申请日2003.04.15
公开(公告)日2011.12.14
IPC分类号C02F1/58; C02F1/20
摘要
本发明提供了一种压舱水处理系统，包括：压舱箱槽;传递管路机构，水经由传递管路机构进入压舱箱槽内;传递管路机构与文氏管喷射器串联连接，文氏管喷射器具有用于接收水的一入口通口，用于接收氧汽提气体的一喷射器通口，以及用于排出水的一出口通口;产生氧汽提气体的气体源;第一汽提气体传送机构，其将氧汽提气体传送至压舱箱槽;以及第二汽提气体传送机构，其将氧汽提气体从压舱箱槽传送至文氏管喷射器的入口通口，使得被传送至文氏管喷射器的氧汽提气体接触文氏管喷射器内的水，并且氧汽提气体与水的混合物从文氏管喷射器通过传递管路机构被泵至压舱箱槽。还提供了相应的对压舱水除氧的方法。
権利要求書
1.一种压舱水处理系统，包括：
用于接收压舱水的压舱箱槽;
传递管路机构(38)，其一端连接至所述压舱箱槽，来自周围水 道的水经由所述传递管路机构进入所述压舱箱槽内;所述传递管路机 构与文氏管喷射器(16)串联连接，所述文氏管喷射器(16)具有用 于接收水的一入口通口，用于接收氧汽提气体的一喷射器通口，以及 用于排出所述水的一出口通口;
产生氧汽提气体的气体源(18);
第一汽提气体传送机构(40)，其将氧汽提气体传送至所述压舱 箱槽;以及
第二汽提气体传送机构(42)，其将氧汽提气体从所述压舱箱槽 传送至所述文氏管喷射器(16)的入口通口，使得被传送至所述文氏 管喷射器(16)的氧汽提气体接触所述文氏管喷射器(16)内的水， 并且氧汽提气体与水的混合物从所述文氏管喷射器(16)通过所述传 递管路机构(38)被泵至所述压舱箱槽(24)。
2.如权利要求1所述的压舱水处理系统，另外包含可调节由所述 喷射器通口接收的所述氧汽提气体的升压鼓风机。
3.如权利要求1所述的压舱水处理系统，其中所述水通过泵装置 被泵送到所述文氏管喷射器(16)的所述入口通口。
4.如权利要求1所述的压舱水处理系统，另外包含可调节由所述 喷射器通口接收的所述氧汽提气体的一调节器。
5.一种对压舱水脱氧的方法，包括：
提供传递管路机构(38)，其一端连接至所述压舱箱槽，来自周 围水道的水经由所述传递管路机构进入所述压舱箱槽内;所述传递管 路机构与文氏管喷射器(16)串联连接，所述文氏管喷射器(16)具 有用于接收水的一入口通口，用于接收氧汽提气体的一喷射器通口， 以及用于排出所述水的一出口通口;
提供产生氧汽提气体的气体源(18);
提供第一汽提气体传送机构(40)，其将氧汽提气体传送至所述 压舱箱槽;以及
提供第二汽提气体传送机构(42)，其将氧汽提气体从所述压舱 箱槽传送至所述文氏管喷射器(16)的入口通口，使得被传送至所述 文氏管喷射器(16)的氧汽提气体接触所述文氏管喷射器(16)内的 水，并且氧汽提气体与水的混合物从所述文氏管喷射器(16)通过所 述传递管路机构(38)被泵至所述压舱箱槽(24)。
6.如权利要求5所述的对压舱水脱氧的方法，另外包含提供可调 节由所述喷射器通口接收的所述氧汽提气体的升压鼓风机。
7.如权利要求5所述的对压舱水脱氧的方法，另外包含通过泵装 置将水泵送到所述文氏管喷射器(16)的所述入口通口。
8.如权利要求5所述的对压舱水脱氧的方法，另外包含提供可调 节由所述喷射器通口接收的所述氧汽提气体的一调节器。
说明书
水处理系统及方法
本申请是申请号为03809973.X、申请日为2003年4月15日、名
称为“水处理系统及方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
使用文氏管喷射器(venturi injector)的水处理系统及方法有助
于清除溶解在水中的氧，从而在抑制侵蚀的同时，降低水中所存在的
不想要有的水生有机体(aquatic organism)的数量。此水处理系统及
方法，通过容许船舰处理正从一港口区域运输至另一港口区域的压舱
水(ballast water)，从而在抑制侵蚀的同时，限制对环境有害的影响，
对于与船舰一起使用有特殊的用途。此水处理系统及方法可有其它的
用途，例如在油生产中。
例如，在净空或有部分负载的船离开港口之前，将水放入压舱箱
槽内以保持稳定性及调整浮力。实际上在每一情况中，此压舱水都会
含有活的有机体，所述有机体的含量受水中溶解的氧的水平的影响。
当船到达其目的地且准备装载货物时，船排放此压舱水，因而会将有
潜在侵害性的物种引入目的地港口的水生环境。每年有几近40000艘
大货船将数十亿吨的压舱水载运到全世界，因而一般相信此系造成将
数百种的海洋侵害性物种引入非天然环境的原因。这些侵害的总损失
并不确定，但是数种的估计达到数十亿美元。
为应付此课题，许多国家的政府及美国州政府已经通过法规来规
范船舰压舱水的处理，国际航海组织(International Maritime
Organization)已经提出了建议压舱水的处理的指导方针草案。美国
海岸警卫队(United States Coast Guard)目前正对未来可能要用于进
入美国港口的贸易船舰的压舱水处理要求建立指导方针。
世界上的船队包括海军以及商业船舰的绝大部份是由钢材制成。
钢在曝露于氧及水时会被侵蚀。船舰上被侵蚀的钢结构降低适航芯棒
性，并且要采取昂贵的措施来避免及修复。全球每年估计要花费数十
亿美元的成本来提供保护以防止船舰上的侵蚀以及修复侵蚀。
在船上，侵蚀特别受到注意的区域之一便是在压舱水箱槽中。例
如，最大的油轮可能具有高达15,000,000加仑(57,000吨)的压舱水
容量。压舱箱槽结构长期曝露于水(经常是盐水)中，产生了有助于
快速侵蚀的条件。在撰写此说明书时，将压舱箱槽上漆的成本典型上
是每平方英尺5至10美元，而从其它的估计得知修复被侵蚀区域的成
本大约为每平方英尺500美元。
因此，需要这样的水处理系统，该系统能够在以具有时间及成本
效益的方式抑制侵蚀的同时，去除水生有机体。去除压舱水中的水生
有机体的一种形式为，通过在从周围水道取水时对水脱氧。溶液中溶
质气体的浓度与溶液上方气体的分压(partial pressure)成正比例。
此物理现象是由亨利定律(Henry′s Law)规范，且溶解浓度可使用该
溶质的亨利定律常数来计算。因此，当曝露于汽提气体(例如氮或其
它低氧气体混合物)时，氧易于从含有在每百万(0.001百分比)6至
10份之间的溶解氧的水扩散至外部，以努力回至在空气中所发现的大
致上为79的氮及21%的氧的混合物。已有文献记载了使用氦气来栘
除存在于压舱水中的溶解氧，其在提供侵蚀抑制效果的同时也提供在
效率及经济上理想的压舱水处理手段。见Mario N.Tamburri等人在
Biolog.Conserv.(2002)103：331-341的《压舱水脱氧可在减少船的
侵蚀的同时防止水生物的引入(Ballast water deoxygenation can
prevent aquatic introductions while reducing ship corrosion.)》。对
于各种不同的可能汽提气体及其混合物的亨利定律常数，显示了各种
不同的气体可被用来将水脱氧。
在船上，使水中的溶解氧曝露于汽提气体的一有效率方式为在水
中产生气体的微细气泡。产生在水中的微细汽提气体气泡，具有在微
细气泡从箱槽的底部向顶部浮动时从水运送溶解氧的能力。一种被公
认为产生微细气泡的有效、安全、且可靠的方式为通过使用文氏管喷
射器。
背景技术
需要这样的水处理尤其是压舱水处理设备及方法，其容许船舰处
理正从一港口区域被运输至另一港口区域的水。此种处理限制在环境
上有害的效应，此效应可能在水于稍后被释放至与原始获得该水的环
境在生态上不同的环境内时发生。
使用水处理设备及方法在现有技术中已众所周知。例如，
Browning的美国专利第6,171,508号揭示杀死船压舱水中的微生物的
方法及设备。但是，Browning的′508号专利并未使用汽提气体来将压
舱水脱氧，因此并未揭示任何侵蚀抑制特征，并且具有使用效率较差
的真空机构来从压舱水移除溶解的氧的缺点。
Rodden的美国专利第6,215,778号揭示使用臭氧来处理压舱水的
压舱水处理。但是，Rodden的′778号专利并未涉及侵蚀，且并未使
用较有效率的文氏管喷射器的促进手段来处理压舱水。
类似地，Gill的美国专利第5,192,451号揭示控制船压舱箱槽中的
斑马贻贝(zebra mussel)的方法，其用可水溶解的二烷基己二烯季铵
聚合物(dialkyl diallyl quaternary ammonium polymer)来处理压舱
水。但是，Gill的′451号专利没有考虑在不发生化学反应下进行水处
理，并且并末涉及任何侵蚀抑制特征。
另外，Chang的美国专利第5,376,282号及第5,578,116号均揭示
了使用真空及搅动来从水移除溶解的氧，以抑制斑马贻贝的生存。但
是，无论′282号专利还是′116号专利均未涉及较有效率的以文氏管喷
射器促进的汽提气体的输送来将压舱水脱氧，并且具有在从水中移除
溶解的氧的期间无法提供侵蚀抑制效果的进一步的不利点。
Decker的美国专利第6,126,842号揭示一种低浓度臭氧废水处理
方法，其将低浓度臭氧气体与氧的气体混合物在混合的同时喷射至废
水流内，以减少废水污染物。然而，Decker的′842号专利虽然提供使
用文氏管喷射器的有效率的以臭氧为基础的处理系统，但是并未揭示
船舰上压舱水的处理，并且′842号专利也末提供使用氧汽提气体所获
得的更大的有利点，例如效率增加及抑制侵蚀。
Hartwig的美国专利第6,724,052号揭示了使用一系列的文氏管喷
射器来用于臭氧的传送的游泳池水的加臭氧技术。但是，Hartwig的
′052号专利并未揭示将氧汽提气体经由文氏管喷射器喷射至水内以将
水脱氧，并且具有在所述的处理期间无法提供任何侵蚀抑制效用的额
外缺陷。
Savard的美国专利第4,246,111号揭示了被用来以生物学方法处
理废水及澄清经生物学处理的水的设备。但是，Savard的′111号专利
并未使用氧汽提气体于水的脱氧，且没有提供侵蚀的抑制，其中所述
水优选为压舱水，但是可视情况选择。
最后，Nold的美国专利第3,676,983号揭示了使用真空容室及搅
动来将液体除气的设备及方法。但是，Nold的′983号专利要求液体必
须有空化现象，并且并未使用文氏管喷射器来较有效率地增进液体的
除气。
虽然上述的专利满足其特定的目的及需求，但是上述专利均末揭
示在提供侵蚀的抑制的同时容许船舰处理正从一港口区域运输至另一
港口区域的压舱水的水处理系统及方法。
上述专利及此技术中目前已知的其它水处理系统及方法，均未揭
示使用喷射器机构来促进汽提气体脱氧而同时也提供侵蚀抑制的水处
理技术。
发明内容
鉴于现有技术中所存在的目前已知类型的水处理系统及方法固有
的上述不利点，本发明提供一种水处理系统及方法，其使用经由优选
为文氏管喷射器但是可视情况选择的喷射器机构喷射的氧汽提气体，
来促进水的脱氧而克服现有技术中的不利处及缺点。因此，随后会更
详细地叙述的本发明的一般目的为提供一种创新的水处理系统及方
法，其具有以上所述的现有技术的所有有利点以及许多新颖的特征，
而这些新颖特征导致了一种水处理系统及方法，从单独的现有技术或
其组合，均不能预期、不能使之显而易知、不能使人想起、或甚至未
曾暗示出所述系统和方法。
为达成此目的，本发明包含一种水处理系统，其具有一容器及可
视情况选择但是优选为文氏管喷射器的一喷射器机构，其中喷射器机
构具有可接收水的一入口通口，可接收氧汽提气体的一喷射器通口，
及可排出水的一出口通口。水进入入口通口且通过喷射器，其中水接
触经由喷射器机构的喷射器通口接收的汽提气体。然后，水从出口通
口被排出至容器。由喷射器机构接收的汽提气体是来自一气体产生源。
气体可由将气体源连接于容器的第一气体传送机构、及将容器连接于
喷射器机构的喷射器通口的第二气体传送机构传送至喷射器机构，所
述容器优选为压舱箱槽但是可视情况选择的。作为替代，容器可能选
择性地为一水导管，其中水从喷射器机构直接通至周围水道。与第一
及第二气体传送机构组合或是取代第一及第二气体传送机构，可采用
一第三气体传送机构，其将气体源连接于喷射器机构的喷射器通口，
且因而将汽提气体从气体源直接传送至喷射器通口。优选地但是可视
情况选择地，喷射器机构串联连接于一传递管路机构，使得入口通口
接收通过传递管路机构的水，并且出口通口将水排出回至可连接于容
器的传递管路机构。另外，一升压鼓风机(booster blower)及/或可
视情况选择但是优选为需量阀(demand valve)的一调节器，可在容
器与喷射器机构之间与第二汽提气体传送机构串联连结，以控制流入
喷射器机构的汽提气体流。优选地为许多船舰上有的压舱泵，但是可
视情况选择的一泵机构，可从一外部水源接收水且可通过喷射器机构
抽水。
此系统也可包含再循环机构，该机构取得容器中的水，且将水从
容器经由一再循环管路机构再循环，并且将水通过喷射器机构而重新
泵回至容器。此再循环机构可视情况选择性地但是优选由可由一控制
面板机构启动的传感器监视，其中传感器优选地但是可视情况选择地
为气体氧及溶解氧传感器，其监视存在于被处理的水中的氧的水平。
本发明也可具有再充氧机构以及在脱氧的水被释放之前发生的再充氧
步骤。此再充氧的作用为降低可能在将大量的脱氧水释放至周围水道
时发生的负面环境效应。当然，本发明还有其它特征，所述特征会在
下文叙述，且所述特征会形成附随的权利要求的主题。
本发明的诸多目的及有利点，对于熟习此项技术者而言，在结合
附图，阅读本发明的目前优选但是为举例说明性质的实施例的详细叙
述之后，会被轻易地理解。应了解，本发明的应用不限于以下所述及
附图所示的构造细节及组件配置。本发明可有其它的实施例且可以各
种不同的方式实施及执行。并且应了解，此处所采用的词汇及术语只
是为叙述的目的，而不应被视为限制性质。
因此，熟习此项技术者会了解，此揭示所依据的技术思想，可以
容易地被利用成为用来设计执行本发明的数个目的的其它结构、方法、
及系统的基础。因此，很重要的是，权利要求应被视为包含此种等效
构造，只要其不离开本发明的精神及范围。
因此，本发明的一目的为提供一种新创的水处理系统及方法，其
具有现有技术水处理设备及方法的有利点，再加上额外的有利点及益
处。
本发明的另一目的为提供一种新的水处理系统及方法，其在现有
技术的系统及方法中提供一些有利点，而同时克服在常态下与现有技
术相关联的一些不利点。
本发明的另一目的为提供一种系统，其利用氧汽提气体，且因而
与其它传统的喷布(sparging)或气泡扩散气体传送方法相比提供较
有效率的汽提气体传送。此考虑到经济上的可行性且有效率的方式，
藉此限制在未经处理的水被释放至在生态学上与原始获得水处不同的
环境内时所可能导致的在环境上有害的效应。
本发明的另一目的为提供一种水处理系统及方法，用来容许船舰
用优选地但是可视情况选择地由文氏管喷射器喷射至水流内的氧汽提
气体处理水。这使得能够有效率地处理水，而同时提供侵蚀的抑制，
从而减少与水处理相关联的整体维修及成本，所述水优选地但是可视
情况选择地为压舱水。
另外，本发明也提供了一种水处理系统及方法，所述系统和方法
利用汽提气体促进的脱氧，使氧从水出分离出来。这种汽提系统及方
法容许在提高效率且在不使用化学物品的情况下处理水。
本发明的另一目的为提供一种创新的将水脱氧的方法，用于优选
地但是不限于抑制水生有机体的存活及/或抑制侵蚀的目的。此方法包
含使用喷射器机构，该机构具有可按收水的一入口通口，可接收氧汽
提气体的一喷射器通口，及可排出水的一出口通口，其中要被处理的
水被供应至入口通口，而汽提气体被供应至喷射器通口，因而在水内
诱发无数个微细气泡，其中水中的氧从水相(aqueous phase)扩散成
为在该微细气泡内的气相，所述喷射器机构优选地但是可视情况选择
地为文氏管喷射器的。此方法另外涉及将水及微细气泡从喷射器机构
的出口通口排出至优选为压舱箱槽但是可视情况选择的容器，其中微
细气泡从水释放且因而使氧从水中扩散。将水脱氧的方法可另外包含
将该水再循环通过喷射器机构以进一步的脱氧，并且也可包含在将水
从优选为压舱箱槽但是可视情况选择的容器释放至周围水道之前对水
充氧，或者作为选择但并非唯一地，容器为连接于周围水道的封闭箱
槽或水导管。
本发明的另一目的为提供可容易地且有效率地被制造及销售的创
新的水处理系统及方法。
最后，本发明的目的为提供一种新创的水处理系统及方法，其就
材料及劳动力而言具有相当低的制造成本，并且因此可以相当低的售
价贩卖给消费大众及企业。
如此，以上已经广泛地列出本发明的较重要特征的概要，以使以
下的详细叙述可被较好地了解，以及使本发明对此技术领域的贡献可
被较好地察觉。
本发明的目的以及各种不同的新颖特征均在附随的成为此公开的
一部份的权利要求书中被特定地指出。为对本发明，其操作上有利点
以及其使用所达成的特定目的有较佳的了解，应参考附图和显示本发
明目前的实施例的叙述。