(57)【要約】【課題】海水を濾過膜に長時間通水した後、実質的に薬品を使用せずに、濾過膜の閉塞を回復して、次ぎの濾過に備えることができるバラスト水製造装置、これを搭載した船舶及びバラスト水の製造方法を提供すること。【解決手段】海水を濾過装置１で濾過して、濾過水をバラスト水とする船舶搭載用バラスト水製造装置１０において、濾過装置１は、濾過膜１２により原水側の一次室１１と処理水側の二次室に区画されるハウジング１３と、ハウジング１３の一次室１１に接続される水供給配管３と、一次室１１の温水又は海水を系外へ排出する排水流出配管６と、ハウジング１３の二次室に接続される濾過水流出配管４と、ハウジング１３の一次室１１又は一次室１１と二次室を温水で満たす手段３、３１、３２、３３とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶が停泊する港湾域の海水を濾過装置で濾過して、該濾過水をバラスト水とする船舶搭載用バラスト水製造装置において、
該濾過装置は、濾過膜により原水側の一次室と処理水側の二次室に区画されるハウジングと、該ハウジングの一次室に接続される水供給配管と、該ハウジングの一次室に接続される該一次室の温水又は海水を系外へ排出する排水流出配管と、該ハウジングの二次室に接続される濾過水流出配管と、該ハウジングの一次室又は一次室と二次室を温水で満たす手段と、を備えること特徴とするバラスト水製造装置。
【請求項２】
前記ハウジングの一次室又は一次室と二次室を温水で満たす手段が、加温器で加温された温水を当該室に供給するものであるか、又は水を一次室又は一次室と二次室に供給し、その後、当該室に満たされた水を加温するものであること特徴とする請求項１記載のバラスト水製造装置。
【請求項３】
前記ハウジングの一次室内を温水で満たす手段が、前記水供給管と前記排水流出配管とを接続し、加温器を配置して形成される一次室経由の循環系における、温水の循環によるものであることを特徴とする請求項１記載のバラスト水製造装置。
【請求項４】
前記ハウジングの一次室と二次室を温水で満たす手段が、前記水供給管と前記濾過水流出配管とを接続し、加温器を配置して形成される一次室及び二次室経由の循環系における、温水の循環によるものであることを特徴とする請求項１記載のバラスト水製造装置。
【請求項５】
前記温水が、加温された淡水、加温された海水又はその混合温水であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のバラスト水製造装置。
【請求項６】
前記温水は、３５〜８０℃の温水であることを特徴とする請求項５記載のバラスト水製造装置。
【請求項７】
前記ハウジングの一次室から気泡を供給して濾過膜面をバブルするバブリング手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバラスト水製造装置。
【請求項８】
前記ハウジングの二次室から一次室へ該濾過膜の濾過水を供給して該濾過膜を逆洗する逆洗手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバラスト水製造装置。
【請求項９】
前記濾過膜が微生物濾過膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のバラスト水製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のバラスト水製造装置を搭載することを特徴とする船舶。
【請求項１１】
前記船舶は、原油タンカーであることを特徴とする請求項１０記載の船舶。
【請求項１２】
船舶が停泊する港湾域の海水を、濾過膜により原水側の一次室と処理水側の二次室に区画されるハウジングを備える濾過装置で濾過して、該濾過水をバラスト水とするバラスト水製造工程と、該濾過膜の閉塞物を除去する回生工程とを有し、該回生工程はハウジングの一次室又は一次室と二次室に満たされた温水で濾過膜を加温する加温工程と、該閉塞物を加温水又は海水と共に一次側に接続される排水流出配管から排出する排出工程を有すること特徴とするバラスト水の製造方法。
【請求項１３】
前記排水流出配管から排出される海水は、前記加温工程後の温水を海水で置換した後のものであることを特徴とする請求項１２記載のバラスト水の製造方法。
【請求項１４】
前記加温工程において、温水の温度が３５〜８０℃であることを特徴とする請求項１２又は１３記載のバラスト水の製造方法。
【請求項１５】
前記バラスト水製造工程後、前記加温工程前に、一次室から気泡を供給して濾過膜面をバブルするバブリング工程又は二次室から濾過水を供給して濾過膜を逆洗する逆洗工程を行うこと特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項記載のバラスト水の製造方法。
【請求項１６】
前記排出工程後、一次室から気泡を供給して濾過膜面をバブルするバブリング工程又は二次室から濾過水を供給して濾過膜を逆洗する逆洗工程を行うこと特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のバラスト水の製造方法。
【請求項１７】
前記排出工程において、加温水を更に加熱して微生物を死滅後、排出することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のバラスト水の製造方法。
【請求項１８】
前記逆洗工程において、逆洗済み排水を更に加熱して微生物を死滅後、排出することを特徴とする請求項１５又は１６に記載のバラスト水の製造方法。
【請求項１９】
前記加温工程において、１時間〜１４日間、浸漬により濾過膜を加温することを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項に記載のバラスト水の製造方法。
【請求項２０】
前記加温工程において、１時間〜１４日間、濾過膜の一次室の温水を外部経由で循環するか、あるいはハウジング内の温水を濾過膜を通して外部経由で循環し、濾過膜を加温することを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項に記載のバラスト水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の航行時における重心安定のために積載するバラスト水の製造装置、これを搭載する船舶及びバラスト水の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原油タンカー、鉱石運搬船、自動車運搬船などは空荷や積載貨物量が少ない状態で航行する場合がある。このときの船舶は船体の浮力を調節するためバラスト水を積載して航行する。例えば、原油タンカーは産油国と消費国を往復している。原油タンカーは消費国から産油国への航行では積荷が無く、消費国や寄港地の海水をバラスト水として積載し、産油国の近海や港湾でバラスト水を排出して原油を積載する。
【０００３】
近年、船舶にて移動、排出されるバラスト水により、本来その海域には生息しないプランクトンや細菌類を含む生物が持ち込まれ、これにより海洋生態系の破壊が生じ、当該海域の住民生活に重大な被害を与え、さらには全世界的な海洋環境の破壊が生じており、深刻な国際問題となっている。このため、バラスト水中の微生物除去を目的として、国際的な規模で各種の方法が検討されている。
【０００４】
バラスト水として汲み込まれる海水中の微生物を除去する方法として、例えば、特開２００５−１５２７９９号公報には、バラスト水を濾過するフィルタ濾過装置と、該フィルタ濾過装置のフィルタを高温水により加熱しながら逆洗浄する加熱逆洗装置とを備えた船舶用バラスト水の処理装置が開示されている。これにより、微生物を除去すると共に、逆洗浄時に加熱し、微生物を周密に集めた状態で死滅させることができる。また、海水の微生物を死滅以外の方法で除去する方法として、特開２００３−１５４３６０号公報には、海水を濾過膜に通すことで海水中の微生物を除去する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１５２７９９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００３−１５４３６０号公報（特許請求の範囲）
【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、特開２００５−１５２７９９号公報の船舶用バラスト水の処理装置で使用されるフィルタ濾過装置は、４０μｍ程度の微生物除去に好適なアンスラサイト式濾過方式のフィルタであるため、大きさが１μｍ以下の大腸菌群、コレラ菌、腸球菌、大きさが数μｍのミジンコの幼生、北太平洋ヒトデの幼生、アジア昆布の幼生、ゼブラ貝の幼生及び毒性藻類等は除去できないという問題がある。
【０００６】
また、特開２００３−１５４３６０号公報の方法で得られる膜濾過水は魚介類の洗浄等に使用されるものであって、船舶のバラスト水に使用するものではない。また、例え海水を濾過膜を通してバラスト水を製造したとしても、海水中の固形物を濾過膜で濾し取り、処理水を得るため、長時間使用していると海水中の不純物が濾過膜の表面に付着したり細孔に詰まっていき、処理水を得ることができなくなる。また、海水中の不純物は多種多様であり、長時間使用後の濾過膜に対して、通常行われるようなバブリングや逆洗では閉塞物を除去できないという問題がある。
【０００７】
また、閉塞した濾過膜は、薬品洗浄によって回復することは可能であるが、バラスト水の製造装置においては、船舶に薬品を積載する種々の問題、及び使用薬品や残留薬品の廃棄や処理が外部環境へ悪影響を与える懸念などがある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、１μｍ以下の微生物の除去が可能であり、海水を濾過膜に長時間通水した後、実質的に薬品を使用せずに、濾過膜の閉塞を回復して、次ぎの濾過に備えることができるバラスト水製造装置、これを搭載した船舶及びバラスト水の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる実状において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、（１）海水を微生物濾過膜に長時間通水すると、微生物が除去された大量のバラスト水が得られるものの、濾過膜自体が閉塞して使えなくなり、回生処理が必要となること、（２）回生処理として、濾過膜の二次室から一次室へ濾過膜の透過水などの清澄水を圧送して閉塞物を押し出す洗浄（逆洗）や、濾過膜の一次室から気泡を供給して濾過膜面をバブルするバブリング方法を行っても閉塞物は完全には除去できないこと、（３）除去できない閉塞物は、一次側の濾過膜面に付着した蛋白質や多糖類等の有機物であること、（４）該濾過膜の閉塞物は、濾過膜の一次室に満たされた温水で濾過膜を所定時間加温すれば、閉塞物が膨潤し、一部が溶解し、流動性が向上して、濾過膜から剥離し易くなること等を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、船舶が停泊する港湾域の海水を濾過装置で濾過して、該濾過水をバラスト水とする船舶搭載用バラスト水製造装置において、該濾過装置は、濾過膜により原水側の一次室と処理水側の二次室に区画されるハウジングと、該ハウジングの一次室に接続される水供給配管と、該ハウジングの一次室に接続される該一次室の温水又は海水を系外へ排出する排水流出配管と、該ハウジングの二次室に接続される濾過水流出配管と、該ハウジングの一次室又は一次室と二次室を温水で満たす手段と、を備えること特徴とするバラスト水製造装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、前記バラスト水製造装置を搭載する船舶を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、船舶が停泊する港湾域の海水を、濾過膜により原水側の一次室と処理水側の二次室に区画されるハウジングを備える濾過装置で濾過して、該濾過水をバラスト水とするバラスト水製造工程と、該濾過膜の閉塞物を除去する回生工程とを有し、該回生工程はハウジングの一次室又は一次室と二次室に満たされた温水で濾過膜を加温する加温工程と、該閉塞物を加温水又は海水と共に一次側に接続される排水流出配管から排出する排出工程を有すること特徴とするバラスト水の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、該濾過膜の閉塞物は、濾過面に付着した蛋白質等の有機物等であるため、二次室から一次室へ濾過水を供給する逆洗や一次室から濾過膜面に気泡を供給するバブリングでは完全に除去できないものの、一次室又は一次室と二次室に満たされた温水で濾過膜を加温すれば、閉塞物が膨潤し、一部が溶解し、流動性が向上し、濾過膜から容易に剥離できる。また、バラスト水の製造は、出港前の船舶が停泊中に行われ、航海中はバラスト水製造装置は停止していることが多いことから、この比較的長い航海中の停止期間を利用して、濾過膜の閉塞物を除去して次ぎのバラスト水の製造に備えることができ効率的である。また、加温工程前にバブリング工程又は逆洗工程を行えば、加温工程での閉塞物の除去が一層容易となる。また、排出工程後にバブリング工程又は逆洗工程を行えば、例え閉塞物の除去残部があったとしても容易に除去できる。また、一次室又は一次室と二次室の温水を外部循環させれば、濾過膜面の近傍に温水の流れが生じ閉塞物の剥離を促進する。また、船舶が原油タンカーであれば、ふんだんにある原油の固化防止用の蒸気又は排熱あるいはエンジンの排熱などを利用することができ、別途の熱源を設けることなく、閉塞物の除去が可能となる。また、濾過膜として微生物濾過膜を使用すれば、微生物が除去されたバラスト水が得られ、積荷港の海域の環境を汚染することがない。また、逆洗によりでる排水や排水工程からでる温排水を、更に加温して排出すれば、微生物を死滅させて放流でき、航行途中の海域の環境を汚染することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のバラスト水製造装置の一例を図１を参照して説明する。図１のバラスト水製造装置１０は、濾過膜１２により原水側の一次室１１と処理水側の二次室（不図示）に区画されるハウジング１３を備える濾過装置１と、空気貯槽２と、一端がハウジング１３の一次室１１に接続される海水取水配管（水供給配管）３と、一端がハウジング１３の二次室に接続される濾過水流出配管４と、一端がハウジング１３の一次室１１の上部に接続されるガス抜き配管５と、一端がハウジング１３の一次室１１の底部に接続される排水流出配管６と、排水流出配管６と空気貯槽２を接続するバブリング用配管７と、濾過水流出配管４と空気貯槽２を接続する逆洗用配管８を備える。バブリング用配管７と逆洗用配管８は、空気貯槽２側の共有配管７８と共有配管７８から分岐する分岐配管からそれぞれ形成されている。また、海水取水配管３には、濾過装置１側から順にバルブ３３、熱交換器（加温器）３２及びポンプ３１が付設され、濾過水流出配管４にはバルブ４１が付設され、ガス抜き配管５にはバルブ５１が付設され、バブリング用配管７にはバルブ７１が付設され、逆洗用配管８にはバルブ８１が付設されている。海水取水配管３の他端は装置１０の稼動時、海水中に位置し、濾過水流出配管４の他端はバラスト水製造装置１０を搭載する船舶のバラスト室に接続されている。なお、海水取水配管（水供給配管）３は不図示の切替バルブにより、淡水、温淡水、温海水の各供給配管となるものである。
【００１５】
また、バラスト水製造装置１０において、ハウジングの一次室１１又は一次室１１と二次室を温水で満たす手段Ａは、本例ではポンプ３１、熱交換器３２、バルブ３３及び海水取水配管３から構成される。また、排水流出配管６は、一次室１１の温水又は海水を系外へ排出する配管であり、その一部はバブリング用配管を兼ねるものである。バブリング手段Ｂは、本例では、空気貯槽２、バルブ７１及びバブリング用配管７から構成される。また、逆洗手段Ｃは、本例では空気貯槽２、バルブ８１及び逆洗用配管８から構成される。熱交換器３２は、海水を３５℃以上、例えば３５〜８５℃に加温する能力があればよい。
【００１６】
バラスト水製造装置１０において、濾過装置１のハウジング１３の一次室１１周りに一次室１１内の流体を加温する手段を付設してもよい。このような加温手段としては、一次室１１周りにジャケットを形成し、このジャケットに例えば３５℃以上の加温流体を流通させる方法などが挙げられる。これにより、常温の海水又は淡水を一次室１１に満たした後、所定の温度に加温できる。ジャケットに流される加温流体としては、蒸気や温水等が挙げられる。また、一次室１１に満たされた加温水の温度低下があったとしても、そのままの状態で更に加温することが可能となる。一次室１１周りに一次室１１内の流体を加温する手段を付設した場合、熱交換器３２の設置は省略することもできる。なお、熱交換器３２や一次室１１内の流体を加温する手段には、通常、公知の温度制御装置が付設される。これにより、熱交換器３２から出た加温水や一次室１１内に満たされた加温水を一定の温度に制御、維持することができる。
【００１７】
逆洗手段Ｃは、図１記載の空気貯槽２を使用する形態に限定されず、例えば、濾過水貯留槽と濾過水貯留槽の濾過水を二次室から一次室へ流す加圧ポンプを備える形態のものであってもよい。また、ハウジング１３の一次室１１の温水を循環させる手段（不図示）として、一次室１１とポンプ３１の下流側にある取水配管３４を接続する戻り配管を設け循環系を形成してもよい。また、海水取水配管３とは別に、新たな循環系を形成してもよい。
【００１８】
バラスト水製造装置１０において、海水取水配管３とは別に、ハウジング１３の一次室１１を温水の淡水で満たす手段を設けてもよい。このような手段としては、淡水貯留槽、ポンプ、必要に応じて設置される熱交換器及び淡水供給配管からなる淡水供給手段などが挙げられる。当該熱交換器を設置しない場合、ハウジング１３の一次室１１周りに付設される一次室１１内の流体を加温する加温手段を使用することで、淡水を一次室１１に供給した後、加温により温淡水を得ることができる。ハウジング１３の一次室１１内に加温された海水と加温された淡水の混合温水を使用する場合、海水取水配管３を利用した加温手段と淡水供給配管を利用した加温手段を併用することもできる。
【００１９】
また、ハウジング１３の一次室１１の濾過膜面に薬液を供給する薬液供給手段を設けてもよい。薬液供給手段としては、薬液貯留槽、薬液供給ポンプ及び薬液貯留槽とハウジング１３の一次室１１を接続する薬液供給配管からなるものが挙げられる。また、薬液供給手段は、淡水供給手段を利用して薬液を一次室１１の濾過膜面に供給するようなものであってもよい。
【００２０】
次に、本発明のバラスト水製造装置の他の例を図２を参照して説明する。図２のバラスト水製造装置１０ａにおいて、図１のバラスト水製造装置１０と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図２のバラスト水製造装置１０ａにおいて、図１のバラスト水製造装置１０と異なる点は、一次室１１の温水を外部循環する一次室経由の循環系９ａと一次室１１及び二次室の温水を外部循環する一次室及び二次室経由の循環系９ｂを形成した点にある。
【００２１】
バラスト水製造装置１０ａにおいて、一次室経由の循環系９ａは、一次室１１の排水流出配管６と海水取水配管３を循環配管９１で接続して形成される。海水取水配管３における循環配管９１の接続点は、バルブ３３の上流側で、バルブ３３ａの下流側であり、排水流出配管６における循環配管９１の接続点は、バルブ６１ａの上流側で、バルブ６１の下流側である。熱交換器３２は海水取水管３ではなく、循環配管９１のハウジング寄りに配置されている。熱交換器３２の設置位置を循環配管９１のハウジング寄りにすることで、温められた温水をその温度を維持しつつ一次室に供給することができる。また、循環配管９１には不図示の循環ポンプが付設されている。
【００２２】
バラスト水製造装置１０ａにおいて、一次室と二次室経由の循環系９ｂは、ハウジング１の濾過水流出配管４と循環配管９１を循環配管９２で接続して形成される。濾過水流出配管４における循環配管９２の接続点は、バルブ４１ａの上流側で、バルブ４１の下流側である。熱交換器３２は海水取水管３ではなく、循環配管９１のハウジング寄りに配置されている。一次室経由の循環系９ａ又は一次室及び二次室経由の循環系９ｂに設置される熱交換器３２は、海水取水配管３に設置される熱交換器３２に比べて、小型のものが設置できる。また、循環系９ａ、９ｂに設置される循環ポンプは、循環される水が少量且つ低速流であるため、海水取水用のポンプ３１と比べて遥かに小型化できる。
【００２３】
本発明のバラスト水製造装置は、船舶が停泊する港湾域の海水を濾過装置で濾過して、該濾過水をバラスト水とする船舶に搭載される装置であって、該濾過装置は、濾過膜により原水側の一次室と処理水側の二次室に区画されるハウジングを備えるものである。
【００２４】
濾過膜としては、精密濾過膜、限外濾過膜及び逆浸透膜など液体処理に用いられる、様々な微生物濾過膜が適用可能であり、分画分子量数千程度から分離孔径数μmの濾過膜が好適であり、特に孔径１．０μｍ以下の濾過膜が好適である。濾過膜への通水方式は内圧型、外圧型などあらゆる通水方式が適用可能であり、クロスフロー濾過やデッドエンド濾過などあらゆる濾過方法が適用可能である。また、濾過膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、スパイラル膜が挙げられる。このうち、中空糸膜が、単位容量当りの濾過面積を最も大とすることができる点で好ましい。
【００２５】
中空糸膜は、中空構造を有し、更に該中空構造を形成する孔に連通して、膜面の該孔に連通する細孔を多数形成したものであり、外圧式と内圧式とがある。本発明において、濾過膜として精密濾過膜を用いる場合、中空糸膜の細孔の径としては、０．０１〜０．４μｍ、好ましくは０．０１〜０．３μｍである。また、限外濾過膜を用いる場合は、中空糸膜の細孔の径としては、０．００２〜０．０１μｍである。海水中に生息する細菌や幼生等の微生物の大きさは通常数μｍ、最小のものでも０．３〜０．５μｍ程度であり、従って、上記細孔径の中空糸膜を使用すれば、海水中のこれらの細菌、幼生等の微生物をほぼ完全に除去することができる。また、膜面に付着した微生物を除去して、その濾過能力を回復するために逆洗を行うこともあるが、本逆洗とは別に、濾過中に膜面の外側から気泡でバブリングして膜面に付着した微生物を剥離除去する操作ができる点で外圧式中空糸膜を使用することが好ましい。
【００２６】
精密濾過膜の素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、酢酸セルロース、セラミック、各種金属など濾過膜に用いられているあらゆる素材が適用可能である。
【００２７】
海水を濾過装置に通す方法としては、特に制限されないが、濾過膜を組み込んだ濾過装置の２基以上を並列配置するようにしてもよい。この場合、一の濾過装置が逆洗工程であっても、他の濾過装置はバラスト水製造工程を実施することができ、多量の膜濾過水を連続して得ることができる。膜濾過によりバラスト水を得る際の制御方法としては、特に制限されず、例えば濾過水流量計と原水ポンプとの回転数を制御をする方法、定流量弁を用いる定流量制御及び濾過膜への海水の供給圧力を一定にする定圧制御など、あらゆる制御方法を適用することができる。
【００２８】
また、バラスト水製造装置の前処理装置として、流木やごみ、海洋生物を除去するための粗濾過装置を設置することも可能であり、スクリーンやオートストレーナ、金属フィルタなどが適用可能である。
【００２９】
本発明の船舶は、上記バラスト水製造装置を搭載したものである。バラスト水製造装置の船舶の種類としては、特に制限されず、貨物船、原油タンカー等が挙げられる。船舶が原油タンカーである場合、加温水を得る熱源として、ふんだんにある原油の固化防止用の蒸気又は排熱あるいはエンジンの排熱を利用することができ、別途の熱源を設ける必要がなく、エネルギーコストを低減できる。
【００３０】
次に、本発明のバラスト水製造方法は、船舶が停泊する港湾域の海水を、濾過膜により原水側の一次室と処理水側の二次室に区画されるハウジングを備える濾過装置で濾過して、該濾過水をバラスト水とするバラスト水製造工程と、該濾過膜の閉塞物を除去する回生工程とを有し、該回生工程はハウジングの一次室又は一次室と二次室に満たされた温水で濾過膜を加温する加温工程と、該閉塞物を加温水又は海水と共に一次側に接続される排水流出配管から排出する排出工程を有する。バラスト水製造工程は、海水中の固形物を濾過膜で濾し取り、処理水を得るため、長時間使用していると海水中の不純物が濾過膜の細孔に詰まっていき、処理水を得ることができなくなる。該濾過膜の閉塞物は、濾過面に付着した蛋白質等の有機物であるため、逆洗やバブリングでは完全に除去できないものの、濾過膜の一次室又は一次室と二次室に満たされた温水で濾過膜を加温すれば、閉塞物が膨潤し、一部が溶解し、流動性が向上し、濾過膜から容易に剥離でき、ハウジングの一次室から系外へ容易に排出できる。
【００３１】
バラスト水製造工程は、通常港湾に停泊中に行われる。回生工程はバラスト水が全て製造された後に行ってもよく、バラスト水の製造途中に濾過を停止して行ってもよい。この中、バラスト水が全て製造された後に回生工程を行えば、航海中の長い期間を利用して実施することができ、次回のバラスト水の製造に備えることができる。バラスト水の製造途中に濾過を停止して行う場合、回生工程後、再度バラスト水の製造を行う。
【００３２】
本発明のバラスト水製造方法において、船舶が停泊する港湾域の海水としては、特に制限されないが、魚類、プランクトン類、細菌類、その他の海洋性生物のほか、通常、濁度が１〜１００度の海水である。細菌類とは、大腸菌、コレラ菌、腸球菌などの１μｍ以下の微小生物を指し、最も小さいもので０．３〜０．５μｍ程度である。
【００３３】
本発明のバラスト水製造方法において、バラスト水製造工程後、前記加温工程前に、一次室から気泡を供給して濾過膜面をバブルするバブリング工程又は二次室から濾過水を供給して濾過膜を逆洗する逆洗工程を行うこともできる。このような前処理を行うことにより、微生物等の汚染物を膜面から除去でき、更にその後実施される加温工程における濾過膜の閉塞物の除去が一層容易となる。バブリング工程及び逆洗工程を行う順序は特に制限されず、バブリング工程の後に逆洗工程を行ってもよく、逆洗工程の後にバブリング工程を行ってもよく、またバブリング工程と逆洗工程を同時に行ってもよい。また、バラスト水製造工程、バブリング工程及び逆洗工程を１サイクルとして、これを複数サイクル繰り返すことで、濾過効率は一層向上する。
【００３４】
加温工程において、ハウジングの一次室又は一次室と二次室に温水を満たす方法としては、特に制限されず、海水、淡水又はこの混合水をハウジングの一次室又は一次室と二次室に供給し、その後、一次室に供給された水を加温する方法、温海水、温淡水又はこの混合温水をハウジングの一次室又は一次室と二次室に供給する方法などが挙げられる。温海水又は温淡水は、予め常温の海水又は淡水をハウジング外に設置される熱交換器等の加温器で加温されたものである。海水の使用は、バラスト水を製造する際に使用する海水取水配管（水供給配管）をそのまま使用することができ、淡水供給手段を別途設置する必要がない点で有利である。ハウジングの一次室に満たされた温水の温度としては、３５〜８０℃、好ましくは４０〜８０℃である。温水の温度が３５℃未満では、濾過膜面の閉塞物を膨潤、一部溶解あるいは流動化などさせ難く、閉塞物除去効果が低下する。一方、温水の温度が８０℃を超えると、濾過膜などが熱損傷を受けるようになる。
【００３５】
加温工程の加温時間（浸漬時間）は、バラスト水の製造に支障を与えず、濾過膜の汚れを回復できる時間であれば制限はないが、浸漬状態（静置状態）であっても、濾過膜の一次室の温水又は一次室と二次室の温水を外部循環する状態であっても共に、０．７時間〜１４日間、好ましくは１時間〜１４日間の範囲であることが、バラスト水製造時間や寄港地間の航行期間の観点から好ましい。
【００３６】
加温工程を循環系を利用して行う場合を図２を参照して説明する。図２において、濾過膜１２の一次室１１に満たされた海水又は淡水をハウジング１の外の循環配管９１に抜き出し循環して加温することもできる。すなわち、バルブ３３ａ、６１ａ及び５１を閉、バルブ３３、５１、６１を開とし、熱交換器３２を稼動させて、循環水を循環系９ａにおいて所定の温度まで加温しつつ循環させる。これにより熱交換器３２を小型化することができる。加温工程は、所定時間の循環後、温水を所定時間、静置の状態においてもよい。また、図２において、一次室１１と二次室に満たされた海水又は淡水をハウジング１の外の循環配管９２及び９１に抜き出し濾過膜１２を通して循環して加温することもできる。すなわち、バルブ３３ａ、６１、８１、４１ａ及び６１ａを閉、バルブ３３、４１を開とし、熱交換器３２を稼動させて、循環水を循環系９ｂにおいて所定の温度まで加温しつつ循環させる。これにより一次室１１の水を循環させる場合と同様に熱交換器３２を小型化することができる。加温工程は、所定時間の循環後、静置時間を有していてもよい。加温工程後、バルブ６１、６１ａを開とし、一次室１１の温水を排水流出配管６から系外Ｙへ排出してもよく、また、ハウジング１３内の温水を常温の海水と置換し、置換後、逆洗により、一次室１１の海水を排水流出配管６から系外Ｙへ排出させてもよい。このように、循環水を加温させながら、一次室１１又は一次室１１と二次室を通す循環を行えば、濾過膜面の近傍又は濾過膜面を通して温水の流れが生じ閉塞物の剥離を促進することができる。
【００３７】
また、加温水を系外へ排出する排出工程後、バブリング工程又は逆洗工程を行ってもよい。このような後処理は、加温工程で残った濾過膜面の閉塞物を完全に除去することができる。バブリング工程及び逆洗工程を行う順序は特に制限されず、バブリング工程の後に逆洗工程を行っても、逆洗工程の後にバブリング工程を行っても、またバブリング工程と逆洗工程を同時に行ってもよい。また、加温水を系外へ排出する排出工程後、あるいはその後のバブリング工程や逆洗工程の後、薬品洗浄を行ってもよい。この薬品洗浄は閉塞物がほとんど除去された濾過膜面に行われるため極少量であり、環境を汚染するようなことはなく、濾過膜面は一層浄化される。薬品としては、例えば苛性ソーダ、次亜塩素酸ソーダが挙げられる。
【００３８】
次に、本発明のバラスト水製造方法の一例を図１を参照して説明する。先ず、バラスト水製造工程を実施する。バラスト水製造工程では、熱交換器３２へは熱源は供給されておらず、バルブ３３、バルブ４１が開となり、バルブ５１、６１、７１、８１は閉となっている。当該工程においては、海水Ｘはポンプ３１で取水され、海水取水配管３を通り、濾過装置１のハウジング１３の一次室１１に供給される。次いで、濾過膜１２を透過した濾過海水はバルブ４１を通り、船舶内のバラスト水貯留槽（不図示）に供給される。
【００３９】
必要なバラスト水量を得るまで前記バラスト水製造工程は継続するが、濾過膜は一定時間毎に、バブリング工程及び逆洗工程で洗浄される。バブリング工程は、ポンプ３２を停止し、バルブ３３、４１、６１、８１を閉、バルブ５１、７１を開とする。空気貯層２からハウジング１３の一次室１１へ圧縮空気が送り込まれ、濾過膜１２を空気揺動させ、濾過膜面の汚れを剥離する。
【００４０】
バブリング工程に続いて、逆洗工程を実施する。逆洗工程では、ポンプ３１は停止のままで、バルブ３３、４１、７１は閉とし、バルブ５１、６１、８１は開とする。逆洗工程では濾過膜１２の濾過側である二次室から圧縮空気を供給し、ハウジング１３の二次室に貯留する濾過膜の濾過水によって、濾過膜１２を逆洗する。これにより、一次室側の濾過膜面に付着した汚れ物質等を除去することができる。バブリング工程及び逆洗工程の実施により、濾過膜１２より剥離した汚れ物質は、排水流出配管（温水配管）６をとおって排水Ｙとして系外へ排出される。
【００４１】
バラスト水製造工程、バブリング工程及び逆洗工程を１サイクルとした工程を繰返し、必要とするバラスト水量を得た後、加温水による加温工程を実施する。これにより、バブリング工程や逆洗工程によっても排除できなかった濾過膜の閉塞物質を除去することができる。なお、濾過膜の閉塞物質は、主にプランクトン由来の蛋白質や多糖類などの有機物である。これは公知の分析方法により確認することができる。加温工程では、バルブ３３、５１を開として、バルブ４１、６１、７１、８１は閉とし、熱交換器３２へ例えば蒸気等の熱源を供給する。ポンプ３１で取水された海水Ｘは、熱交換器３２を経て例えば３５〜８０℃の温度に昇温され、ハウジング１３の一次室１１へ送られ、一次室１１内を温海水で満たす。これにより、濾過膜１２の一次室側の膜面はハウジング１３内で温海水に浸漬された状態となる。この時点でポンプ３１と熱交換器３２への熱源供給を停止する。
【００４２】
また、加温工程は、図２のバラスト水製造装置２０ａの循環系９ａを利用することもできる。この場合、先ずポンプ３１で取水された海水Ｘは、ハウジング１３の一次室１１へ送られ、一次室１１内を海水で満たす。次いでバルブ３３、５１、６１を開として、バルブ３３ａ、４１、６１ａ、７１、８１は閉とし、熱交換器３２へ例えば蒸気等の熱源を供給し、循環ポンプを作動させ、海水を加温しつつ循環させる。これにより、濾過膜１２の一次室側の膜面はハウジング１３内で温海水に浸漬された状態となる。この時点で循環ポンプと熱交換器３２への熱源供給を停止する。
【００４３】
所定時間、循環した後、あるいは所定時間、静置した後、濾過膜１２の閉塞物は膨潤し、一部が溶解し、流動性が向上する。このため、濾過膜１２から閉塞物を容易に剥離できる。所定時間内において、温海水の温度が、例えば３５℃を下回るようであれば、適宜一次室１１内の温度が所定温度となるよう温度調整する。このような温度調整方法としては、例えば、図１において、バルブ６１を開として、温海水の一部を系外へ排出し、ポンプ３１を稼動し新たなより高温の温海水を補充する方法などが挙げられる。所定の時間経過後、バルブ６１を開として、温海水又は温海水を置換して満たされた海水を排水流出配管６から排出し、次回のバラスト水の製造へ備える。
【００４４】
バラスト水製造工程、バブリング工程及び逆洗工程の各工程時間は、許容時間内に必要なバラスト水量が得られる条件であれば、特に制限はないが、バラスト水製造装置の稼働時間や回収率を考えると、バラスト水製造工程は１〜２４時間、バブリング工程は３０〜６００秒、逆洗工程は５〜６０秒の値が好適である。
【００４５】
また、本発明のバラスト水製造方法の排出工程において、加温水を更に加熱して微生物を死滅後、排出することが、通常排出する場所が航海中の海であることから、海洋環境を保護する点で好ましい。加熱温度は、通常６０〜９０℃である。また、逆洗工程において、逆洗済み排水を加熱して微生物を死滅後、排出することが、海洋環境を保護する点で好ましい。なお、バラスト水製造工程後、加温工程前に行われる逆洗工程においては、加温水をそのまま排出してもよく、この場合、取水した海水と同じ領域への排出となるため、海洋の生態系を変えることはない。
【００４６】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００４７】
図１のバラスト水製造装置を用い、下記仕様及び実験条件の下、模擬実験を行った。この実施例１〜３及び比較例１及び２は、運転時間と共に変化する膜間差圧を測定することで、濾過膜の閉塞に与える温海水の温度の影響を見たものである。なお、バラスト水製造工程に該当する濾過工程、バブリング工程及び逆洗工程はこれを１サイクルとして、８サイクル繰り返した後、加温工程を実施した。なお、加温工程における一次室の温水は静置状態とした。その結果を図３に示す。なお、図３中、横軸の運転時間は、加温工程の加温時間を省略した時間である。図３から、実施例１は運転時間７０時間経過しても、膜間差圧の異常上昇は認められず、安定した運転ができた。
【００４８】
原水；伊勢湾海水（濁度１．５度）
濾過膜；外圧中空糸精密濾過膜ステラポア（三菱レイヨン社製）
濾過工程；濾過流速２．４ｍ/日、濾過時間３時間
バブリング工程；バブリング時間８０秒
逆洗工程；逆洗時間１０秒
加温工程（温海水による浸漬）；温海水の温度４０℃、浸漬時間４８時間
【００４９】
実施例２及び実施例３
温海水の温度４０℃に代えて、温海水の温度６０℃（実施例２）又は８０℃（実施例３）とした以外は、実施例１と同様の条件及び方法で行った。その結果を図３に示す。図３から、実施例２、実施例３はそれぞれ運転時間７２時間経過しても、膜間差圧の異常上昇は認められず、実用上、安定した運転ができた。
【００５０】
比較例１及び比較例２
温海水の温度４０℃に代えて、温海水の温度、常温の２０℃（比較例１）又は３０℃（比較例２）とした以外は、実施例１と同様の条件及び方法で行った。その結果を図３に示す。図３から、比較例１及び比較例２は、最初の加温工程を実施しても、濾過膜の目詰まりは解消せず、運転時間５０時間経過後、膜間差圧の異常上昇のため実験を中止した。
【００５１】
図３から明らかなように、加温工程における浸漬時間４８時間の下、浸漬温度を４０℃以上とすれば、濾過によって上昇した膜間差圧は、加温工程でほぼ初期値へ回復し、安定した連続運転が継続できることを確認した。また、加温工程における浸漬温度が３０℃では、膜間差圧は回復しなったことから、浸漬温度（温海水の温度）の臨界温度は３５℃前後にあるものと推察できる。
【００５２】
実施例４
加温工程における浸漬時間４８時間に代えて、浸漬時間１時間とした以外は、実施例２と同様の条件及び方法で行った。すなわち、実施例４〜８及び比較例３は、運転時間と共に変化する膜間差圧を測定することで、濾過膜の閉塞に与える温海水の浸漬時間の影響を見たものである。その結果を図４に示す。図４から、実施例４は運転時間７０時間経過しても、膜間差圧の異常上昇は認められず、実用上、安定した運転ができた。
【００５３】
実施例５〜８
加温工程における浸漬時間１時間に代えて、浸漬時間５時間（実施例５）、２４時間（実施例６）、１２０時間（実施例７）、３３６時間（実施例８）とした以外は、実施例４と同様の条件及び方法で行った。その結果を図４に示す。図４から、実施例５〜８は運転時間７０時間経過しても、膜間差圧の異常上昇は認められず、実用上、安定した運転ができた。
【００５４】
比較例３
加温工程における浸漬時間１時間に代えて、浸漬時間０．５時間とした以外は、実施例４と同様の条件及び方法で行った。その結果を図４に示す。図４から、比較例３は、最初の加温工程を実施しても、濾過膜の目詰まりは解消せず、運転時間７２時間経過後、膜間差圧の異常上昇のため実験を中止した。
【００５５】
図４から明らかなように、加温工程における浸漬温度６０℃の下、浸漬時間を１時間以上とすれば、濾過によって上昇した膜間差圧は、加温工程でほぼ初期値へ回復し、安定した連続運転が継続できることを確認した。また、加温工程における浸漬時間が０．５時間では、膜間差圧は回復しなったことから、浸漬温度６０℃下、浸漬時間の臨界点は０．７５時間前後にあるものと推察できる。
【００５６】
比較例４
加温工程を省略した以外は、実施例１と同様の条件及び方法で行った。その結果、図での記載は省略するが、図１中の比較例１の挙動と同様に、濾過膜の目詰まりは解消せず、運転時間５０時間経過後、膜間差圧の異常上昇のため実験を中止した。実験中止後、濾過膜面上を観察したところ、濾過膜の一次室側の膜面にスライム状の閉塞物が付着していることを確認した。また、この閉塞物をＦＴ-ＩＲで分析したところ、蛋白質ならびに多糖類特有の吸収ピークを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
船舶の分野においては、海洋環境を汚染することがないバラスト水を積載しており、環境基準を遵守した安全な航海を行うことができる。海洋環境の分野においては、例えば産油国の近海や港湾でバラスト水が排出されても、本来その海域には生息しないプランクトンや細菌類を含む生物が持ち込まれることはなく、海洋生態系の破壊が生じることはなく安全である。濾過メーカーにとっては、海洋環境を汚染することがないバラスト水を製造可能な濾過装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のバラスト水製造装置の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明のバラスト水製造装置の他の例を示すフロー図である。
【図３】運転時間と膜間差圧の関係図であり、濾過膜の閉塞に与える温海水の温度の影響を見た図である。
【図４】運転時間と膜間差圧の関係図であり、濾過膜の閉塞に与える温海水の浸漬時間の影響を見た図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    濾過装置
２    空気貯槽
３    海水取水配管（水供給配管）
４    濾過水流出配管
５    ガス抜き配管
６    排水流出配管
７    バブリング用配管
８    逆洗用配管
９ａ  一次室経由の循環系
９ｂ  一次室及び二次室経由の循環系
１０、１０ａ    バラスト水製造装置
１１    一次室
１２    濾過膜
１３    ハウジング
３１    ポンプ
３２    熱交換器
３３、４１、５１、６１、７１、８１      バルブ
９１、９２    循環配管
【図１】
2007090212.tif 000003
【図２】
2007090212.tif 000004
【図３】
2007090212.tif 000005
【図４】
2007090212.tif 000006