專利名稱：分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，海洋環(huán)境正受到四大威脅外來生物的入侵；陸上污染的排放；對海洋資源的過度捕撈和對海洋生物棲息地的破壞。隨著世界航運事業(yè)的快速發(fā)展，船舶噸位的迅速增加，每年約3(Γ50億噸船舶壓載水從一個港口到另一個港口的轉(zhuǎn)移，隨之帶入的外來生物即是其中之一。船舶在裝卸貨物時，船舶的重心和浮心在不斷地變化，為了船舶的吃水、平衡和傾斜，必須在輕載時向壓載艙內(nèi)注入海水；在重載時將壓載艙的海水排至舷外。這就是壓載水的遷移，外來生物在本土缺少天敵，肆意泛濫，造成生態(tài)環(huán)境平衡的破壞。自《1982年聯(lián)合國海洋法公約》起，要求各國采取措施防止外來物種致使海洋環(huán)境可能發(fā)生重大和有害的變化。及至2004年2月國際海事組織IMO通過了《國際船舶壓載水和沉積物控制和管理公約》(以下簡稱《壓載水公約》)，該公約規(guī)定在不少于世界商船總噸位35%的至少30個國家簽署后12個月后生效，并具追溯性。該公約附則《船舶壓載水和沉積物控制與管理規(guī)則》 中，規(guī)定了 D-I壓載水更換標(biāo)準(zhǔn)和D-2壓載水性能標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)船舶建造時間和壓載艙容量， 在D-2實施之前可以采用D-I標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)則D-2執(zhí)行日期前，船舶可以采用規(guī)則D-1，在船舶進(jìn)港前用深海的清潔海水更換出發(fā)港吸入的壓載水，其壓載水容積更換率應(yīng)至少95%。規(guī)則D-2規(guī)定的壓載水性能標(biāo)準(zhǔn)是壓載水必須經(jīng)過處理，在排放壓載水時，應(yīng)達(dá)到每立方米中最小尺寸大于或等于50 μ m 的可生存生物少于10個；每毫升中最小尺寸小于50 μ m但大于或等于10 μ m的可生存生物少于10個；每100毫升中有毒霍亂弧菌少于lcfu;每100毫升大腸菌少于250cfu;和每 100毫升中腸道球菌少于lOOcfu。這個排放標(biāo)準(zhǔn)中列出的指標(biāo)有較大的浮游動物和較小的浮游植物以及指示性細(xì)菌，很難用一種單一處理方法來達(dá)要求。在通過《壓載水公約》的同時，海樣環(huán)境保護(hù)委員會(MEPC)頒發(fā)了
Gl, G2,......至G14指南、導(dǎo)則，其中尤以G8、G9導(dǎo)則為最重要。如果在壓載水處理系統(tǒng)中
加入了化學(xué)品或者在處理過程中產(chǎn)生了對海洋有危害的次生物質(zhì)通稱為“活性物質(zhì)”，則必須按IMO 2008年通過的“使用活性物質(zhì)的壓載水處理系統(tǒng)認(rèn)可程序”(G9)進(jìn)行風(fēng)險特征描述、分析和評估。將活性物質(zhì)和配制品進(jìn)行毒理學(xué)的冗長試驗，要證明這些相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)沒有急性和慢性的毒性，不會使生物體產(chǎn)生突變和癌變。然后通過國家主管機關(guān)向國際海事組織IMO報告，有專門的壓載水專家工作組審查，如初步通過則首次給于“基本認(rèn)可”。 制造商獲得基本認(rèn)可后根據(jù)壓載水專家工作組的意見整改，然后再提交申請，如獲準(zhǔn)，則給于“最終認(rèn)可”。包括排隊在內(nèi)這一過程最少需要廣3年。有了最終認(rèn)可才可以按2008年通過的MEPC. 174(58)決議案“壓載水處理系統(tǒng)認(rèn)可指南”(G8)，進(jìn)行由主管機關(guān)監(jiān)督的型式認(rèn)可試驗。制造商在經(jīng)過“初部試驗”后向主管機關(guān)申請按通函觀號“主管機關(guān)按G8導(dǎo)則對壓載水處理系統(tǒng)的型式認(rèn)可程序的導(dǎo)則”進(jìn)行G8的試驗。試驗要求進(jìn)行陸基試驗和船上試驗兩大部份。陸基試驗時要用三種鹽度中的二種鹽度試驗，這三種鹽度的劃分是小于3PSU、大于32PSU或;T32PSU。所進(jìn)行的二種鹽度的跨度不能小于10PSU。流入物中總密度為每立方米最好106但不少于105的個體中，應(yīng)有最小尺寸大于或等于50 μ m的有機體；每毫升中最好104但不少于103的個體中，應(yīng)有最小尺寸小于50 μ m但大于或等于IOym的有機體； 在密度為每毫升至少104個活性細(xì)菌中應(yīng)有異養(yǎng)菌。陸基試驗至少要做10個循環(huán)，每個循環(huán)至少儲存5天，處理艙排出物應(yīng)達(dá)到上述排放標(biāo)準(zhǔn)。同時要設(shè)未經(jīng)處理的對照艙，5天后對照艙的排出物中可存活的有機體要大于排放標(biāo)準(zhǔn)的10倍，否則試驗無效。船上試驗是實船進(jìn)行壓載水吸入和排出的海上試驗，至少3個循環(huán)，按2008年10 月10日通過的MEPC. 173(58)決議案“壓載水取樣導(dǎo)則”(G2)取樣，在排放時開始、中間和結(jié)束階段各取3個樣(共9個1立方米)進(jìn)行分析。最后要按MEPC.175 (58)決議案“壓載處理系統(tǒng)型式認(rèn)可報告資料”向主管機關(guān)報告。并要做環(huán)境評估，包括對壓載艙的腐蝕試驗和評估，因為很多化學(xué)品對壓載艙隔板會增加腐蝕。應(yīng)對壓載水的流入物和排放要求，處理工藝過程大致分機械、物理、化學(xué)、加熱和生物法，可以說沒有一種單一的工藝過程能完全達(dá)到IMO提出的安全、實用、經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)境容忍這五項標(biāo)準(zhǔn)。由于壓載水的體量很大，是船上生活污水的幾百乃至幾千倍，如采用生物法，因其停留時間需要20h以上，幾乎難以勝任。同理，如采用加熱法，如果船上沒有足夠的廢熱可利用，也是難以達(dá)到目的的。目前國內(nèi)和國際正在開發(fā)的產(chǎn)品多數(shù)為化學(xué)法，先用機械過濾去除大的顆粒，然后投放化學(xué)品殺菌，例如，過乙酸(PAA)、漂粉精。由于船上攜帶大量化學(xué)品是不合適的，于是在船上安裝制造化學(xué)品的設(shè)備，例如，1，采用電解海水中的氯化鈉鹽產(chǎn)生次氯酸鈉，用自由氯殺菌，在排放壓載水時再用硫代硫酸鈉中和水中的殘余氯，在電解海水的同時又電解了水變成氫，，必須采取安全措施防爆。2，采用電催化產(chǎn)生羥基自由基0H*，強力氧化殺菌， 因其存在時間在秒級極短，不會影響到排放水中的殘留物，這是G9壓評估的標(biāo)準(zhǔn)。然而，要保存5天后微生物、細(xì)菌會不會“再生長”仍是擔(dān)心的問題。3，采用臭氧發(fā)生器，高壓電離壓縮空氣變成03臭氧，產(chǎn)生原子氧[0]殺菌，有的先將空氣通過膜分離變成純氧，再用純氧制臭氧，效率可高一些。然而，臭氧對壓載水艙壁的腐蝕會增加，同時與上述方法一樣，必須經(jīng)過MEPC的G9程序?qū)彶椤Σ捎米贤饩€(UV)殺菌處理工藝，介于物理和化學(xué)法之間，開始時也是要先走 G9程序，因為海水性質(zhì)可能會改變。由于做的廠商比較多了，已多次證明其對環(huán)境的影響不是那么嚴(yán)重，MEPC在59次會議上才認(rèn)為可以規(guī)避G9。紫外線燈管多用于醫(yī)院病室空氣消毒或飲用水的消毒，對于濁度較大的港口水，由于紫外線的透過率受到影響，對有效性存有質(zhì)疑。紫外線對較大個體的微生物的殺滅率更有懷疑，因而一種特殊的強力紫外線聞世，對此能否也可規(guī)避G9尚不清楚。物理法有機械過濾、水力旋流、空泡氣穴和惰性氣體等，目的都是將顆粒較大、比重較大的浮游動植物分離出來回到吸入壓載水的港口水域內(nèi)。然后用抑菌的方法不使殘留的微生物和細(xì)菌復(fù)蘇。相對于化學(xué)法需要用某種化學(xué)品去克服環(huán)境污染問題，同時又加入了使環(huán)境不能容忍的增量法附加負(fù)擔(dān)，物理法用的是去除法和抑制其滋長的減量法?！秹狠d水公約》早在2004年2月通過，及至2010年10月5日才以通函觀“主管機關(guān)按G8導(dǎo)則對壓載水處理系統(tǒng)的型式認(rèn)可程序的導(dǎo)則”書面形式闡明了壓載水處理系統(tǒng)如用活性物質(zhì)的，要按G9程序做附加試驗；如不用活性物質(zhì)的那只要按G8導(dǎo)則做認(rèn)可。在這之前開發(fā)的壓載水處理系統(tǒng)多為化學(xué)法，相對比較復(fù)雜，存在再污染的風(fēng)險， 對船舶、船員和上船的檢驗人員帶來潛在的危害。為此，需要研發(fā)一種新型的壓載水處理系統(tǒng)既能達(dá)到《壓載水公約》及其各項導(dǎo)則、指南和標(biāo)準(zhǔn)的要求，又能安全、實用、節(jié)能、高效和無害化。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠使壓載水中包括沉積物在內(nèi)的微生物、有機體分離處理，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對殘余的微生物、細(xì)菌抑制生長，使之滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。本實用新型采用的技術(shù)方案是一種分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，包括通海閥、海水粗過濾器、壓載水泵、海水細(xì)過濾器和壓載艙，通海閥依次經(jīng)海水粗過濾器、壓載水泵、海水細(xì)過濾器連通壓載艙，其特征在于還包括制氮裝置和氮水混合器，制氮裝置由電控箱、空氣壓縮機、干燥器、過濾器、儲氣柜、氮發(fā)生器和儲氮柜依次連接組成，氮發(fā)生器包括止回閥、節(jié)流閥和第一、二碳分子篩制氮柜，止回閥一端接儲氣柜，另一端分別經(jīng)第一、二切換閥連通第一、二碳分子篩制氮柜的進(jìn)口，第一、二碳分子篩制氮柜的進(jìn)口分別經(jīng)第一、二排氣閥連通一排氣裝置；第一、二碳分子篩制氮柜的出口分別經(jīng)第一、二供氣閥連通節(jié)流閥一端，節(jié)流閥另一端連通儲氮柜；第一、二碳分子篩制氮柜的進(jìn)口之間串接有第一平衡閥， 第一、二碳分子篩制氮柜的出口之間串接有第二平衡閥；所述氮水混合器包括混合腔、進(jìn)水口、出水口和進(jìn)氮口，儲氮柜連通進(jìn)氮口，進(jìn)水口連通海水細(xì)過濾器，出水口連通壓載艙。進(jìn)一步地，所述第一、二碳分子篩制氮柜的出口間串接有氮氣檢測閥。進(jìn)一步地，所述進(jìn)水口設(shè)置于混合腔底部，出水口設(shè)置于混合腔頂部，進(jìn)氮口由混合腔距離底部1/3高度處伸入混合腔內(nèi)且在混合腔內(nèi)連接有一曝氣頭，曝氣頭出氣方向正對出水口。進(jìn)一步地，所述曝氣頭的出氣面積等于出水口面積。再進(jìn)一步地，所述儲氮柜還連接壓載艙，壓載艙上設(shè)有第三排氣閥。制氮裝置將空氣由空氣壓縮機壓縮后依次經(jīng)干燥器干燥、粗、細(xì)過濾器兩級過濾除塵，壓縮空氣送入儲氣柜，由儲氣柜經(jīng)止回閥向氮發(fā)生器供氣；制氮過程由第一、二碳分子篩制氮柜工作兩部分循環(huán)組成。第一循環(huán)制氮，第一切換閥打開，壓縮空氣經(jīng)止回閥、第一切換閥向第一碳分子篩制氮柜供氣，第一碳分子篩制氮柜吸附空氣中的氧氣，不吸附的氮氣通過第一供氣閥由節(jié)流閥向儲氮柜供氮。排氣，同時第二排氣閥打開，第二碳分子篩制氮柜內(nèi)西服的氧氣釋放經(jīng)第二排氣閥向排氣裝置排氣，第二碳分子篩制氮柜內(nèi)壓力變?yōu)槌?。均壓，排氣設(shè)定時間后，第一、二平衡閥打開，第一、二碳分子篩制氮柜實現(xiàn)均壓，第一碳分子篩制氮柜內(nèi)吸附的氧氣均分至第一、二碳分子篩制氮柜內(nèi)。第二循環(huán)制氮，第一循環(huán)結(jié)束后，第二切換閥打開，壓縮空氣經(jīng)止回閥、第二切換閥向第二碳分子篩制氮柜供氣，第二碳分子篩制氮柜吸附空氣中的氧氣，不吸附的氮氣通過第二供氣閥由節(jié)流閥向儲氮柜供氮。排氣，同時第一排氣閥打開，第一碳分子篩制氮柜內(nèi)西服的氧氣釋放經(jīng)第一排氣閥向排氣裝置排氣，第一碳分子篩制氮柜內(nèi)壓力變?yōu)槌骸＞鶋?，排氣設(shè)定時間后，第一、二平衡閥打開，第一、二碳分子篩制氮柜實現(xiàn)均壓，第二碳分子篩制氮柜內(nèi)吸附的氧氣均分至第一、二碳分子篩制氮柜內(nèi)。上述兩部分循環(huán)周而復(fù)始，實現(xiàn)制氮裝置的交變吸附制氮。制氮裝置對氮水混合器供氮。進(jìn)氮口在混合腔距離底部1/3高度處伸入并接有正對出水口的曝氣頭，通過曝氣頭氮氣形成空泡，在氮氣濃度達(dá)到的99. 5%時氮氣會溶解于水中與水中氧吸出形成置換，使水中的氮含量達(dá)到過飽和狀態(tài)，氮水混合效果好；曝氣頭的出氣面積等于出水口面積，使曝氣頭產(chǎn)生的氮氣空泡能滿足出水口出水溶氮需求，。本實用新型的有益效果是制氮裝置采用兩組分子篩制氮柜相互交替增壓和釋壓來達(dá)到氮和氧的分離，分子篩具有獨特的物理特性能在壓力下吸附空氣中的氧分子，氧分子從活性碳中釋放，而氮分子輸出，用PLC控制氮的產(chǎn)量和純度，選擇氮的量以及濃度以滿足壓載水的去氧工藝，輸出的氮送入儲氮柜待用；氮水混合器利用曝氣頭在混合腔內(nèi)由下向上正對出水口產(chǎn)生空泡與水體形成過飽和溶解，使氮氣在水中產(chǎn)生氣泡充分溶解，將水中的氧氣驅(qū)除，是一種“去氧”物理過程，足以使水中的微生物和細(xì)菌缺氧窒息而亡，能夠?qū)崿F(xiàn)對殘余的微生物、細(xì)菌抑制生長和殺滅，使之滿足壓載水的排放標(biāo)準(zhǔn)；同時在壓載水艙內(nèi)繼續(xù)充氮，由排氣閥排出氧氣，長期航行后壓載水中的生物指標(biāo)仍能滿足要求。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型制氮裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型氮水混合器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中電控箱1，通海閥2，海水粗過濾器3，壓載水泵4，海水細(xì)過濾器5，制氮裝置 6，空氣壓縮機601，干燥器602，粗過濾器603，細(xì)過濾器604，儲氣柜605，止回閥606，第一切換閥607，第二切換閥608，第一平衡閥609，第一排氣閥610，第二排氣閥611，排氣裝置 612，第一碳分子篩制氮柜613，第二碳分子篩制氮柜614，第二平衡閥615，氮氣檢測閥616， 第一供氣閥617，第二供氣閥618，節(jié)流閥619，儲氮柜620，氮水混合器7，混合腔71，進(jìn)水口 72，出水口 73，進(jìn)氮口 74，曝氣頭75，壓載艙8，第三排氣閥81。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。圖1所示，一種分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)包括電控箱1、通海閥2、海水粗過濾器3、壓載水泵4、海水細(xì)過濾器5、制氮裝置6、氮水混合器7和壓載艙8。通海閥2 —端通海水，另一端經(jīng)海水粗過濾器3連接壓載水泵4，壓載水泵4依次經(jīng)海水細(xì)過濾器5連通至氮水混合器7，制氮裝置6連通氮水混合器7，氮水混合器連通壓載艙8，壓載艙8上設(shè)有第三排氣閥81，通海閥2、壓載水泵4和制氮裝置6均由電控箱1控制連接。圖2所示，制氮裝置包括空氣壓縮機601、干燥器602、粗過濾器603、細(xì)過濾器 604、儲氣柜605、止回閥606、第一切換閥607、第二切換閥608、第一平衡閥609、第一排氣閥 610、第二排氣閥611、排氣裝置612、第一碳分子篩制氮柜613、第二碳分子篩制氮柜614、第二平衡閥615、氮氣檢測閥616、第一供氣閥617、第二供氣閥618、節(jié)流閥619和儲氮柜620。 空氣壓縮機601依次經(jīng)干燥器602、粗過濾器603、細(xì)過濾器604連接至儲氣柜605，儲氣柜 605接止回閥606 —端，止回閥606另一端分別經(jīng)第一、二切換閥607、608連通第一、二碳分子篩制氮柜613、614的進(jìn)口，第一、二碳分子篩制氮柜613、614的進(jìn)口分別經(jīng)第一、二排氣閥610、611連通一排氣裝置612 ；第一、二碳分子篩制氮柜613、614的出口間串接有氮氣檢測閥616 ；第一、二碳分子篩制氮柜613、614的出口分別經(jīng)第一、二供氣閥617、618連通節(jié)流閥619 —端，節(jié)流閥619另一端連通儲氮柜620 ；第一、二碳分子篩制氮柜613、614的進(jìn)口之間串接有第一平衡閥609，第一、二碳分子篩制氮柜613、614的出口之間串接有第二平衡閥615。本制氮裝置中所有電器件的啟閉均由電控箱1控制。 圖3所示，氮水混合器包括混合腔71、進(jìn)水口 72、出水口 73、進(jìn)氮口 74和曝氣頭 75，進(jìn)水口 72設(shè)置于混合腔71底部，出水口 73設(shè)置于混合腔71頂部，出水口 73連通壓載艙8，進(jìn)氮口 74由混合腔71距離底部1/3高度處伸入混合腔71內(nèi)且在混合腔71內(nèi)連接有一曝氣頭75，曝氣頭75出氣方向正對出水口 73，且曝氣頭75的出氣面積等于出水口 73面積。
權(quán)利要求1.一種分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，包括通海閥、海水粗過濾器、壓載水泵、海水細(xì)過濾器和壓載艙，通海閥依次經(jīng)海水粗過濾器、壓載水泵、海水細(xì)過濾器連通壓載艙，其特征在于還包括制氮裝置和氮水混合器，制氮裝置由電控箱、空氣壓縮機、干燥器、過濾器、儲氣柜、氮發(fā)生器和儲氮柜依次連接組成，氮發(fā)生器包括止回閥、節(jié)流閥和第一、二碳分子篩制氮柜，止回閥一端接儲氣柜，另一端分別經(jīng)第一、二切換閥連通第一、二碳分子篩制氮柜的進(jìn)口，第一、二碳分子篩制氮柜的進(jìn)口分別經(jīng)第一、二排氣閥連通一排氣裝置；第一、 二碳分子篩制氮柜的出口分別經(jīng)第一、二供氣閥連通節(jié)流閥一端，節(jié)流閥另一端連通儲氮柜；第一、二碳分子篩制氮柜的進(jìn)口之間串接有第一平衡閥，第一、二碳分子篩制氮柜的出口之間串接有第二平衡閥；所述氮水混合器包括混合腔、進(jìn)水口、出水口和進(jìn)氮口，儲氮柜連通進(jìn)氮口，進(jìn)水口連通海水細(xì)過濾器，出水口連通壓載艙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，其特征是所述第一、二碳分子篩制氮柜的出口間串接有氮氣檢測閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，其特征是所述進(jìn)水口設(shè)置于混合腔底部，出水口設(shè)置于混合腔頂部，進(jìn)氮口由混合腔距離底部1/3高度處伸入混合腔內(nèi)且在混合腔內(nèi)連接有一曝氣頭，曝氣頭出氣方向正對出水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，其特征是所述曝氣頭的出氣面積等于出水口面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，其特征是所述儲氮柜還連接壓載艙，壓載艙上設(shè)有第三排氣閥。
專利摘要本實用新型涉及一種分子篩制氮船舶壓載水處理系統(tǒng)，包括通海閥、海水粗過濾器、壓載水泵、海水細(xì)過濾器和壓載艙，通海閥依次經(jīng)海水粗過濾器、壓載水泵、海水細(xì)過濾器連通壓載艙，還包括制氮裝置和氮水混合器，上述該系統(tǒng)不僅能夠使壓載水中包括沉積物在內(nèi)的微生物、有機體分離處理，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對殘余的微生物、細(xì)菌抑制生長，使之滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號C02F1/58GK202337708SQ201120485300
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者倪建峰, 倪治忠, 劉燕, 張定海, 張百祁, 金星, 黃國衛(wèi), 黃紅梅 申請人:江蘇南極機械有限責(zé)任公司