CN105092670B

CN105092670B - 一种船舶压载水处理系统比例缩放试验方法

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Publication number: CN105092670B
Application number: CN201510495578.3A
Authority: CN
Inventors: 于青; 刘光洲; 王海涛; 刘雪雷; 姚萍
Original assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Current assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-11-17
Anticipated expiration: 2035-08-13
Also published as: CN105092670A

Abstract

本发明公开了一种船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，包括测试电解前、电解后试验用水的Csp值以及经电解的试验用水的平均流量的步骤，试验用水电解后，流经氢气分离装置，进行氢气分离的步骤；试验用水经氢气分离后，流入模拟压载舱至设定体积的步骤；计算产氯量和氢气含量的步骤。本发明无需使用过滤单元及中和单元，因此所需海水量仅为同样型号传统陆基试验验证方法的1‑2%；另外，该方法只需检测产氯量及氢气，无需检测生物指标，因此试验周期短，验证结果获得速度快，同时大大节省了试验及检验成本。

Description

一种船舶压载水处理系统比例缩放试验方法

技术领域

本发明涉及船舶压载水处理系统领域，具体涉及一种船舶压载水处理系统比例缩放试验方法。

背景技术

“压载水”系指为控制船舶纵倾、横倾、吃水、稳性或应力而在船上加装的水及其悬浮物，船舶加装压载水是为了满足船舶操纵和航行安全的需要。船舶在加装压载水的同时，当地的水生物也将随之被装入到压载舱中，直至航程结束后随压载水排放到目的地海域。据估计，每天至少有7000种海洋生物随船舶压载水在全球范围内传播。船舶压载水携带的水生物，主要包括细菌和其它微生物、小型无脊椎动物和其它物种的卵及幼虫，甚至一些大的鱼类，排放这些带有外来生物的压载水和沉积物，可能会对该地区的生态系统、社会经济和公众健康造成危害。为了更有效地控制和防止船舶压载水传播有害水生物和病原体，国际海事组织（IMO）于2004年通过了《关于船舶压载水及其沉积物管理和控制的国际公约》。“公约”自2009年开始，规定所有新建船舶必须安装压载水处理装置，并对现有船舶追溯实施。“公约”对压载水的处理标准，即处理水中可存活生物的种类及数量作了明确规定（D-2标准）。要求所有经压载水处理系统处理过的海水必须满足标准，所有船舶必须按照IMO制定的时间表进行压载水的处理。IMO及各国主管机关可通过这一公约来管理和约束压载水的排放，避免或减少压载水中外来生物对排放地造成的危害。

目前电解法及紫外法船舶压载水处理技术是国内外主流压载水处理技术。其中，电解法船舶压载水处理技术凭借其独特的技术优势，目前以被越来越多的用户所采用，是目前全球第一大船舶压载水处理技术。

电解法船舶压载水处理系统必须通过IMO的基本及最终认可以及相关船级社等主管机关认证后方可上船安装使用。在认证过程中，需要对电解法处理系统的相关参数、处理效果、系统的环境可接受性以及安全性进行全面的评估。在认证过程中，一般是采用某一或某几种型号的系统先进行试验及认证，随后往往还需要在前期认证的基础上对剩余型号的系统进行认证，这就涉及到系统的比例缩放认证试验的问题。

国内外主要电解法船舶压载水处理系统均采用过滤+电解+中和的流程进行压载水处理。压载水先经自动反冲洗过滤器过滤去除大体积的生物及固体颗粒后，其中1%-2%的过滤后的压载水被抽取进入电解槽电解产生高浓度次氯酸钠（个别系统采用压载水全通过的方式），然后被重新注入回压载水主管道，高浓度的次氯酸钠海水与主管道压载水混合达到余氯浓度要求后进入压载舱，在排载时，如压载水中的余氯浓度超标，则采用中和剂中和余氯，之后达标排放。

通常情况下，必须采用拟认证的系统按照IMO及船级社要求以及实际处理流程对压载水进行处理，并检测处理后压载水是否满足D-2标准。这种方法在认证过程中包括了过滤单元、电解单元及中和单元，虽然能模拟整个电解法处理系统流程并检验其处理效果，但需要配制过滤单元和中和单元，成本高，所需试验海水量巨大，必须在海边修建试验基地，另外，试验及检测的项目多、时间长，高昂的检测费用也同样大大增加了认证成本。

发明内容

本发明针对现有电解法船舶压载水处理系统比例缩放认证存在的问题，所要解决的技术问题为提供一种船舶压载水处理系统比例缩放认证试验方法，该方法在符合科学原理的前提下，通过合理的设计，能够大大减少电解法船舶压载水处理系统比例缩放认证试验的时间及成本，有利于推动国内外电解法船舶压载水处理系统比例缩放认证工作的开展。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，包括如下步骤：

测试电解前试验用水的总的残余氧化物浓度值的步骤，所述电解前试验用水的总的残余氧化物浓度值记为Csp₁；

试验用水进入电解单元进行电解的步骤；

测试电解后试验用水的总的残余氧化物浓度值和经电解的试验用水的平均流量的步骤，所述电解后试验用水的总的残余氧化物浓度值记为Csp₂，所述电解的试验用水的平均流量记为Q；

试验用水电解后，流经氢气分离装置，进行氢气分离的步骤；

试验用水经氢气分离后，流入模拟压载舱至设定体积的步骤；

计算产氯量和氢气含量的步骤，将产氯量与理论所需最小产氯量进行比较，将氢气含量与安全范围值进行比较；当产氯量大于理论所需最小产氯量，且氢气含量在安全范围内时，表明拟验证的船舶压载水处理系统满足要求；

其中，产氯量的计算公式如下：

产氯量=（Csp₂-Csp₁）* Q

（1）；

所述理论所需最小产氯量的计算方法如下：每一个型号的船舶压载水处理系统所需的最小产氯量由该型号船舶压载水处理系统的最大处理流量乘以压载水中所需的最低总的残余氧化物浓度值得到。

进一步地，在测试电解前试验用水的总的残余氧化物浓度值的步骤中，取样点设置在电解单元进水口前，所述取样点记为取样点1；在所述取样点1于同一时间取三份水样，每一份水样测量一次总的残余氧化物浓度值，取其平均值，记为。

进一步地，所述电解前试验用水盛放于至少一个原水水罐中，所述原水水罐通过阀门与电解单元的进水口相连；在取样点1取样之前，将原水水罐中的试验用水混合均匀。

进一步地，在测试电解后试验用水的总的残余氧化物浓度值的步骤中，取样点设置在电解单元出水口后，所述取样点记为取样点2；在所述取样点2于不同时间取三份水样，分别测量每一个样本的总的残余氧化物浓度值，取其平均值，记为；在取样点2取样的同时，通过设置在电解单元前管道上的流量计测量相应时刻的流入电解槽的试验用水流量值，取其平均值，得到电解的试验用水的平均流量Q。

进一步地，在取样点2分别对电解单元运行5分钟、10分钟、15分钟后的试验用水进行取样，用以测量和Q。

进一步地，还包括如下步骤：试验用水经氢气分离后，流入接收水罐的步骤。

进一步地，还包括如下步骤：对所述接收水罐中的余氯进行中和处理，再进行排放。

进一步地，所述中和处理为所述接收水罐中的余氯自然分解，或人工滴定余氯浓度后，添加中和剂进行中和。

进一步地，在试验用水电解后，流经氢气分离装置，进行氢气分离的步骤中，被分离的氢气通过鼓风机稀释后排放到开放的空气中。

本发明所述电解法船舶压载水处理系统等比例缩放试验方法进行认证具有如下有益效果：

（1）本发明仅需利用电解单元、相关海水储罐及连接管道进行比例缩放认证试验，通过测量TRO浓度及流量数值来计算电解单元产氯量，以证明各型号设备的产氯量在压载水处理范围内都能达到压载水中所需的最低余氯浓度，同时测量模拟压载舱内空气中的氢气浓度，以验证利用氢气分离装置的系统除氢效果；

（2）由于省去了过滤单元（自动反冲洗过滤器），一方面，进入电解槽的水中会含有更多量的大体积生物，这部分生物将会消耗一部分产氯量，即试验条件与正常运行条件相比，对被测试方来说更为苛刻，如果在此条件下产氯量能够达标，则更能说明设备的性能，使试验结果更具说服力；另一方面，由于省略了过滤单元，因此所需海水量仅为同样型号传统陆基试验验证方法的1-2%，节省了成本，减少海水用量，减小试验场地面积。

（3）模拟压载舱中的余氯可通过自然分解或人工滴定测定余氯浓度后进行人工中和处理，使得本发明方法无需配备余氯分析仪和中和单元，大大节省了成本，降低了试验准备工作量。

（4）该方法只需检测产氯量及氢气，无需检测生物指标，因此试验周期短，验证结果获得速度快，大大节省了试验及检验成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细阐述：

图1为应用本发明船舶压载水处理系统比例缩放认证试验方法的系统结构图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1所示，应用本发明船舶压载水处理系统比例缩放试验方法的系统包括若干原水水罐和接收水罐，所述原水水罐和接收水罐分别从1至N编号，其数量由试验所需要的总水量以及每个水罐的容量来决定。原水水罐用于盛放试验用水（即船舶压载舱原始流入海水）；接收水罐用于盛放试验结束后的海水（即处理后的船舶压载水）。该系统还包括电解单元、氢气分离装置和模拟压载舱，原水水罐各自通过阀门与电解单元的进水口相连，电解单元的出水口与氢气分离装置的进水口相连，氢气分离装置的出水口分别通过阀门连接各个接收水罐的进水口，同时，氢气分离装置的出水口还通过阀门连接模拟压载舱的进水口，模拟压载舱同样盛放试验结束后的海水，但主要用途为在该水罐中检测氢气。

具体认证试验方法如下：

（1）在试验开始前，将原水水罐中的试验用水混合均匀，然后打开连接原水水罐的阀门，各原水水罐中的试验用水将同时流出，在试验用水流入电解单元前设置取样点1，在取样点1处，同一时间取三份水样，每一份水样人工滴定一次测量TRO浓度值，记为Csp₁(mg/L)，随后计算得取样点1的TRO平均浓度值，记为(mg/L)；

其中，TRO是Total Residual Oxidant的缩写，即总的残余氧化物。Csp中，C代表concentration，即浓度，sp是sampling point的缩写，即取样点。Csp₁即为取样点1的TRO浓度值，即为取样点1的TRO平均浓度值。

（2）取样点1取样完成后，打开电解单元前的阀门，开启电解单元前的海水泵（即图中的P），并启动电解单元，原水水罐中的试验用水将在海水泵的作用下进入电解单元中进行电解；

（3）在电解单元的出水口处设置取样点2，在取样点2分别对电解单元运行5分钟、10分钟、15分钟后的试验用水进行取样，分别测量每一个样本的TRO浓度值，即测量电解5分钟、10分钟、15分钟后的试验用水的TRO浓度值，记为Csp₂(mg/L)；随后计算得取样点2的TRO平均浓度值，记为(mg/L)，同理，即为取样点2的TRO平均浓度值；在取样点2取样的同时，通过设置在电解单元前管道上的流量计（即图中的F）测量并记录电解单元运行5分钟、10分钟、15分钟后的流入电解槽的试验用水流量值，随后计算得电解槽平均流量，记为Q(m³/h)；

（4）经电解单元电解后的海水流入氢气分离装置，电解所产生的氢气通过氢气分离装置进行分离，被分离的氢气通过鼓风机稀释后排放到开放的空气中；

（5）分离氢气后的试验用水流至接收水罐和模拟压载舱。当分离氢气后的试验用水进入模拟压载舱达到设定的体积时，关闭电解单元相关泵阀，同时采用手持式氢气测量仪测量模拟压载舱上部空间的氢气含量，并记录测量数据；

（6）进行产氯量计算及氢气测量，认证试验结束；

（7）认证试验结束后接收水罐中试验用水可能还存在有一定浓度的余氯，必须进行一定的处理以防二次污染。如时间允许，可等待其自然分解后按相关规定进行排放；也可人工滴定余氯浓度后，添加中和剂进行中和，随后按相关规定进行排放。

其中，在步骤（5）中，产氯量的计算公式如下：

产氯量 (Kg/h) = ( - ) * Q / 1000

（1）

(- )即表示实际通过电解单元产生的TRO平均浓度，该实际产生的TRO平均浓度值乘以实际的电解槽平均流量即为实际电解产生的产氯量。

当在取样点1和取样点2处仅取一份水样时，产氯量计算公式为如下，用户可根据实际情况选择公式（1）或公式（2）。

产氯量 (Kg/h) = (Csp₁ - Csp₂) * Q / 1000

（2）

理论所需最小产氯量的计算方法如下：每一个型号的处理系统所需的最小产氯量可以由该型号处理系统的最大处理流量乘以压载水中所需的最低TRO浓度得到；例如：假设该系统满足D-2标准时压载水中所需的最低TRO浓度为6mg/L，某一型号最大处理压载水流量为2000m3/h，则该型号处理系统所需最小产氯量为6mg/L✕2000m3/h = 12kg/h。

对比实际产氯量与理论所需最小产氯量，如果测量得到的实际产氯量值大于计算得到的理论所需最小产氯量，则说明该型号系统的可以满足压载水中杀灭水生物所需的最低余氯浓度的要求，即经该系统处理后的压载水的余氯浓度满足IMO D-2标准。

另外，根据氢气测量数据可以判定所测氢气含量是否在安全范围内，进而判定该型号处理系统是否满足氢气安全要求。

如果产氯量及氢气安全均达到要求，则可以判定该型号系统能够满足IMO及相关主管机关性能及安全要求，否则，若产氯量及氢气安全其中一个方面不能达标，则可判定该系统不能满足要求。

实施例一：

对型号A电解法船舶压载水处理系统进行等比例缩放认证试验。试验中测得：盐度：35PSU；电解槽流量：17.1m3/h，取样点1的TRO平均浓度：0.43mg/L，取样点2的TRO平均浓度：1223mg/L。模拟压载舱上部空间氢气含量：0%LEL。

根据公式（1）计算：产氯量=（1223mg/L-0.43 mg/L）* 17.1 m3/h/1000 = 20.9kg/h。

假设该型号压载水处理系统处理海生物满足D-2要求所需最低TRO浓度为4mg/L，最大处理为1200 m3/h，则所需最小产氯量为：4mg/L * 1200 m3/h= 4.8kg/h。

最终验证结果：

（1）验证试验测得实际产氯量：20.9kg/h ＞理论所需最小产氯量：4.8kg/h；因此能够满足IMO D-2标准；

（2）模拟压载舱氢气浓度：0%LEL＜危险值；因此满足氢气安全要求。

实施例二：

对型号B电解法船舶压载水处理系统进行等比例缩放认证试验。试验中测得：盐度：26PSU；电解槽流量：10.5m3/h，取样点1的TRO平均浓度：0.35mg/L，取样点2的TRO平均浓度：1125mg/L。模拟压载舱上部空间氢气含量：0%LEL。

根据公式（1）计算：产氯量=（1125mg/L-0.35 mg/L）* 10.5 m3/h/1000 = 11.8kg/h。

假设该型号压载水处理系统处理海生物满足D-2要求所需最低TRO浓度为6mg/L，最大处理为800 m3/h，则所需最小产氯量为：8mg/L * 800 m3/h = 6.4kg/h。

最终验证结果：

（1）验证试验测得实际产氯量：11.8kg/h ＞理论所需最小产氯量：6.4kg/h；因此能够满足IMO D-2标准；

（2）模拟压载舱氢气浓度测量：0%LEL＜危险值；因此满足氢气安全要求。

实施例三：

对型号C电解法船舶压载水处理系统进行等比例缩放认证试验。试验中测得：盐度：14.5PSU；电解槽流量：13.2m3/h，取样点1的TRO平均浓度：0.33mg/L，取样点2的TRO平均浓度：989mg/L。模拟压载舱上部空间氢气含量：0%LEL。

根据公式（1）计算：产氯量=（989mg/L – 0.33 mg/L）* 13.2 m3/h/1000 =13.05kg/h。

假设该型号压载水处理系统处理海生物满足D-2要求所需最低TRO浓度为9mg/L，最大处理为1000 m3/h，则所需最小产氯量为：9mg/L * 1000 m3/h = 9kg/h。

最终验证结果：

（1）验证试验测得实际产氯量：13.05kg/h ＞理论所需最小产氯量：9kg/h；因此能够满足IMO D-2标准；

本发明仅利用电解单元、相关海水储罐及连接管道进行比例缩放认证试验，在车间内测量电解单元产氯量，以证明各型号设备的产氯量在压载水处理范围内都能达到压载水中所需的最低余氯浓度，同时利用氢气分离装置及模拟压载舱验证除氢效果。试验过程及结果表明该方法及系统能够有效、准确地测量不同型号电解法船舶压载水处理系统的产氯量，并能够检测该处理系统的除氢效果。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

试验用水进入电解单元进行电解的步骤；

其中，产氯量的计算公式如下：

产氯量=（Csp₂-Csp₁）* Q （1）；

2.根据权利要求1所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：在测试电解前试验用水的总的残余氧化物浓度值的步骤中，取样点设置在电解单元进水口前，所述取样点记为取样点1；在所述取样点1于同一时间取三份水样，每一份水样测量一次总的残余氧化物浓度值，取其平均值，记为。

3.根据权利要求2所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：所述电解前试验用水盛放于至少一个原水水罐中，所述原水水罐通过阀门与电解单元的进水口相连；在取样点1取样之前，将原水水罐中的试验用水混合均匀。

4.根据权利要求1至3任一项所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：在测试电解后试验用水的总的残余氧化物浓度值的步骤中，取样点设置在电解单元出水口后，所述取样点记为取样点2；在所述取样点2于不同时间取三份水样，分别测量每一个样本的总的残余氧化物浓度值，取其平均值，记为；在取样点2取样的同时，通过设置在电解单元前管道上的流量计测量相应时刻的流入电解槽的试验用水流量值，取其平均值，得到电解的试验用水的平均流量Q。

5.根据权利要求4所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：在取样点2分别对电解单元运行5分钟、10分钟、15分钟后的试验用水进行取样，用以测量和Q。

6.根据权利要求5所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：还包括如下步骤：试验用水经氢气分离后，流入接收水罐的步骤。

7.根据权利要求6所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：还包括如下步骤：对所述接收水罐中的余氯进行中和处理，再进行排放。

8.根据权利要求7所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：所述中和处理为所述接收水罐中的余氯自然分解，或人工滴定余氯浓度后，添加中和剂进行中和。

9.根据权利要求8所述的船舶压载水处理系统比例缩放试验方法，其特征在于：在试验用水电解后，流经氢气分离装置，进行氢气分离的步骤中，被分离的氢气通过鼓风机稀释后排放到开放的空气中。