CN109970140B - 一种紫外光催化强氧化港口压载水应急处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置，该装置包含一个反应箱，箱体内依次设有倾斜的石英板和普通固定板，斜板上喷涂由催化材料。通过改变斜板的倾斜角度和水膜厚度，可根据实际的压载水体量和水质情况，利用紫外照射和光催化的协同作用保证水膜在斜板上下落过程中达到压载水的排放要求。紫外灯设在石英板背面，可以同时照射石英板和不透明板上的水流，高效利用紫外灯。且紫外灯不直接接触压载水，不会改变水的物理性质，不会有污垢附着于紫外灯上，保证紫外的穿透率。本发明装置可最大化利用紫外灯，能耗小，实现了环保节约的目的；处理速度快，达到应急处理要求；可实现模块化，满足各种压载容量的船使用。

Description

一种紫外光催化强氧化港口压载水应急处理方法及装置

技术领域：

本发明提出了一种能够控制海洋生物入侵的水处理技术，具体为一种快速高效的港口应急用船舶压载水处理装置，属于环保领域。

背景技术：

为了保障船舶空载或部分装载航行时的安全性(如稳性、电力负荷状态、横摇角度、船舶艏尾吃水及吃水差、剪力、弯矩、储备浮力等国际海事组织(IMO)公约要求)，船舶需加装压载水。随着运输船舶船型的增大、船速的提高、船舶航次密度的增加，加速了压载水的交换量及频次。据统计，每年约有100亿吨的压载水被船舶带到世界各地，每天有超过7000个物种被船舶压载水转移至新地区。压载水所携带的生物有细菌和其他微生物、浮游植物、浮游动物、卵以及幼体等各类水生生物，其中一些种类为致病菌和赤潮生物，如霍乱弧菌和赤潮藻类。这些外来物种的入侵，影响当地海域地海洋生物的多样性，威胁本地物种的生存，破坏当地水域的生态平衡，危害渔业资源，甚至危害当地居民的健康，因此船舶压载水作为外来物种迁移载体可引起排放水域严重的生态、经济和人类健康问题，已被全球环保基金组织GEF列为当今海洋的四大危害之一。

紫外做为一种重要的压载水处理方法，被广泛用于各种压载水处理装置中，但由于紫外做为处理压载水的方法本身存在对水质清澈度要求高、光复活、能耗较高等问题，常常联合其他压载水处理方法共同使用。如在专利CN207347318U“一种压载水处理设备”中采用过滤装置与紫外装置联合处理压载水；在专利CN 109368888 A“一种模块化压载水处理装置”中更是对过滤装置与紫外装置联合的方式做了进一步改进，将压载水处理的过滤和紫外技术集成到一个模块中；还有使用自重力水力空化与紫外辐照相结合的方法，如专利CN 108862461 A“一种自重力水力空化与紫外辐射连用压载水处理装置”；对于提高紫外利用效率，保持现有杀菌灯管数量和功率的情况下保证杀菌效果，专利CN 10846784 A“一种压载水处理用紫外线杀菌装置”在反应箱体内设置了导流板，是水流均匀分布。但上述所有使用紫外方法的压载水处理装置中，紫外灯的布置方式都为浸没式或过流式，由此产生的灯罩表面有污垢而影响紫外辐射的透光率问题，大部分装置通过加设清洗单元对紫外灯进行冲洗来解决，如此又造成了装置复杂化，能源消耗量高等问题。而且浸没式和过流式由于紫外灯与压载水的接触使水温升高，存在改变水物理性质的问题。压载水还会影响紫外的穿透率，造成紫外线的损失。

现有的压载水处理装置仅适用船舶，通过在行驶过程中实现对压载水的处理使其达到可排放的要求，因此现有的压载水处理装置实现时间一般较长，不能满足港口短时间内对大量污染压载水进行应急快速处理的要求。

发明内容：

一种紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置，包括：进水管、泵、水箱、反应腔、水幕调节板、第一连接杆、第一滑块、第一伺服电机、铰链、石英板、普通固定板、紫外灯、第二连接杆、第二滑块、第二伺服电机、树莓派、输入设备，出水口；紫外灯贴设在石英板背面；铰链固定于反应腔内壁上，石英板和普通固定板通过铰链固定于水箱底部，采用背面贴设紫外灯石英板在前普通固定板紧挨其在后的排布方式，一块背面贴设有紫外灯的石英板和紧随其后的普通固定板为一组最小的处理单元，并靠第二连接杆将所有石英板和普通固定板连接在一起，利用树莓派加载设定好的程序，在输入设备上输入相应的角度控制第二伺服电机推动第二滑块，使石英板和普通固定板都固定于确定的角度，且确定的角度为30°、45°或60°；石英板和普通固定板数目一样，构成石英板在前普通板在后的组合，可同时设置两个组合共四块板，或三个组合共四块板，或四个组合共八块板；水箱底部不完全密封，石英板和普通固定板正上方留有缝隙；水幕调节板通过轨道条固定在反应腔内壁上，第一连接杆将所有水幕调节板连接在一起，利用树莓派加载设定好的程序，在输入设备上输入相应的距离控制第一伺服电机推动第一滑块，使水幕调节板固定在相应位置确保一定的水膜厚度；进水管连接压载舱，用泵将待处理压载水泵进水箱；泵的流速略大于处理效率，当水箱内有一定的压载水时，打开紫外灯与水幕调剂板，保证所有的石英板和普通固定板都有压载水流下；石英板和普通固定板均涂覆有催化材料，当一定厚度的压载水流下即利用紫外与光催化协同处理水中的藻类和微生物。

本发明进一步提供一种紫外光催化强氧化港口压载水应急处理的方法，包括以下步骤：

步骤1：进水管接入压载舱，启动泵将压载水泵入水箱内；

步骤2：根据实际压载水的体量和水质情况，通过输入设备输入确定角控制第二伺服电机推动第二滑块，使斜板固定在确定的角度；

步骤3：当集水箱内的压载水达到一定厚度时，通过输入设备输入确定距离控制第一伺服电机推动第一滑块，使水幕调节板固定在确定的位置，确保压载水以确定的厚度沿石英板和普通固定板流下，水膜的厚度范围为5mm-20mm。同时打开紫外灯；

步骤4：压载水可通过在石英板和普通固定板上停留0.4s-3s，由紫外和光催化的协同处理后，汇集到反应腔体底部后由出水口直接排入大海或作为新的压载水进入压载舱。

结合现有的压载水处理设备及港口压载水应急处理的要求，总结该装置有以下几点优势：

1.紫外灯的布置在石英板下方，不与压载水直接接触，不改变水的物理性质；

2.紫外灯没有污垢影响，无需设置冲洗系统，节省能源；

3.结合石英板和固定板的组合，一组紫外灯可同时服务两面水，最大效率利用紫外灯；

4.设置可调节角度的倾斜石英板和固定板，可根据实际情况灵活调控处理时间，确保达到港口压载水应急处理的要求；

5.石英板和固定板上喷射光催化材料，利用紫外照射和光催化的协同作用保证在下流过程中完成水处理，提升了紫外利用效率；

6.斜板上下流的水膜厚度可控，可根据实际水质情况改变水膜厚度，保证紫外线的穿透率，在不损失紫外的情况下保证最大的处理效率；

7.斜板的设置，可利用水的下流完成自清洁，不需要另设清洗装置。

附图说明：

图1为本发明紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置示意图。

附图标记如下：1-第一伺服电机；2-第一滑块；3-水幕调节板；4-第一连接杆；5-铰链；6-水箱；7-输入设备；8-树莓派；9-第二伺服电机；10-第二滑块；11-出水口；12-石英板；13-紫外灯；14-普通固定板；15-第二连接杆；16-反应腔；17-进水管；18-泵。

具体实施方式：

本发明首先提出一种港口压载水应急处理装置如图1所示，包括进水管17、泵18、水箱6、反应腔16、水幕调节板3、第一连接杆4、第一滑块2、第一伺服电机1、铰链5、石英板12、普通固定板14、紫外灯13、第二连接杆15、第二滑块10、第二伺服电机9、树莓派8、输入设备7，出水口11；铰链5固定于反应腔16内壁上，石英板12和普通固定板14通过铰链5固定于水箱6底部，采用背面贴设紫外灯13石英板12在前普通固定板14紧挨其在后的排布方式，一块背面贴设有紫外灯13的石英板12和紧随其后的普通固定板14为一组最小的处理单元，并靠第二连接杆15将所有石英板12和普通固定板14连接在一起，利用树莓派8加载设定好的程序，在输入设备7上输入相应的角度控制第二伺服电机9推动第二滑块10，使石英板12和普通固定板14都固定于确定的角度；水箱6底部不完全密封，石英板12和普通固定板14正上方留有缝隙；水幕调节板3通过轨道条固定在反应腔16内壁上，第一连接杆4将所有水幕调节板3连接在一起，利用树莓派8加载设定好的程序，在输入设备7上输入相应的距离控制第一伺服电机1推动第一滑块2，使水幕调节板3固定在相应位置确保一定的水膜厚度；进水管17连接压载舱，用泵18将待处理压载水泵进水箱6；泵18的流速略大于处理效率，当水箱6内有一定的压载水时，打开紫外灯13与水幕调剂板3，保证所有的石英板12和普通固定板14都有压载水流下；石英板12和普通固定板14均涂覆有催化材料，当一定厚度的压载水流下即利用紫外与光催化协同处理水中的藻类和微生物。

通过三个实施例具体说明本发明应急处理压载水的方法：

实施例1：

选择薄钢板作为普通固定板，其他部分均如图1中所示。设两道石英板12和两道薄钢板14，石英板12和薄钢板14尺寸都为长1.5米宽1米，每个石英板12后设15根36W波长为254nm的紫外灯13。

步骤1：进水管17接入压载舱，启动泵18将压载水泵入水箱6内，泵18流速固定为600m³/h。

步骤2：在输入设备7上输入30°，树莓派8控制第二伺服电机9推动第二滑块10，使石英板12和薄钢板14倾斜角度固定为30°。

步骤3：当水箱6内的压载水达到一定厚度时，在输入设备7输入20mm，树莓派8控制第一伺服电机1推动第一滑块2，使水幕调节板的敞开距离为20mm，确保压载水以20mm的厚度沿石英板和薄钢板流下。同时打开紫外灯13。

步骤4：压载水由紫外和光催化的协同处理后，汇集到反应腔16底部后由出水口11直接排入大海或作为新的压载水进入压载舱。

此时该装置的处理效率为547m³/h。还可根据实际的压载水体量拼合几个装置共同使用，实现模块化处理。

实施例二：

选择薄钢板作为普通固定板，其他部分均如图1中所示。设两道石英板12和两道薄钢板14，石英板12和薄钢板14尺寸都为长1.5米宽1米，每个石英板12后设15根36W波长为254nm的紫外灯13。

步骤1：进水管17接入压载舱，启动泵18将压载水泵入水箱6内，泵18流速固定为200m³/h。

步骤2：在输入设备7上输入60°，树莓派8控制第二伺服电机9推动第二滑块10，使石英板12和薄钢板14倾斜角度固定为60°。

步骤3：当水箱6内的压载水达到一定厚度时，在输入设备7输入5mm，树莓派8控制第一伺服电机1推动第一滑块2，使水幕调节板的敞开距离为5mm，确保压载水以5mm的厚度沿石英板和薄钢板流下。同时打开紫外灯13。

步骤4：压载水由紫外和光催化的协同处理后，汇集到反应腔16底部后由出水口11直接排入大海或作为新的压载水进入压载舱。

此时该装置的处理效率为150m³/h。还可根据实际的压载水体量拼合几个装置共同使用，实现模块化处理。

实施例三：

选择薄钢板作为普通固定板，其他部分均如图1中所示。设两道石英板12和两道薄钢板14，石英板12和薄钢板14尺寸都为长1.5米宽1米，每个石英板12后设15根36W波长为254nm的紫外灯13。

步骤1：进水管17接入压载舱，启动泵18将压载水泵入水箱6内，泵18流速固定为510m³/h。

步骤2：在输入设备7上输入45°，树莓派8控制第二伺服电机9推动第二滑块10，使石英板12和薄钢板14倾斜角度固定为45°。

步骤3：当水箱6内的压载水达到一定厚度时，在输入设备7输入15mm，树莓派8控制第一伺服电机1推动第一滑块2，使水幕调节板的敞开距离为15mm，确保压载水以15mm的厚度沿石英板和薄钢板流下。同时打开紫外灯13。

步骤4：压载水由紫外和光催化的协同处理后，汇集到反应腔16底部后由出水口11直接排入大海或作为新的压载水进入压载舱。

此时该装置的处理效率为498m³/h。还可根据实际的压载水体量拼合几个装置共同使用，实现模块化处理。

Claims (5)

1.一种紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置，其特征在于包括：进水管、泵、水箱、反应腔、水幕调节板、第一连接杆、第一滑块、第一伺服电机、铰链、石英板、普通固定板、紫外灯、第二连接杆、第二滑块、第二伺服电机、树莓派、输入设备，出水口；紫外灯贴设在石英板背面；铰链固定于反应腔内壁上，石英板和普通固定板通过铰链固定于水箱底部，石英板和普通固定板数目一样，采用背面贴设紫外灯石英板在前普通固定板紧挨其在后的排布方式，一块背面贴设有紫外灯的石英板和紧随其后的普通固定板为一组最小的处理单元，并通过第二连接杆将所有石英板和普通固定板连接在一起，利用树莓派加载设定好的程序，在输入设备上输入相应的角度控制第二伺服电机推动第二滑块，使石英板和普通固定板都固定于确定的角度，且确定的角度为30°、45°或60°；水箱底部不完全密封，石英板和普通固定板正上方留有缝隙；水幕调节板通过轨道条固定在反应腔内壁上，第一连接杆将所有水幕调节板连接在一起，利用树莓派加载设定好的程序，在输入设备上输入相应的距离控制第一伺服电机推动第一滑块，使水幕调节板固定在相应位置确保一定的水膜厚度；进水管连接压载舱，用泵将待处理压载水泵进水箱；石英板和普通固定板均涂覆有催化材料。

2.如权利要求1所述的紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置，其特征在于：石英板的数目为两块。

3.如权利要求1所述的紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置，其特征在于：石英板的数目为三块。

4.如权利要求1所述的紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置，其特征在于：石英板的数目为四块。

5.一种紫外光催化强氧化港口压载水应急处理的方法，使用如权利要求1所述的紫外光催化强氧化港口压载水应急处理装置，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：进水管接入压载舱，启动泵将压载水泵入水箱内；

步骤2：根据实际压载水的体量和水质情况，通过输入设备输入确定角度控制第二伺服电机推动第二滑块，使石英板和普通固定板固定在确定的角度；

步骤3：当集水箱内的压载水达到一定厚度时，通过输入设备输入确定距离控制第一伺服电机推动第一滑块，使水幕调节板固定在确定的位置，确保压载水以确定的厚度沿石英板和普通固定板流下，水膜的厚度范围为5mm-20mm；同时打开紫外灯；

步骤4：压载水可通过在石英板和普通固定板上停留0.4s-3s，由紫外和光催化的协同处理后，汇集到反应腔体底部后由出水口直接排入大海或作为新的压载水进入压载舱。

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