CN1974421A - 船舶压载水的处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

船舶压载水的处理方法和设备，本发明涉及船舶压载水的处理方法及设备。它解决了现有船舶压载水的处理方法和设备效率低和成本高的问题。本发明的方法通过下述步骤实现：对船舶压载水进行过滤，去掉大于50微米的杂物；用光催化反应器处理船舶压载水，在紫外辐射和羟基自由基的共同作用下，迅速杀灭其中的微生物，达到净化水质的要求。本发明设备能在管道输送压载水过程中直接去除压载水中的细菌、单胞藻、原生动物。它包括过滤器、一号控制阀、光催化反应器、紫外线灯、臭氧发生系统、射流混合装置、二号控制阀组成，压载水管道连通过滤器的入口，过滤器的液体出口通过一号控制阀连通光催化反应器的入口，紫外线灯由上到下贯穿于光催化反应器内腔中。

Description

船舶压载水的处理方法和设备

技术领域

本发明涉及船舶压载水的处理方法，本发明还涉及船舶压载水的处理设备。

背景技术

船舶压载水异地排放问题被国际海事组织(IMO)和国际环境监督部门列为全球海洋生态环境安全的四大危害因素之一。根据国际海事组织的统计，全球每年共有超过100亿吨压舱水排入海洋，每天至少有7000个有机体等随船舶压载水远航至他乡。物种互相入侵，加剧了海洋生态链和环境的恶化。船舶运输的货运量占全球货运总量的80％，远洋船舶越来越多，因此船舶压载水已经被视为破坏全球海洋生态链的日益严重的祸害之一。

目前，防止船舶压载水中外来病原体和有害生物侵害的研究正在开展，一些新的处理手段被逐渐提出。1990年国际联合会和五大湖渔业组织提出了公海更换压载水减少生物入侵性传播的措施，可有效降低或者阻止外来生物入侵，但这种措施存在更换压载水不能有效地去除水中全部生物各个阶段物种的缺陷，同时还存在消耗能量高以及操作、运行时间过长等问题。2000年GeoffRigby等分别进行了加热治理压载水的研究，此法虽然被视为有潜在吸引力的方法，但存在处理时间长、能耗偏大、以及形成的热应力等将影响船舶的安全航行等问题。

较理想的措施是在这些压载水排放以前杀死或除去水中外来病原体和有害生物。有不少科学工作者用氯和次氯酸钠治理船舶压载水，为了保证杀灭微生物以及药剂在压载水中分散的均匀性，就得加入100mg/L～500mg/L的过量氯，这种投加量是一般水处理的几十倍，而余氯对船舱的涂层、泵、管道等设施有很强的腐蚀性，同时在船上存放成数吨的液氯会存在泄漏、爆炸等安全问题，由于上述原因，此法不可能被应用于压载水治理上。

通过对部分海水进行电解氧化或微等离子放电氧化，产生包括氯气、次氯酸盐、二氧化氯、臭氧以及新生态自由基等杀菌物质，也是正在研究中的处理船舶压载水的方法，目前，这类方法还存在着效率较低和成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种船舶压载水的处理方法，以解决现有船舶压载水的处理方法效率较低和成本较高的问题。本发明的方法依次通过下述步骤实现：a、对船舶压载水进行过滤，去掉大于50微米的杂物；c、用光催化反应器处理船舶压载水，从而去除压载水中的细菌、单胞藻、原生动物。

本发明还提供应用上述处理方法的船舶压载水的处理设备，它效率高、操作简便、成本低廉，能在船舶航行中杀灭船舶压载水中的有害微生物。它包括过滤器3、号控制阀4、光催化反应器6、紫外线灯9，过滤器3的液体出口3-1连通一号控制阀4的一端，一号控制阀4的另一端连通光催化反应器6的入口，光催化反应器6的入口设置在光催化反应器6的下端，光催化反应器6的出口设置在光催化反应器6的上端，紫外线灯9由上到下贯穿于光催化反应器6内腔中。

附图说明

图1是本发明实施方式五的结构示意图，图2是实施方式七的结构示意图，图3是实施方式六的结构示意图，图4、图5和图6是本发明中紫外灯横向排布的光催化反应器的结构示意图，图4是光催化反应器的侧视图，图5是光催化反应器的俯视图，图6是光催化反应器的剖视图，图7和图8是本发明中紫外灯沿高度方向排布结构的光催化反应器结构示意图，图7是光催化反应器的俯视图，图8是光催化反应器的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式船舶压载水的处理方法依次通过下述步骤实现：a、对船舶压载水进行过滤，去掉大于50微米的杂物；过滤时可以采用过滤器来过滤掉杂物。c、用紫外光照射船舶压载水，从而去除压载水中的细菌、单胞藻、原生动物。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同点是：本实施方式在步骤a和步骤c之间还包括步骤b、把臭氧混合到船舶压载水中。其它步骤与实施方式一相同。

在紫外光辐照下，臭氧发生如下反应而产生羟基自由基：

                 

                   

或者按如下反应进行：

                

                  

HO·的标准氧化还原电位高达2.80V，仅次于F₂的2.87V，比其它常见的氧化剂具有更高的氧化能力，可以直接破坏微生物的DNA导致微生物死亡。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同点是：在步骤c中用紫外光照射船舶压载水的同时，在光催化反应器中添加TiO₂金属掺杂光催化剂。其它步骤与实施方式一相同。

TiO₂在紫外辐射下产生了空穴(h⁺)和电子(e^-)，进而产生羟基自由基：

                  

                   

                   

具体实施方式四：本实施方式与实施方式二的不同点是：在步骤c中用紫外光照射船舶压载水的同时，在光催化反应器中添加TiO₂金属掺杂光催化剂。其它步骤与实施方式二相同。

光催化反应器内还安装了通过电化学方法制备的TiO₂金属掺杂光催化剂。催化剂与光辐射、臭氧之间存在如下作用：

1.TiO₂在紫外辐射下产生了空穴(h⁺)和电子(e^-)，进而产生羟基自由基：

                 

                   

                    

2.臭氧捕获光生电子，抑制空穴电子对复合，使上述产生羟基自由基的效率大幅提高，同时自身也产生羟基自由基：

                    

               

研究结果表明，臭氧同TiO₂存在协同作用。一方面，O₃能够吸附到TiO₂催化剂表面，与催化剂表面的羟基形成氢键，能够更加有效地结合光生电子；另一方面，TiO₂可以有效提高O₃的分解速率，产生臭氧自由基(O₃ ^-)；后者能够进一步反应生成HO·。

具体实施方式五：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式由过滤器3、一号控制阀4、光催化反应器6、紫外线灯9组成，压载水管道连通过滤器3的入口，该过滤器3具有自清洗功能，过滤器3的液体出口3-1连通一号控制阀4的一端，一号控制阀4的另一端连通光催化反应器6的入口，光催化反应器6的入口设置在光催化反应器6的下端，光催化反应器6的出口设置在光催化反应器6的上端，紫外线灯9由上到下贯穿于光催化反应器6内腔中。

光催化反应器6内安装有紫外线灯9，产生波长在180～360nm的紫外辐射。下面通过实验考察本实施方式设备的灭菌能力和实施方式一方法的灭菌能力。以细菌总数灭活率来表征该方法和设备的有效性。光催化反应器6采用1支15W低压汞灯作为紫外光源，水层厚度1cm，光催化反应器有效体积0.3L。进水水样的细菌总数为9.5×10⁶cfu/ml。打开紫外线灯，待输出光强稳定后，调节一号控制阀2的流量分别为1、2、3t/h，系统运转稳定后取样。测定细菌总数灭活率如表1所示。

                          表1

进水量(m3/h)	进水细菌总数(cfu/ml)	出水细菌总数(cfu/ml)	灭活率(％)
				123	9.5×1069.5×1069.5×106	4.5×1042.5×1054.5×105	99.5397.3795.36

具体实施方式六：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式五的不同点是它还包括射流混合装置5、臭氧发生系统8、二号控制阀7，一号控制阀4的另一端连通射流混合装置5的液体入口5-1，射流混合装置5的气体入口5-2通过二号控制阀7连通臭氧发生器8的出口，射流混合装置5的出口5-3连通光催化反应器6的入口。射流混合装置5使臭氧与船舶压载水混合均匀。臭氧发生系统8包括干燥器1和无声放电管2，干燥器1的出口连通无声放电管2的入口，无声放电管2的出口通过二号控制阀7连通射流混合装置5的气体入口5-2。臭氧是由无声放电管2产生，使用空气作气源，生成臭氧的浓度在2～6g/m³。

压载水首先通过过滤器3，过滤器3能够阻挡50μm以上的杂物，过滤后的压载水通过射流混合装置5混入臭氧后进入含紫外光源9的高级氧化处理装置——光催化反应器6中，通过臭氧/紫外协同作用去除压载水中的细菌、单胞藻、原生动物。

下面通过实验考察本实施方式设备灭菌能力和实施方式二方法的灭菌能力。本实验以海洋细菌总数和大肠菌群灭活率来表征该方法和设备的有效性。光催化反应器6采用两支21W低压汞灯作为紫外线灯，双灯间距8cm，水层厚度4cm，光催化反应器有效体积7L。选威海客运港口海水模拟船用压载水作实验样本，海水中大肠菌群数为140cfu/100ml，海洋细菌总数为7.5×10⁴cfu/ml。打开紫外线灯，待输出光强稳定后，打开无声放电管2的电源，调节一号控制阀4，控制海水流量分别为2、3、4t/h，调节二号控制阀7控制臭氧气体流量为0.6m³/h，设备运转稳定后取样。测定海洋细菌总数和大肠菌群生物灭活率如表2所示。

                            表2

进水量(m3/h)	进水细菌总数(cfu/ml)	出水细菌总数(cfu/ml)	灭活率(％)
				234	4.5×1049.5×1047.5×104	＜250＜25095	＞99.44＞99.7399.87

具体实施方式七：下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式五的不同点是：光催化反应器6的内表面上附着有TiO₂金属掺杂光催化剂层体6-1。

下面通过实验考察本实施方式设备灭菌能力和实施方式三方法的灭菌能力。以细菌总数灭活率来表征该方法和设备的有效性。光催化反应器6采用1支15W低压汞灯作为紫外光源，水层厚度1cm，光催化反应器有效体积0.3L。进水的细菌总数为9.5×10⁶cfu/ml。打开紫外线灯，待输出光强稳定后，调节一号控制阀4的流量分别为1、2、3t/h，系统运转稳定后取样。测定细菌总数灭活率如表3所示。

                       表3

进水量(m3/h)	进水细菌总数(cfu/ml)	出水细菌总数(cfu/ml)	灭活率(％)
				123	9.5×1069.5×1069.5×106	2.5×1041.5×1052.5×105	99.7498.4297.37

本发明的方法和设备的优点在于，利用臭氧/光催化协同作用杀灭生命力顽强的微生物，高速高效地杀死微生物，实现在管道输送压载水过程中直接去除压载水中的细菌、单胞藻、原生动物。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)快速高效，光催化辅助臭氧灭菌系统产生更多的HO·，具有更快、更强的杀菌能力。实现在管道输送压载水过程中去除压载水中的细菌、单胞藻、原生动物。(2)经济实用，光催化辅助臭氧灭菌系统在保持高效杀菌的前提下可大幅降低臭氧投加量，节约成产成本。(3)安全可靠，光催化辅助臭氧灭菌系统的应用，消除了一些传统工艺可能形成的消毒副产物，杀灭或抑活船舶压载水中的生物效果明显，符合环境保护要求。

Claims (7)

1、船舶压载水的处理方法，其特征在于它依次通过下述步骤实现：a、对船舶压载水进行过滤，去掉大于50微米的杂物；c、用光催化反应器处理船舶压载水。

2、根据权利要求1所述的船舶压载水的处理方法，其特征在于它在步骤a和步骤c之间还包括步骤b、把臭氧混合到船舶压载水中。

3、根据权利要求1所述的船舶压载水的处理方法，其特征在于在步骤c中用光催化反应器内紫外光照射船舶压载水的同时，在光催化反应器中添加TiO₂金属掺杂光催化剂。

4、船舶压载水的处理设备，其特征在于它包括过滤器(3)、一号控制阀(4)、光催化反应器(6)、紫外线灯(9)，过滤器(3)的液体出口(3-1)连通一号控制阀(4)的一端，一号控制阀(4)的另一端连通光催化反应器(6)的入口，光催化反应器(6)的入口设置在光催化反应器(6)的下端，光催化反应器(6)的出口设置在光催化反应器(6)的上端，紫外线灯(9)由上到下贯穿于光催化反应器(6)内腔中。

5、根据权利要求4所述的船舶压载水的处理设备，其特征在于它还包括射流混合装置(5)、臭氧发生系统(8)，过滤器(3)连通射流混合装置(5)的液体入口(5-1)，射流混合装置(5)的气体入口(5-2)连通臭氧发生系统(8)的出口，射流混合装置(5)的出口(5-3)连通光催化反应器(6)的入口。

6、根据权利要求5所述的船舶压载水的处理设备，其特征在于光催化反应器(6)的内表面上附着有TiO₂金属掺杂光催化剂层体(6-1)。

7、根据权利要求4所述的船舶压载水的处理设备，其特征在于光催化反应器内包括一个或多个石英管(10)，每个石英管(10)在横向或在高度方向贯穿于光催化反应器(6)，多个石英管(10)均匀分布在光催化反应器(6)内，每个石英管(10)内都设置一个紫外线灯(9)。

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