JP7560518B2 - マイクロプラスチック回収システム - Google Patents

Description

本発明は、マイクロプラスチック回収システムに関する。

プラスチックは海洋ごみのかなりの部分を占め、ますます大きな脅威となりつつある。特にマイクロプラスチック等を含む浮遊汚染物質による海洋の汚染に対処することは、喫緊の課題となっている。そこで、船舶においてバラスト水等として利用される環境水からマイクロプラスチック等の浮遊汚染物質を除去するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２２－６７７３８号公報

船舶では、例えば、主機を冷却する冷却水或いはバラスト水等として、海水などの環境水を船内に取り込み利用している。航海中に船内に取り込まれる環境水は膨大な量になる。この環境水に含まれるマイクロプラスチック等を含む浮遊汚染物質を回収し、海洋、湖沼、河川などの水環境の改善に貢献できる技術が求められている。

一般に、浮遊汚染物質の回収はフィルタシステムにより行われるが、フィルタシステムでは、浮遊汚染物質が蓄積することにより徐々に圧力損失が増大する。このため、フィルタを用いるシステムでは、複数のフィルタ系列を用意しフィルタ系列を切替えて連続的にろ過を継続する等の方策をとることもある。

一方、船内に取り込まれる環境水は用途ごとに安定した流量を供給することが必要となる。例えば、主機の冷却水の流量変動は、主機の性能や安全性にネガティブな影響を与えるため回避されなくてはならない。このため、圧力損失の発生や流路切替により主機冷却水の流量変動を招くフィルタシステムを適用することは難しい。

このため、本発明は、主流の流量への影響を抑制し、安定した流量を確保できるマイクロプラスチック回収システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るマイクロプラスチック回収システムは、環境水からマイクロプラスチックを回収するマイクロプラスチック回収システムであって、環境水の主流が流通する環境水ラインと、前記環境水ラインに配設され、環境水の主流からマイクロプラスチックの存在量を高めた濃縮水を分離するサイクロン分離器と、前記サイクロン分離器から濃縮水を排出する排出ラインと、前記排出ラインに配設され、濃縮水からマイクロプラスチックを回収する固形物回収部と、を備える、マイクロプラスチック回収システム。

上述のマイクロプラスチック回収システムにおいて、前記排出ラインから排出される濃縮水は、遠心分離により分離される重質画分であってもよい。

上述のマイクロプラスチック回収システムにおいて、前記排出ラインは、前記固形物回収部を通過した水を前記環境水ラインの前記サイクロン分離器の下流側に還流させてもよい。

上述のマイクロプラスチック回収システムにおいて、前記サイクロン分離器から排出される濃縮水の流量は、前記サイクロン分離器に導入される環境水の流量の５％以下であってもよい。

上述のマイクロプラスチック回収システムは、前記環境水ラインまたは前記サイクロン分離器に配設され、環境水の流量または圧力を検知する流通状態検知器をさらに備えてもよい。

本発明によれば、主流の停止が不要なマイクロプラスチック回収システムを提供できる。

本発明の第１実施形態に係るマイクロプラスチック回収システムの構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロプラスチック回収システム１の構成を示す模式図である。

マイクロプラスチック回収システム１は、環境水（海水、河川水、湖沼水等）からマイクロプラスチックを回収するシステムであり、各種の需要設備において使用される環境水からマイクロプラスチックを主体とする固形物を分離回収するために用いられる。マイクロプラスチック回収システム１によりマイクロプラスチックが除去される環境水を使用する需要設備としては、典型的には船舶の主機または主機冷却装置等が挙げられる。つまり、環境水は、主機を直接または間接的に冷却するために利用され得る。

マイクロプラスチック回収システム１は、環境水の主流が流通する環境水ライン１０と、環境水ライン１０に配設され、環境水の主流からマイクロプラスチックの存在量を高めた濃縮水を分離するサイクロン分離器２０と、サイクロン分離器２０から濃縮水を排出する排出ライン３０と、排出ライン３０の下流側に配設され、濃縮水からマイクロプラスチックを回収する固形物回収部４０と、を備える。

環境水ライン１０は、不図示のポンプ等によって供給される環境水を、サイクロン分離器２０を通して需要設備に案内する流路である。環境水ライン１０を流通する環境水はマイクロプラスチック回収システム１を通過する環境水の主流である。つまり、マイクロプラスチック回収システム１を通して需要設備に導入される環境水の過半が環境水ライン１０を通る。

環境水ライン１０は、環境水の流通状態を検知する流通状態検知器１１を備えてもよい。流通状態検知器１１は、環境水の流量または圧力を検知するよう構成され得る。本実施形態の流通状態検知器１１は、サイクロン分離器２０の前後の差圧を検出する差圧計である。流通状態検知器１１が検出する流通状態に基づいて、環境水の流量を減少させるサイクロン分離器２０の閉塞等の発生を検知することができる。なお、流通状態検知器１１は、サイクロン分離器２０に配設されてもよい。

サイクロン分離器２０は、円筒状のサイクロン本体２１に接線方向に環境水を導入し、環境水に含まれるマイクロプラスチックを含む固形物を遠心分離し、固形物濃度を低減した主流を排出し、マイクロプラスチックおよび他の固形物の存在量を高めた濃縮水をサイクロン本体２１の下部に分離する。したがって、サイクロン分離器２０から排出される濃縮水は、遠心分離により分離される重質画分、つまり相対的に比重や粒径が大きく、分散媒である水（塩水）よりも大きい遠心力が作用する固形物の濃度が上昇した水である。

排出ライン３０は、サイクロン分離器２０のサイクロン本体２１の下端からマイクロプラスチックの存在量を高めた濃縮水を排出する。排出ライン３０は、サイクロン分離器２０からの濃縮水の排出量ひいては濃縮水の固形物濃度を調整するために、調整弁３１が設けられてもよい。また、排出ライン３０は、固形物回収部４０を通過した水、つまり固形物を分離除去した水を環境水ライン１０のサイクロン分離器２０の下流側に還流させてもよい。本実施形態の排出ライン３０は、固形物回収部４０を通過した水を昇圧して、固形物を分離除去した水を環境水ライン１０に還流できるよう、還流ポンプ３２を有する。さらに、本実施形態の排出ライン３０は、還流ポンプ３２の吸込み側に圧力スイッチ３３を有する。圧力スイッチ３３は、固形物回収部４０における圧力損失が増大したときに還流ポンプ３２が吸込み側に生じさせる負圧を検出することで固形物回収部４０の閉塞を検知するために用いられ得る。また、本実施形態の排出ライン３０は、固形物回収部４０の上流側に遮断弁３４を有する。

サイクロン分離器２０で分離される固形物の量は濃縮水の流量によって大きく変動しないが、濃縮水の流量が小さ過ぎると固形物が沈殿して閉塞を起こすおそれがある。排出ライン３０によりサイクロン分離器２０から排出される濃縮水の流量としては、環境水ライン１０の下流側の主流の流量減少を抑制するために、マイクロプラスチックを含む固形物を流動させて排出できる最低限の流量とすることが好ましく、具体的には、サイクロン分離器２０に導入される環境水の５％以下が好ましく３％以下がより好ましい。

固形物回収部４０は、濃縮水からマイクロプラスチックを含む固形物を分離回収する。本実施形態の固形物回収部４０は、例えばストレーナ等の濾過装置４１を有する。排出ライン３０が通過した水を系外排出する場合、固形物回収部４０は、例えば濾し網等を配置して適宜マイクロプラスチックを含む固形物を回収可能な排水機構であってもよく、例えば凝集沈殿、気泡による浮上等の方法でマイクロプラスチックを回収可能とするために排出される濃縮水を貯留する水槽を有する構成とされてもよい。

固形物回収部４０は、濾過装置４１の閉塞を検出するために、濾過装置４１の差圧を検出する差圧計４２を有することが好ましい。差圧計４２によって濾過装置４１の閉塞が検出された場合、濾過装置４１の濾材の洗浄または交換が行われるが、この間、調整弁３１と遮断弁３４を閉止しサイクロン分離器２０から排出ライン３０への濃縮水の排出を停止してもよく、濃縮水の流量は相対的に小さく一時的に濃縮水の排出を停止しても安定して環境水を通水できる。需要設備が許容する場合には固形物回収部４０をバイパスして環境水ライン１０に還流させてもよい。また、固形物回収部４０は、通水を停止することなく濾過装置４１の濾材の洗浄または交換を可能にするために、並列かつ選択可能に配設される複数の濾過装置４１を有してもよい。

マイクロプラスチック回収システム１は、船舶の主機冷却水など本来の取水目的を優先させつつ環境水からマイクロプラスチックを回収するシステムであって、環境水の流量への影響を与えないようにマイクロプラスチックを多く含む（濃度を高めた）環境水の重質画分を分離する機構と、少量に絞り込まれた環境水の重質画分からマイクロプラスチックを効率的に回収する機構を含む。マイクロプラスチック回収システム１は、環境水の主流が流通する環境水ライン１０に遠心分離により環境水中のマイクロプラスチックを含む固形物を除去するサイクロン分離器２０を設け、サイクロン分離器２０からマイクロプラスチックの存在量を高めた濃縮水を排出ライン３０に排出する構成としたことにより、フィルタシステムの場合に発生するマイクロプラスチック回収に伴う環境水の流量変動を抑制し、環境水ラインの流量を安定化した。このため、船舶の主機の冷却水等からマイクロプラスチックを回収する場合、主機への悪影響を回避してマイクロプラスチックを回収することができる。フィルタ方式では環境水中のマイクロプラスチック等の浮遊固形物の濃度によりフィルタ逆洗あるいはフィルタ交換の間隔は変動し、浮遊固形物の濃度が高い場合の間隔は短く（例えば数時間以内）、浮遊固形物の濃度が低い場合の間隔は長くなる（例えば１週間以内）。サイクロン方式ではこうした運転の中断が無く、航海中の任意の期間中連続して運転することができる。

マイクロプラスチック回収システム１は、環境水ラインを流れる比較的比重および粒径が大きいマイクロプラスチックを含む重質画分をサイクロン分離器で濃縮することで、後段の固形物回収部でろ過する水量を低減し効率よくマイクロプラスチックを回収できる。また、固形物回収部の流量は環境水の主流より十分に小さい（５％以下）のため、フィルタ圧損が上昇或いはフィルタ閉塞の場合や、フィルタ交換のために排出ライン３０を遮断した場合でも環境水ラインの流量に与える影響は極めて小さく環境水を安定的に流通できる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例として、マイクロプラスチック回収システム１は、需要設備の後段に設けられて環境水の流量を安定的に供給するものであってもよい。

１ マイクロプラスチック回収システム
１０ 環境水ライン
１１ 流通状態検知器
２０ サイクロン分離器
２１ サイクロン本体
３０ 排出ライン
３１ 調整弁
３２ 還流ポンプ
３３ 圧力スイッチ
４０ 固形物回収部
４１ 濾過装置
４２ 差圧計

Claims (4)

1. 環境水からマイクロプラスチックを回収するマイクロプラスチック回収システムであって、
   環境水の主流が流通する環境水ラインと、
   前記環境水ラインに配設され、環境水の主流からマイクロプラスチックの存在量を高めた、導入される環境水の流量の５％以下の濃縮水を分離するサイクロン分離器と、
   前記サイクロン分離器から濃縮水を排出する排出ラインと、
   前記排出ラインに配設され、濃縮水からマイクロプラスチックを回収する固形物回収部と、
   を備え、
   前記排出ラインは、前記固形物回収部を通過した水を前記環境水ラインの前記サイクロン分離器の下流側に還流させる、マイクロプラスチック回収システム。
2. 前記排出ラインから排出される濃縮水は、遠心分離により分離される重質画分である請求項１に記載のマイクロプラスチック回収システム。
3. 前記排出ラインは、前記固形物回収部を通過した水を昇圧して前記環境水ラインの前記サイクロン分離器の下流側に還流させる還流ポンプを有する、請求項１または２に記載のマイクロプラスチック回収システム。
4. 前記環境水ラインまたは前記サイクロン分離器に配設され、環境水の流量または圧力を検知する流通状態検知器をさらに備える、請求項１または２に記載のマイクロプラスチック回収システム。

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