CN104030504A - 一种智能选择式船舶压载水处理方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能选择式船舶压载水处理设备，包括自控单元、过滤装置、灭活反应装置、电源；所述过滤装置和灭活反应装置连接；所述过滤装置、灭活反应装置之间设有第一压力传感器、盐度传感器和浊度传感器；灭活反应装置的出水管上设有第二压力传感器；所述灭活反应装置下部腔体内设有电化学装置，上部腔体内设有紫外装置，所述电化学装置包括平行设置的阳极和阴极，所述紫外装置包括紫外灯和套装在紫外灯外的石英管，所述阳极、阴极、紫外灯分别与电源连接；所述电源、第一压力传感器、盐度传感器、浊度传感器、第二压力传感器分别与自控单元连接。该设备结构简单、占地面积小、使用方便、成本低廉、运行管理方便，处理效果好，适用性广。
Description
技术领域
本发明属于水处理设备领域，特别涉及一种智能选择式船舶压载水处理设备，还涉及利用该设备进行水处理的方法。
背景技术
现代远洋船舶一般通过灌注压载水来保证航行的安全和稳定，压载水的作用十分重要。但同时压载水在不同水域的吸收和排放也已经成为有害生物在地理性隔离水体间传播的最主要途径。压载水带来的外来有害生物入侵加剧了海洋生态生态系统的破坏和自然环境的恶化，已经被认定为当前海洋环境所面临的四大威胁之一。管理和治理压载水排放所引起的生物入侵问题已经成为当前急需解决的环境难题。
目前，在船上直接处理压载水和到达目的地港口后进行压载水岸上处理是压载水处理的两种主要方式。在船舶压载或卸载过程中杀灭或去除有害水生生物和病原体是一种比较行之有效的方法。世界各国的科学家对压载水处理的方法也已进行了广泛的研究，主要有机械法、物理法、化学法、生物法和复合法等几种。目前主流的处理技术为过滤/紫外辐射结合的物理法处理和过滤/电化学结合的化学法处理两种，占据了大部分市场。但是，这两种技术均存在各自的缺陷。紫外技术安全，基本无副产物生成，最主要的缺陷是处理效果受水质影响较大，当水质浊度较大，紫外穿透率较小时往往不能保证处理效果，需要大幅增加紫外灯工作数量。电化学法利用水中的氯离子生成次氯酸根进行微生物灭活，其效果受水中氯离子浓度影响，对于高盐度的海水处理效果较好，但对于近江河湖泊港口低盐度水域处理效果较差，往往需要大幅增加电流密度或电极面积。由于国际海事组织要求船舶压载水处理设备能够对不同水质的压载水均能达到处理标准，故而现有技术均采用较高的处理剂量以保证船舶能够在全球各水域航行，但这也大大增加了设备的运行成本，有时仍不能达标排放，影响船舶正常作业。因此，需要寻求一种优化的技术，以使设备能够在最小处理成本的前提下达到处理效果。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供了一种效率高、体积小、成本低的船舶压载水处理设备。
本发明的第二目的是提供一种利用上述设备进行船舶压载水处理的方法。
技术方案：本发明提供了一种智能选择式船舶压载水处理设备，包括自控单元、过滤装置、灭活反应装置、电源；所述过滤装置和灭活反应装置连接；所述过滤装置、灭活反应装置之间设有第一压力传感器、盐度传感器和浊度传感器；灭活反应装置的出水管上设有第二压力传感器；所述灭活反应装置下部腔体内设有电化学装置，上部腔体内设有紫外装置，所述电化学装置包括平行设置的阳极和阴极，所述紫外装置包括紫外灯和套装在紫外灯外的石英管，所述阳极、阴极、紫外灯分别与电源连接；所述电源、第一压力传感器、盐度传感器、浊度传感器、第二压力传感器分别与自控单元连接。
作为改进，通过自控单元能够使阳极、阴极的极性对调整，以达到电极自清洗效果。
作为另一种改进，所述过滤装置的过滤精度为-微米。
作为另一种改进，所述灭活反应装置为圆筒型、长方体或正方体。
作为另一种改进，所述阳极、阴极平行设置成对电极，阳极为DSA电极，阴极为316L不锈钢电极；
作为另一种改进，所述紫外灯为中压汞灯、低压汞灯或汞齐灯，其有效紫外辐射剂量200-300mJ/cm2。
作为另一种改进，所述灭活反应装置下部腔体内还设有紫外剂量检测器，且与紫外灯垂直设置，并与自控装置连接。
作为另一种改进，所述灭活反应装置上部腔体内还设有石英管清洗毛刷和电机；所述石英管清洗毛刷为环形，紧贴于石英管外壁设置，且与电机的轴杆连接；所述电机与电源柜连接，电机的轴杆转动时可带动石英管清洗毛刷在石英管外壁作直线运动，达到清洗石英管的目的。
作为另一种改进，所述自控单元可进行软件编程、信号采集、信号分析、模拟计算、自动调控、错误报警、数据记录等功能。
本发明还提供了一种利用上述船舶压载水处理设备进行压载水处理的方法，具体为：过滤装置的进水口与船舶自有压载水泵出水管相连；压载时，利用过滤装置对船舶压载水进行过滤以去掉粒径较大的水生生物、固体颗粒及杂质，再通入灭活反应装置中，过滤后水质经自控单元分析，若盐度小于8PSU，则仅紫外装置工作，若盐度大于8PSU，则仅电化学装置工作，电解和紫外不同时运行，自控单元记录工作模式；卸载时，根据自控单元记录的压载模式，若压载时为紫外工作，则卸载水绕过过滤装置后再次进入灭活反应装置，开启紫外装置电源，进行二次灭活后排至舷外；若压载时为电化学装置工作，则卸载水直接排至舷外。
有益效果：本发明提供的船舶压载水的处理设备结构简单紧凑、占地面积小、使用方便、成本低廉、运行管理方便，利用水质监测数据分析，智能选择处理工艺，水体经过滤预处理后在电化学或紫外辐射作用下得到灭活净化，处理效果好，适用性广。
具体而言，本发明与现有技术相比，具有如下突出的优势：
一、现有的处理技术很难满足不用水域的不同水质水体处理要求，本发明将电化学技术和紫外技术优点结合起来形成互补，通过简单的水质参数测定，实现智能化的选择运行，方便高效，环保可靠，具有广阔的市场前景。
二、现有压载水处理设备的主要投资成本和设备体积均在过滤装置单元，但运行成本主要在生物灭活单元。本发明可根据水质条件充分利用电化学和紫外这两种技术的最大优势，使其在各自最适宜水质条件下工作。与现有的处理设备相比，本发明所提供的技术和装备将大幅减少电化学电极或紫外灯数量。因此，本发明的装备投资成本和设备体积并不会大于现有技术，但运行成本却可以大幅下降。
三、由于充分利用了电化学和紫外这两种技术的最大优势，使其在各自最适宜水质条件下工作，大幅减少了电化学电极或紫外灯数量，因此设备所需额定电功率将大幅减少，对于电功率十分有限的船舶这一点非常重要，设备可应用于更多类型的船舶。
四、根据船舶实际运行状况，电化学和紫外灭活的交替运行使得电极和紫外灯工作寿命都得到了相应的延长。在电化学工作时还能对紫外系统的石英套管起到化学清洗作用，减少机械清洗的次数，提高设备的智能维护性能。
五、利用水质参数传感器、电磁阀和自控单元，可实现处理过程的全自动、智能化控制。
本发明提供的智能选择式船舶压载水处理方法工艺简单、处理效率高，能够有效、经济、环保、一体化的通过过滤、电化学或紫外灭活进行水处理。该“智能选择”即设备可根据处理水质进行判断，选择相应的最适宜处理技术。
附图说明
图1是本发明船舶压载水处理设备的结构示意图。
图2是灭活反应装置的结构示意图。
图3是紫外装置结构示意图。
图4是实施例2和3船舶压载水压载处理时流程示意图；其中，21为1号电磁阀、22为2号电磁阀、23为3号电磁阀、24为4号电磁阀、25为5号电磁阀、26为6号电磁阀、27为7号电磁阀、28为8号电磁阀、29为9号电磁阀，31为压载泵、32为海底门、33为压载舱、34为流量计、35为温度传感器、36为第三压力传感器。
图5是实施例2的船舶压载水卸载处理时流程示意图。
图6是实施例3的船舶压载水的卸载处理时流程示意图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
船舶压载水处理设备，见图1至图3，包括自控单元1、过滤装置2、灭活反应装置3、电源4；所述过滤装置2和灭活反应装置3连接；所述过滤装置2、灭活反应装置3之间设有第一压力传感器5、盐度传感器6和浊度传感器7；灭活反应装置3的出水管上设有第二压力传感器8。
所述灭活反应装置3下部腔体内设有电化学装置，上部腔体内设有紫外装置。
所述电化学装置包括平行设置的阳极9、阴极10，所述阳极9、阴极10平行设置成对电极，阳极9为DSA电极，阴极10为316L不锈钢电极。
所述紫外装置包括紫外灯11、套装在紫外灯11外的石英管12、紫外剂量检测器13、石英管清洗毛刷14和电机15，本发明中所述紫外灯11为中压汞灯，有效紫外辐射剂量250mJ/cm2，可选地，所述紫外灯11也可以根据需要任意选择，优选地为中压汞灯、低压汞灯或汞齐灯，其有效紫外辐射剂量200-300mJ/cm2之间；所述紫外剂量检测器13与紫外灯11垂直设置，并与自控装置1连接；所述石英管清洗毛刷14为环形，紧贴于石英管12外壁设置，且与电机15的轴杆连接；所述电机15与电源柜4连接，电机15的轴杆转动时可带动石英管清洗毛刷14在石英管12外壁作直线运动，达到清洗石英管的目的。
所述阳极9、阴极10、紫外灯11分别与电源4连接；所述电源4、第一压力传感器5、盐度传感器6、浊度传感器7、第二压力传感器8分别与自控单元1连接。
通过自控单元1能够使阳极9、阴极10的极性对调整，以达到电极自清洗效果；自控单元1可利用本领域常用的技术实现软件编程、信号采集、信号分析、模拟计算、自动调控、错误报警、数据记录等功能。
本发明中，过滤装置2的过滤精度为40微米，可选地，其过滤精度也可根据需要合理设置，优选为30-50微米。
本发明中，灭活反应装置3为圆筒形，可选地，也可以根据需要合理设置，优选为圆筒型、长方体或正方体。
实施例2
利用上述装置进行压载水处理，将实施例1的装置接入船舶中，包括以下步骤：
压载时，见图4，仅打开1号电磁阀21、2号电磁阀22、3号电磁阀23、4号电磁阀24，关闭其余电磁阀。压载泵31从海底门32抽取压载水经流量计34、温度传感器35、第三压力传感器36后进入过滤装置1，经过滤后水体流经一号压力传感器5、盐度传感器6、浊度传感器7后进入灭活反应装置3。灭活反应装置3中仅紫外灯9工作，压载水经紫外灭活后流经二号压力传感器8后流入压载舱33。
卸载时，见图5，仅打开4号电磁阀24、5号电磁阀25、6号电磁阀26、7号电磁阀27、8号电磁阀28，关闭其余电磁阀。压载泵31从压载舱33抽取压载水经流量计34、温度传感器35、第三压力传感器36后直接进入灭活反应装置3。灭活反应装置3中仅紫外灯9工作，压载水经紫外二次灭活后流经二号压力传感器8后排放至船舷外。
本发明中，过滤装置2具备反冲洗功能，自控单元可根据三号压力传感器36和一号压力传感器5之间的压力差控制反冲洗频率，反冲洗水可通过反冲洗排污口排放。
自控单元将记录所有运行参数。
当设备运行过程中有任何报警提示时，自控单元将切断压载泵和设备运行电源，停止工作，并记录故障。
如遇到特殊情况必须进行船舶压载或卸载压载水时，按如下方法处理。
在压载时仅打开1号电磁阀21、5号电磁阀25、9号电磁阀29、3号电磁阀23，关闭其余阀门。压载泵31从海底门32抽取压载水经流量计34、温度传感器35、第三压力传感器36后直接进入压载舱33。
卸载时，仅打开7号电磁阀27、5号电磁阀25、9号电磁阀29、8号电磁阀28，关闭其余阀门。压载泵31从压载舱33抽取压载水经流量计34、温度传感器35、第三压力传感器36后直接排放至船舷外。
实施例3
利用上述装置进行压载水处理，与实施例2基本相同，不同之处仅在于：灭活反应装置5中仅阳极6和阴极7工作。
压载时，见图4，与实施例1基本相同。
卸载时，见图6，仅打开7号电磁阀27、5号电磁阀25、9号电磁阀29、8号电磁阀28，关闭其余阀门。压载泵31从压载舱33抽取压载水经流量计34、温度传感器35、第三压力传感器36后直接排放至船舷外。
对船舶压载水进行处理，进水含细菌105CFU/mL。处理方法及效果见表1。
表1船舶压载水的处理设备进行处理方法及效果
Claims (9)
1.一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：包括自控单元（1）、过滤装置（2）、灭活反应装置（3）、电源（4）；所述过滤装置（2）和灭活反应装置（3）连接；所述过滤装置（2）、灭活反应装置（3）之间设有第一压力传感器（5）、盐度传感器（6）和浊度传感器（7）；灭活反应装置（3）的出水管上设有第二压力传感器（8）；所述灭活反应装置（3）下部腔体内设有电化学装置，上部腔体内设有紫外装置，所述电化学装置包括平行设置的阳极（9）和阴极（10），所述紫外装置包括紫外灯（11）和套装在紫外灯（11）外的石英管（12），所述阳极（9）、阴极（10）、紫外灯（11）分别与电源（4）连接；所述电源（4）、第一压力传感器（5）、盐度传感器（6）、浊度传感器（7）、第二压力传感器（8）分别与自控单元（1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：通过自控单元（1）能够使阳极（9）、阴极（10）的极性对调整。
3.根据权利要求1所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：所述过滤装置（2）的过滤精度为30-50微米。
4.根据权利要求1所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：所述灭活反应装置（3）为圆筒型、长方体或正方体。
5.根据权利要求1所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：所述阳极（9）、阴极（10）平行设置成对电极，阳极（9）为DSA电极，阴极（10）为316L不锈钢电极；
6.根据权利要求1所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：所述紫外灯（11）为中压汞灯、低压汞灯或汞齐灯，其有效紫外辐射剂量200-300mJ/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：所述灭活反应装置（3）下部腔体内还设有紫外剂量检测器（13），且与紫外灯（11）垂直设置，并与自控装置（1）连接。
8.根据权利要求1所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备，其特征在于：所述灭活反应装置（3）上部腔体内还设有石英管清洗毛刷（14）和电机（15）；所述石英管清洗毛刷（14）为环形，紧贴于石英管（12）外壁设置，且与电机（15）的轴杆连接；所述电机（15）与电源柜（4）连接。
9.一种利用权利要求1至9任一项所述的一种智能选择式船舶压载水处理设备进行压载水处理的方法，其特征在于：压载时，利用过滤装置（2）对船舶压载水进行过滤以去掉粒径较大的水生生物、固体颗粒及杂质，再通入灭活反应装置（3）中，过滤后水质经自控单元（1）分析，若盐度小于8PSU，则仅紫外装置工作，若盐度大于8PSU，则仅电化学装置工作，电解和紫外不同时运行，自控单元记录工作模式；卸载时，根据自控单元（1）记录的压载模式，若压载时为紫外工作，则卸载水绕过过滤装置（2）后再次进入灭活反应装置（3），开启紫外装置电源，进行二次灭活后排至舷外；若压载时为电化学装置工作，则卸载水直接排至舷外。
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