JP2005270754A

JP2005270754A - パルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法

Info

Publication number: JP2005270754A
Application number: JP2004086079A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Akiyama; 秀典秋山; Atsushi Katsuki; 淳勝木; Kazuo Ishibashi; 和生石橋
Original assignee: NISHI NIPPON RYUTAI GIKEN KK
Current assignee: NISHI NIPPON RYUTAI GIKEN KK
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP4391863B2

Abstract

【課題】パルス幅が非常に短い大電力であるパルスパワーを用いた水中スパーク放電によって衝撃波を効率よく発生させて、バラスト水に含まれる水生微生物を殺死させる方法により、多量のバラスト水の処理を効果的にかつ従来方式に比べて格段の低コストで実現することにある。
【解決手段】パルス幅の非常に短い大電力のパルスパワーを発生するパルスパワー発生部（４）と、パルスパワー発生部（４）で発生するパルスをバラスト水（２）中で高電圧電極（３）間にスパーク放電（５）して衝撃波（６）を発生させる衝撃波発生部（１３）とから構成され、発生した衝撃波（６）によりバラスト水（２）に含まれる水生微生物を殺死させ、浄化する。
【選択図】図１

Description

この発明は、国際航路で往来する船舶が船体安定のために積むバラスト水の中に含まれる水生生物が生態系の破壊や環境汚染を招くのを防止するため、バラスト水の中に含まれる水生生物の除去に係るもので、特にバラスト水の中に含まれる水生微生物や細菌を殺死させる、パルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法に関するものである。

バラスト水汚染対策は国際条約で規制化が進められており、各国各様の技術開発が行われているが、まだ実用化に至ったものはない。それらは大別して次のようなものがある。
（１）フイルター法
（２）紫外線法
（３）熱処理法
（４）遠心分離法
（５）化学処理法
（６）機械的処理法
フイルター法は、大きな水生生物は除去できるが水生微生物の除去が困難であり、装置が大きくなる。紫外線法は、水生生物のサイズやタイプによって効果が異なり、経済性や船舶への適用性に問題がある。熱処理法は、熱源の確保に費用がかかり、船体構造への熱影響の問題がある。遠心分離法は、大型の水生生物には効果があるが水生微生物の除去は困難なうえ、装置が大きくなる。化学処理法は、塩素やオゾンなどの化学物質を用いるために高コストで二次的な環境汚染への懸念や船体構造の腐食などの問題がある。機械的処理法は、大型の水生生物には効果があるが水生微生物の除去は困難である。

前述したとおり、バラスト水処理技術はまだ技術開発の途上にある。バラスト水に含まれる水生生物を効果的に除去するためには、処理対象が多量であることから、処理能力や処理経費、船舶への影響など解決すべき課題が多い。また、バラスト水に含まれる水生生物は、大きさに関して数ｍｍから数μｍ、種類も実に様々であるため、単一処理技術ですべてのサイズの水生生物を処理することは甚だ困難であり、複数の技術の組み合わせが有効である。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、パルス幅が非常に短い大電力であるパルスパワーを用いた水中スパーク放電によって衝撃波を効率よく発生させて、バラスト水に含まれる水生微生物を殺死させる方法により、多量のバラスト水の処理を効果的にかつ従来方式に比べて格段の低コストで実現することのできる、パルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法を提供することにある。

以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、パルス幅の非常に短い大電力のパルスパワーを発生するパルスパワー発生部と、パルスパワー発生部で発生するパルスをバラスト水中で高電圧電極間にスパーク放電して衝撃波を発生させる衝撃波発生部とから構成され、発生した衝撃波によりバラスト水に含まれる水生微生物を殺死させ、浄化する手段よりなるものである。

また、請求項２の発明は、パルス幅の非常に短い大電力のパルスパワーを発生するパルスパワー発生部と、パルスパワー発生部で発生するパルスを衝撃波透過性膜を介してバラスト水と分離された淡水中で高電圧電極間にスパーク放電して衝撃波を発生させる衝撃波発生部とから構成され、淡水中で発生し衝撃波透過性膜を透過した衝撃波によりバラスト水に含まれる水生微生物を殺死させ、浄化する手段よりなるものである。

以上の記載により明らかなように、請求項１、２の発明に係るパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）バラスト水に含まれる水生微生物をパルスパワーによりスパーク放電して衝撃波を発生させて殺死することができる。
（２）パルスパワーは大電力を発生するがそのパルス幅が非常に短いため、大電力を発生する割には消費電力が小さくてすむ。
（３）船舶への本装置の設置はスペース面からも経済性の面からも問題がなく、船体構造面への影響もなく船舶への適用性には問題ない。

また、請求項２の発明に係るパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）海水などの衝撃波を導入したいバラスト水の導電率に関係なく、スパーク放電による衝撃波の発生環境を常に適正に保つことができる。
（２）海水などの衝撃波を導入したいバラスト水を電極の溶融材料などで汚染しない。
（３）海水などの衝撃波を導入したいバラスト水中の物質や水中生物の電極への沈着が起こらない。

以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１はパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法で使用するバラスト水処理装置の概略構成図、図２はスパーク放電の電流、電圧波形、図３は海水中に効率的に衝撃波を導入する概略構成図、図４はバラスト水管に本装置を取り付けた実験概要図、図５は図４におけるＡ−Ａ断面図、図６は衝撃波発生部の概略構成図である。

図１において、バラスト水充填容器（１）内のバラスト水（２）中に配置された衝撃波発生部（１３）の間隔数ｍｍの高電圧電極（３）に、図のようなパルスパワー発生部（４）のコンデンサ放電回路を用いてパルス高電圧を印加すると、しばらく時間が経過した後に衝撃波発生部（１３）の高電圧電極（３）間にスパーク放電（５）が形成され、これに伴って衝撃波発生部（１３）からは衝撃波（６）が発生する。この衝撃波（６）の強さはスパーク放電（５）に転じた直後のパルス電流の大きさに伴って大きくなる。電極間にパルス高電圧を印加してからスパーク放電（５）が形成されるまでの間、バラスト水（２）を通して伝導電流が流れるが、その電流の衝撃波生成への寄与は小さい。しかしながら、この伝導電流によってコンデンサ（７）に蓄えられたエネルギーは少しずつ消耗する。スパーク放電（５）の形成前に消耗するエネルギーが大きいほどスパーク放電（５）に転じた直後の電流値が小さくなるので、結果的に衝撃波（６）の強さも小さくなる。この消耗エネルギーは水の導電率が大きいほど大きく、導電率の大きい海水中で直接スパーク放電（５）によって衝撃波（６）を発生させる場合、導電率の小さい淡水（１２）中での場合に比べて極めてエネルギー効率が悪い。なお、図１において、（８）は直流電源、（９）はスイッチ、（１０）は電流、（１１）は電圧である。

そこで、図３に図示するように、淡水（１２）中でスパーク放電（５）を用いて衝撃波（６）が発生する衝撃波発生部（１３）と、海水などの衝撃波（６）を導入したいバラスト水（１４）とを例えばシリコンなどの衝撃波透過性膜（１５）を用いて分離することによって、海水からなるバラスト水（１４）中に効率よく衝撃波（６）を導入可能となる。つまり、淡水（１２）中に配置された衝撃波発生部（１３）で発生した衝撃波（６）は、衝撃波透過性膜（１５）を透過して海水からなるバラスト水（１４）中に効率よく伝わり、バラスト水（１４）に含まれる水生微生物を殺死させ、浄化することになる。

バラスト水管に衝撃波発生装置を設置して、海水に含まれる水生微生物としての大腸菌を殺死する実験を行った。このときの実験装置を図４、図５、図６に、実験結果を図７に示す。対象生物をシリコンゴムでできた容器に入れて放電から６ｃｍ離れた場所に置いた。１回の処理で大腸菌は死滅した（図７（Ｂ）参照）。

次に、バラスト水管に本装置を設置してバラスト水に含まれる水生微生物を殺死させる実験を行った図４、図５、図６に図示する実験装置の構造について説明する。

例えば鉄管からなるバラスト水管（１６）は円筒形の形状を有し、その両端にはバラスト水管（１６）内部の例えば海水からなるバラスト水（１４）が漏れ出ないようにアクリル板（１７）で塞がれている。バラスト水管（１６）の中央上部には孔があけられ、孔の上部側には衝撃波発生部（１３）が取付けられている。

また、バラスト水管（１６）の中央上部の孔には例えばシリコンなどからなる衝撃波透過性膜（１５）が取付けられていて、この衝撃波透過性膜（１５）によってバラスト水管（１６）内部の例えば海水からなるバラスト水（１４）とバラスト水管（１６）の中央上部は分離されている。衝撃波透過性膜（１５）によって分離されたバラスト水管（１６）の中央上部には淡水（１２）が充填された空間が形成されている。淡水（１２）と例えば海水からなるバラスト水（１４）はこの衝撃波透過性膜（１５）によって上下に分離されている。

この淡水（１２）には衝撃波発生部（１３）が接しており、衝撃波発生部（１３）は例えば海水からなるバラスト水（１４）と直に接することはない。衝撃波発生部（１３）はその電極先端金具（２０）が淡水（１２）内に入っている。電極先端金具（２０）は碍子（１９）を介してバラスト水管（１６）の中央上部の淡水（１２）の上部側を構成する金属製の取付け盤に取付けられている。衝撃波発生部（１３）の電極先端金具（２０）は絶縁ケーブル（１８）を通じてパルスパワー発生部（４）に接続されている。

また、バラスト水管（１６）の中央上部の淡水（１２）の上部側を構成する取付け盤には、給水口（２１）と排水口（２２）が形成されていて、淡水（１２）は適宜交換できるようになっていて、衝撃波（６）の発生に伴う電極先端金具（２０）の一部が淡水（１２）中に溶けだして溶出して淡水（１２）が不純物で汚れるのを防いでいる。

なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。

この発明を実施するための最良の形態を示すパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法で使用するバラスト水処理装置の概略構成図である。この発明を実施するための最良の形態を示すパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法のスパーク放電の電流、電圧波形図である。この発明を実施するための最良の形態を示すパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法における海水中に効率的に衝撃波を導入する概略構成図である。この発明を実施するための最良の形態を示すパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法で使用するバラスト水処理装置をバラスト水管に取り付けた実験概要図である。この発明を実施するための最良の形態を示すパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法で使用するバラスト水処理装置をバラスト水管に取り付けた実験概要図におけるＡ−Ａ断面図である。この発明を実施するための最良の形態を示すパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法で使用するバラスト水処理装置をバラスト水管に取り付けた実験概要図における衝撃波発生部の概略構成図である。この発明を実施するための最良の形態を示すパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法における水性微生物殺死試験に用いた大腸菌を培養したもので、（Ａ）は処理前、（Ｂ）は衝撃波暴露後（１回）である。

符号の説明

１バラスト水充填容器
２バラスト水
３高電圧電極
４パルスパワー発生部
５スパーク放電
６衝撃波
７コンデンサ
８直流電源
９スイッチ
１０電流
１１電圧
１２淡水
１３衝撃波発生部
１４海水などの衝撃波を導入したいバラスト水
１５衝撃波透過性膜
１６バラスト水管（鉄管）
１７アクリル板
１８絶縁ケーブル
１９碍子
２０電極先端金具
２１給水口
２２排水口

Claims

パルス幅の非常に短い大電力のパルスパワーを発生するパルスパワー発生部と、パルスパワー発生部で発生するパルスをバラスト水中で高電圧電極間にスパーク放電して衝撃波を発生させる衝撃波発生部とから構成され、発生した衝撃波によりバラスト水に含まれる水生微生物を殺死させ、浄化することを特徴とするパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法。
パルス幅の非常に短い大電力のパルスパワーを発生するパルスパワー発生部と、パルスパワー発生部で発生するパルスを衝撃波透過性膜を介してバラスト水と分離された淡水中で高電圧電極間にスパーク放電して衝撃波を発生させる衝撃波発生部とから構成され、淡水中で発生し衝撃波透過性膜を透過した衝撃波によりバラスト水に含まれる水生微生物を殺死させ、浄化することを特徴とするパルスパワー生成衝撃波によるバラスト水処理法。