JP4431872B2 - バラスト水の処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、バラスト水の処理方法に係り、特にバラスト水中に存在する微生物を死滅させて海水等の環境汚染を防止するためのバラスト水の処理方法に関する。

貨物船やタンカーなどが空荷で航行する際、船体を安定させるため、タンクにバラスト水（海水）を積み込むが、寄港先で荷物を積む際、外部に捨てられるので、その水に入っていた生物が本来の生息地でない環境中に広がり、世界各地で移入生物である貝や魚、海草類が繁殖し大きな問題となっている。
従来一般的に水中の微生物を死滅させようとしてとられている技術は、以下のごときものである。
［１］細菌類への対策として塩素滅菌処理がとられているが、滅菌対策としては有効であるが塩素と有機物が結びついて新たにトリハロメタンが生成されることが研究の結果わかってきた。トリハロメタンは発ガン性物質とされているので、この方法はベストの方法ではない。
［２］微生物には水中に浮遊しているＳＳ分（固形分）に付着していることが多いので、凝集剤を用いて沈殿させ脱水処理する方法。
［３］多数の連通細孔を有する膜を使用し、微生物を濾過・除去する方法。
［４］オゾンによる酸化分解、紫外線による酸化分解。

これらの方法については、上記［１］は塩素の使用に対する拒否反応は、ますます高まっており、トリハロメタン生成は避けられない。
［２］、［３］、［４］についてはいずれも大量処理には向かない。

この船舶の目的地への航行中、海水中には微生物が生息しており、それにより船舶が航行中に繁殖を繰り返し、バラスト水は汚染される。
こうして汚染されたバラスト水を目的地で、そのまま海域等へ廃棄すると寄港地の海水、土壌等を汚染し、生態系を破壊することになる。
そのため、国際海事機関（ＩＭＯ）は生態系の破壊防止のため国際条約を採択したが、この条約に基づく処理規準は発表され、それによれば動物プランクトン、植物プランクトン、コレラ菌、大腸菌、腸球菌他あらゆる微生物が処理の対象とされている。
すなわち、ＩＭＯによるバラスト水処理装置の処理能力基準は、（１）５０μm以上の生物（動物プランクトン）：１０個／ｍ³未満、（２）１０〜５０μm未満の生物（植物プランクトン）：１０個／ｍｌ未満、（３）コレラ菌：１ｃｆｕ／１００ｍｌ未満、大腸菌：２５０ｃｆｕ／１００ｍｌ未満、（４）腸球菌：１００ｃｆｕ／１００ｍｌ未満、である。
（ｃｆｕ：ｃｏｌｏｎｙ ｆｏｒｍｉｎｇ ｕｎｉｔの略称：細菌検査の結果に使用される単位で、培地で培養した菌がつくる集団（コロニー）の数。例えば「２００ｃｆｕ／ｍｌ以下」とは、「１ｍｌ中に２００コロニー以下」という意味）
上記基準を達成するバラスト水の処理としては、バラスト水の廃棄処分が寄港地で短時間（１日以内位）にて大量（１０万ｔ程度）行われることから、短時間にて大量の処理ができる処理システムを採用しなければならないし、また確実に微生物を死滅させる処理システムでなければならない。

本発明は、前記課題を解決するものであって、下記方法によりバラスト水の微生物を死滅させるバラスト水の処理方法である。
（１）バラスト水を多数の導出管を束ねて構成したハニカム構造の導出管に導き、その中でバラスト水に超音波を照射し、水中で生じる超音波の衝撃波によりバラスト水中に存在ずる微生物を破壊せしめて死滅することを特徴とするバラスト水の処理方法。
（２）前項（１）に記載のバラスト水の処理方法において、予めバラスト水に過酸化水素を添加混合し、その水中に超音波を照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
（３）前項（１）に記載のバラスト水の処理方法において、船舶のバラスト水に１０ｐｐｍ〜１，０００ｐｐｍの次亜塩素酸ソーダ又は／及び塩素を添加し、その水中に超音波を照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
（４）前項（１）〜（３）のいずれか１項にに記載のバラスト水の処理方法におい、２８〜２００ＫＨｚの範囲から選ばれる各種周波数の複数種を同時にバラスト水中に照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
（５）前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載のバラスト水の処理方法において、２８〜２００ＫＨｚの範囲から選ばれる各種周波数を経時的に切り替えて複数種の周波数の超音波を水中に照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
（６）前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載のバラスト水の処理方法において１〜１０ＭＨｚの周波数の超音波をバラスト水中に照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
（７）管壁に多数個の超音波振動子を線状配置又は面状配置に取り付けてなる角型又は丸型の管体であって、一端に被処理バラスト水の導入口を有し、他端に処理済みバラスト水の取り出し口を有してなるバラスト水の微生物死滅処理装置の多数本を束ねてハニカム構造状に配置してなることを特徴とするバラスト水の微生物死滅処理装置。

バラスト水を簡単かつ短時間に微生物死滅処理ができるので、如何なる港にも寄港することができ、環境汚染することがない。

本発明の実施の形態について説明する。
まず、超音波について説明すると、（１）超音波は水中や金属などによく伝わる音波などである。音波は波動であり、周波数と振幅によって決まる。振幅は音の強さに関係し、音圧で表される。
（２）超音波の大きな特長の一つにキャビテーション効果がある。５０ＫＨｚの超音波を水中に照射したとき即１気圧（１０万パスカル）以上になり、圧力が小さくなる負圧の時は真空（ゼロ気圧の空洞）になり、媒質が気化し、気泡が発生し、このような激しい正圧と負圧のはげしい繰り返しにより、媒質が引きちぎられ空洞が発生し、空洞がつぶれる時、衝撃波が発生し、その圧力は数百〜数千気圧になり、温度も４０００℃以上といわれているが、気泡発生からつぶれる迄の時間は０．１マイクロ秒（１０００万分の１秒）程度である。この時５０キロヘルツの場合１秒間に５０，０００回上下の方向に振動し、その振動の距離は０．０２ｍｍ（２０μm）となり、上側に１０μm、下側に１０μm動き、この時の最大速度は、３．１４ｍ／秒となる。
振幅は、数十ミクロン（μm）と小さいが、加速度が大きくエネルギー密度は非常に大きい。圧電振動子が往復運動折り返し地点での加速度は重力加速度Ｇの約１０万倍となる。
振幅は数１０ミクロンと小さくても加速度が大きいので、音響エネルギー密度は非常に高いものになる。
（３）超音波を水中に照射する場合、水中でのエネルギーの減衰は空気に比べてはるかに小さいが、それでも水中にて減衰するので減衰を小さくし音響エネルギー密度を一定以上保持するためには径が３０ｃｍ以下の角又は円状のパイプに多くの振動子を取り付け、そのパイプの中に微生物を含む水を通し、水が超音波の照射を受けている時間を１０秒以上とすれば、キャビテーションが十分に働き、水に含まれる微生物のプランクトン、原虫、真菌、細菌、ウィルスは、破壊され分解・殺菌されて死滅する。
このパイプに取り付ける振動子の周波数は、例えば２８ＫＨｚ、５０ＫＨｚ、１００ＫＨｚ、２００ＫＨｚの４種類とし、周波数によりその効果がおよぶ定在波を移動させるには、これらの異なる周波数のものを高速で切り替える方法が必要になる。
なお、微生物の種類によりエネルギーが大きい２８ＫＨｚのみで超音波照射を行うこともある。また、必要により振動エネルギーをホーンによって収束させ、振幅を大きくさせ強力なエネルギーを照射する方法がある。
（４）過酸化水素水・次亜塩素酸ソーダ・塩素等はいずれも、酸化剤としての力をもっているが、超音波との併用により、僅かの添加量にて高い効果が可能となる。

図２に示すものは本発明のハニカム構造型のバラスト水超音波処理装置で、限られた時間内に大量の処理を行うためのものである。
その一部を構成するバラスト水超音波処理装置の一例を図１により説明する。
すなわち、図１の断面図に示すごとく、ステンレス製の角パイプ１の壁面に超音波振動子２ａ、２ｂ、２ｃ・・を上下に、かつ間隔を置いて多数個取り付ける。
なお、超音波振動子２ａは２８ＫＨｚ発振のもの、２ｂは５０ＫＨｚ発振のもの、２ｃは１００ＫＨｚ発振のものを示す。
この超音波照射処理パイプ１００の入口１０からバラスト水を導入し、超音波照射を行った後、出口２０から微生物が死滅処理されたバラスト水が放出される。
本装置では、種々の周波数の超音波が照射されるので、大小各種微生物を効率的に死滅させることができる。

図２に示すものは、限られた時間内に大量の処理を行うためのもので、その仕様をハニカム構造型としたものである。
図２（正面図）におけるハニカム構造のバラスト水超音波処理装置Ａは、超音波照射処理パイプ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ・・が支持フレーム３に挿入されて上下左右に隣接・集束されてなるものである。
振動子２ａ、２ｂ、２ｃ・・を取り付けた角又は丸パイプにおいて、微生物を含む水が本パイプの中を通過する場合、１０秒以上の時間を保持することとする。
図１に示す装置を用いるバラスト水の処理においては、その仕様を下記により算定設計した。
〈バラスト水処理能力５０，０００ｔ／８ｈ〉とすると、
・５０，０００ｔ／８ｈ→１．７３６ｔ／秒の処理となる。
・ステンレス製角パイプ径を３００ｍｍとすると
０．３ｍ×０．３ｍ＝０．０９ｍ² （断面積）
角パイプの長さを６ｍとすると
０．０９ｍ²×６ｍ＝０．５４ｍ³ （容積）
・水の容量は１．７３６ｔ／秒であり１０秒間保持する場合は１７．３６ｔとなる。
１７．３６ｔ÷０．５４ｍ³＝３２本／パイプの数
図２のパイプの数は３６本であるので、この図の装置の容量で処理は可となる。
・よって、１秒間に１．７３６ｔの水をこのパイプに流せば１０秒後には処理が終わり、このパイプから同じ量の処理後の水が排出されることとなる。
・振動子は２８ＫＨｚ〜２００ＫＨｚ迄を長さ６ｍの角パイプに１２個取り付け、高周波電流により振動させるセラミック製のものを使用する。
上記図２のハニカム構造のバラスト水超音波処理装置によるバラスト水の処理結果によれば、前記国際海事機関（ＩＭＯ）基準を十分に満たす微生物が死滅処理されたバラスト水が得られた。
なお、バラスト水への過酸化水素、塩素等の添加は、本装置に入る前に事前に添加し、攪拌した後本装置に導入して、超音波を照射する。

バラスト水の廃棄による環境汚染が防止できるので、寄港地を選ばず何処へでも自由に寄港できる。

図２に示す本発明実施のハニカム構造のバラスト水超音波照射処理装置を構成す る一部の断面図。 本発明実施例のハニカム構造型としたバラスト水超音波処理装置の正面図。

符号の説明

１：ステンレス製の角パイプ、
２（２ａ、２ｂ、２ｃ・・）：超音波振動子、
３：支持フレーム、
１０：バラスト水の入口、
２０：超音波照射処理されたバラスト水の出口、
１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ・・）：超音波照射処理パイプ、
Ａ：ハニカム構造のバラスト水超音波処理装置、

Claims (7)

1. バラスト水を多数の導出管を束ねて構成したハニカム構造の導出管に導き、その中でバラスト水に超音波を照射し、水中で生じる超音波の衝撃波によりバラスト水中に存在ずる微生物を破壊せしめて死滅することを特徴とするバラスト水の処理方法。
2. 請求項１に記載のバラスト水の処理方法において、予めバラスト水に過酸化水素を添加混合し、その水中に超音波を照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
3. 請求項１に記載のバラスト水の処理方法において、船舶のバラスト水に１０ｐｐｍ〜１，０００ｐｐｍの次亜塩素酸ソーダ又は／及び塩素を添加し、その水中に超音波を照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のバラスト水の処理方法において、２８〜２００ＫＨｚの範囲から選ばれる各種周波数の複数種を同時にバラスト水中に照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のバラスト水の処理方法において、２８〜２００ＫＨｚの範囲から選ばれる各種周波数を経時的に切り替えて複数種の周波数の超音波を水中に照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のバラスト水の処理方法において１〜１０ＭＨｚの周波数の超音波をバラスト水中に照射することを特徴とするバラスト水の処理方法。
7. 管壁に多数個の超音波振動子を線状配置又は面状配置に取り付けてなる角型又は丸型の管体であって、一端に被処理バラスト水の導入口を有し、他端に処理済みバラスト水の取り出し口を有してなるバラスト水の微生物死滅処理装置の多数本を束ねてハニカム構造状に配置してなることを特徴とするバラスト水の微生物死滅処理装置。

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