バラスト水処理方法及び装置
【課題】殺菌剤使用量を可及的に少なくして処理費用を低減できるバラスト水処理方法を提供する。
【解決手段】飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給する一定量供給工程と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定工程と、推定された殺菌剤飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給工程で注入している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給する減量供給工程とを備え、前記殺菌剤飽和濃度推定工程は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定するようにしたバラスト水処理方法。
【解決手段】飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給する一定量供給工程と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定工程と、推定された殺菌剤飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給工程で注入している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給する減量供給工程とを備え、前記殺菌剤飽和濃度推定工程は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定するようにしたバラスト水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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処理方法及び装置に係り、特に、バラスト水に含まれる有害細菌類およびプランクトンを効率的に死滅させるための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、出港前にバラストタンク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。
【０００３】
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（主に動物性プランクトン）の数が1ｍ3中に10個以下、10μｍ以上50μｍ未満の生物（主に植物性プランクトン）の数が1ｍｌ中に10個以下、コレラ菌は100ｍｌ中に1ｃfu未満、大腸菌は100ｍｌ中に250ｃfu未満、腸球菌は100ｍｌ中に100ｃfu未満となっている。
【０００４】
バラスト水の処理技術として、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殺菌剤をろ過された海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌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てろ過水中に前記殺菌剤を拡散させると共にろ過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とを備えた装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／１３２１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法においては、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムなどを用いて海水中の細菌類を死滅させることが開示されているが、処理費用を低減するためにできるだけ殺菌剤の使用量を抑え、必要最低限の使用量とすることが好ましい。
そのため、海水中の殺菌剤濃度を検出して適正な濃度となるようにすることで殺菌剤の過剰供給にならないように調整することが必要となる。
しかしながら、処理経路に配置したフィルタの目詰まり、バラストタンクへの供給流量の変動などに起因して、同量の殺菌剤を供給しても殺菌剤の残留濃度が異なることがある。
また、殺菌剤を供給してから海水中に拡散するまでの時間や、殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間（次亜塩素酸ナトリウムでは遊離塩素が発生するまでの時間）などの時間遅れもある。
このため、一般的なフィードバック（ＰＩＤ）制御では適正な供給量制御が困難であるという問題がある。
【０００６】
また、殺菌剤供給量を調整するためには、殺菌剤を供給するためのポンプの出力調整や殺菌剤供給ラインに設けたバルブの開度調整を行う必要があるが、検出した海水中の殺菌剤濃度とあらかじめ定めた所定の殺菌剤濃度と比較して上回るか下回るかを判定して殺菌剤供給量を調整するようにすると、頻繁にポンプの出力調整やバルブの開度調整を行わねばならず、不具合が生じることがある。
【０００７】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、第１に殺菌剤使用量を可及的に少なくして処理費用を低減できるバラスト水処理方法及び装置を提供することを目的としている。
また、第２に使用機器に不具合を生じさせることなく殺菌剤の供給量を適正に制御できるバラスト水の処理装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態に係るバラスト水処理方法は、飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給する一定量供給工程と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定工程と、推定された殺菌剤飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給工程で注入している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給する減量供給工程とを備え、前記殺菌剤飽和濃度推定工程は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
殺菌剤は、海水中の細菌類を死滅させるために供給されるものであり、供給される殺菌剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、二酸化塩素、過酸化水素、オゾン、過酢酸、またはこれらの２種以上の混合物を使用することができる。
一定量供給工程で供給する一定量は、バラスト水中で分解される殺菌剤量を考慮して設定され、例えば残留塩素濃度目標値の２倍に相当する量とする。
目標とする殺菌剤濃度は、例えば事前に行なった実験などによって予め設定した値である。
【００１０】
本発明の第２の形態に係るバラスト水処理装置は、殺菌剤を海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌剤が供給された後の海水中の殺菌剤濃度を検出する殺菌剤濃度検出手段と、殺菌剤供給装置による殺菌剤の供給量を制御する殺菌剤供給量制御装置とを有し、
該殺菌剤供給量制御装置は、殺菌剤の供給当初において予め定めた一定量の殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置に指示する一定量供給指示手段と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定手段と、推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する減量殺菌剤供給量演算手段と、減量殺菌剤供給量演算手段の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を前記殺菌剤供給装置に指示する減量供給指示手段とを備え、
前記殺菌剤飽和濃度推定手段は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定することを特徴とするものである。
【００１１】
殺菌剤供給装置は、処理対象の海水に殺菌剤を供給するものである。殺菌剤供給装置を構成する機器の一例を示すと、殺菌剤を貯留する殺菌剤貯槽、殺菌剤貯槽内の殺菌剤を海水に供給するための配管、該配管の先端側に設けられて殺菌剤を供給先に注入する注入口、殺菌剤貯槽内の殺菌剤を配管に供給するための供給ポンプ、殺菌剤の供給量を調整するバルブなどである。
【００１２】
本発明の第３の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第２の形態に係るものにおいて、殺菌剤供給量制御装置は、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有し、該フィードバック制御手段は、海水中の殺菌剤濃度を計測し所定時間の殺菌剤濃度平均値を求め、該殺菌剤濃度平均値が予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲を逸脱している場合に、前記殺菌剤供給装置が供給する殺菌剤供給量を、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量に（１）式で示す不感帯制御率Ｒｎを乗じた供給量とするように調整することを特徴とするものである。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ;不感帯制御率
Ｒｎ-１;１回前の不感帯制御率
ｘｓ；殺菌剤濃度目標値
ｘave；殺菌剤濃度平均値
ａ；所定の係数
ｗ；不感帯制御幅
【００１３】
フィードバック制御手段の一例として、ベンチュリ管から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測する計測装置と、各種のデータを記憶する記憶手段と、殺菌剤供給量を演算する演算手段と、演算手段の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段とを備えている。
計測装置は、殺菌剤が供給された海水中の殺菌剤濃度を計測して演算手段に出力する。
記憶手段には、以下の（ａ）〜（ｃ）に示すデータが記憶されている。
（ａ）海水中の細菌類を死滅させるに必要最低限の殺菌剤の濃度目標値として予め定められた殺菌剤濃度目標値（ｘｓ）
（ｂ）殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲として予め定められた不感帯範囲（ｘｓ（１-ｃL）≦不感帯範囲≦ｘｓ（１+ｃH））、
ｃL；不感帯下限幅(例えば0より大きく、0.20未満)
ｃH；不感帯上限幅(例えば0より大きく、0.50未満)
ｃLとｃHが等しい場合もある。
（ｃ）殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係として予め定められた関係式（ｙ＝ａｘ＋ｂ、ａ；所定の係数（傾き）であり、０より大きく１未満の数、ｂ；切片であり、０より大きく１未満の数）
上記の関係式は、供給した殺菌剤が拡散され、有効な殺菌成分として効力を発現するまでの過程に影響を与える条件を考慮して、殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係を定めるものである。
なお、殺菌剤濃度目標値ｘｓに対する殺菌剤供給量ｙｓは、ｙｓ＝ａｘｓ＋ｂとなる。
【００１４】
演算手段は、計測装置の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤濃度平均値を求める。そして、その殺菌剤濃度平均値が殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲（不感帯範囲）を逸脱しているかどうかを判断し、逸脱している場合に、供給すべき殺菌剤供給量を記憶手段に記憶されたデータに基づいて演算する。
制御手段は、演算手段の演算結果に基づいて、供給ポンプの回転数等の出力および／または供給量調整バルブの開度の調整制御を行う。
制御の手順は以下の通りである。
【００１５】
＜フィードバック制御の手順の一例＞
減量供給指示された後、所定時間（例えば５分）経過後において、計測装置が海水中の殺菌剤濃度を計測し、計測結果を演算手段に出力する。
演算手段は、計測結果を入力して、所定時間の殺菌剤濃度平均値ｘaveを求める。そして、この殺菌剤濃度平均値ｘaveが予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲を逸脱しているかどうかを判断し、逸脱している場合に、殺菌剤供給量ｙを、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量ｙｓに不感帯制御率Ｒｎを乗じた殺菌剤供給量ｙ（ｙ＝ｙｓ・Ｒｎ）を求める。
求められた殺菌剤供給量ｙになるように殺菌剤供給量を調整することで、殺菌剤濃度平均値ｘaveが殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を超えている場合に、殺菌剤濃度平均値ｘaveが上下限範囲に入るように調整される。
なお、不感帯制御率Ｒｎは（１）式で示される。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ-１：１回前の不感帯制御率
ａ：所定の係数（０より大きく１未満）
ｗ：不感帯制御幅（０より大きく１未満）
【００１６】
殺菌剤供給量ｙが求められると、制御手段が求められた殺菌剤供給量ｙを入力して、求められた殺菌剤供給量とするように、供給ポンプの回転数等の出力および／または供給量調整バルブの開度の調整制御を行う。
【００１７】
本発明の第３の形態によれば、適切な時間の殺菌剤濃度平均値に基づき殺菌剤供給量を調整するため、殺菌剤の残留濃度の変動があったり、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあったりしても、精度よく殺菌剤供給量を制御することができる。
また、殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を不感帯範囲としてあらかじめ定めておき、不感帯範囲を逸脱している場合に、殺菌剤供給量を調整する操作を行うようにするので、供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を頻繁に行う必要がなく、各機器に不具合が生じにくい。
【００１８】
本発明の第４の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第３の形態に係るものにおいて、殺菌剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し、所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することを特徴とするものである。
【００１９】
海水流量が変動すると、殺菌剤供給量を補正する必要がある。しかしながら、殺菌剤供給量を殺菌剤の残留濃度のみに基づいて制御しようとすると、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあり、適切な制御ができない場合がある。
そこで、海水流量の変動を考慮した制御を行うことによって、より適切な殺菌剤供給量の制御ができる。
具体的には、殺菌剤供給量ｙを下式に基づいて調整する。
ｙ＝ｙｓ・Ｒ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave；流量平均値
Ｑｓ；基準流量
【００２０】
本発明の第４の形態においては、海水流量の変動に応じて殺菌剤供給量を補正するため、殺菌剤供給量をより精度よく制御することができる。
なお、流量平均値とは予め定めた所定時間における平均流量である。また、基準流量とは、目標とする殺菌剤濃度に対応する殺菌剤供給量ｙｓを求めるときの海水の流量である。
【００２１】
本発明の第５の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第３の形態又は第４の形態に係るものにおいて、殺菌剤が供給された海水に殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、海水中に残留する殺菌剤濃度を計測し、計測された殺菌剤濃度に基づき、前記殺菌剤分解剤供給装置の殺菌剤分解剤供給量を調整する殺菌剤分解剤供給量制御装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
このような殺菌剤分解剤供給装置を備えることにより、海水中に残留する殺菌剤を分解し、バラスト水が排出される海域への影響をなくすことができる。また、殺菌剤分解剤供給量制御装置を備えることにより、海水中に残留する殺菌剤濃度に応じて適正に殺菌剤分解剤供給量を調整できる。
【００２３】
殺菌剤分解剤供給量制御装置を構成する機器の一例を示すと、バラストタンクから排出される海水中の殺菌剤濃度を計測する計測装置と、各種のデータを記憶する記憶手段と、殺菌剤分解剤供給量を演算する演算手段と、演算手段の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段と、を備えている。
記憶手段には、バラストタンクから排出される海水中の殺菌剤を分解するのに必要な殺菌剤分解剤の供給量（ｚ）と、バラストタンクから排出される海水中の殺菌剤濃度（ｘ）との関係（ｚ＝ｃｘ＋ｄ、ｃ；所定の係数（傾き）、ｄ；切片）が記憶されている。
【００２４】
以上のように構成された殺菌剤分解剤供給量制御装置においては、計測装置がバラストタンクから排出された海水中の殺菌剤濃度を計測する。そして、演算手段が計測装置の計測値を入力して所定時間の殺菌剤濃度平均値ｘaveを求める。そして、演算手段は、記憶手段に記憶されている関係式に基づいて、該殺菌剤濃度平均値ｘaveに応じた殺菌剤分解剤供給量（ｚ）を演算する。制御手段は、演算手段が演算した殺菌剤分解剤供給量（ｚ）に基づいて、殺菌剤分解剤供給装置の殺菌剤分解剤供給ポンプやバルブ開度を調整制御する。
【００２５】
なお、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殺菌剤分解剤としては、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、過酸化水素に対して供給される殺菌剤分解剤としては、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及びカタラーゼ等の酵素を使用することができる。
【００２６】
本発明の第６の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第５の形態に係るものにおいて、前記殺菌剤分解剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め該流量平均値に基づき、殺菌剤分解剤供給量を調整することを特徴とするものである。
【００２７】
処理される海水流量が変動すると、殺菌剤分解剤供給量を補正する必要がある。そこで、本発明の第８の形態では、殺菌剤分解剤供給量ｚ´を下式に基づいて調整する。
ｚ´＝ｚ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave：流量平均値
Ｑｓ：基準流量
本発明の第６の形態においては、海水流量の変動に応じて殺菌剤分解剤供給量を補正するため、殺菌剤分解剤供給量をより精度よく制御することができる。
なお、流量平均値とは予め定めた所定時間における平均流量である。また、基準流量とは、基準となる殺菌剤濃度に対応する殺菌剤分解剤供給量ｚｓを求めるときの海水の流量である。
【００２８】
本発明の第７の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第２〜第６の形態のいずれかのものにおいて、殺菌剤が供給された海水の供給を受けて該海水中にキャビテーションを発生させて海水中に前記殺菌剤を拡散させると共に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を備え、殺菌剤濃度検出手段は前記ベンチュリ管の出口側の海水中の殺菌剤濃度を検出するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２９】
ベンチュリ管は、殺菌剤が供給された海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。そして、さらにキャビテーションによって海水中に殺菌剤を急速に拡散させて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、ベンチュリ管によるキャビテーションの拡散作用により殺菌剤の海水中への混合を促進するため、殺菌剤を供給するだけの場合に比べて殺菌剤の供給量を低減できる。このため、殺菌剤による環境への影響を低減でき、また殺菌剤を無害化するための殺菌剤分解剤の供給を不要にするかまたは低減できる。
【００３０】
なお、ベンチュリ管を設けた場合には、殺菌剤供給装置は、殺菌剤を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好ましい。殺菌剤をベンチュリ管の上流側に供給する場合には、キャビテーションが発生するベンチュリ管ののど部に達するまでに殺菌剤を管内である程度拡散させ、次いでキャビテーションにより殺菌剤の拡散、混合を進めて、さらに殺菌剤の細菌類への浸透を促進できるので、殺菌剤の殺滅効果を促進できる。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明の第８の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第２〜第７の形態のいずれかのものにおいて、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、植物性プランクトン等比較的小型の水生生物や細菌類を殺滅するのに必要な殺菌剤を供給すればよく、殺菌剤の供給量を低減でき、環境への影響を低減でき、また殺菌剤を無害化するための殺菌剤分解剤の供給を不要にするかまたは低減できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明においては、飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給し、飽和状態になるとして推定された飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した供給量を注入するようにしたので、目標とする殺菌剤残留濃度になるまでに要する時間が短縮され、それ故に供給する殺菌剤の量を少なくできる。
【００３４】
また、本発明の第３〜第８の形態においては、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有し、該フィードバック制御手段においては、適切な時間の殺菌剤濃度平均値に基づき殺菌剤供給量を調整するため、殺菌剤の残留濃度の変動があったり、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあったりしても、精度よく殺菌剤供給量を制御することができる。
また、殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を不感帯範囲としてあらかじめ定めておき、不感帯範囲を逸脱している場合に、殺菌剤供給量を調整する操作を行うようにするので、頻繁に供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を行う必要がなく、供給用ポンプ等の機器類に不具合が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
［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、本発明の第一の実施形態に係るバラスト水の処理装置を示すブロック図である。
本実施の形態のバラスト水処理装置は、海水取入ライン１と、粗ろ過装置２と、ポンプ３と、ろ過装置４と、殺菌剤供給装置５と、ベンチュリ管６と、殺菌剤分解剤供給装置７と、殺菌処理水送水ライン８と、バラストタンク９と、殺菌剤分解処理ライン１１と、殺菌剤分解処理水排水ライン１２と、を備えている。
【００３６】
バラスト水の無害化処理は、バラスト水をバラストタンクへの積込時、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。
以下の説明では、バラスト水の積込み時に海水中の生物殺滅処理を行ない、バラスト水の排出時にバラストタンク９に貯留されたバラスト水を送水しながら、バラスト水に殺菌剤分解剤を供給して殺菌剤を分解処理して海中に排出する場合について説明する。
まず、この場合に使用する各構成について詳細に説明する。
【００３７】
海水取入ライン１は、海水を船内に取り入れる。粗ろ過装置２は、海水取入ライン１から取り入れられた海水中の粗大物を除去する。ポンプ３は、海水を取り込み、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殺菌剤分解剤供給装置７を介して海中に排出する。
【００３８】
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。殺菌剤供給装置５は、ろ過装置４でろ過された海水に殺菌剤を供給して、細菌類やプランクトンを死滅させる。ベンチュリ管６は、殺菌剤が添加された海水（ろ過水）を導入し、その海水中にキャビテーションを発生させ、海水中の水生生物に損傷を与えあるいはそれらを死滅させるとともに、殺菌剤供給装置５で供給された殺菌剤を海水中に拡散させる。
【００３９】
殺菌処理水送水ライン８は、ベンチュリ管６から排出された生物殺滅処理後の海水を後述のバラストタンク９に送る。バラストタンク９は、殺菌処理水送水ライン８から送られる生物殺滅処理後の海水をバラスト水として貯留する。殺菌剤分解処理ライン１１は、バラストタンク９内のバラスト水を、ポンプ３により殺菌剤分解剤供給装置７に送る。
殺菌剤分解剤供給装置７は、殺菌剤が残留しているバラスト水に殺菌剤分解剤を供給する。殺菌剤分解処理水排水ライン１２は、殺菌剤分解剤を供給され殺菌剤分解処理が終ったバラスト水を海に排出する。
以下、各装置をさらに詳細に説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
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より大きいと動物性プランクトン、植物性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２０〜３５μｍ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１ｍ２あたり1日２００ｍ３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
３．殺菌剤供給装置
殺菌剤供給装置５はろ過装置４によってろ過されベンチュリ管６に供給される海水に細菌類を死滅させる殺菌剤を供給するものである。
殺菌剤供給装置は、図２に示すように、殺菌剤を貯留する殺菌剤貯槽２１、殺菌剤貯槽２１内の殺菌剤をベンチュリ管側に供給するための配管２３、該配管２３の先端側に設けられて殺菌剤を供給先に注入する注入口２５、殺菌剤貯槽内の殺菌剤をベンチュリ管側に供給するための供給ポンプ２７、殺菌剤の供給量を調整するバルブ２９などを備えている。
供給する殺菌剤としては、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、これ以外の殺菌剤を使用することも可能である。
【００４５】
なお、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合には、海水中の有効塩素量の濃度を１〜100mg/lとするように供給することが好ましい。
その理由は、有効塩素量の濃度が1mg/lより小さいと次亜塩素酸が水中の還元性物質、有機物と反応して残留しないし、100mg/lより大きいと腐食の問題や次亜塩素酸ナトリウムの貯留槽が大きくなり高コストとなる等の問題があり、不具合が生じるからである。
【００４６】
殺菌剤はベンチュリ管６の上流側および／またはベンチュリ管６ののど部に供給される。殺菌剤をベンチュリ管６の上流側に供給する場合には、殺菌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、次いでキャビテーションにより殺菌剤の拡散、混合を進めて、さらに殺菌剤の細菌類への浸透を促進して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６の上流側に供給するためには、ベンチュリ管６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６ののど部に供給する場合には、ベンチュリ管６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。
殺菌剤供給装置５は、図２に示す殺菌剤供給量制御装置１０１によって制御され、適正な量の殺菌剤が所定の箇所に供給される。
【００４７】
４．殺菌剤供給量制御装置
殺菌剤供給量制御装置１０１は、ベンチュリ管６から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測する殺菌剤濃度計３３と、ベンチュリ管６から排出された海水の流量を計測する流量計３５と、各種のデータを記憶する記憶手段１０３と、殺菌剤の供給当初において予め定めた一定量の殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置に指示する一定量供給指示手段１０５と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定手段１０７と、推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する減量殺菌剤供給量演算手段１０９と、減量殺菌剤供給量演算手段１０９の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を前記殺菌剤供給装置に指示する減量供給指示手段１１１と、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段１１３と、を備えている。
【００４８】
殺菌剤濃度計３３は、ベンチュリ管６から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測して殺菌剤飽和濃度推定手段１０７、減量殺菌剤供給量演算手段１０９に出力する。流量計３５は、ベンチュリ管６から排出された海水の流量を計測して減量殺菌剤供給量演算手段１０９に出力する。
【００４９】
記憶手段１０３には、海水中の細菌類を死滅させるに必要最低限の殺菌剤の濃度目標値として予め定められた殺菌剤濃度目標値（ｘｓ）が記憶されている。
また、記憶手段１０３には殺菌剤の供給当初において供給すべき殺菌剤の供給量が記憶されている。
【００５０】
一定量供給指示手段１０５は、記憶手段１０３に記憶されている殺菌剤供給当初において供給すべき殺菌剤供給量を読み出して殺菌剤供給装置５に供給指示をする。
殺菌剤飽和濃度推定手段１０７は、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する。
殺菌剤飽和濃度推定手段１０７による推定は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定する。
以下、殺菌剤飽和濃度推定手段１０７の推定方法をバラスト水給水時において殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを注入した場合について具体的に説明する。
【００５１】
バラスト水給水時において次亜塩素酸ナトリウムを注入した時のバラスト水中の残留塩素濃度の応答特性について、実験データから見ると、むだ時間＋１次遅れ系として近似できると予想され、以下のモデルとなる。
＜モデル＞
【数１】
【００５２】
サンプリング周期Δt[sec]で残留塩素濃度を計測し始め、時刻ステップt=t0でバラスト水への次亜塩素酸ナトリウムの注入が始まったとする。そして、時刻ステップt=t1でバラスト水中の残留塩素濃度が０近辺の値から急上昇を始めたとする。この時点で、むだ時間LをＬ＝t1−t0と推定する。
【００５３】
そのとき、現在の時刻ステップをt2とすると、残留塩素濃度に対しては時刻ステップt=t1+1からt＝t2までのデータ、次亜塩素酸ナトリウム注入量に対しては時刻ステップt=t0+1からt=t0+t2−t1までのデータを用いて、（2）式の中のパラメータＴ、Ｋを推定する。
毎時刻t＝t2でパラメータＴ、Ｋを推定するが、この推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内となったときに、適正な推定値Ｋが得られたと判定する。そして、適正な推定値Ｋが得られるとその推定値Ｋに基づいて残留塩素飽和濃度を推定する。
なお、どのような状態を飽和と定義するかについては特に限定されないが、例えば推定した残留塩素飽和濃度の時間変化率が予め定めた変化率以下になったときとすればよい。
【００５４】
図８は、上述した殺菌剤飽和濃度推定手段１０７による残留塩素飽和濃度の推定方法を、グラフを用いて視覚的に説明する説明図であり、バラスト水中の残留塩素濃度の時間変化と殺菌剤の注入量の時間変化の一例を示しており、縦軸の左側が残留塩素濃度（ppm）であり、縦軸の右側が次亜塩素酸ナトリウム注入量（L/min）であり、横軸が時刻ステップである。
図８のグラフの一次遅れ曲線（実線部分およびこれに連続する点線）は、上述した毎時刻t＝t2でパラメータＴ、Ｋを推定し、この推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内となったときのパラメータＴ、Ｋに基づく曲線を示している。一次遅れ曲線における実線の部分は実際にサンプリングした時刻までを示し、点線の部分はそれ以降を示している。
また、図８のグラフの水平線（実線部分およびこれに連続する点線）は、上述した次亜塩素酸ナトリウムの一定注入量を示しており、実線部分が実際に注入した時点までを示している。
図８に示す一次遅れ曲線から分かるようにパラメータＴ、Ｋが特定されることで残留塩素飽和濃度を推定できるのである。
【００５５】
減量殺菌剤供給量演算手段１０９は、殺菌剤飽和濃度推定手段１０７によって推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する。
例えば、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを注入している場合について具体例を示すと以下の通りである。
y：次亜塩素酸ナトリウム一定注入量[L/min]
dy：飽和値より計算した減量すべき次亜塩素酸ナトリウム注入量
dC：殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との差
Qr：定格流量[m3/h]
とすれば、
dy＝(dC×Qr)/(0.12×1.1×60×103)
【００５６】
減量供給指示手段１１１は、減量殺菌剤供給量演算手段１０９の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置５に指示する。
フィードバック制御手段１１３は、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御する。フィードバック制御は例えば一般的なフィードバック（ＰＩＤ）制御であってもよいし、実施の形態２で示す不感帯制御であってもよい。もっとも、不感帯制御によれば、頻繁に供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を行う必要がなく、供給用ポンプ等の機器類に不具合が生じにくいという効果が得られる。
【００５７】
なお、各手段はコンピュータに備えられたＣＰＵが所定のコンピュータプログラムを実行することにより実現されるものである。
【００５８】
５．ベンチュリ管
ベンチュリ管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せ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殺菌剤供給装置５から供給された殺菌剤を海水中に拡散させるものである。
ベンチュリ管６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６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、動物性プランクトンの外殻を破壊し、死滅させることができる。
【００５９】
また、ベンチュリ管６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殺菌剤を急速に拡散させて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殺菌剤の海水中への混合が促進されるため、殺菌剤を注入するだけの場合に比べて殺菌剤の供給量を低減でき、環境への影響を低減でき、また殺菌剤を無害化するための殺菌剤分解剤の供給を不要にするかまたは低減できる。
【００６０】
なお、ベンチュリ管６に海水を供給する際には、ベンチュリ管６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しない。他方、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。
【００６１】
６．殺菌剤分解剤供給装置
殺菌剤分解剤供給装置７は、殺菌剤を添加された海水に殺菌剤分解剤を供給して海水中に残存する殺菌剤を分解することで、無害化するものである。
この実施形態では、殺菌剤分解剤供給装置７は殺菌剤分解処理ライン１１に設けられ、バラスト水の排出時にバラストタンク９に貯留された殺菌剤が残留しているバラスト水に、殺菌剤分解剤を供給して殺菌剤を分解処理して海中に排出するようにしている。
殺菌剤分解剤供給装置７は、図３に示すように、殺菌剤分解剤を貯留する殺菌剤分解剤貯槽５１、殺菌剤分解剤貯槽５１内の殺菌剤分解剤を殺菌剤分解処理ライン１１に供給するための配管５３、該配管５３の先端側に設けられ、また殺菌剤分解処理ライン１１のポンプ３の上流側に設けられて殺菌剤分解剤を殺菌剤が残留しているバラスト水に注入する注入口５５、殺菌剤分解剤貯槽５１内の殺菌剤分解剤を殺菌剤分解処理ライン１１に供給するための供給ポンプ５７、殺菌剤分解剤の供給量を調整するバルブ５９などを備えている。
【００６２】
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殺菌剤分解剤としては、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。
また、過酸化水素に対して供給される殺菌剤分解剤としては、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及びカタラーゼ等の酵素を使用することができる。但し、これらのみには限定されない。カタラーゼ等の酵素は分解反応の触媒として働き、反応時間が長期間のものである。
殺菌剤分解剤供給装置７は、図３に示す殺菌剤分解剤供給量制御装置６１によって制御され、適正な量の殺菌剤分解剤が所定の箇所に供給される。
【００６３】
７．殺菌剤分解剤供給量制御装置
殺菌剤分解剤供給量制御装置６１は、バラストタンク９から排出された海水中の殺菌剤残留濃度を計測する殺菌剤濃度計６３と、バラストタンク９から排出される海水の流量を計測する流量計６５と、殺菌剤分解剤が供給され殺菌剤が分解された海水中の殺菌剤残留濃度を計測する殺菌剤濃度計６６と、各種のデータを記憶する記憶手段６７と、殺菌剤分解剤供給量を演算する演算手段６９と、演算手段６９の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段７１と、を備えている。
【００６４】
殺菌剤濃度計６３は、バラストタンク９から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測して演算手段６９に出力する。流量計６５は、バラストタンク９から海へ排出される海水の流量を計測して演算手段６９に出力する。殺菌剤濃度計６６は、殺菌剤分解剤が供給され殺菌剤が分解された海水中の殺菌剤残留濃度を計測して演算手段６９に出力する。
殺菌剤濃度計６３として、例えば塩素殺菌剤に由来する残留塩素を計測する場合に、高濃度残留塩素計（例えば計測範囲が０〜３０ｍｇ／ｌ）と低濃度残留塩素計（例えば計測範囲が０〜３ｍｇ／ｌ）を用いて、残留塩素濃度のスプリット検出を行うことにより、低濃度の残留塩素の検出精度を向上させることができる。
【００６５】
殺菌剤が分解された海水中の殺菌剤残留濃度を計測する殺菌剤濃度計６６としては、低濃度の殺菌剤濃度を検出できる低濃度殺菌剤濃度計が好ましく、残留塩素を計測する場合には、遊離残留塩素濃度に対応した還元電流を計測する機構の低濃度残留塩素計を用いることが好ましい。このような低濃度の残留塩素の検出精度が高く、また残留塩素が存在しないことを検出できる低濃度残留塩素計を用いることにより、確実に残留塩素がなくなるように塩素分解剤供給量を制御することができ、また、残留塩素が分解され残留塩素がなくなっていることを確認できる。
記憶手段６７には、殺菌剤分解剤供給量（ｚ）と殺菌剤残留濃度（ｘ）との関係として予め定められた関係式（ｚ＝ｃｘ＋ｄ、ｃ；所定の係数（傾き）、ｄ；切片）が記憶されている。
上記の関係式は、供給された殺菌剤分解剤が拡散され、有効な殺菌剤分解成分として効力を発現するまでの過程に影響を与える条件を考慮して、殺菌剤分解剤供給量（ｚ）と殺菌剤残留濃度（ｘ）との関係を定めるものである。
【００６６】
演算手段６９は、殺菌剤濃度計６３の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤残留濃度平均値を求める。また、流量計６５の計測結果を入力して、所定時間における流量平均値を求める。
また、供給すべき殺菌剤分解剤供給量を、殺菌剤残留濃度平均値および記憶手段６７に記憶されたデータに基づいて演算する。具体的な殺菌剤分解剤供給量の演算方法は後述する。
制御手段７１は、演算手段６９の演算結果に基づいて、供給ポンプ５７の回転数等の出力および／または供給量調整用のバルブ５９の開度の調整制御を行う。
また、演算手段６９は、殺菌剤濃度計６６の計測結果を入力して、殺菌剤残留濃度が許容値より大きい場合には、供給すべき殺菌剤分解剤供給量を調整するように制御手段７１に出力したり、図示しない殺菌剤濃度指示計に殺菌剤濃度を出力したりするようにしてもよい。
【００６７】
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。
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、バラスト水の排出時に海水中に残留している殺菌剤を分解して無害化処理を行なうバラスト水の処理方法について説明する。
【００６８】
＜バラスト水の積込み時の動作＞
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殺菌剤供給装置５で殺菌剤が供給される。殺菌剤の供給量は殺菌剤供給量制御装置１０１によって制御される。
【００６９】
図４は殺菌剤供給量制御装置１０１による殺菌剤供給量制御の手順を示すフローチャートである。また、図５は本実施の形態における殺菌剤供給量制御を行った場合の、殺菌剤濃度の時間変化と殺菌剤の注入量の時間変化を示すグラフである。なお、図５のグラフにおいては、縦軸の左側が残留塩素濃度（ppm）であり、縦軸の右側が次亜塩素酸ナトリウム注入量（L/min）であり、横軸が時間（min）である。
【００７０】
以下、図４に基づいて殺菌剤供給量制御の手順を説明すると共に、図５を参照しながら殺菌剤濃度及び殺菌剤の注入量の時間変化について説明する。なお、この例では殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いた例である。
殺菌剤供給装置５の運転を開始すると、まずタイマーによって時間Ｔ１の間だけ起動運転を開始する（Ｓ１）。起動運転は、殺菌剤貯槽２１から供給される殺菌剤が殺菌剤濃度計３３を設置した位置に至るまでの間行う運転である。
【００７１】
起動運転を開始して、所定の時間Ｔ１が経過したかどうかを判断し（Ｓ３）、時間Ｔ１が経過すると、一定量供給指示手段１０５は、記憶手段１０３に記憶されている殺菌剤供給当初において供給すべき殺菌剤供給量を読み出して殺菌剤供給装置５に供給指示をすることにより殺菌剤一定量供給運転を開始する（Ｓ５）。
殺菌剤一定量供給運転を開始すると、殺菌剤濃度計３３によって殺菌剤残留濃度を測定する（Ｓ７）。殺菌剤残留濃度は、図５に示すように、所定の時間（むだ時間）を経過後急激に増加する。
殺菌剤濃度測定を開始すると、殺菌剤飽和濃度推定手段１０７によって残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する。
殺菌剤飽和濃度推定手段１０７による推定は、前述したように、時定数ＴとゲインＫの推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内となったかどうか判断し（Ｓ１１）、許容値の範囲内に入るまで、殺菌剤濃度測定と時定数ＴとゲインＫの推定を繰り返す。時定数ＴとゲインＫの推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内になれば、そのときのゲインＫを適正な推定値とし、それに基づいて殺菌剤飽和濃度を推定する（Ｓ１３）。
【００７２】
殺菌剤飽和濃度が推定されると、減量殺菌剤供給量演算手段１０９は、そのときの殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する（Ｓ１５）。減量すべき殺菌剤供給量の演算方法は前述の通りである。
【００７３】
減量すべき殺菌剤供給量が演算されると、減量供給指示手段１１１は、減量殺菌剤供給量演算手段１０９の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置５に指示することで、減量した殺菌剤量が供給される（Ｓ１７）。
殺菌剤量が一気に減量されることにより、残留する殺菌剤濃度は速やかに目標値に近づいていく（図５参照）。
減量供給指示された後、所定時間（例えば５分）経過すると、フィードバック制御手段１１３が、殺菌剤濃度を目標値としてフィードバック制御する（Ｓ１９）。
フィードバック制御を終了するかどうかを判断し（Ｓ２１）、終了する場合には運転制御を終了する。
【００７４】
殺菌剤が添加された海水はベンチュリ管６に導入される。ベンチュリ管６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、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６で処理された海水は、殺菌処理水送水ライン８を介してバラストタンク９に送られ貯留される。バラストタンク９内に貯留される海水には、殺菌剤供給装置５で供給された殺菌剤が、適切な濃度で残存することが好ましい。これにより、細菌類やプランクトンの再成長を抑制することができる。
【００７５】
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６でろ過装置４を通過した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、さらに殺菌剤の適量供給により細菌類やプランクトン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。
そして、本実施の形態においては、飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給し、飽和状態となる殺菌剤残留濃度を推定し、この推定値と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給するようにしたので、目標とする殺菌剤残留濃度になるまでに要する時間が短縮され、それ故に供給する殺菌剤の量を少なくできる。
【００７６】
＜バラスト水の排出時の動作＞
バラスト水の排出時には、ポンプ３を稼動してバラストタンク９からバラスト水を導入し、殺菌剤分解処理ライン１１に設けられた殺菌剤分解剤供給装置７から殺菌剤分解剤を供給し、残留する殺菌剤を分解する。
殺菌剤分解剤の供給量は、殺菌剤分解剤供給量制御装置６１によって制御され、適正な量の殺菌剤分解剤が所定の箇所に供給される。以下、殺菌剤分解剤の供給量の制御方法を説明する。
【００７７】
殺菌剤濃度計６３は、バラストタンク９から排出された海水中の殺菌剤残留濃度を計測して演算手段６９に出力する。
演算手段６９は、殺菌剤濃度計６３の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤残留濃度平均値ｘaveを求める。殺菌剤残留濃度平均値ｘaveが求まると、関係式（ｚ＝ｃｘ＋ｄ、ｃ；所定の係数（傾き）、ｄ；切片）に基づいて、殺菌剤分解剤供給量ｚを求める。
制御手段７１は、演算手段６９の演算結果に基づいて、供給ポンプ５７の回転数等の出力および／または供給量調整用のバルブ５９の開度の調整制御を行う。
適量の殺菌剤分解剤が供給されて殺菌剤の分解処理の終ったバラスト水は、殺菌剤分解処理水排水ライン１２を介して、海中に排出される。
また、演算手段６９は、殺菌剤濃度計６６の計測結果を入力して、殺菌剤残留濃度が許容値より大きい場合には、供給すべき殺菌剤分解剤供給量を調整するように制御手段７１に出力したり、殺菌剤濃度指示計に殺菌剤濃度を出力するようにしてもよい。殺菌剤濃度指示計による殺菌剤濃度の表示により、残留殺菌剤が分解されてなくなっていることを確認できる。
【００７８】
なお、殺菌剤を分解処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤分解剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することにより、より適切な量の殺菌剤分解剤の供給が可能になる。この場合は、演算手段が、殺菌剤分解剤供給量ｚ´を下式に基づいて演算するようにすればよい。
ｚ´＝ｚ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave；流量平均値
Ｑｓ；基準流量
【００７９】
なお、上記の例は海水をバラストタンク９に積み込む際に生物殺滅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生物殺滅処理をしないで、バラストタンク９から排出する際に生物殺滅処理する場合もある。
この場合は、未処理の海水は、図示していない未処理海水送水ラインを介してバラストタンク９に貯留される。このバラスト水をバラストタンク９から排出する際に、バラストタンク９内の未処理のバラスト水を、図示していないバラスト水供給ラインを介してろ過装置４側に導入して、以降は上記と同様の処理を行う。
生物殺滅処理の終ったバラスト水は、殺菌剤分解剤供給装置７に導入され殺菌剤分解剤を供給され残留する殺菌剤が分解される。殺菌剤の分解処理の終ったバラスト水は、海中に排出される。
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生物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生物殺滅処理は軽度でよい。
【００８０】
なお、図１に示した例は、バラスト水の無害化処理をバラストタンクへの積込時および／または海中への排水時に行うことを想定しているが、積込時、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。
【００８１】
［実施の形態２］
図６はフィードバック制御手段１１３として不感帯制御を行なう場合の構成を示したものである。なお、図２に示した構成と同じ構成は同符号を付し、殺菌剤供給制御装置３１の構成のうちフィードバック制御手段１１３以外は図示を省略している。
本実施の形態に係るフィードバック制御手段１１３は、各種のデータを記憶する記憶手段３７と、殺菌剤供給量を演算する演算手段３９と、演算手段３９の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段４１と、を備えている。
殺菌剤濃度計３３は、ベンチュリ管６から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測して演算手段３９に出力する。流量計３５は、ベンチュリ管６から排出された海水の流量を計測して演算手段３９に出力する。
【００８２】
記憶手段３７には、以下の（ａ）〜（ｃ）のデータが記憶されている。
（ａ）海水中の細菌類を死滅させるに必要最低限の殺菌剤の濃度目標値として予め定められた殺菌剤濃度目標値（ｘｓ）
（ｂ）殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲として予め定められた不感帯範囲（ｘｓ（１-ｃL）≦不感帯範囲≦ｘｓ（１+ｃH））、
ｃL；不感帯下限幅(例えば0より大きく、0.20未満)
ｃH；不感帯上限幅(例えば0より大きく、0.50未満)
ｃLとｃHが等しい場合もある。
不感帯下限幅ｃLの範囲を不感帯上限幅ｃHの範囲より小さくしているのは、殺菌剤濃度の下限を高めにして、確実に生物殺滅処理が行なわれるようにするためである。
（ｃ）殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係として予め定められた関係式（ｙ＝ａｘ＋ｂ、ａ；所定の係数（傾き）であり、０より大きく１未満の数；所定の係数、ｂ；切片、０より大きく１未満の数）
上記の関係式は、供給された殺菌剤が拡散され、有効な殺菌成分として効力を発現するまでの過程に影響を与える条件を考慮して、殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係を定めるものである。
なお、殺菌剤濃度目標値ｘｓに対する殺菌剤供給量ｙｓは、ｙｓ＝ａｘｓ＋ｂとなる。
【００８３】
演算手段３９は、殺菌剤濃度計３３の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤濃度平均値を求める。また、流量計３５の計測結果を入力して、所定時間における流量平均値を求める。
また、殺菌剤濃度平均値が殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を逸脱しているかどうかを判断する。そして、逸脱している場合に、供給すべき殺菌剤供給量を記憶手段３７に記憶されたデータに基づいて演算する。具体的な殺菌剤供給量の演算方法は後述する。
制御手段４１は、演算手段３９の演算結果に基づいて、供給ポンプ２７の出力および／または供給量調整用のバルブ２９の開度の調整制御を行う。
【００８４】
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。
運転開始からフィードバック制御運転までの動作は実施の形態１で説明したのと同じであるので（図４参照）、以下においてはフィードバック制御について説明する。
図７は本実施の形態のフィードバック制御の手順を示すフローチャートである。以下、図７に基づいてフィードバック制御運転について説明する。
【００８５】
フィードバック運転を開始すると、タイマーを時間Ｔ２にセットし（Ｓ３１）、殺菌剤濃度計によって殺菌剤濃度を測定する（Ｓ３３）。時間Ｔ２が経過したかどうかを判断し（Ｓ３５）、経過したと判断された場合には、時間Ｔ２の間の計測濃度の平均値ｘaveを求める（Ｓ３７）。ｘaveは、計測濃度の総和を計測回数で除算することによって求める。
そして、この殺菌剤濃度平均値ｘaveが予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲（ｘｓ（１-ｃL）≦不感帯範囲≦ｘｓ（１+ｃH）,ｃL；不感帯下限幅(例えば0より大きく、0.20未満),ｃH；不感帯上限幅(例えば0より大きく、0.50未満)）を逸脱しているかどうかを判断する（Ｓ３９）。
【００８６】
そして、逸脱していると判断した場合に、殺菌剤供給量ｙを、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量ｙｓに不感帯制御率Ｒｎを乗じた殺菌剤供給量ｙ（ｙ＝ｙｓ・Ｒｎ）を求める（Ｓ４１）。殺菌剤供給量ｙが求められると、制御手段４１が求められた殺菌剤供給量ｙを入力して、求められた殺菌剤供給量とするように、供給ポンプ２７の回転数等の出力および／または供給量調整バルブ２９の開度の調整制御を行う。そして、フィードバック制御運転が終了するかどうかを判断し（Ｓ４３）、終了しない場合は、Ｓ３１の処理に戻り、タイマーをリセットして同様の処理を繰り返す。
なお、不感帯制御率Ｒｎは（１）式で示される。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ-１：１回前の不感帯制御率（Ｒの初期値Ｒ１＝１）
ａ：所定の係数（０より大きく１未満）
ｗ：不感帯制御幅（０より大きく１未満）
【００８７】
なお、処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することにより、より適切な量の殺菌剤の供給が可能になる。この場合は、演算手段３９が、殺菌剤供給量ｙを下式に基づいて演算するようにすればよい。
ｙ＝ｙｓ・Ｒｎ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave；流量平均値
Ｑｓ；基準流量
【００８８】
本実施の形態２のフィードバック制御運転によれば、適切な時間の殺菌剤濃度平均値に基づき殺菌剤供給量を調整するため、殺菌剤の残留濃度の変動があったり、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあったりしても、精度よく殺菌剤供給量を制御することができる。
また、殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を不感帯範囲としてあらかじめ定めておき、不感帯範囲を逸脱している場合に、殺菌剤供給量を調整する操作を行うようにするので、頻繁に供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を行う必要がなく、供給用ポンプ等の機器類に不具合が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】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。
【図２】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殺菌剤供給装置及び殺菌剤供給量制御装置の説明図である。
【図３】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殺菌剤分解剤供給装置の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるバラスト水処理装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態におけるバラスト水処理装置によって殺菌剤の供給を行なったときの残留塩素濃度と、殺菌剤供給量の時間変化を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るバラスト水処理装置における殺菌剤供給量制御装置の説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態におけるバラスト水処理装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の殺菌剤飽和濃度推定手段による殺菌剤飽和濃度を推定する推定方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
１ 海水取入ライン
２ 粗ろ過装置
３ ポンプ
４ ろ過装置
５ 殺菌剤供給装置
６ ベンチュリ管
７ 殺菌剤分解剤供給装置
８ 殺菌処理水送水ライン
９ バラストタンク
１１ 殺菌剤分解処理ライン
１２ 殺菌剤分解処理水排水ライン
３３ 殺菌剤濃度計
３５ 流量計
３７、１０３ 記憶手段
３９ 演算手段
４１ 制御手段
１０１ 殺菌剤供給量制御装置
１０５ 一定量供給指示手段
１０７ 殺菌剤飽和濃度推定手段
１０９ 減量殺菌剤供給量演算手段
１１１ 減量供給指示手段
１１３ フィードバック制御手段
【技術分野】
【０００１】
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処理方法及び装置に係り、特に、バラスト水に含まれる有害細菌類およびプランクトンを効率的に死滅させるための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、出港前にバラストタンク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。
【０００３】
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（主に動物性プランクトン）の数が1ｍ3中に10個以下、10μｍ以上50μｍ未満の生物（主に植物性プランクトン）の数が1ｍｌ中に10個以下、コレラ菌は100ｍｌ中に1ｃfu未満、大腸菌は100ｍｌ中に250ｃfu未満、腸球菌は100ｍｌ中に100ｃfu未満となっている。
【０００４】
バラスト水の処理技術として、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殺菌剤をろ過された海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌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てろ過水中に前記殺菌剤を拡散させると共にろ過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とを備えた装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／１３２１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法においては、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムなどを用いて海水中の細菌類を死滅させることが開示されているが、処理費用を低減するためにできるだけ殺菌剤の使用量を抑え、必要最低限の使用量とすることが好ましい。
そのため、海水中の殺菌剤濃度を検出して適正な濃度となるようにすることで殺菌剤の過剰供給にならないように調整することが必要となる。
しかしながら、処理経路に配置したフィルタの目詰まり、バラストタンクへの供給流量の変動などに起因して、同量の殺菌剤を供給しても殺菌剤の残留濃度が異なることがある。
また、殺菌剤を供給してから海水中に拡散するまでの時間や、殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間（次亜塩素酸ナトリウムでは遊離塩素が発生するまでの時間）などの時間遅れもある。
このため、一般的なフィードバック（ＰＩＤ）制御では適正な供給量制御が困難であるという問題がある。
【０００６】
また、殺菌剤供給量を調整するためには、殺菌剤を供給するためのポンプの出力調整や殺菌剤供給ラインに設けたバルブの開度調整を行う必要があるが、検出した海水中の殺菌剤濃度とあらかじめ定めた所定の殺菌剤濃度と比較して上回るか下回るかを判定して殺菌剤供給量を調整するようにすると、頻繁にポンプの出力調整やバルブの開度調整を行わねばならず、不具合が生じることがある。
【０００７】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、第１に殺菌剤使用量を可及的に少なくして処理費用を低減できるバラスト水処理方法及び装置を提供することを目的としている。
また、第２に使用機器に不具合を生じさせることなく殺菌剤の供給量を適正に制御できるバラスト水の処理装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態に係るバラスト水処理方法は、飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給する一定量供給工程と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定工程と、推定された殺菌剤飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給工程で注入している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給する減量供給工程とを備え、前記殺菌剤飽和濃度推定工程は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
殺菌剤は、海水中の細菌類を死滅させるために供給されるものであり、供給される殺菌剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、塩素、二酸化塩素、過酸化水素、オゾン、過酢酸、またはこれらの２種以上の混合物を使用することができる。
一定量供給工程で供給する一定量は、バラスト水中で分解される殺菌剤量を考慮して設定され、例えば残留塩素濃度目標値の２倍に相当する量とする。
目標とする殺菌剤濃度は、例えば事前に行なった実験などによって予め設定した値である。
【００１０】
本発明の第２の形態に係るバラスト水処理装置は、殺菌剤を海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌剤が供給された後の海水中の殺菌剤濃度を検出する殺菌剤濃度検出手段と、殺菌剤供給装置による殺菌剤の供給量を制御する殺菌剤供給量制御装置とを有し、
該殺菌剤供給量制御装置は、殺菌剤の供給当初において予め定めた一定量の殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置に指示する一定量供給指示手段と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定手段と、推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する減量殺菌剤供給量演算手段と、減量殺菌剤供給量演算手段の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を前記殺菌剤供給装置に指示する減量供給指示手段とを備え、
前記殺菌剤飽和濃度推定手段は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定することを特徴とするものである。
【００１１】
殺菌剤供給装置は、処理対象の海水に殺菌剤を供給するものである。殺菌剤供給装置を構成する機器の一例を示すと、殺菌剤を貯留する殺菌剤貯槽、殺菌剤貯槽内の殺菌剤を海水に供給するための配管、該配管の先端側に設けられて殺菌剤を供給先に注入する注入口、殺菌剤貯槽内の殺菌剤を配管に供給するための供給ポンプ、殺菌剤の供給量を調整するバルブなどである。
【００１２】
本発明の第３の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第２の形態に係るものにおいて、殺菌剤供給量制御装置は、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有し、該フィードバック制御手段は、海水中の殺菌剤濃度を計測し所定時間の殺菌剤濃度平均値を求め、該殺菌剤濃度平均値が予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲を逸脱している場合に、前記殺菌剤供給装置が供給する殺菌剤供給量を、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量に（１）式で示す不感帯制御率Ｒｎを乗じた供給量とするように調整することを特徴とするものである。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ;不感帯制御率
Ｒｎ-１;１回前の不感帯制御率
ｘｓ；殺菌剤濃度目標値
ｘave；殺菌剤濃度平均値
ａ；所定の係数
ｗ；不感帯制御幅
【００１３】
フィードバック制御手段の一例として、ベンチュリ管から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測する計測装置と、各種のデータを記憶する記憶手段と、殺菌剤供給量を演算する演算手段と、演算手段の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段とを備えている。
計測装置は、殺菌剤が供給された海水中の殺菌剤濃度を計測して演算手段に出力する。
記憶手段には、以下の（ａ）〜（ｃ）に示すデータが記憶されている。
（ａ）海水中の細菌類を死滅させるに必要最低限の殺菌剤の濃度目標値として予め定められた殺菌剤濃度目標値（ｘｓ）
（ｂ）殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲として予め定められた不感帯範囲（ｘｓ（１-ｃL）≦不感帯範囲≦ｘｓ（１+ｃH））、
ｃL；不感帯下限幅(例えば0より大きく、0.20未満)
ｃH；不感帯上限幅(例えば0より大きく、0.50未満)
ｃLとｃHが等しい場合もある。
（ｃ）殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係として予め定められた関係式（ｙ＝ａｘ＋ｂ、ａ；所定の係数（傾き）であり、０より大きく１未満の数、ｂ；切片であり、０より大きく１未満の数）
上記の関係式は、供給した殺菌剤が拡散され、有効な殺菌成分として効力を発現するまでの過程に影響を与える条件を考慮して、殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係を定めるものである。
なお、殺菌剤濃度目標値ｘｓに対する殺菌剤供給量ｙｓは、ｙｓ＝ａｘｓ＋ｂとなる。
【００１４】
演算手段は、計測装置の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤濃度平均値を求める。そして、その殺菌剤濃度平均値が殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲（不感帯範囲）を逸脱しているかどうかを判断し、逸脱している場合に、供給すべき殺菌剤供給量を記憶手段に記憶されたデータに基づいて演算する。
制御手段は、演算手段の演算結果に基づいて、供給ポンプの回転数等の出力および／または供給量調整バルブの開度の調整制御を行う。
制御の手順は以下の通りである。
【００１５】
＜フィードバック制御の手順の一例＞
減量供給指示された後、所定時間（例えば５分）経過後において、計測装置が海水中の殺菌剤濃度を計測し、計測結果を演算手段に出力する。
演算手段は、計測結果を入力して、所定時間の殺菌剤濃度平均値ｘaveを求める。そして、この殺菌剤濃度平均値ｘaveが予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲を逸脱しているかどうかを判断し、逸脱している場合に、殺菌剤供給量ｙを、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量ｙｓに不感帯制御率Ｒｎを乗じた殺菌剤供給量ｙ（ｙ＝ｙｓ・Ｒｎ）を求める。
求められた殺菌剤供給量ｙになるように殺菌剤供給量を調整することで、殺菌剤濃度平均値ｘaveが殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を超えている場合に、殺菌剤濃度平均値ｘaveが上下限範囲に入るように調整される。
なお、不感帯制御率Ｒｎは（１）式で示される。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ-１：１回前の不感帯制御率
ａ：所定の係数（０より大きく１未満）
ｗ：不感帯制御幅（０より大きく１未満）
【００１６】
殺菌剤供給量ｙが求められると、制御手段が求められた殺菌剤供給量ｙを入力して、求められた殺菌剤供給量とするように、供給ポンプの回転数等の出力および／または供給量調整バルブの開度の調整制御を行う。
【００１７】
本発明の第３の形態によれば、適切な時間の殺菌剤濃度平均値に基づき殺菌剤供給量を調整するため、殺菌剤の残留濃度の変動があったり、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあったりしても、精度よく殺菌剤供給量を制御することができる。
また、殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を不感帯範囲としてあらかじめ定めておき、不感帯範囲を逸脱している場合に、殺菌剤供給量を調整する操作を行うようにするので、供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を頻繁に行う必要がなく、各機器に不具合が生じにくい。
【００１８】
本発明の第４の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第３の形態に係るものにおいて、殺菌剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し、所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することを特徴とするものである。
【００１９】
海水流量が変動すると、殺菌剤供給量を補正する必要がある。しかしながら、殺菌剤供給量を殺菌剤の残留濃度のみに基づいて制御しようとすると、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあり、適切な制御ができない場合がある。
そこで、海水流量の変動を考慮した制御を行うことによって、より適切な殺菌剤供給量の制御ができる。
具体的には、殺菌剤供給量ｙを下式に基づいて調整する。
ｙ＝ｙｓ・Ｒ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave；流量平均値
Ｑｓ；基準流量
【００２０】
本発明の第４の形態においては、海水流量の変動に応じて殺菌剤供給量を補正するため、殺菌剤供給量をより精度よく制御することができる。
なお、流量平均値とは予め定めた所定時間における平均流量である。また、基準流量とは、目標とする殺菌剤濃度に対応する殺菌剤供給量ｙｓを求めるときの海水の流量である。
【００２１】
本発明の第５の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第３の形態又は第４の形態に係るものにおいて、殺菌剤が供給された海水に殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、海水中に残留する殺菌剤濃度を計測し、計測された殺菌剤濃度に基づき、前記殺菌剤分解剤供給装置の殺菌剤分解剤供給量を調整する殺菌剤分解剤供給量制御装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
このような殺菌剤分解剤供給装置を備えることにより、海水中に残留する殺菌剤を分解し、バラスト水が排出される海域への影響をなくすことができる。また、殺菌剤分解剤供給量制御装置を備えることにより、海水中に残留する殺菌剤濃度に応じて適正に殺菌剤分解剤供給量を調整できる。
【００２３】
殺菌剤分解剤供給量制御装置を構成する機器の一例を示すと、バラストタンクから排出される海水中の殺菌剤濃度を計測する計測装置と、各種のデータを記憶する記憶手段と、殺菌剤分解剤供給量を演算する演算手段と、演算手段の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段と、を備えている。
記憶手段には、バラストタンクから排出される海水中の殺菌剤を分解するのに必要な殺菌剤分解剤の供給量（ｚ）と、バラストタンクから排出される海水中の殺菌剤濃度（ｘ）との関係（ｚ＝ｃｘ＋ｄ、ｃ；所定の係数（傾き）、ｄ；切片）が記憶されている。
【００２４】
以上のように構成された殺菌剤分解剤供給量制御装置においては、計測装置がバラストタンクから排出された海水中の殺菌剤濃度を計測する。そして、演算手段が計測装置の計測値を入力して所定時間の殺菌剤濃度平均値ｘaveを求める。そして、演算手段は、記憶手段に記憶されている関係式に基づいて、該殺菌剤濃度平均値ｘaveに応じた殺菌剤分解剤供給量（ｚ）を演算する。制御手段は、演算手段が演算した殺菌剤分解剤供給量（ｚ）に基づいて、殺菌剤分解剤供給装置の殺菌剤分解剤供給ポンプやバルブ開度を調整制御する。
【００２５】
なお、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殺菌剤分解剤としては、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、過酸化水素に対して供給される殺菌剤分解剤としては、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及びカタラーゼ等の酵素を使用することができる。
【００２６】
本発明の第６の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第５の形態に係るものにおいて、前記殺菌剤分解剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め該流量平均値に基づき、殺菌剤分解剤供給量を調整することを特徴とするものである。
【００２７】
処理される海水流量が変動すると、殺菌剤分解剤供給量を補正する必要がある。そこで、本発明の第８の形態では、殺菌剤分解剤供給量ｚ´を下式に基づいて調整する。
ｚ´＝ｚ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave：流量平均値
Ｑｓ：基準流量
本発明の第６の形態においては、海水流量の変動に応じて殺菌剤分解剤供給量を補正するため、殺菌剤分解剤供給量をより精度よく制御することができる。
なお、流量平均値とは予め定めた所定時間における平均流量である。また、基準流量とは、基準となる殺菌剤濃度に対応する殺菌剤分解剤供給量ｚｓを求めるときの海水の流量である。
【００２８】
本発明の第７の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第２〜第６の形態のいずれかのものにおいて、殺菌剤が供給された海水の供給を受けて該海水中にキャビテーションを発生させて海水中に前記殺菌剤を拡散させると共に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を備え、殺菌剤濃度検出手段は前記ベンチュリ管の出口側の海水中の殺菌剤濃度を検出するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２９】
ベンチュリ管は、殺菌剤が供給された海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。そして、さらにキャビテーションによって海水中に殺菌剤を急速に拡散させて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、ベンチュリ管によるキャビテーションの拡散作用により殺菌剤の海水中への混合を促進するため、殺菌剤を供給するだけの場合に比べて殺菌剤の供給量を低減できる。このため、殺菌剤による環境への影響を低減でき、また殺菌剤を無害化するための殺菌剤分解剤の供給を不要にするかまたは低減できる。
【００３０】
なお、ベンチュリ管を設けた場合には、殺菌剤供給装置は、殺菌剤を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好ましい。殺菌剤をベンチュリ管の上流側に供給する場合には、キャビテーションが発生するベンチュリ管ののど部に達するまでに殺菌剤を管内である程度拡散させ、次いでキャビテーションにより殺菌剤の拡散、混合を進めて、さらに殺菌剤の細菌類への浸透を促進できるので、殺菌剤の殺滅効果を促進できる。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明の第８の形態に係るバラスト水処理装置は、上記第２〜第７の形態のいずれかのものにおいて、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、植物性プランクトン等比較的小型の水生生物や細菌類を殺滅するのに必要な殺菌剤を供給すればよく、殺菌剤の供給量を低減でき、環境への影響を低減でき、また殺菌剤を無害化するための殺菌剤分解剤の供給を不要にするかまたは低減できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明においては、飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給し、飽和状態になるとして推定された飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した供給量を注入するようにしたので、目標とする殺菌剤残留濃度になるまでに要する時間が短縮され、それ故に供給する殺菌剤の量を少なくできる。
【００３４】
また、本発明の第３〜第８の形態においては、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有し、該フィードバック制御手段においては、適切な時間の殺菌剤濃度平均値に基づき殺菌剤供給量を調整するため、殺菌剤の残留濃度の変動があったり、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあったりしても、精度よく殺菌剤供給量を制御することができる。
また、殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を不感帯範囲としてあらかじめ定めておき、不感帯範囲を逸脱している場合に、殺菌剤供給量を調整する操作を行うようにするので、頻繁に供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を行う必要がなく、供給用ポンプ等の機器類に不具合が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
［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、本発明の第一の実施形態に係るバラスト水の処理装置を示すブロック図である。
本実施の形態のバラスト水処理装置は、海水取入ライン１と、粗ろ過装置２と、ポンプ３と、ろ過装置４と、殺菌剤供給装置５と、ベンチュリ管６と、殺菌剤分解剤供給装置７と、殺菌処理水送水ライン８と、バラストタンク９と、殺菌剤分解処理ライン１１と、殺菌剤分解処理水排水ライン１２と、を備えている。
【００３６】
バラスト水の無害化処理は、バラスト水をバラストタンクへの積込時、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。
以下の説明では、バラスト水の積込み時に海水中の生物殺滅処理を行ない、バラスト水の排出時にバラストタンク９に貯留されたバラスト水を送水しながら、バラスト水に殺菌剤分解剤を供給して殺菌剤を分解処理して海中に排出する場合について説明する。
まず、この場合に使用する各構成について詳細に説明する。
【００３７】
海水取入ライン１は、海水を船内に取り入れる。粗ろ過装置２は、海水取入ライン１から取り入れられた海水中の粗大物を除去する。ポンプ３は、海水を取り込み、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殺菌剤分解剤供給装置７を介して海中に排出する。
【００３８】
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。殺菌剤供給装置５は、ろ過装置４でろ過された海水に殺菌剤を供給して、細菌類やプランクトンを死滅させる。ベンチュリ管６は、殺菌剤が添加された海水（ろ過水）を導入し、その海水中にキャビテーションを発生させ、海水中の水生生物に損傷を与えあるいはそれらを死滅させるとともに、殺菌剤供給装置５で供給された殺菌剤を海水中に拡散させる。
【００３９】
殺菌処理水送水ライン８は、ベンチュリ管６から排出された生物殺滅処理後の海水を後述のバラストタンク９に送る。バラストタンク９は、殺菌処理水送水ライン８から送られる生物殺滅処理後の海水をバラスト水として貯留する。殺菌剤分解処理ライン１１は、バラストタンク９内のバラスト水を、ポンプ３により殺菌剤分解剤供給装置７に送る。
殺菌剤分解剤供給装置７は、殺菌剤が残留しているバラスト水に殺菌剤分解剤を供給する。殺菌剤分解処理水排水ライン１２は、殺菌剤分解剤を供給され殺菌剤分解処理が終ったバラスト水を海に排出する。
以下、各装置をさらに詳細に説明する。
【００４０】
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。
【００４１】
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より大きいと動物性プランクトン、植物性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２０〜３５μｍ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１ｍ２あたり1日２００ｍ３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
３．殺菌剤供給装置
殺菌剤供給装置５はろ過装置４によってろ過されベンチュリ管６に供給される海水に細菌類を死滅させる殺菌剤を供給するものである。
殺菌剤供給装置は、図２に示すように、殺菌剤を貯留する殺菌剤貯槽２１、殺菌剤貯槽２１内の殺菌剤をベンチュリ管側に供給するための配管２３、該配管２３の先端側に設けられて殺菌剤を供給先に注入する注入口２５、殺菌剤貯槽内の殺菌剤をベンチュリ管側に供給するための供給ポンプ２７、殺菌剤の供給量を調整するバルブ２９などを備えている。
供給する殺菌剤としては、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、これ以外の殺菌剤を使用することも可能である。
【００４５】
なお、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合には、海水中の有効塩素量の濃度を１〜100mg/lとするように供給することが好ましい。
その理由は、有効塩素量の濃度が1mg/lより小さいと次亜塩素酸が水中の還元性物質、有機物と反応して残留しないし、100mg/lより大きいと腐食の問題や次亜塩素酸ナトリウムの貯留槽が大きくなり高コストとなる等の問題があり、不具合が生じるからである。
【００４６】
殺菌剤はベンチュリ管６の上流側および／またはベンチュリ管６ののど部に供給される。殺菌剤をベンチュリ管６の上流側に供給する場合には、殺菌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、次いでキャビテーションにより殺菌剤の拡散、混合を進めて、さらに殺菌剤の細菌類への浸透を促進して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６の上流側に供給するためには、ベンチュリ管６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６ののど部に供給する場合には、ベンチュリ管６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。
殺菌剤供給装置５は、図２に示す殺菌剤供給量制御装置１０１によって制御され、適正な量の殺菌剤が所定の箇所に供給される。
【００４７】
４．殺菌剤供給量制御装置
殺菌剤供給量制御装置１０１は、ベンチュリ管６から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測する殺菌剤濃度計３３と、ベンチュリ管６から排出された海水の流量を計測する流量計３５と、各種のデータを記憶する記憶手段１０３と、殺菌剤の供給当初において予め定めた一定量の殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置に指示する一定量供給指示手段１０５と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定手段１０７と、推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する減量殺菌剤供給量演算手段１０９と、減量殺菌剤供給量演算手段１０９の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を前記殺菌剤供給装置に指示する減量供給指示手段１１１と、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段１１３と、を備えている。
【００４８】
殺菌剤濃度計３３は、ベンチュリ管６から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測して殺菌剤飽和濃度推定手段１０７、減量殺菌剤供給量演算手段１０９に出力する。流量計３５は、ベンチュリ管６から排出された海水の流量を計測して減量殺菌剤供給量演算手段１０９に出力する。
【００４９】
記憶手段１０３には、海水中の細菌類を死滅させるに必要最低限の殺菌剤の濃度目標値として予め定められた殺菌剤濃度目標値（ｘｓ）が記憶されている。
また、記憶手段１０３には殺菌剤の供給当初において供給すべき殺菌剤の供給量が記憶されている。
【００５０】
一定量供給指示手段１０５は、記憶手段１０３に記憶されている殺菌剤供給当初において供給すべき殺菌剤供給量を読み出して殺菌剤供給装置５に供給指示をする。
殺菌剤飽和濃度推定手段１０７は、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する。
殺菌剤飽和濃度推定手段１０７による推定は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定する。
以下、殺菌剤飽和濃度推定手段１０７の推定方法をバラスト水給水時において殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを注入した場合について具体的に説明する。
【００５１】
バラスト水給水時において次亜塩素酸ナトリウムを注入した時のバラスト水中の残留塩素濃度の応答特性について、実験データから見ると、むだ時間＋１次遅れ系として近似できると予想され、以下のモデルとなる。
＜モデル＞
【数１】
【００５２】
サンプリング周期Δt[sec]で残留塩素濃度を計測し始め、時刻ステップt=t0でバラスト水への次亜塩素酸ナトリウムの注入が始まったとする。そして、時刻ステップt=t1でバラスト水中の残留塩素濃度が０近辺の値から急上昇を始めたとする。この時点で、むだ時間LをＬ＝t1−t0と推定する。
【００５３】
そのとき、現在の時刻ステップをt2とすると、残留塩素濃度に対しては時刻ステップt=t1+1からt＝t2までのデータ、次亜塩素酸ナトリウム注入量に対しては時刻ステップt=t0+1からt=t0+t2−t1までのデータを用いて、（2）式の中のパラメータＴ、Ｋを推定する。
毎時刻t＝t2でパラメータＴ、Ｋを推定するが、この推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内となったときに、適正な推定値Ｋが得られたと判定する。そして、適正な推定値Ｋが得られるとその推定値Ｋに基づいて残留塩素飽和濃度を推定する。
なお、どのような状態を飽和と定義するかについては特に限定されないが、例えば推定した残留塩素飽和濃度の時間変化率が予め定めた変化率以下になったときとすればよい。
【００５４】
図８は、上述した殺菌剤飽和濃度推定手段１０７による残留塩素飽和濃度の推定方法を、グラフを用いて視覚的に説明する説明図であり、バラスト水中の残留塩素濃度の時間変化と殺菌剤の注入量の時間変化の一例を示しており、縦軸の左側が残留塩素濃度（ppm）であり、縦軸の右側が次亜塩素酸ナトリウム注入量（L/min）であり、横軸が時刻ステップである。
図８のグラフの一次遅れ曲線（実線部分およびこれに連続する点線）は、上述した毎時刻t＝t2でパラメータＴ、Ｋを推定し、この推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内となったときのパラメータＴ、Ｋに基づく曲線を示している。一次遅れ曲線における実線の部分は実際にサンプリングした時刻までを示し、点線の部分はそれ以降を示している。
また、図８のグラフの水平線（実線部分およびこれに連続する点線）は、上述した次亜塩素酸ナトリウムの一定注入量を示しており、実線部分が実際に注入した時点までを示している。
図８に示す一次遅れ曲線から分かるようにパラメータＴ、Ｋが特定されることで残留塩素飽和濃度を推定できるのである。
【００５５】
減量殺菌剤供給量演算手段１０９は、殺菌剤飽和濃度推定手段１０７によって推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する。
例えば、殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを注入している場合について具体例を示すと以下の通りである。
y：次亜塩素酸ナトリウム一定注入量[L/min]
dy：飽和値より計算した減量すべき次亜塩素酸ナトリウム注入量
dC：殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との差
Qr：定格流量[m3/h]
とすれば、
dy＝(dC×Qr)/(0.12×1.1×60×103)
【００５６】
減量供給指示手段１１１は、減量殺菌剤供給量演算手段１０９の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置５に指示する。
フィードバック制御手段１１３は、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御する。フィードバック制御は例えば一般的なフィードバック（ＰＩＤ）制御であってもよいし、実施の形態２で示す不感帯制御であってもよい。もっとも、不感帯制御によれば、頻繁に供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を行う必要がなく、供給用ポンプ等の機器類に不具合が生じにくいという効果が得られる。
【００５７】
なお、各手段はコンピュータに備えられたＣＰＵが所定のコンピュータプログラムを実行することにより実現されるものである。
【００５８】
５．ベンチュリ管
ベンチュリ管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せ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殺菌剤供給装置５から供給された殺菌剤を海水中に拡散させるものである。
ベンチュリ管６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６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、動物性プランクトンの外殻を破壊し、死滅させることができる。
【００５９】
また、ベンチュリ管６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殺菌剤を急速に拡散させて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殺菌剤の海水中への混合が促進されるため、殺菌剤を注入するだけの場合に比べて殺菌剤の供給量を低減でき、環境への影響を低減でき、また殺菌剤を無害化するための殺菌剤分解剤の供給を不要にするかまたは低減できる。
【００６０】
なお、ベンチュリ管６に海水を供給する際には、ベンチュリ管６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しない。他方、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。
【００６１】
６．殺菌剤分解剤供給装置
殺菌剤分解剤供給装置７は、殺菌剤を添加された海水に殺菌剤分解剤を供給して海水中に残存する殺菌剤を分解することで、無害化するものである。
この実施形態では、殺菌剤分解剤供給装置７は殺菌剤分解処理ライン１１に設けられ、バラスト水の排出時にバラストタンク９に貯留された殺菌剤が残留しているバラスト水に、殺菌剤分解剤を供給して殺菌剤を分解処理して海中に排出するようにしている。
殺菌剤分解剤供給装置７は、図３に示すように、殺菌剤分解剤を貯留する殺菌剤分解剤貯槽５１、殺菌剤分解剤貯槽５１内の殺菌剤分解剤を殺菌剤分解処理ライン１１に供給するための配管５３、該配管５３の先端側に設けられ、また殺菌剤分解処理ライン１１のポンプ３の上流側に設けられて殺菌剤分解剤を殺菌剤が残留しているバラスト水に注入する注入口５５、殺菌剤分解剤貯槽５１内の殺菌剤分解剤を殺菌剤分解処理ライン１１に供給するための供給ポンプ５７、殺菌剤分解剤の供給量を調整するバルブ５９などを備えている。
【００６２】
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殺菌剤分解剤としては、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。
また、過酸化水素に対して供給される殺菌剤分解剤としては、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及びカタラーゼ等の酵素を使用することができる。但し、これらのみには限定されない。カタラーゼ等の酵素は分解反応の触媒として働き、反応時間が長期間のものである。
殺菌剤分解剤供給装置７は、図３に示す殺菌剤分解剤供給量制御装置６１によって制御され、適正な量の殺菌剤分解剤が所定の箇所に供給される。
【００６３】
７．殺菌剤分解剤供給量制御装置
殺菌剤分解剤供給量制御装置６１は、バラストタンク９から排出された海水中の殺菌剤残留濃度を計測する殺菌剤濃度計６３と、バラストタンク９から排出される海水の流量を計測する流量計６５と、殺菌剤分解剤が供給され殺菌剤が分解された海水中の殺菌剤残留濃度を計測する殺菌剤濃度計６６と、各種のデータを記憶する記憶手段６７と、殺菌剤分解剤供給量を演算する演算手段６９と、演算手段６９の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段７１と、を備えている。
【００６４】
殺菌剤濃度計６３は、バラストタンク９から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測して演算手段６９に出力する。流量計６５は、バラストタンク９から海へ排出される海水の流量を計測して演算手段６９に出力する。殺菌剤濃度計６６は、殺菌剤分解剤が供給され殺菌剤が分解された海水中の殺菌剤残留濃度を計測して演算手段６９に出力する。
殺菌剤濃度計６３として、例えば塩素殺菌剤に由来する残留塩素を計測する場合に、高濃度残留塩素計（例えば計測範囲が０〜３０ｍｇ／ｌ）と低濃度残留塩素計（例えば計測範囲が０〜３ｍｇ／ｌ）を用いて、残留塩素濃度のスプリット検出を行うことにより、低濃度の残留塩素の検出精度を向上させることができる。
【００６５】
殺菌剤が分解された海水中の殺菌剤残留濃度を計測する殺菌剤濃度計６６としては、低濃度の殺菌剤濃度を検出できる低濃度殺菌剤濃度計が好ましく、残留塩素を計測する場合には、遊離残留塩素濃度に対応した還元電流を計測する機構の低濃度残留塩素計を用いることが好ましい。このような低濃度の残留塩素の検出精度が高く、また残留塩素が存在しないことを検出できる低濃度残留塩素計を用いることにより、確実に残留塩素がなくなるように塩素分解剤供給量を制御することができ、また、残留塩素が分解され残留塩素がなくなっていることを確認できる。
記憶手段６７には、殺菌剤分解剤供給量（ｚ）と殺菌剤残留濃度（ｘ）との関係として予め定められた関係式（ｚ＝ｃｘ＋ｄ、ｃ；所定の係数（傾き）、ｄ；切片）が記憶されている。
上記の関係式は、供給された殺菌剤分解剤が拡散され、有効な殺菌剤分解成分として効力を発現するまでの過程に影響を与える条件を考慮して、殺菌剤分解剤供給量（ｚ）と殺菌剤残留濃度（ｘ）との関係を定めるものである。
【００６６】
演算手段６９は、殺菌剤濃度計６３の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤残留濃度平均値を求める。また、流量計６５の計測結果を入力して、所定時間における流量平均値を求める。
また、供給すべき殺菌剤分解剤供給量を、殺菌剤残留濃度平均値および記憶手段６７に記憶されたデータに基づいて演算する。具体的な殺菌剤分解剤供給量の演算方法は後述する。
制御手段７１は、演算手段６９の演算結果に基づいて、供給ポンプ５７の回転数等の出力および／または供給量調整用のバルブ５９の開度の調整制御を行う。
また、演算手段６９は、殺菌剤濃度計６６の計測結果を入力して、殺菌剤残留濃度が許容値より大きい場合には、供給すべき殺菌剤分解剤供給量を調整するように制御手段７１に出力したり、図示しない殺菌剤濃度指示計に殺菌剤濃度を出力したりするようにしてもよい。
【００６７】
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。
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、バラスト水の排出時に海水中に残留している殺菌剤を分解して無害化処理を行なうバラスト水の処理方法について説明する。
【００６８】
＜バラスト水の積込み時の動作＞
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殺菌剤供給装置５で殺菌剤が供給される。殺菌剤の供給量は殺菌剤供給量制御装置１０１によって制御される。
【００６９】
図４は殺菌剤供給量制御装置１０１による殺菌剤供給量制御の手順を示すフローチャートである。また、図５は本実施の形態における殺菌剤供給量制御を行った場合の、殺菌剤濃度の時間変化と殺菌剤の注入量の時間変化を示すグラフである。なお、図５のグラフにおいては、縦軸の左側が残留塩素濃度（ppm）であり、縦軸の右側が次亜塩素酸ナトリウム注入量（L/min）であり、横軸が時間（min）である。
【００７０】
以下、図４に基づいて殺菌剤供給量制御の手順を説明すると共に、図５を参照しながら殺菌剤濃度及び殺菌剤の注入量の時間変化について説明する。なお、この例では殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いた例である。
殺菌剤供給装置５の運転を開始すると、まずタイマーによって時間Ｔ１の間だけ起動運転を開始する（Ｓ１）。起動運転は、殺菌剤貯槽２１から供給される殺菌剤が殺菌剤濃度計３３を設置した位置に至るまでの間行う運転である。
【００７１】
起動運転を開始して、所定の時間Ｔ１が経過したかどうかを判断し（Ｓ３）、時間Ｔ１が経過すると、一定量供給指示手段１０５は、記憶手段１０３に記憶されている殺菌剤供給当初において供給すべき殺菌剤供給量を読み出して殺菌剤供給装置５に供給指示をすることにより殺菌剤一定量供給運転を開始する（Ｓ５）。
殺菌剤一定量供給運転を開始すると、殺菌剤濃度計３３によって殺菌剤残留濃度を測定する（Ｓ７）。殺菌剤残留濃度は、図５に示すように、所定の時間（むだ時間）を経過後急激に増加する。
殺菌剤濃度測定を開始すると、殺菌剤飽和濃度推定手段１０７によって残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する。
殺菌剤飽和濃度推定手段１０７による推定は、前述したように、時定数ＴとゲインＫの推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内となったかどうか判断し（Ｓ１１）、許容値の範囲内に入るまで、殺菌剤濃度測定と時定数ＴとゲインＫの推定を繰り返す。時定数ＴとゲインＫの推定値の変化が予め設定した許容値の範囲内になれば、そのときのゲインＫを適正な推定値とし、それに基づいて殺菌剤飽和濃度を推定する（Ｓ１３）。
【００７２】
殺菌剤飽和濃度が推定されると、減量殺菌剤供給量演算手段１０９は、そのときの殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する（Ｓ１５）。減量すべき殺菌剤供給量の演算方法は前述の通りである。
【００７３】
減量すべき殺菌剤供給量が演算されると、減量供給指示手段１１１は、減量殺菌剤供給量演算手段１０９の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置５に指示することで、減量した殺菌剤量が供給される（Ｓ１７）。
殺菌剤量が一気に減量されることにより、残留する殺菌剤濃度は速やかに目標値に近づいていく（図５参照）。
減量供給指示された後、所定時間（例えば５分）経過すると、フィードバック制御手段１１３が、殺菌剤濃度を目標値としてフィードバック制御する（Ｓ１９）。
フィードバック制御を終了するかどうかを判断し（Ｓ２１）、終了する場合には運転制御を終了する。
【００７４】
殺菌剤が添加された海水はベンチュリ管６に導入される。ベンチュリ管６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、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６で処理された海水は、殺菌処理水送水ライン８を介してバラストタンク９に送られ貯留される。バラストタンク９内に貯留される海水には、殺菌剤供給装置５で供給された殺菌剤が、適切な濃度で残存することが好ましい。これにより、細菌類やプランクトンの再成長を抑制することができる。
【００７５】
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６でろ過装置４を通過した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、さらに殺菌剤の適量供給により細菌類やプランクトン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。
そして、本実施の形態においては、飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給し、飽和状態となる殺菌剤残留濃度を推定し、この推定値と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給するようにしたので、目標とする殺菌剤残留濃度になるまでに要する時間が短縮され、それ故に供給する殺菌剤の量を少なくできる。
【００７６】
＜バラスト水の排出時の動作＞
バラスト水の排出時には、ポンプ３を稼動してバラストタンク９からバラスト水を導入し、殺菌剤分解処理ライン１１に設けられた殺菌剤分解剤供給装置７から殺菌剤分解剤を供給し、残留する殺菌剤を分解する。
殺菌剤分解剤の供給量は、殺菌剤分解剤供給量制御装置６１によって制御され、適正な量の殺菌剤分解剤が所定の箇所に供給される。以下、殺菌剤分解剤の供給量の制御方法を説明する。
【００７７】
殺菌剤濃度計６３は、バラストタンク９から排出された海水中の殺菌剤残留濃度を計測して演算手段６９に出力する。
演算手段６９は、殺菌剤濃度計６３の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤残留濃度平均値ｘaveを求める。殺菌剤残留濃度平均値ｘaveが求まると、関係式（ｚ＝ｃｘ＋ｄ、ｃ；所定の係数（傾き）、ｄ；切片）に基づいて、殺菌剤分解剤供給量ｚを求める。
制御手段７１は、演算手段６９の演算結果に基づいて、供給ポンプ５７の回転数等の出力および／または供給量調整用のバルブ５９の開度の調整制御を行う。
適量の殺菌剤分解剤が供給されて殺菌剤の分解処理の終ったバラスト水は、殺菌剤分解処理水排水ライン１２を介して、海中に排出される。
また、演算手段６９は、殺菌剤濃度計６６の計測結果を入力して、殺菌剤残留濃度が許容値より大きい場合には、供給すべき殺菌剤分解剤供給量を調整するように制御手段７１に出力したり、殺菌剤濃度指示計に殺菌剤濃度を出力するようにしてもよい。殺菌剤濃度指示計による殺菌剤濃度の表示により、残留殺菌剤が分解されてなくなっていることを確認できる。
【００７８】
なお、殺菌剤を分解処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤分解剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することにより、より適切な量の殺菌剤分解剤の供給が可能になる。この場合は、演算手段が、殺菌剤分解剤供給量ｚ´を下式に基づいて演算するようにすればよい。
ｚ´＝ｚ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave；流量平均値
Ｑｓ；基準流量
【００７９】
なお、上記の例は海水をバラストタンク９に積み込む際に生物殺滅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生物殺滅処理をしないで、バラストタンク９から排出する際に生物殺滅処理する場合もある。
この場合は、未処理の海水は、図示していない未処理海水送水ラインを介してバラストタンク９に貯留される。このバラスト水をバラストタンク９から排出する際に、バラストタンク９内の未処理のバラスト水を、図示していないバラスト水供給ラインを介してろ過装置４側に導入して、以降は上記と同様の処理を行う。
生物殺滅処理の終ったバラスト水は、殺菌剤分解剤供給装置７に導入され殺菌剤分解剤を供給され残留する殺菌剤が分解される。殺菌剤の分解処理の終ったバラスト水は、海中に排出される。
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生物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生物殺滅処理は軽度でよい。
【００８０】
なお、図１に示した例は、バラスト水の無害化処理をバラストタンクへの積込時および／または海中への排水時に行うことを想定しているが、積込時、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。
【００８１】
［実施の形態２］
図６はフィードバック制御手段１１３として不感帯制御を行なう場合の構成を示したものである。なお、図２に示した構成と同じ構成は同符号を付し、殺菌剤供給制御装置３１の構成のうちフィードバック制御手段１１３以外は図示を省略している。
本実施の形態に係るフィードバック制御手段１１３は、各種のデータを記憶する記憶手段３７と、殺菌剤供給量を演算する演算手段３９と、演算手段３９の演算結果に基づいて機器を制御する制御手段４１と、を備えている。
殺菌剤濃度計３３は、ベンチュリ管６から排出された海水中の殺菌剤濃度を計測して演算手段３９に出力する。流量計３５は、ベンチュリ管６から排出された海水の流量を計測して演算手段３９に出力する。
【００８２】
記憶手段３７には、以下の（ａ）〜（ｃ）のデータが記憶されている。
（ａ）海水中の細菌類を死滅させるに必要最低限の殺菌剤の濃度目標値として予め定められた殺菌剤濃度目標値（ｘｓ）
（ｂ）殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲として予め定められた不感帯範囲（ｘｓ（１-ｃL）≦不感帯範囲≦ｘｓ（１+ｃH））、
ｃL；不感帯下限幅(例えば0より大きく、0.20未満)
ｃH；不感帯上限幅(例えば0より大きく、0.50未満)
ｃLとｃHが等しい場合もある。
不感帯下限幅ｃLの範囲を不感帯上限幅ｃHの範囲より小さくしているのは、殺菌剤濃度の下限を高めにして、確実に生物殺滅処理が行なわれるようにするためである。
（ｃ）殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係として予め定められた関係式（ｙ＝ａｘ＋ｂ、ａ；所定の係数（傾き）であり、０より大きく１未満の数；所定の係数、ｂ；切片、０より大きく１未満の数）
上記の関係式は、供給された殺菌剤が拡散され、有効な殺菌成分として効力を発現するまでの過程に影響を与える条件を考慮して、殺菌剤供給量（ｙ）と殺菌剤濃度（ｘ）との関係を定めるものである。
なお、殺菌剤濃度目標値ｘｓに対する殺菌剤供給量ｙｓは、ｙｓ＝ａｘｓ＋ｂとなる。
【００８３】
演算手段３９は、殺菌剤濃度計３３の計測結果を入力して、所定時間における殺菌剤濃度平均値を求める。また、流量計３５の計測結果を入力して、所定時間における流量平均値を求める。
また、殺菌剤濃度平均値が殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を逸脱しているかどうかを判断する。そして、逸脱している場合に、供給すべき殺菌剤供給量を記憶手段３７に記憶されたデータに基づいて演算する。具体的な殺菌剤供給量の演算方法は後述する。
制御手段４１は、演算手段３９の演算結果に基づいて、供給ポンプ２７の出力および／または供給量調整用のバルブ２９の開度の調整制御を行う。
【００８４】
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。
運転開始からフィードバック制御運転までの動作は実施の形態１で説明したのと同じであるので（図４参照）、以下においてはフィードバック制御について説明する。
図７は本実施の形態のフィードバック制御の手順を示すフローチャートである。以下、図７に基づいてフィードバック制御運転について説明する。
【００８５】
フィードバック運転を開始すると、タイマーを時間Ｔ２にセットし（Ｓ３１）、殺菌剤濃度計によって殺菌剤濃度を測定する（Ｓ３３）。時間Ｔ２が経過したかどうかを判断し（Ｓ３５）、経過したと判断された場合には、時間Ｔ２の間の計測濃度の平均値ｘaveを求める（Ｓ３７）。ｘaveは、計測濃度の総和を計測回数で除算することによって求める。
そして、この殺菌剤濃度平均値ｘaveが予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲（ｘｓ（１-ｃL）≦不感帯範囲≦ｘｓ（１+ｃH）,ｃL；不感帯下限幅(例えば0より大きく、0.20未満),ｃH；不感帯上限幅(例えば0より大きく、0.50未満)）を逸脱しているかどうかを判断する（Ｓ３９）。
【００８６】
そして、逸脱していると判断した場合に、殺菌剤供給量ｙを、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量ｙｓに不感帯制御率Ｒｎを乗じた殺菌剤供給量ｙ（ｙ＝ｙｓ・Ｒｎ）を求める（Ｓ４１）。殺菌剤供給量ｙが求められると、制御手段４１が求められた殺菌剤供給量ｙを入力して、求められた殺菌剤供給量とするように、供給ポンプ２７の回転数等の出力および／または供給量調整バルブ２９の開度の調整制御を行う。そして、フィードバック制御運転が終了するかどうかを判断し（Ｓ４３）、終了しない場合は、Ｓ３１の処理に戻り、タイマーをリセットして同様の処理を繰り返す。
なお、不感帯制御率Ｒｎは（１）式で示される。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ-１：１回前の不感帯制御率（Ｒの初期値Ｒ１＝１）
ａ：所定の係数（０より大きく１未満）
ｗ：不感帯制御幅（０より大きく１未満）
【００８７】
なお、処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することにより、より適切な量の殺菌剤の供給が可能になる。この場合は、演算手段３９が、殺菌剤供給量ｙを下式に基づいて演算するようにすればよい。
ｙ＝ｙｓ・Ｒｎ・（Ｑave／Ｑｓ）
Ｑave；流量平均値
Ｑｓ；基準流量
【００８８】
本実施の形態２のフィードバック制御運転によれば、適切な時間の殺菌剤濃度平均値に基づき殺菌剤供給量を調整するため、殺菌剤の残留濃度の変動があったり、殺菌剤を供給してから海水中に拡散する時間や殺菌剤が殺菌効果を発現するまでの時間などの時間遅れがあったりしても、精度よく殺菌剤供給量を制御することができる。
また、殺菌剤濃度目標値に対して許容され得る殺菌剤濃度の上下限範囲を不感帯範囲としてあらかじめ定めておき、不感帯範囲を逸脱している場合に、殺菌剤供給量を調整する操作を行うようにするので、頻繁に供給用ポンプの回転数等の出力調整やバルブの開度調整を行う必要がなく、供給用ポンプ等の機器類に不具合が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】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。
【図２】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殺菌剤供給装置及び殺菌剤供給量制御装置の説明図である。
【図３】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殺菌剤分解剤供給装置の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるバラスト水処理装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態におけるバラスト水処理装置によって殺菌剤の供給を行なったときの残留塩素濃度と、殺菌剤供給量の時間変化を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るバラスト水処理装置における殺菌剤供給量制御装置の説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態におけるバラスト水処理装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の殺菌剤飽和濃度推定手段による殺菌剤飽和濃度を推定する推定方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
１ 海水取入ライン
２ 粗ろ過装置
３ ポンプ
４ ろ過装置
５ 殺菌剤供給装置
６ ベンチュリ管
７ 殺菌剤分解剤供給装置
８ 殺菌処理水送水ライン
９ バラストタンク
１１ 殺菌剤分解処理ライン
１２ 殺菌剤分解処理水排水ライン
３３ 殺菌剤濃度計
３５ 流量計
３７、１０３ 記憶手段
３９ 演算手段
４１ 制御手段
１０１ 殺菌剤供給量制御装置
１０５ 一定量供給指示手段
１０７ 殺菌剤飽和濃度推定手段
１０９ 減量殺菌剤供給量演算手段
１１１ 減量供給指示手段
１１３ フィードバック制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給する一定量供給工程と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定工程と、推定された殺菌剤飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給工程で注入している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給する減量供給工程とを備え、
前記殺菌剤飽和濃度推定工程は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定するようにしたことを特徴とするバラスト水処理方法。
【請求項２】
殺菌剤を海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌剤が供給された後の海水中の殺菌剤濃度を検出する殺菌剤濃度検出手段と、殺菌剤供給装置による殺菌剤の供給量を制御する殺菌剤供給量制御装置とを有し、
該殺菌剤供給量制御装置は、殺菌剤の供給当初において予め定めた一定量の殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置に指示する一定量供給指示手段と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定手段と、推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する減量殺菌剤供給量演算手段と、減量殺菌剤供給量演算手段の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を前記殺菌剤供給装置に指示する減量供給指示手段とを備え、
前記殺菌剤飽和濃度推定手段は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定することを特徴とするバラスト水処理装置。
【請求項３】
殺菌剤供給量制御装置は、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有し、該フィードバック制御手段は、海水中の殺菌剤濃度を計測し所定時間の殺菌剤濃度平均値を求め、該殺菌剤濃度平均値が予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲を逸脱している場合に、前記殺菌剤供給装置が供給する殺菌剤供給量を、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量に（１）式で示す不感帯制御率Ｒｎを乗じた供給量とするように調整することを特徴とする請求項２に記載のバラスト水処理装置。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ;不感帯制御率
Ｒｎ-１;１回前の不感帯制御率
ｘｓ；殺菌剤濃度目標値
ｘave；殺菌剤濃度平均値
ａ；所定の係数
ｗ；不感帯制御幅
【請求項４】
殺菌剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し、所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することを特徴とする請求項３に記載のバラスト水処理装置。
【請求項５】
殺菌剤が供給された海水に殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、海水中に残留する殺菌剤濃度を計測し、計測された殺菌剤濃度に基づき、前記殺菌剤分解剤供給装置の殺菌剤分解剤供給量を調整する殺菌剤分解剤供給量制御装置と、を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のバラスト水処理装置。
【請求項６】
前記殺菌剤分解剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め該流量平均値に基づき、殺菌剤分解剤供給量を調整することを特徴とする請求項５に記載のバラスト水処理装置。
【請求項７】
殺菌剤が供給された海水の供給を受けて該海水中にキャビテーションを発生させて海水中に前記殺菌剤を拡散させると共に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を備え、殺菌剤濃度検出手段は前記ベンチュリ管の出口側の海水中の殺菌剤濃度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
【請求項８】
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請求項２〜７のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
【請求項１】
飽和状態になるとして設定した一定量の殺菌剤を海水中に供給する一定量供給工程と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定工程と、推定された殺菌剤飽和濃度と目標とする殺菌剤濃度との濃度差を求め、該濃度差に基づいて前記一定量供給工程で注入している供給量から減量すべき殺菌剤の量を求め、該減量した殺菌剤供給量を供給する減量供給工程とを備え、
前記殺菌剤飽和濃度推定工程は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定するようにしたことを特徴とするバラスト水処理方法。
【請求項２】
殺菌剤を海水中に供給する殺菌剤供給装置と、殺菌剤が供給された後の海水中の殺菌剤濃度を検出する殺菌剤濃度検出手段と、殺菌剤供給装置による殺菌剤の供給量を制御する殺菌剤供給量制御装置とを有し、
該殺菌剤供給量制御装置は、殺菌剤の供給当初において予め定めた一定量の殺菌剤供給量を殺菌剤供給装置に指示する一定量供給指示手段と、残留する殺菌剤濃度が飽和状態になるときの殺菌剤濃度を推定する殺菌剤飽和濃度推定手段と、推定された殺菌剤飽和濃度と予め定めた殺菌剤濃度目標値との濃度差を求め、該濃度差に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を演算する減量殺菌剤供給量演算手段と、減量殺菌剤供給量演算手段の演算値に基づいて減量すべき殺菌剤供給量を前記殺菌剤供給装置に指示する減量供給指示手段とを備え、
前記殺菌剤飽和濃度推定手段は、殺菌剤の供給量と殺菌剤残留濃度との関係をむだ時間と一次遅れ系を導入したモデルとして捉え、サンプリングデータにより前記モデルのむだ時間、ゲイン及び時定数を特定して前記殺菌剤飽和濃度を推定することを特徴とするバラスト水処理装置。
【請求項３】
殺菌剤供給量制御装置は、減量供給指示された後において、供給すべき殺菌剤供給量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有し、該フィードバック制御手段は、海水中の殺菌剤濃度を計測し所定時間の殺菌剤濃度平均値を求め、該殺菌剤濃度平均値が予め定めた殺菌剤濃度の不感帯範囲を逸脱している場合に、前記殺菌剤供給装置が供給する殺菌剤供給量を、目標とする殺菌剤濃度に応じた殺菌剤供給量に（１）式で示す不感帯制御率Ｒｎを乗じた供給量とするように調整することを特徴とする請求項２に記載のバラスト水処理装置。
Ｒｎ＝Ｒｎ-１＋（ｘｓ−ｘave）・ａ・ｗ ・・・・ （１）
Ｒｎ;不感帯制御率
Ｒｎ-１;１回前の不感帯制御率
ｘｓ；殺菌剤濃度目標値
ｘave；殺菌剤濃度平均値
ａ；所定の係数
ｗ；不感帯制御幅
【請求項４】
殺菌剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し、所定時間の流量平均値を求め、殺菌剤供給量を前記流量平均値に応じて調整することを特徴とする請求項３に記載のバラスト水処理装置。
【請求項５】
殺菌剤が供給された海水に殺菌剤分解剤を供給する殺菌剤分解剤供給装置と、海水中に残留する殺菌剤濃度を計測し、計測された殺菌剤濃度に基づき、前記殺菌剤分解剤供給装置の殺菌剤分解剤供給量を調整する殺菌剤分解剤供給量制御装置と、を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載のバラスト水処理装置。
【請求項６】
前記殺菌剤分解剤供給量制御装置は、処理される海水流量を計測し所定時間の流量平均値を求め該流量平均値に基づき、殺菌剤分解剤供給量を調整することを特徴とする請求項５に記載のバラスト水処理装置。
【請求項７】
殺菌剤が供給された海水の供給を受けて該海水中にキャビテーションを発生させて海水中に前記殺菌剤を拡散させると共に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を備え、殺菌剤濃度検出手段は前記ベンチュリ管の出口側の海水中の殺菌剤濃度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
【請求項８】
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請求項２〜７のいずれか一項に記載のバラスト水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２８５５２３（Ｐ２００９−２８５５２３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３７４３３（Ｐ２００８−１３７４３３）
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２７日（２００８．５．２７）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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