(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給装置と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御装置を備えるバラスト水処理装置であって、
酸化剤供給量制御装置は、
取水する原水の吸光度を計測する吸光度計と、
原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係を第一対応関係として記憶するとともに、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を第二対応関係として記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された第一及び第二対応関係と上記吸光度計により計測された吸光度とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、
該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、
上記演算手段は、上記第一対応関係を参照して、吸光度計により計測された原水の吸光度に対応する溶存有機炭素濃度を導出してから、上記第二対応関係を参照して、導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴とするバラスト水処理装置。
【請求項２】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給装置と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御装置を備えるバラスト水処理装置であって、
酸化剤供給量制御装置は、
取水する原水の吸光度を計測する吸光度計と、
原水の吸光度と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された上記対応関係と上記吸光度計により計測された吸光度とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、
該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、
上記記憶手段は、上記原水の吸光度と要求される酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を、原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度との関係である第一対応関係と、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係とから得られる、原水の吸光度と要求される酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との直接的な対応関係として記憶する記憶手段であり、
上記演算手段は、上記対応関係を参照して、吸光度計により計測された原水の吸光度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴とするバラスト水処理装置。
【請求項３】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給装置と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御装置を備えるバラスト水処理装置であって、
酸化剤供給量制御装置は、
取水する原水の吸光度を計測する吸光度計と、
原水の吸光度と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された上記対応関係と上記吸光度計により計測された吸光度とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、
該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、
上記記憶手段は、上記原水の吸光度と要求される酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を、原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度との関係である第一対応関係と、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係とから得られる、原水の吸光度と要求される酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との直接的な対応関係を、下式で表す関係式として記憶する記憶手段であり、
上記演算手段は、上記対応関係を参照して、吸光度計により計測された原水の吸光度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴とするバラスト水処理装置。
ＳＶ＝ａ×ＴＡＶＥ＋ｂ      
ＳＶ：要求される酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度（ｍｇ／Ｌ）
ＴＡＶＥ：複数回計測した原水の吸光度の平均値
ａ、ｂ：原水から得られる吸光度、溶存有機炭素濃度に応じて決定される数値
【請求項４】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給装置と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御装置を備えるバラスト水処理装置であって、
酸化剤供給量制御装置は、
取水する原水の透過率を計測する透過率計と、
原水の透過率と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係を第一対応関係として記憶するとともに、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を第二対応関係として記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された第一及び第二対応関係と上記透過率計により計測された透過率とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、
該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、
上記演算手段は、上記第一対応関係を参照して、透過率計により計測された原水の透過率に対応する溶存有機炭素濃度を導出してから、上記第二対応関係を参照して、導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴とするバラスト水処理装置。
【請求項５】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給装置と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御装置を備えるバラスト水処理装置であって、
酸化剤供給量制御装置は、
取水する原水の透過率を計測する透過率計と、
原水の透過率と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された上記対応関係と上記透過率計により計測された透過率とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、
該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、
上記記憶手段は、上記原水の透過率と要求される酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を、原水の透過率と該原水の溶存有機炭素濃度との関係である第一対応関係と、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係とから得られる、原水の透過率と要求される酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との直接的な対応関係として記憶する記憶手段であり、
上記演算手段は、上記対応関係を参照して、透過率計により計測された原水の透過率に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴とするバラスト水処理装置。
【請求項６】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給工程と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御工程を備えるバラスト水処理方法であって、
酸化剤供給量制御工程は、
取水する原水の吸光度を計測する吸光度計測工程と、
予め取得された、原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係である第一対応関係を参照して、上記吸光度計測工程で計測された原水の吸光度に対応する溶存有機炭素濃度を導出する溶存有機炭素濃度導出工程と、
予め取得された、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係を参照して、溶存有機炭素濃度導出工程で導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、
該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、
該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備えることを特徴とするバラスト水処理方法。
【請求項７】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給工程と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御工程を備えるバラスト水処理方法であって、
酸化剤供給量制御工程は、
取水する原水の吸光度を計測する吸光度計測工程と、
予め取得された、原水の吸光度と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を参照して、上記吸光度計測工程で計測された原水の吸光度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、
該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、
該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備え、
上記残留酸化剤濃度導出工程は、原水の吸光度と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係が、原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係である第一対応関係と、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係とから、予め取得された対応関係であることを特徴とするバラスト水処理方法。
【請求項８】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給工程と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御工程を備えるバラスト水処理方法であって、
酸化剤供給量制御工程は、
取水する原水の透過率を計測する透過率計測工程と、
予め取得された、原水の透過率と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係である第一対応関係を参照して、上記透過率計測工程で計測された原水の透過率に対応する溶存有機炭素濃度を導出する溶存有機炭素濃度導出工程と、
予め取得された、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係を参照して、溶存有機炭素濃度導出工程で導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、
該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、
該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備えることを特徴とするバラスト水処理方法。
【請求項９】
船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給工程と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御工程を備えるバラスト水処理方法であって、
酸化剤供給量制御工程は、
取水する原水の透過率を計測する透過率計測工程と、
予め取得された、原水の透過率と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を参照して、上記透過率計測工程で計測された原水の透過率に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、
該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、
該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備え、
上記残留酸化剤濃度導出工程は、原水の透過率と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係が、原水の透過率と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係である第一対応関係と、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係とから、予め取得された対応関係であることを特徴とするバラスト水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶のバラストタンクに積み込まれるバラスト水の処理装置および処理方法に関し、特に、バラスト水に含まれる有害細菌類およびプランクトンを効率的に死滅させるための処理装置および処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空荷または積荷が少ない状態の船舶は、プロペラ没水深度の確保、空荷時における安全航行の確保等の必要性から、出港前にバラストタンクにバラスト水の注水を行う。逆に港内で積荷をする場合には、バラスト水の排出を行う。ところで、環境の異なる荷積み港と荷下し港との間を往復する船舶によりバラスト水の注排水が行われると、バラスト水に含まれる微生物の差異により沿岸生態系に悪影響を及ぼすことが懸念されている。そこで、船舶のバラスト水管理に関する国際会議において２００４年２月に船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための国際条約が採択され、バラスト水の処理が義務付けられることとなった。
【０００３】
バラスト水の処理基準として国際海事機構（ＩＭＯ）が定める基準は、船舶から排出されるバラスト水に含まれる５０μｍ以上の生物（主に動物プランクトン）の数が１ｍ３中に１０個未満、１０μｍ以上５０μｍ未満の生物（主に植物プランクトン）の数が１ｍｌ中に１０個未満、コレラ菌の数が１００ｍｌ中に１cfu未満、大腸菌の数が１００ｍｌ中
に２５０cfu未満、腸球菌の数が１００ｍｌ中に１００cfu未満となっている。
【０００４】
特許文献１および非特許文献１には、バラスト水処理装置として、原水としての海水を濾過して水生生物を捕捉する濾過装置と、海水中の細菌類を死滅させる殺菌剤としての酸化剤を濾過された海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌剤が供給された濾過水の供給を受けて該濾過水中にキャビテーションを発生させて濾過水中に上記殺菌剤を拡散させると共に濾過水中の水生生物に対して損傷を与えるか死滅させるベンチュリ管とを備えた装置が開示されている。
【０００５】
特許文献１および非特許文献１のバラスト水処理装置では、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムなどが用いられており、バラストタンクに送水する海水中の殺菌剤濃度（塩素濃度）が、予め定められた適正な濃度（一定値）となるように殺菌剤の供給量を調整している。
【０００６】
例えば非特許文献１のバラスト水処理装置では、通常、以下のように殺菌剤の供給量が調整される。まず、適正と思われる海水中の殺菌剤濃度を予め定めた後、殺菌剤の供給を受けバラストタンクに注水される海水中の殺菌剤濃度を計測し、計測した殺菌剤濃度を予め定めた所定の殺菌剤濃度と比較して、該所定の殺菌剤濃度を上回るか下回るかを判定する。そして、その判定結果に基づくフィードバック制御により、殺菌剤を供給するためのポンプの出力調整や殺菌剤供給ラインに設けたバルブの開度調整を行い、殺菌剤供給量を調整している。通常、一定値として定められた上記所定の殺菌剤濃度は、許容可能な所定の範囲をもって設定されていることが多く、この場合、上記殺菌剤供給量は、殺菌剤濃度がこの所定の範囲（以下、「目標濃度範囲」ともいう）内の濃度となるように調整される。
【０００７】
殺菌剤が供給されバラストタンクに貯留された海水は、殺菌剤と海水中の有機物との反応や、殺菌剤の自己分解反応などにより、殺菌剤濃度が経時的に減少する。バラストタンクに貯留された海水中では、水生生物の再増殖やプランクトンの卵のふ化のおそれがあるので、海水中の残留殺菌剤濃度（所定時間が経過した状態で海水中に残留する殺菌剤の海水に対する濃度）は、上述の水生生物の再増殖等を抑制できる程度に維持する必要がある。
【０００８】
海水中の有機物の含有率（水質）は船舶の寄港地により大きく異なっている。そして、殺菌剤と海水中の有機物との反応、換言すると、殺菌剤濃度の経時的減少の程度は、海水の水質に左右される。したがって、従来、上記殺菌剤濃度の目標濃度範囲は、様々な水質の海水に対応して十分な残留殺菌剤濃度を維持できるように高めの広範囲にわたって設定され、殺菌剤供給量は、殺菌剤の供給を受けバラストタンクに注水される海水中の殺菌剤濃度がその目標濃度範囲内の濃度となるように調整されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１４４３９１
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ＪＦＥエンジニアリング株式会社、船舶用バラスト水管理システム、［online］、［平成２６年９月１日検索］、インターネット〈URL:http://www.jfe-eng.co.jp/products/comfortable/marine/mar01.html〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、様々な水質に対応すべく酸化剤濃度の目標濃度範囲を高めに広く設定すると、水質によっては酸化剤が過剰に供給される場合がある。酸化剤供給量が過剰となると、その分の費用が嵩むうえ、酸化剤が原水中の有機物と反応して生成されるトリハロメタン等の有害物の発生量が増加するので、バラストタンクから排水することにより環境へ悪影響を及ぼすおそれがある。また、バラストタンクからの排水時に、処理水中の残留酸化剤を分解して無害化する場合に、酸化剤供給量が過剰であると処理水に供給する分解剤の供給量も増加するので、その分の費用も嵩む。
【００１２】
また、原水中の溶存有機物量が大きい場合、酸化剤が溶存有機物と反応して時間経過とともに分解し、１日後には残留酸化剤濃度がほぼ０になる。このような場合には、原水をバラスト水とする処理能力（プランクトンや細菌を殺滅する能力）が不十分であり、ＩＭＯのバラスト水処理基準を達成することが困難となる。
【００１３】
このような事情に鑑みて、本発明は、酸化剤を原水に供給してから長時間経過した後においても十分な残留酸化剤濃度を確保するために必要な酸化剤供給量を、取水する原水の水質に対応して適正な量とすることができるバラスト水処理装置およびバラスト水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
海水や湖水（以下、「原水」と総称する）には様々な有機物が存在しており、該有機物が水質に大きく影響している。該有機物は、水溶性の溶存有機物と非水溶性の非溶存有機物とに大別され、有機物全体においては溶存有機物の占める割合が高い。発明者は、様々な海水や湖水について、吸光度及び代表的な溶存有機物である溶存有機炭素の濃度（ＤＯＣ濃度）を測定することにより、該吸光度とＤＯＣ濃度との間にほぼ直線近似できる対応関係があることを見出した。これは、吸光度の測定値からＤＯＣ濃度を予測することができることを意味する。
【００１５】
ところで、上記原水をバラスト水として使用するに際して、該原水中に存在するプランクトンや細菌等の生物を殺滅処理すべく該原水に酸化剤を供給すると、該酸化剤が原水中の有機物やアンモニアと反応して分解される結果、原水中の残留酸化剤濃度（ＴＲＯ濃度）が経時的に減少することが知られている。
【００１６】
図１は、原水中のＴＲＯ濃度の経時的減少の状態を示すグラフである。発明者は、原水中に酸化剤が供給されると、該原水中のＴＲＯ濃度は、このグラフに示されているように、瞬時反応、初期反応、中期反応の三つの反応を順に経て、曲線的に減少することを見出した。ここで、「瞬時反応」とは、酸化剤と主にアンモニアとの反応であり、「初期反応」とは、酸化剤と主に溶存有機物との反応であり、「中期反応」とは酸化剤と主に非溶存有機物との反応や酸化剤の自己分解による反応である。図１のグラフに見られるように、ＴＲＯ濃度は、酸化剤供給直後、瞬時反応により短時間で急激に減少した後、初期反応により数分の間にわたって瞬時反応と比べて緩慢に減少し、該初期反応に続いて、中期反応により長時間にわたって初期反応と比べて緩慢に減少する。また、原水中の有機物が多いほど、酸化剤の減少量、特に初期反応での減少量が大きい。
【００１７】
このように、原水の吸光度の測定値から溶存有機炭素（ＤＯＣ）濃度を予測できること、そして溶存有機物が主に上述の初期反応で酸化剤と反応することから、発明者は、原水の吸光度と上記初期反応以降におけるＴＲＯ濃度との対応関係に着目して、様々な吸光度の原水に対する、ＩＭＯバラスト水処理基準を満足するために必要な酸化剤供給量を導出することを着想した。
【００１８】
ＩＭＯバラスト水処理基準を満足するためには、原水に酸化剤を供給してから十分に時間が経過した後（例えば４８時間経過後）においてＩＭＯバラスト水処理基準を満足するのに必要最低限のＴＲＯ濃度が確保されていなければならない。そこで、図１のようなＴＲＯ濃度の経時的減少を考慮して、酸化剤供給時におけるＴＲＯ濃度を制御目標値として設定し、該制御目標値に基づいて酸化剤供給量を調整することが、一つの手法として考えられる。
【００１９】
しかし、既述したように、原水の吸光度と対応関係を有するのは、該原水中に含まれるアンモニアの濃度ではなく、溶存有機炭素濃度（ＤＯＣ濃度）である。したがって、酸化剤供給量の調整の際に制御目標値として設定するＴＲＯ濃度を、酸化剤供給時のＴＲＯ濃度ではなく、酸化剤と溶存有機物とが反応する初期反応時におけるＴＲＯ濃度とすればよい。これによって、初期反応に先立って生じる瞬時反応、すなわち酸化剤とアンモニアとが反応してＴＲＯ濃度が急激に減少する反応がＴＲＯ濃度の制御目標値の設定に影響することを回避できるので、より正確な制御目標値を設定して、酸化剤供給量を適正な量に調整することができる。
【００２０】
一方、ＩＭＯバラスト水処理基準を満足するための指標として、所定期間にわたるＴＲＯ濃度の時間積算値（ＣＴ値）を採用することが好ましい。図２は、原水中のＴＲＯ濃度の経時的減少における該ＴＲＯ濃度のＣＴ値を示すグラフである。この図２のグラフでは、酸化剤供給から３分後（初期反応中の一時点）から２８８０分（４８時間）後（中期反応中の時点）までの期間にわたるＴＲＯ濃度のＣＴ値を算出した例が示されている。ここで、ＣＴ値は、図２のグラフにて斜線で示される部分の面積に相当する。
【００２１】
発明者は、ＤＯＣ濃度２．０ｍｇ／Ｌの原水に様々な濃度の酸化剤を供給し、酸化剤を供給してから２８８０分経過後にＩＭＯバラスト水処理基準を満足するＴＲＯ濃度を確保するのに必要なＣＴ値（酸化剤供給後３〜２８８０分後の期間にわたるＣＴ値）を調べる実験を行った。この実験の結果、上記ＣＴ値が約１５００（ｍｇ／Ｌ・分）あればＩＭＯバラスト水処理基準を十分に満足できるという結果が導き出された。これは換言すると、酸化剤を供給してから３分経過時におけるＴＲＯ濃度が、上記３〜２８８０分後のＣＴ値が約１５００（ｍｇ／Ｌ・分）となるような濃度（図２のグラフの例では約２．５ｍｇ／Ｌ）であればＩＭＯバラスト水処理基準が満足されることを意味する。したがって、この場合、酸化剤供給後３分経過時でのＴＲＯ濃度の制御目標値を約２．５ｍｇ／Ｌに設定して、酸化剤供給量を調整すればよい。
【００２２】
本発明は、原水の吸光度、ＤＯＣ濃度そして酸化剤供給後所定時間経過時でのＴＲＯ濃度の対応関係を予め取得しておき、該対応関係に基づいて、バラスト水処理基準を満足するために必要な、酸化剤の供給から所定時間経過後のＴＲＯ濃度を制御目標値として設定し、該制御目標値に基づいて酸化剤供給量を調整するバラスト水処理装置及びバラスト水処理方法に関する。
【００２３】
また、原水の吸光度を、透過率を計測することにより求めることができる。透過率は入射光が試料を透過する割合であり、吸光度-＝−log10(透過率)の関係がある。本発明は、上記の原水の吸光度の代わりに原水の透過率を計測することにより、バラスト水処理を行うこととしてもよい。
【００２４】
本発明によれば、以下に述べるように、バラスト水処理装置に関する第一乃至第四発明そしてバラスト水処理方法に関する第五乃至第八発明が得られる。
【００２５】
＜バラスト水処理装置＞
第一乃至第四発明に係るバラスト水処理装置は、船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給装置と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御装置を備える。
【００２６】
＜第一発明＞
第一発明は、かかるバラスト水処理装置において、酸化剤供給量制御装置は、取水する原水の吸光度を計測する吸光度計と、原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係を第一対応関係として記憶するとともに、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を第二対応関係として記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された第一及び第二対応関係と上記吸光度計により計測された吸光度とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、上記演算手段は、上記第一対応関係を参照して、吸光度計により計測された原水の吸光度に対応する溶存有機炭素濃度を導出してから、上記第二対応関係を参照して、導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴としている。
【００２７】
このように、第一発明では、記憶手段に記憶されている第一及び第二対応関係を参照することにより、実際に計測された原水の吸光度に応じた制御目標値とする上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度が導出されるので、原水の水質に対応して適正な量の酸化剤を原水に供給することができる。また、第一発明にて演算手段により導出される残留酸化剤濃度は、酸化剤供給開始時の残留酸化剤濃度ではなく、酸化剤供給開始から所定時間経過後の残留酸化剤濃度である。したがって、上記「所定時間経過後」の時点を、例えば、酸化剤と原水中の溶存有機物との反応が行われる時点に設定することによって、より正確な量の酸化剤を算出することができる。
【００２８】
＜第二発明＞
また、第二発明は、かかるバラスト水処理装置において、酸化剤供給量制御装置は、取水する原水の吸光度を計測する吸光度計と、原水の吸光度と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された上記対応関係と上記吸光度計により計測された吸光度とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、上記演算手段は、上記対応関係を参照して、吸光度計により計測された原水の吸光度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴としている。
【００２９】
このように、第二発明では、記憶手段に記憶されている上記対応関係を参照することにより、実際に計測された原水の吸光度に応じて、制御目標値とする上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度が導出されるので、既述した第一発明と同様に、原水の水質に対応して適正かつ正確な量の酸化剤を原水に供給することができる。また、このとき参照されるのは、原水の吸光度と上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度との直接的な対応関係のみであるので、第一発明のように第一及び第二対応関係を参照する場合と比べて、より簡単に上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出することができる。
【００３０】
＜第三発明＞
また、第三発明は、かかるバラスト水処理装置において、酸化剤供給量制御装置は、取水する原水の透過率を計測する透過率計と、原水の透過率と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係を第一対応関係として記憶するとともに、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を第二対応関係として記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された第一及び第二対応関係と上記透過率計により計測された透過率とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、上記演算手段は、上記第一対応関係を参照して、透過率計により計測された原水の透過率に対応する溶存有機炭素濃度を導出してから、上記第二対応関係を参照して、導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴としている。
【００３１】
＜第四発明＞
また、第四発明は、かかるバラスト水処理装置において、酸化剤供給量制御装置は、取水する原水の透過率を計測する透過率計と、原水の透過率と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された上記対応関係と上記透過率計により計測された透過率とに基づき酸化剤必要供給量を算出する演算手段と、該演算手段によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給装置を制御する制御手段とを備え、上記演算手段は、上記対応関係を参照して、透過率計により計測された原水の透過率に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出し、その導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出することを特徴としている。
【００３２】
＜バラスト水処理方法＞
第五乃至第八発明に係るバラスト水処理方法は、船舶のバラストタンクにバラスト水として取水する原水に酸化剤を供給し原水中の生物を殺滅処理する酸化剤供給工程と、酸化剤供給量を調整する酸化剤供給量制御工程を備える。
【００３３】
＜第五発明＞
第五発明は、かかるバラスト水処理方法において、酸化剤供給量制御工程は、取水する原水の吸光度を計測する吸光度計測工程と、予め取得された、原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係である第一対応関係を参照して、上記吸光度計測工程で計測された原水の吸光度に対応する溶存有機炭素濃度を導出する溶存有機炭素濃度導出工程と、予め取得された、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係を参照して、溶存有機炭素濃度導出工程で導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備えることを特徴としている。
【００３４】
＜第六発明＞
また、第六発明は、かかるバラスト水処理方法において、酸化剤供給量制御工程は、取水する原水の吸光度を計測する吸光度計測工程と、予め取得された、原水の吸光度と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を参照して、上記吸光度計測工程で計測された原水の吸光度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備えることを特徴としている。
【００３５】
＜第七発明＞
また、第七発明は、かかるバラスト水処理方法において、酸化剤供給量制御工程は、取水する原水の透過率を計測する透過率計測工程と、予め取得された、原水の透過率と該原水の溶存有機炭素濃度との対応関係である第一対応関係を参照して、上記透過率計測工程で計測された原水の透過率に対応する溶存有機炭素濃度を導出する溶存有機炭素濃度導出工程と、予め取得された、上記溶存有機炭素濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係である第二対応関係を参照して、溶存有機炭素濃度導出工程で導出された上記溶存有機炭素濃度に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備えることを特徴としている。
【００３６】
＜第八発明＞
また、第八発明は、かかるバラスト水処理方法において、酸化剤供給量制御工程は、取水する原水の透過率を計測する透過率計測工程と、予め取得された、原水の透過率と、該原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度との対応関係を参照して、上記透過率計測工程で計測された原水の透過率に対応する上記所定時間経過後の残留酸化剤濃度を導出する残留酸化剤濃度導出工程と、該残留酸化剤濃度導出工程で導出された残留酸化剤濃度を制御目標値として上記酸化剤必要供給量を算出する酸化剤必要供給量算出工程と、該酸化剤必要供給量算出工程によって算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を供給するように酸化剤供給量を制御する制御工程とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のバラスト水処理装置およびバラスト水処理方法によれば、記憶手段により記憶されている対応関係を参照することにより、実際に計測された吸光度又は透過率に応じた制御目標値とする残留酸化剤濃度が得られるので、原水の水質に対応して適正な酸化剤供給量（酸化剤必要供給量）で酸化剤を供給することができる。したがって、バラスト水処理の費用を低減させることができるとともに、酸化剤が原水中の有機物と反応して生成されるトリハロメタン等の有害物の発生量を抑制でき、周辺環境へ悪影響を及ぼすことを防止できる。また、原水中の残留酸化剤を分解して無害化する際の酸化剤分解剤の使用量も低減できるので、その分、酸化剤分解のための費用を低減できる。
【００３８】
また、本発明では、上記対応関係を参照して導出される残留酸化剤濃度は、酸化剤を原水に供給してから所定時間経過後の残留酸化剤濃度であるので、この「所定時間経過後」の時点を、例えば、酸化剤と原水中の溶存有機物との反応が行われる時点に設定することにより、上記適正な酸化剤供給量をより正確な量とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】原水中のＴＲＯ濃度の経時的減少の状態を示すグラフである。
【図２】原水中のＴＲＯ濃度の経時的減少における該ＴＲＯ濃度のＣＴ値を示すグラフである。
【図３】実施形態に係るバラスト水処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３のバラスト水処理装置による酸化剤供給量の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。
【００４１】
＜第一実施形態＞
本実施形態では、バラスト水の積込み時に原水中の生物殺滅処理を行なう場合について説明する。まず、本実施形態に係るバラスト水処理装置の各構成について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係るバラスト水処理装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のバラスト水処理装置は、原水取水ライン１と、ポンプ３と、濾過装置４と、酸化剤供給装置５と、酸化剤供給量制御装置６と、混合装置７と、殺菌処理水送水ライン８とを備えている。
【００４２】
原水取水ライン１は、ポンプ３の作動により原水を船体の原水給水口から取り入れる。ポンプ３は、原水を取り込むとともにバラストタンク９側へ向けて送水する。濾過装置４は、ポンプ３の下流側に設けられ、原水を濾過して、原水中に存在するプランクトン類を除去する。
【００４３】
酸化剤供給装置５は、濾過装置４の下流側に設けられ、該濾過装置４で濾過された原水に殺菌剤としての酸化剤を供給して、細菌類やプランクトンを死滅させる。酸化剤供給量制御装置６は、後述するように、上記酸化剤供給装置５を制御して酸化剤供給量を調整する。混合装置７は、酸化剤供給装置５の下流側に設けられ、該酸化剤供給装置５で酸化剤が供給された原水（濾過水）を導入し、混合装置７内で原水と酸化剤とを混合して該酸化剤を原水中に拡散させる。
【００４４】
殺菌処理水送水ライン８は、混合装置７に接続され、該混合装置７から排出された生物殺滅処理後の原水（殺菌処理水）をバラストタンク９に送る。バラストタンク９は、殺菌処理水送水ライン８に接続され該殺菌処理水送水ライン８から送られる生物殺滅処理後の原水をバラスト水として貯留する。
【００４５】
以下、各構成をさらに詳細に説明する。
【００４６】
１．濾過装置４
濾過装置４は、船側部に設けられた原水吸入口から取水され、ポンプ３によって原水取水ライン１を通して取水される原水中に含まれるプランクトン類を除去するものであり、目開き１０〜２００μｍのフィルタを備えるものを用いる。目開きを１０〜２００μｍにしたのは動物性プランクトン、植物性プランクトンの捕捉率を一定のレベルに保ちつつ、濾過装置４のフィルタの逆洗浄頻度を少なくして寄港地でのバラスト水処理時間を短縮するためである。換言すれば、目開きが２００μｍより大きいと動物プランクトン、植物プランクトンの捕捉率が著しく低くなるし、目開きが１０μｍより小さいと逆洗浄頻度が多くなり寄港地でのバラスト水処理時間が長くなるので好ましくない。特に目開き２０〜３５μｍ程度のものを用いるのが、捕捉率と逆洗浄頻度とを最適に設定できるので好ましい。また、濾過装置４は、濾過面積１ｍ２、１時間あたり２００ｍ３以上の濾過速度（能力）が得られることが望ましい。ただし、濾過モジュールの集積によって、より小型化が可能な場合には特に限定しない。
【００４７】
２．酸化剤供給装置５
酸化剤供給装置５は、図３に示すように、酸化剤を貯留する酸化剤貯槽１１、酸化剤貯槽１１内の酸化剤を原水に供給するための配管１２、該配管１２の先端側に設けられて酸化剤を原水に注入する注入口１３、配管１２に接続され酸化剤貯槽１１内の酸化剤を原水へ送る供給ポンプ１４、配管１２に設けられ酸化剤の供給量を調整するバルブ１５などを備えている。
【００４８】
供給する酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、二酸化塩素、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、またはこれらの２種以上の混合物が使用できるが、これ以外の酸化剤を使用することも可能である。
【００４９】
酸化剤供給装置５は酸化剤を注入口１３から原水へ供給する。酸化剤供給装置５は、後述するように、酸化剤供給量制御装置６によって制御され、適正な量の酸化剤が原水中に供給されるようになっている。
【００５０】
３．混合装置７
混合装置７は、例えば、静止型混合器（スタティックミキサ）や撹拌翼回転型の撹拌混合器等で構成され、酸化剤供給装置５で酸化剤が供給された原水を導入し、原水と酸化剤とを混合して酸化剤を原水中に拡散させる。
【００５１】
４．酸化剤供給量制御装置６
酸化剤供給量制御装置６は、濾過装置４の下流側かつ酸化剤供給装置５の注入口１３の上流側に設けられ上記濾過装置４で濾過された原水の吸光度を計測する吸光度計２１と、混合装置７の下流側に設けられ該混合装置７から排出された原水中の残留酸化剤濃度（ＴＲＯ濃度）を計測するＴＲＯ計２２と、混合装置７の下流側に設けられバラストタンク９に送水されるバラスト水の流量を計測する流量計２６と、後述する第一及び第二対応関係を記憶する記憶手段２３と、該記憶手段２３に記憶されている上述の第一及び第二対応関係を参照して酸化剤必要供給量を算出する演算手段２４と、演算手段２４が算出した酸化剤必要供給量に基づいて酸化剤供給装置５を制御する制御手段２５とを備えている。
【００５２】
吸光度計２１は、原水の水質の指標としての吸光度を計測し、その計測データを演算手段２４へ出力する。本実施形態では、既述したように、吸光度計２１は濾過装置４の下流側かつ酸化剤供給装置５の注入口１３の上流側に設けられているので、該吸光度計２１によって、酸化剤が供給される前の原水の吸光度が計測されるようになっている。なお、吸光度を計測するときの波長は、有機物濃度の指標とする際に適した２６０ｎｍで計測するのが好ましい。
【００５３】
ＴＲＯ計２２は、酸化剤を供給され混合装置７から排出されバラストタンク９に送水される原水中のＴＲＯ濃度を計測し、その計測データを演算手段２４に出力する。本実施形態では、ＴＲＯ計２２は、酸化剤が主に溶存有機炭素と反応する初期反応時間内での所定の時点（本実施形態では酸化剤を供給してから３分経過後の時点）でのＴＲＯ濃度（以下、「初期反応ＴＲＯ濃度）という）を計測するようになっている。したがって、ＴＲＯ濃度計２２は、酸化剤供給装置５の注入口１３から酸化剤が供給された原水が３分後に到達する下流位置に設けられている。また、ＴＲＯ計２２は、一定時間（本実施形態では１分間）にわたり上記初期反応ＴＲＯ濃度を計測するようになっている。また、本実施形態では、初期反応ＴＲＯ濃度の基準時を、酸化剤を供給してから３分経過後の時点としたが、該基準時は、初期反応時間中の時点であればいつでもよい。
【００５４】
記憶手段２３は、以下に述べるように、第一対応関係及び第二対応関係を予め記憶している。
【００５５】
［第一対応関係］
第一対応関係とは、原水の吸光度と該原水の溶存有機炭素濃度（ＤＯＣ濃度）との対応関係である。この第一対応関係は以下の要領で得られる。まず、水質の異なる複数の水域から採取した原水について、吸光度及びＤＯＣ濃度を計測する。次に、例えば吸光度を横軸（ｘ軸）そしてＤＯＣ濃度を縦軸（ｙ軸）としたグラフに、各水域で計測された吸光度及びＤＯＣ濃度をプロットし、全ての水域に関する吸光度とＤＯＣ濃度との対応関係を直線近似する。この直線近似により得られた一次関数としての関係式（ｙ＝ａｘ+ｂ）が上記第一対応関係であり、該第一対応関係は記憶手段２３によって予め記憶される。
【００５６】
［第二対応関係］
第二対応関係は、ＤＯＣ濃度と、原水中の生物を殺滅処理するとともにバラストタンクに貯留中の生物の再増殖を抑制するために要求される初期反応ＴＲＯ濃度との対応関係である。この第二対応関係は以下の要領で得られる。まず、或る水域から採取した原水のＤＯＣ濃度を計測する。また、該原水に複数種の濃度の酸化剤を供給して、それぞれの濃度の酸化剤について、ＴＲＯ濃度の経時的減少を計測する。
【００５７】
次に、それぞれの濃度の酸化剤を供給した場合について、既述した初期反応中の所定の時点（図２の例では酸化剤供給後３分を経過した時点）から中期反応中の所定の時点（図２の例では酸化剤供給後２８８０分を経過した時点）までの期間にわたるＴＲＯ濃度の時間積算値（ＣＴ値）を算出する。そして、各濃度の酸化剤を供給した場合についてそれぞれ得られたＣＴ値の中から、酸化剤供給後２８８０分を経過した時点にてＩＭＯバラスト水処理基準のＣＴ値（図２の例では約１５００ｍｇ／Ｌ・分）を満足する最小のＣＴ値を選択し、この選択したＣＴ値となる供給濃度で酸化剤を供給した場合について、酸化剤供給から３分経過後のＴＲＯ濃度（図２の例では２．５ｍｇ／Ｌ）を初期反応ＴＲＯ濃度として導出する。これにより、或るＤＯＣ濃度の原水に対応した要求される初期反応ＴＲＯ濃度が導出される。
【００５８】
上述の要領で、複数の水域の原水それぞれについて、ＤＯＣ濃度及び要求される初期反応ＴＲＯ濃度を求め、これらの水域についてのＤＯＣ濃度と要求される初期反応ＴＲＯ濃度との対応関係をまとめた対応表を第二対応関係として取得する。該第二対応関係は、既述の第一対応関係とともに記憶手段２３によって予め記憶される。
【００５９】
演算手段２４は、記憶手段２３に記憶されている第一対応関係を参照して、吸光度計２１により計測された原水の吸光度に対応するＤＯＣ濃度を導出してから、記憶手段２３に記憶されている第二対応関係を参照して、導出されたＤＯＣ濃度に対応する上記要求される初期反応ＴＲＯ濃度を導出し、その導出された初期反応ＴＲＯ濃度を制御目標値として酸化剤必要供給量を定期的に算出する。具体的には、演算手段２４は、以下の式（１）によって、酸化剤必要供給量を所定サイクルの制御更新タイミング毎に算出し、酸化剤必要供給量を更新する。
【００６０】
ｍｍ＋１＝ｍｍ＋ａ×（ＰＶｍ−ＳＶ）×ＱＡＶＥ，ｍ＋１／Ｑｒ×Ｇ      （１）
ｍｍ＋１：今回の酸化剤必要供給量（Ｌ／分）
ｍｍ：前回の酸化剤必要供給量（Ｌ／分）
ＰＶｍ：今回のＴＲＯ濃度測定値（ｍｇ／Ｌ）
ＳＶ ：ＴＲＯ制御目標値（ｍｇ／Ｌ）
Ｑｒ：バラスト水の定格流量（ｍ２／Ｈ）
ＱＡＶＥ：今回のバラスト水流量測定値の平均値（ｍ２／Ｈ）
（本実施形態では制御更新タイミング直前の１０秒間の測定値の平均値）
ａ：バラスト水定格流量Ｑｒにて酸化剤濃度を１ｍｇ／Ｌにするために供給する酸
化剤量（Ｌ／分）
Ｇ：ゲイン
【００６１】
制御手段２５は、演算手段２４で算出された酸化剤必要供給量に基づいて、供給ポンプ１４の回転数等の出力およびバルブ１５の開度の調整制御を行う。この結果、酸化剤供給装置５が演算手段２４で算出された酸化剤必要供給量の酸化剤を注入口１３から原水へ供給する。
【００６２】
次に、本実施形態に係るバラスト処理装置の動作について説明する。まず、バラスト水の積込み時には、ポンプ３を稼動して原水取水ライン１から原水を船内に取り入れ、濾過装置４により該濾過装置４のフィルタ目開きに応じた大きさのプランクトン等を除去する。
【００６３】
次に、濾過装置４で濾過された原水に、酸化剤供給装置５によって酸化剤を供給する。具体的には、供給ポンプ１４を作動させて、酸化剤貯槽１１内に貯留された酸化剤を注入口１３から原水へ供給する。酸化剤の供給量は、供給ポンプ１４の回転数等の出力およびバルブ１５の開度が酸化剤供給量制御装置６によって制御されることにより調整される。該酸化剤供給量制御装置６による酸化剤供給量の制御動作については後述する。
【００６４】
原水に酸化剤が供給された後、混合装置７が、原水と酸化剤とを混合させることにより原水中に酸化剤を拡散させて、プランクトンと細菌類を殺菌する。
【００６５】
混合装置７から排出された原水は、殺菌処理水送水ライン８を経てバラストタンク９に貯留される。バラストタンク９内では原水の酸化剤濃度が経時的に減少しつつも、原水中に残存する酸化剤によって、水生生物の再増殖やプランクトンの卵のふ化が抑制される。
【００６６】
バラスト水の排出時には、図示しない酸化剤分解剤供給装置によって、バラストタンク９から排出される原水に分解剤を供給して原水中の酸化剤を分解することにより、原水の無害化処理を行う。
【００６７】
以下、バラスト水処理装置の運転時における酸化剤供給量制御装置６による酸化剤供給量の制御動作について説明する。後述するように、バラスト水処理装置の運転は、運転開始、すなわち原水の取水を開始した時点からある一定時間が経過するまでに行われる「初期供給モード運転」と、該初期供給モード運転終了からバラスト水処理終了までに行われる「ＴＲＯ制御モード運転」とから成る。
【００６８】
［初期供給モード運転］
初期供給モード運転が行われる上記「一定時間」は、後述するＴＲＯ制御モード運転における制御更新サイクル時間以上の時間が設定される。本実施形態では、後述するように制御更新サイクル時間が６分に設定されており、上記「一定時間」は、この６分に対して余裕時間４分を加えた１０分に設定されている。
【００６９】
初期供給モード運転時においては、殺菌効果を確実に確保するために酸化剤を過剰ぎみに一定量供給する。
【００７０】
［ＴＲＯ制御モード運転］
ＴＲＯ制御モード運転時における酸化剤供給量の制御動作のサイクル時間（制御更新サイクル時間）は、酸化剤を供給された原水がＴＲＯ計の位置に到達するまでの所要時間（本実施形態では３分）とＴＲＯ計によるＴＲＯ濃度の計測の所要時間（本実施形態では１分）との合計時間以上の時間に設定される。本実施形態では、上記合計時間（４分）に余裕時間２分を加えた６分が制御更新サイクル時間として設定されている。
【００７１】
図４は、ＴＲＯ制御モード運転時における酸化剤供給量の制御動作を示すフローチャートである。まず、原水をバラストタンクに取水する際に、濾過装置４で濾過された原水（酸化剤が供給される前の原水）の吸光度を吸光度計２１で計測する（Ｓ１）。計測された吸光度測定値は演算手段２４へ出力される。本実施形態では、初期供給モード運転開始から８分が経過した時点から後の２分間で吸光度を複数回計測し、演算手段２４が吸光度測定値の平均値を算出する。
【００７２】
演算手段２４は、記憶手段２３に記憶されている第一対応関係を参照して、上記吸光度計２１で計測され演算手段２４で算出された吸光度測定値の平均値に対応するＤＯＣ濃度を導出する（Ｓ２）。
【００７３】
次に、演算手段２４は、記憶手段２３に記憶されている第二対応関係を参照して、Ｓ２で導出されたＤＯＣ濃度に対応する要求される初期反応ＴＲＯ濃度を導出し、この導出された要求される初期反応ＴＲＯ濃度がＴＲＯ制御目標値として設定される（Ｓ３）。該ＴＲＯ制御目標値には、一定の範囲の不感帯が設定されていることが好ましい。
【００７４】
Ｓ３に続いて、酸化剤が供給されバラストタンク９に送水される原水の酸化剤供給開始から所定時間経過後のＴＲＯ濃度、すなわち初期反応ＴＲＯ濃度をＴＲＯ計２２で計測するとともに、バラストタンク９に送水される原水（バラスト水）の流量を流量計２６で計測する（Ｓ４）。計測された初期反応ＴＲＯ濃度及び流量のデータは演算手段２４へ出力される。該演算手段２４は、流量計２６で計測されたバラスト水の流量について、酸化剤供給量の制御更新タイミング直前の１０秒間のバラスト水流量測定値の平均値を算出する。
【００７５】
演算手段２４は、既述の式（１）に基づいて今回の制御更新タイミング時の酸化剤必要供給量ｍｍ＋１を算出する（Ｓ５）。このとき、該式（１）において、ＴＲＯ制御目標値ＳＶ（ｍｇ／Ｌ）としては上記Ｓ３で導出された値、バラスト水流量測定値の平均値ＱＡＶＥ（ｍ２／Ｈ）及び今回のＴＲＯ濃度測定値ＰＶｍ（ｍｇ／Ｌ）としてはＳ４で得られた値が用いられる。
【００７６】
また、式（１）におけるゲインＧは、ＰＶｍ−ＳＶの値、すなわち今回のＴＲＯ濃度測定値とＴＲＯ制御目標値との差が０以下である場合には１より大きい数値、例えば１．５に設定され、上記差が０より大きい場合には１に設定される。このようにゲインＧを設定する理由は次に述べる通りである。
【００７７】
今回のＴＲＯ濃度測定値とＴＲＯ制御目標値との差が０以下である場合、すなわち、今回のＴＲＯ濃度測定値がＴＲＯ制御目標値より低い場合には、酸化剤必要供給量を増加する制御を行うことになるが、酸化剤供給量が大きいときには、瞬時反応によるＴＲＯ濃度の減少分が大きくなるので、ゲインＧを１以下とすると、酸化剤必要供給量を増加したにもかかわらず瞬時反応によるＴＲＯ濃度の減少が大きいため、酸化剤供給から３分経過後の初期反応ＴＲＯ濃度がＴＲＯ制御目標値を下回っていることになるおそれがある。そこで、ゲインＧを１より大きい数値に設定することにより、初期反応ＴＲＯ濃度をＴＲＯ制御目標値に近づけることができる。また、例えば、ゲインＧを１．２程度とするのが妥当な場合であっても、初期反応ＴＲＯ濃度を早期にＴＲＯ制御目標値に到達させるために、ゲインＧを若干高めの数値（例えば１．５程度）に設定することが好ましい。
【００７８】
一方、今回のＴＲＯ濃度測定値とＴＲＯ制御目標値との差が０より大きい場合、すなわち、今回のＴＲＯ濃度測定値がＴＲＯ制御目標値より高い場合には、酸化剤必要供給量を減少する制御を行うことになるが、酸化剤供給量が少ない場合には、瞬時反応によるＴＲＯ濃度の減少分が小さいので、ゲインＧを１より大きい数値とすると、酸化剤必要供給量を減少したにもかかわらず瞬時反応によるＴＲＯ濃度の減少が小さいため、酸化剤供給から３分経過後の初期反応ＴＲＯ濃度がＴＲＯ制御目標値を上回っていることになるおそれがある。そこで、ゲインＧを１より小さい数値に設定することにより、初期反応ＴＲＯ濃度をＴＲＯ制御目標値に近づけることができる。また、例えば、ゲインＧを０．７程度とするのが妥当な場合であっても、初期反応ＴＲＯ濃度を早期にＴＲＯ制御目標値に到達させるために、ゲインＧを若干高めの数値（例えば１．０程度）に設定することが好ましい。
【００７９】
制御手段２５は、Ｓ５で算出された酸化剤必要供給量ｍｍ＋１で酸化剤が原水に供給されるように、供給ポンプ１４の回転数等の出力およびバルブ１５の開度の調整制御を行い、酸化剤供給量を調整する（Ｓ６）。
【００８０】
本実施形態では、原則として、予め設定された所定サイクルの制御更新タイミングごとにＳ４〜Ｓ６の制御動作が行われるが、Ｓ４でＴＲＯ計により計測された初期反応ＴＲＯ濃度がＴＲＯ制御目標値の不感帯の範囲内にある場合には、Ｓ５及びＳ６は行われず、前回の制御更新タイミングにて設定された酸化剤必要供給量での酸化剤の供給が継続される。
【００８１】
以上のように、本実施形態では、記憶手段２３に記憶されている第一及び第二対応関係を参照することにより、実際に計測された原水の吸光度に応じた要求される初期反応ＴＲＯ濃度を制御目標値として導出されるので、原水の水質に対応して適正な量の酸化剤を原水に供給し適切にバラスト水の処理を行うことができる。また、演算手段２４により導出される要求される初期反応ＴＲＯ濃度は、酸化剤供給開始時のＴＲＯ濃度ではなく、酸化剤供給開始から所定時間経過後の初期反応ＴＲＯ濃度であるので、より正確な量の酸化剤を算出することができる。
【００８２】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、吸光度とＤＯＣ濃度との第一対応関係そしてＤＯＣ濃度と要求される初期反応ＴＲＯ濃度との第二対応関係の二種類の対応関係を参照してＴＲＯ制御目標値を設定することとしていたが、第二実施形態は、原水の吸光度と要求される初期反応ＴＲＯ濃度との直接的な対応関係のみを参照してＴＲＯ制御目標値を設定する点で、第一実施形態と異なっている。
【００８３】
第二実施形態では、第一実施形態で説明した第一対応関係及び第二対応関係から得られる、原水の吸光度と要求される初期反応ＴＲＯ濃度との直接的な対応関係を関係式として導出し、該関係式が記憶手段２３に予め記憶されている。該関係式は次の式（２）で表される。
ＳＶ＝ａ×ＴＡＶＥ＋ｂ      （２）
ＳＶ  ：ＴＲＯ制御目標値（ｍｇ／Ｌ）
ＴＡＶＥ：所定時間内に複数回計測した吸光度の平均値
【００８４】
式（２）におけるａ及びｂは、原水から得られる吸光度、ＤＯＣ濃度そして要求される初期反応ＴＲＯ濃度に応じて決定される。例えば、発明者が吸光度の異なる複数の原水について吸光度、ＤＯＣ濃度そしてＴＲＯ濃度を計測したところ、ａ＝１０．５及びｂ＝１．１６という数値が得られた。
【００８５】
本実施形態における酸化剤供給量制御装置６による酸化剤供給量の制御動作は、演算手段２４が、記憶手段２３に記憶されている対応関係、すなわち上述の式（２）を参照して、吸光度の計測値に対応する要求される初期反応ＴＲＯ濃度を制御目標値として導出する点を除き、第一実施形態と同様である。
【００８６】
このように、第二実施形態では、初期反応ＴＲＯ濃度の制御目標値は、原水の吸光度と上記要求される初期反応ＴＲＯ濃度との直接的な対応関係のみを参照して導出されるので、第一実施形態のように第一及び第二対応関係を参照する場合と比べて、より簡単に要求される初期反応ＴＲＯ濃度を導出することができる。
【００８７】
上記の第一及び第二実施形態では、原水の吸光度を測定して、原水の水質に対応して酸化剤の供給量を適正な量に制御することとしているが、透過率を計測することにより原水の吸光度を求めることができる。透過率は入射光が試料を透過する割合であり、吸光度-＝−log10(透過率)の関係がある。原水の吸光度を吸光度計により測定する代わりに、原水の透過率を透過率計により計測し、吸光度を算出して、第一及び第二実施形態と同様に酸化剤の供給量を制御することとしてもよい。また、透過率を計測して吸光度を算出する際に、吸光度-＝−log10(透過率測定値＋１００−清水の透過率)（清水の透過率：透過率計固有の値）の関係式で示すように透過率計固有の値に応じて補正することとしてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
５  酸化剤供給装置
６  酸化剤供給量制御装置
９  バラストタンク
２１  吸光度計
２３  記憶手段
２４  演算手段
２５  制御手段
【図１】
0006338150.tif 000002
【図２】
0006338150.tif 000003
【図３】
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【図４】
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