專利名稱：制造船舶壓艙水的方法，船舶壓艙水制造設備及其使用方法
技術領域：
本發明涉及用于制造船舶壓艙水(以下也簡稱為″壓艙水″)的方法和設備，該壓艙水中已去除微生物，并且將它引入船舶以在船航行時穩定其重心。
背景技術：
存在這樣的情況，原油船，礦石載貨船，汽車載貨船等在空載或小載貨量的情況下航行。在此情況下，船體會由于浮力而升高。此情形可能導致對于航行中的船舶非常危險的境況，諸如其螺旋槳或舵不沉到水面以下，或在水面上航行的船舶受到風浪的顯著影響并削弱其可控性。因此，船舶通常都攜帶構成標準載貨量重量的30％至40％的壓艙水以調節船舶行進時的浮力。
例如，原油船運輸是通過在石油生產國和石油消費國之間的航行而進行的。從石油消費國航行到產油國的原油船不載貨，并且當在石油消費國時，停泊處等周圍的海水被引入船舶的油艙供作為壓艙水之用。另一方面，裝載壓艙水的船舶在近岸錨地或在產油國的港口中排放壓艙水并再次在該油艙中裝載原油。
近年來，從船舶排出的壓艙水在國際上已受到嚴重的關注，因為原來不生活在特定海域的微生物被引入，并致使海洋生態系統受到破壞，它反過來又給住在該海域周圍的人的生活帶來極大的危險以及對海洋環境造成全球性的破壞。在此局勢下，為了從壓艙水去除微生物的目的，在國際范圍內都在考慮各種方法。
作為用于從作為壓艙水引入的海水中去除微生物的方法，已提出了通過加熱海水殺死微生物的方法(No.2003-181443的日本專利公開公開公報)，通過向海水施加紫外線使微生物失去活性的方法(No.2000-515803的未審查的PCT專利申請的日本公開公報，和No.Hei 11-265684的日本專利公開公報)，使海水通過電解設備殺死微生物的方法(No.2003-334563的日本專利公開公報)，碘處理的方法(No.2000-504851的未審查的PCT專利申請的日本公開公報)，次氯酸處理的方法(No.Hei 04-322788的日本專利公開公報)等。
發明內容
然而，海水加熱的方法取決于怎樣獲得熱能而經濟上不合算，并且此方法也難以完全殺滅微生物。此外，向海水施加紫外線的方法需要巨大量的電能以消滅所有的微生物或使其失去活性，以及因為當高流速的海水受到處理時必須配備大量UV設備，或者還有其它的原因而急劇地增加了安裝設備的成本。此外，使海水通過電解設備以利用電解生成的游離氯的殺菌效果消滅微生物的方法不能消滅所有的微生物，因為有一些微生物未被游離氯消滅。此外，通過使用諸如碘，次氯酸等的藥劑處理海水的方法需要高濃度的藥劑以消滅某些類型的細菌，因此在處理之后使用大量中和藥劑中和海水是不可避免的。
如上所述，殺死生活在海水中的微生物的方法，難以確保完全消滅微生物，并且由死的微生物引起的污染對生態系統的影響也受到關注。另外，因為少量沒有殺死的殘存微生物的數目在運輸期間增加，因此急切地期望開發完全去除這樣的微生物的方法。盡管已知使海水通過過濾膜從而從海水中去除微生物的方法(No.2003-154360的日本專利公開公報)，但以此方法獲得的膜濾水(membrane filtered water)被用于例如沖洗諸如魚和貝的水產品的過程中，并不是用作為船舶壓艙水。
根據本發明的一個方面提供了一種用于制造船舶壓艙水的方法和制造設備，其中生活在海水中的微生物以不消滅微生物的方式被去除，并且還提供將通過這樣的船舶壓艙水制造方法獲得的膜濾水用作為船舶壓艙水的使用方法。
在這種情況下，作為達到發現成果的勤勉研究的結果，本發明者已經完成了本發明，該發明包括下列內容在用于制造船舶壓艙水的方法中，該方法包括的步驟有，通過使海水通過能去除微生物的過濾膜從海水中去除微生物，并且反洗過濾膜以使其清潔，通過將經由去除微生物的步驟獲得的膜濾水儲存在例如壓艙水箱中，必要時能將該水引入船舶；通過在船舶中進行上述每一個步驟并將這樣獲得的膜濾水提供至船舶內部設置的壓艙水艙，地面上安裝的設備，安裝空間以及地面工人的工作都變得不必要；以及雖然船舶停留的港口地區中的海水含有相對較高含量的會污染過濾膜的油，但通過在用過濾膜處理海水之前預先去除油分而改進過濾膜的處理效率。
換句話說，根據本發明的一個方面提供了一種用于制造船舶壓艙水的方法，該方法包括通過使海水通過微生物過濾膜而從海水中去除微生物；以及反洗微生物過濾膜以使其清潔的步驟。
此外，在上述用于制造船舶壓艙水的方法中，最好在通過微生物過濾膜處理海水之前至少預先去除海水中的油分。
此外，在上述用于制造船舶壓艙水的方法中，最好該微生物過濾膜為空心纖維膜。
此外，在上述用于制造船舶壓艙水的方法中，最好通過使用疏水吸收劑的吸附去除海水中的油分。
根據本發明的另一方面提供一種船舶壓艙水制造設備，該設備包括用于提供海水的海水提供裝置；用于從所提供的海水中去除微生物的微生物過濾膜裝置；和用于向微生物過濾膜裝置提供反洗水的反洗水提供裝置。
此外，最好上述船舶壓艙水制造設備還包括用于存儲膜濾水的壓艙水箱。
此外，在上述船舶壓艙水制造設備中，最好將用于至少從海水去除油分的油分去除裝置設置在微生物過濾膜裝置的上游。
此外，在上述船舶壓艙水制造設備中，最好微生物過濾膜裝置為浸入型空心纖維膜裝置，或者壓力型空心纖維膜裝置。
根據本發明的還有一個方面提供作為船舶壓艙水的膜濾水的使用方法，其中在上述用于制造船舶壓艙水的方法中通過去除微生物的步驟獲得膜濾水。
根據本發明，通過使海水通過微生物過濾膜以從海水去除微生物，能以不殺死微生物的方式去除生活在海水中的微生物，并且這樣獲得的膜濾水能用作船舶壓艙水。
圖1是顯示將要安裝在船舶上的壓艙水制造設備的實例的示意圖；圖2是實例1中使用的壓艙水制造設備的流程圖；圖3是實例2中使用的壓艙水制造設備的流程圖。
具體實施例方式
本發明的一個實施例將說明如下。例如，船舶停留的港口地區的海水能用作供根據本實施例的用于制造壓艙水的方法之用的海水。在此使用的海水通常除微生物之外還含有0.05％至1.0％的油分，并具有1至100NTUs的濁度，但也不必限于這樣的海水。在生活在海水中的微生物中，大腸菌類細菌，霍亂弧菌，腸道球菌，水蚤幼蟲，北太平洋海星幼蟲，亞洲昆布幼蟲，斑馬貽貝幼蟲，有毒海草等尤其被認為是受到國際關注的微生物。大部分這些微生物具有幾微米的尺寸，并且最小尺寸的那些微生物僅具有0.3至0.5μm的尺寸。
根據本實施例的用于制造壓艙水的方法中進行的去除微生物的步驟是通過使海水通過微生物過濾膜去除生活在海水中的微生物的步驟。在此使用的微生物過濾膜包括微濾(MF)膜，超濾(UF)膜等，諸如空心纖維膜，平面膜，管狀膜等。在這些膜中，空心纖維膜是更可取的，因為它能提供每單位體積最大的過濾面積。
空心纖維膜使用平行排列的多空心纖維，并具有空心結構，其中，與形成空心結構的孔相連通，還形成在膜表面上與此孔連通的多微孔。作為空心纖維膜，有外壓型和內壓型兩種。在本實施例中，當微濾膜用作微生物過濾膜時，空心纖維膜中的微孔具有0.01至0.4μm的直徑，并最好具有0.01至0.3μm的直徑。當使用超濾膜時，空心纖維膜中的微孔具有0.002至0.01μm的直徑。諸如細菌，幼蟲等生活在海水中的微生物的尺寸通常約為幾微米的數量級，并且最小尺寸的那些微生物具有0.3至0.5μm的尺寸。所以，通過使用具有如上所述直徑的微孔的空心纖維膜，這些細菌，幼蟲，及其他生活在海水中的微生物能被幾乎完全地去除。盡管也進行反洗以去除附著于膜表面上的微生物并從而恢復它的過濾能力，使用外壓型空心纖維膜是更可取的，因為除了這樣的反洗之外，使氣泡在過濾期間形成以釋放出并去除附著于膜表面上的微生物的操作能從膜表面外進行。
此外，空心纖維膜能夠以浸入型空心纖維膜裝置或者加壓型空心纖維膜裝置的形式使用。浸入型空心纖維膜裝置用于通過使用抽吸泵在浸入海水箱中的此裝置的空心纖維中的孔一側施加的吸力從海水去除微生物的方法。加壓型空心纖維膜裝置用于通過使用增壓泵將海水提供到壓力容器內部裝載的空心纖維中而從海水去除微生物的方法。浸入型空心纖維膜裝置和加壓型空心纖維膜裝置都能連續地進行過濾，同時如上所述地通過按需要從空心纖維膜下產生微氣泡以使附著于空心纖維膜上的微生物釋放出而同時清洗膜的表面。
本實施例中使用的微濾膜的原材料包括聚乙烯，聚丙烯，聚砜，聚偏二氯乙烯，聚偏二氟乙烯，聚氯乙烯，聚氯丙烯，聚丙烯腈，醋酸纖維素等。
盡管使海水通過微生物過濾膜的方法沒有特別限制，可以平行排列地設置兩個或更多包括微生物過濾膜的微生物過濾膜裝置。在此情況下，當一個微生物過濾膜裝置處于反洗步驟時，另一個微生物過濾膜裝置能進行去除微生物的步驟，所以能連續地制造大量膜濾水。
壓艙水制造方法中進行的反洗的步驟是通過反洗清潔微生物過濾膜的步驟。在去除微生物的步驟中，微生物或其它致使膜阻塞的物質隨時間的推移附著于微生物過濾膜上，導致膜進口和出口之間的膜壓差的增大。因此，停止海水的過濾以通過利用作為清洗水的膜濾水反洗微生物過濾膜。通過進行反洗的步驟恢復微生物過濾膜的過濾功能。在完成反洗的步驟之后，流程轉回到去除微生物的步驟，并且這些步驟的重復使過濾能夠長期進行。
在根據本實施例的制造壓艙水的方法中，在通過微生物過濾膜的處理之前從海水預先去除油分就防止微生物過濾膜的阻塞而言是更可取的，并且能防止過濾功能退化。更具體地說，盡管海水中的油分也通過微生物過濾膜俘獲，但和微生物及其他懸浮物形成對比，已經附著于膜表面上的油分不能通過上述氣泡或在反洗步驟中容易地去除。這樣的油分使微生物過濾膜阻塞，并導致過濾功能退化。
用于從海水去除油分的方法沒有特別限制，并能使用已知的油水分離裝置(油分去除裝置)。作為油水分離裝置，使用疏水吸收劑的裝置是更可取的，因為它是一種容易的方法并展現吸收油分的高能力。作為疏水吸收劑，能使用非紡織的纖維過濾器，粉末，和由諸如聚乙烯，聚丙烯等的親油材料制成的空心纖維膜。更具體地說，使用油分吸收劑″DIAMARS″(注冊商標)能高效率地去除油分。通過從海水去除油分的步驟處理帶有例如0.05％至1.0％油分的海水，可獲得具有0.005％至0.02％油分的海水。
從海水去除油分就防止微生物過濾膜的污染而言是必須的，并且為了減少加在微生物過濾膜上的去除微生物的載荷，從海水預先去除懸浮物是更可取的。用于從海水去除懸浮物的方法沒有特別限制，并能使用已知的除濁裝置。該除濁裝置包括砂濾裝置，具有由聚乙烯或聚丙烯制成的無紡纖維過濾器的裝置，具有容許將懸浮物吸收入包含于砂濾箱中的聚酯纖維束的長纖維束的除濁裝置等。使用油分吸收劑″DIAMARS″(注冊商標)是更可取的，因為能有效地去除油分和懸浮物兩者。
當在地面上進行根據本實施例的用于制造船舶壓艙水的方法時，通過去除微生物的步驟獲得的膜濾水能存儲在壓艙水箱中，并且能以高流速從壓艙水箱將壓艙水提供到停留在港口中的船舶。所以不必要為引入壓艙水而延長船舶停留時間。此外，當在船舶中進行根據本實施例的用于制造船舶壓艙水的方法時，安裝在地面上的設備，安裝空間，以及地面工人的工作都變為不必要。當在船舶中制造壓艙水時，壓艙水通常在船舶正在拋錨的同時制造，并且已經從中去除微生物的壓艙水被提供到設置在船舶內部的壓艙水艙，直至所提供的壓艙水量達到預定量。
根據本實施例的壓艙水制造設備可以安裝在地面上，或可以安裝在船上。安裝在地面上的類型的壓艙水制造設備包括用于提供海水或例如船舶停留的港口地區中的海水的海水提供裝置；用于從所提供的海水中去除微生物的微生物過濾膜裝置；用于向微生物過濾膜裝置提供反洗水的反洗水提供裝置，以及用于存儲膜濾水的壓艙水箱。更可取的是壓艙水制造設備還包括在微生物過濾膜裝置的上游用于從海水去除油分的油分去除裝置。此外，除濁裝置可以根據需要設置于油分去除裝置的下游。海水提供裝置是將海水提供至微生物過濾膜裝置的裝置，并包括海水泵和海水進水管，海水進水管的一端具有定位在海中的開口，另一端連接至海水泵。壓艙水箱對所配備的水箱數目，水箱類型等沒有特別的限制。與根據本實施例的與制造設備相連接使用的設備包括例如用于從壓艙水箱抽吸壓艙水的液體供給泵，和用于連接在液體供給泵和設置于拋錨船舶中的壓艙水艙之間的液體供給管。
船舶安裝型的壓艙水制造設備可具有與上述地面安裝型的壓艙水制造設備類似的結構，例外的是可以省略壓艙水箱的設置。船上安裝的壓艙水制造設備的一個實例將參照圖1所示的示意圖說明。壓艙水制造設備1包括以從上游側順序設置的海水供給泵13，油水分離裝置(油分去除裝置)2，空心纖維膜型微生物過濾裝置3，和反洗水箱14。其一端定位在海中的海水進口管131設置在海水供給泵13的吸入側。通過凈化處理水管7連接空心纖維膜型微生物過濾裝置3和反洗水箱14，并且通過凈化處理水管7a連接反洗水箱14和壓艙水艙15。另外，所設置的反洗水泵9使存儲在反洗水箱14中的過濾水能通過反洗水管10傳遞以反洗上述微濾膜。從空心纖維膜型微生物過濾裝置3排放出的濃溶液(未顯示)被棄入海中，或排到地面上。油水分離裝置2可被省去。此外，除濁裝置可以根據需要設置于油水分離裝置2下游。此外，可以省略具有海水進口管131的海水供給泵13，并且可以使用已經設置的具有附接于船體16的海水提供口的壓艙水供給泵(未顯示)。在這種情況下，因為如果油水分離裝置2，空心纖維膜型微生物過濾裝置3，反洗水箱14等設置在已經設置的壓艙水供給泵的下游就已經足夠，則建造成本能減少。如果船舶配備壓艙水艙，則對其上將安裝壓艙水制造設備1的船舶沒有特別限制。
根據本實施例，因為生活在將要用作壓艙水的海水中的微生物能通過微生物過濾膜有效地去除，從船舶放出的壓艙水不會帶來原來不生活在特定海域中的微生物，并且不會造成對海洋環境的破壞。此外，例如，通過將膜濾水存儲在壓艙水箱中，必要時能將水引入船舶以用作壓艙水。此外，當在船舶中進行上述步驟時，安裝在地面上的設備，安裝空間，以及地面工人的工作變為不必要。此外，即使海水含有相對較高的油分，因為在通過微生物過濾膜處理海水之前預先去除油分，所以不會污染微生物過濾膜，并且能進行長時間穩定的處理。
實例其次，將參照下列實例更詳細地說明本發明。然而，這些實例僅以說明性實例的方式給出，并不意欲限制本發明的范圍。
實例1船舶停留其中的國內港區″A″中的海水(以下稱為″未凈化海水″)通過利用如下所述的壓艙水制造設備，并在如下所述的操作條件下進行處理。未凈化海水和經處理水(膜濾水)中的大腸菌類細菌通過下列測量方法來測量。應注意到，未凈化海水具有正己烷萃取液形式的8mg/L油分，并具有5NTUs的濁度。
(壓艙水制造設備)本實例使用如圖2所示的設備。所使用的壓艙水制造設備20具有作為主要部分的空心纖維膜型微生物過濾裝置3，其中由具有每小時3m3處理能力的微濾膜制成的″STERAPORESUR31534″(三菱麗陽制造)空心纖維膜模件5被浸入處理室4中。通過凈化處理水管7連接空心纖維膜型微生物過濾裝置3和凈化處理水箱6，并且凈化處理水管7配備抽水泵8。此外還設置反洗水泵9以使存儲在凈化處理水箱6中的過濾水能通過反洗水管10傳遞以反洗上述微濾膜。
(操作方法)未凈化海水以每小時3m3的處理速率提供至壓艙水制造設備20。在去除微生物的步驟中，在進行過濾的同時使從吹風機11提供的空氣從設置在空心纖維膜模件5下面的配水器12產生微氣泡以使附著于空心纖維膜表面上的微生物等被釋放。去除微生物的步驟進行15分鐘，而反洗的步驟進行1分鐘，并且這樣重復這些步驟。微生物集中于其中的廢液從空心纖維膜型微生物過濾裝置3的處理室4下部適量排放。
(微生物測量方法)在被加到BGLB液體培養基(亮綠乳糖膽汁液體培養基)的樣本在35℃下培養24小時之后測量大腸菌類細菌。
(處理結果)盡管未凈化海水中的大腸菌類細菌數目每100mL中為35，而在凈化處理水中未檢測到大腸菌類細菌。此外，凈化處理水中未檢測到正己烷萃取液，并且濁度不大于2NTUs。應注意到，雖然在過濾操作的初期階段進行反洗之后立即測量的壓差是0.05MPa，在接著170小時的過濾操作后進行反洗，反洗之后立即測量的壓差是0.45MPa。
實例2用和實例1中一樣的方式進行實例2，例外的是通過利用如下所述的壓艙水制造設備，并在如下所述的操作條件下處理未凈化海水。
(壓艙水制造設備)本實例使用如圖3所示的設備。壓艙水制造設備30包括從上游側順序設置的具有每小時3m3處理能力的″DIAMARS RH-03″(三菱麗陽工程制造)油水分離裝置2，空心纖維膜型微生物過濾裝置3，和凈化處理水箱6。在所使用的空心纖維膜型微生物過濾裝置3中，由具有每小時3m3處理能力的微濾膜制成的″STERAPORE SUR31534″(三菱麗陽制造)空心纖維膜模件5被浸入處理室4。通過凈化處理水管7連接空心纖維膜型微生物過濾裝置3和凈化處理水箱6，并且凈化處理水管7配備抽水泵8。此外還設置反洗水泵9以使存儲在凈化處理水箱6中的過濾水能通過反洗水管10傳遞以反洗上述微濾膜。
(操作方法)未凈化海水以每小時3m3的處理速率提供至壓艙水制造設備30。在去除微生物的步驟中，在持續進行過濾的同時使從吹風機11提供的空氣從設置在空心纖維膜模件5下面的配水器12產生微氣泡以使附著于空心纖維膜表面上的微生物等被釋放，從而更新該膜的表面。去除微生物的步驟進行15分鐘，而反洗的步驟進行1分鐘，并且這樣重復這些步驟。微生物集中于其中的廢液從空心纖維膜型微生物過濾裝置3的處理室4下部適量排放。
(處理結果)盡管未凈化海水中的大腸菌類細菌數目每100mL中為35，而在凈化處理水中未檢測到大腸菌類細菌。此外，凈化處理水中未檢測到正己烷萃取液，并且濁度不大于2NTUs。應注意到，在過濾操作初期階段進行反洗之后立即測量的壓差是0.05MPa，并且在接著170小時的過濾操作后進行反洗，反洗之后立即測量的壓差也是0.05MPa。這樣，通過經由油水分離裝置從未凈化海水預先去除油分，能有效地防止由于油分造成的對微濾膜的污染。
實例3代替浸入型空心纖維膜型微生物過濾裝置3，使用加壓型空心纖維膜型微生物過濾裝置(未顯示)，并且用和實例1中一樣的方式進行空氣泡沖洗和周期性反洗的步驟。對于用于加壓型空心纖維膜型微生物過濾裝置的空心纖維膜模件，使用三個具有每小時3m3處理能力的″STERAPORE G型UMF-2024WFA″(三菱麗陽制造)微濾膜。
(處理結果)盡管未凈化海水中的大腸菌類細菌數目每100mL中為35，而在凈化處理水中未檢測到大腸菌類細菌。此外，凈化處理水中未檢測到正己烷萃取液，并且濁度不大于2NTUs。應注意到，微濾膜壓差數據與實例2的數據相似。
如實例所示，通過由壓艙水制造設備處理未凈化海水，未凈化海水中的大腸菌類細菌被去除至檢測不出大腸菌類細菌的程度。此外，通過在空心纖維膜型微生物過濾裝置上游設置油水分離裝置，能有效地防止由于油分造成的對微濾膜的污染。
權利要求
1.一種用于制造船舶壓艙水的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟通過使海水通過微生物過濾膜從海水中去除微生物；和反洗所述微生物過濾膜以使其清潔。
2.如權利要求1所述的用于制造船舶壓艙水的方法，其特征在于，在通過所述微生物過濾膜處理海水之前至少預先去除海水中的油分。
3.如權利要求1或2所述的用于制造船舶壓艙水的方法，其特征在于，所述微生物過濾膜是空心纖維膜。
4.如權利要求2或3所述的用于制造船舶壓艙水的方法，其特征在于，通過用疏水吸收劑吸附去除海水中的油分。
5.一種船舶壓艙水制造設備，其特征在于，該設備包括用于提供海水的海水提供裝置；用于從所提供的海水中去除微生物的微生物過濾膜裝置；和用于向所述微生物過濾膜裝置提供反洗水的反洗水提供裝置。
6.如權利要求5所述的船舶壓艙水制造設備，其特征在于，該設備還包括用于存儲膜濾水的壓艙水箱。
7.如權利要求5或6所述的船舶壓艙水制造設備，其特征在于，用于從海水中至少去除油分的油分去除裝置設置在所述微生物過濾膜裝置的上游。
8.如權利要求5至7中的任何一項所述的船舶壓艙水制造設備，其特征在于，所述微生物過濾膜裝置為浸入型空心纖維膜裝置或加壓型空心纖維膜裝置。
9.一種作為船舶壓艙水的膜濾水的使用方法，其特征在于，所述膜濾水通過在如權利要求1至4所述的用于制造船舶壓艙水的方法中的去除微生物的步驟獲得。
全文摘要
用于制造船舶壓艙水的方法包括通過使海水通過微生物過濾膜從而從海水中去除微生物，以及反洗微生物過濾膜而使其清潔的步驟。生活在海水中的微生物能通過不殺死它們方式去除。
文檔編號B01D61/14GK1938229SQ20058001023
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月29日 優先權日2004年3月29日
發明者本田博也, 伊藤嘉吉, 下野達觀, 秋谷鷹二 申請人:三菱麗陽株式會社, 造水促進中心