專利名稱：利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶壓載水處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加快，國(guó)際物流行業(yè)也迅速增長(zhǎng)，船舶運(yùn)輸是全球物流鏈中重要的一環(huán)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)際貿(mào)易中的貨物90%以上是通過船舶轉(zhuǎn)運(yùn)的。遠(yuǎn)洋船舶航行過程中，壓載是一種必然狀態(tài)。船舶在加裝壓載水的同時(shí)。當(dāng)?shù)氐乃镆搽S之被裝入到壓載艙中，直至航程結(jié)束后隨壓載水排放到目的地海域。這其中，極少量的生物會(huì)因 環(huán)境合適，缺乏天敵等原因在異域大規(guī)模繁衍，造成有害水生物滋生和病原體傳播，破壞不同海域生物的生態(tài)平衡，嚴(yán)重威脅著海洋環(huán)境。由于船舶壓載水引起的海洋生態(tài)破壞事故已不勝枚舉，全球環(huán)保基金組織(GEF)將其列為海洋的四大危害之一。因此，壓載水在排放之前應(yīng)對(duì)其中的活體生物進(jìn)行治理，并使處理后的壓載水達(dá)到MO所提出的壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，船舶壓載水中微生物的滅活處理是航運(yùn)業(yè)面臨的一個(gè)難題，很多處理技術(shù)都難以完全滿足頂0提出的安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)境容許的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)其原理，可以把現(xiàn)有的壓載水處理技術(shù)分為物理處理與化學(xué)處理兩種類型，其具體狀況如下
物理處理方法是通過不同手段分離、排除或滅殺海水中的危害性生物與物質(zhì)，主要手段包括過濾、離心分離、加熱、紫外線等。過濾法。過濾是一種通過過濾裝置濾除海水中的一定體積微生物或其他污染物的處理方法。過濾法可直接濾除部分外來生物，通過選擇合適的網(wǎng)目，可以去除不同的生物種群。過濾法存在的問題是像病毒和細(xì)菌最小的只有0. 02 i! m和0. I i! m,原生動(dòng)物最小的是2 y m，雙鞭毛藻最小的是3 y m，濾網(wǎng)網(wǎng)目越多，過濾需要的壓力就越大，而且很快就需要反沖洗，不然的話，過濾就無法進(jìn)行下去。實(shí)際上海水，尤其是沿海的壓載水本身含有許多懸浮物，會(huì)使過濾更加困難。因此，該方法通常用于對(duì)壓載水的前處理，以減輕后繼處理的負(fù)擔(dān)。離心法。離心分離是一種利用旋轉(zhuǎn)部件對(duì)海水中不同密度的組份進(jìn)行分離，以除去比重與海水存在差異的微粒和生物體的方法。這種方法可以除去大多數(shù)多細(xì)胞動(dòng)物和植物、卵、幼蟲、孢子和有害的病原體細(xì)菌。但是在處理與海水比重相近的生物時(shí)，處理效果受到限制；此外，設(shè)備尺寸較大，對(duì)安裝空間要求較高，尤其當(dāng)處理量較大時(shí)，設(shè)備在船上的安裝就顯得極為困難。加熱法。從最新的研究來看，40°C _45°C通常足以殺死或抑活壓載水中有害水生物。低溫長(zhǎng)時(shí)間比高溫短時(shí)間更有效。溫度在38°C-50°C，加熱持續(xù)時(shí)間為2-4小時(shí)，可殺滅大部分生物，但是如果生物是以休眠胞子的形式存在，可能需要更高的溫度，而且很難達(dá)到殺滅的效果。加熱處理在船上實(shí)現(xiàn)存在的主要問題是熱源不足，產(chǎn)生熱應(yīng)力以及冬季處
理效果差。
紫外線法。波長(zhǎng)為240-260nm，尤其253. 7nm的紫外線對(duì)壓載水中的生物和病原體有殺滅的作用。該方法目前被許多的壓載水處理系統(tǒng)所采用，表明該方法能有效的滅活壓載水中的活體微生物。該方法應(yīng)用的主要問題是，沿岸水中含有大量的懸浮物質(zhì)會(huì)阻擋紫外線對(duì)生物和病原體的照射，且水中含有的溶解性有機(jī)物，對(duì)254nm的紫外線有強(qiáng)烈的吸收作用，這兩者都會(huì)影響處理效果，且加大處理能耗。另外，如果壓載水含鐵量高，會(huì)沉積在石英燈管上，也影響處理效果。紫外線處理在很大程度上依賴于微生物的大小和形態(tài)。海藻由于其尺寸和顏色的原因，需要的劑量比細(xì)菌大，藍(lán)綠海藻對(duì)紫外線抵抗性特強(qiáng)，殺死它需要的輻射量比殺死細(xì)菌需要的數(shù)量大2-3級(jí)。這種處理方法另一缺點(diǎn)是一些較小的生物可能在較大生物的影子下未經(jīng)處理就離開了紫外線處理單元?；瘜W(xué)處理法就是通過藥物的作用來殺死有害生物達(dá)到消除或減輕壓載水對(duì)環(huán)境的危害。其主要方法有以下幾種。氯或氯化物處理法。氯或氯化物是一種很好的殺菌藥物在陸地被廣泛用作水處理齊U。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明5mg/l的有效氯能殺滅海水中99. 85%的異養(yǎng)細(xì)菌，100%的弧菌和85. 2% 的糞大腸菌群。20mg/l的有效氯能殺滅海水中幾乎所有的細(xì)菌。氯化方法處理的不足在于產(chǎn)生的余氯可能會(huì)加快艙壁腐蝕的作用并放出氯臭味，余氯還會(huì)與水中的有機(jī)物生成具有潛在致癌性的物質(zhì)，對(duì)排放水域具有潛在的二次污染。臭氧法。臭氧對(duì)細(xì)菌病毒的殺滅效果較高，且用量少接觸時(shí)間短不產(chǎn)生鹵化反應(yīng)。但由于臭氧處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)，只能現(xiàn)場(chǎng)制備，制備效率受影響，且臭氧消毒的設(shè)備投資費(fèi)用較一般消毒方法高，用在船上處理壓載水時(shí)成本高，不容易為船主所接受。此外，還存在臭氧發(fā)生設(shè)備及投配裝置比較復(fù)雜，投加量不易調(diào)節(jié)，需要具有較高的技術(shù)水平進(jìn)行管理和維護(hù)等問題。二氧化氯處理法。二氧化氯作為消毒劑具有良好的消毒效果。研究證實(shí)，二氧化氯對(duì)大腸桿菌，細(xì)菌，芽孢病毒及藻類均有很好的殺滅作用。但二氧化氯具有爆炸性，遇光易分解成氧化氯和氧，故需在使用時(shí)就地制備，安全上存在一定的隱患。且水中多余的二氧化氯會(huì)對(duì)排放水域產(chǎn)生二次污染。綜上所述，現(xiàn)有的船舶壓載水的處理方法都難以完全滿足MO的標(biāo)準(zhǔn)，因此需研制一種新的壓載水處理方法，使其具有處理時(shí)間短、能耗低、不產(chǎn)生污染等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決背景技術(shù)中所提到的現(xiàn)有壓載水處理方法中所存在的不足，利用正弦高壓脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水，以達(dá)到縮短處理時(shí)間，提高處理效率以及環(huán)境友好的目的。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，該裝置包含正弦高壓脈沖電源、示波器、處理室、加熱部件、蠕動(dòng)泵、儲(chǔ)液槽及集液槽；其中，所述的示波器電連接至正弦高壓脈沖電源，用于記錄脈沖電壓和脈沖電流；所述的處理室電連接至正弦高壓脈沖電源，該處理室設(shè)置有電極，當(dāng)啟動(dòng)正弦高壓脈沖電源后，電極間加上正弦脈沖高壓，產(chǎn)生正弦脈沖強(qiáng)電場(chǎng)；所述的蠕動(dòng)泵設(shè)置在儲(chǔ)液槽與加熱部件之間，用于將儲(chǔ)液槽內(nèi)的液體通過進(jìn)液管道經(jīng)加熱部件熱處理后輸送到處理室進(jìn)行高壓處理；所述的處理室通過出液管道將高壓處理后的液體輸送至加熱部件換熱，將熱量傳遞給進(jìn)液管道中的待處理液體，再輸送到集液槽。上述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其中，所述的加熱部件優(yōu)選為水浴柜。上述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其中，所述的進(jìn)液管道在位于水浴柜內(nèi)的部分設(shè)置為螺旋狀，以便于有效地加熱。上述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其中，所述的處理室的液體進(jìn)口處及出口處分別設(shè)有溫度測(cè)試探頭，能及時(shí)記錄正弦脈沖電場(chǎng)處理前后溫度的變化，并控制處理前樣品的溫度。上述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其中，所述的出液管道上還設(shè)置有取樣口。正弦高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)，是將正弦高電壓脈沖作用于電極間的物料，以殺滅物料中的微生物的一種新型殺菌技術(shù)。其高強(qiáng)度的電場(chǎng)是通過電容組貯存來自高壓直流電源的大量能量，然后以高電壓脈沖的形式釋放出去所形成的。而且，本發(fā)明的裝置利用高壓處理后的液體與待處理液體在加熱部件內(nèi)換熱，具有降低能耗，提高生產(chǎn)效率的技術(shù)效果。本發(fā)明提供的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有處理時(shí)間短，效率高，不產(chǎn)生二次污染，環(huán)境友好等特點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的一種利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為實(shí)施例I實(shí)驗(yàn)條件下赤潮異灣藻滅活率曲線圖。圖3為實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)條件下赤潮異灣藻滅活率曲線圖。圖4為實(shí)施例3實(shí)驗(yàn)條件下赤潮異灣藻滅活率曲線圖。圖5為實(shí)施例4實(shí)驗(yàn)條件下赤潮異灣藻滅活率曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步地說明
如圖I所示為本發(fā)明的一種利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包含正弦高壓脈沖電源10、示波器20、處理室30、加熱部件40、蠕動(dòng)泵50、儲(chǔ)液槽60及集液槽70 ;其中，所述的示波器20電連接至正弦高壓脈沖電源10，用于記錄脈沖電壓和脈沖電流；所述的處理室30電連接至正弦高壓脈沖電源10，該處理室30設(shè)置有電極，當(dāng)啟動(dòng)正弦高壓脈沖電源10后，電極間加上正弦脈沖高壓，產(chǎn)生正弦脈沖強(qiáng)電場(chǎng)；所述的蠕動(dòng)泵50設(shè)置在儲(chǔ)液槽60與加熱部件40之間，用于將儲(chǔ)液槽60內(nèi)的液體通過進(jìn)液管道a經(jīng)加熱部件40熱處理后輸送到處理室30進(jìn)行高壓處理；所述的處理室30通過出液管道b將高壓處理后的液體輸送至加熱部件40換熱，將熱量傳遞給進(jìn)液管道a中的待處理液體，再輸送到集液槽70。所述的加熱部件40優(yōu)選為加熱柜。更優(yōu)選地，所述的進(jìn)液管道a在位于水浴柜內(nèi)的部分設(shè)置為螺旋狀，以便于有效地加熱。
本發(fā)明的一些更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的處理室的液體進(jìn)口處及出口處分別設(shè)有溫度測(cè)試探頭(圖中未示)，能及時(shí)記錄正弦脈沖電場(chǎng)處理前后溫度的變化，并控制處理前樣品的溫度。上述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其中，所述的出液管道b上還設(shè)置有取樣口 80。將本發(fā)明的上述裝置用于處理赤潮異灣藻，以研究電場(chǎng)強(qiáng)度、脈寬和脈沖頻率、海水的溫度對(duì)微生物的滅活效果的影響。實(shí)施例I不同電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)滅活率的影響
實(shí)驗(yàn)條件頻率100Hz，脈寬S，極間距2mm，初始溫度15°C，流量3. 2L/h。從圖2中可以看出，正弦脈沖電場(chǎng)對(duì)異灣藻的滅活效果明顯，電場(chǎng)強(qiáng)度為9kV/cm時(shí)，滅活率接近50%，場(chǎng)強(qiáng)為20kV/cm時(shí)，滅活率為96%。顯然隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大異灣藻的滅活率提聞。 實(shí)施例2不同脈沖寬度對(duì)滅活率的影響
實(shí)驗(yàn)條件頻率100Hz，極間距2mm，電場(chǎng)強(qiáng)度9 kV/cm，初始溫度15°C，流量3. 2L/h。從圖3中我們可以看出，其他因素不變，電源脈沖脈寬對(duì)滅活效果會(huì)產(chǎn)生影響。脈寬為4此時(shí)能滅活50%的異灣藻，隨脈寬增大，滅活效果增大，脈寬為16此時(shí)，能達(dá)到80%的滅活率，脈寬為18此時(shí)，滅活率達(dá)到了 96%。實(shí)施例3不同脈沖頻率對(duì)滅活率的影響
實(shí)驗(yàn)條件脈寬4 ii S，極間距2mm，電場(chǎng)強(qiáng)9kV/cm，初始溫度15°C，流量3. 2L/h。從圖4中可以看出，脈沖頻率增大，異灣藻的滅活效果會(huì)提高，但提高幅度不大。頻率為50Hz時(shí)滅活率為43%，IOOHz時(shí)滅活率為49%，當(dāng)頻率為250Hz時(shí)，滅活率為50. 9%，頻率達(dá)到300Hz時(shí)，滅活率為51. 4%0實(shí)施例4不同溫度對(duì)滅活率的影響
實(shí)驗(yàn)條件脈寬4 ii S，極間距1mm，頻率在4 u s ;流量3. 2L/h. ■-正弦高壓脈沖電場(chǎng)開，□-正弦高壓脈沖電場(chǎng)關(guān)。從圖5中可知，正弦高壓脈沖電場(chǎng)處理后溫度為21°C時(shí)，滅活效果為50%，而只是加熱到21°C時(shí)的滅活效果為5. 2%。正弦脈沖電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到20kV/cm時(shí)，此時(shí)處理器內(nèi)的溫度為42°C，異灣藻的滅活率達(dá)到90%以上，只通過水浴加熱達(dá)到同樣的溫度，異灣藻的滅活率為37%。因此，正弦高壓脈沖處理中溫度升高對(duì)異灣藻滅活有一定的積極作用。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電源的電場(chǎng)強(qiáng)度、脈寬和脈沖頻率、海水的溫度都會(huì)影響微生物的滅活效果，且隨著電場(chǎng)強(qiáng)度、脈寬和脈沖頻率、海水的溫度的增大滅活效果會(huì)變好。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其特征在于，該裝置包含正弦高壓脈沖電源(10)、示波器(20)、處理室(30)、加熱部件(40)、蠕動(dòng)泵(50)、儲(chǔ)液槽(60)及集液槽(70);其中， 所述的示波器(20)電連接至正弦高壓脈沖電源(10)，用于記錄脈沖電壓和脈沖電流； 所述的處理室(30)電連接至正弦高壓脈沖電源(10)，該處理室(30)設(shè)置有電極，當(dāng)啟動(dòng)正弦高壓脈沖電源(10)后，電極間加上正弦脈沖高壓，產(chǎn)生正弦脈沖強(qiáng)電場(chǎng)； 所述的蠕動(dòng)泵(50 )設(shè)置在儲(chǔ)液槽(60 )與加熱部件(40 )之間，用于將儲(chǔ)液槽(60 )內(nèi)的液體通過進(jìn)液管道(a)經(jīng)加熱部件(40)熱處理后輸送到處理室(30)進(jìn)行高壓處理； 所述的處理室(30)通過出液管道(b)將高壓處理后的液體輸送至加熱部件(40)換熱，將熱量傳遞給進(jìn)液管道(a)中的待處理液體，再輸送到集液槽(70)。
2.如權(quán)利要求I所述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其特征在于，所述的加熱部件(40)為水浴柜。
3.如權(quán)利要求2所述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其特征在于，所述的進(jìn)液管道(a)在位于水浴柜內(nèi)的部分設(shè)置為螺旋狀。
4.如權(quán)利要求I所述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其特征在于，所述的處理室(30)的液體進(jìn)口處及出口處分別設(shè)有溫度測(cè)試探頭。
5.如權(quán)利要求I所述的利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，其特征在于，所述的出液管道(b)上還設(shè)置有取樣口(80)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用正弦脈沖電場(chǎng)處理船舶壓載水中活體生物的裝置，該裝置包含正弦高壓脈沖電源、示波器、處理室、加熱部件、蠕動(dòng)泵、儲(chǔ)液槽及集液槽；該示波器電連接至正弦高壓脈沖電源，用于記錄脈沖電壓和脈沖電流；該處理室電連接至正弦高壓脈沖電源，該處理室設(shè)置有電極，當(dāng)啟動(dòng)正弦高壓脈沖電源后，電極間加上正弦脈沖高壓，產(chǎn)生正弦脈沖強(qiáng)電場(chǎng)；該蠕動(dòng)泵設(shè)置在儲(chǔ)液槽與加熱部件之間，用于將儲(chǔ)液槽內(nèi)的液體通過進(jìn)液管道經(jīng)加熱部件熱處理后輸送到處理室進(jìn)行高壓處理；該處理室通過出液管道將高壓處理后的液體經(jīng)換熱將熱量傳遞給未處理液體，輸送到集液槽。本發(fā)明提供的裝置，具有處理時(shí)間短，效率高，不產(chǎn)生二次污染，環(huán)境友好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/48GK102774938SQ20121029783
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者馮道倫, 劉剛, 許樂平 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)