WO2013190600A1 - バラスト水処理装置およびその運転方法 - Google Patents

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water
water intake
treatment
ballast
taken
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成興 中村
泉屋　宏一
祥文 植島
公 山崎
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アタカ大機株式会社
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2103/008—Originating from marine vessels, ships and boats, e.g. bilge water or ballast water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/40—Liquid flow rate

Definitions

  • the present invention relates to a ballast water treatment apparatus and a method of operating the same, which electrolyzes water taken as ballast water in a ship to produce total residual oxidant and kills pests in the ballast water by its oxidation action.
  • ballast water In ships such as tankers, when navigating to the loading port after unloading crude oil, etc. at the unloading port, water called ballast water is stored in a predetermined tank to maintain the balance of the vessel. Yes. Ballast water in this tank (so-called ballast tank) is usually pumped up and stored when unloading at the unloading port and discharged when loading at the loading port.
  • Ballast water taken at the unloading port may contain microbes such as toxic microalgae, plankton, bacteria such as cholera and Escherichia coli (hereinafter referred to as “pests”).
  • pests When released, pests will contaminate the sea near the loading port.
  • pests especially minute ones can grow in the sea area near the loading port depending on the environmental conditions, and cause great damage such as killing the creatures that originally live in the sea area.
  • ballast water treatment devices have been proposed in order to prevent water pollution at the loading port due to such ballast water, and as one of them, the total residual oxidant (hereinafter “TRO”) is electrolyzed by ballast water. It is known that it produces Total Residual Oxidants) and kills pests in ballast water through its oxidation.
  • TRO total residual oxidant
  • ballast water treatment system using electrolysis a paper “Electrolytic Treatment of the” published by Dailian Maritime University et al. In 2nd International Conference and Exibition on Ballast Water Management held in Singapore on May 19-21, 2004 In “Ships' Ballast ⁇ Water”, when taking in ballast water while electrolyzing, the algae in the ballast water can be completely killed by setting the initial residual salinity to 5 ppm. It has been reported that it was completely killed after 72 hours.
  • Non-Patent Document 1 in a ballast water treatment system that performs filter filtration and electrolysis treatment in combination with ballast water, the residual salinity concentration generated by electrolysis is set to 3 ppm, whereby phytoplankton in the ballast water is reduced. Five days later, it was reported that it was completely killed.
  • ballast water is subjected to a treatment for removing or killing relatively large pests by physical and mechanical treatment in combination with an electrolysis treatment, so that a synergistic effect of both treatments can be obtained. Ballast water treatment systems have been proposed.
  • ballast water treatment system that treats ballast water by electrolysis
  • the ship can spill water with low salinity at the unloading port in freshwater or brackish waters, for example, when a ship runs through a large river or enters a freshwater area such as a lake. If it is taken in as ballast water, the electrical resistance of the liquid to be treated increases, and the voltage required to generate TRO having a predetermined concentration increases, resulting in an increase in power consumption. .
  • Patent Document 2 sodium chloride or high-concentration seawater having a salt concentration of a certain amount or more is prepared in advance as an electrolysis promoter, and electrolysis is performed on water having a low salt concentration.
  • a ballast water treatment apparatus has been proposed in which the prepared electrolytic accelerator is injected to increase the salt concentration during the electrolytic treatment of the liquid to be treated.
  • the present invention provides a ballast while suppressing an increase in power consumption without separately preparing an electrolysis promoter or the like even when water having a low salinity concentration is taken in as ballast water.
  • An object of the present invention is to provide a ballast water treatment apparatus capable of sufficiently reducing and removing pests contained in water and an operation method thereof.
  • the ballast water treatment apparatus of the present invention electrolyzes at least a part of the ballast tank of a ship that stores water, a water intake apparatus that takes in water from the outside of the ship toward the ballast tank, and the water taken in by the water intake apparatus.
  • the operation of the water intake device is controlled so as to take in a predetermined amount of water whose salinity concentration is less than the first reference value, and as the additional water intake treatment, the salinity concentration is equal to or higher than the second reference value.
  • Control means for controlling the operation of the water intake device so as to take in a predetermined amount of water, and for controlling the operation of the electrolysis device so as to electrolyze the water taken in by the water intake device at least during the additional water intake treatment It is characterized by comprising.
  • the control means controls the operation of the water intake device so that the flow rate of water taken in in the additional water intake treatment is 10% or more and 20% or less of the flow rate of water taken in in the main water intake treatment. It may be.
  • the water intake device is provided on the water intake flow channel, a water intake channel for introducing water from the outside of the ship to the ballast tank, a first pump means provided on the water intake channel, and the water intake channel.
  • Second pump means having a rated flow rate of 10% or more and 20% or less of the rated flow rate of the first pump means, so that the first pump means and the second pump means can be selectively operated.
  • the control means controls the operation of the first pump means during the main water intake treatment to take in water, and during the additional water intake treatment, the control means operates the second pump means. It may be configured to control water and take in water.
  • the flow rate refers to the amount of fluid transported per unit time
  • the rated flow rate refers to the maximum pump capacity that can be transported by the pump in the entire pump head determined based on the suction pressure of the pump and the pressure loss of the pipeline. Refers to the flow rate.
  • Each of the first pump means and the second pump means may be constituted by one pump, or may be constituted by a plurality of pumps.
  • the water intake device may be composed of two pump means, the first pump means and the second pump means as described above, but the flow rate is variable, and the maximum value of the variable range is It may be composed of one pump means that is 5 to 10 times or more the minimum value.
  • water may be taken in while electrolyzing during main water treatment, but water may be taken in without electrolysis.
  • the control means sets the electrolyzer to a predetermined upper limit value so as to electrolyze the water taken in by the water intake device during the main water intake treatment. It is good to operate with the following power supply voltage.
  • Specific methods for operating the electrolyzer with a power supply voltage that is less than or equal to a predetermined upper limit include a method of operating the electrolyzer at a constant voltage with a predetermined voltage value that is less than or equal to the upper limit, and electrolysis with a predetermined current value. If the voltage value required for the operation does not exceed the upper limit even when the apparatus is operated, there is a method of operating the electrolyzer at a constant current with the predetermined current value.
  • the first reference value is 10 PSU
  • the predetermined upper limit value is a power supply voltage necessary for electrolyzing water having a salinity of 10 PSU by the electrolyzer to generate a total residual oxidant having a predetermined concentration.
  • the predetermined concentration refers to the concentration of the total residual oxidant required for sufficiently reducing and removing the pests contained in the ballast water, and is usually a value of 5 ppm to 12 ppm. This value is determined by the temperature and salinity of the water area from which the ballast water is taken.
  • this concentration is referred to as “required concentration of TRO”.
  • the electrolyzer may have a maximum operable voltage value equal to or less than the predetermined upper limit value.
  • the ballast water treatment apparatus includes a measurement unit that measures the salinity concentration of water around the ship, and the control unit has a salinity concentration measured by the measurement unit equal to or greater than the second reference value.
  • additional water intake treatment may be started.
  • the control means controls the operation of the water intake device so as to take in an amount of water smaller than the required total amount of ballast water in the main water intake treatment, and takes in an amount of water that is at least less than the required total amount in the additional water intake treatment.
  • the operation of the water intake means may be controlled.
  • ballast water is to change the draft and trim of the ship, ensure proper propeller efficiency and steering efficiency even in operation in the open sea that is easily affected by waves, as well as recoverability and stress load applied to the hull.
  • ballast tank capacity for crude oil tankers For example, 75% to 100% of the ballast tank capacity for crude oil tankers, 50% to 100% of the ballast tank capacity for bulk carriers, 80% to 100% of the ballast tank capacity for chip-only ships, and ballast for LPG ships 60% to 80% of the tank capacity, LNG ships 75% to 90% of the ballast tank capacity, automobile ships 22% to 90% of the ballast tank capacity, and container ships 17% to 67% of the ballast tank capacity
  • the value is in the following range.
  • the ballast water treatment apparatus of the present invention includes a discharge device that discharges water from the ballast tank to the outside of the ship, and the control means discharges a predetermined amount of water from the ballast tank between the main water intake treatment and the additional water intake treatment.
  • the operation of the drainage device may be controlled so as to be discharged out of the ship, and in the additional water intake treatment, the operation of the water intake device may be controlled so as to take in an amount of water that is at least insufficient for the required total amount of ballast water.
  • the ballast tank has a structure capable of discharging overflowed water, and the control means takes in at least the necessary total amount of ballast water in the main water intake treatment.
  • the operation of the water intake apparatus may be controlled by controlling the operation of the water intake apparatus to further take in water in the additional water intake treatment.
  • the operation method of the ballast water treatment apparatus includes a ballast tank for a ship that stores water, a water intake apparatus that takes water from the outside of the ship toward the ballast tank, and at least a part of the water taken in by the water intake apparatus.
  • An operation method of a ballast water treatment apparatus comprising a main water intake step of operating a water intake apparatus to take in a predetermined amount of water having a salinity concentration less than a first reference value, and a water intake apparatus. And an additional water intake step that takes in a predetermined amount of water whose salinity is equal to or higher than the second reference value.
  • the electrolysis device is operated to electrically discharge the water taken in by the water intake device. It is characterized by decomposing.
  • the operation method of the ballast water treatment device of the present invention controls the operation of the water intake device so that the flow rate of water taken in the additional water intake step is 10% or more and 20% or less of the flow rate of water taken in the main water intake step. There may be.
  • the operation method of the ballast water treatment apparatus of the present invention described above is to electrolyze the water taken in by the water intake apparatus by operating the electrolysis apparatus at a power supply voltage below a predetermined upper limit value in the main water intake step. May be.
  • a ballast tank of a ship that stores water, a water intake device that takes in water from the outside of the ship toward the ballast tank, and at least a part of the water taken in by the water intake device are electrically
  • the operation of the water intake device is controlled so that a predetermined amount of water having a salinity concentration less than the first reference value is taken in as an electrolysis device for decomposition and main intake water treatment, and the salt concentration is a second reference value as additional water intake treatment.
  • the operation of the water intake device is controlled so that a predetermined amount of water exceeding the value is taken in, and the operation of the electrolysis device is controlled so as to electrolyze the water taken in by the water intake device at least during the additional water intake treatment.
  • TRO can be efficiently generated and replenished in additional water intake treatment involving electrolysis performed in high salinity water areas where electrolysis can be performed efficiently. Even if the main water intake treatment is performed in a low salinity water area, only the TRO that can be replenished by the additional water intake treatment can reduce the amount of TRO to be generated in the main water intake treatment, and the low salinity water area The inefficient electrolysis process at can be reduced or avoided. Thereby, the pest contained in the ballast water can be sufficiently reduced and removed while suppressing an increase in power consumption.
  • Example 1 the water intake amount (m3) at the time of main water intake, the water intake flow rate (m3 / h) at the additional water intake treatment, and its intake Conditions such as the amount (m3) are varied.
  • the total power consumption is 7679 kWh
  • the total power consumption is 615 to 854 kW
  • the treatment is performed only by the main water intake treatment.
  • Examples 1 to 9 in which additional water intake with electrolysis is performed in the water area where the salinity concentration is equal to or higher than the reference value in addition to the main water intake treatment, an effect of reducing power consumption can be obtained. Is clear.
  • the control means controls the operation of the water intake device so that the flow rate of water taken in in the additional water intake treatment is 10% or more and 20% or less of the flow rate of water taken in in the main water intake treatment.
  • the control means controls the operation of the water intake device so that the flow rate of water taken in in the additional water intake treatment is 10% or more and 20% or less of the flow rate of water taken in in the main water intake treatment.
  • the concentration of TRO that can be generated and replenished in the treatment is reduced by reducing the flow rate (m3 / h) of the water taken in. It becomes possible to make it higher. However, if the concentration of TRO becomes excessively high, the pipe connecting the electrolyzer and the ballast tank may be corroded. Therefore, the flow rate of water taken in the additional water intake treatment is 10% of the flow rate of water taken in the main water intake treatment. The above is preferable.
  • the water intake device is provided on the water intake passage, a water intake passage for guiding water from outside the ship to the ballast tank, a first pump means provided on the water intake passage, and the water intake passage.
  • Second pump means having a rated flow rate of 10% or more and 20% or less of the rated flow rate of the first pump means, so that the first pump means and the second pump means can be selectively operated.
  • the control means controls the operation of the first pump means with a relatively high rated flow rate to take in water, and the flow rate is
  • the main water intake treatment and the additional water intake are performed when the operation of the second pump means having a relatively small rated flow rate is controlled to take in water.
  • the control means operates the electrolysis apparatus at a power supply voltage equal to or lower than a predetermined upper limit value so as to electrolyze the water taken in by the water intake apparatus during the main water intake treatment. If the main water intake treatment is to be performed in a low salinity water area, the electrolysis process in the main water intake treatment is limited to a predetermined range, and the power consumption is predetermined. It is possible to prevent an increase beyond the value.
  • a ship's ballast tank for storing water for storing water
  • a water intake apparatus for taking water from the outside of the ship toward the ballast tank, and at least a part of the water taken in by the water intake apparatus
  • a ballast water treatment device comprising an electrolyzer for electrolysis
  • a water intake device is operated, a main water intake step for taking in a predetermined amount of water whose salinity is less than a first reference value, and a water intake device are operated.
  • An additional water intake step for taking in a predetermined amount of water having a salt concentration equal to or higher than the second reference value, and at least during the additional water intake step, the electrolyzer is operated to electrolyze the water taken in by the water intake device Can efficiently generate and replenish TRO in additional water treatment with electrolysis performed in high salinity waters where electrolysis can be performed efficiently. Even if it is to be performed in the water area of concentration, only TRO that can be replenished by additional water treatment can reduce the amount of TRO to be generated in the main water treatment, and inefficient electricity in the water area of low salinity Decomposition can be reduced or avoided. Thereby, the pest contained in the ballast water can be sufficiently reduced and removed while suppressing an increase in power consumption.
  • the operation of the water intake device is controlled so that the flow rate of water taken in in the additional water intake step is 10% or more and 20% or less of the flow rate of water taken in in the main water intake step.
  • the additional water intake treatment a high concentration of TRO can be generated and supplemented, and the average concentration of TRO in the entire water in the ballast tank can be increased efficiently.
  • the electrolyzer is operated at a power supply voltage equal to or lower than a predetermined upper limit value in the main water intake step to electrolyze the water taken in by the water intake apparatus.
  • a predetermined upper limit value in the main water intake step to electrolyze the water taken in by the water intake apparatus.
  • the electrolysis process in the main water intake treatment is limited to a predetermined range, and the power consumption increases to a predetermined value or more. Can be prevented.
  • Schematic diagram showing the state of main water treatment Schematic diagram showing the state of additional water treatment
  • Schematic diagram showing how ballast water is drained The figure which shows the variation of the amount of water taken in in each water intake treatment (the 1) The figure which shows the variation of the quantity of water taken in in each water intake treatment (the 2) The figure which shows the variation of the quantity of water taken in in each water intake treatment (the 3)
  • the figure which shows the example of the table used for main water treatment The figure which shows the example of the table used for an additional water intake process (the 1) The figure which shows the example of the table used for an additional water intake process (the 2) The figure which shows the example of the table used for main intake treatment under another condition
  • the figure which shows the example of the table used for an additional water intake process on another conditions (the 1) The figure which shows the example of the table used for an additional water intake process on another conditions (the 2) Diagram for explaining the prior art Diagram for explaining the prior art The figure
  • a ballast water treatment apparatus 1 includes a ballast tank 4 of a ship 2 that stores water, a water intake apparatus 10 that takes water from the outside of the ship toward the ballast tank 4, and a water intake apparatus 10.
  • Electrolyzer 30 that electrolyzes at least a portion of the water taken in, and control means 40 that controls the operation of water intake device 10 and electrolyzer 30.
  • the control means 40 includes a CPU, a memory, and the like, and performs the control by executing a predetermined program stored in the memory by the CPU.
  • the electrolyzer 30 includes an electrolytic cell 30b in which electrodes are disposed, a DC power supply device 30a that supplies a DC current to the electrodes, and the like.
  • the ballast water treatment apparatus 1 is provided with flow paths 5a-5i and valves 15a-15c and 15e-15i for opening and closing the flow paths.
  • the flow paths 5a-5f, 5i constitute water intake flow paths for introducing water taken from outside the ship through the water intake 3 (sea chest) into the ballast tank 4, and the flow paths 5c, 5d, 5f- 5h constitutes a drainage channel for guiding the water in the ballast water tank 4 to the drain port 6 and discharging it.
  • the first pump 11 is provided on the flow path 5c, and the rated flow rate is 10% to 20% of the rated flow rate of the first pump 11 on the flow path 5i.
  • a pump 12 is provided, and the first pump 11 and the second pump 12 are configured to be selectively operable.
  • An electrolysis device 30 is provided on the flow path 5d, and a strainer 20 for filtering water taken in by the first pump 11 or the second pump 12 is provided upstream of the electrolysis device 30.
  • the first pump 11 corresponds to the first pump means of the present invention
  • the second pump 12 corresponds to the second pump means of the present invention.
  • the flow paths 5a-5f, 5i constituting the water intake flow path, the first pump 11 and the second pump 12 constitute the water intake apparatus 10.
  • the intake 3 has a salinity concentration measuring unit 51 (CS) for measuring the salinity of water around the ship
  • the flow channel 5d has a flow rate measuring unit 52 (FI) for measuring the flow rate
  • the flow channel 5f has a flow rate measuring unit 52 (FI).
  • a TRO measurement unit 53 (TRO) that measures the concentration of TRO is provided, and an oxidation-reduction potential measurement unit 54 (ORP) that measures the oxidation-reduction potential is provided in the flow path 5i.
  • TRO TRO measurement unit 53
  • ORP oxidation-reduction potential measurement unit 54
  • the ballast water treatment device 1 uses the valves 15a-15c and 15e provided in the flow paths 5a-5f as shown in FIG. 2 when taking water in the water area of the unloading port, that is, when performing the main water treatment. , 15f are opened and all other valves are closed, and the first pump 11 is operated to take water from the outside of the ship 3 through the water intake port 3.
  • the open valve is indicated by white
  • the closed valve is indicated by black
  • the flow path through which water flows is indicated by a thick flow path.
  • the water taken in by the first pump 11 is sent to the electrolysis apparatus 30 via the flow paths 5a-5d.
  • the electrolyzer 30 electrolyzes the sent water to generate TRO.
  • the water that has passed through the electrolyzer 30 is accommodated in the ballast tank 4 via the intake channels 5e and 5f.
  • the electrolyzer 30 uses a constant current at a current value previously associated with the salinity concentration for water having a salinity concentration equal to or higher than a first reference value (for example, 10 PSU). The operation is performed, and the constant voltage operation is performed at a predetermined voltage value determined in advance for water whose salinity is less than the first reference value.
  • a first reference value for example, 10 PSU
  • the water intake treatment accompanied by electrolysis is continued at a predetermined flow rate for a predetermined time, thereby taking in the necessary total amount of ballast water
  • the concentration is less than the first reference value
  • the water intake treatment with electrolysis for a time shorter than the predetermined time, as shown in the upper diagram of FIG. Take in a small amount of water.
  • the lower figure of FIG. 5 has shown the state by which the required total amount of ballast water is stored in the ballast tank.
  • the required total amount of ballast water is 5000 m 3 and the main water intake treatment is performed by controlling the rotation speed of the first pump 11 so as to take in water at a flow rate of 500 m 3 / h
  • the reference value is 10 PSU and the salinity concentration of the water to be taken in is 10 PSU or more
  • the water intake treatment with electrolysis is continued for 10 hours to take in 5000 m 3 of water that is the necessary total amount of ballast water
  • the concentration is less than 10 PSU, 4250 m 3 of water, which is 85% of the necessary total amount of ballast water, can be taken in by continuing the water intake treatment with electrolysis for 8.5 hours.
  • the first reference value is 10 PSU is illustrated, but the first reference value may be a value not less than 5 PSU and not more than 20 PSU. For example, it may be 5 PSU or 20 PSU. .
  • the salinity concentration measuring unit 51 measures the salinity of water around the ship, and the control means 40 determines whether or not the measured value is equal to or higher than the first reference value.
  • the value is equal to or higher than the first reference value
  • the control means 40 determines whether or not the measured value is equal to or higher than the first reference value.
  • the value is equal to or higher than the first reference value
  • the current value associated with the measured salinity concentration is specified, and the electrolyzer 30 is operated at a constant current with the specified current value.
  • a value of 2100A is associated with 30PSU
  • 2200A is associated with 20PSU
  • 2500A is associated with 10PSU.
  • the current value I associated with each salinity concentration (PSU) can be obtained by the following equation (1).
  • I represents a current value (A)
  • Ci represents a necessary concentration of TRO, that is, a necessary initial concentration of TRO (g / m 3 )
  • q represents a flow rate of the liquid to be treated (m 3 / h)
  • ⁇ c represents current efficiency (%).
  • the necessary concentration Ci of TRO is 5 ppm.
  • Ci Ci ⁇ q ⁇ 1.323 ⁇ ⁇ c (1)
  • the current efficiency ⁇ c is a value determined by the shape of the electrolytic cell, the size of the electrode, and the salinity concentration, and is a value obtained by a test.
  • the necessary concentration Ci of TRO is obtained by the following formula (2).
  • Cd is the decaying TRO concentration (ppm) after t time
  • t is the voyage time (h) to the loading port for discharging the ballast water
  • K is a coefficient.
  • dCd / dt K (Ci-Cd) (2)
  • the electrolyzer is used with a voltage value that is previously associated with the salinity concentration of the first reference value.
  • 30 is operated at a constant voltage.
  • the electrolysis apparatus 30 is operated at a constant voltage with a voltage value of 3.8 V corresponding to the salinity concentration of 10 PSU with reference to a table T1 as shown in FIG. To do.
  • the voltage value of 3.8 V is applied to electrolysis of water having a salinity of 10 PSU, and is a value described as a voltage that generates TRO having a necessary concentration (for example, 5 ppm, usually 5 ppm or more and 12 ppm or less).
  • a voltage that generates TRO having a necessary concentration for example, 5 ppm, usually 5 ppm or more and 12 ppm or less.
  • the average concentration of TRO is 0.5 ppm, which is lower than the required concentration of 5 ppm for TRO. Therefore, in the ballast water treatment apparatus 1 of the present invention, the unloading process described later is performed while unloading at the unloading port and navigating again toward the loading port.
  • the main water intake treatment is performed while unloading the cargo at the unloading port, and then the salinity concentration measuring unit 51 sets the salinity concentration of the water around the ship at a predetermined timing while navigating to the loading port again.
  • the control means 40 determines whether or not the measured value is equal to or greater than a second reference value (for example, 10 PSU), and when it is determined that the measured value is equal to or greater than the second reference value, the additional water intake treatment To start.
  • a second reference value for example, 10 PSU
  • the valves 15a, 15i, 15e, 15f provided in the flow paths 5a, 5i, 5d-5f are opened, and the other valves are all closed.
  • the second pump 12 is operated to take in water from outside the ship through the water intake 3.
  • the second pump 12 has a flow rate of 5% or more and 25% or less, more preferably 10% or more and 20% or less, of the flow rate of water taken in the main water intake treatment, in the flow paths 5a, 5i, 5e, and 5f. It is good to control the rotation speed so that it may become.
  • the rotation speed is controlled so that the first pump 11 takes in water at a flow rate of 500 m 3 / h in the main water treatment
  • water is taken in at 75 m 3 / h, which is 15% of the flow rate.
  • the rotation speed of the second pump 12 can be controlled.
  • the water taken in by the second pump 12 is sent to the electrolyzer 30 via the flow paths 5a, 5i, 5d.
  • the electrolyzer 30 electrolyzes the sent water to generate TRO.
  • the water that has passed through the electrolyzer 30 is accommodated in the ballast tank 4 via the intake channels 5e and 5f.
  • the electrolyzer 30 refers to, for example, a table T2 created and recorded in advance as shown in FIG. 9, and the electrolyzer 30 has a current value 2500A associated with a salt concentration of 10 PSU or more. Is operated at constant current.
  • the average concentration of TRO generated in the electrolyzer 30 is 40 ppm, when the salinity is 20 PSU, 37 ppm, and when the salinity is 10 PSU.
  • the average concentration of TRO in the entire water in the ballast tank is the necessary concentration of TRO required for sufficiently reducing and removing pests contained in the ballast water (this In the embodiment, when the salinity of the water to be taken in is 30 PSU, it is 7.4 hours, when the salinity is 20 PSU, 7.9 hours, and when the salinity is 10 PSU. Will continue the water treatment with electrolysis for 9.2 hours.
  • the water taken in by the additional water intake treatment is added to the water taken in by the main water intake treatment in the ballast tank 4, and as shown in the lower diagram of FIG. A near amount of water is stored.
  • the ballast water treatment apparatus 1 When discharging ballast water in the water area of the loading port, the ballast water treatment apparatus 1 opens the valves 15c, 15f-15h provided in the flow paths 5c, 5d, 5f-5h as shown in FIG. With all other valves closed, the first pump 11 is operated to guide the water in the ballast water tank 4 to the drain 6 and discharge it.
  • the control means 40 controls the operation of the water intake apparatus 10 so as to take in a predetermined amount of water having a salinity concentration less than the first reference value as the main water intake treatment, and the additional water intake treatment As described above, the operation of the water intake device 10 is controlled so that a predetermined amount of water having a salinity concentration equal to or higher than the first reference value is taken in, and at least during the additional water intake treatment, the water taken in by the water intake device 10 is electrolyzed. The operation of the decomposition apparatus 30 is controlled.
  • TRO can be efficiently generated and supplemented in additional water intake treatment involving electrolysis performed in high salinity water areas where electrolysis can be performed efficiently, so main water intake treatment should be performed in low salinity water areas Even in such a case, the amount of TRO to be generated in the main water intake treatment can be reduced only by the TRO that can be replenished by the additional water intake treatment, and the inefficient electrolysis treatment in the low salinity water area can be reduced. It can be avoided. Thereby, the pest contained in the ballast water can be sufficiently reduced and removed while suppressing an increase in power consumption.
  • the operation of the water intake device is controlled so that the flow rate of water taken in in the additional water intake treatment is 10% or more and 20% or less of the flow rate of water taken in in the main water intake treatment, High concentration TRO can be generated and supplemented, and the average concentration of TRO in the entire water in the ballast tank can be increased efficiently.
  • the additional water intake treatment is performed by measuring the salinity concentration of water around the ship by the salinity concentration measuring unit 51 and determining whether or not the measured value is equal to or greater than a predetermined value.
  • the additional water intake treatment is started without measuring the salinity. Also good.
  • an amount of water smaller than the required total amount of ballast water is taken in, and in the additional water intake treatment, an amount of water that is insufficient for the required total amount is taken in.
  • the necessary total amount of ballast water is taken in, and in the additional water intake treatment, a predetermined amount of water is first taken out of the ship from the ballast tank. After discharging, an additional amount of water may be taken in as an additional water intake treatment while electrolyzing.
  • the table T3 in FIG. 10 is referred to instead of the table T2 in FIG.
  • Table T3 when the salinity of the water to be taken in is 30 PSU, 8.6 hours, when the salinity is 20 PSU, 8.8 hours, and when the salinity is 10 PSU For 10 hours, water treatment with electrolysis is continued for 10 hours.
  • the table T6 in FIG. 13 is referred to instead of the table T3 in FIG.
  • the example in which the additional water intake treatment is started when the salt concentration of the water around the ship becomes 10 PSU or more is described, but more preferably 20 PSU or more, and further preferably 30 PSU or more. In such a case, it is recommended that additional water intake treatment be started.
  • the electrolysis apparatus 30 when the electrolysis apparatus 30 is the thing whose maximum operable voltage value is below the said predetermined upper limit, the function required for execution of the electrolysis process by this invention is ensured. However, the equipment cost can be reduced.
  • a filter may be provided on the upstream side of the electrolyzer 30 instead of the strainer 20 or in addition to the strainer 20.

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Abstract

【課題】バラスト水処理装置において、塩分濃度が低い水をバラスト水として取り込むこととなった場合であっても、電力消費量の増加を抑えつつ、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去する。 【解決手段】水を貯留する船のバラストタンクと、船外から前記バラストタンクへ向けて水を取り込む取水装置と、該取水装置により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置と、主取水処理として、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、追加取水処理として、塩分濃度が第２の基準値以上の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、少なくとも前記追加取水処理の際に、前記取水装置により取り込んだ水を電気分解するように電気分解装置の運転を制御する制御手段とを備えたバラスト水処理装置を提供する。

Description

バラスト水処理装置およびその運転方法
　本発明は、船舶において、バラスト水として取り込んだ水を電気分解して総残留オキシダントを生成し、その酸化作用によってバラスト水中の有害生物を殺滅するバラスト水処理装置およびその運転方法に関する。
　タンカー等の船舶においては、荷揚港で積荷の原油等を降ろした後、再度積荷港に向けて航行する際、船舶のバランスを保つため、所定のタンク内にバラスト水と呼ばれる水を貯留している。このタンク（いわゆるバラストタンク）内のバラスト水は、通常、荷揚港で積荷を降ろす際にその水域の水を汲み上げ貯留され、積荷港で積荷を積む際に排出される。
　荷揚港で取水するバラスト水には有毒微細藻類、プランクトン、コレラ菌や大腸菌などの細菌などの微小な生物（以下、「有害生物」という）が混入することがあり、積荷港でバラスト水をそのまま放出すると、有害生物が積荷港付近の海域を汚染することになる。これらの有害生物のうち特に微小な生物は、環境条件によって積荷港付近の海域で増殖し、その海域に本来生息する生物を死滅させるなどの大きな被害をもたらすことがある。
　このようなバラスト水による積荷港での水質汚染を防止するため、種々のバラスト水処理装置が提案されており、その一つとして、バラスト水を電気分解して総残留オキシダント(以下、「ＴＲＯ」という：Total Residual Oxidants)を生成し、その酸化作用によってバラスト水中の有害生物を殺滅するものが知られている。
　この電気分解を用いたバラスト水処理装置については、２００４年５月１９‐２１日にシンガポールにて開催された2nd International Conference and Exibition on Ballast Water Management においてDailian Maritime Universityらが発表した論文“Electrolytic Treatment of Ships' Ballast Water”では、バラスト水を電気分解しながら取り込んだ場合、初期残留塩分濃度を５ｐｐｍとすることでバラスト水中の藻類を完全に殺滅でき、初期残留塩分濃度を４ｐｐｍとした場合は、７２時間後に完全に殺滅できた旨報告されている。
　また、非特許文献１では、バラスト水にフィルターろ過処理と電気分解処理とを複合的に行うバラスト水処理システムにおいて、電気分解により生成する残留塩分濃度を３ｐｐｍとすることでバラスト水中の植物プランクトンを５日後には完全に殺滅できた旨報告されている。また、特許文献１では、バラスト水に、物理・機械的処理によって比較的大型の有害生物を除去あるいは殺滅する処理を電気分解処理と組み合わせて施し、両処理の相乗効果を得られるようにしたバラスト水処理システムが提案されている。
国際公開第２００５／０７７８３３号 特開２００７－２２９５７７号公報 浅野 昌道,藤瀬 和彦,岡田 弘一,"フィルターろ過処理と電解塩素処理による複合処理システム",Journal of the JIME, Vol. 41, No.2,p.69-74,2006
　しかしながら、電気分解によりバラスト水を処理するバラスト水処理装置では、船舶が大河を溯ったり、湖のような淡水域に入るなどして、淡水域又は汽水域の荷揚港で塩分濃度が低い水をバラスト水として取り込むこととなった場合、被処理液の電気抵抗が大きくなり、所定濃度のＴＲＯを生成するのに必要となる電圧が高くなってしまうため、電力消費量が増大するという問題がある。
　たとえば、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去するために必要とされるＴＲＯの濃度が５ｐｐｍである場合、図１４のテーブルＴ７に示すように、塩分濃度が３０ＰＳＵである水に対して５ｐｐｍのＴＲＯを生成するのに必要な電流２１００Ａを流すためには、３．９Ｖの電圧をかける必要があり、消費電力量が１０ｋＷとなるに対して、塩分濃度が０．５ＰＳＵである水に対して同じ濃度のＴＲＯを生成するのに必要な電流３８００Ａを流すためには、３１．５Ｖの電圧をかける必要があり、消費電力量は、塩分濃度が３０ＰＳＵである場合の１３．４倍である１３４ｋＷに増大する。また、必要なＴＲＯの濃度が１２ｐｐｍである場合も同様に、塩分濃度が０．５ＰＳＵである水を電気分解する場合の電力消費量は、図１５のテーブルＴ８に示すように、塩分濃度が３０ＰＳＵである水を電気分解する場合の２４．１倍に増大する。
　これに対し、特許文献２では、塩化ナトリウムあるいは塩分濃度が一定量以上の高濃度の海水等を電解促進剤として予め用意しておき、塩分濃度が低い水に対して電気分解処理を行う際にその用意しておいた電解促進剤を注入することによって、被処理液の電解処理時における塩分濃度を上昇せしめるようにしたバラスト水処理装置が提案されている。
　しかし、このバラスト水処理装置では、塩化ナトリウムあるいは塩分濃度が一定量以上の高濃度の海水等を電解促進剤として予め用意し、船に積み込んでおかなければならないという問題がある。また、電解促進剤を収容しておくためのタンクや、電解促進剤を溶解して注入するための設備が新たに必要となるためコスト高となる。さらに、電解促進剤を余分に積んでおくことは、船の燃費悪化の原因にもなる。
　本発明は、上記事情に鑑み、塩分濃度が低い水をバラスト水として取り込むこととなった場合であっても、電解促進剤等を別途用意することなく、電力消費量の増加を抑えつつ、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去することができるバラスト水処理装置およびその運転方法を提供することを目的とするものである。
　本発明のバラスト水処理装置は、水を貯留する船のバラストタンクと、船外から前記バラストタンクへ向けて水を取り込む取水装置と、該取水装置により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置と、主取水処理として、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、追加取水処理として、塩分濃度が第２の基準値以上の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、少なくとも前記追加取水処理の際に、前記取水装置により取り込んだ水を電気分解するように前記電気分解装置の運転を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
　上記本発明のバラスト水処理装置において、制御手段は、追加取水処理において取り込む水の流量が主取水処理において取り込む水の流量の１０％以上２０％以下となるように取水装置の運転を制御するものであってもよい。
　上記本発明のバラスト水処理装置において、取水装置は、船外からバラストタンクへ水を導きいれるための取水流路と、取水流路上に設けられた第１のポンプ手段と、取水流路上に設けられた、定格流量が第１のポンプ手段の定格流量の１０％以上２０％以下である第２のポンプ手段とを備え、第１のポンプ手段と第２のポンプ手段を選択的に運転可能に構成されてなるものであり、制御手段は、主取水処理の際には、第１のポンプ手段の運転を制御して水を取り込み、追加取水処理の際には、第２のポンプ手段の運転を制御して水を取り込むように構成されてなるものであってもよい。
　ここで、流量とは、単位時間当りの流体の搬送量をいい、定格流量とは、ポンプの吸い込み圧力と管路の圧力損失に基づいて定められたポンプの全揚程におけるポンプが搬送可能な最大流量をいう。
　なお、第１のポンプ手段および第２のポンプ手段のそれぞれは、１つのポンプで構成されるものであってもよいし、複数のポンプから構成されるものであってもよい。
　また、取水装置は、上述のように第１のポンプ手段と第２のポンプ手段の２つのポンプ手段で構成されるものであってもよいが、流量が可変で、その可変範囲の最大値が最小値の５~１０倍以上である１つのポンプ手段で構成されるものであってもよい。
　なお、上記本発明のバラスト水処理装置において、主取水処理の際には、電気分解しながら水を取り込むようにしてもよいが、電気分解無しで水を取り込むようにしてもよい。主取水処理の際に、電気分解しながら水を取り込む場合には、制御手段は、主取水処理の際に、取水装置により取り込んだ水を電気分解するように、電気分解装置を所定の上限値以下の電源電圧で運転するものであるとよい。
　電気分解装置を所定の上限値以下の電源電圧で運転する具体的な方法としては、前記上限値以下の所定の電圧値で電気分解装置を定電圧運転する方法や、所定の電流値で電気分解装置を運転してもその運転に必要となる電圧値が前記上限値を超えない場合、その所定の電流値で電気分解装置を定電流運転する方法等がある。
　このとき、第１の基準値は１０ＰＳＵとし、前記所定の上限値は前記電気分解装置により塩分濃度が１０ＰＳＵである水を電気分解して所定濃度の総残留オキシダントを生成する際に必要な電源電圧値とすることができる。
　ここで、所定濃度は、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去するために必要とされる総残留オキシダントの濃度をいい、通常５ｐｐｍ以上１２ｐｐｍ以下の値となる。この値はバラスト水を取水した水域の温度および塩分濃度等によって定められる。以下、この濃度を「ＴＲＯの必要濃度」という。
　また、電気分解装置は、その運転可能な最大電圧値が前記所定の上限値以下であるものであってもよい。
　また、上記本発明のバラスト水処理装置において、船周辺の水の塩分濃度を測定する測定手段を備え、制御手段が、測定手段により測定された塩分濃度が前記第２の基準値以上である場合に、追加取水処理を開始させるものであってもよい。
　制御手段は、主取水処理において、バラスト水の必要総量よりも少ない量の水を取り込むように取水装置の運転を制御し、追加取水処理において、少なくとも前記必要総量に足りない量の水を取り込むように取水手段の運転を制御するものであってもよい。
　ここで、バラスト水の必要総量は、船舶の喫水、トリムを変化させて、波の影響を受けやすい外海における運行においても適切なプロペラ効率や操舵効率を確保するとともに復元性や船体に加わる応力負荷を所定の範囲内に保つために必要となるバラスト水の適正量をいう。この値は船種および積荷量によって異なり、積荷量が小さくなるほど大きくなる。たとえば、原油タンカーではバラストタンク容量の７５％以上１００％以下、バラ積船ではバラストタンク容量の５０％以上１００％以下、チップ専用船ではバラストタンク容量の８０％以上１００％以下、ＬＰＧ船ではバラストタンク容量の６０％以上８０％以下、ＬＮＧ船はバラストタンク容量の７５％以上９０％以下、自動車船はバラストタンク容量の２２％以上９０％以下、コンテナ船はバラストタンク容量の１７％以上６７％以下の範囲の値となる。
　また、上記本発明のバラスト水処理装置は、バラストタンクから水を船外へ排出する排出装置を備え、制御手段が、主取水処理と追加取水処理の間に、バラストタンクから所定量の水を船外へ排出するように排水装置の運転を制御し、追加取水処理において、少なくともバラスト水の必要総量に足りない量の水を取り込むように取水装置の運転を制御するものであってもよい。
　また、上記本発明のバラスト水処理装置において、バラストタンクは、オーバーフローした水を排出可能な構造を有するものであり、制御手段は、主取水処理において、少なくともバラスト水の必要総量の水を取り込むように取水装置の運転を制御し、追加取水処理において、水をさらに取り込むように取水装置の運転を制御するものであってもよい。
　本発明のバラスト水処理装置の運転方法は、水を貯留する船のバラストタンクと、船外からバラストタンクへ向けて水を取り込む取水装置と、取水装置により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置とを備えてなるバラスト水処理装置の運転方法であって、取水装置を運転して、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込む主取水ステップと、取水装置を運転して、塩分濃度が第２の基準値以上の水を所定量取り込む追加取水ステップとを備え、少なくとも追加取水ステップの際に、電気分解装置を運転して、取水装置により取り込んだ水を電気分解することを特徴とするものである。
　上記本発明のバラスト水処理装置の運転方法は、追加取水ステップにおいて取り込む水の流量が主取水ステップにおいて取り込む水の流量の１０％以上２０％以下となるように取水装置の運転を制御するものであってもよい。
　上記本発明のバラスト水処理装置の運転方法は、主取水ステップの際に、電気分解装置を所定の上限値以下の電源電圧で運転して、取水装置により取り込んだ水を電気分解するものであってもよい。
　本発明のバラスト水処理装置によれば、水を貯留する船のバラストタンクと、船外から前記バラストタンクへ向けて水を取り込む取水装置と、該取水装置により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置と、主取水処理として、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、追加取水処理として、塩分濃度が第２の基準値以上の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、少なくとも前記追加取水処理の際に、前記取水装置により取り込んだ水を電気分解するように前記電気分解装置の運転を制御する制御手段とを備えていることにより、電気分解を効率良く行える高塩分濃度の水域で行う電気分解を伴う追加取水処理においてＴＲＯを効率よく生成・補充できるので、主取水処理を低塩分濃度の水域で行うこととなった場合であっても、追加取水処理で補充可能なＴＲＯだけ主取水処理において生成すべきＴＲＯの量を低減でき、低塩分濃度の水域での非効率的な電気分解処理を低減しあるいは回避することができる。これにより、電力消費量の増加を抑えつつ、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去することができる。
　図１６のテーブルＴ９では、主取水を行う水域での塩分濃度が０．５ＰＳＵであり、追加取水を行う水域での塩分濃度が２０ＰＳＵであり、必要なＴＲＯの濃度が１２ｐｐｍであることを前提として、主取水処理のみで必要総量のバラスト水を取り込みつつ電気分解を行った「比較例」と、主取水処理で水を所定量取り込んだ後、塩分濃度が２０ＰＳＵである水域において電気分解を伴う追加取水をさらに行った「実施例１」～「実施例９」を示している。図１７のテーブルＴ１０では、「比較例」および「実施例１」～「実施例９」それぞれにおける電力消費量を示している。なお、「実施例１」～「実施例９」では、テーブルＴ９に示すように、主取水時における水の取り込み量（ｍ３）、追加取水処理における水の取り込み流量（ｍ３／ｈ）およびその取り込み量（ｍ３）等の条件を異ならせている。
　テーブルＴ１０に示すように、比較例では、合計の電力消費量が７６７９ｋＷｈであるに対して、実施例１～９では、合計の電力消費量が６１５～８５４ｋＷであり、主取水処理のみで処理を終了する比較例と比較して、主取水処理に加えて塩分濃度が基準値以上である水域において電気分解を伴う追加取水を行う実施例１～９では、電力消費量の削減効果が得られることが明らかである。
　上記本発明のバラスト水処理装置において、制御手段が、追加取水処理において取り込む水の流量が主取水処理において取り込む水の流量の１０％以上２０％以下となるように取水装置の運転を制御するものである場合には、追加取水処理において、高濃度のＴＲＯを生成・補充することができ、バラストタンク中の水全体におけるＴＲＯの平均濃度を効率よく高めることができる。
　図１６に示すように、追加取水処理では、電気分解装置の電源電圧が一定である場合、取り込む水の流量（ｍ３／ｈ）を小さくすることで、その処理において生成・補充できるＴＲＯの濃度を高くすることが可能となる。しかし、ＴＲＯの濃度が過度に大きくなると、電気分解装置とバラストタンクを繋ぐ配管が腐食してしまう虞があるので、追加取水処理において取り込む水の流量は主取水処理において取り込む水の流量の１０％以上とするのが好ましい。
　上記本発明のバラスト水処理装置において、取水装置が、船外からバラストタンクへ水を導きいれるための取水流路と、取水流路上に設けられた第１のポンプ手段と、取水流路上に設けられた、定格流量が第１のポンプ手段の定格流量の１０％以上２０％以下である第２のポンプ手段とを備え、第１のポンプ手段と第２のポンプ手段を選択的に運転可能に構成されてなるものであり、制御手段が、流量が比較的大きい前記主取水処理の際には、定格流量が比較的大きい前記第１のポンプ手段の運転を制御して水を取り込み、流量が比較的小さい前記追加取水処理の際には、定格流量が比較的小さい前記第２のポンプ手段の運転を制御して水を取り込むように構成されてなるものである場合、主取水処理と追加取水処理をそれぞれの処理における流量に対応したポンプ手段により行うことで効率よく水を取り込むことができ、定格流量の大きい１つのポンプ手段により主取水処理と追加取水処理を両方行うようにした場合に比べて、電力消費量を低減することができる。
　また、上記本発明のバラスト水処理装置において、制御手段が、主取水処理の際に、取水装置により取り込んだ水を電気分解するように、電気分解装置を所定の上限値以下の電源電圧で運転するものである場合には、主取水処理を低塩分濃度の水域で行うこととなった場合であっても、その主取水処理における電気分解処理を所定範囲内に制限し、電力消費量が所定値以上に増大してしまうことを防ぐことができる。
　本発明のバラスト水処理装置の運転方法によれば、水を貯留する船のバラストタンクと、船外からバラストタンクへ向けて水を取り込む取水装置と、取水装置により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置とを備えてなるバラスト水処理装置において、取水装置を運転して、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込む主取水ステップと、取水装置を運転して、塩分濃度が第２の基準値以上の水を所定量取り込む追加取水ステップとを備え、少なくとも追加取水ステップの際に、電気分解装置を運転して、取水装置により取り込んだ水を電気分解することにより、電気分解を効率良く行える高塩分濃度の水域で行う電気分解を伴う追加取水処理においてＴＲＯを効率よく生成・補充できるので、主取水処理を低塩分濃度の水域で行うこととなった場合であっても、追加取水処理で補充可能なＴＲＯだけ主取水処理において生成すべきＴＲＯの量を低減でき、低塩分濃度の水域での非効率的な電気分解処理を低減しあるいは回避することができる。これにより、電力消費量の増加を抑えつつ、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去することができる。
　上記本発明のバラスト水処理装置の運転方法において、追加取水ステップにおいて取り込む水の流量が主取水ステップにおいて取り込む水の流量の１０％以上２０％以下となるように取水装置の運転を制御するようにした場合には、追加取水処理において、高濃度のＴＲＯを生成・補充することができ、バラストタンク中の水全体におけるＴＲＯの平均濃度を効率よく高めることができる。
　上記本発明のバラスト水処理装置の運転方法において、主取水ステップの際に、電気分解装置を所定の上限値以下の電源電圧で運転して、取水装置により取り込んだ水を電気分解するようにした場合には、主取水処理を低塩分濃度の水域で行うこととなった場合であっても、その主取水処理における電気分解処理を所定範囲内に制限し、電力消費量が所定値以上に増大してしまうことを防ぐことができる。
本発明のバラスト水処理装置の一の実施の形態の概略構成を示す模式図 主取水処理の様子を示す模式図 追加取水処理の様子を示す模式図 バラスト水を排水する様子を示す模式図 各取水処理において取り込む水の量のバリエーションを示す図（その１） 各取水処理において取り込む水の量のバリエーションを示す図（その２） 各取水処理において取り込む水の量のバリエーションを示す図（その３） 主取水処理に使用されるテーブルの例を示す図 追加取水処理に使用されるテーブルの例を示す図（その１） 追加取水処理に使用されるテーブルの例を示す図（その２） 別の条件下で主取水処理に使用されるテーブルの例を示す図 別の条件下で追加取水処理に使用されるテーブルの例を示す図（その１） 別の条件下で追加取水処理に使用されるテーブルの例を示す図（その２） 従来の技術を説明するための図 従来の技術を説明するための図 比較例および実施例１～９の詳細な情報を示す図 比較例および実施例１～９それぞれにおける電力消費量を示す図
　以下、図面を参照して、本発明のバラスト水処理装置およびその運転方法の一実施形態を説明する。図１に示すように、本発明に係るバラスト水処理装置１は、水を貯留する船２のバラストタンク４と、船外からバラストタンク４へ向けて水を取り込む取水装置１０と、取水装置１０により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置３０と、取水装置１０および電気分解装置３０の運転を制御する制御手段４０を備えている。制御手段４０は、ＣＰＵ、メモリ等から構成され、メモリに記憶されている所定のプログラムをＣＰＵにより実行することによって前記制御を行う。また、電気分解装置３０は、電極が配設された電解槽３０ｂ、該電極に直流電流を供給する直流電源装置３０ａ等から構成されている。
　バラスト水処理装置１には、流路５ａ‐５ｉと、それらの流路を開閉するための弁１５ａ‐１５ｃ，１５ｅ‐１５ｉとが設けられている。このうち、流路５ａ‐５ｆ，５ｉは、取水口３（シーチェスト）より船外から取り込んだ水をバラストタンク４へ導き入れるための取水流路を構成し、流路５ｃ，５ｄ，５ｆ－５ｈは、バラスト水タンク４内の水を排水口６へ導いて排出するための排水流路を構成する。
　また、バラスト水処理装置１には、流路５ｃ上に第１のポンプ１１が、流路５ｉ上に定格流量が第１のポンプ１１の定格流量の１０％以上２０％以下である第２のポンプ１２が設けられており、第１のポンプ１１と第２のポンプ１２は選択的に運転可能に構成されている。また、流路５ｄ上には、電気分解装置３０が設けられており、電気分解装置３０の上流側には、第１のポンプ１１または第２のポンプ１２により取り込んだ水を濾過するストレーナー２０が設けられている。ここで、第１のポンプ１１は本発明の第１のポンプ手段に相当し、第２のポンプ１２は本発明の第２のポンプ手段に相当する。なお、取水流路を構成する流路５ａ‐５ｆ，５ｉ、第１のポンプ１１おおび第２のポンプ１２は、取水装置１０を構成する。
　また、取水口３には船周辺の水の塩分濃度を測定する塩分濃度測定部５１（ＣＳ）が、流路５ｄには流量を測定する流量測定部５２（ＦＩ）が、流路５ｆにはＴＲＯの濃度を測定するＴＲＯ測定部５３（ＴＲＯ）が、流路５ｉには酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定部５４（ＯＲＰ）が設けられている。
　バラスト水処理装置１は、荷降ろし港の水域で水を取り込む際、すなわち主取水処理を行う際には、図２に示すように流路５ａ‐５ｆに設けられている弁１５ａ－１５ｃ、１５ｅ，１５ｆを開け、その他の弁は全て閉じた状態で、第１のポンプ１１を作動させて取水口３より船外から水を取り込む。なお、図２－４では開いている弁を白抜きで、閉じている弁を黒で塗りつぶして表すとともに、水が流れる流路を太い流路で示している。
　第１のポンプ１１により取り込まれた水は、流路５ａ‐５ｄを経由して電気分解装置３０に送られる。電気分解装置３０では送られてきた水を電気分解して、ＴＲＯを生成する。電気分解装置３０を通過した水は取水流路５ｅ，５ｆを経由してバラストタンク４に収容される。
　この主取水処理を行う際、電気分解装置３０では、塩分濃度が第１の基準値（たとえば１０ＰＳＵ）以上の水に対しては、その塩分濃度に予め対応付けられている電流値にて定電流運転が行われ、塩分濃度が第１の基準値未満の水に対しては、予め決められた所定の電圧値にて定電圧運転が行われる。このとき、取り込む水の塩分濃度が第１の基準値以上である場合には、電気分解を伴う取水処理を所定の流量で所定時間継続することにより、バラスト水の必要総量の水を取り込み、塩分濃度が第１の基準値未満である場合には、電気分解を伴う取水処理を前記所定時間よりも短い時間継続することにより、図５の上図に示すように、バラスト水の必要総量よりも少ない量の水を取り込む。なお、図５の下図は、バラストタンク内にバラスト水の必要総量の水が貯留されている状態を示している。
　たとえば、バラスト水の必要総量が５０００ｍ３であり、第１のポンプ１１を５００ｍ３／ｈの流量で水を取り込むようにその回転数を制御して主取水処理を行う際には、第１の基準値をたとえば１０ＰＳＵとし、取り込む水の塩分濃度が１０ＰＳＵ以上である場合には、電気分解を伴う取水処理を１０時間継続することにより、バラスト水の必要総量である５０００ｍ３の水を取り込み、塩分濃度が１０ＰＳＵ未満である場合には、電気分解を伴う取水処理を８．５時間継続することにより、バラスト水の必要総量の８５％である４２５０ｍ３の水を取り込むようにすることができる。なお、ここでは、第１の基準値を１０ＰＳＵとした場合を例示しているが、第１の基準値は５ＰＳＵ以上２０ＰＳＵ以下の値とすればよく、たとえば５ＰＳＵとしてもよいし、２０ＰＳＵとしてもよい。
　電気分解装置３０は、塩分濃度測定部５１が船周辺の水の塩分濃度を測定し、制御手段４０がその測定値が第１の基準値以上であるか否かを判断し、その判断の結果第１の基準値以上であると判断された場合に、たとえば図８に示すような、塩分濃度（ＰＳＵ）と電流値との対応関係を示す、予め作成・記録しておいたテーブルＴ１を参照して、測定された塩分濃度に対応付けられている電流値を特定し、特定された電流値で電気分解装置３０を定電流運転する。なお、テーブルＴ１では、３０ＰＳＵに対して２１００Ａ、２０ＰＳＵには２２００Ａ、１０ＰＳＵには２５００Ａの値がそれぞれ対応付けられている。
　ここで、各塩分濃度（ＰＳＵ）に対応づけられる電流値Ｉは、下記式（１）により求めることができる。下記式（１）において、Ｉは電流値（Ａ）を示し、ＣｉはＴＲＯの必要濃度、すなわちＴＲＯの必要初期濃度（ｇ／ｍ３）を示し、ｑは被処理液の流量（ｍ３／ｈ）を示し、ηｃは電流効率（％）を表す。なお、本実施形態ではＴＲＯの必要濃度Ｃｉが５ｐｐｍであるとする。
　　　Ｉ ＝ Ｃｉ × ｑ ÷ １．３２３ ÷ηｃ   （１）
　ここで、電流効率ηｃは電解槽の形状、電極の大きさおよび塩分濃度によって決まる値であり、試験によって求められた値である。ＴＲＯの必要濃度Ｃｉは、下記式（２）により求められたものである。下記式（２）において、Ｃｄはｔ時間後の減衰ＴＲＯ濃度（ｐｐｍ）、ｔはバラスト水を排出する積荷港までの航海時間（ｈ）、Ｋは係数である。
　　　ｄＣｄ／ｄｔ＝Ｋ( Ｃｉ‐Ｃｄ)  （２）
　一方、制御手段４０における前記判断において、塩分濃度が第１の基準値未満であると判断された場合には、第１の基準値の塩分濃度に予め対応付けられている電圧値で電気分解装置３０を定電圧運転する。たとえば第１の基準値を１０ＰＳＵとした場合、図８に示すようなテーブルＴ１を参照して、１０ＰＳＵの塩分濃度に対応づけられている３．８Ｖの電圧値で電気分解装置３０を定電圧運転する。ここで、電圧値３．８Ｖは、塩分濃度が１０ＰＳＵである水の電気分解に適用され、必要濃度（たとえば５ｐｐｍ、通常５ｐｐｍ以上１２ｐｐｍ以下）のＴＲＯを生成する電圧として記載された値であるため、その電圧でそれよりも低い塩分濃度の水を電気分解した場合には、必要濃度よりも低い濃度のＴＲＯしか生成されず、そのままでは、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去することができない。たとえばテーブルＴ１に示すように、ＴＲＯの必要濃度５ｐｐｍに対して、５ＰＳＵの水ではＴＲＯの平均濃度が３．２ｐｐｍ、２ＰＳＵの水ではＴＲＯの平均濃度が１．０ｐｐｍ、１ＰＳＵの水ではＴＲＯの平均濃度が０．８ｐｐｍ、０．５ＰＳＵの水ではＴＲＯの平均濃度が０．５ｐｐｍと、ＴＲＯの必要濃度５ｐｐｍよりも低い濃度となる。そこで、本発明のバラスト水処理装置１では、荷揚港で積荷を降ろし、再度積荷港に向けて航行する途中に、後述の追加取水処理を行う。
　バラスト水処理装置１では、荷揚港で積荷を降ろしつつ主取水処理を行った後、再度積荷港に向けて航行する途中に、塩分濃度測定部５１により所定のタイミングで船周辺の水の塩分濃度を測定し、制御手段４０が、その測定値が第２の基準値（たとえば１０ＰＳＵ）以上となったか否かを判断し、第２の基準値以上となったと判断された場合に、追加取水処理を開始する。
　追加取水処理を行う際には、図３に示すように流路５ａ，５ｉ，５ｄ－５ｆに設けられている弁１５ａ，１５ｉ，１５ｅ，１５ｆを開け、その他の弁は全て閉じた状態で、第２のポンプ１２を作動させて取水口３より船外から水を取り込む。このとき、第２のポンプ１２は、流路５ａ，５ｉ，５ｅ，５ｆに流れる流量が、主取水処理において取り込む水の流量の５％以上２５％以下、より好ましくは１０％以上２０％以下となるようにその回転数を制御するとよい。たとえば主取水処理において第１のポンプ１１を５００ｍ３／ｈの流量で水を取り込むようにその回転数を制御している場合、その流量の１５％である７５ｍ３／ｈで水を取り込むように、第２のポンプ１２の回転数を制御することができる。この第２のポンプ１２により取り込まれた水は、流路５ａ，５ｉ，５ｄを経由して電気分解装置３０に送られる。電気分解装置３０では送られてきた水を電気分解して、ＴＲＯを生成する。電気分解装置３０を通過した水は取水流路５ｅ，５ｆを経由してバラストタンク４に収容される。
　このとき、電気分解装置３０は、たとえば図９に示すような予め作成・記録しておいたテーブルＴ２を参照して、１０ＰＳＵ以上の塩分濃度に対応付けられている電流値２５００Ａで電気分解装置３０を定電流運転する。これにより、取り込む水の塩分濃度が１０ＰＳＵである場合には、電気分解装置３０において生成されるＴＲＯの平均濃度が４０ｐｐｍ、塩分濃度が２０ＰＳＵである場合には３７ｐｐｍ、塩分濃度が１０ＰＳＵである場合には３３ｐｐｍとなるので（テーブルＴ２）、バラストタンク中の水全体におけるＴＲＯの平均濃度がバラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去するために必要とされるＴＲＯの必要濃度（本実施形態では５ｐｐｍ）以上になるように、取り込む水の塩分濃度が３０ＰＳＵである場合には７．４時間、塩分濃度が２０ＰＳＵである場合には７．９時間、塩分濃度が１０ＰＳＵである場合には９．２時間、電気分解を伴う取水処理を継続する。
　また、この追加取水処理により、バラストタンク４内には、主取水処理で取り込んだ水に追加取水処理で取り込んだ水が足されて、図５の下図に示すように、バラスト水の必要総量に近い量の水が貯留される。
　バラスト水処理装置１は、積荷港の水域でバラスト水を排出する際には、図４に示すように流路５ｃ，５ｄ，５ｆ－５ｈに設けられている弁１５ｃ，１５ｆ－１５ｈを開け、その他の弁は全て閉じた状態で、第１のポンプ１１を作動させてバラスト水タンク４内の水を排水口６へ導いて排出する。
　本実施形態のバラスト水処理装置１では、制御手段４０は、主取水処理として、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込むように取水装置１０の運転を制御し、追加取水処理として、塩分濃度が第１の基準値以上の水を所定量取り込むように取水装置１０の運転を制御し、少なくとも追加取水処理の際に、取水装置１０により取り込んだ水を電気分解するように電気分解装置３０の運転を制御している。このようにすることで、電気分解を効率良く行える高塩分濃度の水域で行う電気分解を伴う追加取水処理においてＴＲＯを効率よく生成・補充できるので、主取水処理を低塩分濃度の水域で行うこととなった場合であっても、追加取水処理で補充可能なＴＲＯだけ主取水処理において生成すべきＴＲＯの量を低減でき、低塩分濃度の水域での非効率的な電気分解処理を低減しあるいは回避することができる。これにより、電力消費量の増加を抑えつつ、バラスト水に含まれている有害生物を充分に低減・除去することができる。
　また、本実施形態では、追加取水処理において取り込む水の流量が主取水処理において取り込む水の流量の１０％以上２０％以下となるように取水装置の運転を制御しているので、追加取水処理において、高濃度のＴＲＯを生成・補充することができ、バラストタンク中の水全体におけるＴＲＯの平均濃度を効率よく高めることができる。
　なお、本実施形態では、追加取水処理を、塩分濃度測定部５１により船周辺の水の塩分濃度を測定し、その測定値が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上であると判断された場合に開始されるようにした例について説明したが、塩分濃度が所定値以上であると想定される水域で、塩分濃度を測定することなく、追加取水処理を開始するようにしてもよい。
　また、本実施形態では、図５に示すように、主取水処理において、バラスト水の必要総量よりも少ない量の水を取り込み、追加取水処理において、その必要総量に足りない量の水を取り込むようにした場合について説明したが、図６に示すように、主取水処理において、バラスト水の必要総量の水を取り込み、追加取水処理の際に、先にバラストタンクから所定量の水を船外へ排出した上で、追加取水処理としてその必要総量に足りない量の水を電気分解しながら取り込むようにしてもよい。
　また、図７に示すように、主取水処理において、バラスト水の必要総量の水を取り込み、追加取水処理において、水をさらに取り込み、オーバーフローした水はバラストタンクの上端部に備えられているオーバーフローした水を排出する構造により排出されるようにしてもよい。この場合、追加取水処理では、図９のテーブルＴ２に代えて図１０のテーブルＴ３を参照する。具体的には、テーブルＴ３を参照して、取り込む水の塩分濃度が３０ＰＳＵである場合には８．６時間、塩分濃度が２０ＰＳＵである場合には８．８時間、塩分濃度が１０ＰＳＵである場合には１０時間、電気分解を伴う取水処理を継続する。特に、ＴＲＯの必要濃度が１２ｐｐｍである場合には、図１０のテーブルＴ３ではなく、図１３のテーブルＴ６を参照する。
　また、本実施形態では、追加取水処理を、船周辺の水の塩分濃度が１０ＰＳＵ以上となった場合に開始するようにした例について説明したが、より好ましくは２０ＰＳＵ以上、さらに好ましくは３０ＰＳＵ以上となった場合に追加取水処理が開始されるようにするとよい。
　また、本実施形態では、ＴＲＯの必要濃度が5ｐｐｍである例について説明したが、ＴＲＯの必要濃度が１２ｐｐｍである場合には、図８のテーブルＴ１に代えて図１１のテーブルＴ４を参照して電気分解を伴う主取水処理を行い、図９のテーブルＴ２に代えて図１２のテーブルＴ５を参照して電気分解を伴う追加取水処理を行えばよい。
　また、上記実施形態において、電気分解装置３０が、その運転可能な最大電圧値が前記所定の上限値以下であるものである場合には、本発明による電気分解処理の実行に必要な機能を確保しつつ、設備コストを低減することができる。
　また、上記実施形態においては、ストレーナー２０に代えて、あるいはすトレーナ２０に加えて、電気分解装置３０の上流側にフィルタを設けてよい。

Claims (13)

  1. 　水を貯留する船のバラストタンクと、
    　船外から前記バラストタンクへ向けて水を取り込む取水装置と、
    　該取水装置により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置と、
    　主取水処理として、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、追加取水処理として、塩分濃度が第２の基準値以上の水を所定量取り込むように前記取水装置の運転を制御し、少なくとも前記追加取水処理の際に、前記取水装置により取り込んだ水を電気分解するように前記電気分解装置の運転を制御する制御手段と
    　を備えたことを特徴とするバラスト水処理装置。
  2. 　前記制御手段が、前記追加取水処理において取り込む水の流量が前記主取水処理において取り込む水の流量の１０％以上２０％以下となるように前記取水装置の運転を制御するものであることを特徴とする請求項１記載のバラスト水処理装置。
  3. 　前記取水装置が、前記船外から前記バラストタンクへ水を導きいれるための取水流路と、該取水流路上に設けられた第１のポンプ手段と、前記取水流路上に設けられた、定格流量が前記第１のポンプ手段の定格流量の１０％以上２０％以下である第２のポンプ手段とを備え、前記第１のポンプ手段と前記第２のポンプ手段を選択的に運転可能に構成されてなるものであり、
    　前記制御手段が、前記主取水処理の際には、前記第１のポンプ手段の運転を制御して水を取り込み、前記追加取水処理の際には、前記第２のポンプ手段の運転を制御して水を取り込むように構成されてなるものであることを特徴とする請求項１または２記載のバラスト水処理装置。
  4. 　前記制御手段が、前記主取水処理の際に、前記取水装置により取り込んだ水を電気分解するように、前記電気分解装置を所定の上限値以下の電源電圧で運転するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のバラスト水処理装置。
  5. 　前記第１の基準値が１０ＰＳＵであり、
    　前記所定の上限値が、前記電気分解装置により塩分濃度が１０ＰＳＵである水を電気分解して所定濃度の総残留オキシダントを生成する際に必要な電源電圧値であることを特徴とする請求項４記載のバラスト水処理装置。
  6. 　前記電気分解装置の運転可能な最大電圧値が、前記所定の上限値以下であることを特徴とする請求項４または５記載のバラスト水処理装置。
  7. 　船周辺の水の塩分濃度を測定する測定手段を備え、
    　前記制御手段が、前記測定手段により測定された塩分濃度が前記第２の基準値以上である場合に、前記追加取水処理を開始させるものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のバラスト水処理装置。
  8. 　前記制御手段が、前記主取水処理において、バラスト水の必要総量よりも少ない量の水を取り込むように前記取水装置の運転を制御し、前記追加取水処理において、少なくとも前記必要総量に足りない量の水を取り込むように前記取水手段の運転を制御するものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のバラスト水処理装置。
  9. 　前記バラストタンクから水を船外へ排出する排出装置を備え、
    　前記制御手段が、前記主取水処理と前記追加取水処理の間に、前記バラストタンクから所定量の水を船外へ排出するように前記排水装置の運転を制御し、前記追加取水処理において、少なくともバラスト水の必要総量に足りない量の水を取り込むように前記取水装置の運転を制御するものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のバラスト水処理装置。
  10. 　前記バラストタンクが、オーバーフローした水を排出可能な構造を有するものであり、
    　前記制御手段が、前記主取水処理において、少なくともバラスト水の必要総量の水を取り込むように前記取水装置の運転を制御し、前記追加取水処理において、水をさらに取り込むように前記取水装置の運転を制御するものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載のバラスト水処理装置。
  11. 　水を貯留する船のバラストタンクと、船外から前記バラストタンクへ向けて水を取り込む取水装置と、該取水装置により取り込んだ水の少なくとも一部を電気分解する電気分解装置とを備えてなるバラスト水処理装置の運転方法であって、
    　前記取水装置を運転して、塩分濃度が第１の基準値未満の水を所定量取り込む主取水ステップと、
    　前記取水装置を運転して、塩分濃度が第２の基準値以上の水を所定量取り込む追加取水ステップとを備え、
    　少なくとも前記追加取水ステップの際に、前記電気分解装置を運転して、前記取水装置により取り込んだ水を電気分解することを特徴とするバラスト水処理装置の運転方法。
  12. 　前記追加取水ステップにおいて取り込む水の流量が前記主取水ステップにおいて取り込む水の流量の１０％以上２０％以下となるように前記取水装置の運転を制御することを特徴とする請求項１１記載のバラスト水処理装置の運転方法。
  13. 　前記主取水ステップの際に、前記電気分解装置を所定の上限値以下の電源電圧で運転して、前記取水装置により取り込んだ水を電気分解することを特徴とする請求項１１または１２記載のバラスト水処理装置の運転方法。
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