮遊式有効塩素濃度センサー
７ インライン型有効塩素濃度センサー
８ 有効塩素濃度測定機

Claims (10)

1. 希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を海水に混合することを特徴とする、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
2. 希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を混合した海水中の有効塩素濃度が0.0５ppm以上であることを特徴とする、請求項１記載の、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
3. 希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液のｐHが7以下又は3以下であることを特徴とする請求項1又は２に記載の、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
4. 海水を吸引し、吸引した海水の流れに、希塩酸を無隔膜電解槽で電解した電解液を注入し、混合攪拌し排出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
5. 海水が船舶のバラストタンクに注入された海水であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
6. 殺滅処理中又は処理済みの海水に有効塩素濃度センサーを設置したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
7. 殺滅処理中又は処理後の海水の流路又は貯留構造物の一部に、排気機構を備えた気液分離機構を配設したことを特徴とする請求項1乃至６の何れかに記載の、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
8. 海水に浮遊する微生物の殺滅処理を船の航行中に行うことを特徴とする、請求項１乃至７の何れかに記載の、海水に浮遊する微生物の殺滅方法
9. 請求項1乃至８の何れかに記載の方法を実施する装置
10. 請求項９に記載の装置を設置した船舶