(57)【要約】【課題】バラスト水の全量に対して漏れなく高密度のキャビテーション作用を及ぼすことができ、バラスト水の全量を完全に処理し、バラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物の細胞を破砕して完全に死滅させる。【解決手段】船体２のバラストタンク３に接続され、バラストタンクからバラスト水４を連続して導入するバラスト水導入装置５と、導入されるバラスト水にキャビテーション泡を発生させてキャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波によりバラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅させる高周波振動装置６とを備え、高周波振動装置は、高周波振動を発生する高周波振動発生装置１３と、この高周波振動発生装置に接続された高周波振動用のホーン１４と、このホーンの先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部１５とを有し、対向部にはホーンの先端面の径よりも口径が小さいバラスト水噴出用ノズル１６をホーン１４の先端面に向けて開口させる。【選択図】  図１
2007098209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体のバラストタンクに接続され、前記バラストタンクからバラスト水を連続して導入するバラスト水導入装置と、導入されるバラスト水にキャビテーション泡を発生させて当該キャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波により前記バラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅させる高周波振動装置とを備えたバラスト水殺菌装置であって、前記高周波振動装置は、高周波振動を発生する高周波振動発生装置と、この高周波振動発生装置に接続された高周波振動用のホーンと、このホーンの先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部とを有し、前記対向部には前記ホーンの先端面の径よりも口径が小さいバラスト水噴出用ノズルを前記ホーンの先端面に向けて開口させたことを特徴とするバラスト水殺菌装置。
【請求項２】
前記バラスト水噴出用ノズルは前記ホーンの先端面の中心位置に対面している請求項１記載のバラスト水殺菌装置。
【請求項３】
前記ホーンの先端面の径に対する前記バラスト水噴出用ノズルの口径の比を、０．０１〜０．８に設定した請求項１または請求項２記載のバラスト水殺菌装置。
【請求項４】
前記ホーンの先端面と前記対向部との間のギャップ値を、０．１〜１０ｍｍに設定した請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のバラスト水殺菌装置。
【請求項５】
前記ホーンの振動周波数を５００Ｈｚ以上に設定した請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のバラスト水殺菌装置。
【請求項６】
高周波振動するホーンとこのホーンの先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部との間にバラスト水を導入し、前記狭隘空間内で前記ホーンの高周波振動によるキャビテーション泡を発生させて当該キャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波により前記バラスト水中の有害生物を破砕して死滅させる高周波振動バラスト水殺菌方法であって、前記対向部に開口するバラスト水噴出用ノズルから前記バラスト水を連続して前記ホーンの先端面に向けて噴射させ、当該バラスト水の全量を前記ホーンと前記対向部との間のキャビテーション領域に供給することを特徴とするバラスト水殺菌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船体から排出されるバラスト水に含まれる有機微生物・細菌等の有害生物を死滅させるバラスト水殺菌装置および同殺菌方法に係り、特に高周波振動によるキャビテーション作用を利用して有害生物を破砕する技術において殺菌処理能率・確実性を極めて高いものとすることができるバラスト水殺菌装置および同殺菌方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船体から排出されるバラスト水に含まれる有機微生物・細菌等の有害生物を死滅させるバラスト水殺菌技術として、バラスト水に薬品等を注入して死滅させる処理が一般的であった。
【０００３】
しかし、使用する薬品の種類や投与量等によっては処理後のバラスト水の海洋廃棄により海水が汚染されたり、逆に殺菌効果が必ずしも完全に行われない等の問題があった。
【０００４】
これに対して近年、バラスト水に超音波を照射してバラスト水にキャビテーションを発生させ、その衝撃エネルギによりバラスト水に含まれる有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅に至らせる殺菌技術が開発されている。
【０００５】
具体的には、船体のバラストタンクからバラスト水を狭い流路に連続して流通させるようにし、流路の途中に多数の超音波振動装置を配置して、通過するバラスト水に長音波振動を照射することによりキャビテーションを発生させ、これによりバラスト水中の有害生物を死滅させて排出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャビテーションを利用する上述の従来技術においては、バラスト水を狭い流路に流通させながら、その流通方向と直交する方向から超音波を照射してバラスト水にキャビテーションを発生させるようにしている。
【０００７】
しかし、この方式によると、各振動装置間の配置間隔の隙間領域を流通するバラスト水がキャビテーションに晒されず、殺菌作用が及ばない個所が発生する可能性がある。
【０００８】
このため、キャビテーションに晒されない場所ではバラスト水中に含まれる有機微生物や細菌などが生き残ることとなり、再び増殖する可能性があり、殺菌処理能率・確実性の点から課題が残っていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、供給するバラスト水の全量に対して漏れなく高密度のキャビテーション作用を及ぼすことができ、これによりバラスト水の全量を完全に処理することができ、バラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物の細胞を破砕し、完全に死滅させることができるバラスト水殺菌装置および同殺菌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】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明に係るバラスト水殺菌装置は、船体のバラストタンクに接続され、前記バラストタンクからバラスト水を連続して導入するバラスト水導入装置と、導入されるバラスト水にキャビテーション泡を発生させて当該キャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波により前記バラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅させる高周波振動装置とを備えたバラスト水殺菌装置であって、前記高周波振動装置は、高周波振動を発生する高周波振動発生装置と、この高周波振動発生装置に接続された高周波振動用のホーンと、このホーンの先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部とを有し、前記対向部には前記ホーンの先端面の径よりも口径が小さいバラスト水噴出用ノズルを前記ホーンの先端面に向けて開口させたことを特徴とする。
【００１１】
この構成とすることにより、バラストタンクから供給されるバラスト水は対向部のノズルに導かれ、高周波振動するホーンの先端面に向って連続して噴出するので、常にホーンと対向部との間の空間、即ち高周波振動によるキャビテーション発生領域を通過する。したがって、供給されるバラスト水の全量がキャビテーション作用を受け、キャビテーション泡の崩壊時における衝撃波によってバラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物を全て破砕し、死滅させることが可能となる。
【００１２】
本発明に係るバラスト水殺菌装置おいて、前記バラスト水噴出用ノズルは前記ホーンの先端面の中心位置に対面していることが望ましい。
【００１３】
この構成において、前記ホーンの先端面の径ｂに対する前記バラスト水噴出用ノズルの口径ａの比ａ／ｂを、０．０１〜０．８に設定することが望ましい。
【００１４】
すなわち、ａ／ｂ値を小さくする程、バラスト水をキャビテーション発生領域に導く確実性が高まるが、この値を０．０１未満とした場合には装置構成に対して処理能率が極端に低下する。逆に、ａ／ｂの値を大きくする程、処理能率が高まるが、バラスト水をキャビテーション発生領域に導く確実性が低下し、殺菌効果が減少する。そして、ａ／ｂ値を０．８超とした場合には、殺菌効果（バラスト水（原液）に含まれる菌数に対する処理後の水（処理液）に含まれる菌数の割合）が極めて少なくなる（例えば、１割以下となる）。そこで、本発明では、上記のように、ａ／ｂについての望ましい範囲は、０．１〜０．８である。
【００１５】
なお、ａ／ｂについて、より望ましい範囲は、０．１〜０．８である。さらに、ａ／ｂについて、最も望ましい範囲は、０．１〜０．２である。
【００１６】
また、本発明において、前記ホーンの先端面と前記対向部との間のギャップ値を、０．１〜１０ｍｍに設定することが望ましい。このギャップ値が０．１ｍｍ未満では、ホーンの高周波振動によるキャビテーション泡の発生および崩壊作用が十分に行われず、またギャップ値が１０ｍｍを超えると、衝撃波による殺菌効果が減少し、単なる攪拌作用となる場合があるからである。なお、ギャップ値について、より望ましい範囲は、０．１〜５ｍｍであり、最も望ましい範囲は、０．５〜２ｍｍである。
【００１７】
また、本発明において、前記ホーンの振動周波数を５００Ｈｚ以上に設定することが望ましい。ホーンの振動周波数が５００Ｈｚ未満の場合には十分なキャビテーションが発生しないためである。なお、ホーンの振動周波数が８０ＫＨｚを超えても、キャビテーションによる衝撃波の効果は殆ど変化が見られない。したがって、実用的検知から、望ましいホーン振動周波数の上限は、８０ＫＨｚである。
【００１８】
また、本発明に係るバラスト水殺菌方法では、高周波振動するホーンとこのホーンの先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部との間にバラスト水を導入し、前記狭隘空間内で前記ホーンの高周波振動によるキャビテーション泡を発生させて当該キャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波により前記バラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅させる高周波振動バラスト水殺菌方法であって、前記対向部に開口するバラスト水噴出用ノズルから前記バラスト水を連続して前記ホーンの先端面に向けて噴射させ、当該バラスト水の全量を前記ホーンと前記対向部との間のキャビテーション領域に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高周波振動するホーンの先端面に対向する対向部のバラスト水噴出用ノズルから、バラスト水を連続してホーンの先端面に向けて噴射させ、バラスト水の全量をホーンと対向部との間のキャビテーション領域に供給することにより、供給するバラスト水の全量に対して漏れなく高密度のキャビテーション作用を及ぼすことができ、これによりバラスト水の全量を完全に処理することができ、バラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物の細胞を破砕し、完全に死滅させることができる。したがって、殺菌処理能率・確実性を極めて高いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、バラスト水殺菌装置の全体構成を示す概略図である。
【００２１】
図１に示すように、バラスト水殺菌装置１は大別して、船体２のバラストタンク３に接続され、バラストタンク３からバラスト水４を連続して導入するバラスト水導入装置５と、導入されるバラスト水４にキャビテーション泡を発生させてキャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波によりバラスト水４中の有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅させる高周波振動装置６とを備えている。
【００２２】
なお、バラストタンク３は船体２の側部に配置されており、このバラストタンク３にバラスト水４が収容されている。バラストタンク３の底部には、バラスト水排出口７が設けられている。このバラスト水排出口７に、バラスト水４を高周波振動装置６に導くバラスト水導入装置５の流路構成部材として、バラスト水供給配管８が接続されている。バラスト水供給配管８には、バラスト水排出口７側から先端側に順次に、開閉弁９、流量調整弁１０、ゴミ取り用フィルタ１１および給水ポンプ１２が設けられている。
【００２３】
一方、高周波振動装置６は、高周波振動を発生する高周波振動発生装置１３と、この高周波振動発生装置１３に接続された高周波振動用のホーン１４と、このホーン１４の先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部１５とを有している。対向部１５には後に詳述するように、ホーン１４の先端面の径よりも口径が小さいバラスト水噴出用ノズル１６がホーン１４の先端面に向けて開口している。この対向部１５のノズル１６に、上述したバラスト水供給配管８の先端が接続されている。
【００２４】
高周波振動装置８は、バラスト水殺菌処理用の処理タンク１７を備えている。この処理タンク１７は、縦長筒状の密閉タンクとして構成され、船体２の所定の位置に配設されている。この処理タンク１７の底壁１７ａは水平とされており、この底壁１７ａの中央部に上述した対向部１５が一体に組み込まれ、対向部１５のノズル１６から処理タンク１７内にバラスト水４が導入されるようになっている。処理タンク１７内に導入されたバラスト水４は、ホーン１４の高周波振動により殺菌処理を施された後、配水管１８に排出されるようになっている。排出管１８には、排水ポンプ１９および排水弁２０が設けられ、配水管１８の先端は船底に開口した船底の処理水排出口２１に接続されている。
【００２５】
高周波振動発生装置１３は、超磁歪材料または圧電型セラミックス材料によって構成された振動子２２を有し、静止部２３にアーム２４を介して支持されている。そして、高周波電源装置２５に電源ケーブル２６を介して接続された高周波コイル２７に高周波電流が供給され、振動子２２は例えば上下方向（矢印ｚ方向）に高周波振動をする構成となっている。
【００２６】
次に、図２も参照して、高周波振動装置８の構成をさらに詳細に説明する。図２はホーン１４および対向部１５を示す拡大断面図である。ホーン１４は、振動子２２に上端が連結されて振動子２２とともに高周波振動する垂直な軸１４ａと、この軸１４ａの下端に一体に設けられた所定径ａの水平円板状のコマ１４ｂとにより構成されている。コマ１４ｂは軸１４ａを介して振動子２２から高周波振動を受けて高周波振動する。コマ１４ｂの下端面は、処理タンク１７の内底面に対向しており、処理タンク１７の内底面１４ａには、コマ１４ｂの下端面に対向する配置で上述の円板状の対向部１５が設けられている。これらコマ１４ｂと対向部１５とは互いに軸心を垂直方向で対面した状態にあり、これらの対向面間には０．１ｍｍ〜１０ｍｍの微小空間としての上下方向に沿うギャップｇが保持されている。対向部１５の中央部には小口径のバラスト水噴出口（ノズル）１６が開口しており、バラスト水供給配管８を介してバラストタンク３から送給されるバラスト水４を、ノズル１６からギャップｇ部分に噴出するようになっている。
【００２７】
そして、対向部１５のノズル１６から処理タンク１７内にバラスト水４を供給し、コマ１４ｂと対向部１５との間にバラスト水４を充填した状態で、コマ１４ｂを高周波で振動させると、コマ１４ｂの下端面と対向部１５の対向部表面（上面）との間の空間部のバラスト水４に微細なキャビテーション泡が高密度に発生する（以下、この空間部を「キャビテーション発生部２８」という。）。このキャビテーション発生部２８では、高密度に発生したキャビテーション泡が崩壊するときに発生する衝撃波と、コマ１４ｂと対向部１５との間にて発生する衝撃波の反射波とが被処理水であるバラスト水４に作用する。
【００２８】
なお、本実施形態では、ホーン１４の振動周波数を５００Ｈｚ以上に設定することが望ましい。ホーン１４の振動周波数が５００Ｈｚ未満の場合には十分なキャビテーションが発生しないためである。なお、ホーン１４の振動周波数が８０ＫＨｚを超えても、キャビテーションによる衝撃波の効果は殆ど変化が見られない。したがって、実用的検知から、望ましいホーン振動周波数の上限は、８０ＫＨｚである。
【００２９】
コマ１４ｂおよび対向部１５は、その全体または少なくとも相対する面を構成する部分が硬度の高い材料、例えばセラミックスまたは超硬合金などの硬質材料などによって構成されている。これにより、コマ１４ｂと対向部１５とはキャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波にて十分に耐え、壊食されない高強度をもつ構成とされている。なお、コマ１４ｂと対向部１５との対向部分のみを高硬度とする場合には、各種金属等の母材の表面にセラミックスもしくは超高合金の硬質メッキによる表面処理を施すことなどにより構成することができる。
【００３０】
セラミックスとしては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびジルコニア（ＺｙＯ２）等が適用される。また、超硬合金としては、例えばタングステンカーバイド（ＷＣ）、タングステンカーバイド・コバルト合金（ＷＣ−Ｃｏ，ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ，ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ等）およびステライト（Ｓｔｅｌｌｉｔｅ）等が適用される。
【００３１】
次に作用を説明する。本実施形態では、バラスト水タンク３から給水ポンプ１２によりバラスト水送給管８を介して送給されるバラスト水４が、バラスト水噴出口としてのノズル１６から処理タンク１７のキャビテーション発生部２８に連続して噴出する。噴出したバラスト水４は、キャビテーション発生部２８内でコマ１４ｂおよび対向部１５の中心側から周縁側に向って流動する。バラスト水４が対向部１５の外周に到達するまでの間に、全てのバラスト水４はコマ１４ｂの振動によって発生するキャビテーション泡の衝撃波を受ける。これにより、下記の図３に示す如くバラスト水４に含まれる有害生物の細胞膜が破壊し、有害生物が死滅する。
【００３２】
図３は図２におけるキャビテーション発生部２８の衝撃波の作用をさらに詳細に示している。図３に示すように、キャビテーション発生部２８にバラスト水４が噴出し、バラスト水４中にてコマ１４ｂが振動方向ａに沿って上向きに動作すると、コマ１４ｂと対向部１５との問に瞬間的に負圧になる場が形成され、その負圧によりバラスト水４中に気泡、すなわちキャビテーション泡２９が発生する。このキャビテーション泡２９はバラスト水４中に多数発生する。そして、コマ１４ｂが高周波振動により次の瞬間に下向きに動作すると、上記と逆に高圧の圧力場が形成され、キャビテーション泡２９は高圧により崩壊される。
【００３３】
このキャビテーション泡２９の崩壊時には、高圧の衝撃波（泡崩壊時発生衝撃波：矢印ｗ）が発生する。この衝撃波ｗは、バラスト水４内に含まれている有害生物の有機微生物３０と細菌３１の細胞膜の破壊エネルギとして作用するとともに、これらの有害生物を死滅させる。特にキャビテーション泡２９の崩壊時には、外向きの破壊エネルギが発生する。また、衝撃波ｗはコマ１４ｂと対向部１５との間で反射し、衝撃反射波（以下、単に「反射波」という：矢印ｘ）となって、再びバラスト水４内の有機微生物３０・細菌３１の有害生物に衝撃波として繰り返し作用することになる。
【００３４】
すなわち、コマ１４ｂがバラスト水４中で高周波振動すると、コマ１４ｂの超高速往復動作によって微細なキャビテーション泡２９の形成・崩壊が繰り返される。そして、このキャビテーション泡２９の崩壊時に大きな衝撃圧力が生じ、条件によっては、発生する衝撃圧力が数百ＭＰａに達する。この衝撃圧力が数百ＭＰａに達することは、高周波振動を超音波領域に設定した本実施形態において明確に観測することができた。
【００３５】
なお、発生する衝撃波ｗは距離が大きくなるに従って拡散、減衰されるため、数十ミリと離れた相手材に対しては、殆ど衝撃波としての作用を及ぼさない。ギャップｇを十ミリメートルから数百ミクロンの値にするとキャビテーション泡２９の崩壊によって生じた衝撃波ｗは他のキャビテーション泡２９と相互に作用しながら反射波ｘを発生する。
【００３６】
以上のように、キャビテーション発生領域２８にて発生するキャビテーション泡２９の崩壊によって生じる衝撃波ｗと、衝撃波ｗの反射によって生じる反射波ｘの相互作用により、バラスト水４中の有機微生物３０・細菌３１の有害生物の細胞膜は破砕され、死滅する（破砕された有機微生物および細菌３２）。このように、コマ１４ｂの高周波振動と対向部１５との間で有害生物の全量について細胞膜の破壊、死滅が可能となる。
【００３７】
供給されたバラスト水４は、処理タンク１７の底部に発生しているキャビテーション発生部２８にてキャビテーション泡２９が崩壊するときの衝撃波の作用により、バラスト水４に含まれる有機微生物３０・細菌３１は、衝撃波ｗの作用により、細かく粉砕され、破砕された有機微生物３０・細菌３１は処理水として排出口２１から排水ポンプ１９によって船外に排出される。この際、有機微生物３０・細菌３１の破砕・殺菌には衝撃波のみを使用しているため、薬剤投与による海洋汚染などの２次災害なども確実に防ぐことができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、キャビテーション泡２９にて生じた衝撃波ｗをバラスト水４に作用させることにより、バラスト水４中に含まれる有機微生物・細菌等を衝撃波ｗにより破砕することができる。
【００３９】
図４、図５および図６は、本実施形態による有機微生物・細菌等の有害生物に関する効果をあらわす試験データを示しており、バラスト水中の有機微生物３０・細菌３１の有害生物と同一もしくは、類似な特性を持つ青枯れ病菌、動物プランクトンの一種ブラウンシュリンプ、単細胞藻類の一種クロレラである。
【００４０】
図４（ａ）において、Ｔ１は、トマトなどの植物の病原菌である青枯れ病菌３４を２日間寒天地培養した結果の写真である。この場合、青枯れ病菌３４の生菌数は８．９×１０８ｃｆｕ／ｍｌである。
【００４１】
次に、図４（ｂ）において、Ｔ２は青枯れ病菌３４の溶液を本実施形態に従って、全量キャビテーションの衝撃波に晒した処理を行い、その溶液をＴ１と同様に２日間寒天地培養した結果の写真である。この場合、青枯れ病菌３４の生菌数は５．７×１０４ｃｆｕ／ｍｌであり、生菌数の割合が約１万分の１に減少している。
【００４２】
これに対し、図４（ｃ）のＴ３は全量を強制的にキャビテーション領域に送給する方法ではなく、超音波振動子にてビーカー中にてキャビテーションによる噴流を生じせしめ、その旋回噴流内の条件にてＴ２と同様に培養した試験結果である。青枯れ病菌３４の生菌数は９．１×１０８ｃｆｕ／ｍｌであり、未処理の場合と大差がない結果となっている。この原因は、溶液全体がキャビテーションの衝撃波に晒されないために、一部の菌が生き残り、培養時に再び増殖したためである。
【００４３】
図４（ｄ）のＴ４は本発明にて処理する前の青枯れ病菌３４を電子顕微鏡で撮影したものである。
【００４４】
Ｔ４では青枯れ病菌３４はまゆ状の形をなしていることがわかる。図４（ｅ）のＴ５は本発明にて処理した直後の顕微鏡写真である。青枯れ病菌３４はまゆ状の形を留めない程に潰されて破砕されていることがわかる。キャビテーションの衝撃波が有効に作用していることがわかる。
【００４５】
図５は、本実施形態による動物プランクトンの一種ブラウンシュリンプ３３に関する効果を示す試験データを示している。図５（ａ）において、Ｔ６は、キャビテーション処理を行なう前の生きた状態のブラウンシュリンプ３３の顕微鏡写真である。このブラウンシュリンプ３３は１対の羽を有した形状をなしており、体長ｌ１は４３．７μｍ、体幅ｌ２は１８．３μｍ、羽長ｌ３は６１．８μｍである。図５（ｂ）におけるＴ７は、Ｔ６のブラウンシュリンプ３３に本実施形態のキャビテーション処理を施した場合の顕微鏡写真である。ブラウンシュリンプ３３は原形を留めない形に破砕されていることがわかる。
【００４６】
図６は、本実施形態による単細胞藻類の一種クロレラ３５に関する効果を示す試験データを示している。本実施形態のキャビテーション処理を行なった場合と未処理の場合とを比較すると、処理直後では処理、未処理とも判別は難しいが、クロレラ３５を６日間培養すると、本実施形態で処理した場合に黄色に変色し、クロレラ３５の増殖は認められないが、未処理の場合には緑色を呈した状態となり、大幅な増殖が認められる。
【００４７】
本実施形態の処理を施すことにより、植物の中では一番硬い殻に覆われているクロレラ３５の細胞も破砕ができていることがわかる。図６（ａ）のＴ１０は処理前のクロレラ３５の拡大写真であり、図６（ｂ）のＴ１１は、本実施形態の処理を行なった場合のクロレラ３５の細胞の拡大写真である。図６（ｂ）に示すように、本実施形態の処理を行なった場合には、クロレラ３５の細胞の中央部に亀裂３５ａが入っていることがわかる。
【００４８】
図７は、本実施形態によるノズルと径とコマの径の比による殺菌効果の変化を示すグラフである。図７において、縦軸はキャビテーション処理を行なった後の処理液の菌数と処理前の原液の菌数の比である。それぞれの菌数は処理後２日間培養し、生菌数をカウントしたものである。横軸は、図２に示したホーン１４のコマ１４ｂの直径寸法ａとノズル１６の直径寸法ｂの比である。グラフより、ｂ／ａが０．８から１．０の範囲では殺菌効果が少ないが、ｂ／ａが０．８以下になるにしたがって、効果が顕著にあらわれてくることが分かる。
【００４９】
すなわち、本実施形態では、バラスト水噴出用ノズルがホーンの先端面の中心位置に対面し、この構成において、ホーンの先端面の径ｂに対するバラスト水噴出用ノズルの口径ａの比ａ／ｂが、０．０１〜０．８に設定されている。ａ／ｂ値を小さくする程、バラスト水をキャビテーション発生領域に導く確実性が高まるが、この値を０．０１未満とした場合には装置構成に対して処理能率が極端に低下する。逆に、ａ／ｂの値を大きくする程、処理能率が高まるが、バラスト水をキャビテーション発生領域に導く確実性が低下し、殺菌効果が減少する。そして、ａ／ｂ値を０．８超とした場合には、殺菌効果（バラスト水（原液）に含まれる菌数に対する処理後の水（処理液）に含まれる菌数の割合）が極めて少なくなる（例えば、１割以下となる）。本実施形態では、ａ／ｂについての望ましい範囲が、０．１〜０．８に設定される。なお、ａ／ｂについて、より望ましい範囲は、０．１〜０．８である。さらに、ａ／ｂについて、最も望ましい範囲は、０．１〜０．２である。
【００５０】
以上のように、本実施形態のバラスト水殺菌装置は、船体のバラストタンクに接続され、バラストタンクからバラスト水を連続して導入するバラスト水導入装置と、導入されるバラスト水にキャビテーション泡を発生させてキャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波によりバラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅させる高周波振動装置とを備える。そして、高周波振動装置は、高周波振動を発生する高周波振動発生装置と、この高周波振動発生装置に接続された高周波振動用のホーンと、このホーンの先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部とを有する。対向部にはホーンの先端面の径よりも口径が小さいバラスト水噴出用ノズルをホーンの先端面に向けて開口させている。
【００５１】
この構成を適用して、高周波振動するホーンとこのホーンの先端面に狭隘空間を保持して対面する対向部との間にバラスト水を導入し、狭隘空間内でホーンの高周波振動によるキャビテーション泡を発生させてキャビテーション泡の崩壊時に発生する衝撃波によりバラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物を破砕して死滅させる。すなわち、対向部に開口するバラスト水噴出用ノズルからバラスト水を連続してホーンの先端面に向けて噴射させ、バラスト水の全量をホーンと対向部との間のキャビテーション領域に供給する。
【００５２】
これにより、バラストタンクから供給されるバラスト水は対向部のノズルに導かれ、高周波振動するホーンの先端面に向って連続して噴出するので、常にホーンと対向部との間の空間、即ち高周波振動によるキャビテーション発生領域を通過する。したがって、供給されるバラスト水の全量がキャビテーション作用を受け、キャビテーション泡の崩壊時における衝撃波によってバラスト水中の有害生物を全て破砕し、死滅させることができる。
【００５３】
以上の実施形態によれば、高周波振動するホーンの先端面に対向する対向部のバラスト水噴出用ノズルから、バラスト水を連続してホーンの先端面に向けて噴射させ、バラスト水の全量をホーンと対向部との間のキャビテーション領域に供給することにより、供給するバラスト水の全量に対して漏れなく高密度のキャビテーション作用を及ぼすことができる。これにより、バラスト水の全量を完全に処理することができ、バラスト水中の有機微生物・細菌等の有害生物の細胞を破砕し、完全に死滅させることができる。したがって、殺菌処理能率・確実性を極めて高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態によるバラスト水殺菌装置を示す構成図。
【図２】図１に示した装置の要部を示す拡大図。
【図３】前記実施形態におけるバラスト水殺菌装置の作用説明図。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態による試験データを示す顕微鏡写真。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態による試験データを示す顕微鏡写真。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態による試験データを示す顕微鏡写真。
【図７】第１実施形態によるノズル径とコマの径の比による殺菌効果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５５】
１  バラスト水殺菌装置
２  船体
３  バラストタンク
４  バラスト水
５  バラスト水導入装置
６  高周波振動装置
７  バラスト水排出口
８  バラスト水供給配管
９  開閉弁
１０  流量調整弁
１１  フィルタ
１２  給水ポンプ
１３  高周波振動発生装置
１４  ホーン
１５  対向部
１６  バラスト水噴出用ノズル
１７  処理タンク
１７ａ  底壁
１８  配水管
１９  排水ポンプ
２０  排水弁
２１  処理水排出口
２２  振動子
２３  静止部
２４  アーム
２５  高周波電源装置
２６  電源ケーブル
２７  高周波コイル
２８  キャビテーション発生部
２９  キャビテーション泡
３０  有機微生物
３１  細菌
３２  破砕された有機微生物および細菌
３３  動物プランクトンの一種（ブラウンシュリンプ）
４１  青枯れ病菌
３５  単細胞藻類の一種（クロレラ）
【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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