专利名称：一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法
技术领域：
本发明属于等离子体物理和海洋环境保护应用技术领域，涉及到一种在排 放过程中臭氧处理船舶压载水的方法。
技术背景外来有害生物入侵性传播造成的灾害，已被全球环境基金组织(GEF)认定 为海洋面临的四大威胁之一。船舶排放的压载水是造成地理性隔离水体间有害 生物传播的最主要途径。每年全球船舶携带的压载水约100亿吨，艘载重10 万吨货船携带的压载水量可达5 — 6万吨，平均每立方米压载水有浮游动植物1. 1 亿个、细菌103亿个、病毒104亿个，每天全球在压载水中携带的生物有3000 一4000种，仅在一个压载水舱中就有存活腰鞭毛虫胞囊3亿个，舱底的沉积物 中有22500个/cm3浮游植物孢子。到目前为止，已确认500种左右的生物物种 是由船舶压载水传播的。与自然海洋生态环境相比，船舶压载水是一种特殊环 境下的生态系统，经压载水驯化并存活的生物往往具有极强的生命力和竞争力。 它们一旦释放到自然海洋环境中，就可能产生不可控制的"雪崩式"繁殖，对 土著物种造成极大的冲击，甚至引起本地物种灭绝，引发一系列生态灾害。事 实表明，船舶压载水是导致全球范围内海洋生物多样性破坏的主要原肉之一， 也是造成有害寄生虫和病原体的大面积迅猛传播的重要途径之一。入侵物种给 全球经济带来巨大损失，据不完全统计，这种损失每年以近百亿美元的速度递 增。船舶压载水引起的外来有害生物入侵规模仍在扩大，因此，国际海事组织 頂0向全世界紧急呼吁寻找有效的压载水治理方法。臭氧是一种强氧化剂，具有很高的标准氧化还原电位(2.07V)，分解后的产物为02，不存在二次污染。因此，被广泛应用于饮用水、含酚、含氰等工业 废水、医院废水、游泳池水处理等。由于臭氧在陆地上的水处理中显示了无法比拟的优势，因此一些公司、学者进行了臭氧处理船舶压载水的研究。2003年 美国专利6，516，738，提供了一种臭氧通入压载舱进行压载水处理的方法，该方 法包括电源，臭氧发生器，调压器(控制供给臭氧发生器的电压)，臭氧传输 系统(使臭氧从臭氧发生器传输到压载舱)，和一系列平行放置的泵组成的增压 系统。该方法是从压载水输运管道中取出一部分压载水，臭氧溶解于压载水后 再重新注入压载水输运管道，最后输运至压载舱，在压载舱中完成杀灭有害水 生生物和病原体。由于该方法是将臭氧注入压载水舱进行压载水处理，因此需 要一套增压系统使臭氧克服压载舱液面对供水管路产生的负压影响，该系统由 12个增压泵，及其辅助的马达和冷却扇组成。由于臭氧气体需要5 10h才能输 运到压载舱，因此，附加的增压系统带来的能耗是巨大的。另外由于压载舱体 积庞大，臭氧很难混合均匀，因此杀灭时间长，无法实现在排放压载水过程中 杀灭入侵生物。另外存在残留臭氧严重腐蚀压载舱，设备庞大，处理费用高等 问题。发明内容本发明的目的是克服现有臭氧处理压载水技术中的不足，.提供一种不用将 臭氧输送到压载舱中，而是在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法。该方法 将从臭氧发生器中产生的高浓度臭氧高效溶解于从压载水主排放管路中取出 1/4 1/20的压载水，制成高浓度臭氧水溶液，然后再打入压载水主排放管路中， 杀死其中的有害水生生物和病原体，实现了在线在压载水排放过程中治理压载 水。该方法不仅可以有效杀灭压载水中的有害水生生物和病原体，同时能改善 压载水水质，是一种操作简便，成本低廉，无任何残留药剂的压载水处理方法。本发明解决其方法所采用的技术方案是歩骤l.本发明使用的原料气体为空气，空气经过气体预处理系统制成浓度为93%的氧气，氧气进入臭氧发生器中制成浓度为80 250g/m3的臭氧气体。步骤2.从压载水排放管路中取出1/4 1/20的压载水进入压载水输运分管 路中，进入过滤器去掉大的生物体和杂质，然后利用水质、生物在线检测系统 分析压载水的水质指标及生物的种类、数量等，可以根据压载水的水质、生物 指标调整加入的臭氧气体的浓度和剂量。步骤3.取出的部分压载水分成2 20个支路分别经过1个射流器与臭氧气 体接触，制成4 24mg/L的臭氧水溶液，臭氧的传质效率达到98%，各支路的臭 氧水溶液在液液混合器中与压载水排放管路中的压载水进行均匀混溶，在排放 管路中形成的臭氧水浓度为Q.4 2.5mg/L，臭氧致死压载水的有害水生生物和 病原体的生化反应速率常数107L/mol 's 1010L/mo1 *s，致死的生化反应时间 为5s 10s。因此，实现在压载水排放管路中完成杀灭其中有害水生生物和病原 体，包括细菌、弧菌、单胞藻、原生动物和病毒，其致死率达到96% 100 %。步骤4.压载水排放管路中剩余的臭氧在气液分离器中进行分离后，进入剩 余臭氧分解器进行处理，变成氧气后排空，经过臭氧处理后的压载水进入活性 炭过滤器中吸附残留的臭氧，最后排入大海。本发明的效果和益处是加工臭氧的原料是空气，几乎无原料成本；剩余 臭氧分解成02，无任何残留药剂；低浓度臭氧水(2-3mg/L)就能杀死压载水中 的单细胞藻、原生动物、孢子、细菌和弧菌等有害水生生物和病原体；不需要 复杂的臭氧输运系统和增压系统，设备体积小、操作简便，运行成本低廉；杀 灭微生物速度极快，约为5s 10s，能在压载水输送过程中杀死有害水生生物和病原体，同时改善压载水水质，实现了在船上在压载水排放过程中治理船舶压载水。
图1是本发明的在排放过程中臭氧处理船舶压载水的流程示意图。图1中l.空气，2.气体预处理系统，3.阀门，4.氧气浓度测试仪，5.流 量计，6.压力表，7.臭氧发生器，8.高频高压电源，9.臭氧气体，IO.臭氧浓度 测试仪，ll.压载水输运分管路，12.止回阀，13.过滤器，14.泵，15.水质、牛 化在线检测系统，16.射流器，17.臭氧水溶液，18.压载水入口， 19.压载水排 放管路，20.液液混合器，21.臭氧水浓度测试仪，22.剩余臭氧分解器，23.气 液分离器，24.活性炭过滤器，25.压载水出口。图2是臭氧杀灭微生物剂量关系曲线图。图2中26.小新月菱形藻，27.牟氏角毛藻，28.湛江等鞭金藻，29.球等 鞭金藻。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。本发明的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，该方法是这样实 现的，从压载舱排出的压载水经压载水入口 18进入压载水排放管路19中，泵 14从压载水排放管路中取出1/4 1/20的压载水进入压载水输运分管路11中， 然后经过止回阀12和流量计5后进入过滤器13去掉大的生物体和杂质，利用 水质、生物在线检测系统15分析压载水的水质指标及生物的种类、数量等。然 后取出的部分压载水分5路分别经过1个射流器16与臭氧气体9接触，生成臭 氧水溶液17，可以根据压载水的水质、生物指标调整加入的臭氧气体的浓度和 剂量。臭氧气体9是这样实现的，首先空气1经过气体预处理系统2制成浓度为93%的氧气，然后经过阀门3、流量计5后进入臭氧发生器7中制成浓度为 80 250g/m3的臭氧气体9。臭氧气体9分成5路分别注入射流器16中制成4 24mg/L的臭氧水溶液17，臭氧水溶液17在液液混合器20中与压载水排放管路 19中的压载水进行均匀混溶，在管路中形成的臭氧水浓度为0.4 2.5mg./L，在 压载水排放管路19中完成杀灭其中有害水生生物和病原体。管路屮剩余的臭氧 在气液分离器23中进行分离后，进入剩余臭氧分解器22进行处理，变成氧气 后排空，经过臭氧处理后的压载水进入活性炭过滤器24中吸附残留的臭氧，最 后通过压载水出口 25排入大海。另外木发明中还包括氧气浓度测试仪4、臭氧 浓度测试仪IO、臭氧水浓度测试仪21，它们分别用于检测氧气、臭氧、臭氧水 的浓度。本发明选择球等鞭金藻29、湛江等鞭金藻28、牟氏角毛藻27、小新月菱形 藻26四种藻为对象，进行了臭氧杀灭实验，其杀灭效果如图2所示。从图中可 以看出随着藻液初始浓度的增加，致死藻类所需的臭氧浓度随之增加，当球等 鞭金藻29、湛江等鞭金藻28、牟氏角毛藻27、小新月菱形藻26的初始浓度为 1 X 103个/mL时，致死四种藻所需的臭氧浓度分别为0. 98mg/L， 1. 05 mg/L， 1. 12 mg/L， 1.26mg/L;当四种藻的初始浓度为9X 104个/mL时，致死四种藻所需的 臭氧分别为1. 47 mg/L， 1.54mgZL， 1. 68 mg/L，1. 75mg/L。按照本发明的方法，在排放过程中臭氧处理船舶压载水的系统每套可以处 理20(T500t/h的压载水，臭氧处理后的压载水满足《国际船舶压载水和沉积物 管理与控制公约》的D-2排放标准体长》50nm的生物少于10个/iri3; 10ym《 体长<50^ m的生物少于10个/mL。允许排放的微生物霍乱弧菌(01和0139) <lcfu (菌落单位)/100 mL或者〈lcfu/g (湿重)浮游动物；大肠杆菌< 250cfu/100mL;肠道球菌〈100cfu/100mL。
权利要求
1.一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，即臭氧不输运到压载舱，而是从压载水排放管路中取出一部分压载水，然后将臭氧气体溶解于压载水中制成臭氧水溶液，再重新注入到压载水排放管路中，在压载水排放管路中杀灭压载水中的水生生物和病原体，其特征在于(a)从压载水排放管路中取出1/4～1/20的压载水分成2～20支路，每路压载水通过1个射流器与臭氧气体接触，制成浓度为4～24mg/L的臭氧水溶液；(b)各支路制取的浓度为4～24mg/L的臭氧水溶液通过液液混合器重新注入压载水排放管路中，在压载水排放管路中臭氧水的浓度为0.4～2.5mg/L；(c)臭氧水溶液注入压载水排放管路中，而不是把臭氧输运到压载舱中完成杀灭压载水中水生生物和病原体；(d)压载水排放管路中臭氧水在排入大海前经过活性炭过滤器去除其中残留的臭氧。
2. 根据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其 特征在于所述的致死压载水中水生生物和病原体的生化反应速率常数为 107L/mol s 101()L/mol s，致死的生化反应时间为5s 10s。
3. 根据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其 特征在于所述的臭氧气体浓度为80 250g/m3。
4. 据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其 特征在于所述的在压载水排海之前水生生物和病原体的致死率达到96% 100%。
5. 根据权利要求1所述的一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，其 特征在于所述的压载水排放管路中臭氧水的浓度可根据压载水中水生生 物和病原体的生物量进行调整。
全文摘要
一种在排放过程中臭氧处理船舶压载水的方法，属于等离子体物理和海洋环境保护应用技术领域。该方法是这样实现的，首先原料气体空气在气体预处理系统中制成浓度93％的氧气，然后经过臭氧发生器，制成浓度为80～250g/m<sup>3</sup>臭氧气体。从压载水主排放管路中取出1/4～1/20的压载水，分成数各支路分别经过射流器与臭氧气体接触，制成浓度为制成4～24mg/L的臭氧水溶液，臭氧水溶液在液液混合器中与压载水排放管路中的压载水进行均匀混溶后，排放管路中臭氧水浓度为0.4～2.5mg/L，完成杀灭其中有害水生生物和病原体，其致死率达到96％～100％。本发明的效果和益处是不需要复杂的臭氧输运系统和增压系统，设备体积小、操作简便，运行成本低廉，能在压载水输送过程中杀死有害水生生物和病原体。
文档编号C02F1/50GK101327994SQ20081001242
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者张芝涛, 波 杨, 白希尧, 白敏冬, 白敏菂, 薛晓红 申请人:大连海事大学