JP5291606B2 - バラスト水中のオゾン低減装置 - Google Patents

Description

本発明はバラスト水中のオゾン低減装置に関し、詳しくは、バラスト水中に残留するオゾンを、必要十分な滞留時間を確保しつつ、バラストタンクへの漲水に支障が生じない程度にまで低減することが可能であり、コンパクトで簡易な構造のバラスト水中のオゾン低減装置に関する。

水生生物を含むバラスト水を処理する方法として、バラスト水に対してオゾンガスを注入することにより、殺菌あるいは除菌する技術が知られている（特許文献１）。

このようにバラスト水処理のためにオゾンを使用する場合、注入したオゾンは海水中の臭素イオンや有機物等と反応して急速に減少するが、それでもオゾン注入後に直ちにバラストタンクに漲水すると、未反応のオゾンがバラストタンク内に溜まり、バラストタンクを腐食するのみならず、船舶内の船員へ与える悪影響も懸念される。バラストタンク内でのオゾン濃度は０．１ｐｐｍ未満とされることが望まれ、このため、オゾン注入後のバラスト水中のオゾン濃度が０．１ｐｐｍ未満となるまで低減するための設備が必要となる。

従来、密閉型の気液分離室の下部に、上向きに傾斜する上昇管を接続してオゾン水を流入させると共に、反対側の下部に下向きに傾斜する下降管を接続してオゾン分離後の水を排水する構成の気液分離装置が提案されている（特許文献２）。この気液分離室は水系統の口径よりも極めて大きな流れ方向の断面積を有し、流入したオゾン水は減速してオゾンガスを含む気泡が分離上昇し、排ガスが上部空間に溜まるようになっている。上部に溜まった排ガスは、調整弁の開閉操作によって外部に排出され、気泡分離後の水は気液分離室の下部の下降管から排出される。

従って、バラスト水中に残留するオゾンを低減するため、特許文献２に開示のように気液分離室を有する気液分離手段をバラストタンクの手前のバラスト水経路中に介設することが考えられる。

特開２００４−１６０４３７号公報 特開２００４−１８８２４６号公報

特許文献２記載の技術は、水中に気泡状態で混入するオゾンガスを気液分離室によって分離除去するものである。気泡は気液分離室内を上昇して水中から除去されるため、流入口と排水口とを共に気液分離室の下部に配置しているが、この方法では、オゾンガスを含む気泡を上昇させて分離できる程度の滞留時間が必要となる。気泡は水中を緩慢に上昇するため、このような気泡を分離できる程度の滞留時間を確保するためには、かなり大型の気液分離室を構築しなくてはならない。

しかしながら、船舶内の限られたスペース内に、気泡を分離できる程度の滞留時間を確保可能な大型の気液分離室を構築することは設計上極めて困難である。

また、滞留時間を長くとることは、それだけバラストタンクへのバラスト水の漲水時間が遅れてしまい、船舶の運航スケジュールにも支障をきたす問題がある。

そこで、本発明は、バラスト水中に残留するオゾンを、必要十分な滞留時間を確保しつつ、バラストタンクへの漲水に支障が生じない程度にまで低減することが可能であり、コンパクトで簡易な構造のバラスト水中のオゾン低減装置を提供することを課題とする。

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）
取水されたバラスト水をバラストポンプによってバラストタンクに向けて移送するバラスト水経路中に設けられ、オゾン注入された後のバラスト水中に残留するオゾンを密閉状のタンクを用いて低減するオゾン低減装置であって、
前記タンクの下部にバラスト水の流入口と上部側面にバラスト水の排水口とを有し、前記流入口から流入したバラスト水を前記排水口に向けて上昇させる過程でバラスト水中から分離した排ガスを前記タンク内の上部に溜め、該タンクの上部に排ガスを排出するためのガス抜き弁を有する構成であり、
前記タンクは、前記バラストポンプの駆動によって前記流入口から流入したバラスト水を２０秒以上６０秒以下滞留させることができる容量を有しており、
前記流入口は、前記タンクの下部側面から該タンク内の底面に向けて屈曲する屈曲管の先端に開口しており、流入口の周りを取り囲むように、流入したバラスト水をタンク内に分散させ、タンク内の上昇流を一様にする分散化手段が設けられており、
前記分散化手段は、前記流入口の周りを取り囲むように設けられた多数の通水孔を有する籠状体、又は前記流入口の周囲を覆う多孔質体によって構成されることを特徴とするバラスト水中のオゾン低減装置。

（請求項２）
前記タンクは、前記バラストポンプの駆動によって前記流入口から流入したバラスト水を２０秒以上６０秒以下滞留させることができる容量を有していることを特徴とする請求項１記載のバラスト水中のオゾン低減装置。

（請求項３）
前記排水口に接続された排水管に、前記排水口から排水される流量を規制する流量規制弁を有することを特徴とする請求項１又は２記載のバラスト水中のオゾン低減装置。

本発明によれば、バラスト水中に残留するオゾンを、必要十分な滞留時間を確保しつつ、バラストタンクへの漲水に支障が生じない程度にまで低減することが可能であり、コンパクトで簡易な構造のバラスト水中のオゾン低減装置を提供することができる。

本発明に係るバラスト水のオゾン低減装置を組み込んだバラスト水処理装置の一例を示す概略構成図 スリット板を示す断面図 図２のIII−III線断面図 本発明に係るバラスト水のオゾン低減装置の詳細図 気泡化手段の斜視図 試験装置のフロー図

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、本発明に係るバラスト水のオゾン低減装置を組み込んだバラスト水処理装置（システム）の一例を示す概略構成図である。

図中、１は船体、２は船体１内に設けられたバラストタンク、３はバラスト水を取水するシーチェスト、４はシーチェスト３から取水されたバラスト水をバラストタンク２に向けて移送する主配管、５はバラスト水を取水及び移送するバラストポンプである。ここではバラストタンク２は１つだけ示されているが、通常、バラストタンク２は船体１内に複数設けられ、各バラストタンク２内にそれぞれ主配管４によってバラスト水が移送される。

シーチェスト３とバラストポンプ５との間の主配管４には、シーチェスト３側から順に、ストレーナ６、オゾン混合装置７が介設されている。また、バラストポンプ５とバラストタンク２との間の主配管４には、バラストポンプ５側から順に、スリット板８、オゾン低減装置９が介設されている。

１０はオゾンを生成するオゾン発生装置、１１はオゾン供給ライン、１２はオゾン低減装置９から排出された排オゾンガスを活性炭等によって分解するための排オゾン分解塔、１３は排オゾンラインである。

なお、本発明では、バラストタンク２内に貯留された水のみならず、バラストタンク２に貯留するためにシーチェスト３から船体１内に取り込まれた水を含めて「バラスト水」と定義する。本発明においてバラスト水には一般には海水又は汽水が使用される。かかるバラスト水は、一般に、動物プランクトン、植物プランクトン、微生物等の水生生物や大腸菌等の細菌類を含んでいる。

バラストポンプ５によってシーチェスト３から取水されたバラスト水は、ストレーナ６によって比較的大きな夾雑物が取り除かれた後、オゾン混合装置７によってオゾンが注入される。

オゾン発生装置１０は、コンプレッサー１０ａ、酸素発生器１０ｂ及びオゾン発生器１０ｃを有しており、酸素発生器１０ｂ及びオゾン発生器１０ｃを経て生成されたオゾンが、コンプレッサー１０ａによってオゾン供給ライン１１を介してオゾン混合装置７に供給される。

オゾン混合装置７は、主配管４を移送中のバラスト水とオゾンもしくはオゾンと酸素の混合気体とを気液混合する気液混合装置（オゾンインジェクター）を好ましく用いることができるが、バラスト水中に所定濃度のオゾンを混入させることができるものであれば特に限定されず、例えばスタティックミキサー、ラインミキサーなどの静的混合機や散気管等を使用することもできる。

このオゾン混合装置７においてバラスト水中に注入されるオゾンの濃度は、１．０〜４．０ｐｐｍとすることが好ましい。

スリット板８は、オゾン混合装置７によってオゾンが混入されたバラスト水を高圧で通過させることにより、バラスト水中の水生生物を剪断力によって破壊して殺滅する。

このスリット板８の一例を図２、図３に示す。

図２は、主配管４内のスリット板８を示す断面図、図３は、図２のIII−III線断面図であり、これらに示すように、スリット板８は主配管４の内部に、該主配管４の流路全体を塞ぐようにして配設されている。スリット板８には複数のスリット状の開口８ａが形成されている。開口８ａの開口幅は、バラスト水中の水生生物や細菌類を剪断力によって破壊する効果が充分に発揮され得る幅に設定されるが、好ましくは２００μｍ〜５００μｍとされる。

主配管４内を移送されるバラスト水は、バラストポンプ５によってこのスリット板８に向かって高圧で圧送される。圧送されたバラスト水は乱流状態のままスリット板８のスリット状の開口８ａを通過しようとし、この開口８ａを通過する際に剪断現象が生じることで、バラスト水中の水生生物を破壊して殺滅する。

かかる剪断力による破壊、殺滅効果をより発揮させるために、スリット板８はバラスト水の流れ方向に対して直交する方向に取り付けることが好ましい。

また、スリット板８は、主配管４内に密接して取り付けられるが、図示しないが、容易に取り外し可能として洗浄することができるように、フランジ等によって主配管４に介設することが好ましい。

スリット板８に形成される複数のスリット状の開口８ａの形状は、図３に例示するように細長い長方形状からなるものが好ましい態様として挙げられる。開口８ａの本数は特に限定されず、バラスト水の圧力損失、剪断現象の発生状況に応じて適宜設定される。

なお、各開口８ａは全て同じ長さに形成してもよいが、主配管４の断面形状に合わせて、中央部の開口８ａを長く、端部に行くほど短く形成してもよい。また、各開口８ａの形状は直線状に限らず、円弧状等の曲線状に形成してもよい。

更に、主配管４内に配設されるスリット板８の枚数は１枚に限らず、複数枚を間隔をおいて配設してもよい。複数枚のスリット板８を配設する場合は、各スリット板８のそれぞれの開口８ａの幅、大きさ、本数、形状を異ならせたり、開口８ａの向きを互いに直交する方向に配置したりすることが好ましい。これにより、剪断現象をより一層効果的に発揮させることができ、バラスト水中の水生生物の破壊、殺滅効果をより向上させることができる。

このようにして、主配管４内を移送されるバラスト水中の水生生物は、バラスト水中へのオゾン混入とスリット板８による剪断力とによって除去あるいは殺滅される。

スリット板８を通過した後のバラスト水中には未反応のオゾンが残留しており、本発明に係るオゾン低減装置９に送られ、ここでオゾンが低減される。

図４は本発明に係るオゾン低減装置９の詳細図である。

オゾン低減装置９は、竪型円筒形状をした密閉状のタンク１００を有しており、その下部側面において主水管４（流入側主配管４Ａ）と接続され、上部側面に形成された排水口１０１において排水管（排水側主配管４Ｂ）と接続されている。

流入側主配管４Ａと接続されたタンク１００内の下部には、流入側主配管４Ａと連通してタンク１００内を横方向に延びると共に先端がタンク１００内の底面１００ａの中央部に向けて屈曲した屈曲管１０２が設けられ、この屈曲管１０２の先端にバラスト水の流入口１０３が下向きに開口し、タンク１００内の底面１００ａの中央部と対面している。

屈曲管１０２の先端には、流入口１０３の周りを取り囲むように分散化手段１０４が設けられている。この分散化手段１０４は、流入口１０３から流入したバラスト水を乱流状態とし、タンク内の上昇流を一様に分散させて、オゾン低減化を促進する。

分散化手段１０４は、詳細には図５に示すように、流入口１０３の外周を取り囲む円筒形の側周壁１０４ａと円形の上面壁１０４ｂとからなる籠状体であり、側周壁１０４ａと上面壁１０４ｂには、５〜１０ｍｍ径の多数の通水孔１０４ｃが開設されている。屈曲管１０２の先端は、かかる分散化手段１０４の上面壁１０４ｂを貫通しており、その流入口１０３は上面壁１０４ｂよりも僅かに下位となる位置に配置されている。

本実施形態では、分散化手段１０４を構成する籠状体は、有底状の籠状体であり、底面壁にも通水孔１０４ｃが形成されている。この分散化手段１０４の下面はタンク１００の底面１００ａとの間に僅かな間隙１００ｂを形成するように近接している。流入口１０３から流入したバラスト水をタンク１００の底面１００ａに衝突させた後、間隙１００ｂを通過したバラスト水にも微細気泡を発生させることができる。

この分散化手段１０４は、流入口１０３の周囲を取り囲んでいるだけであるため、タンク１００の内部構造を格別複雑化するものではない。また、分散化手段１０４は、流入口１０３から流入するバラスト水を乱流状態とし、タンク内の上昇流を一様にすることができるものであればよく、このような多数の通水孔１０４ｃを有する籠状体によって構成する他にも、流入口１０３の周囲を覆う多孔質体等によって構成することもできる。

排水口１０１は、タンク１００の頂部よりもやや下方の側面に開口している。タンク１００内に流入したバラスト水中から分離したオゾンガスを含むガス成分は、タンク１００内の上部に溜まり、徐々にガス溜まり１０５が形成されるが、このガス溜まり１０５とバラスト水との境界面である液面ＷＬは、最低位置でもこの排水口１０１の上部までとされる。

排水口１０１は排水側主配管４Ｂと接続されており、タンク１００内のバラスト水は、バラストポンプ５の駆動によって、この排水側主配管４Ｂを通ってバラストタンク２に送られる。排水側主配管４Ｂには開閉弁４１が介設されており、制御部２００によってその開閉動作が制御されるようになっている。

１０６は液面計であり、タンク１００内の液面ＷＬの位置を検出してその検出信号（計測値）を制御部２００に送信するようになっている。１０７はタンク１００の天井面に形成されたガス抜き穴であり、排オゾンライン１３と接続されている。排オゾンライン１３にはガス抜き弁１３１が介設され、制御部２００によってその開閉動作が制御されるようになっている。

また、１０８は手動で操作される空気抜き弁、１０９はタンク１００内の点検等のためのマンホール、１１０はタンク１００内の圧力を検出する圧力計、１１１はタンク１００の外側面に取り付けられたガラス管式の液面計である。この液面計１１１は、液面計１０６に不具合等が発生した場合の予備として、目視によってタンク１００内の液面ＷＬの位置を確認することができるようになっている。

排水口１０１と流入口１０３とは主配管４と同一口径とされているが、排水口１０１に接続された排水側主配管４Ｂに介設されている開閉弁４１は、バラスト水の処理時、制御部２００によって開度を絞るように制御され、排水流路に抵抗を形成する流路規制弁として機能させている。従って、タンク１００内に流入したバラスト水は、開閉弁４１が抵抗となって排水量が規制されるため、タンク１００内に一定水位で、少なくとも排水口１０１の上位の位置に規制することができる。

ここで、このタンク１００は、バラスト水中の残留オゾンを単に気泡状態として気液分離するものとは異なり、未反応のオゾンをバラスト水中の有機物等と反応させることにより低減させるいわゆる反応タンクとして機能するものである。本発明では、この反応タンクとして機能させるためのタンク１００の容量を規定していることに特徴を有している。すなわち、タンク１００は、流入口１０３から流入したバラスト水を２０秒以上６０秒以下滞留させることができる容量を有している。つまり、バラストポンプ５の定格駆動によって流入口１０３からタンク１００内に流入したバラスト水が、排水口１０１からタンク１００の外部に排水されるまでに２０秒以上６０秒以下かかるだけの容量を有している。

例えば、バラストポンプ５の能力が３００ｍ³／ｈｒである場合、滞留時間を２０秒とすると、タンク１００の容量は約１．６６ｍ³、３０秒とする場合では約２．５ｍ³あればよいことになる。

２０秒未満ではバラスト水中に残留する未反応オゾンをバラスト水と反応させてバラストタンク２へ漲水するのに支障がない程度にまで低減させることが難しく、６０秒を越える場合では、それ以上のオゾンの低減効果の向上が見込めず、タンク１００が無駄に大型化して狭い船舶内において設置スペースを確保することが困難となる。好ましくは下限を３０秒以上、上限を４０秒以下とすることである。

次に、かかるオゾン低減装置９の作用について説明する。

まず、開閉弁４１を閉じた状態でタンク１００内にバラスト水を流入させる。このときガス抜き弁１３１を開放しておくことで、タンク１００内の空気はガス抜き穴１０７から排ガスライン１３へ排出され、液面ＷＬが上昇していく。液面ＷＬが排水口１０１の上部の所定位置まで到達したら、開閉弁１３１を閉じ、排水側主配管４Ｂの開閉弁４１を開放して処理稼働状態とする。

この後、オゾンが注入されてスリット板８を通過した後のバラスト水は、バラストポンプ５の駆動によって流入側主配管４Ａから屈曲管１０２を通り、流入口１０３からタンク１００内に流入する。流入口１０３の周囲には分散化手段１０４が設けられているため、バラスト水は流入口１０３から下向きに流れ出て、籠状体からなる分散化手段１０４内に滞留する。分散化手段１０４内に滞留したバラスト水は乱流状態となって、分散化手段１０４の下面と底面１００ａとの間の僅かな間隙１００ｂと多数の通水孔１０４ｃとから、１００μｍ程度の微細気泡を伴って周囲に拡散し、徐々に上向流となり、タンク１００内を２０秒以上、好ましくは３０秒以上かけて排水口１０１の位置まで上昇していく。

ここで、排水口１０１は流入口１０３よりも上方に位置しているため、流入口１０３から流入したバラスト水が排水口１０１に向けて直ちに排水されてしまうことはなく、分散化手段１０４による乱流の発生と相俟ってタンク１００内で効率良く滞留させることができる。この滞留時間中に、バラスト水中に残留する未反応のオゾンとバラスト水との反応が促進され、バラスト水中のオゾン濃度はバラストタンク２に漲水するのに支障がない程度にまで低減される。従って、タンク１００の容量は、オゾンを低減するのに必要な最低限の容量で済み、余計に大型化する必要もなくコンパクトに構築できる。

排オゾンライン１３のガス抜き弁１３１は通常時は閉じられているため、バラスト水中の残留オゾンのうち、一部は気泡状態となって他のガス成分と一緒に排オゾンガスとしてバラスト水中から脱気されるが、その排オゾンガスは徐々に上部に溜まっていき、ガス溜まり１０５を形成する。それに伴って液面ＷＬは排オゾンガスの圧力によって徐々に低下する。液面ＷＬは排水口１０１の上部が最低位とされるため、制御部２００は、液面計１０６の計測値によって液面ＷＬを監視しており、液面ＷＬが低くなって計測値が所定値を下回った場合に、液面ＷＬが所定位置となるまで排オゾンライン１３のガス抜き弁１３１を開放し、液面ＷＬを排水口１０１よりも上位となるように維持すると共に、排オゾンガスをガス抜き穴１０７から排オゾンライン１３によって排オゾン分解塔１２に移送する。

かかるオゾン低減装置９によると、バラスト水中に残留する未反応のオゾンを、バラスト水と反応させるのに必要十分な滞留時間を確保しつつ、容易に低減することが可能であり、しかも、タンク１００の内部に複雑な構築物を設ける必要なく、効率良く反応させることができるため、コンパクトで簡易な構造とすることができる。

また、オゾン低減装置９のタンク１００によって、オゾン注入後のバラスト水とオゾンとの反応に必要十分な滞留時間を確保でき、オゾンの低減化を図ることができるため、オゾン混合装置７からオゾン低減装置９までの距離を短くすることができ、バラスト水処理装置を設置するためのスペースも省スペース化できる。従って、新造船舶のみならず、既造船舶の場合にも効率の良いバラスト水のオゾン処理が可能なバラスト水処理装置を構築することができる。

以下、本発明の効果を実施例によって例証する。
（実施例１）
図６に示す試験装置を用意し、原水として海水（２４．３℃）を使用して３．０ｐｐｍあるいは３．５ｐｐｍのオゾン濃度となるようにオゾンガスを注入し、密閉状のタンク（本発明におけるオゾン低減装置９のタンク１００に相当）によって脱気を行った。

図中、３００は主配管、３０１はオゾン発生装置、３０２は散気管（オゾン混合装置）、３０３はポンプ、３０４はスリット板、３０５はタンク、３０６は排水管、３０７はバラストタンクに見立てたストレージタンクである。タンク３０５の構造は図４と同様の構造である。

この試験装置において、オゾン濃度３．０ｐｐｍ、３．５ｐｐｍ（検知管法による測定）の各々について、ポンプ３０３の流量を調整することによってタンク３０５内の海水の滞留時間を表１のように変化させ、バラストタンクに漲水しても支障がない程度のオゾン濃度とするのに必要なタンクの容量を確認した。

以上の各条件においてオゾン処理を行い、所定時間経過後にタンク３０５内の上部空間部に溜まった排オゾンガスの濃度と、ストレージタンク（バラストタンクに相当）内の排オゾンガスの濃度とを測定してその最大濃度を調べると共に、発生ガス量を計測した。発生ガス量は海水流量３００ｍ³／ｈｒに換算した値である。

その結果を表２に示す。

バラストタンク内でのオゾンの濃度は０．１ｐｐｍ未満とされる。以上の結果から、オゾン注入濃度が３．０ｐｐｍ、３．５ｐｐｍのいずれの場合においても、２０秒の滞留時間でストレージタンク内の最大Ｏ₃濃度が０．１ｐｐｍ未満となることがわかる。従って、タンクは、オゾン注入後のバラスト水を２０秒以上滞留させることができる程度の容量を有していればよいことがわかる。

１：船体
２：バラストタンク
３：シーチェスト
４：主配管
４Ａ：流入側主配管
４Ｂ：排水側主配管
４１：開閉弁
５：バラストポンプ
６：ストレーナ
７：オゾン混合装置
８：スリット板
９：オゾン低減装置
１０：オゾン発生装置
１１：オゾン供給ライン
１２：排オゾン分解塔
１３：排オゾンライン
１３１：開閉弁
１００：タンク
１００ａ：底面中央部
１０１：排水口
１０２：屈曲管
１０３：流入口
１０４：分散化手段
１０４ａ：側周壁
１０４ｂ：上面壁
１０４ｃ：通水孔
１０５：空間部
１０６：液面計
１０７：ガス抜き穴
１０８：安全弁
１０９：マンホール
１１０：圧力計
１１１：液面計
２００：制御部

Claims (3)

1. 取水されたバラスト水をバラストポンプによってバラストタンクに向けて移送するバラスト水経路中に設けられ、オゾン注入された後のバラスト水中に残留するオゾンを密閉状のタンクを用いて低減するオゾン低減装置であって、
   前記タンクの下部にバラスト水の流入口と上部側面にバラスト水の排水口とを有し、前記流入口から流入したバラスト水を前記排水口に向けて上昇させる過程でバラスト水中から分離した排ガスを前記タンク内の上部に溜め、該タンクの上部に排ガスを排出するためのガス抜き弁を有する構成であり、
   前記タンクは、前記バラストポンプの駆動によって前記流入口から流入したバラスト水を２０秒以上６０秒以下滞留させることができる容量を有しており、
   前記流入口は、前記タンクの下部側面から該タンク内の底面に向けて屈曲する屈曲管の先端に開口しており、流入口の周りを取り囲むように、流入したバラスト水をタンク内に分散させ、タンク内の上昇流を一様にする分散化手段が設けられており、
   前記分散化手段は、前記流入口の周りを取り囲むように設けられた多数の通水孔を有する籠状体、又は前記流入口の周囲を覆う多孔質体によって構成されることを特徴とするバラスト水中のオゾン低減装置。
2. 前記タンクは、前記バラストポンプの駆動によって前記流入口から流入したバラスト水を２０秒以上６０秒以下滞留させることができる容量を有していることを特徴とする請求項１記載のバラスト水中のオゾン低減装置。
3. 前記排水口に接続された排水管に、前記排水口から排水される流量を規制する流量規制弁を有することを特徴とする請求項１又は２記載のバラスト水中のオゾン低減装置。

Images