CN115231681A - 一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***及方法。本发明包括过滤器、压载水舱和微纳米气泡灭活单元，所述过滤器的输入端与海底门相连，所述过滤器的输出端与压载水舱相连，所述压载水舱与微纳米气泡灭活单元相连，所述微纳米气泡灭活单元用于持续产生发挥灭活作用的微纳米气泡对压载水进行处理。本发明通过微纳米气泡空化技术对船舶压载水中的细菌、病毒和浮游生物等进行灭活处理，从而避免由船舶航运引起的外来生物入侵灾害，保障船上人员健康，保护水域生态环境，提高航运经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及船舶压载水处理领域，尤其涉及一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***及方法。
背景技术
船舶卸载货物后需要依靠向船内舱室压载海水的方式水来保持船舶航行平稳。所压载的海水及其中水生物种借此完成了远程航行，因此如果不经过防控处理将会造成严重的生物入侵灾害，威胁海水排放所在地区的水生生态环境。当前为满足船舶压载水D-2处理标准，所发展出的入侵生物灭活技术主要有：紫外线法、化学剂投放(次氯酸钠、过氧化氢和臭氧等)、电解法以及各类复合方法等，其中以紫外线灭活技术的应用最为广泛。但是，如果结构设计或过滤效果不佳会导致难以消杀暗藏起来的浮游生物孢囊，需要消耗更多能量以提高紫外线灭活性能。而使用电解法或化学剂投放的方法则会产生额外的活性物质，这类残余氧化剂对船舶设备和管道仍然具有强烈的腐蚀作用，对此还需进一步中和处理，不仅提高了成本还加剧了威胁性。
微纳米气泡指的是直径＜100μm的微细气泡，其中直径＞1μm的称为微米气泡，直径＜1μm的称为纳米气泡。微纳米气泡具有显著区别于普通气泡的特性，被广泛运用于环境工程治理中，其中微纳米气泡曝气时对细菌、病毒及浮游生物具有灭活及抑制生长的作用。气泡空化溃灭时会产生高压冲击波和局部高温，并且这种快速且剧烈的局部高温还会进一步促使周围水域产生羟基自由基，而羟基自由基具有强氧化性。这种由微纳米气泡溃灭产生的物理和化学作用足以使尺寸相当微生物失去活性。微纳米气泡空化技术为船舶压载水杀菌消毒和入侵生物防控提供了巨大的应用前景，尽管当前运用化学氧化剂方法处理水生入侵生物效果显著，但是亦会产生许多有毒的残余氧化性物质，而引入微纳米气泡技术在保障处理效果的同时有助于减少氧化物用量和毒性物质的额外产生。大量的应用实例也证明了该技术能够高效杀菌，并且处理后产物绿色无污染，工程成本低廉。
发明内容
根据上述提出的技术问题，为实现绿色高效的船舶压载水外来入侵生物防控处理，而提供一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***及方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，包括过滤器、压载水舱和微纳米气泡灭活单元，所述过滤器的输入端与海底门相连，所述过滤器的输出端与压载水舱相连，所述压载水舱与微纳米气泡灭活单元相连，所述微纳米气泡灭活单元用于持续产生发挥灭活作用的微纳米气泡对压载水进行处理。
进一步地，所述过滤器的输入端与海底门之间设有压载泵，所述海底门和压载泵之间设有第一阀门，所述压载泵和过滤器之间设有第二阀门。
进一步地，压载水舱中的海水通过排舷外口排出船体，所述排舷外口前设有第四阀门；所述过滤器的输出端与压载水舱之间的管路设有第三阀门和第五阀门，所述第四阀门连接在第三阀门和第五阀门之间的管路上；所述压载泵与压载水仓之间还设有支路管线，所述支路管线的输入端连接在压载水仓和第二阀门之间的管路上，所述支路管线的输出端连接在第三阀门和第五阀门之间的管路上，所述支路管线上设有第六阀门。
进一步地，所述压载水舱的一输出端连接在第一阀门和压载泵之间的管路上，该管路上设有第七阀门。
进一步地，所述微纳米气泡灭活单元包括储气罐、气液混合泵、溶气罐以及分布在压载水舱内的微纳米气泡发生喷头，所述压载水舱内的压载水通过循环泵在舱室内自行循环，即10-14-15-16循环，所述储气罐通过气液混合泵与溶气罐相连，其间设有第八阀门，所述溶气罐通过微纳米气泡发生喷头与压载水舱的输入端相连。
进一步地，微纳米气泡产生喷头均匀分布在压载舱室底部。
进一步地，所述储气罐储存的气体为普通空气，或者例如臭氧等具有氧化性的气体，亦或者例如二氧化碳、氮气和惰性气体等具有脱氧作用的气体中的其中一种。
本发明还公开上述基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***的处理方法，包括如下步骤：
步骤1、当***处于压载状态时，开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门，所压载的海水通过海底门进入，经由过滤器，最后排进压载水舱，完成压载工作；
步骤2、储气罐为喷头产生微纳米气泡提供灭活处理所需的气体，气体介质由于泵产生的负压随着水流进入管道形成气液两相流；气液两相流在溶气罐中充分混合，气液两相流依靠渐缩喷头的物理作用形成微纳米气泡并在舱室水域内扩散进行灭活；通过循环泵实现舱室内压载水自循环，并为产生微纳米气泡提供不低于2bar的溶气压力；
步骤3、当***处于卸载状态时，第四阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门开启，所需排放的海水不再需要经过过滤，只需经过微纳米气泡灭活处理后即可排出舷外。
进一步地，步骤2中，受处理的压载水持续循环时间为60min以上。
本发明通过微纳米气泡空化技术对船舶压载水中的细菌、病毒和浮游生物等进行灭活处理，从而避免由船舶航运引起的外来生物入侵灾害，保障船上人员健康，保护水域生态环境，提高航运经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明处理***流程图。
图2为本发明微纳米气泡灭活单元放大图。
图3为本发明喷头在压载水舱中排列状态示意图。
图中：1：海底门，2：第一阀门，3：压载泵，4：第二阀门，5：过滤器，6：第三阀门，7：第四阀门，8：排舷外口，9：第五阀门，10：压载水舱，11：第六阀门，12：第七阀门，13：微纳米气泡发生单元，14：循环泵，15：溶气罐，16：微纳米气泡产生喷头，17：第八阀门，18：储气罐。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，包括过滤器5、压载水舱10和微纳米气泡灭活单元13，所述过滤器的输入端与海底门1相连，所述过滤器的输出端与压载水舱相连，所述压载水舱与微纳米气泡灭活单元相连，所述微纳米气泡灭活单元用于持续产生发挥灭活作用的微纳米气泡对压载水进行处理。
所述过滤器的输入端与海底门之间设有压载泵3，所述海底门和压载泵之间设有第一阀门2，所述压载泵和过滤器之间设有第二阀门4。海水通过压载泵从海底门被压载进船舶内。具有自清洗功能的过滤器与海底门海水入口相连，所压载的海水进入该压载水处理***首先经过过滤器，清除过滤尺寸较大污染物及生物体。
压载水舱中的海水通过排舷外口8排出船体，所述排舷外口前设有第四阀门7；所述过滤器的输出端与压载水舱之间的管路设有第三阀门6和第五阀门9，所述第四阀门连接在第三阀门和第五阀门之间的管路上；所述压载泵与压载水仓之间还设有支路管线，所述支路管线的输入端连接在压载水仓和第二阀门之间的管路上，所述支路管线的输出端连接在第三阀门和第五阀门之间的管路上，所述支路管线上设有第六阀门11。
所述压载水舱的一输出端连接在第一阀门和压载泵之间的管路上，该管路上设有第七阀门12。
经过过滤后的海水直接进入压载水舱，并在舱室内进一步进行持续性的灭活处理。具体地，如图2所示，所述微纳米气泡灭活单元包括储气罐18、气液混合泵、溶气罐15以及分布在压载水舱内的微纳米气泡发生喷头16，所述压载水舱内的压载水通过循环泵14在舱室内自行循环，即压载水舱10-循环泵14-溶气罐15-微纳米气泡产生喷头16循环，并持续产生发挥灭活作用的微纳米气泡。所述储气罐通过气液混合泵与溶气罐相连，其间设有第八阀门17，所述溶气罐通过微纳米气泡发生喷头与压载水舱的输入端相连。
微纳米气泡发生单元中的气泡产生喷头与船舱直接相连，通过循环泵实现船舱内的海水循环以实现连续不断产生微纳米气泡。如图3所示，压载水舱内可以分布多个微纳米气泡产生喷头，且喷头应当均匀合理地分布在压载舱室底部，使得气泡可以充分扩散至压载水舱内所有水域空间。产生的微细气泡聚集成团并通过与浮游生物接触、空化溃灭产生冲击波，从而最终杀灭大部分的水生入侵浮游生物。此外，受处理的压载水需要持续循环60min以上，以保证灭活效果。
该方法的微纳米气泡发生装置使用气体作为介质，利用气液混合泵产生的负压将气体吸进管路内，并且再借由空化作用生成微细的气泡。这种微纳米气泡在破裂瞬间由于气液界面消失的剧烈变化而产生高压冲击波和局部高温，并且界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能释放出来，促进产生具有氧化性的羟基自由基，从而降解水质中的浮游微生物等，实现对＜50μm入侵生物的防控处理。该处理***设计布置双海水管路路线，使得海水在压载时会经过过滤器过滤，而卸载海水时则无需再次过滤。
所述储气罐储存的气体为普通空气、臭氧、二氧化碳和氮气中的其中一种。
本发明还公开上述基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***的处理方法，包括如下步骤：
步骤1、当***处于压载状态时，开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门，所压载的海水通过海底门进入，经由过滤器，最后排进压载水舱，完成压载工作；
步骤2、储气罐为喷头产生微纳米气泡提供灭活处理所需的气体，气体介质由于泵产生的负压随着水流进入管道形成气液两相流；气液两相流在溶气罐中充分混合，提高气体在液体中的溶解度，气液两相流依靠渐缩喷头的物理作用形成微纳米气泡并在舱室水域内扩散进行灭活；通过循环泵实现舱室内压载水自循环，并为产生微纳米气泡提供不低于2bar的溶气压力；
步骤3、当***处于卸载状态时，第四阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门开启，所需排放的海水不再需要经过过滤，只需经过微纳米气泡灭活处理后即可排出舷外。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，其特征在于，包括过滤器、压载水舱和微纳米气泡灭活单元，所述过滤器的输入端与海底门相连，所述过滤器的输出端与压载水舱相连，所述压载水舱与微纳米气泡灭活单元相连，所述微纳米气泡灭活单元用于持续产生发挥灭活作用的微纳米气泡对压载水进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，其特征在于，所述过滤器的输入端与海底门之间设有压载泵，所述海底门和压载泵之间设有第一阀门，所述压载泵和过滤器之间设有第二阀门。
3.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，其特征在于，压载水舱中的海水通过排舷外口排出船体，所述排舷外口前设有第四阀门；所述过滤器的输出端与压载水舱之间的管路设有第三阀门和第五阀门，所述第四阀门连接在第三阀门和第五阀门之间的管路上；所述压载泵与压载水仓之间还设有支路管线，所述支路管线的输入端连接在压载水仓和第二阀门之间的管路上，所述支路管线的输出端连接在第三阀门和第五阀门之间的管路上，所述支路管线上设有第六阀门。
4.根据权利要求3所述的基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，其特征在于，所述压载水舱的一输出端连接在第一阀门和压载泵之间的管路上，该管路上设有第七阀门。
5.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，其特征在于，所述微纳米气泡灭活单元包括储气罐、气液混合泵、溶气罐以及分布在压载水舱内的微纳米气泡发生喷头，所述压载水舱内的压载水通过循环泵在舱室内自行循环，所述储气罐通过气液混合泵与溶气罐相连，其间设有第八阀门，所述溶气罐通过微纳米气泡发生喷头与压载水舱的输入端相连。
6.根据权利要求5所述的基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，其特征在于，微纳米气泡产生喷头均匀分布在压载舱室底部。
7.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡技术的船舶压载水处理***，其特征在于，所述储气罐储存的气体为普通空气、臭氧、二氧化碳和氮气中的其中一种。
8.一种微纳米气泡技术的船舶压载水处理***的船舶压载水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、当***处于压载状态时，开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门，所压载的海水通过海底门进入，经由过滤器，最后排进压载水舱，完成压载工作；
步骤2、储气罐为喷头产生微纳米气泡提供灭活处理所需的气体，气体介质由于泵产生的负压随着水流进入管道形成气液两相流；气液两相流在溶气罐中充分混合，气液两相流依靠渐缩喷头的物理作用形成微纳米气泡并在舱室水域内扩散进行灭活；通过循环泵实现舱室内压载水自循环，并为产生微纳米气泡提供不低于2bar的溶气压力；
步骤3、当***处于卸载状态时，第四阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门开启，所需排放的海水不再需要经过过滤，只需经过微纳米气泡灭活处理后即可排出舷外。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2中，受处理的压载水持续循环时间为60min以上。
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- 2022-06-20 CN CN202210701115.8A patent/CN115231681A/zh active Pending
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