一种电催化高级氧化处理船舶压载水的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电催化高级氧化处理船舶压载水的方法，过程如下：采用特殊的催化电极材料，在压载水水体中通过电催化高级氧化，在微电流密度下产生高浓度的羟基自由基，羟基自由基与压载水中微生物发生生化反应，造成压载水微生物的氧化应激损伤，进而使其生命终止，生化反应是指羟基自由基与压载水中微生物的脂质过氧化、氨基酸氧化分解、蛋白质构象变化、DNA的氧化和细胞色素脱色等生化过程；所用装置包括电源、催化槽、安装在催化槽内与电源连接的选用高效电催化材料的电极阳极和电极阴极。本发明专利技术反应活性高、反应速度快、不产生有毒害反应产物、不会对环境造成二次污染、节约能源、符合低碳环保的要求。

Method and apparatus for electrically catalyzing advanced oxidation treatment of ballast water of ship

The invention discloses a method, a kind of advanced electrocatalysis oxidation ballast water treatment process is as follows: the catalytic electrode material, in ballast water in water by advanced electrocatalysis oxidation, hydroxyl radical in high concentration in the micro current density, hydroxyl radical and ballast water microbial biochemical reaction that caused oxidative damage of plankton in ballast water, and thus the termination of life, refers to the biochemical reaction of hydroxyl radicals with ballast water microbial lipid peroxidation, amino acid oxidation and decomposition, protein conformational changes, DNA oxidation and cytochrome decolorization and other biochemical process; the device comprises an electrode, anode supply tank, catalytic install the efficient use of electro catalytic materials in catalytic groove is connected with the power supply and the cathode electrode. The invention has the advantages of high reaction activity, fast reaction speed, no toxic reaction product, no two pollution to the environment, energy saving and low carbon environmental protection requirements.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水处理环保
，尤其是一种电催化高级氧化处理船舶压载水的方法和装置。
技术介绍
外来有害生物入侵性传播已被世界环保基金(GEF)认定为海洋面临的四大威胁之一，而船舶压载水是造成有害生物入侵最主要的传播途径。每年全球船舶携带的压载水大约有100亿吨，一艘载重10万吨货船携带的压载水量达到5-6万吨，平均每立方米压载水中有浮游动植物I. I亿个。每天全球压载水中含有生物3000-4000种，在一个压载水舱中存活腰鞭毛虫孢子约有3亿个，舱底的沉积物中有22500个/cm3浮游植物孢子，到目前 为止确认约有500种生物物种是由船舶压载水传播的。这些生物以不同方式生活在压载水中并随压载水侵入到新的区域，一旦条件适宜就会发生不可控制的“雪崩式”繁殖，它们疯狂的掠夺本地生物的食物，并可导致有害寄生虫和病原体大面积迅猛传播，甚至引发本地物种灭绝。由于科技进步和货物运输羟济效益的驱使，船舶航行速度加快，促进了有害的外来生物物种的存活与传播，对港口水域的生态平衡和居民健康造成严重危害。外来有害生物入侵造成的灾难性后果引起了全世界的极大关注。国际海事组织环境保护委员会(以下简称MEPC)从1997年第40届会议以来都十分重视船舶压载水管理问题。MEPC成立了压载水工作组，着手制定《船舶压载水和沉淀物控制管理国际公约》草案。2002年3月在英国伦敦MO总部召开了第47届环保会，重点讨论了压载水管理问题。会议审议了有关对船舶压载水和沉淀物予以管理和监控的建议性国际公约文本草案。会议期间还专门召集了工作小组深入开展这项工作，召开了 MO外交大会，审议并通过《船舶压载水和沉淀物控制管理国际公约》。2004年2月在MO伦敦总部召开了 “国际压载水管理大会”，在这次大会上通过了《国际船舶压载水及沉淀物控制和管理公约(草案)》。由于压载水引起的有害生物入侵是一个全球性关注的焦点问题，不少学者进行了大量探索性研究工作，目前船舶压载水的处理方法主要有机械法、物理法和化学法或者上述三种方法结合，国际海事组织(MO)指出治理船舶压载水有害生物入侵是一个全球关注的焦点问题，不提倡不同地域采用不同治理体系治理压载水，其基本要求是在船上处理；成本可取，设备小巧，便于操作；不对海洋近岸水域环境形成新的污染；处理设备及操作安全、可靠。因此，现有的方法均存在不能满足上述条件的问题。I、机械法 机械法主要有过滤、旋流分离、沉淀与浮选等方法。其中过滤技术，大多采用膜处理技术和相应的装置，过滤微生物、浮游生物和细菌，这类技术和装置需要较高的压力，耗能大，对于快速流动的大流量水体，运行成本较高，处理能力难以满足要求；旋流分离技术可以去除压载水中尺寸较大的生物，但当微生物与海水的比重接近的时候，该方法就受到了限制；沉淀和浮选法在压载水的理论方面曾做过研究，但目前还不适于船上使用。2、物理法物理法主要有加热处理、射线技术、微波技术等。其中加热处理法是利用主机多余热量杀死压载水中的微生物，在健康和安全方面热处理是可行的，但排放的热压载水可能对公共水域造成环境方面的问题；射线技术包括紫外线技术和Y射线技术等。通过射线的辐射作用导致微生物组成部分发生化学反应，达到杀死细菌的作用；微波技术包括使用超声波的各种微波技术，但快速流动的大流量水体，现有的超声处理装置，除了上述问题之外，如果单独采用超声技术处理，尚存在能耗高，运行成本高，杀灭效果难以保证等不利因素，不具备可操作性。3、化学法 目前用于处理压载水的化学法有药剂法、电解海水法、催化氧化法等。美国专利US2005016933采用添加ClO2作为杀生剂，这类装置和技术没有二次污染，在小流量水体或饮用水杀菌处理中有一定优势，但对于压载水等大流量水体或大流域水体的灭菌除藻处理，运行成本很高；电解海水法是通过电解海水，通过在阳极上产生的氯气，进而生成具有高效消毒的次氯酸来杀灭微生物及细菌。国际申请W02006058261公开了一种采用电解产生次氯酸盐的压载水处理方法和相应的系统、日本专利JP2001000974公开的电解处理压载水装置，与此类似的还有中国专利申请号200510046991. 8公开的船舶压载水电解处理系统，将处理水体中的氯离子、水分子电解为具有高氧化活性的物质(主要为C10_)，对水体中的细菌和藻类的细胞、RNA> DNA进行氧化作用，使其失活和死亡，从而达到灭菌灭藻效果。虽然电解海水的方法具有较好的杀菌效果，但采用电解法杀灭细菌后，可能会产生致癌物质氯仿，会引起对环境的二次污染。由于船舶装载压载水水量巨大，从几十吨每小时到几千吨每小时，而要求处理压载水的时间短，再加上海洋环境和海洋经济可持续发展的制约，现有杀灭微生物的方法(或药剂)不能满足要求
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种反应活性高、反应速度快、不产生有毒害反应产物、不会对环境造成二次污染、节约能源、符合低碳环保的要求的电催化高级氧化处理船舶压载水的方法和装置。为达到上述目的，本专利技术所述采用的技术手段是一种电催化高级氧化处理船舶压载水的方法，其过程如下采用特殊的催化电极材料，在压载水水体中通过电催化高级氧化，在微电流密度下产生高浓度的羟基自由基，所述羟基自由基与压载水中微生物发生生化反应，造成压载水微生物的氧化应激损伤，进而使其生命终止，所述生化反应是指羟基自由基与压载水中微生物的脂质过氧化、氨基酸氧化分解、蛋白质构象变化、DNA的氧化和细胞色素脱色等生化过程。进一步的，所述水体中的电催化反应，主要是 阳极表面H2O + h+ — OH-Cat + H+............( I ) OH- + h+ — OH-Cat ............(II) 阴极表面O2 + e_— 02_ ...............(III) H2O + O2^ — OOH + or............(IV) 超氧自由基与水反应产生双氧水和氢氧根离子 OOH + H2O + e- — H2O2 + OF..........(V) 双氧水继续反应 H2O2 + — OH + OF.............(VI) 在含有氯离子的水体中继续反应 Cr + OH — ClCT + H+...........(W) 催化反应产生的氧化性物质 0H、 OOH、H2O2i C10_，是对微生物进行氧化使其失活和死亡的有效成分。 进一步的，所述脂质过氧化是指羟基自由基将压载水中生物细胞膜中的脂质结合，使细胞膜脂质过氧化而导致膜的破碎，细胞内含物外泄，致使细胞死亡的过程；所述细胞膜中的脂质主要是指磷脂，而磷脂中主要是磷酸甘油脂(phosphoglycerides);甘油磷脂分子中一般含有饱和与不饱和脂肪酸各一分子，这种结构在羟基的作用下容易发生脂键断裂，不饱和的脂肪酸碳链断裂等一系列反应，如下式所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化高级氧化处理船舶压载水的方法，其特征在于，过程如下采用特殊的催化电极材料，在压载水水体中通过电催化高级氧化，在微电流密度下产生高浓度的羟基自由基，所述羟基自由基与压载水中微生物发生生化反应，造成压载水微生物的氧化应激损伤，进而使其生命終止，所述生化反应是指羟基自由基与压载水中微生物的脂质过氧化、氨基酸氧化分解、蛋白质构象变化、DNA的氧化和细胞色素脱色等生化过程。2.根据权利要求I所述的电催化高级氧化处理船舶压载水的方法，其特征在于所述水体中的电催化反应，主要是 阳极表面H2O + h+ — · OH-Cat + H+............( I ) OH- + h+ — · OH-Cat ............(II) 阴极表面O2 + e_— · 02_ ...............(III) H2O + (V — · OOH + or............(IV) 超氧自由基与水反应产生双氧水和氢氧根离子OOH + H2O + 丨—H2O2 + or..........(V) 双氧水继续反应 H2O2 + — · OH + or.............(VI) 在含有氯离子的水体中继续反应 CF + · OH — ClCT + H+...........(W) 催化反应产生的氧化性物质· 0H、· 00H、H202、C10_，是对微生物进行氧化使其失活和死亡的有效成分。3.根据权利要求I所述的电催化高级氧化处理船舶压载水的方法，其特征在于所述脂质过氧化是指羟基自由基将压载水中生物细胞膜中的脂质结合，使细胞膜脂质过氧化而导致膜的破碎，细胞内含物外泄，致使细胞死亡的过程；所述细胞膜中的脂质主要是指磷月旨，而磷脂中主要是磷酸甘油脂；甘油磷脂分子中一般含有饱和与不饱和脂肪酸各一分子，这种结构在羟基的作用下容易发生脂键断裂，不饱和的脂肪酸碳链断裂等一系列反应，如下式所示4.根据权利要求I所述的电催化高级氧化处理船舶压载水的方法，其特征在于所述氨基酸氧化分解是指羟基自由基可直接氧化修饰氨基酸，如下式所示5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜清华，刘晓翠，刘炳言，曹学磊，
申请(专利权)人：青岛海德威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：