专利名称：：处理船舶压舱水的方法
技术领域：
：本发明涉及一种处理船舶压舱水的方法，该方法能以方便可靠的方式消灭生长在船舶压舱水中的水生生物。
背景技术：
：当船舶没有装载货物或者装载了少量货物时，由于吃水线降低，船舶变得很难保持平衡。因此，使这样的船舶装载海水或淡水作为压舱水，以确保其在海洋中安全航行。在船舶离开卸货港口之前将压舱水装入船中，且在船舶进入装货港口或装入货物时将压舱水从船舶中排出。通过泵等将海水或淡水作为压舱水加入并保存在建造于船舶内部的防水隔舱中。在这种情况下，带入了各种生长在引水区水中的微生物例如浮游生物和细菌，以及水生动物例如微小的贝类(minuteshell)。例如，通过沿着装货港口附近的海岸或在港口中排出上面所描述的压舱水，就产生破坏周围海洋区域的生态系统的问题。另外，由于压舱水在密闭避光的条件下存留很长时间，因此溶解氧的量降低。通过放出这种氧(还原)条件很差的压舱水，产生了可能给周围海洋区域的生物带来有害影响的问题。如上所述，由于压舱水在黑暗的还原条件下存留了很长时间，因此需要光或溶解氧的浮游生物或需氧细菌在压舱水中很难生存，并且其中浮游生物处于休眠状态的孢囊或者厌氧细菌趋向于繁殖。由于孢囊的外壁具有完全不同于浮游生物的细胞壁膜的非常坚固的结构，因此该孢囊具有非常高的耐久性。在这些情况下，本申请人提出了通过保持能够破坏船舶压舱水中有害浮游生物的孢囊的有效量的过氧化氢或产生过氧化氢的化合物来破坏有害浮游生物的方法(日本特许第2695071号公报专利文献l)。另外，已经提出了通过向船舶压舱水中添加氯类杀菌剂或过氧化氢杀死有害藻类的孢囊而将船舶压舱水灭菌的方法(日本特开平4(1992)-322788:专利文献2)。然而，在添加氯类杀菌剂的情况下，在船舶压舱水中产生了三卤代甲垸，由此产生环境问题。还有，已经提出了通过利用液体中湍流内部存在的剪切现象来杀死液体中的微生物的设备(日本特开2003-200156:专利文献3)。然而，在该设备中，虽然对诸如浮游生物的生物已经获得一定程度上的效果，但对细菌等没有获得足够的效果。专利文献1:日本特许第2695071号公报专利文件2:日本特开平4(1992)-322788专利文件3:日本特开2003-200156
发明内容本发明的目的在于提供一种处理船舶压舱水的方法，该方法能以方便可靠的方式消灭船舶压舱水中的各种生物，即浮游动物、浮游植物、其中浮游生物处于休眠状态的孢囊、诸如细菌的微生物、和诸如微小的贝类的水生动物；该方法不使化学成分残留在处理过的压舱水中，能安全地排放船舶压舱水，使溶解氧的量适当，不会对排放了船舶压舱水的周围海洋区域中生长的生物造成任何有害的影响，并且具有高度安全性。为了实现上述目的而进行了积极的研究，结果本发明人出乎预料地发现通过向船舶压舱水中加入过氧化氢或产生过氧化氢的化合物，然后向船舶压舱水提供用于产生剪切强度和/或气穴现象的物理装置，可以消灭船舶压舱水中的所有水生生物，可以使船舶压舱水中保持适量的溶解氧，而且压舱水中的过氧化氢迅速地溶解，并完成了本发明。因此，本发明提供了一种处理船舶压舱水的方法，其中，通过向船舶压舱水中加入过氧化氢或产生过氧化氢的化合物使过氧化氢浓度达到10-500mg/L，然后向船舶压舱水提供用于产生剪切强度和/或气穴现象的物理装置，来消灭船舶压舱水中的水生生物。在本发明中，"水生生物"表示水生的微生物和海洋微生物，包括浮游动物、浮游植物、其中浮游生物处于休眠状态的孢囊、和诸如细菌的微生物等；以及诸如微小的贝类等的生物。根据本发明，可以用方便可靠的方式消灭包括生长在船舶压舱水中的水生生物在内的所有生物，即，浮游动物、浮游植物、其中浮游生物处于休眠状态的孢囊、诸如细菌的微生物、和诸如微小的贝类的水生动物。另外，根据本发明，添加的化学品不会留在处理过的船舶压舱水中，溶解氧的量适当，不会给周围海洋区域中的生物造成任何有害的影响，且不需要的船舶压舱水可以毫无顾虑地排入海中。具体实施方式过氧化氢是能在水中容易地分解为水和氧的安全的化合物。用于本发明的过氧化氢的例子包括通常用于工业应用的浓度为3-60%的过氧化氢溶液。术语"产生过氧化氢的化合物"(也称作"供应过氧化氢的化合物")表示能在水中产生过氧化氢的化合物，并且包括无机过酸，例如过碳酸、过硼酸和过硫酸；有机过酸例如过乙酸；以及它们各自的盐。至于这种盐，提及过碳酸钠和过硼酸钠。将这些化合物中的任何一种加入船舶压舱水中时，过氧化氢或产生过氧化氢的化合物(以下，也称作"过氧化氢")可以用海水或淡水适当地稀释或溶解以处于需要的浓度，然后使用。另外，也可以使用在包括海水或淡水在内的水中产生的过氧化氢。至于在水中产生过氧化氢的方法，可以提及电化学分解水或碱溶液的方法、用高能射线诸如紫外线或辐射射线照射水的方法、或者水生动物新陈代谢的方法，例如"Poecilliavellifere(Cyprinodontiformes，Poeciliidae)"。在本发明的方法中，首先将过氧化氢以使过氧化氢浓度达到10-500mg/L、优选10-300mg/L的量加入船舶压舱水中。过氧化氢的浓度小于10mg/L时，不能完全消灭舱中的水生生物；因此，这种情况不优选。另外，过氧化氢的浓度超过500mg/L时，相对于过氧化氢所增加的量，并没有预期的消灭生物的效果，并且处理船舶压舱水之后有时会残留过氧化氢；因此，这种情况也不优选。在本发明的方法中，然后向船舶压舱水提供用于产生剪切强度和/或气穴现象的物理装置。该物理装置有助于增强通过添加过氧化氢而消灭水生生物的效果、保持压舱水中的溶解氧、以及处理后分解过氧化氢。本文中的"气穴现象"表示由于在液体中流量的局部增加且压力降低至小于液体的饱和压力而产生的气泡形成和消除所引起的现象。用于产生剪切强度和/或气穴现象的物理装置并没有特别限制，并且也可以使用已知的方法。用于产生剪切强度的物理装置包括，例如在船舶压舱水的水道(waterchannel)横截面方向上设置具有多个狭缝样通孔的至少一个狭缝板，并使船舶压舱水通过该狭缝板的装置。例如，优选在船舶压舱水的水道中以管状设置多个狭缝板，因为这能有效地产生剪切强度。在水道中设置多个狭缝板时，板的厚度、狭缝的宽度、狭缝的间隔(pitch)、各相邻的狭缝之间的距离、狭缝的方向可以根据诸如水道的形状的各种条件来适当设定。当对这些尺寸没有特别限定时，管内直径为100mm时，对于狭缝板，板厚度为约3-10mm，狭缝宽度为约0.1-1mm，狭缝间隔为约3-10mm，且各相邻狭缝之间的距离为约5-15mm。例如，优选设置多个狭缝板使狭缝板的开口部分和封闭部分相对于船舶压舱水的流动方向不以直线布置，因为以这种设置能有效地产生剪切强度。具体地，它的例子包括设置多个狭缝板使狭缝的开口部分沿狭缝的纵轴方向平行地错开的方法；设置多个狭缝宽度和狭缝间隔不同的狭缝板的方法；或者设置多个狭缝板使狭缝开口部分的纵轴方向互相垂直的方法。更具体地，用于产生剪切强度的物理装置包括具有狭缝板的管(两个板，板厚度4mm，狭缝宽度0.3mm，狭缝间隔4mm，各相邻狭缝间的距离5mm)(由日本海难防止协会制造的SpecialPipe,管内径50mm，管有效长度80mm)。在设置到管上的狭缝板中，在压舱水的流动方向上狭缝板可以具有向前和向后移动的机制，以除去狭缝中的堵塞。另外，作为用于产生气穴现象的物理装置，可以适当地使用各种商购的微气泡发生设备。在本发明的方法中，当可以在给海水或淡水提供物理装置之前和/或之后将过氧化氢加到海水或淡水中时，优选在用泵抽上海水或淡水并添加过氧化氢之后并在将海水或淡水注入压载箱之前的阶段，向海水或淡水中添加所述物理装置，由此，根据消灭水生生物的效果，对添加有过氧化氢的海水或淡水产生剪切强度和/或气穴现象。另外，优选通过本发明的方法进行处理后使船舶压舱水保持至少3小时(例如3-40小时)，因为船舶压舱水中的水生生物，特别是具有很强耐久性的孢囊可以确保消灭。保持时间可以依据，例如过氧化氢添加时的浓度、压舱水的温度和生长在压舱水中的水生生物的种类和量来恰当地选择。通常地，当所要添加的过氧化氢的浓度很低，而且浓度高的时间很短时，处理后的压舱水可以保持很长时间。处理后的船舶压舱水的保持时间少于3小时时，不能有效地消灭船舶压舱水中的水生生物；因此，这种情况是不优选的。另外，即使过氧化氢与船舶压舱水的接触时间超过40小时，并不能预期到与这种时间相对应的效果；因此，这种情况是不优选的。还有，在船舶压舱水的温度为15'C或更低时，优选以高浓度处理很长时间。通常地，船舶远洋航行需要l-2周或更长时间，且在日本附近的海中航行几小时至几十小时。因此，要添加的过氧化氢的浓度和处理后的保持时间可以适当地根据航行时间或温度条件来选择。还有，可以适当地结合现有的其它用于处理船舶压舱水的方法，例如加热、注蒸汽和紫外线照射，来进行本发明的方法。另外，给船舶压舱水提供物理装置后，优选以使亚铁离子的浓度达到0.1-400mg/L的量添加选自亚铁离子或供给亚铁离子的化合物中的至少一种，以使过氧化氢酶的浓度达到0.01-50mg/L的量添加过氧化氢酶，并且以使碘的浓度达到0.1-100mg/L的量添加碘或者供给碘的化合物。它们作为过氧化氢的分解助剂，以促进船舶压舱水中过氧化氢的分解。至于亚铁离子或供给亚铁离子的化合物，可以提及的有诸如硫酸亚铁、氯化亚铁和硫酸亚铁铵，它们可溶于水并能在水中形成二价铁离子。在向压舱水中添加这些化合物中的任何一种时，可以用海水或淡水将亚铁离子适当地稀释或溶解成为所需要的浓度，然后使用。作为亚铁离子的浓度，添加浓度为约0.1-400mg/L。过氧化氢酶是催化过氧化氢分解反应的酶，富含于动物诸如牛和猪的肝脏、肾和血液红血球中。另外，可以通过培养诸如黑曲霉菌(Aspergillusniger)和溶壁微球菌(Micrococcuslysodeikticus)的细菌来获得过氧化氢酶。根据本发明，可以使用所得到的培养物或培养物的提取物，且它的分子量优选为100,000-500,000。在向船舶压舱水中添加这些物品的任何一种时，可以用海水或淡水将过氧化氢酶适当地稀释或溶解成为所需要的浓度，然后使用。添加的浓度为约0.01-50mg/L。术语"供给碘的化合物"表示可溶于水并在水中可以形成碘离子的化合物，包括碘化钾和碘化铵。在向压舱水中添加这些化合物的任何一种时，可以用海水或淡水将碘或供给碘的化合物适当地稀释或溶解成为所需要的浓度，然后使用。添加的浓度为约0.1-100mg/L。实施例以下将参考下面描述的试验实施例来详细描述本发明，然而这些实施例并不能理解为限制本发明的范围。试验实施例1(确定在海水中保持溶解氧浓度的能力的试验)在佐贺县的某个地方取海水样(pH:8.0，温度16。C，盐浓度3.2%),且注入1吨容量的罐中。当罐中的海水通过软管并以300L/min的流量抽取时，从形成的注入口向该软管中添加过氧化氢(水溶液，45重量％)。然后海水以300L/min的流量通过具有狭缝板(两个板，板厚4mm，狭缝宽0.3mm，狭缝间隔4mm，各相邻狭缝间的距离5mm)的管(由日本海难防止协会制造的SpecialPipe,管内直径50mm，管的有效长度80mm)，用遮光片覆盖，在室温下储存在500升容量的罐中静置。放弃从储存开始1分钟抽取的海水(约300升)，且使用随后储存的处理过的海水进行试验。在2升体积的烧杯中取样处理过的海水一段时间作为试验海水，且通过溶解氧计(由HoribaLtd.制造，型号U-10)测量试验海水的溶解氧浓度(mg/L)。为了比较，也以相同的方式进行试验，其中海水未通过SpecialPipe。所得到的结果与试验所用的化学品和通过或不通过SpecialPipe(SP)起示于表l中。通过有效的成分浓度示出用于试验的化学品的浓度。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>从表1可以看出，在添加特定浓度的过氧化氢并通过SpecialPipe提供物理装置的海水中溶解氧的浓度很高。试验实施例2(确定过氧化氢分解性质的试验)在佐贺县的某个地方取海水样(pH:8.0，温度16°C，盐浓度3.2%)，且注入1吨容量的罐中。当罐中的海水通过软管并以300L/min的流量抽取时，从形成的注入口向该软管中添加过氧化氢(水溶液，45重量％)。然后，海水以300L/min的流量通过与试验实施例l相同的管，用遮光片覆盖，在室温下储存在500升容量的罐中静置。在添加氯化亚铁作为用于试验的分解助剂的情况下，将氯化亚铁水溶液从形成的注入口添加到与管的出口侧相连的软管中。放弃从储存开始抽取1分钟的海水(约300升)，且使用随后储存的处理过的海水进行试验。在2升体积的烧杯中取样处理过的海水一段时间作为试验海水，且通过高锰酸钾方法测量试验海水中过氧化氢的浓度(mg/L)。所得到的结果与试验所用的化学品和通过或不通过SpecialPipe(SP)一起示于表2中。通过过氧化氢的有效成分浓度和氯化亚铁的亚铁离子浓度示出用于试验的化学品的浓度。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从表2可以看出，在添加特定浓度的过氧化氢并通过SpecialPipe提供物理装置的海水中，进行过氧化氢的分解，并且通过添加氯化亚铁进一步进行过氧化氢的分解。试验实施例3(确定杀菌效果的试验)在佐贺县的某个地方取海水样(pH:8.0，温度16°C，盐浓度3.2%)，且注入1吨容量的罐中。当罐中的海水通过软管并以300L/min的流量抽取时，从形成的注入口向软管中添加过氧化氢(水溶液，45重量％)或者(含有过乙酸6重量％，过氧化氢8重量％)。然后，海水以300L/min的流量通过与试验实施例l相同的管，用遮光片覆盖，且在室温下储存在500升容量的罐中静置。在添加氯化亚铁作为用于试验的分解助剂的情况下，将氯化亚铁水溶液从形成的注入口添加到连接到管的出口侧的软管中。放弃从储存开始抽取1分钟的海水(约300升)，且使用随后储存的处理过的海水进行试验。将处理过的海水取样一段时间到灭菌的容器中作为试验海水，且通过平板法(n=5，单位N/mL)计数试验海水中海洋细菌的数量、陆地细菌的数量和大肠菌群的数量作为存活细菌的数量。作为海洋细菌和陆地细菌的培养基，分别使用MarineAgar2216培养基(由DifcoCo.制造)和营养琼脂培养基(由DifcoCa制造)，且在2(TC下培养48小时。另外，作为大肠菌群的培养基，使用X-GAL培养基(由NissuiSeiyakuCo.制造)，且在36。C下培养24小时。所得到的海洋细菌的数量、陆地细菌的数量和大肠菌群的数量的结果与试验所用的化学品和通过或不通过SpecialPipe(SP)—起分别示于表3-5中。通过过氧化氢和过乙酸的有效成分浓度，通过氯化亚铁的亚铁离子浓度表明用于试验的化学品的浓度。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>从表3-5可以看出，添加了特定浓度的过氧化氢并通过SpecialPipe提供物理装置的海水中，存活细菌的数量降低了。本发明涉及2005年2月18日提交的日本专利申请No.2005-42670，本发明要求其优先权并将其全部内容引入作为参考。权利要求1、一种处理船舶压舱水的方法，其中，通过以使过氧化氢浓度达到10-500mg/L的量向船舶压舱水中添加过氧化氢或产生过氧化氢的化合物，然后向船舶压舱水提供产生剪切强度和/或气穴现象的物理装置，来消灭船舶压舱水中的水生生物。2、根据权利要求1所述的处理船舶压舱水的方法，其中，所述物理装置为具有多个裂缝样通孔并在管中沿着横截面方向设置的至少一个狭缝板，所述管用于将所述船舶压舱水注入到压载舱。3、根据权利要求2所述的处理船舶压舱水的方法，其中，所述狭缝板为多个并且设置为使各狭缝板的通孔相对于所述船舶压舱水的流动方向不在一条直线上。4、根据权利要求3所述的处理船舶压舱水的方法，其中，多个所述狭缝板设置为使狭缝板通孔的纵轴方向互相平行或相邻狭缝板的通孔的纵轴方向互相垂直，或者所述狭缝板的狭缝宽度和狭缝间隔互不相同。5、根据权利要求1所述的处理船舶压舱水的方法，其中，提供所述物理装置后，所述船舶压舱水在所述压载舱中至少保持3小时。6、根据权利要求1所述的处理船舶压舱水的方法，其中，提供所述物理装置后，所述船舶压舱水在所述压载舱中保持3-40小时。7、根据权利要求1所述的处理船舶压舱水的方法，其中，过氧化氢为浓度为3-60%的工业应用的含水过氧化氢，所述产生过氧化氢的化合物为过碳酸、过硼酸、过硫酸、过乙酸、过碳酸钠或过硼酸钠。8、根据权利要求1所述的处理船舶压舱水的方法，其中，所述过氧化氢浓度为10-300mg/L。9、根据权利要求1所述的处理船舶压舱水的方法，其中，提供所述物理装置后，还向所述船舶压舱水中加入选自铁离子或提供铁离子的化合物、过氧化氢酶、及碘或提供碘的化合物中的至少一种，所述铁离子或提供铁离子的化合物的量使铁离子浓度达到0.1-400mg/L，所述过氧化氢酶的量使过氧化氢酶的浓度达到0.01-50mg/L，所述碘或提供碘的化合物的量使碘的浓度达到0.1-100mg/L。全文摘要一种处理船舶压舱水的方法，该方法包括以使过氧化氢浓度达到10-500mg/L的量向船舶压舱水中加入过氧化氢或产生过氧化氢的化合物，然后向船舶压舱水提供用于产生剪切强度和/或气穴现象的物理装置，从而消灭压舱水中的任何水生生物。文档编号C02F1/34GK101124168SQ200680005438公开日2008年2月13日申请日期2006年2月17日优先权日2005年2月18日发明者水盛隆司,田渕拓郎,福代康夫,若尾芳治,菊地武晃申请人:株式会社片山化学工业研究所;社团法人日本海难防止协会;株式会社海洋开发技术研究所;株式会社水圈科学顾问;商船三井海事咨询公司;三井造船株式会社;株式会社新兴