(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水をくみ上げてバラスト水を製造するバラスト水製造装置であって、
海水取入れ口から原水切替弁を介してポンプに連結され、前記ポンプの出水口から第１戻し経路切替弁に連結された送水路と、
前記第１戻し経路切替弁から微細気泡発生装置とろ過装置を介して第２戻し経路切替弁に連結されたろ過路と、
前記第２戻し経路切替弁から貯留タンクまで連結された出水路とを含む給水経路と、
前記第２戻し経路切替弁から前記第１戻し経路切替弁までを連通させた戻し経路と、
前記貯留タンクから前記原水切替弁まで連通させた供給路と、
前記微細気泡発生装置から前記ポンプまでの間に設定された排水切替弁と、
前記排水切替弁から放出端まで連結された排水路を有し、
バラスト水の製造は、前記原水切替弁を海水取入れ口側に切替え前記第１戻し経路切替弁および前記排水切替弁はともに前記送水路と前記ろ過路を連通させ前記第２戻し経路切替弁は前記ろ過路と前記出水路を連通させて、前記ポンプにより前記海水取入れ口から海水を汲み上げ前記送水路に流し前記第１戻し経路切替弁と前記排水切替弁を通って前記ろ過路に流し前記ろ過路の途中に配置されている前記ろ過装置のろ過膜で海水中の微生物が濾されてバラスト水を製造し、
その製造されたバラスト水を前記出水路を通して前記貯留タンクに貯留し、
前記ろ過膜の洗浄処理は、前記原水切替弁を前記貯留タンク側に切り替えて前記給水経路と前記貯留タンクと前記供給路を連通し前記給水経路中をバラスト水で充満させ充満後前記ポンプを停止し、前記ポンプの停止後前記第１戻し経路切替弁と前記第２戻し経路切替弁で前記戻し経路と前記ろ過路を連通させ前記ろ過装置の上流側に配設された前記微細気泡発生装置を始動し微細気泡を発生させ微細気泡が混入したバラスト水である洗浄水を前記ろ過装置の前記ろ過膜に向けて流し前記ろ過路と前記戻し経路を循環させて前記ろ過膜の洗浄処理を行ない、
前記ろ過膜の逆洗は、前記原水切替弁で前記供給路と前記送水路をつなぎ前記第１戻し経路切替弁で前記送水路と前記戻し経路をつなぎ前記第２戻し経路切替弁で前記戻し経路と前記ろ過路をつなぎ前記排水切替弁で前記ろ過装置側の前記ろ過路と前記排水路をつないで、前記ポンプを始動させ前記ろ過装置の下流側から上流側に向かってバラスト水を流し前記ろ過装置の前記ろ過膜の逆洗を行いその逆洗を行なったバラスト水を前記排水切替弁を介して前記排水路に通し前記放出端から船外に排出し前記ろ過膜の逆洗を行なうバラスト水製造装置。
【請求項２】
前記排水路に設置された排水弁と、
前記ろ過装置のろ過膜の一次側から前記排水弁の上流に連結された補助戻し経路が形成された請求項１に記載されたバラスト水製造装置。
【請求項３】
前記補助戻し経路中に排水容器を配設したことを特徴とする請求項２に記載されたバラスト水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の重心安定のために積載するバラスト水製造装置およびそのバラスト水製造装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶は積荷を積載した際に舵やスクリューが所定の深度となって、安定して航行できるように予め設計されている。従って、積荷が積載されていない場合は、大きな浮力で浮かび上がり、予定されている状態まで水面から沈まない。このような状態で航行しようとすると、舵が効かない、もしくはスクリューが海中に沈まず推力が生まれないなど、安定した航行はできない。
【０００３】
このため、積荷が積載されていない状態では、安定な姿勢を保つための所定の喫水状態を得るためにバラストタンクにバラスト水を搭載する。バラスト水によって船の重量は重くなり、安定した状態まで船が沈む事となる。また、バラスト水に淡水を用いれば、航海中に利用できることにもなる。
【０００４】
ところで、例えば、出発地で空荷のまま出発し、到着地で荷物を積載する場合、出発地でバラスト水を積載し、それを到着地で放流することになる。この場合、出発地の海中生物や微生物およびそれらの卵（以後「微生物等」と呼ぶ。）をバラスト水と共に到着地まで運び、これを放流することになるため、到着地では本来生息しない生物が持ち込まれることとなる。これは、海洋生物の生態系を破壊する原因となる。
【０００５】
また、微生物等を含んだままのバラスト水は、航海の間に微生物等が増殖し、悪臭を発する。これは船舶自体にとっても好ましい状態ではない。そこで、バラスト水として取り込む海水から微生物等を除去してバラスト水を作る技術が提案されている。例えば、取り込んだ水等を加熱処理、紫外線照射処理、薬剤投入処理等を行う事が挙げられる。
【０００６】
しかし、これらの処理では、微生物等を完全に死滅させることはできず、また、装置自体も大規模となり、実用上ほとんど不可能である。また、ヨウ素や次亜塩素酸等の薬剤では、微生物等を完全に死滅させるために多量の薬剤が必要となり、今度は大量の中和剤が必要になるといった弊害も生じる。
【０００７】
以上のように、バラスト水中の微生物等は、残留させてしまっては、それらはいずれ増殖してしまい、完全に死滅させるのは容易でない。このような課題に対して、精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）若しくは逆浸透膜（ＲＯ膜）といった、ろ過膜で微生物等を除去してバラスト水を製造する方法が提案されている。
【０００８】
微生物等は、具体的に大腸菌等のような細菌や、ミジンコ、ヒドデ等の幼生等が挙げられるが、概ねこれらの大きさは数μｍであり、最も小さいものでも０．３μｍ程度である。従って、ＭＦ膜若しくはＵＦ膜までで全てろ過することができる。一方、これらのろ過膜を用いる場合の問題点として、膜表面に付着物が沈着し液体の透過流束が減少してしまうファウリングや、膜の孔に微小物が詰まってしまう目詰まりを原因とする性能劣化が挙げられる。従って、ろ過膜を用いたバラスト水の製造においても、ろ過膜の洗浄は大きな課題の１つである。
【０００９】
特許文献１（特開２００５−３２９３００号公報）には、淡水をＭＦ膜、ＵＦ膜若しくはＲＯ膜を通過させてバラスト水を製造する方法が開示されている。図１４を参照して、特許文献１の製造方法では、吸引ポンプ１０８で淡水１２０を吸引し、ろ過装置１０１中に配置された中空糸膜モジュール１０５を通過させろ過することで、バラスト水１２２としている。そして中空糸膜モジュール１０５の洗浄には、ろ過膜を挟んで下流側から上流側に貯留タンク１０６のバラスト水１２２を流す、所謂逆洗のための配管１１０とポンプ１０９が用意されている。
【００１０】
また、中空糸膜モジュール１０５の表面に気泡をあてて膜面に付着した微生物等を剥離除去するためのディストリビュータ１１２とブロア１１１が用意されている。
【００１１】
一方、ろ過膜に残った微生物等をそのまま排出したり、また配管中に残留するおそれを回避するために、ろ過膜の微生物等を死滅させる洗浄方法も提案されている。
【００１２】
特許文献２（特開２００５−３４２６２６号公報）では、ろ過膜を洗浄した洗浄液中に衝撃水圧を発生させて洗浄水中の微生物等を死滅させる方法が開示されている。これは、比較的大きな水生生物や硬い殻に覆われているような卵や胞子等の死滅に効果的であるとされる。
【００１３】
また、特許文献３（ＷＯ２００７／１４２０６８号公報）には、洗浄液中にオゾンを混入させ、微生物等を死滅させるバラスト水製造方法を開示している。図１５を参照して、バラスト水の浄化装置２０１は、バラスト水をポンプ２１２でろ過膜２１４に送りろ過する。そして、処理水の一部をポンプ２１５で吸い出して、オゾン注入部２１６でオゾンを注入し、オゾンを混入した処理水と混入しなかった処理水を混合してバラスト水（Ａ）とする。
【００１４】
一方、ろ過膜２１４の洗浄には、オゾンを混入させた処理水（Ｂ）を流すことで、微生物等を死滅させ、ついで、ポンプ２１７により逆洗を行って死骸等を船外に放出する。これらの処理は、２１３ａ乃至２１３ｃのバルブ操作によって行われる。
【００１５】
ところで、ろ過膜の洗浄に関しては、薬品を用いる方法の他、マイクロバブルやナノバブルと呼ばれる微小泡を用いる方法がある。特許文献４には、マイクロバブル発生装置をろ過膜の下流側に配置し、逆洗の際に、マイクロバブルを含んだ洗浄水をろ過膜の裏側から通すことで、ろ過膜の表面の付着物を除去する技術が開示されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−３２９３００号公報
【特許文献２】特開２００５−３４２６２６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００７／１４２０６８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２５３４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１は、バラスト水を製造するためにろ過膜を使うことの利点を開示している。しかし、ろ過膜の洗浄は逆洗と所謂曝気処理のようにろ過膜表面に泡を当てるだけであるので、ろ過された微生物等が死滅することはない。また、ブロアも含めポンプが３台も配置されており、製造装置としての規模は大きくなる。バラスト水製造装置は、船舶に搭載されるものであるので、できるだけ規模が小さいことが望まれる。
【００１８】
また、特許文献２は、微生物等の死滅に効果的な方法であるとしても、バラスト水の製造装置としては、配管中に微生物等を含む水等が残留する構造になっている点で課題が残る。このような構成ではいずれ微生物等が繁殖し、腐敗臭を発したり、到着地でバラスト水を放流する際に、同じく出発地の微生物等が放流されるおそれが残るからである。
【００１９】
すなわち、バラスト水製造装置においては、微生物等の除去は、除去手段にあたる部分だけでなく、取り回しの配管の中を、微生物等がいない状況に保つというのが大きな課題である。バラスト水製造装置は、船舶に搭載されることを想定する必要があるので、航行中に配管中で微生物等が増殖しては、次の使用の際に好ましくない。また、航行中の船舶で異臭が発生するのも好ましくないからである。
【００２０】
また、特許文献３は、船舶に設置されるバラスト水製造装置として、配管中の微生物等の残留をできるだけ押さえることのできる構成となっている。しかし、ポンプが３台も必要であり、限られた船舶中の空間に設置するバラスト水製造装置としては、規模が大きくなりすぎる。
【００２１】
また、特許文献４のマイクロバブルを用いたろ過膜の洗浄方法ろ過膜の洗浄にマイクロバブルを用いる事が記載されているが、バラスト水製造装置として配管中の洗浄については何も配慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は上記課題に鑑みて想到されたものであり、ポンプ等の駆動設備の数ができるだけ少なくし、装置の配管中にできるだけ微生物等を残留させることなく、ろ過膜の洗浄ができるバラスト水製造装置とその運転方法を提供するものである。
【００２３】
より具体的には、本発明のバラスト水製造装置は、
海水をくみ上げてバラスト水を製造するバラスト水製造装置であって、
海水取入れ口から原水切替弁を介してポンプに連結され、前記ポンプの出水口から第１戻し経路切替弁に連結された送水路と、
前記第１戻し経路切替弁から微細気泡発生装置とろ過装置を介して第２戻し経路切替弁に連結されたろ過路と、
前記第２戻し経路切替弁から貯留タンクまで連結された出水路とを含む給水経路と、
前記第２戻し経路切替弁から前記第１戻し経路切替弁までを連通させた戻し経路と、
前記貯留タンクから前記原水切替弁まで連通させた供給路と、
前記微細気泡発生装置から前記ポンプまでの間に設定された排水切替弁と、
前記排水切替弁から放出端まで連結された排水路を有し、
バラスト水の製造は、前記原水切替弁を海水取入れ口側に切替え前記第１戻し経路切替弁および前記排水切替弁はともに前記送水路と前記ろ過路を連通させ前記第２戻し経路切替弁は前記ろ過路と前記出水路を連通させて、前記ポンプにより前記海水取入れ口から海水を汲み上げ前記送水路に流し前記第１戻し経路切替弁と前記排水切替弁を通って前記ろ過路に流し前記ろ過路の途中に配置されている前記ろ過装置のろ過膜で海水中の微生物が濾されてバラスト水を製造し、
その製造されたバラスト水を前記出水路を通して前記貯留タンクに貯留し、
前記ろ過膜の洗浄処理は、前記原水切替弁を前記貯留タンク側に切り替えて前記給水経路と前記貯留タンクと前記供給路を連通し前記給水経路中をバラスト水で充満させ充満後前記ポンプを停止し、前記ポンプの停止後前記第１戻し経路切替弁と前記第２戻し経路切替弁で前記戻し経路と前記ろ過路を連通させ前記ろ過装置の上流側に配設された前記微細気泡発生装置を始動し微細気泡を発生させ微細気泡が混入したバラスト水である洗浄水を前記ろ過装置の前記ろ過膜に向けて流し前記ろ過路と前記戻し経路を循環させて前記ろ過膜の洗浄処理を行ない、
前記ろ過膜の逆洗は、前記原水切替弁で前記供給路と前記送水路をつなぎ前記第１戻し経路切替弁で前記送水路と前記戻し経路をつなぎ前記第２戻し経路切替弁で前記戻し経路と前記ろ過路をつなぎ前記排水切替弁で前記ろ過装置側の前記ろ過路と前記排水路をつないで、前記ポンプを始動させ前記ろ過装置の下流側から上流側に向かってバラスト水を流し前記ろ過装置の前記ろ過膜の逆洗を行いその逆洗を行なったバラスト水を前記排水切替弁を介して前記排水路に通し前記放出端から船外に排出し前記ろ過膜の逆洗を行なうことを特徴とする。
【００２４】
また本発明バラスト水製造装置は、上記の構成に加えて、
前記排水路に設置された排水弁と、
前記ろ過装置のろ過膜の一次側から前記排水弁の上流に連結された補助戻し経路が形成されていてもよい。
【００２５】
また、本発明のバラスト水製造装置は、上記の構成に加えてさらに、
前記補助戻し経路中に排水容器を配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のバラスト水製造装置およびその運転方法では、薬液等の高価な洗浄剤を使用せずに、微生物等の付着したろ過膜を洗浄することができるので、低価格かつ環境負荷のないバラスト水製造装置を提供することができる。
【００３０】
本発明のバラスト水製造装置およびその運転方法は、ろ過膜の二次側で吸引ポンプを使用せず、ろ過膜の一次側に配置した送出ポンプ１台だけで、洗浄および逆洗も行えるので、規模が小さく、船舶用のバラスト水製造装置としては好適である。また、ろ過膜を用いたろ過膜部分だけでなく、配管全体に渡って、洗浄を行うことで、微生物等を排出することができるので、航行中に配管等の中で微生物等が繁殖し、異臭を発生するといったことがない。
【００３１】
また、補助戻し経路が設けられるとろ過膜の表面から沈着物を剥離させ効果的に除去することができるという効果を有する。
【００３２】
また、ろ過膜洗浄の際に用いられる循環径路の途中に、分離した微生物を循環させずに保持する排水容器を設けたので、洗浄には弊害となる微生物の循環を阻止して微細気泡のみを循環させて、ろ過膜の洗浄効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のバラスト水製造装置１の構成を示す図。
【図２】バラスト水製造装置の運転方法のフローを示す図。
【図３】ろ過処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図４】押出処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図５】ろ過膜洗浄処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図６】逆洗処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図７】本発明のバラスト水製造装置２の構成を示す図。
【図８】バラスト水製造装置２の押出処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図９】バラスト水製造装置２のろ過膜洗浄処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図１０】バラスト水製造装置２の逆洗処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図１１】本発明のバラスト水製造装置３の構成を示す図。
【図１２】バラスト水製造装置３ろ過膜洗浄処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図１３】バラスト水製造装置３逆洗処理工程の弁状態と流路を示す図。
【図１４】従来のバラスト水の処理装置の構成を示す図。
【図１５】従来のバラスト水の処理装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下本発明の実施形態について説明するが、以下は本発明の実施形態の例示であり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、以下の実施形態を変更することができる。
【００３５】
（実施の形態１）
図１に本発明のバラスト水製造装置の構成を示す。本発明のバラスト水製造装置１は、海水取入れ口１０と、ポンプ１２と、微細気泡発生装置１４と、ろ過装置１６と、貯留タンク１８と、これらを連結する配管４０乃至５２および配管同士を連結する弁３０乃至３６と、弁、ろ過装置１６、微細気泡発生装置１４、ポンプ１２を制御する制御装置２０、これらを駆動するための電源装置（図示せず）等を含む。なお、本明細書を通じて「バルブ」と「弁」は同意に用いる。
【００３６】
バラスト水製造装置１は、船舶に備え付けられるものであるが、それだけに限定されるのではなく、陸地に設置してもよい。従って、全体の形状は特に決まるものではなく、各構成部材が任意に配置され、連結関係だけが保持されていてもよい。
【００３７】
海水取入れ口１０は、船舶の底面に組み込み設置されていてもよいし、必要な時に端部が開口したパイプを海中に入れて構成してもよい。海水取入れ口１０からは配管が延設される。海水取入れ口１０のすぐ下流には原水切替弁３０が配設される。原水切替弁３０は、バラスト水製造装置１全体に海水（若しくは淡水でもよい）を流すか若しくはすでにバラスト水として処理した処理水を流すかを選択するバルブである。原水切替弁３０は、図１では、三方弁として記載したが、複数の弁を組み合わせてもよい。また、原水切替弁３０は、後述する制御装置２０で開閉が制御できるように構成されているのが好ましい。他の弁についても同様である。
【００３８】
原水切替弁３０の下流にはポンプ１２が配置される。すなわち、ポンプ１２の入水口は原水切替弁３０と連通されている。本発明のバラスト水製造装置１では、唯一のポンプである。もちろん、実際には単位時間の処理量や不測の事態のための予備として複数個のポンプを並列若しくは直列に並べておいてもよい。ポンプ１２も制御装置２０で運転制御が可能なように構成されているのが好ましい。ポンプ１２の出水口からは配管が継続して第１戻し経路切替弁３２まで配置され、ポンプ１２と第１戻し経路切替弁３２は連通されている。海水取入れ口１０から第１戻し経路切替弁３２までを送水路４０と呼ぶ。なお、原水切替弁３０から第１戻し経路切替弁３２までを送水路４０と呼ぶ場合もある。第１戻し経路切替弁３２は、洗浄水を循環させたり、逆洗を行う際に使用する。詳細は後述する。
【００３９】
第１戻し経路切替弁３２の下流には排水切替弁３４が連結されており、その下流にはろ過装置１６が配置される。ろ過装置１６の上流側には微細気泡発生装置１４が配設されている。また、ろ過装置１６の下流には第２戻し経路切替弁３６が連結される。第１戻し経路切替弁３２からろ過装置１６をはさんで第２戻し経路切替弁３６までをろ過路４２と呼ぶ。排水切替弁３４は、ろ過路４２から船外に液体を排出する排水路４４への切替バルブである。排水路４４は主に洗浄後の洗浄水等が流れて放出端１１より船外に排出される。
【００４０】
微細気泡発生装置１４は、加圧減圧法若しくは気液せん断法等の方法によって、液中に数ｎｍから数十μｍの泡を混在させる装置である。したがって、図示はしていないが、ろ過路４２からの給水口とろ過路４２への出水口を有している。微細気泡は表面が疎水性であるため、ろ過膜や配管に沈着した付着物表面に吸着し、付着物を剥離させる効果を有する。また、より強い殺菌力を付与するために、難溶解性のオゾンで微細気泡を作製してもよい。
【００４１】
ろ過装置１６は、ろ過膜１６ｍによって原水をろ過する。ろ過膜は１種類のろ過膜である必要はなく、複数のグレードのろ過膜を並列若しくは直列にして用いてもよい。ろ過膜１６ｍのタイプは特に限定されず、スパイラル型、中空糸型、平膜型、管型等任意に用いることができる。ろ過膜１６ｍのグレードもＮＦ（Ｎａｎｏ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜、ＭＦ（Ｍｉｃｒｏ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜およびＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）膜（逆浸透膜）等を利用することができる。特に、ＲＯ膜を最後部に配置すれば、海水から淡水を得る事ができ、海上を航行する船舶には有用である。また、ろ過装置１６の前にはプレフィルタ１５を配置してもよい。ろ過装置１６と言った場合はこのプレフィルタ１５も含むものとする。
【００４２】
ここで、ＭＦ膜とは精密ろ過膜であり、通過孔の大きさが概ね０．０５μｍから０．５μｍの膜である。また、ＵＦ膜とは限外ろ過膜であり、通過孔の大きさが概ね２から２００ｎｍ（分画分子量では、５０００から２５００００程度）である。また、ＮＦ膜とはナノろ過膜であり、通過孔の大きさが概ね１から２ｎｍで、イオンや塩類等の阻止率が７０％以下（分画分子量で１００から５０００）程度のものである。
【００４３】
これらの膜は、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン等の高分子を材料として製造される。また、セラミック等を用いる事も出る。
【００４４】
第１戻し経路切替弁３２と第２戻し経路切替弁３６の間をろ過装置１６を介さずに連通させた配管が戻し経路４６である。戻し経路４６は、微細気泡を含んだ洗浄水を循環させたり、逆洗用の洗浄水を通過させるといった場合に用いられる。戻し経路４６は、第１戻し経路切替弁３２と第２戻し経路切替弁３６に挟まれた密閉空間ともなるので、未使用時に内部を乾燥させるため、ベント等が付加されていてもよい。
【００４５】
第２戻し経路切替弁３６の下流には、貯留タンク１８が設置されている。貯留タンク１８には少なくとも微生物等が排除されたバラスト水が貯留される。従って、貯留タンク１８は直接バラストタンクであってもよい。第２戻し経路切替弁３６から貯留タンク１８までを出水路４８と呼ぶ。また、送水路４０、ろ過路４２、出水路４８をまとめて給水経路５０と呼ぶ。
【００４６】
貯留タンク１８には、原水切替弁３０との間を液密に連通させる供給路５２が配設される。貯留タンク１８中のバラスト水を洗浄用として供給するための経路である。
【００４７】
制御装置２０は、ポンプ１２、原水切替弁３０、第１戻し経路切替弁３２、第２戻し経路切替弁３６、排水切替弁３４、微細気泡発生装置１４と電気的に連結されている。なお、それぞれの連結線は省略した。そしてこれらの構成要素は、制御装置２０からの指示信号によってバルブの開閉、微細気泡の発生と停止、送水圧力の高低と停止といった動作を制御される。
【００４８】
次に、本発明のバラスト水製造装置１の運転方法について説明する。なお、図２に本発明のバラスト水製造装置１の制御装置２０の運転フローを示す。本発明のバラスト水製造装置１を動作させる際（図２ステップＳ１００）は、原水切替弁３０を海水取入れ口１０側に切替え、第１戻し経路切替弁３２および排水切替弁３４はともに送水路４０とろ過路４２を連通させ、第２戻し経路切替弁３６はろ過路４２と出水路４８を連通させる。この弁の設定（以後「弁状態」と呼ぶ。）を「ろ過状態」と呼ぶ。弁状態を「ろ過状態」に設定し、ポンプ１２を稼動させる。図３には、「ろ過状態」の弁状態を示す。図中三方弁で黒塗りした方向は止水している方向である。すなわち、白三角から白三角に水は流れる。
【００４９】
ポンプ１２が稼動を開始すると、海水取入れ口１０から海水が汲み上げられ、ポンプ１２を介して送水路４０を流れる。そのあと第１戻し経路切替弁３２と排水切替弁３４を通してろ過路４２を流れる。ろ過路４２の途中に配置されているろ過装置１６で微生物等は濾し取られる。微生物等が除去された原水はバラスト水として貯留タンク１８に貯留される。なお、ろ過装置１６にＲＯ膜が用いられた場合は、バラスト水は淡水にまで処理されている。これをろ過処理工程（図２ステップＳ１０２）と呼ぶ。図３では、液体の流路を太線で表した。
【００５０】
制御装置２０は、出水路４８の出口に設置された流水計（図示せず）若しくは貯留タンク１８の水位計（図示せず）若しくは時計（図示せず）等によって、バラスト水製造装置１の運転経過時間や単位時間の処理量をモニタする。ろ過装置１６のろ過膜１６ｍの表面には微生物等が沈着してゆき、時間と共にろ過装置１６の透過流束は減少する。制御装置２０は、このろ過装置１６の能力低下を見て、継続して処理を進めるか、洗浄工程を行うかを決める。
【００５１】
これは、図２ではステップＳ１０４で表す判断の処理である。ここで「ε」は、単位時間のろ過量の最低値を表し、予め定められた値である。単位時間の処理量が「ε」より小さくなった場合は、ろ過処理工程を一度停止し、ろ過膜１６ｍの洗浄を行う（ステップＳ１０４のＹ分岐）。ここでは洗浄工程に移るか否かを単位時間の処理量で判断したが、単位時間の処理量の積算値や時間で判断してもよいのは、上記に説明したとおりである。
【００５２】
洗浄工程を行うと判断した場合は、まず、原水切替弁３０を貯留タンク１８側に切り替える。排水切替弁３４、第１戻し経路切替弁３２、第２戻し経路切替弁３６は切り替えをしない。この弁状態を「押出状態」と呼ぶ。図４にこの状態を示す。図４中、各弁は白三角から白三角に水が流れる（以後同じである。）。この弁操作によって、給水経路５０は、貯留タンク１８と供給路５２を介して循環する経路の一部となる。そして所定時間のろ過処理工程を行うと、給水経路５０の中は、すべてバラスト水（処理水）となる。
【００５３】
この操作は、給水経路５０中をバラスト水で充満させるのが目的であるので、所定時間若しくは所定量だけ循環させればよい。送水路４０中の海水を全て処理するためである。給水経路５０中をバラスト水で充満させることができたらポンプ１２を停止する。弁状態を「押出状態」にしてからポンプ１２を停止するまでを押出処理工程（図２ステップＳ１０６）と呼ぶ。
【００５４】
次に第１戻し経路切替弁３２と第２戻し経路切替弁３６で戻し経路４６とろ過路４２を連通させる。この弁状態を「循環状態」と呼ぶ。図５にこの状態を示す。「循環状態」は、ろ過路４２と戻し経路４６が閉じた経路となる。そして次に微細気泡発生装置１４を始動させる。微細気泡発生装置１４からは微細気泡が発生され、ろ過路４２と戻し経路４６中でできた閉じた経路中を循環することとなる。
【００５５】
この時、ろ過装置１６のろ過膜１６ｍの表面に沈着した微生物等はろ過膜１６ｍ表面から剥離される。また、このとき、微細気泡が混入したバラスト水（これを「洗浄水」と呼ぶ。）がろ過路４２と戻し経路４６を循環するため、これらの経路中も洗浄されることとなる。この洗浄も所定時間行う。弁状態を「循環状態」にして微細気泡発生装置１４を駆動させる間をろ過膜洗浄処理工程（図２ステップＳ１０８）と呼ぶ。
【００５６】
次に、原水切替弁３０は供給路５２と送水路４０をつなぎ、第１戻し経路切替弁３２は送水路４０と戻し経路４６をつなぎ、第２戻し経路切替弁３６は戻し経路４６とろ過路４２をつなぎ、排水切替弁３４はろ過装置１６側のろ過路４２と排水路４４をつなぐ。この弁状態を「逆洗状態」と呼ぶ。図６にこの状態を示す。そして、ポンプ１２を始動させる。すると、貯留タンク１８中のバラスト水（処理水）が、原水切替弁３０を介して送水路４０に流れ込み、第１戻し経路切替弁３２から戻し経路４６を逆流し、第２戻し経路切替弁３６からろ過装置１６の下流側に流れる。
【００５７】
すなわち、ろ過装置１６の下流側から上流側に向かってバラスト水（処理水）が流れ、ろ過膜１６ｍの逆洗を行う。ろ過膜１６ｍの表面から剥離された微生物等は、逆洗によって排水切替弁３４を介し、排水路４４を通って船外に放出される。この逆洗もろ過路４２中の洗浄水を微生物等と共に押し出せばよいので、所定量もしくは所定時間行えばよい。弁状態を「逆洗状態」として、ポンプ１２でバラスト水を流す操作を逆洗処理工程（図２ステップＳ１１０）と呼ぶ。
【００５８】
洗浄工程は以上の押出処理工程（図２ステップＳ１０６）と、ろ過膜洗浄処理工程（図２ステップＳ１０８）と、逆洗処理工程（図２ステップＳ１１０）をこの順で行うことをいう。この洗浄工程で、ろ過装置１６のろ過膜１６ｍの微生物等は除去される。また、バラスト水製造装置１の配管中からも微生物等は除去される。そして、バラスト水の製造は十分であるか否かを判断し（図２ステップＳ１１２）、バラスト水の製造を継続する場合（図２ステップＳ１１２のＮ分岐）は、弁状態を「ろ過状態」（図３）に設定し、ポンプを駆動する（図２ステップＳ１０２）。若しくはこれでバラスト水の製造を終了する場合（図２ステップＳ１１２のＹ分岐）は、配管中の水をリークさせる等の後処理工程を行い（図２ステップＳ１１４）、作業を終了する（図２ステップＳ１１６）。
【００５９】
以上の弁の切替および微細気泡発生装置１４やポンプ１２の起動および停止の動作は、全て制御装置２０が行うことができ、簡便な作業で微生物等の含まれないバラスト水を得る事ができる。なお、これらの動作は制御装置２０が行っているので、出水路４８中に微生物等の自動検知装置を付加することで、ろ過装置１６に異常があった場合等、バラスト水中に微生物等が以上発生した場合は、直ちに製造を中止することができる。
【００６０】
本実施の形態のバラスト水製造装置１は、ろ過膜の一次側に設置した１つのポンプ１２でろ過、洗浄、逆洗といったろ過装置１６に必要な工程を行うことができる。また、本発明における洗浄工程は、配管中に微生物等が残留しないので、微生物等の存在しないバラスト水を安定に得る事ができる。
【００６１】
（実施の形態２）
次に図７を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。図７に示すバラスト水製造装置２は図１のバラスト水製造装置１に、ろ過膜１６ｍの一次側から排水路４４までの補助戻し経路５４と、ろ過膜１６ｍの一時側と補助戻し経路５４を開閉する補助戻し経路弁３７と、補助戻し経路５４が排水路４４と接合した点より下流側に排水弁３８を付加した構成を有する。補助戻し経路弁３７と排水弁３８はともに制御装置２０で開閉が制御される。従って、補助戻し経路弁３７を閉じることで、実施の形態１のバラスト水製造装置１同様、海水をくみ上げてろ過装置１６を通過させ処理水を生成するろ過処理工程および給水経路５０中をバラスト水で満たす押出処理工程を行うことができる。
【００６２】
なお、本実施の形態における「ろ過状態」の弁状態は具体的には、原水切替弁３０を海水取入れ口１０側に切替え、第１戻し経路切替弁３２および排水切替弁３４はともに送水路４０とろ過路４２を連通させ、第２戻し経路切替弁３６はろ過路４２と出水路４８を連通させ、補助戻し経路弁３７は閉じる。この弁状態は「第２のろ過状態」と呼ぶ。
【００６３】
図８には、押出処理工程の際の弁状態および流路を示す。具体的には、「第２のろ過状態」から原水切替弁３０を貯留タンク１８側に切り替える。排水切替弁３４、第１戻し経路切替弁３２、第２戻し経路切替弁３６は切り替えをしない。本実施の形態における「押出状態」を「第２の押出状態」と呼ぶ。なお、弁と配管による流路は増えたが、基本的な運転方法は実施の形態１の場合と同じである。従って、運転方法は図３に示した運転フローと同じである。
【００６４】
一方ろ過膜洗浄処理工程（図２ステップＳ１０８）と、逆洗処理工程（図２ステップＳ１１０）における流路は少し異なる。まず、ろ過膜洗浄処理工程であるが、弁状態は実施形態１の場合に補助戻し経路弁３７の開閉が加わる。具体的には、第１戻し経路切替弁３２と第２戻し経路切替弁３６で戻し経路４６とろ過路４２を連通させ、補助戻し経路弁３７を開き、排水弁３８は閉じる。なお、この弁状態を「第２の循環状態」と呼ぶ。図９にこの時の弁状態および流路を示す。
【００６５】
具体的な運転方法は、「第２の押出状態」（図８）を経て、「第２の循環状態」（図９）に至り、微細気泡発生装置１４を始動させる。ここで、発生させられた微細気泡はろ過膜１６ｍに衝突した後、ろ過膜１６ｍに沿って流れ、微細気泡発生装置１４の上流側に至る経路（補助戻し経路５４および排水路４４）が形成されている（図８参照）。ここでは、排水切替弁３４は、三方向全て通過させるように制御される。つまり、実施の形態１では、洗浄水がろ過膜１６ｍを通過する際に沈着物を剥離させていたが、本実施の形態のバラスト水製造装置２は、ろ過膜１６ｍに沿って流れる流路ができたために、剥離力がより増加する。
【００６６】
図１０を参照して、ろ過膜洗浄処理工程が終了したら、弁状態を「第２の逆洗状態」としてポンプ１２を始動させる。「第２の逆洗状態」は、具体的には、原水切替弁３０は供給路５２と送水路４０をつなぎ、第１戻し経路切替弁３２は送水路４０と戻し経路４６をつなぎ、第２戻し経路切替弁３６は戻し経路４６とろ過路４２をつなぎ、排水切替弁３４はろ過装置１６側のろ過路４２と排水路４４をつなぎ、補助戻し経路弁３７および排水弁３８は開く。この弁操作によって、処理水がろ過膜１６ｍを逆洗し、補助戻し経路５４に残った付着物とろ過路４２に残った付着物を全て船外に排出することができる。
【００６７】
以上のように、本実施の形態のバラスト水製造装置２は、ろ過膜１６ｍの一次側から排水路４４に連通する補助戻し経路５４を設けたので、ろ過膜１６ｍの表面を洗浄水が流れる流路ができ、ろ過膜１６ｍ表面の付着物をより効果的に剥離させることができる。
【００６８】
（実施の形態３）
図１１に本実施の形態のバラスト水製造装置３の構成を示す。本実施の形態のバラスト水製造装置３では、実施の形態２で示したバラスト水製造装置２の補助戻し経路５４の途中に排水容器２２を付加した構成となっている。これはろ過膜洗浄処理工程（図２ステップＳ１０８）で利用されるものであるので、ろ過膜洗浄処理工程について説明する。なお、ろ過処理工程および押出処理工程の弁状態は実施の形態２で示したバラスト水製造装置２を同じである。また、運転方法のフローが実施の形態１の場合と同じであるのは実施の形態２の場合と同じである。
【００６９】
図１２を参照して、ろ過膜洗浄処理工程では、弁状態は、「第３の循環状態」とする。具体的には、第１戻し経路切替弁３２と第２戻し経路切替弁３６で戻し経路４６とろ過路４２を連通させ、補助戻し経路弁３７を開き、排水切替弁３４は、ろ過路４２同士を連通させる。そして、微細気泡発生装置１４を駆動させる。微細気泡が含まれる洗浄水は、戻し経路４６を循環する流れと、ろ過膜１６ｍの一次側に接続された補助戻し経路５４によってろ過膜１６ｍの表面に沿って補助戻し経路５４への流れができる。
【００７０】
この補助戻し経路５４側に流れた洗浄水はろ過膜１６ｍ表面から剥離した付着物が多く残留している。そこで、洗浄過程において補助戻し経路５４を流れる洗浄水を排水容器２２に一次貯留する。これを一次貯留工程と呼ぶ。このようにすると、補助戻し経路５４から排水路４４を経由して循環する流れはなくなるが、ろ過膜１６ｍ表面の付着物を、戻し経路４６およびろ過路４２で形成された循環路中に存在させないという効果がある。これによって、より微生物等が存在しないバラスト水を製造することができる。
【００７１】
図１３には、本実施の形態における逆洗処理工程の弁状態と流路を示す。本実施の形態における弁状態を「第３の逆洗状態」と呼ぶ。具体的には、原水切替弁３０は供給路５２と送水路４０をつなぎ、第１戻し経路切替弁３２は送水路４０と戻し経路４６をつなぎ、第２戻し経路切替弁３６は戻し経路４６とろ過路４２をつなぎ、排水切替弁３４はろ過路４２と排水路４４をつなぎ、補助戻し経路弁３７と排水弁３８は共に開く。
【００７２】
このようにすることで、配管中はもとより、排水容器２２に貯留したろ過装置１６を洗浄した後の水をバラスト水で船外に押し出すことができ、ろ過装置１６と配管および排水容器２２とも微生物等のいない状態にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のバラスト水製造装置およびその運転方法は、バラスト水の製造に好適に利用することができるが、原水は特に海水や自然状態で得られる淡水とは限定されないので、広く水を浄化する装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１、２、３  バラスト水製造装置
１０  海水取入れ口
１１  放出端
１２  ポンプ
１４  微細気泡発生装置
１６  ろ過装置
１８  貯留タンク
２０  制御装置
２２  排水容器
３０  原水切替弁
３２  第１戻し経路切替弁
３４  排水切替弁
３６  第２戻し経路切替弁
３７  補助戻し経路弁
３８  排水弁
４０  送水路
４２  ろ過路
４４  排水路
４６  戻し経路
４８  出水路
５０  給水経路
５２  供給路
５４  補助戻し経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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