JP5363311B2 - バラスト水の膜処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、バラスト水の膜処理方法に関し、詳しくは、膜に付着したファウリング物質（ミネラル成分、ゲル状物質）を確実に分離し、膜フラックスを長期的に維持できるバラスト水の膜処理方法に関する。

原油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）のＤ−２規則に規定する排出基準（Ｇ８）は、大きさ１０〜５０μｍのプランクトンは１０個／ｍｌ；大きさ５０μｍ以上のプランクトンは１０個／ｍ^３；大きさ０．５〜３μｍの大腸菌は２５０ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍのコレラ菌は１ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍの腸球菌は１００ｃｆｕ／１００ｍｌとなる。

更に２００５年７月２２日に採択された活性物質を利用するバラスト水管理システム承認手順（Ｇ９）では、その目的について、船舶の安全、人の健康及び水環境に関して、活性物質及び一つ以上の活性物質を含む製剤の承認可能性及びバラスト水管理システムでの適用を決定するものとしている。そしてこのＧ９では、活性物質とは有害水生生物及び病原体に対し、一般的又は特定の作用をもつウイルス又は菌類を含む物質又は生物をいう、と定義し、検証として毒性試験を義務付けようとしている。

以上のような背景から、Ｇ８やＧ９の要請を満足するには、非常に厳しい殺菌あるいは除菌が必要となっている。

従来、バラスト水の殺菌・除菌技術としては、オゾンを用いた化学的手法として、特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１は、バラスト水に蒸気の注入と併用してオゾンを注入し、しかもオゾンを微細気泡化しヒドロキシラジカルの生成を促進してオゾンの使用量を削減しつつ殺菌する技術を提案している。

しかし、オゾンの使用量の削減にも限界があり、このため膜処理を採用する研究が急速に進んでいる。

バラスト水（海水）には、生物に由来するゲル状物質が多く存在し、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堆積するおそれがある。このゲル状物質は、強固に膜表面に固着しており、逆洗しても取り除くことが難しいという問題がある。

また、バラスト水（海水）はミネラル成分に由来する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おそれがある。このスケールが膜表面に生成すると、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２に開示されている。

その他、膜処理を持続的に行うために膜洗浄が行われている。特許文献３には、膜洗浄において酵素を用いる技術や酵素と酸化剤の併用技術が開示されている。特許文献４には、膜洗浄においてエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水和物を用いる技術が開示されている。
特開２００４−１６０４３７号公報 特開２００３−２６５９３５号公報 特開平３−１３３９４７号公報 特開平１１−３１９５１８号公報

特許文献２に記載の技術では、膜モジュールを充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。

特許文献３に記載の技術では、酵素を単独で用いても膜に付着したファウリング物質（ゲル状物質）は容易に剥離しないため、膜の洗浄効果が不十分である欠点がある。また酸化剤の併用によってファウリング物質の洗浄効果が期待できるのは、微生物粘性に起因するものであり、タンパク質、脂質、糖質などの物質そのものに起因する付着要因には全く期待できない問題がある。さらには、ファウリング物質（ミネラル成分）には、ほとんど効果がない。

特許文献４に記載の技術では、ミネラル成分由来のファウリング物質には効果的であるが、ゲル状物質由来のファウリング物質には、ほとんど効果がない。

そこで、本発明の課題は、膜に付着したゲル状物質及びミネラル成分由来のファウリング物質を剥離或いは分解して、確実に除去して、膜フラックスを長期的に維持できるバラスト水の膜処理方法を提供することにある。

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記載の発明は、船舶の船体内又は船体上に微生物を分離する膜処理装置（１）を有し、該膜処理装置（１）の膜装置本体（１００）内には、複数の膜（１０１）を設けており、膜（１０１）の外部から海水を導入して膜（１０１）の内部にろ過水を得て、そのろ過水を膜装置本体上部の集水部（１０２）に集め、バラストタンク（４）に送るバラスト水の膜処理方法であって、膜面に生物に由来するゲル状物質およびミネラル成分由来のファウリング物質が付着し、透過水量が低下したら、前記膜装置本体（１００）内への海水の通水を停止し、過酸化水素を含む洗浄液を、洗浄液タンク（５）からポンプ（６）を用いて前記膜装置本体（１００）内の膜（１０１）の外部に供給し、該過酸化水素により、膜面に付着した前記ファウリング物質を、溶解、分解又は除去し、次いで、該ファウリング物質の溶解、分解又は除去に用いられることなく残った余剰の過酸化水素を、前記膜（１０１）の外部から膜の内部に通過させて前記集水部（１０２）に洗浄排水として集水し、該集水部（１０２）から加熱タンク（７）に送って貯留し、次いで、該加熱タンク（７）を加熱処理して、該洗浄排水中に残存する前記過酸化水素を分解して無害化し、海へ放流することを特徴とするバラスト水の膜処理方法である。

請求項２記載の発明は、前記過酸化水素の洗浄液中での濃度が１．０〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載のバラスト水の膜処理方法である。

請求項３記載の発明は、前記加熱タンクにおける加熱処理は、船舶の航海中にメインエンジン冷却系統或いはボイラーから選ばれる船舶搭載の既存熱源によって行うことを特徴とする請求項１又は２記載のバラスト水の膜処理方法である。

本発明によれば、膜に付着したゲル状物質及びミネラル成分由来のファウリング物質を剥離或いは分解して、確実に除去して、膜フラックスを長期的に維持できるバラスト水の膜処理方法を提供することができる。

本発明のバラスト水の膜処理方法を実施する装置の一例を示す説明図

符号の説明

１：膜処理装置
１００：膜装置本体
１０１：膜
１０２：集水部
２：ポンプ
３：循環タンク
４：バラストタンク
５：洗浄液タンク
６：ポンプ
７：加熱タンク
８：ポンプ
９：加熱装置

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は本発明のバラスト水の膜処理方法を実施する装置の一例を示す説明図である。同図において、１は船舶の船体内又は船体上に設置された膜処理装置であり、模式的に示されている。

１００は膜装置本体、１０１は膜である。膜としては、前述のＧ８に規定する基準；大きさ１０〜５０μｍのプランクトンは１０個／ｍｌ；大きさ５０μｍ以上のプランクトンは１０個／ｍ^３；大きさ０．５〜３μｍの大腸菌は２５０ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍのコレラ菌は１ｃｆｕ／１００ｍｌ；大きさ０．５〜３μｍの腸球菌は１００ｃｆｕ／１００ｍｌを満足可能な膜やろ布を使用できる。例えば、精密ろ過膜（略称ＭＦ膜）では０．１μｍより大きい粒子、微生物、菌体（プランクトン、大腸菌、コレラ菌、腸球菌）を分離できる。限外ろ過膜（略称ＵＦ膜）では２ｎｍ〜０．１μｍの範囲の粒子、微生物、菌体（プランクトン、大腸菌、コレラ菌、腸球菌）を分離できる。ナノろ過膜（略称ＮＦ膜）では２ｎｍより小さい粒子、微生物、菌体（プランクトン、大腸菌、コレラ菌、腸球菌）を分離できる。従って、本発明の目的を達成する上では、０．１〜５０μｍの範囲のプランクトン、大腸菌、コレラ菌、腸球菌を阻止する機能を有していればよく、０．１μｍより大きい粒子、微生物、菌体を阻止する機能を有する精密ろ過膜又はろ布であることが好ましい。

図示の例は、装置本体１００内に複数の管状膜を設け、膜の外部から海水を導入して、膜の内部にろ過して処理水を得る。なお、図示の例は、管状膜で説明しているが、プリーツ型膜やスパイル型膜でも同様の構成である。

即ち、ポンプ２で循環タンク３内の海水を装置本体１００に供給する。供給された海水は本体１００内で加圧状態におかれ、その圧力で膜ろ過される。ろ過水は集水部１０２を経由してバラストタンク４に送られる。

膜処理を長時間継続すると、膜面に海水に含まれるゲル状物質およびミネラル成分由来のファウリング物質が付着し、透過水量（フラックス）が低下し、ろ過を継続できなくなる。

本発明では、付着したゲル状物質およびミネラル成分由来のファウリング物質を溶解、分解又は除去するために、過酸化物を含む洗浄液（例えば過酸化水素を含む洗浄液）で膜面を洗浄する。即ち、本発明では、ファウリング物質を溶解して膜面洗浄してもよいし、分解して膜面洗浄してもよいし、あるいは除去して膜面洗浄してもよい。洗浄液は膜面に付着したファウリング物質に接触できるように供給されればいかなる手法で供給してもよい。例えば、浸漬法やスプレー法などのいずれでも良いが、好ましくは浸漬法である。

前記の洗浄液による洗浄処理は、膜装置本体１００に海水を通水するのを停止して行うのが通常である。

洗浄液タンク５に入っている前記過酸化水素を含む洗浄液は、ポンプ６を用いて膜装置本体１００に供給される。所定時間洗浄した後の洗浄排水は、ポンプ８を用いて加熱タンク７に貯蔵される。その後、加熱タンク７を船体搭載の既存熱源を用いた加熱装置９によって加熱し、残存する過酸化水素を分解する。そうすることで、洗浄排水を無害化することができる。

本発明において、洗浄液に含まれる過酸化物は、過酸化水素、次亜塩素酸、オゾンから選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、より好ましくは過酸化水素である。

過酸化水素の洗浄液中での濃度は、１．０〜２０ｗｔ％であることが好ましい。１．０ｗｔ％未満では、著しい効果が得られないこと、２０ｗｔ％を超えると、残留過酸化水素が多くなるため、前記範囲が好ましい。

本発明の洗浄液に添加できる化合物としては、過酢酸、クエン酸等が挙げられる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はかかる実施例に限定されない。

実施例１
膜処理装置（精密ろ過膜：型番 ＢＷ−４０ＢＮ；透過流束 １０ｍ／ｄａｙ）を用い、海水を膜ろ過した。海水及びろ過水中の微生物及び細菌濃度を測定し、その結果を表１に示す。

実施例２
実施例１において、フラックスの変化を調べ、フラックスがろ過運転当初の３０％低下した時点で、膜ろ過を停止し、洗浄液を用いて、洗浄処理を行った。洗浄液中の過酸化水素濃度は３ｗｔ％である。

上記の洗浄処理後に、フラックスを測定したところ、運転当初のフラックスと同等のフラックスに回復した。

比較例１
実施例２において、以下の酵素を含有した洗浄液を用いて膜洗浄を行った。酵素洗浄液の温度は３０℃に調整した。その結果、フラックスは運転当初のフラックスの７０％までしか回復しなかった。

〈酵素〉
セルラーゼ
リパーゼ
セリンプロテアーゼ

実施例３
実施例２において、膜洗浄に用いた洗浄排水を５０℃で１０時間加熱したところ、洗浄終了直後０．１ｗｔ％であった過酸化水素濃度は、加熱後にはＮＤ（不検出）となっており、無害化できた。

Claims (3)

1. 船舶の船体内又は船体上に微生物を分離する膜処理装置（１）を有し、該膜処理装置（１）の膜装置本体（１００）内には、複数の膜（１０１）を設けており、膜（１０１）の外部から海水を導入して膜（１０１）の内部にろ過水を得て、そのろ過水を膜装置本体上部の集水部（１０２）に集め、バラストタンク（４）に送るバラスト水の膜処理方法であって、
   膜面に生物に由来するゲル状物質およびミネラル成分由来のファウリング物質が付着し、透過水量が低下したら、前記膜装置本体（１００）内への海水の通水を停止し、
   過酸化水素を含む洗浄液を、洗浄液タンク（５）からポンプ（６）を用いて前記膜装置本体（１００）内の膜（１０１）の外部に供給し、該過酸化水素により、膜面に付着した前記ファウリング物質を、溶解、分解又は除去し、
   次いで、該ファウリング物質の溶解、分解又は除去に用いられることなく残った余剰の過酸化水素を、前記膜（１０１）の外部から膜の内部に通過させて前記集水部（１０２）に洗浄排水として集水し、該集水部（１０２）から加熱タンク（７）に送って貯留し、
   次いで、該加熱タンク（７）を加熱処理して、該洗浄排水中に残存する前記過酸化水素を分解して無害化し、海へ放流することを特徴とするバラスト水の膜処理方法。
2. 前記過酸化水素の洗浄液中での濃度が１．０〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１記載のバラスト水の膜処理方法。
3. 前記加熱タンクにおける加熱処理は、船舶の航海中にメインエンジン冷却系統或いはボイラーから選ばれる船舶搭載の既存熱源によって行うことを特徴とする請求項１又は２記載のバラスト水の膜処理方法。

Images