JP2005531393A - 流れている液体から粒子と微生物とを濾過・分離する装置と方法 - Google Patents
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Abstract
低圧下で作用する高体積液体流れから粒子と微生物とを濾過・分離する装置１である。該装置１は円錐状または筒状の流入室３を有しており、接線状に流入した液体は渦動を形成することなしに円流れを形成し、液体は加速されて濾過・分離室１４に入り、室１４の中央に長手方向に設けられたフィルター要素１１の周りに回転し、遠心力が大きくて重い粒子を濾過・分離室１４の周縁に分離し、液体に近い比重を有した小さな粒子は濾過され、このとき液体はフィルター要素の壁を透通しフィルター要素の中心に至りユニットのいずれかの長手方向の排出口から流れ出る。紫外線光が処理されるバラスト水中のバクテリアや微生物や病原菌を修復不可能に損傷する。該紫外線光もシステムの一部として包含できる。
Description
この発明は、自動遡流自己洗浄システムと水の紫外線処理と船上のバラスト水処理システムの装置とを具えた、低圧下で作用している高体積流れ液体から粒子と微生物とを濾過・分離する方法と装置とに関するものである。
この発明は、船上のバラスト水システムの自動遡流自己洗浄システムにより、低圧下で作用している高流れ液体から粒子と微生物とを濾過・分離するユニットに関するものである。
分離器は通常浮遊している固体粒子を異なるサイズと比重の液体から除去するのに使用される。これには液体を接線状に流入させ、渦動を形成する円形流れを設定し、ついで分離室に流入させて、遠心運動で液体より重い粒子を分離室の周縁に指向させる。下側の室において汚泥が回収され、汚泥排出パイプを経て排出される。粒子を含まない液体は分離器の中心から引き出されて、ユニットの底部または頭部において出る。清浄な液体と汚泥との間の流れのバランスは簡単な制御で制御され、汚泥排出に必要なシステム圧力が維持される。
同じ目的にフィルターが用いられると高圧力損失を生み出して、その結果低圧下で高体積の流れ液体にフィルター装置を用いるのは難しく、このことは特に空間と重量が制約される船上外での設置に関連してくる。
この発明の目的は、低作用圧力下で液体の高体積流れから粒子と微生物とを濾過・分離できる装置を提供することにあり、これにより装置のサイズ・重量を低減し、かつ船上でのバラスト水処理の試みに関連する作用を簡単にできる。
従来のフィルターは必要な流れ体積要求を扱うには大きな空間を必要とした。加えて過剰な遡流サイクルの故にバラスト時間を増加する必要があった。液体サイクロンは保守なしでよく作用し、ある程度のサイズと比重までは粒子をよく除去できる。しかし水に近い比重の故に微生物は除去できない。
この発明は液体サイクロンの使用を容易としかつフィルターの効率をよくする。
このためにこの発明は低圧下で作用する高体積液体流れから粒子と微生物とを濾過・分離する装置を提供するもので、自動遡流自己洗浄システムを有しており、円錐状また筒状の流入室と、濾過・分離室と、排出室と、接線状液体流入口と、背圧弁とを有している。
流入室はその中央を長手方向に延在する上側流入／排出パイプを有している。
濾過・分離室は上側遡流流入パイプに連結された長手方向のフィルター要素を有している。
排出室は中央においてフィルター要素に連結された長手方向の下側排出パイプを有しており、レストリクターにより濾過・分離室から分離されている。
液体流入口は流入室に開口しており、濾過・分離室に向けて増加する円形流れを形成する。濾過・分離室では液体がフィルター要素の周りを回転して、大きな粒子を周縁に向けて分離し、小さな粒子と微生物とは主流れをユニット底部の主排出パイプに向けて流れる際に濾過する。
背圧弁は主排出パイプ上に装備されて、汚泥室から汚泥を排出するのに充分な背圧を確実にする。
好ましき実施例においては、ＵＶ室が設けられていて、処理された液体を処理してバクテリアや微生物や病原菌を含んだ水性不純物種を不活性化する。
遡流サイクルは主流入口と排出口との間の圧力差により開始される。圧力差が濾過・分離室において予設定値（一般に３０ｍｂａｒ）に達すると、遡流が始まってプログラム可能な論理コンピューター（ＰＬＣ）により制御される。
この発明の濾過・分離装置は船上バラスト水システムの粒子と微生物を除くのに特に適しており、バラストタンク中の沈殿物負荷を低減し、水性不純物種の拡散を予防する。船は高流れ低圧ポンプを使用し、ポンプ室は通常海水面下であり、汚泥排出システムに背圧を形成する。
以下添付の図面によりこの発明の好ましき実施例を説明する。
図１Ａにおいて、液体濾過・分離装置１の基本的な構成要素は流入室３、濾過・分離室４、汚泥室５および長手方向に配置された上側排出パイプ１９、筒状フィルター要素１１および下側排出パイプ１０である。
図１Ａの濾過・分離装置１においては高体積低圧液体流入口２が円形流入室３に接線状に取り付けられており、流入室は濾過・分離室４に連結されている。流入室は流れ抵抗が最少になるように設計されており、ポンプされた液体１３を流入室３の中心を通る長手方向上側排出パイプ１９の周りの渦巻き円運動中に指向する。
液体１３は、従来の液体サイクロンにおけるような渦動を形成することなく、濾過・分離室１４に流入通過する円回転流れを形成する。液体１３は流入室３（図１Ａに示すように円錐状でも図１Ｄに示すように平行（筒状）でもよい）内で加速され、流れている液体とそれに載った粒子に作用する遠心力を増加させる。
液体より比重の大きな粒子は円錐壁３ａに引き付けられて濾過・分離室の流入口４の方に流れ下がる。これらの粒子は内壁を流れ下がって開口１８を通って汚泥室５に至る。同時に小さく軽量な粒子はフィルター要素１１の外面１１ａに沿って流れる液体に従う。該フィルター要素は濾過・分離室１４の中央を長手方向に延在する。
濾過・分離装置１は上側排出口１９と下側排出口１０とを有しており、これにより配管を容易としている。一方の排出口が使用されているとき、必要なら他方の排出口は遡流に用いることができる。
図２Ａと２Ｄを比較すると、排出パイプ１９、１０には手動または自動開閉できる隔離弁２０、２１が付設されている。２個の排出口には制御弁が配置されて、ユニット内の圧力を制御・維持して、排出室５からの自動連続流れを確実にしている。室内の圧力は排出口からの背圧より高くなければならない。
濾過・分離室と汚泥室５とは両端にフランジを具えた１個のパイプから形成されてレストリクター６を有している。該レストリクターは汚泥室５に向けて円錐状をなし、乱流と遡流とを低減している。分離室４の長さは所望の効率と流れ容積とに左右される。長くなると液体が室に滞留する時間が増加し、遠心力から分離室の周縁に小さな粒子が到達するのに充分な時間がとれる。
汚泥室５はレストリクター６とパイプの壁との間の開口１８を通ってくる汚泥状の液体を収受する。汚泥室５に到達すると流れパターンは低減される。汚泥は汚泥弁９を経て排出される。該汚泥弁９は流れを制御し、排出中の汚泥の量に応じて内圧は主流れ１３の３〜１０％になるように制御される。
排出パイプ１０は端部フランジ８に連結されている。排出パイプ２２の内部はフィルター要素１１に連結を有している。
排出パイプ１９、１０上の制御弁２０、２１は分離室４中の定圧を維持し、かつ汚泥室５内への内圧を十分に維持して、汚泥弁９を通る定常流れを維持する。
図１Ｂ、１Ｃに示すフィルター要素１１はフィルター要素１１と軸方向に延在する内側フレーム１６に連結されたウエッジワイヤーのリングにより形成されている。ここでウエッジワイヤー間の開口は仕様に従って決められる。
図１Ｂに示すように、大きな粒子は停止され、小さな粒子はウエッジを通って落下する。ウエッジワイヤースクリーンの濾過能力は長さと直径により決まってくる。フィルター要素は内側フレーム１６の周りに構築されて機械的な強度を確保し、かつ外側の濾過面を平滑にする。ウエッジワイヤー１７間の開口はＶ形であり、１０〜５００ミクロンである。
開口１７より大なる粒子はフィルターの表面１１ａに沿ってレストリクター６に向けて滑動落下し、開口より小さな粒子はフィルターを透通する。ウエッジワイヤーのＶ形の故に、各開口１７はフィルター要素の中心に向けて内側に拡張して、粒子がウエッジワイヤー間の孔に捕捉されるのを回避する。フィルター要素１１の端部には排出パイプ１０、１９への種々なファスナーを装填できる。
通常の作用においては（図２Ａ）、液体はポンプ３２から第１の制御弁２２を経て濾過・分離器に流れる。該制御弁は通常動作中開いているユニットへの液体の流入を制御する。遡流液体を制御する第２の制御弁２３は通常動作中は閉じている。処理済の（清浄な）液体の排出を制御する第３の制御弁２４も背圧弁であって、一部閉鎖されて通常動作中の汚泥流れのために必要な背圧を生成する。制御弁２５は汚泥排出を制御する。
濾過・分離器のＰ１、Ｐ２間には差圧伝送素子が接続されていて、データをＰＬＣに伝送する。３０ｍｂａｒの予設定差圧限界に達すると遡流が始まる。流量計２６と第２の流量計２７とが主流入ラインと汚泥ラインの流れを測定する。２つの流れはＰＬＣに伝送され、ＰＬＣは信号を主流れのパーセントに変換し、これが制御弁２５の制御に使われる。予設定値（３〜１０％）がＰＬＣ中にプログラムされているときには、設定値の流れが汚泥ライン中に維持される。
遡流とスクリーンフィルターの洗浄のために、制御弁２２、２４は遡流中は閉じられる。第２の制御弁２３が開いて非処理液体をユニット遡流の中心を通って粒子をスクリーンフィルターから排出室に送り出す。遡流サイクルは予設定タイムリミットに設定されており、リミットに達するとシステムは通常動作に戻る。全ての弁は自動化されていてＰＬＣにより操作される。
図２Ｂに変化実施例を示す。通常動作時には、液体はポンプ３２から濾過・分離器に流れ、ユニットへの液体の流入を制御する第１の制御弁２２が通常動作中開く。遡流液体２９と圧縮空気３１とを制御する第５、６の制御弁２８、３０は通常動作中閉じる。処理（清浄）液体の排出を制御する第３の制御弁２４も背圧弁であって、部分閉鎖されて通常動作中の汚泥流れに必要な背圧を生成する。制御弁２５は汚泥排出を制御する。差圧伝送素子が濾過・分離器のＰ１、Ｐ２間に接続されて、ＰＬＣにデータを伝送する。予設定レベル（３０ｍｂａｒ）に達すると、遡流が開始される。
これに代わる遡流のために、第１、３の制御弁２２、２４は遡流中は閉じる。加圧遡流液体タンク２９を制御する第５の制御弁２８が開いて、清浄液体がユニット遡流の中心を通って流れ、粒子がスクリーンフィルターから排出室に送り出される。加圧空気タンク３１を制御する第６の制御弁３０が遡流サイクルの終わりに向けて開いて、空気がフィルター要素１１を洗浄する。遡流サイクルは予設定タイムリミットに設定されており、該タイムリミットに達すると、システムが通常動作に戻る。全ての弁は自動化されてＰＬＣにより操作される。
図２Ｃに示すように、システムは上記したような図２Ａ、２Ｂの実施例の両方を含むように構築できる。生水でも充分に清浄ならば遡流に使用できる。これに代えて、清浄な水も使用される。
この発明の濾過・分離器は垂直から水平状態までいかなる角度でも設けることができるが、排出側に向かって最少１０度の角度が望ましい。水平から２０度状態まででは、汚泥の連続的な排出が必要となる。２０度から垂直状態まででは、必要に応じて汚泥排出を空にすることができる。
濾過・分離器の液体サイクロン部分は適当な材料で構築できる。標準的な材料としてはエポキシ被覆炭素鋼、ステンレス、銅ニッケル、ＧＲＥ（ガラス補強エポキシ）およびＧＲＰ（ガラス繊維補強ポリエステル）などがある。ガラス繊維補強ポリプロピレンは海水への使用に勧められる。この材料は強く軽量で、所望の形状に容易に成形できる。船上の大きな液体システムの組付けには、液体サイクロンを数個の小さな部分にして組付け場所への運搬を容易とする。他にもステンレスやチタンなどが好適な材料である。
濾過・分離器は低圧ポンプと濾過度に応じて１０００ｍ3／ｈまでの高流れに作用すべく開発される。濾過・分離器には背圧弁を付設して、海面下に装備されたときに汚泥排出を維持できるようにする。排出ラインに制御弁を装置すると定常な差圧が生成されて、排出室からの定常な流れが確実となる。他にはそのように排出側に弁を装備してしかも圧力損失について高い要求を持った分離器はない。
バラスト水システム中でＵＶを具えた濾過・分離器を図２Ａに示す。該濾過・分離器は特定のミクロンサイズまで粒子と微生物とを除去し、ＵＶはバラスト水中の微生物、バクテリアおよび病原菌を殺すか不活性化する。各微生物は破壊されるべく特定なＵＶ量を吸収しなければならない。
ＵＶはバクテリアの壁を透通してＤＮＡにより吸収され、生命を破壊して再生を防止する。マイクロキルＵＶは非常に低い圧力降下で微生物を効果的に不活性化するように設計され、バラストシステムとポンプの要求に応じるものである。ＵＶ光が２１５〜３１５ｎｍ（ナノメータ）の範囲の波長で使用されると、ＵＶ−Ｃスペクトルがバクテリアと微生物中のＤＮＡに回復不可能な損傷を与える。ＤＮＡの損傷に最も強力で効果的な波長は２５３．７ｎｍである。
システムプロセスによれば、バラスト水はバラストポンプにより濾過・分離に送られて、大きな粒子と微生物とは除かれてかつ船外に排出され、バラスト水は戻る。処理されたバラスト水はＵＶシステムに流れ、微生物とバクテリアなどは殺されるかまたは不活性化され、ＤＮＡが損傷される。ＵＶシステムからバラスト水は船上の異なるバラストタンクに分配される。
バラスト水が収受ポートに排出されると、ポンプにより該水はＤＶシステムを２回通るが、濾過・分離器は迂回して汚泥の取扱い上の問題を回避している。
以上の実施例はこの発明を限定するものではなく、種々の変更が可能である。
１： 濾過・分離装置
３： 流入室
４： 濾過・分離室
５： 汚泥室
６： レストリクター
１０、１９： 排出パイプ
１１： フィルター要素
１３： 液体
１４： 濾過・分離室
１７： ウエッジワイヤー
２０、２１、２２、２３、２４、２５： 制御弁
２９： 遡流液体
３： 流入室
４： 濾過・分離室
５： 汚泥室
６： レストリクター
１０、１９： 排出パイプ
１１： フィルター要素
１３： 液体
１４： 濾過・分離室
１７： ウエッジワイヤー
２０、２１、２２、２３、２４、２５： 制御弁
２９： 遡流液体
Claims (20)
- 液体から粒子と微生物を除去するための濾過・分離装置であって、流入室と、濾過・分離室と、汚泥排出口を具えた排出室と濾過・分離室内のスクリーンフィルターと、少なくとも１個のパイプとを有しており、流入室と濾過・分離室と排出室とは相互に連結されて液体流路を画定しており、パイプはスクリーンフィルターを通った液体の装置からの排出口を画定しており、流入室に接線状に取り付けられた流入パイプが流入液体の渦巻き円運動を惹起し、該渦巻き円運動中に液体は加速されてかつ渦動を形成することなしに流入室内を移動して濾過・分離室に入り、濾過・分離室内において粒子と微生物とが液体から除かれ純化液体が排出パイプから排出され、濾過されない液体と汚泥とは汚泥排出口を経て装置から除かれることを特徴とする濾過・分離装置。
- さらに紫外線光が設けられていて、排出パイプから排出される純化液体中の微生物、バクテリアおよび病原菌を不活性化することを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 液体から粒子と微生物を除去するための濾過・分離装置であって、円錐状の流入室と、濾過・分離室と、汚泥排出口を具えた排出室と、流入遡流パイプと、スクリーンフィルターと下側排出パイプとを有しており、流入室と濾過・分離室と排出室とは共通軸に沿って相互に連結されて液体流路を画定しており、流入遡流パイプと、スクリーンフィルターと下側排出パイプは流入室中に配置された上側排出口、濾過・分離室内のスクリーンフィルターおよび排出室内の下側排出パイプと共通軸に沿って整列されており、流入室に接線状に取り付けられた流入パイプが流入する液体の渦巻き円運動を惹起し、この渦巻き運動の際に液体は加速されて渦動を形成することなく流入室内を移動して濾過・分離室に入り、液体より比重の大きな粒子と微生物とは液体に運ばれて濾過・分離室を通って排出室から汚泥排出口に至り、液体に近い比重の粒子と微生物とはスクリーンフィルターを通って濾過され、純化液体は構造態様に応じて上下いずれかの排出パイプから排出されることを特徴とする濾過・分離装置。
- 上下の排出パイプにはそれぞれ排出制御弁が付設されていて装置からの液体の流れを制御し、液体の遡流を提供してスクリーンフィルターを洗浄し、汚泥排出口における排出圧を維持することを特徴とする請求項３に記載の装置。
- 濾過・分離室と排出室との間にレストリクターが配置されていて、液体の乱流と遡流とを低減することを特徴とする請求項３に記載の装置。
- さらに紫外線光が設けられていて排出パイプから排出される純化液体中の微生物、バクテリアおよび病原菌を不活性化することを特徴とする請求項３に記載の装置。
- 液体から粒子と微生物とを除去する濾過・分離システムであって、ポンプと、システムへの液体の流入を制御する常開第１の制御弁と、流入室と、濾過・分離室と、汚泥排出口を具えた排出室と、濾過・分離室内のスクリーンフィルターと、第１、２のパイプと、常閉第２制御弁と、第３の制御弁と、第４の制御弁とを有しており、流入室と濾過・分離室と排出室とは相互に連結されて液体の流路を画定しており、第１、２のパイプはスクリーンフィルターを通った液体のシステムからの排出口を画定しており、流入室に接線状に取り付けられた流入パイプが流入液体の渦巻き円運動を惹起し、該渦巻き運動の際に液体が加速されかつ渦動を形成することなく流入室内を移動して濾過・分離室に入り、第２の制御弁は開いているときにはスクリーンフィルターの遡流のために流入液体をいずれかの排出パイプに指向させ、第３の制御弁は他の排出パイプ内にあってシステムの背圧を維持し、第４の制御弁は汚泥の排出を制御し、濾過・分離室内において粒子と微生物とは液体から除かれ、純化液体は排出パイプから排出され、非濾過液体と汚泥とは汚泥排出口を経て装置から除かれることを特徴とする濾過・分離システム。
- さらに第１の流量計がポンプ排出口に配置され、第２の流量計が汚泥排出口に配置されてシステム内の流れを制御することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
- 液体から粒子と微生物とを除去する濾過・分離システムであって、ポンプと、常開流入制御弁と、相互に連結されて流体の流路を画定した流入室と濾過・分離室と汚泥排出口を具えた排出室と、濾過・分離室内のスクリーンフィルターと、第１と第２のパイプと、水蓄積タンクと、濾過・分離器の水遡流のためにいずれかの流入遡流パイプに連結された制御弁と、空気蓄積タンクと、濾過・分離器の空気洗浄のためにいずれかの排出パイプに連結された制御弁と、背圧制御弁と、汚泥制御弁とを有しており、第１、２のパイプはスクリーンフィルターを通った液体のシステムからの排出口を画定しており、流入室に接線状に取り付けられた流入パイプは流入液体の渦巻き円運動を惹起し、この渦巻き運動の際に液体は加速されかつ渦動を形成することなしに流入室内を移動して濾過・分離室に入り、背圧制御弁は排出パイプ内にあってシステムの背圧を維持し、汚泥制御弁は汚泥の排出を制御し、濾過・分離室内において粒子と微生物とが液体から除かれ、純化液体は排出パイプから排出され、非濾過液体と汚泥とは汚泥排出口を経て装置から除かれることを特徴とする濾過・分離システム。
- さらに第１の流量計がポンプ排出口に配置され、第２の流量計が汚泥排出口に配置されてシステムを通る流れをモニターし制御することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
- 液体から粒子と微生物とを除去する濾過・分離システムであって、ポンプと、システムへの液体の流入を制御する常開流入制御弁と、相互に連結されて液体流路を画定する流入室と濾過・分離室と汚泥排出口を具えた排出室と、濾過・分離室中のスクリーンフィルターと、第１と第２のパイプと、常閉流入制御弁と、水蓄積タンクと、濾過・分離器の水遡流のためにいずれかの排出パイプに連結された制御弁と、空気蓄積タンクと、濾過・分離器の空気洗浄のためにいずれかの排出パイプに連結された制御弁と、背圧制御弁と、汚泥排出を制御する汚泥制御弁とを有してなり、第１、２のパイプはスクリーンフィルターを通った液体のシステムからの流入口と排出口を画定しており、流入室に接線状に取り付けられた流入パイプは流入液体の渦巻き円運動を惹起し、この渦巻き運動の際に液体は加速されかつ渦動を形成することなしに流入室内を移動して濾過・分離室に入り、流入制御弁はスクリーンフィルターの遡流のために開いているときに流入液体をいずれかの排出パイプに指向し、背圧制御弁は他の排出パイプ中にあってシステムの背圧を維持し、濾過・分離室中において粒子と微生物とが液体から除かれ、純化液体は排出パイプから排出され、非濾過液体と汚泥とは汚泥排出口を経て装置から除かれることを特徴とする濾過・分離システム。
- 第１の流量計がポンプ排出口に配置され、第２の流量計が汚泥排出口に配置されてシステムを通る流れをモニターし制御することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
- 液体から粒子と微生物とを除去する方法であって、液体の低圧流れを形成し、液体の流れを渦動なしに渦巻き円運動中に指向し、液体の円運動を加速して液体より大なる比重を有した粒子と微生物とを分離し、液体の流れをフィルターに通して液体に近い比重を有した粒子と微生物とを濾過し、濾過・分離された粒子と微生物とを液体の一部とともに汚泥として排出し、濾過・分離された粒子と微生物とを含まない液体の残りの流れを排出することを特徴とする除去方法。
- フィルターを洗浄することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 液体の遡流によりフィルターを洗浄することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 空気の遡流によりフィルターを洗浄することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 液体流れ上に背圧を維持することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 液体の流れを測定し、汚泥の排出を測定し、測定値の比を使って液体流れの体積を制御することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 排出液体を紫外線光に曝して液体中の微生物、バクテリアおよび病原菌を不活性化することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 粒子と微生物とを液体から除去する方法であって、液体の低圧流入流れを形成し、渦動を形成することなしに液体の流れを渦巻き円運動中に指向し、液体の渦巻き円運動を加速して液体より大なる比重の粒子と微生物とを分離し、液体の流れをフィルターに通して液体に近い比重の粒子と微生物とを濾過し、濾過・分離粒子と微生物の汚泥を液体の一部とともに室内に回収し、汚泥室の内圧を制御して主流れの１０％までの汚泥流れを達成し、濾過・分離された粒子と微生物を含まない液体の残りの流れを排出し、排出された液体を波長２１５〜３１５ｎｍの紫外線光に曝して液体中の微生物、バクテリアおよび病原菌を不活性化することを特徴とする除去方法。
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