专利名称：一种高效灭活和节能的船舶压载水处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环保技术领域，尤其是一种高效灭活和节能的船舶压载水处理系 统。
背景技术：
当今海洋环境所面临的四大威胁之一就是来自有害生物入侵性传播，而船舶压载 水是造成有害生物入侵最主要的传播途径。对船舶压载水进行处理是解决因压载水引起的 有害生物入侵的最好的途径。IMO指出治理船舶压载水有害生物入侵是一个全球关注的焦点问题，不提倡不同 地域采用不同治理体系治理压载水，其基本要求是在船上处理；成本可取，设备小巧，便 于操作；不对海洋近岸水域环境形成新的污染；处理设备及操作安全、可靠。由于船舶装载压载水水量巨大，而要求处理压载水时间要短，再加上海洋环境和 海洋经济可持续发展的制约，一般杀灭微生物的方法(或药剂)都不能满足治理船舶压载 水外来生物入侵的要求。虽然一些方法在实验室中是成功的、有效的，一旦用在治理船舶压 载水上都难以满足海洋环境及其可持续发展的要求。目前压载水的处理方法主要有机械法、物理法和化学法等。下面，分别简略介绍一 下上述三种方法。1、机械法机械法主要有过滤、旋流分离、海上更换、沉淀与浮选等方法。过滤技术中，发达国家大多采用膜处理技术和相应的装置，过滤微生物、浮游生物 和细菌，如日本专利 JP2005342626，JP20060099157, JP2006223997, JP2005342626,国际专 利W02007114198，均采用膜技术将抽入作为压舱水的海水或淡水中的细菌和微生物过滤， 这类技术和装置需要较高的压力，耗能大，并且膜很容易被污染和堵塞；对于快速流动的大 流量水体，运行成本较高，处理能力不可能满足相应的要求。旋流分离技术可以去除压载水中尺寸较大的生物，但当微生物与海水的比重接近 的时候，该方法就受到了限制。海上更换法多需要对现有船只的管路和舱室进行重新的设 计，现有船只在使用和操作方面就受到了限制。沉淀和浮选法在压载水的理论方面曾做过 研究，但目前还不适于船上使用。2、物理法物理法主要有加热处理、射线技术、微波技术和压力变换技术等。加热处理法是利用主机多余热量杀死压载水中的微生物，在健康和安全方面热处 理是可行的，但排放的热压载水可能对公共水域造成环境方面的问题。射线技术包括紫外线技术和Y射线技术等。通过射线的辐射作用导致微生物组 成部分发生化学反应，达到杀死细菌的作用。由于水体本身对紫外线的强烈吸收作用，使 得紫外线灭菌作用的范围和灭菌能力受到制约，一般紫外线灭菌技术多应用于处理负荷较 低的小体积水体和循环流动的水体。如中国专利申请号200510019793. 2所公开的紫外线水处理灭菌系统。美国专禾Ij US2004134861和US2005211639、国际专利W02004002895和 W02005110607分别推出采用多组紫外灯产生的紫外线连续处理压舱水装置；另外，紫外线 辐照与超声结合，可以加强杀菌效果，如中国专利申请号200610023241. 3所公开的声光杀 菌饮用水处理装置，和200510104266. 1所公开的应用于养殖海水处理的海水强力紫外线 消毒过滤器；美国专利US5738780将紫外线杀菌与直流电催化结合在一起，应用于压舱水 处理。但这些技术仍然受到紫外线灭菌作用的范围和灭菌能力的制约，对于高负荷、大流量 水体和大面积水体的杀菌效果，还是不能令人满意。射线技术虽然不会在安全、健康和环境 等方面引起争议，但有可能使受处理的微生物产生基因突变。微波技术包括使用超声波的各种微波技术。超声波不但有强烈的振动，而且还 具有空化作用并产生大量的微射流，可以使液体对容器壁产生强烈的冲击作用，这样的 功能被应用于超声清洗，也被应用于增强反应效果，如中国专利申请号200510117457. 1 所公布的一种基于超声作用的电解废水处理方法和装置，和中国申请号99120675. 4所 公布的一种超声波水处理的方法及其装置，应用于增强絮凝效果；如中国专利申请号 200610085548. 6所公布的偶氮染料废水处理方法，和德国专利DE19919824所公开的氧化 有机锡技术，采用超声波促进化学反应的进行。超声空化作用产生的微区高压，可以用于细 胞的破碎，但这样的效果多是将超声能量汇聚在较小的区域内才能实现，因此，目前的超声 技术和相应的水处理装置，对于小体积水体，并可以采用循环流动的水体，实施可操作性比 较大，如中国专利申请号200610023241. 3所公布的声光杀菌饮用水处理装置。日本专利JP2006007184将超声换能器(28 200KHz)加于管道外壁，通过超声 波将通过管道的压舱水进行杀菌灭藻处理JP2005021814则提供相应的压舱水管式超声 灭菌除藻装置，装置中将超声换能器安装于箱体两侧，水路从箱体中通过，超声波将经过的 水体中微生物杀灭；这两份专利均没有考虑到超声波对于安装于对面管壁或箱体的超声 换能器压电陶瓷的损伤，而且垂直于超声换能器的反射回波对压电陶瓷的损伤同样不能忽 略，否则直接影响超声换能器的寿命，从而降低装置的运行稳定性和可靠性。专利申请号 98236857. 7所公布的超声波水处理机，和国际专利W003095370所推出的一种环形、连续的 超声处理压舱水装置，其超声换能器面临同样的问题。但快速流动的大流量水体，现有的超 声处理装置，除了上述问题之外，如果单独采用超声技术处理，尚存在能耗高，运行成本高， 杀灭效果难以保证等不利因素，不具备可操作性。还有一种灭菌的方法就是通过快速压力变化的方法。高压杀菌和灭藻，是 采用将水体加压到一定程度，使细菌和藻类的细胞破裂，如日本专利JP2007021287、 JP2005270754、JP2005254138，通过压力的变化，也可以达到和超声波相媲美的效果，但压 力变化转换器产生的噪声可能会影响船员健康，同时会损坏水舱的表面与结构。3、化学法目前用于处理压载水的化学法有药剂法、电解海水法、催化氧化法等。中国专利申请号02100332. 7公开一种应用于工业水领域以及公共场所、污水回 用领域的氧化型含溴复合杀生剂_溴氯威；中国专利申请号200510025284. 0推出一种由 戊二醛，季胺盐构成的醛类复合高效杀生剂；中国专利申请号200510025395. 1公开了一种 含有异噻唑啉酮、氯化十二烷基二甲基苄基铵、用于污水处理的杀生剂；WIPO公开的国际 专利W003002406采用铜阳极电解产生铜离子杀菌。这类杀生剂的生物毒性较大，残留时间长，在国内尚可以应用于循环式污水或冷却水系统中的杀菌处理，不适合于湖泊等大面积 富营养化水体和需要排放的压舱水处理。美国专禾Ij US2005016933采用添加C102作为杀生剂，国际专利W02005061388、 美国专禾Ij US2004099608 和 US200302981U 日本专利 JP200714439U JP2006239556、 JP2006263563，分别公开了采用过滤和添加臭氧作为杀生剂的水处理技术和相应的装置， 这类装置和技术，没有二次污染，在小流量水体或饮用水杀菌处理中有一定优势，但对于压 舱水等大流量水体或大流域水体的灭菌除藻处理，运行成本很高。通常，加入杀生药剂，对小水体效果很好，但难以维持较长时间，在夏季1-2周后， 一般又需加药。对于治理大面积，富营养化水体存在运行成本高、杀生剂对水体存在二次污 染等问题；如果应用于压舱水处理，其残留物尚需通过生物毒性和毒理评价。电解海水法是通过电解海水，通过在阳极上产生的氯气，进而生成具有高效消毒 的次氯酸来杀灭微生物及细菌，同时在阴极产生的过氧化氢也具有很强的杀菌能力。国际专利W02006058261公开了一种采用电解产生次氯酸盐的压舱水处理方法 和相应的系统、日本专利JP2001000974公开的电解处理压舱水装置、和与此类似的还 有中国专利申请号200510046991. 8公开的船舶压载水电解处理系统、中国专利申请号 200480027174. 1公开的处理水贮存器的电解装置，将处理水体中的氯离子、水分子电解为 具有高氧化活性的物质(主要为C10_，0H_，H2O2),对水体中的细菌和藻类的细胞、RNA、DNA 进行氧化作用，使其失活和死亡，从而达到灭菌灭藻效果，并使处理过的水体保持持续消毒 作用。虽然电解海水的方法具有较好的杀菌效果，但采用电解法杀灭细菌后，可能会产生致 癌物质氯仿，会引起对环境的二次污染，因此这种方法一直存在着很大的争议。催化氧化法是目前处理压载水方面中的一种先进的方法。目前世界上通过 IMO最终认可的一种船舶压载水处理系统所采用的技术就是瑞典阿法拉伐集团开发的 PureBallast压载水处理系统，而该系统所采用的处理方法就是采用光催化氧化的方法。在 PureBallast压载水处理系统中的核心单元就是光触媒Wallenius AOT单元，在该单元中， 二氧化钛作为催化剂，在紫外线的照射下，产生具有极强氧化性的羟基自由基，这种羟基自 由基是目前除氟外最强的氧化剂，其氧化能力是双氧水和臭氧的106 109倍，在羟基自由 基的作用下，可以将微生物通过链式反应最终氧化降解为二氧化碳和水。但实际应用中的 效率还要取决于二氧化钛自身的晶体结构、表面缺陷和一些如光强、温度、PH值等外界因素 的影响。然而，遗憾的是，现有技术中，基本上都存在设备成本投入大、耗能高、污染物脱除 效率低、不能同时脱除碳氮硫污染物等缺点。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种高效灭活和节能的船舶压载水 处理系统，它可以有效地灭活船舶压载水中的微生物和细菌。经过系统处理的压载水能够 满足国际海事组织(IMO) 2004年制定的《船舶压载水和沉积物控制和管理国际公约》。本实用新型的系统是采用以下技术方案来实现的一种高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于它包含有压载泵1、 去除大颗粒的生物和固体用的过滤器2、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元3、控制单元4、包含总氧化物质检测仪的检测单元5、流量检测单元6、盐度或电导率检测单元7、压 载水箱8 ；压载泵(1)从海中抽取海水，经盐度或电导率检测单元(7)、去除大颗粒的生物和 固体用的过滤器(2)、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元(3)、包含总氧化物质检测 仪的检测单元(5)、流量检测单元(6)、压载水箱⑶后最终排出到海中；控制单元⑷用于 集中接出/发出处理的信号给盐度或电导率检测单元(7)、杀灭水中的微生物和细菌的灭 菌处理单元(3)、包含总氧化物质检测仪的检测单元(5)和流量检测单元(6)。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述过滤器2为 在线全自动反冲洗的工作方式。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述过滤器2的 滤芯为蝶片式、柱型、锥形、锥柱型编织网或楔形滤网。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述过滤器2的 精度为10-200微米。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3能在线产生高效生物和细菌灭活剂；所述灭活剂中至少包含羟基自由基、次氯酸、次 氯酸钠、双氧水中的一种。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3在线产生的灭活剂浓度在0. 2-10mg/l。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3内装有采用稀有金属涂覆的形稳性阳极电极或半导体催化材料。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3的电源工作电流为50-3000A，电压为3-40V。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3的电源为直流、正弦交流或者方波交变电源。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的系统由一 级或多级处理装置组成。本发明高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其工作原理为压载泵1把压载 水通过管路输送到过滤器2，压载水在过滤器2中去除大颗粒的污物和生物体，然后压载水 流入到灭菌处理单元3，压载水在灭菌处理单元3里面被杀灭生物体和细菌，满足要求的无 害水流入到压载舱内。本发明不添加任何化学物质；能耗低，效率高；安装方便，操作简单；反应产物无 污染，生物灭活和灭菌效果达到国际海事组织的要求。
图1为本发明系统实施实例的原理框图。
具体实施方式
实施实例一为本发明的系统。实施实例一请参见图1，一种高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于它包含 有压载泵1、去除大颗粒的生物和固体用的过滤器2、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处 理单元3、控制单元4、包含总氧化物质检测仪的检测单元5、流量检测单元6、盐度或电导率检测单元7、压载水箱8 ；压载泵(1)从海中抽取海水，经盐度或电导率检测单元(7)、去除 大颗粒的生物和固体用的过滤器(2)、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元(3)、包含 总氧化物质检测仪的检测单元(5)、流量检测单元(6)、压载水箱(8)后最终排出到海中；控 制单元(4)用于集中接出/发出处理的信号给盐度或电导率检测单元(7)、杀灭水中的微 生物和细菌的灭菌处理单元(3)、包含总氧化物质检测仪的检测单元(5)和流量检测单元 (6)。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述过滤器2为 在线全自动反冲洗的工作方式。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述过滤器2的 滤芯为蝶片式、柱型、锥形、锥柱型编织网或楔形滤网。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述过滤器2的 精度为10-200微米。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3能在线产生高效生物和细菌灭活剂；所述灭活剂中至少包含羟基自由基、次氯酸、次 氯酸钠、双氧水中的一种。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3在线产生的灭活剂浓度在0. 2-10mg/l。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3内装有采用稀有金属涂覆的形稳性阳极电极或半导体催化材料。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3的电源工作电流为50-3000A，电压为3-40V。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的灭菌处理 单元3的电源为直流、正弦交流或者方波交变电源。上述所述高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述的系统由一 级或多级处理装置组成。本发明的水处理系统系统中，为了防止大型生物或杂质进入系统，在压载舱形成 沉积物，同时，提高灭菌处理单元的效率，灭菌处理单元前安装精度为10-200微米的全自 动反冲洗过滤器，可去除大体积的生物以及其他杂质。该过滤器在压力损失超过设定值后 自动开始反冲洗，过滤和反冲洗同时进行，无需人员现场操作。该过滤器在压载时进行工 作，卸载时不工作。该系统中还使用了灭菌处理单元，灭菌处理单元为系统的核心部件，采用了高性 能的半导体催化材料，产生的羟基等活性物质量大，电流效率很高，具有超长的使用寿命。 这部分可以去除全部压载水中的生物。该系统中的控制单元负责整个系统的控制，包括各类监测传感信号的采集处理、 报警信号的处理、系统启动和关闭顺序的自动控制，控制单元包含系统运行所必需的控制 程序。显示管理系统工作状态，包括各组成部分的工作状态，传感器实时检测到的数据和状 态；当设备发生故障可发出声光报警，自动切断电源停止系统工作；存储和记录设备运行 情况，并能够按照正式的检查要求显示或打印。操作人员可以通过控制单元进行系统的控 制和调节。控制单元具有远程通信接口，可以通过该接口与远程模块实现远程控制和远程
7显示及远程报警功能。同时，控制单元还具有报警输出接口，可以实现与机控室其他信号的 融合，从而保证报警信息能够在机舱任何角落都可以被轻易的察觉到。控制单元采集整个 系统的各类监测传感信号，包括各个阀门的开闭状态，盐度计、流量计、电源的电流值、电压 值、总氧化物质检测仪(TRO)值等系统传感信号，以及船舶的航行数据。控制单元的电脑系 统通过内置程序，根据采集到的各个参数，计算出电流值、电压值来调整系统的运行情况， 直至达到最佳运行状态，系统则一直维持在最佳状态下进行运行。控制单元具有记录和存 储系统，它可以记录和存储系统运行数据不少于24个月。该系统中还使用了传感器，传感器可以监测测量电导率或盐度、流量、总氧化物质 检测仪(TRO)等参数，能够及时准确反应系统的运行状态，以便控制系统进行调节，达到理 想的处理效果。电导率或盐度和流量是控制单元程序中重要参数，控制单元可通过调用内 部存储程序，使灭菌处理单元进入相应的初始运行模式。该系统中使用了配电箱，配电箱是电力分配装置，过滤器、灭菌处理单元、控制单 元及各个传感器所需电源都需要从此分配。本发明的水处理系统系统运行、维护简单，实现了自动控制，具有友好的人机界 面，易操作。其中处理系统采用了单元模块化结构，单元处理流量50m7h-4000m7h，在小吨 位船舶上安装方式灵活、简便，在大吨位船舶上可使用单组或多组单元并联的方式，安装方 式灵活、占用空间小，也适合在空间狭窄的旧船上安装。整套系统是完全封闭的，不存在对周围工作人员产生化学危害和噪声等影响的可 能性。该系统为在线产生活性物质进行生物灭活和灭菌的，不需要添加和储备任何化学品， 既经济又不会对船上的人员造成威胁。因此该系统是安全、可靠和经济、实用的。该系统产 生的活性物质浓度低，衰减的速度快，排放后对周围环境没有任何影响，而且系统运行能耗 低，符合“节能环保”的要求。采用本发明的系统，对船舶压载水处理进行了试验，见下面的表一及表二 表一
权利要求一种新型高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于它包含有压载泵(1)、去除大颗粒的生物和固体用的过滤器(2)、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元(3)、控制单元(4)、包含总氧化物质检测仪的检测单元(5)、流量检测单元(6)、盐度或电导率检测单元(7)、压载水箱(8)；压载泵(1)从海中抽取海水，经盐度或电导率检测单元(7)、去除大颗粒的生物和固体用的过滤器(2)、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元(3)、包含总氧化物质检测仪的检测单元(5)、流量检测单元(6)、压载水箱(8)后最终排出到海中；控制单元(4)用于集中接出/发出处理的信号给盐度或电导率检测单元(7)、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元(3)、包含总氧化物质检测仪的检测单元(5)和流量检测单元(6)。
2.根据权利要求1所述的高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述 过滤器(2)的滤芯为蝶片式、柱型、锥形、锥柱型编织网或楔形滤网。
3.根据权利要求2所述的高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述 过滤器(2)的精度为10-200微米。
4.根据权利要求1所述的高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述 的灭菌处理单元(3)内装有采用稀有金属涂覆的形稳性阳极电极或半导体催化材料。
5.根据权利要求1所述的高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述 的灭菌处理单元(3)的电源工作电流为50-3000A，电压为3-30V。
6.根据权利要求1所述的高效灭活和节能的船舶压载水处理系统，其特征在于所述 的灭菌处理单元(3)的电源为直流、正弦交流或者方波交变电源。
专利摘要本实用新型涉及环保技术领域，其特征在于它包含有压载泵(1)、去除大颗粒的生物和固体用的过滤器(2)、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元(3)、控制单元(4)、包含总氧化物质检测仪的检测单元(5)、流量检测单元(6)、盐度或电导率检测单元(7)、压载水箱(8)；压载泵(1)从海中抽取海水，经盐度或电导率检测单元、去除大颗粒的生物和固体用的过滤器、杀灭水中的微生物和细菌的灭菌处理单元、包含总氧化物质检测仪的检测单元、流量检测单元、压载水箱后最终排出到海中；控制单元用于集中接出/发出处理的信号给上述各个部件。本实用新型有以下优点能耗低，效率高，安装方便，操作简单，处理后无污染。
文档编号C02F9/04GK201746407SQ20102015022
公开日2011年2月16日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者刘炳言, 曹学磊, 杜清华, 郭忠升 申请人:青岛海德威科技有限公司