TWI423933B - 淨水裝置 - Google Patents

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Description

淨水裝置
本發明係關於一種用於除去沈積物及/或除去及/或消滅活生物體之淨水裝置，特別是壓艙水淨水裝置，其具有至少一過濾單元和至少一消毒單元。
侵襲性生物體隨著壓艙水流放對於世界水域帶來極大的威脅。為了維持船身的平衡，船舶在無負載或未完全負載時必須打進壓艙水。船舶在壓艙水中傳送沈積物和生物體，像是海藻，最後並在抵達港/－區域將之排出。隨著船舶的航線，這些情形並不會自然地出現，但在生存條件適當且缺乏天敵時，就可以播散成侵襲性生物體，並因而造成生態、經濟及衛生健康上的重大損害。
現行壓艙水管理的常規是在大海上進行壓艙水交換，利用海水將港灣水從壓載水艙櫃排擠出來。對此，目前所採用的是灌流泵法(Durchpumpmethode)或先將壓載水艙櫃排空再接著重新注滿海水。就科學背景的推測是認為，來自港區的生物體會因為不同的生存條件而無法在大海存活，反之亦然。然而，當生物體可以容忍一個很廣的耐受範圍，就不一定都是這樣，而且因為壓載水艙櫃的結構蜿蜒如迷宮，交換操作永遠不可能完全的達成。此外，交換作業相當費時，例如，在一艘船上載有100 000t壓艙水的大型原油油輪的情形中，要花上數日的時間。基於維護船舶和船員的安全，在例如，天候惡劣時，經常會完全放棄在海上進行交換作業。
因此，必須用一個有效的船上壓艙水交換作業來取代截至目前為止所普遍實施的壓艙水交換操作，藉以防止侵襲性生物體透過壓艙水的流放而進一步擴散到世界各地。
除了高生物效能之外，最重要的是淨化方法必需要能夠整合到船舶和壓艙水系統的運轉中。重要的是此時，壓艙水的淨化要以50－700 m3 /h範圍內的高流速不間斷地正常運轉。其他的要求有，自動化程度高、保養輔助設備少、材料替代性方便，而且不會因為消毒程序以及在船上的整合狀態而導致腐蝕的加劇。
和目前船上所使用的壓艙水系統相較，目前的壓艙水系統涉及用以將壓載水艙櫃注滿和排空的管線系統，在安裝淨化系統時須注意，部分已淨化的水要用來洗滌分離器，例如，用來反衝洗濾器。為了不延長壓艙水的引取及因而所造成之船舶的閑期，必須選擇即使在壓艙水中的沈積物含量高時依然具有高壓艙水淨產量的分離器。
壓艙水淨化裝置必須能夠解決來自世界各地的所有水質。生物性及化學－物理性水質強烈地收制於地理、氣候及季節性變動。
壓艙水可以由河流－、出海口－及海水所組成，因而容納了相當多種類的生物體，而這些生物體必須在壓艙水淨化程序中加以除去及/或殺菌。相關的生物體族群包括魚類、軟體－及甲殼類動物、浮游動物、浮游植物、胞囊、細菌及病毒。
在化學－物理性水參數中尤以粒子尺寸分布和懸浮的沈積物濃度(測定參數：可過濾物質)對於淨化程序最為重要。除了所謂的影響因子以外，這些參數尚取決於壓艙水引取地點的局部狀況，例如，風－及潮汐的力量、附近船舶的移動、引擎和船首側推器的運用，這些都會造成已沈澱的沈積物再度旋繞形成混濁從而使濃度提高。特別是在受到潮矽影響的港灣會出現很高的沈積物濃度。
已知的裝置是具有一或數個較大的機械式分離器，然而這並不適合船上的安裝條件，而且，例如，一般的甲板高度會超過2.5 m。壓載水艙櫃中的沈積物之沈澱作用因為造成載貨容積的損失而且液艙要清潔而成為成本提高的肇因。某些裝置的壓艙水泵具有高壓降或需要一高輸出壓力。目前的壓艙水泵，壓力差落在1.5－4 bar的範圍，而且只能有限度地提高。利用UV－系統來消毒壓艙水(WO 02/074692)則因水的傳播效率較差而不適用。
應用於消毒的氣穴現象(Kavitation)是，例如，在管線中透過改變流型(Strmungsprofil)(WO 2005/108 301)或透過超音波(WO 2005/076 771)所產生，除需要消耗的能量很高之外，同時基於其作用力經常會在，例如，管線上結合著材料的損傷。
其他已知的消毒方法是利用臭氧(WO 2006/086 073)或二氧化氯(WO 02/44089)，而必須先努力地在船上製造這些物質。二氧化氯的情形是，在計量添加前需要用到二種危險化合物的混合物。在臭氧的情形中也同樣會對船員造成健康上的危害。臭氧會從水中排出，而因為壓載水艙櫃並不是封閉的容器，而是有外放的通氣管，所以有毒的臭氧氣體可能會逸散到周圍環境的大氣中。此外，臭氧對於應用在壓艙水管線－及液艙系統中的材料是否有強化腐蝕的作用尚無最終的澄清。由於海水的pH－值介於7－8.5，因此在臭氧化作用時可能會基於高溴化物濃度而誘導致癌的溴酸鹽生成。
在計量添加生物殺滅劑，像是市售的化學品時(EP 1 006 084,EP 1 447 384)必須注意，這些化學品需要有介於數小時至數日之某種程度的停留時間，而且僅在一定時間內有效。如果在壓載水艙櫃內的有效期間比航程期間短，必要時必須在船上再次做計量添加。然而，有效期間如果還沒過，因而還有尚未作用完的生物殺滅劑，則基於環境考量，就還不能將壓艙水排出。這可能對壓艙水運轉形成一個嚴重的限制。
傳統的氯化物電解(Chlorelektrolyse)需要水中有最低限度的導電度以便產生消毒劑(例如，WO 2005 061 394)。因為大部分船舶都是建造成適合世界性的航程，故一應用範圍在河川水域(淡水)中不可能發生。在河川水中導電度低的情形下，必須先從鹽水(WO 03/023 089)或透過加鹽(US 2006/0113257)，並借助電解作用來產生殺菌劑。這個程序的缺點在於，化學品必須被送到船上並加以存放，在計量添加之前還要以人工方式來進行準備工作。
此外，傳統的電解法中所產生之殘留氯不能直接連同壓艙水一起排放到環境中也是缺點。水排放前必須將之留在船上一段停留時間，直到殘留濃度降到接近零(WO 2006/003 723)，或者必須藉由添加一還原劑，例如亞硫酸鈉(US 2006/0113257)或硫代硫酸鈉(WO 2004/054 932)使殘留氯的濃度降低。因此在船上必須要做其他化學品的送貨計算、存放、淨化及計量添加。
通常，在水處理中，是以容積流量比(EP 1 447 384)或者根據過程中消毒劑濃度的線上測定和消毒程序之合適的再調整(US 20060113257,WO 2005061394)來執行消毒劑的計量添加。在此情況下，淨化的直接效果並不包括像是，消滅活生物體的作用。
缺點是，容積流量比計量方式僅允許一固定的計量比，卻無法顧全到水質的變動以及因而所導致之水中殺菌劑的不同損耗。
一般用來調節殺菌程序之線上測量方法是以淨化結束後所做的殺菌劑濃度測定為基礎。對此，通常是在通到主電流的旁路中組裝具有一感測器的定電位量測元件，而氧化劑，氯(游離氯及/或總氯)、二氧化氯、臭氧、溴以及OH－基的濃度則是在線上被測定並且被應用作為控制變數。在感測器前面的一個整合式濾器應該要能夠防止干擾，堵塞的情形卻很輕微。在測量含固體－及藻類的地表水時，粒子會聚集而造成量測元件的生物污著，導致殺菌劑的額外消耗，並因而可能使量測失真。為了避免這樣的情形，必須有高維修量，而由於船上的船務人員人數不多，通常並無法負擔這樣的需求。當水中同時存在多種氧化劑時，因為無法區分殺菌劑，因此所有的氧化劑都會被含括在殘留濃度中。
目前的壓艙水系統運轉時的監測係透過在壓載水艙櫃中的容積流量測定及/或液位測定，並做適當的資料儲存而完成。在一已知的壓艙水淨化方法中是利用液位的變化來校驗壓載水艙櫃已經被排空並且經由泵排放掉(WO 2005/10830)。然而這個作法並不能證實壓艙水也已經被淨化。
本發明之課題在於完成一種用以除去沈積物及/或除去消滅活生物體的淨水裝置，特別是一種壓艙水淨化裝置，其可克服該等缺點，並且確保一可靠的，特別適合於船內之壓艙水淨化裝置的需求之水淨化處理，以便使每單位容積水中的活生物體數維持在預設的臨界值以下。
該課題將透過依據申請專利範圍第1項之一淨水裝置的發明而獲得解決。
特別有利的是，該裝置具有一偵測單元，借助於該單元可以檢知每單位容積水中可預定尺寸的活生物體總數，且該裝置具有一調控單元，借助於該單元可以對取決於所檢知之活生物體總數的消毒單元加以控制。
經由檢知每單位容積水中之預定尺寸的活生物體之實際總數，因而得以準確地調節消毒單元，亦即，或調成低度消毒或調成強度消毒。該裝置並不限於壓艙水的淨化，通常也可以用來淨化船上及陸上的生活用水。藉由檢知每單位容積水中的活生物體總數，該總數接著也形成調節消毒單元的依據，就可以使該裝置能夠適合變得嚴峻的環境標準並且謹守在預定的臨界值，尤其是能夠謹守國際海事組織的性能基準D2(IMO Performance Standards D2)，其中給定了環境中壓艙水排放的國際規範臨界值。
其他較佳的結構設計係如各附屬項所載。
該偵測單元以後接於消毒單元為佳。藉此，可以直接測定從消毒單元流出來的水之水質。
特別合適的是該偵測單元具有一用以偵測活浮游植物細胞及/或微生物的螢光計，借助於該螢光計，可以檢知關於一容積單位水的最小螢光和最大螢光，且該偵測單元具有一運算單元，藉而得以執行可變螢光之計算以及一參考特徵(Referenzart)的活浮游植物細胞及/或微生物的總數之計算。
其中，最小螢光Fo相當於來自活細胞和死細胞的螢光，最大螢光Fm相當於，至少幾乎所有的原初電子受體(primre Elekronakzeptoren)都被還原的狀態，而可變螢光Fv則相當於最大螢光Fm與最小螢光Fo之間的差，各以存在於測量空間中之待檢測的水及/或生物體為基礎。
為了偵測水中的活細胞及生物體，可借助於一螢光計來測量螢光。此外，可以區分成兩種狀態，一者是在供給一光線，特別是一預定波長的光線時之最小螢光Fo(較暗狀態)以及最大螢光Fm。結果令人意外地顯示，因為可變螢光Fv和活細胞數相關，所以從最大螢光Fm減去最小螢光Fo的差，亦即可變螢光Fv，可以做為測量空間，或者更確切的說，水及/或生物體的檢測量中，活浮游植物細胞及/或微生物總數的量尺。
透過測量最小螢光Fo(無光線)，測量最大螢光(照射光)，以及藉由取得Fm減去Fo的差來計算可變螢光Fv，可以算出測量空間，或者更確切的說，水及/或生物體的檢測量中，一參考特徵之活浮游植物細胞及/或微生物的總數。
對於藉取得最大螢光Fm減去最小螢光Fo的差來計算可變螢光Fv，也可以選擇性或累積性地，偵測一測量空間中一螢光誘導曲線的動態進程，尤其是透過該螢光誘導曲線的時序狀態之一部分或完全的測量，並借助於一數學模式的內插處理來取得所缺少的資訊。
所發出之螢光強度和分別存在/來自水中的檢測量在測量空間中的一個參考特徵的細胞總數直接成比例，也就是說，其相關性為一直線，其中該成比例直線的斜度又成為各別細胞之大小的一個量尺。
用以偵測活浮游植物細胞及/或微生物的偵測單元主要具有一螢光計，其中該螢光計至少具有一光源和至少一偵測器。
該偵測單元以具有一檢測空間為佳，係其由一透明小容器，特別是由玻璃或塑料製成的圓器皿所構成。
「檢測空間」可涉及一試驗容積，其中裝滿了待檢查的水，亦即，一水試樣，亦可能涉及一過濾膜，一預定量之待檢測水即是借助於其等而被過濾，其中，最小螢光Fo及最大螢光Fm的測定係直接以過濾膜表面上的細胞層在無水的狀態進行的。
該偵測單元以具有至少一脈衝光源及/或至少一連續光源，特別是LEDs，為佳。
該偵測單元具有多個光源為較佳，尤其是至少有一光源為脈衝光，特別是波長在約420 nm的藍光，及/或至少一光源為連續光，特別是波長為660 nm的紅光，及/或一波長大於700 nm的光源。
較佳的是設有一儲存單元，藉而得以將所檢知之每單位容積水中的活生物體總數做一暫時性或永久性的儲存，尤其是為了做資料管理。藉此即可建立一可訂正的資料管理。
該偵測單元可以和一調控單元和一儲存單元相連接。這使得成功的淨化能夠獲得證實。該證明除了作為像壓艙水運轉(壓艙水注入或－排出)時間和方式的指示以外，亦可以在所謂的壓艙水記錄簿中使用作為證明。
該裝置以具有一連接至一定位系統及/或導航系統的界面為佳。
在一較佳實施方式中，該淨水裝置，特別是該淨水裝置之調控單元，係與船舶之一控制系統及/或船舶之GPS(全球定位系統，Global Positioning System)，例如導航系統相連接。
資料也可以選擇性地經由衛星傳送而取得、傳輸、外接儲存及進行處理。在所有的情形中都可以查證，在那些位置，以怎麼樣的淨化效能，注入了多少量的水，更確切地說，壓艙水，以及有多少淨化過的水或壓艙水被排放到環境中。這樣可以減輕法律約束的管制，例如港口國管制。
過濾單元以具有多個成排或平行設置的濾器為佳，尤以可以反衝洗者為佳。藉此可以提高過濾作用的品質且/或過濾大容積流量。
該過濾單元以至少具有兩個平行接通之標稱過濾細度小於或等於50μm的細濾器為佳。
特別是在設有多個平行的濾器時，過濾單元可以一種至少有一個濾器是供待淨化的水所用，而同時有一個平行的濾器在反衝洗操作中被洗淨的方式運作。利用多個濾器，過濾單元就可以一種每個個別的濾器在一段運轉時間之後都會在濾器的運轉中被反衝洗，而同時水則在至少一個平行的濾器中繼續被過濾的方式運轉。以此方式每個個別的濾器都可以按時進行反衝洗，從而確保過濾作用可以維持相同品質，而且可以避免堵塞所造成的損害，其中，平行連接的濾器每次都是連續地各別被反衝洗。
該過濾單元以至少具有一水力旋流器為佳，尤以具有多個平行連接的水力旋流器，特別是具有30 μm至60 μm的粒子臨界尺寸者為合適。
該過濾單元以至少具有一粗濾器為佳，特別是一具有大於50μm的標稱過濾細度之粗濾器。
經過該機械式的預分離作用，粒子和生物體的大規模分離在後續的殺菌負擔上就可以獲得減輕並且可以減少殺菌劑的用量。此外，某些生物體，在像是抗性強的休眠期，要先以機械方式加以分離，因為僅用殺菌劑並無法有效地使它們受到傷害。
尤其至少要設一壓力感測器，藉而得以檢知過濾單元的壓降。
較佳的是在通過過濾單元的壓降超過一預定的臨界值時及/或經過一預定期間之後會進行該或該等濾器的反衝洗。
該或該等濾器的反衝洗主要借助於一反衝洗泵，特別是具有一高反衝洗水壓，尤其是反衝洗水壓在4 bar到7 bar者。
在一較佳實施態樣中，該過濾單元具有多個平行連接的濾器，其中每個濾器可分別借助於一可調節的閥來開或關。
該過濾單元主要經由至少一可調節的閥而連接在未淨化水的管線上，其中未淨化水的管線在閥關閉時會形成一個旁路。
較佳的是設有一進給泵，當一進給泵連接在該過濾單元之前時尤其有利。
主要的是設有一反衝洗泵。此種反衝洗泵在存放區的反衝洗運轉中提供給水功能。反衝洗水壓越高，反衝洗作用和連帶的清潔作用越有效。
該裝置主要具有至少一艙櫃，特別是一壓載水艙櫃。
該裝置或該裝置之個別的構件係以飲用水及/或以生活用水及/或利用該裝置所淨化的水來施行反衝洗。
較佳的是設置一儲存槽以供容納被反衝洗出來的濾出沈積物。但是也可以選擇性地將反衝洗出來的濾出沈積物導入環境中，因為在壓艙物的情形中，濾出沈積物只會含有來自附近的生物體。
該裝置以具有一可閉鎖的旁路為佳。一此種旁路使得裝置能夠進行緊急運轉，以便在一或多個構件失靈時，例如，因為堵塞而必須進行手動清潔時，可以確保船舶的安全，並且可以在任何時間進行船舶的壓載。
較佳的是至少設有一用以測量容積流量的感測器，尤以設置一用於測量在一未淨化水的管線中之容積流量的感測器為佳。
較佳的是設置一用於測量在一下流水管線及/或一反衝洗水管線中的容積流量之感測器。
消毒作業以不外加化學藥劑為佳。由於是在不添加化學藥劑下進行水的消毒，因此不需要運輸以及處理和運用與危險息息相關之以氣態、液能或固態形式存在的有害化學藥品。
該消毒單元以至少具有一電解池為佳，該電解池可依所檢知之活生物體，特別是活浮游植物細胞及/或微生物的總數加以調控。
在一較佳實施態樣中，該消毒單元具有多個可切換之平行的線路，各有至少一電解池。利用並聯的數個線路可以實現相當高的容積流量，使得裝載和卸載都可以有效且迅速地進行。
暫態的氧化產物主要可藉該消毒單元而產生，使得淨化過的水可以直接被導入環境中。
該裝置以具有一排氣－及/或換氣設備為佳，尤其一排氣－及/或換氣設備可以連接該消毒單元的下游。
該裝置主要可以在一反衝洗－及/或艙櫃抽洩模式中進行操作，在該模式中，一消毒作用可依據利用偵測單元所檢知之每單位容積水中預定尺寸的活生物體總數來加以調控，通過消毒單元及/或借助於該過濾單元之一過濾作用而完成。
排導臨界值可以透過對水質進行監控並實施水的消毒而獲得維持，因為在一反衝洗－及/或艙櫃抽洩模式中用於實施水的消毒之消毒單元的調控，要依據借助偵測單元所檢知之每單位容積水中之預定尺寸的活生物體之總數來進行，因為在注入艙櫃時所存在於水中的殘存生物體可能會在貯存於艙櫃內的期間增生。
該裝置可以在一緊急運轉模式下運轉，在該模式下，至少一壓載水艙櫃的注滿是經由一旁路，在避開過濾單元及/或消毒單元及/或偵測單元之下進行的。藉此可以確保即使在單一構件失靈時，也不會危及船舶的安全性，因為壓載和解壓載一直都是可以辦得到的。
該裝置以具有一模組化結構為佳，其中特別是該過濾單元和該消毒單元各自形成一個模組。也可以選擇性地將該過濾單元分成數個模組，例如粗離析器和細濾器。
透過模組性結構，在船上，壓艙水淨水裝置就是一個較佳的整合而可以形成壓艙水系統。待處理的容積流量可以經由平行設置的數個處理裝置及/或單一的處理集合體(Behandlungsaggregat)或處理模組(粗離析器、細濾器、電解池)來完成。
該裝置可以經由模組化設計而特別的適合於各種船舶，以便最適當地利用空間容量以及管線的管理。裝置的壓降很低尤其是在1.5 bar以下，使得具有目前可使用的揚程(Frderhhe)之壓艙水泵可以被應用，而且可以進一步將設在高處的壓載水艙櫃注滿。在所有構件的情形中，該集合體包含維修高度在內，以在2.5 m之一般的甲板高度以下。
應用本發明之淨水裝置所實施的淨水處理包含下列處理步驟：1.在壓艙水引入期間進行粒子和沈積物及大量的生物體之大規模機械式分離處理；2.在壓艙水引入時於壓載水艙櫃之前用以進一步減少活生物體總數之後續消毒處理；3.在壓艙水排放期間內用於維持預定的臨界值，具體而言即一預定的排放標準，特別是用於維持國際海事組織的性能基準D2的終端消毒處理。
先進的機械式分離處理首先是借助於粗離析器，特別是具有至少兩個平行連接的水力旋流器(Hydrocyclone)及/或以至少一個粗濾器及/或至少兩個細濾器取代者來實施。在壓艙水引入時以標稱過濾細度50 μm施行先進的機械式分離處理將可除去大部分的生物體以及沈積物和懸浮物。對此以使用一圓盤濾器系統為佳。
消毒階段的負擔將因該機械式分離處理而獲得減輕，從而可以相應地建構得比較小。消毒處理是在不添加化學藥劑下進行，以便在流入壓載水艙櫃之之前將活生物體總數進一步降低。因為殘存的生物體於運輸期間可能會在該處增生，為了維持所要求的排放臨界值，要在將壓艙水抽出去時重新應用消毒處理，因為國際海事組織要求的是船舶在排放時立即的標準。
當入水－和出水口之間達到一預定之利用壓力差測定來偵測的壓降時，濾器的反衝洗作業就會被啟動。在這個情形下，第一個濾器的反衝洗係經由該調控裝置來啟動，並緊接著連續地反衝洗其他濾器。另一選項是，當預定的壓力差在一段預定的時程內都未出現時，就在該時程期滿後實施反衝洗。
電解式消毒作用是直接安裝在壓艙水管線中，而且在直徑上僅比用來連接管線的法蘭盤佔用大一點的空間。邏輯上，在船上並不需要做化學品的處理和計量添加，因此適合於船上作業中時間短且船員數少的情形。藉由在管線中的就地生產，船員並不會接觸到氧化劑，因此不會危及安全性。
和傳統的電解相反，此處所應用的電解在運作上不太受水的導電率所影響，特別是在淡水，尤其是導電率為50 mS/m之淡水的情形中。
在電解池中會直接產生一由不同的消毒－及氧化劑，特別是OH－和氧自由基和游離的氯，所形成的混合物。其優點在於，因為緣於海洋生物的高度多樣性以及互不相同的敏感度，沒有一種消毒劑可以單獨地將所有的生物品種都殺死。在消毒期間並不需要維持一特定的作用時間。氫和消毒副產物的形成量比傳統的電解系統來得少。所生成的氫係藉持續充－及排氣或藉一活性脫－/充氣處理加以去除。所形成之消毒副產物的濃度在世界衛生組織的「飲用水水質指標」(WHO Guidelines for drinking water quality)的數值之下。
電解池的運轉是，使所生成之氧化劑在5－30分鐘後不再測得到，而且其殘餘濃度和水中的空白值相當。藉此可以減低對環境的危害，而且壓艙水可以在排放時做第二次消毒並直接引入環境中。此外，電解池也可以在不同的卸載方法中彈性地運轉，例如，當額外地安裝了用以將艙櫃排空的噴射泵時。
透過依據所偵測到之活生物體，例如海藻，進行調控，消毒作用之直接的即時效率控制乃得以在操作過程防止水中出現高於所需之氧化劑濃度，從而降低電力消耗，並避免在連接的壓艙水管線－及－艙櫃系統中發生像腐蝕般之進一步的損傷，以及在排放到環境中時有不必要之高氧化劑濃度。因此，就不須要在排放前外加用以將氧化劑的殘存濃度中和破壞掉之還原劑。經由這個調節和所形成之氧化的快速分解，該淨水裝置將可應用於可直接引入環境中的開放式系統。因此，該裝置亦可適用於其他的海水的處理，例如，應用在海上工業、冷卻水或水產業。
即時監測和通過活的生物體總數所對應施行之消毒調節，對於在有各種不同的使用，像是游泳活動、水產業等，在進行著的近海岸區域排放壓艙水是特別有利的。如果消毒的結果未達成，就會有致病源的生物體，例如，霍亂弧菌(Vibrio cholera)或有毒的甲藻眠囊孢(Dinoflagellate)到達所使用的水域中的危險。然而，如果在處理時使用了太多的消毒劑，則可能會有形成有毒的消毒副產物及其直接引入所造成的危險。
容積流量係藉由感應式流量計及/或氣體壓力計來偵測。在細濾器之前使用平行的水力旋流器作為粗離析器的情形中，流量計在一通常並不受轉速調節的壓艙水泵到水力旋流器的運轉間，在一最適的水流範圍起作用。因為水力旋流器的除污效率和通過的容積流量高度相關，所以個別的水力旋流器之開－和關可以配合容積流量的變動作切換。
當電解池的流量無法再進一步調高時，在偵測單元之後以流量計所檢知的容積流量就要加以節制，藉以持續提高消毒效率。
圖式簡單說明
第1圖所示為依據本發明之淨水裝置的一個實施例。以下將就第1圖詳細說明。
 較佳實施例之詳細說明
第1圖所示之淨水裝置係連接於一船舶的壓艙水系統，其具有和船舷水管相連接之未淨化水流入管線1。一進給泵A係用以將海水饋入。一感測器10被安裝在進給泵A的下游以測定容積流量。
待處理水係經由一供水管15被引至過濾單元B，在所示實施例中，過濾單元B具有三個平行相接的濾器11,12,13。通過過濾單元B的壓降要借助一壓力感測器14來測得。通過濾器11,12,13的壓降如果超過一預定的臨界值，濾器11,12,13就會各別地一個接一個被反衝洗，期間另外兩個濾器會繼續進行過濾作業。
經過預過濾的水會經由一聚集管16進一步送到具有一電解池的消毒單元C。該電解池C後接一偵測單元D，藉該偵測單元可檢知每公升水中的活生物體總數，並支配一分析－和控制單元，其中，該消毒單元，亦即該電解池C的控制係經由資料線路17，依據每公升水中的活生物體總數來進行。
電解池C和偵測單元D之間設有一排氣裝置18以便將所饋入的水脫氣，尤其是要將電解池C中所形成的氫氣從水中除去。
偵測單元D在通往下流管的旁路流中運轉，因為測量作業僅需要少量的水。因為測量信號僅特定地與活細胞數相關，因此，高沈積物濃度並不會干擾這個測量。
經過處理，亦即經過過濾和消毒的水係經由連接管2而輸送到壓載水艙櫃。
在經由連接管4接通到一未示出的水艙之反衝洗管線19中，設有一反衝洗泵E。反衝洗泵E的作用是，只要一反衝洗作業基於經過濾器單元B發生一預設的太大壓降而被啟動時，以及在結束壓載時的清潔作業時，會在濾器11,12 13的反衝洗作業中輸送水。
在淨水作業的期間如果沒有淡水可供反衝洗，就會在反衝洗作業啟動時經由輸送管21將一部分已經處理過的水應用到反衝洗作業，並利用反衝洗泵來輸送。在沒有或有間歇式反衝洗，或基於非常高的沈積物負荷而以半規則式經由輸送管21的水分流之裝置的運轉中，為了監測容積流量並檢知已處理過的水之總量，係利用一感測器22在水被引入壓載水艙櫃之前測得容積流量。
濾器11,12,13以利用來自偵測單元D的下流的水進行反衝洗為佳。為此，必要時要節制下流管且水會直接經由輸送管21被反衝洗泵E吸進去。其優點在於，下流水尚有消毒作用，因此濾器11,12,13在每一次反衝洗中不僅受到機械式同時也受到化學式的清洗，生物污著的情形受到抑止。
當下流水的量不足以供應反衝洗時，例如，在就要停止運轉之前進行最後一個濾器的反衝洗時，要經由連接管4將外部的水在沒有消毒作用，或者經由連接管5從壓載水艙櫃在有消毒作用之下，利用泵A經由旁路20將水輸送到消毒單元C以供應用。
進給泵A在卸載時同樣提供輸送水的作用，其中，在將水排放到周圍環境之前會重新借助消毒單元C進行消毒，以便將壓艙水中的殘存細胞在貯存期間所形成的那些增生細胞從水中除去，使其減少至所維持的臨界值。為此乃設有一輸送管21，其係接通成能夠以下流消毒的方式來進行反衝洗。對此，該裝置利用一連接在壓載水艙櫃上的連接管5，經由該連接管可以將水從艙櫃取出並引導經過淨水裝置，亦即，特別是在繞過過濾單元B下，經由旁路20，藉消毒單元C重新消毒，並藉偵測單元D進行後續的監測。
被反衝洗出來的過濾泥漿，也就是在唧取壓艙水時所聚集的泥漿，會經由連接管3被送到船舷外或者導至一未示出的儲存槽。
因此，一經過過濾和消毒之壓艙水的處理即借助於該裝置而完成。在壓艙水－唧取時，首先，從船舷水管經由連接管1所唧取上來的海水會被過濾，接著被消毒並經由連接管2被唧入壓載水艙櫃。如果船舶必須將所唧取的壓艙水再排放掉，在卸載時就要額外再做一次水的消毒，以便符合預定的排放標準。
依據第1圖所示之淨水裝置可以採用不同的運轉模式，以下將詳細說明。該淨水裝置之操作說明可以區分如下：1.唧取壓艙水2.在壓艙水唧取期間進行濾器的反衝洗(濾器之內在清潔作業)3.壓艙水唧取後之濾器清潔作業4.卸載5.旁路－緊急運轉
1.狀況：唧取壓艙水
裝置之淨水步驟由，在濾器單元B中型式為圓盤濾器的濾品11,12,13所進行之一過濾作用和，一以電解原理為基礎之消毒作用C所構成。
過濾單元B由三個平行連接之型式上為圓盤濾器之濾器11,12,13所形成。一圓盤濾器以互相擠壓之合成材料圓盤形成過濾平面。該平面在上面－和下面具有溝槽。當圓盤彼此重疊時，該等溝槽即互相交錯，並因而在圓盤封包的外側上形成一開放性空孔的表面，並在內部形成中斷點。此時，溝槽的深度和配置會決定標稱過濾細度和－面積。在這個濾器的情形中不僅有面積－而且有深度的過度效果，因此實際的過濾細度以及過濾面積或許會不同於標稱過濾細度和－面積。
消毒單元C整合在輸送管內並有一比輸送管本身稱大的周緣。其借助電解原理從地表水生成氧化劑。為此，在流向的橫向上設有四組電極對，形成柵網。在這些柵網上，電解作用會發生在流過的水上。柵網上了一層塗層以防止腐蝕，同時也確保導電性。電解在低電壓範圍進行。藉此可以避免過度形成氫和氧的氣體。
一偵測單元D被應用以監測消毒結果。偵測單元D以光度計在消毒作業的下流測定一有一定尺寸之參考特徵的尚存活生物體總數。消毒單元C中之消毒強度由在消毒作業的下流中依據尚存活的生物體總數而發出一信號的偵測單元D來加以調節。該信號會傳輸消毒作業的調控，或提高或減少流量並直接利用電解池中所生成之氧化劑來作用在活生物體上以調節消毒作業的效率。
流進和流出的容積流量係以感測器10,22來檢測，而通過過濾元件11,12,13的壓力則是以壓力感測器14來檢測。接著由偵測單元D測得每容積單位的水中所檢知之活細胞數。所有取得的資料都建檔，亦即儲存起來。
各零件、裝置構件和模組之重新定位的控制係經由一置於上方的監測－及調控單元來傳達。如果，例如，位置反饋或測量儀器提前顯示出錯誤的數值，就會發出對應的警示以回拒一重新定位。
當所有必要的重新定位都發生過了，就會開始進行壓艙水的唧取。為此，壓艙水－泵A即行啟動。壓艙水經由濾器11,12,13被泵進，接著流經消毒單元C並由該處經由連接管2進入壓艙水－艙櫃，並且/或者可以透過通到反衝洗的閥而經由輸送管21直接被應用到當沈積物負荷高時，在唧取壓艙水的期間所必須進行反衝洗作業。反衝洗作業是在達到一預定的壓力差，或一預定的時間間隔時啟動的。反衝洗之詳細內將在狀況2中做說明。
2.狀況：壓艙水唧取期間的反衝洗
濾器11,12,13平行相連。其優點在於，在清洗一個濾器的期間，另一個濾器可以繼續可以繼讓水流進來。消毒作業的下流以及尚有水流過之濾器11,12,13的濾液都可供清潔用。進行清潔時必須啟動反衝洗泵。所需要的水係藉閥的切換來做準備，並經由一淡水艙櫃的連接管4來取水，或者經由輸送管21留下一部分已經處理過的水。反衝洗泵經由濾液側以昇高到6 bar的壓力，將水迫入濾器本體並清洗之。淤泥經由未淨化水側的連接管3通過一船舷外側的淤泥管排出，或者排入一淤泥槽暫時儲存。
清潔的時間可以預先設定，例如每個濾器11,12,13各10秒鐘。一個濾器本體如果清洗完畢，閥就再設定回過濾作業的位置，如此可以讓下一個濾器本體被清洗。這個過程係依一固定順序進行，因為啟動反衝洗作業的壓力差僅能就整個的串聯來測定。
在反衝洗作業中，由一彈簧張力所施加在圓盤上的力量會被反衝洗泵的壓力抵銷。圓盤安裝在一濾器工件上。該濾器工件具有設置在環形切線的噴嘴，藉以將反衝洗用水壓出。因此，圓為會做轉動以對清洗作業提共正向的促進。反衝洗的閥如果再度關閉，該濾器工件會下降，而彈簧的彈力會將至此已經清洗完畢的圓盤再度壓回彼此重疊的狀態。
3.狀況：唧取壓艙水之後的濾器清洗作業
壓艙水唧取到所需要的量之後，裝置關閉之前，為了保護濾器本體免於發生發芽的情形，並為後續的壓載程序做準備，濾器本體要加以清洗。為此，要進一步過濾未淨化的水。其程序和反衝洗的區別在於，濾器本體在清洗後即不再用於過濾，而且為了這個目的，消毒效率係設成最高。
至此，未淨化的水被過濾，通過消毒單元C並直接經由輸送管21供應到反衝洗泵E。壓載水艙櫃將不會再進水。就像一般的反衝洗一樣，水要被排放到船外。最後的兩個濾器本體不能再只用未淨化的水來清洗，因為已經沒有濾液容器可供使用。然而，為了完成清潔作業要利換壓艙水－泵A之前的閥。接著借助壓艙水－泵A從位在近旁的壓載水－艙櫃唧取已經過濾過而且消毒過的壓艙水，或者用船上可動用的生活用水或飲用水，經由連接管4在不做消毒之下，或者經由連接管5從壓載水艙櫃重新通過消毒程序再應用於反衝洗。
4.狀況：卸載
為了能夠將壓艙水排放掉，水要從壓載水艙櫃經由連接管5打上來。濾器11,12,13或者繞過所裝設的旁路20，或者藉關閉可調控閥而截斷之濾器11,12,13的輸送管本身被當做旁路來使用。至此，壓艙水即可直接被引導通過消毒單元C並往船外輸送。
消毒作業係符合需求的以偵測單元D的信號來調整以維持排放標準。如果偵測單元D顯示違反預定標準的情況，而且流量無去再提高，就要借助於調低待排放的容積流量來額外提高滯留時間以提高消毒的劑量。
在那些必須輸送高容積流量的壓艙水泵中，使用了所謂的噴射泵以便對壓載艙櫃進行殘餘量的排空。這樣可以保護壓艙水泵免於在進行壓載艙櫃的殘餘量排空時發生氣穴現象。經過過濾和消毒的海水被以壓艙水泵引導經過噴射泵。該由一拉瓦爾噴嘴(Lavaldse)所送出之噴射渦流會產生一低壓，藉而得以將壓載艙櫃的殘留量排空。不管是該噴射渦流還是從殘留量排空作業來的壓艙水，在被引流到船外之前都要再做一次消毒。
5.旁路－緊急運轉
在一個或多個濾器11,12,13，或消毒單元C或反衝洗設備發生故障的情形中，其等可以基於安全理由而迴避一必要的壓艙水唧取。為此而有一旁路20環繞整個設備和模組。
1．．．未淨化水流入管線
2．．．連接管
3．．．連接管
4．．．連接管
5．．．連接管
10．．．感測器
11．．．濾器
12．．．濾器
13．．．濾器
14．．．壓力感測器
15．．．供水管
16．．．聚集管
17．．．資料線路
18．．．排氣裝置
19．．．反衝洗管線
20．．．旁路
21．．．輸送管
22．．．感測器
A．．．進給泵
B．．．過濾單元
C．．．消毒單元
D．．．偵測單元
E．．．反衝洗泵
第1圖所示為依據本發明之淨水裝置的一個實施例。以下將就第1圖詳細說明。
1．．．未淨化水流入管線
2．．．連接管
3．．．連接管
4．．．連接管
5．．．連接管
10．．．感測器
11．．．濾器
12．．．濾器
13．．．濾器
14．．．壓力感測器
15．．．供水管
16．．．聚集管
17．．．資料線路
18．．．排氣裝置
19．．．反衝洗管線
20．．．旁路
21．．．輸送管
22．．．感測器
A．．．進給泵
B．．．過濾單元
C．．．消毒單元
D．．．偵測單元
E．．．反衝洗泵

Claims (33)

  1. 一種淨水裝置，特別是一種用以除去沈積物及/或除去及/或消滅活生物體的壓艙水淨水裝置，其具有至少一過濾單元和至少一消毒單元，特徵在於該裝置具有一偵測裝置，借助於該單元可以檢知每單位容積水中可預定尺寸的活生物體總數，且該裝置具有一調控單元，借助於該單元可以對取決於所檢知之活生物體總數的消毒單元加以控制；其中該偵測單元具有一用以偵測活浮游植物細胞及/或微生物的螢光計，借助於該螢光計可以檢知關於一容積單位水中的最小螢光和最大螢光，且該偵測單元具有一運算單元，藉而得以執行可變螢光之計算以及一參考特徵的活浮游植物細胞及/或微生物的總數之計算。
  2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該偵測單元係後接於該消毒單元。
  3. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該螢光計具有至少一光源和至少一感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該偵測單元具有一檢測空間，其係由一透明小容器，特別是由玻璃或塑料製成的圓器皿所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該偵測單元具有至少一脈衝光源及/或至少一連續光源，特別是LEDs。
  6. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該偵測單元具有多個光源，尤其是至少有一光源為脈衝光，特別是波長在 約420nm的藍光，及/或至少一光源為連續光，特別是波長為660nm的紅光，及/或一波長大於700nm的光源。
  7. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中具有一儲存單元，藉而得以將所檢知之每單位容積水中的活生物體總數做一暫時性或永久性的儲存。
  8. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該裝置具有一連接至一定位系統及/或導航系統的界面。
  9. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該過濾單元具有多個成排及/或平行設置的濾器，特别係具有可反衝洗的濾器。
  10. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該過濾單元具有至少兩個平行接通之標稱過濾細度小於或等於50μm的細濾器。
  11. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該過濾單元具有至少一水力旋流器，特別是具有多個平行連接的水力旋流器，尤其是一個具有30μm至60μm的粒子臨界尺寸之水力旋流器。
  12. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該過濾單元具有至少一粗濾器，特別是一具有大於50μm的標稱過濾細度之粗濾器。
  13. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中至少設有一壓力感測器，借助於該壓力感測器可以檢知通過過濾單元的壓降。
  14. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中當通過過濾單元的 壓降超過一預定的臨界值時及/或經過一預定期間之後會進行該或該等濾器的反衝洗。
  15. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該或該等濾器的反衝洗係借助於一反衝洗泵，特別是具有一高反衝洗水壓，尤其是反衝洗水壓在4bar到7bar的反衝洗泵來進行。
  16. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該過濾單元具有多個平行連接的濾器，其中每個濾器可分別借助於一可調節的閥來開或關。
  17. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該過濾單元經由至少一可調節的閥而連接在一未淨化水的管線上，其中該未淨化水的管線在閥關閉時會形成一個旁路。
  18. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中設有一進給泵，特別是一連接於該過濾單元之前的進給泵。
  19. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中設有一反衝洗泵。
  20. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中安裝有艙櫃，特別是一壓載水艙櫃。
  21. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該裝置或該裝置之個別構件係以飲用水及/或以生活用水及/或利用該裝置所淨化的水來施行反衝洗。
  22. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中具有一儲存槽以供容納被反衝洗出來的過濾淤泥。
  23. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中具有一可閉鎖的旁路。
  24. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中至少設有一用以測量容積流量的感測器，特別是設有一用於測量在一未淨化水的管線中之容積流量的感測器。
  25. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中至少設有一用以測量在一下流水管線及/或一反衝洗水管線中的容積流量。
  26. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中消毒作用是在沒有化學藥劑的外加劑量下進行。
  27. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該消毒單元具有至少一電解池，該電解池可依所檢知之活生物體，特別是活浮游植物細胞及/或微生物的總數加以調控。
  28. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該消毒單元具有多個可切換之平行的線路，各有至少一電解池。
  29. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中借助該消毒單元可以產生暫態的氧化產物，使得處理過的水可以直接被導入環境中。
  30. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中具有一排氣-及/或換氣設備，尤其一連接在該消毒單元的下游之排氣-及/或換氣設備。
  31. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該裝置可以在一反衝洗-及/或艙櫃抽洩模式中進行操作，在該模式中，一消毒作用可依據利用偵測單元所檢知之每單位容積水中預定尺寸的活生物體總數來加以調控，通過消毒單元及/或借助於該過濾單元之一過濾作用而完成。
  32. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該裝置係在一緊急運轉模式下運轉，在該模式下，至少一壓載水艙櫃的注滿是經由一旁路，在避開過濾單元及/或消毒單元及/或偵測單元之下進行的。
  33. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該裝置具有一模組化結構，特別是該過濾單元及/或該消毒單元及/或該偵測單元各自形成一個模組。
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