防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置制造方法
【專利摘要】一種防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置，屬于高級氧化技術與海洋環(huán)境保護應用【技術領域】。該裝置基于高濃度活性氧協(xié)同水力空化高級氧化技術模式，采用標準集裝箱框架式結(jié)構，將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)集成一體，可簡便放置在船舶甲板或拖船上，用以處理沒有安裝壓艙水處理裝置或雖然安裝有船舶壓艙水處理裝置但排放標準仍達不到IMO排放標準要求的入境船舶壓艙水的應急處理，進而為防控我國近岸海域免受海洋外來生物的侵襲提供一種新的高級氧化技術應急處理模式，依此填補我國沿海港口入境船舶壓艙水應急處理技術與裝置的空白。
【專利說明】防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高級氧化技術與海洋環(huán)境保護應用【技術領域】，涉及一種防控海洋外來生物侵入的裝置，尤其是一種防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，由于遠洋航運業(yè)、海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)及海洋水族館的快速發(fā)展，海洋外來生物種類日益增多，在豐富國民海洋蛋白、提升經(jīng)濟效益的同時，海洋外來物種的負面效應日益顯現(xiàn)，甚至形成海洋外來生物入侵災害。海洋外來有害生物入侵性傳播造成的災害，已被全球環(huán)境基金組織(GEF)認定為海洋面臨的四大威脅之一。海洋外來有害生物和病原體在新的適宜生存環(huán)境中異常繁殖，會對近岸海域的生態(tài)系統(tǒng)帶來災難性的破壞，甚至導致本地土著物種的滅絕，嚴重威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)的安全。
[0003]遠洋船舶壓艙水是造成地理性隔離水體間海洋外來有害生物入侵的最主要途徑，港口海域是其引入、擴散和傳播的最主要源頭。隨著我國經(jīng)濟的快速增長和國際貿(mào)易的不斷發(fā)展，我國各大港口吞吐量不斷上升，壓艙水交換量不斷增大，我國沿海區(qū)域外貿(mào)船舶壓艙水入境總量已超過2.8億噸/年，出境總量超過8.4億噸/年，加劇了海洋入侵生物的傳播，使近岸海域的水生生物種群嚴重失衡，威脅港口海域海洋生物多樣性與海洋生態(tài)環(huán)境，造成巨大的經(jīng)濟損失。船舶壓艙水海洋外來有害生物入侵造成的災難性后果已經(jīng)引起了全世界的極大關注，為了阻斷船舶壓艙水海洋外來有害生物的侵入途徑，國際海事組織(IMO)于1997年通過了《關于控制和管理船舶壓艙水，減少有害生物和病原體傳播的指南》，2004年又通過了《國際船舶壓艙水和沉積物管理與控制公約》，制定了嚴格的壓艙水排放標準。 [0004]目前，國內(nèi)外許多研究者致力于尋求有效防控船舶壓艙水海洋外來生物侵入的新方法。“在航深海更換壓艙水的方法”是IMO海上環(huán)境保護委員會建議采用的方法，IMO在國際外交大會上認定，在沒有找到更有效的壓艙水治理方法之前，采用此法作為壓艙水治理方法。在航深海更換壓艙水方法主要有兩種:一種是排空法，需將船舶壓艙水全部排空?’另一種是直流法，需要更換相當于3倍壓載艙容量的壓艙水，但實際只能更換掉原有壓艙水的95%。這兩種方法在更換壓艙水過程中均存在自由液面效應，會導致船舶的穩(wěn)定性降低；產(chǎn)生剪切彎矩使船體強度降低，甚至造成船體結(jié)構損壞，引發(fā)安全問題；另外，還存在消耗能量過高，操作、運行時間過長(一艘30萬噸油輪更換壓艙水需36小時)等問題，其運行成本高，且無法完全達到MO規(guī)定的壓艙水排放標準。
[0005]加熱法是一種利用船舶余熱殺滅壓艙水海洋外來生物的方法，存在的問題有:能源消耗大；升高單個壓載艙的壓艙水溫度，會引起船體結(jié)構受熱應力作用而引發(fā)金屬膨脹，影響船體結(jié)構穩(wěn)定，影響船舶航行安全，破壞船艙涂層；加熱壓艙水的溫度很難達到63~66°C加熱殺菌法所需溫度，更不可能加熱到100°C以上，30~40°C水溫反而有利于霍亂弧菌等一些細菌的生長，無法致死一些喜溫的浮游生物、細菌及芽孢等。
[0006]化學法對壓艙水海洋外來生物具有很好的殺滅效果。氯是常用的消毒滅菌劑，但處理壓艙水時用量大，加重了船艙涂層、泵、管道等設施的腐蝕，且在船上存放數(shù)十噸的液氯會引發(fā)泄漏、爆炸等安全事故，還容易生成致癌的有機氯化物。二氧化氯的殺菌能力略強于氯，但也存在氣體爆炸、產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物以及對船體、管道、泵腐蝕等問題。次氯酸鈉是有效殺滅微生物的藥劑，可由電解食鹽或海水產(chǎn)生，需要大型沉淀調(diào)節(jié)池、接觸反應池及附加裝置，且壓艙水需在池內(nèi)停留I小時以上，無法實現(xiàn)在船上進行壓艙水處理，同時也存在危害海洋生態(tài)安全的問題。濃度達到I %的過氧化氫可以有效殺滅浮游藻類等微小生物，剩余的過氧化氫將分解成對環(huán)境無害的水和氧氣。然而，一艘裝有5萬噸壓艙水的貨船需要1000噸的過氧化氫，存在使用費用昂貴和過氧化氫存放安全等問題。濃度為4mg/L的臭氧能殺滅單細胞生物和一些抵抗力強的無脊椎動物，濃度為10mg/L的臭氧可以滅活胞囊，臭氧劑量為5~10mg/L、殘余劑量為5mg/L、接觸時間6小時可以滅活腰鞭毛蟲。但臭氧法存在反應速率低，殺滅微小生物時間長，設備龐大，費用高等問題。
[0007]高級氧化技術是指產(chǎn)生羥自由基(Q 0H)及其一系列鏈反應過程，其核心是羥自由基的制備。羥自由基的氧化能力極強，反應速率常數(shù)高達IO9M-1S-1,反應速度極快，可在數(shù)秒內(nèi)完成整個生化反應過程。羥自由基具有廣譜致死特性，能氧化分解幾乎所有的生物大分子、有機物和無機物，最終降解為C02、H2O和微量無機鹽，剩余的羥自由基會分解成對環(huán)境無害的H2O和02。近年來，基于高級氧化技術的壓艙水處理技術發(fā)展迅速，已開發(fā)出“電子激發(fā)制備羥基自由基處理壓艙水藻類微生物的裝置(專利號:200710065424.6) ”、“在船上輸送壓載水過程中殺滅生物的方法及設備(專利號:03133447.4) ”、“船舶壓載水的處理方法和設備(申請?zhí)?200610151134.9) ”、“在輸運管道中氧活性粒子注入處理船舶壓載水方法(專利號:201010602305.1) ”等多種壓艙水處理技術和方法，促進了防控壓艙水海洋外來生物侵入技術的發(fā)展。然而，這些方法和裝置多是以部件的形式分散安裝在船舶系統(tǒng)內(nèi)，僅能用于該船本身壓艙水的處理。對于沒有安裝壓艙水處理裝置或雖然安裝了壓艙水處理裝置但處理效果仍未達到MO壓艙水排放標準的入境船舶，如果在港口排放壓艙水，目前還沒有適宜的專門的壓艙水處理技術和方法加以應對，給壓艙水外來海洋生物的侵入留下安全隱患。
[0008]針對現(xiàn)有壓艙水處理裝置存在的問題，基于高濃度活性氧協(xié)同水力空化高級氧化技術模式，采用標準集裝箱框架式結(jié)構，將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)集成一體，構成可簡便移動的防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置，依此填補我國沿海港口入境船舶壓艙水應急處理技術與裝置的空白，為預防重大海洋生物入侵災害的發(fā)生提供管理手段和技術支撐，保障我國海洋經(jīng)濟、海洋環(huán)境和海洋生態(tài)事業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明克服了現(xiàn)有遠洋船舶壓艙水處理方法的不足，提供一種防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應 急處理裝置。本發(fā)明基于高濃度活性氧協(xié)同水力空化高級氧化技術模式，采用標準集裝箱框架式結(jié)構，將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)集成一體，構成可簡便移動的防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置，依此填補我國沿海港口入境船舶壓艙水應急處理技術與裝置的空白。
[0010]本發(fā)明的技術方案是:[0011]一種防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置，該裝置包括分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)三部分。分區(qū)激勵式規(guī)模化高濃度活性氧制備系統(tǒng)產(chǎn)生的活性氧分兩路輸出，其出口均采用聚四氟乙烯軟管連接至水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)中的水力空化氣液混溶器的活性氧氣體入口，水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)的出水口采用PVC管路連接至壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)中的活性氧溶液入口，水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)的入水口采用PVC管路連接至壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)中的過濾器出水口。防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置的壓艙水處理能力設定在30~100噸/小時。
[0012]分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)包括:大氣壓平板等離子體反應器、分區(qū)激勵電源控制器、小型高頻高壓變壓器、氧氣瓶、氣體電磁閥、氣體壓力表、氣體流量計、手動氣閥、分流管路、活性氧檢測儀和冷卻液循環(huán)機。氧氣瓶出口經(jīng)氧氣減壓閥減壓后通過聚四氟乙烯軟管連接到氣體電磁閥的入氣口 ；氣體電磁閥的出氣口經(jīng)不銹鋼或銅質(zhì)三通分流后通過聚四氟乙烯軟管分別接到氣體壓力表和氣體流量計的入口 ；氣體流量計的出口通過聚四氟乙烯軟管連接到分流管路的氣體入口，分流管路設置氣體出口 5~10個，具體數(shù)量與構成大氣壓平板等離子體反應器陣列的模塊組數(shù)相同，分流管路的氣體出口通過聚四氟乙烯軟管分別接到大氣壓平板等離子體反應器陣列各模塊組的原料氣體入口 ；各模塊組的氣態(tài)產(chǎn)物出口通過聚四氟乙烯軟管經(jīng)匯流管路分成兩路連接到氣體電磁閥的入氣口 ；氣體電磁閥的出氣口通過聚四氟乙烯軟管分別連接到水力空化氣液混溶器的兩個活性氧氣體入口 ；大氣壓平板等離子體反應器陣列采用分區(qū)激勵控制模式，即大氣壓平板等離子體反應器陣列中的每個大氣壓平板等離子體反應器配置一個小型高頻高壓變壓器，小型高頻高壓變壓器的高壓輸出端通過不低于30kV的高壓電纜連接到大氣壓平板等離子體反應器的高壓端子上；所有小型高頻高壓變壓器的低壓輸入端通過不低于1.5m2的塑膠電線連接到分區(qū)激勵電源控制 器的匯流母排上。其中，大氣壓平板等離子體反應器陣列由大氣壓平板等離子體反應器通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式構成，I~2個大氣壓平板等離子體反應器的氣路和水路串聯(lián)組成一個模塊組，即第一個大氣壓平板等離子體反應器的氣態(tài)產(chǎn)物出口通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個大氣壓平板等離子體反應器的原料氣體入口，第二個大氣壓平板等離子體反應器的冷卻液出口通過聚乙烯軟管連接到第一個大氣壓平板等離子體反應器的冷卻液入口，5~10組大氣壓平板等離子體反應器組再通過并聯(lián)的方式構成大氣壓平板等離子體反應器陣列，各個模塊組中第一個大氣壓平板等離子體反應器的原料氣體入口經(jīng)手動氣閥使用聚四氟乙烯管路連接到分流管路的氣體出口，手動氣閥用于調(diào)節(jié)通入各模塊組的氣體流量，各個模塊組中第二個大氣壓平板等離子體反應器的氣態(tài)產(chǎn)物出口通過聚四氟乙烯軟管經(jīng)匯流管路匯集成兩路經(jīng)由氣體電磁閥連接到水力空化氣液混溶器的兩個活性氧氣體入口。其中，大氣壓平板等離子體反應器采用雙電離腔結(jié)構，高壓電極采用銀漿鍍涂在兩平行板電介質(zhì)層之間，高壓電極可以為網(wǎng)狀或條狀，但相鄰電極網(wǎng)格或條帶間距保持在0.3~0.5mm之間，電極網(wǎng)格或條帶線寬控制在0.45~0.55mm,電極厚度0.1~0.15mm，鍍層邊緣距電介質(zhì)層邊緣留有6~8mm的絕緣距離，電介質(zhì)材料為純度96%~99%的a -Al2O3,電介質(zhì)層厚度0.5~0.64mm，相對介電常數(shù)9~10，放電間距控制在0.25~0.64mm，工作模式采用微流注與微輝光交替促成放電模式，激勵電壓控制在5~10kV，激勵頻率控制在5~IOkHz，工作氣壓控制在90~llOkPa。
[0013]水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)包括:水力空化氣液混溶器、加壓泵、引發(fā)劑注入器、手動閥門、液體壓力表、液體流量計。由壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)引入的部分過濾后的壓艙水通過PVC管路接入液體流量計的入口，液體流量計的出口通過PVC管路接到加壓泵的入水口，加壓泵的出水口通過PVC管路接到水力空化氣液混溶器的入水口，液體壓力表接到水力空化氣液混溶器入水口前的PVC管路上，用以監(jiān)測水力空化氣液混溶器的入水口壓力，水力空化氣液混溶器的出水口通過PVC管路接到壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)中的液液混溶器的活性氧溶液入口。其中，引入到水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)的壓艙水流量與壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)進水總流量的比值為1:5 ;其中，水力空化氣液混溶器用于將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)產(chǎn)生的高濃度活性氧高傳質(zhì)效率地注入到水中，并依靠水力空化效應產(chǎn)生的瞬態(tài)高溫高壓促進活性氧轉(zhuǎn)化羥自由基反應的高效進行。在水力空化氣液混溶器中，由于局部負壓產(chǎn)生的數(shù)量龐大的空化氣泡不斷重復著膨脹、壓縮、再膨脹和再壓縮，直至潰滅的過程?？栈瘹馀轁鐣r將產(chǎn)生頻率和幅值極高的沖擊波，誘發(fā)空化氣泡局部形成高壓和高溫，沖擊波的壓強可達1.0lXio6~
1.01X107kPa，持續(xù)時間2~3 μ S，最高局部溫度可達IO4K,進而對水溶液的物理和化學特性產(chǎn)生重要影響，促進了高級氧化反應過程產(chǎn)生羥自由基的效果。水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)工作時，要求水力空化氣液混溶器的入口壓強控制在2~3.5kg/cm2,出口壓強不高于入口壓強的50%。
[0014]壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)包括:手動閥門、液體壓力表、液體流量計、液液混溶器、微絮凝器、絮凝控制器、壓載泵、過濾器、殺滅海洋外來生物反應器、殘余氧化劑中和器、殘余氧化物檢測儀。由遠洋船舶引入的壓艙水通過鋼絲增強型PVC軟管輸入到微絮凝器的進水口，在微絮凝器中，絮凝劑的投加量依據(jù)壓艙水水質(zhì)狀況由絮凝控制器調(diào)節(jié)，絮凝劑最大投加量不超過10g/m3，微絮凝器的出水口通過PVC管路經(jīng)由手動閥門連接到壓載泵的入水口，壓載泵的出水口通過PVC管路連接到過濾器的入水口，過濾器出水口分成兩路，一路通過PVC管路經(jīng)手動閥門連接到水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)中的液體流量計入口，另一路則通過PVC管路經(jīng)由手動閥門和液體流量計連接到液液混溶器的入水口，液液混溶器入水口壓力由接于PVC管路上的液體壓力表檢測，液液混溶器的出水口通過PVC管路連接到殺滅海洋外來生物反應器的入水口，殺滅海洋外來生物反應器的出水口通過PVC管路連接到殘余氧化劑中和器的入水口，投加的中和劑劑量由殘余氧化物檢測儀檢測和控制，殘余氧化劑中和器的出水口連接鋼絲增強型PVC軟管，用于排放處理后達到IMO排放標準的壓艙水。其中，液液混溶器用于將水力空化氣液混溶與輕自由基制備系統(tǒng)產(chǎn)生的活性氧溶液與輸入的壓艙水依靠水力空化效應高效混溶，混溶流量不低于進水總流量的20%，輸入的活性氧溶液濃度保持在8~10g/m3，并在其后的殺滅海洋外來生物反應器中依靠羥自由基等的強氧化特性完成對海洋外來生物的殺滅；其中，殺滅海洋外來生物反應器輸出的壓艙水中如果含有殘余氧化劑，殘余氧化劑的濃度由殘余氧化物檢測儀檢測并控制殘余氧化劑中和器投加中和劑，確保在排放的壓艙水中殘余氧化劑濃度為零。
[0015]本發(fā)明的效果和益處是通過將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)、水力空化氣液混溶與羥自由基 制備系統(tǒng)、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)集成一體，構建完成了具有標準集裝箱框架式結(jié)構的防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置。該裝置可簡便放置在船舶甲板或拖船上，用以處理沒有安裝壓艙水處理裝置或雖然安裝有船舶壓艙水處理裝置但排放標準仍達不到MO排放標準要求的入境船舶壓艙水的應急處理，進而為防控我國近岸海域免受海洋外來生物的侵襲提供一種新的高級氧化技術應急處理模式，依此填補我國沿海港口入境船舶壓艙水應急處理技術與裝置的空白。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置結(jié)構示意圖。
[0017]圖2是防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置工藝流程圖。
[0018]圖中:A分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)；B水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)；C壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)；D大氣壓平板等離子體反應器陣列；
[0019]I大氣壓平板等離子體反應器；2分區(qū)激勵電源控制器；3小型高頻高壓變壓器；4氧氣瓶；5氣體電磁閥；6氣體壓力表；7氣體流量計；8手動氣閥；9分流管路；10活性氧檢測儀；11冷卻液循環(huán)機；12水力空化氣液混溶器；13加壓泵；14引發(fā)劑注入器；15手動閥門；16液體壓力表；17液體流量計；18液液混溶器；19微絮凝器；20絮凝控制器；21壓載泵；22過濾器；23殺滅海洋外來生物反應器；24殘余氧化劑中和器；25殘余氧化物檢測儀；26活性氧制備階段；27氣液混溶階段；28微絮凝階段；29加壓輸送階段；30過濾階段；31液液混溶階段；32殺滅海洋外來生物階段；33中和殘余氧化劑階段。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合技 術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0021]本發(fā)明所述的一種防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置，其組成原理如附圖1所示，該裝置包括分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)A、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C三部分。分區(qū)激勵式規(guī)模化高濃度活性氧制備系統(tǒng)A用于產(chǎn)生濃度不低于120g/m3、產(chǎn)量不低于200g/h的高濃度活性氧，產(chǎn)生的活性氧分兩路輸出，其出口均采用聚四氟乙烯軟管連接至水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B中的水力空化氣液混溶器12的活性氧氣體入口 ；水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B用于將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)A產(chǎn)生的高濃度活性氧依靠水力空化效應高傳質(zhì)效率地注入到水中形成富含羥自由基等活性粒子的活性氧溶液，其出水口采用PVC管路連接至壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C中液液混溶器18的活性氧溶液入口，輸入的活性氧溶液濃度保持在8~10g/m3，流量不低于壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C進水總流量的20% ;水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B的入水口采用PVC管路連接至壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C中過濾器22的出水口 ；待處理的壓艙水由壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C的進水口引入，經(jīng)處理達到MO排放標準后由出水口排放入海。防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置的壓艙水處理能力設定在30~100噸/小時。
[0022]分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)A包括:大氣壓平板等離子體反應器1、分區(qū)激勵電源控制器2、小型高頻高壓變壓器3、氧氣瓶4、氣體電磁閥5、氣體壓力表6、氣體流量計7、手動氣閥8、分流管路9、活性氧檢測儀10和冷卻液循環(huán)機11。為縮小裝置體積，簡化操作，提高應急效率，分區(qū)激勵式規(guī)模化高濃度活性氧制備系統(tǒng)A的氣源采用瓶裝氧氣，氧氣瓶4的出口經(jīng)氧氣減壓閥減壓后通過聚四氟乙烯軟管連接到氣體電磁閥5的入氣口 ；氣體電磁閥5的出氣口經(jīng)不銹鋼或銅質(zhì)三通分流后通過聚四氟乙烯軟管分別接到氣體壓力表6和氣體流量計7的入口 ；氣體流量計7的出口通過聚四氟乙烯軟管連接到分流管路9的氣體入口，分流管路9設置氣體出口 5~10個，具體數(shù)量與構成大氣壓平板等離子體反應器陣列D的模塊組數(shù)相同，分流管路9的氣體出口通過聚四氟乙烯軟管分別接到大氣壓平板等離子體反應器陣列D各模塊組的原料氣體入口 ；各模塊組的氣態(tài)產(chǎn)物出口通過聚四氟乙烯軟管經(jīng)匯流管路分成兩路連接到氣體電磁閥5的入氣口 ；氣體電磁閥5的出氣口通過聚四氟乙烯軟管分別連接到水力空化氣液混溶器12的兩個活性氧氣體入口 ；大氣壓平板等離子體反應器陣列D采用分區(qū)激勵控制模式，即大氣壓平板等離子體反應器陣列D中的每個大氣壓平板等離子體反應器I配置一個小型高頻高壓變壓器3，小型高頻高壓變壓器3的高壓輸出端通過30kV的高壓電纜連接到大氣壓平板等離子體反應器I的高壓端子上；所有小型高頻高壓變壓器3的低壓輸入端通過不低于1.5m2的塑膠電線連接到分區(qū)激勵電源控制器2的匯流母排上。其中，大氣壓平板等離子體反應器陣列D由大氣壓平板等離子體反應器I通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式構成，I~2個大氣壓平板等離子體反應器的氣路和水路串聯(lián)組成一個模塊組，即第一個大氣壓平板等離子體反應器的氣態(tài)產(chǎn)物出口通過聚四氟乙烯軟管連接到第二個大氣壓平板等離子體反應器的原料氣體入口，第二個大氣壓平板等離子體反應器的冷卻液出口通過聚乙烯軟管連接到第一個大氣壓平板等離子體反應器的冷卻液入口，5~10組大氣壓平板等離子體反應器模塊組再通過并聯(lián)的方式構成大氣壓平板等離子體反應器陣列D，各個模塊組中第一個大氣壓平板等離子體反應器I的原料氣體入口經(jīng)手動氣閥使用聚四氟乙烯管路連接到分流管路9的氣體出口，手動氣閥8用于調(diào)節(jié)通入各模塊組的氣體流量，各個模塊組中第二個大氣壓平板等離子體反應器I的氣態(tài)產(chǎn)物出口通過聚四氟乙烯軟管經(jīng)匯流管路匯集成兩路經(jīng)由氣體電磁閥5連接到水力空化氣液混溶器12的兩個活性氧氣體入口 ；其中，大氣壓平板等離子體反應器I采用雙電離腔結(jié)構，高壓電極采用銀漿鍍涂在兩平行板電介質(zhì)層之間，高壓電極可以為網(wǎng)狀或條狀，但相鄰電極網(wǎng)格或條帶間距保持在0.3~0.5mm之間，電極網(wǎng)格或條帶線寬控制在0.45~ 0.55mm,電極厚度0.1~0.15mm，鍍層邊緣距電介質(zhì)層邊緣留有6~8mm的絕緣距離，電介質(zhì)材料為純度96 %~99 %的a -Al2O3,電介質(zhì)層厚度0.5~0.64mm,相對介電常數(shù)9~10，放電間距控制在0.25~0.64mm,工作模式米用微流注與微輝光交替促成放電模式,激勵電壓控制在5~10kV，激勵頻率控制在5~IOkHz，工作氣壓控制在90~llOkPa。分區(qū)激勵式規(guī)模化高濃度活性氧制備系統(tǒng)A產(chǎn)生的活性氧濃度不低于120g/m3、產(chǎn)量不低于200g/h。
[0023]水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B包括:水力空化氣液混溶器12、加壓泵13、引發(fā)劑注入器14、手動閥門15、液體壓力表16、液體流量計17。由壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C引入的部分過濾后的壓艙水通過PVC管路接入液體流量計17的入口，液體流量計17的出口通過PVC管路接到加壓泵13的入水口，加壓泵13的出水口通過PVC管路接到水力空化氣液混溶器12的入水口，液體壓力表16接到水力空化氣液混溶器12入水口前的PVC管路上，用以監(jiān)測水力空化氣液混溶器12的入水口壓力，水力空化氣液混溶器12的出水口通過PVC管路接到壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C中的液液混溶器18的活性氧溶液入口。其中，引入到水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B的壓艙水流量與壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C進水總流量的比值為1:5;其中，水力空化氣液混溶器12用于將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)A產(chǎn)生的高濃度活性氧高傳質(zhì)效率地注入到水中，并依靠水力空化效應產(chǎn)生的瞬態(tài)高溫高壓促進活性氧轉(zhuǎn)化羥自由基反應的高效進行，注入的活性氧濃度不低于100g/m3，注入劑量依據(jù)水質(zhì)狀況在0.6~2g/m3之間調(diào)節(jié)；在水力空化氣液混溶器12中，由于局部負壓產(chǎn)生的數(shù)量龐大的空化氣泡不斷重復著膨脹、壓縮、再膨脹和再壓縮，直至潰滅的過程?？栈瘹馀轁鐣r將產(chǎn)生頻率和幅值極高的沖擊波，誘發(fā)空化氣泡局部形成高壓和高溫，沖擊波的壓強可達1.01 X IO6~1.01 X 107kPa，持續(xù)時間2~3y S，最高局部溫度可達IO4K,進而對水溶液的物理和化學特性產(chǎn)生重要影響，促進了高級氧化過程產(chǎn)生羥自由基的效果；水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B工作時，要求水力空化氣液混溶器12的入口壓強控制在2~3.5kg/cm2,出口壓強不高于入口壓強的50%;高PH值有利于羥自由基的產(chǎn)生，當壓艙水的PH值小于7時，可啟動引發(fā)劑注入器14，向水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B的入水口注入H2O2或能夠產(chǎn)生OH—的促進劑，增強產(chǎn)生羥自由基的高級氧化反應過程。
[0024]壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C包括 :手動閥門15、液體壓力表16、液體流量計17、液液混溶器18、微絮凝器19、絮凝控制器20、壓載泵21、過濾器22、殺滅海洋外來生物反應器23、殘余氧化劑中和器24、殘余氧化物檢測儀25。由遠洋船舶引入的壓艙水通過鋼絲增強型PVC軟管輸入到微絮凝器19的進水口，在微絮凝器19中，絮凝劑的投加量依據(jù)壓艙水水質(zhì)狀況由絮凝控制器20調(diào)節(jié)，絮凝劑最大投加量不超過10g/m3，微絮凝器的出水口通過PVC管路經(jīng)由手動閥門15連接到壓載泵21的入水口，壓載泵21的出水口通過PVC管路連接到過濾器22的入水口，過濾器22出水口分成兩路，一路通過PVC管路經(jīng)手動閥門15連接到水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B中的液體流量計17入口，另一路則通過PVC管路經(jīng)由手動閥門15和液體流量計17連接到液液混溶器18的入水口，液液混溶器18入水口壓力由接于PVC管路上的液體壓力表16檢測，液液混溶器18的出水口通過PVC管路連接到殺滅海洋外來生物反應器23的入水口，殺滅海洋外來生物反應器23的出水口通過PVC管路連接到殘余氧化劑中和器24的入水口，投加的中和劑劑量由殘余氧化物檢測儀25檢測和控制，殘余氧化劑中和器24的出水口連接鋼絲增強型PVC軟管，用于排放處理后達到IMO排放標準的壓艙水。其中，液液混溶器18用于將水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B產(chǎn)生的活性氧溶液與輸入的壓艙水依靠水力空化效應高效混溶，混溶流量不低于進水總流量的20%，輸入的活性氧溶液濃度保持在8~10g/m3，并在其后的殺滅海洋外來生物反應器23中依靠羥自由基等的強氧化特性完成對海洋外來生物的殺滅；其中，殺滅海洋外來生物反應器23輸出的壓艙水中如果含有殘余氧化劑，殘余氧化劑的濃度由殘余氧化物檢測儀25檢測并控制殘余氧化劑中和器24投加中和劑，確保在排放的壓艙水中殘余氧化劑濃度為零。
[0025]本發(fā)明所述的防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置工藝流程如圖2所示，包括活性氧制備階段26、氣液混溶階段27、微絮凝階段28、加壓輸送階段29、過濾階段30、液液混溶階段31、殺滅海洋外來生物階段32、中和殘余氧化劑階段33。針對擬排放壓艙水不符合MO排放標準要求的船舶，將防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置放置于該船甲板或裝載在拖船上，使用鋼絲增強型PVC軟管連接船舶壓艙水排放口和防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置進水口，啟動裝置，被引入的未經(jīng)處理的壓艙水首先進行微絮凝處理，將壓艙水中的微藻和微小顆粒污染物凝并增大，再由壓載泵21加壓輸送到過濾器22過濾，過濾后的壓艙水一部分用于制備活性氧溶液，另一部分輸入到液液混溶器18并在液液混溶器18中與活性氧溶液高效混溶，之后在殺滅海洋外來生物反應器23中殺滅海洋外來生物，之后再在殘余氧化劑中和器24中將壓艙水中的殘余氧化劑中和，達到頂0排放標準的處理后的壓艙水排放入海。
[0026]本發(fā)明所述的防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置包括分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)A、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C的所有組件。其中，大氣壓平板等離子體反應器1、分區(qū)激勵電源控制器2、小型高頻高壓變壓器3、氣體電磁閥5、氣體壓力表6、氣體流量計7、手動氣閥8、分流管路9、活性氧檢測儀10安裝在分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)A的箱體內(nèi)；分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)A的箱體、氧氣瓶4和冷卻液循環(huán)機直接安裝在防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置的底臺上。其中，水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)B的組件加壓泵13固定在防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置的底臺上；水力空化氣液混溶器12、引發(fā)劑注入器14、手動閥門15、液體壓力表16和液體流量計17安裝在輸送管路中。其中，壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)C的組件液液混溶器18、微絮凝器19、壓載泵21、過濾器22、殺滅海洋外來生物反應器23直接安裝在底臺上；絮凝控制器20安裝在微絮凝器19上；殘余氧化劑中和器24、殘余氧化物檢測儀25安裝在殺滅海洋外來生物反應器23中。其中，防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置的底臺采用標準集裝箱框架式結(jié)構，方便吊裝、移動和組合使用，工作時放置于船舶甲板或拖船上，需要時可在第一時間到達現(xiàn)場展開壓艙水應急處理工作。
[0027]本發(fā)明基于高濃度活性氧協(xié)同水力空化高級氧化技術模式，通過將分區(qū)激勵式規(guī)模化高濃度活性氧制備系統(tǒng)、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)、壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)集成一體，構建完成了具有標準集裝箱框架式結(jié)構的防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置，該裝置可簡便放置在船舶甲板或拖船上，用以處理沒有安裝壓艙水處理裝置或雖然安裝有船舶壓艙水處理裝置但排放標準仍達不到MO排放標準要求的入境船舶壓 艙水的應急處理，進而為防控我國近岸海域免受海洋外來生物的侵襲提供一種新的高級氧化技術應急處理模式，依此填補我國沿海港口入境船舶壓艙水應急處理技術與裝置的空白，為我國預防重大海洋生物入侵災害的發(fā)生提供管理手段和技術支撐，保障我國海洋經(jīng)濟、海洋環(huán)境和海洋生態(tài)事業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。
【權利要求】
1.一種防控入境船舶壓艙水海洋外來生物侵入的應急處理裝置，其特征在于，該裝置采用標準集裝箱框架式結(jié)構，將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)(A)、水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)和壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)集成一體；其中，分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)(A)用于產(chǎn)生濃度不低于120g/m3、產(chǎn)量不低于200g/h的高濃度活性氧，產(chǎn)生的活性氧分兩路輸出到水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)中的水力空化氣液混溶器(12)的活性氧氣體入口 ；水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)用于將分區(qū)激勵式規(guī)?；邼舛然钚匝踔苽湎到y(tǒng)(A)產(chǎn)生的高濃度活性氧依靠水力空化效應高傳質(zhì)效率地注入到水中形成富含羥自由基等活性粒子的活性氧溶液輸送至壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)中液液混溶器(18)的活性氧溶液入口，輸入的活性氧溶液濃度保持在8~10g/m3，流量不低于壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)進水總流量的20% ;水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)⑶的入水口采用PVC管路連接至壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)中過濾器(22)的出水口 ； 其中，分區(qū)激勵式規(guī)模化高濃度活性氧制備系統(tǒng)(A)包括大氣壓平板等離子體反應器(I)、分區(qū)激勵電源控制器(2)、小型高頻高壓變壓器(3)、氧氣瓶(4)、氣體電磁閥(5)、氣體壓力表(6)、氣體流量計(7)、手動氣閥(8)、分流管路(9)、活性氧檢測儀(10)和冷卻液循環(huán)機(11);氧氣瓶(4)的出口經(jīng)氧氣減壓閥減壓后依次連接氣體電磁閥(5)、氣體壓力表(6)和氣體流量計(7);氣體流量計(7)的出口連接分流管路(9)的氣體入口，分流管路(9)設置氣體出口 5~10個，數(shù)量與構成大氣壓平板等離子體反應器陣列(D)的模塊組數(shù)相同，分流管路(9)的氣體出口分別接到大氣壓平板等離子體反應器陣列(D)各模塊組的原料氣體入口 ；各模塊組的氣態(tài)產(chǎn)物出口經(jīng)匯流管路分成兩路再經(jīng)氣體電磁閥(5)連接到水力空化氣液混溶器(12)的兩個活性氧氣體入口 ； 其中，水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)包括水力空化氣液混溶器(12)、加壓泵(13)、引發(fā)劑注入器(14)、手動閥門(15)、液體壓力表(16)、液體流量計(17);由壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)引入的部分過濾后的壓艙水經(jīng)液體流量計(17)輸送到加壓泵(13)，加壓泵(13)的出水口連接到水力空化氣液混溶器(12)的入水口，水力空化氣液混溶器(12)的出水口接到壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)中的液液混溶器(18)的活性氧溶液入口 ；其中，引入到水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)的壓艙水流量與壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)進水總流量的比值為1:5 ;其中，注入到水力空化氣液混溶器(12)的活性氧濃度不低于100g/m3，注入劑量依據(jù)水質(zhì)狀況在0.6~2g/m3之間調(diào)節(jié)； 其中，壓艙水海洋外來生物殺滅系統(tǒng)(C)包括手動閥門(15)、液體壓力表(16)、液體流量計(17)、液液混溶器(18)、微絮凝器(19)、絮凝控制器(20)、壓載泵(21)、過濾器(22)、殺滅海洋外來生物反應器(23)、殘余氧化劑中和器(24)、殘余氧化物檢測儀(25);由遠洋船舶引入的壓艙水輸入到微絮凝器(19)，依據(jù)壓艙水水質(zhì)狀況由絮凝控制器(20)調(diào)節(jié)絮凝劑投加量，最大不超過10g/m3，微絮凝器(19)出水口經(jīng)由手動閥門(15)依次連接壓載泵(21)和過濾器(22)，過濾器(22)出水口分成兩路，一路經(jīng)手動閥門(15)連接到水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)⑶中的液體流量計(17)入口，另一路則經(jīng)由手動閥門(15)和液體流量計(17)連接到液液混溶器(18)的入水口，液液混溶器(18)的出水口依次連接殺滅海洋外來生物反應器(23)和殘余氧化劑中和器(24);其中，液液混溶器(18)的活性氧溶液混溶流量不低于進水總流量的20%，輸入的活性氧溶液濃度保持在8~10g/m3 ;其中，投加中和劑劑量由殘余氧化物檢測儀(25)檢測和控制，處理后達到MO排放標準的壓艙水由殘余氧化劑中和器(24)出口排放入海。
2.根據(jù)權利要求1所述的應急處理裝置，其特征在于，該裝置采用分區(qū)激勵式大氣壓平板等離子體反應器陣列(D)產(chǎn)生高濃度活性氧；其中，大氣壓平板等離子體反應器陣列(D)由大氣壓平板等離子體反應器通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式構成，1~2個大氣壓平板等離子體反應器的氣路和水路串聯(lián)組成一個模塊組，5~10組大氣壓平板等離子體反應器模塊組再通過并聯(lián)的方式構成大氣壓平板等離子體反應器陣列(D)； 其中，大氣壓平板等離子體反應器(1)采用雙電離腔結(jié)構，高壓電極采用銀漿鍍涂在兩平行板電介質(zhì)層之間，高壓電極為網(wǎng)狀或條狀，但相鄰電極網(wǎng)格或條帶間距保持在0.3~0.5mm之間，電極網(wǎng)格或條帶線寬控制在0.45~0.55mm,電極厚度0.1~0.15mm,鍍層邊緣距電介質(zhì)層邊緣留有6~8mm的絕緣距離，電介質(zhì)材料為純度96 %~99 %的a -Al2O3,電介質(zhì)層厚度0.5~0.64mm,相對介電常數(shù)9~10,放電間距控制在0.25~0.64mm，工作模式采用微流注與微輝光交替促成放電模式，激勵電壓控制在5~10kV，激勵頻率控制在5~IOkHz，工作氣壓控制在90~IlOkPa ;其中，大氣壓平板等離子體反應器陣列(D)采用分區(qū)激勵控制模式，即大氣壓平板等離子體反應器陣列(D)中的每個大氣壓平板等離子體反應器(1)配置一個小型高頻高壓變壓器(3)，小型高頻高壓變壓器(3)的高壓輸出端通過高壓電纜連接到大氣壓平板等離子體反應器(1)的高壓端子上，所有小型高頻高壓變壓器(3)的低壓輸入端連接到分區(qū)激勵電源控制器(2)的匯流母排上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的應急處理裝置，其特征在于，水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)工作時，水力空化氣液混溶器(12)的入口壓強控制在2~3.5kg/cm2，出口壓強不高于入口壓強的50%。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的應急處理裝置，其特征在于，當壓艙水的PH值小于7時，啟動引發(fā)劑注入器(14)，向水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)的入水口注入H2O2或能夠產(chǎn)生O『的促進劑，增強產(chǎn)生羥自由基的高級氧化反應過程。
5.根據(jù)權利要求3所述的應急處理裝置，其特征在于，當壓艙水的PH值小于7時，啟動引發(fā)劑注入器(14)，向水力空化氣液混溶與羥自由基制備系統(tǒng)(B)的入水口注入H2O2或能夠產(chǎn)生O『的促進劑，增強產(chǎn)生羥自由基的高級氧化反應過程。
【文檔編號】C02F9/04GK103922510SQ201410181323
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月27日 優(yōu)先權日:2014年4月27日
【發(fā)明者】張芝濤, 張小芳, 白敏冬, 俞哲, 劉開穎, 杜還 申請人:大連海事大學