CN1113041C - 杀灭船压舱水中微生物的方法和装置 - Google Patents

杀灭船压舱水中微生物的方法和装置

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Abstract

一种在将压舱水排放到海岸水中以前对它进行处理的方法和装置。压舱水会含有有害的非当地的微生物。在排放前，压舱水被氧化和除氧，以分别减少厌氧和需氧微生物的含量。如厌氧微生物不考虑，可以不要氧化步骤。装置包括一个真空室(34)，将含有需氧微生物的压舱水除氧。真空室(34)包括一个内搅拌器(36)，在第一时间段中在真空室(34)内真空下搅拌压舱水，除去压舱水中的溶解氧。搅拌器可以由一个溢流型的系统(42)代替，其中设置一系列的垂直板，使得它们形成由真空室(34)的流入口(27)到流出口(45)的逐渐缩短的一系列板。

Description

杀灭船压舱水中微生物的方法和装置
技术领域
本发明涉及处理含有潜在不希望的生物的船压舱水的领域，特别涉及，杀灭水中潜在的不希望的需氧型和厌氧型微生物的船压舱水处理方法和装置，防止将它们从一个海岸运送到另一海岸。
背景技术
海洋船舶将在它们的压舱水中含有的各种生物从世界的一个港口运送到另一港口。大的生物能够过滤掉，而留下的微生物由于它们不同的起源性质极为不同。术语菌落形成单位(colony forming unit，简称CFU)常用于表述任何繁殖的微生物。因此，除非另有变更，术语CFU和微生物将具有相同的意思。在船压舱水中的溶解氧的浓度在本发明中起一定作用，并且该简称DO将用于表示这样的溶解氧。
在船在异国港口卸货时，造成的船空舱常常用当地的水作为压舱水充满压舱，以保持船稳定。在到达美国港口或其他装货港口换装货物时，向美国(或它国)港口或附近的海岸水中排出先前的当地的异国的压舱水，从而引来非本地的生物，包括需氧型和厌氧型的，这会对接受的海岸的水的生态起有害影响(或至少是未知的影响)。
为了克服这个问题的一种提议是要求船在海洋中，或在公海上，用含盐的公海海水替换原来当地的压舱水；但是，在公海上更换压舱水是潜在危险的，特别是大型船和油轮，并且，这样做，在任何情况下，都显示出在从船舱中除掉所有微生物方面不是很有效的。
当更换水的空间是足够小时，公海压舱水的更换通常是(但不总是)安全的，这使得在公海进行更换水的泵压方法中，不产生危险的不稳定性，或不产生危险的结构应力状态。例如，因为所涉及的水的重量与整个船的重量的比例低，和船适应临时排空“小的”特殊压舱水罐的承受负荷的能力，在对付特殊的压舱水罐，或其他相似的小空间时，这样的压舱水更换通常是(但不总是)安全的。
在不装货物的航行时常要求货舱或大的压舱水罐充满水，以使航行时船的重心下降，在这些条件下，一个或多个货舱或罐常用压舱水充满。因为这些货舱或罐含有很大的空间，它们必须保持或完全充满，或完全空着，以使不能产生内部的波浪作用。因此，如果压舱水的更换在这样的大空间进行，在泵压方法当中船遇到汹涌的海浪，在空间内会产生波浪作用，能够造成船体不稳，产生很危险的状态。船体倾覆和生命损失常是在压舱水更换当中船遭遇到未预料到的海浪状态。除了必须以完好的技术保持船体处在正常合适的平衡外，即使在好的天气情况下，压舱水的更换也在船上施加了内部结构应力，使结构受损，使得在当时或其后发生结构损伤。这个应力的性质如同前后弯曲一个回形针的钢丝，直至将其折断。
从文献上可知，排放含有非当地微生物压舱水的问题长期存在而未得到满意解决。例如：1995年，1月5日，切萨皮克湾委员会，发表的经由压舱水向切萨皮克湾引入非当地微生物；1997年2月19日BIMCO的每周新闻No.8上(BIMCO Weekly News)，，，发表“波罗的海和国际航海律师”(Baltic and Internatioanal Maritime Counsel)，在1996年3月26日的商业杂志(Joumal of Commerce)上发表“要求通过压舱水更换规定得到支持”的文章(Push for RULES ON Ballast Exchange Gains Support)，，1996年6月24日，在商业杂志上发表“挡住变化的波浪”(Stemming the Tide of Change)的文章，；1996年6月24日在商业杂志上发表“压舱水规定对大湖区中有害物质控制无效”(Ballast Rule Ineffective for Pest Control in Lakes)的文章，；1996年7月26日，在商业杂志上发表“州长提出承诺与大湖区的侵入者做斗争”(Governors Offer Grant To Fight Great lakes Invaders)的文章。，。而且，美国国会最近在(P.L.104-332)上发表通过“1996年全国外侵物种法案”(NatioanalInvasive Species Act of 1996)”的文章，它要求美国海岸警卫队在一年内发布志愿性全国压舱水指导方针。
专利号为5,192,451的美国专利公开了一种方法，通过向压舱水加聚合物控制压舱水中的斑纹贝类(zebra mussels)的滋生；但是使用化学试剂处理排到美国海岸水中的压舱水，会对生态有不利的环境影响。美国专利号为5,376,282和5,578,116的专利公开了使用真空和搅拌的方法，将自然水源的溶解氧减少到低于斑纹贝类能维持生存呼吸的水平；但是，没有公开在某一方法过程中将压舱水处理成充氧水，然后处理成除氧水的方法，该方法包括将在某一船中的压舱水中微生物从任何一个海岸转移到另一海岸区域的这一全世界普遍的问题。专利号为3,676,983的美国专利公开了一种装置，它包括一个真空室，和一个搅拌器，用于从液体中除气；但是没认识到压舱水中非当地微生物处理问题，和将该水中的溶解氧去除到需氧微生物被杀死的浓度。专利号为4,316,725的美国专利公开了几种方法，包括使用真空，从水中除溶解氧的方法。专利号为3,251,357的美国专利公开了向水中喷射燃烧气/烟气处理水，抑制微生物的生长的方法；但是没有认识到，或没有提出方案，解决如何从压舱水中除去需氧或厌氧微生物的长期问题。
发明内容
本发明的主要目的和更广的目的是提供一种方法和装置，它以经济有效的节省时间的方式对压舱水进行处理，杀灭压舱水中几乎所有的需氧和厌氧微生物。
本发明的另一个目的是提供这样的方法和装置，它有效地经济地减少压舱水中的溶解氧的浓度到基本所有的需氧微生物被杀灭，使得即使压舱水来源于生态不同的海岸区域，处理过的压舱水也能够安全排放到海岸水中。。本发明的改进的方法和装置使用控制搅拌的强度，真空度和能得到的窒息时间的长短，确保压舱水基本没有非当地物种(实验室测定除去率达99％)。
本发明的另一个目的是，通过使压舱水中通过含有一氧化碳(和其他还原性气体)的燃烧气/烟气(或其他气源的气)进一步处理压舱水，一氧化碳通过化学反应，从压舱水除去附加的溶解氧(DO)。在一些情况中这种处理步骤可能是该处理方法的补充，或在其他一些处理方法中的必要步骤。这些气体帮助成功地除去非当地物种。这是因为搅拌/真空处理步骤从压舱水中除去大部分的DO，压舱水通过搅拌/真空处理的连续循环将DO减少到近于零。燃烧烟气与DO结合形成二氧化碳，更为迅速地减少DO。DO减少的越快，使得窒息需要的时间越短。在压舱水航行时间短时，使用还原性的(燃烧烟气)气体对于非当地物种达到可接受的低水平是必不可少的。
另一个目的是在压舱水除氧前，通过过氧化压舱水杀灭厌氧微生物。
本发明的另一目的是提供一种方法和装置，它是这样处理海水来杀灭其中的微生物的，在将作为压舱水的海水在泵压到船上船舱或罐中的同时，和/或将压舱水从上述舱或罐向处理罐循环，然后回到上述舱。要处理的该容积的循环水，在足够短的时间间隔内被处理，使得在船的航行其余时间中，有足够的窒息时间，在船到达它的下一个装货港口，该压舱水被返回到船外时，产生可以接受的低的微生物含量的水。每批处理水足够的小，保持船的稳定，在船体结构上不引起大的应力。在窒息时间中连续循环，使得该处理更为有效。
本发明的目的是这样达到的，即提供一种在限定船舱或压舱罐的空间中处理压舱水，减少压舱水中微生物的开始含量的方法，上述的微生物包括需氧微生物，上述方法包括以下步骤：
在第一时间段内，在真空下通过搅拌压舱水，对含有需氧微生物的压舱水除氧，其中，上述除氧步骤从压舱水中除去溶解氧；
在第二时间段内，在上述除氧步骤后密封含有被处理的压舱水的空间，直到开始时的微生物含量减少为止。
所述的方法还包括密封空间的步骤，直到在开始的微生物被杀灭的百分数至少达到50％为止。
其中上述第二时间段可约为两天。
所述的方法还包括密封空间的步骤，直到在开始的微生物被杀灭的百分数至少达到90％为止。
其中上述第二时间段可约为八天，并且其中上述百分数至少是97％。
其中上述百分数可大于99％。
其中上述第一时间段约为两分钟。
所述的方法还包括在上述除氧步骤后，向压舱水引入还原性气体，以进一步提高上述被杀灭的百分数的步骤。
其中上述还原性气体由燃烧排出的气体构成。
其中上述微生物也包括厌氧微生物，上述方法还包括在上述除氧步骤前，氧化含有厌氧微生物的压舱水的步骤，使得厌氧微生物被杀灭，或减弱到即使在上述的第二时间段，上述厌氧微生物在厌氧环境中时，它们的繁殖速度也显著减少的程度。
其中每个上述除氧步骤和氧化步骤具有大约数秒和数分的持续时间，并且上述第二时间段具有约数天的持续时间。
所述的方法还包括在上述第二时间段结束时，测量上述百分数的步骤。
所述的方法还包括在上述除氧步骤前，将压舱水泵压出该空间的步骤；和在除氧步骤后，将压舱水返回该空间的步骤。
其中上述返回步骤可在上述密封步骤前进行。
其中上述返回步骤可在上述密封步骤后进行。
所述的方法还包括以下步骤：
在上述除氧步骤前，将压舱水泵压出该空间；
将水泵压到处理罐；
然后在上述处理罐使压舱水受到上述搅拌步骤和上述真空处理；
在上述第二时间段向上述空间泵压回处理的压舱水；
然后测定上述被杀灭的百分数。
本发明还提供一种处理压舱水的方法，当压舱水从船侧环境水中被泵压到限定船的货舱或压舱罐的空间时，减少了压舱水中开始的微生物含量，上述微生物包括需氧微生物，上述方法包括以下步骤：
泵压水，在其中产生水被搅拌的湍动；
第一时间段，使得搅拌的水被真空处理，将含有需氧微生物的泵压的压舱水除氧，其中上述除氧步骤除去压舱水中的溶解氧；
第二时间段，在上述除氧步骤后，密封含有被处理的压舱水的空间，直到被杀灭的微生物百分数至少为50％为止。
其中在被搅拌的压舱水上的真空度可以是2-4英寸汞柱。
其中在被搅拌的压舱水上的真空度可以是2-6英寸汞柱。
其中上述密封的步骤使得空间至少是防风雨的。
所述的方法还包括用一个氧基本不能通过的屏障盖住处理的压舱水的被暴露的表面。
其中上述屏障是一个气体层，它具有体积含量不大于10％的含氧量，防止处理的压舱水再氧化。
其中上述气体是内燃机的排出气体。
本发明再提供一种处理压舱水的装置，在限定船的货舱或压舱罐的空间中，减少压舱水的微生物含量，上述微生物包括需氧微生物，上述装置包括：
在第一时间段通过在真空下搅拌压舱水，将含有需氧微生物的压舱水除氧，从而从压舱水除去溶解氧的装置；
在第二时间段，密封含有处理的压舱水的空间，一直密封到开始的微生物含量减少为止的装置。
其中，上述密封装置密封该空间，直到被杀灭的开始的微生物百分数至少为90％时为止。
所述的装置还包括真空装置，该真空装置向在该空间的压舱水施加上述真空，其中上述的真空度可为2-4英寸汞柱。
其中上述的真空度可为2-6英寸汞柱。
其中压舱水也含有厌氧微生物，其中，该压舱水从上述除氧装置向上述空间的方向流动，并且还包括一种装置，该装置位于上述除氧装置的上游，用于氧化该压舱水，杀灭该厌氧微生物，或将它们减弱到即使在上述第二时间段，上述厌氧微生物的生长环境是厌氧时它们的繁殖速度也显著减少的程度。
所述的装置还包括位于上述氧化装置的上游，将压舱水中的任何大型生物过滤除去的装置。
所述的装置还包括预先装在船上，将压舱水从该空间泵压通过除氧装置，然后返回到该空间的装置。
其中上述泵压装置搅拌水。
其中上述除氧装置包括一种用于搅拌水的搅拌器。
其中上述密封装置使得该空间至少是防风雨的。
所述的装置还包括：
一个第一处理罐，该罐被连接到上述氧化装置；
一个第二处理罐，该罐被连接到上述除氧装置；
其中，上述过滤装置，上述第一处理罐，上述氧化装置，上述第二处理罐和上述除氧装置，被组装成一个可移动的装置，该可移动的装置能够被安装在船上，用于处理压舱水。
本发明的处理压舱水杀灭其中微生物的方法和装置独特地适用于有数小时或数天进行上述处理时间的远洋货船。
上述装置可以安装在陆地上或船上，或是在船上携带的组装的可移动式的，使用船上的预先存在的泵和/或管道。
附图说明
图1是应用本发明的一个实际船的平面图；
图2是图1所示的船的侧视图；
图3是本发明装置和方法的一个实施例的示意框图；
图4是在图3的实施例中使用的可替换的搅拌器的示意图；
图5是适于本发明使用的充气器示意图；
图5A是适于本发明使用的真空除氧室的示意图；
图6是在船甲板上的处理罐优选位置的示意图。
图7与图3相似，示出用于处理压舱水的本发明方法和装置的另一个
实施例。
具体实施方式
在图1和2中表示出一个实际的船，S/S Coastal Golden，在多方面是一个典型的船。在其上应用本发明的方法处理储存在其货舱中的压舱水。该最小的货舱容积约380,000立方英尺，它的最大货舱容积约680,000立方英尺。除非货舱保持几乎是空的或几乎满的，如果在货舱内产生波浪作用，所有它的货舱都大到足以使得船不稳。这样的船能够运输油和干货物。货舱向着船尾从1号编到9号。船典型的需要在一个或多个货舱中装压舱水，以便在没有货物时安全进行远洋航行。
图3是本发明方法和装置优选实施例的流程图。至少含有需氧微生物的压舱水由泵22从货舱20，通过过滤系统24(将泵压到罐25的大型的生物除去)，向混合罐26泵送，在混合罐26，借助于空压泵28在比大气压高的压力下使空气混入流动的水中，空压泵28从空气源30通过空气注入口32提供空气。从混合罐26向真空室34进一步泵压充氧的压舱水，在真空室34中用一个内搅拌器36搅拌适当时间。真空室34具有在它的水平面上的足够的空间，使得从水中释放的溶解氧(DO)进入空间，从空间由真空泵38容易地除去，然后排到大气40中。真空泵保持室内水上的真空。(真空在此的意思是比大气压低的压力，但是大于零压力。)该搅拌器36可以由溢流型系统42代替(图4)，其中，一系列垂直的板设置使得形成，从室34的流入口27到流出口45逐渐变短的一系列板。这样的系统产生一系列的水瀑布，充分搅拌水使得溶解氧释放到室中保持的真空中。可以采用通过真空泵使DO逸出的任何搅拌系统。
在由搅拌/真空处理从压舱水除去DO后，根据需要通过注入还原性燃烧气体( )进一步加强除去DO的作用，然后压舱水被泵压到船舱，或罐中，在那里停留，并使得上述罐是防风雨或不透气的(和/或，通过向O2会流入的任何空间，喷入燃烧气或其他惰性气体使氧处于不活泼的状态)。在压舱水中缺少足够的DO使得在一定时间任何残留的需氧微生物被杀灭，所述时间取决于每种微生物的缺乏足够氧进行呼吸能生存的抵抗力。一般的越洋压舱水航行10-15天。实验室的测试结果是，对于压舱水航行10天的模拟试验的实验室测试中，其中搅拌/真空处理循环进行2天，从而有8天的窒息时间，需氧微生物的死亡率为99％。计算确定每10,000加仑的水浴约需要两分钟处理时间，两天处理10,000吨货舱的压舱水。因此，试验确定，在窒息期间不进行循环，不加入还原性气体，在很低的真空状态下两分钟的处理时间。通过改变压力和处理时间，并使用洗涤气体能够调节处理方法，以使得适应全世界发现的各种微生物，以及适应预定的压舱水航程允许的窒息时间。
因此，在任何给定时间不除去足以造成船的不稳定状态的压舱水的情况下，本发明达到了基本杀灭压舱水微生物的的生化目的。测试表明，真空室34中的压舱水仅需要约2分钟的搅拌，从而如图3所示，一般仅仓容积中的大约0.033％的微生物通过闭合回路。
如果希望的话，从真空室34除氧的水注入另一个混合罐43，在此，由船的主发动机44排放的烟囱气体构成的燃烧废气(含有一氧化碳)，由另一个泵46泵送到混合罐43，水由泵48从混合罐43泵压，并在闭路中返回压舱水的舱20，完成处理循环。所述循环能够重复多次，从压舱水中除去足够多的溶解氧，以杀灭压舱水中的需氧微生物到所要求的程度(达99％)。
在混合罐26中注入的空气(氧)通过过氧化杀灭厌氧微生物，或将它们减弱到较低的繁殖水平，在该室34中除去溶解氧杀灭需氧微生物(同时厌氧微生物保持一个减弱状态)。如果希望的话，用适当的连接器50，混合罐26可能与系统断开，仅使得需氧微生物被处理，在大多数情况中，厌氧微生物不是主要的。图5示出混合氧化罐26的一个优选形式，图5A示出真空除氧室34的一个优选形式。
图6表示本发明应用于一个实际船的货舱围栏的情况。图7与图3相似，是一示意图，表示本发明能够处理从正在飘浮的船周围的水中引入的压舱水，或从船舱抽出的压舱水。阀V1和V2选择地打开和关闭，来进行这两种方式的工作。
我的同事从伊利莎白河取了两个试样并立即把它们交给SOLUTIONS实验室(LAB)(现已关闭)，完成了该方法的第一次研究。如前所述，该SOLUTIONS实验室(LAB)在一个试验中进行了逼真的模拟上述本发明的处理方法。其结果很令人鼓舞。但是因为SOLUTIONS实验室(LAB)的取样和进行的工作是直接在本发明人操纵之下进行的(又因为SOLUTIONS实验室(LAB)是进行良好专业工作的地区性的实验室，但名气小)，所以又将本发明的处理方法委托弗吉尼亚大学的海洋应用研究实验室(简称为AMRL/ODU)进行深入研究，以便确定SOLUTIONS实验室(LAB)研究的可靠性。在AMRL/ODU试验的以下说明中，讨论了SOLUTIONS实验室(LAB)的工作的程序和结果，这两个试验基本上是一致的，只是程序稍有不同。
AMRL/ODU进行了确定本发明处理方法在减少压舱水中细菌数目的效率的研究。在AMRL/ODU程序中，从弗吉尼亚的伊利莎白河取的环境水样用作研究代用的试验介质。在实验室条件下，即在搅拌并暴露到三种逐渐增加的较高真空度中各两分钟的条件下评价该处理方法的参数。
将含有环境水的半敞开的微型规模的样品暴露在三种处理方法的条件下，然后在玻璃片上的细菌培养前，缺氧分别保存0天，2天和8天时间。在暴露时间中处理的水平保持在固定条件。环境河水双倍样在0天，2天和8天被用于接种细菌培养玻璃片。由出现足够的密度的菌落形成单位(CFUs)所需的时间确定一个5天的培养期，以便能够在一个可以接受的灵敏度的宽的范围内计数实际的和具有代表性的数。
以进行三种处理的试样在开始的0天和2天和8天的状态间表现出的不同来说明处理效果。这个研究结果也与本发明方法的原始研究进行了比较。因为对每种处理试样和对照试样的细菌玻璃片的数目有限(由于试样要一式两份)，没能在处理试样和对照试样或原始状态试样间测定有意义的统计数据。
AMRL/ODU研究实际上是力图仅确定本发明处理方法的部分效果，所述部分是在介绍本发明所有部分而最终看到的整体中被认为是需要充分试验证明的部分。处理方法设计使用具有有效的精确结构的“现有的”设备以低成本在大量近岸海水中减少细菌的含量。这样的海水含有需氧和厌氧细菌。在氧存在的条件下，需氧细菌将是占优势的。在造成的含有低到很低氧量的环境中，一些厌氧细菌会存在，在窒息时期会具有能力适应和发展。因此，本发明处理方法包括一个措施，杀灭或衰减这些厌氧细菌，以使这样的发展减到最低程度。厌氧细菌发展的低可能性和测量低厌氧细菌含量的困难妨碍了为杀灭或减弱厌氧细菌通过注入加压空气控制厌氧细菌数量的任何定量分析。
AMRL/ODU研究创造了，在两个时间周期内在特定条件下的减少溶解氧的三个环境。结果是未预料的(正面的阐明)，并显示出，从伊利莎白河取得的试样的需氧细菌的减少效果高于AMRL/ODU主任和助理这两位专家所预计的效果。
AMRL/ODU研究的工作计划
这个研究是为了评估较早的SOLUTIONS实验室(LAB)的原理证明的研究，并确定上述本发明的新型水处理的效果。在研究中，应用了评价处理效果的较严格的方法。因为AMRL/ODU试验是在没有取得专利保护的方法上进行的，三种处理方法在报告中的符号是TA，TB和TC，它们的真空度依序提高，即2，4和6英寸汞柱，与在较早的试验中的相同。
在研究开始前刚抽取伊利莎白河的试样。试样一部分作为未处理的未过滤对照试样(CUF)部分被放在一旁。其余试样用8微米过滤器过滤。从过滤试样取第二对照试样，并作为过滤对照试样部分(CF)放在一旁。其余过滤试样分成3等分试样，用于TA，TB和TC处理，如下表1，2和3所示。
这三种处理(旋转搅拌然后再施加2，4和6英寸汞柱真空两分钟)实行在三个等分试样上。对照试样部分未搅拌也未真空处理。所有的试样瓶密封，并在实验室条件下放置。天数为0的试样在接种到进行细菌菌落形成单位(CFU)计数的培养皿前，保持约一小时。
所有处理试样和对照试样制备成双份和足够的数目，以提供一个牺牲系列(sacrificial series)。即，对每种处理试样和对照试样，为在研究开始(天数为0)的接种制备2瓶，为在2天结束的接种制备2瓶，为8天结束的接种2瓶。对天数为0的每种处理试样和对照试样制备2瓶，其结果用于评估该处理试样的中间效果以及建立原始状态。
对每个双分的处理试样和对照试样，4种稀释范围的每一种的一个系列稀释用于接种细菌玻璃片。该细菌的CFU计数是根据在能提供较真实计数的稀释范围内的两个玻璃片的计数的总平均值得到的。
从弗吉尼亚，Norfork市的NAUTICUS的码头端部收集水。1997年1月14日下午2点半时收集。将一个带绳子的漏斗沉到水中取样。取样漏斗用大瓶刷和稀释的LiquinoxR肥皂洗涤。用自来水彻底冲洗，然后用新鲜的超级纯净水冲洗9次。取样前用未过滤的伊利莎白河水冲洗3次。水注入到20升的大玻璃瓶中，所述瓶用铝箔覆盖，保护试样不受阳光直接的照射。
多个大瓶用大瓶刷和稀释的LiquinoxR肥皂洗涤。多个大瓶用自来水冲洗，然后用4N盐酸冲洗2次，用新鲜的超级纯净水冲洗9次。在加入过滤的或未过滤的伊利莎白河水前，用大瓶中可能含有的伊利莎白河水冲洗这些大瓶3次。收集约19升海水，在大瓶的头部留有1升的空间。全部的水试样立刻运送到NAUTICUS水质实验室。
在实验室中，过滤时关闭上部的灯，仅留紧急情况灯。使用八微米的商标名为Whitman40R的无灰分过滤纸过滤海水。
剪刀用刷子和稀释的LiquinoxR肥皂洗涤。再用自来水冲洗，用新鲜超级纯净水冲洗9次，然后用未过滤的伊利莎白河水冲洗3次。
在20升大瓶中的伊利莎白河水倒置混合，然后将约3升注入5升瓶中，该瓶用铝箔覆盖。使用5升瓶的一些水冲洗需要用未过滤的海水冲洗的试验器具(剪刀，过滤塔和刻度杯)。20升大玻璃瓶中的未过滤海水的分试样注入到用于过滤的刻度量筒。过滤塔，刻度量筒和烧瓶用大瓶刷和LiquinoxR肥皂洗涤。都用自来水彻底冲洗，然后用4N盐酸冲洗2次，用新鲜超级纯净水冲洗9次。该过滤塔和刻度量筒用未过滤的海水冲洗3次，该过滤烧瓶用过滤过的海水冲洗3次。
伊利莎白河水被过滤到2升的玻璃真空过滤烧瓶中，真空压力小于等于15英寸汞柱。约10升的过滤过的海水置于用铝箔覆盖的20升的大玻璃瓶中。在1997年1月14日3：00和4：30之间完成过滤。然后伊利莎白河水试样从NAUTICUS的水质实验室运送到海洋应用研究实验室(AppliedMarineResearch Lab)。
AMRL水毒物学实验室(Aquatic Toxicology Lab)接受了过滤的和未过滤的伊利莎白河水样，在实验室温度(19-21℃)保持，同时避免直接暴露在环境光线下。制备五个处理试样：未过滤的对照试样(CUF)；过滤的对照试样(CF)；过滤的处理试样A(TA)，B(TB)和C(TC)。在试验开始前，在这个研究中用作微生物培养的微量容器(microcoms)的带棉塞或橡胶塞的260毫升的锥形烧瓶被高压锅消毒。然后在该锥形烧瓶中注入200毫升的过滤或未过滤的伊利莎白河水中合适部分的可水。用消毒棉堵住对照试样和处理试样，并使其处在与室内空气压力平衡状态。处理过的烧瓶装有一个带孔的橡胶塞，孔中穿过一个玻璃管，玻璃管连接用软管夹具安装的聚乙烯(Tygon)管。
三种程度的处理方法(即分别带有相应的2英寸，4英寸和6英寸汞柱的真空度的两分钟搅拌的处理方法)分别施加到含有伊利莎白河水的微观环境(250毫升烧瓶)中，该瓶与室内空气密封。记录每次重复试验的开始时间，并将其定义为达到适当处理程度的重复试验的时间。在处理间隔持续时间所有对照试样和处理试样的烧瓶都保存在暗室中。开始后1小时，暴光2天和8天处理后，以时间顺序的形式向细菌学家提供合适的双份试样。
在微观环境转移到细菌实验室1小时之内取样。使用从每个微观环境取出的一毫升试样和消毒的氯化钠溶液(15psu)制备3次的十进制(3-folddecimal)稀释系列。每个稀释管的以及微观环境的分试样(100微升)分布在含有Marine Agar 2216(Difco)的陪替氏培养皿上。玻璃片在室温(19℃)培养5天。然后借助测光台和放大镜计数菌落形成单位(CFUs)。
在试验开始，在所有处理试样和对照的试样中可培养的细菌数大约相等(表1)。在施加上述处理并48小时窒息后，可培养的细菌数约降低10倍。与以前相比，在处理内和处理中增加了可变性。在8天时，该对照试样和处理试样明显不同。在处理试样TA，TB和TC中的可培养的细菌连续下降，但在对照试样中，试样计数增加了2-3个数量级。
表1
表示在对照试样和处理试样中，天数为0、2天和8天的试验中，本研究中每毫升细菌的菌落形成单位(CFU)的数目(报导了重复试验的结果)。CUF＝未过滤的对照试样；CF＝过滤的对照试样；TA-TC是由最低到最高程度的处理
TA：2分，2英寸汞柱真空度
TB：2分，4英寸汞柱真空度
TC：2分，6英寸汞柱真空度
CUF CF TA TB TC
天数0 29,000 31,000 44,700 30,600 31,300
天数1 20,000 32,700 39,800 28,400 31,600
天数2 1,540 4,370 1,680 2,640 2,580
天数2 2,110 2,880 3,840 1,640 2,590
天数8 1,064,000 692,000 229 515 865
天数8 4,640,000 480,000 445 523 436
讨论：
较早的SOLUTIONS实验室(LAB)研究的结果明显显示出，在试验条件下真空/搅拌处理在减少CFU数量是有效的。这些结果见表2，表2的这些结果用于与AMRL/ODU研究的结果比较。在两个研究间的不同包括：1)AMRL/ODU研究使用双份样品，在牺牲系列(sacrifice series)中使用每天每次处理的双份样品，减少了微观环境的交叉污染；2)在研究开始SOLUTIONS实验室(LAB)研究的水源显出包含较大浓度的存活细菌；3)AMRL/ODU研究的试样由手旋转运动搅拌，然后进行两分钟的相应的真空处理，而在SOLUTIONS实验室(LAB)研究中的试样是在施加相应真空处理的整个两分钟用手摇动；4)AMRL/ODU研究是用3次稀释系列，能够在较大的CFUs范围内有好的灵敏度；和5)在不同的时间收集各试样。
表2
以前研究的在对照试样和处理试样中，天数为0，2天和8天，每毫升的细菌菌落形成单位(CFU)的数目。CUF＝未过滤的对照试样；CF过滤的对照试样；TA，TB和TC依次为最低到最高处理
CUF CF TA TB TC
天数0 250,000 250,000 250,000 250,000 250,000
天数2 225,000 150,000 120,000 100,000 75,000
天数8 150,000 100,000 80,000 20,000 ＜2,000
从SOLUTIONS实验室(LAB)研究(表2)的数据指出，随着处理程度增加，处理效果增加。当这些数据表述为开始状态的百分比的减少率时(表3)，情况显得更加明显。
表3
从开始状态(在天数为0时以每毫升的CFU计)以菌落形成单位(CFU/毫升)的减少百分率表示的AMRL/ODU研究的结果与SOLUTIONS实验室(LAB)研究的比较。
             SOLUTIONS实验室(LAB)研究
  CUF   CF   2″汞柱TA   4″汞柱TB   6″汞柱TC
天数2   10％   40％     52％     60％     70％
天数8   40％   60％     68％     92％     99％
            AMRL/ODU研究
CUF CF TA TB TC
天数2 94％ 89％ 91％ 93％ 92％
天数8  * 99％ 98％ 98％
注：*结果显示出在细菌数量中的一个未预计到的反弹，达到未过滤对照试样的开始CFU/毫升的89倍，和过滤对照试样的开始状态的18倍。
所有处理过的试样的CFUs的减少超过所有过滤和未过滤的对照试样的CFUs的减少。这表示，过滤是有帮助的，但不是确定的。作为本发明的主要特征的，带适当窒息时间的真空/搅拌处理，造成CFU计数的显著降低。对开始试验，增加窒息时间对这些降低的变化比选择真空程度对降低的变化的影响更显著。本发明在真空度上没有提出一个限度，比开始试验选择的较高的真空度，在较短的窒息时间内可能显示出较大的效果。这些试验确实表示出在CFU降低和较高真空度/搅拌，或窒息时间，或两者间的明显的一个正比关系。
在第8天的结尾，所有AMRL/ODU研究的三种处理试样显示出，CFUs从开始状态约降低98％。AMRL研究的结果被宣布是“值得注意的”，即它们与在先前研究的TC处理(2分钟6″汞柱)达到的结果很接近。在AMRL/ODU研究中，处理状态在一定的暴露持续时间上保持不变，而在先前研究中，在相同的时间处理状态是否保持不变不明确。应注意到如果天数为8天的计数与天数为8天的过滤和未过滤的对照试样的结果比较，该处理试样显出高于99％的效率。
在研究中施加的三种真空/搅拌程度的处理表示出，该技术可有效地减少从弗吉尼亚伊利莎白河收集的试样的天然CFU含量。各数据表示出，对真空/搅拌程度和对不同窒息时间的不同的敏感度。两项研究指出，CFU的降低随着真空/搅拌阶段的较高真空度和较长窒息时间而成正比的增加的关系。可以假设，真空/搅拌处理中固有的在真空室中的较长时间和较高程度的真空和/或搅拌总是成正比关系。两项研究是在没有任何干扰AMRL/ODU的学术完整性或没有任何干扰SOLUTIONS LAB和/或个人进行的试验的商业完整性情况下进行的。
AMRL/ODU研究确认SOLUTIONS LAB研究的结果，在最高真空/搅拌的程度上，最大程度的效果约是99％。这个效果的水平是令人惊奇的，是AMRL/ODU研究者未预计到的(AMRL的主任和助理)。
在过滤和未过滤的对照试样，天数为2天和8天之间的AMRL研究中观察的细菌数目明显反弹是研究者们未预计到的，但是明显地显示了本发明的效果。如果在天数为8天的处理试样和天数为8天的对照试样间进行比较，本发明方法的效果大于99％。在过滤和未过滤的对照试样中见到的反弹(CFU含量增加)，明确表示，本发明的处理方法对伊利莎白河水中的CFU含量具有显著的破坏效果，虽然在对照试样中发生了大量的反弹。尚不了解是否从世界范围的环境取的环境水或天然水所有情况中均会发生这个反弹现象。但是，在AMRL/ODU试验中使用的伊利莎白河水出现的反弹证明，本发明对于取得高的微生物杀灭率是足够有效的，即使它们是在一个快速繁殖的环境中。

Claims (34)

1.一种在限定船舱或压舱罐的空间中处理压舱水，减少压舱水中微生物的开始含量的方法，上述的微生物包括需氧微生物，上述方法包括以下步骤：
在第一时间段内，在真空下通过搅拌压舱水，对含有需氧微生物的压舱水除氧，其中，上述除氧步骤从压舱水中除去溶解氧；
在第二时间段内，在上述除氧步骤后密封含有被处理的压舱水的空间，直到开始时的微生物含量减少为止。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括密封空间的步骤，直到在开始的微生物被杀灭的百分数至少达到50％为止。
3.根据权利要求2所述的方法，其中上述第二时间段约为两天。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括密封空间的步骤，直到在开始的微生物被杀灭的百分数至少达到90％为止。
5.根据权利要求2所述的方法，其中上述第二时间段约为八天，并且其中上述百分数至少是97％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中上述百分数大于99％。
7.根据权利要求6所述的方法，其中上述第一时间段约为两分钟。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括在上述除氧步骤后，向压舱水引入还原性气体，以进一步提高上述被杀灭的百分数的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中上述还原性气体由燃烧排出的气体构成。
10.根据权利要求4所述的方法，其中上述微生物也包括厌氧微生物，上述方法还包括在上述除氧步骤前，氧化含有厌氧微生物的压舱水的步骤，使得厌氧微生物被杀灭，或减弱到即使在上述的第二时间段，上述厌氧微生物在厌氧环境中时，它们的繁殖速度也显著减少的程度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中每个上述除氧步骤和氧化步骤具有大约数秒和数分的持续时间，并且上述第二时间段具有约数天的持续时间。
12.根据权利要求2所述的方法，还包括在上述第二时间段结束时，测量上述百分数的步骤。
13.根据权利要求4所述的方法，还包括在上述除氧步骤前，将压舱水泵压出上述空间的步骤；和在除氧步骤后，将压舱水返回该空间的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其中上述返回步骤是在上述密封步骤前进行。
15.根据权利要求13所述的方法，其中上述返回步骤是在上述密封步骤后进行。
16.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
在上述除氧步骤前，将压舱水泵压出该空间；
将水泵压到处理罐；
然后在上述处理罐使压舱水受到上述搅拌步骤和上述真空处理；
在上述第二时间段向上述空间泵压回处理的压舱水；
然后测定上述被杀灭的百分数。
17.一种处理压舱水的方法，当在压舱水从船侧环境水中被泵压到限定船的货舱或压舱罐的空间时，减少了压舱水中开始的微生物含量，上述微生物包括需氧微生物，上述方法包括以下步骤：
泵压水，在其中产生水被搅拌的湍动；
第一时间段，使得搅拌的水被真空处理，将含有需氧微生物的泵压的压舱水除氧，其中上述除氧步骤除去压舱水中的溶解氧；
第二时间段，在上述除氧步骤后，密封含有被处理的压舱水的空间，直到被杀灭的微生物百分数至少为50％为止。
18.根据权利要求1所述的方法，其中在被搅拌的压舱水上的真空度是2-6英寸汞柱。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在被搅拌的压舱水上的真空度是2-4英寸汞柱。
20.根据权利要求1所述的方法，其中上述密封的步骤使得空间至少是防风雨的。
21.根据权利要求1所述的方法，还包括用一个氧基本不能通过的屏障盖住处理的压舱水的被暴露的表面。
22.根据权利要求21所述的方法，其中上述屏障是一个气体层，它具有体积含量不大于10％的含氧量，防止处理过的压舱水再被氧化。
23.根据权利要求22所述的方法，其中上述气体是内燃机的排出气体。
24.一种处理压舱水的装置，在限定船的货舱或压舱罐的空间中，减少压舱水的微生物含量，上述微生物包括需氧微生物，上述装置包括：
在第一时间段通过在真空下搅拌压舱水，将含有需氧微生物的压舱水除氧，从而从压舱水中除去溶解氧的装置；
在第二时间段，密封含有处理的压舱水的空间，一直密封到开始的微生物含量减少为止的装置。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，上述密封装置密封该空间，直到开始的微生物被杀灭的百分数至少为90％时为止。
26.根据权利要求25所述的装置，还包括真空装置，该真空装置向在该空间的压舱水施加上述真空，其中上述的真空度为2-6英寸汞柱。
27.根据权利要求26所述的装置，其中上述的真空度为2-4英寸汞柱。
28.根据权利要求25所述的装置，其中压舱水也含有厌氧微生物，其中，该压舱水从上述除氧装置向上述空间的方向流动，并且还包括一种装置，该装置位于上述除氧装置的上游，用于氧化该压舱水，杀灭该厌氧微生物，或将它们减弱到即使在上述第二时间段，上述厌氧微生物的环境是厌氧时它们的繁殖速度也显著减少的程度。
29.根据权利要求28所述的装置，还包括位于上述氧化装置的上游，将压舱水中的任何大型生物过滤除去的装置。
30.根据权利要求29所述的装置，还包括预先装在船上，将压舱水从该空间泵压通过除氧装置，然后返回到该空间的装置。
31.根据权利要求30所述的装置，其中上述泵压装置搅拌水。
32.根据权利要求25所述的装置，其中上述除氧装置包括一种用于搅拌水的搅拌器。
33.根据权利要求25所述的装置，其中上述密封装置使得该空间至少是防风雨的。
34.根据权利要求29所述的装置，还包括：
一个第一处理罐，该罐被连接到上述氧化装置；
一个第二处理罐，该罐被连接到上述除氧装置；
其中，上述过滤装置，上述第一处理罐，上述氧化装置，上述第二处理罐和上述除氧装置，被组装成一个可移动的装置，该可移动的装置能够被安装在船上，用于处理压舱水。
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