防治水环境中构筑物生物污损的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用电化学原理防治生物污损的新方法，适用于水环境中各种金属构筑物及导电构件的防污工程，该方法是将需要防污保护的构筑物与电源的阴极相连接，阳极另外导出以形成回路，根据现场环境、实际要求和被保护构筑物材质确定保护电流和保护电位，启动电源后即可以较小的电流达到防止水生物附着（即水生物污损）的发生。本发明专利技术的有益效果是：利用单一的电源实现防污保护，简化了设备，降低了安装和运行成本，具有设备简便、可控性好、运行稳定、成本低廉且环保等优点。

【技术实现步骤摘要】
技术铜域本专利技术属于电化学领域，涉及一种电化学防治水生物污损的新方法。技术背景污损生物是指附着或固着在水下人工设施上，并对人类的经济活动带来巨大损失的 水生生物，尤其以海洋环境下最为严重，包括水生微生物、水生植物和水生动物。污损 生物所造成的危害称为生物污损(Biofouling),对生物污损的防除称为防污(Antifouling)。 由于生物污损中绝大部分为海洋污损，现行应用最广的防污方法是防污涂料法和海水电 解法。防污涂料法有杀灭和降低表面能两种机理，现今应用的防污涂料都有使用寿命的限 制，且均不同程度的带来环境污染问题，目前多用于防污的辅助处理。海水电解防污是当今海水防污方法中的主要手段，电解防污采用特殊的电极，在无 隔膜的条件下电解海水产生有效氯(HCIO)，利用有效氯的强氧化性来杀死海洋污损生物 的幼虫或孢子，从而达到防止污损的目的。从原理上看，电解防污属于杀灭防污，不可避免的带来各种环境问题。首先，电解 产生的次氯酸属于强氧化物，在海水中与多种物质反应产生各种有害物质从而污染海洋； 其次，次氯酸的强氧化性和强度性使其具有很高的杀灭活性，对于海洋生物的无选择杀 灭使其对海洋生态造成破坏，这些都加剧了海洋环境污染。从设备安全可靠性和运行成本上考虑，电解防污也具有很大的局限。电解制氯设备 组成复杂，造价高昂，其电源输出电压和输出功率巨大，高耗电的同时带来运行稳定性 和安全性的难题。电解使用的DSA电极昂贵且寿命短，每次更换花费巨人，且造成设备 停车，间接损失更是难以估计。因此电解防污繁多的设备投入和大量的电能消耗使其成 本居高不下，而较高的运行电压和电极的更换又使其运行和维护不便，这些都使得电解 防污的使用受到很大制约。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，该方法利用单一的电源 实现防污保护，简化了设备，降低了安装和运行成本，具有设备简便、可控性好、运行稳定、 成本低廉且环保等优点。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下，包括如下步骤首先，根据被保护物所处的海水理化特征、工程要求和表面材质设定电源工作参数，包括输出电压、工作电流、波形和占空 比；然后，连接电源阴极与被保护物，用电化学测量仪表测量被保护物各部位相对于介质的 自腐蚀电位，根据测得的电位分布，调整电流输入点位置以及输入电压，使整个防污表面的 电位趋于所设定的电源工作参数；利用电化学测量仪表和离子选择电极测量被保护物表面的 电势梯度以及钙镁离子浓度梯度，调整电源输出参数，使这些参数与所设定的电源工作参数 相符；将电源阳极导出至同一水环境中，与被保护物形成工作回路；启动电源实施保护，通 过测控仪表监视运行情况并随时对输出的电压、电流以及波形进行调整，被保护物在整个电 源供电期间得到防污保护。上述的被保护物为水环境中的金属构筑物以及可导电的构件；在导通阴极电流之后，被 保护物自腐蚀电位负移0.01V~ 10V;被保护物的表面电流密度在0.01 U A/mLl00A/m2之间。本专利技术的有益效果是1)设备简单，投资少，相对于现有技术中价值几百万元的电解防 污设备而言，本专利技术所应用的设备成本只是其几十分之一，运行电压也远低于电解防污，因 而运行成本大大降低；2)本专利技术在保持良好防污效果的同时大大简便了操作，设备运行简便 且可控性好，可以常年稳定运转；3)本专利技术在实施时并无任何污染物排放，几乎没有对环境 的影响，具有相当显著的环保价值。 附图说明图1是本专利技术所使用的设备示意图。 图中1、电源，2、被保护物，3、测控仪表，4、辅助阳极。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细地描述如图1所示，本专利技术釆用的主要设备有电源l、阳极4、导电线缆以及相关测控仪表3， 被保护物2与电源1的阴极相连，测控仪表3连接于被保护物2与电源1的阴极之间。在通 电期间，被保护物2的表面能和电荷分布以及附近介质的阳离子梯度发生变化，使得污损生 物附着过程受到抑制，从而使得被保护物2得到防污保护，即达到防污目的。实施例一实验室培养在实验室建立500L海水培养槽，海水总盐度2.87 (g/100g海水)，钙镁离子浓度0.63 (g/100g海水)，采用内置生化过滤器维持水质和溶氧量，利用温度继电器和加热棒控制培养 温度为24'C，采用中国沿海最典型的污损生物东方小笠藤壶(Chthamalus challenger)作为培 养对象进行实验。采用直流稳压电源，以金属表面自腐蚀电位为基准使其表面电位负移0.90V， 此时表面电流密度为2.38Xl(r6mA/Cm2。将500#砂纸机械打磨过的阴极实验316L不锈钢片 浸入海水中，进行保护试验，同时放入相同材质大小的未通电不锈钢片进行对比。经过65天的培养(东方小藤壶繁殖周期为2个月)，采取保护的钢片表面未有任何宏观生物附着，而对 比钢片表面平均lcmX lcm面积己有五处藤壶幼虫附着斑。实施例二海水挂件实验在某电厂冷却海水管道入口 ，吊挂316L不锈钢片和钛片各6组，实验用金属阴极实验片， 将其电位分别负移0.6V、 0.8V、 l.OV、 1.2V、 1.4V、和1.6V，同时放入相同材质大小的挂片 进行对比。经过64天挂片实验，对比挂片中的两个挂片表面几乎长满藤壶和贻贝，且有少量 帽贝附着，通阴极电流的各个挂片表面无宏观生物附着。实施例三工厂实际应用——拦污栅在某电厂2号海水冷却管道直径5m的第二、三拦污栅上导通阴极电流，使其电位恒定 于负移0.82V，开动电源后，运行6个月，除远离电源接点的少数位置有少量附着外，整体 防护效果良好。以半年为对照期对比，防污效果优于原先使用的运行成本为该技术约40倍的 电解防污系统。同时，作为对照1号管道因仪器损坏而未使用任何防污措施的相同尺栅网， 藤壶和贻贝已经长满整个构件，将海水管道基本阻塞。实施例四工厂实际应用——海水管道对某电厂冷却水循环系统出泵管道的两个直径1.5m不锈钢支管进行对比验证，用丁实验 的两个支管的尺寸结构以及内介质的组成和流动特性均完全相同。其中一个支管，采用本发 明的方法使其表面电位负移0.65V,另一支管未采用防污措施。经过5个月的运行，使用本 专利技术的支管未见明显宏观污损，管道特性未发生改变；同期运行的另一支管的污损生物附着 已经基本将管道封死，流量接近于零，完全失效。本专利技术在港口、航运、水上平台、海岸工业设施以及海水管网的领域均有广泛应用，可 涵盖绝大部分材料的防污问题。在作为实验所应用的电厂海水管网内，本专利技术己经取得良好 的防污效果；同时，运行成本和设备较之电解海水等现有方法均有大幅度的节约；更重要的 是，本专利技术应用的电化学原理污染物排放水平极低，也不对水生物造成杀灭，具有突出的环 保价值，是一种具有很大推广意义的新技术。权利要求1、，其特征在于，该方法包括如下步骤首先，根据被保护物所处的海水理化特征、工程要求和表面材质设定电源工作参数，包括输出电压、工作电流、波形和占空比；然后，连接电源阴极与被保护物，用电化学测量仪表测量被保护物各部位相对于介质的自腐蚀电位，根据测得的电位分布，调整电流输入点位置以及输入电压，使整个防污表面的电位趋于所设定的电源工作参数；利用电化学测量仪表和离子选择电极测量被保护物表面的电势梯度以及钙镁离子浓度梯度，调整电源输出参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
防治水环境中构筑物生物污损的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：首先，根据被保护物所处的海水理化特征、工程要求和表面材质设定电源工作参数，包括输出电压、工作电流、波形和占空比；然后，连接电源阴极与被保护物，用电化学测量仪表测量被保护物各部位相对于介质的自腐蚀电位，根据测得的电位分布，调整电流输入点位置以及输入电压，使整个防污表面的电位趋于所设定的电源工作参数；利用电化学测量仪表和离子选择电极测量被保护物表面的电势梯度以及钙镁离子浓度梯度，调整电源输出参数，使这些参数与所设定的电源工作参数相符；将电源阳极导出至同一水环境中，与被保护物形成工作回路；启动电源实施保护，通过测控仪表监视运行情况并随时对输出的电压、电流以及波形进行调整，被保护物在整个电源供电期间得到防污保护。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘贵昌，郭志强，铁镝，王绍东，宋树军，季伟光，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]