用于施加叠加的时变频率电磁波以进行海洋压载水生物污垢控制的方法和系统技术方案

本公开涉及一种用于对压载水和压载水处理系统进行处理以便实现诸如控制不期望的和侵入的海洋生物体的运输等处理效果的方法和系统。具体而言，本公开涉及用于以脉动方式向压载水处理系统内的压载水施加包括AC和DC分量两者的叠加的时变频率电磁波方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于施加叠加的时变频率电磁波以进行海洋压载水生物污垢控制的方法和系统专利
本专利技术一般涉及对物体或区域的处理以便利用一个或多个处理效果的领域。更具体而言，本专利技术涉及用于以脉动方式施加包括AC和DC分量两者的叠加的时变频率电磁波以提供对压载水和压载水处理系统的消毒的方法和系统。专利技术背景在许多情形中，对物体或由物体和围绕该物体的介质形成的区域(诸如压载水和压载水处理系统)的处理是必要的以便实现处理效果，诸如控制不期望的和侵入的海洋生物体的运输。压载水是被泵送进入和离开船舶中的压载箱以调整稳定性、增加吃水或以其它方式为船舶提供压载作用的水。为了控制驶往国外的船舶在这种压载水中运输不希望的侵入海洋生物体，国际海事组织(IMO)和USCG实施了对压载水处理的规定。IMO所指定的一般控制要求如下给出：-生物体最大可允许排放>50μm<10/cu.m10～50μm<10/ml毒性霍乱弧菌<1cfu/100ml大肠杆菌<250cfu/100ml肠球菌<100cfu/100ml一般而言，目前市场上可用的压载水处理系统都通过使用诸如氯化、UV处理、使用自由基等方法的常规消毒概念来进行处理。然而，这些消毒方法都不能以完整或整体的方式解决问题。市场上可用的所有技术关注如何杀灭水中的生物体，但是它们还不能够根除生活在箱中的沉积物中或者被腐蚀的钢区域下方的生物体。在大规模应用中使用的最常见压载水处理消毒技术可以宽泛地分类如下：1.电氯化(使用活性物质)；2.UV消毒系统(不使用活性物质)；3.组合精细过滤器/UV/AC超低频雪崩电流(不使用活性物质)尽管这些系统是海洋工业中最常用的大规模消毒系统，但具有许多缺点。电氯化系统使用DC电解系统来电解海水以产生氯/次氯酸盐以用于消毒或杀灭水中的生物体。通常通过旋风分离器或机械筛网过滤器来预先去除主要尺寸大于50μm的生物体。随后用诸如氯/次氯酸盐等活性物质来消毒或杀灭小于50μm的生物体。在电解过程中，不可避免地生成有毒的氯气和爆炸性氢气，这是这些系统的主要缺点之一。电氯化系统的另一问题是所产生的氧化剂和活性物质的量对环境有害。氧化剂的量通常由存在于水中的总残余氧化剂(TRO)来测量。取决于水以及存在的生物体的类型，电氯化系统为了控制水中的生物体而需要的TRO的量一般大于10ppm。然而，具有这种高剂量TRO的水也对环境有害并且在没有进一步处理以减少TRO的情况下不能被直接排放。进一步的问题是这种高TRO水平造成对管道系统中的金属结构和装置的严重腐蚀，并且它们还可影响一些非金属结构的材料完整性。出于环境原因，法定要求通常要求排放水TRO被进一步处理到0.2ppm或更小。为了满足该要求，将需要在排放之前给予TRO还原剂，这是电氯化系统的进一步缺点。为了有效控制压载水系统中的生物体，关键是控制或根除生物膜位点，而不是仅仅关注体相水中生物体的杀灭率。在电氯化系统中，氯和次氯酸盐在杀灭体相水中的生物体方面是有效的，但是在穿透生物膜来杀灭生活在系统内部的细菌和生物体方面取得非常有限的成功。显然，由TRO造成的钢表面的腐蚀产生更多的消毒剂不可到达的腐蚀位点，这随后损害消毒功效。氯化系统的又一问题是控制浮游植物的再生长。如果存在营养物质和正确的生长环境，则浮游植物在氯化处理效果消退之后可以非常迅速地再生长。因此，如果经氯处理的压载水保持在压载箱中达长的时间段，则即使水被认为已经经过处理，浮游植物也可能仍然存活并且因此被引入另一国家。对于仅将压载水作为压载循环的一部分进行处理但不卸除压载的压载水处理系统而言，该问题特别常见。电氯化系统的又一缺点是用于压载的水的天然氯化物含量。如果氯化物含量低(诸如河口水或河水)，则所生成的氯和次氯酸盐的量可能太低而无法进行有效消毒。一些系统诉诸于使用另一水箱来携带海水以便随后电解海水以用于注入淡水中来进行消毒，但这减小了船舶的载货容量。电氯化系统的缺点可以概括如下：1.生成爆炸性氢气；2.由于高TRO引起的腐蚀问题；3.在处理之后需要TRO还原处理；4.生物体可能对氯化免疫；5.氯不能够穿透生物膜来根除生活在生物膜中的生物体；6.不能够控制浮游植物在处理之后的再生长；7.如果水中的氯化物含量低则不能够提供有效消毒UV消毒处理技术使用UVC范围的UV光来对水进行消毒。一些可使用UVA和UVB与UVC结合来进行消毒，但概念和方法是相同的。当UV用于消毒时，也存在许多缺点。UV处理仅在处理的时刻有效，并且它不具有残余效果以在整个系统中携带处理效果。当处理系统缺乏残余处理效果时，在处理时刻未杀灭或者留在管道系统(包括水箱)中的那些生物体和细菌将能够再次生长和繁殖，从而导致差的整体消毒结果。由于UV不具有残余效果，因此经处理的水不能携带该效果以根除生物膜。这引起生物体的生长或无效消毒。一般概念是UV不感生任何腐蚀问题，但在实际的压载海水处理中，用于消毒功能的非常强的UV剂量会引起水中的TRO上升。在一些极端情形中，由非常强的UV引起的TRO的增加可以达到高至0.5ppm，特别是在存在TiO2的情况下。这不仅超过了排放水TRO要求，而且残余的氧化剂也加速了浸入的金属结构的腐蚀速率。这进而产生了为生物体创建更多栖息地的连锁效应，其随后需要更高剂量的消毒，这随后产生更多TRO以及因此更多腐蚀。许多UV压载系统依赖于非常精细的过滤器来过滤掉>50μm的生物体，并且随后使用UV来杀灭<50μm的生物体，包括细菌。虽然UV可以提供具有良好杀灭和控制体相水中的细菌计数的有效消毒，但它在杀灭较大生物体方面不太有效。对于大于细菌的生物体，杀灭它们所需要的UV强度非常高(特别是对于浮游植物)，并且因此这种系统的功耗也会很高。作为结果，用于压载水处理的许多类型的UV系统的功耗非常高。使用LEDUV可降低功耗，但是LEDUV本身的成本非常高。不管是使用低、中还是高压UV灯，功耗都如此高以使得对于大的压载容量船舶，可能需要在船上安装附加的发生器来提供额外功率，并且在许多情形中这是不实际的。水状况的影响也影响UV处理的功效。UV光的强度受到水浊度以及与水接触的UV灯石英套管上的污垢状况的很大影响。在高淤泥含量和浑浊水条件下(诸如港口、河水或河口水中)，UV光很难穿透浑浊水，这随后损害消毒功效。目前，市场上不存在能够在压载水处理所需要的大流量条件下有效过滤淤泥的过滤系统。如果不解决水浊度问题，则在浑浊水中施加UV是不实际的。除了水浊度之外，UV灯石英管套上的污垢也会造成UV处理功效进一步劣化。使用化学物或刷子来清洁污垢增加了操作和装置成本，尽管它们可有助于在某种程度上维持处理功效。第三种类型的处理将精细过滤器与UV和AC超低频雪崩电流组合。这些需要非常高性能的<50μm筛网的精细过滤器来去除较大生物体，以维持消毒的有效性。这是由于UV+纯ACULF处理在处理较大生物体方面不太有效，除非使用非常高的功率。假如过滤筛网或密封件在操作期间发生泄露，则大生物体将通过过滤器并直接进入UV和ULF腔室。这随后会影响UV+ULF处理以使得不能够满足较大生物体的消毒要求。UV+ULF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对压载水进行处理的方法，包括向所述压载水施加叠加的时变频率AC电磁波，所述方法包括以下步骤：生成叠加的时变频率电磁波，其中，具有时变频率的AC驱动信号加载在具有预定义DC偏置电压的DC输出上以形成净DC偏置的脉动AC电磁波；将时变叠加的DC脉动电磁波电流传送给一个或多个发射器，所述发射器被配置成传送所述DC偏置的脉动电磁波，以及使所述压载水经受所述DC偏置的脉动电磁波电流以便激励所述压载水，其中，所述激励使具有DC分量的离子电流以脉动和时变AC的方式在所述压载水中行进的流动，并感生所述水或所述水和水系统的电子和分子的振动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.29 SG PCT/SG2015/0502391.一种用于对压载水进行处理的方法，包括向所述压载水施加叠加的时变频率AC电磁波，所述方法包括以下步骤：生成叠加的时变频率电磁波，其中，具有时变频率的AC驱动信号加载在具有预定义DC偏置电压的DC输出上以形成净DC偏置的脉动AC电磁波；将时变叠加的DC脉动电磁波电流传送给一个或多个发射器，所述发射器被配置成传送所述DC偏置的脉动电磁波，以及使所述压载水经受所述DC偏置的脉动电磁波电流以便激励所述压载水，其中，所述激励使具有DC分量的离子电流以脉动和时变AC的方式在所述压载水中行进的流动，并感生所述水或所述水和水系统的电子和分子的振动。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：向超低频(ULF)波发生器提供经整流的DC功率，从所述经整流的DC功率生成交流时变经调制的低频脉动波，以及叠加所述交流时变经调制的低频脉动波以形成所述净DC偏置的脉动电磁波。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下进一步步骤：在所述压载水由所述DC偏置的脉动电磁波处理之前，使所述压载水通过机械过滤过程或UV单元。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述发射器被包含在外壳中并且所述压载水通过所述外壳。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述外壳包括至少一个腔室。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述外壳进一步包括一个或多个管道。7.如权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述外壳是闭环系统的一部分。8.如权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述外壳是开环系统的一部分。9.如权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述外壳是金属或导电材料，并且一个发射器被提供在所述压载水中并且另一发射器被提供在所述外壳上。10.如权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述外壳是非金属或非导电材料，并且至少一对发射器被提供在所述压载水中。11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述叠加的时变频率电磁波的频率在大约100Hz至大约1MHz之间，优选地在大约0.1KHz至大约200KHz之间。12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述叠加的时变频率电磁波具有在大约1Hz至大约1KHz之间、优选地在大约10Hz至大约500Hz之间的扫描频率。13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所生成的DC偏置的时变叠加的脉动离子波电流是具有固定频率、时变频率或随机频率的DC偏置的交流电流。14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个发射器包括包含钢棒的发射波的发射器，所述钢棒涂覆有MgO+MgCO3或其它碱性材料以创建碱性环境，并且DC偏置的脉动电磁波使得能够在所述钢棒上形成磁铁矿层。15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述DC偏置的脉动时变波输出电流通过使用电感线圈来控制。16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述DC偏置的脉动时变波输出由脉宽调制器来控制。17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述DC偏置的时变叠加的DC脉动电磁波控制所述压载水的生物污垢。18.一种压载水处理系统，包括：用于向交流时变经调制的低频脉动波发生器提供功率的电源，用于生成叠加的时变频率电磁波并具有至少两个输出端子的设备，所述设备包括：交流(AC)波发生器，所述AC波发生器用于以期望的扫描时间生成具有时变频率的AC电磁波的AC驱动信号，以及直流(DC)偏置单元，所述DC偏置电源与所述AC波发生器串联电耦合并用于产生具有预定义DC偏置电压的DC输出，所述DC偏置单元被配置成使得所述DC输出与所述AC驱动信号混合以产生叠加的时变频率电磁波，其中时变频率AC波加载在所述预定义...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉煌，王宝贵，
申请(专利权)人：胜艺科研发私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG