JP5944195B2 - バラスト水の膜処理方法及び膜処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、バラスト水の膜処理方法及び膜処理方法に関し、詳しくは、取水時だけでなく排水時においても膜処理を行うバラスト水の膜処理方法及び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水生生物が混入しており、船舶の移動に伴い、これら水生生物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、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）が発効されれば、船舶には、バラスト水処理装置を用いたバラスト水管理の実施義務が適用される。

このため、バラスト水の排出時には外洋に存在する生物数の１００分の１程度まで除去あるいは殺滅することが必要となっている。

本出願人は、これまでにバラスト水処理装置を備えた船舶のバラスト水注排水装置を開示している（特許文献１）。

即ち、特許文献１は、バラスト水の注水時、バラスト水移送手段の駆動によって取水されたバラスト水をバラスト水処理装置（水生生物等の殺減処理装置）によって処理した後にバラストタンク内に注水し、バラスト水の排水時、バラスト水移送手段の駆動によってバラストタンク内のバラスト水を、バラスト水処理装置を経由することなく船外に排水するようにした船舶のバラスト水注排水装置において、排水時におけるバラスト水移送手段の流量を、注水時よりも大きくすることを開示する。

特開２０１１−２０６７４５号公報

本発明者は、リグロース等の問題に鑑みて、バラスト水の排出基準を確実に満たすために、取水時だけでなく、排水時においても、水生生物等を分離除去するための膜処理を行うことを検討した。

そして、取水時と排水時の各膜処理におけるフラックスの挙動を研究し、同じ膜処理を行う場合であっても、排水時の方が、潜在的に大きいフラックスが得られる可能性を有していることを見出した。

本発明者は、かかる潜在的に大きいフラックスに対応する定格容量のポンプを用いることにより、排水時に、実際に大きいフラックスを発現させることに成功し、本発明に至った。

従来は、このような知見がなかったため、取水時のフラックスに対応する定格容量のポンプを用いていた。そのため、排水時の膜処理において潜在的に大きいフラックスが得られる可能性を有していても、それを実際に発現させるには至らなかった。

また、特許文献１は、取水時よりも排水時の流量を大きくすることを開示するが、これは排水時に膜処理しないことを前提としたものである。

そこで、本発明の課題は、取水時だけでなく排水時においても膜処理を行う場合において、排水時のフラックスを増大できるバラスト水の膜処理方法及び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、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
バラスト原水を、バラストポンプにより膜処理装置に供給し、膜処理された処理水を生成する第１の膜処理工程と、
前記処理水をバラストタンク内に貯留する貯留工程と、
貯留後の前記処理水を、前記バラストポンプにより前記膜処理装置に供給し、再度膜処理された再処理水を生成した後、該再処理水を船舶外に放流する第２の膜処理工程と、
を有するバラスト水の膜処理方法において、
前記バラストポンプとして、前記第１の膜処理工程における処理量の限界を超えて、前記第２の膜処理工程における処理量に対応する定格容量を有するものを用い、
前記第２の膜処理工程における前記膜処理装置の単位時間あたりの処理量を、前記第１の膜処理工程における前記膜処理装置の単位時間あたりの処理量の１．５〜２倍の範囲内で、前記バラストポンプを定格容量で運転することを特徴とするバラスト水の膜処理方法。

本発明によれば、取水時だけでなく排水時においても膜処理を行う場合において、排水時のフラックスを増大できるバラスト水の膜処理方法及び膜処理方法を提供することができる。

これにより、バラスト水の排出基準を確実に満たすことができ、且つ、荷物の積み込みのための停泊期間を、排水のために延長しなければならない事態を回避することができるため港湾域の秩序を守ることができる。

本発明に係るバラスト水の膜処理方法の一例を実施するための膜処理システムを備えた船舶を示す概略図 スパイラル膜を備えた膜モジュールの一例を示す断面図 図２における（iii）−（iii）線断面図 第１の膜処理におけるフラックス挙動を示す図 第２の膜処理におけるフラックス挙動を示す図

以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明に係るバラスト水の膜処理方法の一例を実施するための膜処理システムを備えた船舶を示す概略図である。

＜バラスト水の取水機構＞
まず、バラスト水の取水機構について説明する。

図１において、１はバラスト水を取水する取水配管であり、分離膜を備えた膜処理装置２に接続されている。

膜処理装置２は、並列された複数（図示の例では２つ）の膜カートリッジ２０と、各膜カートリッジ２０の原水室２０ａに接続された原水導入管２２及び洗浄排水排出管２４と、各膜カートリッジ２０の処理水室に接続された処理水排出管２３と、原水導入管２２、処理水排出管２３及び洗浄排水排出管２４のそれぞれに対して設けられた原水集水管２２０、処理水集水管２３０及び洗浄排水集水管２４０により構成されている。

膜カートリッジ２０は、所定大きさ以上の水生生物（微生物）を分離するための濾過膜２１を備えており、該濾過膜２１により原水室２０ａと処理水室２０ｂを隔てている。

膜カートリッジ２０が備える濾過膜２１の形態は格別限定されるものではないが、スパイラル膜や中空糸膜等を好ましく例示でき、特に後述する膜面並行流による洗浄を好適に適用できる観点からスパイラル膜であることが好ましい。

ＢＰは取水配管１上に設けられたバラストポンプであり、取水配管１を介して取水したバラスト原水を膜処理装置２に供給可能に構成されている。

３は膜処理により生成した処理水をバラストタンクＢＴに移送するための移送配管であり、膜処理装置２とバラストタンクＢＴを接続している。

また、１ａは取水配管１上に設けられたバルブであり、３ａは移送配管３上に設けられたバルブである。

また、４は膜処理装置２が備える濾過膜２１の洗浄（後述する膜面並行流による洗浄）によって生成した洗浄排水を船舶外に放流するための放流配管であり、４ａは放流配管４上に設けられたバルブである。

本発明において、膜カートリッジ２０は、スパイラル膜を備えた膜カートリッジであることが好ましい。

図２は、スパイラル膜を備えた膜カートリッジの一例を示す断面図であり、図３は、図２における（iii）−（iii）線断面図である。

膜カートリッジ２０は、外筒２０１内に、内部が処理水室２０ｂとなる集水管２０２と該集水管２０２の外周に巻回状態で設けられた複数の封筒状の濾過膜２１とを有する。

各封筒状の濾過膜２１内には、それぞれ封筒状の張設状態を維持し、該封筒状の濾過膜２１の内側に透過した処理水のためのスペースを形成する透過側スペーサ２０３が設けられている。封筒状の濾過膜２１の内部は集水管２０２の内部と連通しており、該封筒状の濾過膜２１を透過した処理水を集水管２０２に移送可能としている。この封筒状の濾過膜２１は、集水管２０２の外周面に放射状に取り付けられており、これらが集水管２０２に巻回されて該集水管２０２の外周に高密度に巻き付けられることによって、全体として集水管２０２を軸とする略円柱状を呈している。

隣接する封筒状の濾過膜２１の間には、原水室（原水流路）２０ａを形成するためのスペーサ２０４が挿設されている。なお、図３では説明の便宜のため、各封筒状の濾過膜２１の巻回時の長さを短く表現しているが、実際の封筒状の濾過膜２１は、集水管２０２の外周に対して１周程度巻回し得る程度の長さを有している。

集水管２０２は、一方端が閉鎖された閉鎖端部２０２ａであり、他方端が処理水を排出するために開口した開口端部２０２ｂとされている。また、原水室（原水流路）２０ａの一方端側は原水を導入するための開口を有し、他方端は洗浄排水を排出するための開口を有している。

＜バラスト水の排出機構＞
次に、バラスト水の排出機構について説明する。

図１において、５は、取水時の膜処理により生成され、バラストタンクＢＴに貯留された処理水を、再度原水として膜処理装置２に供給するための返送配管であり、バラストタンクＢＴと、取水配管１におけるバラストポンプＢＰより上流側且つバルブ１ａよりも下流側の位置に設けられた合流点とを接続している。

また、６は、返送配管５により返送された処理水を再度膜処理して生成した再処理水を、船舶外に放流するための放流配管である。

また、５ａは返送配管５上に設けられたバルブであり、６ａは放流配管６上に設けられたバルブである。

＜バラスト水の取水＞
以上に説明した構成を備えるバラスト水の処理システムにおいて、バラスト水を取水する際は、まず、バルブ１ａ、２２ａ、２３ａ及び３ａを開き、バルブ２４ａ、４ａ、５ａ及び６ａを閉じた状態で、バラストポンプＢＰを作動させる。

港湾域のバラスト水（原水）は、取水配管１から膜処理装置２に供給され、膜処理（第１の膜処理）された後、処理水として、移送配管３を介してバラストタンクＢＴに導入される。

所定量の処理水がバラストタンクＢＴに取り込まれたところでバラストポンプＢＰを停止してバラスト水の取水を完了する。

本発明において、バラスト水の取水に際しては、所定のタイミングで全量濾過を停止して、膜面並行流による濾過膜洗浄を所定時間行うことが好ましい。

膜面並行流による濾過膜洗浄とは、濾過膜に対して平行な液流によって膜面付着物を除去することを指す。例えば図２及び３に示したようなスパイラル膜を備えた膜カートリッジ２０を用いれば、原水室（原水流路）２０ａの一方端側から他方端に向けて原水を通過させることにより、封筒状の濾過膜２１の膜面と平行な液流を好適に形成できる。

本発明においては、特に、供給される原水の全量を洗浄排水として排出することにより形成される全量膜面並行流による濾過膜洗浄を行うことが好ましい。

膜面並行流による濾過膜洗浄に伴って生成する洗浄排水は、船舶外に放流される。

具体的には、バラストポンプＢＰを作動させたまま、バルブ２４ａ及び４ａを開くことにより、膜面並行流が発生する。このとき、更にバルブ２３ａを閉じることにより、全量膜面並行流とすることができる。

バラスト水の取水を完了した後、船舶は港を出港する。

バラストタンクＢＴに導入された処理水は、船舶が渡航する間、該バラストタンクＢＴ内に貯留される。

＜バラスト水の排出＞
一方、バラスト水を排出する際は、まず、バルブ１ａ、３ａ、２４ａ及び４ａを閉じ、バルブ５ａ、２２ａ、２３ａ及び６ａを開いた状態で、バラストポンプＢＰを作動させる。

バラストタンクＢＴ内に貯留された処理水は、返送配管５から取水配管１を介して膜処理装置２に供給され、膜処理（第２の膜処理）されることにより、バラスト水の排出基準を確実に満たす再処理水として、放流配管６を介して船舶外、即ち渡航先の港湾域に放流される。

所定量の再処理水が船舶外に放流されたところでバラストポンプＢＰを停止してバラスト水の排出を完了する。

本発明において、膜処理装置２における単位時間あたりの処理量（以下フラックスという場合がある。）は、取水時における第１の膜処理工程よりも、排水時における第２の膜処理工程の方が大きい。

即ち、船舶は、バラストポンプＢＰとして、第１の膜処理工程におけるフラックスの限界を超えて、第２の膜処理工程におけるフラックスに対応する定格容量を有するものを搭載しており、第１の膜処理工程よりも潜在的に大きいフラックスを実現し得る第２の膜処理工程において、実際に大きいフラックスを発現させるように、バラストポンプＢＰを駆動させる。具体的には、例えば、バラストポンプＢＰを複数台のバラストポンプにより構成し、第２の膜処理工程において、第１の膜処理工程よりも多い台数のバラストポンプを駆動させることにより行うことができる。

これにより、バラスト水の排出基準を確実に満たすことができ、且つ、荷物の積み込みのための停泊期間を、排水のために延長しなければならない事態を回避することができるため港湾域の秩序を守ることができる。

具体的には、第２の膜処理工程における膜処理装置の単位時間あたりの処理量を、第１の膜処理工程における膜処理装置の単位時間あたりの処理量の１．５〜２倍の範囲とすることが好ましい。

以上、バラスト水の処理について説明したが、これに限らず、原水を膜処理した後、生成された処理水の移送時又は排水時に再度膜処理を行うことによって、高度に処理された処理水を得る場合の膜処理方法として広く適用できる。

以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されない。

（実施例１）
図１に示したものと同様の膜処理システムを用い、バラスト原水を、バラストポンプにより、２つの膜モジュールＡ（膜材：ポリエチレン（ＰＥ）、公称孔径：０．２５μｍ）を並列してなる膜処理装置に供給し、全量濾過により膜処理された処理水を生成した（第１の膜処理工程）。

次いで、処理水をバラストタンク内に約４８時間貯留した。

次いで、貯留後の処理水を、バラストポンプにより膜処理装置に供給し、再度全量濾過により膜処理された再処理水を生成した（第２の膜処理工程）。

なお、第１の膜処理工程のみ、約３５分に１回のタイミングで、全量濾過を停止して、全量膜面並行流による濾過膜洗浄を５分間行った。

本試験では、第１及び第２の膜処理工程における最大のフラックスを観察するため、つまり潜在的なフラックスを発現させるために、最大フラックスよりも定格容量が十分に大きいバラストポンプを用いた。

第１の膜処理工程におけるフラックスの経時変化を図４に、第２の膜処理工程におけるフラックスの経時変化を図５に示す。

（実施例２）
実施例１において、膜モジュールＡを膜モジュールＢ（膜材：ポリスルホン（ＰＳ）、公称孔径：０．０８μｍ）に代えたこと以外は、実施例１と同様にして、フラックスの経時変化を測定した。

第１の膜処理工程におけるフラックスの経時変化を図４に、第２の膜処理工程におけるフラックスの経時変化を図５に示す。

＜評価＞
図４及び５の結果より、膜モジュールＡ、Ｂの何れを用いた場合においても、第１の膜処理工程よりも、第２の膜処理工程の方が大きいフラックスを得ることができることがわかる。

特に、第２の膜処理工程では濾過膜洗浄（つまりフラックス回復操作）を行っていないにも関わらず、第１の膜処理工程よりも大きいフラックスが得られた。

従って、第２の膜処理工程でのフラックスに対応する定格容量のバラストポンプを用いることで、第２の膜処理工程において、第１の膜処理工程よりも大きいフラックスが得られることがわかる。

１：取水配管
２：膜処理装置
２０：膜カートリッジ
３：移送配管
４：（洗浄排水）放流配管
５：返送配管
６：（再処理水）放流配管
ＢＰ：バラストポンプ
ＢＴ：バラストタンク

Claims (1)

1. バラスト原水を、バラストポンプにより膜処理装置に供給し、膜処理された処理水を生成する第１の膜処理工程と、
   前記処理水をバラストタンク内に貯留する貯留工程と、
   貯留後の前記処理水を、前記バラストポンプにより前記膜処理装置に供給し、再度膜処理された再処理水を生成した後、該再処理水を船舶外に放流する第２の膜処理工程と、
   を有するバラスト水の膜処理方法において、
   前記バラストポンプとして、前記第１の膜処理工程における処理量の限界を超えて、前記第２の膜処理工程における処理量に対応する定格容量を有するものを用い、
   前記第２の膜処理工程における前記膜処理装置の単位時間あたりの処理量を、前記第１の膜処理工程における前記膜処理装置の単位時間あたりの処理量の１．５〜２倍の範囲内で、前記バラストポンプを定格容量で運転することを特徴とするバラスト水の膜処理方法。

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