專利名稱：在排放過程中對(duì)于船舶壓載水沉積物處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水處理的方法置。具體地說是一種利用高壓脈沖放電法對(duì)于 船舶中壓載水沉積物的處理方法。
背景技術(shù)：
船舶壓載水和沉淀物作為在地理上相隔的水體間進(jìn)行有害水生物和病原體傳播 的主要媒介，正越來越受到人們的重視?！按皦狠d水”系指為控制船舶縱傾、橫傾、吃水、穩(wěn) 性或應(yīng)力而加裝到船上的水及其懸浮物?！皦狠d水沉積物”系指從船舶壓載水中沉淀的物 質(zhì)，是隨著壓載水的排入排出長期沉積形成的。主要指壓載水中常含有生物碎片、顆粒狀有 機(jī)物、生物孢囊、不溶性硅酸鹽如粘土等懸浮物等。隨著世界各國航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，每年約 有120億噸壓載水通過約9萬艘遠(yuǎn)洋船舶在世界范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，每天存在于船舶壓載水中隨 船周游世界的生物多達(dá)7000種。有資料顯示，在一個(gè)壓載水艙中存活的甲藻孢囊約有3億 個(gè)，艙底的沉積物中有22500個(gè)/cm3浮游植物孢子。壓載艙內(nèi)無光、缺氧、有的還含有有害 物質(zhì)，對(duì)生物的生存是極為不利的。研究表明，許多細(xì)菌、植物、動(dòng)物能以多種形式或在船舶 壓載水和沉淀物中生存，甚至在幾個(gè)月的航行后依然存活。通常情況下，船舶壓入和排除壓 載水大多在港口水域或近海水域進(jìn)行。由此壓載水的入侵性與陸地污染物排入海洋、對(duì)海 洋資源的過度利用以及海洋生物棲息地的自然變化和破壞被公認(rèn)為全球海洋4大威脅。船 舶壓載水和沉積物的無節(jié)制排放已經(jīng)導(dǎo)致有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移，對(duì)環(huán)境、人類健康、 財(cái)產(chǎn)和資源造成損害或傷害。2004年2月，國際海事組織(IMO)通過了《船舶壓載水及沉積物管理與控制國際 公約》及若干導(dǎo)則、指南，旨在通過對(duì)船舶壓載水和沉積物的控制與管理來防止、減少和最 終消除有害水生物和病原體的轉(zhuǎn)移對(duì)環(huán)境、公眾健康、財(cái)產(chǎn)和資源帶來的風(fēng)險(xiǎn)。《公約》第 B-4條船舶沉積物管理中規(guī)定所有船舶應(yīng)根據(jù)船舶壓載水管理計(jì)劃的規(guī)定對(duì)設(shè)計(jì)用來裝載 壓載水處所的沉積物進(jìn)行清除和處理，船舶在設(shè)計(jì)和建造時(shí)應(yīng)最大限度地降低沉積物的攝 入和不必要積聚，以便于其清除，并提供安全通道進(jìn)行沉積物的清除和采樣。目前，對(duì)于船舶壓載水沉積物處理的研究較少，都以處理壓載水為主?，F(xiàn)在船舶壓 載艙中的沉積物一般都直接排入海中，或在到港時(shí)排出，不做處理或通過填埋來處理，這樣 就使得沉積物中存在的有害病原菌得以存活，對(duì)環(huán)境容易造成潛在危害。大連海事大學(xué)劉 踽教授等研究了微波處理壓載水沉積物的方法。微波是一種指頻率從300MHz到3000Ghz 的電磁波。微波加熱技術(shù)是利用高頻電磁波瞬間穿透被加熱物料把能量傳播到被加熱物體 內(nèi)部，使加熱物內(nèi)部分子間產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和碰撞。大連海事大學(xué)的王琢、劉洪波、王海霞采 用微波——超聲波處理技術(shù)、超聲波——硫酸自由基高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)壓載水沉積物中的藻 類及孢囊的處理效果直觀表現(xiàn)在破壞藻細(xì)胞和孢囊細(xì)胞的形態(tài)完整性[1-3]。楊洋采用微 波——硫酸自由基高級(jí)氧化技術(shù)的組合方式對(duì)船舶壓載水沉積物進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)微波—— 硫酸自由基高級(jí)氧化技術(shù)可對(duì)藻類及孢囊的形態(tài)結(jié)構(gòu)造成破壞，使孢囊的萌發(fā)率降低，從 而殺滅沉積物中的藻類和孢囊[4]。但是這種技術(shù)的能耗較大，成本較高而且不易操作。
高壓脈沖放電水處理技術(shù)是一種新興的高級(jí)氧化技術(shù)，其作用原理主要是在兩電 極之間施加脈沖高壓，形成強(qiáng)電場(chǎng)，電極之間會(huì)產(chǎn)生高能電子。這些高能電子高速同放電介 質(zhì)發(fā)生非彈性碰撞，通過激發(fā)、離解和電離等反應(yīng)，形成非平衡低溫等離子體(·0Η，·Η，·0， 0， !102，!1202，03等)。另外，該過程還產(chǎn)生高溫?zé)峤?、紫外光解以及液電空化效?yīng)和超臨 界水氧化等一系列反應(yīng)。該技術(shù)在大氣污染治理中有很多成功應(yīng)用的例子，目前這種方法 在水污染治理中的研究也取得了較大的進(jìn)步。主要用于去除水中的有機(jī)污染物，如苯酚，氯 酚，各種染料，苯己酮，硝基苯等。另外該技術(shù)還可用于受污染水的殺菌和消毒。壓載水沉 積物中沉積了壓載水中的外來水生生物、休眠孢子、病原體、細(xì)菌以及一些顆粒狀有機(jī)物和 懸浮物等。采用高壓脈沖放電技術(shù)對(duì)于船舶壓載水沉積物進(jìn)行處理可以同時(shí)去除其中的有 害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細(xì)菌和有機(jī)物等，并且效率較高，能耗較低。對(duì)比文獻(xiàn)[1]王海霞.壓載水沉積物中的生物多樣性及處理技術(shù)研究.大連海事大學(xué)碩士 學(xué)位論文.2009. 6 ；[2]劉洪波.微波技術(shù)處理船舶壓載水沉積物的研究.大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論 文·2009.6 ；[3]王琢.船舶壓載水沉積物的生物組成及其微波處理技術(shù)的研究(碩士論 文).大連大連海事大學(xué)，2008;[4]楊洋.船舶壓載水沉積物的微波一硫酸自由基處理技術(shù)研究(碩士論 文).大連大連海事大學(xué)，2008。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效處理壓載水沉積物中的有害外來水生生物、 休眠孢子、病原體、細(xì)菌和有機(jī)物等，并且效率較高、能耗較低的在排放過程中對(duì)于船舶壓 載水沉積物處理的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在船舶壓載倉的壓載水沉積物排放管道出口處設(shè)置放電反應(yīng)裝置；所述放電反 應(yīng)裝置包括與壓載水沉積物排放管道的直徑大小相匹配的殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置高壓電極和 地電極，高壓電極和地電極與高壓脈沖電源相連，高壓電極和地電極之間布置間距為1 50cm ；高壓脈沖電源向高壓電極和地電極之間施加10 100千伏特的脈沖高壓，產(chǎn)生脈沖 放電，壓載水沉積物在處理裝置內(nèi)的停留時(shí)間為0. 1 2h。所述高壓電極和地電極均為棒狀，通過固定裝置固定在放電反應(yīng)裝置上，棒電極 直徑為0. 1 5cm。所述高壓電極為棒狀，地電極為圓盤狀。所述高壓電極由5-7根棒組成，地電極為圓盤狀，各棒電極安裝在與地電極同樣 大小的圓盤上，在圓盤中心安裝一根，其余幾根棒電極對(duì)稱安裝在圓中心的棒電極周圍。本發(fā)明利用高壓脈沖放電過程中的一系列物理化學(xué)效應(yīng)，對(duì)于船舶壓載水沉積物 進(jìn)行處理。該發(fā)明能夠使壓載水沉積物中的有害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細(xì)菌和 有機(jī)物等得到處理，并且效率較高，能耗較低?？朔爽F(xiàn)在船舶壓載艙中的沉積物一般都直 接排入海中，或在到港時(shí)排出，不做處理或通過填埋來處理，這樣就使得沉積物中存在的有害病原菌等得以存活，對(duì)環(huán)境容易造成潛在危害的缺點(diǎn)。另外還克服了采用微波技術(shù)的成 本較高，效率較低和能耗較大的缺點(diǎn)。本發(fā)明通過在電極之間施加脈沖高電壓產(chǎn)生脈沖放電，產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)反 應(yīng)，使得壓載倉底部的壓載水沉積物中的有害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細(xì)菌和有 機(jī)物等得到有效得去除。在放電反應(yīng)裝置中，通過向高壓電極和地電極之間施加10 100 千伏特的脈沖高壓，在反應(yīng)裝置內(nèi)產(chǎn)生高壓脈沖放電。高壓電極和地電極均為棒狀，或高壓 電極為棒狀，地電極為圓盤狀或高壓電極由多根棒組成，地電極為圓盤狀。這樣的電極形式 使得放電比較容易產(chǎn)生。放電電極之間隨著放電能量的增加，電極之間的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增 加。當(dāng)電弧放電產(chǎn)生時(shí)，電極之間會(huì)產(chǎn)生高溫、高壓的等離子體通道，并伴隨著強(qiáng)烈的紫外 光及巨大的沖擊波，使得在等離子體通道領(lǐng)域及其外部區(qū)域的溶液中發(fā)生紫外光光解，液 電空化和超臨界水氧化等物理化學(xué)效應(yīng)。這樣就使得在等離子體通道領(lǐng)域及其外部區(qū)域的 溶液中的有害水生生物和細(xì)菌等可以被滅活。反應(yīng)快速，操作簡(jiǎn)便，具有較高的能量利用效 率。發(fā)明效果是本發(fā)明中當(dāng)電極之間施加脈沖高壓時(shí)，在電極之間產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)中會(huì)形成高能電 子，在高能電子的作用下，會(huì)形成多種具有較高活性的等離子體。等離子體通道內(nèi)的高溫、 高壓，充滿了大量的離子、自由基等粒子，并伴隨著強(qiáng)烈的紫外光及巨大的沖擊波。等離子 體中的活性物種可以在線生成，生成之后便可與壓載水沉積物中的水生生物和細(xì)菌等快速 反應(yīng)，減少損耗。高壓脈沖放電過程產(chǎn)生的等離子體是電子、離子、激發(fā)態(tài)原子和分子、活性 自由基及輻射源，是獨(dú)特的殺菌劑。電極之間的強(qiáng)電場(chǎng)使可以使細(xì)胞膜的半滲透性壁壘功 能產(chǎn)生了不可逆的破壞并導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。本發(fā)明采用的電極形式之一為棒-棒電極，電 極之間會(huì)形成放電電弧，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，通過機(jī)械力毀壞細(xì)胞。另外兩種放電電極分別 為棒——圓盤和多棒——圓盤形式，隨著放電電壓的增加，電極之間也可以產(chǎn)生電弧。等離 子體通道輻射的紫外光會(huì)被等離子體通道周圍的液體所吸收，促使沉積物中的溶解氧產(chǎn)生 激發(fā)態(tài)氧原子與有機(jī)自由基作用等。紫外光和沖擊波的強(qiáng)度取決于放電的能量。電容放電 達(dá)到kj/pulse數(shù)量級(jí)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波和大量紫外光，而在J/pulse數(shù)量級(jí)時(shí)更有效地產(chǎn) 生化學(xué)活性物種。正是由于這些等離子體和一系列物理化學(xué)作用會(huì)使壓載水沉積物中的有 害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細(xì)菌和有機(jī)物等得到有效得去除。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2和圖3分別為兩種電極的布置形式；圖4a和圖4b為多棒電極的布置形式。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1，殼體2安裝到壓載水沉積物排放管道1上，放電反應(yīng) 裝置的殼體的大小要與管道配套。通過高壓脈沖電源3向高壓電極4和地電極5之間施加 10 100千伏特的脈沖高壓，在反應(yīng)裝置內(nèi)產(chǎn)生高壓脈沖放電。高壓電極4和地電極5均為棒狀，通過固定裝置6固定在反應(yīng)裝置的殼體內(nèi)，電極在反應(yīng)裝置之外要用絕緣材料包 裹。高壓電極和地電極之間布置間距為1 50cm，棒電極直徑為0. 1 5cm。壓載水沉積 物在放電裝置內(nèi)的停留時(shí)間為0. 1 2h。本發(fā)明的裝置可直接安裝在壓載水沉積物排放管 道出口處，這樣可以減少對(duì)現(xiàn)有船舶壓載倉的改造工序和費(fèi)用，安裝和拆卸均很便利。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖2，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處是高壓電極4 為棒狀，地電極5為圓盤狀，地電極直徑要與管道匹配、直徑為5 100cm、可以適當(dāng)調(diào)整。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3和圖4，本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同之處是高壓 電極4由多根棒組成，5根或7根。棒電極安裝在與地電極同樣大小的圓盤上，在圓盤中心 安裝一根，其余幾根棒電極對(duì)稱安裝在圓中心的棒電極周圍，棒間距為1 30cm，可以適當(dāng) 調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種在排放過程中對(duì)于船舶壓載水沉積物處理的方法，其特征是在船舶壓載倉的 壓載水沉積物排放管道出口處設(shè)置放電反應(yīng)裝置；所述放電反應(yīng)裝置包括與壓載水沉積物 排放管道的直徑大小相匹配的殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置高壓電極和地電極，高壓電極和地電極 與高壓脈沖電源相連，高壓電極和地電極之間布置間距為1 50cm;高壓脈沖電源向高壓 電極和地電極之間施加10 100千伏特的脈沖高壓，產(chǎn)生脈沖放電，壓載水沉積物在處理 裝置內(nèi)的停留時(shí)間為0.1 2h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在排放過程中對(duì)于船舶壓載水沉積物處理的方法，其特征 是所述高壓電極和地電極均為棒狀，通過固定裝置固定在放電反應(yīng)裝置上，棒電極直徑為 0. 1 5cm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在排放過程中對(duì)于船舶壓載水沉積物處理的方法，其特征 是所述高壓電極為棒狀，地電極為圓盤狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在排放過程中對(duì)于船舶壓載水沉積物處理的方法，其特征 是所述高壓電極由5-7根棒組成，地電極為圓盤狀，各棒電極安裝在與地電極同樣大小的 圓盤上，在圓盤中心安裝一根，其余幾根棒電極對(duì)稱安裝在圓中心的棒電極周圍。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種在排放過程中對(duì)于船舶壓載水沉積物處理的方法。在船舶壓載倉的壓載水沉積物排放管道出口處設(shè)置放電反應(yīng)裝置；所述放電反應(yīng)裝置包括與壓載水沉積物排放管道的直徑大小相匹配的殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置高壓電極和地電極，高壓電極和地電極與高壓脈沖電源相連，高壓電極和地電極之間布置間距為1～50cm；高壓脈沖電源向高壓電極和地電極之間施加10～100千伏特的脈沖高壓，產(chǎn)生脈沖放電，壓載水沉積物在處理裝置內(nèi)的停留時(shí)間為0.1～2h。本發(fā)明能夠使壓載水沉積物中的有害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細(xì)菌和有機(jī)物等得到處理，并且效率較高，能耗較低。
文檔編號(hào)C02F1/48GK102001731SQ20101054163
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者任芝軍, 劉桂芳, 朱麗楠, 王永軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)