用于对压舱水进行处理和脱卤的系统和方法

专利名称：用于对压舱水进行处理和脱卤的系统和方法
技术领域：
本发明的系统和方法总体涉及一种用于对压舱水进行处理以消灭压舱水中的海
洋物种和病原菌的系统和方法。更具体地，本发明的系统和方法利用现场制造的次氯酸盐处理压舱水。
背景技术：
压舱水被用于平衡船舶中的重量分布。压舱水被泵入箱内，其被存储在那里以使航行船舶适当平衡。通常压舱水在一个港口装入并被运输到另一港口，在那里这些压舱水被排入新的港口。这种常规做法存在固有的危险。释放从遥远位置装上船的压舱水会对环境产生危害并对新港口内的人和动物产生危险。 外地海洋生物引入新的生态系统会对本地植物群和动物群产生破坏性影响，这些植物群和动物群对新物种不具有天然防御。另外，有害的细菌性病原体(例如霍乱)会存在于原始港口。这些病原体经过一段时间会在压载舱中繁殖并在它们被释放的区域引发疾病爆发。 可以通过杀死存在于压舱水中的那些物种来控制海洋生物和病原体所具有的危险。在过去的百年里，氯化已经成为对水源(例如饮用水、废水和游泳池)进行消毒以消除水传染疾病的流行的标准方式。

发明内容
本发明提供用于处理海洋船舶中的压舱水的系统和方法。压舱水在一个港口或海港通过管路输送到船舶上并在到达另一港口时被排出。现场生成次氯酸盐使压舱水可以在遥远港口被释放之前在船舶上得到处理。利用由压舱水本身或备选的盐水源产生的次氯酸盐处理压舱水杀灭了从第一港口运送上来并在压载舱内繁殖的许多海洋有机物和细菌。这些有机物的杀灭又可以消除向水中引入非本地海洋物种，并防止水生疾病(例如霍乱)的爆发。 通过次氯酸盐生成产生的含卤素氧化剂形式的卤素(例如H0C1和H0Br)被用于杀灭船舶上压舱水中的有机物。当包含卤素的压舱水从船舶上被释放时，含卤素氧化剂有可能危害船舶周围的海洋植物群和动物群。 在本发明的系统的一种实施方式中，所述系统包括用于从压舱水中去除卤素的脱
卤系统。使压舱水脱卤包括中和氧化剂以形成中性卤素盐。脱卤系统包括用于测定压舱水
卤素含量的装置、与压舱水流体相连的还原剂源、以及用于控制向压舱水中添加的还原剂
的量的装置。用于控制还原剂的量的装置与用于测定卤素含量的装置流体连通。 在脱卤系统的一方面，用于测定压舱水卤素含量的装置包括用于确定压舱水氧化
/还原电位的一个或多个氧化/还原电位分析器。 在脱卤系统的另一方面，还原剂源可以包括还原剂槽和与还原剂槽流体连通的泵。该泵与用于控制还原剂的量的装置连通。
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在另一方面，还原剂源可以包括适当还原剂的任何组合。适当还原剂的实例包括
亚硫酸钠、偏亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫和硫代硫酸钠。 在脱卤系统的另一实施方式中，所述系统还包括用于检验压舱水脱卤效果的装置。 在另一实施方式中，本发明用于处理压舱水的系统包括一个或多个次氯酸盐电解 池和脱卤系统。次氯酸盐电解池与盐水源和一个或多个压载舱流体连通。脱卤系统与压载 舱流体连通。 在另一实施方式中，用于处理压舱水的系统还包括将压舱水从压载舱中排出的装 置。 一方面，用于将压舱水从压载舱中排出的装置可以包括与压载舱流体连通的一个或多 个排放泵和与排放泵流体连通的排放管路。排放管路限定了通向船舶外部的排放开口。脱 卤系统可以与用于将压舱水从压载舱中排出的装置流体连通。 在用于处理压舱水的系统的另一实施方式中，所述系统还可以包括用于控制次氯 酸盐生成的装置、用于测定压舱水流速的流量计、用于测定压舱水总有机碳含量的总有机 碳分析器、用于检验压舱水处理效果的装置以及用于检验压舱水脱卤效果的装置的任意组 合。 在本发明的方法的一种实施方式中，所述方法包括通过测定压舱水的氧化/还原 电位来对船舶上的压舱水进行脱卤。根据测定的氧化/还原电位向压舱水中添加一种或多 种还原剂。 一方面，可以调节向压舱水中添加的还原剂的量以保持氧化/还原电位测量结 果指示出在压舱水中存在过量的还原剂。另一方面，氧化/还原电位可以保持处于少于大 约200mV。在另一方面，氧化/还原电位保持处于大约0mV。 可以在任何适当地点测定压舱水的氧化/还原电位。合适地点的实例包括在一个 或多个压载舱内、压载舱下游、一个或多个排放泵的上游、压舱水排放泵的下游、在添加还 原剂之前、以及添加还原剂之后。 在脱卤方法的另一实施方式中，所述方法还可以包括以一定时间间隔记录压舱水 的氧化/还原电位、向管理机构提供记录的氧化/还原电位以及利用便携式数据记录装置 删除记录的氧化/还原电位的任意组合。 在本发明的方法的另一实施方式中，所述方法包括利用产生的次氯酸盐处理压舱 水并使压舱水脱卤。所述方法包括在船舶上抽取压舱水并将压舱水供给到一个或多个压载 舱。通过管路将来自盐水源的盐水运送到一个或多个次氯酸盐电解池。向一个或多个次氯 酸盐电解池施加电流强度以在盐水内产生次氯酸盐。将包含次氯酸盐的盐水引入压舱水 内。利用用于测定卤素含量的装置测定压舱水的卤素含量。根据测定的卤素含量向压舱水 中添加还原剂以在压舱水从船舶中排出之前对其进行脱卤。 —方面，盐水源包括从压舱水中移出的支流。另一方面，用于测定卤素含量的装置 包括一个或多个氧化/还原电位分析器。 在另一实施方式中，用于处理压舱水的方法还包括测定压舱水的氧化/还原电位 和根据测定的氧化/还原电位向压舱水中添加还原剂以对压舱水进行脱卤。压舱水随后 从船舶中排出。 一方面，调节向压舱水中添加的还原剂的量以保持氧化/还原电位测量结 果指示出在压舱水中存在过量的还原剂。另一方面，所述方法还包括测定和记录混合的压 舱水和支流的氧化/还原电位以确认存在过量的卤素。可选择地，残留卤素可以保持至少
6lppm的浓度。 在另一实施方式中，所述方法还包括测定和记录过程数据。可以记录的过程数据 的实例包括压舱水流速、施加在次氯酸盐电解池上的电流强度、次氯酸盐电解池上的电压、 混合的压舱水和支流的氧化/还原电位以及压舱水在从船舶中排出之前的氧化/还原电 位。 在另一实施方式中，通过调节施加在次氯酸盐电解池上的电流强度来控制产生的 次氯酸盐的量。根据测定的压舱水流速或压舱水总有机碳含量控制所产生的次氯酸盐。另 一方面，控制所产生的次氯酸盐的量以确保在压舱水中存在过量的卤素。


图1是本发明用于处理压舱水的系统的示意图。 图2是本发明用于中和氯的系统的示意图。 图3是表示利用本发明的系统和方法处理压舱水的实验结构的曲线图。 图4是表示利用本发明的系统和方法处理压舱水的实验结构的另一曲线图。 图5是用于处理压舱水的系统的一种实施方式的示意图。 图6是用于对压舱水进行脱卤的系统的一种实施方式的示意图。
具体实施例方式
本发明提供一种用于处理压舱水的系统和方法。在以下公式中示出了用于形成次 氯酸钠(NaOCl)的一种优选的现场反应
NaCl+H20+2e — NaOCl+H2个 参照图l，在现场处理压舱水的本发明一种优选实施方式中，水被泵到船上(例如 海洋船只、舰艇或油井设备)。水可以是具有天然盐成分的海水或淡水。在一种实施方式 中，压舱水的支流与进入压载舱170的主水流分离。在备选实施方式中，在主压舱水流已经 进入压载舱170内之后从压载舱170中吸出支流。支流穿过支流管路100流到一个或多个 次氯酸盐电解池130中，在那里由压舱水(如果是海水)中天然存在的盐或由添加的氯化 物盐(如果是淡水)产生次氯酸盐。为了描述采用海水，但本发明不局限于海水。可以采 用任何生成氯的盐水。 —个或多个电解池装有在阳极和阴极直流电下通电的电极。在这种状态下，包含 在未经处理海水中的氯化钠(NaCl)发生部分电解。完全分解成钠离子(Na+)和氯离子 (CI—)的氯化钠(NaCl)水溶液在阳极发生反应以产生游离氯。水的氢氧离子(0H—)从阴极 区域移动出来与阳极附近的Na+和Cl2发生反应以产生次氯酸钠(NaOCl)和氢气(H2)。
水中的次氯酸钠水解以形成次氯酸(H0C1)。 一些H0C1与水中的溴发生反应以形 成次溴酸。H0C1和HOBr作为脱氧剂被用于处理压舱水。 —方面，水可以随后流入氢气分离器140，在那里次氯酸盐生成的氢气副产品(H2) 与所述支流分离。该支流随后被重新引入压舱水流内以杀灭压载舱内的海洋生物和细菌。
在本发明的一种实施方式中，氢气分离器140可以包括旋液分离器。氢气分离器 140还可以包括用于将氢气排向大气145的装置。另外，氢气分离器140可以包括具有压 力释放阀以允许氢气与液体分离的管。使氢气与水流分离很重要，因为氢气是高度易燃的。氢气在浓度低至4. 1%以及高至74%的空气是易燃的。不采用氢气分离器140，氢气可以被 引入压载舱内，在那里有可能达到易燃范围内的氢气_空气浓度。 本发明的一个旋液分离器140包括圆柱形顶部和圆锥形底部。来自一个或多个水 解池并包含氢气的水进入顶部侧面。氢气从分离器顶部排出，同时水从底部排出。水沿切 向进入圆柱形部分的侧面，使得水在留出分离器底部之前在圆形路径上绕圆柱形和圆锥形 部分行进，从而便于水和氢气的分离。 在本发明的另一实施方式中，与压舱水流流体连通的氯分析器150测定压舱水中 的氯含量。氯分析器150可以位于一个或多个电解池130的下游。 一方面，氯分析器150 位于含氯支流(处理流)再次进入压舱水流的位置的下游。氯分析器150还可以包括通 过这样的方式调整压舱水中的次氯酸盐含量的取样单元，即测定水中的氯水平并向电解池 130发出信号以调节支流中产生的次氯酸盐相对于压载舱和管路中预定浓度的量。氯分析 器150通过采集样本并使其与酸性碘化物或碘化钾试剂混合来发挥作用。样本中存在的氯 将碘化物氧化成碘。通过覆盖有薄膜的电流型传感器测定析出的碘。碘水平与样本中总的 氯浓度成比例。 现在参照图5，系统的备选实施方式包括总有机碳分析器。在该实施方式中，用于 处理压舱水的系统包括与盐水源400流体连通的一个或多个次氯酸盐电解池130。盐水源 可以是在船舶、已经处于压载舱220中的水、海水箱、单独盐水箱或任何其他源头中抽取的 压舱水的支流416。次氯酸盐电解池130也与压舱水402流体连通。通过次氯酸盐电解池 130在盐水内产生的次氯酸盐被添加到压舱水内。可以向在船舶上抽取的压舱水流中、直接 向压载舱中或在任何其他适当位置执行所述添加操作。 总有机碳分析器403也与压舱水402流体连通。总有机碳(TOC)分析器403是测 定来自有机源(例如微生物、植物物质、藻类、腐殖质、有机酸和有机源的无机化合物)的水 中的碳浓度的装置。总有机碳分析器可以从制造商0. I. Analytical和HATCH仪器获得。一 般来说，本领域已知的是，需要大约lppm的氯中和大约lppm的TOC。 所述系统还包括与总有机碳分析器403连通用于控制次氯酸盐生成的装置404。 尽管用于控制次氯酸盐生成的装置404可以包括任何适当设备，但在一种实施方式中，其 包括与总有机碳分析器403和电源406连通的控制系统405，电源406与次氯酸盐电解池 130电连接。控制系统405可以响应TOC测定结果调节施加在次氯酸盐电解池130上的电 流强度。 在另一实施方式中，所述系统还包括与压舱水402流体连通的流量计407。流量 计407与用于控制次氯酸盐生成的装置404连通。流量计407可以布置在从船舶上抽取的 压舱水流中以测定压舱水流速。用于控制次氯酸盐生成的装置404可以利用压舱水流速和 TOC测定结果确定杀灭压舱水中的有机物所需产生的次氯酸盐的数量并由此确定必须施加 在次氯酸盐电解池130中以产生次氯酸盐的电流强度。 在另一实施方式中，所述系统除了 TOC分析器还包括氧化/还原电位分析器408。 一般来说，氧化/还原电位(ORP)分析器测定沿由参考电极和测量电极形成的电路的电压， 在电极之间具有主体溶液。压舱水的氧化/还原电位相对于压舱水中的H0C1和HOBr氧化 剂的浓度。HOCl和HOBr是卤素氯和溴形式的氧化剂。氧化剂从压舱水中不不需要的植物 和动物夺取电子，从而改变它们的化学组成并杀灭它们。氧化/还原电位分析器与压舱水
8流体连通。0RP分析器408使氧化/还原电位与用于控制次氯酸盐生成的装置404连通。 当0PR分析器408布置在向压舱水中添加次氯酸盐的位置409的下游时，用于控制次氯酸 盐生成的装置404可以利用该测定确认压舱水中氧化剂形式的过量卤素的存在以确保存 在足够的次氯酸盐以杀灭压舱水中的所有微生物。 在另一实施方式中，所述系统包括用于记录系统数据的装置410。用于记录系统数 据的装置410可以包括本领域已知的任何数据记录设备。这样的数据记录设备的实例包括 计算机控制设备，例如硬盘驱动器、快速存储器、CD-ROM和磁盘，以及非计算机化记录设备， 例如纸面测绘板。要记录的系统数据可以包括本领域技术人员所需的任何数据，包括但不 局限于压舱水流速、施加在次氯酸盐电解池130上的电流强度和池电压、混合的压舱水402 和支流416的氧化/还原电位、和压舱水从船舶中排出之前的氧化/还原电位。
在另一实施方式中，所述系统可以包括用于检验压舱水处理效果的装置411 。用于 检验压舱水处理效果的装置可以包含在用于记录系统数据的装置410或用于控制次氯酸 盐生成的装置404内。用于检验压舱水处理效果的装置可以包括本领域已知的任何装置， 用于向管理部门(例如海岸警卫队或港务局)证明已经正确执行压舱水处理了，这些证明 包括但不局限于系统数据图、可移除的硬盘驱动器或闪存驱动器、在膝上计算机或手持装 置上下载系统数据、在因特网上传输系统数据或向离岸船舶无线传输系统数据。管理部门 可以利用这一信息确认压舱水已经得到正确处理。 在另一实施方式中，所述系统包括一个或多个压载舱220和用于排出压载舱220 中的压舱水的装置412。用于排出压舱水的装置412包括泵、虹吸管和管路的任何适当组合 以从压载舱和船舶中移出压舱水。 一方面，用于排出压载舱220中的压舱水的装置412包 括与压载舱220流体连通的一个或多个排放泵413、与排放泵413流体连通的排放管路414 和与船舶外部相通的排放开口 415。 在另一实施方式中，所述系统可以包括用于使压舱水脱卤的装置417。用于使压舱 水脱卤的装置417可以包括亚硫酸盐辅助系统200或脱卤系统500。为了实现本发明的目 的，"脱卤"意味着卤素形式的氧化剂的中和。 再次参照图l，在本发明的另一备选实施方式，存在过滤器180并且其与压舱水流 流体连通。过滤器可以定位在通向一个或多个电解池的支流的上游以去除支流中的碎屑。 过滤器优选是50微米的自清洁过滤器。自清洁过滤器测量经过过滤器的压差。当过滤器 网受到由过滤器去除的碎屑的堵塞时，压差增大。 一旦压差达到某一设定值或已经经过一 定时间时，通过具有喷嘴的吸污器清洁过滤器网，所述喷嘴绕网的内表面成螺旋形。过滤碎 屑从网中被真空抽取并被排出排气阀。 在本发明的另一实施方式中，次氯酸盐电解池包括管状池(tubular cell)。管状 池包括外单极管和内双极管。次氯酸盐电解池还可以包括其他类型的电解池。在现场电氯 化行业内已知的许多类型的次氯酸盐电解池。其他类型的电解池包括平板型次氯酸盐发生 器。电解池的选定基于其与电极的连接节点的构造和液体通过池的水力流动。
在本发明的另一实施方式，增压泵110与支流管路100相连以增大通过压舱水处 理系统的水的压力。增大压力是需要的，因为随着支流经过次氯酸盐电解池120而会发生 明显的压降，这一压降必须得到弥补以使支流可以被重新引入压舱水流内。增压泵110可 以定位在次氯酸盐电解池120的上游或下游。
压舱水通常在一个港口或海港被装上并之后在下一海港被释放。残留卤素，如在 压载舱中未在压舱水处理中消耗的氧化剂H0C1和HOBr形式中的氯和溴有可能危害排出压 舱水的新海港中的海洋生态系统。残留氯会杀灭生态系统中的本地植物群和动物群。在排 出压舱水之前及时消耗或中和这种残留氯可以免受残留氯引起的破坏。在本发明的一种实 施方式中，可以增加脱氯系统200以在压舱水从船舶被释放到港口、海洋、湖或河中之前中 和压载舱170中的残留氯。脱氯系统可以定位在压载舱的下游。在图l所示的一种实施方 式中，脱氯系统可以包括亚硫酸盐辅助系统。亚硫酸盐辅助系统200可以包括亚硫酸盐舱 210、泵220和亚硫酸盐分析器230。 一方面，亚硫酸盐辅助系统200的泵是膜片式计量泵。 膜片式计量泵控制被用于中和残留氯的亚硫酸盐的流动。 亚硫酸盐辅助系统200通过使氯与二氧化硫气体、亚硫酸氢钠或亚硫酸钠溶液发 生反应来去除残留氯。残留氯在以下反应中被消耗
Na2S03+Cl2+H20 — Na2S04+2HCl 只要在流出物中存在过量的亚硫酸离子，就有效确保不存在任何氯。亚硫酸盐分 析器通过将样本与酸混合而将处理水样本中的亚硫酸离子转换成二氧化硫。二氧化硫随后 被从样本中去除并通过气体传感器得到测定。分析器230提供控制输出以控制来自亚硫酸 盐舱的反馈，从而使压舱水流脱氯。 备选地，如图6所示，脱卤系统500可以被用于使压舱水脱卤。卤素，包括氧化剂 H0C1和HOBr形式的氯和溴如果从船舶中被释放，则有可能对海洋生物产生危害。使压舱水 脱卤包括中和卤素的氧化剂形式以形成卤素的中性盐衍生物，这些衍生物不再是氧化剂。 脱卤系统包括用于测定压舱水的卤素含量的装置502、与压舱水流体连通的还原剂源501 和用于控制向压舱水供给的还原剂503的量的装置503。用于控制还原剂的量的装置503 与用于测定卤素含量的装置502连通。 用于测定卤素含量的装置502可以包括一个或多个氧化/还原电位分析器、一个 或多个氯分析器、或具有钾碘指示剂和硫代硫酸钠滴定的湿化学分析。用于控制还原剂的 量的装置503可以包括本领域已知设备的任意组合，包括但不局限于控制系统、计算机、可 编程逻辑控制器和泵。 —方面，还原剂源501可以包括还原剂槽505和与还原剂槽505流体连通的泵
504。泵504与用于控制还原剂的量的装置503连通。适当的泵包括可变剂量泵。 在另一方面，还原剂源501可以包括一种或多种适当的还原剂。适当还原剂的实
例包括亚硫酸钠、偏亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫和硫代硫酸钠。 在另一方面，脱卤系统500包括用于检验压舱水脱卤效果的装置506。用于检验压
舱水脱卤效果的装置506可以包括本领域已知的任何装置，它们被用于证明压舱水处理已
经得到适当脱卤，这些证明包括但不局限于系统数据图、可移除硬盘驱动器或闪存驱动器、
在膝上计算机或手持设备上下载系统数据、在因特网上传输系统数据或向离岸船舶无线传
输系统数据。可选择地，用于检验脱卤效果的装置506可以包含在用于控制还原剂的量的
装置503中。管理部门可以利用这一数据确认压舱水已经得到适当脱卤。 在用于处理压舱水的系统的另一实施方式中，系统包括与盐水源400和一个或多
个压载舱220流体连通的一个或多个次氯酸盐电解池130，以及与压载舱220流体连通的脱
卤系统500。在一种实施方式中，盐水源400可以是在船舶上抽取的压舱水的支流416。
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—方面，所述系统可以包括用于从压载舱中排出压舱水的装置412。在一种实施 方式中，用于从压载舱220中排出压舱水的装置412包括与压载舱220流体连通的一个或 多个排放泵413、和与排放泵413流体连通的排放管路414。排放管路414可以限定排放开 口 415以使压舱水可以从船舶中被去除。另一方面，脱卤系统500与用于从压载舱中排出 压舱水的装置412流体连通。 另一方面，所述系统还可以包括用于控制次氯酸盐生成的装置404。另外，所述系 统还可以包括用于测定压舱水流速的流量计407。流量计407与用于控制次氯酸盐生成的 装置404连通。 在另一方面，所述系统还可以包括用于检验压舱水处理效果的装置410。所述系统 还可以包括用于检验压舱水脱卤效果的装置506 。可选择地，用于检验压舱水处理效果的装 置410和用于检验压舱水脱卤效果的装置506都可以包含在用于控制次氯酸盐生成的装置 404内。 在本发明的方法的一种实施方式中，通过首先在船舶上抽取压舱水流来处理压舱 水。压舱水流随后可以得到过滤。 一部分得到过滤的压舱水流通过支流管路100被抽出 以形成处理流。该处理流通过管路被运送到次氯酸盐电解池，在那里向电解池施加电流以 在处理流内产生次氯酸盐。易燃的氢气在处理流被重新引入主压舱水流内之前与处理流分 离。在处理流被重新引入压舱水流内之后对包含次氯酸盐的压舱水流进行取样以确定压舱 水流的氯浓度。 在本发明的方法的一方面，在压舱水流进入压载舱内之前从压舱水流中去除处理 流。备选地，处理流从压载舱内被抽出。处理流随后利用次氯酸盐得到处理并在压舱水流 进入压载舱内之前被重新引入压舱水流内。当压载舱采用海水时，次氯酸盐电解池使用天 然盐水在处理流中产生次氯酸盐。备选地，如果采用淡水作为压舱水，则可以向淡水中添加 氯化钠盐以提供氯离子。 在所述方法的备选实施方式中，随着处理流进入支流管路100而下降的处理流压 力利用泵得到增大。在所述方法的另一优选实施方式中，压舱水流在进入处理流之前得到 过滤。在所述方法的另一实施方式中，氢气通过旋液分离器分离。 在所述方法的另一实施方式中，在处理流被重新引入压舱水内之前对压舱水流进 行取样以确定压舱水流的氯浓度。通过氯分析器测定压舱水流的氯浓度。响应所测定的氯 浓度调节次氯酸盐电解池中的电流以增加或减少在处理流中产生的次氯酸盐，从而获得压 载舱中合适的次氯酸盐浓度。 在本发明的方法的一种实施方式中，用于处理压舱水的方法包括确定压舱水的总 有机碳含量。可以通过任何合适的方式确定总有机碳含量，包括利用总有机碳分析器进行 测定、获得来自参考源的值，并对压舱水进行取样以及利用分析设备测定TOC含量。当测定 压舱水的总有机碳含量时，可以在任何合适的位置提取测量结果或样本，包括在引入的压 舱水中、船舶外部的水中以及压载舱内的水中。 为了生成次氯酸盐，来自盐水源400的盐水通过管路被运送到一个或多个次氯酸 盐电解池IOO。在所述方法的一方面，盐水源可以是在船舶上抽取的压舱水的支流416。向 一个或多个次氯酸盐电解池施加电流强度以在盐水内产生次氯酸盐。包含次氯酸盐的盐水 被引入压舱水内以对压舱水进行处理。在一种实施方式中，次氯酸盐在压载舱上游被引入压舱水内以便于次氯酸盐和压舱水的混合。通过次氯酸盐电解池进行的次氯酸盐生成根据 压舱水的总有机碳含量得到调整。压舱水的TOC含量越高，必须产生的次氯酸盐的量越大。
在所述方法的另一实施方式中，根据总有机碳含量通过次氯酸盐电解池调整次氯 酸盐生成的步骤包括调节施加在次氯酸盐电解池上的电流强度。增大电流强度导致次氯酸 盐生成增加。 一方面，次氯酸盐生成得到调整以保持压舱水中的残留卤素。残留卤素是超 过杀灭压舱水中存在的所有微生物所需量的包含卤素的氧化剂。压舱水中残留卤素的存在 确保了在压舱水中不会存留任何会在压载舱中繁殖的微生物。另一方面，通过次氯酸盐电 解池进行的次氯酸盐生成得到调整，使得压舱水中的次氯酸盐与压舱水中的总有机碳的重 量比在大约1.0-大约3.0的范围内。大于10的重量比会在压舱水中保留残留卤素。
在所述方法的另一实施方式中，在船舶上抽出压舱水并测定压舱水的流速。流速 与压舱水的T0C含量组合以确定处理压舱水所需的次氯酸盐生成。 在本发明的一方面，可以测定和记录过程数据。过程数据的实例包括压舱水的总 有机碳含量、压舱水流速、施加在次氯酸盐电解池上的电流强度、混合的压舱水与包含次氯 酸盐的盐水的氧化/还原电位、以及压舱水从船舶中排出之前的氧化/还原电位。
在所述方法的另一方面，通过电解池响应TOC含量而在压舱水中产生的残留卤素 可以通过对压舱水在从船舶中排出之前进行脱卤而得到去除。 在本发明的备选方法中，通过在海洋船舶上抽取压舱水流、对压舱水流进行过滤 以及去除一部分得到过滤的压舱水流以形成处理流来对压舱水进行处理。增大处理流的压 力。处理流随后通过管路被运送到次氯酸盐电解池，在那里向电解池施加电流以在处理流 内产生次氯酸盐。氢气通过用于排气的装置与处理流分离。处理流被重新弓I入压舱水流内。 在处理流被重新引入以确定压舱水流的氯浓度之后对压舱水流进行取样。根据测定的浓度 调节一个或多个次氯酸盐电解池中的电流以增大或减少在处理流中产生的次氯酸盐。得到 处理的压舱水流随后可以通过管路被运送到压载舱。最后，在排出之前，残留氯在一个或多 个次氯酸盐电解池下游的压舱水流中利用亚硫酸盐得到中和。 在所述方法的一种实施方式，氢气通过旋液分离器与处理流分离。备选地，用于排 出氢气的装置可以包括将压载舱排入大气。 在所述方法的另一实施方式，中和残留氯的步骤包括通过管路将压舱水流运送到 亚硫酸盐辅助系统。亚硫酸盐辅助系统定位在压载舱的下游。 压舱水中的残留卤素(例如氯和溴)有可能危害海洋生物。在上述脱氯的备选方 案中，压舱水可以在其从船舶上被释放之前得到脱卤以消除残留卤素引发的危险。用于对 压舱水进行脱卤的方法包括利用用于测定卤素含量的装置503测定压舱水的卤素含量。根 据测定的卤素含量向压舱水中添加还原剂以在压舱水从船舶中排出之前对其进行脱卤。一 方面，可以在压载舱下游添加还原剂。适当的还原剂的实例包括亚硫酸钠、偏亚硫酸氢钠、 亚硫酸氢钠、二氧化硫、硫代硫酸钠和它们的组合物。 在一种实施方式中，用于在船舶上对压舱水进行脱卤的方法包括测定压舱水的氧 化/还原电位。根据测定的氧化/还原电位向压舱水中添加一种或多种还原剂以对压舱水 进行脱卤。 一方面，可以调整向压舱水中添加的还原剂的数量以保持氧化/还原电位测量 结果指示出在压舱水中存在过量的还原剂。当存在过量的还原剂时，不会存在有可能产生 危害的卤素，如氯和溴。另一方面，氧化/还原电位保持处于小于大约200mV下。小于200mV的0PR表明存在过量的还原剂。在另一方面，氧化/还原电位保持处于大约OmV。
用于测定氧化/还原电位的适当地点的实例包括在一个或多个压载舱220内、在压载舱220的下游、在一个或多个压舱水排放泵413的上游、在压舱水排放泵413的下游、在添加还原剂之前、在添加还原剂之后、以及它们的组合。在所述方法的另一实施方式中，可以以一定时间间隔记录压舱水的氧化/还原电位。得到记录的氧化/还原电位可以受到监控以确认脱卤已经正确执行。可选择地，可以向管理机构提供得到记录的氧化/还原电位。在另一方面，可以利用便携式数据记录装置从船舶上删除得到记录的氧化/还原电位。
用于处理压舱水的方法可以包括对压舱水进行脱卤。在一种实施方式中，用于处理压舱水的方法包括在船舶上抽取压舱水402。压舱水被供给到船舶上的一个或多个压载舱220。盐水通过管路从盐水源400被运送到一个或多个次氯酸盐电解池130以产生次氯酸盐。盐水源可以是从压舱水移出的支流416或任何其他适当的源头。向一个或多个次氯酸盐电解池130施加电流强度以在盐水内产生次氯酸盐。包含次氯酸盐的盐水被引入到压舱水内以处理压舱水中的微生物。在一种实施方式中，在压载舱的上游添加包含次氯酸盐的盐水以便于次氯酸盐与压舱水在管路内混合。 利用用于测定卤素含量的装置502测定压舱水的卤素含量。根据测定的卤素含量
向压舱水中添加一种或多种还原剂以在压舱水从船舶中排出之前对其进行脱卤。 在用于对压舱水进行处理和脱卤的方法的一方面，用于测定压舱水的卤素含量的
装置502包括氧化/还原电位分析器。可选择地，向压舱水中添加的还原剂的数量得到调
整以保持这样的氧化/还原电位测定结果指示出在压舱水中存在过量的还原剂。 在用于对压舱水进行处理和脱卤的方法的另一实施方式中，所述方法还包括测定
和记录得到混合的压舱水和次氯酸盐的氧化/还原电位以确认存在过量的卤素。在压舱水
中的过量卤素将确保没有任何微生物在压载舱中繁殖。在压舱水从压载舱中排出之前通过
脱卤去除压舱水中的卤素。 一方面，所述方法还可以包括控制所产生的次氯酸盐的量以确
保在压舱水中存在过量的卤素。 在另一实施方式中，所述方法包括测定和记录过程数据。过程数据可以在以后进行回顾以确定压舱水处理或脱卤的效果。可以记录的过程数据的实例包括压舱水流速、施加在次氯酸盐电解池上的电流强度、电解池电压、压舱水和支流混合的氧化/还原电位、以及压舱水在从船舶中排出之前的氧化/还原电位。 在所述方法的另一实施方式中，可以通过测定压舱水的流速并调整施加在次氯酸盐电解池上的电流强度来控制产生的次氯酸盐的量。这种控制方法还被称为流动同步(flow pacing)。为了与在船舶上抽取的压舱水的量及其固有的微生物含量保持同步(pace)，施加在电解池上的电流强度被作为压舱水的流速的函数。 备选地，可以根据压舱水的总有机碳含量控制所产生的次氯酸盐的量。产生的次
氯酸盐可以被产生以要保持次氯酸盐与总有机碳含量的重量比。 测试实施例 实施例1-次氯酸钠中型实验生态系(mesocosm) ， 2004年9月
在2004年9月3日开始次氯酸钠生成/过滤处理系统的第一次测试。实验包括氯/无过滤处理和具有过滤处理的氯。目标氯化水平是4mg/L。初始用于过滤处理的氯化水平是3. 5mg/L和不具有过滤的2. 95mg/L。每次处理存在4个中型实验生态系(舱)和4个控制中型实验生态系。在处理之后的5、24、48、120和240小时时分析中型实验生态系的
总残留氧化剂(Cl2mg/L)、可培养的异养细菌、叶绿素a和浮游动物。 程序 总残留氧化剂 采用Hach分光光度计和Hach比色计测定作为总残留氧化剂(TRO)的Cl2。采用
DPD粉枕进行分析。TRO测定结果来自初始填充之后以及上述列出的所有时间点。在实验
开始之前测试1500加仑未经处理海水舱的细菌水平。还测试在5个时间点取样的水样本
的细菌水平。 可培养的细菌 从已知体积的水中培养细菌群以计算每升水的群体形成单元(CFU)。在包含适用于海洋异养细菌的培养基的培养皿上培养群体。在室温下培育几天后分析孕育培养基的群体形成。 叶绿素a 还抽取水样本进行叶绿素a分析。叶绿素a表示活的浮游植物存在。已知体积的水样本通过玻璃纤维过滤器得到过滤，该过滤器具有足以保留活的浮游植物细胞的孔隙。过滤器被冷冻以备之后在我们的Seattle实验室的分析使用。采用丙酮从过滤器中提取叶绿素a并随后进行荧光分析以确定浓度(P g/L)。
中型浮游动物(Mesozooplankton) 测试的早晨在Mystery Bay采用110 y m网目、1米直径的网采集中型浮游动物。采集到足以获得每升大致150中型浮游动物。三次采用Stempel吸液管采集随机的5ml中型浮游动物"汤"的样本。采用解剖观测仪器计算的密度被用于计算1500加仑的舱需要多少"汤"才能获得每升150中型浮游动物。计算好数量的汤被注入舱内并且可以沉淀至少一小时以使浮游动物适应新环境。混合后从1500加仑的舱中采集三个预备样本。它们被用于检查计算结果并观察泵的效果。中型浮游动物的采样时间是5、24、48、120和240小时。在完全混合中型实验生态系的成分之后，采用1升Nalgene瓶从72加仑中型实验生态系中采集样本。升样本通过73ym筛进行过滤并被放置在计数托盘中。计数后的中型浮游动物被放在8个种范畴中的一个内并随后给出状态活的、死的(对搅拌完全没有任何反应)或濒死的(内部移动并且针剌不逃跑)。
实施例1的结果 在实验周期内总的残留氧化剂(TRO)水平不断下降(图3)。在第一个5小时内无过滤测试舱中的TR0的下降大于有过滤测试舱的情况，随后在其余时间点TR0同等消散。
在两种处理中细菌显著减少并在实验10天里表现出极小的反弹。在无过滤的处理中存在微小的细菌反弹。 叶绿素a代表浮游植物。在处理后的海水中，叶绿素a的水平开始在5小时时间点处于或低于检测极限并且对两种处理来说都持续下降。 在控制舱中，叶绿素a在实验周期内下降，可能是因为所有中型实验生态系都得到覆盖而导致的缺光。 在第一次处理试验之后，结论是在两种处理之间在所有时间点和状态下没有统计差异。控制和处理之间的差异相当大。 一些中型浮游动物仍然能够通过50iim过滤器，除
14了 2个有机物之外全部死亡。 实施例2-次氯酸钠中型实验生态系，2004年10月 在2004年10月12日开始次氯酸钠生成/过滤处理系统的第二次测试。实施两个实验。第一个实验比较两种处理，过滤/氯化( l.Omg Cl2/L)与仅过滤。第二个实验比较1.0mg C1"L剂量的氯化与1.6mg C1乂L剂量的氯化。每个实验包括每种处理4个中型实验生态系和4个控制舱。在处理之后的5、24、48和240小时时分析中型实验生态系的总残留氧化剂(TR0) (Cl^g/L)、可培养的异养细菌、叶绿素a和浮游动物。在第一次实验中列举了可培养的浮游植物。也在5小时时采集样本进行营养素和总有机碳(T0C)分析。中型实验生态系中的温度在12. (TC到14. (TC之间波动。
程序 实施例2的程序与在实施例1中采用的程序类似，除了浮游植物技术。
浮游植物最大可能值技术 在第一次10月实验中，我们测试最大可能值(MPN)技术、稀释基培育方法的应用，以在处理之后列举能生存的浮游植物细胞。在四个时间点(5、24、48和240小时)从每次处理(控制、过滤以及过滤和氯化)中采集浮游植物样本。每个样本在玻璃纤维过滤器上得到过滤，该过滤器(包含浮游植物细胞)被用于通过稀释系列孕育浮游植物培养基(f/2)。
随后向培养箱组传递孕育结果以优化培养(12 : 12光黑暗周期，i3t:)。通过稀释系列
的培养形式允许计算MPN，估计每升中可生存浮游植物细胞的数量。利用这一技术，我们可以通过比较控制和处理的充分估计来确定减少可生存浮游植物时特定处理的效果。
结果 总的残留氧化剂-利用氯化处理的过滤目标被配制成初始TRO水平在O. 5-1. Omg/C1乂L之间。所获得的实际剂量在中型实验生态系的初始填充时平均TRO为1. llmg/Cl2/L(图4)。这一TR0在第一个5小时下降54X达到TR00. 51mg/Cl2/L。 TRO下降随着时间而变慢并到240小时时完全消散。第二次实验仅氯化处理的TRO具有类似的下降曲线。仅氯化处理的目标是配制成初始TRO为1. 0和1. 5mg/Cl2/L。实际剂量平均值是TRO 0. 94mg/Cl2/L和1. 61mg/Cl2/L。最低TRO剂量产生最高百分比的TRO减少。 5小时时在所有3个氯化处理中可培养细菌最初都减少。尽管受到抑制，但氯化处理中的细菌反弹到比240小时控制更高的水平。仅过滤处理在5小时时的细菌减少可以忽略，其水平等于后续的控制处理。 中型浮游动物_氯加过滤对浮游动物具有直接的影响，在5小时时达到95%的死亡率并在24小时时完全死亡。到48小时时，高氯化处理结果与利用氯化处理进行过滤类似。5小时时，具有氯化处理的过滤每升中没有任何活的有机物，此时每升中仅存在1-2个濒死的有机物。两种控制的死亡率类似，除了 48小时的样本。 叶绿素a代表浮游植物生物量。具有氯化处理的过滤与仅氯化处理相比叶绿素a具有最大的初始降低。在5小时时，具有氯化处理的过滤与控制处理相比具有氯化处理的过滤的叶绿素a的水平降低98%。仅过滤处理与控制处理相比具有微小的下降。在控制舱中，叶绿素a在实验周期内下降，有可能是因为所有的中型实验生态系受到覆盖而导致的缺光。 浮游植物培养(MPN)技术表明，与控制相比，通过过滤可生存的浮游植物细胞的数量明显减少。 一些孕育结果表明，在整个系列中存在主动培养，由此使我们可以仅估计MPN大于或等于结果。显然过滤从中型实验生态系中移出了可生存浮游植物的50%。可生成浮游植物的减少在利用混合的过滤和氯化系统处理水时变得更加显著。这种处理与控制相比可生存浮游植物的数量减小99 % 。 尽管已经详细描述了本发明及其优点，但应该认识到，在不脱离由附加权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下可以在此做出多种变化、替换和改造。
权利要求
一种用于处理压舱水的系统，其包括用于对压舱水进行脱卤的脱卤系统，该用于对压舱水进行脱卤的脱卤系统包括用于测定压舱水卤素含量的装置；与压舱水流体相连的还原剂源；以及用于对供给到压舱水内的还原剂的量进行控制的装置，该用于控制还原剂的量的装置与用于测定卤素含量的装置连通。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，用于测定压舱水卤素含量的装置包括用于 确定压舱水氧化/还原电位的一个或多个氧化/还原电位分析器。
3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，还原剂源包括 还原剂槽；与还原剂槽流体连通的泵；并且 该泵与用于控制还原剂的量的装置连通。
4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，还原剂源包括从由亚硫酸钠、偏亚硫酸氢 钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫和硫代硫酸钠组成的组中选择的一种或多种还原剂。
5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于检验压舱水脱卤效果的装置。
6. 如在前任意权利要求所述的用于处理压舱水的系统，其特征在于，还包括与盐水源 和一个或多个压载舱流体连通的一个或多个次氯酸盐电解池，其中脱卤系统与压载舱流体连通。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括将压舱水从压载舱中排出的装置。
8. 如权利要求7所述的系统，其特征在于，用于将压舱水从压载舱中排出的装置包括 与压载舱流体连通的一个或多个排放泵； 与排放泵流体连通的排放管路；并且排放管路限定了排放开口。
9. 如权利要求7所述的系统，其特征在于，脱卤系统与用于将压舱水从压载舱中排出 的装置流体连通。
10. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括用于控制次氯酸盐生成的装置。
11. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括用于测定压舱水流速的流量计，该 流量计与用于控制次氯酸盐生成的装置连通。
12. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括用于测定压舱水总有机碳含量的总 有机碳分析器，该总有机碳分析器与用于控制次氯酸盐生成的装置连通。
13. 如在前任意权利要求所述的用于处理压舱水的系统，其特征在于，还包括 从压舱水中移出的支流；以及与支流和一个或多个压载舱流体连通的一个或多个次氯酸盐电解池。
14. 如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括用于控制施加在次氯酸盐电解池 上的电流强度的装置。
15. —种用于处理压舱水的方法，包括 在船舶上抽取压舱水； 将压舱水供给到一个或多个压载舱；通过管路将来自盐水源的盐水运送到一个或多个次氯酸盐电解池；向一个或多个次氯酸盐电解池施加电流强度以在盐水内产生次氯酸盐； 将包含次氯酸盐的盐水引入压舱水内；利用用于测定卤素含量的装置测定压舱水的卤素含量；以及根据测定的卤素含量向压舱水中添加还原剂以在压舱水从船舶中排出之前对其进行 脱卤。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，盐水源包括从压舱水中移出的支流。
17. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，还原剂从由亚硫酸钠、偏亚硫酸氢钠、亚 硫酸氢钠、二氧化硫和硫代硫酸钠组成的组中选择。
18. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，向压舱水中引入包含次氯酸盐的盐水的 步骤包括在压载舱上游引入包含次氯酸盐的盐水。
19. 如在前任意权利要求所述的用于处理压舱水的方法，其特征在于，还包括 通过管路将支流运送到一个或多个次氯酸盐电解池中； 将支流重新引入压舱水中；测定压舱水的氧化/还原电位；根据测定的氧化/还原电位向压舱水中添加还原剂以对压舱水进行脱卤；以及 将压舱水从船舶中排出。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，调节向压舱水中添加的还原剂的量以保 持氧化/还原电位测量结果指示出在压舱水中存在过量的还原剂。
21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，氧化/还原电位保持处于小于大约 200mV。
22. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括测定和记录混合的压舱水和支流 的氧化/还原电位以确认存在过量的卤素。
23. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括测定和记录过程数据，所述过程数 据包括从由以下参数组成的组中选择的一个或多个参数，这些参数包括压舱水流速、施加 在次氯酸盐电解池上的电流强度、次氯酸盐电解池上的电压、混合的压舱水和支流的氧化/ 还原电位以及压舱水在从船舶中排出之前的氧化/还原电位。
24. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括通过测定压舱水的流速并调节施 加在次氯酸盐电解池上的电流强度来控制所产生的次氯酸盐的量。
25. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括 确定压舱水的总有机碳含量；以及根据压舱水的总有机碳含量控制所产生的次氯酸盐的量。
26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，包括控制所产生的次氯酸盐的量以确保 在压舱水中存在过量的卤素。
27. 如在前权利要求所述的处理压舱水的方法，其特征在于，还包括用于在船舶上对压 舱水进行脱卤的过程。
28. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，氧化/还原电位保持处于大约OmV。
29. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括在由以下地点组成的组中选择的 一个或多个地点测定压舱水的氧化/还原电位，这些地点包括在一个或多个压载舱内、压载舱下游、一个或多个排放泵的上游、压舱水排放泵的下游、在添加还原剂之前、以及添加还原剂之后。
30. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括以一定时间间隔记录压舱水的氧化/还原电位。
31. 如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括向管理机构提供记录的氧化/还原电位。
32. 如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括利用便携式记录装置删除记录的氧化/还原电位。
全文摘要
用于在压舱水从船舶中释放之前对压舱水进行脱卤的系统和方法。在一种实施方式中，所述系统包括用于测定压舱水卤素含量的装置(150)、与压舱水流体连通的还原剂源(210)、以及用于控制向压舱水中提供的还原剂的量的装置(230)。一方面，用于测定卤素含量的装置包括一个或多个氧化/还原电位分析器。在另一实施方式中，所述系统包括用于产生次氯酸盐以处理压舱水的一个或多个次氯酸盐电解池(130)。用于对压舱水进行脱卤的方法的一种实施方式包括测定压舱水的氧化/还原电位并根据测定的氧化/还原电位向压舱水中添加一种或多种还原剂以对压舱水进行脱卤。一方面，调节氧化/还原电位，使得在压舱水中存在过量的还原剂。
文档编号C02F1/70GK101765566SQ200880025359
公开日2010年6月30日 申请日期2008年5月29日 优先权日2007年6月1日
发明者J·B·穆尔, R·费尔南德斯, 哈罗德·E·奇尔德斯, 鲁道夫·C·马陶谢克 申请人:赛温德罗有限公司