专利名称：利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及船舶压载水处理领域，具体地，涉及一种正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置。
背景技术：
随着全球经济一体化进程的不断加快，国际物流行业也迅速增长，船舶运输是全球物流链中重要的一环。据统计，国际贸易中的货物90%以上是通过船舶转运的。远洋船舶航行过程中，压载是一种必然状态。船舶在加装压载水的同时。当地的水生物也随之被装入到压载舱中，直至航程结束后随压载水排放到目的地海域。这其中，极少量的生物会因 环境合适，缺乏天敌等原因在异域大规模繁衍，造成有害水生物滋生和病原体传播，破坏不同海域生物的生态平衡，严重威胁着海洋环境。由于船舶压载水引起的海洋生态破坏事故已不胜枚举，全球环保基金组织(GEF)将其列为海洋的四大危害之一。因此，压载水在排放之前应对其中的活体生物进行治理，并使处理后的压载水达到MO所提出的压载水排放标准。目前，船舶压载水中微生物的灭活处理是航运业面临的一个难题，很多处理技术都难以完全满足頂0提出的安全、实用、经济、有效和环境容许的标准。依据其原理，可以把现有的压载水处理技术分为物理处理与化学处理两种类型，其具体状况如下
物理处理方法是通过不同手段分离、排除或灭杀海水中的危害性生物与物质，主要手段包括过滤、离心分离、加热、紫外线等。过滤法。过滤是一种通过过滤装置滤除海水中的一定体积微生物或其他污染物的处理方法。过滤法可直接滤除部分外来生物，通过选择合适的网目，可以去除不同的生物种群。过滤法存在的问题是像病毒和细菌最小的只有0. 02 i! m和0. I i! m,原生动物最小的是2 y m，双鞭毛藻最小的是3 y m，滤网网目越多，过滤需要的压力就越大，而且很快就需要反冲洗，不然的话，过滤就无法进行下去。实际上海水，尤其是沿海的压载水本身含有许多悬浮物，会使过滤更加困难。因此，该方法通常用于对压载水的前处理，以减轻后继处理的负担。离心法。离心分离是一种利用旋转部件对海水中不同密度的组份进行分离，以除去比重与海水存在差异的微粒和生物体的方法。这种方法可以除去大多数多细胞动物和植物、卵、幼虫、孢子和有害的病原体细菌。但是在处理与海水比重相近的生物时，处理效果受到限制；此外，设备尺寸较大，对安装空间要求较高，尤其当处理量较大时，设备在船上的安装就显得极为困难。加热法。从最新的研究来看，40°C _45°C通常足以杀死或抑活压载水中有害水生物。低温长时间比高温短时间更有效。温度在38°C-50°C，加热持续时间为2-4小时，可杀灭大部分生物，但是如果生物是以休眠胞子的形式存在，可能需要更高的温度，而且很难达到杀灭的效果。加热处理在船上实现存在的主要问题是热源不足，产生热应力以及冬季处
理效果差。
紫外线法。波长为240-260nm，尤其253. 7nm的紫外线对压载水中的生物和病原体有杀灭的作用。该方法目前被许多的压载水处理系统所采用，表明该方法能有效的灭活压载水中的活体微生物。该方法应用的主要问题是，沿岸水中含有大量的悬浮物质会阻挡紫外线对生物和病原体的照射，且水中含有的溶解性有机物，对254nm的紫外线有强烈的吸收作用，这两者都会影响处理效果，且加大处理能耗。另外，如果压载水含铁量高，会沉积在石英灯管上，也影响处理效果。紫外线处理在很大程度上依赖于微生物的大小和形态。海藻由于其尺寸和颜色的原因，需要的剂量比细菌大，蓝绿海藻对紫外线抵抗性特强，杀死它需要的辐射量比杀死细菌需要的数量大2-3级。这种处理方法另一缺点是一些较小的生物可能在较大生物的影子下未经处理就离开了紫外线处理单元。化学处理法就是通过药物的作用来杀死有害生物达到消除或减轻压载水对环境的危害。其主要方法有以下几种。氯或氯化物处理法。氯或氯化物是一种很好的杀菌药物在陆地被广泛用作水处理齐U。实验结果表明5mg/l的有效氯能杀灭海水中99. 85%的异养细菌，100%的弧菌和85. 2% 的粪大肠菌群。20mg/l的有效氯能杀灭海水中几乎所有的细菌。氯化方法处理的不足在于产生的余氯可能会加快舱壁腐蚀的作用并放出氯臭味，余氯还会与水中的有机物生成具有潜在致癌性的物质，对排放水域具有潜在的二次污染。臭氧法。臭氧对细菌病毒的杀灭效果较高，且用量少接触时间短不产生卤化反应。但由于臭氧处于高度不稳定状态，只能现场制备，制备效率受影响，且臭氧消毒的设备投资费用较一般消毒方法高，用在船上处理压载水时成本高，不容易为船主所接受。此外，还存在臭氧发生设备及投配装置比较复杂，投加量不易调节，需要具有较高的技术水平进行管理和维护等问题。二氧化氯处理法。二氧化氯作为消毒剂具有良好的消毒效果。研究证实，二氧化氯对大肠杆菌，细菌，芽孢病毒及藻类均有很好的杀灭作用。但二氧化氯具有爆炸性，遇光易分解成氧化氯和氧，故需在使用时就地制备，安全上存在一定的隐患。且水中多余的二氧化氯会对排放水域产生二次污染。综上所述，现有的船舶压载水的处理方法都难以完全满足MO的标准，因此需研制一种新的压载水处理方法，使其具有处理时间短、能耗低、不产生污染等优点。
发明内容
本发明的目的是为解决背景技术中所提到的现有压载水处理方法中所存在的不足，利用正弦高压脉冲电场处理船舶压载水，以达到缩短处理时间，提高处理效率以及环境友好的目的。为达到上述目的，本发明提供了一种利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，该装置包含正弦高压脉冲电源、示波器、处理室、加热部件、蠕动泵、储液槽及集液槽；其中，所述的示波器电连接至正弦高压脉冲电源，用于记录脉冲电压和脉冲电流；所述的处理室电连接至正弦高压脉冲电源，该处理室设置有电极，当启动正弦高压脉冲电源后，电极间加上正弦脉冲高压，产生正弦脉冲强电场；所述的蠕动泵设置在储液槽与加热部件之间，用于将储液槽内的液体通过进液管道经加热部件热处理后输送到处理室进行高压处理；所述的处理室通过出液管道将高压处理后的液体输送至加热部件换热，将热量传递给进液管道中的待处理液体，再输送到集液槽。上述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其中，所述的加热部件优选为水浴柜。上述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其中，所述的进液管道在位于水浴柜内的部分设置为螺旋状，以便于有效地加热。上述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其中，所述的处理室的液体进口处及出口处分别设有温度测试探头，能及时记录正弦脉冲电场处理前后温度的变化，并控制处理前样品的温度。上述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其中，所述的出液管道上还设置有取样口。正弦高压脉冲电场杀菌技术，是将正弦高电压脉冲作用于电极间的物料，以杀灭物料中的微生物的一种新型杀菌技术。其高强度的电场是通过电容组贮存来自高压直流电源的大量能量，然后以高电压脉冲的形式释放出去所形成的。而且，本发明的装置利用高压处理后的液体与待处理液体在加热部件内换热，具有降低能耗，提高生产效率的技术效果。本发明提供的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，相比现有技术，具有处理时间短，效率高，不产生二次污染，环境友好等特点。
图I为本发明的一种利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置的结构示意图。 图2为实施例I实验条件下赤潮异湾藻灭活率曲线图。图3为实施例2实验条件下赤潮异湾藻灭活率曲线图。图4为实施例3实验条件下赤潮异湾藻灭活率曲线图。图5为实施例4实验条件下赤潮异湾藻灭活率曲线图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
作进一步地说明
如图I所示为本发明的一种利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置的结构示意图，该装置包含正弦高压脉冲电源10、示波器20、处理室30、加热部件40、蠕动泵50、储液槽60及集液槽70 ;其中，所述的示波器20电连接至正弦高压脉冲电源10，用于记录脉冲电压和脉冲电流；所述的处理室30电连接至正弦高压脉冲电源10，该处理室30设置有电极，当启动正弦高压脉冲电源10后，电极间加上正弦脉冲高压，产生正弦脉冲强电场；所述的蠕动泵50设置在储液槽60与加热部件40之间，用于将储液槽60内的液体通过进液管道a经加热部件40热处理后输送到处理室30进行高压处理；所述的处理室30通过出液管道b将高压处理后的液体输送至加热部件40换热，将热量传递给进液管道a中的待处理液体，再输送到集液槽70。所述的加热部件40优选为加热柜。更优选地，所述的进液管道a在位于水浴柜内的部分设置为螺旋状，以便于有效地加热。
本发明的一些更优选的实施例中，所述的处理室的液体进口处及出口处分别设有温度测试探头(图中未示)，能及时记录正弦脉冲电场处理前后温度的变化，并控制处理前样品的温度。上述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其中，所述的出液管道b上还设置有取样口 80。将本发明的上述装置用于处理赤潮异湾藻，以研究电场强度、脉宽和脉冲频率、海水的温度对微生物的灭活效果的影响。实施例I不同电场强度对灭活率的影响
实验条件频率100Hz，脉宽S，极间距2mm，初始温度15°C，流量3. 2L/h。从图2中可以看出，正弦脉冲电场对异湾藻的灭活效果明显，电场强度为9kV/cm时，灭活率接近50%，场强为20kV/cm时，灭活率为96%。显然随着电场强度的增大异湾藻的灭活率提闻。 实施例2不同脉冲宽度对灭活率的影响
实验条件频率100Hz，极间距2mm，电场强度9 kV/cm，初始温度15°C，流量3. 2L/h。从图3中我们可以看出，其他因素不变，电源脉冲脉宽对灭活效果会产生影响。脉宽为4此时能灭活50%的异湾藻，随脉宽增大，灭活效果增大，脉宽为16此时，能达到80%的灭活率，脉宽为18此时，灭活率达到了 96%。实施例3不同脉冲频率对灭活率的影响
实验条件脉宽4 ii S，极间距2mm，电场强9kV/cm，初始温度15°C，流量3. 2L/h。从图4中可以看出，脉冲频率增大，异湾藻的灭活效果会提高，但提高幅度不大。频率为50Hz时灭活率为43%，IOOHz时灭活率为49%，当频率为250Hz时，灭活率为50. 9%，频率达到300Hz时，灭活率为51. 4%0实施例4不同温度对灭活率的影响
实验条件脉宽4 ii S，极间距1mm，频率在4 u s ;流量3. 2L/h. ■-正弦高压脉冲电场开，□-正弦高压脉冲电场关。从图5中可知，正弦高压脉冲电场处理后温度为21°C时，灭活效果为50%，而只是加热到21°C时的灭活效果为5. 2%。正弦脉冲电场场强达到20kV/cm时，此时处理器内的温度为42°C，异湾藻的灭活率达到90%以上，只通过水浴加热达到同样的温度，异湾藻的灭活率为37%。因此，正弦高压脉冲处理中温度升高对异湾藻灭活有一定的积极作用。上述实验结果表明，电源的电场强度、脉宽和脉冲频率、海水的温度都会影响微生物的灭活效果，且随着电场强度、脉宽和脉冲频率、海水的温度的增大灭活效果会变好。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其特征在于，该装置包含正弦高压脉冲电源(10)、示波器(20)、处理室(30)、加热部件(40)、蠕动泵(50)、储液槽(60)及集液槽(70);其中， 所述的示波器(20)电连接至正弦高压脉冲电源(10)，用于记录脉冲电压和脉冲电流； 所述的处理室(30)电连接至正弦高压脉冲电源(10)，该处理室(30)设置有电极，当启动正弦高压脉冲电源(10)后，电极间加上正弦脉冲高压，产生正弦脉冲强电场； 所述的蠕动泵(50 )设置在储液槽(60 )与加热部件(40 )之间，用于将储液槽(60 )内的液体通过进液管道(a)经加热部件(40)热处理后输送到处理室(30)进行高压处理； 所述的处理室(30)通过出液管道(b)将高压处理后的液体输送至加热部件(40)换热，将热量传递给进液管道(a)中的待处理液体，再输送到集液槽(70)。
2.如权利要求I所述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其特征在于，所述的加热部件(40)为水浴柜。
3.如权利要求2所述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其特征在于，所述的进液管道(a)在位于水浴柜内的部分设置为螺旋状。
4.如权利要求I所述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其特征在于，所述的处理室(30)的液体进口处及出口处分别设有温度测试探头。
5.如权利要求I所述的利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，其特征在于，所述的出液管道(b)上还设置有取样口(80)。
全文摘要
本发明公开了一种利用正弦脉冲电场处理船舶压载水中活体生物的装置，该装置包含正弦高压脉冲电源、示波器、处理室、加热部件、蠕动泵、储液槽及集液槽；该示波器电连接至正弦高压脉冲电源，用于记录脉冲电压和脉冲电流；该处理室电连接至正弦高压脉冲电源，该处理室设置有电极，当启动正弦高压脉冲电源后，电极间加上正弦脉冲高压，产生正弦脉冲强电场；该蠕动泵设置在储液槽与加热部件之间，用于将储液槽内的液体通过进液管道经加热部件热处理后输送到处理室进行高压处理；该处理室通过出液管道将高压处理后的液体经换热将热量传递给未处理液体，输送到集液槽。本发明提供的装置，具有处理时间短，效率高，不产生二次污染，环境友好等特点。
文档编号C02F1/48GK102774938SQ20121029783
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者冯道伦, 刘刚, 许乐平 申请人:上海海事大学