CN103553176A - 一种脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，该装置包含处理室、脉冲激光电源、储液槽和集液槽；处理室包含处理室外壳以及设在处理室外壳两端的脉冲氙灯；处理室外壳的进水口与内装待处理海水的储液槽连通，其出水口与内装已处理海水的集液槽相连通；脉冲氙灯与脉冲激光电源相连接。脉冲激光电源为脉冲氙灯提供脉冲能量，使其发出脉冲强光。本发明提供的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，具有工作效率高，处理时间短，操作费用低，不产生二次污染等优点。

Description

一种脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置

技术领域

本发明涉及一种 ，具体地，涉及一种脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置。 

背景技术

现有船舶运输超过世界商品运输量的80%，每年有大于100亿吨的压载水在全球转移。据估计，每天约3000余种动、植物通过压载水在全世界范围内进行迁徙。船舶压载水造成的海洋入侵物种对海洋环境的侵害，已被全球环境基金组织确认为危害海洋的四大威胁之一。 

目前，有450种生物物种入侵到地中海，其中半数以上是通过压载水传播的。对于压载水所携带的物种带来的危害早有记载，欧洲的斑马贝被压载水带入北美五大湖，造成贝类疯长，扩展到50%以上的河道，并布满了当地水下建筑和管道。这样的例子还有很多: 1990年，美国的栉水母侵入黑海，吞噬了那里大量的浮游生物，致使黑海鱼苗几乎枯竭，不久这种水母又入侵了地中海。船舶压载水将导致异地海洋生物入侵当地水域并大量繁殖扩散，破坏当地水域的生态平衡，危害渔业资源，影响公众健康，而且微生物的侵入将会有不可逆性,而目前青岛、烟台、大连、天津、上海、广西、广东和厦门等港口城市基本没有预防措施。因此，船舶压载水给上海带来的威胁是不容忽视的。为了经济可持续发展和保护人类赖以生存的海洋环境，需要积极开展压载水处理方法的研究，找出一个最经济最有效的压载水处理方法。 

当前船上处理压载水的方法大致可以分为：机械方法，物理方法和化学方法。 

一、机械方法 

过滤法:通常作为化学氧化或紫外线杀灭方法的预处理措施，一般采用过滤滤径为50－150??m的楔形过滤器过滤生物和杂质。过滤法处理压载水被认为是对环境最无害的方法，但处理量较低。

旋流式分离法:旋流式分离法已被认为是一种相对简单，价格低廉的去除压载水中较大颗粒和生物的方法。它主要是使液体和颗粒切向进入分离单元，形成一股环流。这些液体和颗粒接着就从切向楔形槽流出并且加速进入分离器。离心作用使颗粒比液体更加靠近分离室的外边界。这些固体颗粒就会慢慢地由边界处落下，聚集在分离单元的收集室，剩下的液体由漩流的形式通过分离单元的上部出口流出，收集的固体物质定期从分离单元清除或连续的从分离器中流出，这样就达到了分离有害生物的目的。但是，当微生物的比重与海水相接近时，旋流分离法受到限制。 

二、物理处理法 

加热处理。可采用水蒸气通入船舶压载舱中的压载水、船引擎余热加热或微波加热船舶压载水三种途径，2000年，大连海事大学研究工作人员进行了加热治理压载水的研究。但从实验结果看，存在处理时间长、能耗过高、形成的热压力等将影响船舶的航行安全等难以解决的问题。

紫外线照射法。紫外光可有效杀死多种微生物，通常用150??m孔径的过滤装置处理后再用420 mW剂量的紫外线处理。由于存在穿透力较弱问题，仅能处理较薄的水层，而且受压载水的色度、浊度、有机物和盐类等参数的限制。 

超声波法。1990年，Schormann等人提出采用超声波杀死微生物，声波在气泡存在的条件下产生强烈的剪切压力可杀死压载水中的微生物。由于超声波处理量有限，能耗很大，至今还没人做过可行性试验。 

三、化学处理法 

氯或氯化物处理法。氯或氯化物是一种很好的杀菌药物，在陆地被广泛用作水处理剂。实验结果表明有效氯为5mg/l 处理海水能杀灭其中99.85%的异养细菌,100%的弧菌和85.2%的粪大肠菌群。氯化方法处理船舶压载水是比较可行的方法，但它的不足之处是它会造成加快舱壁腐蚀的作用并放出氯臭味

臭氧法。臭氧对细菌病毒的杀灭效果较高，且用量少接触时间短不产生卤化反应。但由于臭氧处于高度不稳定状态，只能现场制备不能像液氯那样工业化生产，因此在费用上常高于加氯处理。臭氧消毒的设备投资及运行费用较一般消毒方法高，用在船上处理压载水时成本高，不容易为船主所接受。臭氧发生设备及投配装置比较复杂，投加量不易调节需要具有较高的技术水平进行管理和维护，不适应船舶的环境空间和技术力量。

二氧化氯处理法。二氧化氯作为消毒剂具有良好的消毒效果。但二氧化氯具有***性遇光易分解成氧化氯和氧，故需在使用时就地制备。因此用二氧化氯消毒成本较高，这是制约船用处理压载水的主要因素。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理船舶压载水中的活体生物的装置，利用脉冲强光，具有工作效率高，处理时间短，操作费用低，不产生二次污染等优点。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其中，该装置包含处理室、脉冲激光电源、储液槽和集液槽；所述的处理室包含处理室外壳以及设在处理室外壳两端的脉冲氙灯；所述的处理室外壳的进水口与内装待处理海水的储液槽连通，其出水口与内装已处理海水的集液槽相连通；所述的脉冲氙灯与脉冲激光电源相连接。脉冲激光电源为脉冲氙灯提供脉冲能量，使其发出脉冲强光。            

上述的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其中，所述的处理室外壳与储液槽之间设有计量泵，将储液槽中的海水输送至处理室中，该计量泵上具有调节海水流量的旋钮。

上述的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其中，所述的处理室外壳与集液槽之间设有取样处。 

上述的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其中，所述的脉冲激光电源上设置有调节电源输出电压、电源输出功率、脉冲频率和脉冲宽度的控制器。 

本发明提供的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置具有以下优点： 

当压载水流经处理室时，由脉冲氙灯所产生的脉冲强光便可以处理压载水中的活体微生物，从而起到杀菌作用。本发明具有工作效率高，处理时间短，操作费用低，不产生二次污染等优点。

附图说明

图1是本发明脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物装置的结构示意图。 

图2是本发明脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物装置电源输出电压与微生物灭活率的关系示意图。 

图3是本发明脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物装置电源输出功率与微生物灭活率的关系示意图。 

图4是本发明脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物装置脉冲频率与微生物灭活率的关系示意图。 

图5是本发明脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物装置脉冲宽度与微生物灭活率的关系示意图。 

图6是本发明脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物装置单脉冲能量与微生物灭活率的关系示意图。 

图7是本发明脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物装置压载水样流量与微生物灭活率的关系示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。 

如图1所示，本发明提供的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，包含处理室1、脉冲激光电源2、储液槽3和集液槽4；处理室1包含处理室外壳11以及设在处理室外壳11两端的脉冲氙灯12；处理室外壳11的进水口13与内装待处理海水的储液槽3连通，其出水口14与内装已处理海水的集液槽4相连通。 

处理室外壳11与储液槽3之间设有计量泵5，将储液槽3中的海水输送至处理室1中，该计量泵5上具有调节海水流量的旋钮。处理室外壳11与集液槽4之间设有取样处6。 

脉冲氙灯12与脉冲激光电源2相连接。脉冲激光电源2为脉冲氙灯12提供脉冲能量，使其发出脉冲强光。            

脉冲激光电源2上设置有调节电源输出电压、电源输出功率、脉冲频率和脉冲宽度的控制器。

本发明提供的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，进行处理时的各项参数可以优选为：电源输出电压为260V~300V，电源输出功率为0.7kw~1kw，脉冲频率为60Hz~80Hz，脉冲宽度的范围为6ms~8ms，单脉冲能量为14J~16J，海水流量为10~30ml/s。 

本发明提供的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，以压载水中常见的异湾藻为研究对象，通过实验来说明本发明装置不同的设计参数对微生物灭活效果的影响。 

实验工作流程如下：压载水样品在计量泵5作用下按以下箭头所示方向流动，未处理样品→计量泵5→处理室1→集液槽4。处理室1中的脉冲氙灯12在脉冲激光电源2的作用下发出脉冲强光，所产生的脉冲强光可以直接灭活压载水样品中的微藻。集液槽4的取样处6取两组平行样进行生物计数，来确定实验处理后活体微藻的浓度。 

通过以上实验，得出实验结果如下： 

由图2可知，提高电源电压能有效提高脉冲强光对异湾藻的灭活效果。电压为220V时，灭活率仅为9.8％，电压为240V时，灭活率就提高到55％，当电压增加到260V时，灭活率能够达到81.5%。

由图3可知，功率越大，异弯藻灭活效果越好。功率为0.3kw时，灭活率为22.4％；功率为0.5kw时，灭活率达到了73.3％，功率为0.7kw时，灭活率已经为91.9％。 

由图4可知，电源脉冲频率的增大也能够提高脉冲强光对异弯藻的处理效果。频率为20Hz时，灭活率为3.1％；频率达到40Hz时，灭活率为55％；频率为60HZ时，灭活率可达到90.1％。 

由图5可知，脉冲宽度的增大能够提高脉冲强光对异湾藻的处理效果。脉宽为3ms时，灭活率为46％；脉宽达到4ms时，灭活率为70.9％；脉宽为6ms时，灭活率达到了89.1％。 

由图6可知，增加单脉冲能量可有效的提高脉冲强光对压载水样中异弯藻的灭活效果。单脉冲能量为10J时，异湾藻的灭活率为63％；单脉冲能量为12J时，灭活率为74.3％；单脉冲能量为14J时，灭活率可达到92.4％。 

由图7可知，流量越大，脉冲强光对异湾藻的处理效果越低。流量为18.07ml/s时，灭活率为78.85％；流量为29.59ml/s时，灭活率为40％；当流量达到41.74ml/s时，灭活率仅为9.3％。 

本发明提供的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，处理压载水与其他方法相比较，具有工作效率高，处理时间短，操作费用低，不产生二次污染等优点。 

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。 

Claims (4)

1.一种脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其特征在于，该装置包含处理室（1）、脉冲激光电源（2）、储液槽（3）和集液槽（4）；

所述的处理室（1）包含处理室外壳（5）以及设在处理室外壳（11）两端的脉冲氙灯（12）；

所述的处理室外壳（11）的进水口（13）与内装待处理海水的储液槽（3）连通，处理室外壳（11）的出水口（14）与内装已处理海水的集液槽（4）相连通；

所述的脉冲氙灯（12）与脉冲激光电源（2）相连接。

2.如权利要求1所述的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其特征在于，所述的处理室外壳（11）与储液槽（3）之间设有计量泵（5），该计量泵（5）上具有调节海水流量的旋钮。

3.如权利要求1所述的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其特征在于，所述的处理室外壳（11）与集液槽（4）之间设有取样处（6）。

4.如权利要求1所述的脉冲强光处理船舶压载水中活体微生物的装置，其特征在于，所述的脉冲激光电源上设置有调节电源输出电压、电源输出功率、脉冲频率和脉冲宽度的控制器。

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