CN201512425U

CN201512425U - 一种紫外线催化船舶压载水处理组合反应器

Info

Publication number: CN201512425U
Application number: CN 200920076897
Authority: CN
Inventors: 张丽; 董丽华
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2019-06-23

Abstract

本实用新型公开了一种紫外光催化船舶压载水处理组合反应器，该反应器包括反应单元、反应腔体、固定装置和阀门，反应单元由紫外灯、保护管以及多孔光催化剂组成；保护管中心放置有紫外灯，负载在各种载体上的多孔光催化剂紧贴保护管的外壁并固定在其两侧，反应单元的一端通过固定装置固定在反应腔体的底部，另一端包括紫外灯的电源接口端采用密封结构安装在反应腔体的上端盖上；阀门通过转接头分别安装在反应腔体的进水口和出水口处。本实用新型体积小、能耗低、处理效率高、适用范围广、可模块化，通过增加本实用新型的紫外光催化处理器个数形成成套组合装置，从而可灵活调整压载水的处理规模。

Description

一种紫外线催化船舶压载水处理组合反应器

技术领域

本实用新型涉及压载水处理技术领域，特别涉及的是一种强化光催化臭氧联合船舶压载水处理用反应器。

背景技术

随着全球航运经济的快速发展，船舶越来越多、体积越变越大，船速也越来越快。压载水是船舶安全航行的重要保证。据估计，目前全球船舶携带的压载水每年大约有120亿吨，并随着航运业的发展仍在逐年递增中，每天存在于船舶压载水中随船周游世界的生物超过4500种，即使经过数月的航程，许多种细菌、植物和动物仍能存活于压载水及其沉积物中。海船压载水中的生物在全世界范围内的迁徙所造成的生物入侵和流行病传播等对海洋环境和人类的侵害事件屡有发生，已经引起国际社会的广泛关注，全球环境基金组织(GlobalEnvironment Facility简称GEF)确认其为危害海洋的四大威胁之一。国际海事组织(IMO)于2004年2月13日制定了《关于船舶压载水及其沉积物管理和控制的国际公约》(以下简称《公约》)，该公约对压载水的处理标准(包括可存活生物的尺寸及数量、病原体为生物的种类及数量)做了明确规定，为压载水管理和控制提供了具有国际法律约束力的执行依据，于2009年生效并逐步强制执行。《公约》意味着有效处理船舶压载水将成为船舶进入他国港口的“通行证”，解决不了压载水问题的船舶无法进入他国港口，没有压载水处理设施的远洋船舶将面临不能靠岸停泊的尴尬境地。因此，海船压载水的净化处理相关技术及设备的研究和产业化将会对我国航运经济产生直接影响，各航运企业迫切需要采用相关技术解决船舶压载水排放达标的问题。

目前，国内外对压载水的处理技术已有大量研究和报道，研究的范围比较广泛，主要涉及的处理技术可分为下述几类：

(1)物理处理法(如采用热、超声波、紫外线、银离子、磁化等进行处理)；

(2)机械处理法(过滤、改善船舶设计等)；

(3)化学处理法(臭氧、抽氧、加氯处理等)；

(4)生物处理法(如在压载水中加入肉食性或寄生性生物以消灭)。

但迄今为止，众多研究证实，上述方法均或多或少的存在问题，如物理法的热、超声波、银离子、磁化等方法存在处理装置耗能大、成本高的问题，传统紫外线法存在杀藻难、灭菌不彻底、处理效果差等问题；机械法存在处理装置设备体积大、船舶安装困难、设备运行成本高等众多问题；化学法存在所使用的或反应生成的化学品对海水造成二次污染的问题；生物法存在长期的潜在生物危害、可控性差的问题，因此，没有任何上述的单一方法能够直接使压载水的处理满足国际海事组织的要求，即：安全、可靠、有效、环境允许且费用合理。因此，对上述现有的各种技术进行优化整合、再开发和适应性创新，研究压载水有效处理的新型方法、技术和设备是各国当前迫切需要发展的重要研究方向之一。

实用新型内容

本实用新型克服了现有海船压载水处理技术中存在的设备体积大、耗能大、灭菌不彻底、对海水造成二次污染、处理效果差等缺点，而提供一种全新的高效率、低能耗的海船压载水的处理反应装置，可满足国际海事组织的要求，即：安全、可靠、有效、环境允许且费用合理的紫外光催化船舶压载水处理组合反应器。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种紫外光催化船舶压载水处理组合反应器，该反应器包括反应单元、反应腔体、固定装置和阀门，

所述反应单元由紫外灯、保护管以及多孔光催化剂组成；

所述保护管中心放置有紫外灯；

所述负载在各种载体上的多孔光催化剂紧贴保护管的外壁并固定在其两侧；

所述反应单元的一端通过固定装置固定在反应腔体的底部，另一端包括紫外灯的电源接口端采用密封结构安装在反应腔体的上端盖上；

所述阀门通过转接头分别安装在反应腔体的进水口和出水口处；

所述多孔光催化剂为片状、丝网状，并且采用可激发紫外线的金属氧化物、硫化物、硒化物等半导体光催化剂；

所述紫外灯采用能发射主波长为低于360nm紫外光的氙灯、低压汞灯等，最优为254nm、185nm的紫外灯。

本实用新型达到了以下有益效果：

(1)结合了紫外光辐照和光催化两者的作用，即反应过程中既有紫外光解作用，又有光催化强氧化作用，弥补了常规紫外技术存在的杀菌不彻底、形成耐紫外的生物变异等潜在生态问题；

(2)具有更高的反应速度，可有效杀死小于50μm的原生动物、藻类、细菌、孢子等，杀菌时间小于5秒；

(3)基本不使用任何化学药品、对生态环境的负面影响小。

(4)体积小、能耗低、处理效率高、适用范围广、可模块化，通过增加本实用新型的紫外光催化处理器个数形成成套组合装置，从而可灵活调整压载水的处理规模，处理能力可在250-5000m³/h。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型的剖面结构示意图。

图2为实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参考图1和图2：

为了解决现有海船压载水处理技术中存在的设备体积大、耗能大、灭菌不彻底、对海水造成二次污染、处理效果差等缺点，本实用新型提供了一种全新的高效率、低能耗的海船压载水的处理反应装置，如图1和图2所示：

一种紫外光催化船舶压载水处理组合反应器，该反应器包括反应单元、反应腔体9、固定装置8和阀门1、6，该反应单元由紫外灯3、保护管4以及多孔光催化剂5组成；为了防止紫外灯3受到外界破坏，在紫外灯3的外侧设置一保护紫外灯3的保护管4，保护管4为可以透紫外光的材料，并且选用石英玻璃或派来克斯玻璃管，负载在各种载体上的多孔光催化剂5紧贴保护管4的外壁并固定在其两侧。

反应单元设置在反应腔体9中，由于在水体进入反应腔体9时会产生晃动，所以在反应单元的一端通过固定装置8固定在反应腔体9的底部，另一端包括紫外灯3的电源接口端10采用密封结构安装在反应腔体9的上端盖7上；这样反应单元就很好的固定在反应腔体9中。在反应腔体9的上端和底部设置有阀门1、6，阀门1、6通过转接头2、11分别安装在反应腔体9的进水口和出水口处；在进水口处的阀门1采用三通阀门。本实用新型多孔光催化剂5为片状、丝网状，并且采用可激发紫外线的金属氧化物、硫化物、硒化物等半导体光催化剂。

在本实施例中采用一个单独的反应器进行说明具体的实施过程：

把海水中含有大颗粒杂物(包括鱼类、贝类等)和大于50μm的生物依次通过各种粗、细过滤装置进行过滤处理后，通过与各种粗、细过滤器的管道以及与压载舱相同的管道相连的三通阀门1把需要处理的压载水通入反应腔体9内，电源接口端10通电后，放置在反应腔体9中心的能发射紫外光线的紫外灯3开始照射待处理的压载水和均匀分布在压载水中的多孔光催化剂5，多孔光催化剂5采用半导体光催化剂，该催化剂具体包括：二氧化钛及经氮掺杂、染料敏化等工艺处理的改性二氧化钛、氧化锌、三氧化钨、五氧化二铌\硫化镉、硒化镉等各种半导体光催化剂，可以是粉末态也可以是负载在玻璃、陶瓷、树脂、不锈钢、镍、钛等无机或有机结构材料，可以为片状、丝网状、纤维、海绵状等形状的。紫外光源一般采用能发射主波长为低于360nm紫外光的氙灯、低压汞灯等，最优都是使用254nm、185nm的紫外灯，采用以上催化剂和最优紫外灯，能达到很好的处理效果。

由于受到紫外光线的照射，均匀分布在压载水中的半导体光催化剂受到能量大于其禁带能量的紫外光辐照，其价带上的电子(e-)受到激发而穿过禁带跃迁到其导带上生成光生电子(e-)，相应的在价带上则生成光生空穴(h+)，这些光生电子(e-)和光生空穴(h+)分别具有强还原能力和强氧化能力，它们自由迁移到催化剂表面时，光生电子(e-)与吸附在纳米半导体颗粒表面的溶解氧作用形成超氧负离子，而光生空穴(h+)将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。

当压载水中的有机微生物(如藻类和细菌等)在水流的带动下通过半导体光催化剂时，其表面聚集的大量自由羟基迅速夺取微生物等的细胞膜内的氢元素(H)，使微生物的细胞薄膜分解，并进一步破坏生物的蛋白质、碳水化合物以及DNA等物质，从而使得压载水中的小于50μm的藻类、细菌等微生物可在1～30秒内被彻底降解或杀灭，通过出水口的阀门6将处理好的压载水流出本实用新型即可通过管路送入各压载舱。在船到达下一个港口需排除压载水时，压载水再次通过管道快速流经该反应器，进一步消灭航行期间在船舱滋生的微生物后，同时可以实现安全排放。如果需要处理的压载水较多，量较大的话，还可以进行适当的增加该处理器单元的个数。

本实用新型体积小、能耗低、处理效率高、适用范围广、可模块化，通过增加本实用新型的紫外光催化处理器个数形成成套组合装置，从而可灵活调整压载水的处理规模。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种紫外光催化船舶压载水处理组合反应器，其特征在于，该反应器包括反应单元、反应腔体、固定装置和阀门，所述反应单元由紫外灯、保护管以及多孔光催化剂组成，所述保护管中心放置有紫外灯，所述负载在各种载体上的多孔光催化剂紧贴保护管的外壁并固定在其两侧，所述反应单元的一端通过固定装置固定在反应腔体的底部，另一端包括紫外灯的电源接口端采用密封结构安装在反应腔体的上端盖上，所述阀门通过转接头分别安装在反应腔体的进水口和出水口处。

2.根据权利要求1所述的一种紫外光催化船舶压载水处理组合反应器，其特征在于，所述多孔光催化剂为片状、丝网状、纤维、海绵状，并且采用可激发紫外线的金属氧化物、硫化物、硒化物半导体光催化剂。

3.根据权利要求1所述的一种紫外光催化船舶压载水处理组合反应器，其特征在于，所述紫外灯采用能发射主波长为低于360nm紫外光的氙灯、低压汞灯。