(57)【要約】  海上船舶のバラスト水から外来種及び不要な生物を除去する方法を提供する。バラスト水（２０４）をコンテナ（２０２）に注入する。このバラスト水に有機生物を添加する。このバラスト水中の従属栄養生物（２１９）が繁殖し、この有機物質（２１８）を消費する。この従属栄養生物により、バラスト水中の酸素レベルは、未処理のバラスト水と比べて大幅に低下する。バラスト水中の外来種及び不要な生物は、酸素欠乏により死滅する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海上船舶のバラスト水から生物を除去する方法であって、コンテナ（２０２）にバラスト水（２０４）を注入するステップを含む方法において、
有機物質（２１８）を前記バラスト水（２０４）に添加し、
前記バラスト水（２０４）に存在する従属栄養生物（２１９）が繁殖して前記有機物質（２１８）を消費し、該従属栄養生物（２１９）は、未処理のバラスト水中の酸素レベルと比べて前記バラスト水の酸素レベルを大幅に低下させ、
前記バラスト水中の好気性生物（２１１）は、該バラスト水中において、その生命維持に必要な酸素が欠乏するため死滅することを特徴とする
海上船舶のバラスト水から生物を除去する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記酸素及び前記有機物質を時刻（ｔ１）にて同時に使い果たすように、前記バラスト水に添加する有機物質の量を調整することにより、前記バラスト水から前記従属栄養生物（２１９）を除去すること、をさらに含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記バラスト水に所定の量の有機物質を添加して、嫌気性生物がその生命維持に必要な有機物質を使い果たすときに前記従属栄養生物が前記バラスト水中の前記酸素を全て消費するようにすること、をさらに含む方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
フィルター（２１４）により生物をろ過して除去すること、をさらに含む方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記有機物質（２１８）を前記バラスト水（２０４）に投入する投入装置（２１６）を用いること、をさらに含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
前記バラスト水（２０４）に大豆タンパクを投入すること、をさらに含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
前記コンテナ（２０２）より排出する前に前記バラスト水（２０４）を紫外線に露光し、従属栄養生物（２１９）を死滅させること、をさらに含む方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
前記バラスト水を前記コンテナ（２０２）から排出する前に、前記バラスト水中の酸素レベルを元の状態に回復すること、をさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己研磨型防汚塗料又は船底塗料を含む海上船舶又は海上物体を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
すなわち、本発明は、機械的強度が比較的低い結合剤を含むため、水との摩擦により外側塗料層が剥がれ、塗料層に付着した生物は全て外側塗料層と共に取り除かれる防汚塗料に関する。
【０００３】
船舶が水中でほぼ静止しているときに防汚塗料の表面に付着する生物の数を減らす目的で、塗布する塗料の層を滑りやすいものに構成することが知られている。さらに、その塗料に１種類又はそれ以上の種類の添加物を加えることで、自己研磨型塗料の露出した表面へ生物が停留又は付着することをさらに抑制することも知られている。生物活性物質は環境上の側面から好ましく、従来より、生物活性物質を用いることにより、海洋生物が自己研磨型塗料の表面へ付着する性質又は能力を制御することが行われてきた。そのような海洋生物としては、特に、軟体動物やフジツボ等が挙げられる。問題は、生物活性物質の効果が低いことである。その他の物質、例えば、酸化銅若しくは錫塩類などの金属化合物、又はトリブチルスズ（ＴＢＴ）は高い効果を奏するが、一般的に、環境的側面からは容認しがたい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の１つの目的は、例えば、軟体動物やフジツボ等の海洋生物の、水に露出した塗料層への付着を抑制する効果のある、環境的に受容可能な物質を含む自己研磨型塗料を提供ことである。
【０００５】
本発明の他の目的は、付着した藻類の光合成過程を妨げる物質をさらに含む自己研磨型塗料を提供することである。自己研磨型防汚塗料により、本発明の上記の目的は、部分的又は全体的に達成される。
【０００６】
他の問題として、国際海事機関（ＩＭＯ）の新規定によれば、バラストを必要とする大型船舶は、港湾から３キロメートル以内の範囲では、そのバラスト水に含まれる外来生物を除去しない限り、バラスト水を排出できないと定められていることである。つまり、船舶は港湾に入航する前にバラスト水を排出しなければならず、そのため船舶は不安定になる。バラスト水の浄化に関するこの問題を解決するため、これまで様々な手法が試みられたが、成功したものはない。例えば、ろ過システムは非効率でエネルギー消費が大きいことがわかっている。
【０００７】
バラスト水に化学物質を添加することにも問題がある。添加された化学物質は、海に排出する前のバラスト水を汚染してしまう。紫外線を使用する方法もあるが、有毒な臭化物質が発生しやすい。上記課題を鑑み、国際海事機関によって定められたような規則や規定に準拠しつつ船舶が港でバラスト水を排出できるような、安価で確実なシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の方法によれば、上記課題の解決策を提供することができる。より詳細には、本発明の方法は、船舶のバラスト水を処理する方法である。バラスト水を船舶の廃棄物容器（コンテナ）に注入する。そのバラスト水は多細胞生物及び単細胞生物を含む。有機物質をバラスト水に添加すると、好気性バクテリアや嫌気性バクテリアといった従属栄養生物がバラスト水中に繁殖し、その有機物質を吸収する。この過程で、それら従属栄養生物により、バラスト水の酸素レベルが、未処理のバラスト水と比べて大幅に低下する。従属栄養生物は、添加した有機物質をほぼ全て吸収する。その従属栄養生物及びその他の外来の多細胞生物も、酸素と有機物質の欠乏により全て死滅する。
【０００９】
以下に、本発明の実施形態と実施例についてより詳細な説明をする際に参照する添付図面について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の組成物を塗布した海上船舶の正面断面図である。
【図２】第１速度で移動している海上船舶の上面断面図である。
【図３】第１速度より高速の第２速度で移動している海上船舶の上面断面図である。
【図４】海上船舶の拡大上面断面図であり、本発明の組成物の各層を示す図である。
【図５】本発明の方法を船舶のバラスト水システムに適用した際の船舶の概略図である。
【図６ａ】本発明の方法による、バラスト水中の酸素濃度の経時的効果を示すグラフ図である。
【図６ｂ】本発明の方法による、バラスト水中の物質レベルに対する経時的影響を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、酸素濃度の低い塗料の表面には海洋生物、特には軟体生物が付着しにくい、という知見に基づくものである。また、本発明は、水の存在下で周辺の湖水や海水の層から酸素を消費しつつバクテリアの作用により分解される物質を塗料に含有させることで、水性の環境下において露出した外側塗料層の酸素濃度が低下する、という知見に基づくものである。そのような低酸素濃度により、また、おそらくはそのバクテリア作用によって発生した分解生成物により、周辺の水の薄層が塗料層（特に、自己研磨型塗料の多孔質外層）の孔や表面の凹凸に入り込んで動きにくくなるため、軟体動物にとって不都合な環境となる。
【００１２】
そのような材料としては、生物学的性質又は化学的性質を持つものが利用できる。本発明の好適な一実施形態によれば、生物学的物質を用いる。より好ましくは、タンパク質を多く含む物質、例えば、大豆粉末等の植物性物質を用いる。その物質、例えば大豆粉末の粒径は、好適には０．１〜０．００１ミリメートルの範囲内とし、好ましくは、結合剤中に均一に分散される。
【００１３】
場合により、上記材料の分解生成物が藻類の増殖を促進する環境を作ってしまうことがある。なぜなら、これら分解生成物が藻類の養分となり得るからである。そのため、本発明によれば、塗料表面に付着する藻類の光合成を抑制する物質をさらに含む、進歩的な塗料を提案する。そのような光合成抑制剤は当該技術分野では公知であり、有効用量を添加すれば環境負荷が比較的少なくてすむ。自己研磨型防汚塗料と混合可能な光合成抑制剤として、イルガロール（Ｉｒｇａｒｏｌ）がある。
【００１４】
次に動作について説明する。海上物体又は海上船舶１００の表面１０２を本発明の組成物１０４で保護する。表面１０２は境界層１０６を備え、境界層１０６の中を船舶１００に対し速度１０８で水が流れる。この速度１０８は、船舶１００に対する、境界層１０６の外を流れる水の速度１１０よりも低速である。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によれば、組成物１０４を海上船舶１００の表面１０２に塗布する塗料として用いることができる。組成物は、分解可能な有機物質１１２を含むことができる。この有機物質１１２の粒径は、０．００１〜０．１ミリメートルの範囲内とすべきである。粒径が０．１ミリメートルを超えると、組成物１０４が表面１０２と周囲の水１０３との間に摩擦を生じるため、好ましくない。粒径が０．００１ミリメートルを下回ると、粒子がクラスター状になりやすく、結果としてより大きな粒子を形成してしまう。さらに、有機物質１１２を表面１０２の上全体に均一に分散させて、表面１０２のどの箇所においても有機物質１１２が不適切に成長しないようにすることが重要である。塗料の粒子が表面１０２を完全に被覆しなくとも、境界層１０６の酸素レベルが低いため、硬質付着物を引き起こす可能性は低い。別の付着物生成過程については後述する。また、好ましくは、粒子間隔は１ミリメートルを超えないようにすべきである。
【００１６】
好ましくは、バクテリア１１６が有機物質１１２を消費し、この過程で境界層１０６に含まれる酸素１１４を使用するため、境界層１０６内部の酸素レベルは、この境界層１０６外部の酸素レベルよりも大幅に低下する。境界層１０６内部の酸素レベルは、境界層１０６外側又は本発明の組成物１０４にて未処理の表面箇所における酸素レベルのわずか１〜２％にまで低下させることができる。好ましくは、境界層１０６内部の酸素レベルが、境界層１０６外部の未処理箇所の酸素レベルに比べ、少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは少なくとも９８％低下するようにする。
【００１７】
この有機物質としては、小麦グルテン等の任意の適当な有機物質とすることができる。ここで、組成物１０４の防汚効果、すなわち、表面１０２の成長抑制効果は、有機物質１１２により生じるものではないことに留意されたい。後述するように、防汚効果を生じさせるのはバクテリア１１６である。仮に組成物１０４がバクテリアのみを含むとすると、そのバクテリアは、有機物質が欠乏すると最終的に餓死してしまう。
【００１８】
汚染による影響は次のように分類することができる。すなわち、硬質付着物（酸素を消費するもの）と軽質付着物（光合成によるもの）である。硬質付着物は、生存のために酸素を必要とする生物、すなわち、貝、牡蠣、蠕虫、及びその他の海洋動物によって引き起こされるものである。軽質付着物は光合成によるものであり、例えば藻類や草類などにより引き起こされるが、バクテリアが生成する代謝物質等の副生成物は軽質付着物に悪影響を及ぼす。軽質付着物では、光合成の過程で、海洋生物が必要とする酸素を生成するため、硬質付着物の問題にもつながる。境界層１０６内に存在する代謝物質は、軽質付着物を阻止する。
【００１９】
組成物１０４に含まれる有機物質１１２の重要な機能の１つは、バクテリア１１６を引き寄せることである。バクテリア１１６は有機物質１１２を栄養として消費し、その消費過程でバクテリア１１６は酸素１１４を消費して、代謝産物すなわち代謝物質１１８を生成する。この代謝物質１１８としては、例えばアルコール性物質、酸性物質、及びイースト性物質が挙げられる。このバクテリア１１６による消費吸収プロセスにより、境界層１１６内の酸素レベルは大幅に低下し、上述のように通常の酸素レベルのおよそ１〜２％となる。
【００２０】
表面１０２の他の重要な機能は、有機物質１１２をバクテリア１１６に長期にわたり利用可能とすることである。組成物１０４は放出特性を有することができ、それにより組成物１０４は十分な有機物質を長期間、例えば２０週間にわたり供給することができる。組成物１０４は徐々に侵食され、有機物質が欠乏した層は表面１０２から剥がれ落ちる。この侵食の段階で、表面１０２は、第１層１２０を含み、この第１層１２０が剥がれ落ちることにより第２の下層１２２が露出し、この第２層１２２もしばらくすると剥がれ落ちて、第３の下層が露出する、といったように構成することができる。他の選択肢としては、組成物１０４を高多孔質とすることで、バクテリア１１６による消費に利用可能な有機物質を含む有効表面積を増加する。
【００２１】
海洋船舶の速度が上昇するにつれ、すなわち、速度１０８が速度１１１まで上昇するにつれて、境界層１０６の層厚が厚さＤ１からより小さい厚さＤ２に減少する。厚さＤ１は約１ミリメートルとすることができる。酸素含有量が少ない境界層の層厚は、船舶の速度上昇に伴い減少するが、低速の速度１０８のとき又は海洋船舶が静止しているときと比較して、速度１１１のときは表面１０２に物体が付着する可能性も低い。重要なのは、境界層１０６内が低速であることを利用して酸素レベルを低下させることである。表面１０２にすぐ隣接する水の速度が非常に高速であるときは、新鮮な酸素を含む新しい水が常に流れることになり、酸素レベルを低下させる効果も非常に一時的なものになる。
【実施例】
【００２２】
塗料組成物を作成し、モデル塗料組成物Ａとした。ただし、酸化銅を除去し、粒径０．０１ミリメートルの乾燥大豆粉末で代用した。その塗料を表面層として塗布した。このモデル塗料組成物Ａは、固形分体積９８％のトリイソプロピルシリルアクリレート、固形分体積２％の水素物質であるディスペルビク（Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ）１６４（例えば、ビッケミー（Ｂｙｋ  Ｃｈｅｍｉｅ）社（ドイツ）製）、固形分体積２％のシリカであるアエロジル２００（例えば、デグサ（Ｄｅｇｕｓｓａ）社（ドイツ）製）、固形分体積２％の改良型ポリエチレンワックスであるアヂチックス（Ａｄｉｔｉｘ）Ｍ６０Ｘ（例えば、スーパーコロリ（Ｓｕｐｅｒｃｏｌｏｒｉ）社（イタリア）製）、固形分体積３６％の大豆粉末、及び固形分体積比５０％のキシレン溶媒を、それぞれ含有することができる。
【００２３】
その塗料を、防汚塗料として、バルト海上の船舶に塗布した。水環境に晒されると、塗料の外層が隣接する水の層から酸素を吸収するのにつれて、塗料に含まれる大豆粉粒が生物学的過程により分解された。そのような塗料の外層には、軟体動物が付着しにくいことがわかった。
【００２４】
大豆粉末分解生成物は、藻類の成長を促進することがわかった。組成は同じだが大豆成分又はその他の酸化銅成分を含まず、イルガロール（登録商標）を０．０５％含有する比較塗料は、軟体動物の増殖に対する効果は見られなかったが、その殺藻効果の結果として、水と接触する塗料表面での藻類の増殖を大幅に抑制することができた。
【００２５】
上記の実施例によれば、自己研磨型防汚塗料であって、水存在下で分解するが隣接する水の層から酸素を消費する物質を高い比率で含むものは、塗料上で軟体動物が増殖するのを抑制すること、また塗料に含まれる光合成抑制剤により、塗料層の表面上での藻類の増殖を制限できることがわかる。
【００２６】
塗料に含まれる生物活性物質の量は、その塗料の期待される耐用年数分の必要酸素量に応じて決まる。生物活性物質には、自己研磨型塗料の湿気を帯びた表層内の水の層に、上述した酸素消費量を付与する化学物質又は生物物質を用いることができる。その表層はスポンジ状であり、そのため含有する水の質量の流動性を大幅に制限することができる。
【００２７】
本発明によれば、好ましくは、水環境下で分解する際に酸素を消費する生物物質を用いることができる。大豆粉末の他、魚粉末、卵粉、海藻粉末、その他同様の物質を用いることができる。
【００２８】
本発明による防汚塗料組成物には、１０〜５０重量パーセントに相当する量の生物活性物質を加える。特に、上記に例示した塗料組成物において、乾燥大豆粉末を含有したものについては、その割合を適用する。
【００２９】
図５を参照すると、船舶２００は、海水などの液状バラスト２０４を収容したコンテナ２０２を有する。大型船舶からの排水は、世界のある地域でバラスト水を取得し、世界の他の地域で排水すると、二枚貝の幼生やクラゲ等の望ましくない外来の多細胞生物や、天敵を持たない有害な微生物までが新たな環境に排出されてしまうという点で特に問題である。また、他の液体、すなわち冷却水等も本発明の方法により浄化できるのであり、バラスト水は説明のための例示として使われたに過ぎないことを理解されたい。
【００３０】
図５を参照して説明するプロセスは、上述した各プロセスと次のような点で実質的に同一である。すなわち、タンパク質、糖類、及びその他の物質等の添加有機物質の重要な機能には、好気性及び嫌気性バクテリア等の従属栄養生物を引き寄せてその数を一時的に増加させることがある。これら従属栄養生物は有機物質を栄養として消費し、又はお互いを摂食し、この摂取の過程で、従属栄養生物はバラスト水中の酸素を実質的に全て消費する。この酸素の減少は、従属栄養生物の数の大幅な増加により促進されるが、従属栄養生物の数が増加したのは、タンパク質等の有機物質を添加したことによる結果である。窒素や糖類などの炭水化物等、その他の物質を添加することにより、従属栄養生物の数が増加し、促進剤のごとく機能する。バラスト水中の酸素レベルが低下するにつれ、好気性生物は死滅する。また、酸素が欠乏することにより、バラスト水中に存在する可能性のある外来の多細胞生物も死滅する。
【００３１】
より詳細には、船舶２００は、内部に画定された吸水口２０６及び排水口２０８を有しているので、バラスト水２０４が導管２１０を経由してコンテナ２０２に流れ込み、導管２１２を経由してコンテナ２０２から流れ出ることができる。吸水口２０６にはフィルター２１４を設け、植物や動物等の比較的大きな物体をろ過して除去する。このフィルター２１４は、粗フィルターと細フィルターとに分けて構成することができ、粗フィルターでは大きい粒子と動物などをろ過し、細フィルターではより小さな粒子をろ過することにより、粒子がコンテナ２０２の中に進入するのを防ぐ。
【００３２】
フィルター２１４の下流には、大豆タンパク、小麦グルテン、及びその他の好適な有機物質２１８を、流入するバラスト水２０４に供給するための投入装置２１６がある。この有機物質により栄養分が追加されて、酸素消費型の従属栄養生物２１９の数が増加する。増加した従属栄養生物は有機物質を吸収し、またこの過程で水中の酸素を消費する。水中の酸素濃度が低下するにつれ、好気性バクテリア２１９は死滅する。つまり、その他の外来の多細胞生物２２１も、バラスト水中の酸素が欠乏するため、全て死滅する。一方、嫌気性バクテリア２２３は、バラスト水中の酸素レベルに依存しないため、水中に依然として存在することができる。それどころか、先に添加した有機物質等の利用可能な栄養物がバラスト水中に残存する限り、嫌気性バクテリア２２３は増え続ける可能性がある。
【００３３】
投入装置２１６は、有機物質及びその他の物質を必要に応じて供給する投薬装置又は投入/溶解装置であれば全て好適に用いることができる。投入装置２１６を使用せず、手動で有機物質２１８を添加することもできる。バラスト水１リットルに対し、タンパク質等の有機物質をわずか０．０４グラム加えるだけで、従属栄養生物の数を劇的に増加させ、２４〜４８時間以内にバラスト水中の全酸素をおおむね除去するのに十分であることは驚くべき発見であった。
【００３４】
好ましくは、導管に、コンテナ２０２の両側に位置するポンプ２２０及び２２２を設けて、導管２１０及び２１２内のバラスト水の流量を増加するようにすることもできる。また、導管２１２上のポンプ２２２の下流には、紫外線（ＵＶ）放射器２２４を設け、バラスト水２０４中に残存している可能性のある嫌気性及び好気性生物、微生物、バクテリア、胞子、及びその他の生物を全て死滅させた後、バラスト水を排水口２０８から海中に排出する。また、バラスト水を排出する前に、酸素が欠乏しているバラスト水、つまり無酸素/低酸素排水等の酸素レベルを元の状態に回復することもできる。それにより、海に返還したバラスト排水が生物や自然に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００３５】
理想的には、例えば５日間の航海の最初の２日間で、従属栄養生物はバラスト水中のほぼ全ての酸素を消費することができる。残りの３日間は、バラスト水中に酸素がないため、好気性バクテリア及びその他の外来の多細胞生物は酸素欠乏により最終的に死滅する。理想的には、嫌気性バクテリアは約２日間で有機物質を使い果たし、栄養が欠乏することにより死滅する。
【００３６】
バラスト水に添加する有機物質の量が不十分だと、従属栄養生物が十分に増加できずに酸素消費量が伸びないこと、また、酸素レベルが上昇するのに時間がかかりすぎて最終的に好気性バクテリアその他外来の多細胞生物を死滅させることができないことがある。
【００３７】
バラスト水に添加する有機物質の量が多すぎると、不必要に大量の有機物質及び嫌気性バクテリアを含んだままバラスト水が排水されてしまうことがある。適正な量の有機物質を添加すると、バラスト水中の好気性バクテリアが酸素欠乏により死滅するだけでなく、嫌気性バクテリアも有機物質の欠乏により死滅する。
【００３８】
図６（ａ）は、酸素レベルと有機物質の濃度との相関を示す図である。実線３００は、有機物質を適正な濃度で添加した場合を示す。時刻ｔ１より開始する期間３０６において、酸素レベルはほぼゼロに抑えられているはずである。その後まもなく、時刻ｔ２にて示すように、外来の多細胞生物及び嫌気性バクテリアは酸素欠乏により死滅する。期間３０６、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２においては、酸素レベルが非常に低いことから、水中で非常に活発な生物活動が起こり、それにより水中に溶解していた酸素が消費されたことがわかる。実線３０２は、有機物質の添加量が不十分だった場合の酸素レベルを示し、実線３０４は有機物質の添加量が多すぎた場合の酸素レベル示す。
【００３９】
図６（ｂ）は、バラスト水中におけるタンパク質レベルの経時変化を示す図である。実線３１０は、タンパク質の添加量が不十分であったために、そのタンパク質があまりにも早く吸収されてしまった場合を示す。実線３０８は、タンパク質の添加量が多すぎたために、航海期間中にタンパク質を使い果たせず残存してしまった場合を示す。実線３１２は、タンパク質の添加量が適正であり、時刻ｔ１にて従属栄養生物がタンパク質を使い果たし、時刻ｔ２にて全ての生物が死滅した場合を示す。
【００４０】
以上、本発明をその好適な組成と実施例に基づき説明したが、本発明の精神及び添付の請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替と変更を行うことが可能であることを理解されたい。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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