JP2011050834A - バラスト水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ低コストな構成で、しかも処理効率の高いバラスト水の処理装置を実現する。
【解決手段】所定の流体の流速を高めて高速噴流好ましくはジェット噴流Ｊを生成するウォータジェットノズル（高速噴流生成手段）１と、該高速噴流生成手段を介して高速噴流化された所定の流体を衝突板６に衝突させて同衝突板に衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、上記衝撃波発生手段により衝撃波が発生する領域に、上記高速噴流のエジェクタ作用により上記高速噴流とともにバラスト水Ｗｂを流して、当該衝撃波によりバラスト水中の微生物を死滅させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バラスト水中に含まれているプランクトンやバクテリアなどの微生物を死滅させるバラスト水の処理装置に関するものである。

船舶のバラストタンク内に収容されているバラスト水を船外に排出すると、バラスト水中に含まれていたプランクトンやバクテリアなどの微生物が船外に流出して、水質汚染が拡大する。そこで、これを抑制するために、従来から、微生物が比較的多い沿岸海域で船舶のバラストタンクに注入したバラスト水や時間の経過によって微生物が増えたバラスト水を、微生物が比較的少ない大洋上の海水と交換すると言った対策が行われている。

これは、一定期間使用したバラスト水を、水質汚染の影響の少ない大洋上で排出し、微生物が少ない同大洋上の海水と入れ換えて貯留することにより、沿岸部でバラスト水が排出された場合の微生物の影響の拡大を抑制しようとするものである。

ところが、このように、大洋上でバラスト水の入れ換えを行ったとしても、バラストタンク内の微生物を完全に排出することは難しく、どうしても所定量の微生物が残留してしまう。そして、同残留微生物が再び増殖する。

このような事情から、バラストタンク内に残留する微生物の殺菌を行うことが考えられている。

このようなバラストタンク内に残留する微生物の殺菌を行う方法の一つとして、従来バラストタンク内の古いバラスト水を大洋上で排出した後、新たなバラスト水として汲み上げた海水を高温となった船舶エンジンの冷却水を利用して加熱殺菌し、この加熱殺菌された海水をバラストタンク内に注入してバラストタンク内の底部に張ったり、バラストタンクの側壁や底部コーナー部等微生物の残留域に向けて噴射することにより、バラストタンク内の底部に沈殿した微生物や、壁面に付着した微生物などを殺菌する殺菌方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

この方法では、廃熱源の廃熱を利用して微生物を殺滅することができるため、微生物を死滅させるために消費するエネルギーを抑制することができるというメリットがある。

しかし、このように一旦バラストタンク内の残留微生物を死滅させ、その後に新たな大洋水をバラスト水として導入するとしても、同大洋水中にも一定量の微生物は含まれているのであるから、やがて、それが増殖する。したがって、そのようなバラスト水を排出すれば、同バラスト水を排出した海域に増殖した微生物を放出してしまうことになり、微生物の影響の拡大を抑制することにはならない。

要するに、上記の方法では、バラスト水の排出後にバラストタンク内に残留する微生物の殺滅を行うことはできるが、バラスト水自体に含まれている微生物の殺滅を行うことができないため、微生物の影響の拡大を抑制できない場合が生じる。

したがって、より好ましくは、上記バラストタンク内に収容されるバラスト水または上記バラストタンク内に収容されたバラスト水の中に含まれる微生物を効率良く殺菌することができるバラスト水の処理装置が必要とされている。

特に、ＩＭＯ（国際海事機関）で締結された合意文書によれば、２００９年迄にバラスト水に含まれている動物プランクトンや植物プランクトンなどの微生物の個数を１０ヶ未満／ｍ³ に抑制し、バクテリアなどの細菌の個数を１０ヶ未満／ｃｃに抑制する必要がある。

他方、例えば、３０万トンの船舶の場合、約１０万トンのバラスト水が必要とされるが、１０万トンの海水を２４時間以内にバラストタンクに注入しようとすると、約３０００トン／分の能力を持つ大型ポンプが２台必要となる。

したがって、バラスト水の処理装置としても、約３０００トン／分の割合で汲み上げられる海水中に含まれるプランクトンやバクテリアなどの微生物を殺菌することができる高性能のバラスト水処理装置が２台必要となる。

そこで、このような問題を解決するために、上記バラストタンクに新しく注入するバラスト水中に含まれている微生物を殺滅するバラスト水の処理装置として、バラスト水取水口からバラストタンクに至る注水管の途中に、上記バラスト水を噴流にする水噴射ノズル及び同水噴射ノズルからの噴流が当たってキャビテーション現象を発生させる衝撃板を有する噴流発生手段と、該噴流発生手段を経たバラスト水にオゾンを注入するオゾン注入手段と、上記オゾンとバラスト水を混合する静的混合手段と、該静的混合手段を経たバラスト水の中に残存している残存オゾンを分離又は吸着分離するオゾン分離手段とを設けて、新たにバラストタンク内に注入するバラスト水（海水）の殺菌処理を行うようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

上記のように水噴射ノズルによって噴流を形成して衝撃板の表面に急激な圧力変化を与えると、キャビテーションが発生し、同キャビテーションによる流体の繰返し衝撃によりバラスト水中のプランクトンなどの微生物が破壊されて死滅する。また、ポンプの駆動によってバラスト水が注水管内から水噴射ノズルに移送されると、その後噴流となって衝撃板に衝突し、噴流による高い圧力と負圧の発生による急激な圧力変化、衝撃板への衝突による衝撃力と摩擦力により、新たなバラスト水に含まれているプランクトン等の微生物の気泡や細胞壁を破壊する。

その後、さらに上記噴流発生手段下流のオゾン注入手段によりバラスト水中にオゾンを注入する。オゾンが注入されたバラスト水は、オゾン注入手段の下流側にある静的ミキサーによって攪拌され、バラスト水とオゾンとが均一に混合される。静的ミキサーによってオゾンが均一に攪拌混合されたバラスト水は、やがてオゾン分離槽内に導入されて、旋回流となる。そして、その間に、バラスト水中に含まれているプランクトンやバクテリアなどの微生物の細胞膜がオゾンによって破壊され、死滅する。

残存オゾン分離手段であるオゾン分離槽に流入したバラスト水は、分離槽本体の内壁面に沿って旋回流を形成するため、分離槽本体内を通過するバラスト水の通過時間が長くなり、微生物を殺菌するオゾンの反応時間を稼ぐことができる。また、バラスト水中の未反応又は残存オゾンが分離し易くなる。また、オゾン分離槽内でバラスト水から分離した未反応又は残存オゾンは、排気管から系外に排出される（特許文献２の明細書の段落［００２６］〜［００２８］の説明を参照）。

特開平８−９１２８８号公報 特開２００６−２７２１４７号公報

しかし、上記特許文献２の構成の場合、バラスト水取水口からバラストタンクに至る注水管の途中に、少なくともバラスト水を噴流にする水噴射ノズル及び同水噴射ノズルによる噴流が当たってキャビテーションを発生させる衝撃板を有する噴流発生手段、該噴流発生手段を経たバラスト水にオゾンを注入するオゾン注入手段、上記オゾンとバラスト水を混合する混合手段、該混合手段を経たバラスト水の中に残存している残存オゾンを分離するオゾン分離手段などを設けることが必要であり、非常に構造が複雑で、大がかり、かつ高コストなものになる。また、人体に影響のある不活性剤である残存オゾンの分離に時間を要し、処理効率が悪い。

これは、同構成の場合、新たなバラスト水の取水管である注水管を通る海水のすべてを、所定の細径部で噴流化し、その後、大径部で同噴流を衝撃板にぶつけて、その機会的な衝撃により微生物の細胞膜を破壊しようとしているが、そのように取水する大量の海水のすべてを注水管内で噴流化したものでは、形成される噴流の速度に限界があり、上記微生物の死滅作用を有効に実現することができない。したがって、殺菌剤としてのオゾン注入という第２段階の殺菌手段を必要とすることにある。

もちろん、上記噴流部の速度を可能な限り高くして衝撃板への衝撃力を増大させることも考えられるが、そのようにしたのでは衝撃板部分の機械的強度が持たない。特にキャビテーションによる、えぐり損傷が発生して、注水管自体の注水機能の信頼性が悪化する。

本願発明は、このような事情に基いてなされたもので、所定の流体を高速噴流生成手段を通して高速の噴流に形成し、該高速の噴流を用いて殺菌作用の高い衝撃波を発生させるとともに、該高速の噴流のエジェクタ作用を利用して被処理水であるバラスト水を同殺菌作用の高い衝撃波の発生領域に流すことにより、衝撃波による有効な殺菌を可能としたバラスト水の処理装置を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の問題を解決するために、次のような有効な課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 請求項１の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、バラスト水中の微生物を死滅処理するバラスト水の処理装置であって、所定の流体の流速を高めて高速噴流を生成する高速噴流生成手段と、該高速噴流生成手段を介して高速噴流化された所定の流体を衝突させて同衝突部付近に衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、上記衝撃波発生手段により衝撃波が発生する領域に、上記高速噴流のエジェクタ作用により上記高速噴流とともにバラスト水を流して、当該衝撃波によりバラスト水中の微生物を死滅させるようにしたことを特徴とするものである。

このような構成によると、高速噴流生成手段により生成された高速の噴流を衝撃波発生手段に衝突させることによって効果的に衝撃波を発生させると同時に、同高速噴流のエジェクタ作用によって当該高速噴流とともにバラスト水を衝撃波発生手段に衝突させ、同衝突時の衝撃力で微生物を死滅させることができる。

また、それと同時にバラスト水中の微生物に超音速で衝撃波を伝搬させ、同衝撃波の強烈な衝撃力（圧力変化）により、細胞を破壊して確実に死滅させることができる。

したがって、このような構成によれば、一部の流体のみをジェット噴流等の高速の噴流にすれば足り、被処理水であるバラスト水そのものを高速噴流にする必要はないので、高速噴流化が容易で、その構成も簡単かつ低コストで済む。また、機械的手段のみで足りるので、上述した従来例のような人体に影響のあるオゾン等の不活性剤を全く必要とせず、もちろん処理後の後処理（同不活性剤の分離回収など）も不要となる。

その結果、処理効率も高くなる。

（２） 請求項２の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、上記請求項１の発明の課題解決手段の構成において、上記高速噴流生成手段がバラスト水供給通路の略中心部に位置してバラスト水供給通路と同軸に設けられ、その周囲をバラスト水が流れるようになっていることを特徴とするものである。

このような構成によると、バラスト水供給通路の中心部に位置して高速噴流を、その外周部に位置してバラスト水を同じ方向に流すことができ、高速噴流のエジェクタ作用による吸引力を極めて有効にバラスト水に作用させることができるから、高速噴流とともにバラスト水をも効果的に衝撃波発生手段に衝突させることができるようになる。

したがって、より上述の殺菌効果が向上する。

（３） 請求項３の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、上記請求項１又は２の発明の課題解決手段の構成において、衝撃波発生手段は、高速噴流生成手段に直交する状態で対面する衝突板よりなり、該衝突板の衝突面は微小な凹凸面となっていることを特徴とするものである。

このような構成によると、高速噴流の衝突時に、より効果的、かつ均一に衝撃波が発生する。したがって、殺菌効果が高くなる。

また、このように衝突面が凹凸面になっていると、超音速で凹凸面に衝突した時のバラスト水中の微生物に与える細胞破壊効果も大きくなる。したがって、さらに、それによっても殺菌効果が向上する。

以上の結果、本願発明によると、構成が簡単かつ低コストで、上述した従来のようなオゾン等の不活性剤を必要とせず、したがって処理後の後処理（不活性剤の分離回収など）も不要で、処理効率が高い、きわめて有益なバラスト水の処理装置を提供することが可能となる。

本願発明の実施の形態に係るバラスト水処理装置の全体的な構成を示す断面図である。 同装置の要部の構造を示す拡大断面図である。 同装置の変形例の構成を示す図１と同様の断面図である。

以下、本願発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

先ず図１は、同本願発明の実施の形態に係るバラスト水処理装置１０の全体的な構成を示す断面図、図２は、同装置の要部の構造を示す拡大して示す断面図である。

これら図１、図２において、先ず符号１は所定の速度以上の高速の噴流、好ましくは超音速のジェット噴流Ｊを生成させるウォータジェットノズル（高速噴流生成手段）であり、所定の長さのパイプ状のノズル本体１ａと、該ノズル本体１ａの先端にあって直径を次第に縮小し、その細径部中心に小径のノズル口１ｃを形成したノズルヘッド１ｂとからなり、上記ノズル本体１ａの後端側開口部には、図示のように圧縮流体供給管３が着脱可能な接続固定手段２を介して着脱可能に接続固定されている。

そして、同圧縮流体供給管３の図示しない始端側圧縮流体供給源部分には、特に図示はしないが、プランジャポンプおよび所定の増圧手段が設置されており、同プランジャポンプおよび増圧手段が駆動されると、同プラジャポンプおよび増圧手段により増圧された超高圧の圧縮流体Ｗａが連続して供給され、ノズル本体１ａ内からノズル口１ｃを経て超音速のジェット噴流Ｊとなって図示の如く軸方向に真直ぐに吐出される。

なお、この場合、圧縮流体Ｗａとしては、一般に水が使用されるが、この水には、別途用意した水はもちろん、一旦殺菌処理された後のバラスト水、または未処理のバラスト水をそのまま使用することも可能である。さらに、また空気を使用してエアジェットノズルとすることも可能である。

一方、上記ウォータジェットノズル１のノズル本体１ａの外周部には、当該船舶内のバラストタンク（バラスト水貯留タンク）から供給される微生物が生息しているバラスト水（被処理水）Ｗｂが流される筒状のバラスト水供給通路４が、所定の間隔を保って周方向に延びる支持部材５，５を介して同軸構造に設けられており、同バラスト水供給通路４を利用して、図示のようにノズル本体１ａの外周部にバラスト水Ｗｂが流されるようになっている。バラスト水Ｗｂは、バラスト水供給通路４の後端４ｂ側をバラストタンク内に延設し、その途中に所定の汲み上げポンプを設けて供給される。

この場合、上記ノズル本体１ａとバラスト水供給通路４との間隔、すなわちリング状のバラスト水供給通路の断面積は、後述するエジェクタ作用と処理精度、処理効率、処理回数等との関係を考慮して決定される。

また、バラスト水供給通路４の先端側開口部４ａは、上記ノズル本体１ａの先端側ノズル口１ｃの径小化面に沿って径小化された絞り加工構造の開口部となっている。したがって、ジェット噴流Ｊのエジェクタ作用も作用しやすくなり、噴流化されやすくなる。

他方、同バラスト水供給通路４の開口部４ａ下流側、上記ウォータジェットノズル１のノズル口１ｃに対向する正面位置には、所定の距離を保って、上記ウォータジェットノズル１のノズル口１ｃから吐出されるジェット噴流Ｊを超高速で壁面に衝突させ、同ジェット噴流Ｊが当該壁面に超高速で衝突した時の衝撃によって衝撃波（音速を超える速さで伝搬する強烈な圧力変化波）を発生させる衝突板（衝撃波発生手段）６が設けられている。

この衝突板６は、図示のように取付用のブラケット片７を介して、上記ウォータジェットノズル１のノズル口１ｃに直交する状態で対向（対面）する所定の位置に取り付けて支持されている。衝突板６は、ブラケット片中央部の軸支部７ａを介して支持されており、同軸支部７ａにより直交状態への調節が可能となっている。

衝突板６の正面側所定の広さのジェット噴流衝突面（壁面）６ａは、例えば図２に詳細に示されるような微小な凹凸面（３次元構造の凹凸面）に形成されており、上記超音速のジェット噴流Ｊが衝突する衝突面６ａを３次元方向に細かく分割した凹凸のある多角面とすることによって、図示のように衝突後に逆方向に反射する所定の流体Ｗａおよびバラスト水Ｗｂの反射噴流を、３次元方向に細かく、しかも均一に、可能な限り広い角度で分散させ、同衝突時に発生する衝撃波をも同様の状態に、細かく、かつ均一に、広い角度で反射分散させるようにしている。これにより、図示しない所定の外部ケーシングで囲まれている衝突板６の衝突面６ａとバラスト水供給通路４の下流側開口部との間には、図示のように衝突面６ａ側からウォータジェットノズル１のノズル口１ｃ側にかけて、上記バラスト水供給通路４の下流側開口部を覆った状態で半球状に広がる均一な衝撃波の発生エリアが形成される（図１、図２中の多数本の矢印部分を参照）。

そして、上記バラスト水供給通路４を介して供給される微生物を含むバラスト水（被処理水）Ｗｂは、上記ジェット噴流Ｊのエジェクタ作用によって、その噴流とともに超音速で上記凹凸のある衝突面に非常に大きな衝撃力を伴う状態で衝突し、その衝撃力そのものによって微生物の細胞膜を破壊して死滅させるとともに、上記凹凸面によって細かく分散された反射噴流および音速を超えて伝搬する強烈な衝撃波の発生エリア（上記図１、図２中に示される矢印エリア）を通して、当該衝撃波の伝搬によりバラスト水中の微生物が一層効果的に破壊されて死滅され、その後、同死滅処理を受けたバラスト水Ｗｂ′が処理完了水として回収され、再び元のバラストタンク内に戻される。

以上のように、この発明の実施形態のバラスト水処理装置では、バラスト水中の微生物を死滅処理するバラスト水の処理装置であって、所定の流体の流速を高めてジェット噴流を生成するジェット噴流生成手段と、該ジェット噴流生成手段を介してジェット噴流化された所定の流体を衝突させて同衝突部付近に衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、上記衝撃波発生手段により衝撃波が発生する領域に、上記ジェット噴流のエジェクタ作用を利用して上記ジェット噴流Ｊとともにバラスト水を流して、当該衝撃波によりバラスト水中の微生物を死滅させるようにしている。

したがって、ジェット噴流生成手段により生成されたジェット噴流を衝撃波発生手段に衝突させることによって効果的に衝撃波を発生させると同時に、同ジェット噴流のエジェクタ作用によって当該ジェット噴流とともにバラスト水を衝撃波発生手段に衝突させ、同衝突時の衝撃力で微生物を死滅させることができる。

また、それと同時にバラスト水中の微生物に超音速で衝撃波を伝搬させ、同衝撃波の強烈な衝撃力（圧力変化）により、細胞を破壊して確実に死滅させることができる。

したがって、このような構成によれば、一部の流体のみをジェット噴流化すれば足り、被処理水であるバラスト水そのものをジェット噴流化する必要はないので、噴流化が容易であり、しかも機械的手段のみで略完全な殺菌作用が実現されるので、その構成も簡単かつ低コストで、上述した従来例のような人体に影響のあるオゾン等の不活性剤を全く必要とせず、もちろん処理後の後処理（不活性剤の分離回収など）も不要となる。

その結果、処理効率も高くなる。

また、その場合において、上記ジェット噴流生成手段がバラスト水供給通路の略中心部に位置してバラスト水供給通路と同軸に設けられており、その周囲をバラスト水が流れるようになっている。

したがって、バラスト水供給通路の中心部に位置してジェット噴流を、その外周部に位置してバラスト水を同じ方向に流すことができ、ジェット噴流のエジェクタ作用による吸引力を極めて有効にバラスト水に作用させることができるから、ジェット噴流とともにバラスト水をも効果的に衝撃波発生手段に衝突させることができるようになる。

したがって、より上述の殺菌効果が向上する。

さらに、上記衝撃波発生手段は、ジェット噴流生成手段に直交する状態で対面する衝突板よりなり、該衝突板の衝突面は微小な凹凸面となっている。

したがって、このような構成によると、上記ジェット噴流の衝突時に、より効果的、かつ均一に衝撃波が発生するようになる。したがって、上記殺菌効果がさらに高くなる。

また、このように衝突面が凹凸面になっていると、超音速で凹凸面に衝突した時のバラスト水中の微生物に与える細胞破壊効果も大きくなる。したがって、さらに、それによっても殺菌効果が向上する。

それらの結果、同構成によると、構成が簡単かつ低コストで、上述した従来のようなオゾン等の不活性剤を必要とせず、したがって処理後の後処理（不活性剤の分離回収など）も不要で、処理効率が高い、きわめて有益なバラスト水の処理装置を提供することが可能となる。

（変形例）
ところで、以上の場合、上記構成による殺菌処理は、１回のみより複数回行う方が殺菌効果が高い。したがって、例えば図３に示すように、バラストタンクに対してバラスト水循環ポンプＰを有するバラスト水循環路を設けて、一旦バラストタンクに戻した上記処理水Ｗｂ′を再度上述のバラスト水供給通路４の入口側に戻して複数回循環させ、その上で最終的な処理完了水としてバラストタンク内に貯留することが好ましい。

この場合、処理回数（循環回数）は、制御システム上、実際のバラスト水の汚染状態（微生物の繁殖状態）に応じて、適切な所望の回数に任意に設定される。

なお、この場合、図３の構成では循環用のポンプＰを使用するようにしたが、すでに述べたように、上述のジェット噴流Ｊの吐出部周囲ににはエジェクタ作用によって本来ジェット噴流Ｊの吐出方向への吸引力（負圧）が生じている。したがって、それによってもバラスト水Ｗｂ，Ｗｂ′を循環させることができるので、特に高い循環効率を要求しない場合には、同循環ポンプＰを省略することも可能である。

また、以上のように、本実施形態のバラスト水処理装置１０は、当該船舶内において、バラストタンクに併設して使用される。

したがって、バラストタンク内のバラスト水を同処理装置１０に一定の期間が経過する毎に通して殺菌処理することも可能であり、そのようにすると、バラストタンク内のバラスト水を常に微生物がいない状態に維持することができる。

１はウォータジェットノズル、１ａはノズル本体、１ｂはノズルヘッド、１ｃはノズル口、４はバラスト水供給通路、６は衝突板、６ａは衝突面、Ｗａは圧縮流体、Ｗｂはバラスト水（被処理水）、Ｗｂ′は処理完了水である。

Claims (3)

1. バラスト水中の微生物を死滅処理するバラスト水の処理装置であって、所定の流体の流速を高めて高速噴流を生成する高速噴流生成手段と、該高速噴流生成手段を介して高速噴流化された所定の流体を衝突させて同衝突部付近に衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、上記衝撃波発生手段により衝撃波が発生する領域に、上記高速噴流のエジェクタ作用により上記高速噴流とともにバラスト水を流して、当該衝撃波によりバラスト水中の微生物を死滅させるようにしたことを特徴とするバラスト水の処理装置。
2. 高速噴流生成手段はバラスト水供給通路の略中心部に位置してバラスト水供給通路と同軸に設けられ、その周囲をバラスト水が流れるようになっていることを特徴とする請求項１記載のバラスト水の処理装置。
3. 衝撃波発生手段が高速噴流生成手段に直交する状態で対面する衝突板よりなり、該衝突板の衝突面は微小な凹凸面となっていることを特徴とする請求項１又は２記載のバラスト水の処理装置。

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