CN102762271B - 用于船舶的压载水处理装置及处理方法 - Google Patents

用于船舶的压载水处理装置及处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于船舶的压载水处理装置及方法，压载水处理装置能够被安装在船舶上并且将从船舶排放的压载水或装载在船舶中的压载水中的微生物有效地杀灭或灭活。压载水处理装置包括：过滤器（1），其设置为围绕轴线的圆筒且设置为可绕着轴线旋转；被处理水喷嘴（2），其朝向过滤器（1）的外周表面喷射被处理水；壳体（3），其设置为围绕过滤器（1）且包括外圆筒部（31），外圆筒部（31）在内部具有被处理水喷嘴（2）的喷嘴开口（21）；已过滤水流路（7），其用于将已透过过滤器（1）的已过滤水从过滤器（1）的圆筒的内部引导至壳体（3）的外部；以及排放流路（8），其用于将未被过滤器（1）过滤的排放水排放至壳体（3）的外部。

Description

用于船舶的压载水处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及用于处理压载水的系统，所述压载水被存储以便在诸如油轮等船舶的航行期间提供稳定性，并且本发明更具体而言涉及用于船舶的压载水处理装置及其处理方法，所述处理装置安装在船舶上并且用于除去海水中的微生物。
背景技术
近年来，对船舶中承载的压载水的处理成为问题。压载水是当船舶空载时承载在船舶中以提供安全航行的海水。压载水从货源港口周围的水域提取，并且在目的地港口装载货物的过程中排入海中。即，在货源港口从海水中提取的压载水在目标港口（货物装载港口）被排放。例如，当油轮从日本离港驶向诸如科威特等中东产油国家时，来自日本水域的海水作为压载水被承载，并且被排放到中东水域的海洋中。当压载水被排放到与提取压载水的海域不同的海域时，海洋生物被运输到与其原栖息地不同的海域，这对海洋生态系统产生了巨大影响。
为此，已开发了通过净化压载水来除去、杀死或灭活微生物的多种方法。例如，日本专利No.3660984描述了一种通过加热海水来杀灭水下生物的方法，并且日本专利No.4261955公开了利用蒸汽和紫外线照射的方法。还提出了其它的方法，诸如借助于施加电压或冲击波的电力方法以及注射例如次氯酸纳等制剂的方法。还开发了在杀灭处理之前进行过滤或为了除去较大微生物而进行过滤的方法。例如，日本专利公报No.2006-728描述了一种利用过滤膜来制取压载水的方法。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.3660984
专利文献2：日本专利No.4261955
专利文献3：日本专利公报No.2006-728
发明内容
技术问题
常规的压载水处理具有其自身的不利之处。例如，加热法要面对确保用于加热的能量的问题，并且难以完全杀灭微生物。利用电力的方法也难以完全杀灭微生物，并且需要大量的电能。使用制剂的方法需要高浓缩的制剂，并且要面对诸如对排放的水进行中和的问题。利用紫外灯的方法相对有效，但需要大量的灯来完全杀灭微生物，并且要面对安装费用的挑战。使用过滤膜的方法需要使用孔尺寸极小的膜，需要花一定时间进行过滤并且需要清洁过滤膜以消除堵塞，这对于处理大量海水而言是不实用的。
虽然已开发了处理压载水的这些不同的方法，但目前还没有确切的方法，并且需要进一步提高性能。本发明的目的是提供一种用于船舶的压载水处理装置及其处理方法，所述处理装置能够安装在船舶上并且能够有效地杀灭或灭活从船舶排放或装载在船舶中的压载水中的浑浊物和微生物。
问题的解决方案
通过对能够安装在船舶上并且能够有效地净化压载水的装置进行仔细研究，本申请的发明人做出了本发明。
本申请的一项发明是一种用于船舶的压载水处理装置，其包括：过滤器，其设置为围绕轴线的圆筒，并且设置为能够绕着所述轴线旋转；被处理水（待处理水）喷嘴，其用于朝向过滤器的外周表面喷射被处理水；壳体，其设置为围绕过滤器并且包括外圆筒部，外圆筒部在内部具有被处理水喷嘴的喷嘴开口；已过滤水流路，其用于将已透过过滤器的已过滤水从过滤器的圆筒的内部引导至壳体的外部；以及排放流路，其用于将被过滤器过滤的排放水排放至壳体的外部。
利用这种结构，从设置为圆筒的过滤器的外部朝向过滤器的外周表面喷射被处理水，从而在进行过滤的同时使被处理水连续地在旋转的过滤器的表面上流动。这样，可以在清除过滤器的堵塞的同时连续地进行过滤，从而与具有相同膜面积的板状过滤器相比能够有效地清除异物。由于过滤使得浑浊物附着并积聚在过滤器的外周表面上，因此需要对表面进行清洁。本发明的过滤器在被处理水喷射到过滤器的外周表面上的同时进行旋转，从而由于喷射和旋转的作用使得过滤和清洁同时进行，因此与常规过滤器相比较，在本发明的过滤器中不易发生堵塞。尽管被处理水优选沿着与过滤器表面垂直的方向喷射以增大过滤压力，但是当被处理水沿着偏离垂直方向的方向喷射时，能够获得用于旋转的驱动力。
本发明中的待处理的海水没有特别限制。在常有船舶停靠的港口区域中，海水所含的微生物和浑浊物具有大约1度至100度的浊度。海水中造成问题的微生物的实例包括大肠杆菌、霍乱弧菌、肠道球菌、水蚤幼虫、海盘车、亚洲昆布属植物等等，并且这些微生物大多数尺寸为0.3微米到数微米。使用过滤器从海水中除去这些浑浊物和微生物。可以使用由无纺织物或聚酯制成的较为坚韧的过滤器。待除去的浑浊物包含不同尺寸的诸如二氧化硅等无机成分。需要除去压载水中尺寸至少为10微米的微生物和浑浊物。只要能够有效地除去微生物和浑浊物，对过滤器的材料没有特别的限制。厚度大的膜会使过滤的流率相应减小，而厚度小的膜则易于破裂。尽管取决于材料，但膜的厚度优选为不小于0.1mm并且不大于1mm。
优选地，被处理水喷嘴的喷嘴开口是以过滤器的轴线方向作为长边方向的长形开口。这允许被处理水在过滤器的整个轴线方向上进行喷射。这样，能够有效地利用整个过滤器并有效地清洁整个过滤器。因此，优选地，长形开口的长边长度大致等于过滤器在轴线方向上的长度。这是为了有效地作用在过滤器的整个表面上。相应地，长形开口的长边长度和过滤器在轴线方向上的长度无需精确地彼此相等，只需要构造为使得喷射的被处理水能够到达过滤器的整个表面即可。这里使用的长形开口指的是具有长边和短边的长而窄的开口。该长形开口典型地为基本呈长方形的矩形开口，长形开口的形状还包括短轴形成弧线的跑道形状、椭圆形等等。
另外，可以设置有方向变换板，该方向变换板设置为从外圆筒部的内壁沿圆筒的轴线方向延伸。该方向变换板阻挡了在外圆筒部内围绕过滤器沿着过滤器表面在圆周方向上流动的被处理水，并且将被处理水的流动方向从圆周方向改变为与过滤器的圆筒表面大致垂直的方向（圆筒的径向）。沿着大致垂直于圆筒表面的改变后的方向流动的水流向过滤器表面施加压力以去除附着在过滤器表面上的浑浊物等，由此更加有效地抑制了过滤器的堵塞。使用长形开口特别是矩形开口作为喷嘴开口是十分有效的，这是由于该喷嘴自身具有方向变换板的功能。
此外，可以设置用于朝向过滤器的外周表面喷射清洁用水的清洁用水喷嘴，并且将该清洁用水喷嘴的喷嘴开口设置在外圆筒部中。优选地，清洁用水喷嘴也具有长形开口。通过设置专用于不同于被处理水的清洁用水的喷嘴，可以将诸如喷嘴角度和喷嘴数量等条件最优化。此外，由于清洁和过滤更加有效地同时进行，因而提高了过滤效率。
在本装置中，未经过滤器过滤的排放水连续地经由排放流路排放到外部。在普通的过滤装置中，即使被处理水的供给和经处理的已过滤水的排放连续地进行，未经过滤的被处理水也无法连续地排放。而是，在操作一定时间之后需将过滤器拆除以进行诸如清除堵塞等维护。在需要连续处理大量压载水的本发明的装置中，水的排放也可以连续地进行，从而提高了处理效率。
优选地，过滤器为褶皱式过滤器（折叠式过滤器），其具有沿圆筒的径向折叠的褶皱形状。
褶皱形状指的是通过多次折叠设置为圆筒的过滤器的表面而具有交替的峰和谷的形状。褶皱形状能够有效地增大膜面积，并且对于减小在安装场所十分有限的船舶上使用的整个装置的安装空间来说尤为优选。优选使褶皱形状具有大的褶深和大量的褶皱数量以增大面积。然而，考虑到堵塞的程度和清洁的容易度，直径为约100mm至800mm的圆筒形过滤器优选为具有不小于30mm且不大于150mm的褶深，更优选地具有不小于50mm的褶深并且具有不少于100个且不大于500个褶皱。尽管优选为具有大的褶深和大量的褶皱数量以增大面积，但是太深的褶皱难以清洁因而是非优选的。
当过滤器具有褶皱形状并且喷嘴开口为长形开口时，优选地，开口的短边长度小于褶皱过滤器的褶皱之间的间距的三倍。褶皱之间的间距指的是向圆筒外延伸的相邻的峰的顶点之间的间隔长度，该间距是各顶点之间的间距的平均值。也就是说，当褶皱具有等间距时，褶皱之间的间距为通过将包围各峰的圆周的长度除以峰的数量而得到的值。已经证实，当喷嘴的开口宽度是褶皱之间的间距的三倍时，无法获得水流对过滤器的充分的清洁效果。开口的短边长度优选为小于或等于褶皱之间的间距的一半。这是因为，如果将长度减小到小于一半，则被处理水的供给压力相对增大，或者在相同的压力下供给水量减少，这会导致诸如需要使用大型水泵、增加电力消耗等不利。更优选地，为了得到更好的过滤器清洁效果，使开口的短边长度大于或等于褶皱之间的间距而不是小于褶皱之间的间距。特别有效的是使用长形开口。
另外，可以将过滤器构造为在从被处理水喷嘴喷射出的被处理水的压力下旋转。可以另外设置用于旋转的电动机。
通过以一定的角度设定被处理水喷嘴的喷嘴开口使之与过滤器圆筒的径向不一致并且将被处理水向过滤器表面进行喷射，可以使过滤器旋转。可以在不单独设置用于使过滤器旋转的动力机构的情况下连续地向表面供给被处理水。在这种情况下，优选在过滤器表面上设置凸出部和凹进部以作为容易接受水压的结构，并且特别优选地使用具有褶皱形状的过滤器。另一方面，当设置了用于旋转的电动机时，尽管需要用于旋转的机构，但是也可以自由地提供更强的旋转以提高过滤效率。更为有效的是将这些机构结合使用。
优选地，过滤器的转数不小于20rpm并且不大于150rpm，以此确保处理流率。如果转数小于20rpm，则难以实现5吨/小时的处理量。如果转数大于150rpm，则需要在极大的高压下施加被处理水以克服旋转的离心力作用而对水进行过滤。为了实现20吨/小时的处理量，例如，转数更优选的是不小于30rpm并且不大于80rpm。
上述结构可以包括回流流路，回流流路用于使排放水的一部分返回至能够被用作被处理水的位置。将排放水用作被处理水本身是一种叫做交叉流（crossflow）的技术。通过将该技术应用于本发明的装置，可以提高整体处理效率。
本申请的另一项发明是一种用于船舶的压载水处理装置，除了上述特征以外，该装置还包括位于已过滤水流路的位置上的用于以紫外光照射已过滤水的紫外线灯。特别优选的是在壳体中包括紫外线灯。
本发明的处理装置不旨在将通过过滤器过滤的被处理水中的所有微生物去除。因此，已被过滤的被处理水包含微生物。优选单独设置用于杀灭微生物的装置，可以通过应用已知的手段来实现该装置。然而，船舶上的装置安装空间有限，并且需要使装置的面积尽可能小。因此，本发明优选采用紫外线照射作为用于杀灭微生物的措施。此外，作为安装在船舶上的装置，特别优选的是将用于紫外线照射的紫外线灯与过滤装置一体化，并将紫外线灯设置在壳体中以使安装空间最小化。
可以以常规用于杀菌的灯来实现待用的紫外线灯。在常规的压载水处理中，主要使用直管型的灯，并且将灯固定为使得被处理水和灯横跨与被处理水流路直接相连的圆筒形腔室。尽管本发明采用常规的腔室实例，但腔室优选地具有沿管道的纵向的棱柱形形状。利用这种形状，紫外线灯的端部也可以设置在被处理水的水流中，从而提高紫外线灯的使用效率。优选这种形状的另一个原因是，由于腔室不与管道交叉，从而流体不会在腔室的底部停滞，因此消除了固体物质沉积的问题。
本申请的又一项发明是一种用于船舶的压载水处理装置，该装置包括多个过滤处理单元，每个过滤处理单元包括：过滤器，其设置为围绕轴线的圆筒，并且设置为能够绕着轴线旋转；以及被处理水喷嘴，其用于朝向过滤器的外周表面喷射已过滤水；其中所述多个过滤处理单元围绕所述轴线同轴地竖直布置，并且设置有共用的已过滤水流路，以将已过滤水从每个过滤处理单元的过滤器导出。
如上所述，安装在船舶上的装置就安装空间而言严重受限，并且相对于设置在地面上的水处理设备而言通常需要具有最小的安装空间。本发明的竖直布置显著地提高了单位安装空间内的处理量。考虑到管道结构的容易度，通过将两个过滤处理单元以两级方式竖直布置并且将两个过滤处理单元的已过滤水流路设置在共用轴线上，可以得到常规装置在单位相同安装空间内能够获得的处理量的两倍的处理量。另外，上述优选地应用于过滤处理装置的结构的要素分别优选地应用于多个过滤处理单元。
优选地，已过滤水流路包括以紫外光照射已过滤水的紫外线灯。更优选地，设置有用于多个过滤处理单元中的过滤器的共用旋转轴，以及用于使旋转轴旋转的电动机。当结构具有多级时也需要杀灭微生物，并且可以以与具有一级结构的情况相似的方式来设置紫外线灯。尽管可以通过喷射被处理水使过滤器旋转而无需使用电动机构，但也可以通过在具有多级的结构中的共用轴线上设置电动机来提高旋转的能效和安装效率，与一级结构的情况相比，设置电动机能够提供更高的效率。
包括电动机的过滤处理装置可以包括用于对被处理水的浊度进行检测的浊度检测单元，并且过滤处理装置可以构造为根据浊度检测单元的输出来改变电动机的转数。
使用电动机的一项优势是可以改变转数。可以通过将电动机的使用与被处理水的浊度检测相结合来有效地利用该优势。当被处理水的浊度增大时，可以提高转数以增强过滤效果，反之亦然。
本装置可包括用于对已过滤水的流率进行检测的已过滤水流率检测单元，并且本装置可构造为根据已过滤水流率检测单元的输出来改变电动机的转数。
通过将电动机的使用与已过滤水的量检测结合，当已过滤水的量减少（即，已过滤量由于过滤器的堵塞而减少）时，可以提高转数以增强清洁效果，从而减少堵塞。
本装置可包括用于对已过滤水的压力进行检测的已过滤水压力检测单元，并且本装置可构造为根据已过滤水压力检测单元的输出来改变电动机的转数。
待检测的已过滤水的压力可以是绝对压力，并且可以从被处理水导入压力与已过滤水压力之间的压力差中检测出。在任何情况下，当已过滤水压力下降（即，过滤量由于过滤器的堵塞而减少）时，可以提高转数以增强清洁效果，从而减少堵塞。这些检测和转数控制可以单独采用也可以结合采用。
本发明还提供了一种通过使用上述装置处理用于船舶的压载水的处理方法。
发明的有益效果
根据上面所描述的本发明，可以提供能够安装在船舶上并且能够有效地杀灭或灭活从船舶排放或装载在船舶中的压载水中的浑浊物和微生物的用于船舶的压载水处理装置。
附图说明
图1A示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的实例，其中示意性地示出了在包含轴线的竖直截面中的结构。
图1B示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的实例，其中示意性地示出了在沿着图1A中所示的线IB-IB截取的水平截面中的结构。
图2示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的另一个实例。
图3示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的另一个实例，其中示出了包括电动机的结构。
图4示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的另一个实例，其中示出了内部包括紫外线照射单元的结构。
图5A是示出了紫外线照射单元的结构实例的俯视图。
图5B是示出了紫外线照射单元的结构实例的正视图。
图5C是示出了紫外线照射单元的结构实例的侧视图。
图6A是示出了紫外线照射单元的另一个结构实例的俯视图。
图6B是示出了紫外线照射单元的另一个结构实例的正视图。
图6C是示出了紫外线照射单元的另一个结构实例的侧视图。
图7示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的另一个实例，其中示出了包括多个过滤处理单元的结构。
图8示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的结构实例，其中喷嘴开口为长形开口，示意性地示出了在包含轴线的竖直截面中的结构。
图9示意性地示出了在沿着图8中所示的线IX-IX截取的水平截面中的结构。
图10示出了喷嘴开口为矩形开口的结构实例，该结构实例作为长形开口的结构实例。
图11说明了褶皱式过滤器和开口之间的关系。
图12示出了包括浊度检测单元的结构。
图13示出了包括用于各个过滤处理单元的电动机并包括用于过滤处理单元的共用的过滤水检测单元的结构。
图14示出了包括用于各个过滤处理单元的电动机和浊度检测单元的结构。
具体实施方式
将参考附图描述根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的结构。应当注意的是，本发明不限于本文中公开的实施例，而是由权利要求的内容限定，并且旨在包括与权利要求的内容等同的范围和涵义内的任何变型例。
图1A和1B示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的实例。图1A示意性地示出了在包含轴线的竖直截面中的结构，而图1B示意性地示出了在沿着图1A中所示的线IB-IB截取的水平截面中的结构。圆筒形的过滤器1围绕作为旋转中心的轴线设置，并且安装为可以绕着设置在中心处的中心管道旋转（该中心管道不旋转）。图1A和图1B示出了作为过滤器1的褶皱式过滤器，该褶皱式过滤器折叠为在圆筒的径向上具有交替的峰和谷。过滤器1的上表面和下表面以不透水的方式密封。可旋转安装结构需要具有类似的不透水结构，并且可采用公知的结构而无需特别限制。设置壳体3以覆盖整个过滤器1。壳体3包括外圆筒部31、盖部32和底部33，并且在底部33上设置有排放流路8。设置被处理水流路6和被处理水喷嘴2，用于将作为被处理水的海水引入壳体3。每个被处理水喷嘴2设置为从被处理水流路6伸出并具有处于壳体3的外圆筒部31中的喷嘴开口21，并且构造为朝向过滤器1的外周表面喷射被处理水。
在本实例中，从被处理水喷嘴2喷出的被处理水冲击褶皱式过滤器1的褶皱的外周表面，使得褶皱式过滤器1在此冲击压力下旋转。被处理水的一部分通过过滤器1被直接过滤，并且已过滤水透过过滤器1的圆筒，而其余的水沿着过滤器1的旋转方向在壳体3内流动。已在壳体3内环行一周的被处理水流被设置在喷嘴2附近的方向变换板5所阻挡，并且改变流动方向以在过滤方向上产生压力。结果，水流在大致垂直于过滤器表面的恒定压力下被施加到过滤器表面，由此借助该压力来提供对过滤器1的清洁效果。在进行过滤的同时，过滤器表面还被来自于被处理水喷嘴2的水流所清洁。然而，在喷嘴2的附近能够获得高的清洁效果，而远离喷嘴2的部分则不太容易受到水流的冲击。通过设置方向变换板5，沿圆周方向环行的全部水流冲击过滤器表面，以便增强对整个过滤器1的清洁效果，从而进一步提高了整个处理装置的过滤效率。尽管壳体3示出为具有大的空间以便于理解壳体3内的结构，但实际上自然应将不需要的空间最小化。未被过滤的被处理水和沉积在壳体3内的浑浊物经由壳体3底部的排放流路8被相继地排放。在进行过滤的同时这样连续地排放浑浊物和剩余被处理水也是本装置的特征之一，该特征对于确保所需要的至少为10至20吨/小时的压载水处理量而言是有效的。尽管附图中排放流路8上没有设置阀等，但是也可以设置对于维修或流率调节来说必要的设备。另一方面，穿过过滤器1的已过滤水在过滤器1内通过形成在中心管道4上的入水孔41而被引导至已过滤水流路7，并被排放到壳体3的外部。
在上述操作期间，浑浊物附着在过滤器1的外周表面上。因此，为了进行长期操作，需要对过滤器1进行更换或清洁。在本发明的结构中，由于从被处理水喷嘴2喷射的被处理水的压力和来自旋转的水流，在过滤器1的外周表面上持续产生水流，这有助于除去附着的浑浊物。也就是说，本装置还提供了持续的清洁效果。如果单独设置清洁喷嘴则清洁会更加有效。图2说明了这种结构的实例，图2示出了与图1B中相似的截面中的结构。除了被处理水喷嘴2之外，清洁喷嘴9还设置为贯穿壳体3的外圆筒部，并且喷嘴开口91指向过滤器表面。优选地，清洁喷嘴9垂直于过滤器1（沿过滤器圆筒的径向）向过滤器1的外周表面强力地喷射不同于被处理水的清洁用水（即，浑浊物含量少的水）。通过清洁用水使过滤器1旋转也将是有效的，在这种情况下喷嘴开口91可以是倾斜的。
图3示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的另一个实例，其中示出了包括电动机的结构。在图1A和1B中，利用被处理水的水流使过滤器1旋转。在图3的结构中，电动机100的轴101与过滤器的中心轴相连以使过滤器强制旋转。尽管与利用水流驱动旋转相比需要另外的能源进行驱动，但是这种结构的优点在于可以自由地设定和改变旋转速度。通过用电动机盖102盖住电动机100来收容电动机100，并且电动机100由来自驱动控制单元103的电力驱动。
电动机100的转数可以是恒定的或是人工自由设定的，并且优选根据过滤的状态来控制电动机100的转数。在图3的结构中，在用于已过滤水的已过滤水流路7上设置有用于检测已过滤水的状态的已过滤水检测单元110，并且检测到的信息被传送到驱动控制单元103。驱动控制单元103执行控制，以使转数根据来自已过滤水检测单元110的信息而变化。具体而言，已过滤水检测单元110可以是已过滤水流率检测单元或已过滤水压力检测单元。作为选择，如图12所示，可以在用于被处理水的被处理水流路6上设置用于对被处理水的浊度而不是已过滤水的浊度进行检测的浊度检测单元300。这些单元可以单独使用或结合使用。浊度检测单元300对已过滤水中所含有的浑浊物的量进行检测，并且浊度检测单元300可以由透光型浊度传感器等来实现。已过滤水流率检测单元可以由已知的流量计来实现。已过滤水压力检测单元可以由已知的压力传感器来实现。在任何情况下，检测出的状态或数值都优选地输出为电信号。该电信号被输入到电动机100的驱动控制单元103以进行自动控制。
当使用了浊度检测单元300并且如果检测出浊度为高时，可以提高过滤器1的转数以增加过滤量。当使用已过滤水流率检测单元并且如果检测出流率下降（即，由于过滤器1的堵塞导致过滤量下降）时，可以提高转数以增强清洁效果并减轻堵塞程度。当使用已过滤水压力检测单元并且如果检测出已过滤水的压力下降（即，由于过滤器1的堵塞导致过滤量下降）时，可以提高转数以增强清洁效果并且减轻堵塞程度。
图4示出了包括紫外线照射单元的上述处理装置的结构。壳体3内设置有紫外线照射单元200，由中心管道4收集的已过滤水受到紫外线灯的紫外光照射并且被排放到已过滤水流路7中。通常，用于杀灭水下微生物的设备独立于过滤设备而设置在已过滤水流路的延长线上，这通常导致难以保证船舶上的安装占地空间。根据本发明的结构，可以在不增加安装占地空间的情况下同时执行利用紫外线灯杀灭微生物和过滤。
图5A、5B和5C示出了紫外线照射单元的结构。图5A是俯视图，图5B是正视图，而图5C是侧视图。图5A至图5C中所示的紫外线照射单元的结构与独立于过滤单元而使用的常规紫外线照射单元的结构类似。法兰230用于与上管道和下管道相连。夹设在上法兰230和下法兰230之间的管道部分设置有卧式圆筒型的紫外线照射室220，紫外线照射室220内包括有多个紫外线灯210。尽管这种结构比较易于制造，但是紫外线灯210的相对的端部附近的部分位于已过滤水不流动的部分，这导致紫外线灯的使用效率降低。
图6A、6B和6C示出了紫外线照射单元的改进结构。在图6A至图6C中所示的结构中，如同图5A至图5C中那样，紫外线照射室220设置在具有法兰230的管道上且法兰230作为管道连接单元，并且紫外线照射室220具有特征结构。紫外线照射室220的至少两个相对的表面是平面，紫外线灯210的端部设置在该平面上。此外，紫外线照射室220呈这样的锥形形状：其直径从管道起朝向紫外线照射室220的安装有紫外线灯的部分而增大。在图6A至图6C中，安装有紫外线灯的部分为棱柱形并且与管道相连，并且锥形部分设置在安装有紫外线灯的部分与管道之间。利用这种结构，来自管道上方的进水在向下流动的同时漫过紫外线照射室220，产生朝向紫外线灯210的端部流动的稳定水流。这样，能够有效地利用紫外线灯。另外，由于在紫外线照射室220的下部，安装有紫外线灯的部分与管道也在二者之间设置有锥形部分的情况下相连接，因此浑浊物等不会沉积在紫外线照射室220的下部，从而使得紫外线照射室220易于维护。紫外线照射室220的这种新的结构可以如本发明中的结构那样与处理装置一体地使用并且被收容在壳体3中，但是也可以如常规技术中那样作为用于压载水的紫外线照射单元而分开且单独地使用。
将参考图7描述本发明的另一个结构实例。图7示出了这样的结构：以两级的方式竖直地布置有彼此相连的两个部分，每个部分均包括参考图1A、1B等而描述的处理装置的壳体3、过滤器1等（称为过滤处理单元）。上过滤处理单元10a和下过滤处理单元10b按上下关系布置并具有共用的中心管道4。为了说明的目的，在该附图中示意性地示出该结构而没有示出固定部件等。上过滤处理单元10a和下过滤处理单元10b可以采用上文所描述的各种结构。由于上过滤处理单元10a和下过滤处理单元10b共享中心管道4，因此相应的已过滤水分别通过相应的入水孔41汇集到中心管道4，并且经由已过滤水流路7排放到外部。尽管在本实例中为每个单元均设置有被处理水流路6和排放流路8，但这两个单元也可以共享被处理水流路6和排放流路8。另外，尽管可以通过共享已过滤水流路7来有效地布置管道，但是共享已过滤水流路7不是必需的，并且可以采用不同的实施例。
作为选择，如图13所示，上过滤处理单元10a和下过滤处理单元10b分别包括电动机100。在这种情况下，按照与前述方式相同的方式，各个电动机100的轴101与过滤器1的中心轴相连。通过用电动机盖102盖住电动机100来收容各个电动机100，并且各个电动机100由来自驱动控制单元103的电力驱动。优选根据过滤状态来控制每个电动机100的转数。在这种情况下，在已过滤水流路7上设置用于检测已过滤水状态的已过滤水检测单元110，并且由已过滤水检测单元110检测到的信息被发送至驱动控制单元103。
作为选择，如图14所示，可以在上过滤处理单元10a和下过滤处理单元10b各自的被处理水流路6上设置浊度检测单元300，该浊度检测单元300用于检测被处理水的浊度而不是已过滤水的浊度。可以将由浊度检测单元300检测到的与被处理水的浊度有关的信息输入到驱动控制单元103，以便根据被处理水的浊度状态来控制电动机100的转数。
尽管下面将参考实例中的数值来描述喷嘴开口为长形开口的结构实例，但这些数值不是限制性的。图8示出了根据本发明的用于船舶的压载水处理装置的结构实例，其中喷嘴开口为长形开口，图中示意性地示出了在包含轴线的竖直截面中的结构。图9示意性地示出了在沿着图8中所示的线IX-IX截取的水平截面中的结构。该结构与图1A、图1B或图3中所示的结构基本相似。圆筒形的过滤器1围绕作为旋转中心的轴线设置，并且安装为可以绕着设置在中心处的中心管道4旋转（该中心管道4不旋转）。示出了作为过滤器1的褶皱式过滤器，该褶皱式过滤器折叠为在圆筒的径向上具有交替的峰和谷。褶皱式过滤器1的外径为334mm，轴向长度为200mm，并且褶皱深度为75mm。过滤器1的上表面和下表面以不透水的方式密封。可旋转安装结构需要具有类似的防水结构，并且可采用公知的结构而无需特别限制。设置壳体3以覆盖整个过滤器1。壳体3包括外圆筒部31、盖部32和底部33，并且在底部33上设置有排放流路8。外圆筒部31的外径为406mm。设置被处理水流路6和被处理水喷嘴2，用于将作为被处理水的海水引入壳体3。被处理水喷嘴2设置为从被处理水流路6伸出并具有处于壳体3的外圆筒部31中的喷嘴开口21，并且构造为朝向过滤器1的外周表面喷射被处理水。
图8中的被处理水喷嘴2的喷嘴开口21为如图10中所示的矩形开口。即，开口具有大致为长方形的形状，其短边长度为a而长边长度为b。开口与被处理水流路6可以经由图8所示的多条管道彼此连接，或者也可以如图10中那样直接连接，对此没有限制。尽管没有特别限制，但长边长度b优选为大致等于（±10%以内）或大于褶皱式过滤器1的轴向长度，以便将被处理水高效地供应至整个褶皱式过滤器1。在本实例中，长边长度b与褶皱式过滤器1的轴向长度彼此相等。将参考图11描述短边长度a。图11示意性地示出了褶皱式过滤器1的局部的剖面和相对设置的喷嘴2的开口的剖面。相对于褶皱式过滤器1的峰和谷，短边长度a优选为等于或小于峰之间的间距p的三倍（p＜3a），更优选为等于或小于峰之间的间距p的两倍，并进一步优选为满足p＜a，以便增强褶皱式过滤器1的清洁效果。在本实例中，对于峰之间的间距p被设定为5mm的过滤器1，通过改变被处理水喷嘴2的开口的短边长度a来检验清洁效果。结果显示，当a=15mm时清洁不充分，当a=8mm时清洁非常有效，而当a=3mm时清洁有实际效果但清洁效果不如当a=8mm时的清洁效果。有鉴于这些结果，本实例采用a=8.3mm，b=200mm并且p=5mm的设计。如果开口不是矩形而是具有倒角或整体上呈椭圆形，则将开口在过滤器轴向上的最大长度定义为长边长度，并且将开口在与长边成直角的方向上的最大宽度定义为短边长度。
在本实例中，电动机100的轴101与褶皱式过滤器1的过滤器中心轴相连以使过滤器1旋转。这样，可以自由地设定和改变旋转速度。在本实例中，将转数设定为50rpm以进行操作。通过用电动机盖102盖住电动机100来收容电动机100，并且电动机100由来自驱动控制单元103的电力驱动（图3）。被处理水的一部分通过过滤器1而被过滤，而其余的水沿过滤器1的旋转方向在壳体3内流动。在壳体3内已环行一周的被处理水受到还用作前述方向变换板的长形喷嘴（被处理水喷嘴2）的阻挡并且改变流向以产生沿过滤方向的压力。结果，水流在大致垂直于过滤器表面的恒定压力下被施加到过滤器表面上，由此借助该压力提供对过滤器1的清洁效果。在进行过滤的同时，通过来自于被处理水喷嘴2的水流来清洁过滤器表面，由此提供高的清洁效果。尽管壳体3示出为具有大的空间以便于理解壳体3内的结构，但实际上自然应将不需要的空间最小化。未被过滤的被处理水和沉积在壳体3中的浑浊物经由壳体3底部上的排放流路8被相继地排放。尽管附图中排放流路8上没有设置阀等，但是也可以设置对于维修或流率调节来说必要的设备。另一方面，穿过过滤器1的已过滤水在过滤器1内通过形成在中心管道4上的入水孔41而被引导至已过滤水流路7，并被排放到壳体3的外部。
图8中所示的结构实例的另一个特征是执行交叉流过滤。即，设置使未被过滤并经由排放流路8排放的被处理水通过回流流路81而汇入被处理水流路6的机构。结果，能够提高被处理水的整体的过滤效率。另外，可通过适当地设定回流量和流出量以得到这样的比例：该比例使得在获得大量已过滤水的同时能够有效地确保过滤器1的清洁效果。在本实例中，可以通过采用下述结构在提供清洁效果的同时确保已过滤水量：在该结构中，流动的被处理水为30吨/H（小时），得到的已过滤水为20吨/H，并且10吨/H的排放水当中的8吨/H的排放水回流。
在该结构中也可以单独地设置清洁喷嘴，该清洁喷嘴对于提高清洁能力而言是有效的。清洁喷嘴可以按照与图2中所示的清洁喷嘴9类似的方式设置，并且可以具有作为喷嘴开口的长形开口以获得较高的清洁效果。例如可以使用与图8至图11中所示的被处理水喷嘴2的开口类似的矩形开口。
附图标记列表
1过滤器；2被处理水喷嘴；21喷嘴开口；3壳体；31外圆筒部；32盖部；33底部；4中心管道；41入水孔；5方向变换板；6被处理水流路；7已过滤水流路；8排放流路；81回流流路；9清洁喷嘴；91喷嘴开口；10a和10b过滤处理单元；100电动机；101旋转轴；102电动机盖；103驱动控制单元；110已过滤水检测单元；200紫外线照射单元；210紫外线灯；220紫外线照射室；230法兰；300浊度检测单元。

Claims (21)

1.一种用于船舶的压载水处理装置，包括：
过滤器(1)，其设置为围绕轴线的圆筒，并且设置为能够绕着所述轴线旋转；
被处理水喷嘴(2)，其用于朝向所述过滤器(1)的外周表面喷射被处理水；
壳体(3)，其设置为围绕所述过滤器(1)并且包括外圆筒部(31)，所述外圆筒部(31)在内部具有所述被处理水喷嘴(2)的喷嘴开口(21)；
已过滤水流路(7)，其用于将已透过所述过滤器(1)的已过滤水从所述过滤器(1)的圆筒的内部引导至所述壳体(3)的外部；以及
排放流路(8)，其用于将未被所述过滤器(1)过滤的排放水排放至所述壳体(3)的外部，其中，
所述被处理水喷嘴(2)的喷嘴开口(21)是以所述轴线的方向作为长边方向的长形开口，所述长形开口的长边长度等于所述过滤器(1)在所述轴线的方向上的长度，
所述被处理水喷嘴(2)构造为使得从所述被处理水喷嘴(2)喷射出的所述被处理水直接冲击所述过滤器(1)的外周表面以过滤所述被处理水，并且，
所述过滤器(1)为具有沿所述圆筒的径向折叠的褶皱形状的褶皱式过滤器。
2.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括方向变换板(5)，所述方向变换板(5)设置为从所述外圆筒部(31)的内壁沿所述圆筒的轴线的方向延伸，以便将被处理水的流动方向从所述圆筒的圆周方向改变为所述圆筒的径向方向。
3.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，其中，
所述长形开口的短边长度小于所述褶皱式过滤器(1)的褶皱之间的间距的三倍。
4.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，其中，
所述过滤器(1)构造为在从所述被处理水喷嘴(2)喷射出的被处理水的压力的作用下旋转。
5.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括用于使所述过滤器(1)旋转的电动机(100)。
6.根据权利要求5所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括用于对所述被处理水的浊度进行检测的浊度检测单元(300)，其中，
所述压载水处理装置构造为根据所述浊度检测单元(300)的输出来改变所述电动机(100)的转数。
7.根据权利要求5所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括用于对所述已过滤水的流率进行检测的已过滤水流率检测单元(110)，其中，
所述压载水处理装置构造为根据所述已过滤水流率检测单元(110)的输出来改变所述电动机(100)的转数。
8.根据权利要求5所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括用于对所述已过滤水的压力进行检测的已过滤水压力检测单元(110)，其中，
所述压载水处理装置构造为根据所述已过滤水压力检测单元(110)的输出来改变所述电动机(100)的转数。
9.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，其中，
所述过滤器(1)的转数不小于20rpm并且不大于150rpm。
10.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括清洁用水喷嘴(9)，所述清洁用水喷嘴(9)用于朝向所述过滤器(1)的所述外周表面喷射清洁用水，其中，
所述清洁用水喷嘴(9)的喷嘴开口(91)是以所述轴线的方向作为长边方向的长形开口。
11.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括回流流路(81)，所述回流流路(81)用于使所述排放水的一部分返回至能够被用作被处理水的位置。
12.根据权利要求1所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括位于所述壳体(3)中的紫外线灯(210)，所述紫外线灯(210)用于以紫外光照射已过滤水。
13.一种用于船舶的压载水处理装置，包括多个过滤处理单元，每个过滤处理单元包括：过滤器(1)，其设置为围绕轴线的圆筒，并且设置为能够绕着所述轴线旋转；以及被处理水喷嘴(2)，其用于朝向所述过滤器(1)的外周表面喷射被处理水；
所述多个过滤处理单元围绕所述轴线同轴地竖直布置，
设置有共用的已过滤水流路(7)，所述已过滤水流路(7)用于将已过滤水从所述多个过滤处理单元中的每个过滤处理单元的所述过滤器(1)中导出，
所述被处理水喷嘴(2)的喷嘴开口(21)是以所述轴线的方向作为长边方向的长形开口，所述长形开口的长边长度等于所述过滤器(1)在所述轴线的方向上的长度，
所述被处理水喷嘴(2)构造为使得从所述被处理水喷嘴(2)喷射出的所述被处理水直接冲击所述过滤器(1)的外周表面以过滤所述被处理水，并且，
所述过滤器(1)为具有沿所述圆筒的径向折叠的褶皱形状的褶皱式过滤器。
14.根据权利要求13所述的用于船舶的压载水处理装置，其中，
所述多个过滤处理单元中的每个过滤处理单元包括电动机(100)，所述电动机(100)具有与所述过滤器(1)相连的用于使所述过滤器(1)旋转的轴(101)。
15.根据权利要求14所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括用于对所述被处理水的浊度进行检测的浊度检测单元(300)，其中，
所述压载水处理装置构造为根据所述浊度检测单元(300)的输出来改变所述电动机(100)的转数。
16.根据权利要求14所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括用于对所述已过滤水的流率进行检测的已过滤水流率检测单元(110)，其中，
所述压载水处理装置构造为根据所述已过滤水流率检测单元(110)的输出来改变所述电动机(100)的转数。
17.根据权利要求14所述的用于船舶的压载水处理装置，还包括用于对所述已过滤水的压力进行检测的已过滤水压力检测单元(110)，其中，
所述压载水处理装置构造为根据所述已过滤水压力检测单元(110)的输出来改变所述电动机(100)的转数。
18.一种用于船舶的压载水处理方法，包括以下步骤：
经由被处理水喷嘴(2)朝向过滤器(1)的外周表面喷射被处理水，所述过滤器(1)设置为围绕轴线的圆筒并且设置为能够绕着所述轴线旋转；
经由已过滤水流路(7)将已透过所述过滤器(1)的已过滤水从所述过滤器(1)的圆筒的内部引导至外部；以及
经由排放流路(8)将未被所述过滤器(1)过滤的排放水排放至外部，其中，
所述被处理水喷嘴(2)的喷嘴开口(21)是以所述轴线的方向作为长边方向的长形开口，所述长形开口的长边长度等于所述过滤器(1)在所述轴线的方向上的长度，并且，
所述被处理水喷嘴(2)构造为使得从所述被处理水喷嘴(2)喷射出的所述被处理水直接冲击所述过滤器(1)的外周表面以过滤所述被处理水，并且，
所述过滤器(1)为具有沿所述圆筒的径向折叠的褶皱形状的褶皱式过滤器。
19.根据权利要求18所述的用于船舶的压载水处理方法，其中，
喷射所述被处理水的步骤是在所述过滤器(1)的沿所述轴线的方向的整个宽度上喷射被处理水的步骤。
20.根据权利要求18所述的用于船舶的压载水处理方法，其中，
所述过滤器(1)由电动机(100)旋转，并且
所述长形开口的短边长度小于所述褶皱式过滤器(1)的褶皱之间的间距的三倍。
21.根据权利要求18所述的用于船舶的压载水处理方法，还包括下述步骤：使所述排放水的一部分返回至能够被用作被处理水的位置。
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