CN105793199A - 利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备及处理方法，更为具体的是利用海水溶解二氧化碳以降低海水的pH，将二氧化碳变换为微细泡沫后，如此海水的pH会降低而电解时发生的总氧化物中氧化性优秀的次氯酸HOCl的存在比率会增加，因此同一总残余氧化剂TRO浓度条件下相对于现存的电解水处理方式的船舶压舱水处理设备可以提高杀菌效率的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备及处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备及处理方法，更为具体的是，将二氧化碳溶解到海水中以降低海水的pH，而由于海水的pH降低电解时发生的总的氧化物中氧化性优秀的次氯酸HOCl的存在比率将增加，因此同一总残余氧化剂TRO浓度条件下相对于现存的电解水处理方式的船舶压舱水处理设备可以提高杀菌效率的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备及处理方法。
背景技术
船舶为维持安全运行在运行中需要降低船体的重心。
但为了安全船舶能装载的总体重量会受到限制，因此需要根据货物以及旅客的总体重量往船体内注入能使船体的重心平衡的船舶平衡物质以使船体往水面下下沉。并且，所述船舶平衡物质可以是根据需要容易从船舶排出的。
作为这种降低船体重心的方法，通常在船体底部装载作为船舶平衡物质的如沙土或铅之类的固体物质。
但是，这种固体物质具有不容易从船体排出的问题，因此近来大部分船舶使用容易注入及排出的水作为船体平衡物质。
这种用于船体平衡物质的水(海水)叫做压舱水(ballastwater)。
这种压舱水的注入及排出大部分在下载货物或旅客乘船及下船的港湾或附近海域进行。
另外，所述压舱水由船舶的水泵注入到船舶内部或被排出，此时海水中所含的水中生物也会一同被注入或被排出。因此注入到船舶的海水以及水中生物会根据船舶运行的距离经过长距离移动被排出到与起初所在的地方不同的其他区域。
这样排出的水中生物大部分因不能适应新的环境而死亡，但其中一部分会存活下来并干扰环境或更严重时会出现破坏当地生态系的情况。
多数国家根据自国的法律体系限制港湾内的压舱水的更换或强制规定入港前在水深较深的地方提前更换，如此压舱水的处理问题凸显为热点。
另外，现存的电解船舶压舱水处理方法中被电解的对象水源为淡水时，淡水中所含的电解所需的电解质物质一般比海水要低，因此具有杀菌物质产生效率低的问题。
以下专利文献1涉及压舱水处理设备及方法，但并没有涉及利用二氧化碳降低海水pH的内容。
现有技术文献
专利文献1韩国注册专利第0883444号
发明内容
技术问题
在本技术领域中，同一总残余氧化剂TRO(Totalresidualoxidants)浓度条件下提高杀菌效率的船舶压舱水处理设备及处理方法一般船舶在没有装载货物时船舶后端的推进器将浮出水面因此无法正常操作船舶，因此要求新的方案。
解决问题的手段
一种利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备，其特征在于，包括：海水流入管，用于海水的流入；pH调节工具，往通过所述海水流入管流入的部分海水中注入二氧化碳并降低海水的pH；微细泡沫产生工具，将所述pH降低的海水中所含的二氧化碳泡沫微粒化以变换为二氧化碳微细泡沫；电解处理工具，位于所述微细泡沫产生工具的后端，将由于所述二氧化碳微细泡沫的溶解而pH降低的海水进行电解，使电解的海水中所含的总氧化物中次氯酸HOCl的存在比率相对于没有经过pH调解工具的海水而增加，以利用过量的次氯酸将所述二氧化碳微细泡沫溶解的海水进行杀菌处理并注入到压载舱中；以及压载舱，位于所述电解处理工具的后端；并且，所述电解处理工具，其特征在于，包括：整流器；电解反应器，所述电解反应器，包括：连接于所述整流器的正极及负极端，以及至少一个以上的电解模块，所述电解模块包括为在所述正极及负极端交替配备而形成并由所述二氧化碳微细泡沫除去水垢scale的梳状电解部；以及控制板块，用于控制所述整流器的DC整流及所述梳状电解部的电解驱动时间以控制所述电解反应器的电解驱动时间。
而且，本发明的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备，其特征在于，所述pH调节工具，包括：文丘里喷射器；浓缩二氧化碳储罐，往流入到所述文丘里喷射器中的海水中注入二氧化碳；调节器，根据流入到文丘里喷射器的海水的pH及流量而调节所述浓缩二氧化碳储罐的二氧化碳注入量；以及混合罐，将浓缩二氧化碳和海水溶解以产生二氧化碳泡沫；并且，所述微细泡沫产生工具，包括：微细泡沫喷头，将从所述混合罐流入的二氧化碳泡沫微粒化以产生二氧化碳微细泡沫，并注入到海水流入主管中。
而且，本发明的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备，其特征在于，为延长浓缩二氧化碳和海水的接触时间，所述混合罐内部形成隔墙。
一种利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理方法，其特征在于，包括：往通过海水流入管流入的部分海水中注入二氧化碳以降低海水的pH的阶段；将所述海水中所含的二氧化碳泡沫微粒化以产生微细泡沫的阶段；将由于所述二氧化碳微细泡沫溶解而pH降低的海水进行电解，使电解的海水中所含的总氧化物中次氯酸HOCl的存在比率相对于没有经过pH调节工具的海水而增加，以利用过量的次氯酸将所述二氧化碳微细泡沫溶解的海水进行杀菌处理，并利用所述微细泡沫除去电解处理时产生的水垢scale的阶段；以及将所述经过杀菌处理的海水注入到压载舱的阶段。
而且，本发明的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理方法，其特征在于，所述二氧化碳是从船舶运行中产生的排气中分解并浓缩而成的。
发明的效果
根据本发明的一种实施例，将二氧化碳溶解到海水中降低海水的pH，将这个低pH的海水变换为二氧化碳微细泡沫使海水中所含的总氧化物中氧化性强的次氯酸HOCl的存在比率增加，海水在同一总残余氧化剂TRO浓度条件下相对于现存的电解船舶压舱水处理方法次氯酸HOCl的比率增加，因此不仅能提到杀菌效率还能减少设备的尺寸并具有降低驱动费用的效果。
并且，即使压舱水使用淡水，由于二氧化碳微细泡沫可以人为的设定比淡水条件的pH更低的pH而提高次氯酸HOCl的产生量，因此具有在低的总残余氧化剂TRO浓度下可以确保一定水准以上的杀菌效率的效果。
并且，人为的调节海水的pH抑制HOCl→H++OCl-的反应，以减少氢气的产生量因此具有可以提高电解时的安全性的效果。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备的大致的结构图。
图2为图1的pH调节工具中混合罐的平面图。
图3为图2的电解处理工具中电解反应器扩大平面图。
图4为图3的电解反应器中电解模块的内部构造的大致的结构图。
图5为对应pH变化的次氯酸和次氯酸离子的分布图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。只是，本发明的实施例可以以其他各种形态变形，本发明的范围并不限定于以下说明的实施例。
本发明的实施例是为对所属技术领域的普通技术人员更为完整的进行说明而被提供。因此附图中的要素的形象以及大小等为了更为明确的说明会被夸张，附图中的相同的标记表示相同的要素。并且，对有着类似的功能及作用的部分在全体附图中使用相同的标记。
并且，在没有特别相反的记载的情况下，说明书中“包括”某个构成要素意味着不是将其他构成要素排除而是还包括其他构成要素。
图1为本发明的一种实施例的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备的大致的结构图。
参照图1本发明的一种实施例的船舶压舱水处理设备包括，压舱水储罐120，压舱水输入工具及压舱水排出工具，pH调节工具，微细泡沫产生工具以及电解处理工具。
压舱水储罐120根据船舶的规模而具有差异，例如大型船舶可以超过10万㎡，但本发明并不限定于此。
所述压舱水输入工具包括，海水流入泵10和由于海水流入泵10的驱动从I方向流入海水的海水流入管21.
所述压舱水排出工具包括，连接于压舱水储罐120并往D方向排出压舱水的压舱水排出管22。此时，压舱水排出管22还可以包括压舱水流入泵(未图示)及溶解罐(未图示)等。
第一及第二支管23,24用于将通过海水流入管21流入的海水送往电解处理工具或将其中一部分往pH调节工具以及微细泡沫产生工具方向供应。第一支管23作为海水流入主管大部分海水通过此第一支管23移动至电解处理工具。第二支管24作为二氧化碳溶解用的海水流入管通过海水流入管21流入的部分海水通过此第二支管24流入至pH调节工具。此时，第一及第二支管23,24各自配有调节海水的供应量并供应海水的开闭阀。
图2为图1的pH调节工具中混合罐的平面图。
参考图1及图2，所述pH调节工具是用于通过海水流入管21及第二支管24流入的海水中注入二氧化碳使海水的pH降低的工具，并且微细泡沫产生工具是将所述pH降低的海水中所含的二氧化碳泡沫微粒化使其变换为二氧化碳微细泡沫的工具。
这种pH调节工具包括，文丘里喷射器113，往流入到文丘里喷射器113中的海水中注入二氧化碳的浓缩二氧化碳储罐111，根据流入到文丘里喷射器113的海水的pH及流量而调节浓缩二氧化碳储罐111的二氧化碳注入量的调节器112，使浓缩二氧化碳和海水溶解以产生二氧化碳泡沫的混合罐150。所述微细泡沫产生工具包括微细泡沫喷头116，所述微细泡沫喷头116将从混合罐150经过二氧化碳泡沫排出管26流入的二氧化碳泡沫微粒化以产生二氧化碳微细泡沫，并将其与流入到第一支管23(海水流入主管)的海水进行混合生成低pH的海水后注入到所述电解处理工具。
在此，附图标记28及29分别是用于将浓缩二氧化碳储罐111的二氧化碳供应至文丘里喷射器113的供应管。
文丘里喷射器113和混合罐150由第一混合海水管25连接，第一混合海水管25配有用于调节供应到混合罐150的混合海水的量的开闭阀及用于测定混合海水的pH的pH传感器114。此时，文丘里喷射器113可根据需要用多孔管或孔口管(orifice)替代，但本发明并不限定于此。
混合罐150为延长浓缩二氧化碳和海水的接触时间使更好的溶解，可以在本体151内部形成隔墙152a,152b，本实施例以形成两个隔墙为例进行图示及说明，但本发明并不限定于此，所述隔墙可以形成一个或以一定间距形成三个以上。
并且，混合罐150可以具备将二氧化碳和海水进行混合生成二氧化碳泡沫并将剩余未溶解的二氧化碳气体或尺寸过大的泡沫排出到大气中的二氧化碳排出部115。
微细泡沫喷头116完成将从混合罐150流入的二氧化碳泡沫进一步微粒化生成更为微粒化的二氧化碳微细泡沫的作用。
在此，微细泡沫是指将大约30μm大小的二氧化碳泡沫用大约1.5atm的压力进行压缩而变成大约10μm后，再用大约15atm的压力进行压缩而变成0.1至10.0μm大小的微细泡沫。
所述电解处理工具是使用通过微细泡沫喷头116流入的二氧化碳微细泡沫所溶解的低pH的海水进行电解而生成的次氯酸进行杀菌处理并注入到压舱水储罐120的管路in-line处理方式的压舱水处理工具。
这种电解处理工具包括，整流器130，用于控制整流器130的DC整流及后述的梳状电解部的电解驱动时间的控制板块(未图示)以及包括至少一个以上的电解模块141的电解反应器140。并且所述电解处理工具包括将经过电解被杀菌处理过的海水注入到压舱水储罐120中的点解说注入管30。
此时，电解水注入管30可根据需要具备流量计42和用于感知经过杀菌处理的海水的总残余氧化剂TRO浓度的TRO感知器41。
图3为图2的电解处理工具中电解反应器扩大平面图，图4为图3的电解反应器中电解模块的内部构造的大致的结构图。
参考图3，本实施例中以4个电解模块141每小时处理300吨为一个组进行了图示及说明，但本发明并不限定于此，电解模块的数量可以以船舶的压舱水容量等根据需要变更设计为三个以下或增加为五个以上。
参考图4，电解模块141大致上具有以正四方形形象构成的本体141a和连接负极端口142和正极端口143的构造，负极端口142和正极端口143用于本体141a内部从整流器130的接收DC整流供应。此时，负极端口142及正极端口143分别具备在本体141a内部相望的支持部142a,143a。并且整流器130的电压可根据施加电流量而不同，例如海水可施加10V以下的电压，淡水可施加15V以下的电压，但本发明并不限定于此。
负极端口142及正极端口143的支持部142a,143a在本体141内部由梳状电解部144,145以交替配备的形态分别连接。此时，梳状电解部144,145渴望在海水以及淡水中也可以具有优秀的耐蚀性，因此以钛(titanium)为基料以钌(ruthenium)为涂层，但本发明并不限定于此。
如上所述的电解处理工具将流入的海水经过电解模块141的梳状电解部144,145时通过以下反应方程式1的电位差进行电解。
[反应方程式]
<氯化>
NaCl→Na++Cl-
2Cl-→Cl2+2e-
Cl2+H20→HCl+HOCl
HOCl→H++OCl-
H20→H++OH-
Na++OH-→NaOH
Cl2+2NaOH→NaOCl+NaCl+H20
<溴化>
HOCl+Br-→HOBr+Cl-
HOBr→H++OBr-
通过上述反应方程式1生成的化学物种中HOCl,OCl-,OH-,NaOCl,HOBr,OBr-等的氧化物质统称为总残余氧化剂TRO(Totalresidualoxidants),总残余氧化剂TRO可以将各种微生物进行杀菌消毒。尤其是，其中氧化性强杀菌消毒效率高的游离有效氯(Freeavailablechlorine)是HOCl和OCl-。
电解时HOCl和OCl-相互不可逆的发生，根据水中的pHHOCl和OCl-的存在比率如图5所示会有所不同。
参考图5，可以了解到pH越低HOCl的存在比率越高，pH越高OCl-的存在比率越高。
一般来说，海水的pH在8到9之间，实际通过电解反应产生的HOCl经过分解(HOCl→H++OCl-)大部分以OCl-形态存在。
通常HOCl相对于OCl-氧化性更强，杀菌效率高出80倍左右。
本实施例往通过海水流入管流入的海水中注入浓缩二氧化碳产生二氧化碳微细泡沫，将所述二氧化碳微细泡沫和海水溶解而降低海水的pH，使用流入所述低pH的海水并经过电解而生成的次氯酸进行杀菌处理后注入到压舱水储罐中，以提高压舱水的杀菌效率。
在此，将二氧化碳微细泡沫化是为提高溶解效率使二氧化碳更好的进行溶解。
即，如本实施例将二氧化碳微细泡沫化溶解到海水中并人为的调节海水的pH使其降低时HOCl的存在比率会提高，因此杀菌效果会上升。
在以下图表1中的压舱水处理方法中图示了根据CO2的溶解得出的海水的pH变化量。如图表1所示，二氧化碳微细泡沫的溶解量提高时pH会逐渐降低，从最大值1,500ppm降低至3.7。
图表1
[Table1]
| CO2溶解量(浓度) | pH |
| 0ppm | 8.2 |
| 50ppm | 7.8 |
| 100ppm | 7.1 |
| 500ppm | 6.0 |
| 1,000ppm | 4.3 |
| 1,500ppm | 3.7 |
以下图表2表示对应pH变化的生物杀灭率。如图标2中所示，由于二氧化碳使pH降低，同一总残余氧化剂TRO浓度条件下生物杀灭效率会分别上升，pH从8.2降低到3.7时，生物杀灭效率分别在动物性浮游生物(Zooplankton)上升70％，植物性浮游生物(Phytoplankton)上升50％，其他细菌(E.Coli)上升60％。
图表2
[Table2]
另外，所述浓缩二氧化碳是所述二氧化碳是从船舶运行中产生的排气中分解并浓缩而成的。
目前国际海事组织IMO例如对船舶压舱水的规定对船舶上发生的排气中导致地球温室效应的气体另外进行限定，日后这种限定发生实效时对船舶的排气中二氧化碳的浓缩技术将适用于船舶中，由此容易获得所需的二氧化碳。
并且，从船舶的排气中的二氧化碳的供应不够顺畅时可以将市场中销售的价格低的浓缩二氧化碳储存到二氧化碳储罐111中并使用。
并且，以往电解时会出现发生氢气及淡水的处理效率减少等问题，因此在电极上会出现包括MgCO3以及CaCO3的水垢(scale)而降低电解效率。
但，根据本实施例在电解前端根据二氧化碳微细泡沫的物理力量以及吸附效果可有效的出去依附在电极上的水垢(scale)，因此可以有效抑制电解效率的降低。
本发明不会根据上述的说明以及附图被限定，而是希望根据所附的发明要求保护范围进行限定。
因此，在不超出要求保护范围记载的本发明的技术思想的范围内可以被所属技术领域的普通的技术人员以各种形态进行置换变形以及变更，而这也将属于本发明的范围。
附图标记的说明
21：海水流入管22：压舱水排出管
23,24：第一及第二支管111：二氧化碳储罐
112：调节器113：文丘里喷射器
114：pH传感器116：微细泡沫喷头
130：整流器140：电解处理工具
141：电解模块150：混合罐
151：本体152a,152b：隔墙
Claims (5)
1.一种利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备，其特征在于，包括：
海水流入管，用于海水的流入；
pH调节工具，往通过所述海水流入管流入的部分海水中注入二氧化碳并降低海水的pH；
微细泡沫产生工具，将所述pH降低的海水中所含的二氧化碳泡沫微粒化以变换为二氧化碳微细泡沫；
电解处理工具，位于所述微细泡沫产生工具的后端，将由于所述二氧化碳微细泡沫的溶解而pH降低的海水进行电解，使电解的海水中所含的总氧化物中次氯酸HOCl的存在比率相对于没有经过pH调解工具的海水而增加，以利用过量的次氯酸将所述二氧化碳微细泡沫溶解的海水进行杀菌处理并注入到压载舱中；以及
压载舱，位于所述电解处理工具的后端；
并且，所述电解处理工具，其特征在于，包括：
整流器；
电解反应器，所述电解反应器，包括：连接于所述整流器的正极及负极端，以及至少一个以上的电解模块，所述电解模块包括为在所述正极及负极端交替配备而形成并由所述二氧化碳微细泡沫除去水垢的梳状电解部；以及
控制板块，用于控制所述整流器的DC整流及所述梳状电解部的电解驱动时间以控制所述电解反应器的电解驱动时间。
2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备，其特征在于，所述pH调节工具，包括：
文丘里喷射器；
浓缩二氧化碳储罐，往流入到所述文丘里喷射器中的海水中注入二氧化碳；
调节器，根据流入到文丘里喷射器的海水的pH及流量而调节所述浓缩二氧化碳储罐的二氧化碳注入量；以及
混合罐，将浓缩二氧化碳和海水溶解以产生二氧化碳泡沫；
并且，所述微细泡沫产生工具，包括：
微细泡沫喷头，将从所述混合罐流入的二氧化碳泡沫微粒化以产生二氧化碳微细泡沫，并注入到海水流入主管中。
3.根据权利要求2所述的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理设备，其特征在于，
为延长浓缩二氧化碳和海水的接触时间，所述混合罐内部形成隔墙。
4.一种利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理方法，其特征在于，包括：
往通过海水流入管流入的部分海水中注入二氧化碳以降低海水的pH的阶段；
将所述海水中所含的二氧化碳泡沫微粒化以产生微细泡沫的阶段；
将由于所述二氧化碳微细泡沫溶解而pH降低的海水进行电解，使电解的海水中所含的总氧化物中次氯酸HOCl的存在比率相对于没有经过pH调节工具的海水而增加，以利用过量的次氯酸将所述二氧化碳微细泡沫溶解的海水进行杀菌处理，并利用所述微细泡沫除去电解处理时产生的水垢的阶段；以及
将所述经过杀菌处理的海水注入到压载舱的阶段。
5.根据权利要求4所述的利用二氧化碳高效电解船舶压舱水的处理方法，其特征在于，
所述二氧化碳是从船舶运行中产生的排气中分解并浓缩而成的。
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