电磁强氧化船舶压载水处理装置的制造方法

文档序号:10641285阅读:659来源:国知局
电磁强氧化船舶压载水处理装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种电磁强氧化船舶压载水处理装置,所述设备包括臭氧发生系统1,高频电磁发生系统2,含有固态触媒的电磁反应系统3,电气控制系统4。本发明能够在常规条件下,在含有固态触媒的电磁反应系统3内,有一定浓度的臭氧、当量功率密度的高频电磁能和当量固态触媒三者有机结合,其效能不是简单地叠加,对反应物的氧化性能远远高于其中任何一种。能高效、快捷、彻底地对船舶压载水进行处理,达到预期良好效果。
【专利说明】
电磁强氧化船舶压载水处理装置
技术领域
[0001] 本发明属于属于水资源保护与利用技术方向的水处理领域、船舶压载水处理行业 系统,公开了一种电磁强氧化船舶压载水处理装置。
【背景技术】
[0002] 2004年,国际海事组织(頂0)通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》, 旨在防止船舶压载水排放引起的外来物种入侵,病原体传播导致的环境、人类健康、财产及 资源方面损害。公约规定,从2009年起新造船舶必须安装压载水处理设备,到2017年所有远 洋船舶均须安装压载水处理设备。截至目前,国外已有多家研发机构获得IMO最终认可,其 中我国仅有个别单位获得IMO批准。
[0003] 据悉,《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》已有47国家已经签署,但是缔 约国船队总吨位需达到35%,目前已达到34.56%,所剩0.18%吨位在未来可能很快实现, 因此,《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》实施执行期近在咫尺。
[0004] 我国现拥有占世界总吨位3.4%的庞大船队,又是造修船大国,拥有巨大的船舶关 键设备市能,同时,国际市能也蕴含巨大潜力。压载水处理技术的产业化不仅是保护海洋生 态环境的迫切需要,而且对提高国产船舶关键设备装船率、提高航运业和造修船业的核心 竞争力具有重要意义。更对我国海军自主装备建设的意义十分重大。
[0005] 船舶压载水处理技术,作为新产品领域,正处于发展中,尽管已有部分船舶压载水 处理装置、系统投入使用,但迄今获得的经验还很有限,每一种处理船舶压载水处理装置、 系统均有其不同的优点及缺点,还未达到合理的、理想的使用效果。
[0006]目前已获得IMO批准、采用的船舶压载水处理装置、系统,如使用电解每水法的处 理装置,对淡水压载水没有处理能力。使用紫外线法的装置,对浊度大的压载水处理能力有 限。使用化学杀灭剂法和脱氧法,因需在压载水舱中达到一定的浓度、保存较长时间才能生 效,其对短航程船舶并不适用。这些处理装置、系统存在体积过于庞大,耗电功率过高,药剂 储运复杂,运行效果能动等不足。基于上述各种原因,目前,几乎没有处理装置、系统能对所 有船舶都适用。为了更好地发挥各类舶舶压载水技术的优点,避免缺点,很多舶舶压载水处 理装置、系统是基于二种或更多技术的组合。现实中船舶压载水处理装置、系统的选用,是 根据各种因素综合评估确定的。
[0007] 到目前为止尚未见到所述包括臭氧发生系统1,高频电磁发生系统2,含有固态触 媒的电磁反应系统3,电气控制系统4,并能在常规条件下,在含有固态触媒的电磁反应系统 3内,有一定浓度的臭氧、当量功率密度的高频电磁能和当量固态触媒三者有机结合的、效 能不简单地叠加的,能高效、快捷、彻底地对船舶压载水进行处理,达到预期良好效果的专 利及报道。
[0008] 本发明的特点:(1)装置系统全部为机电设备,可速开速停,不影响水质处理效果, 易于控制;(2)装置系统可依据船舶本身结构特点,设计成一体式或分体式安装(本发明按 一体机阐述);(3)装置系统能耗和噪音低,运行成本低廉,不需要随船携带处理药剂,运行 时只以空气为原料,大大减轻了舰载负荷;(4)装置系统运行不会产生二次污染,相反该装 置系统反应后产生的尾气为对人体有益的富氧气体,经处理后可作为新鲜空气补充到船舱 内供氧;(5)装置系统强氧化广谱性强,能快速消灭水中的浮游生物,菌类,藻类,病原体等。 因此,装置系统具有安全、简便、快速灭菌且无残留毒性的特点,同时装置系统对水中的有 机物和无机物处理效果好,极适用于对船舶压载水的处理。
[0009] 本发明的实施,涉及到电磁学、电化学、材料学、流体力学、化工工艺学;采用了高 频放电技术、化工催化反应技术、高压密封技术、高级强氧化技术、电气自控技术及防腐技 术;应用了气液混合、吸附、分离技术及固液混合、分离及传递技术等。
[0010] 本发明的实施,可极大满足船舶压载水处理技术上的需要,突破了其他船舶压载 水处理工艺上的技术瓶颈,填补了船舶压载水处理技术的部分空白。
[0011]另外,本发明作为一种高效水处理装置设备,不仅仅局限于对船舶压载水的处理, 也适用于对船舶生活、生产废水达标排放处理,还极适用于产生废水的交通运输工具上,也 适用于无公共污水管网的产污水单位、医院、宾馆等;同时,该系统可作为水体污染或污水 泄漏应急处理装置,安置在车上,快速、便捷、安全、高效、彻底地对突发的水污染进行处理; 也可作为移动式临时水处理应急设施等;鉴于该装置的效能和特点,也可应用于野战部队 饮用水水源处理达标装置。
[0012] 鉴于以上论述,本发明的实施将产生不可估量的市能价值。

【发明内容】

[0013] 本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷,提供了一种不仅可减少处理、投资成 本及占用空间的;且能适合船舶的建造、改造安装的;适用船舶的海水、淡水处理的;适应船 舶的高温、低温环境的绿色清洁、环境友好的一种电磁强氧化船舶压载水处理装置。
[0014] 为了实现上述目的本发明采取的技术方案是:一种电磁强氧化船舶压载水处理装 置,包括臭氧发生系统1,高频电磁发生系统2,含有固态触媒的电磁反应系统3,电气控制系
[0015] 电磁强氧化船舶压载水处理装置工作原理可分为:臭氧对压载水作用机理、高频 电磁能对压载水作用机理、固态触媒对压载水作用机理及派生综合功能对压载水作用机 理。
[0016] 一、臭氧对压载水的作用机理
[0017] 1、臭氧与水中细菌、藻类、浮游生物作用机理
[0018] (1)臭氧灭菌机理:臭氧灭菌的过程属于生物化学氧化反应,臭氧灭菌有以下三种 形式:①臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶;②直接与细菌、病毒 发生作用,破坏其细胞壁和DNA和RNA,分解蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物,使细菌 的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏;③渗透细胞膜组织,侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋 白和内部的脂多糖,使细胞发生通透性畸变,导致细胞的溶解死亡,并且将死亡菌体内的遗 传基因,寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热原(细菌病毒代谢产物、内毒素)等溶 解变性灭亡。臭氧灭菌属于溶菌,灭菌方式最彻底的形式。
[0019] 臭氧(03)是氧气(02)的同素异形体,在水中的溶解度是氧气的10倍。臭氧是一种 强氧化剂,臭氧的氧化能力极强,其氧化还原电位仅次于氟,它在水中的氧化还原电位为 2.07eV,仅次于氟(2.5eV),其氧化能力高于氯(I .36eV)和二氧化氯(I .5eV),能破坏分解细 菌的细胞壁,很快地扩散透进细胞内,氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化 酶等,也可以直接与细菌、病毒发生作用,破坏细胞、核糖核酸(RNA),分解脱氧核糖核酸 (DNA)、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物,使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。细 菌被臭氧杀死是由细胞膜的断裂所致,该过程被称为细胞消散,是由于细胞质在水中被粉 碎引起的,在消散的条件下细胞不可能再生。
[0020] 臭氧的杀菌能力不受PH值变化和氨的影响,其杀菌能力比氯大600-3000倍,它的 灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的,在水中臭氧浓度〇.3-2mg/L时,0.5-lmin内就可以致死 细菌。达到相同灭菌效果(如使大肠杆菌杀灭率达99 % )所需臭氧水量仅是氯的0.0048 %。
[0021] 臭氧对酵母和寄生生物等也有活性,例如可以用它去除以下类型的微生物和病 毒。
[0022]①病毒已经证明臭氧对病毒具有非常强的杀灭性,例如Poloi病毒在臭氧浓度为 0 · 05-0.45mg/L时,2min就会失去活性。
[0023]②孢囊在臭氧浓度为0.3mg/L下作用2.4min就被完全除掉。
[0024] ③孢子由于孢衣的保护,它比生长态菌的抗臭氧能力高出10-15倍。
[0025] ④真菌白色念珠菌(Candida albicans)和青霉属菌(penicillium)能被杀灭。 [0026] ⑤寄生生物(如螨虫)在3min后被杀灭。
[0027] ⑥可以迅速杀灭空气中的大肠杆菌,金葡萄球菌,白色念珠菌等病菌。
[0028] ⑦可以分解空气中的臭味,烟味,浓香水味。
[0029]臭氧还可以氧化、分解水中的污染物,在水处理中对除嗅味、脱色、杀菌、去除酚、 氰、铁、锰和降低C0D、B0D等都具有显著的效果。
[0030] 2、臭氧与水中有机物反应机理
[0031 ]臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂,臭氧、氯和过氧化氢的氧化势(还原电 位)分别是2.07.1.36.1.28伏特,可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。
[0032] (1)臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。使臭氧分子结合在有机分子 的双键上,生成臭氧化物。臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性 基的两性离子,后者是不稳定的,可分解成酸和醛。其反应式为:
[0033] 203^302+285kJ(l-2)
[0034]由于分解时放出大量热量。
[0035] (2)臭氧和芳香族化合物的反应臭氧和芳香族化合物的反应较慢,在系列苯 <萘 <菲<嵌二萘 < 蒽中,其反应速度常数逐渐增大。
[0036] (3)对核蛋白(氨基酸)系、有机氨也都发生反应。
[0037] 臭氧在下列混合物的氧化顺序为
[0038] 链烯烃 > 胺 > 酚 > 多环芳香烃 > 醇 > 醛 > 链烷烃 [0039] 3.臭氧在水中的还原反应
[0040]臭氧与无机物的还原反应,如臭氧与亚铁、Mn2+、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等 均发生反应
[0041] 〇3+S〇2 = S〇3+〇2
[0042] 〇3+CO = C〇2+〇2
[0043] 〇3+NO = N〇2+〇2
[0044] 6NH3+7〇3 = 6N〇2+9H20
[0045] 6NH3+5〇3 = 6NO+9H20
[0046] 403+PbS = PbS〇4+4〇2
[0047] Ag+〇3 = AgO+〇2
[0048] 3CN-+〇3 = 30CN-
[0049] XeOj +40H~ + O3 - XeO^ + 〇2 + 2H2O
[0050] (OCN) 2+2Ο3 = 2C〇2+2〇2+2N2
[00511二、高频电磁能对压载水作用机理:
[0052] 1、尚频电磁能是指频率在300兆赫到300千兆赫之间的电磁能。气液混合乳液可强 烈吸收电磁能,使极性分子转动,促进气液混合乳液中分子间的振荡、摩擦、加热;促进、强 化臭氧的氧化还原反应及消散作用。同时,由于电磁能的辐射可穿透生物体,对生物体表 里、均匀、强烈的振荡及加热,达到彻底灭活的目的。
[0053] 2、高频电磁能的存在改善了反应物的表面效应,这些表面效应正是催化剂催化反 应的用武之地。固态触媒的组成物质中,有些原不可作为催化剂的物质,但在高频电磁能存 在的前提下可以具有催化功能。同时,固态触媒具有极强的吸收高频电磁能的物理性能及 电化学性能,气液混合乳液及固态触媒在高频电磁辐射下,经历每秒30亿次的强力辐射、振 荡作用,使水分子被激活、生物体被辐照、氧化剂被激化、有机物结构被松动、无机物结构被 钝化,固态触媒表面微点瞬间、连续闪热温度达到900-1500 °C,派生生羟基自由基的同时, 创造了综合催化氧化的最佳环境。
[0054]由于气液混合乳液中电磁能的存在:(1)可提高分子碰撞的概率;(2)添加分子的 碰撞能量(3)改变分子能量的类型(4)改变分子碰撞的方位(5)可能延长反应分子的碰撞时 间。因此,综上所述,固态触媒的反应系统3内的反应速度非常快,使流体的灭菌杀藻能力在 很短时间内完成成为可能。
[0055] 3、高频电磁能具有选择性加热的特点,固态触媒的电介常数大,在其表面微点邻 近,呈现着陡峻的温度梯度;所以反应分子在其邻近区域接收"强活化"的条件后,迅速离开 高温区,可防止反应的逆转。
[0056]电磁能气体放电的理论阐明,在反应体微粒的附近可能出现低温等离子体鞘层或 电晕。由于尖端效应或高电介质常数边界切向电能连续效应,可以在固态触媒表面微点邻 近构成电晕或辉光放电,在此条件下为获得离子、新生态原子、激发态粒子、自由基等提供 了有利条件。这些电晕或辉光放电的鞘层,可以处于星点的分布状态,不构成整体的等离子 体现象。这些星点的等离子体鞘层的微区,正是化学反应取得强活化的条件。
[0057]三、固态触媒对压载水作用机理
[0058] 当含有臭氧及新生氧的气液混合乳液进入到固态触媒反应系统3中,气体原子与 固态触媒中的原子相碰撞,氧分子O2捕获一个电子以形成超氧离子〇 2-。
[0059] 02+e-(CB)^02-
[0060] 而02-可以同H+作用形成OH ·和超氢氧自由基H02 ·。(碱性海水可以提供OH ·)
[0061 ] 202-+2H+-20H · +02
[0062] 202-+H+-H02 ·
[0063] 若有比02更强的电子受体(03)时,其氧化效率可以大大的增加,杀菌功能大大提 尚。
[0064] 四、派生综合功能对压载水作用机理
[0065] 在固态触媒的反应系统3内,定量浓度的臭氧、当量功率密度的高频电磁能和较大 比表面积的固态触媒三者有机结合,其效能不是简单地叠加,对反应物的氧化性能远远高 于其中任何一种。
[0066] 1)高频电磁能直接作用到水中,电磁能量能够被尽可能多地利用。
[0067] 2)高频电磁能中,臭氧传输过程中分解成的氧又转化成臭氧。实验证明,高功率密 度的电磁能对臭氧具有高化学活性。
[0068] 3)在高频电磁能中,固态触媒的反应系统3内内生成了具有更高效氧化性能的羟 基自由基。
[0069] 所以,在含有固态触媒的反应系统3中,可在极短的时间内完成菌类、浮游生物、有 机物、无机物等灭活或消解。
【附图说明】
[0070] 图1是本发明所述的电磁强氧化船舶压载水处理装置(一体式)的整体结构示意 图。图中:1臭氧发生系统、2电磁发生系统、3含有固态触媒的电磁反应系统、4电气控制系 统。
【具体实施方式】
[0071] 结合附图作为最简单的实施例对本发明作进一步说明,但不作为对本发明的限 定。
[0072]如附图所示的电磁强氧化船舶压载水处理装置,包括1臭氧发生系统、2电磁发生 系统、3含有固态触媒的电磁反应系统、4电气控制系统。电磁强氧化船舶压载水处理装置内 的臭氧发生系统1产生一定浓度的臭氧,注入含有固态触媒的电磁反应系统3,电磁发生系 统2产生一定功率密度的电磁能,作用在含有固态触媒的电磁反应系统3。当压载水进入具 有一定臭氧浓度,当量电磁功率密度,匹配的固态触媒量,适当压力环境的固态触媒的电磁 反应系统3时,发生剧烈的氧化还原反应。反应后的压载水达到頂0决议通过的《船舶压载水 及沉积物控制和管理国际公约》D-2标准要求:
[0073] A、每立方米中最小尺寸大于或等于50μπι的可生存生10个;
[0074] Β、每毫升中最小尺寸小于50μπι但大于或等于ΙΟμπι的可生存生物少于10个;
[0075] C、排放的指示微生物不应超过如下规定的浓度:
[0076] ①每100mL小于Icfu的有毒霍乱弧菌(01和0139) (cfu =菌落形成单位)或小于 [0077] Icfu Ig的浮游动物样品(湿重)
[0078] ②每100ml 250cfu的大肠杆菌
[0079] ③每100ml IOOcfu的肠道球菌
[0080] 电磁强氧化船舶压载水处理装置所产尾气经处理排放或回用。所有工作参数的调 整、启动步序及监控由电气控制系统4全自动控制。
[0081] 其中,臭氧发生系统1是由空气制冷、干燥、过滤、高频或低频臭氧发生器、射流器 及尾气处理设备组成的(首尾方向是按照气体流动方向确定的,首气体进入生产环节的位 置,尾气体进入首气体进口或供应船舱);电磁发生系统2是依据处理水量所需功率由多个 电磁固态源发生器、电磁导管及馈能口组成;含有固态触媒的电磁反应系统3是由电磁反应 釜、二相分离器、气体导管、液体导管、电磁能导管、电机组成,电磁反应釜是由承压壳体、气 体输入口、液体输入口、电磁能输入口、内旋转加压反应装置组成,内旋转加压反应装置是 由固态触媒涂装制备的渐进螺旋体环形器、转子、高压密封圈等组成;固态触媒涂装制备的 渐进螺旋体环形器是由不锈钢渐进螺旋体涂装固态触媒组成;固态触媒是由与电磁能及臭 氧有较强亲和力的无机物质组成;电气控制系统4是由PLC+触摸屏全自动控制,并且通过系 统中远程通讯接口,实时上传在线监控信号到中心控制室组成。
[0082]当空气经制冷、干燥、过滤后进入臭氧发生器产生出理想浓度的臭氧,并经射流器 输入电磁反应釜;同时,压载水经高压栗输入电磁反应釜、电磁能经电磁导管及馈能口输入 电磁反应釜,电磁反应釜内涂装固态触媒的旋转加压反应装置已每分钟300转的挤压旋转, 使之压载水、臭氧形成气水乳状液,在电磁能强力振荡辐照下、固态触媒的作用下及〇. 2-0.4MPa的压力下,极短的时间内完成菌类、浮游生物、有机物、无机物等灭活或消解,再经二 相分离器达到流体反应后气体、液体分离的目的。尾气经尾气处理设备处理回用,液体达到 压载水使用标准。
【主权项】
1. 电磁强氧化船舶压载水处理装置,其特征在于:装置系统全部为机电设备,可速开速 停,易于控制;装置系统可根据船舶结构特点,设计成一体式或分体式安装,(本发明按一体 机阐述),包括臭氧发生系统1,高频电磁发生系统2,含有固态触媒的电磁反应系统3,电气 控制系统4等,2. 根据权利要求1所述的电磁强氧化船舶压载水处理装置,其特征在于:该装置能耗和 噪音低,运行成本低廉,不需随船携带水处理药剂,运行时只以空气、电力为原料,大大减轻 了船载负荷,杜绝了二次污染。3. 根据权利要求1-2所述的电磁强氧化船舶压载水处理装置,其特征在于:该装置运行 不会产生二次污染,相反该系统反应后产生的最终尾气可分解为对人体有益的富氧气体, 经处理后可作为新鲜空气补充到船舶舱室。4. 根据权利要求1-3任一权利要求所述的电磁强氧化船舶压载水处理装置,其特征在 于:该装置强氧化广谱性强,能快速消灭(灭活)水体中的浮游生物,菌类,藻类等。因此,该 装置具有安全、简便、快速杀菌灭藻、彻杀浮游生物且无残留毒性。5. 根据权利要求1-4任一权利要求所述的电磁强氧化船舶压载水处理装置,其特征在 于:该装置对水体中的有机物和无机物有较好的处理效果,极适用于对船舶压载水的处理。
【文档编号】C02F1/78GK106006917SQ201610260025
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】宋金成, 张秋翔, 虞彤, 崔小龙, 刘海峰, 王洪芳
【申请人】北京启元汇通水务科技股份有限公司, 宋金成, 虞彤
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