(57)【要約】【課題】  信頼性と安全性に優れたバラスト水の処理方法、装置及び該装置を搭載した船舶を得る。【解決手段】  バラスト水を貯留して処理するための処理室３と、処理室３内のバラスト水に衝撃水圧を発生させる衝撃水圧発生装置４と、処理済みバラスト水を排出するポンプ５とを備え、衝撃水圧発生装置４における衝撃水圧発生部が、複数の放電プラグ２９と、放電プラグ２９で発生した水中衝撃波同士を干渉させるための収束室２７とから構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バラスト水に衝撃水圧を加えることにより水生生物を死滅させる方法であって、前記衝撃水圧が、複数箇所での水中放電によって誘起された衝撃波同士を干渉させて得られた衝撃水圧であることを特徴とするバラスト水処理方法。
【請求項２】
バラスト水を貯留して処理するための処理室と、該処理室内のバラスト水に衝撃水圧を発生させる衝撃水圧発生装置と、処理済みバラスト水を排出する排水装置とを備え、前記衝撃水圧発生装置における衝撃水圧発生部が、複数の水中放電発生部と、該複数の水中放電発生部で発生した水中衝撃波同士を干渉させるための収束室とから構成されていることを特徴とするバラスト水処理装置。
【請求項３】
処理済みのバラスト水の温度を上昇させるための加熱手段と、該加熱手段によって加熱された処理済バラスト水をバラストタンク上部に戻す循環装置とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のバラスト水処理装置。
【請求項４】
加熱手段は船舶の排ガスを利用していることを特徴とする請求項３に記載のバラスト水処理装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置を搭載したことを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バラスト水中の水生生物を死滅させるバラスト水処理方法及び装置、該装置を搭載した船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶は、一般に、搭載する貨物等の重量に応じて排水量が増減するため、貨物の搭載重量が極端に少なくなるとスクリューの位置が海面に近づきすぎて船舶の推進効率が低下すると共に、船舶の走行安定性が低下することになる。これを回避するため、船内に大量のバラスト水(通常、空船時に最大積載重量の30%程度)を注入して航行するが、このバラスト水は貨物を搭載する際に海洋投棄される。このため、バラスト水を注入した船舶出港海域の水生生物が貨物搭載地の海域に拡散し、これらが異常繁殖して生態系が変化したり、海洋汚染を引き起こす可能性がある。このような事態を防止するため、バラスト水を海洋投棄する前に、バラスト水中の水生生物を排除又は死滅させる以下に示すような方法装置が提案されている。
【０００３】
（１）船舶の主機関から排出される高温排ガスを利用してバラスト水を加熱する方法（例えば、特許文献１参照)
（２）殺菌剤を添加する方法（例えば、特許文献２参照)
（３）固定床型電極電解槽を用いる方法（例えば、特許文献３参照)
（４）バラストタンク内に窒素を吹き込み、酸素濃度を低減させる方法(例えば、特許文献４参照)
【０００４】
また、バラスト水中の水生生物の死滅処理ではないが、衝撃波を使った殺菌処理装置として、水中に張り渡した銅線に80kJ程度の間欠的な電流を通流させて銅線を気化させ、気化時の体積膨張によって発生する衝撃波によって流動食品の殺菌処理をするものがある（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開2003-181443号公報
【特許文献２】特開平4-322788号公報
【特許文献３】特開2001-974号公報
【特許文献４】特開2002-234487号公報
【特許文献５】特開平7-115947号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記（１）〜（４）の方法又は装置には以下に示すような共通又は個別の問題がある。
(a)死滅処理効果が不十分である[（１）、（４）]。
(b)死滅処理に時間がかかるため、作業能率が低い[（１）、（２）、（４）]。
(c)寄港先の海水温度によって死滅処理効果が異なる[（１）、（２）]。
(d)危険物を使用するため、取り扱いや保管上、特別の注意が必要となる[（２）]。
(e)運転費が高い[（２）、（３）、（４）]。
(f)バラストタンクの熱膨張に伴って船体の一部に過大な熱応力が加わる[（１）]。
(g)機器類の設置床面積が大きい[（３）、（４）]。
(h)処理済みバラスト水の廃棄の際、周辺の水生生物がダメージを受ける可能性がある[（１）、（２）、（４）]。
【０００６】
すなわち、（１）船舶の主機関から排出される高温排ガスを利用してバラスト水を加熱する方法では、上記(a)(b)(c)(f)(h)の問題がある。
また、（２）殺菌剤を添加する方法には、上記(b)(c)(d)(e)(h)の問題がある。
また、（３）固定床型電極電解槽を用いる方法には、上記(e)(g) の問題がある。
また、（４）バラストタンク内に窒素を吹き込み、酸素濃度を低減させる方法には、上記(a)(b)(e)(g)(h)の問題がある。
【０００７】
さらに、先行文献５に示した衝撃波を使った殺菌処理装置にも下記のような問題点がある。銅線を水中で結線する必要があるため、高速繰り返し運転に不向きである。また、到達圧力が１０MPa程度であるため、水生生物の死滅率が低い。さらに、銅線が瞬時に蒸発し、これが処理水中に飛散するため、生態系に悪影響を及ぼす。
【０００８】
本発明は上記従来技術の有する種々の問題点を解決するためになされたものであり、特に信頼性と安全性に優れたバラスト水の処理方法及び装置を得ることを目的としている。
また、前記バラスト水の処理装置を搭載した船舶を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係るバラスト水処理方法は、バラスト水に衝撃水圧を加えることにより水生生物を死滅させる方法であって、前記衝撃水圧が、複数箇所での水中放電によって誘起された衝撃波同士を干渉させて得られた衝撃水圧であることを特徴とするものである。
【００１０】
（２）また、本発明に係るバラスト水処理装置は、バラスト水を貯留して処理するための処理室と、該処理室内のバラスト水に衝撃水圧を発生させる衝撃水圧発生装置と、処理済みバラスト水を排出する排水装置とを備え、前記衝撃水圧発生装置における衝撃水圧発生部が、複数の水中放電発生部と、該複数の水中放電発生部で発生した水中衝撃波同士を干渉させるための収束室とから構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
（３）また、上記（２）のものにおいて、処理済みのバラスト水の温度を上昇させるための加熱手段と、該加熱手段によって加熱された処理済バラスト水をバラストタンク上部に戻す循環装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
（４）また、上記（３）における加熱手段は船舶の排ガスを利用していることを特徴とするものである。
【００１３】
（５）また、本発明に係る船舶は、上記（２）〜（４）のいずれかに記載のバラスト水処理装置を搭載していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においてはバラスト水に衝撃水圧を加えることによりバラスト水中の水生生物を瞬時に死滅させることができるため信頼性に優れると共に、毒物や有害物質を使用する必要がなく処理作業や処理済バラスト水の廃棄作業の際の二次公害の心配がなく安全性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態の説明図であり、船舶の横断面を模式的に示したものである。この実施の形態は、船舶にバラスト水処理装置を搭載した例を示している。
本実施の形態の主な構成要素を概説すると、船舶内周面に設置されて海水を貯留するバラストタンク１、このバラストタンク１内の海水を処理するために一時的に貯留する処理室３、処理室３内のバラスト水に衝撃水圧を発生させる衝撃水圧発生装置４、処理室３にバラストタンク１内の海水を供給し、また処理室３で処理された処理済水をバラストタンク１に戻すためのポンプ５、ポンプ５に連結されてバラストタンク１内の海水を衝撃水圧発生装置の収束室２７及び処理室３に供給するための給水管７、処理室３の処理済水をバラストタンク１に戻す排水管９、排水管９に設けられて処理済水を加熱するための熱交換器１１を備えている。また、処理室３の処理済水を、熱交換器１１を経由することなく放流するための排水管１２も設けられている。また、収束室２７の空気またはガスを排気する排気管８が設けられている。
さらに、衝撃水圧発生装置４の作動制御、給水管７、排水管９、１２、等に設けられた開閉弁１３、１５、１７、排気管８に設けられた排気弁１８の開閉制御等を自動的に行う制御装置１９を備えている。
以下、上記各構成要素の主なものについて詳細に説明する。
【００１６】
＜構成の説明＞
（１）バラストタンク１
バラストタンク１は上述のように船舶の内周面に船舶の全長に渡って設けられ、横断面では略Ｕ字状をしている。バラストタンク１は船舶の長手方向、例えば１０ｍごとに区画されて複数の独立したタンクから構成されている。したがって、図１に示したバラストタンク１は複数に区画したバラストタンクのうちの一つのものの断面を示している。
バラストタンク１の底部には海水を取り込むための取水口２１が設けられ、この取水口２１にはゴミ等を除去するためのフィルタ２３が設置されている。また、バラストタンク１の側部下部にはバラストタンク１内の海水を排出するための排水口２５が設けられている。
【００１７】
（２）処理室３
処理室３は、この例では円筒状の横長形状をしており、その一端側が衝撃水圧発生装置４の収束室２７に連通し、他端側には排水管９，１２が接続されている。
なお、処理室３の形状は水中衝撃波の伝播しやすさ、配管等の接続の便宜等を考慮して適宜変更することができ、例えば縦型にしてもよい。
【００１８】
（３）衝撃水圧発生装置４
衝撃水圧発生装置４は、処理室３に連通すると共に処理室３側に向かって収束する収束室２７と、収束室２７の拡径側に設けられて収束室内の水中で水中放電する複数の放電プラグ２９と、複数の放電プラグ２９に高電圧を印加するパルス電源３１と、を備えている。放電プラグの材質としてはタングステンが非消耗性であり好ましい。収束室２７には給水管７が接続され、収束室２７と処理室３にポンプ５によるバラスト水の供給ができるように構成されている。
なお、パルス電源３１は通常の電源とコンデンサに接続されて電力の供給を受ける。
【００１９】
（４）ポンプ５
ポンプ５は、海水をバラストタンク１内に取り込む機能と、バラストタンク１内の海水を処理室３に供給する機能、さらには処理室３内に処理済水がある状態でバラストタンク１内の海水を取り込むことで、処理室３内の処理済水を排出させる機能を有している。したがって、処理室３内の処理済水を排出させるときには、ポンプ５が本発明の排水装置として機能する。
【００２０】
（４）排水管
排水管９はその一端が処理室３の一端（収束室２７から最も離れた地点）近傍に接続され、他端がバラストタンク１の上部に連結されている。したがって、処理室３で処理されて第1熱交換器１１で加熱された処理済水は排水管９によってバラストタンク１の上部側に戻される。このようにバラストタンク１の上部側に処理済水が戻される場合には、バラストタンク１の下部と収束室２７を連結する給水管７、給水管７を介してバラストタンク下部の海水を収束室２７に供給するポンプ５、処理済水をバラストタンク１の上部に戻す排水管９が本発明の循環装置として機能する。
なお、処理室３内の処理済水を、排水管９によってバラストタンク１に戻すか、もしくは排水管１２によって放流するかはそれぞれの排水管に設けられた開閉弁１５，１７を制御装置１９によって制御することで適宜選択される。
（５）第1熱交換器
第1熱交換器１１は排水管９を流れる処理済水を加熱するものであるが、その熱源としては船舶のエンジン、ガスタービン、ボイラー等から排出される排ガスを利用するのが好ましい。
【００２１】
＜動作説明＞
次に、上記のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
（１）収束室２７に設けた排気管８の排気弁１８を全開にし、空気抜きすると共に収束室２７に接続されている給水管７の開閉弁１３を全開にしてポンプ５を作動させ、収束室２７及び処理室３内にバラスト水を注入する。
（２）処理室３及び収束室２７へのバラスト水の注入が完了すると、制御装置１９の制御信号によってパルス電源３１から複数の放電プラグ２９に例えば数十KV、１Ａ程度の高圧のパルス電圧を印加する。パルス電圧が印加された複数の放電プラグ２９は水中放電し、各放電プラグ２９の周囲の水が加熱され水蒸気が発生し体積膨張して強力な衝撃波が発生する。衝撃波は収束室２７を処理室側に向かって進行するが、収束室２７が処理室側に向かって収束しているため、衝撃波が干渉しあい、さらに収束してその圧力がさらに上昇して処理室３の入り口側ではきわめて高圧、例えば５００MPaの衝撃水圧となる。この超高圧の衝撃水圧により、処理室３内の水生生物に衝撃的な圧縮、膨張、せん断等の力が作用し、これらを死滅させる。
【００２２】
（３）バラスト水の処理が完了すると、収束室２７の排気弁１８を開にし、水蒸気を排気し、処理室上流端側及び下流端側の開閉弁１３、１５を全開にし、処理前バラスト水を注入すると共に、処理済みバラスト水を下流側に押し出す。この場合、処理前のバラスト水が直接処理室外に漏洩するのを防止するため、毎回、処理室内に処理済バラスト水が一部残留するように運転する。なお、処理室３内の処理済バラスト水を迅速かつ確実に排出するために排水ポンプを設けることも好ましい。
【００２３】
（４）処理済みバラスト水は、船舶のエンジン等から排出される排ガスを熱源とする熱交換器１１を介して加熱し、処理前バラスト水より比重を小さくした後、バラストタンク１の上部に戻される。このとき、処理済バラスト水は加熱され比重が小さくなっているので、加熱処理前バラスト水がバラストタンク底部に偏在することになり、次の処理では処理前バラスト水が選択的に処理室３に供給されるようになる。
（５）上記（１）〜（４）の工程を所定回数繰り返し、バラストタンク内の処理前バラスト水を処理室３に移送して死滅処理をおこなう。
上記各工程の動作は制御装置１９によって自動的又は半自動的に行われる。
【００２４】
なお、海水中の処理対象物のサイズが小さいなどの理由で死滅しにくい場合には、処理毎に処理室内のバラスト水を置換するのではなく、（２）の衝撃波による処理工程を複数回繰り返すことにより、死滅処理効果を高めることができる。
処理対象物としては、バクテリア、ウィルス、細菌、酵母、カビ、植物性又は動物性プランクトン、卵、稚魚、藻類などの比較的微小サイズの水生生物が考えられる。
【００２５】
以上のように本実施の形態によれば、衝撃水圧で死滅処理をするようにしたので、再現性が良くかつその効果が大きく、結果的に省エネルギーである。また、毒物や有害物質を使用しないため、処理作業や処理済バラスト水の廃棄作業の際に二次公害の心配がなく安全性に優れる。
【００２６】
また、装置がコンパクトにでき、設備費安価となり、保守・点検も容易なことから維持費も安価である。また、放電プラグ２９の設置数あるいは作動数また、印加電圧、電流を調整することにより、バラスト水の性状に応じて簡単な操作で水中衝撃波の強度(死滅処理効果)を大幅に変更することができる。
また、船舶内で処理が可能なことから寄港先の事情に依存せずに完全処理可能となり信頼性が高い。航行中に処理が可能なことから処理時期の選択の自由度が大きく専任従事者が不要となり運転費安価となる。さらに、船舶内のユーティリティを共用できるので設備費及び運転費が安価になるという効果も奏する。
【００２７】
なお、航行中に処理を行う場合には、複数のバラストタンクを、バラスト水を注入したものと空のものとに分けておき、バラスト水を処理後に空のバラストタンクに戻すようにするのが好ましい。このようにすれば、処理前のバラスト水と処理後のバラスト水が混合することなく確実かつ効率的な処理ができる。
【００２８】
なお、上記の実施の形態においては、船舶内にバラスト水処理装置を設置した例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、寄港地に設置してもよい。この場合、１台の処理装置で数多くの船舶に適用できるので運転費が安価になるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態の説明図であり、船舶の横断面とバラスト水処理装置を模式的に示したものである。
【符号の説明】
【００３０】
１  バラストタンク
３  処理室
４  衝撃水圧発生装置
５  ポンプ
１１  熱交換器
２７  収束室
２９  放電プラグ
３１  パルス電源
【図１】
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