JP5723088B2

JP5723088B2 - バラスト水製造装置

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Publication number: JP5723088B2
Application number: JP2009205570A
Authority: JP
Inventors: 井上　敬道; 敬道井上; 康宏田島; 西山　正一; 正一西山
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: JP2010207796A; JP2010207795A; JP5764285B2

Description

本発明は、例えば貨物船のような船舶に搭載されるバラスト水の製造を行う装置に関するものである。

例えば、船舶、特に貨物船では、積荷を搭載していないときは、船の重心を下げるために、船内に設けたバラストタンクに海水などを積んで船体を安定させる対策が取られている。バラスト水は立ち寄る港で荷物を積載する際に船外へ排出されるが、外航船では、バラスト水に含まれる水生生物が多国間を行き来し、外来種として生態系に影響を与える問題が指摘されている。

近年、このようなバラスト水に関する問題を解決するために、国際的にバラスト水排出規則の取り組みが行われている。具体的には、バラスト水中に含まれる５０μｍ以上のプランクトン（主に動物性プランクトン）、１０〜５０μｍのプランクトン（主に植物性プランクトン）および菌類（大腸菌、腸球菌等）の数を規制するものである。これらの規制を満たすための処理方法は、通常、フィルトレーション、高速・高圧のジェット流によりプランクトンを死滅させるキャビテーションなどの機械的処理と、薬剤、オゾンなどを投入する化学的処理とを組み合わせて行われる（例えば、非特許文献１）。

海事総合誌隔月間コンパス２００７年９月号３２〜３９頁

上述の従来のバラスト水製造装置では、フィルトレーション用のフィルタの孔径は比較的大きい５０μｍ程度であった。これは、孔径が小さいと目詰まりが起こり易くなり、これを避けるためにフィルタのろ過面積を大きくする必要があるので、装置が大型化して船舶の搭載に不利となるからである。そこで、５０μｍ以下のプランクトンは、高速高圧でスクリーンに海水を吹き付けてプランクトンをすり潰すキャビテーションや、薬剤投与によって処理している。

しかしながら、キャビテーションによる処理では、高速高圧で海水を吹き付けるので、動力が過大になるうえに、プランクトンの数を必要以上に減らしてしまうので、バラスト水積込み側の海洋の生態系に影響を与える恐れがある。また、薬剤等でプランクトンを処理する場合は、多量の薬剤が必要となり、毎回の処理費用が高額となってしまう。

また、上記処理手段以外に紫外線を照射して処理する方法が知られているが、海水中の浮遊粒子などによって紫外線の強度が低下するから、その対策として、紫外線ランプの本数を増やすことが必要となり、装置の大型化および消費電力の増大につながっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、海中に生息するプランクトンを可能な限り損傷させることなく船外へ戻すことができ、かつ小型で処理コストを低く抑えることのできるバラスト水製造装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るバラスト水製造装置は、ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットと、前記ろ過ユニットでろ過されたろ過水に紫外線を照射する紫外線照射ユニットとを備えたバラスト水製造装置であって、前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、前記ろ材が孔径１〜２５μｍのデプスフィルタである。逆洗用の流体としては、気体や液体が用いられ、好ましくは気体であり、より好ましくは、空気、窒素等の不活性ガスである。

孔径は、以下のように定義される。一定の直径を有する粒子、好ましくは球状ポリスチレンまたはガラスビーズを水中に１００００個／Ｌ添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に２５℃、１．０ｍ³／ｈの条件で通水させ、デプスフィルタを透過した粒子数を光学式カウンターで測定し、通水前後の液中に存在する粒子数の差を通水前の液に存在する粒子数で除して得られる捕集率（Ｒ％）を複数の粒子について測定し、その測定値を元にして下記の近似式（１）において、Ｒが８０となる粒子の直径（Ｓ）の値を求め、これを孔径とする。
Ｒ＝１００／（１−ｍ×ｅｘｐ[−ａ×ｌｏｇ（Ｓ）]）（１）
ここで、ｍ，ａは、デプスフィルタの性状により決まる定数である。
例えば、粒子の直径が１μｍの場合は、球形ポリスチレン微粒子（１００００個／Ｌ）を添加した液を、デプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に上記の条件で通水させることで測定が可能である。

この構成によれば、ろ材にデプスフィルタを用いているので、サーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用できるので、ろ材の交換頻度を少なくして、維持管理費用を抑えることができる。さらに、デプスフィルタの孔径が１〜２５μｍであるので、大部分のプランクトンを生かしたまま捕捉して船外へ排出することができ、バラスト水積込み側の海洋の生態系を壊さないうえに、従来のようなプランクトンを処理するためのキャビテーションや薬剤投与の必要がなくなるから、動力の消費電力量や薬剤の使用量が少なくて済み、その結果、小型で処理費用の安いシステムを構築することができる。また、このように海水中のプランクトンの大部分がデプスフィルタによって予め除去されることで、紫外線の強度が低下するのが抑制されるから、紫外線の照射量が少なくて済むので、例えば、紫外線ランプの本数を減らすことにより、さらなる装置の小型化および消費電力の減少が達成される。

本発明において、前記ろ材が孔径１〜１０μｍのデプスフィルタであることが好ましい。一般に大型のプランクトンほど殺滅するのに多量の紫外線エネルギーが必要で、プランクトン類の殺滅にはバクテリア類の殺滅に比べて極めて多量の照射エネルギーが必要となる。したがって、紫外線を照射する前にプランクトン類をできるだけ除去することは、紫外線照射ユニットの小型化および消費電力の減少にとって極めて重要である。この構成のろ過ユニットでは、５０μｍ以上の大型のプランクトンをほぼ全量除去することができ、１０μｍ以上の小型プランクトンの大部分を除去できる。また、プランクトンだけではなく、１μｍ程度までの大きさの浮遊粒子（ＳＳ成分）も除去するとこができる。これにより、原水中の濁度は大幅に低下し、透明度が格段に上昇する。その結果、紫外線の照射時に、紫外線の原水中の透過度が大きく向上し、紫外線の透過度が向上することで、紫外線の照射量を低減させることができるので、ユニットの小型化および消費電力の減少が達成される。また、紫外線ランプ表面に付着する汚れが著しく減少し、ユニットのメンテナンス性を向上させることができる。

本発明において、前記ろ材が前記ろ過水取出口に向かって斜め上方へ２０〜７０°の傾斜角で傾斜するように配置することもできる。この構成によれば、ろ過水取出口側に位置する、デプスフィルタの開口端が斜め上方に開口することになるので、低位のデプスフィルタの閉止端付近の空気が開口端から抜けるから、デプスフィルタ内に空気が残るのを防いで、デプスフィルタの全体を使って効率的にろ過を行うことができる。

本発明に係るバラスト水の製造方法は、本発明のバラスト水製造装置を用いたバラスト水製造方法であって、前記ろ材からバラストタンクへのろ過水の供給およびろ材への流体の供給を停止した状態で、前記ろ過ユニットを経て前記排出口から流体を原水とともに排出する準備工程と、ろ材からの原水の排出とろ材への流体供給とを停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、バラストタンクへのろ過水の供給を停止した状態で、ろ材に原水を供給しながら、ろ過水側からろ材へ流体を供給し、この流体を前記原水とともに前記排出口から前記排出通路を経て船舶の外部へ排出する逆洗工程とを備えている。ろ過ユニットで処理された処理水は、紫外線照射ユニットにより、菌類（大腸菌、腸球菌等）が除去される。

この構成によれば、海中に生息するプランクトンを可能な限り損傷させることなく船外へ戻すことができ、かつ小型で処理コストを低く抑えることができる。また、ろ過ユニットへは原水が常に供給されているので、通路内に急激な圧力変動が起こるのを避けることができ、水撃の発生を防止することができる。さらに、逆洗工程においても原水がろ過ユニットへ供給されるので、逆洗用流体を原水供給側に逆流させることなく、スムーズに排水できる。

本発明のバラスト水製造装置によれば、逆流洗浄を行うことで、ろ材のろ過性能を回復させて使用することができ、維持管理費用を抑えることができる。また、逆流洗浄中もろ過ユニットに原水が常に供給されているので、逆洗用流体を原水供給側に逆流させることなく、スムーズに排水できる。また、大部分のプランクトンを生かしたまま捕捉することができ、バラスト水積込み側の海洋の生態系を壊さないうえに、動力の消費電力量や薬剤の使用量が少なくて済み、その結果、小型で処理費用の安いシステムを構築することができる。また、このように海水中のプランクトンの大部分が紫外線照射前に除去されることで、紫外線の強度が低下するのが抑制されるから、紫外線ランプの本数が少なくて済み、さらなる装置の小型化および消費電力の減少が達成される。

本発明の第１実施形態に係るろ過ユニットを備えたバラスト水製造装置の系統図である。同上ろ過ユニットの拡大断面図である。同上ろ過システムの運転工程表である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るろ過ユニットを備えた船舶のバラスト水製造装置の概略系統図である。バラスト水製造装置１は船舶Ｓ内に設置されており、原水ＲＷを船舶Ｓ内に取り込むバラストポンプ２と、船舶内に取り込まれた原水ＲＷをろ過するろ過ユニット４と、ろ過ユニット４でろ過されたろ過水ＦＷに紫外線を照射する紫外線照射ユニット３とを備えている。ろ過ユニット４には、バラストポンプ２により原水ＲＷが供給される原水通路５と、ろ過ユニット４からのろ過水ＦＷを船舶Ｓ内に設置されたバラストタンク６に供給する送水通路８と、ろ過ユニット４内の原水ＲＷを後述する圧縮空気Ａとともに船外へ排出する排出通路１４とが接続され、送水通路８にはろ過ユニット４へ圧縮空気Ａを供給する流体供給通路１２が接続されている。さらに、送水通路８がろ過ユニット４に接続されるろ過水取出口１６（後述する）には、排出通路１４に連なるエア抜き用通路１９が接続されている。これにより、船舶Ｓに搭載済みの既存のバラスト水製造装置に対して、そのろ過ユニットを本発明のろ過ユニット４に交換し、さらに既存の送水通路に流体供給通路１２を接続することで、既存のバラスト水製造装置にも本発明を容易に適用できる。

各通路５，８，１２，１４，１９は配管により形成されている。ろ過ユニット４は、筒形の筐体９内にろ過膜を形成するろ材であるデプスフィルタ１０が収納されている。本実施形態では、バラストポンプ２は船舶に搭載されているが、船外に設けられてもよく、例えば、港に設置されていてもよい。

原水通路５には、原水の供給弁として機能する第１自動開閉弁ＭＶ１が接続され、原水通路５における第１自動開閉弁ＭＶ１とろ過ユニット４の間、つまりろ過ユニット４の一次側に一次圧力センサＰ１が設けられている。送水通路８には、ろ過水ＦＷの送水弁として機能する第２自動開閉弁ＭＶ２が接続され、送水通路８における第２自動開閉弁ＭＶ２とろ過ユニット４の間、つまりろ過ユニット４の二次側に二次圧力センサＰ２が設けられている。

さらに、送水通路８におけるバラストタンク６の上流側に紫外線照射ユニット３が設けられている。紫外線照射ユニット３は、ろ過ユニット４によりろ過されたろ過水ＦＷ内に残留したプランクトンや菌類を紫外線を照射して処理するもので、複数の紫外線ランプ２６が収納されたユニットケース２８を有している。ユニットケース２８は円筒状で、その周壁における一端付近にろ過水ＦＷの流入口２９が形成され、他端付近に流出口３１が形成されている。各紫外線ランプ２６は、例えば石英ガラスのような保護管（図示しない）で覆われている。流入口２９からユニットケース２８内に入ったろ過水ＦＷは、紫外線ランプ２６の間の通路を通る際に、残留したプランクトン、菌類等が処理され、流出口３１から送水通路８に戻される。

流体供給通路１２には圧縮空気導入弁として作用する第３自動開閉弁ＭＶ３が接続され、排水通路１４には、排水弁として作用する第４自動開閉弁ＭＶ４が接続され、エア抜き用通路１９にはエア抜き弁として作用する第５自動開閉弁ＭＶ５が接続されている。前記流体供給通路１２の一端は図示しない空気圧縮機に接続されており、他端がろ過ユニット４の下部の二次側に接続されている。なお、流体供給通路１２の他端は、送水通路８におけるろ過ユニット４近傍、より具体的には、ろ過ユニット４と二次圧力センサＰ２との間に接続してもよい。バラストポンプ２および第１〜５自動開閉弁ＭＶ１〜ＭＶ５の駆動は、コントローラ３０により制御されている。また、一次圧力センサＰ１、二次圧力センサＰ２の出力はコントローラ３０に入力されている。

空気圧縮機は船舶に別の用途で搭載されているものを使用してもよいし、専用のものを設置してもよい。また、各自動開閉弁ＭＶ１〜５としては、エア駆動弁、電動弁、電磁弁あるいはコントローラを使用しない手動弁などが用いられる。

デプスフィルタ１０は、一端が開口し、他端が閉止部材１３により閉塞された中空円筒状であり、その一端である開口端１０ａをろ過水取出口１６に向けることにより、デプスフィルタ１０の中空部１１をろ過水取出口１６に連通させている。原水ＲＷは、デプスフィルタ１０を径方向に通過する際に、フィルタ内部の空孔により異物が捕捉され、ろ過水ＦＷが得られる。デプスフィルタ１０はまた、ろ過ユニット４の筐体９内に着脱自在に収納されて、開口端１０ａが他端である閉止端１０ｂよりも上になるよう、つまり、ろ過ユニット４がろ過水取出口１６に向かって斜め上方へ傾斜するように配置されている。デプスフィルタ１０の長手方向の中心線Ｃと水平面Ｈとのなす角である傾斜角αは２０〜７０°が好ましく、より好ましくは、３０〜６０°である。

ろ過ユニット４の拡大断面図である図２に示すように、傾斜したろ過ユニット４の円筒状の筐体９は、下側の一端壁９ａと、周壁９ｂと、上側の他端壁９ｃとからなり、軸心Ｃが傾斜して、一端壁９ａから他端壁９ｃに向かって斜め上方へ傾斜するように配置されている。筐体９の一端壁９ａに排出通路１４に接続される排出口２２が、周壁９ｂにおける一端壁９ａ付近に原水通路５に接続される原水供給口１８が、周壁９ｂにおける他端壁９ｃ付近に流体供給通路１２に接続される流体供給口２４および送水通路８に接続されるろ過水取出口１６が、それぞれ形成されている。ろ過水取出口１６は、傾斜した周壁９ｂにおける周方向の最上部に配置されている。

筐体９の周壁９ｂにおける流体供給口２４およびろ過水取出口１６よりも軸方向の下方に環状の底板９ｄが設けられ、デプスフィルタ１０の開口端１０ａが該底板９ｄに支持されている。つまり、筐体９における他端壁９ｃと底板９ｄとの間には空間Ｓが形成され、この空間Ｓに流体供給口２４、ろ過水取出口１６およびデプスフィルタ１０の開口端１０ａが臨んでおり、デプスフィルタ１０の中空部１１と空間Ｓが連通している。筐体９と同心のデプスフィルタ１０も傾斜しており、開口端１０ａが閉止端１０ｂよりも上になるように配置されている。原水供給口１８および排出口２２は、デプスフィルタ１０の一次側に設けられており、ろ過水取出口１６は二次側に設けられている。

デプスフィルタ１０は外圧方式の円筒状フィルタであり、縦断面形状がコ字形である。該デプスフィルタ１０は、例えば、合成繊維や化学繊維をウェブ、不織布、紙、織物等の形態にして溶着・成形等を行い、円筒状に加工した積層タイプと呼ばれるものが例示される。合成繊維としては、ポリオレフィン、ポリエステル、あるいはナイロンやエチレンビニルアルコール共重合体などの熱溶融性ポリマーまたはポリビニルアルコールやポリアクリロニトリルなどのポリマーを用いることができる。中でも、気体による逆流洗浄を行う場合、フィルタ交換時の液きり性の観点から、ポリオレフィンおよびポリエステル、具体的には、ポリプロピレンが好ましい。また、フィルタはその厚み方向において、繊維の密度や繊度を変更し、フィルタの外側（原水流入側）において、繊維密度が低い、あるいは繊度が大きい構造が好ましい。該デプスフィルタ１０としては、他にも、フィラメントや紡績糸をスパイラル状に巻きつけた糸巻きフィルタと呼ばれるものや、スポンジのような樹脂成形体である樹脂成形タイプと呼ばれるものがある。

ろ過膜の孔径は、好ましくは１〜２５μｍであり、より好ましくは１〜１５μｍ、さらに好ましくは１〜１０μｍである。孔径が小さ過ぎると目詰まりが発生し、圧力損失が大きくなる。孔径が大き過ぎると小さいプランクトンが通過してしまうので、これを減らすためにキャビテーションなどの別途手段が必要となり、バラスト水製造費用が高くなる。

デプスフィルタ１０は当該ろ過ユニット４においては逆洗可能であり、逆洗によりろ過性能を回復させて、ろ過時の差圧が上昇することなく使用できる。本実施形態では、逆洗は、コンプレッサ（図示しない）から流体供給通路１２（図１）を通って供給される圧縮空気Ａにより行っており、流体供給口２４からの圧縮空気Ａの供給圧は、一次圧力センサＰ１の指示圧力よりも０．０５〜０．２ＭＰａ高い圧力である。逆洗に用いられる流体は空気以外の気体、例えば窒素等でもよく、また、真水、ろ過された海水等の液体でもよい。

次に、図１および図３を用いて、バラスト水製造装置の運転方法、つまり、本実施形態に係るろ過ユニットによるろ過水製造方法および紫外線照射ユニット３による処理方法について説明する。図３に示すように、バラスト水製造装置の運転方法は、ろ過の準備工程であるエア抜き工程、第１切替工程、ろ過工程、第２切替、第３切替および逆洗工程からなる。

コントローラ３０に設置された始動ボタン（図示しない）を操作してバラスト水製造装置１を作動させると、まずバラストポンプ２が起動し、第１自動開閉弁ＭＶ１と第５自動開閉弁ＭＶ５とを開いてエア抜き工程に入る。エア抜き工程では、第２自動開閉弁ＭＶ２、第３自動開閉弁ＭＶ３および第４自動開閉弁ＭＶ４を閉じて、デプスフィルタ１０からバラストタンク６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、ろ過ユニット４のろ過水取出口１６からエア抜き通路１９を経て排出通路１４にろ過水ＦＷを流して、船外へ排出することにより、原水通路５およびろ過ユニット４のエア抜きを行う。ろ過水取出口１６は、ろ過ユニット４の最上部付近に位置しているので、ろ過ユニット４内の空気がろ過水取出口１６からエア抜き通路１９に円滑に排出される。

次に、第２自動開閉弁ＭＶ２を開いて第１切替工程に入る。第１切替工程では、デプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、ろ過ユニット４を経て、排出通路１４および送水通路８にろ過水ＦＷをそれぞれ供給する。

つづいて、第５自動開閉弁ＭＶ５を閉じてろ過工程に入る。ろ過工程では、デプスフィルタ１０からの排水とデプスフィルタ１０への圧縮空気供給とを停止した状態で、ろ過ユニット４に原水ＲＷを供給して、ろ過水ＦＷを送水通路８に送る。このとき、原水ＲＷはデプスフィルタ１０の外側からデプスフィルタ１０のろ過膜を通過して中空部１１へ流入することにより、原水ＲＷ中の異物が除去されてろ過される。ろ過水ＦＷの一部は分岐通路１５を通って、紫外線照射ユニット３へ供給される。

紫外線照射ユニット３において、ユニットケース２８に入ったろ過水ＦＷは、ユニットケース２８内を通過する際に紫外線ランプ２６により紫外線を照射され、プランクトン、菌類等が処理された後、バラストタンク６へ供給される。

次に、第４自動開閉弁ＭＶ４を開いて第２切替工程に入る。第２切替工程では、デプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、原水ＲＷをろ過ユニット４に供給することにより、ろ過水ＦＷを送水通路８に流し、原水ＲＷを排出通路１４に流す。

つづいて、第２自動開閉弁ＭＶ２を閉じて第３切替工程に入る。第３切替工程では、デプスフィルタ１０からバラストタンク６へのろ過水ＦＷの供給およびデプスフィルタ１０への圧縮空気Ａの供給を停止した状態で、原水ＲＷを排出通路１４に流す。こうしてデプスフィルタ１０からのろ過水ＦＷの供給を停止することにより、次の逆洗工程におけるろ過水ＦＷの流れ方向と逆方向への圧縮空気Ａの供給開始に備える。

次に、第２自動開閉弁ＭＶ２を閉じたままで、第３自動開閉弁ＭＶ３を開けて逆洗工程に入る。逆洗工程では、バラストタンク６へのろ過水ＦＷの供給が停止されている状態で、ろ過ユニット４に原水ＲＷを供給しながらデプスフィルタ１０の中空部１１へ圧縮空気Ａを供給し、この圧縮空気Ａを原水ＲＷとともに排出通路１４に流す。これにより、圧縮空気Ａがろ過工程とは逆方向にデプスフィルタ１０を通過して、デプスフィルタ１０に付着した異物および筐体９内に溜まった異物をろ過ユニット４外へ導出させ、排出通路１４から船舶Ｓの外部へ排出する。

逆洗工程が完了すると、第３自動開閉弁ＭＶ３および第４自動開閉弁ＭＶ４を閉め、第５自動開閉弁ＭＶ５を開けてエア抜き工程に戻る。以降このループが繰り返される。エア抜き工程の継続時間は、タイマのような時限装置により可変設定される。設定時間は処理設備の規模によって異なるが、例えば、数秒〜１分程度である。第１、第２および第３切替工程はごく短時間、例えば数秒程度であり、これもタイマのような時限装置により可変設定される。このように、ろ過工程および逆洗工程に入る前に、第１、第２および第３切替工程を経由させることで、通路内に急激な圧力変動が起こるのを避けることができる。ろ過工程および逆洗工程の時間は、原水の水質や設備の規模により異なるが、例えば、１０分程度で、これもタイマのような時限装置により可変設定される。ろ過工程から第２切替工程への移行は、一次圧力センサＰ１と二次圧力センサＰ２との差圧△Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）が規定値よりも大きくなった時点で行うようにしてもよい。

ろ過工程中は、コントローラ３０が常時差圧△Ｐを監視しており、差圧△Ｐが警報値Ｈ１を上回ると、例えばブザーのような警報を発し注意を促す。この時点では水処理装置１は運転を継続する。さらに、差圧△Ｐが大きくなり非常停止値Ｈ２を上回ると、例えばベルのような警報を発し、水処理装置１が緊急停止する。具体的には、コントローラ３０がバラストポンプ２を停止させ、すべての自動開閉弁ＭＶ１〜５を閉止させる。

急激な圧力変化や、流速変化はプランクトンに損傷を与えるだけでなく、パラストポンプ２、各自動開閉弁ＭＶ１〜５、各通路５，８，１２，１４に水撃（ウォータハンマ）が発生してしまうが、図３の運転方法のように、バラストポンプ２が常に運転してバラストポンプ２からの原水ＲＷの供給が止まることがなく、しかも各自動開閉弁ＭＶ１〜５の開閉タイミングを調節しているので、マイルドな運転を行うことができる。また、原水ＲＷを流しながら逆洗を行うので、バラストポンプ２の吐出圧と圧縮空気Ａの空気圧によりスムーズに排水できるうえに、別途ドレンポンプやドレン配管が不要となり、システムを簡素化できる。

上記構成において、デプスフィルタ１０を形成するろ過膜の孔径が１〜２５μｍであるので、フィルタの目詰まりによる圧力損失を抑えつつ、大部分のプランクトンを生かしたまま捕捉することができ、バラスト水積込み側の海洋の生態系を壊さないうえに、従来のようなプランクトンを処理するためのキャビテーションや薬剤投与をする必要がなくなるから、動力の消費電力量や薬剤の使用量が少なくて済み、その結果、小型で処理費用の安いバラスト水製造装置を構築することができる。また、デプスフィルタ１０を逆流洗浄しているので、デプスフィルタ１０のろ過性能を回復させて使用することができ、処理費用をさらに削減することができる。さらに、安価なデプスフィルタ１０を用いているので、平膜のようなフィルタ表面で異物を捕捉するサーフェスフィルタを用いる場合に比べて、初期導入費用を抑えることができる。また、このように海水中のプランクトンの大部分がデプスフィルタ１０によって予め除去されることで、紫外線の強度が低下するのが抑制されるから、紫外線ランプ２６の本数が少なくて済み、紫外線照射ユニット３の小型化および消費電力の減少が達成される。

さらに、ろ過膜の孔径を１〜１０μｍとすると、プランクトンだけではなく、１μｍ程度までの大きさの浮遊粒子（ＳＳ成分）も除去されるので、原水ＲＷ中の濁度は大幅に低下し、透明度が格段に上昇する。その結果、紫外線の照射時に、紫外線の原水ＲＷ中の透過度が大きく向上し、紫外線の透過度が向上することで、紫外線の照射量が少なくて済むので、例えば、紫外線ランプ２６の本数を減らすことにより、紫外線照射ユニット３の小型化および消費電力の減少が達成される。保護管の汚れを除去して紫外線の汚れによる吸収を防ぐために、保護管にワイパを設けたものもあるが、本実施形態では、紫外線ランプ２６表面に付着する汚れが著しく減少するので、このようなワイパを設ける必要がなくなり消費電力を一層抑えることができるうえに、紫外線照射ユニット３のメンテナンス性を向上させることができる。

さらに、デプスフィルタ１０の開口端１０ａが斜め上方に開口しているので、逆洗工程からエア抜き工程に切り換えた際に、デプスフィルタ１０の閉止端１０ｂ付近の空気が開口端１０ａから抜けるから、デプスフィルタ１０に空気が残るのを防いで、ろ過工程においてデプスフィルタ１０の全体を使って効率的にろ過を行うことができる。この水平方向に対する傾斜角αが大き過ぎると、ろ過ユニット４の上下寸法が大きくなるので、取り外し等のメンテナンスの際に、ろ過ユニット４の上方にデプスフィルタ１０を抜き出すための広いスペースが必要となり、小さ過ぎると、ろ過ユニット４内の閉止端１０ｂ付近の空気Ａが抜け難くなる。したがって、この傾斜角αは２０〜７０°であることが好ましい。

さらに、上記運転方法によれば、図３に示すように、システム稼働中はバラストポンプ２が常に運転している、つまり、ろ過ユニット４へは原水ＲＷが常に供給されているので、通路内に急激な圧力変動が起こるのを避けることができ、水撃の発生を防止することができる。また、逆洗工程においても原水ＲＷがろ過ユニット４へ供給されるので、圧縮空気Ａの供給圧と原水ＲＷの供給圧とにより、圧縮空気Ａを原水通路５内に逆流させることなく、原水流にのせてスムーズに排水できる。

また、デプスフィルタは、被ろ過物質をフィルタの表面のみで捕集するサーフェスフィルタと異なり、フィルタの厚み方向全体で被ろ過物質を捕集することができるので、捕集量が多く、フィルタが長時間目詰まりを起こすことがない。

実施例１〜６、比較例１
本実施形態におけるデプスフィルタ１０を用いて、検証実験を行った。使用したデプスフィルタは、長さ２５０ｍｍ、外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍの中空円柱状で、孔径は１μｍ（実施例１），３μｍ（実施例２），５μｍ（実施例３），１０μｍ（実施例４），１５μｍ（実施例５），２５μｍ（実施例６），３０μｍ（比較例１）とし、デプスフィルタ１０の軸心を水平面に対して４５°傾斜させて配置した。原水として、自然海水（水温２６℃）を流量２５Ｌ／分でろ過させた際の、濁度変化（原海水濁度は５．５ＮＴＵ）を測定した。測定結果を表１に示す。孔径が大きくなるほど差圧は低下するが、孔径が２５μｍを超えると処理水の濁度が高くなり、実用的でない。

つづいて、実施例１〜６および比較例１の原海水とろ過水中に存在する１０μｍ以上の粒子をパーティクルカウンターにて測定し、除去率を求めた。さらに、このろ過水を、光路長３０ｍｍの石英セルに入れ、紫外線（２０Ｗランプ）を照射し、石英セルを透過した紫外線照度（波長２５４ｎｍ）をＵＶ強度計にて測定した。これらの結果を表２に示す。表２より、浮遊粒子が除去されるほど、紫外線透過度が向上することがわかる。

１Ｌあたり動物性プランクトン（最も小さい部分が５０μｍ以上）を３．０×１０²個、また１ｃｃあたり植物性プランクトンを（大きさ８〜１２μｍ）１．５×１０⁴個含む海水（水温２５℃）を、流量２５Ｌ／分で表１の実施例１〜６、比較例１のデプスフィルタおよび孔径が５０μｍ（比較例２）のデプスフィルタでろ過し、ろ過水中に存在するプランクトン数を実測した。その結果を表３に示す。実施例１〜６では、動物性プランクトンはほぼすべて除去されていたが、比較例１では２０％以上、比較例２では約４０％の動物性プランクトンがそれぞれ残留していた。また、植物性プランクトンにおいても、実施例１、２ではほぼ除去されており、実施例３で９９％以上が、実施例４で約９９％が、実施例５で９６％以上が、実施例６で約９２％がそれぞれ除去されていた。これに対し、比較例１では６０％以上が、比較例２では９０％以上がそれぞれ残留していた。

さらに、ろ過水中に植物性プランクトンが１００個／ｃｃ以上観察された場合に、このろ過水を、光路長１０ｍｍの石英セルに入れ、紫外線ランプ（２０Ｗ）を照射した。動物性、植物性プランクトンの各生存数がそれぞれろ過水中の１００分の１以下になるまで紫外線を照射し、照射した紫外線量も表３に示した。比較例１および２では、動物性プランクトンがろ過水中に相当量残存しているため、プランクトン数を減少させるのに、比較例１でも実施例６の５倍以上、比較例２では６倍以上の紫外線エネルギーが必要であった。

実施例７、比較例３
自然海水（水温２６℃）を孔径３μｍのデプスフィルタ（外径６０ｍｍ、内径３０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの中空円柱状）を用いて、流量２５Ｌ／分で連続ろ過試験を行った。その際に、ろ過を連続で行った場合（比較例３）と、ろ過を３分間行う度にエア逆洗（エア圧１００ｋＰａ、５秒間）させた場合（実施例７）とを比較した。結果を表４に示す。ろ過を連続で行った場合にはフィルタが閉塞して３０分で差圧が急激に上昇し以降はほとんど海水が流れなくなったが、エア逆洗を行った場合には６００分経過後も差圧は安定していた。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本実施形態では、ろ過ユニット４とバラストタンク６との間に紫外線照射ユニット３が設けられているが、バラストタンク６の排水側、すなわちバラストタンク６から外部へ排出する通路の途中に紫外線照射ユニット３を設けてもよい。この場合、バラストタンク６に貯留されている間にろ過水ＦＷ内の菌類が減少するので、紫外線照射が一層抑制され、紫外線照射ユニット３の消費電力を低減することができる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１バラスト水製造装置（ろ過システム）
３紫外線照射ユニット
４ろ過ユニット
６バラストタンク
８送水通路
９筐体
１０デプスフィルタ（ろ材）
１２流体供給通路
１４排出通路
１６ろ過水取出口
１８原水供給口
２２排出口
２４流体供給口
３８ろ材
Ａ圧縮空気
ＦＷろ過水
ＲＷ原水

Claims

ろ材およびそれを収容する筐体を含み、原水をろ過するろ過ユニットと、前記ろ過ユニットでろ過されたろ過水に紫外線を照射する紫外線照射ユニットとを備えたバラスト水製造装置であって、
前記筐体が、前記ろ材に原水を供給する原水供給口と、ろ過水の取出口と、前記ろ材に逆洗用の流体を供給する流体供給口と、前記ろ材を逆洗した流体および前記原水を排出する排出口を有し、
前記ろ材が、合成繊維をウェブ、不織布、紙または織物の形態にして溶着・成形された孔径１〜２５μｍの一端が開口し、他端が閉塞された円筒状のデプスフィルタであり、前記一端の開口が前記ろ過水の取出口に連通しているバラスト水製造装置。
請求項１において、前記ろ材が孔径１〜１０μｍのデプスフィルタであるバラスト水製造装置。
請求項１または２において、前記ろ材が前記ろ過水取出口に向かって斜め上方へ傾斜するように配置されており、この傾斜角が水平方向に対して２０〜７０°であるバラスト水製造装置。
請求項１、２または３に記載のバラスト水製造装置を用いたバラスト水製造方法であって、
前記ろ材からバラストタンクへのろ過水の供給およびろ材への流体の供給を停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、前記ろ過ユニットを経て前記取出口から流体をろ過水とともに排出する準備工程と、
ろ材からの原水の排水とろ材への流体供給とを停止した状態で、ろ過ユニットに原水を供給して、ろ過水を前記ろ過水取出口に送るろ過工程と、
バラストタンクへのろ過水の供給を停止した状態で、ろ材に原水を供給しながら、ろ過水側からろ材へ流体を供給し、この流体を前記原水とともに前記排出口から排出通路を経て船舶の外部へ排出する逆洗工程と、
を備えたバラスト水製造方法。