JP4877281B2 - バラスト水処理装置およびバラスト水処理方法 - Google Patents

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を供給することにより微生物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）。短時間で微生物を死滅させるために塩素系殺菌剤は比較的高い塩素濃度となるように供給される。
そして、特許文献１に記載の方法においては、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させ殺菌した後に、海水に残存する残留塩素を還元する塩素還元剤を供給して、残留塩素を失効させ、残留塩素と海水中の有機物との反応により有害なトリハロメタンが生成することを抑制するようにしている。
特開２００７−１５２２６４号公報

特許文献１に記載の方法においては、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させ殺菌した後に、海水に残留塩素を還元する塩素還元剤を供給して残留塩素を還元して失効させている。
しかしながら、塩素殺菌剤により殺菌を行っても、休眠細胞や胞芽細胞が殺滅されずに残存していることがあるため、残留塩素が残存しない海水をバラストタンクで貯留している間に再成長してプランクトンや細菌数が基準以上に増加することがあるという問題がある。

本発明は、かかる状況を鑑み、バラストタンクに給水する海水中のプランクトンと細菌類を殺滅し、かつ、残留塩素によるトリハロメタンの生成を抑制し、さらに、海水をバラストタンクで貯留している間にプランクトンと細菌類が再成長することを抑制することが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、船舶のバラストタンクに注水す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海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海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、前記滞留槽にて所定時間滞留した海水の残留塩素濃度を計測する残留塩素濃度計と、計測された残留塩素濃度に基づいて前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌに低減するために必要な塩素還元剤理論量を演算し、前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度が３〜２０ｍｇ/ｌで溶存酸素濃度が７．０〜８．０ｍｇ/ｌの範囲の場合に該演算された塩素還元剤理論量に対して１．０５〜１．５倍となる塩素還元剤供給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塩素還元剤供給量を供給するように塩素還元剤の供給量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明において、滞留とは、塩素還元剤を供給する前に塩素殺菌剤による殺菌時間を確保するために海水を全く流れない状態にすること、および低速で流すことをいう。
なお、塩素殺菌剤としては次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、塩素ガスが用いられ、いずれも海水中で次亜塩素酸または次亜塩素酸イオンの形態で有効塩素として存在する。
また、塩素還元剤としては、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムあるいは過酸化水素水が用いられる。

本発明においては、滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌに低減するために必要な塩素還元剤理論量を演算し、該演算された塩素還元剤理論量に対して１．０５〜１．５倍となる量の塩素還元剤を供給することにしているが、以下この理由を説明する。

海水中に塩素殺菌剤を供給してプランクトンと細菌類を死滅させるが、細菌類の殺菌後に残留した塩素殺菌剤が海水中の有機物と反応してトリハロメタンが生成される。塩素殺菌剤を供給後直ちに塩素還元剤を供給して還元処理を行ない残留塩素を失効させればトリハロメタンの生成は抑制できるが、塩素殺菌剤によって細菌類とともに５０μｍ以上のプランクトンも死滅させるためには、有効塩素を比較的高い濃度である程度の時間海水中に残留させなければならない。そして、プランクトンと細菌類が死滅した海水に対して、塩素還元剤を供給して残留塩素を失効させてバラストタンクに給水する。
しかしながら、バラストタンクに給水する海水の残留塩素を全くなくしてしまうと、芽胞形成中の細菌やプランクトンの卵が殺滅されずに残存している場合には、バラストタンク内においてプランクトンと細菌類が再成長することがあるため、これを抑制するためにバラストタンクに給水する海水中に残留塩素を適切な濃度で残存させることが好ましい。
もっとも、バラストタンクに貯留中の海水においてトリハロメタンの生成を抑制し、バラストタンクの内面塗装の耐久性への影響や機器の腐食発生を防止する観点からは、バラストタンクで貯留している間には残留塩素濃度はできるだけ低いことが好ましい。
このように、バラストタンクに貯留する海水には、プランクトンと細菌類の再成長を抑制できる程度で、かつトリハロメタンの生成を抑制し、バラストタンクの内面塗装の耐久性への影響や機器の腐食発生を防止できる程度の残留塩素濃度で残留塩素が残存することが望まれる。

そこで、発明者は、プランクトンと細菌類が再成長することを抑制するために必要な残留塩素濃度を検討した。芽胞形成中の細菌やプランクトンの卵が含まれた海水に塩素殺菌剤を供給し、残留塩素濃度を変えた海水を所定期間貯留した場合について、プランクトンと細菌類の再成長の有無を調べた。結果を表１に示す。

表１に示ように、残留塩素濃度が１．０ｍｇ/ｌより小さいとプランクトンと細菌類が再成長することがあり、それ故に残留塩素濃度は少なくとも１．０ｍｇ/ｌ程度必要であることを解明した。
他方、残留塩素濃度が１．５ｍｇ/ｌ程度より小さければ、バラストタンクの内面塗装の耐久性への影響や機器の腐食発生の問題は生じないことも確認した。
これらのことから、バラストタンクに貯留中の海水の残留塩素濃度を１．０〜１．５ｍｇ/ｌに保てば、プランクトンと細菌類が再成長することを抑制でき、かつ、バラストタンクの内面塗装の耐久性への影響や機器の腐食発生の問題は生じないとの知見を得た。

次に発明者はバラストタンクに貯留している海水の残留塩素濃度の経時変化について検討した。
図３はバラストタンクに貯留している海水の残留塩素濃度の経時変化を示す図であり、縦軸が残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）で横軸が経過時間（日）を示している。
図３に示すように、バラストタンクに貯留している海水の残留塩素濃度は時間の経過とともに次第に低下している。
バラストタンクに海水を貯留する日数は船舶の運航状況によるが、通常５〜２０日程度であることから、この期間においてバラストタンクに貯留している海水の残留塩素濃度を上述の１．０〜１．５ｍｇ/ｌに保つことが必要である。
図３に示す経時変化から、５〜２０日経過した時に海水中の残留塩素濃度が１．０〜１．５ｍｇ/ｌ残存するようにするためには、バラストタンクに注水する時には残留塩素濃度が１．５〜３．５ｍｇ/ｌ程度残存する必要があることを見出した。

また、本発明においては、バラストタンクに注水する海水の残留塩素濃度が１．５〜３．５ｍｇ/ｌ程度とするための塩素還元剤理論量を演算し、さらにこの演算された塩素還元剤理論量に対して１．０５〜１．５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。

海水中の残留塩素を目標残留塩素濃度にまで低減する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、残留塩素と反応して目標残留塩素濃度にまで低減させる還元反応に必要な塩素還元剤量の理論値（塩素還元剤理論量）を求めた。
塩素濃度１ｍｇ/ｌあたりの還元に必要な塩素還元剤理論濃度（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、塩素殺菌剤を供給して所定時間滞留させた時の海水中の残留塩素濃度がＸｍｇ/ｌのとき、残留塩素濃度を目標残留塩素濃度Ｘｓｍｇ/ｌにまで低減させる還元反応に必要な塩素還元剤濃度の理論値すなわち塩素還元剤理論濃度は、例えば塩素還元剤が亜硫酸ナトリウムの場合、１．７７（Ｘ-Ｘｓ）ｍｇ/ｌとなる。

ところが、残留塩素の残存している実際の海水に上記の塩素還元剤理論濃度の塩素還元剤を供給して還元させても、目標残留塩素濃度より高い濃度で残留塩素が存在することが多く、残留塩素を還元して目標残留塩素濃度にまで低減させるには、上記の塩素還元剤理論濃度では不十分であることが分かった。これは、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、溶存酸素と塩素還元剤が反応するため、塩素還元剤理論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。溶存酸素を含む海水の残留塩素を還元して目標残留塩素濃度にまで低減させるには、塩素還元剤を塩素還元剤理論濃度に対して当量比１より多く供給する必要がある。

なお、「当量比」とは、実際に供給した塩素還元剤濃度と、目標残留塩素濃度にまで低減させる残留塩素の還元に要する塩素還元剤理論濃度との比率を、当量（塩素還元剤理論量）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塩素還元剤理論濃度と同じ場合には、当量比は１となる。

溶存酸素を含む海水の残留塩素を還元して目標残留塩素濃度にまで低減させるために必要な塩素還元剤供給量を求めるために、海水の残留塩素濃度を種々変えて以下に示す実験を行なった。

＜実験＞
海水を容器に入れ、これに種々の濃度で次亜塩素酸ナトリウムを添加し、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３〜２０ｍｇ/ｌのサンプル海水Ｎｏ．１〜１０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、７．０〜８．０ｍｇ/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。反応後の残留塩素濃度が目標残留塩素濃度として定めた２ｍｇ/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、残留塩素濃度を２ｍｇ/ｌとするための塩素還元剤理論濃度との比（当量比）を求め、表２に示す。

表２に示すように、残留塩素濃度が３〜２０ｍｇ/ｌの海水中の残留塩素を還元して目標残留塩素濃度として定めた２ｍｇ/ｌにまで低減させるには、塩素還元剤理論量に対して当量比１．０５〜１．５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。

（２）また、本発明に係るバラスト水処理装置は、上記（１）の滞留槽は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を（１）式から算定する滞留時間の下限値以上とする滞留が可能であることを特徴とするものである。
Ｔ＝10^((Log49-LogＣ)/0.65) （１）
Ｔ：滞留時間の下限値（分）
Ｃ: 塩素殺菌剤を供給した海水中の残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）

滞留時間はプランクトンと細菌類を死滅させるのに十分な時間で、かつトリハロメタン生成を抑制するようにできるだけ短い時間であることが必要である。塩素殺菌剤により細菌類は死滅するが、滞留時間を短くすると５０μｍ以上の比較的大きなプランクトンを死滅できないことがある。ＩＭＯのバラスト水処理装置の認可試験基準では、処理前に５０μｍ以上のプランクトン数が１０⁵個体／ｍ³以上である原水を処理後１０個体／ｍ³以下にすることが求められている。
そこで、この基準を満たすために必要な海水中の残留塩素濃度と、プランクトン、細菌類と残留塩素の接触時間との関係を求めた。図４は、海水中の残留塩素濃度と、基準を満たすために必要なプランクトン、細菌類と残留塩素の接触時間の下限値との関係を片対数グラフで表したものであり、縦軸が接触時間（分）を示し、横軸が残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）を示している。接触時間の下限値（分）Ｔと塩素殺菌剤を供給した海水中の残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）Ｃとの関係は（１）式で示される。
Ｔ＝10^((Log49-LogＣ)/0.65) （１）

図４のグラフに示されるように、例えば残留塩素濃度を10ｍｇ/ｌとすると、接触時間は11.5分が必要となる。塩素殺菌剤を供給した海水中の残留塩素濃度値に対して、（１）式で導かれる接触時間の下限値以上の時間、プランクトン、細菌類が残留塩素に接触するように、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまで海水を滞留させることが必要である。このような滞留が可能である滞留槽を備えることにより、プランクトンと細菌類を処理基準にまで死滅させることができる。したがって、このような滞留を可能とするための滞留槽の構造や滞留操作の工夫が必要であり、具体例は後述する。

（３）また、本発明に係るバラスト水処理装置は、上記（１）又は（２）に記載の滞留槽は、バラストタンク内に形成されていることを特徴とするものである。

バラストタンクの一部を滞留槽として用いることにより、滞留槽を新たに備える必要がなく、既存船舶への適用が容易であり、設備費を低減できる。

（４）また、上記（１）〜（３）に記載のものにおいて、塩素殺菌剤供給装置の上流側に海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過装置を備えたことを特徴とするものである。

ろ過装置によって海水中の動物性プランクトン等比較的大型の水生生物を捕捉して除去するため、塩素殺菌剤を供給して死滅させるだけの場合に比べて塩素殺菌剤の供給量を低減でき、トリハロメタンの生成をさらに抑制して環境への影響を低減でき、また塩素還元剤の供給量を低減でき、滞留槽、活性炭処理装置を小さくすることができる。
なお、ろ過装置としては、目開きが１０〜２００μｍのものを用いるのが好ましく、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、特に好ましい。

（５）本発明に係るバラスト水処理装置は、船舶のバラストタンクに注水す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海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海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、海水中の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌとするように塩素還元剤を供給することを特徴とするものである。
（６）本発明に係るバラスト水処理方法は、船舶のバラストタンクに注水する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給工程とを備え、
前記塩素還元剤供給工程において、前記滞留槽にて所定時間滞留した海水の残留塩素濃度を計測し、計測された残留塩素濃度に基づいて前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌに低減するために必要な塩素還元剤理論量を演算し、前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度が３〜２０ｍｇ/ｌで溶存酸素濃度が７．０〜８．０ｍｇ/ｌの範囲の場合に該演算された塩素還元剤理論量に対して１．０５〜１．５倍となる塩素還元剤供給量を演算し、該演算された塩素還元剤供給量を供給するように塩素還元剤の供給量を制御することを特徴とするものである。

（７）本発明に係るバラスト水処理方法は、船舶のバラストタンクに注水する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給工程とを備え、塩素還元剤を供給された海水中の有効塩素量の重量濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌとするように塩素還元剤を供給することを特徴とするものである。

（８）また、上記（６）または（７）における滞留工程は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を（１）式から算定する滞留時間の下限値ｔ以上とする滞留を行なうことを特徴とするものである。
Ｔ＝10^((Log49-LogＣ)/0.65) （１）
Ｔ：滞留時間の下限値（分）
Ｃ: 塩素殺菌剤を供給した海水中の塩素濃度（ｍｇ/ｌ）

（９）また、上記（６）〜（８）に記載のものにおいて、塩素殺菌剤供給工程の前に海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過工程を備えたことを特徴とするものである。

本発明においては、滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌに低減するために必要な塩素還元剤理論量を演算し、前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度が３〜２０ｍｇ/ｌで溶存酸素濃度が７．０〜８．０ｍｇ/ｌの範囲の場合に該演算された塩素還元剤理論量に対して１．０５〜１．５倍となる塩素還元剤を供給するようにしたので、バラストタンクに給水する海水中のプランクトンと細菌類を死滅させて、ＩＭＯの定めるバラスト水処理基準を充足する有害生物を含まない海水をバラスト水として供給でき、かつ、塩素殺菌剤によるトリハロメタンの生成を抑制することができ、さらに、海水をバラストタンクで貯留している間にプランクトンと細菌類が再成長することを抑制することができる。

［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は本実施の形態に係るバラスト水の処理装置を示す図である。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、海水を取り込むため、あるいは後述のバラストタンク１０のバラスト水を後述のろ過装置４に送水するためのポンプ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、ろ過装置４でろ過されたろ過水に塩素殺菌剤供給装置５から供給された塩素殺菌剤を拡散させる拡散器６、塩素殺菌剤が添加された海水を所定時間滞留させる滞留槽７、滞留槽７から導出された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給装置８、塩素還元剤を添加された処理水を後述のバラストタンク１０に送水する処理水送水ライン９、処理水送水ライン９から送水される処理水を貯留するバラストタンク１０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、船側部に設けられたシーチェスト（海水吸入口）から取水され、ポンプ３によって海水取水ライン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ノッチによりワイヤ同士の間隔を保持してろ過通路寸法を１０〜２００μｍにした筒型のエレメントをケーシング内に保持し、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。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ワイヤ同士の間隔を調整してろ過通路寸法を１０〜２００μｍにした筒型のエレメントをケーシング内に保持し、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。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て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。斜状溝の寸法を適宜設定することにより目開きを１０〜２００μｍに設定してろ過する。
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。

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．滞留槽
滞留槽７は、塩素殺菌剤から発生する塩素を、プランクトンや細菌類にこれらが死滅するのに十分な時間接触させるために、塩素殺菌剤を添加され拡散された海水を滞留させるものである。
この接触時間とは、接触時間の下限値（分）Ｔと塩素殺菌剤を供給した海水中の残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）Ｃとの関係を示した次の（１）式における接触時間の下限値以上の時間である。
Ｔ＝10^((Log49-LogＣ)/0.65) （１）

このような接触時間の下限値以上とする滞留が可能である滞留槽７を備えることにより、プランクトンや細菌類を処理基準にまで死滅させることができる。
このような滞留槽７は、その寸法や形状を上記の滞留時間との関係で所定のものに設計し、所定の速度で流すようにすればよい。例えば、槽内に複数の仕切りを設けることによって長流路を形成して槽内での滞留時間を確保するようにしたものでよい。
あるいは、滞留槽７は単なる貯留槽から構成し、海水を貯留後所定時間が経過すると排出ゲートを開ける若しくは排水ポンプを稼動させて排出するようなものでもよい。
なお、トリハロメタンの生成を抑制するという観点からは、滞留時間は、上述の接触時間の下限値以上で出来るだけ短い時間が好ましく、この点も考慮して滞留槽を構成するのが望ましい。

６．塩素還元剤供給装置
塩素還元剤供給装置８は、塩素殺菌剤を添加され滞留槽７から導出された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し、残留塩素濃度を目標残留塩素濃度にまで低減するものである。目標残留塩素濃度にまで低減することで、トリハロメタンの発生量を小さくするように抑制するとともに、バラストタンクに貯留中にプランクトン
や細菌類が再成長することを抑制することができる。この実施形態では、塩素還元剤供給装置８は、滞留槽７から導出された海水をバラストタンク１０に送水する処理水供給ライン９に設けられている。

塩素還元剤供給装置８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内の塩素還元剤を処理水供給ライン９に供給するための配管１７、該配管１７の先端側であって処理水供給ライン９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内の塩素還元剤を処理水供給ライン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。
処理水供給ライン９に設けられた注入口１９から、滞留槽７から導出された海水に塩素還元剤を供給して、塩素還元剤を処理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８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。

６−１．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、滞留槽７にて所定時間滞留して抜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、処理水送水ラインの注入口１９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、滞留槽７から抜出された海水中の残留塩素濃度Ｘ₁（ｍｇ/ｌ）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：ｍｇ/ｌ）と残留塩素濃度（Ｘ₁：ｍｇ/ｌ）、バラストタンクに注水する時の目標残留塩素濃度（Ｘｓ：ｍｇ/ｌ）との関係として予め定められた関係式（Ｙ＝ａ・ｃ（Ｘ₁-Ｘｓ））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１．０〜１．５

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、残留塩素を目標残留塩素濃度にまで還元して低減させ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１．０〜１．５倍の塩素還元剤を供給するように塩素還元剤供給量（Ｙ）と滞留槽７から導出された海水中の残留塩素濃度（Ｘ₁）との関係を定めるものである。
もっとも、当量比として１．０〜１．５倍の範囲のどの値を選択するかについては、海域ごとの海水に合わせて適宜経験や採取した海水を用いた実験等に基づいて選択してもよいし、運転当初は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、あるいは運転当初は最小値を選択してフィードバック制御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。
また、バラストタンクに注水する時の目標残留塩素濃度（Ｘｓ：ｍｇ/ｌ）として、１．５〜３．５ｍｇ/ｌとすることが前述した検討結果により適切である。

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、処理水送水ラインの塩素還元剤の注入口１９の下流側に残留塩素濃度を計測する第２残留塩素濃度計３５を設け、バラストタンクに供給する処理水中の残留塩素濃度Ｘ₂が目標残留塩素濃度にまで低減し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Ｘ₂を入力して、該入力値に基づいて残留塩素濃度が目標残留塩素濃度となるような塩素還元剤供給量を再度演算する。

次に、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、次いで海水中に残留している塩素を還元して残留塩素濃度を低減してトリハロメタンの生成を抑制し、かつ、バラストタンクに貯留中の生物の再成長を抑制することができる程度にまで残留塩素濃度を調整する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。

ベンチュリ管で塩素殺菌剤が拡散された海水は滞留槽７に導かれ所定時間滞留して、塩素殺菌剤から発生する有効塩素によりプランクトンや細菌類が死滅される。滞留槽７内に海水を導入し塩素還元剤を供給するまで滞留させる滞留時間は、滞留中に大型のプランクトンも十分に死滅するように以下に示す（１）式で導かれる接触時間の下限値以上の時間に設定する。
Ｔ＝10^((Log49-LogＣ)/0.65) （１）
Ｔ：接触時間の下限値（分）
Ｃ：海水中の残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）
なお、残留塩素により発生するトリハロメタンができるだけ少なくなるようにするため、滞留時間は、上記の接触時間の下限値以上であってこれに近い値にするのが好ましい。

滞留槽７から所定時間滞留して抜出される海水に塩素還元剤供給装置８によって塩素還元剤を供給し、残留塩素を還元して目標残留塩素濃度にまで低減させ、トリハロメタンの生成を抑制するとともに、バラストタンクに貯留中にプランクトン細菌類が再成長することを抑制するための処理を行い、その後海水は処理水送水ライン９を通じてバラストタンク１０に貯留される。
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、滞留槽７から排出された海水中の残留塩素濃度Ｘ₁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：ｍｇ/ｌ）と残留塩素濃度（Ｘ₁：ｍｇ/ｌ）、バラストタンクに注水する時の目標残留塩素濃度（Ｘｓ：ｍｇ/ｌ）との関係として予め定められた関係式（Ｙ＝ａ・ｃ（Ｘ₁-Ｘｓ））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１．０〜１．５
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Ｘ_1aveを求める。残留塩素濃度平均値Ｘ_1aveが求まると、記憶手段２９に記憶されている関係式Ｙ＝ａ・ｃ（Ｘ₁-Ｘｓ）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１．０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い、塩素還元剤の供給量を制御する。

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、バラストタンクに供給する処理水中の残留塩素濃度Ｘ₂を計測する第２残留塩素濃度計３５の計測結果Ｘ₂を入力して、所定時間における残留塩素濃度平均値Ｘ_2aveを求める。バラストタンクに供給する処理水中の残留塩素濃度Ｘ₂が目標残留塩素濃度Ｘｓ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塩素還元剤供給量を追加するように制御する。
この場合における関係式のｃの値としては、第２残留塩素濃度計３５の計測結果に基づいて、例えば本例のように残留塩素濃度Ｘ₂が目標残留塩素濃度Ｘｓよりも大きい場合には、１．０〜１．５倍当量比の中から先に選択した１．０よりも大きな値を選択するようにする。
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。

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、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、さらにベンチュリ管で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生物死滅処理された海水に供給して残留塩素濃度を適正な濃度に制御するようにしたので、トリハロメタンの生成を抑制して周辺環境に悪影響を及ぼすことを防ぐことができ、かつバラストタンクに貯留中の生物類の再成長を抑制することができる。

実施の形態のバラスト水処理装置を用いて、海水中のプランクトンと細菌類の死滅処理実験を行った。塩素殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを有効塩素量20ｍｇ/ｌとなるように供給し、滞留槽で10分間滞留した後、海水中の残留塩素濃度を測定し、目標残留塩素濃度として設定した2.5ｍｇ/ｌになるように塩素還元剤として亜硫酸ナトリウムを供給した。塩素還元剤を供給した海水をバラストタンクに貯留し14日後に残留塩素濃度を測定した。また、トリハロメタン濃度としてブロモホルム濃度を滞留処理後と貯留14日後に測定し、残留塩素によるブロモホルム生成量を調べた。

処理前の海水原水中にはプランクトンが5×10⁵個/m³生息しているが、上記の滞留処理後には4個/m³に減少しＩＭＯバラスト水基準を満たす処理が行えた。バラストタンクに14日間貯留した後の残留塩素濃度は１ｍｇ/ｌであり、生物類の再成長は生じていなかった。
また、ブロモホルム濃度は滞留処理後の海水中では0.06ｍｇ/ｌであり、バラストタンクに14日間貯留した後には0.31ｍｇ/ｌであり、バラストタンクに14日間貯留中にブロモホルムが濃度0.25ｍｇ/ｌ生成していたことを示している。滞留処理後の海水に塩素還元剤を供給しない場合には14日間貯留した後にはブロモホルム濃度が0.61ｍｇ/ｌにまで増加しており、塩素還元剤を供給することによりブロモホルム生成量を１/２程度に低く抑制できることを確認した。

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。 海水中の残留塩素濃度と経過時間との関係を示すグラフである。 ＩＭＯの基準を満たすために必要な海水中の残留塩素濃度と、死滅対象となるプランクトンと有効塩素との接触時間との関係を示すグラフである。

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、７ 滞留槽、８ 塩素還元剤供給装置、１０ バラストタンク

Claims (7)

1. 船舶のバラストタンクに注水す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海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海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、前記滞留槽にて所定時間滞留した海水の残留塩素濃度を計測する残留塩素濃度計と、計測された残留塩素濃度に基づいて前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌに低減するために必要な塩素還元剤理論量を演算し、前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度が３〜２０ｍｇ/ｌで溶存酸素濃度が７．０〜８．０ｍｇ/ｌの範囲の場合に該演算された塩素還元剤理論量に対して１．０５〜１．５倍となる塩素還元剤供給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塩素還元剤供給量を供給するように塩素還元剤の供給量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするバラスト水処理装置。
2. 滞留槽は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を（１）式から算定する滞留時間の下限値以上とする滞留が可能であ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。
   Ｔ＝10^((Log49-LogＣ)/0.65)
   （１）
   Ｔ：滞留時間の下限値（分）
   Ｃ: 塩素殺菌剤を供給した海水中の残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）
   （塩素殺菌剤を供給して設定する（初期）塩素濃度の意味）
3. 滞留槽は、バラストタンク内に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバラスト水処理装置。
4. 船舶のバラストタンクに注水す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海水を所定時間滞留させる滞留槽と、該滞留槽の下流側に設けられて滞留槽にて所定時間滞留した海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、海水中の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌとするように塩素還元剤を供給することを特徴とするバラスト水処理装置。
5. 船舶のバラストタンクに注水する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給工程とを備え、
   前記塩素還元剤供給工程において、前記滞留槽にて所定時間滞留した海水の残留塩素濃度を計測し、計測された残留塩素濃度に基づいて前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌに低減するために必要な塩素還元剤理論量を演算し、前記滞留槽から抜出した海水の残留塩素濃度が３〜２０ｍｇ/ｌで溶存酸素濃度が７．０〜８．０ｍｇ/ｌの範囲の場合に該演算された塩素還元剤理論量に対して１．０５〜１．５倍となる塩素還元剤供給量を演算し、該演算された塩素還元剤供給量を供給するように塩素還元剤の供給量を制御することを特徴とするバラスト水処理方法。
6. 船舶のバラストタンクに注水する海水に塩素殺菌剤を供給する塩素殺菌剤供給工程と、塩素殺菌剤が供給された海水を所定時間滞留させる滞留工程と、所定時間滞留された海水に塩素還元剤を供給する塩素還元剤供給工程とを備え、
   該塩素還元剤供給工程において、海水中の残留塩素濃度を1.5〜3.5ｍｇ/ｌとするように塩素還元剤を供給することを特徴とするバラスト水処理方法。
7. 滞留工程は、塩素殺菌剤を供給してから塩素還元剤を供給するまでの時間を（１）式から算定する滞留時間の下限値以上とする滞留を行なうことを特徴とする請求項５〜６のいずれか一項に記載のバラスト水処理方法。
   Ｔ＝10^((Log49-LogＣ)/0.65)
   （１）
   Ｔ：滞留時間の下限値（分）
   Ｃ: 塩素殺菌剤を供給した海水中の残留塩素濃度（ｍｇ/ｌ）
   

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