一种船舶压载舱沉积物的灭活系统及其使用方法与流程

本发明主要涉及水处理的技术领域，特别涉及一种船舶压载舱沉积物的灭活系统及其使用方法。

背景技术：

压载舱——船舶的压载水舱(ballasttank)是放置压载水的船舱，用于调整船舶的重心位置、浮态和稳性。可解决船舶在航行过程中因油水消耗、重心升高而导致的稳性不足或吃水不适当的问题。

压载水——为控制船舶纵倾、横倾、吃水、稳性或应力而在船上加装的水及其悬浮物。在船舶航行、装载货物过程中，需要常常排放或吸入淡水或海水，以实时调整船上压载水量，保障船舶安全平稳运行。

压载舱沉积物——从船舶压载水中沉淀的物质，主要指压载水中常含有各种生物孢囊等的淤泥。

目前，远洋船舶在航行中普遍使用压载水来调整船舶的吃水和重心平衡以保证船舶安全。船舶运输的航线往往是从一个海域到另一个海域，由于每一个海域的生态环境不同，所以生活着的生物也不同，都处于一种平衡状态。船舶在加装压载水的同时，海水中的一些水生物和病原体也随之被加入到压载舱中，直到航行结束被排放到目的地海域，引起了有害水生物和病原体的传播。

人类的发展依赖海洋，几百年来的航海发展在给我们带来财富的同时，也加剧了对海洋环境的破坏，有害水生物通过船舶的压载水转移到了世界的各个角落，以致出现了生物入侵，因船舶压载水随意排放导致的海洋生物入侵问题不像油类污染物，可以被清除或被海洋吸收，其一旦入侵和落户当地海域，几乎无法消除，给当地的生态环境带来了不可逆转的影响。

2004年2月，国际海事组织(imo)召开的压载水管理国际会议通过《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》。该公约包括22条条款和一个规则附则《控制管理船舶压载水和沉积物》以防止、减少和消除有害水生物和病原体转移规则。对船舶压载水的排放和控制提出了具体的技术要求，以此来预防、减少并最终消除船舶压载水排放带来的危害。该公约于2017年9月8日正式生效实施，并于2019年1月22日起,《压载水公约》在我国正式生效，目前我国全面履约工作正在加紧推进。

根据公约要求，现有新建造的船只都必须安装压载水处理装置，还在运行的旧船也必须修改加装，规定了压载水均需要通过压载水处理装置处理后才能排放。目前各个国家包括我国对压载水处理装置作了开发和制造，已有各种不同形式的处理设备。但是针对压载舱底部的沉积物还未有专用处理方法及专用装置。由于船舶航行时，压载舱的压载水可以通过压载水处理后进行排放，但由于在船舶压载舱的底部压载水是不可能得到完全排放，船舶压载水长期沉淀的下来的物质称为船舶压载舱沉积物，压载舱沉积物系指为控制船舶纵倾、横倾、吃水、稳性或应力而在船上加装的水及其悬浮物，经沉淀后在装载压载水的舱室形成的固体物质或固液混合物。压载舱沉积物与压载水一样同样存在着各种微生物，经检测菌落总数超过3.5x104cfu/g。船舶在经过一段时间的航运后在维修时需要清理压载舱沉积物，因此压载舱沉积物同样根据《压载水公约》要求，不能随意排放和处置。针对压载舱沉积物的处理在我国还处于空白，缺少针对性的压载舱沉积物处理装置。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供了一种船舶压载舱沉积物的灭活系统及其使用方法，通过压载舱沉积物将搅拌后输送至灭活装置达到灭活目的，灭活过程产生的高温气体经除尘、热交换后排出，满足排放的要求，同时没有二次污染。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种船舶压载舱沉积物的灭活系统，其特征在于，灭活系统包括沉积物存储单元和灭活单元，沉积物存储单元和灭活单元之间通过输送单元进行连通，灭活单元的输出端连接有除尘单元；沉积物存储单元包括底部呈倾斜设计的池体以及设在池体的承重模块，输送单元由输送泥浆泵、沉积物搅拌碎化箱和螺旋推送泵依次连接而成；灭活单元包括燃烧室和与燃烧室相连的气化热解室。

优选的，沉积物搅拌碎化箱呈倾斜设置，沉积物搅拌碎化箱的壳体内设有一组双轴螺旋型叶片，壳体的一端设有进料口，壳体的另一端设有卸料口，卸料口上设有带圆孔的钢板。

进一步，双轴螺旋型叶片包括一组平行设置的主动轴和从动轴，主动轴和从动轴上分别设有螺旋型的叶片，两组叶片呈交叉设置，螺旋型叶片上设有若干个均匀分布的切割片，壳体底部设有双圆角，圆角的半径与螺旋型叶片的直径相匹配。

更进一步，气化热解室呈圆筒状，圆筒内部设有热解螺旋线肋板。

一种船舶压载舱沉积物的灭活系统的使用方法，其特征在于，使用方法步骤如下：a、将由船舶压载舱中清理上岸的沉积物临时存放在沉积物存储单元中，并与外界隔绝，待收集至一定的量后进行集中处理；b、由输送单元中的泥浆泵将布置在地面中的沉积物泵至搅拌单元；c、经搅拌后的沉积物进入灭活单元，灭活单元筒体匀速转动，使沉积物在灭活单元筒体中停留足够时间后排出；d、加热产生的高温气体经除尘、冷却后排放大气。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，适用于船舶压载舱沉积物的菌落灭活，同时也适用于任何地区水域的沉积物的菌落灭活，填补了国内针对船舶压载舱沉积物灭活的专用处理装置的空白；

2、本发明的方案中，采用气体燃料形成气化热解的纯物理的灭活方法，无二次污染的产生，保护了当地的生态环境，避免了外来物种引起的不可逆转的影响；

3、本装置安全、高效，使用成本低，利于推广和利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明沉积物存储单元的结构示意图。

图3为本发明气化热解室的结构示意图。

图4为本发明沉积物搅拌碎化箱的结构示意图。

图5为图3的俯视图。

图6为图3的侧视图。

图7为本发明气化热解室的内侧行径计算示意图。

图8为图6的侧视图。

图9为本发明的气化热解室的行径速度分解示意图。

图中标注如下：

1沉积物存储单元、2输送单元、3灭活单元、4除尘单元、5控制与监测单元；

21输送泥浆泵、22沉积物搅拌碎化箱、23螺旋推送泵；

221碎化螺旋线肋板、222切割片、223圆孔板、224主动轴、225从动轴；

31燃烧室、32气化热解室；

321热解螺旋线肋板、322推送挡板。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

如图1所示，一种船舶压载舱沉积物的灭活系统，其与现有技术的区别在于，其特征在于，灭活系统包括沉积物存储单元和灭活单元，沉积物存储单元和灭活单元之间通过输送单元进行连通，灭活单元的输出端连接有除尘单元；沉积物存储单元包括底部呈倾斜设计的池体以及设在池体的承重模块，输送单元由输送泥浆泵、沉积物搅拌碎化箱和螺旋推送泵依次连接而成；灭活单元包括燃烧室和与燃烧室相连的气化热解室。

具体来说，这里的沉积物存储单元设置于船板下方，船板下方还设有控制与监测单元，控制监测系统记录实时监测沉积物的处理量和处理系统的工况过程，控制和检测单元与灭活系统的每个单元进行连接，由于这部分控制检测系统是现有技术，这里就不再赘述其工作原理了。

进一步，沉积物存储单元，为方便沉积物的存储和防止沉积物的挂壁现象，宜将存储箱设计成底部呈斜倾设计,斜倾15°至30°范围内，池体最底部为吸料口布置位置。并且存储沉积物与外界环境隔离，存储箱内壁采取了防渗、防腐措施。沉积物存储单元主要用于沉积物的临时堆放存储。

进一步，所述的沉积物搅拌碎化箱由搅拌箱体壳体、双轴螺旋型叶片与带有圆孔的钢板组成，壳体底部为双圆角设计，圆角的半径r与螺旋型叶片直径相匹配，搅拌箱体上部为可拆卸密闭发板。搅拌箱末端底部安装有可拆卸带有圆孔的板。双轴螺旋型叶片安装有在搅切割片，双轴螺旋型叶片在箱内平行摆放，左右螺旋型叶片呈交叉布置。用于将沉积物中的水份与沉积物搅拌混合、碎化并向前推进，参见图4-6。

进一步，所述的控制监测系统，控制输送系统的泥浆泵排量与搅拌单元、灭活室筒体的转速相匹配，以保证沉积物在高温气化热解室的灭活时间达到十分钟以上。监测系统主要监测沉积物处理量及灭活室温度，监测数据自动记录并保存，提供监测部门控制好检查。

在一个实施例中，输送单元由输送泥浆泵、沉积物搅拌碎化箱，螺旋推送泵组成，将存储到一定量的沉积物通过输送泥浆泵驳至沉积物搅拌碎化箱，经搅拌碎化后由螺旋推送泵送至灭活单元，附图4。

这里的沉积物搅拌碎化箱呈倾斜设置，沉积物搅拌碎化箱的壳体内设有一组双轴螺旋型叶片，壳体的一端设有进料口，壳体的另一端设有卸料口，卸料口上设有带圆孔的钢板。

具体来说，双轴螺旋型叶片包括一组平行设置的主动轴和从动轴，主动轴和从动轴上分别设有螺旋型的叶片，两组叶片呈交叉设置，螺旋型叶片上设有若干个均匀分布的切割片，壳体底部设有双圆角，圆角的半径与螺旋型叶片的直径相匹配。

灭活单元主要有燃烧室、气化热解室组成，燃烧室为气化热解室提供热能，燃料选用管道天燃气，无燃烧气体污染，燃烧室保证气化热解室的温度保持在300℃左右，达到高温气化热解灭活目的。气化热解室呈圆筒状，圆筒内部设有热解螺旋线肋板，圆筒依托外部动力作滚动旋转。经碎化的沉积物在筒内随圆筒旋转而旋转翻滚，并依托碎化螺旋线肋板往前移动。

在另一个实施例中，本发明的装置设有沉积物存储单元、输送单元、灭活单元、除尘单元、控制与监测单元组成。压载舱沉积物将搅拌后输送至灭活装置达到灭活目的，灭活过程产生的高温气体经除尘、热交换后排出，控制监测系统记录实时监测沉积物的处理量和处理系统的工况过程。本发明能有效的解决压载舱沉积物的灭活处理，使沉积物携带的菌落总数由原有3.5x104cfu/g达到降至＜10cfu/g的标准，并且达到没有二次污染的问题。满足国际海事组织(imo)《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》要求。

具体来说，所述的沉积物存储单元主要由存储箱和称重模块组成，存储箱的底部安装有吸口，称重模块将每次处理的沉积物量记录至系统；所述的输送单元由输送泥浆泵、搅拌碎化箱，螺旋推送泵组成，沉积物在存储箱存储到一定量后，输送泥浆泵启动运转，通过管道和吸口将沉积物抽取到搅拌碎化箱，通过搅拌将原少量的渗水渗和在沉积物中，并作碎化处理。搅拌碎化箱呈倾斜布置，沉积物在重力和螺旋叶片的推动下将沉积物输送至，由螺旋推送泵推送至灭活单元；所述的灭活单元有燃烧室、气化热解室组成，燃烧室为气化热解室提供热能，燃料可选用管道天燃气，无燃烧气体污染，燃烧室保证气化热解室的温度保持在300℃以上，气化热解室为圆筒设计，圆筒内壁结构设计为热解螺旋线肋板，内衬敷设耐高温材料，圆筒依托外部动力作滚动旋转。沉积物在筒内随圆筒旋转而旋转翻滚，并依托碎化螺旋线肋板往前移动，沉积物在300℃高温环境中达到气化热解，从而使微生物及菌种的灭活。气化热解室圆筒的设计长度满足沉积物的气化热解的时间要求，灭活单元筒体设计长度参数与筒体直径、筒体转速、筒体内部螺旋叶片的螺旋倾角的相互关系如下确定。

沉积物碎粒行径路径：碎粒从上方入料口导入，垂直掉落到灭活筒底部，所需时间为t下落，之后碎粒跟随灭活筒转动，直至转动到圆筒顶部，再次从筒顶部掉落，消耗时间也为t下落，一直重复这个过程，直至碎粒经过灭活处理，到达滚筒出口处，图7、8。

因此行径速度分解图9：

灭活筒转速为n转/min，碎粒的线速度v线为：

其中，v线为碎粒前进的线速度，ω为灭活筒的角速度，d为灭活筒的直径，n为灭活筒转速为n转/min。

由行径速度分解图，水平方向速度分解为：

其中，α代表灭活筒中螺纹间的夹角

从顶部掉落到筒底一次的时间计算^t下落：

其中，d为灭活筒直径，g为重力加速度。

总时间计算：

即：

其中，l代表灭活筒的长度，v-代表碎粒水平方向的移动速度，m代表碎粒从进入灭活筒之后从顶部落到底部的次数，n代表灭活筒转速为n转/min，d代表灭活筒的直径，α代表灭活筒中螺纹间的夹角，g代表重力加速度。

设t为10分钟。

依据：通过试验得知沉积物在300℃，保持10分钟的灭活时间，可使沉积物携带的菌落总数由原有3.5x104cfu/g达到降至＜10cfu/g的标准。

所述的除尘单元由热交换装置、除尘装置和排放烟囱组成，烟气经热交换装置冷却至除尘装置适合温度，烟气经除尘后排放大气。所述控制监测系统由控制系统和监测系统组成，控制系统控制整个系统的硬件运行，监测系统自动记录排出残渣的相关信息，记录残渣量、处理时间及气化热解室的进出口温度控制信息。

在一个使用方法的实施例中，一使用方法步骤如下：a、将由船舶压载舱中清理上岸的沉积物临时存放在沉积物存储单元中，并与外界隔绝，待收集至一定的量后进行集中处理；b、由输送单元中的泥浆泵将布置在地面中的沉积物泵至搅拌单元；c、经搅拌后的沉积物进入灭活单元，灭活单元筒体匀速转动，使沉积物在灭活单元筒体中停留足够时间后排出；d、加热产生的高温气体经除尘、冷却后排放大气。

a步骤中，沉积物存储单元包括底部呈倾斜设计的池体以及设在池体的承重模块；b步骤中，输送单元由输送泥浆泵、沉积物搅拌碎化箱和螺旋推送泵依次连接而成，沉积物由泥浆泵输送至搅拌单元，搅拌单元同时作为一个中转箱，中转箱中安装搅拌双轴，搅拌轴上采用螺旋形的叶片，使沉积物在搅拌箱内被搅拌碎化同时由被不断向前推进。

c步骤中，灭活单元有燃烧室和气化热解室组成，燃烧室为气化热解室提供热能，燃料选用管道天燃气，无燃烧气体污染，燃烧室保证气化热解室的温度保持在300℃以上，沉积物在筒内随圆筒旋转而旋转翻滚，并依托热解螺旋线肋板往前移动，沉积物在300℃高温环境中达到气化热解，从而使微生物菌种的灭活。

b步骤中，双轴螺旋型叶片包括一组平行设置的主动轴和从动轴，主动轴和从动轴上分别设有螺旋型的叶片，两组叶片呈交叉设置，螺旋型叶片上设有若干个均匀分布的切割片，壳体底部设有双圆角，圆角的钣金与螺旋型叶片的直径相匹配。

在另一个方法实施例中，使用方法包括如下步骤：a、将由船舶压载舱中清理上岸的沉积物临时存放在存储单元中，并与外界隔绝，待收集至一定的量后集中处理；b：处理前系统自动记录存储单元中沉积物的相关信息；c：由泥浆泵将布置在地面中的沉积物泵至搅拌单元；d：经搅拌后的沉积物进入灭活单元，灭活单元筒体在外部装置

控制下匀速转动，使沉积物在灭活单元筒体中停留足够时间后排出；e：系统自动记录排出残渣的相关信息；f：加热产生的高温气体经除尘、冷却后排放大气。

优选的，b和e步骤中，为监管部门有效管理和掌握各个处理系统的沉积物处理信息，系统的存储单元中设有称重模块，每次启动系统时，自动录入处理前沉积物的称重信息，信息由系统软件加密处理，可以查看而不得修改。

优选的，c步骤中，沉积物由泥浆泵输送至搅拌单元，搅拌单元同时作为一个中转箱，中转箱中安装搅拌双轴，搅拌轴上采用螺旋形的叶片，使沉积物在搅拌箱内被搅拌碎化同时由被不断向前推进。

优选的，d步骤中，沉积物进入灭活单元，灭活单元有燃烧室、气化热解室组成，燃烧室为气化热解室提供热能，燃料选用管道天燃气，无燃烧气体污染，燃烧室保证气化热解室的温度保持在300℃以上，沉积物在筒内随圆筒旋转而旋转翻滚，并依托热解螺旋线肋板往前移动，沉积物在300℃高温环境中达到气化热解，从而使微生物菌种的灭活。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型，且以所附权利要求为准。