WO2013031425A1 - バラスト水の処理装置およびバラスト水の処理方法 - Google Patents

バラスト水の処理装置およびバラスト水の処理方法 Download PDF

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ballast water
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功 大澤
宗譜 上山
龍資 中井
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a treatment system for ballast water stored in a ship such as an oil tanker for stability during navigation.
  • the present invention particularly relates to a ship ballast water treatment apparatus mounted on a ship and used for removing microorganisms from seawater.
  • ballast water is seawater that is loaded on a ship in order to navigate safely even in an unloaded state. Ballast water is taken from nearby waters when leaving the port, and drained to the ocean when cargo is loaded when entering the port. When ballast water is discharged into a sea area different from the sea area where water is taken, organisms in the seawater are moved to sea areas that are not originally habitats, which greatly affects the marine ecosystem.
  • Patent Document 1 describes a method of sterilizing aquatic organisms by heating seawater.
  • Patent Document 2 discloses a method using vapor and a method using ultraviolet irradiation, and other methods such as an electrical method such as voltage application and shock wave, and a method of introducing a chemical such as sodium hypochlorite are proposed.
  • Patent Document 3 describes a method for producing ballast water using a filtration membrane. .
  • Each conventional ballast water treatment has its disadvantages.
  • securing energy for heating is a problem, and it is difficult to completely kill microflora such as microorganisms.
  • electrical means it is difficult to completely kill microflora such as microorganisms, and a lot of electric power is required.
  • the method using a drug requires a high concentration of the drug, and the neutralization of the waste water becomes a problem.
  • the method using an ultraviolet lamp is used relatively effectively, a large number of lamps are required for complete killing of microflora such as microorganisms, and there is a problem of installation cost.
  • the filtration membrane method requires a membrane with a very small pore size, and filtration takes time and cleaning for removing clogging is necessary, so it is not practical to process a large amount of seawater. .
  • An object of the present invention is to provide a ship ballast water treatment apparatus that can efficiently filter turbidity and microorganisms from ballast water discharged from a ship or loaded on a ship, and can be mounted on a ship. There is.
  • the inventors of the present application have arrived at the present invention in order to cope with a new problem while developing a treatment apparatus using a filtration method, particularly as a ballast water treatment apparatus that can be installed on a ship and can efficiently purify ballast water.
  • One aspect of the present invention includes a filter arranged in a cylinder so as to surround an axis, a case having an outer cylinder portion provided so as to surround the filter, and a rotation mechanism for rotating the filter around the axis.
  • a treated water nozzle for flowing treated water to an outer region of the filter formed by the outer peripheral surface of the filter and the outer cylinder, a washing water nozzle for flowing washing water toward the outer peripheral surface of the filter,
  • a filtered water channel for leading filtered water that has passed through a filter from the inner region of the filter to the outside of the case, and a drain channel for discharging discharged water that has not passed through the filter from the outer region of the filter to the outside of the case
  • a ballast water treatment apparatus comprising: (Claim 1).
  • the inventors are examining a treatment apparatus that ejects treated water on the outer peripheral surface of a filter arranged in a cylinder and takes out filtrated water from the inside of the cylinder as a new apparatus for ballast water treatment.
  • Such an apparatus is characterized in that the water to be treated is ejected toward the outer peripheral surface of the filter to perform filtration while also exhibiting the cleaning effect of the filter.
  • it is necessary to always eject a certain amount or more of water per unit time from the water nozzle to be treated to the filter surface for cleaning. For this reason, it has been difficult to arbitrarily adjust the operation when a small amount of treated water is sufficient.
  • the cleaning effect is obtained by another cleaning water nozzle without giving the cleaning effect to the nozzle into which the water to be treated is poured. For this reason, it is possible to supply an amount of water required for treatment from the water nozzle to be treated, and to continue cleaning the filter surface with the washing water nozzle.
  • the seawater to be treated is not particularly limited, but generally seawater in harbor areas where ships are anchored contains microorganisms and turbidity, and the turbidity is about 1 to 100 degrees. It is.
  • microorganisms in seawater that are problematic include Escherichia coli, Vibrio cholerae, Enterococcus, and plankton such as daphnia, and larvae such as starfish and Asian kelp. Most of these organisms have a size of 0.3 ⁇ m to several ⁇ m.
  • the filter here is intended to remove microorganisms as well as remove turbidity from seawater.
  • a relatively strong filter such as non-woven fabric or polyester can be used.
  • the turbidity to be removed contains inorganic components such as silica, and the sizes thereof are various. Ballast water is required to remove microorganisms and turbidity of 10 ⁇ m or more, and the material is not particularly limited as long as it can effectively remove these. In addition, as the film thickness increases, the filtration flow rate decreases, and when it is thin, the film easily breaks. Therefore, although it depends on the material, it is preferably 0.1 mm or more and 1 mm or less.
  • Rotation mechanism is not particularly limited, but a general electric motor can be used. In addition, it may be a rotation mechanism that is rotated by the water flow itself or by a force from another drive system.
  • the rotation speed is preferably 20 rpm or more and 150 rpm or less. If it is less than 20 rpm, it is difficult to obtain at least 5 ton / hour of treatment that is stably obtained. On the other hand, if it exceeds 150 rpm, the water to be treated is excessively large to filter against the influence of the centrifugal force of rotation. It is necessary to apply with pressure. For example, in order to obtain a processing amount of 20 ton / hour, it is more preferably 30 rpm or more and 80 rpm or less.
  • a water intake flow path for taking out wash water from the filter external region or the discharge flow path
  • a circulation flow path for supplying the wash water to the wash water nozzle (Claim 2).
  • the wash water nozzle can be used by circulating the discharged water that has been once supplied to the filter as treated water and not filtered.
  • the circulation channel is provided with a pump for circulation, and the amount of water to be treated necessary for washing can be ejected as washing water from the washing water nozzle regardless of the amount of water to be treated.
  • the specific configuration may be any configuration as long as it can supply the cleaning water nozzle with an amount of water necessary for the cleaning water regardless of the amount of filtered water. For example, new water to be treated can be added to the circulation channel. .
  • a separate flow path for returning a part of the drained water that has not been filtered to a position where it can be used as treated water and using it as treated water again is a technique called cross flow.
  • the nozzle port of the treated water nozzle may be provided in a direction in which the outflow direction of the treated water does not intersect with the outer peripheral surface of the filter (Claim 3). This is because the effect of washing toward the filter is not required.
  • the nozzle port of the cleaning water nozzle is provided in a direction in which the outflow direction of the cleaning water is substantially perpendicular to the cylindrical surface of the filter (claim 4). This is because the cleaning effect can be enhanced.
  • the filter is preferably a pleated filter having a pleated shape bent in a cylindrical radial direction (Claim 5).
  • Ballast water treatment devices are often mounted on ships and are characterized by performing many filtrations, for example, from several tens to several hundreds of liters per minute in a small installation place. For this purpose, a structure that can efficiently secure a large filter area for the same installation area and a structure that can reduce the size of the apparatus are required.
  • the pleated shape refers to a shape in which peaks and valleys are repeated by making a large number of creases on the filter surface arranged in a cylindrical shape.
  • a larger pleat depth and number of pleats are preferable for increasing the area.
  • the pleat depth and the number of pleats in the pleat shape affect the degree of clogging and the ease of cleaning.
  • the pleat depth is preferably 30 mm to 150 mm, and more preferably 50 mm or more. Is more preferable.
  • the number of pleats is preferably 100 or more and 500 or less. The larger the pleat depth and number, the larger the area, which is preferable. However, when the pleat is deep, it is not preferable because cleaning becomes difficult.
  • the nozzle port of the washing water nozzle is a long opening whose long side is the direction of the axis (Claim 6).
  • the long side length of the long opening is preferably substantially equal to the axial length of the filter. This is because it effectively acts on the entire surface of the filter. The lengths do not need to be exactly the same, and it is sufficient that the treated water that has flowed out reaches the entire surface of the filter.
  • the long opening means a long and narrow opening having a long side and a short side. Typically, it is a rectangular opening having a substantially rectangular shape, and includes a track-like shape or an elliptical shape in which the minor axis side forms an arc.
  • the short side length of the opening is preferably less than 3 times the pleat interval of the pleated filter.
  • the pleat interval refers to the interval length between adjacent vertices of a mountain portion facing the outside of the cylinder, and is an average value of the interval between the vertices. That is, when the pleats are manufactured at equal intervals, the circumferential length of the peak portion is divided by the number of peaks. If the short side length of the nozzle opening is three times the pleat interval, the filter cleaning effect by the water flow cannot be sufficiently obtained.
  • the short side length of the opening is 1 ⁇ 2 or more of the pleat interval.
  • the short side length of the opening is reduced to less than 1/2, the supply pressure of the water to be treated becomes relatively large, or the supply water amount decreases at the same pressure, and as a result, a large pump must be used. This is because disadvantages such as an increase in power occur. More preferably, the cleaning effect of the filter is higher when the short side length of the opening is longer than the pleated opening than when it is shorter than the pleated opening. This is particularly effective for long openings.
  • a plurality of the filters are provided, and the plurality of filters are arranged so that the axes coincide with each other (Claim 7).
  • a large filtration area can be secured by using a plurality of filters.
  • the effective filtration area of the filter can be increased by the number of stages in the same installation area.
  • by connecting a plurality of coaxially arranged filters to the rotation shaft of the same motor as the rotation mechanism it is possible to save the number of rotation mechanisms and the installation location, and to simplify the overall configuration of the apparatus while providing a large filtration area. Can be secured.
  • the present invention also provides a ballast water treatment method in which ballast water is filtered using the above-described ballast water treatment apparatus (claim 8).
  • FIG. 5 is a view showing an AA cross section of FIG. 4.
  • FIG. 4 shows typically the longitudinal cross-section of an apparatus in order to show the structure of the processing apparatus of the ballast water which is another aspect of this invention.
  • FIG. 5 shows typically the longitudinal cross-section of an apparatus in order to show the structure of the processing apparatus of the ballast water which is another aspect of this invention.
  • FIG. 5 shows typically the longitudinal cross-section of an apparatus in order to show the structure of the processing apparatus of the ballast water which is another aspect of this invention.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a ship ballast water treatment apparatus according to the present invention, schematically showing a longitudinal section of the apparatus.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the cylindrical filter 1 is disposed so as to surround an axis C serving as a rotation center, and is attached so as to freely rotate around a central pipe 4 (pipe does not rotate) disposed at the center.
  • FIG. 1 shows a pleated filter that is creased so as to repeat peaks and valleys in the radial direction of the cylinder as the filter 1.
  • the upper and lower surfaces of the filter are closed watertight.
  • the rotatable mounting structure also needs to be a watertight structure, but a known structure is used without any particular limitation.
  • a case 3 is provided so as to cover the entire filter.
  • the case 3 includes an outer cylinder portion 31, a lid portion 32, and a bottom portion 33, and the discharge passage 8 is provided in the bottom portion 33.
  • a treated water flow path 9 and a treated water nozzle 90 are provided in order to introduce seawater as treated water into the case 3.
  • the treated water nozzle 90 extends from the treated water flow path 9 so that the nozzle port 91 is provided in the case 3, and the treated water flows out from the nozzle port 91 and flows into the filter external region. ing.
  • each member is schematically drawn to make the structure in the case easy to understand, and actual dimensions and detailed structures are designed according to required performance such as the amount of treated water.
  • the untreated water to be treated and the suspended matter settled in the case are sequentially discharged from the discharge channel 8 at the bottom of the case.
  • the feature of this apparatus is that the turbid component and the remaining water to be treated are continuously discharged while being continuously discharged.
  • the characteristic of this apparatus is 10 to 20 tons / hour required for ballast water, and further 100 tons / hour. It is useful for securing a throughput exceeding 1.
  • a valve or the like is not shown in the discharge flow path, but equipment necessary for maintenance and flow rate adjustment can be provided.
  • the filtered water filtered by the filter 1 is guided to the filtered water flow path 7 through a water intake hole provided in the central pipe 4 inside the filter, and flows out of the case.
  • the nozzle port 91 of the water to be treated nozzle 90 is provided so that the outflow direction of the water to be treated does not intersect with the outer peripheral surface of the filter. We do not expect the cleaning effect to come in direct contact with the filter surface. Therefore, in this configuration, the cleaning nozzle 2 is provided separately. The cleaning nozzle 2 is provided so as to penetrate the outer cylinder portion 31 of the case 3, and is attached with the nozzle port 21 facing the filter surface. A description will be given with reference to FIG.
  • Water to be treated that has not been filtered is taken from a water intake pipe 61 provided in a part of the case 3 to be washed water.
  • the washing water is supplied to the washing water channel 6 via the circulation channel 62 by the pump 63.
  • a flow meter 64 is provided in the middle of the piping and may be used for controlling the flow rate by the pump 63.
  • the washing water channel 6 is connected to the washing water nozzle 2 provided through the case outer cylinder portion 31.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the AA cross section of FIG.
  • a pleated filter is housed as filter 1 in case outer cylinder portion 31, and central pipe 4 is located at the center of the cylinder.
  • a cleaning nozzle 2 is provided through the outer cylinder portion 31 toward the outer peripheral surface of the cleaning water filter.
  • the cleaning nozzle 2 is provided in a direction in which the outflow direction of the cleaning water is substantially perpendicular to the cylindrical surface of the filter 1. That is, the direction of the nozzle faces the center of the cylinder. Wash water is ejected from the nozzle port 21 toward the outer peripheral surface of the filter 1. The cleaning water is vigorously brought into contact with the outer peripheral surface of the filter, whereby the filter 1 is cleaned.
  • the filter 1 is configured to be rotated by the motor 100. That is, the motor 100 is provided so that the shaft 101 of the motor 100 is coaxial with the filter center axis C, and the filter 1 is forcibly rotated. By rotating with the motor 100, it is possible to continue the filtration on the entire outer peripheral surface of the filter while the filter surface is sequentially washed with the washing water. There is also an advantage in that the rotation speed can be set and changed arbitrarily.
  • the motor 100 is covered and accommodated by a motor cover 102, and is driven by electric power from a drive control unit (not shown).
  • the number of rotations of the motor 100 may be constant, or may be arbitrarily determined artificially, but is more preferably controlled according to the state of filtration.
  • the filtrate water detection unit includes a filtrate water flow rate detection unit, a filtrate water pressure detection unit, and a turbidity detection unit.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating a typical configuration of a pleated filter suitably used in the present invention.
  • This filter has a so-called pleated shape obtained by alternately folding a band-like planar base material in a mountain-and-valley shape, and is further formed by joining them in a cylindrical shape.
  • water to be treated is supplied from the outside of the cylinder of the cylindrical pleated filter 10, and the liquid filtered by the filter 1 is discharged from the inside of the cylinder.
  • a porous resin sheet is used for the filter substrate.
  • a porous structure such as a stretched porous body, a phase-separated porous body, or a nonwoven fabric made of polyester, nylon, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), or the like is used. Is done.
  • a non-woven fabric made of polyester such as polyethylene terephthalate is particularly preferably used because a high flow rate treatment is performed.
  • the outer diameter of the pleat filter is 700 mm
  • the axial length is 320 mm
  • the height as an effective area is 280 mm
  • the pleat depth is 70 mm
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration example of a ballast water treatment apparatus according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross section along AA in FIG.
  • the difference from FIG. 1 is the configuration of the water nozzle to be treated. 4 and 5, the water to be treated nozzle 90 extends from the water passage 9 to be treated and has a nozzle port 91 inside the case 3.
  • the nozzle port 91 faces the direction along the circumferential direction of the filter 1.
  • the to-be-processed water nozzle port 91 in FIG. 1 differs in that it is generally oriented in the axial direction of the filter.
  • the treated water nozzle is provided separately from the washing water nozzle, and the outflow of the treated water from the treated water nozzle itself is not expected to have a filter cleaning effect. For this reason, it is possible to orient the to-be-processed water nozzle to arbitrary directions, and it is also possible to control the flow volume arbitrarily.
  • the nozzle port 91 of the water to be treated nozzle 90 is provided so that the outflow direction of the water to be treated does not intersect with the outer peripheral surface of the filter 1, the cleaning effect and the flow rate of the water to be treated are completely reduced. It can be handled separately, and since the outflow of the water to be treated does not affect the rotation of the filter or the like, it is preferable in that any operation control can be realized.
  • FIG. 6 includes a plurality of filters, and the plurality of filters are configured to be arranged so that their axes coincide with each other.
  • the number of filters is two, and the case is common.
  • a configuration in which the case is divided into a plurality of cases is also possible.
  • the cylindrical filter 1a and the filter 1b are arranged so as to surround a common axis (not shown) serving as a rotation center, and freely rotate around the central pipe 4a and the central pipe 4b arranged at the respective centers. It is attached so that it can.
  • the pleated filter is illustrated as a filter like FIG.
  • the upper and lower surfaces of the filter are closed watertight.
  • the rotatable mounting structure also needs to be a watertight structure, but a known structure is used without any particular limitation.
  • Case 3 is provided so as to cover the entire plurality of filters.
  • the case 3 includes an outer cylinder portion 31, a lid portion 32, and a bottom portion 33, and the discharge passage 8 is provided in the bottom portion 33.
  • a treated water flow path 9 and a treated water nozzle 90 are provided.
  • the treated water nozzle 90 extends from the treated water flow path 9 so that the nozzle port 91 is provided in the case 3, and the treated water flows out from the nozzle port 91 and flows into the filter external region. ing.
  • ⁇ A part of the treated water is filtered by the filter, and the filtered water permeates inside the filter cylinder.
  • the untreated water to be treated and the suspended matter settled in the case are sequentially discharged from the discharge channel 8 at the bottom of the case.
  • a valve or the like is not shown in the discharge flow path, but equipment necessary for maintenance and flow rate adjustment can be provided.
  • the filtered water filtered by the filter 1 is guided to the filtered water flow paths 7a and 7b through water intake holes provided in the central pipes 4a and 4b inside the filter, and flows out of the case.
  • the nozzle port 91 of the water to be treated nozzle 90 is provided so that the outflow direction of the water to be treated does not intersect with the outer peripheral surface of the filter. We do not expect the cleaning effect of direct contact.
  • the cleaning nozzles 2a and 2b are individually provided corresponding to the filters 1a and 1b.
  • the cleaning nozzles 2a and 2b are provided so as to penetrate the outer cylinder portion 31 of the case 3, and are attached with the nozzle ports facing the filter surface.
  • the water to be treated that has not been filtered is taken from a water intake pipe 61 provided in a part of the case 3 and used as washing water.
  • the washing water is supplied to the washing water channel 6 via the circulation channel 62 by the pump 63.
  • a flow meter 64 is provided in the middle of the piping and may be used for controlling the flow rate by the pump 63.
  • the cleaning water flow path 6 is connected to each of the cleaning nozzles 2 a and 2 b provided through the case outer cylinder portion 31.
  • Each of the cleaning water nozzles is provided in a direction in which the outflow direction of the cleaning water is substantially perpendicular to the cylindrical surface of the filter, and the cleaning water is ejected from the nozzle port toward the outer peripheral surface of the filter. The cleaning of the filter is performed by vigorously contacting the cleaning water with the outer peripheral surface of the filter.
  • Both the filters 1a and 1b are configured to be rotated by a motor 100. That is, the shaft 101 of the motor 100 is provided coaxially with the filter center axis, and the filter is rotated by the rotation of the motor. By rotating with a motor, filtration can be continued on the entire outer peripheral surface of the filter while the filter surface is sequentially washed with washing water. There is also an advantage in that the rotation speed can be set and changed arbitrarily.
  • the motor 100 is covered and accommodated by a motor cover 102, and is driven by electric power from a drive control unit (not shown).
  • the central pipe and the filtrate flow path are individually provided for each filter, but can be a common pipe. Any variation in which the cleaning water flow path 6 is individually provided or the cleaning water nozzle is integrally formed is included in the scope of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example in which the nozzle port of the washing water nozzle is a long opening as the marine ballast water treatment apparatus according to the present invention.
  • the nozzle opening is a rectangular opening, that is, a substantially rectangular shape having a short side length of a and a long side length of b.
  • the long side length is not particularly limited, but in order to effectively supply the water to be treated to the entire pleated filter, it is preferably approximately equal to ( ⁇ 10% or less) or more than the axial length of the pleated filter. A preferred aspect of the short side length will be described with reference to FIG. FIG.
  • the short side length is preferably 3 times or less (p ⁇ 3a), more preferably 2 times or less, more preferably p ⁇ a, in relation to the ridges and valleys of the pleated filter.
  • the opening is not rectangular but has a rounded corner shape or an overall shape like an ellipse
  • the long side length is the maximum length in the filter axis direction
  • the short side length is The maximum opening width in the direction perpendicular to the long side.

Abstract

軸線を囲むように円筒配置されたフィルターと、フィルターを囲むように設けられた外筒部を有するケースと、フィルターを軸線を中心に回転させる回転機構と、フィルターの外周面と外筒部により形成されたフィルター外部領域に被処理水を流出する被処理水ノズルと、フィルターの外周面に向けて洗浄水を流出する洗浄水ノズルと、フィルターを透過した濾過水をフィルターの内部領域からケースの外部へ導出する濾過水流路と、フィルターを透過していない排出水をフィルター外部領域からケースの外部へ排出する排出流路とを備えたバラスト水の処理装置とした。

Description

バラスト水の処理装置およびバラスト水の処理方法
　本発明は、オイルタンカー等の船舶に航行時の安定のために貯留されるバラスト水の処理システムに関するものである。本発明は特に船上に搭載され海水からの微生物除去に用いられる船舶用バラスト水の処理装置に関するものである。
　近年、船舶に積載するバラスト水の処理が問題となっている。バラスト水は空荷状態でも安全に航行するために船舶に積載される海水である。バラスト水は出港時に付近の海域から取水し、入港時の積荷の積載時に海洋へ排水される。このようにバラスト水が取水した海域と異なる海域に排水されると、海水中の生物が本来の生息地でない海域に移動させられることとなり、海洋の生態系に大きな影響を及ぼすこととなる。
　このため、バラスト水を浄化処理して微生物を除去あるいは死滅、不活性化する方法が種々検討されている。たとえば特許文献１には海水を加熱して水中生物を殺菌する方法が記載される。特許文献２には蒸気を用いる方法や紫外線照射による方法が開示され、その他、電圧印加や衝撃波などの電気的方法や、次亜塩素酸ソーダなどの薬剤を投入する方法等が提案されている。また、前記死滅処理の前段として、あるいは比較的大きな微生物の除去の目的で濾過を用いる方法も検討されており、たとえば特許文献３には濾過膜を用いたバラスト水の製造方法が記載されている。
特許第３６６０９８４号公報 特許第４２６１９５５号公報 特開２００６－７２８号公報
　従来のバラスト水処理はそれぞれに短所を有している。たとえば、加熱による方法では加熱のためのエネルギー確保が課題であり、また微生物等のマイクロフローラの完全な死滅が難しい。電気的手段によるものでは、やはり微生物等のマイクロフローラの完全な死滅が困難であり、多くの電力を要する。薬剤を用いる方法は、高濃度の薬剤を必要とし、その排水の中和等が課題となる。紫外線ランプを用いる方法は比較的有効に用いられるが、微生物等のマイクロフローラの完全な死滅のために多数のランプを必要とし、設置コストの問題がある。濾過膜による方法は、非常に孔径の小さな膜が必要であり、濾過には時間がかかることや目詰まり除去のための洗浄が必要なことから、大量の海水を処理することは実用的ではない。
　このようにバラスト水処理の手法は種々検討されているものの、決定的なものは未だ無く、さらなる機能向上が求められているところである。本発明の目的は、船舶から排出される、あるいは船舶に積み込まれるバラスト水から効率的に濁質や微生物を濾過することが可能で、船舶に搭載可能な船舶用バラスト水の処理装置を提供することにある。
　本願発明者らは、船上に設置でき効率的にバラスト水の浄化処理が行えるバラスト水の処理装置として特に濾過方式による処理装置を開発する中で新たな課題に対応するため本願発明に至った。
　本願発明の１の態様は、軸線を囲むように円筒配置されたフィルターと、前記フィルターを囲むように設けられた外筒部を有するケースと、前記フィルターを前記軸線を中心に回転させる回転機構と、前記フィルターの外周面と前記外筒部により形成されたフィルター外部領域に被処理水を流出する被処理水ノズルと、前記フィルターの外周面に向けて洗浄水を流出する洗浄水ノズルと、前記フィルターを透過した濾過水を前記フィルターの内部領域から前記ケースの外部へ導出する濾過水流路と、前記フィルターを透過していない排出水を前記フィルター外部領域から前記ケースの外部へ排出する排出流路とを備えたバラスト水の処理装置である（請求項１）。
　発明者らは円筒配置されたフィルターの外周面に被処理水を噴出し、円筒内部から濾過水を取り出す方式の処理装置をバラスト水処理の新たな装置として検討している。かかる装置では被処理水の噴出をフィルター外周面に向けて行うことでフィルターの洗浄効果をも発揮しつつ濾過を行うことが特徴とされる。しかし、この構成において連続運転するためには、洗浄のために単位時間当たりに一定量以上の水量を常に被処理水ノズルからフィルター面に噴出することが必要とされる。このため、わずかな処理水量で良い場合などの運転調整を任意に行うことが困難であった。
　本発明の態様では、被処理水を流し込むノズルには洗浄効果を持たせることなく、洗浄効果は別の洗浄水ノズルにより得る。このため、被処理水ノズルからは処理が求められるだけの水量を投入し、フィルター面の洗浄は洗浄水ノズルで行い続けることが可能となる。
　なお、上記態様において、処理の対象となる海水は特に制限されないが、一般的に船舶が停泊する港湾域の海水には、微生物や濁質が含まれており、濁度が１～１００度程度である。問題とされる海水中の微生物として大腸菌、コレラ菌、腸球菌、さらにはミジンコ等のプランクトンやヒトデ、アジア昆布等の幼生等が挙げられる。これらの生物の大きさはほとんどが０．３μｍから数μｍである。ここでのフィルターは、海水中からの濁質除去と共に微生物の除去を目的とするものである。フィルターとしては不織布やポリエステル製などの比較的丈夫なフィルターを用いることができる。除去対象である濁質にはシリカ等の無機質成分などが含まれており、その大きさは様々である。バラスト水としては１０μｍ以上の微生物や濁質を除去することが求められており、これらを効果的に除去できるフィルターであれば材質は特に制限されない。また、膜厚は厚くなるほど濾過流量の低下を招き、薄いと破れやすくなることから、材質にもよるが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。
　回転機構は特に限定されないが、一般的な電気的なモータを用いることができる。その他、水流自身によって回転させることや他の駆動系からの力による回転機構であってもよい。処理流量の確保のため、回転数は２０ｒｐｍ以上１５０ｒｐｍ以下が好ましい。２０ｒｐｍ未満では少なくとも安定して求められる５ｔｏｎ／時間の処理を得ることが困難であり、一方で１５０ｒｐｍを超えると、回転の遠心力の影響に対抗して濾過するために被処理水を過大に大きな圧力で加える必要が生じる。たとえば２０ｔｏｎ／時間の処理量を得るために、より好ましくは３０ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ以下である。
　ここで、前記フィルター外部領域または前記排出流路から洗浄水を取り出す取水流路と、該洗浄水を前記洗浄水ノズルに供給する循環流路とをさらに備えると良い（請求項２）。
　すなわち、洗浄水ノズルには一旦被処理水としてフィルターに供給され、濾過されなかった排出水を循環させて用いることができる。循環流路には循環させるためのポンプが備わっており、被処理水の処理量とは無関係に洗浄水ノズルから洗浄に必要な量の被処理水を洗浄水として噴出することができる。具体的な構成は濾過水量にかかわらず洗浄水として必要な水量を洗浄水ノズルに供給できる構成であれば良く、例えば循環流路にはさらに新たな被処理水等をも加えることも可能である。また、濾過されなかった排出水の一部を被処理水として利用可能となる位置に戻すための流路を別途備えて再度被処理水として利用すること自体は、クロスフローとも呼ばれる技術であり、かかるクロスフローのための流路から洗浄水を取り出すように取水流路を設けても良い。
　前記被処理水ノズルのノズル口は、前記被処理水の流出方向が前記フィルターの外周面と交錯しない方向に設ければ良い（請求項３）。フィルターに向けて洗浄する効果を必要としないからである。フィルターに直接噴出しない任意の方向にノズル口を向けることで、流体抵抗の設計も自由度が増し、任意の被処理水水量で運転させるというシステム設計もさらに容易にできる。
　前記洗浄水ノズルのノズル口は、前記洗浄水の流出方向が前記フィルターの円筒面と略直行する方向に設けられることが好ましい（請求項４）。洗浄効果を高めることができるからである。
　前記フィルターは、円筒半径方向に折り曲げられたプリーツ形状を有するプリーツフィルターであることが好ましい（請求項５）。
　フィルターの有効な濾過面積を広く確保することができるためである。バラスト水の処理装置は船上に搭載されることが多く、狭い設置場所で、例えば毎分数１０リットルから数１００リットルという多くの濾過を行うことが特徴である。そのためには同じ設置面積に対して効率よくフィルターの濾過面積を大きく確保できる構造、装置の小型化が可能な構造が求められる。
　プリーツ形状とは、円筒状に配置されたフィルター面に多数の折り目をつけて山と谷が繰り返す形状としたものをいう。プリーツ形状のプリーツ深さとプリーツ数は、面積増大のためには大きい程好ましい。しかしプリーツ形状のプリーツ深さとプリーツ数は、目詰まりの程度と洗浄の容易さに影響を与え、直径１００～８００ｍｍ程度の円筒フィルターにおいては、プリーツ深さは３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下が好ましく、さらに５０ｍｍ以上がより好ましい。プリーツ数は１００以上５００以下が好ましい。プリーツ深さと数は多いほど面積が増加して好ましいが、プリーツが深くなると洗浄が難しくなり好ましくない。
　前記洗浄水ノズルのノズル口は、前記軸線の方向を長辺方向とする長形開口であることが好ましい（請求項６）。
　フィルターの軸線方向全体に亘って被処理水を流出することが可能となる。これによりフィルター全体を有効に活用することができ、かつ全体の洗浄も効率的に行われる。そのため長形開口の長辺長さはフィルターの軸線方向長さと略等しいとよい。フィルター全面に有効に作用するためである。正確に長さが一致する必要はなく、流出した被処理水がフィルター全面に到達する範囲で構成されていればよい。ここで、長形開口とは長辺と短辺を有する長細い開口を意味する。代表的には略長方形の矩形開口であり、短径側が円弧をなすトラック様の形状や楕円形状なども含まれる。
　フィルターがプリーツ形状でノズル口が長形開口の場合、開口の短辺長さがプリーツフィルターのプリーツ間隔の３倍未満であることが好ましい。プリーツ間隔とは円筒外側に向かう山部の隣接する頂点の間隔長さをいい、各頂点間隔の平均値である。すなわち、プリーツが等間隔で製造されている場合において山部の円周長を山の数で割った値となる。ノズルの開口の短辺長さがプリーツ間隔の３倍になると、水流によるフィルターの洗浄効果が十分に得られない。また、好ましくは開口の短辺長さはプリーツ間隔の１／２以上である。開口の短辺長さを１／２未満まで細めると、相対的に被処理水の供給圧力が大きくなり、または同一圧力では供給水量が少なくなり、結果として大きなポンプを使用しなければならない、消費電力が増える等の不利益が生じるからである。さらに好ましくは開口の短辺長さはプリーツ開口未満の場合よりもプリーツ開口以上の場合の方が、フィルターの洗浄効果が高い。特に長形開口の場合には効果的である。
　前記フィルターを複数備え、該複数のフィルターは、軸線が一致するように配置されているとさらに良い（請求項７）。
　船上への装置の設置には設置面積の制約が大きく、一般に地上におかれる水処理設備に対して設置面積の極小化が求められる。複数のフィルターを用いることにより濾過面積を多く確保することができる。円筒状の複数のフィルターを同軸に多段縦型配置することによって、同じ設置面積においてフィルターの有効濾過面積を段数分だけ多くすることができる。また、同軸配置された複数のフィルターを、回転機構として同じモータの回転軸に連結することで回転機構の数や設置場所をも節約することができ、装置全体の構成を簡単にしつつ大きな濾過面積の確保が可能とできる。
　本発明はこのように、上述のバラスト水の処理装置を用いてバラスト水の濾過を行う、バラスト水の処理方法をも提供する（請求項８）。
　以上の発明によれば、船舶から排出される、あるいは船舶に積み込まれるバラスト水から効率的に濁質や微生物を濾過することが可能で、船舶に搭載可能な船舶用バラスト水の処理装置を提供することができる。
本発明によるバラスト水の処理装置の構成を示すために装置の縦断面を模式的に示す図である。 図１のＡ－Ａ断面を示す図である。 本発明に用いられるプリーツフィルターの構造を示す斜視模式図である。 本発明の別な態様であるバラスト水の処理装置の構成を示すために装置の縦断面を模式的に示す図である。 図４のＡ－Ａ断面を示す図である。 本発明のさらに別な態様であるバラスト水の処理装置の構成を示すために装置の縦断面を模式的に示す図である。 洗浄水ノズルのノズル口として矩形開口の構成例を示す図である。 フィルターのプリーツ形状と洗浄水ノズルとの寸法関係を説明する図である。
１，１ａ，１ｂ　フィルター
２，２ａ，２ｂ　洗浄用ノズル
２１　ノズル口
３　ケース
３１　外筒部
３２　蓋部
３３　底部
４，４ａ、４ｂ　中心配管
６　洗浄水流路
６１　取水配管
６２　循環流路
６３　ポンプ
６４　流量計
７，７ａ、７ｂ　濾過水流路
８　排出流路
９　被処理水流路
９０　被処理水ノズル
９１　ノズル口
１００　モータ
１０１　軸
１０２　モータカバー
　本発明にかかる船舶用バラスト水の処理装置の構成を図面を参照して説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一または相応する要素を示すものとする。本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　図１は、本発明による船舶用バラスト水の処理装置の一例を示す図であり、装置縦断面を模式的に示している。また、図２は図１におけるＡ－Ａ横断面を示す図である。円筒形状のフィルター１は回転中心となる軸線Ｃを囲むように配置されており、中心に配置された中心配管４（配管は回転しない）の周囲を自在に回転できるよう取り付けられている。図１ではフィルター１として円筒の半径方向に山谷を繰り返すように折り目が付けられたプリーツフィルターを示している。フィルターの上下面は水密に塞がれている。回転自在な取り付け構造は、同じく水密構造とする必要があるが、特に限定されることなく既知の構造が用いられる。フィルター全体を覆うようにケース３が設けられる。ケース３は外筒部３１、蓋部３２、底部３３で構成され、底部３３には排出流路８が設けられる。ケース３内に被処理水としての海水を導入するために、被処理水流路９と被処理水ノズル９０が設けられている。被処理水ノズル９０は、そのノズル口９１をケース３内に備えるように被処理水流路９から延設され、被処理水がノズル口９１から流出し、フィルター外部領域に流入するように構成されている。
　被処理水の一部はフィルターによって濾過され、濾過水がフィルターの円筒内部に透過する。なお、図はケース内の構造をわかりやすくするために各部材を模式的に描いており、実際の寸法や細部構造は処理水量等の要求性能に応じて設計される。濾過されない被処理水および、ケース内に沈殿した濁質分は、ケース底部の排出流路８から順次排出される。このように濁質分や残った被処理水が連続的に常に排出されつつ濾過が進行される点もこの装置の特徴であり、バラスト水に求められる１０～２０ｔｏｎ／時間、さらには１００ｔｏｎ／時間を超える処理量を確保するために有用である。なお、図では排出流路にバルブなどを記載していないが、保守用や流量調節用に必要な機器を設けることができる。一方、フィルター１により濾過された濾過水はフィルター内部にて中心配管４に設けられた取水穴を通して濾過水流路７に導かれ、ケース外部に流出される。
　以上の動作において、フィルター１の外周面には濁質が付着し、長期間の運転のためにはフィルターの交換や洗浄が必要となる。ここで、本構成においては、被処理水ノズル９０ではノズル口９１が、被処理水の流出方向がフィルターの外周面と交錯しない方向となるように設けられているため、流入した被処理水がフィルター表面に直接勢いよく接することによる洗浄効果は期待しない。そこで、本構成では洗浄用ノズル２を別に設けている。洗浄用ノズル２は、ケース３の外筒部３１を貫通するように設けられ、そのノズル口２１をフィルター面に向けて取り付けている。図１を参照して説明する。ケース３の一部に設けられた取水配管６１から濾過されていない被処理水が取水され洗浄水とされる。洗浄水は、ポンプ６３により循環流路６２を介して洗浄水流路６へと供給される。配管途中には流量計６４が設けられ、ポンプ６３による流量の制御に利用されると良い。洗浄水流路６はケース外筒部３１を貫通して設けられる洗浄水ノズル２へとつながる。
　図２は、図１のＡ－Ａ断面を説明する図である。図２を参照して、ケース外筒部３１の中にはフィルター１としてプリーツフィルターが納められ、その円筒中心には中心配管４がある。外筒部３１を貫通して洗浄水フィルターの外周面に向けて、洗浄用ノズル２が設けられている。本例では、洗浄用ノズル２は、洗浄水の流出方向がフィルター１の円筒面と略直行する方向に設けられている。すなわち、ノズルの方向は円筒中心を向いている。ノズル口２１から洗浄水がフィルター１の外周面に向けて噴出される。洗浄水はフィルター外周面に勢いよく接することで、フィルター１の洗浄が行われる。
　以上の構成において、フィルター１はモータ１００によって回転するように構成されている。すなわち、モータ１００の軸１０１はフィルター中心軸Ｃと同軸になるようにモータ１００が設けられており、フィルター１を強制的に回転させる構成としている。モータ１００により回転させることで、フィルター面が順次洗浄水により洗浄されつつ、フィルター外周面全体で濾過を継続することができる。回転速度を任意に設定、変更できる点でもメリットがある。モータ１００はモータカバー１０２で覆われて収納され、駆動制御部（図示せず）からの電力により駆動される。モータ１００の回転数は一定でも良いし、人為的に任意に定めることも可能であるが、濾過の状態に応じて制御するとより好ましい。濾過水の状態や流量などを検出する検出部を設け、検出情報に応じて回転数を変化させるように制御を行うと良い。濾過水の検出部としては、具体的には、濾過水流量検出部、濾過水圧力検出部や、濁度検出部等が挙げられる。
　図３は、本発明に好適に用いられるプリーツフィルターの代表的構成を説明する斜視模式図である。このフィルターは帯状の平面基材を山谷交互に折りたたむことで、いわゆるプリーツ形状とし、さらに円筒状につなぎ合わせて構成されたものである。図３において円筒状プリーツフィルター１０の円筒外側から濾過対象となる被処理水が供給され、フィルター１によって濾過された液が円筒内側から排出される。
　フィルターの基材には多孔質樹脂シートが用いられる。材質として例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等からなる延伸多孔質体、相分離多孔体、不織布等の多孔質構造物が利用される。バラスト水処理では高流量処理を行うため、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルからなる不織布が特に好適に用いられる。また、寸法例として、１００ｔｏｎ／時間の処理を行うバラスト水の処理装置に用いる例として、プリーツフィルターの外径は７００ｍｍ、軸方向長さ３２０ｍｍ、有効面積としての高さ２８０ｍｍ、プリーツ深さ７０ｍｍ、プリーツ数４２０折、が挙げられる。
　次に図４は、本発明の別な態様であるバラスト水の処理装置の構成例を説明する図、図５は図４のＡ－Ａ断面を示す図である。図１との違いは、被処理水ノズルの構成にある。図４および図５の構成において、被処理水ノズル９０は被処理水流路９から延設しており、ノズル口９１をケース３の内部に有する。本構成では、ノズル口９１はフィルター１の円周方向に沿った方向を向いている。図１での被処理水ノズル口９１はフィルターの概ね軸方向を向いている点で異なる。これらのように、被処理水ノズルは洗浄水ノズルとは別に設けられており、被処理水ノズルからの被処理水の流出そのものにはフィルターの洗浄効果を期待していない。このため、被処理水ノズルを任意の方向に向けることが可能であり、その流量も任意に制御することが可能である。特に、被処理水ノズル９０のノズル口９１が、被処理水の流出方向がフィルター１の外周面と交錯しない方向となるように設けられていることで、洗浄効果と被処理水の流量を全く別に扱うことができ、また被処理水の流出がフィルターの回転等に影響しないため、任意の運転制御を実現できる点で好ましい。
　本発明のさらに別な態様であるバラスト水の処理装置の構成例を図６を用いて説明する。図６は、フィルターを複数備えており、複数のフィルターは、互いの軸線が一致するように配置されているように構成されたものである。例としてフィルターの数が２つの場合を示しており、ケースを共通としている。ケースを複数に分ける構成も可能である。
　円筒形状のフィルター１ａとフィルター１ｂは回転中心となる共通の軸線（図示せず）を囲むように配置されており、それぞれの中心に配置された中心配管４ａおよび中心配管４ｂの周囲を自在に回転できるよう取り付けられている。図１と同じくフィルターとしてプリーツフィルターを例示している。フィルターの上下面は水密に塞がれている。回転自在な取り付け構造は、同じく水密構造とする必要があるが、特に限定されることなく既知の構造が用いられる。複数のフィルター全体を覆うようにケース３が設けられる。ケース３は外筒部３１、蓋部３２、底部３３で構成され、底部３３には排出流路８が設けられる。ケース３内に被処理水としての海水を導入するために、被処理水流路９と被処理水ノズル９０が設けられている。被処理水ノズル９０は、そのノズル口９１をケース３内に備えるように被処理水流路９から延設され、被処理水がノズル口９１から流出し、フィルター外部領域に流入するように構成されている。
　被処理水の一部はフィルターによって濾過され、濾過水がフィルターの円筒内部に透過する。濾過されない被処理水および、ケース内に沈殿した濁質分は、ケース底部の排出流路８から順次排出される。なお、図では排出流路にバルブなどを記載していないが、保守用や流量調節用に必要な機器を設けることができる。一方、フィルター１により濾過された濾過水はフィルター内部にて中心配管４ａ、４ｂに設けられた取水穴を通して濾過水流路７ａ、７ｂに導かれ、ケース外部に流出される。
　本構成においては、被処理水ノズル９０ではノズル口９１が、被処理水の流出方向がフィルターの外周面と交錯しない方向となるように設けられているため、流入した被処理水がフィルター表面に直接勢いよく接することによる洗浄効果は期待しない。本構成では洗浄用ノズル２ａ，２ｂを各フィルター１ａ，１ｂに対応して個別に設けている。洗浄用ノズル２ａ，２ｂは、ケース３の外筒部３１を貫通するように設けられ、そのノズル口をフィルター面に向けて取り付けている。ここで、ケース３の一部に設けられた取水配管６１から濾過されていない被処理水が取水され洗浄水とされる。洗浄水は、ポンプ６３により循環流路６２を介して洗浄水流路６へと供給される。配管途中には流量計６４が設けられ、ポンプ６３による流量の制御に利用されると良い。洗浄水流路６はケース外筒部３１を貫通して設けられる洗浄用ノズル２ａ，２ｂの各々へとつながる。洗浄水ノズルはそれぞれが、洗浄水の流出方向がフィルターの円筒面と略直行する方向に設けられており、ノズル口から洗浄水がフィルターの外周面に向けて噴出される。洗浄水がフィルター外周面に勢いよく接することで、フィルターの洗浄が行われる。
　フィルター１ａ，１ｂは共にモータ１００によって回転するように構成されている。すなわち、モータ１００の軸１０１はフィルター中心軸と同軸に設けられており、モータの回転によってフィルターが回転させられる。モータにより回転させることで、フィルター面が順次洗浄水により洗浄されつつ、フィルター外周面全体で濾過を継続することができる。回転速度を任意に設定、変更できる点でもメリットがある。モータ１００はモータカバー１０２で覆われて収納され、駆動制御部（図示せず）からの電力により駆動される。
　以上の例では、中心配管および濾過水流路はフィルター毎に個別に設けているが、共通の配管にすることも可能である。また、洗浄水流路６を個別に設けたり、洗浄水ノズルを一体として形成したりするバリエーションはいずれも本発明の範囲に含まれる。
　以下、ノズル口を長形開口とした構成例を説明する。図７は、本発明による船舶用バラスト水の処理装置として洗浄水ノズルのノズル口が長形開口の構成例を示す図である。ノズル口が矩形開口、すなわち、開口部の短辺長さがａ、長辺長さがｂの略長方形を成している。長辺長さは特に限定されないが、プリーツフィルター全体に被処理水を効果的に供給するために、プリーツフィルターの軸方向長さと略等しい（±１０％以内）かそれ以上であることが好ましい。短辺長さについての好ましい態様を図８を参照して説明する。図８はプリーツフィルターとそれに対向して設けられたノズルの開口部の一部を切り出して模式的に示した図である。短辺長さはプリーツフィルターの山谷との関係において、山部の間隔ｐの３倍以下（ｐ＜３ａ）とすることが好ましく、より好ましくは２倍以下、さらに好ましくはｐ＜ａとする方がプリーツフィルターの洗浄効果がより高まる。今回、プリーツ間隔ｐ＝５ｍｍのフィルターに対して、被処理水ノズル開口の短辺長さａを変えて洗浄効果を確認したところ、ａ＝１５ｍｍでは洗浄が不十分であり、ａ＝８ｍｍでは非常に効果的に洗浄されており、ａ＝３ｍｍでは実用範囲で効果的な洗浄が得られるものの８ｍｍの場合よりは劣る結果であった。なお、開口が矩形ではなく、丸みを帯びた角部を有した形状や、全体が楕円のような形状の場合には、長辺長さはフィルター軸方向の最大長さとし、短辺長さは長辺に直角な方向の開口部最大幅とする。

Claims (8)

  1. 　軸線を囲むように円筒配置されたフィルターと、
    前記フィルターを囲むように設けられた外筒部を有するケースと、
    前記フィルターを前記軸線を中心に回転させる回転機構と、
    前記フィルターの外周面と前記外筒部により形成されたフィルター外部領域に被処理水を流出する被処理水ノズルと、
    前記フィルターの外周面に向けて洗浄水を流出する洗浄水ノズルと、
    前記フィルターを透過した濾過水を前記フィルターの内部領域から前記ケースの外部へ導出する濾過水流路と、
    前記フィルターを透過していない排出水を前記フィルター外部領域から前記ケースの外部へ排出する排出流路と、
    を備えたバラスト水の処理装置。
  2. 　前記フィルター外部領域または前記排出流路から洗浄水を取り出す取水流路と、該洗浄水を前記洗浄水ノズルに供給する循環流路とをさらに備えた、請求項１に記載のバラスト水の処理装置。
  3. 　前記被処理水ノズルのノズル口は、前記被処理水の流出方向が前記フィルターの外周面と交錯しない方向に設けられている、請求項１または２に記載のバラスト水の処理装置。
  4. 　前記洗浄水ノズルのノズル口は、前記洗浄水の流出方向が前記フィルターの円筒面と略直行する方向に設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバラスト水の処理装置。
  5. 　前記フィルターは、円筒半径方向に折り曲げられたプリーツ形状を有するプリーツフィルターである、請求項１～４のいずれか１項に記載のバラスト水の処理装置。
  6. 　前記洗浄水ノズルのノズル口は、前記軸線の方向を長辺方向とする長形開口である、請求項１～５のいずれか１項に記載のバラスト水の処理装置。
  7. 　前記フィルターを複数備え、該複数のフィルターは、軸線が一致するように配置されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のバラスト水の処理装置。
  8. 　請求項１～７に記載のバラスト水の処理装置を用いてバラスト水の濾過を行う、バラスト水の処理方法。
PCT/JP2012/068558 2011-08-30 2012-07-23 バラスト水の処理装置およびバラスト水の処理方法 WO2013031425A1 (ja)

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