JP5551585B2 - バラスト水処理装置と該装置を使用したバラスト水無害化処理システム及びその方法 - 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の無害化処理に関する。

最近のグローバル化による貿易の急拡大と大型船舶の地球規模での運航に伴い、膨大なバラスト水（船舶の寄港地で給・排水される空船時のバランス用の水）が世界中にばらまかれ、これにより寄港地の湾岸生態系を乱すという問題がクローズアップされている。このため船舶のバラスト水及び沈殿物の規制とその管理のための国際条約が採択され、船舶のバラスト容量に応じたバラスト水処理基準（水質、高濃度の残留薬剤を含まないこと）を順守することが義務付けられるようになった。

その方法の１つとして、海水のバラストタンクへの注水に当たっては海水を濾過して海水中の動植物性プランクトン等比較的大型の水生生物を捕捉・除去する取水用濾過装置、濾過された海水中に殺菌剤（次亜塩素酸ナトリウム）を供給する殺菌成分混入装置（殺菌剤の直接投与又は海水の電気分解）、殺菌成分混入装置の下流側に設置され、殺菌剤が混入した濾過海水をベンチュリ効果によって拡散させると同時に濾過海水中の水生生物に対して損傷を与えるか死滅させるベンチュリ管、殺菌剤が混入したバラスト水の放出に当たって殺菌剤を分解する殺菌成分分解剤供給装置と、この殺菌成分分解剤供給装置の下流側に設置され、殺菌成分分解剤を拡散するベンチュリ管（注水時のものと兼用）とを備えたバラスト水処理装置（特許文献１、図２）が提案されている。また、ベンチュリ管を直列に接続し、最後列のベンチュリ管の下流にさらに殺菌剤を投入して殺菌力を増す場合も開示されている（特許文献１、図３）。

ここで、殺菌剤投与が前述のような海水の電気分解方式による場合、その方法は種々のものがある（例えば特許文献２）。バラスト水処理では、殺菌剤に濃淡が生じないように且つ迅速に大量のバラスト水を処理していく必要があり、単に海水の電気分解を行い、生成した殺菌剤を濾過海水に混入するという方式や殺菌剤の投与だけでは殺菌成分の濃度が不均一になって生き残るものが多くなり、バラスト処理としては不適切であった。特許文献１ではそのためにベンチュリ管を採用し、殺菌剤の均一拡散を図っている。

そして殺菌剤の濃度を所定値（細菌の繁殖を抑制する量）で保ちつつ次の寄港地まで航海し、そこで排水時に殺菌成分分解剤を投入して殺菌剤を分解するとしている。その場合、殺菌剤を完全に分解しようとすれば過剰の分解剤の投入が必要となってこれが排水に残留し、排水地の海水を汚染してしまうという問題がある。

なお、マイクロバブル発生用のベンチュリ管として従来より高効率のものとして喉部に開口する剪断流発生用の凹所を有する段付ベンチュリ管が開示されている（特許文献３）。

特開２００７−１４４３９１ 特開平０６−２５４５６７ 特開２００９−１３６８６４

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、単に通水するだけで大量のバラスト水に含まれている殺菌成分のかなりの量を分解して行くことが出来、殺菌成分分解剤或いは殺菌成分吸着剤のようなものの使用を出来る限り少なくすることが出来るバラスト水処理装置を提供することをその解決課題とし、付随的には前記バラスト水処理装置を使用することによってより簡便なバラスト水無害化処理システムを提供すること並びに該装置におけるバラスト水の処理方法の提供を解決課題とする。

請求項１にかかる発明は、
(1a) 取水口６からバラストタンク１に至る取水管７に設けられ、高圧圧送ポンプ９から取水した海水２の供給を受ける剪断流発生部３１と、接続配管３６を介して剪断流発生部３１に続いて設けられた旋回流発生部３７とで構成され、殺菌成分混入装置４を介してバラストタンク１へバラスト水２を供給するバラスト水処理装置３であって、
(1b) 剪断流発生部３１は、流れに従ってその横断面積を次第に減少する入口側縮径部３３ａ、入口側縮径部３３ａの下流側に設けられ、流れに従ってその横断面積を次第に増加する出口側拡径部３３ｃ、入口側縮径部３３ａと出口側拡径部３３ｃとを結ぶ喉部３３ｂ、及び喉部３３ｂに開口し、喉部３３ｂに通流する全容積の海水２にナノバブルを発生させる剪断流発生凹所３３ｄとで構成された段付ベンチュリ管３３を１乃至複数本並設して内蔵したものであり、
(1c) 旋回流発生部３７は、円筒状でその外周面に対して剪断流発生部３１の接続配管３６が傾斜して接続され、接続配管３６を通って大量に残留していたナノバブルを含む殺菌成分含有バラスト海水２が接続配管３６の傾斜に合わせて高速で流れ込み、内部でその内壁に沿って高速旋回流を形成すると共に出口方向に向かわせ、出口に於いて前記海水２を圧縮する本体円筒部３７ａ、その出口に流れ方向に沿ってその横断面積を次第に拡大する内周面が設けられ、再度急激な膨張による水圧減少により、ナノバブルのマイクロバブル化とマイクロバブルの破泡によるキャビテーションの発生促進と激しい乱流を生じさせ、殺菌成分混入装置４に向かう取水管７に接続するデフューザ配管３８とで構成されたことを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１のデフューザ配管３８に関するもので、デフューザ配管３８の内周面は流れ方向に沿ってその横断面積を段状に拡大する１乃至多段デフューザ３８ａ〜３８ｃとなっていることを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、請求項１の旋回流発生部３７に関するもので、旋回流発生部３７には本体円筒部３７ａの入口側上面３７ｃの中央部分に外気供給部３９が設置されていることを特徴とする。

請求項４にかかる発明は、請求項１に記載されたバラスト水処理装置３を使用したバラスト水無害化処理システムＡで、
(4a) バラスト水２を蓄えるバラストタンク１と、
(4b) 取水口６とバラストタンク１とを繋ぐ取水管７と、
(4c) 取水管７に設置された高圧圧送ポンプ９と、
(4d) 高圧圧送ポンプ９の下流側に設置され、請求項１に記載されたバラスト水処理装置３と、
(4e) バラスト水処理装置３の下流側に設けられ、バラスト水処理装置３から送られたバラスト水２に殺菌成分を混入させる殺菌成分混入装置４と、
(4f) バラストタンク１と高圧圧送ポンプ９の上流側の取水管７とを接続する揚水配管１７と、
(4g) バラスト水処理装置３の下流の取水管７から分岐した排水管１１と、
(4h) 排水管１１に設けられた残留殺菌成分除去装置１６と、
(4i) 取水管７と揚水配管１７との分岐部分Ｐ１に設けられ、取水時と揚水時の切替を行う通水切替弁Ｒ１と、
(4j) 取水管７と排水管１１との分岐部分Ｐ２に設けられ、取水時と排水時の切替を行う通水切替弁Ｒ２とで構成されたことを特徴とする。

請求項５にかかる発明は、請求項４に記載したバラスト水無害化処理システムＡによるバラスト水無害化処理方法で、
バラストタンク１への給水時では、取水した海水２を濾過した後、濾過海水２を請求項１に記載したバラスト水処理装置３に通し、然る後、該海水２に殺菌成分５を加えてからバラストタンク１に供給し、
バラストタンク１からの排水時では、バラストタンク１内の海水２を汲みだして請求項１に記載したバラスト水処理装置３に通し、続いて活性炭にて該海水２内の残留殺菌成分を除去した後、排水することを特徴とする。

本発明では、バラストタンク１への注水時において、取水した海水２を圧入するとバラスト水処理装置３内でナノバブルの大量発生と旋回流によるかなりの量のナノバブルのマイクロバブル化、残留ナノバブルやマイクロバブルの連鎖的破裂などが混在するカスケード場を生成させることができ、このカスケード場に微小動植物水生生物や菌類を含む海水２を通過させることで、前記水生生物等の全部或いはその大半を傷付け或いは殺滅することができるので、傷付きつつも生き残った水生生物等の更なる殺滅には少量の殺菌成分の混入で足ることになる。しかも、前記カスケード場を通過した生き残り水生生物等は大きなダメージを受けているので、時間の経過（最長５日）とともに前記殺菌成分の効果で次第に死滅して行く。ただ、前述のようなカスケード場に耐え得るようなシスト（一時的に小さな細胞体や幼生が厚い膜を被って休眠状態に入ったような状態のもの）が残留し、これらが長い航海中にバラストタンク１内での再活性化と増殖を起こす可能性もあるが、前記混入殺菌成分がこれを抑制する。

海外荷積港で荷積時にバラストタンク１内のバラスト水２を排水する場合、バラストタンク１のバラスト水２は殺菌成分を含むため、再度、バラスト水処理装置３によるある程度の殺菌成分の分解及び残留殺菌成分除去装置１６を通しての脱殺菌成分除去を行ってから排水する。これにより前述の殺菌成分やバラスト水２内に生存していたわずかな残留水生々物や細菌類もこのとき分解及び殺滅される。

本発明の配管系統図 本発明で使用するバラスト水処理装置の作動時で、図４のＸ−Ｘ部分断面図 図２のＹ−Ｙ断面図 図２のＺ−Ｚ部分断面図 本発明で使用する交流電気分解装置の概略断面図 バラスト水のナノバブル発生装置通流による殺菌成分分解・揮散状況を示す表

以下、本発明に係る海水無害化処理システムＡの１例について具体的に説明する。同システムＡの一例として、船舶のバラスト水の給排水装置や発電所の冷却設備に使用される給排水システムであるが、以下、船舶のバラスト水の給排水用を代表例として説明する。なお、発電所の冷却システムの場合は、船舶を発電所、バラストタンクを冷却水貯留タンク、バラスト水を冷却水と読み替えるものとする。

バラストタンク１は船舶の船首部分から船尾近傍部分にかけて船底に設けられたバラスト水２を蓄えるためのタンクで、内部に多数の連通孔１１２を有する縦横の仕切り壁１１１が設けられ、図示しない配水設備でバラストタンク１内のバラスト水２の量が調整され、船舶のバランスを保つようになっている。

取水口６と排水口１２は船側部に設けられており、取水管７にて取水口６とバラストタンク１とが繋がれており、取水管７の取水口６又はその近傍部には取水用濾過装置Ｆ１が設置され、更に取水用濾過装置Ｆ１に続いて高圧圧送ポンプ９、バラスト水処理装置３、殺菌成分混入装置４が設置されている。そして、取水用濾過装置Ｆ１と高圧圧送ポンプ９との間の分岐部分Ｐ１において揚水配管１７が取水管７に接続されており、バラストタンク１のバラスト水２を揚水するようになっている。そして前記分岐部分Ｐ１には通水切替弁Ｒ１が設けられている。高圧圧送ポンプ９の下流側にはバラスト水処理装置３が設けられており、バラスト水処理装置３の下流側には殺菌成分混入装置４が設けられていて、殺菌成分混入装置４から引き出された取水管７がバラストタンク１に繋がっている。そして、バラスト水処理装置３と殺菌成分混入装置４との間の分岐部分Ｐ２に排水管１１が設けられており排水口１２に接続されている。前記分岐部分Ｐ２には通水切替弁Ｒ２が設けられている。前記排水口１２またはその近傍部に排水用濾過装置Ｆ２が設置され、排水用濾過装置Ｆ２の上流側にて排水管１１に殺菌成分除去処理部１６が設置されている。殺菌成分除去処理部１６の充填剤としては海洋投棄前にバラスト水処理装置３により分解処理し切れずに残留した殺菌成分を吸着する活性炭のようなものが考えられる。

通水切替弁Ｒ１、Ｒ２は通水方向を切り替えるもので、通常、三方電磁切替弁が使用される。図の実施例の場合、分岐部分Ｐ１、Ｐ２に通水切替弁Ｒ１、Ｒ２と同じ働きをする一対の開閉弁Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂがそれぞれに設置されるように表示している。ここで開閉弁Ｒ１ａは取水口６側の濾過装置Ｆ１から分岐部分Ｐ１との間に設けられており、開閉弁Ｒ１ｂは揚水配管１７に設けられている。開閉弁Ｒ２ａは分岐部分Ｐ２と殺菌成分混入装置４ととの間、開閉弁Ｒ２ｂは排水管１１に設けられている。

取水用濾過装置Ｆ１は粗濾過部と微細濾過部に分かれており、粗濾過部は、船側部の取水口６から取水された海水２中の大小様々なごみなどの夾雑物、くらげや海藻類などの水生生物の内、粗大物を除去し、粗濾過部に続いて設けられた微細濾過部では海水２中に存在する動植物プランクトン類を或る程度補足する。同様に排水用濾過装置Ｆ２はバラストタンク１から揚水されたバラスト水２内の夾雑物その他を濾過する。

高圧圧送ポンプ９の下流側に設けられたバラスト水処理装置３は、入口側から剪断流発生部３１、これに続き、その本体円筒部３７ａの出口に接続されたデフューザ配管３８を有する旋回流発生部３７とで構成され、その一例は図２〜４に示すようなものである。剪断流発生部３１は、前室３１ａ、多数の段付ベンチュリ管３３が並設装着されている後室３１ｂ、後室３１ｂと旋回流発生部３７とを繋ぐ接続配管３６とで構成されている。前室３１ａは高圧圧送ポンプ９からの配管（取水管７）に接続される部分で、前室３１ａ内に開口する複数の並列配置された段付ベンチュリ管３３の入口３４をカバーするための内径が拡張された有底円筒状のもので、底部分に前記取水管７が接続され、開口側が後室３１ｂとフランジ接続されている。

後室３１ｂは前室３１ａと同様の有底円筒状のもので、入口側の開口部分を閉塞する仕切板３１ｃに複数の段付ベンチュリ管３３が並列して挿通設置されている。そして、後室３１ｂの後面３１ｄから接続配管３６が導出され、旋回流発生部３７の本体円筒部３７ａの出口側外周面に対して前記接続配管３６が傾斜して接続されている。その接続角度は旋回流発生部３７の本体円筒部３７ａの出口側外周面に対して傾斜して（例えば、接線方向）に接続されている。

段付ベンチュリ管３３は、入口３４は多角形（前記多角形は入口３４間に流れに対して直角な状態となって流路抵抗となる平面部が発生しないように仕切板３１ｃのほぼ全面に密に並設出来れば良く、これらには３〜６角形があり、ここでは６角形が選択され、これらをハニカム状に配列している。勿論、入口３４は多角形でなく、図示しないが円形でもよく、この場合は互いに近接する円形入口の間に仕切板３１ｃが位置することになるので、この部分が抵抗となって前室３１ａ側での圧損が若干大きくなる。）で、入口３４から喉部３３ｂに向かって次第にその内径を縮径しつつその断面形状を円形に変化させ、入口３４から喉部３３ｂに向かって流線型を構成する入口側縮径部３３ａ、短くて中空細円筒状の喉部３３ｂ、喉部３３ｂから出口方向に向かってその内径を拡径して行く断面形状円形の出口側拡径部３３ｃ及び喉部３３ｂに開口している剪断流発生凹所３３ｄとで構成されており、剪断流発生凹所３３ｄはこの場合、喉部３３ｂ全周にわたって開口する円盤状の空隙である。剪断流発生凹所３３ｄの開口幅やサイズ(深さ)を調節することによって喉部３３ｂに通流する全容積の海水２にナノバブルを発生させることができる。

旋回流発生部３７は、円筒状の本体円筒部３７ａと出口に設けられたデフューザ配管３８及び必要に応じて設けられる外気供給部３９で構成される。外気供給部３９は本体円筒部３７ａの上面３７ｃの中央部分に接続された配管３９ｃ、これに取り付けられた外気供給開閉弁３９ａと外気供給ポンプ３９ｂとで構成されている。勿論、作動中の旋回流発生部３７の内部が負圧の場合には外気供給ポンプ３９ｂを設けることなく、配管３９ｃによる自然吸気とすることも可能である。前記配管３９ｃは本体円筒部３７ａの中心軸に合わせて設けられ、外気が本体円筒部３７ａ内に供給されるようになっている。なお、図の実施例では配管３９ｃに繋がる給気孔が１であるが、これに限られず、上面３７ｃ全面に設け、配管３９ｃをこれらに接続するようにしてもよい。

デフューザ配管３８は本体円筒部３７ａの出口側の下面３７ｂの中央に設けられ、その内面には内径が流れに従って次第にその断面積を、図示しないが滑らかな面のラッパ型或いは図示しないが１段又は図３のような複数にて段状に増加しつつその断面形状は円形を呈する多段デフューザ３８ａ〜３８ｃが設けられ、取水管７に接続されている。

本実施例ではバラスト水処理装置３は１基としているが、処理海水量によっては複数台を並列に併設してもよいし、連続してナノバブル処理を行う場合は直列に設置してもよい。また、並列に設置される段付ベンチュリ管３３の数は適宜な数が選ばれる。段付ベンチュリ管３３の数が１の場合、前室３１ａ及び後室３１ｂを省略して取水管７や接続配管３６を直接段付ベンチュリ管３３の入口３４や出口３５に接続することができる。

ここで、バラスト水処理装置３の排水時における脱塩素作用及び取水時の水生々物等にダメージを与える作用を説明する。バラストタンク１から揚水されたバラスト海水２は高圧圧送ポンプ９にて入口側縮径部３３ａから喉部３３ｂに向かって急速に加圧されつつ押し込まれ、剪断流発生凹所３３ｄで急に膨張して激しい剪断流を生じさせ、外部からの空気を吸引することなしで剪断流発生凹所３３ｄにおける流体的共鳴現象を利用してエネルギの集中と急開放を実現して大量のナノバブルを発生させる。ナノバブルは強い表面張力を持つ気泡で殆ど体積ゼロの状態で水の中に存在している。発生した大量のナノバブルの一部は出口側拡径部３３ｃ内において圧力の減少と共に急膨張（リバウンド）し、その一部は圧力の急回復時に気泡サイズが急縮小して破裂時にマイクロジェットと衝撃波を生成する。残部は後室３１ｂ、接続配管３６を通ってこれに続く旋回流発生部３７に流入する。

旋回流発生部３７では大量に残留していたナノバブルを含む殺菌成分含有バラスト海水２が接続配管３６の傾斜に合わせて高速で流れ込み、旋回流発生部３７の内壁に沿って高速旋回しつつ出口であるデフューザ配管３８方向に移動し、この過程で激しい旋回流を形成する。そしてこの高速旋回の遠心力によって本体円筒部３７ａの中心部分の圧力より外周部分の圧力が高くなる。

なお、旋回流発生部３７では外気供給部３９から外気を吸引する場合と吸引しない場合があり、吸引してない場合は外気導入がないから本体円筒部３７ａ内の圧力が低下する。一方、外気を吸引すると、その分、本体円筒部３７ａ内の圧力はあまり低下しない。代わりに多量のMNバブル（マイクロ・ナノバブルで、内部が空気）を発生させることになる。また、本体円筒部３７a内の旋回流による中心部分の圧力が十分低ければ自然吸引となり、不十分であれば外気供給ポンプ３９ｂによる強制吸気となる。

強制給気の場合、外気供給部３９の開閉弁３９ａを開き、作動させた外気供給ポンプ３９ｂからの空気を旋回流発生部３７に圧入すると（或いは自然吸引により外気が吸引される場合も同じ）、配管３０ｃの出口部分で空気が殺菌成分含有バラスト海水２と混じり合った大量の泡を含む気液混合液となり、前述の接続配管３６からの旋回流に乗ってその外気供給部３９の中心軸にある程度沿って旋回しつつ出口に向かって進む。

そして吸引した空気のある程度サイズの大きい泡部分と、殺菌成分含有バラスト海水２である液体部分との間に比重差が発生するため、液体部分に遠心力が作用し、泡部分には向心力が作用して気液分離がある程度起こり、多量の泡が中心において集合してその太さを変えつつ且つ紐状を呈しつつ出口方向に移動し、その間、液体部分の高速旋回による旋回流で泡の一部が微細に剪断分割されてナノバブルを含む微細バブルの大量発生と急速な拡散が本体円筒部３７ａ中で生じる。

外気導入をしなかった場合には、大量に残留した段付ベンチュリ管３３からの大量のナノバブルは旋回流の低圧部分で成長してマイクロバブル化（リバウンド）する。

そして、その出口３７ｄにおいて圧縮された後、デフューザ配管３８において再度急激な膨張による水圧減少により、ナノバブルのマイクロバブル化とマイクロバブルの破泡によるキャビテーションの発生促進と激しい乱流が生じる。デフューザ配管３８が１又は多段デフューザ３８ａ〜３８ｃの場合、これを通過する際の１又は何段にもわたる急激な階段状の膨張による内周面全周における水圧減少により、その角部に於いてキャビテーションの発生促進と激しい乱流が生じ、そして下流側の取水管７に流れ込む。この間、大量のマイクロバブル化した泡が連続的に破泡して出口側拡径部３３ｃや本体円筒部３７ａ内での破泡作用よりも激しい衝撃圧（破泡するときに泡の一側面が他側面に向かって槍のように突出して高圧を生成する現象）、剪断力、高温、化学的作用（酸化力の強いＯＨラジカル、即ち、活性酸素）を発生する。そして、これらによって、海水２中の次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）の（ＣｌＯ^―）を或る程度分解して無害化する。旋回流発生部３７での外気導入によるエアレーション効果は分解生成物の気化除去に貢献する（図６）。この点は注水時の場合も同様で、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て損傷を与え、その後に供給された殺菌成分により水生々物や菌類をより容易に殺滅する。

以上のように、バラスト水処理装置３では、段付ベンチュリ管３３からデフューザ配管３８に至る後述するカスケード場において、ナノバブルのマイクロバブル以上の大きさへの急成長と連鎖的に起こる破泡が生じ、マイクロジェットと衝撃波の連鎖の場（カスケード）を生じる。

前記カスケード場とは、大量のナノバブルが介在し、激しいキャビテーションを繰り広げる急激な圧力変動の場を言い、ここでは剪断流発生凹所３３ｄで大量のナノバブルが発生し、出口側の喉部３３ｂで圧縮された後、膨張場である出口側拡径部３３ｃから後室３１ｂや接続配管３６へと続く水圧が減少した負の圧力場へと続き、本体円筒部３７ａにおける旋回流の遠心力が加わる外周領域の正の圧力場と旋回流の中心部分からデフューザ配管３８に至る水圧減少の負の圧力場へと急激に変化する場を言う。

なお、前記キャビテーション（別名常温沸騰現象とも呼ばれる）は、金属表面さえ破壊する強烈な流体現象（キャビテーション・エロージョン）で、物理的には圧力回復の場におけるその崩壊過程で強干渉により非対象縮小を開始し、最終的には数１００ｍ／秒という激しいマイクロジェットと衝撃波を発生させる。前述のように衝撃波は周辺の生き残り水生々物や菌類を破壊すると同時に、別の気泡の崩壊を連鎖的に促進させる。更に、電気化学的、あるいは物理化学的に（ＣｌＯ^―）を無害化する（図６参照）。

バラスト水処理装置３に続く殺菌成分混入装置４は、バラスト水処理装置３のカスケード場を通過して辛うじて生き残った水生々物類を最長５日間で完全に殺滅する（ＩＭＯ基準）のに十分な量の殺菌成分を混入するための装置で、次亜塩素酸ナトリウムを適量混入するような装置やバラスト海水２を電気分解して次亜塩素酸ナトリウムを生成させるような装置である。本実施例では殺菌成分は次亜塩素酸ナトリウムをその代表例とし、殺菌成分混入装置４は交流電気分解装置をその代表例として説明する。交流電気分解装置４には、その１つを接地電極、他を正・負電極とした３電極（３極交流式）を１組（又は、接地電極なしで正・負電極を１組＝２極交流式）とし、これを１乃至複数組設けたものが使用される。ここでは３極交流式海水電気分解装置をその代表例として説明する。

本実施例の交流電気分解装置４はインライン方式で、電極４１ａ〜４１ｃに処理海水２の全量を通過させるために内部において電極４１ａ〜４１ｃを固定する２重構造となっている。電極４１ａ〜４１ｃはチタン又はステンレス製で全体が多孔平板状（例えばラス網、パンチングメタル）に形成され、プラチナメッキが施されている。そして、内管４２の出口側端部に電極４１ａ〜４１ｃが所定の間隔（等距離）を空けて取り付けられており、更にこれら電極４１ａ〜４１ｃの外周は外管４３の内面に接しており、外管４３と内管４２との間を通る海水２は全量が前述のように電極４１ａ〜４１ｃの網目を通過するように構成されている。前記外管４３は取水管７に接続されている。

内管４２の入口側から中央部分にかけての部分には通水用の貫通孔４４が多数形成され、更に内管４２と外管４３との間には入口側において内管４２を外管４３の中心に保持するための支持柱４５が３方向に放射状に設けられている。そして内管４２内には貫通孔４４を超えた部分と終端部分に閉塞板４６、４７が取り付けられている。各電極４１ａ〜４１ｃには制御部１５に接続される配線が設けられ、内管４２と外管４３とを繋ぎ、出口部分において内管４２を外管４３の中心に保持する支持管柱４８を通って外部に導出されている。

本実施例では交流電気分解装置４は１基であるが、必要に応じて直列または並列にて複数基を設置することもできる。なお、この場合は電極４１ａ〜４１ｃを取り付けるために内管４２を設けるようになっているが、外管４３の内周面あるいはその他の方法により電極４１ａ〜４１ｃを外管４３内で固定できるのであれば、内管４２は必ずしも必要とはされない。

以上のように構成された本実施例を説明する。荷下港では、荷下しに連れて軽くなった船舶の喫水が必要以上に上がらないようにバラストタンク１に海水２を注水することが行われる。その場合、取水管７だけに海水２が通流するように、開閉弁Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂを閉じ、開閉弁Ｒ１ａ、Ｒ２ａを開く。この状態で高圧圧送ポンプ９を作動させて取水口６から海水を船内に取り込む。その際、前述のように濾過装置Ｆ１によって海水中に存在する大小様々な夾雑物、粗大水生生物、動物プランクトン、植物プランクトン等が除去される。これら捕捉水生生物等は逆洗により荷下港の海に戻される。

取水用の濾過装置Ｆ１を通ったバラスト海水２は高圧圧送ポンプ９により取水管７を通過してその全量がナノバブル発生装置３に供給される。バラスト水処理装置３の旋回流発生部３７では必要に応じて開閉弁３９ａを開放し、外気供給ポンプ３９ｂを作動させて（或いは自然吸気で）外気を供給している。そしてバラスト水処理装置３において上述したメカニズムによりバラスト海水２中に微細なナノバブル、これが成長したマイクロバブルが無数に発生し、これが急激に崩壊することによりバラスト海水２中の水生々物等の全部或いはその大半がダメージ、即ち、殺滅又は傷付けられる。なお、注水時（勿論、排水時も同様であるが）には外気導入用の開閉弁３９ａを閉じ、前記キャビテーション効果だけを利用する場合もある。バラスト水処理装置３では前述のカスケード場が作られて海水２はその中を通過することになるから、海水中２の水生々物等の全部又はその大半は大きく傷付き或いは死滅する。そしてこれに続く殺菌成分混入装置４で傷付いた水生々物等をバラストタンク１内で最長５日で死滅させるに必要な最小濃度の塩素（３ｍｇ／Ｌ）となる次亜塩素酸ナトリウムを加え、バラストタンク１に塩素含有海水２を投入する。傷付いた水生々物等はバラストタンク１内において該塩素により急速にダメージが深まり死滅する。これにより塩素は消費されて１ｍｇ／Ｌ程度の濃度に低下する。この残留塩素はなお生存している水生々物等やそのシストの再活性化や繁殖を抑制する働きをする。

次の寄港地に着くと荷を積み込む事になる。積み込みに合わせて船体が沈むのでその分バラスト水２を寄港地に放出しなければならない。そこで開閉弁Ｒ１ａ、Ｒ２ａを閉じ、開閉弁Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂを開いた状態で高圧圧送ポンプ９を作動させてバラスト水２を汲み上げ、全量をバラスト水処理装置３に通して残留塩素を分解し、続いて排水側濾過装置Ｆ２の直前で放出バラスト水２を殺菌成分除去処理部１６の活性炭にて吸着処理して分解し切れなかった残留塩素を除去し、排水側濾過装置Ｆ２で濾過した後、海中投棄する。

図６は本発明に係るナノバブル発生装置による残留塩素の分解作用を示す試験データで、排水時の残留塩素の分解を想定している。ナノバブル発生装置３を使用せず、次亜塩素酸ナトリウムの投与だけで水生々物等を投与後少なくとも５日間で絶滅させるには、１２ｍｇ／Ｌ以上の塩素濃度にする必要があるが、ナノバブル発生装置を使用した場合、投与後少なくとも５日間で絶滅させるには、投与時の塩素濃度として、最小３ｍｇ／Ｌの濃度で足りた。そして、５日経過した状態に於けるバラストタンク内に残留している遊離残留塩素の濃度は１ｍｇ／Ｌとした。海水中の遊離残留塩素の測定には残留塩素計（テクノエコー株式会社製）を使用する。ここで、遊離残留塩素とは検水（バラストタンク内の海水）中に存在する塩素ガス（Ｃｌ₂）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）及び次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ^-）を指す。

実験に供した海水の塩分濃度は３．６４ｍｇ／Ｌ、水温が４．３℃、試験環境の気温が７℃、同湿度が４２％、残留塩素濃度が１．０ｍｇ／Ｌの海水を高圧圧送ポンプで揚水し、ナノバブル発生装置を通過させた。その時の流量は１３８Ｌ／分である。

ナノバブル発生装置３は、デフューザ管３８として１段のものと２段のものを用意し、外気供給部３９から、外気を本体円筒部３７ａに導入しない場合（外気吸引なし）と、導入する場合（外気吸引あり）とに分けて試験した。ナノバブル発生装置３に使用した段付ベンチュリ管３３の本数は１５である。

試験結果は図６の通りで、いずれの場合でも脱塩素効果は認められ、特に、１段式（外気吸引あり）の場合の残留塩素濃度が０．６ｍｇ／Ｌ（０．４ｍｇ／Ｌが分解除去）と最も優れていた。従って、本発明のナノバブル発生装置３を使用することにより、排水時では残留塩素濃度の吸着用の活性炭の使用量を大幅に削減でき、給水時では、既述のように水生々物等に大きなダメージを与えることが出来て、殺水生々物・殺菌用の次亜塩素酸ナトリウムの使用量を減少させることができる。

Ａ バラスト水無害化処理システム
Ｐ１、Ｐ２ 分岐部分
Ｒ１、Ｒ２ 通水切替弁
１ バラストタンク
２ 海水
３ バラスト水処理装置（ナノバブル発生装置）
３３ 段付ベンチュリ管
３３ｂ 喉部
３３ｄ 剪断流発生凹所
３７ 旋回流発生部
３９ 外気供給部
４ 交流電気分解装置
４１ａ〜４１ｃ 交流電極
４３ 外管
６ 取水口
７ 取水管
９ 高圧圧送ポンプ
１１ 排水管
１２ 排水口
１５ 制御部
１６ 殺菌成分除去処理部
１７ 揚水配管

Claims (5)

1. (1a) 取水口からバラストタンクに至る取水管に設けられ、高圧圧送ポンプから取水した海水の供給を受ける剪断流発生部と、接続配管を介して剪断流発生部に続いて設けられた旋回流発生部とで構成され、殺菌成分混入装置を介してバラストタンクへバラスト水を供給するバラスト水処理装置であって、
   (1b) 剪断流発生部は、流れに従ってその横断面積を次第に減少する入口側縮径部、入口側縮径部の下流側に設けられ、流れに従ってその横断面積を次第に増加する出口側拡径部、入口側縮径部と出口側拡径部とを結ぶ喉部、及び喉部に開口し、喉部に通流する全容積の海水にナノバブルを発生させる剪断流発生凹所とで構成された段付ベンチュリ管を１乃至複数本並設して内蔵したものであり、
   (1c) 旋回流発生部は、円筒状でその外周面に対して剪断流発生部の接続配管が傾斜して接続され、接続配管を通って大量に残留していたナノバブルを含む殺菌成分含有バラスト海水が接続配管の傾斜に合わせて高速で流れ込み、内部でその内壁に沿って高速旋回流を形成すると共に出口方向に向かわせ、出口に於いて前記海水を圧縮する本体円筒部、その出口に流れ方向に沿ってその横断面積を次第に拡大する内周面が設けられ、再度急激な膨張による水圧減少により、ナノバブルのマイクロバブル化とマイクロバブルの破泡によるキャビテーションの発生促進と激しい乱流を生じさせ、殺菌成分混入装置に向かう取水管に接続するデフューザ配管とで構成されたことを特徴とするバラスト水処理装置。
2. デフューザ配管の内周面は流れ方向に沿ってその横断面積を段状に拡大する１乃至多段デフューザとなっ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。
3. 旋回流発生部には本体円筒部の入口側上面の中央部分に外気供給部が設置され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。
4. 請求項１に記載されたバラスト水処理装置を使用したバラスト水無害化処理システムで、
   (4a) バラスト水を蓄えるバラストタンクと、
   (4b) 取水口とバラストタンクとを繋ぐ取水管と、
   (4c) 取水管に設置された高圧圧送ポンプと、
   (4d) 高圧圧送ポンプの下流側に設置され、請求項１に記載されたバラスト水処理装置と、
   (4e) バラスト水処理装置の下流側に設けられ、バラスト水処理装置から送られたバラスト水に殺菌成分を混入させる殺菌成分混入装置と、
   (4f) バラストタンクと高圧圧送ポンプの上流側の取水管とを接続する揚水配管と、
   (4g) バラスト水処理装置の下流の取水管から分岐した排水管と、
   (4h) 排水管に設けられた残留殺菌成分除去装置と、
   (4i) 取水管と揚水配管との分岐部分に設けられ、取水時と揚水時の切替を行う通水切替弁と、
   (4j) 取水管と排水管との分岐部分に設けられ、取水時と排水時の切替を行う通水切替弁とで構成されたことを特徴とするバラスト水無害化処理システム。
5. 請求項１に記載されたバラスト水処理装置を使用してバラストタンクへの給水とバラストタンクからの排水を行うバラスト水無害化処理方法であって、
   バラストタンクへの給水時では、取水した海水を濾過した後、濾過海水をバラスト水処理装置に通し、然る後、該海水に殺菌成分を加えてからバラストタンクに供給し、
   バラストタンクからの排水時では、バラストタンク内の海水を汲みだしてバラスト水処理装置に通し、続いて活性炭にて該海水内の残留殺菌成分を除去した後、排水することを特徴とするバラスト水無害化処理方法。

Images