JP5584486B2

JP5584486B2 - バラスト水製造装置

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Publication number: JP5584486B2
Application number: JP2010029557A
Authority: JP
Inventors: 敬道井上; 康宏田島; 正一西山
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: KR20110129864A; CN102316952A; JP2011062682A; CN102316952B; TWI387480B; TW201039907A; KR101724166B1

Description

本発明は、例えば貨物船のような船舶に搭載されるバラスト水の製造を行う装置に関するものである。

例えば、船舶、特に貨物船では、積荷を搭載していないときは、船の重心を下げるために、船内に設けたバラストタンクに海水などを積んで船体を安定させる対策が取られている。バラスト水は立ち寄る港で荷物を積載する際に船外へ排出されるが、外航船では、バラスト水に含まれる水生生物が多国間を行き来し、外来種として生態系に影響を与える問題が指摘されている。

近年、このようなバラスト水に関する問題を解決するために、国際的にバラスト水排出規則の取り組みが行われている。具体的には、バラスト水中に含まれる５０μｍ以上のプランクトン（主に動物性プランクトン）、１０〜５０μｍのプランクトン（主に植物性プランクトン）および菌類（大腸菌、腸球菌等）の数を規制するものである。これらの規制を満たすための処理方法は、通常、フィルトレーション、高速・高圧のジェット流によりプランクトンを死滅させるキャビテーションなどの機械的処理と、薬剤、オゾンなどを投入する化学的処理とを組み合わせて行われる（例えば、非特許文献１）。

海事総合誌隔月間コンパス２００７年９月号３２〜３９頁

上述の従来のバラスト水製造装置では、フィルトレーション用のフィルタの孔径は比較的大きい５０μｍ程度であった。これは、孔径が小さいと目詰まりが起こり易くなり、これを避けるためにフィルタのろ過面積を大きくする必要があるので、装置が大型化して船舶の搭載に不利となるからである。そこで、５０μｍ以下のプランクトンは、高速高圧でスクリーンに海水を吹き付けてプランクトンをすり潰すキャビテーションや、薬剤投与によって処理している。

しかしながら、キャビテーションによる処理では、高速高圧で海水を吹き付けるので、動力が過大になるうえに、プランクトンの数を必要以上に減らしてしまうので、バラスト水積込み側の海洋の生態系に影響を与える恐れがある。

また、塩素や次亜塩素酸ナトリウムなどの薬剤を投入して、次亜塩素酸を発生させ、プランクトンを処理する方法では、プランクトンを殺滅するのに多量の薬剤が必要となるばかりでなく、バラスト水を海洋に排出する際にはチオ硫酸ナトリウムなどの還元剤を投与して中和する必要があり、環境側面からも負荷が高い上、毎回の処理費用が高額になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、海中に生息するプランクトンを可能な限り損傷させることなく船外へ戻すことができ、かつ小型で処理コストを低く抑えることのできるバラスト水製造装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るバラスト水製造装置は、ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットと、前記ろ過ユニットでろ過されたろ過水に固形次亜塩素酸カルシウムを投入する化学処理ユニットとを備えたバラスト水製造装置であって、前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、前記ろ材が孔径１〜２５μｍのデプスフィルタである。逆洗用の流体としては、気体や液体が用いられ、好ましくは気体であり、より好ましくは、空気、窒素等の不活性ガスである。

孔径は、以下のように定義される。一定の直径を有する粒子、好ましくは球状ポリスチレンまたはガラスビーズを水中に１００００個／Ｌ添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に２５℃、１．０ｍ^３／ｈの条件で通水させ、デプスフィルタを透過した粒子数を光学式カウンターで測定し、通水前後の液中に存在する粒子数の差を通水前の液に存在する粒子数で除して得られる捕集率（Ｒ％）を複数の粒子について測定し、その測定値を元にして下記の近似式（１）において、Ｒが８０となる粒子の直径（Ｓ）の値を求め、これを孔径とする。
Ｒ＝１００／（１−ｍ×ｅｘｐ{−ａ×ｌｏｇ（Ｓ）}）（１）
ここで、ｍ，ａは、デプスフィルタの性状により決まる定数である。
例えば、粒子の直径が１μｍの場合は、球形ポリスチレン微粒子（１００００個／Ｌ）を添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に上記の条件で通水させることで測定が可能である。

この構成によれば、ろ材にデプスフィルタを用いているので、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用できるので、ろ材の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、デプスフィルタの孔径が１〜２５μｍであるので、大部分のプランクトンを生かしたまま捕捉して船外へ排出することができ、バラスト水積込み側の海洋の生態系を壊さないうえに、従来のようなプランクトンを処理するためのキャビテーションや薬剤投与の必要がなくなるから、動力の消費電力量や次亜塩素酸カルシウムの使用量が少なくて済み、バラスト水を海水に戻す際の還元剤による中和工程も不要となる。その結果、小型で処理費用の安いシステムを構築することができる。

本発明において、前記化学処理ユニットが、固形次亜塩素酸カルシウムを収納した容器と、この容器から取り出された固形次亜塩素酸カルシウムを溶解させた濃縮液を前記ろ過水に投入して、発生する次亜塩素酸により微生物を処理するユニットであることが好ましい。この構成によれば、固形の次亜塩素酸カルシウムを用いているので、液体の薬剤とは異なり、陸上海上を問わず輸送が容易かつ経済的であり、輸送に関する法規上の制約が緩和される。また、次亜塩素酸カルシウムは融点が高いので、高温になりやすい船内であっても保管が容易である。さらに、固形であるから容積が小さく、保管場所が少なくて済み、同時に装置自体も小型化することができ、限られた船内スペースに設置する場合に有利である。

本発明において、前記化学処理ユニットは、前記ろ過水を供給する送水通路から分岐して取り出したろ過水の一部に前記固形次亜塩素酸カルシウムを溶解させ、前記送水通路のろ過水に合流させるものであり、前記分岐箇所と合流箇所との間に、前記送水通路のろ過水の流量を減少させる絞り手段が設けられていることが好ましい。この構成によれば、流量を減少させたことで余剰となったろ過水が、分岐箇所から固形次亜塩素酸カルシウムに供給されるので、専用のポンプのような供給手段が不要となり、構成が簡単になるうえに、必要な電力を減らすことができる。前記絞り手段に代えて、小容量の小型注入ポンプを設けて、ろ過水の一部を前記送水通路から取り出してもよい。

本発明において、前記固形次亜塩素酸カルシウムは密閉された容器に収納されていることが好ましい。この構成によれば、塩素の臭いが船内に漏れるのが抑制される。また、固形次亜塩素酸カルシウムを交換する際には、容器ごと交換すればよいので、次亜塩素酸カルシウムが人や船内の空気に直接触れることがない。

本発明において、前記ろ材が前記ろ過水取出口に向かって斜め上方へ２０〜７０°の傾斜角で傾斜するように配置することもできる。この構成によれば、ろ過水取出口側に位置する、デプスフィルタの開口端が斜め上方に開口することになるので、低位のデプスフィルタの閉止端付近の空気が開口端から抜けるから、デプスフィルタ内に空気が残るのを防いで、デプスフィルタの全体を使って効率的にろ過を行うことができる。

本発明に係るバラスト水の製造方法は、本発明のバラスト水製造装置を用いたバラスト水製造方法であって、前記ろ材からバラストタンクへのろ過水の供給およびろ材への流体の供給を停止した状態で、前記ろ過ユニットを経て前記排出口から流体を原水とともに排出する準備工程と、ろ材からの原水の排出とろ材への流体供給とを停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、バラストタンクへのろ過水の供給を停止した状態で、ろ材に原水を供給しながら、ろ過水側からろ材へ流体を供給し、この流体を前記原水とともに前記排出口から前記排出通路を経て船舶の外部へ排出する逆洗工程とを備えている。ろ過ユニットで処理された処理水は、次亜塩素酸カルシウムユニットを通過して、菌類（大腸菌、腸球菌等）が除去される。

この構成によれば、海中に生息するプランクトンを可能な限り損傷させることなく船外へ戻すことができ、かつ小型で処理コストを低く抑えることができる。また、ろ過ユニットへは原水が常に供給されているので、通路内に急激な圧力変動が起こるのを避けることができ、水撃の発生を防止することができる。さらに、逆洗工程においても原水がろ過ユニットへ供給されるので、逆洗用流体を原水供給側に逆流させることなく、スムーズに排水できる。

本発明のバラスト水製造装置によれば、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用することができ、維持管理費用を抑えることができる。また、逆流洗浄中もろ過ユニットに原水が常に供給されているので、逆洗用流体を原水供給側に逆流させることなく、スムーズに排水できる。また、大部分のプランクトンを生かしたまま捕捉することができ、バラスト水積込み側の海洋の生態系を壊さないうえに、動力の消費電力量や次亜塩素酸カルシウムの使用量が少なくて済み、バラスト水を海水に戻す際の中和剤も不要となる。その結果、小型で処理費用の安いシステムを構築することができる。

本発明の第１実施形態に係るろ過ユニットを備えたバラスト水製造装置の系統図である。同上ろ過ユニットの拡大断面図である。同上ろ過システムの運転工程表である。本発明の第２実施形態に係るバラスト水製造装置における化学処理ユニットの系統図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るろ過ユニットを備えた船舶のバラスト水製造装置の概略系統図である。バラスト水製造装置１は船舶Ｓ内に設置されており、原水ＲＷを船舶Ｓ内に取り込むバラストポンプ２と、船舶内に取り込まれた原水ＲＷをろ過するろ過ユニット４と、ろ過ユニット４でろ過されたろ過水ＦＷに次亜塩素酸カルシウムを投入する化学処理ユニット３とを備えている。ろ過ユニット４には、バラストポンプ２により原水ＲＷが供給される原水通路５と、ろ過ユニット４からのろ過水ＦＷを船舶Ｓ内に設置されたバラストタンク６に供給する送水通路８と、ろ過ユニット４内の原水ＲＷを後述する圧縮空気Ａとともに船外へ排出する排出通路１４とが接続され、送水通路８にはろ過ユニット４へ圧縮空気Ａを供給する流体供給通路１２が接続されている。さらに、送水通路８がろ過ユニット４に接続されるろ過水取出口１６（後述する）には、排出通路１４に連なるエア抜き用通路１９が接続されている。これにより、船舶Ｓに搭載済みの既存のバラスト水製造装置に対して、そのろ過ユニットを本発明のろ過ユニット４に交換し、さらに既存の送水通路に流体供給通路１２を接続することで、既存のバラスト水製造装置にも本発明を容易に適用できる。

各通路５，８，１２，１４，１９は配管により形成されている。ろ過ユニット４は、筒形の筐体９内にろ過膜を形成するろ材であるデプスフィルタ１０が収納されている。本実施形態では、バラストポンプ２は船舶に搭載されているが、船外に設けられてもよく、例えば、港に設置されていてもよい。

原水通路５には、原水の供給弁として機能する第１自動開閉弁ＭＶ１が接続され、原水通路５における第１自動開閉弁ＭＶ１とろ過ユニット４の間、つまりろ過ユニット４の一次側に一次圧力センサＰ１が設けられている。送水通路８には、ろ過水ＦＷの送水弁として機能する第２自動開閉弁ＭＶ２が接続され、送水通路８における第２自動開閉弁ＭＶ２とろ過ユニット４の間、つまりろ過ユニット４の二次側に二次圧力センサＰ２が設けられている。

さらに、送水通路８におけるバラストタンク６の上流側に化学処理ユニット３が設けられている。化学処理ユニット３は、ろ過ユニット４によりろ過されたろ過水ＦＷ内に残留したプランクトンや菌類を次亜塩素酸カルシウムで処理するもので、固形次亜塩素酸カルシウムが収納された容器２６を有している。

容器２６は固形の次亜塩素酸カルシウムが収納された密閉式の容器である。化学処理ユニット３は、さらに送水通路８の分岐点８ａからろ過水ＦＷの一部を分岐させて容器２６にろ過水ＦＷを供給する分岐通路１５と、容器２６内の固形次亜塩素酸カルシウムを溶解させた濃縮液を送水通路８における分岐点８ａの下流の合流点８ｂに合流させる合流通路１７とを有している。ろ過水ＦＷの一部は分岐通路１５を通じて容器２６に入り、容器２６内に収納された顆粒状の固形次亜塩素酸カルシウムの間を通るうちに固形次亜塩素酸カルシウムを徐々に溶解させ、高濃度の次亜塩素酸溶液となる。これにより、例えば飽和濃度に対して９０％の濃度の次亜塩素酸カルシウム濃縮液が得られ、これが、合流通路１７を通って送水通路８のろ過水ＦＷと合流する。合流したろ過水ＦＷと次亜塩素酸濃縮液は、送水通路８に設けたミキサー２８で撹拌されて均一化され、ろ過水ＦＷ内に残留したプランクトン、菌類等を処理する。

分岐点８ａと合流点８ｂとの間には、送水通路８を通過するろ過水ＦＷの流量を減少させる、オリフィスのような絞り手段２５が設けられている。絞り手段２５は、通路面積を小さく絞るので、これにより、絞り手段２５の入口の圧力が、出口の圧力よりも高くなる。その圧力差は１〜１０ｋＰａ程度が好ましい。この圧力差により、高圧力側の分岐点８ａのろ過水ＦＷの一部が、分岐通路１５に流入し、容器２６および合流通路１７を経由して、低圧力側の合流点８ｂに戻される。したがって、送水通路８から容器２６へろ過水ＦＷを供給するためのポンプは不要である。

合流通路１７には濃縮液の流量を調整する第６自動調整弁ＭＶ６が設けられ、送水通路８におけるミキサー２８の下流側には、ろ過水ＦＷ内の残留塩素濃度を計測する残留塩素計Ｍが設けられ、第６自動調整弁ＭＶ６で濃縮液の流量を調整することで、ろ過水ＦＷ内の残留塩素濃度が設定値となるように制御されている。第６自動開閉弁ＭＶ６の駆動は、コントローラ３０により制御され、第６自動開閉弁ＭＶ６としては、エア駆動弁、電動弁、電磁弁あるいはコントローラを使用しない手動弁などが用いられる。

流体供給通路１２には圧縮空気導入弁として作用する第３自動開閉弁ＭＶ３が接続され、排水通路１４には、排水弁として作用する第４自動開閉弁ＭＶ４が接続され、エア抜き用通路１９にはエア抜き弁として作用する第５自動開閉弁ＭＶ５が接続されている。前記流体供給通路１２の一端は図示しない空気圧縮機に接続されており、他端がろ過ユニット４の下部の二次側に接続されている。なお、流体供給通路１２の他端は、送水通路８におけるろ過ユニット４近傍、より具体的には、ろ過ユニット４と二次圧力センサＰ２との間に接続してもよい。バラストポンプ２および第１〜６自動開閉弁ＭＶ１〜ＭＶ６の駆動は、コントローラ３０により制御されている。また、一次圧力センサＰ１、二次圧力センサＰ２および残留塩素計Ｍの出力はコントローラ３０に入力されている。

空気圧縮機は船舶に別の用途で搭載されているものを使用してもよいし、専用のものを設置してもよい。また、各自動開閉弁ＭＶ１〜６としては、エア駆動弁、電動弁、電磁弁あるいはコントローラを使用しない手動弁などが用いられる。

デプスフィルタ１０は、一端が開口し、他端が閉止部材１３により閉塞された中空円筒状であり、その一端である開口端１０ａをろ過水取出口１６に向けることにより、デプスフィルタ１０の中空部１１をろ過水取出口１６に連通させている。原水ＲＷは、デプスフィルタ１０を径方向に通過する際に、フィルタ内部の空孔により異物が捕捉され、ろ過水ＦＷが得られる。デプスフィルタ１０はまた、ろ過ユニット４の筐体９内に着脱自在に収納されて、開口端１０ａが他端である閉止端１０ｂよりも上になるよう、つまり、ろ過ユニット４がろ過水取出口１６に向かって斜め上方へ傾斜するように配置されている。デプスフィルタ１０の長手方向の中心線Ｃと水平面Ｈとのなす角である傾斜角αは２０〜７０°が好ましく、より好ましくは、３０〜６０°である。

ろ過ユニット４の拡大断面図である図２に示すように、傾斜したろ過ユニット４の円筒状の筐体９は、下側の一端壁９ａと、周壁９ｂと、上側の他端壁９ｃとからなり、軸心Ｃが傾斜して、一端壁９ａから他端壁９ｃに向かって斜め上方へ傾斜するように配置されている。筐体９の一端壁９ａに排出通路１４に接続される排出口２２が、周壁９ｂにおける一端壁９ａ付近に原水通路５に接続される原水供給口１８が、周壁９ｂにおける他端壁９ｃ付近に流体供給通路１２に接続される流体供給口２４および送水通路８に接続されるろ過水取出口１６が、それぞれ形成されている。ろ過水取出口１６は、傾斜した周壁９ｂにおける周方向の最上部に配置されている。

筐体９の周壁９ｂにおける流体供給口２４およびろ過水取出口１６よりも軸方向の下方に環状の底板９ｄが設けられ、デプスフィルタ１０の開口端１０ａが該底板９ｄに支持されている。つまり、筐体９における他端壁９ｃと底板９ｄとの間には空間Ｓが形成され、この空間Ｓに流体供給口２４、ろ過水取出口１６およびデプスフィルタ１０の開口端１０ａが臨んでおり、デプスフィルタ１０の中空部１１と空間Ｓが連通している。筐体９と同心のデプスフィルタ１０も傾斜しており、開口端１０ａが閉止端１０ｂよりも上になるように配置されている。原水供給口１８および排出口２２は、デプスフィルタ１０の一次側に設けられており、ろ過水取出口１６は二次側に設けられている。

デプスフィルタ１０は外圧方式の円筒状フィルタであり、縦断面形状がコ字形である。該デプスフィルタ１０は、例えば、合成繊維や化学繊維をウェブ、不織布、紙、織物等の形態にして溶着・成形等を行い、円筒状に加工した積層タイプと呼ばれるものが例示される。合成繊維としては、ポリオレフィン、ポリエステル、あるいはナイロンやエチレンビニルアルコール共重合体などの熱溶融性ポリマーまたはポリビニルアルコールやポリアクリロニトリルなどのポリマーを用いることができる。中でも、気体による逆流洗浄を行う場合、フィルタ交換時の液きり性の観点から、ポリオレフィンおよびポリエステル、具体的には、ポリプロピレンが好ましい。また、フィルタはその厚み方向において、繊維の密度や繊度を変更し、フィルタの外側（原水流入側）において、繊維密度が低い、あるいは繊度が大きい構造が好ましい。該デプスフィルタ１０としては、他にも、フィラメントや紡績糸をスパイラル状に巻きつけた糸巻きフィルタと呼ばれるものや、スポンジのような樹脂成形体である樹脂成形タイプと呼ばれるものがある。

ろ過膜の孔径は、好ましくは１〜２５μｍであり、より好ましくは１〜１５μｍ、さらに好ましくは１〜１０μｍである。孔径が小さ過ぎると目詰まりが発生し、圧力損失が大きくなる。孔径が大き過ぎると小さいプランクトンが通過してしまうので、これを減らすためにキャビテーションなどの別途手段が必要となり、バラスト水製造費用が高くなる。

デプスフィルタ１０は当該ろ過ユニット４においては逆洗可能であり、逆洗によりろ過性能を回復させて、ろ過時の差圧が上昇することなく使用できる。本実施形態では、逆洗は、コンプレッサ（図示しない）から流体供給通路１２（図１）を通って供給される圧縮空気Ａにより行っており、流体供給口２４からの圧縮空気Ａの供給圧は、一次圧力センサＰ１の指示圧力よりも０．０５〜０．２ＭＰａ高い圧力である。逆洗に用いられる流体は空気以外の気体、例えば窒素等でもよく、また、真水、ろ過された海水等の液体でもよい。

次に、図１および図３を用いて、バラスト水製造装置の運転方法、つまり、本実施形態に係るろ過ユニットによるろ過水製造方法および次亜塩素酸カルシウム処理方法について説明する。図３に示すように、バラスト水製造装置の運転方法は、ろ過の準備工程であるエア抜き工程、第１切替工程、ろ過工程、第２切替、第３切替および逆洗工程からなる。

コントローラ３０に設置された始動ボタン（図示しない）を操作してバラスト水製造装置１を作動させると、まずバラストポンプ２が起動し、第１自動開閉弁ＭＶ１と第５自動開閉弁ＭＶ５とを開いてエア抜き工程に入る。エア抜き工程では、第２自動開閉弁ＭＶ２、第３自動開閉弁ＭＶ３および第４自動開閉弁ＭＶ４を閉じて、デプスフィルタ１０からバラストタンク６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、ろ過ユニット４のろ過水取出口１６からエア抜き通路１９を経て排出通路１４にろ過水ＦＷを流して、船外へ排出することにより、原水通路５およびろ過ユニット４のエア抜きを行う。ろ過水取出口１６は、ろ過ユニット４の最上部付近に位置しているので、ろ過ユニット４内の空気がろ過水取出口１６からエア抜き通路１９に円滑に排出される。

次に、第２自動開閉弁ＭＶ２を開いて第１切替工程に入る。第１切替工程では、デプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、ろ過ユニット４を経て、排出通路１４および送水通路８にろ過水ＦＷをそれぞれ供給する。

つづいて、第５自動開閉弁ＭＶ５を閉じてろ過工程に入る。ろ過工程では、デプスフィルタ１０からの排水とデプスフィルタ１０への圧縮空気供給とを停止した状態で、ろ過ユニット４に原水ＲＷを供給して、ろ過水ＦＷを送水通路８に送る。このとき、原水ＲＷはデプスフィルタ１０の外側からデプスフィルタ１０のろ過膜を通過して中空部１１へ流入することにより、原水ＲＷ中の異物が除去されてろ過される。ろ過水ＦＷの一部は分岐通路１５を通って、化学処理ユニット３へ供給される。

化学処理ユニット３において、次亜塩素酸カルシウムが投入されたろ過水ＦＷは、合流点８ｂで送水通路８に戻されてろ過水ＦＷと合流し、ミキサー２８で撹拌されてバラストタンク６へ供給される。

次に、第４自動開閉弁ＭＶ４を開いて第２切替工程に入る。第２切替工程では、デプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、原水ＲＷをろ過ユニット４に供給することにより、ろ過水ＦＷを送水通路８に流し、原水ＲＷを排出通路１４に流す。

つづいて、第２自動開閉弁ＭＶ２を閉じて第３切替工程に入る。第３切替工程では、デプスフィルタ１０からバラストタンク６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、原水ＲＷを排出通路１４に流す。こうしてデプスフィルタ１０からのろ過水ＦＷの供給を停止することにより、次の逆洗工程におけるろ過水ＦＷの流れ方向と逆方向への圧縮空気Ａの供給開始に備える。

次に、第２自動開閉弁ＭＶ２を閉じたままで、第３自動開閉弁ＭＶ３を開けて逆洗工程に入る。逆洗工程では、バラストタンク６へのろ過水ＦＷの供給が停止されている状態で、ろ過ユニット４に原水ＲＷを供給しながらデプスフィルタ１０の中空部１１へ圧縮空気Ａを供給し、この圧縮空気Ａを原水ＲＷとともに排出通路１４に流す。これにより、圧縮空気Ａがろ過工程とは逆方向にデプスフィルタ１０を通過して、デプスフィルタ１０に付着した異物および筐体９内に溜まった異物をろ過ユニット４外へ導出させ、排出通路１４から船舶Ｓの外部へ排出する。

逆洗工程が完了すると、第３自動開閉弁ＭＶ３および第４自動開閉弁ＭＶ４を閉め、第５自動開閉弁ＭＶ５を開けてエア抜き工程に戻る。以降このループが繰り返される。エア抜き工程の継続時間は、タイマのような時限装置により可変設定される。設定時間は処理設備の規模によって異なるが、例えば、数秒〜１分程度である。第１、第２および第３切替工程はごく短時間、例えば数秒程度であり、これもタイマのような時限装置により可変設定される。このように、ろ過工程および逆洗工程に入る前に、第１、第２および第３切替工程を経由させることで、通路内に急激な圧力変動が起こるのを避けることができる。ろ過工程および逆洗工程の時間は、原水の水質や設備の規模により異なるが、例えば、１０分程度で、これもタイマのような時限装置により可変設定される。ろ過工程から第２切替工程への移行は、一次圧力センサＰ１と二次圧力センサＰ２との差圧△Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）が規定値よりも大きくなった時点で行うようにしてもよい。

ろ過工程中は、コントローラ３０が常時差圧△Ｐおよび残留塩素濃度を監視しており、差圧△Ｐまたは残留塩素濃度が警報値Ｈ１を上回ると、例えばブザーのような警報を発し注意を促す。この時点では水処理装置１は運転を継続する。さらに、差圧△Ｐまたは残留塩素濃度が大きくなり非常停止値Ｈ２を上回ると、例えばベルのような警報を発し、水処理装置１が緊急停止する。具体的には、コントローラ３０がバラストポンプ２を停止させ、すべての自動開閉弁ＭＶ１〜６を閉止させる。

急激な圧力変化や、流速変化はプランクトンに損傷を与えるだけでなく、パラストポンプ２、各自動開閉弁ＭＶ１〜６、各通路５，８，１２，１４に水撃（ウォータハンマ）が発生してしまうが、図３の運転方法のように、バラストポンプ２が常に運転してバラストポンプ２からの原水ＲＷの供給が止まることがなく、しかも各自動開閉弁ＭＶ１〜５の開閉タイミングを調節しているので、マイルドな運転を行うことができる。また、原水ＲＷを流しながら逆洗を行うので、バラストポンプ２の吐出圧と圧縮空気Ａの空気圧によりスムーズに排水できるうえに、別途ドレンポンプやドレン配管が不要となり、システムを簡素化できる。

上記構成において、デプスフィルタ１０を形成するろ過膜の孔径が１〜２５μｍであるので、フィルタの目詰まりによる圧力損失を抑えつつ、大部分のプランクトンを生かしたまま捕捉することができ、バラスト水積込み側の海洋の生態系を壊さないうえに、従来のようなプランクトンを処理するためのキャビテーションや多量の薬剤投与をする必要がなくなるから、動力の消費電力量や薬剤の使用量が少なくて済み、バラスト水を海水に戻す際の還元剤による中和工程も不要となる。その結果、小型で処理費用の安いバラスト水製造装置を構築することができる。また、デプスフィルタ１０を逆流洗浄しているので、デプスフィルタ１０のろ過性能を回復させて使用することができ、処理費用をさらに削減することができる。さらに、安価なデプスフィルタ１０を用いているので、平膜のようなフィルタ表面で異物を捕捉するサーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。

また、化学処理ユニット３は、固形の次亜塩素酸カルシウムを用いているので、液体の薬剤とは異なり輸送が容易である。また、次亜塩素酸カルシウムは融点が高いので、高温になりやすい船内であっても保管が容易である。

さらに、送水通路８の分岐点８ａと合流点８ｂとの間に、ろ過水ＦＷの流量を減少させる絞り手段２５が設けられており、流量を減少させたことで余剰となったろ過水ＦＷが、分岐点８ａから固形次亜塩素酸カルシウムを収納した容器２６に供給されるので、専用のポンプのような供給手段が不要で、構成が簡単になるうえに、必要な電力を減らすことができる。

また、固形次亜塩素酸カルシウムは密閉された容器２６に収納されているので、塩素の臭いが船内に漏れるのが抑制される。さらに、固形次亜塩素酸カルシウムを交換する際には、容器２６ごと交換すればよいので、次亜塩素酸カルシウムが人や船内の空気に直接触れることがない。

さらに、デプスフィルタ１０の開口端１０ａが斜め上方に開口しているので、逆洗工程からエア抜き工程に切り換えた際に、デプスフィルタ１０の閉止端１０ｂ付近の空気が開口端１０ａから抜けるから、デプスフィルタ１０に空気が残るのを防いで、ろ過工程においてデプスフィルタ１０の全体を使って効率的にろ過を行うことができる。この水平方向に対する傾斜角αが大き過ぎると、ろ過ユニット４の上下寸法が大きくなるので、取り外し等のメンテナンスの際に、ろ過ユニット４の上方にデプスフィルタ１０を抜き出すための広いスペースが必要となり、小さ過ぎると、ろ過ユニット４内の閉止端１０ｂ付近の空気Ａが抜け難くなる。したがって、この傾斜角αは２０〜７０°であることが好ましい。

さらに、上記運転方法によれば、図３に示すように、システム稼働中はバラストポンプ２が常に運転している、つまり、ろ過ユニット４へは原水ＲＷが常に供給されているので、通路内に急激な圧力変動が起こるのを避けることができ、水撃の発生を防止することができる。また、逆洗工程においても原水ＲＷがろ過ユニット４へ供給されるので、圧縮空気Ａの供給圧と原水ＲＷの供給圧とにより、圧縮空気Ａを原水通路５内に逆流させることなく、原水流にのせてスムーズに排水できる。

また、デプスフィルタは、被ろ過物質をフィルタの表面のみで捕集するサーフェスフィルタと異なり、フィルタの厚み方向全体で被ろ過物質を捕集することができるので、捕集量が多く、フィルタが長時間目詰まりを起こすことがない。

図４は第２実施形態に係るバラスト水製造装置における化学処理ユニット３Ａの系統図である。第２実施形態は、第１実施形態の化学処理ユニット３を化学処理ユニット３Ａに置き換えたもので、それ以外の構成は第１実施形態と同じである。第１実施形態と同じ構成については図１と同一の符号を付し、説明は省略している。第１実施形態では、使用する顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムの全量を一度に溶解させるように構成されているが、図４における化学処理ユニット３Ａでは、顆粒状の固形次亜塩素酸カルシウムの大部分はホッパー５０に顆粒状のまま保管され、適宜、計量管５１で計量された一部が溶解槽５３で溶解されるようになっている。この実施形態では、計量管５１は、重量センサ（図示せず）を有しており、顆粒状の固形次亜塩素酸カルシウムが所望の重量に達したことを検知できるようになっている。計量管５１の構成はこれに限定されず、例えば、所定の容積に達したことを検知するようなものでもよい。ホッパー５０の下部とその下方の計量管５１とが第１バルブ５４を介して接続され、計量管５１とその下方の溶解槽５３とが第２バルブ５５を介して接続されている。

第２実施形態では、ホッパー５０に多量（例えば１０００ｇ）の顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムが充填され、任意のタイミングで第１バルブ５４が開いて、計量管５１に顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムが導入される。計量管５１で必要量（例えば４５ｇ）の顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムを量り取り、第１バルブ５４が閉じた後に第２バルブ５５が開いて、溶解槽５３に必要量の顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムが導入される。導入後、第２バルブ５５は閉じる。溶解槽５３には、送水通路８から分岐した分岐通路１５を通ってろ過水ＦＷが流入し、溶解槽５３に設けられた撹拌機５６で撹拌することで顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムをろ過水ＦＷに溶解させて高濃度（例えば、３０００ｍｇ／Ｌ）の次亜塩素酸カルシウムを製造し、合流通路１７を経由して送水通路８に合流させた後、ミキサー２８で撹拌して、例えば有効塩素濃度１ｍｇ／Ｌの処理水を調製している。顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムを投入するタイミング、すなわち第１バルブ５４を開くタイミングは、本実施形態では、残留塩素計Ｍの数値で決定しているが、タイマのような時限装置で設定しても良く、その他の手段を用いてもよい。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するうえに、高濃度の次亜塩素酸カルシウム溶液が必要量のみ製造されるので、高濃度の次亜塩素酸カルシウム溶液が溶解槽５３内に長時間滞留することがなくなり、溶解槽５３の腐食が軽減される。さらに、ホッパー５０が完全なドライ空間に設けられているので、顆粒状固形次亜塩素酸カルシウムの補充も容易である。

実施例１〜５、比較例１〜２
本実施形態におけるデプスフィルタ１０を用いて、検証実験を行った。使用したデプスフィルタは、長さ２５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍの中空円柱状で、孔径は１μｍ（実施例１），３μｍ（実施例２），１０μｍ（実施例３），１５μｍ（実施例４），２５μｍ（実施例５）、３０μｍ（比較例１），５０μｍ（比較例２）とし、デプスフィルタの軸心を水平面に対して４５°傾斜させて配置した。原水として、１Ｌあたり動物性プランクトン（最も小さい部分が５０μｍ以上）を３．０×１０^２個、また１ｃｃあたり植物性プランクトンを（大きさ８〜１２μｍ）１．５×１０^４個含む海水（水温２５℃）を、流速２５Ｌ／分でろ過し、ろ過水中に存在するプランクトン数を実測した。その結果を表１に示す。

実施例１〜５では、動物性プランクトンはほぼすべて除去されていたが、比較例１では２０％以上、比較例２では、４０％の動物性プランクトンが残留していた。また、植物性プランクトンにおいても、実施例１ではほぼ除去されており、実施例２では９９％以上が、実施例３では約９９％が、実施例４では９６％以上が、実施例５でも約９２％がそれぞれ除去されていた。これに対し、比較例１では６０％以上が残留し、比較例２では９０％以上が残留していた。

つづいて、所定量の顆粒状次亜塩素酸カルシウムを海水１０００Ｌ中に添加した濃縮液を作成し、これを表２に示す有効塩素濃度になるよう、表１の実施例１〜５および比較例１〜２のデプスフィルタでろ過されたろ過水に添加した。有効塩素濃度は、ＤＰＤ試薬を用いて発色させ、吸光光度計（シマヅ製ＵＶ−１７００）にて測定した。次亜塩素酸カルシウムで処理された水は、顕微鏡観察で生存しているプランクトン数を測定し、ＸＭ−Ｇ培地にて２５℃にて７日間培養して大腸菌数を測定、さらにＭａｒｉｎｅＡｇａｒ培地を用いて同条件で培養し、従属栄養細菌数を測定した。その結果を表２に示す。

実施例１〜３では、有効塩素濃度が１ｍｇ／Ｌであっても大腸菌および従属栄養細菌は検出されなかった。また、実施例４，５では、１ｍｇ／Ｌで大腸菌は検出されず、２ｍｇ／Ｌで従属栄養細菌も検出されなくなった。これに対し、比較例１および２では、動物性プランクトンがろ過水中に相当量残存していたため、プランクトン数を減少させるのに、有効塩素濃度を５ｍｇ／Ｌとする必要があり、また、細菌類を完全に死滅させるためにも、有効塩素濃度をそれぞれ２ｍｇ／Ｌ，５ｍｇ／Ｌとする必要があった。このように、比較例１および２では、実施例１〜３の５倍以上、実施例４，５の２倍以上の次亜塩素酸が必要であった。以上より、デプスフィルタの孔径は、１〜２５μｍが好ましく、１〜１０μｍがより好ましいといえる。

実施例６、比較例３
自然海水（水温２６℃）を孔径３μｍのデプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの中空円柱状）を用いて、流速２５Ｌ／分で連続ろ過試験を行った。その際に、ろ過を連続で行った場合（比較例３）と、ろ過を３分間行う度にエア逆洗（エア圧１００ｋＰａ、５秒間）させた場合（実施例６）とを比較した。結果を表３に示す。ろ過を連続で行った場合にはフィルターが閉塞して３０分で差圧が急激に上昇し以降はほとんど海水が流れなくなったが、エア逆洗を行った場合には６００分経過後も差圧は安定していた。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記各実施形態では、ろ過ユニット４とバラストタンク６との間に化学処理ユニット３，３Ａが設けられているが、バラストタンク６の排水側、すなわちバラストタンク６から外部へ排出する通路の途中に化学処理ユニット３，３Ａを設けてもよい。この場合、バラストタンク６に次亜塩素酸を含んだ液体が流入することがなく、バラストタンク６の腐食を抑制できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１バラスト水製造装置（ろ過システム）
３，３Ａ化学処理ユニット
４ろ過ユニット
６バラストタンク
８送水通路
８ａ分岐点
８ｂ合流点
９筐体
１０デプスフィルタ（ろ材）
１２流体供給通路
１４排出通路
１６ろ過水取出口
１８原水供給口
２２排出口
２４流体供給口
２５絞り手段
３８ろ材
４０固定板
Ａ圧縮空気
ＦＷろ過水
ＲＷ原水

Claims

バラスト水製造装置を用いたバラスト水製造方法であって、前記バラスト水製造装置は、ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットと、前記ろ過ユニットでろ過されたろ過水に固形次亜塩素酸カルシウムを投入する化学処理ユニットとを備え、
前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、
前記ろ材が、合成繊維をウェブ、不織布、紙または織物の形態にして溶着・成形された孔径１〜２５μｍのデプスフィルタであり、
前記バラスト水製造装置の前記取出口からバラストタンクへのろ過水の供給および前記流体供給口から前記ろ材への流体の供給を停止した状態で、前記原水供給口から供給された原水とともに、前記ろ過ユニットを経て前記排出口から流体を排出する準備工程と、
前記排出口からの原水の排出と前記流体供給口から前記ろ材への流体の供給とを停止した状態で、前記原水供給口から前記ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、
前記取出口から前記バラストタンクへのろ過水の供給を停止した状態で、前記原水供給口から前記ろ材に原水を供給しながら、ろ過水側の前記流体供給口から前記ろ材へ流体を供給し、この流体を前記原水とともに前記排出口から排出通路を経て船舶の外部へ排出する逆洗工程と、
を備えたバラスト水製造方法。