CN101327994A

CN101327994A - 一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法

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Publication number: CN101327994A
Application number: CNA2008100124263A
Authority: CN
Inventors: 白敏冬; 张芝涛; 白敏菂; 杨波; 薛晓红; 白希尧
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2008-12-24

Abstract

一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，属于等离子体物理和海洋环境保护应用技术领域。该方法是这样实现的，首先原料气体空气在气体预处理系统中制成浓度93％的氧气，然后经过臭氧发生器，制成浓度为80～250g/m³臭氧气体。从压载水主排放管路中取出1/4～1/20的压载水，分成数各支路分别经过射流器与臭氧气体接触，制成浓度为制成4～24mg/L的臭氧水溶液，臭氧水溶液在液液混合器中与压载水排放管路中的压载水进行均匀混溶后，排放管路中臭氧水浓度为0.4～2.5mg/L，完成杀灭其中有害水生生物和病原体，其致死率达到96％～100％。本发明的效果和益处是不需要复杂的臭氧输运系统和增压系统，设备体积小、操作简便，运行成本低廉，能在压载水输送过程中杀死有害水生生物和病原体。

Description

一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法

技术领域

本发明属于等离子体物理和海洋环境保护应用技术领域，涉及到一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法。

背景技术

外来有害生物入侵性传播造成的灾害，已被全球环境基金组织(GEF)认定为海洋面临的四大威胁之一。船舶排放的压载水是造成地理性隔离水体间有害生物传播的最主要途径。每年全球船舶携带的压载水约100亿吨，一艘载重10万吨货船携带的压载水量可达5-6万吨，平均每立方米压载水有浮游动植物1.1亿个、细菌103亿个、病毒104亿个，每天全球在压载水中携带的生物有3000-4000种，仅在一个压载水舱中就有存活腰鞭毛虫胞囊3亿个，舱底的沉积物中有22500个/cm3浮游植物孢子。到目前为止，已确认500种左右的生物物种是由船舶压载水传播的。与自然海洋生态环境相比，船舶压载水是一种特殊环境下的生态系统，经压载水驯化并存活的生物往往具有极强的生命力和竞争力。它们一旦释放到自然海洋环境中，就可能产生不可控制的“雪崩式”繁殖，对土著物种造成极大的冲击，甚至引起本地物种灭绝，引发一系列生态灾害。事实表明，船舶压载水是导致全球范围内海洋生物多样性破坏的主要原因之一，也是造成有害寄生虫和病原体的大面积迅猛传播的重要途径之一。入侵物种给全球经济带来巨大损失，据不完全统计，这种损失每年以近百亿美元的速度递增。船舶压载水引起的外来有害生物入侵规模仍在扩大，因此，国际海事组织IMO向全世界紧急呼吁寻找有效的压载水治理方法。

臭氧是一种强氧化剂，具有很高的标准氧化还原电位(2.07V)，分解后的产物为O2，不存在二次污染。因此，被广泛应用于饮用水、含酚、含氰等工业废水、医院废水、游泳池水处理等。由于臭氧在陆地上的水处理中显示了无法比拟的优势，因此一些公司、学者进行了臭氧处理船舶压载水的研究。2003年美国专利6,516,738，提供了一种臭氧通入压载舱进行压载水处理的方法，该方法包括：电源，臭氧发生器，调压器(控制供给臭氧发生器的电压)，臭氧传输系统(使臭氧从臭氧发生器传输到压载舱)，和一系列平行放置的泵组成的增压系统。该方法是从压载水输运管道中取出一部分压载水，臭氧溶解于压载水后再重新注入压载水输运管道，最后输运至压载舱，在压载舱中完成杀灭有害水生生物和病原体。由于该方法是将臭氧注入压载水舱进行压载水处理，因此需要一套增压系统使臭氧克服压载舱液面对供水管路产生的负压影响，该系统由12个增压泵，及其辅助的马达和冷却扇组成。由于臭氧气体需要5～10h才能输运到压载舱，因此，附加的增压系统带来的能耗是巨大的。另外由于压载舱体积庞大，臭氧很难混合均匀，因此杀灭时间长，无法实现在排放压载水过程中杀灭入侵生物。另外存在残留臭氧严重腐蚀压载舱，设备庞大，处理费用高等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有臭氧处理压载水技术中的不足，提供一种不用将臭氧输送到压载舱中，而是在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法。该方法将从臭氧发生器中产生的高浓度臭氧高效溶解于从压载水主排放管路中取出1/4～1/20的压载水，制成高浓度臭氧水溶液，然后再打入压载水主排放管路中，杀死其中的有害水生生物和病原体，实现了在线在压载水排放过程中治理压载水。该方法不仅可以有效杀灭压载水中的有害水生生物和病原体，同时能改善压载水水质，是一种操作简便，成本低廉，无任何残留药剂的压载水处理方法。

本发明解决其方法所采用的技术方案是：

步骤1.本发明使用的原料气体为空气，空气经过气体预处理系统制成浓度为93％的氧气，氧气进入臭氧发生器中制成浓度为80～250g/m3的臭氧气体。

步骤2.从压载水排放管路中取出1/4～1/20的压载水进入压载水输运分管路中，进入过滤器去掉大的生物体和杂质，然后利用水质、生物在线检测系统分析压载水的水质指标及生物的种类、数量等，可以根据压载水的水质、生物指标调整加入的臭氧气体的浓度和剂量。

步骤3.取出的部分压载水分成2~20个支路分别经过1个射流器与臭氧气体接触，制成4～24mg/L的臭氧水溶液，臭氧的传质效率达到98％，各支路的臭氧水溶液在液液混合器中与压载水排放管路中的压载水进行均匀混溶，在排放管路中形成的臭氧水浓度为0.4～2.5mg/L，臭氧致死压载水的有害水生生物和病原体的生化反应速率常数107L/mol·s～1010L/mol·s，致死的生化反应时间为5s～10s。因此，实现在压载水排放管路中完成杀灭其中有害水生生物和病原体，包括：细菌、弧菌、单胞藻、原生动物和病毒，其致死率达到96％～100％。

步骤4.压载水排放管路中剩余的臭氧在气液分离器中进行分离后，进入剩余臭氧分解器进行处理，变成氧气后排空，经过臭氧处理后的压载水进入活性炭过滤器中吸附残留的臭氧，最后排入大海。

本发明的效果和益处是：加工臭氧的原料是空气，几乎无原料成本；剩余臭氧分解成O2，无任何残留药剂；低浓度臭氧水(2-3mg/L)就能杀死压载水中的单细胞藻、原生动物、孢子、细菌和弧菌等有害水生生物和病原体；不需要复杂的臭氧输运系统和增压系统，设备体积小、操作简便，运行成本低廉；杀灭微生物速度极快，约为5s～10s，能在压载水输送过程中杀死有害水生生物和病原体，同时改善压载水水质，实现了在船上在压载水排放过程中治理船舶压载水。

附图说明

图1是本发明的在排放过程中臭氧处理船舶压载水的流程示意图。

图1中：1.空气，2.气体预处理系统，3.阀门，4.氧气浓度测试仪，5.流量计，6.压力表，7.臭氧发生器，8.高频高压电源，9.臭氧气体，10.臭氧浓度测试仪，11.压载水输运分管路，12.止回阀，13.过滤器，14.泵，15.水质、生化在线检测系统，16.射流器，17.臭氧水溶液，18.压载水入口，19.压载水排放管路，20.液液混合器，21.臭氧水浓度测试仪，22.剩余臭氧分解器，23.气液分离器，24.活性炭过滤器，25.压载水出口。

图2是臭氧杀灭微生物剂量关系曲线图。

图2中：26.小新月菱形藻，27.牟氏角毛藻，28.湛江等鞭金藻，29.球等鞭金藻。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。

本发明的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，该方法是这样实现的，从压载舱排出的压载水经压载水入口18进入压载水排放管路19中，泵14从压载水排放管路中取出1/4～1/20的压载水进入压载水输运分管路11中，然后经过止回阀12和流量计5后进入过滤器13去掉大的生物体和杂质，利用水质、生物在线检测系统15分析压载水的水质指标及生物的种类、数量等。然后取出的部分压载水分5路分别经过1个射流器16与臭氧气体9接触，生成臭氧水溶液17，可以根据压载水的水质、生物指标调整加入的臭氧气体的浓度和剂量。臭氧气体9是这样实现的，首先空气1经过气体预处理系统2制成浓度为93％的氧气，然后经过阀门3、流量计5后进入臭氧发生器7中制成浓度为80~250g/m3的臭氧气体9。臭氧气体9分成5路分别注入射流器16中制成4～24mg/L的臭氧水溶液17，臭氧水溶液17在液液混合器20中与压载水排放管路19中的压载水进行均匀混溶，在管路中形成的臭氧水浓度为0.4～2.5mg/L，在压载水排放管路19中完成杀灭其中有害水生生物和病原体。管路中剩余的臭氧在气液分离器23中进行分离后，进入剩余臭氧分解器22进行处理，变成氧气后排空，经过臭氧处理后的压载水进入活性炭过滤器24中吸附残留的臭氧，最后通过压载水出口25排入大海。另外本发明中还包括氧气浓度测试仪4、臭氧浓度测试仪10、臭氧水浓度测试仪21，它们分别用于检测氧气、臭氧、臭氧水的浓度。

本发明选择球等鞭金藻29、湛江等鞭金藻28、牟氏角毛藻27、小新月菱形藻26四种藻为对象，进行了臭氧杀灭实验，其杀灭效果如图2所示。从图中可以看出随着藻液初始浓度的增加，致死藻类所需的臭氧浓度随之增加，当球等鞭金藻29、湛江等鞭金藻28、牟氏角毛藻27、小新月菱形藻26的初始浓度为1×103个/mL时，致死四种藻所需的臭氧浓度分别为0.98mg/L，1.05mg/L，1.12mg/L，1.26mg/L；当四种藻的初始浓度为9×104个/mL时，致死四种藻所需的臭氧分别为1.47mg/L，1.54mg/L，1.68mg/L，1.75mg/L。

按照本发明的方法，在排放过程中臭氧处理船舶压载水的系统每套可以处理200~500t/h的压载水，臭氧处理后的压载水满足《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》的D-2排放标准：体长≥50μm的生物少于10个/m3；10μm≤体长＜50μm的生物少于10个/mL。允许排放的微生物：霍乱弧菌(01和0139)＜1cfu(菌落单位)/100mL或者＜1cfu/g(湿重)浮游动物；大肠杆菌＜250cfu/100mL；肠道球菌＜100cfu/100mL。

Claims

1.一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，即臭氧不输运到压载舱，而是从压载水排放管路中取出一部分压载水，然后将臭氧气体溶解于压载水中制成臭氧水溶液，再重新注入到压载水排放管路中，在压载水排放管路中杀灭压载水中的水生生物和病原体，其特征在于：

(a)从压载水排放管路中取出1/4～1/20的压载水分成2～20支路，每路压载水通过1个射流器与臭氧气体接触，制成浓度为4～24mg/L的臭氧水溶液；

(b)各支路制取的浓度为4～24mg/L的臭氧水溶液通过液液混合器重新注入压载水排放管路中，在压载水排放管路中臭氧水的浓度为0.4～2.5mg/L；

(c)臭氧水溶液注入压载水排放管路中，而不是把臭氧输运到压载舱中完成杀灭压载水中水生生物和病原体；

(d)压载水排放管路中臭氧水在排入大海前经过活性炭过滤器去除其中残留的臭氧。

2.根据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其特征在于：所述的致死压载水中水生生物和病原体的生化反应速率常数为10⁷L/mol·s～10¹⁰L/mol·s，致死的生化反应时间为5s～10s。

3.根据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其特征在于：所述的臭氧气体浓度为80～250g/m³。

4.根据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其特征在于：所述的在压载水排海之前水生生物和病原体的致死率达到96％～100％。

5.根据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其特征在于：所述的压载水排放管路中臭氧水的浓度可根据压载水中水生生物和病原体的生物量进行调整。