CN100368261C - 船舶压载水电解处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学氧化技术领域，涉及船舶压载水电解处理系统，该系统包括：电解处理器、控制箱、氧化剂浓度检测元件、压载泵、压载阀箱、出口阀、控制阀、电解发生器进口阀。出口阀和电解发生器进口阀相连，压载泵安装在控制阀和出口阀之间，电解发生器进口阀直接和电解发生器相连，控制箱与电解处理器相连，并输出控制信号给出口阀。在船舶压载水泵入压载舱或从压载舱排出舷外时，直接通过电解处理器进行电解处理，产生高效氧化剂，连同电场的作用，将船舶压载水中的生物杀灭或抑活。本发明有效地去除海水中的磷酸盐，而且降低了海水COD和TOC的含量，并增加了海水的溶解氧。改善了海水的性质。
Description
技术领域
本发明属于电化学氧化技术领域，涉及一种船舶压载水电解处理系统，是电化学氧化技、电解技术和电场灭活技术在船舶压载水处理领域的应用。
背景技术
随船舶压载水造成的海洋物种对海洋环境的侵害，已被全球环境基金组织GlobalEnvironment Facility简称GEF确认为危害海洋的四大威胁之一。为此IMO于2004年2月通过了《国际船舶压载水及沉积物管理与控制公约》。目前至少有不少于25种船舶压载水的处理方法，但是没有一种单一的处理技术能满足IMO提出的五项标准，即安全、实用、经济、有效且环境容许。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种能改善压载水水质，实用、经济和有效的一种船舶压载水电解处理系统能在压载水输送过程中杀灭或抑活有害微生物，实现了在线输送过程中治理压载水。
本发明解决其技术所采用的技术方案是，船舶压载水电解处理系统，该系统包括：电解处理器1、控制箱2、氧化剂浓度检测元件3、压载泵4、压载阀箱5、第一控制阀6、第二控制阀7、出口阀8、第三控制阀9、电解发生器进口阀10、第四控制阀11、第五控制阀12和第六控制阀13。第一控制阀6和第二控制阀7相连，出口阀8和电解发生器进口阀10相连，压载泵4安装在第二控制阀7和出口阀8之间，电解发生器进口阀10直接和电解发生器1相连，控制箱2与电解处理器1相连，并输出控制信号给出口阀8，第四控制阀11和第五控制阀12与压载阀箱5相连，第六控制阀13与第五控制阀12相连接，第三控制阀9的一端连在第一控制阀6和第二控制阀7之间，另一端和压载阀箱5相连接；在船舶压载水泵入压载舱或从压载舱排出舷外时，直接通过电解处理器1进行电解处理，船舶压载水为原生海水，其电导率为15ms/cm-55ms/cm，适用流量范围为2.5m3/h-500m3/h，电解处理器1输入电源为AC220V或AC380V，电极的工作电压范围为DC 2V-36V，电极耐压：大于或等于DC45V，电极绝缘度：大于或等于10kΩ，阴极与阳极之间的距离为4.5mm-5.5mm，电解产生氧化剂，包括氯气Cl2、次氯酸HClO分子、二氧化氯ClO2、游离的氧O·和羟基OH·物质中的一种或多种物质，连同电场的作用，将船舶压载水中的生物杀灭或抑活。所述的电解处理器1为平板式或者圆筒型。阴极所用材料为不锈钢，为不锈钢1Cr18Ni9Ti。阳极所用材料为DSA阳极，DSA阳极的涂层为镀铂、二氧化钌或二氧化锡。当电解处理器1的适用流量为50m3/h，电解处理器1的工作电压为8V时，压载水电解处理效果最好。所述的电解处理器1阴极与阳极之间的距离为4.5mm。控制箱2包含四个模块：氧化剂检测、电解电压调节、压载泵流量调节和电源。所述的压载泵4为离心泵。
船舶压载水泵入过程中按下述步骤处理：舷外海水经第一控制阀6、第二控制阀7由压载泵4经出口阀8和处理器进口阀10进入电解处理器1直接电解处理，然后经压载阀箱5进入相应压载舱室。此时，第三控制阀9和第五控制阀12关闭；船舶压载水从压载舱打出舷外时按下述步骤处理：压载舱海水经过压载阀箱5、第三控制阀9、第二控制阀7、压载泵4，再经过出口阀8和电解发生器进口阀10流经电解处理器1进行电解处理，通过第四控制阀11、第五控制阀12和第六控制阀13流出舷外，此时第一控制阀6关闭，在进行电解处理时，氧化剂浓度检测元件3可以测量电解产生的氧化剂浓度，并发送电信号给控制箱2，控制箱2可根据此信号对施加的电解电压做出调整，保持所产氧化剂浓度在合适的范围内。在上述两个过程中，电解处理器1可以根据需要通电运行，此时电解处理；或断电运行，此时不进行电解处理。
电解处理器1为平板式或者圆筒型。当电解处理器1的适用流量为50m3/h，电解处理器1的工作电压为8V，电解处理器1阴极与阳极之间的距离为4.5mm时，处理效果较好。电解处理器1的阴极所用材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，电解处理器1的DSA阳极的涂层为镀铂，二氧化钉，或二氧化锡。控制箱2包含四个模块：氧化剂检测、电解电压调节、压载泵流量调节和电源。压载泵4为离心泵。
本发明的有益效果是，不仅能有效地去除海水中的磷酸盐，而且降低了海水COD和TOC的含量，并增加了海水的溶解氧。改善了海水的性质。试验证明，直接电解处理，使用5.0mg/L的初始余氯足以将海水中的细菌、藻类和原生动物杀灭。电解处理原生海水时，既是用200mg/L的处理，能产生三氯甲烷量远小于我国国标生活饮用水卫生标准GB5749-85规定的标准为60μg/L，操作安全、实用性强、经济，将船舶压载水中的生物杀灭或抑活效果明显，符合环境环保要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的系统结构示意图。
图中：1、电解处理器，2.、控制箱，3、氧化剂浓度检测元件，4、压载泵，5、压载阀箱，6、第一控制阀，7、第二控制阀，8、出口阀，9、第三控制阀，10、电解发生器进口阀，11、第四控制阀，12、第五控制阀，13第六控制阀。
具体实施方式
电解处理器1的适用流量为50m3/h，电解处理器1的工作电压为8V，电解处理器1的阴极与阳极之间的距离为4.5mm，电解处理器1的阴极所用材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，电解处理器1的DSA阳极的涂层为二氧化钉，压载泵4为离心泵。
船舶压载水泵入过程中按下述步骤处理：舷外海水经阀第一控制阀6、第二控制阀7由压载泵4经出口阀8和处理器进口阀10进入电解处理器1直接电解处理，然后经压载阀箱5进入相应压载舱室。此时，第三控制阀9和第五控制阀12关闭；船舶压载水从压载舱打出舷外时按下述步骤处理：压载舱海水经过压载阀箱5、第三控制阀9、第二控制阀7、压载泵4，再经过出口阀8和电解发生器进口阀10流经电解处理器1进行电解处理，通过第四控制阀11、第五控制阀12和第六控制阀13流出舷外，此时第一控制阀6关闭，
对使用本发明处理前后海水质量的变化分析结果见表一：
表一海水水质分析测试报告
| 分析结果： | 未处理海水 | 处理海水 |
| 硝酸盐亚硝酸盐铵盐磷酸盐CODDO盐度TOC悬浮物浊度电导率无机氮 | 616.928.272.810.20.528.2229.4324.018.211.933.89717.9 | 379.0 ug/L3.1 ug/L24.6 ug/L4.3 ug/L0.36 mg/L9.54 mg/L29.5093.50 mg/L7.8 mg/L11.034.48 ms/cm406.7 ug/L |
对上表分析如下：
1.表中的硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐是水中无机氮的总和，在我国海水水质标准GB3097-1997[64]中无机氮浓度应控制在0.2mg/L1类水体，0.3mg/L2类水体，0.4mg/L3类水体，0.5mg/L4类水体。从处理前后的硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐浓度可以看出，无机氮得到了一定程度的去除，其中以亚硝酸盐处理效果最好。因为无机氮和表中的第四项磷酸盐都是造成水体富营养化的主要物质，因此对其去除是有意义的。参照海水水质标准的第四类水体适用于海洋港口水域，海洋开发作业区可以看出，处理后三者之和能够满足0.5mg/L的要求。
《船舶污染物排放标准》[65]GB3552-83中没有具体规定。
2.处理技术对磷酸盐也具有较好的去除效果。海水水质标准中活性磷酸盐浓度应控制在15ug/L1类水体，30ug/L2类水体，30ug/L3类水体，45ug/L4类水体。也即处理前后磷酸盐指标均可满足各类水体的要求，处理后其浓度得以降低。
3.COD表示水中还原性物质浓度主要是污染物，其浓度的降低当然意味着水质较好。海水水质标准中COD浓度应控制在2mg/L1类水体，3mg/L2类水体，4mg/L3类水体，5mg/L4类水体。表中处理前后都挺好。在城市污水排放标准中这个值要高得多60-120mg/L。
4.DO溶解氧越高表明水质越好，其值和温度、含盐量、大气压力等有关。在常温下20度9.54mg/L这个值对一般淡水水体来说应该是很高了。
5.盐度、电导率、悬浮物和浊度变化均不明显。最后一项也就是第一条中的无机氮，为前三者之和。
6.TOC为水中的总有机碳浓度，越低表示水中的污染物越少。
注：第一类适用于海洋渔业水域，海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区。第二类适用于水产养殖区，海水浴场，人体直接接触海水的海上运动或娱乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区。第三类适用于一般工业用水区，滨海风景旅游区。第四类适用于海洋港口水域，海洋开发作业区。
对本发明的电解处理器1做了效能试验，所用海水原生海水，采样直接从电解处理器1出口采取。
对电解处理器电解处理1的水样做了分析。表二至表六为处理效能检测结果。
表二电解处理器1检测电解参数
| 日期 | 序号 | 流量m<sup>3</sup>/h | 初始余氯mg/L | 电流A | 电压V |
| 11.10 | NO.1 | 32 | 2.7 | 130 | 6 |
| 11.10 | NO.2 | 32 | 3.6 | 160 | 7 |
| 11.10 | NO.3 | 32 | 4.6 | 190 | 7.6 |
| 11.10 | NO.4 | 32 | 5.8 | 220 | 8.3 |
表三电解处理器1检测试样No1浮游生物计数记录
采样体积265ml 计数体积5ml 采样时间2004.11.10
| 编号 | 种名 | 拉丁名 | 小计 | 密度个/m<sup>3</sup> |
| 1 | 双壳类幼体¤ | Bilvalvia larvae | 1 | 200000 |
| 2 | 中华哲水蚤¤ | Calamus sinicus | l | 200000 |
| 3 | 日本角眼剑水蚤¤ | Corycaeus japonicus | 3 | 600000 |
| 4 | 圆筛藻属○ | Coscinodiscus sp | 2 | 400000 |
| 5 | 小拟哲水蚤¤ | Paracalamus parvus | 1 | 200000 |
| 6 | 克氏纺锤水蚤¤ | Acartia clausi | 2 | 400000 |
注：
¤死亡；○无法鉴定植物，不能分死活
密度：此数据系按256ml小样计成1m3的个数。
小计：1是指1个/5ml
3是指3个/5ml
表四电解处理器1检测试样No2浮游生物计数记录
采样体积250ml 计数体积5ml采样时间2004.11.10
| 编号 | 种名 | 拉丁名 | 小计 | 密度个/m<sup>3</sup> |
| 1 | 克氏纺锤水蚤¤ | Acartia clausi | 1 | 200000 |
| 2 | 圆筛藻属○ | Coscinodiscus sp | 1 | 200000 |
注：
¤死亡；○无法鉴定植物，不能分死活
密度：此数据系按250ml小样计成1m3的个数。
小计：1是指1个/5ml
表五电解处理器1检测试样No3浮游生物计数记录
采样体积275ml 计数体积5ml 采样时间2004.11.10
| 编号 | 种名 | 拉丁名 | 小计 | 密度个/m<sup>3</sup> |
| 1 | 圆筛藻属○ | Coscinodiscus sp | 1 | 200000 |
| 2 | 小拟哲水蚤¤ | Paracalamus parvus | 1 | 200000 |
注：
¤死亡；○无法鉴定植物，不能分死活
密度：此数据系按275ml小样计成1m3的个数。
小计：1是指1个/5ml
表六电解处理器1检测试样No3浮游生物计数记录
采样体积280ml 计数体积5ml 采样时间2004.11.10
| 编号 | 种名 | 拉丁名 | 小计 | 密度个/m<sup>3</sup> |
| 1 | 圆筛藻属○ | Coscinodi scus sp | 1 | 200000 |
| 2 | 桡足类¤ | Copepoea sp | 1 | 200000 |
注：
¤死亡；○无法鉴定植物，不能分死活
密度：此数据系按280ml小样计成1m3的个数。
小计：1是指1个/5ml
从上述试验结果看，除圆筛藻属的藻类不能辨别死活外，其余检出浮游生物均能被杀灭。
到本文定稿时为止，关于《对压载水管理系统的批准导则》[77]和《压载水处理技术项目批准导则》[78]决议案尚未通过，所以对船舶压载水处理装置的测试及评价尚无统一标准。
另外需说明的是，在上述试验中未对细菌做培养分析，因为多次的试验证明，4.0mg/L的初始余氯足以将全部细菌杀灭。为了确定电解处理船舶压载水是否能产生THMs，我们进行了了实验。监测方法采用顶空气相色谱法。表七示出了实验结果。氯化处理后水样中的三卤甲烷类TTHMs分析顶空气相色谱法报告：含量单位μg/L。
表七 氯化处理海水水样的THMs检测结果
| 序号 | 样品 | 三氯甲烷 | 四氯化碳 | 一氯二溴甲烷 | 二氯一溴甲烷 | 三溴甲烷 |
| 1. | 过滤海水对照组 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2. | 自来水对照组 | 12.913 | 0.0 | 8.243 | 3.605 | 2.182 |
| 3. | 过滤海水20mg/L有效氯处理 | 0.074 | 0 | 0.069 | 0.869 | 8.022 |
| 4. | 过滤海水60mg/L有效氯处理 | 0.225 | 0 | 0.193 | 1.766 | 9.418 |
| 5. | 含10<sup>9</sup>/L塔胞藻海水20mg/L有效氯处理 | 0.174 | 0 | 0.123 | 2.201 | 13.400 |
| 6. | 含10<sup>9</sup>/L塔胞藻海水40mg/L有效氯处理 | 0.216 | 0 | 0.198 | 2.602 | 10.650 |
| 7. | 含10<sup>9</sup>/L塔胞藻 | 1.289 | 0 | 2.412 | 31.343 | 57.141 |
| 海水100mg/L有效氯处理 | ||||||
| 8. | 含10<sup>9</sup>/L塔胞藻海水500mg/L有效氯处理 | 7.701 | 0.0 | 50.280 | 235.023 | 43.624 |
| 9. | 含10<sup>9</sup>/L塔胞藻海水1000mg/L有效氯处理 | 17.255 | 0.1 | 158.324 | 318.381 | 44.695 |
| 10. | 天然海水1％沉淀50mg/L有效氯处理 | 0.798 | 0.0 | 6.442 | 30.580 | 22.975 |
| 11. | 天然海水1％沉淀100mg/L有效氯处理 | 0.802 | 0.0 | 6.696 | 32.258 | 28.337 |
| 12. | 天然海水1％沉淀200mg/L有效氯处理 | 2.737 | 0.0 | 17.810 | 67.321 | 29.310 |
许多国家饮用水水质标准中规定，TTHMs小于100μg/L ppb。我国国标生活饮用水卫生标准GB5749-85规定的标准为60μg/L。
从表七可见，电解处理原生海水时，既是用200mg/L的处理，能产生三氯甲烷量远小于60μg/L。
也就是说，就人们最关心的能否产生氯仿的问题，从安全角度和环保角度看，电解处理船舶压载水，环境是可以接受和允许的。
Claims (10)
1.船舶压载水电解处理系统，其特征在于，该系统包括：电解处理器(1)、控制箱(2)、氧化剂浓度检测元件(3)、压载泵(4)、压载阀箱(5)、第一控制阀(6)、第二控制阀(7)、出口阀(8)、第三控制阀(9)、电解发生器进口阀(10)、第四控制阀(11)、第五控制阀(12)和第六控制阀(13)。第一控制阀(6)和第二控制阀(7)相连，出口阀(8)和电解发生器进口阀(10)相连，压载泵(4)安装在第二控制阀(7)和出口阀(8)之间，电解发生器进口阀(10)直接和电解发生器(1)相连，控制箱(2)与电解处理器(1)相连，并输出控制信号给出口阀(8)，第四控制阀(11)和第五控制阀(12)与压载阀箱(5)相连，第六控制阀(13)与第五控制阀(12)相连接，第三控制阀(9)的一端连在第一控制阀(6)和第二控制阀(7)之间，另一端和压载阀箱(5)相连接；在船舶压载水泵入压载舱或从压载舱排出舷外时，直接通过电解处理器(1)进行电解处理，船舶压载水为原生海水，其电导率为15ms/cm-55ms/cm，适用流量范围为2.5m3/h-500m3/h，电解处理器(1)输入电源为AC220V或AC380V，电极的工作电压范围为DC 2V-36V，电极耐压：大于或等于DC45V，电极绝缘度：大于或等于10kΩ，阴极与阳极之间的距离为4.5mm-5.5mm，电解产生氧化剂，包括氯气Cl2、次氯酸HClO分子、二氧化氯ClO2、游离的氧O·和羟基OH·物质中的一种或多种物质，连同电场的作用，将船舶压载水中的生物杀灭或抑活。
2.根据权利要求1所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的阴极所用材料为不锈钢，阳极所用材料为DSA阳极。
3.根据权利要求1所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的电解处理器(1)为平板式或者圆筒型。
4.根据权利要求1所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的电解处理器(1)的适用流量为50m3/h。
5.根据权利要求1所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的电解处理器(1)的工作电压为8V。
6.根据权利要求1所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的电解处理器(1)阴极与阳极之间的距离为4.5mm。
7.根据权利要求1、2或6所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的电解处理器(1)的阴极所用材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。
8.根据权利要求1或2所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的电解处理器(1)的DSA阳极的涂层为镀铂、二氧化钌或二氧化锡。
9.根据权利要求1所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的控制箱(2)包含四个模块：氧化剂检测、电解电压调节、压载泵流量调节和电源。
10.根据权利要求1所述的船舶压载水电解处理系统，其特征在于，所述的压载泵(4)为离心泵。
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| Title |
|---|
| 原生海水模拟船舶压载水的电解试验. 党坤，殷佩海，宋永欣，于占国.大连海事大学学报，第30卷第2期. 2004 * |
| 船舶压载水的电解处理. 党坤，殷佩海.中国航海学会2003年度学术交流会论文集专刊. 2003 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1736798A (zh) | 2006-02-22 |
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