羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的方法及系统技术方案

羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的方法及系统，涉及等离子体化学、自由基生物学及海洋生态环境工程等领域。设有高浓度羟基自由基产生单元、液液溶解单元、残余氧化剂中和单元、中央控制系统、过滤器、文丘里射流单元、藻类‑水质‑TRO检测设备、压载水存储仓、机械泵、控制器、液体流量计、电磁阀、单元出水阀，各单元间由中央控制系统通过控制器进行调控；所述高浓度羟基自由基溶液产生单元设有羟基自由基产生设备、空气压缩机、富氧机；液液溶解单元设有3个液液溶解罐和残余气体消除器；残余氧化剂中和单元设有中和剂存储罐。

Method and system for preventing and controlling invasion of marine alien organisms by hydroxyl radical advanced oxidation

The invention relates to a method and a system for preventing and controlling the invasion of marine exotic organisms by advanced oxidation of hydroxyl radicals, and relates to the fields of plasma chemistry, free radical biology and marine ecological environment engineering. With a high concentration of hydroxyl radical generating unit, liquid dissolving unit, residual oxidant and unit, the central control system, filter, Venturi jet unit, algae water quality TRO testing equipment, ballast water storage, mechanical pump, controller, liquid flowmeter, electromagnetic valve, outlet valve unit, each unit consists of the central control system were controlled by the controller; the high concentration of hydroxyl radicals generating unit with the hydroxyl free radical production equipment, air compressor, oxygen machine; liquid dissolving unit is provided with 3 liquid dissolving tank and residual gas eliminator; residual oxidizing agent and neutralizing agent unit is provided with a storage tank.

【技术实现步骤摘要】
羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的方法及系统
本专利技术涉及等离子体化学、自由基生物学及海洋生态环境工程等领域，尤其是涉及一种羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的方法及系统。
技术介绍
海洋外来生物入侵性传播是海洋生态环境面临的四大威胁之一。海洋外来生物在新的适宜生存环境中的异常繁殖，会对近岸海域的生态系统带来灾难性破坏，甚至导致本地土著物种的灭绝，严重威胁海洋生态系统的安全。船舶压载水的给排过程是造成地理性隔离水体间海洋生物传播的最主要途径。每年全球船舶携带的压载水约100亿吨，一艘载重10万吨货船携带的压载水量可达5～6万吨，平均每立方米压载水有浮游动植物1.1亿个、细菌103亿个、病毒104亿个，每天全球在压载水中携带的生物有3000～4000种，仅在一个压载水舱中就有存活腰鞭毛虫胞囊3亿个，舱底的沉积物中有22500个/cm3浮游植物孢子，外来生物入侵给我国海洋经济带来巨大损失。近期国际海事组织(IMO)将强制执行《船舶压载水管理与控制公约》，外排压载水必须达标排放：10μm≤体长<50μm的海洋生物少于10个/mL，大肠杆菌<250cfu/100mL，同时严格保证海洋生态安全，不配备压载水处理装备的远洋船舶不能进入他国港口，对我国海洋航运业与海洋发展战略构成了瓶颈制约。目前，通过“使用活性物质导则G9”和“处理系统导则G8”认可的主要方法归类为电解法、紫外光照射UV法、臭氧法等，这些方法首先机械过滤去除50μm以上大尺寸水生生物并降低海水浊度，再杀灭剩余的小尺寸水生生物、细菌、病毒等。臭氧法：J.C.Perrins等(JakeC.Perrins,etal.,Mesocosmexperimentsforevaluatingthebiologicalefficacyofozonetreatmentofmarineballastwater[J],2006,MarinePollutionBulletin,52,1756–1767)使用臭氧法对压载水进行处理，一个处理周期为14～18min，当总氧化剂为2.51mg/L时，浮游生物的存活率达到67％。使用臭氧法存在产生溴酸盐、卤代烷烃等化学副产物的风险，且处理费用昂贵。紫外法：J.Moreno-Andrés等(JavierMoreno-Andrés,etal.DeterminingdisinfectionefficiencyonE.faecalisinsaltwaterbyphotolysisofH2O2:Implicationsforballastwatertreatment[J],2016,ChemicalEngineeringJournal,283,1339-1348)使用H2O2加上紫外照射的方法对压载水进行处理，当光照能量为35.42mJ/cm2，照射24h后，大肠杆菌的数量不但没有减少，相反的增长了1.5％～4％；在H2O2投加量为10mg/L，紫外照射强度为17.10mJ/cm2时，照射24h后，大肠杆菌的数量减少了一个数量级。使用紫外法对压载水处理存在照射时间长，细菌致死率低等问题。电解法：是通过电解海水产生次氯酸钠(NaClO)杀灭压载水中微小生物的方法，“次氯酸钠发生器”是一种定型产品，需要一个大型沉淀调节池、接触反应池及附加装置，NaClO溶剂占1/10左右。该方法存在的问题是能耗消耗大、危险性高、腐蚀性强，且电极表面易形成沉积物。综上所述，目前可应用于海洋外来生物入侵防控技术主要存在：无法杀灭具有坚硬外壳的藻孢子和孢囊，处理时间长、投加药剂量大、系统庞大复杂且能耗高、残余药剂和化学副产物危害海洋生态安全等问题。因此，亟待专利技术一种规模化、高效快速、绿色无污染的杀灭外来生物的方法与装备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的方法及系统。羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的系统设有高浓度羟基自由基产生单元、液液溶解单元、残余氧化剂中和单元、中央控制系统、过滤器、文丘里射流单元、藻类-水质-TRO检测设备、压载水存储仓、机械泵、控制器、液体流量计、电磁阀、单元出水阀，各单元间由中央控制系统通过控制器进行调控；所述高浓度羟基自由基溶液产生单元设有羟基自由基产生设备、空气压缩机、富氧机；液液溶解单元设有3个液液溶解罐和残余气体消除器；残余氧化剂中和单元设有中和剂存储罐；所述空气压缩机的进气口外接空气源，空气压缩机的出气口连接富氧机，通过富氧机富集氧气后出气口连接羟基自由基产生设备的进气口；待处理海水连接机械泵的进水口，机械泵设有控制器，在待处理海水和机械泵之间设有电磁阀，机械泵的出水口连接过滤器的进水口，过滤器设有控制器，过滤器的出水口与藻类-水质-TRO检测设备的进水口连接，藻类-水质-TRO检测设备出水口连接液体流量计的进水口，液体流量计的出水口分为两路，一路连接羟基自由基产生设备的进水口，液体流量计出水口与羟基自由基产生设备进水口间设有电磁阀、机械泵和液体流量计，机械泵设有控制器，羟基自由基产生设备的出水口连接文丘里射流单元的侧入水口；液体流量计的出水口另一路通过管路连接到文丘里射流单元的主入水口，文丘里射流单元的出水口连接液液溶解单元的第一液液溶解罐的进水口，第一液液溶解罐的出水口连接第二液液溶解罐的进水口，第二液液溶解罐的出水口与第三液液溶解罐的进水口连接，第三液液溶解罐的出水口与藻类-水质-TRO检测设备的进水口连接；第三液液溶解罐的顶部设有控制器并与残余气体消除器的进气口相连；液液溶解单元与藻类-水质-TRO检测设备之间设有单元出水阀；藻类-水质-TRO检测设备的出水口分为两路，一路经电磁阀通入压载水存储舱，另一路经电磁阀与中和剂存储罐的出水口汇合后连接藻类-水质-TRO检测设备的入水口，藻类-水质-TRO检测设备的出水口通过管道排海；中和剂存储罐的出水口通过液体流量计、机械泵和电磁阀与主管路相连，机械泵设有控制器，残余氧化剂中和单元与藻类-水质-TRO检测设备之间设有单元出水阀。压载水存储舱的出水管道通过机械泵、液体流量计与过滤器的进水口连接，机械泵设有控制器，压载水存储舱的出水口与机械泵的进水口之间设有电磁阀，液体流量计的出水口与过滤器的进水口之间设有单元出水阀和电磁阀。所述中央控制系统通过控制器对系统中羟基自由基产生设备、藻类-水质-TRO检测设备、残余气体消除器、残余氧化剂中和单元和机械泵控制，并控制所有电磁阀的开启与关闭。根据藻类和细菌的浓度、水质参数等，自动调节在等离子体集成源中生成氧活性粒子的浓度及注入量，实现整个处理装备运行过程中的自动控制。所述文丘里射流单元可由2～6个文丘里射流管串联连接组成。所述液液溶解单元可由三个液液溶解罐构成(直径R＝0.5m，高度H＝1.5m)，液液溶解罐顶部连接残余气体消除器，流经单个液液溶解罐的时间为8～43s。所述残余氧化剂中和单元由控制器、中和剂存储罐、电磁阀、机械泵和流量计构成。中和剂存储罐的出水端流经机械泵和水流量计后，连接到压载水出舱排放管路。羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的方法，包括以下步骤：1)将通过空气压缩机和富氧机处理后的氧气通入高浓度羟基自由基产生设备的进气口，通过强电离放电，将氧气本文档来自技高网...

【技术保护点】
羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的系统，其特征在于设有高浓度羟基自由基产生单元、液液溶解单元、残余氧化剂中和单元、中央控制系统、过滤器、文丘里射流单元、藻类‑水质‑TRO检测设备、压载水存储仓、机械泵、控制器、液体流量计、电磁阀、单元出水阀，各单元间由中央控制系统通过控制器进行调控；所述高浓度羟基自由基溶液产生单元设有羟基自由基产生设备、空气压缩机、富氧机；液液溶解单元设有3个液液溶解罐和残余气体消除器；残余氧化剂中和单元设有中和剂存储罐；所述空气压缩机的进气口外接空气源，空气压缩机的出气口连接富氧机，通过富氧机富集氧气后出气口连接羟基自由基产生设备的进气口；待处理海水连接机械泵的进水口，机械泵设有控制器，在待处理海水和机械泵之间设有电磁阀，机械泵的出水口连接过滤器的进水口，过滤器设有控制器，过滤器的出水口与藻类‑水质‑TRO检测设备的进水口连接，藻类‑水质‑TRO检测设备出水口连接液体流量计的进水口，液体流量计的出水口分为两路，一路连接羟基自由基产生设备的进水口，液体流量计出水口与羟基自由基产生设备进水口间设有电磁阀、机械泵和液体流量计，机械泵设有控制器，羟基自由基产生设备的出水口连接文丘里射流单元的侧入水口；液体流量计的出水口另一路通过管路连接到文丘里射流单元的主入水口，文丘里射流单元的出水口连接液液溶解单元的第一液液溶解罐的进水口，第一液液溶解罐的出水口连接第二液液溶解罐的进水口，第二液液溶解罐的出水口与第三液液溶解罐的进水口连接，第三液液溶解罐的出水口与藻类‑水质‑TRO检测设备的进水口连接；第三液液溶解罐的顶部设有控制器并与残余气体消除器的进气口相连；液液溶解单元与藻类‑水质‑TRO检测设备之间设有单元出水阀；藻类‑水质‑TRO检测设备的出水口分为两路，一路经电磁阀通入压载水存储舱，另一路经电磁阀与中和剂存储罐的出水口汇合后连接藻类‑水质‑TRO检测设备的入水口，藻类‑水质‑TRO检测设备的出水口通过管道排海；中和剂存储罐的出水口通过液体流量计、机械泵和电磁阀与主管路相连，机械泵设有控制器，残余氧化剂中和单元与藻类‑水质‑TRO检测设备之间设有单元出水阀；压载水存储舱的出水管道通过机械泵、液体流量计与过滤器的进水口连接，机械泵设有控制器，压载水存储舱的出水口与机械泵的进水口之间设有电磁阀，液体流量计的出水口与过滤器的进水口之间设有单元出水阀和电磁阀。...

【技术特征摘要】
1.羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的系统，其特征在于设有高浓度羟基自由基产生单元、液液溶解单元、残余氧化剂中和单元、中央控制系统、过滤器、文丘里射流单元、藻类-水质-TRO检测设备、压载水存储仓、机械泵、控制器、液体流量计、电磁阀、单元出水阀，各单元间由中央控制系统通过控制器进行调控；所述高浓度羟基自由基溶液产生单元设有羟基自由基产生设备、空气压缩机、富氧机；液液溶解单元设有3个液液溶解罐和残余气体消除器；残余氧化剂中和单元设有中和剂存储罐；所述空气压缩机的进气口外接空气源，空气压缩机的出气口连接富氧机，通过富氧机富集氧气后出气口连接羟基自由基产生设备的进气口；待处理海水连接机械泵的进水口，机械泵设有控制器，在待处理海水和机械泵之间设有电磁阀，机械泵的出水口连接过滤器的进水口，过滤器设有控制器，过滤器的出水口与藻类-水质-TRO检测设备的进水口连接，藻类-水质-TRO检测设备出水口连接液体流量计的进水口，液体流量计的出水口分为两路，一路连接羟基自由基产生设备的进水口，液体流量计出水口与羟基自由基产生设备进水口间设有电磁阀、机械泵和液体流量计，机械泵设有控制器，羟基自由基产生设备的出水口连接文丘里射流单元的侧入水口；液体流量计的出水口另一路通过管路连接到文丘里射流单元的主入水口，文丘里射流单元的出水口连接液液溶解单元的第一液液溶解罐的进水口，第一液液溶解罐的出水口连接第二液液溶解罐的进水口，第二液液溶解罐的出水口与第三液液溶解罐的进水口连接，第三液液溶解罐的出水口与藻类-水质-TRO检测设备的进水口连接；第三液液溶解罐的顶部设有控制器并与残余气体消除器的进气口相连；液液溶解单元与藻类-水质-TRO检测设备之间设有单元出水阀；藻类-水质-TRO检测设备的出水口分为两路，一路经电磁阀通入压载水存储舱，另一路经电磁阀与中和剂存储罐的出水口汇合后连接藻类-水质-TRO检测设备的入水口，藻类-水质-TRO检测设备的出水口通过管道排海；中和剂存储罐的出水口通过液体流量计、机械泵和电磁阀与主管路相连，机械泵设有控制器，残余氧化剂中和单元与藻类-水质-TRO检测设备之间设有单元出水阀；压载水存储舱的出水管道通过机械泵、液体流量计与过滤器的进水口连接，机械泵设有控制器，压载水存储舱的出水口与机械泵的进水口之间设有电磁阀，液体流量计的出水口与过滤器的进水口之间设有单元出水阀和电磁阀。2.如权利要求1所述羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的系统，其特征在于所述中央控制系统通过控制器对系统中羟基自由基产生设备、藻类-水质-TRO检测设备、残余气体消除器、残余氧化剂中和单元和机械泵控制，并控制所有电磁阀的开启与关闭。3.如权利要求1所述羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的系统，其特征在于所述文丘里射流单元由2～6个文丘里射流管串联连接组成。4.如权利要求1所述羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的系统，其特征在于所述液液溶解单元由三个液液溶解罐构成，液液溶解罐顶部连接残余气体消除器，流经单个液液溶解罐的时间为8～43s。5.如权利要求1所述羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入侵的系统，其特征在于所述残余氧化剂中和单元由控制器、中和剂存储罐、电磁阀、机械泵和流量计构成，中和剂存储罐的出水端流经机械泵和水流量计后，连接到压载水出舱排放管路。6.羟基自由基高级氧化防控海洋外来生物入...

【专利技术属性】
技术研发人员：白敏冬，余忆玄，张芝涛，郑武，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35