JP5034210B2

JP5034210B2 - バラスト水処理装置

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Publication number: JP5034210B2
Application number: JP2005300357A
Authority: JP
Inventors: 幸彦岡本; 正邦猪子; 茂樹藤原; 浩司渕上
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: JP2007105666A

Description

本発明は、船舶のバラストタンクに積み込むバラスト水に含まれる有害水生生物及び微生物を効率的に殺滅するためのバラスト水処理装置、および水中の有害化学物質、汚染物質、汚泥等の有害物を分解して無害化するための水処理装置に関する。

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、出港前にバラスト水の注水を行う。逆に港内で積荷をする場合には、バラスト水の排出を行う。
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りバラスト水の注排水が行われると、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。

バラスト水の処理に関する従来技術としては、船舶の主機関から排出される高温の排気ガスを利用することによりバラスト水の殺菌を行うための装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、バラスト水を排出する際にバラスト水中に含まれる有害プランクトンまたは有害藻類のシストを塩素系薬剤あるいは過酸化水素を用いて殺菌する方法が提案されている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。

一方、産業排水や生活廃水等の水中の揮発性有機化合物、環境ホルモン、ダイオキシン類等の有害化学物質、汚染物質、汚泥等の有害物を分解して無害化するための水処理装置として、キャビテーションを発生させるベンチュリ管とその上流側に酸化性溶液注入手段を設けた装置が提案されており、微生物を死滅させる効果があることも開示されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−１８１４４３号公報特開平４−３２２７８８号公報特開平５−９１０号公報特開２００４−１７４３２５号公報

しかし、バラスト水として搭載される海水に含まれる生物の数は、海水を採取する日時、場所によって大きく異なり、海水１ｍｌ中に数個程度から数億個程度まで幅があるため、特許文献１および４の装置では国際海事機構（ＩＭＯ）が定める基準のすべての項目を確実に達成することは難しい。
また、特許文献２および３に記載の方法では、比較的大型の動物プランクトンや耐性を有する微生物には効果がないという問題や、残留する薬剤がバラスト水とともに排出されることにより環境へ悪影響を与える可能性があるという問題がある。
また、特許文献４に記載の装置を用いて、大量のバラスト水を処理するためにはベンチュリ管の処理能力を増大させる必要があり、そのために例えばベンチュリ管を、幾何学的相似を保って大型化することが考えられる。しかしながら、このようにすると、装置が大規模になりコストが嵩むと共に長さが長大となり船舶に搭載することが困難になってしまうという問題や、キャビテーションに伴う振動騒音が大幅に増加する恐れがある。この点、有害化学物質を含む水を大量処理する場合には、船舶への搭載の問題はないが、装置が大規模になりコストが嵩むという問題がある。

本発明は、かかる状況に鑑みなされたものであり、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ように大量のバラスト水を処理できるバラスト水処理装置、および有害化学物質、汚染物質、汚泥等の有害物を含む大量の水に対して水中の有害物を分解することにより無害化処理できる水処理装置を提供することを目的する。

本発明者らは、上記の課題に鑑み船舶バラスト水に含まれる水生生物、有害微生物、細菌を除去、殺滅するに際し、既存船舶への適用が容易であり、また、薬剤処理に耐性を有する微生物を効率的に殺菌するバラスト水の大量処理装置を提供するべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至ったものであり、具体的には以下の構成を有する。

（１）本発明に係るバラスト水処理装置は、海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過装置と、海水中の細菌類を死滅させる薬剤をろ過された海水中に供給する薬剤供給装置と、薬剤が供給されたろ過水の供給を受けて該ろ過水中にキャビテーションを発生させるベンチュリ管装置とを備え、該ベンチュリ管装置は前記ろ過水の流路となる管内に複数のベンチュリ管を並列に配置してなり、前記薬剤供給装置は前記ベンチュリ管装置の上流側に配置され、前記ろ過水を前記ベンチュリ管装置に供給する流路断面の半径方向と周方向のそれぞれの複数位置に薬剤を注入する薬剤注入部を有し、前記ベンチュリ管の並列配置として、前記流路の中心に１個のベンチュリ管を配置し、その周囲の複数の同心円上に各同心円上に複数のベンチュリ管を配置するようにしていることを特徴とするものである。

上記のような構成を備えることにより、海水中の水生生物と細菌類を死滅または除去して、有害生物を含まない船舶バラスト水を供給できる。なお、各構成の主な機能は以下の通りであり、各構成の機能が有機的に作用して海水中の水生生物の死滅効果を高めている。
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し、薬剤により細菌類を死滅させ、ベンチュリ管によって薬剤が供給されたろ過水にキャビテーションを発生させて、植物性プランクトン等の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、さらにキャビテーションによってろ過水中に薬剤を急速に拡散させて薬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薬剤の海水中への混合を促進するため、薬剤を注入するだけの場合に比べて薬剤の供給量を低減でき、また環境への影響を低減でき、さらに薬剤を無害化するための中和剤の供給を不要にするかまたは低減できる。

さらに、複数のベンチュリ管を並列に配設した構造とすることにより、以下のような効果がある。
１．ベンチュリ管装置の小型化
本発明のベンチュリ管装置は、複数のベンチュリ管を並列に配設しているので、大量の海水を処理することが可能であるにもかかわらず、単一のベンチュリ管を大型化した場合のように長さ方向の寸法が長大になることがない。つまり、ベンチュリ管装置の長さ寸法は、小口径のベンチュリ管と同程度でよく船舶に搭載する際のスペース面での制約がなく、適切に配設することができる。

２．キャビテーション気泡の発生頻度の適正化
ベンチュリ管に発生するキャビテーション気泡は、最も流速が速く静圧が低くなるのど部で発生し、流れに沿って下流側へ向かって成長して行き、その下流のディフューザ部における流速低下による圧力上昇に伴って気泡径が増大し急激に崩壊する。
キャビテーション気泡の発生は、ベンチュリ管のど部の壁面近傍で発生頻度が高く、管中心付近では発生頻度が相対的に低くなる。これは管の壁面から中心に向かう方向に圧力分布が存在して、管壁面付近の静圧の方が管中心部の静圧より低くなるためである。
従って、キャビテーション気泡の発生頻度はベンチュリ管壁面の面積に応じて変化する。したがって、処理水量を増大させるためベンチュリ管を、単純に幾何学的相似を保って大きくすれば、ベンチュリ管壁面の表面積自体は大きくなるものの単位処理水量当たりのベンチュリ管壁面の表面積が小さくなるため、単位処理水量当たりのキャビテーション気泡の発生頻度が減少し、キャビテーション処理効果は減少してしまう。
この点、本発明では処理水量を増大させるため、幾何学的相似を保ってベンチュリ管を拡大するのではなく、ベンチュリ管の本数を増やすことで対応しているため、単位処理水量当たりのキャビテーション気泡発生頻度は小口径ベンチュリ管と同等でありながら、大容量の水を処理することができる。

３．処理効果に対する尺度影響の抑制
小口径ベンチュリ管のキャビテーションによる有害微生物の処理性能や有害物質の分解性能が判明しているとき、処理量を増加させるためにベンチュリ管を設置している処理水の流路となる管の管径を大きくし、ベンチュリ管のサイズをこの管径に合わせて相似的に大きくした場合には、処理性能に尺度影響が現れることが予測される。
この点、本発明においては、小口径ベンチュリ管の管径を変えずに小口径ベンチュリ管の数を増やすという対応が可能なので、前述した処理性能の尺度影響を出来るだけ抑制し、処理性能が既知の小口径ベンチュリ管の性能をそのまま活かして、大流量の処理装置の性能を確実に発揮できるようにすることができる。

（２）上記（１）に記載のバラスト水処理装置において、前記薬剤注入部は、中央が水路となる開口部を有するドーナツ状のブロック体と、一端側がブロック体に固定され、他端が開口部まで延出された複数の薬剤注入管を備え、該薬剤注入管は、その開口部側先端が開口して薬剤注入口をなし、薬剤注入口が開口部内の周方向と径方向に所定の間隔で配置されるように設けられ、薬剤注入口は上流側に向けて開口していることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）または（２）に記載のバラスト水処理装置において、ベンチュリ管ののど部におけるろ過水の流速を１０〜４０ｍ／ｓｅｃとするようにろ過水を送水するポンプを設けたことを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）または（２）に記載のバラスト水処理装置において、ベンチュリ管の圧力損失水頭を５〜４０ｍとするようにろ過水を送水するポンプを設けたことを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のベンチュリ管装置において、大径円柱ブロックに複数のベンチュリ形状開口部を切削加工により形成してなるか、または複数の貫通円孔を設けた大径円柱ホルダーに小径ベンチュリ管を挿入してなることを特徴とするものである。

（６）また、本発明に係る水処理装置は、水中の有害化学物質、汚染物質、有機物を無害化させる薬剤を水中に供給する薬剤供給装置と、薬剤が供給された水の供給を受けて該水中にキャビテーションを発生させるベンチュリ管装置と、を備え、該ベンチュリ管装置は複数のベンチュリ管を並列に配設してなることを特徴とするものである。

本発明においては、海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過装置と、海水中の細菌類を死滅させる薬剤をろ過された海水中に供給する薬剤供給装置と、薬剤が供給されたろ過水の供給を受けて該ろ過水中にキャビテーションを発生させるベンチュリ管装置とを備え、該ベンチュリ管装置は前記ろ過水の流路となる管内に複数のベンチュリ管を並列に配置してなり、前記薬剤供給装置は前記ベンチュリ管装置の上流側に配置され、前記ろ過水を前記ベンチュリ管装置に供給する流路断面内の半径方向と周方向のそれぞれの複数位置に薬剤を注入する薬剤注入部を有し、前記ベンチュリ管の並列配置として、前記流路の中心に１個のベンチュリ管を配置し、その周囲の複数の同心円上に各同心円上に複数のベンチュリ管を配置する構成を採用したことにより、従来方法の方法では達成が難しかったＩＭＯの定めるバラスト水処理基準を、安価で確実に達成する処理が実現でき、外来生物や伝染性の病原菌の移動を抑制することが可能となり、大量のバラスト水を効率的に処理できる。

また、本発明に係る水処理装置においては、水中の有害化学物質、汚染物質、有機物を無害化させる薬剤を水中に供給する薬剤供給装置と、薬剤が供給された水の供給を受けて該水中にキャビテーションを発生させるベンチュリ管装置と、を備え、該ベンチュリ管装置は複数のベンチュリ管を並列に配設してなる構成を採用したので、キャビテーションの拡散作用により薬剤の水中への混合を促進するため、薬剤を注入するだけの場合に比べて薬剤の供給量を低減でき、また環境への影響を低減でき、さらに薬剤を無害化するための中和剤の供給を不要にするかまたは低減できる。

［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９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薬剤を供給する薬剤供給装置５、ろ過装置４でろ過されたろ過水を供給して該ろ過水にキャビテーションを発生させるベンチュリ管装置６、薬剤を添加された海水に中和剤を供給する中和剤供給装置７、中和剤を添加された処理水を後述のバラストタンク９に送水する処理水送水ライン８、処理水送水ライン８から送水される処理水または未処理水を貯留するバラストタンク９、バラストタンク９内のバラスト水をろ過装置４側に供給するバラスト水供給ライン１０、中和剤を添加された処理水を海に排水する処理水排水ライン１１、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。
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．薬剤供給装置
薬剤供給装置５はベンチュリ管装置６の上流側に配置され、ろ過装置によってろ過された海水に細菌類を死滅させる薬剤を供給するものである。
図２は薬剤供給装置５における薬剤注入部１３と、この薬剤注入部１３の下流側に設けられたベンチュリ管装置６を示したものである。また、図３は図２に示した薬剤注入部１３を拡大して示した図であり、図４は薬剤注入部１３を上流のポンプ側からみた状態を示した図である。以下、図２〜図４に基づいて薬剤供給装置５、特の薬剤注入部１３について詳細に説明する。

薬剤注入部１３は、中央が水路となる開口部１５を有するドーナツ状のブロック体１７と、一端側がブロック体１７に固定され、他端が開口部１５まで延出された薬剤注入管１９を複数備えている。
薬剤注入管１９は、開口部１５内に径方向に向けて延出する板状部材からなる支持部２０に支持されている。支持部２０は、開口部１５内に周方向に６０°の間隔で６個設けられている。そして、各支持部２０には２〜３本の薬剤注入管１９が支持され、一つの支持部２０に支持された２〜３本の薬剤注入管１９は、その開口部１５側先端が開口部１５の中心から径方向の外側に向って所定の距離を離して配置されている。また、薬剤注入管１９における開口部１５側端部は、上流側に向けて屈曲しており、その先端が流れに対向するようにして開口しており、この開口部が薬剤注入口となっている。

以上のように、薬剤注入管１９が開口部１５の周方向に複数設けられた支持部２０に、各支持部２０に複数の薬剤注入管１９が支持され、一つの支持部２０に支持された複数の薬剤注入管１９の注入口が径方向に所定間隔離して配置されていることから、薬剤注入管１９の薬剤注入口は、流路断面の半径方向と周方向のそれぞれに複数設けられることとなっている。
薬剤注入管１９におけるブロック体１７に固定された端部は、図３に示すように、ブロック体１７の外周面に開口するように配置されており、この部分に図示しない薬剤供給部から薬剤が供給される。

薬剤注入管１９から供給する薬剤としては、塩素、二酸化塩素、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、オゾン、過酢酸またはこれらの２種以上の混合物が使用できるが、これ以外の薬剤を使用することも可能である。

上記のように構成された薬剤供給装置５においては、薬剤はベンチュリ管装置６の上流側に供給されるので、薬剤をキャビテーションが発生する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、キャビテーションにより薬剤の拡散、混合を進めて、さらに薬剤の細菌類への浸透を促進して薬剤の殺滅効果を促進できる。
また、薬剤注入管１９における薬剤注入口が上流側に向けて開口しているので、薬剤を注入したときに、流路を流れる海水と対向する方向に吐出されて、海水への拡散が促進される。

なお、上記の例では薬剤供給装置５は薬剤をベンチュリ管装置６の上流側に供給する例を示したが、薬剤をベンチュリ管の上流側に加えてベンチュリ管ののど部にも供給するようにしてもよいし、あるいはベンチュリ管ののど部のみに供給するようにしてもよい。
薬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．ベンチュリ管装置
ベンチュリ管装置６は、ろ過装置４を通過した生物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と共に薬剤供給装置５から供給された薬剤を海水中に拡散させるものである。
図５はベンチュリ管装置６の断面図、図６はベンチュリ管装置６を上流側から見た図である。
本実施の形態のベンチュリ管装置６は、図５、図６に示すように、複数のベンチュリ管２３を並列配置してなるものである。並列配置の仕方は特に限定されないが、この例では図５、図６に示すように、流路の中心に１個配置し、その周囲にある２つの同心円上に各同心円上に複数のベンチュリ管２３を配置するようにしている。以下、ベンチュリ管２３について説明する。

ベンチュリ管２３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圧力上昇により成長したキャビテーション気泡が崩壊する。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、損傷を与えられるか破壊され殺滅される。
このベンチュリ管２３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。

なお、上記のベンチュリ管装置６は、大径円柱ブロック２５に複数のベンチュリ形状開口部を切削加工により形成しているが、例えば、大径円柱ブロック２５に複数の貫通円孔を設けることにより大径円柱ホルダーとし、この大径円柱ホルダーに小径ベンチュリ管を挿入するようにしてもよい。

上記のように構成されたベンチュリ管装置６においては、各ベンチュリ管２３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薬剤を急速に拡散させて薬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薬剤の海水中への混合を促進するため、薬剤を注入するだけの場合に比べて薬剤の供給量を低減でき、環境への影響を低減でき、また薬剤を無害化するための中和剤の供給を不要にするかまたは低減できる。

なお、ベンチュリ管２３に海水を供給する際には、ベンチュリ管２３ののど部における海水の流速を１０〜４０ｍ／ｓｅｃとするように海水を送水するのが好ましい。
この理由は、海水を取水してバラストタンクに通水する配管の途中にバラスト水処理装置を設置した場合、配管内の海水の流速がベンチュリ管入り口では通常２〜３ｍ／ｓであるが、ベンチュリ管のど部の流速が１０ｍ／ｓｅｃより小さいと、のど部での流速の上昇比率が十分でなくこれに伴う静圧の急激な低下が十分でないため、大気圧下においてもキャビテーションが発生せず、またベンチュリ管のど部の流速が４０ｍ／ｓより大きいとキャビテーション現象が過剰に発生しベンチュリ管通過に伴う圧力損失が過大となり送水のために消費されるエネルギーが過大となるため、ポンプ動力が過大となり高コストとなるからである。

また、ベンチュリ管に海水を供給する際には、ベンチュリ管の圧力損失水頭を５〜４０ｍとするように海水を送水することが好ましい。
この理由は、損失水頭が５ｍより小さいとキャビテーションを発生させる事が出来ず、４０ｍより大きいと船舶に備えられているバラスト水ポンプとして用いられている大流量ポンプでは対応できなくなり不具合が生じるからである。

また、ベンチュリ管装置６の開口率（ベンチュリ管装置入口の管断面積に対するベンチュリ管のど部断面積の総和の比率）は、７．５〜２０％が好ましい。理由は以下の通りである。
海水を取水してバラストタンクに通水する配管の途中にバラスト水処理装置を設置した場合、配管内の海水の流速がベンチュリ管入り口では通常２〜３ｍ／ｓ程度である。他方、ベンチュリ管出口で大気圧下において適切な強さのキャビテーションを発生させるためには、ベンチュリ管のど部での流速を１０〜４０ｍ／ｓ程度の範囲にする必要がある。このように、ベンチュリ管入り口で２〜３ｍ／ｓ程度の流速を、ベンチュリ管のど部での流速が１０〜４０ｍ／ｓ程度になるようにするには、ベンチュリ管装置６の開口率を７．５〜２０％にすることが好ましい。

また、隣接するベンチュリ管２３の間隔は、ベンチュリ管入口口径Ｄの１．０５〜１．５倍が好ましい。この理由は以下の通りである。
隣接するベンチュリ管２３の軸間隔は、近すぎるとベンチュリ管２３の間の管壁厚さが薄くなりすぎ強度上の問題を生じる。また遠すぎるとベンチュリ管のど部断面積の総和と上流側のベンチュリ管装置入口の管断面積との比が小さくなりすぎて（流路断面積が絞られすぎて）ベンチュリ管部分の圧損が増加し、船舶に備えられているバラスト水ポンプとして用いられている大流量ポンプでは対応できなくなり不具合が生じるからである。

なお、キャビテーションを発生させるためにジェットノズルを用いることも可能であるが、圧力損失が高く、目詰まりも生じるため、ポンプの大型化や逆流洗浄頻度の上昇によりコストが増大することから、大量処理を必要とするバラスト水処理には不適である。
これに対して、キャビテーション発生のためにベンチュリ管を用いることで、少ない圧力損失でキャビテーションを発生することができることから、大量処理を必要とするバラスト水処理に適している。

５．中和剤供給装置
中和剤供給装置７は、薬剤を添加された海水に中和剤を供給して海水中に残存する薬剤を中和することで、無害化するものである。
供給する中和剤としては価格や取扱いの容易さなどの視点から、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウムを用いることが望ましいが、特に限定するものではない。

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。
ポンプ３を稼動することによって、海水取水ライン１から海水が船内に取りこまれる。その際、まず粗ろ過装置２によって海水中に存在する大小様々な夾雑物、水生生物のうち１０ｍｍ程度以上の粗大物が除去される。
粗大物が除去された海水はろ過装置４に供給され、ろ過装置４の目開きに応じた大きさの動物性プランクトン、植物性プランクトン等が除去される。
粗ろ過装置２及びろ過装置４で捕捉された水生生物等は、粗ろ過装置２及びろ過装置４のフィルタ等を逆洗することにより洗い流されて海に戻される。海に戻しても同一の海域なので生態系に悪影響はない。つまり、この例ではバラスト水を積み込む際に処理をしているので、粗ろ過装置２及びろ過装置４の逆洗水をそのまま放流できるのである。

ろ過装置４でろ過された海水には薬剤供給装置５から薬剤が供給され、薬剤が供給された海水はベンチュリ管装置６に供給される。
ベンチュリ管装置６において、上述したメカニズムにより海水中にキャビテーション気泡が発生して成長し、さらに成長したキャビテーション気泡が急激に崩壊することにより、海水中の水生生物に衝撃圧、せん断力、高温、酸化力の強いＯＨラジカルの作用を及ぼし、水生生物に損傷を与えるか破壊して殺滅する。このとき、ベンチュリ管装置６に導入前の海水に薬剤を供給しているので、ベンチュリ管装置６におけるキャビテーションにより薬剤の海水中への拡散が促進され細菌類の殺滅効果を増進する。

薬剤が供給された海水に中和剤供給装置７によって中和剤を添加し、その後海水は処理水送水ライン８を通じてバラストタンク９に貯留される。もっとも、バラストタンク９に海水を貯留する場合には、薬剤供給装置５から供給される薬剤が残存することが好ましい。これは、仮にバラストタンク９内に有害微生物が残存したとしても、残存する薬剤の効果によって、これらの微生物を殺滅することができるからである。薬剤を残存させる濃度は薬剤の種類、濃度、およびバラストタンク９の材質や塗装の種類によって適宜に決定し、この決定に基づいて中和剤供給装置７による中和剤の供給量を調整する。場合によっては、中和剤を供給しない場合もある。

なお、上記の例は海水をバラストタンク９に積み込む際に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処理をしないで、バラストタンク９から排出する際に処理する場合もある。この場合は、未処理のバラスト水を、バラスト水供給ライン１０を通じてろ過装置４に供給して、以降は上記と同様の処理を行う。もっとも、この場合には、ベンチュリ管装置６の上流側で薬剤が添加されたバラスト水を、処理水排水ライン１１を通じて海に排水することになるので、薬剤を完全に無害化する必要がある。そこで、この場合には、中和剤供給装置７によって供給する中和剤の量は、前述の処理水をバラストタンク９に供給する場合と違って、残存する薬剤が中和されバラスト水を排出する港湾の環境に対して影響のない状態にできる量にすることが必要である。
また、海水をバラストタンク９に積み込む際とバラストタンク９から排出する際との両方でバラスト水中の水生生物の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、ベンチュリ管装置６でろ過装置３を通過した水生生物に損傷を与えるかあるいは死滅させ、さらに薬剤の供給により水生生物や細菌類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、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り、また、薬剤処理や電気処理に耐性を有する微生物を効率的に殺滅することができる。

なお、図１に示した例は、バラスト水の無害化処理を取水時または／および排水時に行うことを想定しているが、取水時、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。

［実施の形態２］
図７は本発明の実施の形態２に係る水処理装置の説明図である。図７において、実施の形態１を示した図１と同一あるいは対応する部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態に係る水処理装置は、有害化学物質を含んだ被処理水を貯留する被処理水貯留タンク３３と、被処理水貯留タンク３３内の被処理水を後述のベンチュリ管装置６に送水するためのポンプ３と、ポンプ３の下流側に設けられてポンプ３によって送水される被処理水に有害化学物質を分解して無害化する薬剤を供給する薬剤供給装置５と、薬剤が供給された被処理水の供給を受けて該被処理水にキャビテーションを発生させるベンチュリ管装置６と、を備えている。

薬剤供給装置５から供給する薬剤としては、酸化力が強い薬剤が好ましく、二酸化塩素等が挙げられる。また、ベンチュリ管装置６は、実施の形態１に示したのと同様に、複数のベンチュリ管を並列配置してなるものである。

上記のように構成された本実施の形態において、被処理水貯留タンク３３に貯留された被処理水をポンプ３によってベンチュリ管装置６側に送水する。そして、ベンチュリ管装置６の上流で薬剤供給装置５によって薬剤を被処理水に供給する。供給された薬剤は、ベンチュリ管装置６の各ベンチュリ管ののど部に達するまでに、配管内で拡散する。
薬剤が拡散された被処理水は、ベンチュリ管装置６の各ベンチュリ管に流入すると、絞り部における流速の急上昇に伴って静圧が急激に低下する。そして、この部分の静圧が飽和水蒸気圧以下に低下すると、被処理水中に含まれていた微細な数多くのキャビテーション気泡核は、のど部の低圧に曝されて急激に成長する。さらに、広がり部における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は急激に崩壊する。

被処理水中に含まれる有害物質のうち、揮発性のあるものは、キャビテーション気泡の成長過程において、気泡と被処理水の気液界面を通して気泡中に取り込まれ、キャビテーション気泡崩壊時に発生する高温・高圧とＯＨラジカルの作用によって分解される。また、揮発性のない物質は、気泡中にはあまり取り込まれず、気液界面でキャビテーション気泡崩壊時に発生する高温、高圧に曝されることによって、分解される。さらに、有機物等の分子量の大きい物質は、キャビテーション気泡が近傍で崩壊することによる大きな乱れや衝撃圧、専断力、高温と、酸化力が強いＯＨラジカルの作用などで破壊・分解され、低分子化や可溶化され無害化される。
また、ベンチュリ管装置６を通過して水中に拡散された酸化力が強い薬剤により、被処理水中に含まれる有害物質が酸化、分解されて無害化される。

以上のように、本実施の形態においては、薬剤供給装置５から薬剤を供給し、複数のベンチュリ管を並列配置したベンチュリ管装置６に供給するようにしたので、キャビテーション気泡の崩壊作用やＯＨラジカルの作用などにより、被処理水の有害物質の無害化処理が効率的に行える。
また、キャビテーションの拡散作用により薬剤の水中への混合を促進するため、薬剤を注入するだけの場合に比べて薬剤の供給量を低減でき、また環境への影響を低減でき、さらに薬剤を無害化するための中和剤の供給を不要にするかまたは低減できる。

なお、上記の実施の形態の説明においては、薬剤供給装置５から供給する薬剤として酸化力が強い薬剤を例に挙げて説明したが、有害物を無害化する他の薬剤を使用しても、同様な効果が期待できるのは論をまたない。

本発明の一実施の形態であ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薬剤供給装置およびベンチュリ管装置の説明図である。本発明の一実施の形態に係る薬剤供給装置の要部の説明図である。本発明の一実施の形態に係る薬剤供給装置の要部の説明図である。本発明の一実施の形態に係るベンチュリ管装置の説明図である。本発明の一実施の形態に係るベンチュリ管装置の説明図である。本発明の他の実施の形態である水処理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薬剤供給装置、６ベンチュリ管装置、７中和剤供給装置、９バラストタンク。

Claims

海水をろ過して水生生物を捕捉するろ過装置と、海水中の細菌類を死滅させる薬剤をろ過された海水中に供給する薬剤供給装置と、薬剤が供給されたろ過水の供給を受けて該ろ過水中にキャビテーションを発生させるベンチュリ管装置とを備え、該ベンチュリ管装置は前記ろ過水の流路となる管内に複数のベンチュリ管を並列に配置してなり、
前記薬剤供給装置は前記ベンチュリ管装置の上流側に配置され、前記ろ過水を前記ベンチュリ管装置に供給する流路断面の半径方向と周方向のそれぞれの複数位置に薬剤を注入する薬剤注入部を有し、
前記ベンチュリ管の並列配置として、前記流路の中心に１個のベンチュリ管を配置し、その周囲の複数の同心円上に各同心円上に複数のベンチュリ管を配置するようにしていることを特徴とするバラスト水処理装置。
前記薬剤注入部は、中央が水路となる開口部を有するドーナツ状のブロック体と、一端側がブロック体に固定され、他端が開口部まで延出された複数の薬剤注入管を備え、該薬剤注入管は、その開口部側先端が開口して薬剤注入口をなし、薬剤注入口が開口部内の周方向と径方向に所定の間隔で配置されるように設けられ、薬剤注入口は上流側に向けて開口してい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。
ベンチュリ管ののど部におけるろ過水の流速を１０〜４０ｍ／ｓｅｃとするようにろ過水を送水するポンプを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のバラスト水処理装置。
ベンチュリ管の圧力損失水頭を５〜４０ｍとするようにろ過水を送水するポンプを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のバラスト水処理装置。
ベンチュリ管装置は、大径円柱ブロックに複数のベンチュリ形状開口部を切削加工により形成してなるか、または複数の貫通円孔を設けた大径円柱ホルダーに小径ベンチュリ管を挿入してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。