海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法およびシステム
【課題】海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法、および、そのシステムを提供すること。
【解決手段】水流路に、海洋生物が付着またはバイオフィルムが形成するのを抑制する方法として、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含むようにする。
【解決手段】水流路に、海洋生物が付着またはバイオフィルムが形成するのを抑制する方法として、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含むようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水として海水を利用する火力発電所や原子力発電所などの発電プラントにおいては、海から海水を取り入れて復水器に供給する取水路や、復水器を通った海水を海へ放出するための放水路の内部に、フジツボ類をはじめとする貝等の海洋生物が付着し易い。海洋生物の付着量が多くなると、冷却水の流路が塞がれて冷却性能が低下するなどの不具合を招くおそれがある。
そこで、従来から、例えば、特許文献１〜５に開示されるように、次亜塩素酸ナトリウム溶液や二酸化塩素などの塩素系薬剤を冷却水に注入することにより、冷却水流路への海洋生物の付着を抑制することが行われている。また、特許文献６に開示されるように、二酸化炭素のマイクロバブル（以下、ＣＯ２マイクロバブルという）を冷却水に溶解させることにより、冷却水流路への海洋生物の付着を抑制する方法が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平 ７−２６５８６７号公報
【特許文献２】特開平１１− ３７６６６号公報
【特許文献３】特開２００５−１４４２１２号公報
【特許文献４】特開２００５−１４４２１３号公報
【特許文献５】特開２００５−２４４２１４号公報
【特許文献６】特開２０１０− ４３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、効果的に、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る、海洋生物が付着するまたはバイオフィルムが形成するのを抑制する方法は、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含む。
水流路を流れる水が、熱交換のために使われても良い。
水流路を流れる水は、どのような水であっても良いが、例えば、水の少なくとも一部が、海水であることが好ましい。
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
海洋生物の種類は、特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であっても良い。
【０００６】
本発明に係る、水流路を備え、水流路への、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する機能を備えた熱交換システムは、海水を取水するための取水装置と、取水した水を、熱交換対象設備に供給するための供給装置と、供給された水を用いて、熱交換対象設備と熱交換するための熱交換器と、熱交換対象設備と熱交換後の水を、熱交換対象設備から放出するための放出装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルを注入するためのＣＯ２マイクロバブル注入装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素を注入するための塩素注入装置とを備える。
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
また、海洋生物の種類は、特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であっても良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、効果的に、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法およびシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成抑制効果を試験するための設備系統図である。
【図２】本発明の一実施形態における、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成抑制効果を試験するための、観察管の構成を示す図である。
【図３（ａ）】本発明の一実施形態における、ケース１および２の、水温、ＤＯ、ＤＯ飽和度およびｐＨの測定結果を示す図である。
【図３（ｂ）】本発明の一実施形態における、ケース３および４の、水温、ＤＯ、ＤＯ飽和度およびｐＨの測定結果を示す図である。
【図３（ｃ）】本発明の一実施形態における、ケース５および６の、水温、ＤＯ、ＤＯ飽和度およびｐＨの測定結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における、水温の経日変化を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における、ＤＯの経日変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における、ＤＯ飽和度の経日変化を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態における、ｐＨの経日変化を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態における、海洋生物の付着やバイオフィルムの形成状況の観察、および、主要な付着生物の計測の結果を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態における、付着している海洋生物の計測の結果を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態における、観察部分Ｂの内部を写す図である。
【図１１】本発明の一実施形態における、海洋生物の種類および個体数の観察結果と、海洋生物およびバイオフィルムの湿重量の計測結果とを示す図である。
【図１２（ａ）】本発明の一実施形態における、ケース１および２の、付着海洋生物の同定結果を示す図である。
【図１２（ｂ）】本発明の一実施形態における、ケース３および４の、付着海洋生物の同定結果を示す図である。
【図１２（ｃ）】本発明の一実施形態における、ケース５および６の、付着海洋生物の同定結果を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態における、付着した海洋生物および形成したバイオフィルムの湿重量を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態における、付着した海洋生物の個体数を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態における、遊離残留塩素濃度の計算値および実測値と、その差から求めた残留塩素減衰率とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、上記知見に基づき完成した本発明の実施の形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点、および、そのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
【００１０】
＝＝本発明に係る海洋生物の付着またはバイオフィルム形成抑制方法＝＝
本発明に係る、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する方法は、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含む。
【００１１】
海洋生物の種類は特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類、多毛類、ホヤ類、二枚貝類、コケムシ類、ヒドロ虫類、または、海綿類であっても良く、特に、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類または多毛類であることが好ましい。
また、本明細書でいうバイオフィルムとは、細菌類、糸状菌類、付着珪藻、原生動物およびそれらの分泌物や粘土鉱物等で構成されるフィルム状の構造物をいう。バイオフィルムは、一般的に、熱伝導率が低いため、例えば、バイオフィルムが熱交換器に大量に形成されると熱交換器の性能が低下する原因となる。
【００１２】
水流路は、水が流れるように設計された箇所であればどのようなものでも良く、例えば、発電所や工場において、冷却水として海から取水した海水を、熱交換対象設備にまで運ぶための管や、熱交換器そのものの内部などが挙げられる。水流路は、管のように閉鎖系であっても良く、雨どいのように開放系であっても良い。
【００１３】
本明細書でいうＣＯ２マイクロバブルとは、粒径が９９９μｍ以下の二酸化炭素の気泡をいい、粒径が１μｍ未満のｎｍ単位の二酸化炭素の気泡も含む。
ＣＯ２マイクロバブルを発生させる方法は限定されないが、例えば、水などの液体が供給された時に気体を自動的に吸引する、自給式マイクロバブル発生装置を用いて、ＣＯ２マイクロバブルを発生させることができる。このような自給式マイクロバブル発生装置として、例えば、エジェクタ型、ベンチュリー型、ラインミキサー型、および、二相流旋回型などの旋回流方式があげられる。
塩素は、塩素を発生させることができる物質であれば特に限定されず、例えば、次亜塩素酸ナトリウムや二酸化塩素、海水電解液、または、塩素そのものであっても良い。
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを水に注入する順番は、両方同時であっても良く、どちらかを先に注入した後に、残りを注入しても良い。
【００１４】
水流路を流れる水の用途は、特に限定されないが、海洋生物の付着および／またはバイオフィルムの形成が抑制されることによって、水流路の熱伝導率が向上することから、熱交換のために使われることが好ましい。
また、水流路を流れる水は、海洋生物か、バイオフィルムを形成し得る生物・物質を含んでいれば、どのような水であっても良いが、例えば、水の一部または全部が、海水であることが好ましい。
【００１５】
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、高い方が付着を抑制する効果が高く、例えば、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
【００１６】
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入した後の水のｐＨは、特に限定されないが、排水時に環境に与える負担を考慮すれば、ｐＨ６〜８であることが好ましく、ｐＨ７．５〜８．５であることがより好ましい。
【００１７】
このように、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に、海洋生物が付着および／またはバイオフィルムが形成するのを抑制することができる。また、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に付着している海洋生物および／または形成しているバイオフィルムを、水流路から除去することができる。
さらに、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、塩素のみを注入した場合に比べて、水中に残存する残留塩素濃度を減少させることが可能となり、水流路を流れる水を排水する際に環境に与える負担を軽減することができる。
【００１８】
＝＝本発明に係る海洋生物付着またはバイオフィルム形成抑制機能を備える熱交換システム＝＝
本発明に係る、水流路を備え、水流路への、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する機能を備えた熱交換システムは、海水を取水するための取水装置と、取水した水を、熱交換対象設備に供給するための供給装置と、供給された水を用いて、熱交換対象設備と熱交換するための熱交換器と、熱交換対象設備と熱交換後の水を、熱交換対象設備から放出するための放出装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルを注入するためのＣＯ２マイクロバブル注入装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素を注入するための塩素注入装置とを備える。
【００１９】
海洋生物の種類は特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類、多毛類、ホヤ類、二枚貝類、コケムシ類、ヒドロ虫類、または、海綿類であっても良く、特に、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類または多毛類であることが好ましい。
ＣＯ２マイクロバブル注入装置からＣＯ２マイクロバブルを注入する水と、塩素注入装置から塩素を注入する水とは、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のうちの、同一の水であっても良く、異なる水であっても良い。ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを水に注入する順番は、どちらが先であっても良い。また、水流路に多量の海洋生物やバイオフィルムが付着すると、熱伝導率が低下したり、流路が塞がれて十分な流量が得られなくなったりするために、熱交換機能が低下してしまう可能性があることから、ＣＯ２マイクロバブルを注入する水と、塩素を注入する水とは、熱交換器より前の、取水した水または供給された水であることが好ましい。
【００２０】
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、高い方が付着を抑制する効果が高く、例えば、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入した後の水のｐＨは、特に限定されないが、排水時に環境に与える負担を考慮すれば、ｐＨ６〜８であることが好ましく、ｐＨ７．５〜８．５であることがより好ましい。
【００２１】
このように、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に、海洋生物が付着および／またはバイオフィルムが形成するのを抑制できる機能を備えた熱交換システムを提供することができる。また、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に付着している海洋生物および／または形成しているバイオフィルムを、水流路から除去できる機能を備えた熱交換システムを提供することができる。
さらに、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、塩素のみを注入した場合に比べて、水中に残存する残留塩素濃度を減少させることが可能となり、排水する際に環境に与える負担を軽減することができる。
【実施例】
【００２２】
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２３】
本実施例では、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併せて海水に注入することによって、その海水が流れる流路管の内部への、バイオフィルムと海洋生物との付着を効果的に抑制できることを示す。
【００２４】
海水が流れる流路管に、表１に示すケース１〜６のそれぞれの条件でＣＯ２マイクロバブルや塩素を５０日間注入し続けた後に、流路管の内部に付着したバイオフィルムと海洋生物との量を観察・測定することによって、ＣＯ２マイクロバブルや塩素がどの程度バイオフィルムと海洋生物との付着を抑制できるのかを比較した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
具体的な実験方法を、図１を参照しながら、以下の通り説明する。
まず、ポンプ２台を用いて、第１の分配水槽１に海から海水を取り入れた。この際、満潮時でも干潮時でも第１の分配水槽１の水位を一定にすべく、ポンプの流量を適宜調整し、最もポンプの流量が大きい干潮時で、１台あたりの流量を約１００Ｌ／ｍｉｎとした。さらに、第１の分配水槽１の海水取入れ口には、設置高さの調整が可能な三角堰（図示せず）を設置し、これによっても、第１の分配水槽１に取り入れる海水の流量を調整した。
また、第１の分配水槽１からどこへも供給しない余剰水は、約７４Ｌ／ｍｉｎの流量で第１の分配水槽１から別途排水した。
【００２７】
第１の分配水槽１から、２１Ｌ／ｍｉｎの流量で、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２に海水を供給した。ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２において、自給式マイクロバブル発生装置の一つであるＹＪ型マイクロバブル発生装置２１（有限会社バイ・クリーン製、自給流量：５０Ｌ／ｍｉｎ）を用いて、１．２５Ｌ／ｍｉｎの流量でＣＯ２をマイクロバブル発生装置２１に供給することによって、ＣＯ２マイクロバブルを発生させた。このＣＯ２マイクロバブルを注入した海水を、これ以降、「ＣＯ２マイクロバブル原水」という。
ＣＯ２マイクロバブル原水におけるＣＯ２供給量／水量の比は、１．２５／５０＝１／１６．８である。なお、ＹＪ型マイクロバブル発生装置の海水流量は５０Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽への海水供給流量は２１Ｌ／ｍｉｎであるため、生じた差は、差分の海水を水槽内で循環させることによって対応した。循環させるにあたっては、循環させる間にＣＯ２マイクロバブルの状態が変化してしまう可能性を最小限にするために、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２内に仕切板２２を儲け、仕切板２２が供える底部の穴（φ３０ｍｍ、５ヶ所）から、濃度の薄いと考えられる水槽２低部のＣＯ２マイクロバブル原水を循環させた。
【００２８】
ＣＯ２マイクロバブル原水を、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２から、第２の分配水槽３に続く水流路へと供給した。詳細には、１４Ｌ／ｍｉｎの流量で、第２の分配水槽Ａ３１に続く水流路へ、そして、７Ｌ／ｍｉｎの流量で、第２の分配水槽Ｂ３２に続く水流路へと供給した。
第２の分配水槽Ａ３１に続く水流路内にて、１４Ｌ／ｍｉｎのＣＯ２マイクロバブル原水と、第１の分配水槽１から供給された２８Ｌ／ｍｉｎの海水とを混合した。同様に、第２の分配水槽Ｂ３２に続く水流路内にて、７Ｌ／ｍｉｎのＣＯ２マイクロバブル原水と、第１の分配水槽１から供給された３５Ｌ／ｍｉｎの海水とを混合した。これらの混合は、ＣＯ２マイクロバブルの状態が変化してしまう可能性を最小限にするために、水流路における水流の流速を約０．２ｍ／ｓとして衝撃を低下させるとともに、混合は水流路の曲がり部分で行った。
【００２９】
一方で、第２の分配水槽Ｃ３３には、第１の分配水槽１から、４２Ｌ／ｍｉｎの流量で海水を供給した。
即ち、第２の分配水槽Ａ３１、第２の分配水槽Ｂ３２、および、第２の分配水槽Ｃ３３のいずれにも、ＣＯ２マイクロバブル原水と海水との混合比は異なるものの、４２Ｌ／ｍｉｎの流量の水を供給した。第２の分配水槽Ａ３１におけるＣＯ２供給量／水量の比は、（１／１６．８）ｘ（１４／４２）＝１／５０であり、第２の分配水槽Ｂ３２におけるＣＯ２供給量／水量の比は、（１／１６．８）ｘ（７／４２）＝１／１００であり、そして、第２の分配水槽Ｂ３２におけるＣＯ２供給量／水量の比は０である。
なお、第２の分配水槽３のいずれにも、海水取入れ口には、設置高さの調整が可能な三角堰（図示せず）を設置し、これによって、第２の分配水槽３に取り入れる水の流量を調整した。
【００３０】
第２の分配水槽３から、水槽１つにつき、２つの観察管４へと、２１Ｌ／ｍｉｎの流量で水を供給した。詳細には、第２の分配水槽Ａ３１からは、観察管Ａ４１と観察管Ｂ４２とに、ＣＯ２供給量／水量の比が１／５０であるＣＯ２マイクロバブルを含有する海水を供給し、第２の分配水槽Ｂ３２からは、観察管Ｃ４３と観察管Ｄ４４とに、ＣＯ２供給量／水量の比が１／１００であるＣＯ２マイクロバブルを含有する海水を供給し、そして、第２の分配水槽Ｃ３３からは、観察管Ｅ４５と観察管Ｆ４６とに、ＣＯ２マイクロバブルを含有しない海水を供給した。各観察管に供給した水の流速は、約０．１ｍ／ｓである。
さらに、観察管Ｂ４２、観察管Ｄ４４、および、観察管Ｅ４５へと続く水流路においては、３％次亜塩素酸ナトリウム（購入元をご教示下さい）から調製した１０００ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、１ｍＬ／ｍｉｎの流量で注入した。即ち、これらの水流路における塩素注入濃度は、（１０００ｘ０．００１）／２１＝０．０５ｍｇ／Ｌである。なお、塩素の注入は、上述したＣＯ２マイクロバブル原水と海水との混合と同様に、水流路の曲がり部分で行った。
このようにして、表１のケース１〜６の条件を備える、６つの観察管、観察管Ａ４１〜観察管Ｆ４６を設けた。
【００３１】
各観察管４の構造を、図２を参照しながら説明する。
各観察管４の内径は、φ６５ｍｍである。一つの観察管４は、全長が約１ｍであり、最上流部に長さ３０ｃｍの灰色塩化ビニール製管を助走部分５１として備え、接合部を挟んでその下流側に、長さ３０ｃｍの透明アクリル製管を観察部分Ａ５２として備え、さらに、接合部を挟んでその下流側に、長さ３０ｃｍの灰色塩化ビニール製管を観察部分Ｂ５３として備える。
観察部分Ａ５２は、遮光のために、管の外部を覆う黒い袋（図示せず）を備える。また、観察部分Ａ５２と観察部分Ｂ５３とは、海洋生物の付着を促進するために、それぞれ、その上流部内面に、長さ１０ｃｍに渡って目合い５ｍｍのクレモナ網６２および６３を備える。
【００３２】
このような装置を用いて、平成２２年１０月２０日〜同年１２月９日の５０日間に渡って、ＣＯ２マイクロバブルおよび／または塩素による、流路管の内部への、バイオフィルムと海洋生物との付着抑制効果を比較検討する試験を行った。試験期間中および期間終了時に行った測定内容などは、次の通りである。
まず、試験期間中は、週に１回の頻度（計７回）で、各観察管４から排出された排水における、水温、ＤＯ（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ、溶存酸素）、ｐＨおよび遊離残留塩素濃度の測定と、各観察管４に付着している海洋生物やバイオフィルムの付着状況の観察および主要な付着生物の計測とを行った。水温およびＤＯの測定は、溶存酸素計（株式会社東興化学研究所製、ＴＯＸ−９９９ｉ）を用いて行い、ＤＯはポーラグラフ法にて測定した。遊離残留塩素は、残留塩素計（Ｈａｎｎａ製、ＨＩ９５７１１）を用いて、ＤＰＤ試薬を用いた吸光光度法にて測定した。海洋生物やバイオフィルムの付着状況の観察および主要な付着生物の計測は、観察管４のうち、透明アクリル製管でできている観察部分Ａ５２に付着している海洋生物について、目視にて、種類および個体数を確認した。
試験期間終了時には、各観察管４を回収して解体し、観察部分Ａ５２および観察部分Ｂ５３と、クレモナ網６２および６３とに付着している、付着海洋生物の種類および個体数を調べた。また、付着している海洋生物およびバイオフィルムの湿重量を計量した。海洋生物の種の同定については、必要に応じて、試料をエタノール固定し、室内に持ち帰ったうえで、実体顕微鏡を用いて分析を行った。
なお、本試験においては、天然海水中に含まれる測定妨害物質による影響を避けるために、全残留塩素ではなく、遊離残留塩素により、塩素濃度の測定を実施した。
試験期間中は、設定した、海水の流量や、ＣＯ２の流量、および、塩素濃度などが保たれているかを適宜確認し、必要に応じて、流量の調整や試薬の追加などを行った。
【００３３】
測定した水温、ＤＯおよびｐＨの結果と、塩分濃度を３０‰として算出したＤＯ飽和度の値とを記した表を、図３に示す。また、水温の経日変化のグラフを図４に、ＤＯの経日変化のグラフを図５に、ＤＯ飽和度の経日変化のグラフを図６に、そして、ｐＨの経日変化のグラフを図７に示す。
【００３４】
水温の経日変化をみると、図３および４が示すように、ＣＯ２マイクロバブルおよび塩素の有無や濃度に関わらず、ケース１〜６のいずれにおいても同様の変化がみられた。試験開始時は約２４℃であったが、日が経つにつれて水温は少しずつ低下し、試験終了時は約１３℃となった。秋季から冬季への季節の移り変わりによる水温の低下であると考えられる。
ＤＯの経日変化をみると、図３および５が示すように、いずれのケースにおいても、試験開始時は６．２〜６．３ｍｇ／Ｌであったが、日が経つにつれてＤＯは少しずつ上昇し、試験終了時は７ｍｇ／Ｌ以上となった。ＤＯの上昇は、水温の低下に伴うＤＯ飽和濃度の上昇によるものであると考えられる。また、塩分濃度を３０‰とした場合のＤＯ飽和度の経日変化をみると、図３および６が示すように、試験期間を通して８０〜９０％程度と安定しており、海洋生物やバイオフィルムへの影響はないと考えられる。
ｐＨの経日変化をみると、図３および７が示すように、ＣＯ２マイクロバブルを注入していないケース５および６ではｐＨが約８であった対して、ＣＯ２マイクロバブルを注入したケース１〜４ではｐＨが約７であった。ケース１〜４においてｐＨがやや低下した理由は、ＣＯ２マイクロバブル発生時にＣＯ２が水中に溶け込むことによるものと考えられる。しかし、ケース１および３におけるｐＨの最小値は６．６、ケース２では６．９、そして、ケース４〜６では試験期間を通して７以上であり、概ね中性であったことから、海洋生物やバイオフィルムへの影響はほとんどないと考えられる。
【００３５】
次に、試験期間中に随時行った、各観察管４に付着している、海洋生物やバイオフィルムの付着状況の観察および主要な付着生物の計測の結果を、図８および９に示す。
これらの図が示すように、試験関始２日後には、全てのケースでバイオフィルムの付着が確認された。付着したバイオフィルムは、日が経つにつれて増加し、特に、ケース６（コントロール）での付着量が多かった。逆に、ケース１（マイクロバブル高濃度、塩素注入なし）、３（マイクロバブル高濃度、塩素注入あり）および４（マイクロバブル低濃度、塩素注入あり）では、付着量は比較的少なかった。
試験開始１６日後には、ケース５（マイクロバブルなし、塩素注入あり）でフジツボ類が１個体、そして、ケース６でコケムシ類が８個体確認された。ケース６では、日が経つにつれてコケムシ類の付着個体数は増加した。試験開始３０日後には、ケース２（マイクロバブル低濃度、塩素注入なし）でコケムシ類が２個体、ケース６で多毛類棲管が１４個体確認され、試験開始３７日後には、ケース２および５で、多毛類棲管の付着が確認された。試験開始４４日後には、ケース１および３でも、多毛類棲管の付着が確認された。
以上の結果から、ケース６で最も多くの付着した海洋生物やバイオフィルムが確認され、次いでケース２および５の付着量が多かったことが示された。一方で、ケース１および３の付着量は少なく、ケース４では付着物としてバイオフィルムは確認されたが、付着した大型の海洋生物は確認されなかった。
【００３６】
また、試験終了時の観察部分Ｂ５３の様子を写した写真を、図１０に示す。試験期間終了時に行った、観察部分Ａ５２および観察部分Ｂ５３と、クレモナ網６２および６３とに付着している、海洋生物の種類および個体数の観察結果と、海洋生物およびバイオフィルムの湿重量の計測結果との表を、図１１に示す。付着していた海洋生物の詳細な同定結果の表を、図１２に示す。
加えて、各ケースの比較を容易にするために、各ケースにおける、付着した海洋生物およびバイオフィルムの湿重量を比較したグラフを図１３に、および、付着した海洋生物の個体数を比較したグラフを図１４に示す。
【００３７】
図１０〜１４が示すように、付着している海洋生物の種類数および個体数、付着している海洋生物およびバイオフィルムの湿重量ともに、ケース６で最も多く、次いで、ケース２が多かった。
そこで、ケース１とケース２とを湿重量で比較すると、ケース１では、コントロールであるケース６に対して約１／４０の付着量であったが、ケース２では、ケース６に対して約１／２の付着量であった。この結果が示すように、ＣＯ２マイクロバブルの濃度は高いほど、海洋生物およびバイオフィルムの付着を抑制する効果が高い。
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併用したケース３および４を、これらの片方しか用いなかったケース１、２および５と比較すると、付着している海洋生物およびバイオフィルムの湿重量が、著しく減少した。さらに、主要な海洋生物であるフジツボ類については、ケース３および４のいずれにも全く付着しておらず、多毛類棲管についても、ケース３ではほとんど付着していなかった。これらの結果が示すように、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併用することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で用いる場合よりも、海洋生物およびバイオフィルムの付着を、非常に効率的に抑制することが可能となる。
【００３８】
なお、各観察管４から排出された排水における遊離残留塩素濃度を測定した結果、添加した次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量と、各観察管４から排出された排水の流量から求めた計算値に比べて、実測値が低くなる傾向がみられた。観察管Ｃ４３、観察管Ｄ４４および観察管Ｅ４５からの排水における、遊離残留塩素濃度の計算値および実測値と、その差から求めた残留塩素減衰率との表を、図１５に示す。
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量が１．８ｍＬ／ｍｉｎ（排水中の遊離残留塩素濃度の計算値に換算して、約０．１ｍｇ／Ｌ）の場合、ＣＯ２マイクロバブルの注入の有無に関わらず、すべてのケースにおいて遊離残留塩素は検出されず、残留塩素減少率は１００％であった。次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量が３．０ｍＬ／ｍｉｎ（排水中の遊離残留塩素濃度の計算値に換算して、約０．１７〜０．２１ｍｇ／Ｌ）の場合、ＣＯ２マイクロバブルを注入していないケース５においては、残留塩素減少率が４５〜７１％であったのに対し、ＣＯ２マイクロバブルを注入したケース３および４においては、残留塩素減少率が１００％であった。さらに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量が６．０ｍＬ／ｍｉｎ（排水中の遊離残留塩素濃度の計算値に換算して、約０．３５〜０．４２ｍｇ／Ｌ）の場合、ケース５においては残留塩素減少率が７９％であったのに対し、ケース３および４においては残留塩素減少率が９０％以上であった。
以上の結果が示すように、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併用して注入することによって、塩素のみを注入した場合に比べて、注入した水に含まれる残留塩素濃度の減少速度を加速すること、即ち、排水に含まれる塩素の量を効果的に減少させることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 第１の分配水槽
２ ＣＯ２マイクロバブル発生水槽
３ 第２の分配水槽
４ 観察管
２１ ＹＪ型マイクロバブル発生装置
２２ 仕切板
３１ 第２の分配水槽Ａ
３２ 第２の分配水槽Ｂ
３３ 第２の分配水槽Ｃ
４１ 観察管Ａ
４２ 観察管Ｂ
４３ 観察管Ｃ
４４ 観察管Ｄ
４５ 観察管Ｅ
４６ 観察管Ｆ
５１ 助走部分
５２ 観察部分Ａ
５３ 観察部分Ｂ
６２，６３ クレモナ網
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水として海水を利用する火力発電所や原子力発電所などの発電プラントにおいては、海から海水を取り入れて復水器に供給する取水路や、復水器を通った海水を海へ放出するための放水路の内部に、フジツボ類をはじめとする貝等の海洋生物が付着し易い。海洋生物の付着量が多くなると、冷却水の流路が塞がれて冷却性能が低下するなどの不具合を招くおそれがある。
そこで、従来から、例えば、特許文献１〜５に開示されるように、次亜塩素酸ナトリウム溶液や二酸化塩素などの塩素系薬剤を冷却水に注入することにより、冷却水流路への海洋生物の付着を抑制することが行われている。また、特許文献６に開示されるように、二酸化炭素のマイクロバブル（以下、ＣＯ２マイクロバブルという）を冷却水に溶解させることにより、冷却水流路への海洋生物の付着を抑制する方法が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平 ７−２６５８６７号公報
【特許文献２】特開平１１− ３７６６６号公報
【特許文献３】特開２００５−１４４２１２号公報
【特許文献４】特開２００５−１４４２１３号公報
【特許文献５】特開２００５−２４４２１４号公報
【特許文献６】特開２０１０− ４３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、効果的に、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る、海洋生物が付着するまたはバイオフィルムが形成するのを抑制する方法は、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含む。
水流路を流れる水が、熱交換のために使われても良い。
水流路を流れる水は、どのような水であっても良いが、例えば、水の少なくとも一部が、海水であることが好ましい。
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
海洋生物の種類は、特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であっても良い。
【０００６】
本発明に係る、水流路を備え、水流路への、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する機能を備えた熱交換システムは、海水を取水するための取水装置と、取水した水を、熱交換対象設備に供給するための供給装置と、供給された水を用いて、熱交換対象設備と熱交換するための熱交換器と、熱交換対象設備と熱交換後の水を、熱交換対象設備から放出するための放出装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルを注入するためのＣＯ２マイクロバブル注入装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素を注入するための塩素注入装置とを備える。
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
また、海洋生物の種類は、特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であっても良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、効果的に、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成を抑制する方法およびシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成抑制効果を試験するための設備系統図である。
【図２】本発明の一実施形態における、海洋生物の付着およびバイオフィルムの形成抑制効果を試験するための、観察管の構成を示す図である。
【図３（ａ）】本発明の一実施形態における、ケース１および２の、水温、ＤＯ、ＤＯ飽和度およびｐＨの測定結果を示す図である。
【図３（ｂ）】本発明の一実施形態における、ケース３および４の、水温、ＤＯ、ＤＯ飽和度およびｐＨの測定結果を示す図である。
【図３（ｃ）】本発明の一実施形態における、ケース５および６の、水温、ＤＯ、ＤＯ飽和度およびｐＨの測定結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における、水温の経日変化を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における、ＤＯの経日変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における、ＤＯ飽和度の経日変化を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態における、ｐＨの経日変化を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態における、海洋生物の付着やバイオフィルムの形成状況の観察、および、主要な付着生物の計測の結果を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態における、付着している海洋生物の計測の結果を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態における、観察部分Ｂの内部を写す図である。
【図１１】本発明の一実施形態における、海洋生物の種類および個体数の観察結果と、海洋生物およびバイオフィルムの湿重量の計測結果とを示す図である。
【図１２（ａ）】本発明の一実施形態における、ケース１および２の、付着海洋生物の同定結果を示す図である。
【図１２（ｂ）】本発明の一実施形態における、ケース３および４の、付着海洋生物の同定結果を示す図である。
【図１２（ｃ）】本発明の一実施形態における、ケース５および６の、付着海洋生物の同定結果を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態における、付着した海洋生物および形成したバイオフィルムの湿重量を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態における、付着した海洋生物の個体数を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態における、遊離残留塩素濃度の計算値および実測値と、その差から求めた残留塩素減衰率とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、上記知見に基づき完成した本発明の実施の形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明の目的、特徴、利点、および、そのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例などは、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図並びに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々な改変並びに修飾ができることは、当業者にとって明らかである。
【００１０】
＝＝本発明に係る海洋生物の付着またはバイオフィルム形成抑制方法＝＝
本発明に係る、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する方法は、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含む。
【００１１】
海洋生物の種類は特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類、多毛類、ホヤ類、二枚貝類、コケムシ類、ヒドロ虫類、または、海綿類であっても良く、特に、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類または多毛類であることが好ましい。
また、本明細書でいうバイオフィルムとは、細菌類、糸状菌類、付着珪藻、原生動物およびそれらの分泌物や粘土鉱物等で構成されるフィルム状の構造物をいう。バイオフィルムは、一般的に、熱伝導率が低いため、例えば、バイオフィルムが熱交換器に大量に形成されると熱交換器の性能が低下する原因となる。
【００１２】
水流路は、水が流れるように設計された箇所であればどのようなものでも良く、例えば、発電所や工場において、冷却水として海から取水した海水を、熱交換対象設備にまで運ぶための管や、熱交換器そのものの内部などが挙げられる。水流路は、管のように閉鎖系であっても良く、雨どいのように開放系であっても良い。
【００１３】
本明細書でいうＣＯ２マイクロバブルとは、粒径が９９９μｍ以下の二酸化炭素の気泡をいい、粒径が１μｍ未満のｎｍ単位の二酸化炭素の気泡も含む。
ＣＯ２マイクロバブルを発生させる方法は限定されないが、例えば、水などの液体が供給された時に気体を自動的に吸引する、自給式マイクロバブル発生装置を用いて、ＣＯ２マイクロバブルを発生させることができる。このような自給式マイクロバブル発生装置として、例えば、エジェクタ型、ベンチュリー型、ラインミキサー型、および、二相流旋回型などの旋回流方式があげられる。
塩素は、塩素を発生させることができる物質であれば特に限定されず、例えば、次亜塩素酸ナトリウムや二酸化塩素、海水電解液、または、塩素そのものであっても良い。
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを水に注入する順番は、両方同時であっても良く、どちらかを先に注入した後に、残りを注入しても良い。
【００１４】
水流路を流れる水の用途は、特に限定されないが、海洋生物の付着および／またはバイオフィルムの形成が抑制されることによって、水流路の熱伝導率が向上することから、熱交換のために使われることが好ましい。
また、水流路を流れる水は、海洋生物か、バイオフィルムを形成し得る生物・物質を含んでいれば、どのような水であっても良いが、例えば、水の一部または全部が、海水であることが好ましい。
【００１５】
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、高い方が付着を抑制する効果が高く、例えば、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
【００１６】
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入した後の水のｐＨは、特に限定されないが、排水時に環境に与える負担を考慮すれば、ｐＨ６〜８であることが好ましく、ｐＨ７．５〜８．５であることがより好ましい。
【００１７】
このように、水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に、海洋生物が付着および／またはバイオフィルムが形成するのを抑制することができる。また、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に付着している海洋生物および／または形成しているバイオフィルムを、水流路から除去することができる。
さらに、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、塩素のみを注入した場合に比べて、水中に残存する残留塩素濃度を減少させることが可能となり、水流路を流れる水を排水する際に環境に与える負担を軽減することができる。
【００１８】
＝＝本発明に係る海洋生物付着またはバイオフィルム形成抑制機能を備える熱交換システム＝＝
本発明に係る、水流路を備え、水流路への、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する機能を備えた熱交換システムは、海水を取水するための取水装置と、取水した水を、熱交換対象設備に供給するための供給装置と、供給された水を用いて、熱交換対象設備と熱交換するための熱交換器と、熱交換対象設備と熱交換後の水を、熱交換対象設備から放出するための放出装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルを注入するためのＣＯ２マイクロバブル注入装置と、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素を注入するための塩素注入装置とを備える。
【００１９】
海洋生物の種類は特に限定されないが、例えば、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類、多毛類、ホヤ類、二枚貝類、コケムシ類、ヒドロ虫類、または、海綿類であっても良く、特に、バイオフィルムを形成し得る微生物である、細菌類、真菌類、付着珪藻および原生動物や、フジツボ類または多毛類であることが好ましい。
ＣＯ２マイクロバブル注入装置からＣＯ２マイクロバブルを注入する水と、塩素注入装置から塩素を注入する水とは、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のうちの、同一の水であっても良く、異なる水であっても良い。ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを水に注入する順番は、どちらが先であっても良い。また、水流路に多量の海洋生物やバイオフィルムが付着すると、熱伝導率が低下したり、流路が塞がれて十分な流量が得られなくなったりするために、熱交換機能が低下してしまう可能性があることから、ＣＯ２マイクロバブルを注入する水と、塩素を注入する水とは、熱交換器より前の、取水した水または供給された水であることが好ましい。
【００２０】
注入するＣＯ２マイクロバブルの水に対する濃度は、特に限定されないが、高い方が付着を抑制する効果が高く、例えば、大気圧下での体積比で、１／１００以上であることが好ましく、１／５０以上であることがより好ましい。
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入した後の水のｐＨは、特に限定されないが、排水時に環境に与える負担を考慮すれば、ｐＨ６〜８であることが好ましく、ｐＨ７．５〜８．５であることがより好ましい。
【００２１】
このように、取水した水、供給された水、及び、熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に、海洋生物が付着および／またはバイオフィルムが形成するのを抑制できる機能を備えた熱交換システムを提供することができる。また、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で注入した場合に比べて、効果的に、水流路に付着している海洋生物および／または形成しているバイオフィルムを、水流路から除去できる機能を備えた熱交換システムを提供することができる。
さらに、ＣＯ２マイクロバブルと塩素との両方を注入することによって、塩素のみを注入した場合に比べて、水中に残存する残留塩素濃度を減少させることが可能となり、排水する際に環境に与える負担を軽減することができる。
【実施例】
【００２２】
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２３】
本実施例では、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併せて海水に注入することによって、その海水が流れる流路管の内部への、バイオフィルムと海洋生物との付着を効果的に抑制できることを示す。
【００２４】
海水が流れる流路管に、表１に示すケース１〜６のそれぞれの条件でＣＯ２マイクロバブルや塩素を５０日間注入し続けた後に、流路管の内部に付着したバイオフィルムと海洋生物との量を観察・測定することによって、ＣＯ２マイクロバブルや塩素がどの程度バイオフィルムと海洋生物との付着を抑制できるのかを比較した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
具体的な実験方法を、図１を参照しながら、以下の通り説明する。
まず、ポンプ２台を用いて、第１の分配水槽１に海から海水を取り入れた。この際、満潮時でも干潮時でも第１の分配水槽１の水位を一定にすべく、ポンプの流量を適宜調整し、最もポンプの流量が大きい干潮時で、１台あたりの流量を約１００Ｌ／ｍｉｎとした。さらに、第１の分配水槽１の海水取入れ口には、設置高さの調整が可能な三角堰（図示せず）を設置し、これによっても、第１の分配水槽１に取り入れる海水の流量を調整した。
また、第１の分配水槽１からどこへも供給しない余剰水は、約７４Ｌ／ｍｉｎの流量で第１の分配水槽１から別途排水した。
【００２７】
第１の分配水槽１から、２１Ｌ／ｍｉｎの流量で、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２に海水を供給した。ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２において、自給式マイクロバブル発生装置の一つであるＹＪ型マイクロバブル発生装置２１（有限会社バイ・クリーン製、自給流量：５０Ｌ／ｍｉｎ）を用いて、１．２５Ｌ／ｍｉｎの流量でＣＯ２をマイクロバブル発生装置２１に供給することによって、ＣＯ２マイクロバブルを発生させた。このＣＯ２マイクロバブルを注入した海水を、これ以降、「ＣＯ２マイクロバブル原水」という。
ＣＯ２マイクロバブル原水におけるＣＯ２供給量／水量の比は、１．２５／５０＝１／１６．８である。なお、ＹＪ型マイクロバブル発生装置の海水流量は５０Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽への海水供給流量は２１Ｌ／ｍｉｎであるため、生じた差は、差分の海水を水槽内で循環させることによって対応した。循環させるにあたっては、循環させる間にＣＯ２マイクロバブルの状態が変化してしまう可能性を最小限にするために、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２内に仕切板２２を儲け、仕切板２２が供える底部の穴（φ３０ｍｍ、５ヶ所）から、濃度の薄いと考えられる水槽２低部のＣＯ２マイクロバブル原水を循環させた。
【００２８】
ＣＯ２マイクロバブル原水を、ＣＯ２マイクロバブル発生水槽２から、第２の分配水槽３に続く水流路へと供給した。詳細には、１４Ｌ／ｍｉｎの流量で、第２の分配水槽Ａ３１に続く水流路へ、そして、７Ｌ／ｍｉｎの流量で、第２の分配水槽Ｂ３２に続く水流路へと供給した。
第２の分配水槽Ａ３１に続く水流路内にて、１４Ｌ／ｍｉｎのＣＯ２マイクロバブル原水と、第１の分配水槽１から供給された２８Ｌ／ｍｉｎの海水とを混合した。同様に、第２の分配水槽Ｂ３２に続く水流路内にて、７Ｌ／ｍｉｎのＣＯ２マイクロバブル原水と、第１の分配水槽１から供給された３５Ｌ／ｍｉｎの海水とを混合した。これらの混合は、ＣＯ２マイクロバブルの状態が変化してしまう可能性を最小限にするために、水流路における水流の流速を約０．２ｍ／ｓとして衝撃を低下させるとともに、混合は水流路の曲がり部分で行った。
【００２９】
一方で、第２の分配水槽Ｃ３３には、第１の分配水槽１から、４２Ｌ／ｍｉｎの流量で海水を供給した。
即ち、第２の分配水槽Ａ３１、第２の分配水槽Ｂ３２、および、第２の分配水槽Ｃ３３のいずれにも、ＣＯ２マイクロバブル原水と海水との混合比は異なるものの、４２Ｌ／ｍｉｎの流量の水を供給した。第２の分配水槽Ａ３１におけるＣＯ２供給量／水量の比は、（１／１６．８）ｘ（１４／４２）＝１／５０であり、第２の分配水槽Ｂ３２におけるＣＯ２供給量／水量の比は、（１／１６．８）ｘ（７／４２）＝１／１００であり、そして、第２の分配水槽Ｂ３２におけるＣＯ２供給量／水量の比は０である。
なお、第２の分配水槽３のいずれにも、海水取入れ口には、設置高さの調整が可能な三角堰（図示せず）を設置し、これによって、第２の分配水槽３に取り入れる水の流量を調整した。
【００３０】
第２の分配水槽３から、水槽１つにつき、２つの観察管４へと、２１Ｌ／ｍｉｎの流量で水を供給した。詳細には、第２の分配水槽Ａ３１からは、観察管Ａ４１と観察管Ｂ４２とに、ＣＯ２供給量／水量の比が１／５０であるＣＯ２マイクロバブルを含有する海水を供給し、第２の分配水槽Ｂ３２からは、観察管Ｃ４３と観察管Ｄ４４とに、ＣＯ２供給量／水量の比が１／１００であるＣＯ２マイクロバブルを含有する海水を供給し、そして、第２の分配水槽Ｃ３３からは、観察管Ｅ４５と観察管Ｆ４６とに、ＣＯ２マイクロバブルを含有しない海水を供給した。各観察管に供給した水の流速は、約０．１ｍ／ｓである。
さらに、観察管Ｂ４２、観察管Ｄ４４、および、観察管Ｅ４５へと続く水流路においては、３％次亜塩素酸ナトリウム（購入元をご教示下さい）から調製した１０００ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、１ｍＬ／ｍｉｎの流量で注入した。即ち、これらの水流路における塩素注入濃度は、（１０００ｘ０．００１）／２１＝０．０５ｍｇ／Ｌである。なお、塩素の注入は、上述したＣＯ２マイクロバブル原水と海水との混合と同様に、水流路の曲がり部分で行った。
このようにして、表１のケース１〜６の条件を備える、６つの観察管、観察管Ａ４１〜観察管Ｆ４６を設けた。
【００３１】
各観察管４の構造を、図２を参照しながら説明する。
各観察管４の内径は、φ６５ｍｍである。一つの観察管４は、全長が約１ｍであり、最上流部に長さ３０ｃｍの灰色塩化ビニール製管を助走部分５１として備え、接合部を挟んでその下流側に、長さ３０ｃｍの透明アクリル製管を観察部分Ａ５２として備え、さらに、接合部を挟んでその下流側に、長さ３０ｃｍの灰色塩化ビニール製管を観察部分Ｂ５３として備える。
観察部分Ａ５２は、遮光のために、管の外部を覆う黒い袋（図示せず）を備える。また、観察部分Ａ５２と観察部分Ｂ５３とは、海洋生物の付着を促進するために、それぞれ、その上流部内面に、長さ１０ｃｍに渡って目合い５ｍｍのクレモナ網６２および６３を備える。
【００３２】
このような装置を用いて、平成２２年１０月２０日〜同年１２月９日の５０日間に渡って、ＣＯ２マイクロバブルおよび／または塩素による、流路管の内部への、バイオフィルムと海洋生物との付着抑制効果を比較検討する試験を行った。試験期間中および期間終了時に行った測定内容などは、次の通りである。
まず、試験期間中は、週に１回の頻度（計７回）で、各観察管４から排出された排水における、水温、ＤＯ（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ、溶存酸素）、ｐＨおよび遊離残留塩素濃度の測定と、各観察管４に付着している海洋生物やバイオフィルムの付着状況の観察および主要な付着生物の計測とを行った。水温およびＤＯの測定は、溶存酸素計（株式会社東興化学研究所製、ＴＯＸ−９９９ｉ）を用いて行い、ＤＯはポーラグラフ法にて測定した。遊離残留塩素は、残留塩素計（Ｈａｎｎａ製、ＨＩ９５７１１）を用いて、ＤＰＤ試薬を用いた吸光光度法にて測定した。海洋生物やバイオフィルムの付着状況の観察および主要な付着生物の計測は、観察管４のうち、透明アクリル製管でできている観察部分Ａ５２に付着している海洋生物について、目視にて、種類および個体数を確認した。
試験期間終了時には、各観察管４を回収して解体し、観察部分Ａ５２および観察部分Ｂ５３と、クレモナ網６２および６３とに付着している、付着海洋生物の種類および個体数を調べた。また、付着している海洋生物およびバイオフィルムの湿重量を計量した。海洋生物の種の同定については、必要に応じて、試料をエタノール固定し、室内に持ち帰ったうえで、実体顕微鏡を用いて分析を行った。
なお、本試験においては、天然海水中に含まれる測定妨害物質による影響を避けるために、全残留塩素ではなく、遊離残留塩素により、塩素濃度の測定を実施した。
試験期間中は、設定した、海水の流量や、ＣＯ２の流量、および、塩素濃度などが保たれているかを適宜確認し、必要に応じて、流量の調整や試薬の追加などを行った。
【００３３】
測定した水温、ＤＯおよびｐＨの結果と、塩分濃度を３０‰として算出したＤＯ飽和度の値とを記した表を、図３に示す。また、水温の経日変化のグラフを図４に、ＤＯの経日変化のグラフを図５に、ＤＯ飽和度の経日変化のグラフを図６に、そして、ｐＨの経日変化のグラフを図７に示す。
【００３４】
水温の経日変化をみると、図３および４が示すように、ＣＯ２マイクロバブルおよび塩素の有無や濃度に関わらず、ケース１〜６のいずれにおいても同様の変化がみられた。試験開始時は約２４℃であったが、日が経つにつれて水温は少しずつ低下し、試験終了時は約１３℃となった。秋季から冬季への季節の移り変わりによる水温の低下であると考えられる。
ＤＯの経日変化をみると、図３および５が示すように、いずれのケースにおいても、試験開始時は６．２〜６．３ｍｇ／Ｌであったが、日が経つにつれてＤＯは少しずつ上昇し、試験終了時は７ｍｇ／Ｌ以上となった。ＤＯの上昇は、水温の低下に伴うＤＯ飽和濃度の上昇によるものであると考えられる。また、塩分濃度を３０‰とした場合のＤＯ飽和度の経日変化をみると、図３および６が示すように、試験期間を通して８０〜９０％程度と安定しており、海洋生物やバイオフィルムへの影響はないと考えられる。
ｐＨの経日変化をみると、図３および７が示すように、ＣＯ２マイクロバブルを注入していないケース５および６ではｐＨが約８であった対して、ＣＯ２マイクロバブルを注入したケース１〜４ではｐＨが約７であった。ケース１〜４においてｐＨがやや低下した理由は、ＣＯ２マイクロバブル発生時にＣＯ２が水中に溶け込むことによるものと考えられる。しかし、ケース１および３におけるｐＨの最小値は６．６、ケース２では６．９、そして、ケース４〜６では試験期間を通して７以上であり、概ね中性であったことから、海洋生物やバイオフィルムへの影響はほとんどないと考えられる。
【００３５】
次に、試験期間中に随時行った、各観察管４に付着している、海洋生物やバイオフィルムの付着状況の観察および主要な付着生物の計測の結果を、図８および９に示す。
これらの図が示すように、試験関始２日後には、全てのケースでバイオフィルムの付着が確認された。付着したバイオフィルムは、日が経つにつれて増加し、特に、ケース６（コントロール）での付着量が多かった。逆に、ケース１（マイクロバブル高濃度、塩素注入なし）、３（マイクロバブル高濃度、塩素注入あり）および４（マイクロバブル低濃度、塩素注入あり）では、付着量は比較的少なかった。
試験開始１６日後には、ケース５（マイクロバブルなし、塩素注入あり）でフジツボ類が１個体、そして、ケース６でコケムシ類が８個体確認された。ケース６では、日が経つにつれてコケムシ類の付着個体数は増加した。試験開始３０日後には、ケース２（マイクロバブル低濃度、塩素注入なし）でコケムシ類が２個体、ケース６で多毛類棲管が１４個体確認され、試験開始３７日後には、ケース２および５で、多毛類棲管の付着が確認された。試験開始４４日後には、ケース１および３でも、多毛類棲管の付着が確認された。
以上の結果から、ケース６で最も多くの付着した海洋生物やバイオフィルムが確認され、次いでケース２および５の付着量が多かったことが示された。一方で、ケース１および３の付着量は少なく、ケース４では付着物としてバイオフィルムは確認されたが、付着した大型の海洋生物は確認されなかった。
【００３６】
また、試験終了時の観察部分Ｂ５３の様子を写した写真を、図１０に示す。試験期間終了時に行った、観察部分Ａ５２および観察部分Ｂ５３と、クレモナ網６２および６３とに付着している、海洋生物の種類および個体数の観察結果と、海洋生物およびバイオフィルムの湿重量の計測結果との表を、図１１に示す。付着していた海洋生物の詳細な同定結果の表を、図１２に示す。
加えて、各ケースの比較を容易にするために、各ケースにおける、付着した海洋生物およびバイオフィルムの湿重量を比較したグラフを図１３に、および、付着した海洋生物の個体数を比較したグラフを図１４に示す。
【００３７】
図１０〜１４が示すように、付着している海洋生物の種類数および個体数、付着している海洋生物およびバイオフィルムの湿重量ともに、ケース６で最も多く、次いで、ケース２が多かった。
そこで、ケース１とケース２とを湿重量で比較すると、ケース１では、コントロールであるケース６に対して約１／４０の付着量であったが、ケース２では、ケース６に対して約１／２の付着量であった。この結果が示すように、ＣＯ２マイクロバブルの濃度は高いほど、海洋生物およびバイオフィルムの付着を抑制する効果が高い。
ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併用したケース３および４を、これらの片方しか用いなかったケース１、２および５と比較すると、付着している海洋生物およびバイオフィルムの湿重量が、著しく減少した。さらに、主要な海洋生物であるフジツボ類については、ケース３および４のいずれにも全く付着しておらず、多毛類棲管についても、ケース３ではほとんど付着していなかった。これらの結果が示すように、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併用することによって、ＣＯ２マイクロバブルまたは塩素を単独で用いる場合よりも、海洋生物およびバイオフィルムの付着を、非常に効率的に抑制することが可能となる。
【００３８】
なお、各観察管４から排出された排水における遊離残留塩素濃度を測定した結果、添加した次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量と、各観察管４から排出された排水の流量から求めた計算値に比べて、実測値が低くなる傾向がみられた。観察管Ｃ４３、観察管Ｄ４４および観察管Ｅ４５からの排水における、遊離残留塩素濃度の計算値および実測値と、その差から求めた残留塩素減衰率との表を、図１５に示す。
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量が１．８ｍＬ／ｍｉｎ（排水中の遊離残留塩素濃度の計算値に換算して、約０．１ｍｇ／Ｌ）の場合、ＣＯ２マイクロバブルの注入の有無に関わらず、すべてのケースにおいて遊離残留塩素は検出されず、残留塩素減少率は１００％であった。次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量が３．０ｍＬ／ｍｉｎ（排水中の遊離残留塩素濃度の計算値に換算して、約０．１７〜０．２１ｍｇ／Ｌ）の場合、ＣＯ２マイクロバブルを注入していないケース５においては、残留塩素減少率が４５〜７１％であったのに対し、ＣＯ２マイクロバブルを注入したケース３および４においては、残留塩素減少率が１００％であった。さらに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量が６．０ｍＬ／ｍｉｎ（排水中の遊離残留塩素濃度の計算値に換算して、約０．３５〜０．４２ｍｇ／Ｌ）の場合、ケース５においては残留塩素減少率が７９％であったのに対し、ケース３および４においては残留塩素減少率が９０％以上であった。
以上の結果が示すように、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを併用して注入することによって、塩素のみを注入した場合に比べて、注入した水に含まれる残留塩素濃度の減少速度を加速すること、即ち、排水に含まれる塩素の量を効果的に減少させることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 第１の分配水槽
２ ＣＯ２マイクロバブル発生水槽
３ 第２の分配水槽
４ 観察管
２１ ＹＪ型マイクロバブル発生装置
２２ 仕切板
３１ 第２の分配水槽Ａ
３２ 第２の分配水槽Ｂ
３３ 第２の分配水槽Ｃ
４１ 観察管Ａ
４２ 観察管Ｂ
４３ 観察管Ｃ
４４ 観察管Ｄ
４５ 観察管Ｅ
４６ 観察管Ｆ
５１ 助走部分
５２ 観察部分Ａ
５３ 観察部分Ｂ
６２，６３ クレモナ網
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流路に、海洋生物が付着する、または、バイオフィルムが形成するのを抑制する方法であって、
前記水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含む抑制方法。
【請求項２】
前記水流路を流れる水が、熱交換のために使われることを特徴とする、請求項１に記載の抑制方法。
【請求項３】
前記水流路を流れる水の少なくとも一部が、海水であることを特徴とする、請求項１または２に記載の抑制方法。
【請求項４】
前記ＣＯ２マイクロバブルの前記水に対する濃度が、大気圧下の体積比で、１／１００以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の抑制方法。
【請求項５】
前記ＣＯ２マイクロバブルの前記水に対する濃度が、大気圧下の体積比で、１／５０以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の抑制方法。
【請求項６】
前記海洋生物が、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の抑制方法。
【請求項７】
水流路を備え、前記水流路への、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する機能を備えた熱交換システムであって、
海水を取水するための取水装置と、
前記取水した水を、熱交換対象設備に供給するための供給装置と、
前記供給された水を用いて、前記熱交換対象設備と熱交換するための熱交換器と、
前記熱交換対象設備と熱交換後の水を、前記熱交換対象設備から放出するための放出装置と、
前記取水した水、前記供給された水、及び、前記熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルを注入するためのＣＯ２マイクロバブル注入装置と、
前記取水した水、前記供給された水、及び、前記熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素を注入するための塩素注入装置とを備えたシステム。
【請求項８】
前記ＣＯ２マイクロバブルが注入された水に対する、前記ＣＯ２マイクロバブルの濃度が、大気圧下の体積比で、１／１００以上であることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＣＯ２マイクロバブルが注入された水に対する、前記ＣＯ２マイクロバブルの濃度が、大気圧下の体積比で、１／５０以上であることを特徴とする、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記海洋生物が、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１】
水流路に、海洋生物が付着する、または、バイオフィルムが形成するのを抑制する方法であって、
前記水流路を流れる水に、ＣＯ２マイクロバブルと塩素とを注入する工程を含む抑制方法。
【請求項２】
前記水流路を流れる水が、熱交換のために使われることを特徴とする、請求項１に記載の抑制方法。
【請求項３】
前記水流路を流れる水の少なくとも一部が、海水であることを特徴とする、請求項１または２に記載の抑制方法。
【請求項４】
前記ＣＯ２マイクロバブルの前記水に対する濃度が、大気圧下の体積比で、１／１００以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の抑制方法。
【請求項５】
前記ＣＯ２マイクロバブルの前記水に対する濃度が、大気圧下の体積比で、１／５０以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の抑制方法。
【請求項６】
前記海洋生物が、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の抑制方法。
【請求項７】
水流路を備え、前記水流路への、海洋生物の付着またはバイオフィルムの形成を抑制する機能を備えた熱交換システムであって、
海水を取水するための取水装置と、
前記取水した水を、熱交換対象設備に供給するための供給装置と、
前記供給された水を用いて、前記熱交換対象設備と熱交換するための熱交換器と、
前記熱交換対象設備と熱交換後の水を、前記熱交換対象設備から放出するための放出装置と、
前記取水した水、前記供給された水、及び、前記熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、ＣＯ２マイクロバブルを注入するためのＣＯ２マイクロバブル注入装置と、
前記取水した水、前記供給された水、及び、前記熱交換対象設備と熱交換後の水のいずれか一つ以上に、塩素を注入するための塩素注入装置とを備えたシステム。
【請求項８】
前記ＣＯ２マイクロバブルが注入された水に対する、前記ＣＯ２マイクロバブルの濃度が、大気圧下の体積比で、１／１００以上であることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＣＯ２マイクロバブルが注入された水に対する、前記ＣＯ２マイクロバブルの濃度が、大気圧下の体積比で、１／５０以上であることを特徴とする、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記海洋生物が、バイオフィルムを形成する微生物、フジツボ類または多毛類であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図９】
【図１２（ａ）】
【図１２（ｂ）】
【図１２（ｃ）】
【図１３】
【図１５】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図２】
【図９】
【図１２（ａ）】
【図１２（ｂ）】
【図１２（ｃ）】
【図１３】
【図１５】
【図３（ａ）】
【図３（ｂ）】
【図３（ｃ）】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２２８６２７（Ｐ２０１２−２２８６２７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６５７２（Ｐ２０１１−９６５７２）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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