CN102001731A - 在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法。在船舶压载仓的压载水沉积物排放管道出口处设置放电反应装置；所述放电反应装置包括与压载水沉积物排放管道的直径大小相匹配的壳体，在壳体内设置高压电极和地电极，高压电极和地电极与高压脉冲电源相连，高压电极和地电极之间布置间距为1～50cm；高压脉冲电源向高压电极和地电极之间施加10～100千伏特的脉冲高压，产生脉冲放电，压载水沉积物在处理装置内的停留时间为0.1～2h。本发明能够使压载水沉积物中的有害外来水生生物、休眠孢子、病原体、细菌和有机物等得到处理，并且效率较高，能耗较低。

Description

在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法

技术领域

本发明涉及的是一种水处理的方法置。具体地说是一种利用高压脉冲放电法对于船舶中压载水沉积物的处理方法。

背景技术

船舶压载水和沉淀物作为在地理上相隔的水体间进行有害水生物和病原体传播的主要媒介，正越来越受到人们的重视。“船舶压载水”系指为控制船舶纵倾、横倾、吃水、稳性或应力而加装到船上的水及其悬浮物。“压载水沉积物”系指从船舶压载水中沉淀的物质，是随着压载水的排入排出长期沉积形成的。主要指压载水中常含有生物碎片、颗粒状有机物、生物孢囊、不溶性硅酸盐如粘土等悬浮物等。随着世界各国航运事业的发展，每年约有120亿吨压载水通过约9万艘远洋船舶在世界范围内转移，每天存在于船舶压载水中随船周游世界的生物多达7000种。有资料显示，在一个压载水舱中存活的甲藻孢囊约有3亿个，舱底的沉积物中有22500个/cm3浮游植物孢子。压载舱内无光、缺氧、有的还含有有害物质，对生物的生存是极为不利的。研究表明，许多细菌、植物、动物能以多种形式或在船舶压载水和沉淀物中生存，甚至在几个月的航行后依然存活。通常情况下，船舶压入和排除压载水大多在港口水域或近海水域进行。由此压载水的入侵性与陆地污染物排入海洋、对海洋资源的过度利用以及海洋生物栖息地的自然变化和破坏被公认为全球海洋4大威胁。船舶压载水和沉积物的无节制排放已经导致有害水生物和病原体的转移，对环境、人类健康、财产和资源造成损害或伤害。

2004年2月，国际海事组织(IMO)通过了《船舶压载水及沉积物管理与控制国际公约》及若干导则、指南，旨在通过对船舶压载水和沉积物的控制与管理来防止、减少和最终消除有害水生物和病原体的转移对环境、公众健康、财产和资源带来的风险。《公约》第B-4条船舶沉积物管理中规定所有船舶应根据船舶压载水管理计划的规定对设计用来装载压载水处所的沉积物进行清除和处理，船舶在设计和建造时应最大限度地降低沉积物的摄入和不必要积聚，以便于其清除，并提供安全通道进行沉积物的清除和采样。

目前，对于船舶压载水沉积物处理的研究较少，都以处理压载水为主。现在船舶压载舱中的沉积物一般都直接排入海中，或在到港时排出，不做处理或通过填埋来处理，这样就使得沉积物中存在的有害病原菌得以存活，对环境容易造成潜在危害。大连海事大学刘踽教授等研究了微波处理压载水沉积物的方法。微波是一种指频率从300MHz到3000Ghz的电磁波。微波加热技术是利用高频电磁波瞬间穿透被加热物料把能量传播到被加热物体内部，使加热物内部分子间产生剧烈振动和碰撞。大连海事大学的王琢、刘洪波、王海霞采用微波——超声波处理技术、超声波——硫酸自由基高级氧化技术对压载水沉积物中的藻类及孢囊的处理效果直观表现在破坏藻细胞和孢囊细胞的形态完整性[1-3]。杨洋采用微波——硫酸自由基高级氧化技术的组合方式对船舶压载水沉积物进行处理，发现微波——硫酸自由基高级氧化技术可对藻类及孢囊的形态结构造成破坏，使孢囊的萌发率降低，从而杀灭沉积物中的藻类和孢囊[4]。但是这种技术的能耗较大，成本较高而且不易操作。

高压脉冲放电水处理技术是一种新兴的高级氧化技术，其作用原理主要是在两电极之间施加脉冲高压，形成强电场，电极之间会产生高能电子。这些高能电子高速同放电介质发生非弹性碰撞，通过激发、离解和电离等反应，形成非平衡低温等离子体(·OH，·H，·O，O，·HO2，H2O2，O3等)。另外，该过程还产生高温热解、紫外光解以及液电空化效应和超临界水氧化等一系列反应。该技术在大气污染治理中有很多成功应用的例子，目前这种方法在水污染治理中的研究也取得了较大的进步。主要用于去除水中的有机污染物，如苯酚，氯酚，各种染料，苯己酮，硝基苯等。另外该技术还可用于受污染水的杀菌和消毒。压载水沉积物中沉积了压载水中的外来水生生物、休眠孢子、病原体、细菌以及一些颗粒状有机物和悬浮物等。采用高压脉冲放电技术对于船舶压载水沉积物进行处理可以同时去除其中的有害外来水生生物、休眠孢子、病原体、细菌和有机物等，并且效率较高，能耗较低。

对比文献：

[1]王海霞.压载水沉积物中的生物多样性及处理技术研究.大连海事大学硕士学位论文.2009.6；

[2]刘洪波.微波技术处理船舶压载水沉积物的研究.大连海事大学硕士学位论文.2009.6；

[3]王琢.船舶压载水沉积物的生物组成及其微波处理技术的研究：(硕士论文).大连：大连海事大学，2008；

[4]杨洋.船舶压载水沉积物的微波——硫酸自由基处理技术研究：(硕士论文).大连：大连海事大学，2008。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效处理压载水沉积物中的有害外来水生生物、休眠孢子、病原体、细菌和有机物等，并且效率较高、能耗较低的在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法。

本发明的目的是这样实现的：

在船舶压载仓的压载水沉积物排放管道出口处设置放电反应装置；所述放电反应装置包括与压载水沉积物排放管道的直径大小相匹配的壳体，在壳体内设置高压电极和地电极，高压电极和地电极与高压脉冲电源相连，高压电极和地电极之间布置间距为1～50cm；高压脉冲电源向高压电极和地电极之间施加10～100千伏特的脉冲高压，产生脉冲放电，压载水沉积物在处理装置内的停留时间为0.1～2h。

所述高压电极和地电极均为棒状，通过固定装置固定在放电反应装置上，棒电极直径为0.1～5cm。

所述高压电极为棒状，地电极为圆盘状。

所述高压电极由5-7根棒组成，地电极为圆盘状，各棒电极安装在与地电极同样大小的圆盘上，在圆盘中心安装一根，其余几根棒电极对称安装在圆中心的棒电极周围。

本发明利用高压脉冲放电过程中的一系列物理化学效应，对于船舶压载水沉积物进行处理。该发明能够使压载水沉积物中的有害外来水生生物、休眠孢子、病原体、细菌和有机物等得到处理，并且效率较高，能耗较低。克服了现在船舶压载舱中的沉积物一般都直接排入海中，或在到港时排出，不做处理或通过填埋来处理，这样就使得沉积物中存在的有害病原菌等得以存活，对环境容易造成潜在危害的缺点。另外还克服了采用微波技术的成本较高，效率较低和能耗较大的缺点。

本发明通过在电极之间施加脉冲高电压产生脉冲放电，产生一系列的物理化学反应，使得压载仓底部的压载水沉积物中的有害外来水生生物、休眠孢子、病原体、细菌和有机物等得到有效得去除。在放电反应装置中，通过向高压电极和地电极之间施加10～100千伏特的脉冲高压，在反应装置内产生高压脉冲放电。高压电极和地电极均为棒状，或高压电极为棒状，地电极为圆盘状或高压电极由多根棒组成，地电极为圆盘状。这样的电极形式使得放电比较容易产生。放电电极之间随着放电能量的增加，电极之间的电场强度逐渐增加。当电弧放电产生时，电极之间会产生高温、高压的等离子体通道，并伴随着强烈的紫外光及巨大的冲击波，使得在等离子体通道领域及其外部区域的溶液中发生紫外光光解，液电空化和超临界水氧化等物理化学效应。这样就使得在等离子体通道领域及其外部区域的溶液中的有害水生生物和细菌等可以被灭活。反应快速，操作简便，具有较高的能量利用效率。

发明效果是：

本发明中当电极之间施加脉冲高压时，在电极之间产生的强电场中会形成高能电子，在高能电子的作用下，会形成多种具有较高活性的等离子体。等离子体通道内的高温、高压，充满了大量的离子、自由基等粒子，并伴随着强烈的紫外光及巨大的冲击波。等离子体中的活性物种可以在线生成，生成之后便可与压载水沉积物中的水生生物和细菌等快速反应，减少损耗。高压脉冲放电过程产生的等离子体是电子、离子、激发态原子和分子、活性自由基及辐射源，是独特的杀菌剂。电极之间的强电场使可以使细胞膜的半渗透性壁垒功能产生了不可逆的破坏并导致细胞的死亡。本发明采用的电极形式之一为棒-棒电极，电极之间会形成放电电弧，产生强烈的冲击波，通过机械力毁坏细胞。另外两种放电电极分别为棒——圆盘和多棒——圆盘形式，随着放电电压的增加，电极之间也可以产生电弧。等离子体通道辐射的紫外光会被等离子体通道周围的液体所吸收，促使沉积物中的溶解氧产生激发态氧原子与有机自由基作用等。紫外光和冲击波的强度取决于放电的能量。电容放电达到kJ/pulse数量级时产生强烈冲击波和大量紫外光，而在J/pulse数量级时更有效地产生化学活性物种。正是由于这些等离子体和一系列物理化学作用会使压载水沉积物中的有害外来水生生物、休眠孢子、病原体、细菌和有机物等得到有效得去除。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2和图3分别为两种电极的布置形式；

图4a和图4b为多棒电极的布置形式。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

具体实施方式一：结合图1，壳体2安装到压载水沉积物排放管道1上，放电反应装置的壳体的大小要与管道配套。通过高压脉冲电源3向高压电极4和地电极5之间施加10～100千伏特的脉冲高压，在反应装置内产生高压脉冲放电。高压电极4和地电极5均为棒状，通过固定装置6固定在反应装置的壳体内，电极在反应装置之外要用绝缘材料包裹。高压电极和地电极之间布置间距为1～50cm，棒电极直径为0.1～5cm。压载水沉积物在放电装置内的停留时间为0.1～2h。本发明的装置可直接安装在压载水沉积物排放管道出口处，这样可以减少对现有船舶压载仓的改造工序和费用，安装和拆卸均很便利。

具体实施方式二：结合图2，本实施方式与实施方式一的不同之处是：高压电极4为棒状，地电极5为圆盘状，地电极直径要与管道匹配、直径为5～100cm、可以适当调整。

具体实施方式三：结合图3和图4，本实施方式与实施方式二的不同之处是：高压电极4由多根棒组成，5根或7根。棒电极安装在与地电极同样大小的圆盘上，在圆盘中心安装一根，其余几根棒电极对称安装在圆中心的棒电极周围，棒间距为1～30cm，可以适当调整。

Claims (4)

1.一种在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法，其特征是：在船舶压载仓的压载水沉积物排放管道出口处设置放电反应装置；所述放电反应装置包括与压载水沉积物排放管道的直径大小相匹配的壳体，在壳体内设置高压电极和地电极，高压电极和地电极与高压脉冲电源相连，高压电极和地电极之间布置间距为1～50cm；高压脉冲电源向高压电极和地电极之间施加10～100千伏特的脉冲高压，产生脉冲放电，压载水沉积物在处理装置内的停留时间为0.1～2h。

2.根据权利要求1所述的在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法，其特征是：所述高压电极和地电极均为棒状，通过固定装置固定在放电反应装置上，棒电极直径为0.1～5cm。

3.根据权利要求1所述的在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法，其特征是：所述高压电极为棒状，地电极为圆盘状。

4.根据权利要求3所述的在排放过程中对于船舶压载水沉积物处理的方法，其特征是：所述高压电极由5-7根棒组成，地电极为圆盘状，各棒电极安装在与地电极同样大小的圆盘上，在圆盘中心安装一根，其余几根棒电极对称安装在圆中心的棒电极周围。

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