CN102642960A - 适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置及方法，当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时，仅选用步骤A处理；当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时，仅选用步骤B1处理；当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时，选用步骤A或步骤B1处理，其中步骤A为：取水经过过滤，依次通过紫外线设备、第一超声波设备、电解设备和第二超声波设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水直接通过船外总排放口排出；步骤B1为：取水经过过滤，依次通过第一超声波设备、紫外线设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水经过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后，送至船外总排放口排放。本发明技术的适用范围广，杀菌灭藻效果彻底。

Description

适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置及方法

技术领域

本发明属于船舶压载水处理技术领域，尤其是涉及一种船舶压载水处理装置及其处理方法。

背景技术

目前国际贸易量的90%以上是通过远洋船舶的运输而实现的，当船舶压载水不经过处理或者处理不彻底就进行异地排放时，将极有可能引起外来物种入侵。如具有典型代表性的“栉水母事件”、“霍乱弧菌污染事件”等。海洋生物的入侵具有不可逆性，其所引起的环境灾害会随着时间的变迁而愈演愈烈，因此已被国际海事组织（IMO）列为海洋面临的四大危害之一。

为有效控制远洋船舶进行压载水和沉积物异地排放带来的危害，IMO召开的成员国外交大会于2004年2月13日在伦敦通过了《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》，该公约已于2004年6月1日开放供各国正式批准接受。

中国作为航运大国和IMO的Ａ类理事国，我国目前远洋船舶总吨位占世界总吨位的3.4％，是世界第二大海洋运输国，产业化滞后可能会遭遇技术垄断和贸易壁垒，开发具有自主知识产权和实用性强的压载水处理技术，具有十分重要的意义。

根据船舶航行的路线和区域的不同，压载水的类型也有差别，压载水可能是淡水、半咸水或海水。压载水中含有的生物种类主要有藻类、细菌、真菌、霉菌、病毒、鱼卵、原生动物等，其中藻类在常规手段下进行杀灭时易释放藻毒素，造成二次污染；部分细菌和真菌在一定的不利条件下会形成芽孢和孢子，当不利环境解除时又会逐渐恢复活性，因此难以完全杀灭。

目前常用的压载水处理技术包括传统过滤法、臭氧氧化法、电解法、紫外线灭菌等方法，且现有技术大多是针对海水压载水的处理，当船舶航行的路线和区域改变时，压载水的类型也将改变，单一的处理方法将无法对其进行处理。

传统过滤法是对压载水进行混凝-絮凝处理后，用滤层进行过滤，从而净化水质，但其去除率有限，尤其是对粒径较小的细菌、真菌、病毒则无法完全去除。

臭氧氧化杀菌方法主要是通过分解细菌内部葡萄糖所需的酶，或破坏细菌病毒的细胞器和DNA、RNA，或侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。但存在的问题是设备占地面积较大，船上安装受限制；臭氧处理海水，会产生溴酸盐等有害物质，可能会产生二次污染。

紫外线杀菌方法主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体)的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。紫外线用于压载水的处理存在的问题是：1、海水中含有大量的悬浮物质会阻挡紫外线对生物和病原体的照射，影响处理效果，而且能耗很大；2、处理效果好坏在很大程度上依赖于微生物的大小和形态，如海藻类，由于其尺寸和颜色的原因，需要的剂量比细菌大，蓝绿海藻对紫外线抵抗性特强，杀死它需要的辐射量比杀死细菌需要的数量大2一3级；3、有些微生物在长期的自然进化过程中具备了较强的自我修复能力，可以对抗紫外线的处理，一些细菌及浮游植物也具有类似的修复能力，处理效果不理想。

电解法是利用在电解时产生的Cl₂,C1O₂,HC1O，C1O^-等高效氧化剂对微生物进行杀灭或抑活，水中氯离子浓度是电解法重要的运行参数。船舶因其航行的水域不同，其压载水的特性也不同，主要可将其分为海水、淡水和半咸水。半咸水因其所处的地理位置，与海水的交换形式，受蒸发、降水、结冰、融冰和陆地径流的影响，盐度分布不均。通过实验确定氯离子浓度在15000mg/L以上较为适宜电解制氯，氯离子浓度大于8000mg/L依然可行，但是效率较低，能耗较高，氯离子浓度小于8000mg/L不适合电解，如需电解需要补充食盐提高其氯离子含量。

超声波灭菌法是近年来发展的一项杀菌除藻技术，其利用超声波空化效应伴随着的热效应、机械效应、化学效应、生物效应来灭活生物，在超声波作用下气泡与小界面处可产生高达1900~5200K的高温和超过50MPa的高压，温度可在每秒升高10%，并伴有强烈的冲击波和时速高达400km/h的射流，这些条件足可以打开藻类气囊，破坏细胞破壁，促使菌胶团解聚，加上其水相燃烧、高温分解和产生氧化性很强的·OH和H₂O₂物质，从而有效地实现船舶压载水的生物灭活。但超声波法不像电解法那样因含余氯而具有延续性杀菌效果。

目前也出现一些组合式灭菌装置，如将电解、超声波和微波、紫外线的一种或多种串联或并联使用，但是由于船舶压载水涉及海水、淡水以及半咸水，而且可能包含的生物种类的多样，导致这些组合技术的装置的适应性差，并不能彻底的处理各种类型的压载水，处理效果不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，使用同一套装置便可以处理海水、淡水或半咸水的压载水，适应性广泛、处理效果好。

本发明的另一目的是提供一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理方法。

本发明装置的技术解决方案是：一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，设置在船外总取水口、具有注水口和排水口的压载水舱及船外总排放口之间，包括压载泵，过滤器，初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器，其中初级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备，次级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的电解设备和第二超声波设备，所述压载泵的入水口同时连接所述船外总取水口和所述排水口，所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入水口、初级杀菌灭藻器的入水口以及所述船外总排放口，过滤器的出水口连接初级杀菌灭藻器的入水口，初级杀菌灭藻器的出水口连接次级杀菌灭藻器的入水口，次级杀菌灭藻器的出水口同时连接所述注水口和所述船外总排放口。

电解设备可以将海水电解，产生Cl₂，ClO₂,HC1O，C1O^-，·OH,H₂O₂等高效氧化剂物质，超声波空化效应将可与氯反应产生三氯甲烷的有机物氧化，破坏藻类的气囊，破坏孢子、芽孢等休眠体，电解和紫外线以及超声波配合，杀菌消毒能力比单一技术高，可在反应时间短，电流较小的情况下，达到除藻灭菌效果。超声波空化效应还可以进一步将大的菌胶团破坏为单个微生物，破坏细胞壁，协同紫外线设备在极短的时间内，实现对生物体的彻底杀灭；此外超声波震动的机械效应对电解设备的阴极、紫外线石英套管表面的积垢进行清洗，使系统能够持续稳定的运行。海水经过上述处理，生物体被彻底杀灭，可以实现直接排放；对于淡水压载水，可以利用超声波空化效应和紫外线设备配合，实现对生物体的彻底杀灭，排放时，再经过超声波空化和紫外线杀菌，实现安全排放。将紫外线设备、超声波设备以及电解设备组合使用，组成不同的注水和排水管线，可使用同一套装置实现不同压载水的杀菌灭藻处理，适应性强，杀菌灭藻时间短，余氯含量低，对设备的侵蚀损害轻，灭杀效果好。

在所述船外总取水口与所述压载泵入水口之间、所述排水口与所述压载泵入水口之间、所述压载泵出水口与所述船外总排水口之间、所述压载泵出水口与所述过滤器入水口之间、所述压载泵出水口与所述初级杀菌灭藻器入水口之间、所述次级杀菌灭藻器出水口与所述注水口之间、所述次级杀菌灭藻器出水口与所述船外总排水口之间分别设有阀门。通过控制各阀门的开启和关闭实现对不同盐度压载水的处理。

本发明装置的另一种技术解决方案是：一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，设置在船外总取水口、具有注水口和排水口的压载水舱及船外总排放口之间，包括压载泵，过滤器，初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器，其中初级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备，次级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的电解设备和第二超声波设备，所述压载泵的入水口同时连接所述船外总取水口和所述排水口，所述压载泵的入水口同时连接所述船外总取水口和所述排水口，所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入水口、初级杀菌灭藻器的入水口以及所述船外总排放口，过滤器的出水口连接初级杀菌灭藻器的入水口，初级杀菌灭藻器的出水口同时连接次级杀菌灭藻器的入水口和所述船外总排放口，次级杀菌灭藻器的出水口连接所述注水口。

电解设备可以将海水电解，产生Cl₂，ClO₂,HC1O，C1O^-，·OH,H₂O₂等高效氧化剂物质，超声波空化效应将可与氯反应产生三氯甲烷的有机物氧化，破坏藻类的气囊，破坏孢子、芽孢等休眠体，电解和紫外线以及超声波配合，杀菌消毒能力比单一技术高，反应时间短，含氯量低；超声波空化效应还可以进一步将大的菌胶团破坏为单个微生物，破坏细胞壁，协同紫外线设备在极短的时间内，实现对生物体的彻底杀灭；此外超声波震动的机械效应对电解设备的阴极、紫外线石英套管表面的积垢进行清洗，使系统能够持续稳定的运行。海水经过上述处理，生物体被彻底杀灭，可以实现直接排放；对于淡水压载水，可以利用超声波空化效应和紫外线设备配合，实现对生物体的彻底杀灭，排放时，再经过超声波空化和紫外线杀菌，实现安全排放。将紫外线设备、超声波设备以及电解设备组合使用，组成不同的注水和排水管线，可使用同一套装置实现不同压载水的杀菌灭藻处理，适应性强，杀菌灭藻时间短，余氯含量低，对设备的侵蚀损害轻，灭杀效果好。

在所述船外总取水口至所述初级杀菌灭藻室的入水口之间设有盐度检测仪或氯离子检测仪。用于快速检测取水的盐度，方便选择合适的处理方式。

本发明方法的技术解决方案是：一种适用于海水/淡水的船舶压载水的处理方法，当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时，仅选用步骤A处理；当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时，仅选用步骤B1或步骤B2处理；当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时，选用步骤A、步骤B1或步骤B2处理。其中步骤A为：取水经过过滤，依次通过紫外线设备、第一超声波设备、电解设备和第二超声波设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水直接通过船外总排放口排出；步骤B1为：取水经过过滤，依次通过第一超声波设备、紫外线设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水经过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后，把次级杀菌灭藻器的腔体作为通道将水送至船外总排放口排放；步骤B2为：取水经过过滤，依次通过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水通过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后，直接送至船外总排放口排放。

根据取水中氯离子含量的不同，可以在同一套装置上选择不同的处理路线。对于氯离子含量高的压载水而言，取水经过滤后，通过紫外线+超声波、电解+超声波的两级处理，电解时可产生Cl₂，ClO₂,HC1O，C1O^-等高效氧化剂物质以及·OH,H₂O₂等粒子，将船舶压载水中的生物杀灭或抑活，与紫外线设备和超声波设备配合使用，使可与氯反应产生三氯甲烷的有机物氧化，超声波同时还可破坏藻类的气囊，孢子、芽孢等休眠体以及细胞破壁，超声波对菌胶团的解聚作用远大于氯类消毒剂，超声波氧化协同电化学氧化组成高级氧化工艺，再配合紫外线杀菌，组合后的技术既可以降低电解强度，又同时提高杀菌灭藻能力，即使在反应时间短，余氯含量低的情况下也可以达到很好的压载水除藻灭菌效果，而且具有持续杀菌灭藻的效果；对于氯离子含量低的压载水，可以选用三种类似的处理工艺，即取水经过过滤后，都需要通过紫外线+超声波的联合处理，利用超声波的周期性震荡以及声空化形成的射流在水中形成机械剪力，可将大的菌胶团破坏为单个微生物，超声波还可以破坏细胞壁，强化紫外线消毒效果，排水时再进行一次超声波和紫外线协同处理，从而实现安全排水的目的。通过组合使用三种杀菌灭藻技术，可以显著提高处理的适应范围，整体能耗较低，使用安全可靠。

电解时电流密度为10～2500A/m²，超声波频率为15～500KHz，紫外线的波长为：180-400nm。

本发明的优点是：根据海水、淡水及半咸水不同水质压载水的特性，可以组合形成不同的处理单元，彻底杀灭压载水中生物性污染物，形式灵活，适用范围广泛，无需投加其他药剂，无二次污染，为环境友好型技术；组合紫外线和超声波以及电解和超声波技术对压载水进行多级灭藻杀菌，可在余氯浓度低、反应时间短的条件下对生物污染物进行多级杀灭，去除彻底，同时防止对设备的腐蚀。

附图说明

附图1为本发明实施例1的结构原理图；

附图2为本发明实施例1中初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器的连接结构示意图；

附图3为本发明实施例2的结构原理图；

附图4为本发明实施例2中初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器的连接结构示意图；

1、船外总取水口，2、船外总排放口，3、压载泵，4、压载水舱，5、注水口，6、排水口，7、盐度检测仪或氯离子检测仪，8、过滤器，9、紫外线灭菌灯，10、第一超声波设备，11、电解设备，12、第二超声波设备，13、初级杀菌灭藻器，14、次级杀菌灭藻器，15、壳体，16、壳体，17、阳极，18、阴极，19、电解电源，20、镇流器电源，21、石英套管，K1-K7、阀门。

具体实施方式

实施例1：

参阅附图1，为一种用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，设置在船外总取水口1、具有注水口5和排水口6的压载水舱4及船外总排放口2之间，包括压载泵3、过滤器8、初级杀菌灭藻器13和次级杀菌灭藻器14，其中初级杀菌灭藻器13包括壳体15、紫外线灭菌灯9和第一超声波设备10，次级杀菌灭藻器14包括壳体16、电解设备11和第二超声波设备12，压载泵3的入水口同时连接船外总取水口1和排水口6，压载泵3的出水口同时连接过滤器8的入水口、初级杀菌灭藻器13的入水口以及船外总排放口2，过滤器8的出水口连接初级杀菌灭藻器13的入水口，初级杀菌灭藻器13的出水口连接次级杀菌灭藻器14的入水口，次级杀菌灭藻器14的出水口同时连接注水口5和船外总排放口2。图中实线表示注水管线，虚线表示排水管线。

在船外总取水口1和压载泵3入水口之间的管道上设有控制阀K1，在压载泵3的出水口和过滤器8的入水口之间设有盐度检测仪或氯离子检测仪7和控制阀K2，在次级杀菌灭藻器14的出水口与注水口5之间管道上设有控制阀K3，在排水口6与压载泵3的入水口之间管道上设有控制阀K4，在压载泵3的出水口和初级杀菌灭藻器13入水口之间的管道上设有控制阀K5，在压载泵3的出水口和船外总排放口2之间的管道上设有控制阀K6，在次级杀菌灭藻器14出水口与船外总排放口2之间的管道上设有控制阀K7。

参阅图2，本实施例中，初级杀菌灭藻器13和次级杀菌灭藻器14分别设置在两个独立的壳体内，其中初级杀菌灭藻器13内的紫外线灭菌灯9套设在设置在壳体15内的石英套管21内，整流器电源20设置在壳体15外，第一超声波设备10设置在正对石英套管21的侧面，利用超声波振动产生的机械效应对石英套管21的表面积垢进行清洗，次级杀菌灭藻器14内的电解设备11包括设置在壳体16内的阳极17、阴极18和设置在壳体16外的电解电源19，第二超声波设备12位于阳极17和阴极18的正下方，利用超声波震动产生的机械效应对阴极18表面积垢进行清除。

本实施例装置在用于取水及向压载水舱注水时，打开阀门K1、K2、K3，其余阀门关闭，经压载泵3抽取的压载水经过过滤器8过滤，将大小在50μm以上的生物和垃圾进行去除，并通过盐度检测仪或氯离子检测仪7对压载水中的氯离子浓度进行检测，根据检测浓度选取不同的注水及排水的灭菌处理工艺，当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时，仅选用步骤A处理；当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时，仅选用步骤B1处理；当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时，可选用步骤A或步骤B1处理，其中步骤A为：取水经过过滤，依次通过紫外线灭菌灯9、第一超声波设备10、电解设备11和第二超声波设备12杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱4内；步骤B1为：取水经过过滤，依次通过紫外线灭菌灯9和第一超声波设备10杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱4内。

压载水舱4进行排水时，压载水从排水口6抽出，经过压载泵3，对应注水时的取水中氯离子浓度范围，当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时，仅选用步骤A处理；当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时，仅选用步骤B1处理；当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时，可选用步骤A或步骤B1处理。具体而言，排水时的步骤A为：开启阀门K4、K6，其余阀门关闭，压载水经过压载泵3后直接通过船外总排放口2排出；排水时的步骤B1为：开启阀门K4、K5、K7，其余阀门关闭，压载水通过压载泵3送入初级杀菌灭藻器13，启用紫外线灭菌灯9和第一超声波设备10，进行杀菌灭藻处理后，再进入次级杀菌灭藻器14腔体送至船外总排放口2排出。

电解时电流密度为10～2500A/m²，超声波频率为15～500KHz，紫外线的波长为：180-400nm。

对于本实施例的装置，虽然初级杀菌灭藻器13和次级杀菌灭藻器14是分别设置在两个独立的壳体内，但是从压载水的流向以及处理方法而言，将初级杀菌灭藻器13和次级杀菌灭藻器14设置在同一个壳体内的装置，也可以实现本发明的处理方法，换言之，在一个壳体内设置紫外线设备、超声波设备和电解设备，通过控制各设备的开启或停运，也可以实现对压载水的不同处理工艺。

氯离子含量高的压载水经过滤后进入初级杀菌灭藻器，通过紫外线杀菌和超声波空化技术进行第一次杀菌灭藻处理。紫外线杀菌技术无二次污染，对环境影响小，在生活污水的消毒工艺中采用较多，当其运用于船舶压载水处理时主要有以下几个问题：1、进入消毒工序的生活污水SS含量一般在10-20mg/l，而海水的SS含量远高于这一数值，大量的悬浮物质会阻挡紫外线对生物和病原体的照射，影响处理效果，而且能耗很大；2、在很大程度上依赖于微生物的大小和形态，如海藻由于其尺寸和颜色的原因，需要的剂量比细菌大，蓝绿海藻对紫外线抵抗性特强，杀死它需要的辐射量比杀死细菌需要的数量大2—3级；且紫外线消毒法只能杀灭外层微生物，对于附着在固体颗粒物和孢子内部的微生物无法杀灭；3、有些微生物在长期的自然进化过程中形成了自我修复功能，当离开紫外线辐射的环境后，一些被杀伤的微生物可自动修复损伤的DNA分子，实现再生。而将紫外线杀菌技术与超声波技术联合使用时，在低频率超声波的作用下，超声波的周期性震荡以及声空化形成的射流在水中形成机械剪力，可将大的菌胶团破坏为单个微生物，增大超声波功率则可破坏细胞壁，强化紫外线消毒效果。如仅用紫外线可在5s之内将粪大肠杆菌从450000降低到1600CFU/100ml，而将50w的超声波与之协同作用，可在5s之内将粪大肠杆菌降低到250CFU/100ml，将310w的超声波与紫外线协同作用，可在5s之内将粪大肠杆菌降低到100CFU/100ml。对于氯离子含量较低的淡水而言，通过上述处理，已经达到杀菌灭藻的效果。另外，在实际使用中，利用超声波的机械效应对紫外线石英套管积垢进行清洗，提高的透光率，保证了持续的杀菌效果。

经过初级杀菌灭藻器内紫外线+超声波组合技术处理后的出水，再进入次级杀菌灭藻器内进行电解+超声波的第二次杀菌灭藻处理。压载水在电解时会产生Cl₂，ClO₂,HC1O，C1O^-等高效氧化剂物质，将船舶压载水中的生物杀灭或抑活。高能量的电解会产生大量的高效氧化剂，剂量过大时会导致以下四个问题：1、与水中有机物形成高致癌的消毒副产物三氯甲烷；2、增强微生物抗药性；3、引起嗅味；4、对菌胶团内部的微生物无效。但是当电解与超声波技术组合使用时可以改变这一状况，可在电流较小的情况下，强化除藻灭菌效果。在电解作用下所产生的·OH,H₂O₂等粒子优先将可与氯反应产生三氯甲烷的有机物氧化，超声波对藻类的气囊，孢子、芽孢等休眠体，细胞破壁的破坏作用，菌胶团的解聚作用远大于氯类消毒剂。超声波氧化协同电化学氧化组成高级氧化工艺，杀菌消毒的能力比单一技术的降解速率将提高7到9个数量级的增加，即反应速度将千万甚至数亿的增加。电解+超声波组合技术即使在反应时间短，含氯量低的情况下也可以达到很好的压载水除藻灭菌效果，另外，在实际使用中，电解的阴极上慢慢结垢后，电解效率也会逐渐降低，甚至会将阴、阳极的极间完全堵死，最后要停机来铲除结垢，或化学酸洗除垢。而采用电解+超声波组合技术时，两种技术在一套装置内作用，超声波的机械效应对协同的电化学电解中的阴极结垢进行清洗，可实现连续电解进而达到连续处理压载水的目的。至于氯离子含量介于海水和淡水之间的半咸水，作为压载水时，采用的处理步骤可根据装置的功率、需处理的压载水量以及能耗的要求，分别选择步骤A、步骤B1或B2，均可以保证较好的杀菌灭藻效果。

采用取水—过滤—（紫外线+超声波）+（电解+超声波）—水舱注水—水舱排水的处理工艺时，进入船舶的压载水体仍然含有一定浓度的有效氯和H₂O₂物质，在压载舱内持续抑制有害物质的再次繁殖，确保压载水排放时仍符合标准要求。采用取水—过滤—（紫外线+超声波）—水舱注水—（紫外线+超声波）-水舱排水的处理工艺时，排放前的压载水会再进行一次杀菌灭藻处理，确保压载水排放时仍符合标准要求。

经过多级复合型技术处理后的海水、半咸水或淡水的压载水，最终达到IMO《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》D2的标准要求后排放。

实施例2：

参阅图3，为又一种用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，设置在船外总取水口1、具有注水口5和排水口6的压载水舱4及船外总排放口2之间，包括压载泵3、过滤器8、初级杀菌灭藻器13和次级杀菌灭藻器14，其中初级杀菌灭藻器13包括壳体15、紫外线灭菌灯9和第一超声波设备10，次级杀菌灭藻器14包括壳体16、电解设备11和第二超声波设备12，压载泵3的入水口同时连接船外总取水口1和排水口6，压载泵3的出水口同时连接过滤器8的入水口、初级杀菌灭藻器13的入水口和船外总排放口2，过滤器8的出水口连接初级杀菌灭藻器13的入水口，初级杀菌灭藻器13的出水口同时连接次级杀菌灭藻器14的入水口和船外总排放口2，次级杀菌灭藻器14的出水口连接注水口5。图中实线表示注水管线，虚线表示排水管线。

在船外总取水口1和压载泵3入水口之间的管道上设有控制阀K1，在压载泵3的出水口和过滤器8的入水口之间设有盐度检测仪或氯离子检测仪7和控制阀K2，在排水口6与压载泵3的入水口之间管道上设有控制阀K3，在压载泵3的出水口和初级杀菌灭藻器13入水口之间的管道上设有控制阀K4，在压载泵3的出水口和船外总排放口2之间的管道上设有控制阀K5，在初级杀菌灭藻器13出水口与船外总排放口2之间的管道上设有控制阀K6。

参阅图4，本实施例中，初级杀菌灭藻器13和次级杀菌灭藻器14分别设置在两个独立的壳体内，其中初级杀菌灭藻器13内的紫外线灭菌灯9套设在设置在壳体15内的石英套管21内，整流器电源20设置在壳体16外，第一超声波设备12设置在正对石英套管21的侧面，利用超声波振动产生的机械效应对石英套管21的表面积垢进行清洗。次级杀菌灭藻器14内的电解设备11包括设置在壳体16内的阳极17、阴极18和设置在壳体16外的电解电源19，第二超声波设备12位于阳极17和阴极18的正下方，利用超声波震动产生的机械效应对阴极18表面积垢进行清除。

本实施例装置在用于取水及向压载水舱注水时，打开阀门K1、K2，其余阀门关闭，经压载泵3抽取的压载水经过过滤器8过滤，将大小在50μm以上的生物和垃圾进行去除，并通过盐度检测仪或氯离子检测仪7对压载水中的氯离子浓度进行检测，根据检测浓度选取不同的注水及排水的灭菌处理工艺，当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时，仅选用步骤A处理；当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时，仅选用步骤B2处理；当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时，可选用步骤A或步骤B2处理，其中步骤A为：取水经过过滤，依次通过紫外线灭菌灯9、第一超声波设备10、电解设备11和第二超声波设备12杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱4内；步骤B2为：取水经过过滤，依次通过紫外线灭菌灯9和第一超声波设备10杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱4内。

压载水舱4进行排水时，压载水从排水口6抽出，经过压载泵3，对应注水时的取水中氯离子浓度范围，当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时，仅选用步骤A处理；当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时，仅选用步骤B2处理；当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时，可选用步骤A或步骤B2处理。具体而言，排水时的步骤A为：开启阀门K3、K5，其余阀门关闭，压载水经过压载泵3后直接通过船外总排放口2排出；排水时的步骤B2为：开启阀门K3、K4、K6，其余阀门关闭，压载水通过压载泵3送入初级杀菌灭藻器13内，启用紫外线灭菌灯9和第一超声波设备10，进行杀菌灭藻处理后，直接送至船外总排放口2排出。

电解时电流密度为10～2500A/m²，超声波频率为15～500KHz，紫外线的波长为：180-400nm。

以下结合实验例来对本发明作进一步的说明。

实验案例1：

实验样为海水压载水，氯离子浓度为23000mg/L，处理流量为50m³/h。经过过滤后，分别采用单一电解法、（电解+超声波）法、紫外线法、（紫外线+超声波）法和本发明的（紫外线+超声波）—（电解+超声波）法（步骤A）五种方法来对水中生物进行杀灭实验，其处理效果如表1，反应条件、出水余氯含量和出水挂片腐蚀实验数据如表2所示：

表1 五种处理方式效果对比表

表2 反应条件、出水余氯含量和出水挂片腐蚀实验表

由实验数据可以看出，海水压载水经紫外线法、（紫外线+超声波）法处理后，生物含量较快升高，没有持续杀菌的作用，排水时不经过再次处理，微生物含量剧烈上升，无法达标排放。

电解法和（电解+超声波）法的出水余氯以及对挂片的腐蚀速率比本发明步骤A的（紫外线+超声波）-（电解+超声波）法高出很多倍，对船舱的不利影响将会比较大；

本发明的步骤A（紫外线+超声波）-（电解+超声波）法辐照计量为（紫外线+超声波）法的25%，为紫外线法的16.7%，且具有持续杀菌能力。

实验案例2：

某船舶压载水，压载水氯离子浓度为4000mg/L，无法采用电解法进行处理，分别采用本发明的步骤B1或B2方案进行处理,处理流量为50m³/h。所采用紫外线波长为253.7nm，紫外线辐照剂量为85mW／cm²，超声波波长为100KHZ。

经过处理，藻类、细菌、真菌、霉菌、病毒、鱼卵、原生动物等生物性污染物被杀灭，无毒性副产物产生；利用超声波震动的机械效应对紫外线石英套管积垢进行清洗，系统一直持续稳定的运行；出水质达到并优于IMO《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》D2的标准要求。系统的进出水质情况如表3。

表3

实验案例3：

某船舶压载水，压载水氯离子浓度为10000mg/L，处理流量为50m³/h，分别采用单一电解法、（电解+超声波）法、紫外线法、（紫外线+超声波）法和本发明的步骤A、步骤B1或B2方案进行处理。经过处理，藻类、细菌、真菌、霉菌、病毒、鱼卵、原生动物等生物性污染物被杀灭，无毒性副产物产生；利用超声波震动的机械效应对紫外线石英套管积垢和电解的阴极结垢进行清洗，系统一直持续稳定的运行；出水质达到并优于IMO《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》D2的标准要求。

系统的进出水质情况如表4：

表4

反应条件见表5

表5

由实验数据可以看出，压载水经紫外线法、（紫外线+超声波）法处理后，生物含量较快升高，没有持续杀菌的作用，排水时不经过再次处理，微生物含量剧烈上升，无法达标排放。

单一电解法和（电解+超声波）法的电流值较大，能耗高，且余氯量大，对船体腐蚀性高。

本发明的（紫外线+超声波）-（电解+超声波）法辐照计量为单一紫外线法的30%，且具有持续杀菌能力。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，设置在船外总取水口、具有注水口和排水口的压载水舱及船外总排放口之间，包括压载泵，过滤器，其特征在于：它还包括初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器，其中初级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备，次级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的电解设备和第二超声波设备，所述压载泵的入水口同时连接所述船外总取水口和所述排水口，所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入水口、初级杀菌灭藻器的入水口以及所述船外总排放口，过滤器的出水口连接初级杀菌灭藻器的入水口，初级杀菌灭藻器的出水口连接次级杀菌灭藻器的入水口，次级杀菌灭藻器的出水口同时连接所述注水口和所述船外总排放口。

2.根据权利要求1所述的适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，其特征在于：在所述船外总取水口与所述压载泵入水口之间、所述排水口与所述压载泵入水口之间、所述压载泵出水口与所述船外总排水口之间、所述压载泵出水口与所述过滤器入水口之间、所述压载泵出水口与所述初级杀菌灭藻器入水口之间、所述次级杀菌灭藻器出水口与所述注水口之间、所述次级杀菌灭藻器出水口与所述船外总排水口之间分别设有阀门。

3.一种适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，设置在船外总取水口、具有注水口和排水口的压载水舱及船外总排放口之间，包括压载泵，过滤器，其特征在于：它还包括初级杀菌灭藻器和次级杀菌灭藻器，其中初级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的紫外线设备和第一超声波设备，次级杀菌灭藻器包括设置在壳体内的电解设备和第二超声波设备，所述压载泵的入水口同时连接所述船外总取水口和所述排水口，所述压载泵的入水口同时连接所述船外总取水口和所述排水口，所述压载泵的出水口同时连接过滤器的入水口、初级杀菌灭藻器的入水口以及所述船外总排放口，过滤器的出水口连接初级杀菌灭藻器的入水口，初级杀菌灭藻器的出水口同时连接次级杀菌灭藻器的入水口和所述船外总排放口，次级杀菌灭藻器的出水口连接所述注水口。

4.根据权利要求3所述的适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，其特征在于：在所述船外总取水口与所述压载泵入水口之间、所述排水口与所述压载泵入水口之间、所述压载泵出水口与所述船外总排水口之间、所述压载泵出水口与所述过滤器入水口之间、所述压载泵出水口与所述初级杀菌灭藻器入水口之间、所述初级杀菌灭藻器出水口与所述船外总排水口之间分别设有阀门。

5.根据权利要求1或2或3所述的适用于海水/淡水的船舶压载水处理装置，其特征在于：在所述船外总取水口至所述初级杀菌灭藻室的入水口之间设有盐度检测仪或氯离子检测仪。

6.一种适用于海水/淡水的船舶压载水的处理方法，其特征在于：当取水中氯离子浓度大于15000mg/L时，仅选用步骤A处理；当取水中氯离子浓度小于8000mg/L时，可选用步骤B1或步骤B2处理；当取水中氯离子浓度为8000mg/L-15000mg/L时，选用步骤A、步骤B1或步骤B2处理，其中步骤A为：取水经过过滤，依次通过紫外线设备、第一超声波设备、电解设备和第二超声波设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水直接通过船外总排放口排出；步骤B1为：取水经过过滤，依次通过第一超声波设备、紫外线设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水经过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后，把次级杀菌灭藻器的腔体作为通道将水送至船外总排放口排放；步骤B2为：取水经过过滤，依次通过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后，作为注水送入压载水舱内，压载水舱的排水通过紫外线设备和第一超声波设备杀菌灭藻后，直接送至船外总排放口排放。

7.根据权利要求6或7所述的适用于海水/淡水的船舶压载水的处理方法，其特征在于：电解时电流密度为10～2500A/m²，超声波频率为15～500KHz，紫外线的波长为：180-400nm。

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