CN104071858A - 压舱水的处理方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压舱水的处理方法及其装置，应用于以石化燃料作为动力源的船舶，所述的压舱水的处理方法包含以下步骤：引入海水至压载舱，通入燃烧石化燃料所生成的废气于压载舱的海水中，而产生加热海水、蒸发海水以及酸化海水等过程。藉此，可有效消灭海水中生物体、节省成本以及符合环保诉求。
Description
技术领域
本发明是有关于一种压舱水的处理方法及装置，且特别是有关于一种回收船舶废气用于压舱水的处理方法及装置。
背景技术
船舶于空载荷或载荷较少时，需在压载舱(ballast tank)中注入压舱水，以确保船舶具有足够的吃水深度，以维持船身平衡，并使其螺旋桨可正常运作，而当船舶抵达港湾时则将压舱水排出。然而，船舶常往返于不同海域，不同海域的生物体诸如鱼类、甲壳类动物、浮游生物、胞囊、细菌及病毒等并不相同，压舱水中富含抽取处海域的生物体，这些生物体易造成排放处海域的生态失衡。因此，国际海事机构(International Maritime Organization，IMO)订定出压舱水排放基准，其内容如下：从船舶所排出的压舱水中含有的50μm以上的生物的数量在1m3中为未满10个，10μm以上而未满50μm的生物的数量在1ml中为未满10个；霍乱菌数量在100ml中为未满1cfu，大肠菌的数量在100ml中为未满250cfu，肠球菌的数量在100ml中为未满100cfu。
因应此压舱水排放基准，使用各式杀菌剂以除去压舱水中生物体的方法应运而生，诸如使用含氯系杀菌剂或者臭氧以杀死压舱水中生物体。此类方法虽然有效，然而，购买杀菌剂需支付购买费用，或者需于船上设置产生前述杀菌剂的设备，当以含氯系杀菌剂作为杀菌手段，其所残留的氯气易与压舱水的有机物反应，而产生有害的三卤甲烷(trihalomethane)，进而危害生态环境，若以臭氧作为杀菌手段，臭氧本身毒性强烈，若不慎外泄，则可能危害船员健康。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种可有效消灭海水中生物体、节省成本以及符合环保诉求的压舱水的处理方法。
本发明的另一目的在于提供一种可有效消灭海水中生物体、节省成本以及符合环保诉求的压舱水的处理装置。
因此，本发明的一个方面的一实施方式是提供一种压舱水的处理方法，其是应用于以石化燃料作为动力源的船舶，包含引入海水至压载舱，以及通入燃烧石化燃料所生成的废气于压载舱的海水中，而产生以下过程：加热海水、蒸发海水以及酸化海水，以形成酸性海水。
依据本发明一实施方式的一实施例，其中加热海水，包含使海水的温度为42℃以上，在另一实施例中，则加热海水使海水的温度为60℃至70℃。
依据本发明一实施方式的一实施例，其中蒸发海水，包含使海水的盐度为千分之36.4以上，酸化海水，包含使海水的氢离子浓度值（pH值）为4.6以下。
依据本发明一实施方式的一实施例，可更包含中和酸性海水，可于酸性海水中添加碱性物质如碳酸钠以中和之。
另前述的石化燃料可为柴油，废气可包含二氧化碳。
本发明的另一方面的一实施方式是提供一种压舱水的处理装置，其设置于以石化燃料作为动力源的船舶，包含海水抽取机构、压载舱、气体供给机构以及控制机构。其中海水抽取机构是用以抽取海水，压载舱与海水抽取机构连接，用以容置海水抽取机构所抽取的海水，气体供给机构与压载舱连接并提供海水废气，此废气是燃烧石化燃料所生成，控制机构与压载舱连接，包含温度感测单元、盐度感测单元及氢离子浓度值感测单元，前述感测单元分别连接并感测海水的温度、盐度及氢离子浓度值。
依据本发明一实施例，压舱水的处理装置更包含碱质供给机构，其可与控制机构以及压载舱连接，碱质供给机构可提供海水碱性物质如碳酸钠。控制机构可与气体供给机构连接，气体供给机构可更包含调节单元。
以石化燃料作为动力源的船舶，在燃烧石化燃料时会排放大量高温废气，本发明藉由将高温废气通入压载舱的海水中，利用废气所挟带的热能加热海水，使海水温度上升，海水中的生物体因代谢率改变、蛋白质变性等因素而死亡，在海水升温过程中，会同步蒸发海水而使其盐度上升，盐度变化进一步使海水中的生物体因离子扩散和渗透等生理调适不及而死亡，此外，石化燃料废气中富含二氧化碳，二氧化碳溶于水中会使海水的氢离子浓度值下降，而使耐酸性差的生物体死亡。
本发明的压舱水的处理方法，具有下列优点：首先，将燃烧石化燃料所生成的废气通入压载舱的海水中，可同时改变海水温度、盐度及氢离子浓度值，三管齐下而能有效消灭海水中的生物体；其次，使用者不需支付购买杀菌剂的成本或者于船上设置生产杀菌剂的设备，亦可避免因杀菌剂外泄而危害船员健康的风险；再者，燃烧石化燃料所生成的废气富含二氧化碳，二氧化碳为温室气体，被视为造成全球气候暖化的主因，随着全球对石化产品的倚赖，全球二氧化碳排放量高居不下，本发明回收此废气再利用，可在不需额外支付成本的情况下，有效减少二氧化碳的排放量，克服长存的环保难题。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为依照本发明一实施方式的压舱水的处理方法的步骤流程图；
图2为依照本发明一实施方式的压舱水的处理装置的示意图；
其中，符号说明：
110：步骤 120：步骤
121：步骤 122：步骤
123：步骤
200：海水抽取机构 210：海水抽取管路
220：泵 300：压载舱
400：气体供给机构 410：调节单元
420：喷嘴 430：废气
500：控制机构 510：温度感测单元
520：盐度感测单元 530：氢离子浓度值感测单元
600：碱质供给机构 700：海水排出机构
900：海水。
具体实施方式
请参照图1，其为依照本发明一实施方式的压舱水的处理方法的步骤流程图。首先，进行步骤110，引入海水至压载舱，使船舶具有足够的吃水深度，其次，进行步骤120，通入燃烧石化燃料所生成的废气于海水中，产生包含步骤121、步骤122及步骤123等过程，以消灭海水中的生物体，其中石化燃料为船舶的动力源，石化燃料可为但不限于柴油。在步骤121中，加热海水，藉由温度改变使海水中的生物体因代谢率改变及蛋白质变性而死亡，在一实施例，是加热海水使海水的温度为42℃以上，在另一实施例中，则加热海水使海水的温度为60℃至70℃。在步骤122中，蒸发海水，藉由盐度变化使海水中的生物体因离子扩散和渗透等生理调适不及而死亡，在一实施例，是蒸发海水使海水的盐度为千分之36.4以上。在步骤123中，酸化海水，以形成酸性海水。藉由废气中所含有的二氧化碳溶于海水中，形成碳酸而使海水氢离子浓度值下降，进而使海水中耐酸性差的生物体死亡，在一实施例，是酸化海水使海水的氢离子浓度为4.6以下。由于废气通入压舱槽的海水，会同步造成海水的温度、盐度及氢离子浓度值的变化，因此，步骤121、步骤122、步骤123可同步发生。
依据本发明一实施例的压舱水的处理方法，可更包含中和酸性海水的步骤，当船舶抵达港湾欲将压载舱的酸性海水排出时，可先行侦测当地海水的氢离子浓度值，再于酸性海水中添加适量的碱性物质如碳酸钠，使酸性海水的氢离子浓度值增加至与当地海水的氢离子浓度值约略相同，以避免因氢离子浓度值过小而危害当地海域生态。
请参照图2，其为依照本发明一实施方式的压舱水的处理装置的示意图。图2中，压舱水的处理装置是设置于以石化燃料作为动力源的船舶（图未揭示），其包含海水抽取机构200、压载舱300、气体供给机构400、控制机构500、碱质供给机构600、以及海水排出机构700。
海水抽取机构200包含海水抽取管路210与泵220，其用以抽取海水900，使船舶具有足够的吃水深度，可于海水抽取管路210设置筛网或过滤装置（图未揭示），以初步阻绝大型生物体进入压载舱300，以缩短后续处理时间，泵220可以是压舱泵。压载舱300与海水抽取机构200连接，用以容置海水900。气体供给机构400与压载舱300连接，包含调节单元410与多个喷嘴420，气体供给机构400可提供废气430，废气430是燃烧石化燃料所生成，藉由调节单元410可调整通入压载舱300的废气430的流量、温度、压力等性质，藉由将喷嘴420设置于邻近压载舱300的底部，有助于废气430与海水900充分接触，进而达到良好的热交换效率以及提高废气430的二氧化碳于海水900的溶解量。控制机构500分别与压载舱300、气体供给机构400以及碱质供给机构600连接，控制机构500包含温度感测单元510、盐度感测单元520以及氢离子浓度值感测单元530，藉由这些感测单元连接并感测海水900的温度、盐度及氢离子浓度值，控制机构500可依据前述感测单元的感测结果，通过控制气体供给机构400，而使控制气体供给机构400的调节单元410调整通入海水900的废气430流量与性质，使海水900的温度盐度及氢离子浓度值达到标准，以有效消灭海水900的生物体。当船舶抵达港湾欲将压载舱300的海水900排出时，可先行侦测当地海水的氢离子浓度值，再通过控制机构500控制碱质供给机构600所提供的碱性物质的添加量，使海水900的氢离子浓度值与当地海水的氢离子浓度值约略相同，以避免海水900因氢离子浓度值过小而危害当地海域生态，待调整好海水900的氢离子浓度值，再通过海水排出机构700将海水900排放至当地港湾。
＜燃烧柴油所产生的废气的基本性质＞
关于柴油引擎船舶所排放的废气，已有诸多文献进行探讨，例如，曾有文献（Jana Moldanová,Erik Fridell,Olga Popovicheva,Benjamin Demirdjian,Victoria Tishkova,Alessandro Faccinetto,Cristian Focsa,Characterisation ofparticulate matter and gaseous emissions from a large ship diesel engine,Atmospheric Environment,Volume43,Issue16,May2009,Pages2632-2641,ISSN1352-2310,10.1016/j.atmosenv.2009.02.008.）针对长292米、宽32米、总高度52米、造于1985年的船舶进行废气研究，此船舶采用柴油引擎（型号为Kincaid B&W6L90GBE），当其以重馏分油（Heave-Fraction Oil）为燃料，其海面上的的燃料消耗速率为3.2m3/h～3.4m3/h，由柴油引擎所排出的废气温度为330℃（此温度是废气排出柴油引擎后随即测量所得）、于烟囱顶所量测的废气温度为263℃～266℃。废气主要成分为氧气与二氧化碳，氧气与二氧化碳的质量比约为1：0.53，另含有非常微量的氮的氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、二氧化硫、三氧化硫等，若将氧气与二氧化碳的质量视为100，则其他成份的质量总和约为1.25。
由前述文献结果可知，废气本身温度甚高，其挟带大量热能，将其通入压载舱的海水中，可加热海水，使海水的温度上升，同时可加速海水的蒸发，而使海水的盐度提高，且废气中富含二氧化碳，二氧化碳溶于海水中会形成碳酸，而使海水的氢离子浓度值下降成为酸性。此外，废气的主成分为氧气与二氧化碳、其他成份含量甚低，将废气通入海水中，并不会因废气含有大量有毒物质而污染海水。因此，以通入燃烧石化燃料所生成的废气于压载舱的海水中，是有效且安全的方法。依据国际海事机构的标准，压舱水的处理方法及装置必须不会对环境造成更大的冲击、可与船舶的结构相容以及成本低廉，本发明的压舱水的处理方法及装置可符合前述的标准。
＜温度、盐度及氢离子浓度值对海水中的生物体的影响＞
温度改变会使海水中的生物体的代谢率改变、蛋白质变性以及其所产生的酶失去活性而死亡，一般而言，温度上升到42℃，蛋白质会开始产生变性，例如，有孔虫（学名：Globigerinoides sacculifer），其在15℃～16℃可存活9.2天，但当温度上升至32℃～33℃仅可存活2天，又例如，有孔虫（学名：Orbulinauniversa），其在25.8℃可存活10.3天，但当温度上升至32℃～33℃仅可存活1.4天。此外，以60℃～70°C持续加热30分钟，可消灭大多数细菌。因此，于航行时将燃烧石化燃料所生成的废气通入压载舱的海水中，使海水的温度持续维持在42℃以上，以消灭水中的生物体。由于消灭水中的生物体所需的温度与加热时间有关，因此，使用者可视实际情形弹性调整压载舱的海水温度，例如，当航程较长，可采用较低的温度，当航程较短，则采用较高的温度。
在加热压载舱的海水的过程中，温度上升会加速海水蒸发，进而使海水的盐度提高，盐度改变化会使海水中的生物体因离子扩散和渗透等生理调适不及而死亡，因此，藉由盐度的变化，可提高海水中生物体的死亡率。
废气中富含二氧化碳，二氧化碳溶于水中会形成碳酸，海水的氢离子浓度值约为8～8.3之间，呈微碱性，氢离子浓度值下降对海中生物体会造成伤害，尤其是以碳酸钙做为外骨胳的生物体，例如球石藻类(coccolithophorids，具碳酸钙盘形构造)，以及其他浮游生物如海蜗牛，因此，藉由氢离子浓度值的变化，可提高海水中生物体的死亡率。
由上述本发明实施方式可知，本发明的压舱水的处理方法具有下列优点：首先，将燃烧石化燃料所生成的废气通入压载舱的海水中，可同时改变海水温度、盐度及氢离子浓度值，三管齐下而能有效消灭海水中的生物体；其次，使用者不需支付购买杀菌剂的成本，亦可避免因杀菌剂外泄而危害船员健康的风险；再者，燃烧石化燃料所生成的废气富含二氧化碳，二氧化碳为温室气体，被视为造成全球气候暖化的主因，随着全球对石化产品的倚赖，全球二氧化碳排放量高居不下，本发明回收此废气再利用，可在不需额外支付成本的情况下，有效减少二氧化碳的排放量，克服长存的环保难题。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (16)
1.一种压舱水的处理方法，该方法是应用于以石化燃料作为动力源的船舶，包含：
引入海水至压载舱；以及
通入燃烧所述石化燃料所生成的废气于所述海水中，产生包含以下过程：
加热所述海水；
蒸发所述海水；及
酸化所述海水，以形成酸性海水。
2.如权利要求1的压舱水的处理方法，其中加热所述海水，包含使所述海水的温度为42℃以上。
3.如权利要求1的压舱水的处理方法，其中加热所述海水，包含使所述海水的温度为60℃至70℃。
4.如权利要求1的压舱水的处理方法，其中蒸发所述海水，包含使所述海水的盐度为千分之36.4以上。
5.如权利要求1的压舱水的处理方法，其中酸化所述海水，包含使所述海水的氢离子浓度值为4.6以下。
6.如权利要求1的压舱水的处理方法，还包含中和所述酸性海水。
7.如权利要求6的压舱水的处理方法，其中，中和所述酸性海水是于所述酸性海水中添加碱性物质。
8.如权利要求7的压舱水的处理方法，其中所述碱性物质是碳酸钠。
9.如权利要求1的压舱水的处理方法，其中所述石化燃料为柴油。
10.如权利要求1的压舱水的处理方法，其中所述废气包含二氧化碳。
11.一种压舱水的处理装置，设置于以石化燃料作为动力源的船舶，所述装置包含：
海水抽取机构，用以抽取海水；
压载舱，所述压载舱与所述海水抽取机构连接，用以容置所述海水；
气体供给机构，所述气体供给机构与所述压载舱连接并提供所述海水废气，所述废气是燃烧所述石化燃料所生成；以及
控制机构，所述控制机构与所述压载舱连接，包含：
温度感测单元，连接并感测所述海水；
盐度感测单元，连接并感测所述海水；以及
氢离子浓度值感测单元，连接并感测所述海水。
12.如权利要求11的压舱水的处理装置，还包含碱质供给机构，与所述压载舱连接并提供所述海水碱性物质。
13.如权利要求12的压舱水的处理装置，其中所述碱性物质为碳酸钠。
14.如权利要求12的压舱水的处理装置，其中所述控制机构与所述碱质供给机构连接。
15.如权利要求11的压舱水的处理装置，其中所述控制机构与所述气体供给机构连接。
16.如权利要求11的压舱水的处理装置，其中所述气体供给机构还包含调节单元。
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