TWI685450B - 船體壓艙水滅菌方法及其裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係為一種處理壓艙水滅菌方法，其主要在於該處理壓艙水滅菌方法至少包含導入步驟係透過該壓艙注水殺菌裝置自船體外部導引海水進入的第一閥體，透過管路使幫浦自第一閥體引入海水輸往其一端連接一第一殺菌裝置；磁化步驟係海水進入第一殺菌裝置，該第一殺菌裝置磁場效應破壞引進的微生物或細菌的細胞壁，使其死亡或降低表面抵抗性後導入至壓水艙內形成壓艙水；抑菌步驟係壓艙水於壓水艙過程中持續接觸至少一常時殺菌裝置，該至少一常時殺菌裝置釋放出滅菌成份，使壓艙水內的的微生物或細菌持續死亡並抑制增生，基於壓艙水已先行經過磁化步驟，可減低該至少一常時殺菌裝置所需使用如銀離子或藥劑等滅菌成份用量。
Description
本發明係一種船體壓艙水滅菌方法及其裝置，尤指用於船艙裝置壓艙水時之滅菌方法以及其裝置設計，藉以提供更低裝置成本且更有滅菌之功效者。
隨著世界貿易規模的擴大．船運發展也日益增加，因此船隻來往各國之間也就變得非常頻繁，當船隻運送滿載的貨品到達目的國並卸貨後，船體便會失去載重而使得船身上升於水平面上不少，間接也導致船身重心過高而顯得搖晃不穩定，因此為使船隻在返回的航程中不會因為承載量較低問題導致行船的穩定度，根據國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)在2004 年《國際船舶壓艙水及沈積物管理公約(簡稱BWM公約)》的定義，「壓艙水」是為了調整船身的吃水差、保持平衡、改變吃水深或是調整船艙壓力時所引進的水體，壓艙水(Ballast water)係指船舶在輕載狀態下，也就是載重不足或空船時啟錨航行，為使螺槳沒入水中，或穩定船舶平均船身載重，在船艙底或船兩側注入適當的水量，此水即是船舶之壓艙水。
然而在港口實務上，船內用以裝載壓艙水的艙房則稱為壓水艙，一般船舶的壓艙水量約為其載重量的30％-40％，隨著船舶的設計、大小和強度而異，以一艘載重10 萬噸的貨船為例，其攜帶的壓艙水可能多達3、4 萬噸，當船舶進入港域裝載貨物時，則會排放出在他港吸入的壓艙水。而這些大量的壓艙水攜帶著大量未知水上生物，也隨船舶從全球各地帶來，排放在各卸載港口附近的海域，所可能造成的生物污染問題益發嚴重(當船舶抵達目的地將船上的貨物卸載後，就地抽取水做為壓艙水的技術，雖然可使空載的船吃水線維持在適當範圍，但是一但到達下次載貨目的地時就會因要載貨而再度將壓艙水排放流出，但是這樣的技術在引入壓艙水時為抽取海水灌入，因此導入海水過程中不免吸入大量的水中微生物，這些生物包括細菌或其他微生物、小型無脊椎動物和胞子、以及較大物種的卵或幼蟲，其中有些具有毒性，有些則因為從它們原本生態系中移出，在排出船時帶進了另一個生態系，而帶來危害，外來物種可在沒有天敵的情況下急速繁殖，多數海洋物種在它們的生命週期當中都會經歷浮游階段，能通過船舶壓艙水的吸入口和幫浦，也就是說，雖然它們長成後可能會很大或是會貼在海床上，但都還是可藉由壓艙水傳輸。因此，這類物種在全球傳輸的問題也變得更為複雜。
近代船運壓艙水帶來的問題案例如爆發於1991年秘魯三座不同港口城市的霍亂傳染，即是肇源於對船舶排放壓艙水的不當管理，造成數千人死亡的悲劇，此一疫情並經輾轉散播至南美洲各國，迄1994年方才逐漸被消弭，但累計共有高達近萬人病死於此次的霍亂，災情十分慘重；或另航行於亞太地區之商船，則曾於20世紀底在香港、中國大陸沿海諸港埠，因排放壓艙水時而傳播散逸出紅潮菌，使得香港和中國大陸的漁業遭受到近約千萬美元的嚴重損失等案例皆對生命或環境產生極大的危害。
近幾十幾年來，壓艙水了成為國際間努力減輕來自船舶的污染的一項重大課題，傳統的壓艙水處理包括有過濾法、藥劑法、催化法、去氧、電離、臭氧處理或紫外線照射等方法以處理壓艙水，其中過濾法是用於除去壓艙水中的小型昆蟲及浮游生物；藥劑法以添加高鐵酸鹽等藥劑為淨水劑，消滅餘存於汲進海水的細小微生物；催化、去氧、電離、臭氧處理或紫外線照射各以不同機制促使有機體死亡；傳統的處理系統通常需要包括過濾裝置（Filter Unit）、紫外線殺菌裝置（UV Unit）、操作控制盤（Operation and Control Panel）、管路系統（Piping System）及電路系統（Electric System）等系統複雜，另由於化學藥劑的成本較高，一般壓艙水系統需花費為約30~100萬美金，後續的維護費及耗材費用也是成本考慮的要點，而台灣各大國際港口每年都有許多來自各個不同國家的各型商船進出，大量的壓艙水攜帶著大量未知水生物也隨著從全球各地帶來，排放在各港口附近海域，所可能造成的問題值得國人及有關單位密切注意，積極防範。
目前世界各國超過53個國家在2016年10月簽署D-2船舶壓艙水管理公約使國際船舶壓艙水及沉積物管理公約(BWM公約)簽約國已達52國，佔商船總噸位的35.14%，達到生效條件，公約於2017年9月8日正式生效，而下表1為規範D-2條壓艙水性能標準，BWM公約附件D-2規定壓艙水處理的性能標準，管制不同大小活生物體及指標微生物的容許濃度。
備註：CFU為菌落形成單位（colony-forming unit） 表1：D-2條壓艙水性能標準表
| 生物體種類 | 可存活的生物體大小 | 濃度 | 現有檢驗規範 |
| 所有種類 | ≥50微米 | ＜10個/m3 | 無 |
| ≥10微米且＜50微米 | ＜10個/m3 | 海洋浮游動物檢測方法(環檢所 E701.20C) | |
| 霍亂弧菌 (O1與O139型) | - | ＜ 1 CFU / 100 mL or 1g | 食品微生物霍亂弧菌隻檢驗(食藥署) |
| 大腸桿菌 | - | ＜250 CFU / 100 mL or 1g | 水中大腸桿菌檢驗方法(環檢所 E235.52C) |
| 腸道腸球菌 | - | ＜ 100 CFU / 100 mL or 1g | 水中腸球菌檢驗方法(環檢所 E235.51C) |
本發明係為一種處理壓艙水滅菌方法，其具有一船體壓艙水滅菌裝置裝置於船體及船體內之壓水艙，包括有一壓艙注水殺菌裝置、至少一常時殺菌裝置以及一壓艙洩水殺菌裝置等三個主要構件，其中該壓艙注水殺菌裝置具有一第一閥體，第一閥透過管路連接一幫浦，該幫浦一端連接一第一殺菌裝置，而該至少一常時殺菌裝置係為常時浸置於壓艙內，本發明主要特徵在於該處理壓艙水滅菌方法至少包含以下步驟：導入步驟係透過該壓艙注水殺菌裝置自船體外部導引海水進入的第一閥體，透過管路使幫浦自第一閥體引入海水輸往其一端連接一第一殺菌裝置；磁化步驟係海水進入第一殺菌裝置，該第一殺菌裝置磁場效應破壞引進的微生物或細菌的細胞壁，使其死亡或降低表面抵抗性後導入至壓水艙內形成壓艙水；抑菌步驟係壓艙水於壓水艙過程中持續接觸至少一常時殺菌裝置，該至少一常時殺菌裝置釋放出如銀離子或藥劑等滅菌成份，使壓艙水內的的微生物或細菌持續死亡並抑制增生，基於壓艙水已先行經過磁化步驟，可減低該至少一常時殺菌裝置所需使用如銀離子或藥劑等滅菌成份用量。
本發明之另一主要特徵為處理壓艙水滅菌裝置，其係裝置於船體及船體內之壓水艙，該裝置包含有一壓艙注水殺菌裝置，其具有一第一閥體，第一閥體透過管路)連接一幫浦，該幫浦一端連接一第一殺菌裝置，其中該第一閥體自船體外部導引海水進入透過管路連接幫浦抽取海水輸往幫浦一端連接一第一殺菌裝置後進入壓水艙內形成壓艙水；至少一常時殺菌裝置，該至少一常時殺菌裝置設於壓水艙常時浸置於壓艙水內，該至少一常時殺菌裝置釋放出如滅菌成份。
請參照圖1之本發明較佳實施例之船體壓艙水滅菌裝置裝置圖所示，其係依照前述的D2壓艙水排放標準設計，該船體壓艙水滅菌裝置係設置於船體B之壓水艙C內，其中該船體壓艙水滅菌裝置包括有壓艙注水殺菌裝置10、壓艙水常時殺菌裝置20以及壓艙洩水殺菌裝置30等三個主要構件，其中該壓艙注水殺菌裝置10具有一自船體B外部導引海水O進入的第一閥體Vi，以及透過管路101連接第一閥體Vi抽取海水O進入的幫浦P，幫浦P將引入海水O輸往其一端連接一第一殺菌裝置11，海水Ｏ通過第一殺菌裝置11後會進入壓水艙C內形成壓艙水CW；而該壓水艙C內設有複數個常時殺菌裝置20，該些常時殺菌裝置20主要係為常時浸置於壓艙水CW內；另本發明船體壓艙水滅菌裝置更設有一壓艙洩水殺菌裝置30於船體B適當位置處，該壓艙洩水殺菌裝置30設計原理上係透過一幫浦P將壓艙水CW抽出並先通過其一端連接之一第二殺菌裝置31並自該幫浦P洩出，洩出的壓艙水CW經該幫浦P以管路301輸往一側連接之第二閥體Vo洩出；再請參照圖2所示之本發明較佳實施例步驟圖所示，本發明於處理壓艙水滅菌方法具有以下步驟：
導入步驟S1：係透過該壓艙注水殺菌裝置10自船體B外部導引海水O進入的第一閥體Vi，透過管路101使幫浦P將引入海水O輸往其一端連接一第一殺菌裝置11。
磁化步驟S2：海水O進入內部具有磁化裝置之第一殺菌裝置11，該第一殺菌裝置11透過該磁化裝置的磁場效應破壞引進的微生物或細菌的細胞壁，使其死亡或降低表面抵抗性後，將海水O導入至壓水艙C內形成壓艙水CW。
抑菌步驟S3：壓艙水CW於壓水艙C過程中持續接觸設於壓水艙C之複數個常時殺菌裝置20，其中該些常時殺菌裝置20釋放出如銀離子或藥劑等滅菌成份，使壓艙水CW內的的微生物或細菌持續死亡並抑制增生，但此步驟中基於壓艙水CW已先行經過磁化步驟S2，因此可減低抑菌步驟S3中殺菌裝置20所需使用如銀離子或藥劑等滅菌成份用量。
排出步驟S4：排出壓艙水CW時，透過該幫浦P將壓艙水CW抽出並通過內部具有磁化裝置之第二殺菌裝置31之並自該幫浦P洩出，洩出的壓艙水CW經該幫浦P以管路301輸往一側連接之第二閥體Vo洩出，其中該第二殺菌裝置31透過該磁化裝置的磁場效應破壞流通經過的壓艙水CW剩餘微生物或細菌的細胞壁使其死亡並抑制到最低量排出。
請參考圖3及圖4之本發明局部實施例圖所示，其中前述之第一殺菌裝置11（或第二殺菌裝置31）具有磁化裝置設計在工作原理方面是透過電磁場不斷生長、收縮以及磁場方向一直在變化的特性，會直接影響各種不同水質中水分子的電荷正負電的行為，其產生之電磁場將自由電子從管路中心趕離至包圍液體的金屬管路上，而金屬管路上也進行著類似的導電活動，電子被推擠到環繞水管周圍的狹窄波段上，但是這個位置卻使電子遠離了金屬，此排列可以切割水分子團，使大分子變成眾多小分子，如此使得小分子水進入細菌與微生物之細胞壁，使其失去繁殖能力，進而達到殺菌效果；其中該第一殺菌裝置11（或第二殺菌裝置31）之磁化裝置可以使用兩種類型的磁化裝置，如圖3及圖4所示的磁化裝置為通電型磁化裝置，在本較佳實施例中該第一殺菌裝置11主要具有二個通電型磁化裝置121/122，其內部皆具有一正級充磁環圈123藉以產生電子，其外環具有金屬管壁124，當正級充磁環圈123導電後便會在該第一殺菌裝置11管道內產生磁場M並基於前述工作原理使入水W1分子變化產生小分子的出水W2，另外該第一殺菌裝置11兩端皆設有結合端111/112與管路101連接進行輸水。
再請參照圖5之本發明另一實施例之局部實施例圖所示，其中該第一殺菌裝置11（或第二殺菌裝置31）之磁化裝置設計亦可為永磁式磁化裝置13連接兩端管路101，其中該永磁式磁化裝置13以本實施例而言，為管道內平均環設複數個磁化桿131並以一中心桿132固定其中心支撐，該複數個磁化桿131具有自發行磁性並可對流經的入水W1產生磁化效果，使得磁化後小分子入水W2容易進入細菌與破壞微生物之細胞壁，使其失去繁殖能力，進而達到殺菌效果，特別說明的是有關永磁式磁化裝置13隨著科技的進步能製成發散各種波長的磁場，應用於特定使用目的上更具有效果，且維修簡單方便更換。
如下表2所示，依據前述步驟及裝置實施後，經過實際120小時的測試，在比對未使用本發明裝置(對照組)與使用本發明方法步驟及裝置的實驗組於成果上確實符合國際船舶壓艙水及沉積物管理公約D-2規定壓艙水處理的性能標準要求。
綜上所述，本發明之實施例步驟方法及其裝置，相較於先前技術並無相同或近似的技術公告在先，且經實際測試後亦符合國際船舶壓艙水及沉積物管理公約D-2規定壓艙水處理的性能標準，對於生態及環境衛生有顯著的效果，又透過磁化殺菌及破壞細胞壁的效果，能達到大量降低壓艙水使用銀離子或殺菌劑使用量而降低成本，符合我國申請專利之要件，爰依法提出專利申請。
| 10…… | 壓艙注水殺菌裝置 | 101…… | 管路 |
| 11…… | 第一殺菌裝置 | 111/112…… | 結合端 |
| 121/122…… | 通電型磁化裝置 | 123…… | 正級充磁環圈 |
| 124…… | 金屬管壁 | 13…… | 永磁式磁化裝置 |
| 131…… | 磁化桿 | 132…… | 中心桿 |
| 20…… | 常時殺菌裝置 | 30…… | 壓艙洩水殺菌裝置 |
| 301…… | 管路 | 31…… | 第二殺菌裝置 |
| B…… | 船體 | C…… | 壓水艙 |
| CW…… | 壓艙水 | M…… | 磁場 |
| O…… | 海水 | P…… | 幫浦 |
| S1…… | 導入步驟 | S2…… | 磁化步驟 |
| S3…… | 抑菌步驟 | S4…… | 排出步驟 |
| Vi…… | 第一閥體 | Vo…… | 第二閥體 |
| W1…… | 入水 | W2…… | 出水 |
圖1：係本發明較佳實施例狀態圖。 圖2：係本發明較佳實施例步驟圖。 圖3：係本發明較佳實施例第一局部動作示意圖。 圖4：係本發明較佳實施例第一局部剖視圖。 圖5：係本發明較佳實施例另一局部示意圖。
| 10…… | 壓艙注水殺菌裝置 | 101…… | 管路 |
| 11…… | 第一殺菌裝置 | 20…… | 常時殺菌裝置 |
| 30…… | 壓艙洩水殺菌裝置 | 301…… | 管路 |
| 31…… | 第二殺菌裝置 | B…… | 船體 |
| C…… | 壓水艙 | CW…… | 壓艙水 |
| O…… | 海水 | P…… | 幫浦 |
| Vi…… | 第一閥體 | Vo…… | 第二閥體 |
Claims (8)
- 一種處理壓艙水滅菌方法，其具有一船體壓艙水滅菌裝置裝置於船體(B)及船體(B)內之壓水艙(C)，包括有一壓艙注水殺菌裝置(10)、至少一常時殺菌裝置(20)以及一壓艙洩水殺菌裝置(30)等三個主要構件，其中該壓艙注水殺菌裝置(10)具有一第一閥體(Vi)，第一閥體(Vi)透過管路(101)連接一幫浦(P)，該幫浦(P)一端連接一第一殺菌裝置(11)，而該至少一常時殺菌裝置(20)係為常時浸置於壓艙水(CW)內，其特徵在於該處理壓艙水滅菌方法至少包含以下步驟：導入步驟(S1)：係透過該壓艙注水殺菌裝置(10)自船體(B)外部導引海水(O)進入的第一閥體(Vi)，透過管路(101)使幫浦(P)自第一閥體(Vi)引入海水(O)輸往其一端連接一第一殺菌裝置(11)；磁化步驟(S2)：海水(O)進入第一殺菌裝置(11)，該第一殺菌裝置(11)磁場效應破壞引進的微生物或細菌的細胞壁，使其死亡或降低表面抵抗性後導入至壓水艙(C)內形成壓艙水(CW)；抑菌步驟(S3)：壓艙水(CW)於壓水艙(C)過程中持續接觸至少一常時殺菌裝置(20)，該至少一常時殺菌裝置(20)釋放出如銀離子或藥劑等滅菌成份，使壓艙水(CW)內的的微生物或細菌持續死亡並抑制增生，基於壓艙水(CW)已先行經過磁化步驟(S2)，可減低該至少一常時殺菌裝置(20)所需使用如銀離子或藥劑等滅菌成份用量。
- 如請求項1所述之處理壓艙水滅菌方法，其中該船體壓艙水滅菌裝置具有一壓艙洩水殺菌裝置(30)，其具有一第二殺菌裝置(31)，第二殺菌裝置(31)一端連接一幫浦(P)，幫浦(P)透過管路(301)連接一第二閥體(Vo)，該抑菌步驟(S3)後具有一排出步驟(S4)：排出壓艙水(CW)時，透過該幫浦(P)將壓艙水(CW)抽出 並通過第二殺菌裝置(31)自該幫浦(P)以管路(301)輸往一側連接之第二閥體(Vo)洩出，其中該第二殺菌裝置(31)透過磁場效應破壞流通經過的壓艙水(CW)剩餘微生物或細菌的細胞壁使其死亡並抑制到最低量排出。
- 如請求項1所述之處理壓艙水滅菌方法，其中該第一殺菌裝置(11)內部具有磁化裝置，其中該磁化裝置係為通電型磁化裝置或永磁式磁化裝置。
- 如請求項2所述之處理壓艙水滅菌方法，其中該第二殺菌裝置(31)內部具有磁化裝置，其中該磁化裝置係為通電型磁化裝置或永磁式磁化裝置。
- 一種處理壓艙水滅菌裝置，其係裝置於船體(B)及船體(B)內之壓水艙(C)，該裝置包含有：一壓艙注水殺菌裝置(10)，其具有一第一閥體(Vi)，第一閥體(Vi)透過管路(101)連接一幫浦(P)，該幫浦(P)一端連接一第一殺菌裝置(11)，其中該第一閥體(Vi)自船體(B)外部導引海水(O)進入透過管路(101)連接幫浦(P)抽取海水(O)輸往幫浦(P)一端連接一第一殺菌裝置(11)後進入壓水艙(C)內形成壓艙水(CW)，其中該第一殺菌裝置(11)內部具有磁化裝置，進而達到殺菌效果；至少一常時殺菌裝置(20)，該至少一常時殺菌裝置(20)設於壓水艙(C)常時浸置於壓艙水(CW)內，該至少一常時殺菌裝置(20)釋放出如銀離子或藥劑等滅菌成份。
- 如請求項5所述之處理壓艙水滅菌裝置，其具有一壓艙洩水殺菌裝置(30)，壓艙洩水殺菌裝置(30)具有一第二殺菌裝置(31)，第二殺菌裝置(31)一端連接一幫浦(P)，幫浦(P)透過管路(301)連接一第二閥體(Vo)，透過該幫浦(P)將壓艙水(CW)抽出並通過第二殺菌裝置(31)自該幫浦(P)以管路(301)輸往一側連接之第二閥體(Vo)洩出。
- 如請求項5所述之處理壓艙水滅菌裝置，其中該第一殺菌裝置(11)內部具有磁化裝置係為通電型磁化裝置或永磁式磁化裝置，透過磁化裝置產生之電磁場切割水分子團，使大分子變成眾多小分子，使得小分子水進入細菌與微生物之細胞壁，使其失去繁殖能力。
- 如請求項6所述之處理壓艙水滅菌裝置，其中該第二殺菌裝置(31)內部具有磁化裝置，其中該磁化裝置係為通電型磁化裝置或永磁式磁化裝置，透過磁化裝置產生之電磁場切割水分子團，使大分子變成眾多小分子，使得小分子水進入細菌與微生物之細胞壁，使其失去繁殖能力，進而達到殺菌效果。
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