申請(qǐng)日2015.09.29

　　公開(kāi)(公告)日2015.12.09

　　IPC分類(lèi)號(hào)C02F9/08

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種采用聯(lián)合處理方式的船舶壓載水處理方法及設(shè)備，它解決了現(xiàn)有船舶壓載水的處理方法和設(shè)備效率較低和功耗較高的問(wèn)題。本發(fā)明的方法依次通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn)：a、對(duì)船舶壓載水進(jìn)行過(guò)濾，去掉大于50微米的雜物;b、通過(guò)電催化過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基;c、通過(guò)光輻射反應(yīng)器處理船舶壓載水。本發(fā)明利用電催化/光催化協(xié)同作用，在紫外輻射和強(qiáng)氧化性自由基的共同作用下，殺滅微生物，達(dá)到凈化水質(zhì)的要求。本發(fā)明的船舶壓載水處理設(shè)備包括粗格柵、水泵、高效過(guò)濾器、一號(hào)控制閥、電催化反應(yīng)器和光輻射反應(yīng)器。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種船舶壓載水的處理方法，其特征在于它依次通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn)：a、對(duì)船舶壓載水進(jìn)行過(guò)濾，去掉大于50微米的雜物;b，通過(guò)催化電極產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基，混合到船舶壓載水中;c、用紫外光照射處理船舶壓載水。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶壓載水的處理方法，其特征在于在步驟c中用反應(yīng)器內(nèi)紫外光照射船舶壓載水的同時(shí)，可以在反應(yīng)器中添加或者不添加TiO2光催化劑。

　　3.船舶壓載水的處理設(shè)備，其特征在于它包括粗格柵1，水泵2，高效過(guò)濾器3、一號(hào)控制閥4、電催化反應(yīng)器5、光輻射反應(yīng)器6;高效過(guò)濾器3的入口前端安裝粗格柵1與水泵2，出口通一號(hào)控制閥4的一端，一號(hào)控制閥4的另一端連通反應(yīng)器5的入口，反應(yīng)器6的出口與反應(yīng)器5的入口通過(guò)法蘭直接連接，反應(yīng)器6的出口設(shè)置在反應(yīng)器6的上端，紫外線燈6-1由上到下貫穿于反應(yīng)器6內(nèi)腔中。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶壓載水的處理設(shè)備，其特征在于電催化反應(yīng)器5內(nèi)包括一對(duì)或多對(duì)交錯(cuò)排列的電極，陽(yáng)極5-1為含有特殊涂層的催化電極，陰極5-2為惰性電極，壓載水在陰陽(yáng)極交錯(cuò)排列的縫隙中通過(guò)。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶壓載水的處理設(shè)備，其特征在于光輻射反應(yīng)器6內(nèi)包括一個(gè)或多個(gè)石英管6-2，每個(gè)石英管6-2可以在橫向或在高度方向貫穿于反應(yīng)器6，多個(gè)石英管6-2均勻分布在反應(yīng)器6內(nèi)，每個(gè)石英管6-2內(nèi)都設(shè)置一個(gè)紫外線燈6-1。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種電催化/紫外復(fù)合船舶壓載水處理方法和設(shè)備

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及船舶壓載水的處理方法，本發(fā)明還涉及船舶壓載水的處理設(shè)備。

　　背景技術(shù)

　　船舶壓載水異地排放問(wèn)題被國(guó)際海事組織(IMO)和國(guó)際環(huán)境監(jiān)督部門(mén)列為全球海洋生態(tài)環(huán)境安全的四大危害因素之一。根據(jù)國(guó)際海事組織的統(tǒng)計(jì)，全球每年共有超過(guò)100億噸壓艙水排入海洋，每天至少有7000個(gè)有機(jī)體等隨船舶壓載水遠(yuǎn)航至他鄉(xiāng)。物種互相入侵，加劇了海洋生態(tài)鏈和環(huán)境的惡化。船舶運(yùn)輸?shù)呢涍\(yùn)量占全球貨運(yùn)總量的80%，遠(yuǎn)洋船舶越來(lái)越多，因此船舶壓載水已經(jīng)被視為破壞全球海洋生態(tài)鏈的日益嚴(yán)重的禍害之一。

　　船舶壓載水處理系統(tǒng)是在貨船裝載壓載水的同時(shí)進(jìn)行處理，如何在滿足國(guó)際海事組織關(guān)于壓載水排放要求的前提下，提高處理系統(tǒng)的效率是研發(fā)工作者的目標(biāo)。近些年來(lái)，關(guān)于船舶壓載水的處理方法層出不窮，主要是利用置換法、機(jī)械法、物理法、化學(xué)法來(lái)對(duì)船舶壓載水進(jìn)行處理。然而研究發(fā)現(xiàn)壓載水可信置換率大約只有70%~90%，壓載艙底部的剩余外來(lái)生物及沉淀物在置換后會(huì)重新懸浮，并不能達(dá)到完全置換的目的;機(jī)械過(guò)濾法在處理壓載水時(shí)無(wú)法去除體型較小的細(xì)菌與病毒;加熱法不適用于不能提供足夠熱量的船體，同時(shí)維持均勻的壓載水溫度難以實(shí)現(xiàn)，還會(huì)對(duì)船體的管道、水泵和船艙涂層帶來(lái)不利影響;臭氧制備方式復(fù)雜，同時(shí)會(huì)加劇船體船艙的腐蝕，過(guò)高的臭氧濃度還會(huì)對(duì)船員身體健康產(chǎn)生影響。

　　紫外輻射技術(shù)與電催化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于船舶壓載水處理當(dāng)中。石健發(fā)明了一種船舶壓載水處理裝置(發(fā)明專利，專利公開(kāi)號(hào)CN103708582A)，主要通過(guò)高頻高壓電源供電，介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)裝置對(duì)船舶壓載水進(jìn)行處理，該處理系統(tǒng)采用高壓高頻電源，具有較高的使用風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)過(guò)高的電壓會(huì)加劇電極副反應(yīng)的發(fā)生，增加電能消耗，并不能使船舶壓載水達(dá)到滿意的處理程度。白振光發(fā)明了一種高效的船舶壓載水處理系統(tǒng)(發(fā)明專利，專利公開(kāi)號(hào)CN101948204A)，主要采用紫外消毒技術(shù)對(duì)船舶壓載水中的細(xì)菌與病毒進(jìn)行殺滅，據(jù)科學(xué)研究紫外輻射波長(zhǎng)為254nm波長(zhǎng)時(shí)對(duì)細(xì)菌和病毒的DNA有較強(qiáng)的破壞作用，但是并不能有效殺滅壓載水中的藻類(lèi)物種。由此可見(jiàn)單獨(dú)高頻電壓、紫外輻射處理系統(tǒng)并不能將船舶壓載水處理到國(guó)際排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　紫外/電催化是將紫外輻射與電催化技術(shù)相聯(lián)合的一種復(fù)合處理技術(shù)。有機(jī)物在經(jīng)過(guò)電催化處理后立即進(jìn)行紫外輻射處理，由電催化產(chǎn)生的一些氧化性物質(zhì)，如·OH等經(jīng)過(guò)紫外輻射后可以加快與有機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)。目前，紫外/電催化聯(lián)合處理壓載水的報(bào)到較少，主要是應(yīng)用于工業(yè)廢水和生活污水的研究。張祖云研究了BixTiOy-TiO2復(fù)合膜電極光電協(xié)同對(duì)細(xì)菌濃度為106CFU/mL的模擬壓載水進(jìn)行滅菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明外加電壓為9V，電極與溶液接觸面積為140cm2時(shí)，20W紫外殺菌燈照射下反應(yīng)2min可完全去除壓載水中的細(xì)菌。

　　研究表明，紫外/電催化聯(lián)合技術(shù)在船舶壓載水處理方面具有協(xié)同作用的優(yōu)越性，具有比單獨(dú)處理系統(tǒng)更高的微生物滅活效率。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種船舶壓載水的處理方法，以解決現(xiàn)有船舶壓載水的處理方法效率較低和成本較高的問(wèn)題。本發(fā)明的方法依次通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn)：a、采用高效過(guò)濾器對(duì)船舶壓載水進(jìn)行過(guò)濾，去掉大于50微米的雜物;b、通過(guò)電催化反應(yīng)器，電極產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基將微生物殺滅;c、用光催化反應(yīng)器處理船舶壓載水，從而進(jìn)去一步去除壓載水中的細(xì)菌、單胞藻、原生動(dòng)物。

　　本發(fā)明還涉及一種采用上述處理方法的船舶壓載水處理設(shè)備。它包括：粗格柵1、水泵2、高效過(guò)濾器3、一號(hào)控制閥4、電催化反應(yīng)器5、光輻射反應(yīng)器6組成，船舶壓載水管道通過(guò)粗格柵1后連通水泵2的入口，水泵2的出口連通高效過(guò)濾器3的入口，高效過(guò)濾器3的液體出口連通一號(hào)控制閥4的一端，一號(hào)控制閥4的另一端連通電催化反應(yīng)器5的入口，電催化反應(yīng)器5內(nèi)交錯(cuò)排列一對(duì)或者多對(duì)電催化電極，包括陽(yáng)極5-1和陰極5-2，電催化反應(yīng)器5的出口與光輻射反應(yīng)器6的入口通過(guò)法蘭連接，光輻射反應(yīng)器6的出口設(shè)置在反應(yīng)器6的上端，在光輻射反應(yīng)器6內(nèi)包括一個(gè)或多個(gè)石英管6-2，每個(gè)石英管6-2可以在橫向或在高度方向貫穿于反應(yīng)器6，多個(gè)石英管6-2均勻分布在反應(yīng)器6內(nèi)，每個(gè)石英管6-2內(nèi)都設(shè)置一個(gè)紫外線燈6-1。

　　壓載水首先通過(guò)粗格柵1和高效過(guò)濾器3，將壓載水中長(zhǎng)度大于50μm的雜質(zhì)和微生物去除，過(guò)濾后的壓載水進(jìn)入電催化反應(yīng)器5，高效電催化電極產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基對(duì)壓載水中微生物進(jìn)行殺滅同時(shí)會(huì)氧化Cl-生成次級(jí)氧化性物質(zhì)，最后壓載水進(jìn)入光輻射反應(yīng)器6，在紫外輻射和強(qiáng)氧化物質(zhì)的同時(shí)作用下去除壓載水中的細(xì)菌、單胞藻、原生動(dòng)物。

　　在電催化系統(tǒng)中，形穩(wěn)陽(yáng)極(DSA)表面能較高，和海水接觸時(shí)親和力強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生“表面羥基”過(guò)程。鈦基電極表面涂層的金屬氧化物質(zhì)MOx由于其較高的電負(fù)性對(duì)羥基基團(tuán)中的電子更具有吸引力，使得M-O鍵縮短，而伸長(zhǎng)O-H鍵并弱化其鍵能，反應(yīng)過(guò)程如下：

　　(MOx)-OH→(MOx)-O·+H++e-

　　(MOx)-O·+OH-→(MOx)-O-+HO·

　　(MOx)-O-+H2O→(MOx)-OH+OH-

　　綜合以上三式，可以認(rèn)為是水在Ti/MOx表面生成了·OH�！�OH的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位高達(dá)2.80V，僅次于F2的2.87V，比其它常見(jiàn)的氧化劑具有更高的氧化能力，可以破壞微生物細(xì)胞膜通透性進(jìn)而破壞其完整性，甚至可以直接破壞微生物的DNA導(dǎo)致微生物死亡。在光輻射反應(yīng)器內(nèi)通過(guò)波長(zhǎng)254nm的紫外光對(duì)微生物的DNA遺傳系統(tǒng)進(jìn)行破壞，又利用氧化性物質(zhì)在光輻射反應(yīng)器內(nèi)的持續(xù)氧化作用，從而達(dá)到殺滅壓載水中微生物的目的。

　　本發(fā)明的方法和設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，先利用電催化系統(tǒng)的氧化作用再結(jié)合電催化/光輻射協(xié)同作用殺滅生命力頑強(qiáng)的微生物，高速高效地殺死微生物，實(shí)現(xiàn)在管道輸送壓載水過(guò)程中直接去除壓載水中的細(xì)菌、單胞藻、原生動(dòng)物。