CN101781053A - 在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法及装置。在舰船压载水的输送管道上串接微孔过滤器和管式高压放电反应装置，舰船压载水经过微孔过滤器，滤孔直径为20～50微米，去除较大的进入舰船压载水管道系统的悬浮物和水生生物；过滤后的水进入到管式高压放电反应装置，向管式高压放电反应装置的高压电极和地电极之间施加10～60千伏特的脉冲高压，产生高压脉冲放电，压载水在管式高压放电反应装置内的停留时间为0.1～2小时，通过管式高压放电反应装置的压载水进入到压载舱中。本发明能够使压载水中的外来病原体和有害生物在管道输送系统中被杀死或灭活，降低或消除其排放之后对于海洋的污染。

Description

在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法及装置

技术领域

本发明涉及的是生物应用和海洋环境工程技术领域中的一种水的处理方法。具体地说是一种杀灭船舶压载水中的藻类和细菌的方法。本发明也涉及一种船舶压载水的处理装置。

背景技术

压载水是保证船舶航行安全的必备之物，为了保证空载时的平衡和稳性，船舶需要加装压载水航行，以达到降低船舶重心的目的。据相关数据显示，随着国际间经贸往来的增加，船舶吨位越来越大，航速越来越高，这就意味着生物种群在各大洋之间传播的天然障碍大大减弱了。全球船舶每年携带的压载水约有120亿吨在世界各地间流动，每天存在于船舶压载水中随船周游世界的生物多达7000种，许多细菌、植物和动物经过数月的航程仍存活于压载水及其沉积物中，当船舶到港口装货时，这些生物随着压载水被排放到目的地海域。这样部分压载水中的生物流入新的适宜生存区域，就能不可控制地进行疯狂繁殖，掠夺本地生物作为食物，使得有害寄生虫和病原体大面积迅猛传播，严重破坏当地的海洋生态平衡，将使该国水环境、海产品产量以及人类健康受到威胁。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确认为危害海洋的四大威胁之一。2004年2月，国际海事组织(IMO)通过了《船舶压载水及沉积物管理与控制国际公约》，并将于2009年1月正式生效，在世界范围内全面实施。该公约对防止和减少船舶压载水造成的有害水生物和病原体的传播做出了详细规定，公约规定自2009年始，所有新建船舶必须安装压载水处理装置，并对现有船只追溯实施。在对压载水的管理和控制方面，我国已远远落后于欧美国家。据调查，国际自然资源保护联合会公布世界上100种最危险的外来生物物种约有一半入侵到我国。迄今为止，我国还没有建立起有效的监督管理体制，也没有形成压载水管理，特别是防止有害水生物的统一立法或规定。根据国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约的规定，所谓压载水的处理是指为杀灭去除压载水和沉积物中的有害水生物和病原体，使其失去繁衍能力。

目前国内外研究较多的处理压载水的方法主要有机械法，物理法和化学方法。机械方法主要有过滤法，过滤法被认为是一种对环境危害最小的压载水处理法，但很难用于处理大量的压载水。旋流分离法，利用水流在管路中高速流动产生的分离作用，将液体的水和固体的生物和病原体分离开。这种方法可以除去大多数多细胞动物和植物、卵、幼虫、胞子。更换压载水，方法有两种，一种是先将压载舱里的沿海港口压载水排空，然后注入深海海水，这种更换压载水的过程会使船舶的装载状况发生很大变化，在恶劣的天气条件下，为了保证船舶强度和稳性，保证船舶安全航行，这种方法不适用。另一种方法是直接向已经满舱的压载舱泵入深海海水，可在相对较恶劣的天气条件下进行。物理法主要有加热法和紫外线辐射法。加热法中若生物以休眠孢子的形式存在，可能不一定被杀灭。紫外线辐射法不能杀死所有有害水生物，当海水浊度较大或灯管表面被沉积物污染时，其有效性更是大受影响。化学法主要有臭氧法，氯化法和羟基氧化法。臭氧法制备的臭氧在输送到压载水过程中会有很大的损耗，费用较高，投加量不易调节。氯化法会加快舱壁的腐蚀，并放出氯臭味。羟基氧化法是通过强电离作用产生羟基溶液，再把它加入压载水主输送管道内，这个过程会造成羟基的损耗^[1]。

利用高压脉冲电源在水中或空气中放电可得到低温等离子体，同时伴随有物理效应和化学效应，包括等离子通道内的高温热解、等离子通道表面的紫外光解以及由于通道临近处产生的气泡而引起的液电空化效应和超临界水氧化等物理效应。用这种方法在线生成多种高活性物种和物理化学效应，在舰船压载水输送管路中处理有害的水生物和病原体将具有较广阔的应用空间。并且操作方便，能耗较低。公开号是CN01074138A，名称是《一种处理船舶压载水的新方法》的专利公开一种属于液相放电等离子体与生物应用技术领域的处理船舶压载水的新方法^[2]，在该方法中的放电电极与待处理压载水接触面积较小，处理的水量有限。

对比文献：

[1]白敏冬，白希尧，周晓见，张芝涛，白敏菂，杨波，依成武.在船上输送压在水过程中杀灭生物的方法和设备.大连海事大学，CN 1197786.

[2]孙冰，朱小梅.一种处理船舶压载水的新方法.大连海事大学.CN101074138A。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使压载水中的外来病原体和有害生物在管道输送系统中被杀死或灭活，降低或消除其排放之后对于海洋的污染，并且不需要另外添加化学药剂，成本较低，效率较高和能耗较少的在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法。本发明的目的还在于提供一种在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法的专用装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法为：在舰船压载水的输送管道上串接微孔过滤器和管式高压放电反应装置，舰船压载水经过微孔过滤器，滤孔直径为20～50微米，去除较大的进入舰船压载水管道系统的悬浮物和水生生物；过滤后的水进入到管式高压放电反应装置，向管式高压放电反应装置的高压电极和地电极之间施加10～60千伏特的脉冲高压，产生高压脉冲放电，压载水在管式高压放电反应装置内的停留时间为0.1～2小时，通过管式高压放电反应装置的压载水进入到压载舱中。

本发明的在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法还可以包括：

1、在高压脉冲放电的同时通过曝气管向管式高压放电反应装置内通入空气、氧气或者臭氧。

2、通入空气、氧气或者臭氧的气体流速为100～10000mL/min，气泡直径范围为20微米～10毫米。

本发明的管式高压放电反应装置的组成包括绝缘材料5、高压电极6和地电极7，高压电极6为不锈钢网筒电极通过固定装置固定在反应装置的中间位置，地电极7为直径与压载水输送管道直径相匹配的不锈钢圆筒，绝缘材料5包裹在地电极7外。

本发明的管式高压放电反应装置还可以包括：

1、在管式高压放电反应装置底部均匀分布微孔曝气管8。

2、构成高压电极6的不锈钢网筒的网格边长为1～50毫米，网筒直径为1～200毫米。

3、所述微孔曝气管8的曝气孔直径为20微米～10毫米，管口间距为10～100毫米。

4、曝气管位置位于管式高压放电反应装置底部中心位置，弧形布置，宽度为1/4地电极圆周。

本发明提供了一种在舰船压载水管道输送系统中杀灭藻类和细菌的方法，它是利用高压脉冲放电过程中产生的等离子体等一系列物理化学效应，对于舰船压载水进行净化处理的方法。该发明能够使压载水中的外来病原体和有害生物在管道输送系统中被杀死或灭活，降低或消除其排放之后对于海洋的污染。并且克服现有技术需要另外添加化学药剂，成本较高，效率较低和能耗较大的缺点。

舰船中的压载水在输送管道中，经过微孔过滤器，滤孔直径为20～50微米，较大的进入舰船压载水管道系统的悬浮物和水生生物可以被去除。过滤后的水进入到高压放电反应装置管段。为了方便在现有舰船压载水输送管道中安装，放电反应装置为管段形式，装置外层由绝缘材料包裹。放电反应管段的直径由压载水输送管段直径来确定，并与之匹配。压载水在放电区域内的停留时间为0.1～2小时。在放电反应装置中，通过向两个电极分别为高压电极和地电极之间施加10～60千伏特的脉冲高压，在反应装置内产生高压脉冲放电。其中高压电极为不锈钢网筒电极，通过固定装置固定在反应装置的中间位置，地电极为不锈钢圆筒或不锈钢网筒形式。在反应装置底部均匀分布微孔曝气管，通过曝气管可以向装置内通入空气，氧气或者臭氧。通过反应装置的压载水经过处理后离开反应装置，进入到压载舱中。该发明能够在压载水输送管路中在线生成包括羟基自由在内的多种等离子体和一系列的物理化学效应。这些等离子体和放电过程产生的紫外线和超声波等能够即时作用于压载水中的水生生物和病原体等，并使其被杀死或灭活。反应快速，减少了瞬时活性物种的损耗，具有较高的能量利用效率。

发明效果是：本发明中当电极之间施加脉冲高压时，并向反应装置内通入空气或者氧气，在电极之间产生的强电场中会形成高能电子，在高能电子的作用下，会形成多种具有较高活性的等离子体(·OH，·H，·O，¹O₂，·HO₂，H₂O₂，O₃等)，这些活性物种可以在线生成，生成之后便可与水中的水生生物快速反应，减少损耗。另外还产生了等离子通道内的高温热解、等离子通道表面的紫外光解以及由于通道临近处产生的气泡而引起的液电空化效应和超临界水氧化等物理效应。由于鼓入到反应器中的气体对溶液产生机械搅拌作用，鼓入气体量越大，机械搅拌作用越剧烈，有利于传质过程。正是由于这些等离子体和一系列物理化学作用会使压载水中的细菌、藻类，原生动物等细胞遭到破坏而被灭活。

本发明中的放电反应装置可直接安装在船舶压载水输送系统管道中，减少对现有船舶压载水输送系统管道的改造工序和费用，安装和拆卸均很便利。电极形式为网筒——网筒(圆筒)电极，放电过程中产生的等离子体与待处理压载水接触面积较大。

本发明中当管路中的压载水非满管流入到反应装置时，反应装置下部分高压电极和地电极均淹没在水中，在气体的搅动作用下，产生混合气液两相放电。在反应装置的上部，高压电极淹没于水中，地电极暴露在空气中。通过曝气作用，气体进入到液面上部的空气中。当管路中的水量再继续减少时，反应放置上部高压电极和地电极均暴露在空气中，上部发生单纯的气相放电，下部发生气液两相放电。

本发明中向反应器内通入臭氧，在放电产生的等离子体和臭氧分子的作用下，能够催化臭氧的分解产生羟基自由基。高压脉冲放电强化臭氧氧化充分利用高压脉冲放电产生的液电空化效应，在电极之间的气泡周期性的膨胀、收缩，产生大量细小气泡并增大接触面积促使臭氧大量进入液相或在气液界面反应，提高了臭氧氧化的利用效率，因而对于压载水中的细菌、藻类，原生动物等细胞具有较好的灭活效果。

附图说明

图1是本发明的方法的流程图；

图2是实现本发明方法的装置连接示意图；

图3是本发明的管式高压放电反应装置示意图；

图4是图3的B-B剖视图；

图5是图4的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-5。本发明的具体实施方式一的技术方案是舰船中的压载水在输送管道1中经过阀门2到达不锈钢过滤网3，较大的进入舰船压载水管道系统的悬浮物和水生生物可以被去除。再继续经过微孔过滤器4过滤后的水进入到高压放电反应装置管段中，滤孔直径为20～50微米。为了方便在现有舰船压载水输送管道中安装，放电反应装置为管段形式，装置外层由绝缘材料5包裹。在该装置中，存在两个电极分别为高压电极6和地电极7。其中高压电极6为不锈钢网筒电极，通过固定装置固定在反应装置的中间位置，网筒网格边长为1～50毫米，网筒直径为1～200毫米。地电极7为不锈钢圆筒，圆筒直径由压载水输送管道直径确定，并与之匹配。在反应装置底部均匀分布微孔曝气管8，通过曝气管8可以向装置内通入空气，氧气或者臭氧。曝气孔直径为20微米～10毫米，管口间距为10～100毫米。根据压载水输送管道直径确定曝气管布置形式，为了向放电反应装置内均匀曝气，曝气管位置位于管路底部中心位置，弧形布置，宽度为1/4地电极圆周。气体流速为100～10000mL/min，气泡直径范围为20微米～10毫米。通过反应装置的压载水经过处理后离开反应装置，进入到压载舱中。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处是：地电极7为不锈钢网筒形式，网筒网格边长为1～50毫米。

Claims (9)

1.一种在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法，其特征是：在舰船压载水的输送管道上串接微孔过滤器和管式高压放电反应装置，舰船压载水经过微孔过滤器，滤孔直径为20～50微米，去除较大的进入舰船压载水管道系统的悬浮物和水生生物；过滤后的水进入到管式高压放电反应装置，向管式高压放电反应装置的高压电极和地电极之间施加10～60千伏特的脉冲高压，产生高压脉冲放电，压载水在管式高压放电反应装置内的停留时间为0.1～2小时，通过管式高压放电反应装置的压载水进入到压载舱中。

2.根据权利要求1所述的在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法，其特征是：在高压脉冲放电的同时通过曝气管向管式高压放电反应装置内通入空气、氧气或者臭氧。

3.根据权利要求1或2所述的在舰船压载水管道输送中杀灭藻类和细菌的方法，其特征是：通入空气、氧气或者臭氧的气体流速为100～10000mL/min，气泡直径范围为20微米～10毫米。

4.一种管式高压放电反应装置，其特征是：组成包括绝缘材料(5)、高压电极(6)和地电极(7)，高压电极(6)为不锈钢网筒电极通过固定装置固定在反应装置的中间位置，地电极(7)为直径与压载水输送管道直径相匹配的不锈钢圆筒，绝缘材料(5)包裹在地电极(7)外。

5.根据权利要求4所述的管式高压放电反应装置，其特征是：在管式高压放电反应装置底部均匀分布微孔曝气管(8)。

6.根据权利要求5所述的管式高压放电反应装置，其特征是：所述微孔曝气管(8)的曝气孔直径为20微米～10毫米，管口间距为10～100毫米。

7.根据权利要求4、5或6所述的管式高压放电反应装置，其特征是：构成高压电极(6)的不锈钢网筒的网格边长为1～50毫米，网筒直径为1～200毫米。

8.根据权利要求4、5或6所述的管式高压放电反应装置，其特征是：曝气管位置位于管式高压放电反应装置底部中心位置，弧形布置，宽度为1/4地电极圆周。

9.根据权利要求7所述的管式高压放电反应装置，其特征是：曝气管位置位于管式高压放电反应装置底部中心位置，弧形布置，宽度为1/4地电极圆周。

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