专利名称：高效船舶压载水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶压载水处理技术，具体是一种高效船舶压载水处理方法。
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80%以上的货物是通过船舶转运的。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。压载水跟随船舶从一地到它地，从而引起了有害水生物和病原体的传播。据估算，目前全球每年的压载水有100多亿吨，预计到 2013年，随着海运货物量的翻倍，船舶压载水量也将达到目前的两倍。压载水的无控制排放可能会对本地的生态系统、社会经济和公众健康造成危害。全球环保基金组织(GEF)把船舶通过压载水将有害生物引入新环境并对其产生影响列为海洋的四大危害之一。为有效控制和防止船舶压载水传播有害水生物和病原体，国际海事组织(IMO)于 2004年通过了《船舶压载水和沉积物控制和管理国际公约》。“公约”规定所有远洋船舶必须按照时间表安装压载水管理系统，并对现有船只追溯实施。“公约”对压载水的处理标准， 即可存活生物的尺寸及数量、病原体微生物的种类及数量作了明确规定(即D-2标准)。而美国加州和纽约州则制定了比D-2标准更加严格的压载水处理标准，比D-2标准严格1000 倍，所有到其港口的船舶将被要求符合其更加严格的压载水处理标准。目前，对船舶压载水处理技术已有大量的研究和报道，其通常采用的技术方法主要有电解法、紫外线照射法、臭氧法等。紫外线方法的主要问题是(1)穿透性能差，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，影响处理效果；(2)在很大程度上依赖于生物的大小和形态，如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个数量级；(3)有些微生物具有修复功能，会从紫外线处理中恢复过来，一些浮游植物也类似。臭氧法的缺点是(1)设备占地面积较大，船上安装受限制；(2)臭氧处理海水，会产生溴酸盐等有害物质，可能会产生二次污染。电解法虽然设备较复杂，但从处理效果和对环境的影响来看，是很有前途的一种技术。国内外不少厂商开发了电解法船舶压载水处理技术，有的公司采用的技术途径是 “在线型”，即全部压载水都流经电解槽，并且在电解之前没有采取过滤处理；有的公司采用了“支路电解”方式，在电解之前采取了过滤处理，但处理水质指标仍达不到D-2标准，因此又增加了超声波、空泡或除氧技术。从处理效果看，国内外大部分的技术只能达到国际海事组织的D-2标准。还达不到美国加州和纽约州第二阶段的压载水处理水质指标。只有少量的技术预计可以达到更加严格的美国加州和纽约州第二阶段的标准。国际海事组织的D-2标准的要求如下 (1)浮游生物每立方米中最小尺寸大于或等于50微米的可生存生物少于10个；每毫升中最小尺寸小于50微米但大于或等于10微米的可生存生物少于10个。并且，指标微生物的排放不应超过如下标准
(2)指标微生物应包括但不限于
a.有毒霍乱弧菌(01和039):少于每100毫升1个菌落形成单位(cfu)或少于每一克 (湿重)浮游动物样品1个cfu ；
b.大肠杆菌少于每100毫升250个cfu;
c.肠道球菌少于每100毫升100个cfu。美国加州和纽约州第二阶段的压载水处理水质指标如下
(1)浮游生物
每100立方米中最小尺寸大于或等于50微米的可生存生物少于1个；每100毫升中最小尺寸小于50微米但大于或等于10微米的可生存生物少于1个。并且
(2)指标微生物应包括但不限于
a.每100毫升中细菌的数量少于IO3个，病毒的数量少于IO4个；
b.有毒霍乱弧菌(01和039):少于每100毫升1个菌落形成单位(cfu)或少于每一克 (湿重)浮游动物样品1个cfu ；
c.大肠杆菌少于每100毫升1 个cfu；
d.肠道球菌少于每100毫升33个cfu。现有的电解法船舶压载水处理技术存在很多不足之处对于“在线型”电解法船舶压载水处理技术，其缺陷是由于需要压载水全部流经电解槽，要求电解槽体积必然很大，尤其是对于大型船舶，压载水量往往达到几万吨甚至十万吨，压载水的流量可能超过 4000m3/h，这样整个设备的体积就会很庞大，在船上安装是困难的。由于不采用过滤前处理，水中的杂质会冲刷电极板，导致电极板早期失效。并且，由于需要杀死一些尺寸较大的生物，需要较高的次氯酸钠浓度，带来的直接后果就是设备运行成本增加，还会对海洋环境产生不利影响。更为严重的是，由于采用“全流经”的方式，使得电解过程中产生的氢气难以去除，给船舶安全带来隐患。对于现有的一些“支路电解”技术来说，采用了过滤前处理是一项进步，但是，为使处理指标达到D-2标准，又添加了超声波、空泡或除氧技术等辅助手段，增加了设备的体积、能耗，使设备变得复杂，在船上安装非常困难。从现有技术的处理水质指标看，大部分技术只能达到国际海事组织的D-2标准。 还达不到美国加州和纽约州第二阶段的压载水处理水质指标，只有少量的技术预计可以达到美国加州和纽约州第二阶段的标准。因此，在很大程度上限制了系统的应用范围。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有电解法船舶压载水处理技术的缺点，提供一种高效船舶压载水处理方法，采用了简单、高效的压载水处理技术途径，使设备原理和处理流程简单，安装方便，并且能够达到美国加州和纽约州第二阶段的标准，是一种简单、高效的船舶压载水处理方法。本发明的技术方案是一种高效船舶压载水处理方法，其特征在于，首先经过高效过滤步骤除去压载水中尺寸为30 40 μ m以上的浮游生物和悬浮颗粒；然后经支路电解法灭活处理步骤，取一部分海水流经电解单元电解生成氯气和氢气，氯气迅速溶于海水生成次氯酸钠，将高浓度的次氯酸钠溶液回注到压载水进水总管中，以杀灭压载水中残余的有害水生物。所述的高效过滤步骤是采用过滤精度为30 40 μ m的自动反冲洗过滤器，除去尺寸为30 40 μ m以上的浮游生物和悬浮颗粒。所述的过滤器采用盘式或网式过滤器，滤网采用双相不锈钢或其它耐海水腐蚀材料；自动反冲洗过滤器安装在压载泵的出口处，自动反冲洗过滤器的额定流量应与压载水的流量相匹配。所述的支路电解法灭活处理步骤是在加装压载水的同时，用增压泵从进水总管中取一部分海水，流经电解槽，电解槽通一低压直流电，海水中的氯离子在阳极上氧化，生成氯气，氯气迅速溶于海水生成次氯酸钠；同时，氢离子在阴极上还原生成氢气；高浓度的次氯酸钠溶液和氢气一起流到除氢罐中，除去氢气；高浓度的次氯酸钠溶液回注到压载水进水总管中，混合均勻后，使进水总管中的次氯酸钠浓度达到10 15mg/L，杀灭残余的有害水生物。流经电解槽一部分海水约占压载水总量的1%-洲。一种实施所述的高效船舶压载水处理方法的装置，包括压载泵及连接在其出口与压载水舱之间的压载水主管路，压载泵的入口与海底门连接，其特征在于，在所述的压载泵的出口处的压载水主管路上安装自动反冲洗过滤器，在自动反冲洗过滤器出口处的支路用增压泵取一部分海水引入电解槽，电解槽电解产生的高浓度次氯酸钠溶液和氢气一起输送到除氢罐中，氢气在除氢罐中分离出来，向上排出舷外；而高浓度的次氯酸钠溶液再回注到压载水主管路中；水中的次氯酸钠浓度用余氯分析仪进行测量，测量信号通过电控单元控制电解槽的工作电流，进而达到控制次氯酸钠浓度的目的。所述的自动反冲洗过滤器采用盘式或网式过滤器，网式过滤器的滤网采用双相不锈钢或其它耐海水腐蚀材料；自动反冲洗过滤器安装在压载泵的出口处，自动反冲洗过滤器的额定流量应与压载水的流量相匹配。本发明的优点是采用“高效过滤+支路电解法灭活处理”方法，工艺路线简单， 系统体积小，占地面积较现有系统节省30%以上。由于是支路电解，氢气生成量较小，可将氢气全部除去，消除了安全隐患，并且安装方便，是一种安全可靠的船舶压载水处理方法。从处理效果上看，经实验验证，本发明的方法可将压载水中的水生物全部杀灭，残留的各种尺寸的可存活生物的数量均为零，不仅满足国际海事组织的D-2标准，而且满足美国加州和纽约州第二阶段的压载水处理标准，并能够满足将来可能的更高要求的处理水质指标。是一种简单、高效、经济、可靠、实用的船舶压载水处理技术。
图1是本发明的总体构成及工艺流程示意图。图中标记1、自动反冲洗过滤器；2、压载泵；3、海底门；4、增压泵；5、电解槽；6、 除氢罐；7、压载水主管路；8、余氯分析仪；9、电控单元；10、压载水舱；11、船体。
具体实施例方式本发明包括以下高效过滤和支路电解法灭活处理两个步骤
1、高效过滤采用过滤精度为30 40 μ m的自动反冲洗过滤器，先除去尺寸为30 40 μ m以上的浮游生物和悬浮颗粒。过滤器可采用盘式或网式过滤器，滤网应采用双相不锈钢或其它耐海水腐蚀材料。自动反冲洗过滤器安装在压载泵的出口处，额定流量应与压载水的流量相匹配。2、支路电解法灭活处理在加装压载水的同时，用增压泵从进水总管中取一部分海水，流经电解单元(电解槽)，电解槽通一低压直流电，海水中的氯离子在阳极上氧化，生成氯气，氯气迅速溶于海水生成次氯酸钠。同时，氢离子在阴极上还原生成氢气。高浓度的次氯酸钠溶液和氢气一起流到除氢罐中，除去氢气。高浓度的次氯酸钠溶液回注到压载水进水总管中，混合均勻后，使进水总管中的次氯酸钠浓度达到10 15mg/L，以杀灭残余的有害水生物。本发明的处理装置参见图1，包括压载泵2及连接在其出口与压载水舱10之间的压载水主管路7，压载泵2的入口与海底门3连接。在压载泵2的出口处的压载水主管路7 上安装自动反冲洗过滤器1，在自动反冲洗过滤器1出口处的支路用增压泵4取一部分海水引入电解槽5，电解槽5电解产生的高浓度次氯酸钠溶液和氢气一起输送到除氢罐6中，氢气在除氢罐6中分离出来，向上排出舷外；而高浓度的次氯酸钠溶液再回注到压载水主管路7中；水中的次氯酸钠浓度用余氯分析仪8进行测量，测量信号通过电控单元9控制电解槽5的工作电流，进而达到控制次氯酸钠浓度的目的。所述的自动反冲洗过滤器1采用盘式或网式过滤器，网式过滤器的滤网采用双相不锈钢或其它耐海水腐蚀材料。自动反冲洗过滤器1安装在压载泵2的出口处，自动反冲洗过滤器1的额定流量应与压载水的流量相匹配。工作流程是船舶加装压载水时，海水从海底门3进入，经过压载泵2和自动反冲洗过滤器1后，用增压泵4取一部分海水(约占压载水总量的1% 2%)进入电解槽5进行电解，电解产生的高浓度次氯酸钠溶液和氢气一起流到除氢罐6中，氢气在除氢罐6中分离出来，向上排出舷外，而高浓度的次氯酸钠溶液再回注到压载水主管路7中，混合均勻后， 使进水总管中的次氯酸钠浓度达到10 15mg/L，以杀灭残余的有害水生物。水中的次氯酸钠浓度用余氯分析仪8进行测量，测量信号传输到电控单元9中作为控制的参比信号，本发明设计了一个负反馈的控制系统，通过调整电控单元9的输出电流达到控制次氯酸钠浓度的目的。本发明与现有技术相比，工艺路线简单，工作原理安全可靠，实施方便，处理效果好，可将压载水中的有害水生物全部杀灭，不仅满足国际海事组织的D-2标准，而且满足美国加州和纽约州第二阶段的压载水处理标准，并能够满足将来可能的更高要求的处理水质指标。本发明按照下面三个具体实施参数分别对压载水进行处理，按照国际公认的测试方法对处理前后的压载水中的生物数量进行了分析，结果见表1。实施例1 先采用过滤精度为30 μ m的自动反冲洗过滤器进行过滤，再用电解产生的10mg/L次氯酸钠进行灭活。实施例2 先采用过滤精度为40 μ m的自动反冲洗过滤器进行过滤，再用电解产生的15mg/L次氯酸钠进行灭活。实施例3 先采用过滤精度为35 μ m的自动反冲洗过滤器进行过滤，再用电解产生的12mg/L次氯酸钠进行灭活。表1三个实施例的压载水处理效果
权利要求
1.一种高效船舶压载水处理方法，其特征在于，首先经过高效过滤步骤除去压载水中尺寸为30 40 μ m以上的浮游生物和悬浮颗粒；然后经支路电解法灭活处理步骤，取一部分海水流经电解单元电解生成氯气和氢气，氯气迅速溶于海水生成次氯酸钠，将高浓度的次氯酸钠溶液回注到压载水进水总管中，以杀灭压载水中残余的有害水生物。
2.根据权利要求1所述的高效船舶压载水处理方法，其特征在于，所述的高效过滤步骤是采用过滤精度为30 40 μ m的自动反冲洗过滤器，除去尺寸为30 40 μ m以上的浮游生物和悬浮颗粒。
3.根据权利要求1所述的高效船舶压载水处理方法，其特征在于，所述的支路电解法灭活处理步骤是在加装压载水的同时，用增压泵从进水总管中取一部分海水，流经电解槽，电解槽通一低压直流电，海水中的氯离子在阳极上氧化，生成氯气，氯气迅速溶于海水生成次氯酸钠；同时，氢离子在阴极上还原生成氢气；高浓度的次氯酸钠溶液和氢气一起流到除氢罐中，除去氢气；高浓度的次氯酸钠溶液回注到压载水进水总管中，混合均勻后， 使进水总管中的次氯酸钠浓度达到10 15mg/L，杀灭残余的有害水生物。
4.根据权利要求1所述的高效船舶压载水处理方法，其特征在于，流经电解槽一部分海水约占压载水总量的1%-洲。
5.一种实施所述的高效船舶压载水处理方法的装置，包括压载泵(2)及连接在其出口与压载水舱(10)之间的压载水主管路(7)，压载泵(2)的入口与海底门(3)连接，其特征在于，在所述的压载泵(2)的出口处的压载水主管路(7)上安装自动反冲洗过滤器(1)，在自动反冲洗过滤器(1)出口处的支路用增压泵(4)取一部分海水引入电解槽(5)，电解槽(5) 电解产生的高浓度次氯酸钠溶液和氢气一起输送到除氢罐(6)中，氢气在除氢罐(6)中分离出来，向上排出舷外；而高浓度的次氯酸钠溶液再回注到压载水主管路(7)中；水中的次氯酸钠浓度用余氯分析仪(8)进行测量，测量信号通过电控单元(9)控制电解槽(5)的工作电流，进而达到控制次氯酸钠浓度的目的。
6.根据权利要求5所述的高效船舶压载水处理方法，其特征在于，所述的自动反冲洗过滤器(1)采用盘式或网式过滤器，网式过滤器的滤网采用双相不锈钢或其它耐海水腐蚀材料；自动反冲洗过滤器(1)安装在压载泵的出口处，自动反冲洗过滤器(1)的额定流量应与压载水的流量相匹配。
全文摘要
一种高效船舶压载水处理方法和装置，首先经过高效过滤器除去压载水中尺寸为30～40μm以上的浮游生物和悬浮颗粒；然后经支路电解法灭活处理方法，取一部分海水流经电解单元电解生成氯气和氢气，氯气迅速溶于海水生成次氯酸钠，将高浓度的次氯酸钠溶液回注到压载水进水总管中，以杀灭压载水中残余的有害水生物。本发明的优点是采用“高效过滤＋支路电解法灭活处理”方法和设备，工艺路线简单，系统体积小，占地面积较现有系统节省30%以上。由于是支路电解，氢气生成量较小，可将氢气全部除去，消除了安全隐患，并且安装方便，是一种安全可靠的船舶压载水处理方法。
文档编号B63J4/00GK102515400SQ20111043249
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者付洪田, 刘光洲, 孙明先, 王洪仁 申请人:青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司