JP5093835B2 - 膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法及び膜処理装置 - Google Patents

膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法及び膜処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、海水中の微生物や菌体を膜によって阻止して所定大きさ以上の微生物等を含まないバラスト水をバラストタンクに供給できる膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法及び膜処理装置に関し、詳しくは、長期運転時の膜表面のスケールの生成を抑制して洗浄頻度を少なくし、処理水の回収率を上昇できる膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法及び膜処理装置に関する。
原油や貨物等を輸送する貨物用船舶には、航行時の船体の安定性を保つためにバラストタンクが設けられている。通常、原油や貨物等が積載されていないときには、バラストタンク内をバラスト水で満たし、原油や貨物等を積み込む際にバラスト水を排出することにより、船体の浮力を調整し、船体を安定化させている。このようにバラスト水は、船舶の安全な航行のために必要な水であり、通常、荷役を行う港湾の海水が利用される。その量は、世界的にみると年間１００億トンを超えるといわれている。
ところで、バラスト水中には、それを取水した港湾に生息する微生物や小型・大型生物の卵が混入しており、船舶の移動に伴い、これら微生物や小型・大型生物の卵が同時に異国に運ばれることになる。従って、もともとその海域には生息していなかった生物種が、既存生物種に取って代わるといった生態系の破壊が深刻化している。このような背景の中、国際海事機関（ＩＭＯ）の外交会議において、バラスト水処理装置等に係る定期的検査の受検義務が採択され、２００９年以降の建造船から適用される。また、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための条約（以下、条約という）により、バラスト水の排出基準は、以下の表１のようになる。
Figure 0005093835
このため、バラスト水の排出時に外洋に存在する微生物数の１００分の１程度まで減少するバラスト水の処理方法の開発が急務となっており、従来、バラスト水の除菌技術としては、膜モジュールを用いた膜処理方法が提案されている。
バラスト水（海水）はイオン濃度が高いため、膜モジュールを用いてバラスト水を膜処理する場合、長期運転においては膜表面上にスケールが生成する恐れがある。このスケールは主として塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）や硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）であるが、これらが膜表面に付着・堆積すると、膜の閉塞及び破損の危険があり、更にスケールが有機物を取り込むことで強固な塊となると、逆洗しても取り除くことができなくなる問題がある。
このため、膜処理方法では、膜処理時間を延長するためにファウリング対策が重要となる。膜処理時のファウリング対策としては、減圧による気泡膨張を利用してファウリング対策する技術が特許文献１に開示されている。
なお、特許文献２には、被防汚導電性部材と対極との間に定電流を通電することにより、水中構造物等の海水に接している被防汚導電性部材の表面に付着する生物を抑制して、導電性部材の汚染を防止する技術が開示されている。
特開２００３−２６５９３５号公報 特開２００５−１８５２０６号公報
特許文献１に記載の技術では、膜モジュールを装填したタンクを減圧するための減圧手段が必要となり、設備的に高価になる欠点がある。
また、特許文献２に記載の技術は、導電性部材の汚染を防止するものであり、膜表面のスケールの生成による問題を解決するものではない。
そこで、本発明は、簡単な設備で、膜表面のスケールの生成を抑制してファウリング対策が可能な膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法及び膜処理装置を提供することを課題とする。
また、本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
（請求項１）
膜処理タンクと、該タンク内に設置され、外枠の内側に分離膜を備えてなる膜モジュールとを有し、バラスト水の原水を流入しながらろ過を継続する膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法において、
前記膜処理タンクに、該タンク内の原水と接触するように陽電極と陰電極とを設け、前記陽電極及び陰電極のうちの一方は前記膜処理タンクの壁面により形成し、他方は前記膜モジュールの外枠の壁面により形成し（但し、分離膜自体を電極とするものを除く）、該電極間に電圧を印加することを特徴とする膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法。
（請求項２）
前記外枠には、前記膜処理タンク内の原水を前記膜モジュール内に流入する開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法。
（請求項３）
膜処理タンクと、該タンク内に設置され、外枠の内側に分離膜を備えてなる膜モジュールとを有し、バラスト水の原水を流入しながらろ過を継続する膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理装置において、
前記膜処理タンクに、該タンク内の原水と接触するように陽電極と陰電極とを設け、前記陽電極及び陰電極のうちの一方は前記膜処理タンクの壁面により形成し、他方は前記膜モジュールの外枠の壁面により形成する（但し、分離膜自体を電極とするものを除く）と共に、該電極間に電圧を印加する通電手段を設けたことを特徴とする膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理装置。
（請求項４）
前記外枠には、前記膜処理タンク内の原水を前記膜モジュール内に流入する開口が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理装置。
本発明によれば、簡単な設備で、膜表面のスケールの生成を抑制してファウリング対策が可能な膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法及び膜処理装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明に係る膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法を実施する装置の一例を示す概略斜視図である。
図において、１はタンカー等の船舶などに搭載することができる膜モジュールである。２は膜モジュール１を中心に設置した円筒型の膜処理タンクである。
３は原水導入管であり、４は原水排出管である。５は原水ポンプであり、６は循環配管であり、７は懸濁物質の排出管、８は電源装置である。
膜モジュール１の外枠１１の壁面には、多数のスリット状の開口１１ａが形成されており、この開口１１ａを通して膜処理タンク２内の原水が膜モジュール１内に流入するようになっている。
この膜モジュール１の外枠１１は、通電可能な金属材料によって形成されており、膜処理タンク１の外部に設けられた電源装置８の陽極に接続されている。従って、ここでは、膜モジュール１の外枠１１は陽電極として機能する。
また、膜処理タンク２は、少なくとも原水と接する内壁面２１が通電可能な金属材料によって形成されており、その内壁面２１が電源装置８の陰極に接続されている。従って、ここでは、膜処理タンク２の内壁面２１は陰電極として機能する。
電源装置８は、これら陽電極として機能する膜モジュール１の外枠１１と陰電極として機能する膜処理タンク２の内壁面２１との間に所定の電圧を印加することにより電流を流す。
このように膜モジュール１の外枠１１と膜処理タンク２の内壁面２１との間に電圧を印加して電流を流すことにより、図２に示すように、膜処理タンク２内の原水（海水）中の陽イオン（Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｆｅ３＋、Ｍｎ２＋等）は陰電極である膜処理タンク２の内壁面２１方向に電気力を受けて移動し、陰イオン（Ｃｌ−、ＳＯ４ ２−等）は陽電極である膜モジュール１の外枠１１方向に電気力を受けて移動する。
従って、原水中のＮａＣｌやＣａＳＯ４等のファウリング物質は陽イオンと陰イオンに分解されて別々の電極に分離するので、膜処理タンク２内の中央に設置した膜モジュール１近傍にはこれらファウリング物質は存在しなくなり、該膜表面に付着・堆積することはなくなる。
このため１循環サイクル当たりの膜処理経過時間がより長くなる。つまり処理水の回収効率（回収率）が高くなる。
本発明者の実験によると、公称孔径０．４μｍのＭＦ膜（精密ろ過膜）を用いた海水ろ過実験において、図１に示すような構造の膜処理装置において、電極を設けないで海水をろ過した場合と、膜モジュール１の外枠１１を陽電極とし、膜処理タンク２の内壁面２１を陰電極として電極間に数ｍｍＶ〜数Ｖの電圧を印加してろ過した場合とのろ過継続時間を調べた。ろ過速度は５ｍ／日（一定）とし、差圧５０ｋＰａまで上昇するのに要する時間は、電極を設けない場合は２０分であったが、電極を設けて通電を行った場合は２５分となった。
図１に示すように、電極を膜モジュール１の外枠１１と膜処理タンク２の内壁面２１とによって形成すると、膜処理タンク２内に別途電極部品を配設する必要がないので、膜処理タンク２の構造が簡単で済むようになるために好ましい。
また、他の態様として、陽電極及び陰電極を板状又は棒状に形成して、膜処理タンク２内の原水と接触するように、膜モジュール１と膜処理タンク２の壁面との間に、互いに間隔をおいて配設するようにしてもよい。
また、陽極と陰極は、図１に示す態様と逆に構成してもよい。
更に、膜モジュール１の外枠１１を電極として形成する場合、外枠１１に図示するスリット状の開口１１ａを形成するものに限らず、丸穴状や角穴状に開口していてもよく、また、網状の外枠によって構成してもよい。
また、膜処理タンク２の内壁面２１を電極とする場合、膜処理タンク２の内壁面２１全面に限らず、一部であってもよい。
膜処理タンク２の形状は、特に図示する円筒型に限定されるわけではなく、円筒形以外の楕円形型や多角形型であってもよい。
本発明において、膜モジュール１は円筒型膜モジュールであっても、角型膜モジュールであってもよい。また、本発明において、膜モジュール１は、膜処理タンク２内の中央に配置されるものに何ら限定されない。
膜モジュール１により、原水中からは所定大きさ以上の微生物を分離できるが、さらにオゾン酸化処理を付加すると、膜を通過した微細な微生物（菌体等）を殺菌することができ、清澄なバラスト水を得ることができて好ましい。
本発明に係る膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法を実施する装置の一例を示す概略斜視図 膜処理タンク内の原水中のイオンの動きを示す図
符号の説明
１：膜モジュール
１１：外枠（電極）
２：膜処理タンク
２１：内壁面（電極）
３：原水導入管
４：原水排出管
５：原水ポンプ
６：循環配管
７：懸濁物質の排出管
８：電源装置

Claims (4)

  1. 膜処理タンクと、該タンク内に設置され、外枠の内側に分離膜を備えてなる膜モジュールとを有し、バラスト水の原水を流入しながらろ過を継続する膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法において、
    前記膜処理タンクに、該タンク内の原水と接触するように陽電極と陰電極とを設け、前記陽電極及び陰電極のうちの一方は前記膜処理タンクの壁面により形成し、他方は前記膜モジュールの外枠の壁面により形成し（但し、分離膜自体を電極とするものを除く）、該電極間に電圧を印加することを特徴とする膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法。
  2. 前記外枠には、前記膜処理タンク内の原水を前記膜モジュール内に流入する開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理方法。
  3. 膜処理タンクと、該タンク内に設置され、外枠の内側に分離膜を備えてなる膜モジュールとを有し、バラスト水の原水を流入しながらろ過を継続する膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理装置において、
    前記膜処理タンクに、該タンク内の原水と接触するように陽電極と陰電極とを設け、前記陽電極及び陰電極のうちの一方は前記膜処理タンクの壁面により形成し、他方は前記膜モジュールの外枠の壁面により形成する（但し、分離膜自体を電極とするものを除く）と共に、該電極間に電圧を印加する通電手段を設けたことを特徴とする膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理装置。
  4. 前記外枠には、前記膜処理タンク内の原水を前記膜モジュール内に流入する開口が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の膜モジュールを用いたバラスト水の膜処理装置。
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