CN100427409C - 通过使用自然海水的电解处理压舱水的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于使用NaOCl处理压舱水的电解型装置及其方法。该装置包括：压载舱、电解槽、第一循环泵、第二循环泵以及控制器。压载舱被安装在海船中以储存海水。电解槽与压载舱连接并电解海水。安装循环泵以允许压舱水流入电解槽中，并且将含有NaOCl的电解水排放到压载舱。控制器向电解槽供电以控制NaOCl浓度，并且控制循环泵。该装置和方法安全地处理海水。因此，可以最小化环境污染和生态***破坏。

Description

通过使用自然海水的电解处理压舱水的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于使用NaOCl处理压舱水的电解型装置及其方法，更具体地，涉及一种能够电解进入压载舱中的海水，由包含在海水中的NaCl生成NaOCl以杀死进入的海水内的有害浮游生物，以及由于排放的NaOCl被日光的紫外线自然分解而防止由于排放水而造成的二次污染的装置及其方法。
背景技术
为了解决由于大型海船的压载舱吸入和排放的海水所造成的环境破坏，以及由于有机物流入到其他区域所造成的生态***扰动，正在进行用于解决在相关技术领域中使用药物和过滤等的处理方法中的问题的研究。
对于现在正在使用的大多数大型海船(包括油轮和大型货轮)，为了确保海船的稳定性和平衡，在海船的底部设置压载舱。为了在海船中没有货物的情况下补偿海船的平衡损失，使用压载舱来通过吸入预定量的海水来平衡海船。
在这一点上，基于海船的大小(即，排水量)来设定吸入的海水量。对于大型海船，常常吸入多于一万吨的海水。在那种情况下，在吸入的海水中包括海洋微生物。在海船在其停靠码头的国家或地区吸入海水，然后在其他国家或地区排放海水的情况下，海水中吸入的海洋微生物可能到其他地区繁殖。
上述海洋微生物的迁移几乎不可能在自然界中发生，但是会产生生态***扰动，例如生物的代表性物种的改变和赤潮，因此对生态***造成非常严重的问题。
为了解决这些问题，已经使用了用过滤器过滤吸入的海水或通过向吸入的海水中投入药物来清除海洋微生物的方法，以清除压载舱内的微生物。在使用过滤器的方法的情况下，减少了吸入的海水量，因此产生了处理能力的问题。此外，由于过滤器的网眼受限，所以不能执行微生物的完全处理。
此外，在投放药物的情况下，能够清除进入的海洋微生物，然而残留在舱内的有毒化学物质会在排放海水时污染附近区域，从而引起环境破坏。因而，现在控制药物的使用。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种比相关技术领域中使用药物的方法安全和简单的处理压舱水的电解型装置及其方法，提出的解决方案是使进入压载舱内的海水循环并使用电解槽将海水中含有的NaCl成分转化成NaOCl来杀死海洋微生物，并且利用排放的海水中包含的NaOCl在日光紫外线的影响下转化回NaCl的现象解决了由于排放的海水造成的二次污染的问题。
本发明的另一目的在于提供一种处理压舱水的电解型装置及其方法，能够通过非常简单的结构有效杀死海洋微生物。
为了实现上述目的，提供一种用于处理海船中压舱水的电解型装置，该装置包括：压载舱，安装在海船的底部，用于储存海水；电解槽，与压载舱连接，用于电解海水；第一循环泵，安装在压载舱与电解槽之间，用于允许压舱水流入电解槽中；第二循环泵，用于将含有NaOCl的电解海水从电解槽排放到压载舱；以及控制器，用于给电解槽供电以控制压舱水的NaOCl浓度，以及控制循环泵。
电解槽可以在电解槽的内部、压载舱的入口、和压载舱的底部中的至少一个位置上具有NaOCl浓度检测传感器。
在压载舱与各个循环泵之间可以安装用于控制海水流入和流出量的阀。
该阀可以是电磁阀。
在本发明的一个方面中，提供一种使用电解来处理海船中压舱水的电解型方法，该方法包括以下步骤：将海水吸入到压载舱中；操作循环泵，以允许压载舱的海水流入安装了用于电解的电极的电解槽中；在电解槽中通过电解将海水中含有的NaCl转化为NaOCl；以及通过循环泵将含有NaOCl的海水排放到压载舱。
为了保持NaOCl的浓度不变，本发明可以安装NaOCl浓度检测传感器，以根据检测结果控制电解槽的海水循环量或直流电压供给。
在本发明的另一方面中，提供一种用于处理海船中压舱水的电解型装置，该装置包括：压载舱，安装在海船的底部，用于储存海水；吸入泵，用于吸入海水并向压载舱提供海水；电解槽，位于压载舱与吸入泵之间，用于电解从吸入泵提供到压载舱的海水；以及控制器，用于控制向电解槽提供的电能，以及控制吸入泵，从而控制压载舱中包含的海水的NaOCl浓度。
在本发明的又一方面中，提供一种使用电解来处理海船中压舱水的电解型方法，该方法包括以下步骤：将海水吸入到压载舱中；使吸入的海水通过安装了用于电解的电极的电解槽，以生成含有NaOCl的电解水；以及允许含有NaOCl的电解水流入压载舱中。
附图说明
通过参考附图描述优选实施例，本发明的上述目的、其他特征和优点将变得更加明显，附图中：
图1是示意性示出根据本发明实施例的用于处理压舱水的电解型装置的结构的视图；
图2是示意性示出根据本发明实施例的用于处理压舱水的电解型装置的结构的方框图；
图3是根据本发明实施例的用于处理压舱水的电解型方法的流程图；
图4是示意性示出根据本发明的改进实施例的用于处理压舱水的电解型装置的结构的视图；
图5A和图5B是示出应用到图4中用于处理压舱水的电解型装置的电解槽的详细结构的视图；以及
图6是根据本发明的改进实施例的用于处理压舱水的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1和图2，将更详细地描述根据本发明第一实施例的用于处理压舱水的装置。
根据本发明实施例的用于处理压舱水的装置100通常安装在海船的底部，并且使已经吸入到压载舱102中的海水的一部分循环以产生NaOCl成分，并将NaOCl成分返回到压载舱102。
根据第一实施例的用于处理压舱水的电解型装置100包括：吸入入口103和吸入泵104，用于吸入海水；排放出口107和排放泵114，用于排放海水；压载舱102，用于储存海水；电解槽101，与压载舱102连接，用于电解海水；循环泵105，安装在压载舱102与电解槽101之间，用于使压舱水流入电解槽101中；循环泵110，用于从电解槽101中排放含有NaOCl的压舱水；控制器，用于控制NaOCl浓度，向电解槽101供电，以及控制各个循环泵105和110。
压载舱102和电解槽101安装有用于检测NaOCl浓度的NaOCl浓度检测传感器109。为了控制NaOCl的浓度，本发明控制从电解槽101排放和流入电解槽101的海水量，在压载舱102与各个循环泵105和110之间安装阀115。例如，能够自动控制的电磁阀可以用作阀115。
电解槽101人工地电解海水，以将组成海水的主要物质NaCl转化为NaOCl。电解槽101在其阳极上产生具有强腐蚀性的钠气，以及在其阴极上产生NaOH，并且最终生成NaOCl和氢气。然而，根据海水的温度以不同的方式发生分解和连接(joining)反应。由于在15-30℃的温度范围内发生海水的电解反应，对于大部分情况由下面的方程式给出海水的电解反应：
Figure C20048003831300101
由上述电解方程式生成的NaOCl是不稳定的并且自身处于激发状态。因此，如果存在紫外线，则随着时间的流逝，氧自然释放(fall off)并且NaOCl恢复回NaCl。此外，NaOCl显示出强碱性，因此为具有除虫剂和消毒效果所知。当与HCl进行比较时，电解期间获得的NaOCl具有比HCl大约1.4倍的效果。
在上述电解期间，没有电解全部NaCl，并且生成的NaOCl量通过施加的功率强度来确定。上述反应被分为直接电解反应和电极电解反应。直接电解反应由下面的方程式给出：
Figure C20048003831300111
在电极上发生的电极电解反应由下面的方程式给出：
阳极反应：
阴极反应：
Figure C20048003831300113
从这些方程式中获得最后一个方程式是从除了上述直接反应方程式之外的电极电解反应方程式中获得的NaOCl的最终生成方程式。
参考图2，控制器包括：泵和阀控制器124，用于控制各个循环泵105和110以及电磁阀115；电压/电流检测器118，用于检测电解槽101内部的电压和电流；NaOCl浓度测量装置120，用于控制NaOCl浓度；直流电压供给单元111，用于将交流电压转换成直流电压，并将直流电压提供给电解槽101；模/数(A/D)输入单元和输出单元121和122，用于输入和输出各种控制数据；以及控制计算机112，用于操作和管理各种控制数据，以管理整个***控制。
此外，在NaOCl浓度测量装置120与NaOCl浓度检测传感器109之间安装前置放大器119，用于放大由NaOCl浓度检测传感器109检测的检测信号，以将放大的检测信号发送到NaOCl浓度测量装置120。为了控制NaOCl浓度，控制器使用直流电压供给单元111来控制直流电压的供给和电解。
此外，在电解槽101和压载舱102内部可以设置水位检测装置(未示出)，使得操作者可以检测海水的吸入和排放。因为关于水位检测装置可以使用本技术领域的普通技术，所以将省略其详细描述。
下面将描述用于处理压舱水的电解型方法。
参考图3，通过运行吸入泵104将海水吸入到压载舱102中(S111)。接下来，使用设置在压载舱102内部的水位检测装置(未示出)来判断是否完成了海水的吸入(S112)。通过运行循环泵105将压载舱102内部的海水吸入安装了用于电解的电极116的海水的电解槽101(S113)。然后，在电解槽101中，通过使用直流电压和电流的电解，将吸入的海水中的NaCl成分转化成NaOCl成分(S114)。接下来，为了向压载舱102提供海水，通过用于排放的循环泵110排放含有产生的NaOCl的海水(S115)。
在这一点上，通过沿着压载舱102的上表面设置的排放管道108和排放喷嘴106来均匀排放压舱水，使得生成的NaOCl成分可以容易地在压载舱102内部扩散。
为了杀死海洋微生物，通过上述系列处理吸入的NaOCl量需要维持在预定浓度，所以使用NaOCl浓度检测传感器109来测量NaOCl浓度(S116)。接下来，判断NaOCl浓度是否达到所需浓度(S117)。
如果NaOCl浓度达到了所需浓度，则使循环泵停止(S118)。如果NaOCl浓度没有达到所需浓度，则通过上述处理循环海水，直至NaOCl浓度达到预定浓度。
如果NaOCl浓度以这种方式达到预定浓度，则执行微生物的杀灭，并且在海船行驶到目的地的几天到几十天的时间间隔期间，自然地处理全部微生物。
在上述处理期间生成的NaOCl浓度增加过多的情况下，可能产生对压载舱内壁的腐蚀。在目的地最后排放压舱水的情况下，可能强烈地表现出原始毒性。因此，需要一种用于在NaOCl的生产和循环处理中设置浓度常数并且监视浓度的方法。
因此，鉴于这些方面，本发明分别在生成NaOCl的电解槽101、从喷嘴106排放NaOCl的压载舱102的入口、以及压载舱102的底部中安装NaOCl浓度检测传感器109，以便实时地检测从排放处理时的量到舱内的残余量的NaOCl浓度变化，并且基于检测结果适当地控制海水的循环量或直流电压供给。
确定在上面处理中用于在电解中获得最优NaOCl浓度所使用的功率值与电解槽101内电极的大小和间距以及海水的流入和流出速度直接相关。因此本发明中使用的功率不限于特定功率。
根据本发明，同时有效地杀死海洋微生物。下面的表1示出通过电解水对海水中大多数生物的影响浓度。作为执行本发明的结果，已经通过肉眼验证了导致赤潮的生物在电解水扩散之后1-2分钟内完全消除。在实际相应的海域中具有7-8千/ml总量的旋沟藻浓度在经过4个小时之后几乎接近零，显示出好的消除效果。如果控制电解水所要求的NaOCl成分浓度，则可以实现海洋微生物的完全消除。
表1.在海洋生态***中针对各营养步骤的电解水中NaOCl的影响浓度。
Figure C20048003831300141
图4和图5示出根据本发明的具有不同于图1和图2结构的用于处理压舱水的电解型装置。
用于处理压舱水的装置200安装在海船的底部。装置的结构使得在通过使海水经过电解槽201而在海水中生成NaOCl成分之后海水流入压载舱202。
根据本实施例的用于处理压舱水的电解型装置200包括：吸入入口203和吸入泵204，用于吸入海水；排放出口207，用于排放海水；压载舱202，用于储存海水；电解槽201，与压载舱202连接，用于电解海水；管道203，用于将压载舱202与电解槽201连接；以及控制器，用于检测压载舱202中NaOCl浓度，向电解槽201供电，控制该浓度和功率，以及自动控制这些操作。
压载舱202和/或电解槽201安装有用于检测NaOCl浓度的NaOCl浓度检测传感器209。此外，如果需要，可以在电解槽201与压载舱202之间的管道203中安装可遥控开/关的阀(未示出)。
例如，该阀优选采用可以自动控制的电磁阀。如参考图2所描述，控制器包括：电压/电流检测器，用于检测电解槽201内部的电压和电流；直流电压供给单元211，用于向电解槽201提供直流电压；模/数(A/D)输入单元和输出单元，用于输入和输出各种控制数据；泵和阀控制器，用于自动控制各个泵和阀；以及控制计算机212，用于操作和管理各种控制数据，从而管理整个***控制。
此外，由于用于处理压舱水的电解型装置200使用电解槽201直接电解海水来生成NaOCl，然后向压载舱202提供电解水，所以与参考图1和图2所述的本发明第一实施例的结构不同，可以省略循环泵105和110。因此，可以实现更简单结构的装置。
参考图5，在本实施例中使用的电解槽201可以具有圆柱状空腔形状的主体201a，且主体201a的两端可以以使用法兰201b的连接方式与从吸入泵204朝向压载舱202的管道203连接。
此外，多个阳极和阴极电极216设置在电解槽201的圆柱状主体201a中。电极216电连接到直流电压供给单元211，并且提供直流功率，使得可以执行海水的电解。
此外，管道203通过沿着压载舱202的顶部设置的排放管道208和排放喷嘴206均匀排放压舱水，使得在电解槽201中生成的NaOCl成分可以容易地在压载舱202内部扩散。
此外，用于处理压舱水的装置200在电解槽201和压载舱202内部具有水位检测装置(未示出)，使得操作者可以检测海水的当前状态。由于本领域的普通技术能够用于水位检测装置，所以将省略其详细描述。
以下将描述根据本发明的改进实施例的用于处理压舱水的电解型方法。
参考图6，根据该方法首先执行将海水吸入压载舱202的步骤(S211)。在步骤S211中，通过运行吸入泵204吸入海水。
接下来，执行使吸入的海水经过安装有用于电解的电极216的电解槽201以生成含有NaOCl的电解水的步骤(S212)。然后，在吸入的海水中，通过使用直流电压和电流的电解，在电解槽201中将NaCl成分转化成NaOCl成分。
接下来，执行向压载舱202排放含有生成的NaOCl的电解水的步骤(S213)。在这一点上，通过沿压载舱202的顶部设置的排放管道208和排放喷嘴206均匀排放压舱水，使得生成的NaOCl成分可以容易地在压载舱202内部扩散。
为了杀死海洋微生物，通过上述处理系列吸入的NaOCl量应当维持在预定浓度，所以执行使用NaOCl浓度检测传感器209测量NaOCl浓度的步骤(S214)。
此后，执行基于检测的NaOCl浓度在电解槽201控制直流电压和电流，以及在吸入泵204调节海水的流入量，从而控制NaOCl浓度，直至NaOCl浓度达到所需浓度的步骤(S215)。
接下来，在步骤S216中，使用设置在压载舱202内部的水位检测装置(未示出)判断是否完成海水的吸入。在步骤S216中，运行吸入泵204，直至压载舱202内部的压舱水达到期望吸入量。如果海水达到期望吸入量，则停止运行吸入泵204。
如果以这种方式吸入海水，使得期望NaOCl浓度可以达到预定浓度，则执行微生物的杀灭，并且在海船行驶到目的地的几天到几十天的时间间隔期间，自然地消灭全部微生物。
在此期间，根据本实施例，当然可以预先设置电压、电流、和海水量，使得可以在电解槽中获得最优目标NaOCl浓度，并且可以使用上述设定值向压载舱中提供电解水，以及在处理期间不用分别控制NaOCl浓度。
确定在电解时使用的功率值与电解槽201中电极的大小和间距以及海水的流入和流出速度或量直接相关。因此本发明中使用的功率或海水的流入量不限于特定功率或特定流入量。
尽管为了说明的目的披露了本发明的优选实施例，本领域技术人员应该理解，在不背离权利要求中定义的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种更改、添加、和替换。因此，本发明的范围不是通过本发明的详细描述来定义，而是通过权利要求来定义，并且范围内所有的差异均包括在本发明中。
工业实用性
如上所述，由于本发明通过解决在相关技术领域中用于处理压舱水出现的问题，使得安全地处理海水成为可能，从而可以减小环境污染和生态***破坏。
此外，根据本发明，能够以很有效的方式，通过非常简单的结构杀死海洋微生物。

Claims (20)

1.一种用于处理海船中压舱水的电解型装置，所述装置包括：
压载舱，安装在所述海船的底部，用于储存海水；
电解槽，与所述压载舱连接，用于电解所述海水；
第一循环泵，安装在所述压载舱与所述电解槽之间，用于允许所述压舱水流入所述电解槽中；
第二循环泵，用于将含有NaOCl的所述电解海水从所述电解槽排放到所述压载舱；以及
控制器，用于向所述电解槽供电以控制所述压舱水的NaOCl浓度，以及控制所述循环泵。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述电解槽的内部、所述压载舱的入口、以及所述压载舱的底部中的至少一个位置上安装NaOCl浓度检测传感器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，还包括安装在所述压载舱与所述各个循环泵之间的用于控制所述海水的流入和流出量的阀。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，每个所述阀是电磁阀。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器包括直流电压供给单元，用于将交流电压转换成直流电压，并向所述电解槽的电极提供所述直流电压。
6.一种使用电解来处理海船中压舱水的方法，所述方法包括以下步骤：
将海水吸入到压载舱中；
运行循环泵，以允许所述压载舱的所述海水流入安装了用于电解的电极的电解槽中；
在所述电解槽中，通过电解将所述海水中含有的NaCl转化为NaOCl；以及
通过循环泵将含有NaOCl的所述海水排放到所述压载舱。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，为了保持NaOCl浓度恒定，安装NaOCl浓度检测传感器，以根据所述检测结果控制所述电解槽的海水循环量或直流电压供给。
8.根据权利要求6所述的方法，在所述排放步骤之后还包括以下步骤：
测量NaOCl浓度，以判断所述NaOCl浓度是否达到所需浓度；
如果所述浓度达到所述所需浓度，则使所述循环泵停止；以及
如果所述浓度未达到所述所需浓度，则使所述压舱水循环，直至所述浓度达到所述所需浓度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述电解槽的内部、所述压载舱的入口、以及所述压载舱的底部中至少一点上执行所述测量所述NaOCl浓度的步骤。
10.根据权利要求6所述的方法，在所述吸入步骤之后还包括以下步骤：
使用设置在所述压载舱内部的水位检测装置来判断是否完成了所述海水的所述吸入。
11.一种用于处理海船中压舱水的电解型装置，所述装置包括：
压载舱，安装在所述海船的底部，用于储存海水；
吸入泵，用于吸入海水并向所述压载舱提供所述海水；
电解槽，位于所述压载舱与所述吸入泵之间，用于电解从所述吸入泵提供给所述压载舱的所述海水；以及
控制器，用于控制提供给所述电解槽的功率，以及控制所述吸入泵，从而调节所述压载舱中包含的所述海水的NaOCl浓度。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述电解槽具有空腔状主体，并且所述主体的两侧端分别以法兰连接的方式与从所述吸入泵延伸到所述压载舱的管道连接。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述主体是圆柱形形状。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述电解槽的所述主体具有在其内部设置的包括阳极和阴极的多个电极，并且所述电极与直流电压供给单元电连接，使得供给由交流转化的直流功率，并执行所述海水的电解。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述管道通过沿所述压载舱的顶部设置的排放管道和排放喷嘴均匀排放所述压舱水，使得所生成的NaOCl成分容易地在所述压载舱内部扩散。
16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述压载舱和所述电解槽中的至少一个安装有用于检测NaOCl浓度的NaOCl浓度检测传感器。
17.一种使用电解来处理海船中压舱水的电解型方法，所述方法包括以下步骤：
将海水吸入到压载舱中；
使所吸入的海水经过安装了用于电解的电极的电解槽，
以生成含有NaOCl的电解水；以及
允许含有NaOCl的所述电解水流入所述压载舱中。
18.根据权利要求17所述的方法，在所述允许所述电解水流入所述压载舱中的步骤之后还包括以下步骤：
测量NaOCl的浓度；
在所述电解槽中，调节直流电压和电流；以及
通过使用吸入泵调节所述海水的吸入量，控制压舱水浓度，直至所述浓度达到所需浓度。
19.根据权利要求18所述的方法，在所述控制所述压舱水浓度的步骤之后还包括以下步骤：
使用设置在所述压载舱内部的水位检测装置，判断是否完成了所述海水的所述吸入；以及
运行所述吸入泵，直至所述海水达到期望吸入量。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，使用位于所述压载舱中的NaOCl浓度检测传感器，执行所述测量所述NaOCl浓度的步骤。
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