(57)【要約】【課題】安全性が高く船舶への適用性が良く操作が簡単で有害微生物を確実に殺滅可能なバラスト水の処理方法及び装置を提供する。【解決手続】バラスト水処理装置は、船外海水吸入系１１、タンク海水吸入系１２ａ〜１２ｃ、バラストポンプ１３、分岐送入系１４、送水系と兼用されている第１バラスト水系１５、第２バラスト水系１６、等で構成されている取水系１、海水排出系２１、第１タンク送水系２２、第２タンク送水系２３、分岐送出系２４、前記バラスト水系１５，１６  等で構成されている処理水系２、例えば３０台の超音波発生装置を装備している超音波処理ユニッ１３、等で構成されている。【効果】例えばタンク２０１  の水を超音波処理してタンク１０１  に移載し、荷積み時にそのまま排出可能にすることができる。超音波を使用するので種々の面で船舶への適用性がよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害微生物を含む海水を取り入れて該海水に超音波を当て、前記海水中にキャビテーションを発生させて前記有害微生物に前記キャビテーションの環境を与え、前記有害微生物の少なくとも大部分を死滅させ、死滅させた後の前記海水を船舶のバラスト水として排出可能な水にする、ことを特徴とするバラスト水の処理方法。
【請求項２】
有害微生物を含む海水を取り入れる取水系と、該取水系から取り入れた前記海水に超音波を当てて前記海水中にキャビテーションを発生させて前記有害微生物に前記キャビテーションの環境を与えて前記有害微生物の少なくとも大部分を死滅可能にする超音波処理部と、前記有害微生物の少なくとも大部分を死滅させた後の前記海水を船舶のバラスト水として排出可能な水にする処理済みバラスト水送水系と、を有することを特徴とするバラスト水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害微生物を含むことがある船舶のバラスト水の処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶では、積み荷の状態によって喫水が変化するので、航海の安全上等のために一定の喫水を確保するように、荷揚げ港で荷揚げ状態に対応してバラストタンクに海水を取り入れ、この海水を荷積み港で荷積み状態に対応してバラストタンクから排出するようにしている。ところが、このようなバラスト水に、細菌や有害プランクトン等の有害微生物が含まれていたりタンク内で繁殖していることがあるため、そのようなバラスト水が荷積み港で排出されると、その港を汚染することになる。そのため、このようなバラスト水の排出が禁止される可能性が生じている。
【０００３】
そこで、このような有害微生物を処理する方法として、塩素を使用する方法、オゾンを使用する方法、電気化学処理をする方法、パイプミキサーによってキャビテーションを発生させる方法等の一般的方法のほか、海水を過酸化水素液にしてその状態を長時間維持することによって有害プランクトンのシストを殺滅する方法（特許文献１参照。）、バラストタンク内の沈殿物を温水や蒸気で加熱してその中の有害プランクトンを死滅させ、バラストタンク内の水を清浄な海水域でその水に張り替えたときに、バラストタンク内の全海水が清浄な海水になっているようにする方法（特許文献２参照。）、バラスト水を固定床型電極電解槽に供給して微生物を処理する方法（特許文献３参照。）、バラスト水中に高電圧パルスを発生させて放電の衝撃波によって微生物を損傷させる方法（特許文献４参照。）、バラストタンク内を酸素濃度２％以下にするように窒素ガスを供給する方法（特許文献５参照。）、等の各種の微生物処理方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、塩素を使用する方法では、トリハロメタン等の有害物質が発生したり、船舶で次亜塩素酸や塩素ガスを保管するのが好ましくないこと、オゾン使用では、汚染海水を処理するために多量のオゾンが消費されるのでコスト高になること、二酸化塩素処理では、殺菌には有効であるが、危険性があったり薬品コストが高いこと、電気化学処理では、電極が汚れたり目詰まりするため細かいフィルタが必要になり、そのメンテナンスが容易でないこと、パイプミキサーを使用した処理では、キャビテーションの発生が不十分で殺菌力が不足であること、バラスト張り替え方法では、排水と取水との両方の操作が必要になってポンプの発停や系統の切り換え操作が多くなったり、有害微生物を含んだ汚染バラスト水を海洋に直接排出するのが好ましくないこと、タンク内を窒素ガスで置換する方法では、置換が難しいことや酸素不足で危険性があることや特に荷積み港と荷揚げ港との間の航海日数が短い船では殺菌が不十分になること、等、従来技術には諸問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−９１０号公報（請求項１、表１等及び関連説明）
【特許文献２】
特開平８−９１２８８号公報（請求項１〜４、段落６の最後の文、図２、３及び関連説明）
【特許文献３】
特開平２００１−９７４号公報（請求項１、図１及び関連説明）
【特許文献４】
特開平２００２−１９２１６１  号公報（請求項１、図２及び関連説明）
【特許文献５】
特開平２００２−２３４４８７  号公報（請求項１、２、図１及び関連説明）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術における上記問題を解決し、安全性が高く船舶への適用性が良く操作が簡単で有害微生物を確実に殺滅可能なバラスト水の処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、バラスト水の処理方法が、有害微生物を含む海水を取り入れて該海水に超音波を当て、前記海水中にキャビテーションを発生させて前記有害微生物に前記キャビテーションの環境を与え、前記有害微生物の少なくとも大部分を死滅させ、死滅させた後の前記海水を船舶のバラスト水として排出可能な水にする、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、バラスト水処理装置が、有害微生物を含む海水を取り入れる取水系と、該取水系から取り入れた前記海水に超音波を当てて前記海水中にキャビテーションを発生させて前記有害微生物に前記キャビテーションの環境を与えて前記有害微生物の少なくとも大部分を死滅可能にする超音波処理部と、前記有害微生物の少なくとも大部分を死滅させた後の前記海水を船舶のバラスト水として排出可能な水にする処理済みバラスト水送水系と、を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用したバラスト水処理方法を実施可能な本発明を適用したバラスト水処理装置の全体構成の一例を示す。
バラスト水処理装置は、取水系１、処理済みバラスト水送水系である処理水系２、超音波処理部としての超音波処理ユニット３、等で構成されている。取水系１は、有害微生物を含む海水を取り入れる系であり、本例では、船外海水吸入系１１、タンク海水吸入系１２ａ〜１２ｃ、バラストポンプ１３、分岐送入系１４、送水系と兼用されている第１バラスト水系１５、第２バラスト水系１６、等で構成されている。
【００１０】
処理水系２は、超音波処理ユニット３で有害微生物の少なくとも大部分を死滅させた後の海水を船舶のバラスト水として排出可能な水にする系であり、本例では、海水排出系２１、第１タンク送水系２２、第２タンク送水系２３、分岐送出系２４、吸入系と兼用されている前記第１バラスト水系１５、第２バラスト水系１６、等で構成されている。符号３ａはポンプバイパス系である。
【００１１】
なお、以上の各系をそれぞれの目的に対応して使用可能にするために弁類が設けられるが、図ではそれらを省略している。又、分岐送入系１４もしくは分岐送出系２４に、図において二点鎖線で示す如く、超音波処理ユニット３で処理する水量に適合した専用ポンプ３ｂを設けるようにしてもよい。
【００１２】
取水系１又は処理水系２の第１及び第２バラスト水系１５、１６は、中心の縦隔壁Ｌの両側に横隔壁Ｈで区分してそれぞれ符号１０１〜１０３及び２０１〜２０３として図では二点鎖線で両側にそれぞれ３基だけ示しているタンクに接続される。このようなバラストタンクは、船の種類や大きさ等によって異なるが、船の二重底の中や船首及び船尾部分等に相当数に分離されて配設される。符号１００は船体の外板である。
【００１３】
図２は、本発明が適用される超音波処理ユニット３の構成例を示す。
超音波処理ユニット３は、多数台として本例では３０台の超音波発生装置３０が図１に示す分岐送入系１４及び分岐送出系２４から導設された入口集合管１４ａ、１４ｂ及び出口集合管２４ａ、２４ｂにそれぞれ並列に結合されて形成されている。入口及び出口集合管１４ａ及び２４ａの元ラインには弁１４ｃ及び２４ｃが設けられている。なお、内部の弁類の図示を省略している。
【００１４】
図３は、上記超音波処理ユニット３を構成する超音波発生装置３０の構造例を示す。
超音波発生装置３０は、海水を取り入れる入口３１、外筒３２、内筒３３、これらの間に形成された水室３４、外筒側及び内筒側からそれぞれ水室３４内を流れる海水に超音波を付与可能なように構成された超音波発生器３５、３６、これらを囲っているカバー３７、海水の出口３８、下端の台座３９、上端のフランジ４０及びこれに図示しないボルトで固定される蓋４１、操作器４２、電源線４３、操作器４２と超音波発生器３５、３６とを接続している電線４４、等で構成されている。操作器４２は、図示の如く超音波発生装置３０毎に設けられてもよいが、超音波処理ユニット３として超音波発生装置３０の全台数に対して１台だけ設けられてもよい。なお、有害微生物の種類や水室３４の厚み等の設計によっては、外又は中の超音波発生器３５、３６のうちの何れかを省略することも可能である。
【００１５】
このような超音波発生装置３０としては、一例として、海水最大流量Ｑ＝３ｍ３／ｈ、内外筒間の水室幅ｔ＝１５ｍｍ、水室容積Ｖ＝４．３１（リットル）、海水が水室を通過する最短時間ｔ＝５．２秒、供給電力Ｗ＝１〜３ｋＷ、発生させる超音波の周波数ｆ＝４０ｋＨｚ  又は２５ｋＨｚ  、のような諸元をもつものが製造されていて、本発明に適用可能である。そして、貨物船やタンカー等の外航船には、このような装置３０が、船舶及びバラストタンクの大きさや使用条件や死滅させるべき有害微生物の種類等の諸条件に対応して、例えば１０〜１００台程度設けられて前記超音波処理ユニット３が形成される。なお、１台の超音波発生装置を大型にして、ユニット内の装置台数を減らすことも可能である。
【００１６】
以上のようなバラスト水処理装置は、船の運行状態に対応して次のように運転されてその作用効果を発揮する。
船舶が荷物を積載しているときには、バラストタンクには海水が入れられていない。この状態で船が荷揚げ港に着くと、荷物を陸揚げし、それに対応して海水を図１に示すバラストタンクに取り入れる。取り入れたバラスト水は、航海時の船の安定性や推進効率や船体の強度等考慮して、船首部分が浮き上がらず船尾部分でプロペラが適当な深さまで沈み且つ浮力で船体が余り大きく曲げられないように適当にバランスさせてバラストタンクに入れられるが、バラストタンクは荒天時等のために余裕があるように設けられているため、荷揚げ後の出航時には、通常バラスト水の積まれていないバラストタンクがいくらか存在する。
【００１７】
一方、このような荷揚げ地の港は都市部や工業地帯等にあることが多いが、そのような港では海水が有害プランクトンや細菌類を含んでいるも多い。本発明のバラスト水処理装置は、このような船舶の通常の運行状態に適合するように運転され、基本的に、同時期に行われる被処理水取水操作Ａ、超音波処理操作Ｂ及び処理水送水操作Ｃで構成される。
【００１８】
被処理水取水操作Ａでは、仮に図１と同じ構成を示す図４において海水がタンク１０１に入っていなく他のすべてのタンクに入っているとすると、バラストポンプ１３を運転すると共に図示しない弁類を開閉させ、図４でそれぞれの系に平行にその横に太い矢印で示す如く海水を流す。即ち、例えばタンク２０１内の未処理バラスト水を第２バラスト水系１６、タンク海水吸入系１２ａ及び１２ｃ、バラストポンプ１３及び分岐送入系１４を介して超音波処理ユニット３に取り入れる。
【００１９】
この操作において、タンク２０１内のバラスト水をバラストポンプ１３で吸入するまでは、その船での通常のバラスト水排出操作と同じである。なお、図１で示す専用ポンプ３ｂを設けたときには、バラストポンプ１３に代えて専用ポンプ３ｂを運転することになる。バラストポンプ１３は、超音波処理に適した大きさの専用ポンプ３ｂより相当容量の大きいものであるため、操作Ａでこのポンプを使用するときには、吐出量を十分絞って使用することになる。
【００２０】
超音波処理操作Ｂでは、例えば貝毒のもとになる渦鞭毛藻類等の有害プランクトンのような有害微生物を含む海水として前記タンク２０１内の未処理バラスト水を取り入れてこの水に超音波を当て、水中でキャビテーションを発生させて有害微生物をキャビテーション環境下にさらし、その少なくとも大部分を死滅させる。
【００２１】
即ち、操作器４２を操作して超音波処理ユニット３を構成している全ての超音波発生装置３０を作動させ、図２にも示すように分岐送水系１４から入口集合管１４ａ、１４ｂを介して例えば３０台並設されている超音波発生装置３０にバラストタンク２０１内の有害微生物を含んだ未処理バラスト水を導入し、図３に示すように狭い幅ｔになっている水室３４内を通過させ、この間に超音波発生器３５、３６によって水室の両側からこの中を通過する水に超音波を作用させる。これにより、水中で急激な局部的圧力変動が生じ、負圧によって全体的に無数の小気泡が発生すると共にこれが水圧によって急激に破壊する現象からなるキャビテーションが水中で全体的に発生する。そして、このキャビテーションバブルの崩壊時に生ずる衝撃波による物理的な破壊作用と、キャビテーション内部での水の分解によって生じたＯＨラジカルによる化学的な酸化作用とにより、有害微生物が死滅することになる。
【００２２】
このようなキャビテーションによる殺菌作用によれば、例えば集団感染を引き起こすクリプトスポリウムのように、硬い殻であるオーシスト核で保護されていて死滅させるのが難しい菌であっても、強い衝撃波によって殻を破壊して殺すことが可能であるという実験結果が発表されている（第１０回ソノケミストリー討論会（２００１年１１月２８日〜２９日）講演論文集「２７．超音波を用いた酵母の殺菌」）。
【００２３】
この実験では、クリプトスポリウムに似た形態を持つ酵母を培養した保菌水を入れた部分の寸法として水室幅ｔに相当する寸法を２ｍｍにして、その一方側から保菌水に周波数２７．５ｋＨｚ  で全振幅４μｍの超音波を発射し、超音波処理をした後の生残菌数をコロニー計数法で測定して求めている。
【００２４】
その結果によれば、初期の菌濃度が１００個／ｍｌのときには、この保菌水を３分間超音波環境に置くことにより、１００％殺菌されて生残菌数が０になっている。又、２分間で約９５％、１分間で８０％殺菌できている。初期の菌濃度が１０００個／ｍｌのときは、３分間で８７％、２分間で７５％、１分間で６０％殺菌されたという結果になっている。
【００２５】
このような実験結果から、海水中に一定の菌濃度で存在する可能性のある通常の有害微生物に対しては、数十秒以内の比較的短時間の超音波処理によって有害微生物の少なくとも大部分を殺滅させることが十分可能であると推定される。本例の超音波処理装置では、処理室３３の幅ｔが１５ｍｍになっていて実験例よりかなり大きくなっているが、両側から超音波を加えているので、菌の種類等に対応して処理流量従って超音波付与時間を調整することにより、必要な殺菌効果を得ることができる。
【００２６】
処理水送水操作Ｃでは、少なくとも大部分の有害微生物を死滅させた後の海水である処理済みバラスト水を船舶のバラスト水として排出可能な水にする。即ち、超音波処理ユニット３から排出された処理済みバラスト水を、第１タンク送水系２２から第１バラスト水系１５を経由してタンク１０１に入れる。これにより、タンク２０１内の有害微生物を含んだ未処理バラスト水が有害微生物の殺菌された処理済みバラスト水となって移動されて行く。そして、タンク１０１内の水は積み荷港で排出可能な殺菌済みのバラスト水になる。
【００２７】
このタンク２０１からタンク１０１へのバラスト水の処理移動操作が終了すると、これまでと同様の操作により、タンク１０２からタンク２０１への微生物処理移動操作が行われ、順次、タンク２０２から１０２へ、１０３から２０２へ、２０３から１０３へ、というように前記操作が繰り返され、全てのバラストタンク内の水が殺菌処理された水で置換される。
【００２８】
なお、仮に全てのバラストタンクにバラスト水が入れられているとすれば、何れかのバラストタンクとして例えばタンク１０１から第１バラスト水系１５を介してバラストポンプ１３又は専用ポンプ３ｂによってバラスト水を取り出し、分岐送入系１４から超音波処理ユニット３に入れてこのバラスト水を殺菌して排出可能な水とし、分岐送出系２４か海水排出系２１を経由して船外に排水する。このようにしてバラスト水を殺菌処理すれば、船が港内にいたり特定国の領海内を航行中であってもこれを排出することができる。タンク１０１が空になると、これまで説明したように順次タンク間でバラスト水を殺菌して移載することができる。
【００２９】
又、以上では超音波処理ユニット３を用いてバラスト水を殺菌してタンク間で移載する場合について説明したが、超音波処理ユニット３が能力の大きいものである場合や、荷積み又は荷揚げの時間が長いような場合には、これらの時間の間に、バラストタンク内の未処理バラスト水を超音波処理ユニット３で殺菌処理しつつ直接船外に排出したり、船外から船外海水吸入系１１を介して海水を取り入れて超音波処理ユニット３で殺菌処理しつつ第１及び第２バラスト水系１５、１６からバラストタンクに入れるようにしてもよい。
【００３０】
以上のようなバラスト水の処理装置及び処理方法において、殺菌可能な超音波発生装置３０及び超音波処理ユニット３の備えるべき性能や大きさ等の諸条件は、それらが装備される船舶の大きさや種類や航路等によって定まる有害微生物の種類や存在する菌濃度による殺菌の難易性、バラストタンクの数や大きさ、殺菌処理のために許容される時間、等の諸条件によって定められる。
【００３１】
例えば、前記の最大流量３ｍ３／ｈの超音波発生装置３０を３０台装備した超音波処理ユニット３を設けるとすれば、これを仮に５０％の流量で使用するとしても、１ユニットの処理能力は４５ｍ３／ｈになり、通常航海のための全バラスト水積載量が２０００ｍ３  であるとすれば、約２日間で全バラスト水をほぼ有害微生物を含まない処理済みバラスト水にすることができる。
【００３２】
従って、上記ユニット程度の装置でも、１万トンクラスの貨物船等又はこれよりかある程度大きい船舶にも対応可能である。そして、上記の超音波発生装置３０は直径３０ｃｍで高さ１ｍ程度の大きさのものであるから、これを数１０台装備したユニットであってもそれ程大きな寸法にはならない。上下２段のユニットにして設置面積を小さくすることも可能である。又、処理日数を多くし、装備台数を減らすことも十分可能である。従って、本発明を適用し超音波を使用したバラスト水の処理方法及び装置は、処理能力及び設備的な面において実用性の高いものである。
【００３３】
又、本例のユニットでは消費電力が３０ｋＷ必要になる。この場合、このユニットを使用する航海中では、通常発電設備の能力に対して電力消費量に十分な余裕があるため、船の発電設備が大きくなるということはない。そして、薬品等が不要になり、電力以外に消費するものがないので、本発明の装置は運転費用の安価なものである。
【００３４】
本発明を適用した以上のようなバラスト水処理方法及び装置では、薬品を使用しないので、上記のように運転費用が安価であると共に、薬品の保管場所が不要になり、又薬品の難しい取り扱いも不要になり、運転操作が容易で安全性が高く船舶への適用性がよい。又、本装置では海水をある程度狭い間隔部分に通すが、その間隔寸法はファインフィルタ等に較べれば十分大きいので、海水中の異物が詰まるようなことは殆どなく、従って殆どメンテナンスのための手間がかからない。
【００３５】
運転操作の点では、本発明の方法及び装置では、バラストタンク内の海水をバラストタンク間で順次移載しつつ殺菌処理することができるが、そのための操作は、主として系統中の弁の切り換えだけであるから、十分容易なものである。そして、超音波処理ユニット３では、超音波発生装置３０を一度調整しておけば、その後は電源をオンオフさせるだけで使用できるので、運転操作の手間はほとんどかからない。タンク間の移載殺菌以外の処理方法でも同様である。従って、本発明の方法及び装置は前記の如く運転操作の容易なものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、バラスト水の処理方法が、有害微生物を含む海水を取り入れてこれに超音波を当て、海水中にキャビテーションを発生させて有害微生物にキャビテーションの環境を与え、有害微生物の少なくとも大部分を死滅させ、死滅させた後の海水を船舶のバラスト水として排出可能な水にするので、この方法を実施することにより、船舶のバラストタンク内の水を有害微生物を死滅させた水にして直接船外に排出したり、バラスト水排出時にそのまま排出できるようにしたり、船外の水を取り入れてこれをバラスト水として排出可能な水にしてバラストタンクに入れ、バラスト水排出時にそのまま排出できるようにすることにより、船外への有害微生物の排出を防止して、船舶における有害微生物を含むバラスト水の処理問題を解決することができる。
【００３７】
そしてこの方法によれば、有害微生物の殺菌のためには超音波を発生させるための電気を供給すればよいので、化学薬品等を使用する必要がなく、運転及び操作が簡単で安全性が高く船舶への適用性が良い。この場合、超音波を発生させて有害微生物を含むバラスト水にその殺菌に有効なキャビテーションを発生させるためには、バラスト水を狭い空間部分を通過させてこの部分に超音波を加える必要があるが、この空間は最小でも数ミリ程度あるので、この部分に海水中の異物が詰まるようなことはなく、保守の手間もかからない。
【００３８】
請求項２の発明においては、バラスト水の処理装置が所定の構成を備えた取水系と超音波処理部とバラスト水送水系とを有するので、これらによって、バラストタンク又は船外から海水を超音波処理部に取り入れて、ここで殺菌処理した後送水し、排出可能なバラスト水にしてバラストタンクに入れたり直接船外に排出することができる。その結果、船外への有害微生物の排出を防止して船舶における有害微生物を含むバラスト水の処理問題を解決することができる。
【００３９】
この場合、超音波殺菌をするためには、海水を狭い間隔にある程度時間をかけて通す必要があるため、超音波処理部を構成する超音波発生装置としては比較的小容量のものになるが、この空間は最小でも数ミリ程度あるので、上記の如くこの部分に海水中の異物が詰まるようなことはなく、保守の手間もかからない。そして、このような超音波発生装置を必要数設けることにより、又、船舶の運行状態に適合させて使用することにより、船舶におけるバラスト水問題を実質的に解決可能なバラスト水の処理装置を提供することができる。
【００４０】
そしてこの装置によれば、化学薬品等を使用する必要がなく、運転及び操作が簡単で安全性が高く船舶への適用性が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したバラスト水の処理装置の全体構成の一例を示す説明図である。
【図２】上記装置の超音波処理ユニットの構成例を示す説明図である。
【図３】上記超音波処理ユニットを構成する超音波発生装置の構造例を示し、（ａ）及び（ｂ）は縦及び横断面状態の説明図である。
【図４】上記バラスト水の処理装置の使用状態の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１            取水系
２            処理水系（処理済みバラスト水送水系）
３            超音波処理ユニット（超音波処理部）
３０          超音波発生装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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