JP2001509729A - 船舶のバラスト水の微生物殺菌方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 船舶のバラスト水を沿岸海域に放出する前にバラスト水を処理する方法と装置である。バラスト水は外来種の有害な微生物を含む可能性がある。放出前に、バラスト水を酸素化したり脱酸素して、嫌気性および好気性微生物の生息数をそれぞれ減少する。嫌気性微生物が無関係なら、酸素化ステップは省略できる。装置は好気性微生物を含むバラスト水を脱酸素するための真空チャンバ（３４）を含む。真空チャンバ（３４）はバラスト水から溶解酸素を除去するために、第一期間にわたりチャンバ（３４）内の真空下でバラスト水を撹拌するための内部撹拌装置（３６）を含む。撹拌装置は堰型システム（４２）に換えることもできる。そのシステムでは、チャンバ（３４）の上流（２７）から下流（４５）に順次短くなる一列の板を作るように、一連の垂直板を並べたものである。

Description

【発明の詳細な説明】 船舶のバラスト水の微生物殺菌方法および装置 発明の背景 発明の分野 本発明は有害な生物を含む可能性がある船舶バラスト水の処理に関し、特に、 バラスト水の中にいる可能性がある有害な好気性および／あるいは嫌気性微生物 が、ある海岸から他の海岸へ移動するのを防止するため、それらの微生物を殺菌 するために船舶のバラスト水を処理する方法および装置に関する。 基本条件および語彙 外洋航海の船舶は世界中の港から別の港へとバラスト水に含まれた種々の生物 を運ぶ可能性がある。肉眼で見える非顕微鏡生物は濾過除去できるが、残りの微 生物はその多様な起源のために極めて多様な性質がある。コロニー形成単位（CF U）という用語は繁殖する微生物の説明にしばしば使用される。従って、何ら変 更がないなら、CFUおよび微生物という用語は同じ意味を持つことにする。船舶 バラスト水に溶解した酸素レベルは本発明を説明するうえで重要であり、DOとい う略字はこの溶解酸素を意味するために使用する。 従来技術の説明 船舶が外国の港で荷物を降ろすと、その空になった船倉は安定を保つためにバ ラストとして、その地方の水で満たされることが多い。荷物の補充を行うために 米国の港、あるいは他の荷積み港に到着した時に、そ の船舶は通常、前の地方（新たな港にとって外国）のバラスト水を米国の（ある いは他の）港近くの海に放出し、その海岸付近の水の生態系に有害な（あるいは 少なくとも不明な）効果を持つ可能性のある、好気性微生物および嫌気性微生物 を含む外来種の有機物が入って来ることになる。 この問題に対処する試みの一つは、外洋にて地方のバラスト水と外海の塩水と を交換するように船舶に求めることであるが、外洋でのバラスト水の交換は特に 大型貨物船やタンカーにとって極めて危険なこととなり、また、こうしたバラス ト水の交換は船倉から全ての微生物を除去するうえで十分効果があるようには見 えない。 外洋でのバラスト水の交換は、海水汲み上げの際に危険な不安定性あるいは構 造的ストレス状態が生じないようにバラスト水交換をおこなう空間が十分に小さ い時には通常（必ずしもというわけではないが）安全である。例えば、船舶全体 の重量とバラスト水の重量の比が低いために、また一時的に空の「小さな」特別 製のバラスト・タンクを装備できる船舶の貨物運搬強度の能力のために、特別製 のバラスト・タンクあるいは他の同様な小さなスペースを扱う時に、こうしたバ ラスト水の交換は通常（必ずしもというわけではないが）安全である。 しかし、貨物を運んでない時の航海では船の重心が低くなるように、船倉ある いは大型のバラスト・タンクを水で満たすことが必要になる。こうした条件で、 船倉あるいはタンクの１つ以上がバラスト水で満たされる。これらの船倉やタン クは巨大な空間を有するので、内部で波動が起きないように完全に満たすか、完 全に空にしなくてはならない。従って、バラスト交換をこうした巨大な空間から 試みたり、またポンプ作業の途中で船が悪天候にあってしまった場合、その空間 の内側で波動が発生する可能性があり、それが船を不安定にして非常に危険な状 態を作り 出してしまう。転覆や死亡事故は、バラスト交換の際に予期せね海の状態に船舶 が遭遇して発生することが多かった。船体を適切な平衡状熊とバランスに保つ完 全な技術で行わなければ、バラスト交換は良好な天候でも船体に内部構造ストレ スをかけることになり、外傷性の構造欠陥が即座に、あるいは後になって生じる おそれがあるような損傷をあたえることになる。こうしたストレスは、紙クリッ プの鋼線を破損するまで前後に曲げることと同様の性質をもっている。 外来種の微生物をバラスト水から取り除くという問題は満足できる解決ができ ない積年の問題であり、詳細に記録されている。例えば、The Introduction of Noninidigenous Species to the Chesapeake Bay via Ballast Water，Chesapea ke Bay Commission，January 5，1995(バラスト水を介してチェサピーク湾への 外来種の導入、チェサピーク湾委員会、１９９５年１月５日)；BIMCO Weekly Ne ws，No．8，February 19，1997，The Baltic and International Maritime Coun sel(バルチックおよび国際海事協議、BIMCO週間ニュース、No．8、１９９７年２ 月１９日)；"Push for Rules on Ballast Exchange Gains Support"，the Journ al of Commerce，March 26，1996(「バラスト交換利益支援に関する規則への推 進」通商ジャーナル、１９９６年３月２６日)；"Stemming the Tide of Change" ，The Journal of Commerce，June 24，1996(「変化の潮流への抵抗」通商ジャ ーナル、１９９６年６月２４日)；"Ballast Rule Ineffective for Pest Contro l in Lakes"，The Journal of Commerce，June 24，1996(「湖での疫病管理に対 する効果のないバラスト規則」、通商ジャーナル、１９９６年６月２４日)；and "Governors Of fer Grant to Fight Great Lakes Invaders"，The Journal of C ommerce，July 26，1996(「五大湖の侵入者と戦う政府提議認可」、通商ジャー ナル、１９９６年７月２６日)．さらに、合衆国議会は最近”National Invasive Species Act of 1996(侵 入種に関する法律)”（P.L．104-332）を通し、沿岸警備隊に１年以内に国家的 なバラスト水の指針を自発的に発行するよう求めた。 米国特許第5,192,451号は、バラスト水にポリマーを加えてバラスト水内の縞 むらさき貝の成長を制御する方法を記述している。しかし、バラスト水を処理す るため化学物質を使用することは、その処理水が米国の沿岸の海水に放出される ので、生態系に悪影響を与えることになる。米国特許第5,376,282号と同第5,578 ,116号は自然海水に溶解した酸素を縞むらさき貝が生存するための呼吸を保障す るレベルより下まで減少するように、減圧と撹拌を行う方法を記述している。し かし、ある沿岸海域から別の沿岸海域に船舶バラスト水中の微生物が移動すると いう全世界的な問題を含んだプロセスでの、バラスト水の酸素処理および脱酸素 処理するという船舶バラスト水の処理に関する記載はない。米国特許第3,676,98 3号は液体から気体を除去するために真空チャンバと攪拌機を有する装置につい て記載しているが、船舶のバラスト水における外来種の微生物処理の問題、およ び好気性微生物を殺菌するレベルまで水に溶解した酸素を除去するという認識は ない。米国特許第4,316,725号は水から溶解酸素を除去するため、真空を使用す ることを含んだ様々な方法を記している。米国特許第3,251,357号は、例えば、 微生物の成長を抑制するために水の中に燃焼ガス／煙突ガスを吹き込み水を処理 することを記しているが、船舶バラスト水から嫌気性微生物あるいは好気性微生 物を除去する方法の長い間感じていた問題の認識はなく、あるいは解決法も示唆 されていない。 本発明の要約 従って、本発明の主な目的は、船舶バラスト水の外来種の嫌気性微生物および ／あるいは好気性微生物のほぼ全てを死滅させるため、船舶バ ラスト水を低コストかつ短時問で処理する方法、および装置を提供することであ る。 本発明の別の目的は、船舶バラスト水の溶解酸素のレベルを好気性微生物のほ ぼ全てが死滅する点まで効果的かつ安価に低下させ、この処理バラスト水はたと え環境的に異なった海域のものでも沿岸海域で安全に放出することができる方法 および装置を提供することである。本発明の方法および装置は、撹拌時間、真空 時間、有効な窒息時間等の制御したレベルを用いてバラスト水から外来種をほぼ 除去（実験室試験では最高９９％）できる。 さらに、本発明の別の目的は一酸化炭素（および他の還元性気体）を含む燃焼 ガス／煙突ガス（あるいは別の発生源からのガス）にバラスト水を通し、化学反 応によりバラスト水から溶解酸素（DO）を除去するバラスト水を処理することで ある。このプロセスの工程はあるケースの処理プロセスに追加するもの、あるい は他と併合するものと考えられる。上記ガス等は外来種の除去を行う助けとなる 。これは撹拌／真空工程がバラスト水から大部分の溶解酸素（DO）を除去し、撹 拌／真空工程を介してバラスト水の連続的な循環はDOを漸近的にゼロに低下させ る。しかし、燃焼ガス／煙突ガスはDOと化合して二酸化炭素を作り、このように してDOを急速に還元することになる。急速なDO還元時間は必要とする窒息時間を 短縮し、バラスト航海が短期の時でも還元（燃焼）ガスの利用がバラスト水に含 まれる外来種を容認できる程度の低レベルにすることが可能である。 また、本発明の別な目的はバラスト水が脱酸素処理される前にバラスト水を超 酸素化することにより嫌気性微生物を死滅させることである。 本発明の他の目的は、海水の中の微生物を死滅させるために微生物を含んだ海 水を船内に汲み上げバラスト水として船倉あるいはタンクに入 れ、また／あるいは船倉あるいはタンクから処理タンクに循環させ、船倉にもど すことにより海水を処理する方法および装置を提供することである。多量の循環 処理水が短期間、つまり、航海の残りの期間に十分な窒息時間となるように処理 され、次の寄港地でバラスト水を船外に放出するまでに微生物の生存レベルを許 容できる程の低レベルにする。一回の水処理は船の安定を維持し、船の構造に重 大なストレスがないように小量とする。窒息時間の間での連続的な循環は、さら に処理効果をあげることになる。 本発明によるバラスト水の微生物を死滅させるための処理方法および処理装置 は、この処理をおこなう時間が十分にある外洋航海用船舶で使用するのに特に適 している。 本発明装置は陸上でも、あるいは船舶上でも設備することができ、あるいは船 にあらかじめ設備されているポンプおよび配管設備を使用する船上組み立て式の 携帯型とすることも可能である。 図面の簡単な説明 図１は本発明を適用する実際の船舶の平面図である。 図２は図１の船舶の側面図である。 図３は本発明の装置および方法の一実施例を示す概略ブロック図である。 図４は図３の実施例で使用する攪拌機の別の装置の概略図である。 図５は本発明で使用するのに適した通気装置の概略図である。 図5Aは本発明で使用するのに適した真空脱酸素チャンバの概略図である。 図６は船舶のデッキ上における処理タンクの望ましい位置を説明する概略図で ある。 図７はバラスト水を処理する本発明の方法および装置の別の実施例を説明する 図３と同様なブロック図である。 好ましい実施の形態の説明 図１および図２には船倉内にためたバラスト水を処理するために本発明を使用 する実際の船舶を示しており、船名はS/S Coastal Goldenという多くの特徴から 典型的な船舶である。最も小さな貨物船倉は約380,000立方フィートであり、最 大の船倉は約680,000立方フィートである。全船室は完全に空か満杯の時を除い て、船室内で波動が発生したら船を不安定にする程の大きさである。この船舶は 石油と乾燥貨物の両方の輸送が可能である。貨物船倉は船首から船尾に１−９の 番号がつけられている。この船舶は貨物無しで外洋航海を安全におこなうために バラスト水を船倉の１つ以上に入れて運ぶ必要があるという点でも典型的である 。 図３は本発明の方法と装置の両方の望ましい実施の形態を示すフローチャート である。少なくとも好気性微生物を含むバラスト水が船倉２０からポンプ２２に よって汲み上げられ、フィルタ・システム２４（非顕微鏡生物を除去し、最終的 な廃棄まで貯留タンク２５に溜めておく）を介して混合タンク２６に送る。混合 タンク２６では、エアーコンプレッサ２８によって大気圧より高い圧力でバラス ト水の流れに空気を混ぜる。その混合用の空気はエアーソース３０から空気噴出 器３２を介して供給される。混合タンク２６から酸素を加えられたバラスト水を さらに真空チャンバ３４に送り、そこで内部攪拌機３６によって適当な時間、撹 拌を行われる。真空チャンバ３４はバラスト水面より上に十分な空間を有し、バ ラスト水から出た溶解酸素（DO）はその空間に放出され、真空ポンプ３８により 容易に除去されて大気４０に排気される。真空ポンプは チャンバ内のバラスト水上の真空を維持する。（ここで「真空」は大気圧より低 く、ゼロ圧力より大きな圧力を意味する。）攪拌機３６は堰型システム４２（図 ４参照）に換えてもよい。その堰型システム４２では、チャンバ３４の上流２７ から下流４５に順次短くなる一連の垂直板を並べて、このシステムが一連の滝を 作り出し、溶解酸素がチャンバ上部の真空空間に放出されるように十分バラスト 水を撹拌する。真空ポンプにより除去できるようにDOを放出する撹拌システムな ら、どんな形式でも使用できる。 撹拌／真空プロセスによりバラスト水からDOの除去後、必要に応じて還元性燃 焼ガスの噴射（2CO+O₂=2CO₂）により増加させ、そのバラスト水はポンプによっ て船倉あるいはタンクに送られ、「風雨を通さない」あるいは空気を通さない（ また／あるいは酸素が流れ込む可能性のある空間に燃焼気体あるいは他の不活性 気体を噴射して、酸素不活性を維持する）ようにして保存される。バラスト水の DOが不足すると、バラスト水中の好気性微生物は呼吸のためのDOの欠乏程度に対 する各微生物の耐久力に応じた時間で死滅する。通常の大西洋横断のバラスト航 海は１０日から１５日かかる。本発明者の実験室試験は全体で１０日間のバラス ト航海、そのうち撹拌／真空処理サイクルを２日間行うことを想定し、８日間の 窒息期間を有効としたもので、結果は好気性微生物の９９％が死滅したことを示 した。計算上、約２分の処理時間が10,000ガロンのバラスト水につき必要で、２ 日でバラスト水が満たされた10,000トンの船倉を処理する。このようにして、窒 息期間内で循環運動なし、還元性気体の添加なしの極めて低圧の条件で２分の処 理時間が試験用に選択された。このプロセスは圧力と処理時間を変え、予測する バラスト航海で有効な窒息時間に加え、種々の微生物に適応するため世界中で見 つけた複数の洗浄ガスの使用により調節できる。 このようにして、本発明者は、船舶の不安定状態を作り出すバラスト水を除去 することなく所定時間でバラスト水の殺菌をするという環境学的な目標を達成し た。複数の試験が真空チャン３４のバラスト水が約２分間だけの撹拌を要するこ とを示しており、それ故に通常の船室容積の約0.033%だけを図３の閉じたループ を通じて移動することになる。 必要に応じ、真空チャンバ３４からの脱酸素水を別の混合タンク４３に送り、 そこで船の主エンジン４４からの煙突ガスからなる燃焼排気ガス（一酸化炭素を 含有）を別のポンプ４６によって混合タンク４３に供給し、そのタンクから処理 水がポンプ４８により汲み上げられ、バラスト船倉２０への閉じたループへ戻さ れ処理サイクルが完了する。このサイクルは、バラスト水の中の好気性微生物の 所望量（最高９９％）を死滅させるためにバラスト船倉から溶解酸素を除去する に必要な回数、繰り返すことが可能である。 混合タンク２６内の噴射空気（酸素）は超酸素化により嫌気性微生物を死滅、 あるいは低い増殖レベルに衰弱させ、またチャンバ３４内で溶解酸素を除去する と好気性微生物を死滅させる（一方、嫌気性微生物は衰弱状態で残る）。必要に より、混合タンク２６は適当な接続器具５０によりシステムから分離することを 可能とし、ほとんどのケースでは嫌気性微生物は対象と考えられていないので、 好気性微生物のみ処理することもできる。図５は酸素化混合タンク２６の望まし い形態を示しており、図5Aは真空脱酸素チャンバ３４の望ましい形態を示してい る。 図６は実際の船舶の船倉およびコーミングに本発明を応用した例を示している 。図７は図３と同様で、船舶が浮かんでいる海域からの海水、あるいは船倉から 供給されたバラスト水のどちらかを源とし、弁V1とV2を選択的に開閉して、この ２つの運転モードにより、入ってくるバラスト水を本発明が処理可能な方法を説 明したものである。 本発明プロセスの第一の研究は、エリザベス川からの２つのサンプルを取り、 それを直ぐに溶液研究所（現存せず）に運び込み行われた。溶液研究所では、既 に説明したように本発明の処理プロセスに近い模擬試験を行った。この試験の結 果は極めて有望なものであった。しかし、溶液研究所のサンプリングと活動は直 接、我々のコントロール下にあるので（また、溶液研究所は極めて専門的な仕事 を行う地方研究所で、なおかつ知名度が低いので）、溶液研究所の研究の信憑性 を確立するためにオールド・ドミニオン大学の応用海洋調査研究所（略してAMRL /ODU）の精密調査に本発明のプロセスの研究を依頼した。溶液研究所の活動の手 順および結果はAMRL/ODU試験との差がわずかなので、AMRL/ODU試験の説明の際に 述べる。 AMRL/ODUは、バラスト水中のバクテリア数を減少させる本発明プロセスの有効 性を判定する研究を実施した。AMRL/ODUの手順では、バージニア州のエリザベス 川から採取した自然サンプル水を研究用の代理試験媒体として使用した。プロセ スのパラメータは研究所の条件下で評価され、３つの高い真空度について撹拌と 露出をそれぞれ２分間おこなった。 自然の川水を含むベンチトップ・スケールの微小生態系を３つの処理に曝し、 さらにバクテリア培地の植え付けの前に酸素欠乏期間を0.2日から８日とった。 処理レベルはこの曝露期間、一定の条件に維持された。自然の川水のサンプルを 各重複して０日目、２日目、８日目に取り、バクテリア培地に植え付ける。５日 間の植え付け期間は、起こり得る反応の広い範囲で実質的かつ典型的な数を記録 できるように、バクテリアのコロニー形成単位（CFU）の充分な密度が発現する に要する時間で決められた。 処理の有効性は、０日目の初期条件と３つの処理に曝される２日および８日の 条件の間の差として示された。この研究の結果は本発明プロセ スの前の研究とも比較された。各処理サンプルおよび対照サンプル用の培地は限 られた数（倍数として）なので、処理サンプルと対照サンプルあるいは初期条件 との間に統計レベル的な有意性は判定できなかった。 このAMRL/ODU研究は、本発明の全ての要素の説明で最終的に意図したものの全 体の内、実験的な証明の必要性があると考えられる本発明プロセスの一部につい てだけ、その有効性を判定するために実際に行った。このプロセスは効果のある 配置で「既成の」装置を使用して、低価格で多量の沿岸海水中のバクテリア・レ ベルを低下させるように考えられている。採取した水は好気性バクテリアと嫌気 性バクテリアの両方を含んでいる。酸素のある条件下では、好気性バクテリアが 顕著に支配的となる。しかし、多少の嫌気性バクテリアも存在可能であり、窒息 期間で、酸素含有量が低レベルおよび超低レベルの作られた環境では、適応した り繁殖したりする能力を有することがある。従って、本発明のプロセスはそうし た嫌気性バクテリアを死滅させたり衰弱させることにより、繁殖を最小化するた めの設備を含んでいる。嫌気性バクテリアの低い繁殖確率と、嫌気性バクテリア の低い個体数を測定することの本来的な困難性が、それらを死滅あるいは衰弱さ せる加圧空気噴射による嫌気性バクテリアの個体数の対照サンプルの定量分析を 妨げている。 AMRL/ODUの研究は、２つの期間である条件下において溶解酸素を低下した３つ の環境を作った。結果は予期せぬ（肯定的に）ものであり、この分野における専 門家であるAMRL/ODUのディレクタ、およびアシスタントディレクタによる予測よ りもエリザベス川からの好気性バクテリアの減少が高いレベルで有効であること を示した。 材料および方法 AMRL/ODU研究の作業計画 この研究は、初めの溶液研究所の「原理の証明」研究を評価するため、そして 、ここで説明した本発明の新規な水処理プロセスの有効性を判定するために考え られたものである。この研究では、本発明プロセスの効力を評価するためのより 厳しい方法が適用された。AMRL/ODU試験は未保護の特許登録プロセスについて行 ったので、この３つの処理は真空の強さが増大するに従って、つまり、初めのテ ストでのように、２，４，６inchHgのTA処理、TB処理、TC処理として報告には示 してある。 エリザベス川のサンプルを研究開始の直前に採取した。そのサンプルの一部を 未処理、未濾過の対照サンプル（CUF）として設定した。残りのサンプルを８ミ クロンのフィルタを使用して濾過した。第二対照サンプルを濾過サンプルから取 り出し、濾過対照サンプル（CF）として設定した。残りの濾過サンプルを３等分 し、以下の表１，２，３に示したTA処理、TB処理、TC処理として使用した。 ３等分したサンプルに３種の処理（渦巻き撹拌の後、２分間にわたり２，４， ６inchHgの真空度にする）を行った。対照サンプルは撹拌せず、しかも真空にし なかった。全てのサンプルが入ったフラスコを密封し、研究室条件で放置した。 バクテリア・コロニー形成単位（CFU）の計数用に培地にバクテリアを植え付け る以前の約１時間放置したサンプルを０日サンプルとする。 全ての処理サンプルおよび対照サンプルは重複して、かつ予備に充分な数を確 保するように調製した。つまり、各処理サンプルあるいは対照サンプルに対して 、研究の開始時（０日）のバクテリアの植え付け用に２個のフラスコ、２日目の 終わり（２日）の植え付け用に２個のフラスコ、同様に、８日目の終わり（８日 ）の植え付け用に２個のフラスコを調製した。２個づつのフラスコを０日で各処 理用および対照用に調製し、その結果は初期条件を確立するためと同様に処理の 即効を評価するため に使用した。 各重複した処理と対照用に、４つの希釈域の一連の希釈をバクテリア培地に植 え付けるために使用した。バクテリアCFU計数はより真に近い計数を得るために 、この希釈域の２枚の培地の平均を基礎にした。 エリザベス川の採取と濾過 サンプル水はバージニア州、ノーホークのダウンタウンにあるノーティクス（ NAUTICUS）の埠頭の一端から採取した。採取日時は1997年１月１４日、およそ午 後２時３０分であった。ロープ付のバケツを水の中に降下してサンプルを採取し た。サンプル採取用バケツは大型の瓶用ブラシとLiquinox（商品名）石鹸希釈水 で洗った。その後、バケツは水道水で充分濯ぎ、さらに超純水で９回洗浄した。 サンプルの採取前に、バケツを濾過してないエリザベス川の水で３回濯いだ。こ の採取水は、太陽光線の直射からサンプルを保護するためアルミホイルで覆われ た２０リットルのガラス瓶（カーボイ）に注ぎ入れた。 カーボイは大型の瓶用ブラシとLiquinox石鹸希釈水で洗った。そして水道水で 濯ぎ、さらに4N-HClで２回濯ぎ、さらに超純水で９回洗浄した。エリザベス川の 濾過水あるいは未濾過水を加える前に、エリザベス川の水で３回洗浄した。カー ボイの頭部空間を約１リットル残し、約１９リットルの海水を採取した。サンプ ル水の全部をノーティクスの水質研究所に直ぐに運搬した。 その研究所で、濾過の間、室内照明は非常灯を除いて消した。８ミクロンのWh itman 40（商標）無漂白濾過紙を使用して海水を濾過した。 ハサミをブラシとLiquinox（商品名）石鹸希釈水で洗った。その後、水道水で 充分濯ぎ、さらに超純水で９回洗浄した。そして、濾過してないエリザベス川の 水で３回濯いだ。 ２０リットルのカーボイ内のエリザベス川の水はさかさにして撹拌し、 約３リットルをアルミホイルで覆った５リットルのカーボイ内に注いだ。５リッ トルのカーボイ中のある量の水は、未濾過海水で濯ぐ必要のある研究用具（ハサ ミ、濾過塔、メスシリンダ）の洗浄に使用された。２０リットルのカーボイから の未濾過海水の副サンプルを濾過のためにメスシリンダに注いだ。濾過塔、メス シリンダ、フラスコ等は大型の瓶用ブラシとLiquinox（商品名）石鹸希釈水で洗 った。その後、水道水で充分濯ぎ、4n-HClで２回洗浄し、さらに超純水で９回洗 浄した。濾過塔とメスシリンダを濾過してない海水で３回濯いだ。また、濾過用 フラスコは濾過した海水で３回濯いだ。 エリザベス川の水は真空圧≦１５inchHgで２リットルの真空濾過フラスコ内に 濾過した。濾過した海水の約１０リットルをアルミホイルで覆った２０リットル のカーボイに入れた。濾過は1997年１月１４日の午後３時と４時３０分の間で行 った。エリザベス川のサンプル水はノーティクスの水質研究所から応用海洋調査 研究所に運搬した。AMRL 水生毒理学研究所はエリザベス川の濾過水および未濾 過水サンプルを受け取り、外部光の直射から保護しながら室温（19-21℃）で保 存した。５つの処理サンプル、未濾過対照サンプル（CUF）、濾過対照サンプル （CF）、濾過処理サンプルA（TA）、B(TB)、C（TC）を調製した。本研究におい て微小生態系容器として使用する綿栓あるいはゴム・ストッパのどちらかを有す る260mlの三角フラスコを試験開始の前にオートクレーブで処理した。そして、 フラスコはエリザベス川の水の濾過あるいは未濾過の水200mlで満たした。対照 サンプルと処理サンプルの両方は滅菌綿で栓をし、外気圧と平衡となるようにし た。処理サンプルのフラスコは穴のあるゴム栓が取り付けられ、その穴はホース ・クランプで取り付けられたTygon配管に接続したガラス管が貫通した。 ３つのレベルの処理（つまり、２，４，６inchHgの真空度で２分の撹 拌）をエリザベス川の水を含んだ微小生態系（250mlのフラスコ）へ適用し、そ のフラスコを外気より密封した。各実験の開始時間を記録し、その開始時間は実 験が適切な処理レベルに達した時とした。全ての対照サンプルおよび処理サンプ ルのフラスコは処理と処理の間は暗いチャンバ内に保存した。重複したサンプル を開始から１時間、処理に曝して２日後、８日後と、時系列的に細菌学者へ提供 した。 微小生態系と培地の計数 微小生態系は細菌学研究所へ運搬する１時間以内にサンプル作りを行った。つ まり、各微小生態系と滅菌塩化ナトリウム（NaCl）溶液(15psu)から1mlのサンプ ルを使用して３倍の希釈シリーズを調製した。微小生態系そのものからと同様に 各希釈管から副サンプル（100μl）をMarine Agar 2216（Difco）が入っている ペトリ皿に広げた。培地は室温（19℃）で５日間培養した。コロニー形成単位（ CFU）がライトテーブルと拡大鏡を使って計数された。 結果 実験の初め、全ての処理サンプルと対照サンプルの培養バクテリアの数は大差 がなかった（表１）。上記に説明した処理を行い、４８時間の窒息時間の後、培 養バクテリアの数は約１０倍減少し、処理前よりも処理内および処理間で変化が 増大した。８日目、対照サンプルと処理サンプルは著しく異なっていた。培養バ クテリアの減少は処理サンプルTA、TB、TCで継続したが、対照サンプルは計数値 が２，３桁増加した。 表１ ０日目、２日目、８日目の対照サンプルと処理サンプルの本研究からのバクテ リアのコロニー形成単位（CFU）数/ml（重複した結果を報告してある）。CUFは 未濾過の対照サンプル、CFは濾過した対照サンプル、 TAからTCは最小処理から最強処理。TA：２分、２inch Hg 真空度 TB：２分、４inch Hg 真空度 TC：２分、６inch Hg 真空度 考察 初めの溶液研究所の研究結果は、真空／撹拌処理が試験条件下でCFU数を減少 するうえで効果的であることを強く示唆していた。これらの結果はAMRL/ODUの研 究からの結果と比較するため表２に再度表してある。この２つの研究の差異は、 １）AMRL/ODU研究が各処理日数に対し予備の形で重複した処理を用いて、微小生 態系の不都合な汚染の可能性を減少させる；２）溶液研究所の研究用の水源は研 究の開始時点で生存している高濃度のバクテリアを含んでいたように見える；３ ）AMRL/ODUの研究用のサンプルは手動の渦巻き運動により撹拌され、適切な真空 を２分間かけたが、一方の溶液研究所の研究で使用したサンプルは、適切な真空 をかけた全２分間、上下運動で活発に撹拌を行った；４）AMRL/ODU研究は、CFU の大きな範囲に渡って応答の記録をつけるように３倍希釈シリーズを使用した； ５）サンプルは異なった時期に採取された。表２ 前の研究からの０日目、２日目、８日目の対照サンプルと処理サンプルのバク テリアのコロニー形成単位（CFU）数/ml。CUFは未濾過の対照サンプル、CFは濾 過した対照サンプル、TAからTCは最小処理から最強処理。 溶液研究所の研究によるデータ（表２）は処理レベルがあがるにつれ有効性も 増大することを示している。これらのデータが初期条件からの減少を百分率表示 すると（表３）、パターンが明らかとなる。 表３ AMRL/ODUの研究の結果と溶液研究所の研究結果とを、初期条件（０日目のCFU/ ml）からのコロニー形成単位（CFU/ml）の減少を百分率で表し比較した。 記：＊＝結果は、未濾過の対照サンプルでは初期CFU/mlの８９倍、濾過対 照サンプルでは１８倍のバクテリア繁殖率という予期せぬ反動を示した。 全処理サンプルのCFUの減少は濾過、未濾過を問わず全ての対照サンプルを上 回った。これは濾過が有用ではあるが、決定的ではないことを示唆している。本 発明の主な特徴である、適切な窒息期間での真空／撹拌処理はCFU数をかなり減 少するという結果を得た。これらの減少での差異は、選択した真空度によるより も初期試験に対して選択した窒息時間の増加が、より重要であった。本発明は真 空度について限定を求めてなく、また、初期試験に対して選択したレベルより高 めのレベルが、短めの窒息時間では顕著な効果を示すようである。これらの試験 は、CFUの減少と真空／撹拌の高い活動度、あるいは窒息時間、またはその両方 との間の明確な関係を示している。 ８日目の終わりに、AMRL/ODU研究の３つの処理サンプル全ては初期条件よりお およそ９８％のCFUの減少を示した。AMRL研究の結果は、前の研究で得た減少の 処理TC（２分/6"Hg）の結果とほぼ一致するという、「すぐれた」ものと宣する ことができた。AMRL/ODUの研究では、処理条件は処理時間にわたり一定に維持し たが、前の研究では処理条件が同じ時間一定に維持したか不明である。８日目の 計数が８日目の濾過対照サンプル、未濾過対照サンプルの結果と比較したなら、 本発明の処理は９ ９％を上回る効果を示したことを特筆する。 本研究の結論 実施した研究における３つの真空／撹拌レベルで行ったプロセスは、バージニ ア州のエリザベス川から採取したサンプルの自然CFU数を減少するうえで本発明 が効果的であることを示した。種々のデータは真空／撹拌レベルに対し、また種 々の窒息時間に対する様々な感度を示した。両研究は、真空／撹拌段階の真空度 が高い程、また窒息時間が長い程、CFUの減少が進むというはっきりした関係を 示した。おそらく、真空チャンバ内の時間が長いほど、また真空／撹拌処理に本 来ある真空および／あるいは撹拌のレベルが高いほど、全体的にはっきりした関 係になるようである。両方の研究は、AMRL/ODUの学問的誠実をもっていかなる妨 害もなく、また溶液研究所の商業的方針および／または個人が行う試験に抵触す ることなく行われた。 AMRL/ODUの研究は、最大レベルの有効性が真空／撹拌の最高レベルで約９９％ という溶液研究所の研究結果を確認した。この有効性のレベルは驚異的であり、 AMRL/ODUの調査員達（AMRLのディレクタおよびアシスタントディレクタ）も予期 していなかった。 濾過対照サンプルおよび未濾過対照サンプルの２日目と８日目の間のAMRLの研 究で見られたバクテリア増殖の明らかな反動は調査員達も予期していなかったが 、本発明の有効性の程度を示すために重要であった。８日目の処理サンプルと８ 日目の対照サンプルとの比較が行われるなら、本発明プロセスの有効性は９９％ を越える。濾過および未濾過対照サンプルに見られた反動（CFU数の増加）は、 大きな規模で反動効果が対照サンプルに起きていても、本発明プロセスがエリザ ベス川のサンプル水で見つけたCFU数について顕著な破壊効果を有することを明 快に示した。 世界中の環境から採取した自然水の全ケースにこうした反動効果が生じたかどう か定かではないが、AMRL/ODU試験で使用したエリザベス川の水からの反動効果は 、微生物が環境誘囚的に速い増殖を行うとしても微生物の高い殺菌率を本発明が 有することを示す役割をしている。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．船舶の船倉あるいはバラスト・タンクを構成する空間内のバラスト水の好 気性微生物を含む微生物の初期数を低減するためバラスト水を処理するプロセス において、 上記バラスト水を真空下で第一期間にわたり撹拌することにより好気性微生物 を含むバラスト水に溶解した酸素をバラスト水から除去する、脱酸素ステップと 、 上記脱酸素ステップの後、初期微生物生息数が減少するまで該脱酸素処理され たバラスト水を含む上記空間を第二期間にわたり密封するステップとからなるバ ラスト水処理プロセス。 ２．上記初期生息数の少なくとも５０％が死滅させられるまで、上記空間を密 封するステップをさらに有する請求項１記載のプロセス。 ３．上記第二期間はおおよそ２日間であることを特徴とする請求項２記載のプ ロセス。 ４．上記初期生息数の少なくとも９０％が死滅させられるまで、上記空間を密 封するステップをさらに有する請求項２記載のプロセス。 ５．上記第二期間はおおよそ８日間であり、上記死滅率は少なくとも９７％で あることを特徴とする請求項２記載のプロセス。 ６．上記死滅率は９９％より大きいことを特徴とする請求項５記載のプロセス 。 ７．上記第一期間はおおよそ２分であることを特徴とする請求項６記載のプロ セス。 ８．上記脱酸素ステップの後、上記微生物の死滅率をさらに増加させるため上 記バラスト水に還元ガスを導入するステップをさらに有することを特徴とする請 求項６記載のプロセス。 ９．上記還元ガスは燃焼排気ガスから成ることを特徴とする請求項８ 記載のプロセス。 １０．上記微生物は嫌気性微生物も含み、上記脱酸素ステップの前に、上記プ ロセスは、該微生物が嫌気性生息環境にある上記第二期間の間でも、該微生物の 繁殖率が実質的に低下する点まで該嫌気性微生物が死滅あるいは衰弱するように 、嫌気性微生物を含むバラスト水を酸素化するステップをさらに有することを特 徴とする請求項４記載のプロセス。 １１．上記脱酸素ステップと酸素化ステップの各々は秒および分のオーダーの 期間を有し、上記第二期間は日のオーダーの期間を有することを特徴とする請求 項１０記載のプロセス。 １２．上記第二期間の終わりに上記死滅率を測定するステップをさらに有する ことを特徴とする請求項２記載のプロセス。 １３．上記脱酸素ステップの前に上記空間からバラスト水を汲み出すステップ と、上記脱酸素ステップの後に該空間にバラスト水を戻すステップをさらに有す ることを特徴とする請求項４記載のプロセス。 １４．上記戻すステップは上記密封ステップの前に行うことを特徴とする請求 項１３記載のプロセス。 １５．上記戻すステップは上記密封ステップの後に行うことを特徴とする請求 項１３記載のプロセス。 １６．上記脱酸素ステップの前に上記空間からバラスト水を汲み出すステップ と、 該汲み出した水を処理タンクに送るステップと、 該処理タンク内のバラスト水を上記撹拌および真空ステップに曝すステップと 、 上記死滅率を判定するステップとをさらに有することを特徴とする請求項４記 載のプロセス。 １７．船舶の船倉あるいはバラスト・タンクを構成する空間内に、船 舶の側面の外部水からバラスト水を汲み上げる際に、その汲み上げたバラスト水 の好気性微生物を含む微生物の初期数を低減するためバラスト水を処理するプロ セスにおいて、 該バラスト水の撹拌をおこなう乱流を作るために該バラスト水を汲み上げるス テップと、 該撹拌したバラスト水を第一期間にわたり真空に曝すことにより好気性微生物 を含む汲み上げたバラスト水から溶解酸素を除去する、該バラスト水を脱酸素す るステップと、 上記脱酸素ステップの後、微生物死滅率が少なくとも５０％になるまで該処理 されたバラスト水を含む上記空間を第二期間にわたり密封するステップとを有す ることを特徴とするバラスト水処理プロセス。 １８．上記撹拌したバラスト水の真空度は２−４inchHgであることを特徴とす る請求項１に記載のプロセス。 １９．上記撹拌したバラスト水の真空度は２−６inchHgであることを特徴とす る請求項１８記載のプロセス。 ２０．上記密封ステップは少なくとも風雨を通さない空間を作ることを特徴と する請求項１記載のプロセス。 ２１．上記処理したバラスト水の露出表面を実質的に酸素ガス不透過性の壁で 覆うステップを、さらに有することを特徴とする請求項１記載のプロセス。 ２２．上記酸素不透過性の壁は上記処理バラスト水の再酸素化を防ぐために、 酸素ガス含有量が１０体積％以下のガス・ブランケットであることを特徴とする 請求項２１記載のプロセス。 ２３．上記ガスは内燃機関からの排気ガスであることを特徴とする請求項２２ 記載のプロセス。 ２４．船舶の船倉あるいはバラスト・タンクを構成する空間内のバラ スト水の好気性微生物を含む微生物の初期数を低減するためバラスト水を処理す る装置において、 上記バラスト水を真空下で第一期間にわたり撹拌することにより好気性微生物 を含むバラスト水に溶解した酸素をバラスト水から除去する脱酸素手段と、 上記初期微生物生息数が減少するまで該脱酸素処理されたバラスト水を含む上 記空間を第二期間にわたり密封する手段とを有する、バラスト水処理装置。 ２５．上記空間は、上記初期生息数の少なくとも９０％が死滅させられるまで 密封されることを特徴とする請求項２４記載の装置。 ２６．上記空間のバラスト水に真空をかける真空手段をさらに有し、該真空度 は２−４inchHgであることを特徴とする請求項２５記載の装置。 ２７．上記真空度は２−６inchHgであることを特徴とする請求項２６記載の装 置。 ２８．上記バラスト水は嫌気性微生物も含み、該バラスト水は上記脱酸素手段 から上記空間に向けた方向に流れ、さらに、該脱酸素手段の上流に位置し、該微 生物が嫌気性生息環境にある上記第二期間の間でも、該微生物の繁殖率が実質的 に低下する点まで該嫌気性微生物が死滅あるいは衰弱するように、嫌気性微生物 を含むバラスト水を酸素化する手段を有することを特徴とする請求項２５記載の 装置。 ２９．上記酸素化手段の上流に位置し、バラスト水に含まれる非顕微鏡的生物 を濾過除去するための手段をさらに有することを特徴とする請求項２８に記載の 装置。 ３０．上記空間からバラスト水を汲み上げ、上記脱酸素手段を通り、該空間に 戻す、船舶に既存のポンプ手段をさらに有することを特徴とす る請求項２９記載の装置。 ３１．上記ポンプ手段はバラスト水を撹拌することを特徴とする請求項３０記 載の装置。 ３２．上記脱酸素手段はバラスト水を撹拌するための撹拌装置を有することを 特徴とする請求項２５記載の装置。 ３３．上記密封手段は上記空間を少なくとも風雨を通さない空間とすることを 特徴とする請求項２５記載の装置。 ３４．上記酸素化手段に接続した第一処理タンクと、 上記脱酸素手段に接続した第二処理タンクとをさらに有し、 バラスト水を処理するために船舶上に設置できるようにした携帯可能なユニッ トとして、上記濾過手段と、上記第一処理タンクと、上記酸素化手段と、上記第 二処理タンクと、上記脱酸素手段とを組み立てることを特徴とする請求項２９記 載の装置。