申请日2012.05.07
公开(公告)日2012.08.22
IPC分类号C02F9/08; C02F1/32; C02F1/461; B63J4/00
摘要
本发明公开了一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置及方法,当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时,仅选用步骤A处理;当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时,仅选用步骤B1处理;当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时,选用步骤A或步骤B1处理,其中步骤A为:取水经过过滤,依次通过紫外线设备、第一超声波设备、电解设备和第二超声波设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水直接通过船外总排放口排出;步骤B1为:取水经过过滤,依次通过第一超声波设备、紫外线设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水经过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后,送至船外总排放口排放。本发明技术的适用范围广,杀菌灭藻效果彻底。
权利要求书
1.一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置,设置在船外总取水口、具有 注水口和排水口的压载水舱及船外总排放口之间,包括压载泵,过滤器,其特 征在于:它还包括初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器,其中初级杀菌灭藻器包 括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备,次级杀菌灭藻器包括设置在 壳体内的电解设备和第二超声波设备,所述压载泵的入水口同时连接所述船外 总取水口和所述排水口,所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入水口、初级 杀菌灭藻器的入水口以及所述船外总排放口,过滤器的出水口连接初级杀菌灭 藻器的入水口,初级杀菌灭藻器的出水口连接次级杀菌灭藻器的入水口,次级 杀菌灭藻器的出水口同时连接所述注水口和所述船外总排放口。
2.根据权利要求1所述的适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置,其特征在 于:在所述船外总取水口与所述压载泵入水口之间、所述排水口与所述压载泵 入水口之间、所述压载泵出水口与所述船外总排水口之间、所述压载泵出水口 与所述过滤器入水口之间、所述压载泵出水口与所述初级杀菌灭藻器入水口之 间、所述次级杀菌灭藻器出水口与所述注水口之间、所述次级杀菌灭藻器出水 口与所述船外总排水口之间分别设有阀门。
3.一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置,设置在船外总取水口、具有 注水口和排水口的压载水舱及船外总排放口之间,包括压载泵,过滤器,其特 征在于:它还包括初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器,其中初级杀菌灭藻器包 括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备,次级杀菌灭藻器包括设置在 壳体内的电解设备和第二超声波设备,所述压载泵的入水口同时连接所述船外 总取水口和所述排水口,所述压载泵的入水口同时连接所述船外总取水口和所 述排水口,所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入水口、初级杀菌灭藻器的 入水口以及所述船外总排放口,过滤器的出水口连接初级杀菌灭藻器的入水口, 初级杀菌灭藻器的出水口同时连接次级杀菌灭藻器的入水口和所述船外总排放 口,次级杀菌灭藻器的出水口连接所述注水口。
4.根据权利要求3所述的适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置,其特征在 于:在所述船外总取水口与所述压载泵入水口之间、所述排水口与所述压载泵 入水口之间、所述压载泵出水口与所述船外总排水口之间、所述压载泵出水口 与所述过滤器入水口之间、所述压载泵出水口与所述初级杀菌灭藻器入水口之 间、所述初级杀菌灭藻器出水口与所述船外总排水口之间分别设有阀门。
5.根据权利要求1或2或3所述的适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置, 其特征在于:在所述船外总取水口至所述初级杀菌灭藻室的入水口之间设有盐 度检测仪或氯离子检测仪。
6.一种适用于海水/淡水的船舶压载水的处理方法,其特征在于:当取水中氯 离子浓度大于15000mg/L时,仅选用步骤A处理;当取水中氯离子浓度小于 8000mg/L时,可选用步骤B1或步骤B2处理;当取水中氯离子浓度为 8000mg/L-15000mg/L时,选用步骤A、步骤B1或步骤B2处理,其中步骤A为: 取水经过过滤,依次通过紫外线设备、第一超声波设备、电解设备和第二超声 波设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水直接通过船外 总排放口排出;步骤B1为:取水经过过滤,依次通过第一超声波设备、紫外线 设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水经过紫外线设备 和第一超声波设备杀菌灭藻后,把次级杀菌灭藻器的腔体作为通道将水送至船 外总排放口排放;步骤B2为:取水经过过滤,依次通过紫外线设备和第一超声 波设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水通过紫外线设 备和第一超声波设备杀菌灭藻后,直接送至船外总排放口排放。
7.根据权利要求6或7所述的适用于海水/淡水的船舶压载水的处理方法,其 特征在于:电解时电流密度为10~2500A/m2,超声波频率为15~500KHz,紫外 线的波长为:180-400nm。
说明书
适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置及方法
技术领域
本发明属于船舶压载水处理技术领域,尤其是涉及一种船舶压载水处 理装置及其处理方法。
背景技术
目前国际贸易量的90%以上是通过远洋船舶的运输而实现的,当船舶压载水 不经过处理或者处理不彻底就进行异地排放时,将极有可能引起外来物种入侵。 如具有典型代表性的“栉水母事件”、“霍乱弧菌污染事件”等。海洋生物的入 侵具有不可逆性,其所引起的环境灾害会随着时间的变迁而愈演愈烈,因此已 被国际海事组织(IMO)列为海洋面临的四大危害之一。
为有效控制远洋船舶进行压载水和沉积物异地排放带来的危害,IMO召开的 成员国外交大会于2004年2月13日在伦敦通过了《国际船舶压载水和沉 积物管理与控制公约》,该公约已于2004年6月1日开放供各国正式批准 接受。
中国作为航运大国和IMO的A类理事国,我国目前远洋船舶总吨位占世界 总吨位的3.4%,是世界第二大海洋运输国,产业化滞后可能会遭遇技术垄断和 贸易壁垒,开发具有自主知识产权和实用性强的压载水处理技术,具有十分重 要的意义。
根据船舶航行的路线和区域的不同,压载水的类型也有差别,压载水可能 是淡水、半咸水或海水。压载水中含有的生物种类主要有藻类、细菌、真菌、 霉菌、病毒、鱼卵、原生动物等,其中藻类在常规手段下进行杀灭时易释放藻 毒素,造成二次污染;部分细菌和真菌在一定的不利条件下会形成芽孢和孢子, 当不利环境解除时又会逐渐恢复活性,因此难以完全杀灭。
目前常用的压载水处理技术包括传统过滤法、臭氧氧化法、电解法、紫外 线灭菌等方法,且现有技术大多是针对海水压载水的处理,当船舶航行的路线 和区域改变时,压载水的类型也将改变,单一的处理方法将无法对其进行处理。
传统过滤法是对压载水进行混凝-絮凝处理后,用滤层进行过滤,从而净化 水质,但其去除率有限,尤其是对粒径较小的细菌、真菌、病毒则无法完全去 除。
臭氧氧化杀菌方法主要是通过分解细菌内部葡萄糖所需的酶,或破坏细菌 病毒的细胞器和DNA、RNA,或侵入细胞内,作用于外膜的脂蛋白和内部的 脂多糖,使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。但存在的问题是设备占地面积较 大,船上安装受限制;臭氧处理海水,会产生溴酸盐等有害物质,可能会产生 二次污染。
紫外线杀菌方法主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体)的辐射 损伤和破坏核酸的功能使微生物致死,从而达到消毒的目的。紫外线用于压载 水的处理存在的问题是:1、海水中含有大量的悬浮物质会阻挡紫外线对生物和 病原体的照射,影响处理效果,而且能耗很大;2、处理效果好坏在很大程度上 依赖于微生物的大小和形态,如海藻类,由于其尺寸和颜色的原因,需要的剂 量比细菌大,蓝绿海藻对紫外线抵抗性特强,杀死它需要的辐射量比杀死细菌 需要的数量大2一3级;3、有些微生物在长期的自然进化过程中具备了较强 的自我修复能力,可以对抗紫外线的处理,一些细菌及浮游植物也具有类似的 修复能力,处理效果不理想。
电解法是利用在电解时产生的Cl2,C1O2,HC1O,C1O-等高效氧化剂对微生物 进行杀灭或抑活,水中氯离子浓度是电解法重要的运行参数。船舶因其航行的 水域不同,其压载水的特性也不同,主要可将其分为海水、淡水和半咸水。半 咸水因其所处的地理位置,与海水的交换形式,受蒸发、降水、结冰、融冰和 陆地径流的影响,盐度分布不均。通过实验确定氯离子浓度在15000mg/L以上 较为适宜电解制氯,氯离子浓度大于8000mg/L依然可行,但是效率较低,能耗 较高,氯离子浓度小于8000mg/L不适合电解,如需电解需要补充食盐提高其氯 离子含量。
超声波灭菌法是近年来发展的一项杀菌除藻技术,其利用超声波空化效应 伴随着的热效应、机械效应、化学效应、生物效应来灭活生物,在超声波作用 下气泡与小界面处可产生高达1900~5200K的高温和超过50MPa的高压,温度可 在每秒升高10%,并伴有强烈的冲击波和时速高达400km/h的射流,这些条件足 可以打开藻类气囊,破坏细胞破壁,促使菌胶团解聚,加上其水相燃烧、高温 分解和产生氧化性很强的·OH和H2O2物质,从而有效地实现船舶压载水的生物 灭活。但超声波法不像电解法那样因含余氯而具有延续性杀菌效果。
目前也出现一些组合式灭菌装置,如将电解、超声波和微波、紫外线的一 种或多种串联或并联使用,但是由于船舶压载水涉及海水、淡水以及半咸水, 而且可能包含的生物种类的多样,导致这些组合技术的装置的适应性差,并不 能彻底的处理各种类型的压载水,处理效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置,使 用同一套装置便可以处理海水、淡水或半咸水的压载水,适应性广泛、处理 效果好。
本发明的另一目的是提供一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理方 法。
本发明装置的技术解决方案是:一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理 装置,设置在船外总取水口、具有注水口和排水口的压载水舱及船外总排放口 之间,包括压载泵,过滤器,初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器,其中初级杀 菌灭藻器包括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备,次级杀菌灭藻器 包括设置在壳体内的电解设备和第二超声波设备,所述压载泵的入水口同时连 接所述船外总取水口和所述排水口,所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入 水口、初级杀菌灭藻器的入水口以及所述船外总排放口,过滤器的出水口连接 初级杀菌灭藻器的入水口,初级杀菌灭藻器的出水口连接次级杀菌灭藻器的入 水口,次级杀菌灭藻器的出水口同时连接所述注水口和所述船外总排放口。
电解设备可以将海水电解,产生Cl2,ClO2,HC1O,C1O-,·OH,H2O2等高效氧 化剂物质,超声波空化效应将可与氯反应产生三氯甲烷的有机物氧化,破坏藻 类的气囊,破坏孢子、芽孢等休眠体,电解和紫外线以及超声波配合,杀菌消 毒能力比单一技术高,可在反应时间短,电流较小的情况下,达到除藻灭菌效 果。超声波空化效应还可以进一步将大的菌胶团破坏为单个微生物,破坏细胞 壁,协同紫外线设备在极短的时间内,实现对生物体的彻底杀灭;此外超声波 震动的机械效应对电解设备的阴极、紫外线石英套管表面的积垢进行清洗,使 系统能够持续稳定的运行。海水经过上述处理,生物体被彻底杀灭,可以实现 直接排放;对于淡水压载水,可以利用超声波空化效应和紫外线设备配合,实 现对生物体的彻底杀灭,排放时,再经过超声波空化和紫外线杀菌,实现安全 排放。将紫外线设备、超声波设备以及电解设备组合使用,组成不同的注水和 排水管线,可使用同一套装置实现不同压载水的杀菌灭藻处理,适应性强,杀 菌灭藻时间短,余氯含量低,对设备的侵蚀损害轻,灭杀效果好。
在所述船外总取水口与所述压载泵入水口之间、所述排水口与所述压载泵 入水口之间、所述压载泵出水口与所述船外总排水口之间、所述压载泵出水口 与所述过滤器入水口之间、所述压载泵出水口与所述初级杀菌灭藻器入水口之 间、所述次级杀菌灭藻器出水口与所述注水口之间、所述次级杀菌灭藻器出水 口与所述船外总排水口之间分别设有阀门。通过控制各阀门的开启和关闭实现 对不同盐度压载水的处理。
本发明装置的另一种技术解决方案是:一种适用于海水/淡水的船舶压载水 处理装置,设置在船外总取水口、具有注水口和排水口的压载水舱及船外总排 放口之间,包括压载泵,过滤器,初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器,其中初 级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备,次级杀菌灭 藻器包括设置在壳体内的电解设备和第二超声波设备,所述压载泵的入水口同 时连接所述船外总取水口和所述排水口,所述压载泵的入水口同时连接所述船 外总取水口和所述排水口,所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入水口、初 级杀菌灭藻器的入水口以及所述船外总排放口,过滤器的出水口连接初级杀菌 灭藻器的入水口,初级杀菌灭藻器的出水口同时连接次级杀菌灭藻器的入水口 和所述船外总排放口,次级杀菌灭藻器的出水口连接所述注水口。
电解设备可以将海水电解,产生Cl2,ClO2,HC1O,C1O-,·OH,H2O2等高效氧 化剂物质,超声波空化效应将可与氯反应产生三氯甲烷的有机物氧化,破坏藻 类的气囊,破坏孢子、芽孢等休眠体,电解和紫外线以及超声波配合,杀菌消 毒能力比单一技术高,反应时间短,含氯量低;超声波空化效应还可以进一步 将大的菌胶团破坏为单个微生物,破坏细胞壁,协同紫外线设备在极短的时间 内,实现对生物体的彻底杀灭;此外超声波震动的机械效应对电解设备的阴极、 紫外线石英套管表面的积垢进行清洗,使系统能够持续稳定的运行。海水经过 上述处理,生物体被彻底杀灭,可以实现直接排放;对于淡水压载水,可以利 用超声波空化效应和紫外线设备配合,实现对生物体的彻底杀灭,排放时,再 经过超声波空化和紫外线杀菌,实现安全排放。将紫外线设备、超声波设备以 及电解设备组合使用,组成不同的注水和排水管线,可使用同一套装置实现不 同压载水的杀菌灭藻处理,适应性强,杀菌灭藻时间短,余氯含量低,对设备 的侵蚀损害轻,灭杀效果好。
在所述船外总取水口至所述初级杀菌灭藻室的入水口之间设有盐度检测仪 或氯离子检测仪。用于快速检测取水的盐度,方便选择合适的处理方式。
本发明方法的技术解决方案是:一种适用于海水/淡水的船舶压载水的处理 方法,当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时,仅选用步骤A处理;当取水中 氯离子浓度小于8000mg/L时,仅选用步骤B1或步骤B2处理;当取水中氯离子 浓度为8000mg/L-15000mg/L时,选用步骤A、步骤B1或步骤B2处理。其中步 骤A为:取水经过过滤,依次通过紫外线设备、第一超声波设备、电解设备和 第二超声波设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水直接 通过船外总排放口排出;步骤B1为:取水经过过滤,依次通过第一超声波设备、 紫外线设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水经过紫外 线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后,把次级杀菌灭藻器的腔体作为通道将水 送至船外总排放口排放;步骤B2为:取水经过过滤,依次通过紫外线设备和第 一超声波设备杀菌灭藻后,作为注水送入压载水舱内,压载水舱的排水通过紫 外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后,直接送至船外总排放口排放。
根据取水中氯离子含量的不同,可以在同一套装置上选择不同的处理路线。 对于氯离子含量高的压载水而言,取水经过滤后,通过紫外线+超声波、电解+ 超声波的两级处理,电解时可产生Cl2,ClO2,HC1O,C1O-等高效氧化剂物质以及 ·OH,H2O2等粒子,将船舶压载水中的生物杀灭或抑活,与紫外线设备和超声波 设备配合使用,使可与氯反应产生三氯甲烷的有机物氧化,超声波同时还可破 坏藻类的气囊,孢子、芽孢等休眠体以及细胞破壁,超声波对菌胶团的解聚作 用远大于氯类消毒剂,超声波氧化协同电化学氧化组成高级氧化工艺,再配合 紫外线杀菌,组合后的技术既可以降低电解强度,又同时提高杀菌灭藻能力, 即使在反应时间短,余氯含量低的情况下也可以达到很好的压载水除藻灭菌效 果,而且具有持续杀菌灭藻的效果;对于氯离子含量低的压载水,可以选用三 种类似的处理工艺,即取水经过过滤后,都需要通过紫外线+超声波的联合处理, 利用超声波的周期性震荡以及声空化形成的射流在水中形成机械剪力,可将大 的菌胶团破坏为单个微生物,超声波还可以破坏细胞壁,强化紫外线消毒效果, 排水时再进行一次超声波和紫外线协同处理,从而实现安全排水的目的。通过 组合使用三种杀菌灭藻技术,可以显著提高处理的适应范围,整体能耗较低, 使用安全可靠。
电解时电流密度为10~2500A/m2,超声波频率为15~500KHz,紫外线的 波长为:180-400nm。
本发明的优点是:根据海水、淡水及半咸水不同水质压载水的特性,可以 组合形成不同的处理单元,彻底杀灭压载水中生物性污染物,形式灵活,适用 范围广泛,无需投加其他药剂,无二次污染,为环境友好型技术;组合紫外线 和超声波以及电解和超声波技术对压载水进行多级灭藻杀菌,可在余氯浓度低、 反应时间短的条件下对生物污染物进行多级杀灭,去除彻底,同时防止对设备 的腐蚀。