JP2009028569A

JP2009028569A - バラスト水処理装置およびバラスト水処理方法

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Publication number: JP2009028569A
Application number: JP2007191831A
Authority: JP
Inventors: Koji Fuchigami; 浩司渕上; Shigeki Fujiwara; 茂樹藤原; Yukihiko Okamoto; 幸彦岡本; Masakuni Inoko; 正邦猪子
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: JP4737157B2

Abstract

【課題】バラスト水中のプランクトンと細菌類を確実に殺滅し、かつ残留塩素の排出を防止できるバラスト水の処理装置および処理方法を提供する。
【解決手段】船舶のバラストタンク８から排水される海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置５と、塩素殺菌剤が供給されたバラスト水を海に排水する際に、該バラスト水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置１１とを備えたバラスト水処理装置であって、塩素還元剤供給装置１１は、バラスト水の残留塩素濃度を計測する残留塩素濃度計２７と、残留塩素濃度計２７により計測された残留塩素濃度のバラスト水に対してその還元に必要な理論塩素還元剤量を演算し、該演算された理論塩素還元剤量に対して１．２〜１．６倍となる塩素還元剤量を演算する演算手段３１と、演算手段３１によって演算された還元剤量を供給するように塩素還元剤供給量を調整する制御手段３３と、を備えた。
【選択図】図１

Description

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に含まれる細菌類およびプランクトンの死滅処理を行なうと共に該死滅処理を行なったバラスト水を排水する海域に悪影響を及ぼさないバラスト水処理装置及びバラスト水処理方法に関する。

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、出港前に港において海水を取水してバラスト水の注水を行う。逆に港内で積荷をするときには、バラスト水の排水を行う。
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ってバラスト水の注排水が行われると、荷積み港と荷下し港における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。

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１ｍ^３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。

バラスト水の処理技術として、バラストタンクへ注水中の海水に塩素系殺菌剤または過酸化水素を混入することにより有害藻類のシストを死滅させて殺菌する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
そして、特許文献１に記載の方法においては、バラスト水を排出する際に瀑気装置によりバラスト水に空気を吹き込んで残留塩素を無害化するようにしている。
特開平４−３２２７８８号公報

特許文献１においては、バラスト水に塩素系殺菌剤を混入することにより有害藻類のシストを死滅させて殺菌する。そして、バラスト水排出時に瀑気装置によってバラスト水に空気を吹き込むことにより残留塩素を無害化するとしている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、瀑気装置を設ける必要があるが、船舶の限られたスペースに設置するには制約が多いという問題がある。
また、バラスト水排出時に瀑気装置によりバラスト水に空気を吹き込むという方法では、残留塩素を完全になくすことは難しく、残留塩素による周辺環境に悪影響を与える懸念があるという問題もある。

なお、残留塩素を確実になくする方法として、バラスト水排出時に残留塩素を還元する塩素還元剤をバラスト水に供給することが考えられる。
しかしながら、残留塩素を還元するのに必要な塩素還元剤の供給量に関して、従来検討されていなかった。
そのため、塩素還元剤をどの程度供給することが適切であるか不明であり、何らの指針もなく行なうとすれば、供給量が少な過ぎたり、反対に多過ぎたりする事態が生ずることが考えられる。
供給量が少な過ぎると残留塩素の処理が不十分となり、バラスト水を排出する海域に悪影響を及ぼすことになるし、逆に供給量が多過ぎると海域に悪影響を及ぼすことに加え、大量のバラスト水を処理することを考えると、無駄なコストをかけることになる。

本発明は、かかる状況を鑑み、バラスト水中のプランクトンと細菌類を確実に殺滅し、かつ残留塩素の排出を防止できるバラスト水の処理装置および処理方法を提供することを目的する。

（１）本発明に係るバラスト水処理装置は、船舶にバラスト水として取水される海水及び／またはバラストタンクから排水される海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置と、塩素殺菌剤が供給されたバラスト水を海に排水する際に、該バラスト水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置とを備えたバラスト水処理装置であって、
前記塩素還元剤供給装置は、前記バラスト水の残留塩素濃度を計測する残留塩素濃度計と、該残留塩素濃度計により計測された残留塩素濃度のバラスト水に対してその残留塩素の還元に必要な理論塩素還元剤量を演算し、該演算された理論塩素還元剤量に対して１．２〜１．６倍となる塩素還元剤量を演算する演算手段と、該演算手段によって演算された還元剤量を供給するように塩素還元剤供給量を調整する塩素還元剤供給量制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、塩素還元剤を供給されたバラスト水の残留塩素濃度を計測する第２残留塩素濃度計を備え、演算手段は該第２残留塩素濃度計の計測値を入力して、該入力値に基づいて塩素還元剤量を演算することを特徴とするものである。

（３）本発明に係るバラスト水処理方法は、船舶にバラスト水として取水される海水及び／またはバラストタンクから排水される海水に塩素殺菌剤を供給し、塩素殺菌剤が供給されたバラスト水を海に排水する際に、該バラスト水に塩素還元剤を供給するバラスト水処理方法であって、
前記バラスト水の残留塩素濃度を計測し、該残留塩素濃度のバラスト水に対してその残留塩素の還元に必要な理論塩素還元剤量の１．２〜１．６倍の塩素還元剤を供給するようにしたことを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、塩素還元剤を供給されたバラスト水の残留塩素濃度を計測して、該計測値に基づいて供給する塩素還元剤量を調整するようにしたことを特徴とするものである。

塩素殺菌剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム、またはこれらの２種以上の混合物を使用することができる。また、塩素還元剤としては、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム（亜硫酸水素ナトリウム）及びチオ硫酸ナトリウムを使用することができる。

本発明においては、理論塩素還元剤量に対して１．２〜１．６倍となる塩素還元剤量を供給するとしているが、この理由を以下に説明する。
バラスト水中の残留塩素を完全になくすために必要な塩素還元剤の供給量を求めるために、発明者らはまず、残留塩素との還元反応に必要な塩素還元剤量の理論値（理論塩素還元剤量）を求めた。
塩素濃度１ｍｇ/Ｌあたりの還元に必要な理論塩素還元剤濃度（ｍｇ/Ｌ）は、（塩素還元剤分子量／塩素原子量）で求めることができる。例えば、塩素還元剤が亜硫酸ナトリウムの場合、亜硫酸ナトリウムの分子量は６３であり、塩素の原子量は３５．５であるので、塩素濃度１ｍｇ/Ｌのものを還元するのに必要な亜硫酸ナトリウムの濃度は、（６３／３５．５＝）１．７７ｍｇ/Ｌとなる。
また、例えば塩素還元剤が重亜硫酸ナトリウムの場合、重亜硫酸ナトリウムの分子量は５２であるので、塩素濃度１ｍｇ/Ｌのものを還元するのに必要な重亜硫酸ナトリウムの濃度は、（５２／３５．５＝）１．４６ｍｇ/Ｌとなる。
したがって、バラスト水中の残留塩素濃度がｘｍｇ/Ｌのとき、その還元に必要な塩素還元剤濃度の理論値は、例えば塩素還元剤が亜硫酸ナトリウムの場合、１．７７ｘｍｇ/Ｌとなる。

ところが、残留塩素のある実際のバラスト水に上記の理論塩素還元剤濃度の塩素還元剤を供給しても残留塩素が存在することが多く、残留塩素を還元して完全になくすには、上記の理論塩素還元剤濃度では不十分であることが分かった。これは、バラスト水すなわちバラストタンクに貯留されていた海水中には、塩素還元剤と反応する溶存酸素が含まれており、これらと塩素還元剤が反応するため、理論塩素還元剤濃度の塩素還元剤を供給しても残留塩素の還元が十分に行われないからであると推測した。発明者はこのことを確認するために以下の実験を行った。
＜実験１＞
・塩素還元剤必要量に対する溶存酸素の影響を調べる実験
以下の説明において、「当量比」という文言が出てくるが、まずこの文言についての定義を示す。
供給した塩素還元剤濃度と、残留塩素の還元に要する理論塩素還元剤濃度との比率を、当量（理論塩素還元剤量）に対する比、すなわち当量比という。例えば、供給した塩素還元剤濃度が理論塩素還元剤濃度と同じ場合には、当量比は１となる。
（実験方法の概要）
海水を容器に入れ、これに次亜塩素酸ナトリウムを添加し、塩素が残留する海水とし、これに塩素還元剤として亜硫酸ナトリウムを添加する。
亜硫酸ナトリウムの供給量については、残留塩素濃度に対する理論塩素還元剤濃度を求め、当量比を種々変えて亜硫酸ナトリウムを供給する。そして、反応後の残留塩素濃度を計測する。
溶存酸素の影響を調べるために、溶存酸素のない海水と溶存酸素のある海水の２種類について上記の実験を行い、溶存酸素の影響を調べる。
なお、残留塩素濃度は残留塩素濃度計により計測し、溶存酸素濃度は溶存酸素濃度計により計測する。
以下、溶存酸素がない場合と、溶存酸素がある場合について具体的な実験方法とその結果を示す。

（１-１）溶存酸素がない場合
容器内の海水に次亜塩素酸ナトリウムを１０ｍｇ/Ｌ供給して静置し、残留塩素濃度を計測すると残留塩素濃度５ｍｇ/Ｌであった。これに、窒素ガスを吹き込み溶存酸素のないサンプル海水を作成した。このように作成した残留塩素濃度５ｍｇ/Ｌ、溶存酸素０ｍｇ/Ｌのサンプル海水に当量比を変えて塩素還元剤を供給して、反応後の残留塩素濃度を計測した。計測結果を表１に示す。

表１に示されるように、溶存酸素がない場合には、当量比１以上で塩素還元剤を供給したときに残留塩素濃度が０ｍｇ/Ｌとなり、残留塩素がなくなっていることが分かる。
このことから、溶存酸素がない場合には、残留塩素をなくするのに必要な塩素還元剤の量は当量で足りることが分かる。

（１-２）溶存酸素がある場合
上記の場合と同様に、容器内の海水に次亜塩素酸ナトリウムを１０ｍｇ/Ｌ供給して残留塩素濃度５ｍｇ/Ｌの海水を作成する。この海水の溶存酸素を計測すると、７．７ｍｇ/Ｌであった。この、残留塩素濃度５ｍｇ/Ｌ、溶存酸素７．７ｍｇ/Ｌのサンプル海水に当量比を変えて塩素還元剤を供給して、反応後の残留塩素濃度を計測した。計測結果を表２に示す。

表２に示されるように、溶存酸素がある場合には、塩素還元剤の供給量が当量比１の場合は残留塩素濃度が０．１ｍｇ/Ｌであり、残留塩素が完全にはなくなっていない。当量比１．４７で塩素還元剤を供給した場合に残留塩素濃度が０ｍｇ/Ｌとなり、残留塩素がなくなっている。
このことから、溶存酸素がある場合には、残留塩素をなくするのに必要な塩素還元剤の量は当量より多いことが分かる。

以上の実験（１−１）（１−２）から、海水中に含まれている溶存酸素と塩素還元剤が反応するため、理論塩素還元剤濃度の塩素還元剤を供給しても残留塩素の還元が十分に行われないとの推測が正しく、溶存酸素を含む海水の残留塩素を還元して完全になくすには塩素還元剤を当量比１より多く供給する必要があることを確認した。

次に、溶存酸素がある場合に、残留塩素濃度を変えて残留塩素の還元に必要な塩素還元剤供給量を求める実験を行った。
＜実験２＞
・種々の残留塩素濃度の海水に対する塩素還元剤必要量を求める実験
（実験方法）
容器内の海水に種々の濃度の次亜塩素酸ナトリウムを供給して静置し、残留塩素濃度を残留塩素濃度計により計測し、残留塩素濃度が１〜８．３ｍｇ/Ｌのサンプル海水１〜７を作成した。サンプル海水の溶存酸素濃度を溶存酸素濃度計により計測したところ、溶存酸素濃度は、７．０〜７．９５ｍｇ/Ｌであった。
サンプル海水に塩素還元剤として亜硫酸ナトリウムを、当量比を０．９〜１．８の範囲で変えて供給して、反応後の残留塩素濃度を計測した。
残留塩素濃度が０ｍｇ/Ｌとなる塩素還元剤供給濃度を求め、その塩素還元剤供給濃度と理論塩素還元剤濃度との比（当量比）を求め、表３に示す。

表３に示すように、酸素が溶存していて残留塩素濃度が１〜８．２５ｍｇ/Ｌの海水中の残留塩素を還元して完全になくすには、理論還元剤量に対して当量比１．２〜１．６倍の塩素還元剤を供給することが必要であった。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

本発明のバラスト水処理装置および処理方法によれば、バラスト水中のプランクトンと細菌類を確実に殺滅し、かつ残留塩素の排出を防止でき、周辺環境へ悪影響を及ぼすことのないバラスト水の処理を行うことができる。

［実施の形態１］
以下、図面を用いて、本発明に係るバラスト水処理装置について、最良の形態の一例を具体的に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るバラスト水処理装置の構成を示す図である。図１に示すバラスト水処理装置は、海水を取水し、取水した海水に生物殺滅処理を施してバラストタンクに送水する機能と、バラストタンクの海水を海に排水する際に無害化処理をする機能の両方の機能を備えている。

本実施の形態に係るバラスト水処理装置は、図１に示すように、海水を船内に取り込むための海水取水ライン１、海水取水ライン１によって取水された海水中の粗大物を除去する粗ろ過装置２、海水を取り込む機能と後述のバラストタンク８のバラスト水を海へ送水する機能を有するポンプ３、粗ろ過装置２によって粗大物が除去された海水中に存在するプランクトン類を除去するろ過装置４、ろ過装置４でろ過された海水に細菌類を死滅させる塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置５、塩素殺菌剤が添加された海水（ろ過水）を導入し、塩素殺菌剤供給装置５により供給された塩素殺菌剤を海水中に拡散させる拡散器６、塩素殺菌剤が添加された処理水を後述のバラストタンク８に送水する処理水送水ライン７、処理水送水ライン７から送水される処理水を貯留するバラストタンク８、バラストタンク８内のバラスト水を塩素還元剤供給装置１１に供給するバラスト水供給ライン９、塩素殺菌剤を添加されてバラストタンク９に貯留されていた海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置１１、塩素還元剤を供給されて残留塩素還元処理が終ったバラスト水を海に排出する処理水排水ライン１３を備えている。
以下、各装置をさらに詳細に説明する。

１．粗ろ過装置
粗ろ過装置２は、ポンプ３によって、船側部に設けられたシーチェスト（海水吸入口）から海水取水ライン１を通して取水される海水中に含まれる大小様々な夾雑物、水生生物のうち１０ｍｍ程度以上の粗大物を除去するためのものである。
粗ろ過装置２としては１０ｍｍ程度の孔を設けた筒型ストレーナ（こし器）、水流中の粗大物を比重差により分離するハイドロサイクロン、回転スクリーンにより粗大物を捕捉し掻揚げ回収する装置等を用いることができる。

２．ろ過装置
ろ過装置４は粗ろ過装置２によって粗大物が除去された海水中に存在するプランクトン類を除去するものであり、目開き１０〜２００μｍのものを用いる。
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、逆流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。逆に言えば、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より小さいと逆流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５０μｍ程度のものを用いるのが、捕捉率と逆流洗浄頻度とを最適に設定できるので、好ましい。
また、ろ過装置４は、ろ過面積１ｍ^２あたり1日２００ｍ^３以上のろ過速度が得られることが望ましい。ただし、ろ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。

ろ過装置４の具体例としては、ノッチワイヤフィルタまたはウェッジワイヤフィルタを用いることが好ましい。
ノッチワイヤフィルタとは、ノッチ（突起）を設けたワイヤを枠体に巻きつけて形成した筒型のエレメントを、ケーシング内に保持し、このケーシングに送水及び逆洗浄のためのバルブ及び配管を設けたものである。筒型のエレメントは、ノッチによってワイヤ同士の間隔を、ろ過通路寸法である１０〜２００μｍに保持している。
このノッチワイヤフィルタの具体例としては、神奈川機器工業製ノッチワイヤフィルタがある。
このノッチワイヤフィルタをろ過エレメントとして複数備え、逆洗手段を備えたものが特開２００１−１７０４１６に開示されている。ろ過エレメント集合基板や、それぞれのろ過エレメントに小型超音波振動子を取り付け、逆洗時に超音波振動を付加することにより、逆洗浄効果を増大させ、逆洗浄の間隔を延ばしてろ過効率を高めることができる。
ウェッジワイヤフィルタとは、断面が三角形のワイヤを枠体に巻きつけて形成した筒型のエレメントを、ケーシング内に保持し、このケーシングに送水と逆洗浄のためのバルブと配管を設けたものである。筒型のエレメントは、ワイヤ同士の間隔をろ過通路寸法である１０〜２００μｍになるように調整している。
このウェッジワイヤフィルタの具体一例としては、東洋スクリーン工業製ウェッジワイヤフィルタがある。

また、ろ過装置４の他の好ましい具体例として積層ディスク型ろ過器がある。積層ディスク型ろ過器とは、両面に複数の斜状溝を形成したドーナツ型のディスクを軸方向に圧締して積層し、環状にしたものであり、隣接するディスクの溝によって形成される間隙に通水して、水生生物をろ過するものである。積層ディスク型ろ過器においては、斜状溝の寸法を適宜調整することにより目開きを１０〜２００μｍにできる。
なお、積層ディスク型ろ過器においては、逆洗時にはディスクの圧締を解除して、間隙を大きくしてろ過残渣を除去する。
この積層ディスク型ろ過器の具体例としては、Arkal Filtration Systems製のSpin Klin Filter Systemsがる。
なお、ろ過装置４としては、上記の２種類のろ過装置の他、例えば密閉型砂ろ過器、ろ布ろ過器、金属繊維ろ過器など他の種々のろ過装置を用いることができる。

３．塩素殺菌剤供給装置
塩素殺菌剤供給装置５は、ろ過装置４によってろ過された海水に細菌類を死滅させる塩素殺菌剤を供給するものである。供給する塩素殺菌剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、またはこれらの２種以上の混合物が使用できるが、これ以外の塩素殺菌剤を使用することも可能である。

なお、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合には、海水中の有効塩素量の重量濃度を１〜100mg/lとするように供給することが好ましい。
その理由は、有効塩素量の重量濃度が1mg/lより小さいと次亜塩素酸が水中の還元性物質、有機物と反応して残留しないし、100mg/lより大きいと腐食の問題や次亜塩素酸ナトリウムの貯留槽が大きくなり高コストとなる等の問題があり、不具合が生じるからである。

殺菌剤は拡散器６の上流側および／または拡散器６の内部に供給される。拡散器６として後述するベンチュリ管を用いる場合には、塩素殺菌剤はベンチュリ管の上流側および／またはベンチュリ管ののど部に供給するのが望ましい。
塩素殺菌剤をベンチュリ管の上流側に供給する場合には、塩素殺菌剤をベンチュリ管のど部に達するまでに管内である程度拡散させておき、次いでベンチュリ管のど部で発生するキャビテーションにより塩素殺菌剤の拡散、混合を進めることができ、塩素殺菌剤の細菌類への浸透を促進して塩素殺菌剤の殺滅効果を促進できる。
なお、殺菌剤をベンチュリ管の上流側に供給するためには、ベンチュリ管よりも上流側の直管路に殺菌剤の注入口を設けておけばよい。また、殺菌剤をベンチュリ管ののど部に供給する場合には、ベンチュリ管のエジェクタ作用により自吸されるので供給ポンプが不要となる。

４．拡散器
塩素殺菌剤をろ過装置４によりろ過された海水中に拡散させる拡散器６として、ベンチュリ管を用いることが好ましい。
ベンチュリ管は塩素殺菌剤を海水中に拡散させると共に、ろ過装置４を通過したプランクトンに対してベンチュリ管により発生するキャビテーションにより損傷を与えるか殺滅するものである。
ベンチュリ管は、管路断面積が徐々に小さくなる絞り部、最小断面積部であるのど部、徐々に管路断面積が広がる広がり部（ディフューザ部）からなる。のど部での流速の急上昇に伴う静圧の急激な低下によりキャビテーション気泡が発生し、広がり部での流速の低下に伴う急激な圧力上昇により成長したキャビテーション気泡が急激に崩壊する。海水中の水生生物はキャビテーション気泡が崩壊することによる衝撃圧、せん断力、高温、酸化力の強いＯＨラジカルの作用などにより、損傷を受けるか破壊されて死滅する。
このベンチュリ管のキャビテーションによれば、特に、比較的固い殻を有する原虫類、動物プランクトンの外殻を破壊し、死滅させることができる。

また、ベンチュリ管によってキャビテーションを発生させて、植物性プランクトン等比較的小型の水生生物に対して損傷を与えるか死滅させると共に、キャビテーションによって海水中に塩素殺菌剤を急速に拡散させて塩素殺菌剤による細菌類の殺菌作用を促進させる。このようにキャビテーションの拡散作用により塩素殺菌剤の海水中への混合が促進されるため、塩素殺菌剤を注入するだけの場合に比べて塩素殺菌剤の供給量を低減でき、環境への影響を低減できる。
拡散器として、ベンチュリ管以外に海水流路内に攪拌流れを生じさせるスタティックミキサや攪拌翼を回転させる撹拌器を用いてもよい。

５．塩素還元剤供給装置
塩素還元剤供給装置１１は、塩素殺菌剤を添加されて塩素が残留する海水に塩素還元剤を供給して海水中に残存する塩素を還元することで、無害化するものである。
この実施形態では、塩素還元剤供給装置１１はバラスト水供給ライン９に設けられ、バラスト水の排出時にバラストタンク８に貯留された塩素が残留しているバラスト水に、塩素還元剤を供給して残留塩素を還元処理して海中に排出するようにしている。

塩素還元剤供給装置１１は、図２に示すように、塩素還元剤を貯留する塩素還元剤貯槽１５、塩素還元剤貯槽１５内の塩素還元剤をバラスト水供給ライン９に供給するための配管１７、該配管１７の先端側であってバラスト水供給ライン９のポンプ３より上流側の位置に設けられて塩素還元剤を注入する注入口１９、塩素還元剤貯槽１５内の塩素還元剤をバラスト水供給ライン９に供給するための供給ポンプ２１、塩素還元剤の供給量を調整するバルブ２３などを備えている。
バラスト水供給ライン９のポンプ３より上流側の位置に設けられた注入口１９からバラスト水に塩素還元剤を供給して、その後ポンプに送られるようにして、ポンプによりバラスト水の流れに乱れを生じさせるので、塩素還元剤をバラスト水中に拡散することができる。

次亜塩素酸ナトリウム、塩素等の塩素殺菌剤に対して供給される塩素還元剤としては、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム（亜硫酸水素ナトリウム）、チオ硫酸ナトリウムを用いることができる。
塩素還元剤供給装置１１は、図２に示す塩素還元剤供給量制御装置２５によって制御され、適正な量の塩素還元剤が所定の箇所に供給される。

５−１．塩素還元剤供給量制御装置
塩素還元剤供給量制御装置２５は、バラストタンク８から排出された海水中の残留塩素濃度を計測する第１残留塩素濃度計２７と、各種のデータを記憶する記憶手段２９と、塩素還元剤供給量を演算する演算手段３１と、演算手段３１の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段３３と、ポンプ３の下流側に設けられて塩素還元剤が供給された海水中の残留塩素濃度を計測する第２残留塩素濃度計３５とを備えている。

第１残留塩素濃度計２７は、バラストタンク８から排出された海水中の残留塩素濃度を計測して演算手段３１に出力する。
記憶手段２９には、塩素還元剤供給量（ｙ）と残留塩素濃度（ｘ）との関係として予め定められた関係式（ｙ＝ａｘｃ）が記憶されている。
ａ；残留塩素濃度１ｍｇ/Ｌあたりの還元に必要な理論塩素還元剤濃度（ｍｇ/Ｌ）と残留塩素濃度との比であり、塩素還元剤が亜硫酸ナトリウムの場合１．７７、重亜硫酸ナトリウムの場合１．４６である。
ｃ；当量比１．２〜１．６
上記の関係式は、塩素還元剤が海水中の溶存酸素と反応するため、残留塩素を還元する理論塩素還元剤量より多くの塩素還元剤を供給する必要があることを考慮して、理論塩素還元剤量に対して当量比として１．２〜１．６倍の塩素還元剤を供給するように塩素還元剤供給量（ｙ）と残留塩素濃度（ｘ）との関係を定めるものである。
もっとも、当量比として１．２〜１．６倍の範囲のどの値を選択するかについては、海域ごとの海水によって適宜経験等に基づいて選択してもよいし、最初最大値を選択してフィードバック制御によって徐々に小さくして最適値を求めるようにしてもよいし、あるいは最初最小値を選択してフィードバックによって徐々に大きくして最適値を求めるようにしてもよい。

演算手段３１は、第１残留塩素濃度計２７の計測結果を入力して、所定時間における残留塩素濃度平均値を求める。
また、供給すべき塩素還元剤供給量を、残留塩素濃度平均値および記憶手段２９に記憶された関係式に基づいて演算する。具体的な塩素還元剤供給量の演算方法は後述する。
制御手段３３は、演算手段３１の演算結果に基づいて、供給ポンプ２１の出力および／または供給量調整用のバルブ２３の開度の調整制御を行う。

また、ポンプの下流側に設けた第２残留塩素濃度計３５を設け、海に排出するバラスト水中の残留塩素がなくなっていることを確認する。また、演算手段３１が該第２残留塩素濃度計３５の計測値を入力して、該入力値に基づいて残留塩素濃度が０となるような塩素還元剤供給量を再度演算して、制御手段３３によって演算された量の塩素還元剤を供給するようにする。
なお、残留塩素濃度計の代わりに酸化還元電位計によりバラスト水の酸化還元電位を計測し、飽和甘こう電極基準で５００ｍＶより低い（水素電極基準で７００ｍＶより低い）ことを確認することにより、残留塩素がなくなっていることを確認するようにしてもよい。

以上のように構成された本実施の形態の動作を説明する。図１に示されたバラスト水処理装置を用いて、バラスト水の積込み時に細菌類やプランクトンの死滅処理を行い、バラスト水の排出時に海水中に残留している塩素を還元して無害化処理を行なうバラスト水の処理方法について説明する。

＜バラスト水の積込み時の動作＞
バラスト水の積込み時には、ポンプ３を稼動して海水取入ライン１から海水を船内に取り入れ、粗ろ過装置２により粗大物を除去し、ろ過装置４によりろ過装置４の目開きに応じた大きさのプランクトン等を除去する。ろ過装置４でろ過された海水には塩素殺菌剤供給装置５で塩素殺菌剤が供給され、塩素殺菌剤が添加された海水は拡散器６（ベンチュリ管）に導入される。拡散器６（ベンチュリ管）において、キャビテーションを発生させ水生生物に損傷を与えると共に、塩素殺菌剤の海水中への拡散が促進され殺菌効果が増大される。
拡散器６（ベンチュリ管）で処理された海水は、処理水送水ライン７を介してバラストタンク８に送られ貯留される。バラストタンク８内に貯留される海水には、塩素殺菌剤供給装置５で供給された塩素殺菌剤が、適切な濃度で残存することが好ましい。これにより、細菌類やプランクトンの再成長を抑制することができる。

＜バラスト水の排出時の動作＞
バラスト水の排出時には、ポンプ３を稼動してバラストタンク８からバラスト水供給ライン９を介してバラスト水を導入し、バラスト水供給ライン９のポンプ３より上流側に注入口１９を設けられた塩素還元剤供給装置１１から塩素還元剤を供給し、残留する塩素を還元分解する。残留塩素の還元分解処理の終ったバラスト水は、処理水排水ライン１３を介して、海中に排出される。
塩素還元剤の供給量は、塩素還元剤供給量制御装置２５によって制御され、適正な量の塩素還元剤が所定の箇所に供給される。以下、塩素還元剤の供給量の制御方法を説明する。

第１残留塩素濃度計２７は、バラストタンク８から排出された海水中の残留塩素濃度を計測して演算手段３１に出力する。
演算手段３１は、残留塩素濃度計の計測結果を入力して、所定時間における残留塩素濃度平均値ｘ_aveを求める。残留塩素濃度平均値ｘ_aveが求まると、関係式（ｙ＝ａｘｃ）に基づいて、塩素還元剤供給量ｙを求める。このとき、例えばｃの値として、最小値の１．２を選択する。
制御手段３３は、演算手段３１の演算結果に基づいて、供給ポンプ２１の出力および／または供給量調整用バルブ２３の開度の調整制御を行う。

また、演算手段３１は、第１残留塩素濃度計２７の計測結果に基づく場合と同様に第２残留塩素濃度計３５の計測結果を入力して、所定時間における残留塩素濃度平均値ｘ_aveを求める。残留塩素濃度平均値ｘ_aveが求まると、関係式（ｙ＝ａｘｃ）に基づいて、追加すべき塩素還元剤供給量ｙを求める。このとき、残留塩素濃度が０の場合には追加すべき塩素還元剤供給量は０であるが、残留塩素濃度が０よりも大きい場合には、上記の関係式によって算出される追加すべき塩素還元剤供給量を求める。このとき、ｃの値としては、第１残留塩素濃度計２７と第２残留塩素濃度計３５の計測結果に基づいて１．２〜１．６倍当量比の中から適宜選択する。具体的にどの数値を選択するかは、経験によって定めておくようにするのが望ましい。
制御手段３３は、演算手段３１の演算結果に基づいて、再び供給ポンプ２１の出力および／または供給量調整用バルブ２３の開度の調整制御を行う。

適量の塩素還元剤が供給されて残留塩素の還元分解処理の終ったバラスト水は、処理水排水ライン１３を介して、海中に排出される。

なお、上記の例は海水をバラストタンク８に積み込む際に生物殺滅処理を行う場合であるが、海水をバラストタンクに積み込む際には生物殺滅処理をしないで、バラストタンク８から排出する際に生物殺滅処理する場合もある。この場合は、未処理の海水は、未処理海水送水ライン（図示せず）を介してバラストタンク８に貯留される。このバラスト水をバラストタンク８から排出する際に、バラストタンク８内の未処理のバラスト水を、バラスト水供給ライン９を介してろ過装置４側に導入して、以降は上記と同様の処理を行う。生物殺滅処理の終ったバラスト水は、処理水残留塩素分解処理ライン（図示せず）を介して、塩素還元剤供給装置１１に導入され塩素還元剤を供給され残留する塩素が還元分解される。残留塩素の還元分解処理の終ったバラスト水は、処理水排水ライン１３を介して、海中に排出される。
また、海水をバラストタンク８に積み込む際とバラストタンク８から排出する際との両方でバラスト水中の生物殺滅処理を行うようにしてもよい。その場合にはバラスト水の排出時の生物殺滅処理は軽度でよい。

以上のように、本実施の形態においては、ろ過装置４で１０〜２００μｍ以上の動物性プランクトン、植物性プランクトンを除去し、ベンチュリ管でろ過装置４を通過した細菌類やプランクトンに損傷を与えるかあるいは死滅させ、さらに塩素殺菌剤の供給により細菌類やプランクトンを死滅させるようにしたので、どのような水質であっても確実かつ安価にＩＭＯが定めるバラスト水基準を満たすバラスト水の処理が実現できる。
また、塩素還元剤を適正な供給量で排出するバラスト水に供給するようにしたので、バラスト水中に残留する塩素を完全になくして周辺環境に悪影響を及ぼすことの防ぐことができ、また塩素還元剤の使用量を適量にすることができ、塩素還元剤を必要以上に供給することがないので、無駄なコストを削減できる。
さらに、装置の構成が単純であることから、既存船舶への適用が容易である。

なお、図１に示した例は、バラスト水の無害化処理をバラストタンクへの積込時または／および海中への排水時に行うことを想定しているが、積込時、排水時のいずれか、あるいは両方のどのタイミングで処理を行うかは、取水する海域に生息する微生物量や船舶の運航条件によって定めることができる。

本発明の一実施の形態に係るバラスト水処理装置の説明図である。本発明の一実施の形態に係るバラスト水処理装置における塩素還元剤供給装置の説明図である。

符号の説明

２粗ろ過装置、３ポンプ、４ろ過装置、５塩素殺菌剤供給装置、６拡散器（ベンチュリ管）、８バラストタンク、１１塩素還元剤供給装置、２５塩素還元剤供給量制御装置。

Claims

船舶にバラスト水として取水される海水及び／またはバラストタンクから排水される海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給装置と、塩素殺菌剤が供給されたバラスト水を海に排水する際に、該バラスト水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置とを備えたバラスト水処理装置であって、
前記塩素還元剤供給装置は、前記バラスト水の残留塩素濃度を計測する残留塩素濃度計と、該残留塩素濃度計により計測された残留塩素濃度のバラスト水に対してその残留塩素の還元に必要な理論塩素還元剤量を演算し、該演算された理論塩素還元剤量に対して１．２〜１．６倍となる塩素還元剤量を演算する演算手段と、該演算手段によって演算された還元剤量を供給するように塩素還元剤供給量を調整する塩素還元剤供給量制御手段と、を備えたことを特徴とするバラスト水処理装置。
塩素還元剤を供給されたバラスト水の残留塩素濃度を計測する第２残留塩素濃度計を備え、演算手段は該第２残留塩素濃度計の計測値を入力して、該入力値に基づいて塩素還元剤量を演算することを特徴とする請求項１に記載のバラスト水処理装置。
船舶にバラスト水として取水される海水及び／またはバラストタンクから排水される海水に塩素殺菌剤を供給し、塩素殺菌剤が供給されたバラスト水を海に排水する際に、該バラスト水に塩素還元剤を供給するバラスト水処理方法であって、
前記バラスト水の残留塩素濃度を計測し、該残留塩素濃度のバラスト水に対してその残留塩素の還元に必要な理論塩素還元剤量の１．２〜１．６倍の塩素還元剤を供給するようにしたことを特徴とするバラスト水処理方法。
塩素還元剤を供給されたバラスト水の残留塩素濃度を計測して、該計測値に基づいて供給する塩素還元剤量を調整するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のバラスト水処理方法。