一种用于海水/船舶压舱水的灭菌设备及其方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水力气穴的船舶压舱水，例如海水，的灭菌设备和方法。该设备包括一个具有例如圆形或非圆形的横截面的气穴室，该气穴室容纳单个或多个金属、陶瓷、塑料材料的厚度不同的板的形式的气穴元件，其垂直于液流方向放置并以相同或不同的间距定位。气穴元件具有单个或多个不同横截面的孔，该孔是圆形或非圆形的，具有或不具有锐缘，并且具有流道的一小部分横截面开放区域。灭菌水可以通过附加灭菌系统再循环或从箱内释放入周边水道。海水／船舶压舱水的灭菌是通过水力气穴实现的，并且该方法不涉及使用任何化学物质或化学反应。所发明专利技术的设备和方法简单、生态环境友好且通过较小的改动就能适配于现有的任何船舶的吸入排放系统。它不像化学方法那样，它不对全体船员的健康构成威胁，而且其操作不需要特殊的技能或额外的人力。该设备和方法能够有效地杀灭储存在压舱箱里的压舱水中的危害生物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。本专利技术尤其涉及一种基于水力气穴现象的用于船舶压舱水(比如海水)的灭菌的设备和方法。本专利技术用于海水处理的设备和方法在船上具有特殊的效用，用于处理从一个地区运输到另一个地区的船舶压舱水。本专利技术的设备和方法可能有其他用途，比如将被污染水制成可饮用的饮用水。
技术介绍
当一艘船空载或是部分装载离开港口时，将海水放入压舱箱以维持稳定并调节浮力。事实上无论如何，这种压舱水都将含有活体生物。当这艘船到达它的目的地并准备装载它的货物时，它排放出压舱水，从而潜在地将入侵物种引入到了目的地港口的水生环境中。每年全世界大约有70,000货轮运载上亿吨的压舱水。这就将数以百计的海洋入侵物种引入了外地环境。这种形式的环境污染导致生态失衡和不可预测的损失，估计价值达上亿美元。 为了处理这个问题，很多国家已经通过了控制压舱水处理和管理的法规。国际海事组织(IMO)已经批准了一个协议来控制和管理船舶压舱水和沉淀物。该IMO协议已经制定了可以在任何区域排放的压舱水质量的指导方针，未决批准。很多的选择是基于海运船上的压舱水的处理/灭菌的考虑。特殊地，本专利技术采用了水力气穴现象来处理压舱水。 气穴现象是一种液体中微气泡形成、生长和崩溃的现象。在水力气穴现象中，流动液体中的压力变化导致气穴。动量平衡方程揭示了当一个流体经过一个压缩过程，由于液体速度的增加导致下游的静态压下降。如果压力降到临界值以下，常常低于在运行温度下介质的蒸汽压，则小气泡或蒸汽气穴在流体中形成。这些微小气泡能够产生的条件被称作气穴初期。流体速度的增加将导致压力的进一步降低和气穴强度的增加。一般地，压力恢复进一步在下游发生，在那里这些气穴崩溃产生高压脉冲。如果气穴中的气体浓度足够小，压力推动力将会很高，约为好几百巴，其足以破裂微生物细胞以毁灭微生物。气穴不对称崩溃也导致高速射流。该射流周边的剪切速率足以杀死微生物。本专利技术利用水力气穴现象，使用一种新设备和方法来处理压舱水。这种处理限制了按目前的做法可能导致的环境危害影响。 水处理设备和方法的使用在现有技术中是已知的。例如，美国专利6,840,983McNulty描述了一种利用文丘里喷射器从水中去除溶解氧的系统和方法。然而，其焦点更多在于去除氧气以抑制腐蚀而对微生物的去除关注较少。其公开的系统对于杀死压舱水中的微生物达到理想的水平并不是有效的。 可以参考美国专利号6,835,307和澳大利亚专利号6,497,400的专利，其描述了压舱水的热处理。该处理没有用气穴或化学物质来处理压舱水。该系统对于杀死压舱水中的微生物达到理想的水平并不是有效的。 另一个参考可以是美国专利号6,773,607的专利，其中描述了消灭在船舶压舱水中的外来海洋物种和病原菌的系统和方法。这些方法是依赖于添加一种需要储存在船上的致死剂。然而，化学灭菌技术具有缺点，比如可能形成致癌副产物。 可以参考一个类似的美国专利号6,773,611的专利，其中公开了压舱水处理系统中的设备和方法，该系统包括控制系统和压舱箱系统。该方法也是基于添加生物杀灭剂来处理压舱水，因此除了会产生不希望的副产物之外还要在船上生产和储存危险化学药剂。 美国专利6,770,248公开了一种基于超声气穴的压舱水处理方法。该处理方法需要浸于加压传输介质中的压电环。除了这些必要条件之外，超声气穴的渗透力微小且它的性能的恶化程度成比例增加。该方法未能更有效地利用水力气穴现象。 也可以参考美国专利6,761,123，其公开了一种通过一种气态混合物渗透平衡来杀死在船舶压舱水中的水生公害物种(ANS)的方法。这种方法耗时而且需要一个长时期(几天)的真空。这严重限制了它在船上处理压舱水的效用。 可以进一步参考美国专利号6,516,738，6125778，20020066399A1和20030015481A1以及PCT专利号WO0210076专利，其描述了利用臭氧处理压舱水的方法。这些系统需要在船上产生并储存臭氧。这些系统没有利用气穴。这些方法不发生化学反应就不能处理压舱水。 在美国专利号6,500,345,2003029811和20050016933；PCT专利号WO2004002895A2，WO02072478A2和WO0244089A2中，描述了利用紫外光或化学生物灭杀剂或致死剂来处理压舱水的设备和方法。基于紫外光的系统的效率随运行规模而下降。由于储存和形成副产物的危险使得化学生物灭杀剂的使用并不受欢迎。此方法不发生化学反应就不能处理压舱水。 欧洲专利EP1517860和美国专利2004055966描述了包括通过膜过滤器过滤水及随后进行紫外光辐射的方法，该方法在达到消除微生物以及过滤速率的必需效率上有一定的限制。 美国专利号6,284,793,2004129645，2004099608和2005016933A1和一个PCT专利号WO2005061388，描述了基于化学处理的方法。在这个方法中，通过添加过羧酸，过氧化氢，离子化气体，二氧化氯和氰化物来破坏生物体。该方法依赖于几种有毒危险化学物质。此方法不发生化学反应就不能处理压舱水。 可以参考美国专利6,171,508，描述了基于氧化和还原的船舶压舱水处理设备和方法。氧化和还原步骤都基于传质设备而且值得注意的是更加耗时且更昂贵。 美国专利5,816,181公开了利用加热来处理压舱水的方法。该方法基于利用多级热交换器。这种热交换器需要很大的空间而且利用加热来灭菌是非常昂贵的。热处理的效率没有其他基于化学生物灭杀剂或水力气穴的方法的效率高。 美国专利5,192,451公开了一种通过添加一种水溶性二烃基二烯丙基季铵聚合物来控制船舶压舱室中的斑马贝的方法。但是，该方法不发生化学反应就不能处理压舱水而且没有利用水力气穴现象。 除了上述专利之外，关于超声和水力气穴的几篇论文已经公布在科学期刊上，比如，Moholkar和Pandit，1997；Gogate和Pandit，2001以及其中所引用的参考文献。这些论文的焦点主要是研究气穴现象的基本理解和开发气穴现象的新用途。然而这些论文中都没有提到利用水力气穴对压舱水进行灭菌。 尽管上述的到目前为止已知的
技术介绍
的专利技术和论文实现他们的特定目的和要求，但是都没有描述一种允许船舶不利用化学物质、紫外光或超声波而对从一个港口区域运输到另一个港口区域的压舱水灭菌的压舱水处理系统和方法。因此，必定需要开发一种新的且更加有效的能够消除或降低灭菌用化学物质的使用并且也不是基于紫外光或超声波的使用的灭菌技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种用于海水/船舶压舱水的灭菌的设备及其方法，其消除了到目前为止已知的
技术介绍
的缺点，而且不单单具有迄今已知的
技术介绍
水处理设备和方法的优点，还具有其他的优点。 本专利技术的另一个目的是提供一种海水/船舶压舱水灭菌的设备及其方法，它基于水力气穴原理并包括在气穴室中的气穴元件，因此提供了更有效且更适合压舱水的灭菌方法。这将得到一种经济上有利且有效的方式，通过它来限制当未处理的压舱水排放入与取水地的生态不一样的环境中时可能带来的环境负面影响。 本专利技术的另外一个目的是提供一种海水/船舶压舱水的灭菌设备及其方法，其中压舱水最好但非必须地穿过一个具有一个或一系列气穴元件的气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海水／船舶压舱水灭菌的设备，其包括水引入装置（１７和１８），该水引入装置包括压舱水吸入源（１７）和泵装置（１８），其通过压力计（３）和止回阀串联至气穴室（５）进口端，可选择地通过热交换器（４），其特征在于，所述气穴室（５）主要设置有垂直于流体流动方向放置的单个或多个气穴元件（２），所述气穴元件（２）间隔相同的或不同的间距放置，且每个所述气穴元件（２）都具有单个或多个孔形式的局部开放区域，所述气穴室（５）的输出通过质量检验点（６）和止回阀（７）到达压舱箱（８），所述压舱箱（８）与排放泵（９）连接，所述压舱箱的输出通过止回阀到达排放口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尼尔阿尔加钱德拉谢卡尔，苏巴什希夫拉姆沙瓦特，伊兰戈万丹达尤达帕尼，马达翰拉贾钱德瑞，皮拉雷塞提文卡特克里希纳穆尔蒂，阿尼诺德哈巴欧山德拉潘蒂特，威沃克威纳约克阮纳德，
申请(专利权)人：科学与工业研究委员会，孟买大学化工研究院，
类型：发明
国别省市：IN[印度]