CN103313941A - 利用减压区域消毒水的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种处理水的方法，适于消毒用于饮用的水或处理压载水，包括使水流动通过包含减压区域（104）的管道（102），所述减压区域（104）被布置为将流的压力减小至少10²倍至负压。所述方法可包括使水通过具有头部空间（105）的虹吸管道（102），所述头部空间（105）被提供有除气泵（107）。

Description

利用减压区域消毒水的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于处理水的方法和装置，包括用于传输压载水的工艺和适于此的装置。 

背景技术

当货物运输船空载或轻载时，由于它们的重心较高而它们比装载时更加不稳定。由于这个原因，船被提供有压载水箱，该压载水箱可被填充水（所谓的“压载水”）以降低空载船的重心，从而增加稳定性。通常，这涉及为船提供两个船壳，在内船壳与外船壳之间的空间提供压载箱。 

然而，从船未被装载的场所用于提供压载水的水的使用当船被重新装载之前在另一场所排放压载水时可导致生物污染。尽管存在在空载场所与重新装载场所之间航行时排放压载水并利用远离海岸的另外的相对未被污染的压载水的选择，但是这涉及两次而不是一次装载和排放压载水，并且可使船在海上时暂时不太稳定。 

另一选择是处理已装载的压载水来消灭至少多细胞的生物污染物，例如小的鱼和贝壳类动物。这可例如通过使压载水经受化学处理、脱氧或利用变化的电场处理来完成。相对于生物处理，化学处理在压载水排放场所增加化学污染的风险，并且其它形式的处理可能涉及复杂且昂贵的设备和/或高的能量使用水平。 

发明内容

我们现在已发现对压载水除气（除消灭多细胞生物污染物之外，其还降低压载水腐蚀压载箱的能力）可通过使用具有头部空间的虹吸管传输来自周围环境（例如，海、湖或河水）的压载水而被特别简单和有效地完成，头部空间被提供有例如真空泵的除气泵，从而在头部空间中提供不大于0.5atm的气体压力，优选不大于0.15atm。 

因此，从一方面看，本发明提供一种为水团（例如，海或河或湖）中的船的压载箱装载来自所述水团的水的工艺，所述工艺包括使来自所述水团的水通过具有头部空间的虹吸管道进入所述压载箱，所述虹吸管道被提供有除气泵且处于不大于0.5atm的压力下。 

一旦虹吸流动开始，保持虹吸流动所需要的虹吸头部空间处的除气泵的泵浦功率相对低，仅需要足够强大以移除从压载水释放的溶解气体以及在头部空间中的水面处产生的水蒸汽。换言之，一旦虹吸已被发动，几乎不需要泵浦功率来使通过虹吸管道的流动继续。因此，这代表了能够比已知方法更节能的压载水处理工艺，已知方法积极地且持续地将水泵送到或者甚至泵送出压载箱。 

从另一方面看，本发明提供一种船，该船具有压载箱和用于将水传输到或传输出所述压载箱的管道，其特征在于，所述管道具有虹吸头部空间，该虹吸头部空间被提供有除气泵。 

将理解的是，虹吸管道表示流动通道，该流动通道包括负压区域，从而在大气压力下进入该管道的液体在不需要泵的情况下沿着流动通道推动。类似地，虹吸头部空间可为负压区。常规虹吸管道的示例为倒U形管，其致使液体在没有泵的情况下沿储存器的表面上方的管的流入部向上流动，该管由液体在重力下沿管的流出部分向下流动以在比储存器的表面低的水平高度被排放时液体的下落提供动力。 

可以多种方式促进虹吸流动的产生。因此，例如虹吸管道的通向头部空间的流入部可被提供有水泵；虹吸头部空间可被物理地降低（例如使用绞车或起重机）为在被提升以在头部空间中产生负压之前至少部分地充满流入部；或者可在头部空间的下游为虹吸管道提供被向上流部跟随的向下流部，并且气体（例如，氮气或富氮空气）可在向上流部的底部被引入。后面的布置特别优选，因为进入压载箱的氮化压载水不太支持压载箱的腐蚀以及可比压载水装载中活的长的任何多细胞生命的形成。 

从又一方面看，本发明提供压载水传输装置，包括：水储存器；和虹吸管道，该虹吸管道具有在所述储存器中的入口、提供有除气泵的虹吸头部空间和出口；所述管道优选还在所述空间的下游包括向下流区段和向上流区段，所述向上流区段优选朝向其底部被提供有用于引入压缩气体的入口。 

随着压载水装载的进行，船的甲板高度将下降，并且为了保持虹吸管中头部空间的除气效果，增加除气泵的泵浦速率，提升头部空间中的水位，或者保持流入部周围的水的低的表面高度可为必要的。后面的两种选择为优选的，在于它们不需要除气泵的功率消耗的任何显著增加。 

因此，在一实施例中，虹吸管道的流入区段和向下流区段可通过多个带阀的可隔离的竖向分离的捷径区段而被连接。随着压载水装载进行，捷径区段从底部向上逐渐关闭（例如，相应地从底部向上打开较高的捷径区段）。 

在另一不太优选的实施例中，随着压载水装载进行，虹吸管道的流入区段和头部空间区段例如通过绞车或驱动马达被物理地提升。这不太优选是因为压载水装载装置 所占空间将随着装载进行而改变。 

在第三特别优选的实施例中，压载水例如在重力下被填充到位于船的基部附近的中间储存器中，压载水从中间储存器进入虹吸管道的流入部。为了在该中间储存器中保持足够稳定的水位，其可从船的侧部的一个或一系列竖向隔开的开口被填充，并被提供有阀以将水位保持在可接受的水平。如果需要，这种中间储存器可位于船的外部，例如通过泊船设施来提供。由于压载水从这种外部储存器被传输，所以储存器中的水位与虹吸管道的头部空间之间的高度差可易于例如通过添加或移除水或者通过由于传输到船的压载箱中引起的储存器中的水位下降而被保持。 

如果需要，整个虹吸单元可在船的外部，例如通过泊船设施来提供。 

为了在虹吸头部空间中增强除气，优选例如通过使例如板或隔板的流动扰乱器延伸进入虹吸管道的向下流区段的上部或者通过在头部空间的基部具有大面积的非光滑表面来提供有大的气体-水界面。 

除了通过虹吸管的头部空间处的真空作用除气之外，正被装载到船上的压载水可经受进一步的处理以减少生物污染或者减小压载水腐蚀压载箱的能力。因此流入的水可通过筛或网以防止大的物体进入压载箱中，流入的水可通过浸渍器以杀死鱼或贝壳类动物，流入的水可经受交变电场以杀死微生物，和/或已除气的水可重新充满氮气或富氮空气。 

一旦压载水被装载，压载箱中的头部空间例如通过用氮气或富氮空气冲洗而优选被保持在弱氧状态下。 

为了在压载水装载船航行期间进一步减少压载水的微生物污染，压载水可以类似的方式使用虹吸管道用无氧或低氧的气体（例如，氮气、贫氧空气、惰性气体或者不太优选地废气）被除气或优选被重新充气。因此，从又一方面看，本发明提供一种处理船上的压载水以防止其微生物侵害的方法，所述方法包括使来自所述船中的压载箱的压载水通过虹吸管道循环到所述船中的压载箱，所述虹吸管道具有虹吸头部空间，该虹吸头部空间被提供有除气泵。 

在该处理方法中，压载水可从一个压载箱循环到另一个，或者更优选地，从一个压载箱循环返回到相同的压载箱。除气和再充气将用于杀死许多大生物和微生物，因此防止航行期间污染生物在压载水中的产生。 

为了减少航行期间厌氧微生物的产生，本发明的处理方法可用空气或氧气执行再充气。除气将移除溶解的二氧化碳，这和充氧将导致杀死专性厌氧微生物以及依赖二氧化碳的那些。然而，如果用含氧气体执行再充气，则理想的是，首先用氮气冲洗压载箱头部空间以移除可能已经产生的任何甲烷。为了避免压载箱腐蚀，利用富氧气体 的再充气优选接下来的利用氮气再充气以及利用氮气进一步冲洗压载箱头部空间的进一步的处理。 

根据本发明的处理在运输期间的另一优点在于移除航行期间可能产生的诸如硫化氢的腐蚀物质。再次，还理想的是，利用氮气冲洗压载箱以确保在这种物质积聚在压载箱头部空间中时也移除它们。 

在处理涉及低氧含量气体的使用的场合，氧摩尔百分含量理想地低于15%，尤其低于5%，更尤其低于2%。 

运输中压载水处理优选伴随有利用例如交替场的电场处理，以确保尽可能多地除去装载在压载水中的微生物。 

一旦压载水已被装置，则可连续执行根据本发明的压载水处理，因为虹吸头部空间中的除气泵的能量需求是低的。然而，替代地，其在例如3-7天间隔的航行期间可被执行一次或多于一次。 

当将排放压载水时，这可通过反向运转的虹吸单元的使用而被容易地实现。为了使所排放的压载水不会不利地影响排放发生的水团，优选的是其在排放时被充满气体或被充氧。这可通过使用压缩空气使虹吸头部空间下游的虹吸管道的向上流区段中的排放水上升而被容易地实现，即，以与上述装载期间使用压缩氮气使压载水上升相同的方式。替代地，可在排放期间简单地将空气吹入水中。 

因此，从又一方面看，本发明提供一种将压载水从船的压载箱排放到水团中的方法，所述方法包括使来自所述压载箱的水通过具有头部空间的虹吸管道进入所述水团，所述头部空间被提供有除气泵。 

与用于处理压载水的上述各方法和装置共有的特征是使水在最小的能量需求情况下传输通过具有虹吸头部空间的虹吸管道，所述虹吸头部空间被提供有除气泵以给水除气。已发现这种工艺和安排在从水中移除微生物时出乎意料地有效，并可发现用于处理用于应用的水，海水和淡水二者，而非压载水。从又一方面看，本发明提供一种处理水以阻止其微生物侵害的方法，所述方法包括通过具有虹吸头部空间的管道将水从储存器传输到箱或出口，所述虹吸头部空间被提供有除气泵。 

在处理淡（或淡化）水的一组实施例中，可提供一种饮用水消毒方法。优选地，该方法包括通过管道将淡水从源传输到引用水箱或出口，其中管道包含减压区域，并且水通过减压区域的流动为虹吸的。已发现，如果来自储存器或其它源的水流经受通过减压头部空间的虹吸流动，则特别就材料和能量使用而言，大规模的水消毒可被更有效地执行。优选地，减压区域提供负压，即低于大约1bar。减压区域中减小的压力可通过例如真空泵的泵来施加和保持。减压区域中减小的压力理想地小于0.2bar，特 别小于0.1bar，优选小于0.05bar(50mbar)，并且尤其低于0.02bar(20mbar)。这种压力可通过仅需要几千瓦的功率输入的标准真空泵来实现。这种水处理方法的能量需要比例如使用紫外线照射的常规的水消毒技术低很多。 

然而在世界上许多地方生物污染水常常用氯来处理以杀死污染生物，氯可为水提供讨厌的味道，并且任何超出量必须在水被饮用之前典型地通过活性炭过滤器被移除。因此，通过氯化的水消毒涉及大量氯的使用以及用于移除氯的碳过滤器的使用。用于消毒饮用水的其它提议包括紫外线杀菌照射，但是如上所述，这种工艺涉及大的能量需要，这可能例如在发展中国家是不能实现的。 

在优选实施例中，水源典型地为湖、储存器或河，并且可从一个或更多这种源来填充合适的储存器。在该方法涉及饮用水消毒的场合，即，处理淡（或淡化）水的场合，源不是海或太咸而不能食用的任何其它水。通过消毒在此表示通过本发明的方法生产的饮用水就人类食用安全而言充分摆脱了能够自我繁殖的微生物。在消毒方法中，饮用水出口典型地将为可关闭的龙头或者通常取得饮用水的其它出口。在管道与出口之间当然可具有中间储存器，例如无菌水储存箱。 

虽然虹吸流动对最小化水处理（例如，杀毒过程）需要的能量输入而言是优选的，但是已发现，使水通过减压头部空间的过程甚至在流动不是虹吸时也能提供预期不到的效果。特别地，已发现在水遭受导致负压的（至少）两个数量级的压力减少时实现杀菌效果。例如，流动通过管道的水可经受从大约10bar至大约100mbar、从大约9bar至大约90mbar、从大约8bar至大约80mbar、从大约7bar至大约70mbar、从大约6bar至大约60mbar、从大约5bar至大约50mbar、从大约4bar至大约40mbar、从大约3bar至大约300mbar的压力减少。 

当从又一方面看时，本发明提供一种处理水的方法，优选消毒用于饮用的水，该方法包括使水流动通过包含减压区域的管道，减压区域被布置为将流动的压力减少至少两个数量级至负压。 

在优选实施例中，流动通过管道的水可经受从大约2.5bar至大约25mbar、从大约2bar至大约20mbar或从大约1.5bar至大约15mbar的压力减少。然而，优选的是，起始水压大约为大气压，从而减压区域上游的增压不是必须的。因此，从大约1bar至大约10mbar（或更少）的压力减少是优选的。 

当从又一方面看时，本发明提供一种处理水的方法，优选消毒用于饮用的水，该方法包括使水流动通过包含减压区域的管道，减压区域被布置为将流动的压力从大气压（大约1bar）降至大约10mbar或更少。 

除了杀死诸如卤虫（鳃足纲）的水生生物之外，已发现从大气压（或稍高于大气 压的压力）开始遭受10²压力减少杀死诸如大肠杆菌的细菌。这是出乎意料的结果，因为以前已报道在压载水传输期间施加负压将杀死诸如小龙虾的大的生物体而不杀死细菌或病毒。但是，对根据本发明的方法的试验结果，例如施加从2.3bar降至大约17mbar的压力下降，已显示海水中93%的细菌失去活性。建议压力减少的幅度（～10²）和最终的负压（～20mbar或更少）结合致使生物的细胞内部的气体膨胀，甚至在单细胞细菌中，这中断其生命过程。 

在减压区域中减小的压力可通过例如抽气泵或真空泵的泵来施加和保持。减压区域中减小的压力理想地小于10mbar，特别地小于5mbar，尤其低于1mbar。水的蒸发为减小的压力设定了自然的下限。 

减压区域处或减压区域内的管道优选允许减小的压力基本上对流动通过管道的水的去氧，并且理想地包含主动的或者更优选地包含被动的流动扰乱器，以确保水流紊乱。此外，为了在减压区域中增强除气，优选例如通过在管道中具有板或隔板或者大面积的非光滑表面（如在压载水背景中所述）来提供有大的气体-水界面。减压区域中的水可通过隔板结构或喷嘴被铺展成薄膜或喷射，以便于除气。特别优选地，减压区域中的管道的横截面为水平延长的，以使经受压力减少的流动通过的水的表面面积最大化。 

可通过各种已知手段使水流动通过管道，例如可在重力或泵的作用下流动通过管道。在一些实施例中，水例如通过管道中合适位置放置的泵或叶轮被泵浦通过管道。然而，为了使能量需求降至最低，优选重力作用流动。重力作用流动不仅能够降低运转期间的能量需求，而且如下面描述的那样其甚至可将用于运转的能量需求降至零。 

例如，重力作用流动能够通过将管道的上游入口定位为比管道的向下游部高而被实现。因此，在优选实施例中，管道可包括被向上流区段跟随的向下流区段。减压区域可位于向上流区段或在向上流区段之后。优选地，减压区域上游的管道中的重力水压自身足以使水流动通过减压区，例如在抽气泵被设定进入运行之前。在这种实施例中，有利的是使涡轮机位于减压区上游的管道的向下流区段中，其在运行时产生可用于为抽气泵提供动力的能量。涡轮机优选满足处理系统在运行期间的全部能量需要，由此使根据本发明的方法极其节能。 

无论通过管道到达减压区域的流动由机械力（例如，泵）或者由重力驱动，在优选实施例中，能量需要通过利用虹吸流动而被减少，如上在压载水处理方法中描述的那样。因此，优选的是，通过减压区域的水流是虹吸的。当通过减压区域的水流为虹吸的时，也就是说在该区域不施加减小的压力时，该区域紧上游的水压本身不能够使水继续流动通过该区域。因为需要抽气泵来保持虹吸流动并且因为保持虹吸流动需要 的能量可远小于发动虹吸流动需要的能量，所以减压区域（或虹吸头部空间）上游的管道中使用起动泵来发动虹吸流动通常将为优选的。在泵已被提供用于驱动通过管道的流动（例如，不是重力作用流动）的场合，那么这也可用作起动泵。一旦虹吸流动被发动，泵的能量需要被降低，由此较低的泵浦功率可接替以保持虹吸流动。因此与流被主动泵送通过管道的处理水的方法相比，在虹吸流动与减压区域结合的条件下，降低所需的能量。 

在本发明优选实施例中，真空（即抽吸）被施加到管道中的头部空间以提供减压区域。该头部空间中的气压可从几乎真空至大约10mbar。在管道的高点施加抽吸的场合，作为优选的，这可产生虹吸效果来保持继续流动通过管道。施加这种真空的效果还将用于相对于向上流区段中的水位升高向下流区段中的水位。如果施加100%的真空，那么在不存在补偿系统（例如，如下提及的气体注入），自然会有大约10米的水位差（1大气压=ρgh，提供水的高度h为10m）。 

在所描述的用于通过具有减压区域（例如，虹吸头部空间被提供有除气泵）的管道将水从源或储存器传输到箱或出口的方法中，可以单批或多批进行处理。例如，根据所需的消毒程度，该方法可被重复以使水在其可用于人类食用之前多次通过管道。甚至可提供连续的流动回路。 

虽然本发明的方法可在任何期望的流动速率下被使用，但是其特别适于在1立方米/小时之上的流动速率使用，尤其在1立方米/分钟之上，并且特别地在1立方米/秒之上。 

在至少一些实施例中，替代地或另外，可通过将气体在管道向上流区段的基部处注入到管道中（由此相对于向下流区段中的密度减小向上流区段中的流体的总体密度）将水推进通过管道。在向上流区段的基部处使用气体注入的场合，还可在向上流区段的顶部处或附近提供排气口。在气体注入仅发生在一个向上流区段的场合，这种排放通常可通向大气。 

在气体注入被用于驱动水通过管道的流动的场合，气体优选为加压气体，特别地来自例如典型的在大约10bar的压力运行的压缩机的压缩空气。 

在一些实施例中，在减压区域上游流动通过管道的水可过饱和有气体（例如，氮气、氧气或空气），以使除气效果最大化。优选地，分离器被提供在过饱和区域的下游用于在其到达减压区域之前从水中移除气泡。否则存在的任何气泡将被真空泵移除并使其难于实现期望的压力减少。 

在上述处理水尤其用于提供引用水的方法一些优选实施例中，能够通过将氮气在水流动通过管道时引入到水中来实现额外的杀菌效果，优选在减压区域或虹吸头部空 间的上游将氮气引入水中。氮气的添加有助于在减压除气期间将氧气（连同氮气）从水中“去除”。尤其是，当处理用于饮用的水时，通过在除气之前添加诸如氮气的气体以使水过饱和，能够增强杀菌效果。确信的是，由于过饱和的结果，气体扩散到每个细菌的细胞中，并且当压力减小（尤其是减小100倍或更多）时，细胞壁不能够包含气体，并且其致使生物破裂。在没有如上所述的氮渗透的后充气步骤的情况下，可有利地发现已除气的水作为压载的直接用途。压载箱中的头部空间可仍然被氮气填充以有助于防止生物再生长。为了饮用水，可在下游增加再氧化步骤。 

现在将描述可被单独使用或以任何结合使用的若干进一步优选的实施例，上面概述的实施例中的一个或更多促进或改善本发明的除气和/或杀毒效果。 

虽然减压区域对淡水影响将足以杀死其包含的大部分微生物或使其包含的大部分微生物失去活力，理想的是，在减压区域（或虹吸头部空间）的上游或下游至少一个其它杀菌技术被使用。典型的这种技术包括UV照射、电震、氮浸渗、氯化、臭氧处理、压力波、浸渍、过滤和/或超声处理。如果使用，与通常在没有压力减少的情况所需的氯曝光相比，氯化可涉及低水平的氯曝光，并且确实氯化不是优选的另外的杀菌技术，因为其在运行期间强加对于处淡水之外的原材料的需要。典型地在减压区域上游执行的氮浸渗同样不是优选的，因为其也强加额外的材料需要。 

特别优选地，本发明的方法使用压力波、超声和/或UV曝光作为进一步的杀菌技术。 

在使用压力波的场合，优选在减压区域的上游完成。压力波方法涉及使流动的水从管道的较小横截面面积部分传到管道的较大横截面面积部分，例如通过将阻塞物防止在管道中。然而这尽在来自源的流动为重力作用时是节能的。 

超声照射可为优选的进一步杀菌技术。例如，能够应用高功率的超声波来产生有助于细胞分裂并杀死细胞的气穴。超声可特别有益于从待处理的水中的水藻剥夺油。 

可发现本发明的实施例特别结合水的臭氧处理使用。臭氧常常被用作氯的替代物来杀死饮用水中的微生物。尽管臭氧不保留在已处理的水中但是衰减成氧，在处理之后立即移除臭氧可能是理想的，由于其高的反应性和破坏处理系统中的管道管、密封件和其它部件的可能性。典型地，碳过滤器可被用于移除臭氧。在一组实施例中，提供一种方法，在该方法中，水在进入减压区域（或虹吸头部空间）之前在管道中用臭氧处理。有利地，保留在水中的任何臭氧通过除气被移除，而不需要碳过滤器用于此目的。 

用于本发明的方法的另一优选的抗菌处理为UV照射，管道优选被装备用于水流的UV照射，例如如果发现水源被对本发明提供的脱氧和减压曝光有抗力的生物污染， 则UV照射应该被期望。 

利用安装在管道内或外侧的UV灯来容易地执行这种UV处理。为获得效率，这种灯可以沿流动方向延伸的平行的灯的组合被设置在水流内。然而，更优选地，它们将被设置在管道中水浅的区段中的流动的水上方，例如在管道的横截面比其高度宽的区段中。灯将优选被布置在沿流动方向上至少1米的距离上来照射流动的水，优选至少5米，尤其至少10米。为了确保照射的最大效率，照射区域中的管道的内壁的至少一部分反射UV光，例如为抛光的。如果需要，UV灯可被安装在管道的外侧，其中管道的相关区段具有UV光透明壁或者管道为开口的。特别优选地，UV灯被安装在减压区域的头部空间中，选择性地还被安装在管道的紧随减压区域的向下流区段中。 

如上所述，优选的是，在来自源的水流为重力作用的场合，优选将涡轮机安装在管道内以发电，从而使处理系统的真空泵以及任何UV灯运转。合适的涡轮机的一个示例为Gorlov开发的螺旋涡轮机（见US5451138、US6036443等）。 

虽然来自涡轮机的电输出需要不大于运行真空泵和UV光所需要的电输出，但是在涡轮机位于减压区域上游的场合，涡轮机的运转将减小涡轮机与减压区域之间的水的压力。在优选实施例中，该系统被布置为，在涡轮机不运转的情况下，水压足以建立通过减压区域的水流。在涡轮机随后开始运转的情况下，电输出将足以保持虹吸流动并执行UV照射。采用这种方式，使对外部电源的需要最小化。 

管道的在真空泵紧下游的部分理想地具有向下流区段，在运转中，该向下流区段将不完全充满水。该区段可为竖直的或倾斜的，并且优选包含用于在流动通过的水中引起涡流的隔板或其它机构。该区段也可被装备有UV灯。该区段还可被装备有涡轮机，尤其是螺旋涡轮机。这种涡轮机可通过利用一些水的动能而有助于满足系统的能量需要，这在来自源的水流被泵送而非重力作用时是特别重要的。从真空头部空间到管道填充有水的点处的水的高度差优选至少5米，更优选至少9米。 

实际上，优选使用平行的且均包含减压区域的两个或更多管道，从而水处理在一个管道不运转以进行维修或维护的时间段内可持续。 

在本发明的方法中使用的水优选例如通过陶瓷、黏土或活性炭滤床而被过滤以提高纯度。这种过滤可发生在减压区域的上游或下游或者虹吸头部空间。 

进一步意识到，当处理用于压载水或饮用水的水时，可能理想的是，物理移除死去的微生物或由除气过程产生的它们的副产物。例如，已知水藻的破裂能够释放毒素。因此，在一组实施例中，提供在水通过减压区域之前移除颗粒和/或生物的机构。这可通过在减压区域上游的管道部分过滤水来实现。在其它实施例中，过滤可在头部空间中进行，例如在没有完全的压力减少的起始通过期间，起始通过被随后在施加压力减 少情况下的后续通过跟随。网式过滤器、离心或气旋分离器和/或超声照射中的一个或更多可被用于将不想要的实体分离出。如上所述，流动通过管道的水可经受超声，以便分裂水藻并从中提取油。 

虽然在处理压载水或饮用水的背景中描述本发明实施例，但是在此描述的方法和装置可具有其它应用。例如，水产业中使用的水可通过移除细菌和/或无用的气体（诸如CO₂）而受益。待处理的水可为淡水和/或海水。在小于两岁龄的鲑鱼养殖中，孵化场典型地处于循环淡水流，在小鲑鱼（幼小的鲑鱼）被转至海场之前，循环淡水流也可包含少量含盐水。这种水可有利地在包含减压区域的管道中循环时被处理。 

附图说明

现在将仅通过示例的方式并进一步参照附图描述本发明一些实施例，其中： 

图1为提供有根据本发明的第一压载水装载装置的船的示意剖视图； 

图2为提供有根据本发明的第二压载水装载装置的船的示意剖视图； 

图3为根据本发明的在岸上的压载水装载装置的示意剖视图； 

图4为使用重力作用流动来处理水的装置的一实施例的示意图； 

图5为使用泵送流来处理水的装置的另一实施例的示意图； 

图6为使用虹吸流动来处理水的装置的另一实施例的示意图； 

图7为第一变型中的处理水的装置的又一实施例的示意图； 

图8为第二变型中的处理水的装置的又一实施例的示意图；以及 

图9为用于图1至图8的装置中的任何一个的撇沫系统的示意图。 

具体实施方式

参见图1，示出漂浮在水团2（例如海）中并包含压载箱3的船1，压载箱3具有气体排放口4以防止过压的建立。船在其底部还被提供有中间储存器5，可使来自水团的水通过船的外壳7中的带阀的排放口6将中间储存器5填充至期望水平。 

浸在储存器5中的水中并被提供有起动泵9的虹吸管道8经由流入部10到达头部空间11到达向下流部12和向上流部13，以通过出口14排放到压载箱3中。头部空间11被提供有除气泵15，除气泵15能够在水传输期间在头部空间中保持不大于0.5atmos的压力、优选不大于0.1atmos，尤其不大于0.05atmos。向上流部13在其底部附近被提供有用于从压缩氮气源（未示出）输入压缩氮气的入口16。 

在压载水装载期间，储存器5中的水位通过打开和关闭排放口6被保持足够高以覆盖虹吸管道的入口。起动泵9和除气泵15被设定为运行以提升流入部10中的水，从而使水虹吸进入向下流部12，随后压缩氮气被引入向上流部13中以使向上流部13中的水上升并使其流入压载箱3中。一旦虹吸流动已处于进行中，则起动泵可被关闭。 

向下流部12内的上部被提供有板或隔板17以扰乱其上部的包含气体的区段中的水流。从头部空间11的底部到储存器5中的水位的垂直距离优选至少5米，尤其至少8米。当然，由水的密度和大气压力设定的上限为大约10米。 

在图2所示的替代实施例中，流入部10具有位于水团中的入口，并通过多个带阀的捷径部18而被连接到向下流部12。当压载装载开始时，仅最低的捷径部是打开的，但是随着水装载的进行以及船在水中下沉更低，最低的捷径部被关闭并且次低的被打开等等直到完成装载。 

在图3所述的第二替代实施例中，储存器19、头部空间11、向下流部12和向上流部13被安装在岸上。随着压载水的装载的进行，凭借将水从水团通过储存器壁中的带阀的排放口20添加到储存器19来保持储存器19中的水位与船的甲板之间的相对高度差。 

参见图4，示出包括管道102的饮用水处理装置101，管道102包含在来自储存器（未示出）的重力作用流动的作用下供应的水103。管道102包括具有头部空间105的减压区域104，头部空间105被提供有附接到真空泵107的气体出口106。在头部空间105内，设置有UV灯阵列108以照射流过减压区域104的水。布置为为真空泵107和UV灯阵列108供电的发电涡轮机109在减压区域104的上游被设置在管道102内。在头部空间105的下游，管道102具有包含用于扰乱水流的隔板111的向下流区段110和用于俘获水的一些动能的另一涡轮机112。向下流区段110中的水位优选在头部空间之下的水位之下至少5米，特别地至少9米。另外的隔板（未示出）可被用于头部空间105中以便有助于使水铺展成薄膜，从而最大程度地暴露于真空。 

在运转时，在涡轮机109、泵107和灯108被启动之前，通过减压区域104的水流被允许发展。头部空间105上游的流动由重力驱动。上游的涡轮机109随后被启动并且与下游的涡轮机111共同产生的电力被用于使真空泵107运行，例如在减压区域104中产生大约10mbar的压力。一旦区域104中的压力减少足够保持虹吸流动，则UV灯108可使用来自涡轮机109和111的电力来启动。 

参见图5，示出包括管道102的用于饮用水处理的装置101’，管道102包含使 用起动泵113从源（未示出）供给的水。如图4所示的实施例中那样，管道102被提供有减压区域104、头部空间105、气体出口106、真空泵107、UV灯108、向下流区段110、隔板111和涡轮机112。起动泵113被用于发动虹吸流动，随后涡轮机112被用于真空泵107和灯108所需的至少一部分能量。一旦虹吸流动被发动，则对起动泵113的能量需求下降并且低功率（由此低能量使用）的泵114可接替。替代地，具有可变功率的单个泵可被用于替代两个泵113和114。 

参见图6，在该装置101”中，未处理水通过管道102从储存器120抽送到位于储存器120上方至少10米处的减压区域104。真空泵107被连接到头部空间104并通过具有电池123的太阳能电池板122提供电力。例如0.25KW的低功率泵可被使用。管道102在头部空间104的下游包括通向已处理水箱124的向下流管110。在运转时，在入口阀126防止水被抽出储存器120和出口阀128封闭箱124的情况下，真空泵107被打开。当合适的低压P₁在头部空间104处被测量出时，入口阀126被打开，并且水通过管道102被吸收到减压区域104。在降低压力后，已处理水沿管道102的向下流部110流动并填充向下流管的底部。一旦水位与储存器120相等，则出口阀128可被打开以将已处理水释放到箱124中。阀128可根据需要被关闭和重新打开来确保在储存器120（处于压力P₂处）与头部空间104（处于压力P₁处）之间保持合适的压力差，例如P₂/P₁≥100。 

图7涉及图6示出的装置101”的变型。在该实施例中，未处理水从储存器120进入装置，储存器120相对于已处理水箱124被重力地提升。例如，水可通过手动泵130被传输到储存器120中。存在通过管道102进入减压区域104的重力流动。如前，减压区域104被连接到由太阳能电池板122（和可选择的电池123）运行的真空泵107。装置101”的运转与上述基本相同，除将需要更低的泵浦功率来发动处理过程之外。 

图8显示图6和图7示出的装置101”的另一变型。在该实施例中，真空泵107已被真空产生流动管132取代。凭借通过流动管132灌注例如污水，可在不需要电的情况下在减压区域104中产生真空。真空产生器的入口阀134被打开以为流动管132填充水。随后，出口阀136被打开以使水流出管132并产生真空。另一阀138将流动管132连接到真空头部空间104。流动管132可被填充并排空多次直到合适的压力P₁在头部空间104中被测量出。一旦减压区域已被产生，则阀138被关闭以隔离头部空间104，随后入口阀126可被打开以使水从储存器120流入头部空间104中。出口阀128可根据需要被打开和关闭以从管道102移除已处理水并将压力P₁保持在低水平，与储存器120相比减少大约10²倍。 

尽管未示出，上述涡轮机可被合并到图6至图8中示出的任一装置中。此外，在图4至图8示出的任一装置中，可被提供有在头部空间104的上游与管道102连通的诸如氮气的气源116（在图4中扼要示出）。通过使待处理的水过饱和气体，可改善真空泵107的除气效果。气泡分离器可被提供在这种气源116与头部空间104之间以移除可能妨碍除气的任何气泡。 

最后，在图9中示出基于筒中筒原理的撇沫系统200。来自源204的气体在其进入流动管道202时被添加到水中以制造气泡。诸如细菌、水藻、病毒等的待移除生物在它们上升到真空头部空间204中时紧贴气泡。通过发动机242运行的旋转风扇叶片或螺旋浆240被布置在头部空间204中。由于几乎没有空气阻力，所以风扇240有效地撞击由气泡收集的实体物质，并将该实体物质抛到外管244中，其被单独收集在外管244中。已处理水流下流动管道202的同轴管246。撇沫过程可在大约100mbar的低压被执行，而不是10mbar或更少的完全真空。分离过程可通过装置200的起始撇沫运行来提供，或者其可通过上游回路来提供，上游回路被连接到应用如前所述的减压区域的下游装置回路。在给水除气之前使用大的压力减少移除诸如水藻的物质可有助于防止破裂，破裂可能以其它方式释放难于从水中移除的油和/或毒素。 

示例

在示例1中，对添加有大肠菌，特别是添加有大肠杆菌的海水进行一系列试验。水在不同温度下在2300mbar的压力下被泵浦通过管道。在一些试验中，真空泵被用于在管道中施加减压区域。在表1中给出结果。 

表1 

图1中的结果显示减压区域在整个温度范围内对杀死大肠杆菌是非常有效的。 

在示例2中，在24℃对被大肠菌，特别是大肠杆菌污染的海水进行类似试验，但是添加气体。表2的结果表明在消毒时实现了进一步的改善。利用更少的压力减少实现了相同的的微生物效果。 

表2 

Claims (27)

1.一种处理水的方法，优选消毒用于饮用的水，该方法包括使水流动通过包含减压区域的管道，所述减压区域被布置为使流的压力减小至少102倍至负压。

2.一种处理水的方法，优选消毒用于饮用的水，该方法包括使水流动通过包含减压区域的管道，所述减压区域被布置为将流的压力从大气压（近似1bar）减小至大约10mbar或更低。

3.如权利要求1或2所述的方法，该方法为饮用水消毒的方法。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中所述方法包括使来自源的淡水通过所述管道传输到饮用水储存箱或出口。

5.如任一项前述权利要求所述的方法，其中通过所述减压区域的水流为虹吸的。

6.一种饮用水消毒的方法，该方法包括使来自源的淡水流动通过管道并流动到饮用水储存器或出口，其中所述管道包含减压区域，并且其中通过所述减压区域的水流为虹吸的。

7.如任一项前述权利要求所述的方法，其中真空泵或除气泵被用于在所述管道中形成所述减压区域。

8.一种处理水以防止其微生物侵害的方法，所述方法包括使来自储存器的水通过具有虹吸头部空间的管道传输到箱或出口，所述虹吸头部空间被提供有除气泵。

9.如任一项前述权利要求所述的方法，其中通向所述减压区域或虹吸头部空间的水流为重力作用的。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述管道包括被向上流区段跟随的向下流区段，所述向下流区段用于产生重力作用流动，所述减压区域或虹吸头部空间位于所述向上流区段中或在所述向上流区段之后。

11.如权利要求9或10所述的方法，其中发电涡轮机在所述减压区域或虹吸头部空间的上游被设置在所述管道中。

12.如任一项前述权利要求所述的方法，其中流动通过所述管道的水在所述减压区域或虹吸头部空间的上游被过饱和有气体。

13.如任一项前述权利要求所述的方法，其中氮气在所述减压区域或虹吸头部空间的上游被引入到水中。

14.如任一项前述权利要求所述的方法，其中使流动通过所述管道的水经受从UV照射、压力波、电震、过滤、浸渍、煮沸、氯化、臭氧处理和/或超声照射中选择的一个或更多额外的杀菌技术。

15.如任一项前述权利要求所述的方法，进一步包括从流动通过所述管道的水中物理分离颗粒和/或生物的步骤。

16.一种饮用水消毒装置，包括水储存器和用于将水从所述储存器传输到减压区域的管道，其中所述减压区域被连接到减压机构，该减压结构能操作地将水的压力从所述储存器处的P₂减小至所述减压区域处的负压P₁，其中P₂/P₁≥10²。

17.如权利要求1至15中任一项所述的方法，所述方法为处理压载水的方法。

18.一种为水团（例如海或河或湖）中的船的压载箱装载来自所述水团的压载水的工艺，所述工艺包括使来自所述水团的水通过具有头部空间的虹吸管道进入所述压载箱，所述头部空间被提供有除气泵并处于不大于0.5atm的压力下。

19.一种从水团中的船的压载箱排放压载水的方法，所述方法包括使来自所述压载箱的水通过具有头部空间的虹吸管道进入所述水团中，所述头部空间被提供有除气泵。

20.一种具有压载箱和用于将水传输到所述压载箱或传输出所述压载箱的管道的船，其特征在于所述管道具有虹吸头部空间，该虹吸头部空间被提供有除气泵。

21.一种压载水传输装置，包括：水储存器；以及虹吸管道，该虹吸管道具有在所述储存器中的入口、被提供有除气泵的虹吸头部空间和出口；所述管道优选在所述头部空间的下游还包括向下流区段和向上流区段，所述向上流区段优选在其基部附近被提供有用于引入压缩气体的入口端口。

22.如权利要求21所述的装置，被布置用于在压载箱与外部水团之间传输压载水。

23.如权利要求21所述的装置，被布置用于在压载箱与相同的或第二压载箱之间传输压载水。

24.一种处理船上的压载水以防止其微生物侵害的方法，所述方法包括使来自所述船中的压载箱的压载水通过具有虹吸头部空间的虹吸管道循环到所述船中的压载箱，所述虹吸头部空间被提供有除气泵。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述管道在所述头部空间的下游具有向上流区段，并且其中具有低于15%的氧摩尔百分含量的气体被引入到所述向上流区段的下部中。

26.如权利要求25所述的方法，其中所述气体为氮气。

27.如权利要求24至26中任一项所述的方法，其中所述头部空间中的压力不大于0.5atm。

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