WO2006137121A1 - バラスト水処理装置 - Google Patents

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Abstract

インラインミキサーの性能を改善し、短時間で大量のバラスト水の殺菌処理ができるバラスト水処理装置を提供する。本発明によるバラスト水処理装置は、船舶のバラストタンクへの給水とバラストタンクからの排水を行なうパイプ路と、パイプ路に設けられるバラストポンプと、オゾン発生装置または過酸化水素発生装置と、生成されたオゾンまたは過酸化水素を前記パイプ路に投入する気液注入管と、主筒部と該主筒部より内径が小さく複数の突起物がある従筒部とテーパ部からなる筒部内に２枚の翼板が交差するように配置されたインラインミキサーとが備えられ、旋回流による力学的な破壊殺菌と、微細ミキシングによる化学活性物質殺菌とを同時に行なう。

Description

明 細 書
バラスト水処理装置
技術分野
[0001] 本発明はバラスト水処理装置に係り、より詳細には、海水から船舶のバラストタンク にバラスト水を汲み上げる際、または、バラストタンクからバラスト水を海上に排出する 際に、バラスト水中の微生物を殺滅することのできるバラスト水処理装置に関する。 背景技術
[0002] 通常、バラスト水には海水が使用されるため、海水とともに海水中に生息する細菌 や微小生物が大量に混入する。このバラスト水を目的地の海水中に排出すると、外 来の微小生物が目的地海水中に大量排出されることになり、生態系の破壊が世界各 地で起きている。このため、 1つには、航海途中の洋上で、比較的細菌や微小生物 の少ない海水と交換することが行われている。この場合、ノ ラストタンクを一度カラに してから海水を汲み上げると、船舶のバランスにからむ安全性や、荒天候時の実施 がむずかしいといった問題がある。また、海水をポンプで継ぎ足しながらバラストタン クの排出管からあふれさすやり方は、 95%以上のバラスト水を交換するために必要 な量はバラストタンク容量の約 3倍と計算され、例えば、バラストタンク容量が 6万トン なら 18万トンの海水を汲み上げねばならず、現実には実施が困難である。
[0003] IMO (国際海事機関）により、バラスト水管理の国際条約が 2004年 2月に採択され ている。この国際条約は海洋の生態系保護と円滑な国際海運を確保し、船舶のバラ スト水および沈殿物の規制、および管理を通じて、有害な水生生物および病原体の 移動による環境、人の健康、財産、資源への危険を防ぐことを目的としている。バラス ト水の放流基準は、動物プランクトンが 10個体未満/ lm3、植物プランクトンが 10細 胞未満 Zlml、コレラ菌カ Slcfu (colony forming unit)未満 Z 100ml、大月昜菌が 250cfu未満/ 100ml、腸球菌が lOOcfu未満/ 100mlと決められている。
[0004] バラスト水を洋上交換する方法以外には、ノくラスト水をバラストタンクに吸入あるレ、 はバラストタンクから排出する時に、高電圧パルスを印加してアーク放電による殺菌を 行なうものがある。 （特許文献 1参照） また、ボイラーの蒸気熱を利用するもの、紫外線の DNA破壊作用を利用するもの、 オゾンによる細胞膜の酸化分解を利用するものなどがある。 （特許文献 2参照）
[0005] これまで、出願人は、ノ イブを通過する流体に旋回流を起こして、キヤビテーシヨン
(空洞化現象)を発生させ、気体と液体など 2つの流体を効率よく混合する流体混合 装置 (特許文献 3参照)や、オゾンを使用して浄化を行なうオゾン反応装置 (特許文 献 4参照）などを提案してきた。この流体混合装置は、インラインミキサーとも呼ばれ、 大量のバラスト水を短時間で殺菌できるので、各種の実験も行なわれてレ、る。
[0006] このような実験によれば、インラインミキサーは、バラスト水の殺菌に有効である。旋 回流によってパイプの内周面に流体が押し付けられることによる加圧と、内周部に設 けた複数の突起に旋回流をぶつけることによる衝突と、キヤビテーシヨンによる衝撃波 の、 3作用の複合効果によってプランクトンの細胞膜を破壊することができるからであ る。キヤビテーシヨンによる衝撃波は、旋回流の中央部に生じた空洞は低圧のため、 気泡が成長し、成長した気泡が周囲の高圧で破裂することで発生する。このような力 学的な作用は、数十〜数百ミクロンのプランクトンや幼生の殺滅に効果的ではあるも のの、その効果をより確実にするため、インラインミキサーにはより早い旋回流を起こ す改善が求められている。
[0007] このような実験によれば、コレラ菌ゃ大腸菌のサイズは 1〜5ミクロンという極小サイ ズであるために、インラインミキサーの力学的な作用による殺菌は不可能であることが 判明している。そのため、殺菌剤と菌との接触に頼るしかなぐ塩素の 7倍の殺菌作 用があるオゾン殺菌などが有望とされている。そのためには気体 (殺菌剤）と液体 (バ ラスト水）の混合、または液体 (殺菌剤）と液体 (バラスト水）の微細ミキシングを瞬時に 行なう必要がある。インラインミキサーはこのようなミキシング能力にも優れる力 バラ スト水中の微生物を確実に殺滅するには、さらなるミキシング性能の向上が求められ ている。
特許文献 1 :特開 2002— 192161号公報
特許文献 2：特開 2004— 160437号公報
特許文献 3：特開 2000— 354749号公報
特許文献 4 :特開平 7— 124577号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明の目的は、インラインミキサーの性能を改善するとともに、数ミクロンから数百 ミクロンサイズの微生物を殺滅することができ、短時間で大量のバラスト水を処理でき るバラスト水処理装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明によるバラスト水処理装置は、船舶のバラストタンクへの給水とバラストタンク 力 の排水を行なうパイプ路と、前記パイプ路に設けられバラスト水の給排水を行なう ノくラストポンプと、オゾン発生装置または過酸化水素発生装置と、生成されたオゾン または過酸化水素を前記パイプ路に投入する気液注入管と、所定の内径を有する主 筒部と前記主筒部より内径が小さく内周部に複数の突起物を設けた従筒部と 2つの 内径間をつなぐテーパ部とからなり筒内部に旋回流を起こす 2枚の翼板を有するイン ラインミキサーとが備えられ、前記バラスト水を前記インラインミキサーに通して、バラ スト水の加圧、前記バラスト水と前記突起物との衝突、およびキヤビテーシヨン衝撃波 の 3作用による力学的な破壊殺菌と、オゾンまたは過酸化水素とバラスト水の微細ミ キシングによる化学活性物質殺菌とを同時に行なうことを特徴とする。
[0010] 前記インラインミキサーは、前記翼板が取り付けられ前記従筒部の内径に等しい通 孔と、前記通孔の内径に前記主筒部の内径をつなぐ前記テーパ部が形成されたべ ーン座が、前記主筒部の一端で前記従筒部に面する箇所に装着されることが好まし レ、。
[0011] 前記インラインミキサーは、前記翼板が前記テーパ部に配置されるとともに、前記 2 枚の翼板のなす交差角が直角で、前記テーパ部の傾斜角が前記交差角の； LZ4に 形成されることが好ましい。
発明の効果
[0012] 本発明による請求項 1のバラスト水処理装置によれば、（1)船舶のバラストタンクに ノくラスト水を溜める時と、バラストタンクから海上にバラスト水を放出する時の両方で 殺菌処理ができる。 （2)インラインミキサーを使用したので、バラスト水を通過させるだ けでよいから、短時間での大量の殺菌処理ができる。例えば、送水圧が 3. 8kgf/c m2 (ちなみに水道水は 2〜3kgf/cm2の吐出圧を有している）あれば、吸入側パイプ 径が 250mm、排出側パイプ径が 200mmのインラインミキサーは、 900m3Zhのノ ラスト水が処理できる。 （3)主筒部がテーパ部を介して従筒部と接続され、従筒部の 内径を主筒部より細くしたから、より高速の旋回流を得ることができる。これによつて、 バラスト水の加圧、バラスト水の突起物との衝突、およびキヤビテーシヨン衝撃波によ る力学的な殺菌能力を向上できる。 （4)同時に、旋回流の高速化は、バラスト水とォ ゾンまたは過酸化水素のミキシング性能も改善するから、化学的な殺菌能力をも向上 できる。
[0013] 請求項 2の発明によるインラインミキサーによれば、ベーン座の通孔は従筒部の延 長であるから、通孔内に配置された翼板は、従筒部に配置されたことと同じになる。 従って、バラスト水の流速は加速されて早いから、強い旋回流が生成できる。ベーン 座にテーパ部を形成したので、主筒部にテーパ部を形成する加工が不要で製造上 の禾 IJ点もある。また、テーパ部の角度はべーン座の加工において任意の角度にでき る。
[0014] 請求項 3の発明によるインラインミキサーによれば、翼板をテーパ部に配置するとと ともに、翼板の交差角を直角すなわち 90度とし、テーパ部の傾斜角を 90度の 1/4、 すなわち 22. 5度としたから、ノ ラスト水の抵抗を抑えて、強い旋回流を生成できる。 ノ ラスト水をちようど先のとがったねじのように作用させて従筒部に送り出せる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明による船舶のバラスト水殺菌システムの構成図である。 （実施例 1)
[図 2]本発明によるインラインミキサーの斜視図である。
[図 3]図 2のインラインミキサーの断面図である。
[図 4]図 3の 2枚の翼板の配置を示す斜視図である。
[図 5]図 3の翼板の平面図である。
[図 6]図 3のべーン座の斜視図である。
[図 7]本発明による別のインラインミキサーの断面図である。
[図 8]図 7の 2枚の翼板の配置を示す斜視図である。 [図 9]図 7の翼板の平面図である。
[図 10]図 7に示すインラインミキサーのバラスト水の流れを示す模式図である。
[図 11]図 3または図 7に示すインラインミキサーの従筒部での旋回流を示す動作図で ある。
[図 12]インラインミキサーによって微生物が破壊された写真である。 (a)はアルテミア の例、（b)はッボヮムシの例である。
符号の説明
1 船舶
2 / ラストタンク
3 バラストポンプ
6 インラインミキサー
7 オゾン発生装置または過酸化水素発生装置
10 給排水のパイプ路
10a、 10b 給水パイプ
10c、 10d 排水パイプ
10e 共通パイプ
20、 21、 22、 23、 24 / ノレブ
25 気液注入管
30 主筒部
31 従筒部
32 フランジ
33 連結口
34 テーパ部
35 きのこ型突起物
•3oa、 dob 翼板
37 翼板の外周曲線 (楕円）
40 空洞 41 重い流体層
42 軽い流体層
45 凹部
46 ベーン座
47 通孔
50 テーパ部の傾斜角
51 翼板の傾斜角
52 交差角
53 傾斜角（65度）
54 傾斜角（45度）
60、 61、 62、 63、 64 ；
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
実施例 1
[0018] 図 1は、船舶のバラスト水殺菌システムの構成図である。船舶 1は二重船側、二重 船底になっていて、ここにバラストタンク 2が形成されている。ノくラストタンクは上からト ップタンク、ビルジタンク、ボトムタンクと呼ばれ、船底の中心で左右に仕切られる構 造である。バラストタンク 2への給排水のパイプ路 10は 2系統を設けている。ここでは 、図 1の右側を参照する。ノくラストタンク 2にバラスト水を給水する場合、ノくラストボン プ 3は、ノくノレブ 20とノくルブ 22を開き、ノくノレブ 21とバルブ 23を閉め、ノくラストタンク 2 内の空気またはあふれたバラスト水が外部に逃げるようにバルブ 24を開き、ノ イブ 1 Oaの一端力も海水を汲み上げ、インラインミキサー 6で殺菌し、パイプ 10eとパイプ 10 bを通して、バラスト水をバラストタンク 2の上部に供給する。バラストタンク 2からバラス ト水を排出する場合、バルブ 21とバルブ 23を開き、バルブ 20とバルブ 22を閉め、バ ラストタンク 2の底部のバラスト水をパイプ 10cの一端から吸い込み、インラインミキサ 一 6で殺菌し、ノ イブ 10eとパイプ 10dを通して、船側から海上に排出する。インライ ンミキサー 6には、オゾン発生装置または過酸化水素発生装置 7で生成されたオゾン または過酸化水素が気液注入管 25で供給される。 [0019] オゾン発生装置は、内部に高電圧の放電管が多数配置され、ここに空気中から取 り出した酸素を流すことでオゾンを生成するものである。オゾンは Oで表され、 OHラ
3
ジカルによる強力な酸化分解作用を有する。強力な殺菌力、脱臭力、漂白力がある 。原料は空気中の酸素でランニングコストが安レ、。また、残留毒性が一切ない。インラ インミキサー 6はバラスト水と気体であるオゾンの微細ミキシングに適している。
[0020] 過酸化水素発生装置は、過酸化水素の液体を生成する装置である。過酸化水素 は H Oで表され、有機物を酸化分解する殺菌作用がある。過酸化水素濃度 3%の
2 2
ォキシドールは消毒剤として知られる。過酸化水素の作り方は、例えば、軟水または 海水を電解液とし、空気を原料として電気分解により生成する。その反応は、 1/20 と H〇から H Oを得るものである。
2 2 2 2
[0021] 図 2は、インラインミキサーの斜視図である。インラインミキサー 6は、主筒部 30と、こ れより管径の細い従筒部 31からなる。筒内の主筒部 30と従筒部 31の間にテーパ部 を設けている。筒内の流速は、筒の径が同じなら右側に進むほど抵抗を受けて遅くな る。そこで従筒部 31の内径を主筒部 30の内径より細くして流速を早めている。バラス ト水は左側から流入し、殺菌処理され、右側の従筒部 31から排出される。左右端に はフランジ 32が設けられて配管接続を容易としている。また、主筒部 30には殺菌剤 の発生装置から伸びる気液注入管 25の連結口 33を設けている。
[0022] 図 3は、図 2のインラインミキサーの断面図である。図 3に示すように、インラインミキ サー 6の主筒部 30と従筒部 31の間には、ベーン座 46が設けられる。ベーン座 46は 、中央に従筒部 31の内径に等しい通孔 47とテーパ部 34を有する。通孔 47には、旋 回流を作る翼板 36が取り付けられる。従筒部 31の内周部には、きのこ型突起物 35 が取り付けられる。また、気液注入管 25は、一端が翼板 36の中央部を貫通して従筒 部 31に開口するように取り付けられる。気液注入管 25の他の一端は、主筒部 30の 側壁から外側に出て連結口 33としてレ、る。気液注入管の連結口 33をインラインミキ サー 6に設けたから、バラストポンプの前や後に特別の揷入部を設ける必要がない。 また、オゾンまたは過酸化水素が、旋回流の速度の 2乗に比例する負圧となっている 低圧部に直接送り込まれるので良好に注入できる。インラインミキサー 6の形状は、例 として、長さが約 lm、吸込側の内径が 200mm、排出側の内径が 100mmなどとする こと力 Sできる。
[0023] 図 4は、 2枚の翼板の配置を示す斜視図である。翼板 36a、 36bの交差角 52は 90 度である。交差角を 90度より小さくすると、周期が長い間延びした旋回流となり、交差 角を 90度より大きくすると、流れの抵抗が大きくなつて、流れがスムーズでなくなる。 図 4の左側から入ったバラスト水は、翼板 36a、 36bで旋回され、従筒部 31に押し出 される。例えば、図 4の左下手前側から水平に入った流れは、翼板 36aにぶつかって 図 4の右上に上昇し、翼板 36bの上側奥方向に向きを変えられる。翼板によってバラ スト水の通過流量が制限される。バラスト水が通過できる面積は、翼板 36a、 36bの交 差する上下の略三角形の領域であり、これは通孔の断面積の約半分である。
[0024] 図 5は、翼板の平面図である。翼板 36は、楕円を半分に切った形状である。半円形 の凹部 45は、殺菌剤の流れる気液注入管 25が貫通する箇所である。翼板 36の外 周曲線 37は楕円である。通孔 47を円柱とみなして、この円柱を底面に平行でない平 面で切断すると、断面のなす曲線は楕円となるからである。
[0025] 図 6は、ベーン座の斜視図である。ベーン座 46の外径は主筒部 30の内径に等しい 。通孔 47の孔径は従筒部 31の内径に等しい。テーパ部 34の角度は、ここでは 45度 とした。これにとらわれず、テーパ部 34の角度を 30度などとしてもよい。角度を小さく すると、ベーン座 46の長さが長くなり、その結果、主筒部 30の長さも長くなるが、流れ の抵抗を少なくできるから、バラストポンプ 3の負担が少ない。
[0026] 図 7は、図 3とは別の構成を採用したインラインミキサーの断面図である。内部構成 が異なるが、符合は図 2と同じ符合を使用する。インラインミキサー 6は、主筒部 30と 、これより管径の細い従筒部 31からなり、主筒部 30と従筒部 31の間にテーパ部 34を 設けている。テーパ部 34は、筒を直接カ卩ェしたものである力 図 3の構成のようにべ 一ン座を設けて形成してもよい。
[0027] 図 7に示すように、翼板 36は、従筒部 31内ではなぐテーパ部 34に取り付けられる 。このような翼板 36の配置は、翼板 36を従筒部 31に配置した場合より、大きな形状 の翼板となるから、バラストポンプ 3の負担がより小さくて済む。
[0028] 図 8は、図 7に示す 2枚の翼板の配置を示す斜視図である。 2枚の翼板 36の交差角 52は 90度としている。図 8に示すように、翼板 36は、気液注入管 25を挟む箇所を中 心にして、右側の長さより左側の長さが長い。そのため左右対称ではない。
[0029] 図 9は、図 7に示す翼板 36の平面図である。翼板 36の左側はテーパ部 34に掛け 渡されるので、図 4に示す翼板 36より形状が大きい。
なお、半円形の凹部 45は、殺菌剤の流れる気液注入管 25をはさむ箇所である。この 翼板 36の外周曲線 37も楕円である。これは、テーパ部 34は円錐とみなして、これを 底面に平行でない平面で切断すると、断面のなす形状は楕円となるからである。
[0030] 図 10は、図 7に示すインラインミキサーのバラスト水の流れを示す模式図である。翼 板 36aと翼板 36bの交差角 52が 90度なので、翼板 36aが軸線方向となす傾斜角 51 は 45度となる。これに伴いテーパ部 34の傾斜角 50は、傾斜角 51の半分で 22. 5度 、つまり 90度の 1/4の角度となる。このような配置によれば、水平な流れ 60は、翼板 36aにぶつかった場合、流れ 61のように上方に向くが、左から右への流れに逆行は しない。翼板 36aで斜め上方に向力う流れ 62が、テーパ部 34にぶつ力 た場合、流 れ 63となって下方を向く力 左力 右への流れに逆行はしない。逆行がなければ、 流れをそれだけスムーズにできる。翼板 36bの場合も同様である。図 10の右下に示 すように、テーパ部 34の傾斜角を傾斜角 53に示すように 65度とした場合や、傾斜角 54に示すように 45度とした場合、ここに流れ 64がぶつかると、その流れが左側方向 を向くから、流れに逆行することになる。つまり流れがスムーズでない。
[0031] 図 10に示すように、翼板によってバラスト水の通過流量が制限されるが、バラスト水 が通過できる面積は、図 10の翼板 36の交差する上下の直角三角形で示す領域 (気 液注入管の領域は省略）となるから、これは図 3の翼板 36が交差して形成する上下 の領域より大き 図 3の場合に比較して通過流量は大きい。なお、翼板 36をテーパ 部 34ではなぐ主筒部 30側に配置する場合は、バラストポンプ 3の負担がさらに少な くて済む。しかし、従筒部 31に行くまでの間に、旋回流の勢いがより小さくなる。
[0032] 図 11は、インラインミキサーの従筒部での旋回流を示す動作図である。図 11は、図 3または図 7の A_ A切断面を矢印の方向に見たものである。主筒部 30に流入した ノ ラスト水は、翼板 36で旋回流にされ、従筒部 32に入力される。ここでは旋回流によ る強い遠心力によって、重い流体層 41は外側に押圧され、軽い流体層 42は内側に 移動する。そして、従筒部 31の中心軸に沿った中央部は、空洞 40となって、低圧状 態が生成される。旋回流は、きのこ型突起物 35に衝突してくだかれ、超微細な粒子 群へと変貌する。主筒部 30の気液注入管 25から入力されたオゾンや過酸化水素は 、低圧によって空洞 40に引き込まれ、バラスト水と混合され微細分散される。なお、空 洞 40は低圧であるから、バラスト水内の気泡、あるいはオゾン空気内の気泡が膨張 する。これがきのこ型突起物 35に衝突して破裂し、気泡（キヤビティ）によるキヤビテ ーシヨン衝撃波が発生する。この衝撃波によって、プランクトンなどの細胞膜が破壊 できる。従筒部 31では、 40キロへルツ以上の超音波の発生も確認されており、これ が気泡の生成をさらに促進させている。
[0033] このような反応は、例えば、力二の甲羅の中まで及ぼすことは難しい。そのため、図 1において、海水を汲み上げる場合には、パイプ経路上に、大きな固体を排除するフ ィルタを設けることが好ましい。なお、微細生物の粉砕片や、細胞膜が破壊された状 況は、顕微鏡で確認することができる。図 12は、インラインミキサーを 1回通過して破 壊されたバラスト水中の微生物の写真である。 (a)はアルテミアの細胞膜が破壊され た例である。処理後の写真に示すように、アルテミアの左側の細胞膜が破裂している 。 （b)はッボヮムシが粉々に粉碎された例である。中央の白い部分はバックライトの光 である。処理後の写真に示すように、ッボヮムシの粉砕片が浮遊していることを確認 できる。
産業上の利用可能性
[0034] 本発明は、大量のバラスト水を短時間で殺菌処理することができるので、船舶のバ ラスト水処理装置として好適である。

Claims

請求の範囲
[1] 船舶のバラストタンクへの給水とバラストタンクからの排水を行なうパイプ路と、 前記パイプ路に設けられ、ノくラスト水の給排水を行なうバラストポンプと、 オゾン発生装置または過酸化水素発生装置と、
生成されたオゾンまたは過酸化水素を前記パイプ路に投入する気液注入管と、 主筒部と、この主筒部より内径が小さく内周部に複数の突起物を設けた従筒部と、
2つの内径間をつなぐテーパ部とからなり、筒内部に旋回流を起こす 2枚の翼板を有 するインラインミキサーとが備えられ、
前記バラスト水を前記インラインミキサーに通して、バラスト水の加圧、前記バラスト 水と前記突起物との衝突、およびキヤビテーシヨン衝撃波の 3作用による力学的な破 壊殺菌と、オゾンまたは過酸化水素とバラスト水の微細ミキシングによる化学活性物 質殺菌とを同時に行なうことを特徴とするバラスト水処理装置。
[2] 前記インラインミキサーは、前記翼板が取り付けられ前記従筒部の内径に等しい通 孔と、前記通孔の内径に前記主筒部の内径をつなぐ前記テーパ部が形成されたべ ーン座が、前記主筒部の一端で前記従筒部に面する箇所に装着されることを特徴と する請求項 1に記載のバラスト水処理装置。
[3] 前記インラインミキサーは、前記翼板が前記テーパ部に配置されるとともに、前記 2 枚の翼板のなす交差角が直角で、前記テーパ部の傾斜角が前記交差角の； LZ4に 形成されることを特徴とする請求項 1に記載のバラスト水処理装置。
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