CN101045573A - 基于硫酸自由基的高级氧化技术处理船舶压载水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高级氧化技术和生物学技术应用领域，涉及到一种使用硫酸自由基的高级氧化技术杀死船舶压载水中生物的方法。该方法是在压载水经过隔栅过滤装置过滤大颗粒杂物，把过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐投入到压载水中，经过热解、紫外光分解、γ射线辐射分解或金属离子催化等方式产生硫酸自由基，具有高氧化活性的硫酸自由基能够和压载水中的生物发生反应，破坏生物的细胞膜脂层、蛋白质、碳水化合物以及DNA等物质，从而杀死生物。本发明的有益效果是：杀死生物效果好，反应速度快，杀菌时间小于3秒；不会二次污染环境；处理效率高，不需要额外特殊的设备，耗能小，运行费用低；在杀死生物的同时还能降解有机污染物质。
Description
技术领域
本发明涉及高级氧化技术和生物学技术应用领域，是基于硫酸自由基的高级氧化技术处理船舶压载水的方法。
背景技术
外来有害生物的入侵性传播是海洋环境面临的四大威胁之一，船舶压载水是其最主要的祸源。全球贸易中约90％的货物经由船舶运输，每年约有120亿吨压载水通过约9万艘远洋船舶在世界范围内转移，每天有3千多种海洋生物随远洋压载水周游世界，全球已确认的由船舶压载水传播的生物物种约500种。我国海洋环境所受到的压载水外来生物入侵危害相当严重，近海和沿海已成为全球赤潮多发区。国际海事组织在2009年开始强制执行《国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》，各当事国承诺保证为船舶沉积物提供充分的接收设施，致力于促进并推动压载水管理的科学和技术研究及在其管辖水域内监测压载水管理的效果。如何快速和安全有效地治理船舶压载水中的外来物种是国际海运业与港口履约国急需得到支持的关键技术。
目前处理船舶压载水的技术主要包括物理方法和化学方法。物理方法包括使用机械压力、紫外线照射、加热等方法。机械压力方法使用特殊的动力设备产生巨大压力，使压载水局部产生巨大压强的方法杀死有害生物的方法。这种方法需要特殊的机械设备，并且耗能巨大。紫外线照射是通过产生高能光子改变生物DNA的结构杀死生物的方法，但是需要压载水保持一定的透明度，才能有效传递能量。加热的方法比较有效，但是存在处理时间长，耗能高，和产生热应力影响航行安全的问题。化学方法包括氯化法，羟基自由基等方法。氯化法是使用氯气和次氯化钠对压载水消毒的方法，该方法会腐蚀轮船设备，并可以和压载水中的有机物生成毒性更大的氯化有机污染物。产生羟基自由基的方法需要一些特殊的设备，并且存在投资大的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供基于硫酸自由基的高级氧化技术处理船舶压载水的方法，利用这种方法不仅治理船舶压载水生物入侵，还可以处理船舶压载水中的有机污染物。
本发明的技术原理是：硫酸自由基的产生方法主要有过硫酸盐(S2O8 2-)和单过氧硫酸氢盐(HSO5 -)的热解(70~100℃)、紫外光分解(200-365nm)、γ射线辐射分解和金属离子Mn+(Co2+、Cu2+、Fe2+、Ag+)催化等，具体的反应式如1~6所示：
由上述反应产生的硫酸自由基具有很高的氧化活性，可以和压载水中的生物反应，破坏生物的细胞膜脂层、蛋白质、碳水化合物以及DNA等物质，从而杀死生物。
本发明是通过以下方法实现的：基于硫酸自由基的高级氧化技术处理船舶压载水的方法。，该方法是将具有高氧化活性的硫酸自由基和压载水中的生物发生反应，从而杀死生物，同时还能处理水中有机污染物，其步骤为：海水经过隔栅过滤装置过滤掉大颗粒杂物，进入船舶压载舱，把过硫酸盐，0.01摩尔/吨压载水，或单过氧硫酸氢盐，0.02摩尔/吨压载水，投入到压载水中，然后通过下面四种的任意一种方式产生硫酸自由基：
(1)通过加热的方法使压载水温度达到70~100℃内，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐热解生成硫酸自由基；
(2)用能够产生200-365nm波长的紫外灯照射压载水，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐光洁生成硫酸自由基；
(3)使用钴60放射源产生γ射线辐射压载水，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐辐射裂解生成硫酸自由基；
(4)在压载水中添加金属离子催化方式产生硫酸自由基；
由上述方式产生的具有高氧化活性的硫酸自由基和压载水中的生物反应，破坏生物的细胞膜脂层、蛋白质、碳水化合物以及DNA，从而杀死生物，经过灭活的压载水可以直接排放。所述的金属离子为Co2+、Cu2+、Fe2+或Ag+其中任何一种。
实施效果可用藻类脱除率和细菌灭活率来衡量。藻类和细菌浓度可用藻类计数法，紫外可见分光光度计和细菌培养法测定。
本发明的有益效果是：(1)低浓度(0.02mM/L)杀死原生动物、藻类、细菌、孢子等，杀死生物效果好，反应速度快，杀菌时间小于3秒；(2)添加环境友好的试剂，不会二次污染环境；(3)处理效率高，适合处理大流量压载水(大于1000吨/小时)；(4)不需要额外特殊的设备，耗能小，运行费用低；(5)在杀死生物的同时还能降解有机污染物质。
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是本发明的压载水处理工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
压载水经过初级过滤以后，其中藻类浓度1.2×105/mL、细菌浓度2.2×105/mL，在压载水中添加过硫酸盐，通过紫外光照射的方法，产生硫酸自由基。当硫酸自由基浓度达到0.02mM/L时，经过5秒钟时间以后，使用藻类计数法和紫外可见分光光度计方法监测藻类和细菌的数量，结果显示藻类和细菌都没有检出，杀死效果达到100％。
实施例2
压载水经过初级过滤以后，其中含有原生动物、藻类、细菌、孢子等，在压载水中添加单过氧硫酸氢盐和金属离子，金属离子催化单过氧硫酸氢盐产生硫酸自由基浓度为0.02mM/L时，经过5秒钟时间以后，检测原生动物、藻类以及细菌，结果显示没有检测出原生动物、藻类和细菌。使用细菌培养法培养处理后的压载水，经过3天的培养后，仍没有检测出，说明孢子都被杀死。总体效果是杀死率达到100％。
Claims (2)
1、基于硫酸自由基的高级氧化技术处理船舶压载水的方法，其特征在于，该方法是将具有高氧化活性的硫酸自由基和压载水中的生物发生反应，从而杀死生物，同时还能处理水中有机污染物，步骤为：海水经过隔栅过滤装置过滤掉大颗粒杂物，进入船舶压载舱，把过硫酸盐，0.01摩尔/吨压载水，或单过氧硫酸氢盐，0.02摩尔/吨压载水，投入到压载水中，然后通过下面四种的任意一种方式产生硫酸自由基：
(1)通过加热的方法使压载水温度达到70~100℃内，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐热解生成硫酸自由基；
(2)用能够产生200-365nm波长的紫外灯照射压载水，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐光洁生成硫酸自由基；
(3)使用钴60放射源产生γ射线辐射压载水，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐辐射裂解生成硫酸自由基；
(4)在压载水中添加金属离子催化方式产生硫酸自由基；
上述方式产生的具有高氧化活性的硫酸自由基和压载水中的生物反应，破坏生物的细胞膜脂层、蛋白质、碳水化合物以及DNA，从而杀死生物，经过灭活的压载水可以直接排放。
2、根据权利要求1所述的基于硫酸自由基的高级氧化技术处理船舶压载水的方法，其特征在于，所述的金属离子为Co2+、Cu2+、Fe2+或Ag+其中任何一种。
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