專利名稱：在排放過程中對于船舶壓載水沉積物處理的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種水處理的裝置。具體地說是一種利用高壓脈沖放電法對 于船舶中壓載水沉積物的處理裝置。
背景技術：
船舶壓載水和沉淀物作為在地理上相隔的水體間進行有害水生物和病原體傳播 的主要媒介，正越來越受到人們的重視?！按皦狠d水”系指為控制船舶縱傾、橫傾、吃水、穩(wěn) 性或應力而加裝到船上的水及其懸浮物?！皦狠d水沉積物”系指從船舶壓載水中沉淀的物 質，是隨著壓載水的排入排出長期沉積形成的。主要指壓載水中常含有生物碎片、顆粒狀有 機物、生物孢囊、不溶性硅酸鹽如粘土等懸浮物等。隨著世界各國航運事業(yè)的發(fā)展，每年約 有120億噸壓載水通過約9萬艘遠洋船舶在世界范圍內轉移，每天存在于船舶壓載水中隨 船周游世界的生物多達7000種。有資料顯示，在一個壓載水艙中存活的甲藻孢囊約有3億 個，艙底的沉積物中有22500個/cm3浮游植物孢子。壓載艙內無光、缺氧、有的還含有有害 物質，對生物的生存是極為不利的。研究表明，許多細菌、植物、動物能以多種形式或在船舶 壓載水和沉淀物中生存，甚至在幾個月的航行后依然存活。通常情況下，船舶壓入和排除壓 載水大多在港口水域或近海水域進行。由此壓載水的入侵性與陸地污染物排入海洋、對海 洋資源的過度利用以及海洋生物棲息地的自然變化和破壞被公認為全球海洋4大威脅。船 舶壓載水和沉積物的無節(jié)制排放已經導致有害水生物和病原體的轉移，對環(huán)境、人類健康、 財產和資源造成損害或傷害。2004年2月，國際海事組織(IMO)通過了《船舶壓載水及沉積物管理與控制國際 公約》及若干導則、指南，旨在通過對船舶壓載水和沉積物的控制與管理來防止、減少和最 終消除有害水生物和病原體的轉移對環(huán)境、公眾健康、財產和資源帶來的風險?！豆s》第 B-4條船舶沉積物管理中規(guī)定所有船舶應根據(jù)船舶壓載水管理計劃的規(guī)定對設計用來裝載 壓載水處所的沉積物進行清除和處理，船舶在設計和建造時應最大限度地降低沉積物的攝 入和不必要積聚，以便于其清除，并提供安全通道進行沉積物的清除和采樣。目前，對于船舶壓載水沉積物處理的研究較少，都以處理壓載水為主?，F(xiàn)在船舶壓 載艙中的沉積物一般都直接排入海中，或在到港時排出，不做處理或通過填埋來處理，這樣 就使得沉積物中存在的有害病原菌得以存活，對環(huán)境容易造成潛在危害。大連海事大學劉 瑀教授等研究了微波處理壓載水沉積物的方法。微波是一種指頻率從300MHz到3000(ihZ 的電磁波。微波加熱技術是利用高頻電磁波瞬間穿透被加熱物料把能量傳播到被加熱物體 內部，使加熱物內部分子間產生劇烈振動和碰撞。大連海事大學的王琢、劉洪波、王海霞采 用微波——超聲波處理技術、超聲波——硫酸自由基高級氧化技術對壓載水沉積物中的藻 類及孢囊的處理效果直觀表現(xiàn)在破壞藻細胞和孢囊細胞的形態(tài)完整性[1-3]。楊洋采用微 波——硫酸自由基高級氧化技術的組合方式對船舶壓載水沉積物進行處理，發(fā)現(xiàn)微波—— 硫酸自由基高級氧化技術可對藻類及孢囊的形態(tài)結構造成破壞，使孢囊的萌發(fā)率降低，從 而殺滅沉積物中的藻類和孢囊W]。但是這種技術的能耗較大，成本較高而且不易操作。[0005]高壓脈沖放電水處理技術是一種新興的高級氧化技術，其作用原理主要是在兩電 極之間施加脈沖高壓，形成強電場，電極之間會產生高能電子。這些高能電子高速同放電介 質發(fā)生非彈性碰撞，通過激發(fā)、離解和電離等反應，形成非平衡低溫等離子體(·0Η，·Η，·0， 0， !102，!1202，03等)。另外，該過程還產生高溫熱解、紫外光解以及液電空化效應和超臨 界水氧化等一系列反應。該技術在大氣污染治理中有很多成功應用的例子，目前這種方法 在水污染治理中的研究也取得了較大的進步。主要用于去除水中的有機污染物，如苯酚，氯 酚，各種染料，苯己酮，硝基苯等。另外該技術還可用于受污染水的殺菌和消毒。壓載水沉 積物中沉積了壓載水中的外來水生生物、休眠孢子、病原體、細菌以及一些顆粒狀有機物和 懸浮物等。采用高壓脈沖放電技術對于船舶壓載水沉積物進行處理可以同時去除其中的有 害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細菌和有機物等，并且效率較高，能耗較低。對比文獻[1]王海霞.壓載水沉積物中的生物多樣性及處理技術研究.大連海事大學碩士 學位論文.2009. 6 ；[2]劉洪波.微波技術處理船舶壓載水沉積物的研究.大連海事大學碩士學位論 文·2009.6 ；[3]王琢.船舶壓載水沉積物的生物組成及其微波處理技術的研究(碩士論 文).大連大連海事大學，2008;[4]楊洋.船舶壓載水沉積物的微波一硫酸自由基處理技術研究(碩士論 文).大連大連海事大學，2008。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種能夠有效處理壓載水沉積物中的有害外來水生 生物、休眠孢子、病原體、細菌和有機物等，并且效率較高、能耗較低的在排放過程中對于船 舶壓載水沉積物處理的裝置。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的包括與壓載水沉積物排放管道的直徑大小相匹配的殼體，在殼體內設置高壓電極 和地電極，高壓電極和地電極與高壓脈沖電源相連，高壓脈沖電源向高壓電極和地電極之 間施加10 100千伏特的脈沖高壓，高壓電極和地電極之間布置間距為1 50cm。本實用新型的在排放過程中對于船舶壓載水沉積物處理的裝置還可以包括這樣 一些特征1、高壓電極和地電極均為棒狀，通過固定裝置固定在放電反應裝置上，棒電極直 徑為0. 1 5cm。2、高壓電極為棒狀，地電極為圓盤狀。3、高壓電極由5-7根棒組成，地電極為圓盤狀，各棒電極安裝在與地電極同樣大 小的圓盤上，在圓盤中心安裝一根，其余幾根棒電極對稱安裝在圓中心的棒電極周圍。本實用新型的裝置設置在船舶壓載倉的壓載水沉積物排放管道出口處，通過在電 極之間施加脈沖高電壓產生脈沖放電，產生一系列的物理化學反應，使得壓載倉底部的壓 載水沉積物中的有害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細菌和有機物等得到有效得去除。 高壓電極和地電極均為棒狀，或高壓電極為棒狀，地電極為圓盤狀或高壓電極由多根棒組成，地電極為圓盤狀。這樣的電極形式使得放電比較容易產生。放電電極之間隨著放電能 量的增加，電極之間的電場強度逐漸增加。當電弧放電產生時，電極之間會產生高溫、高壓 的等離子體通道，并伴隨著強烈的紫外光及巨大的沖擊波，使得在等離子體通道領域及其 外部區(qū)域的溶液中發(fā)生紫外光光解，液電空化和超臨界水氧化等物理化學效應。這樣就使 得在等離子體通道領域及其外部區(qū)域的溶液中的有害水生生物和細菌等可以被滅活。反應 快速，操作簡便，具有較高的能量利用效率。本實用新型的效果是本實用新型中當電極之間施加脈沖高壓時，在電極之間產生的強電場中會形成高 能電子，在高能電子的作用下，會形成多種具有較高活性的等離子體。等離子體通道內的高 溫、高壓，充滿了大量的離子、自由基等粒子，并伴隨著強烈的紫外光及巨大的沖擊波。等離 子體中的活性物種可以在線生成，生成之后便可與壓載水沉積物中的水生生物和細菌等快 速反應，減少損耗。高壓脈沖放電過程產生的等離子體是電子、離子、激發(fā)態(tài)原子和分子、活 性自由基及輻射源，是獨特的殺菌劑。電極之間的強電場使可以使細胞膜的半滲透性壁壘 功能產生了不可逆的破壞并導致細胞的死亡。本實用新型采用的電極形式之一為棒-棒電 極，電極之間會形成放電電弧，產生強烈的沖擊波，通過機械力毀壞細胞。另外兩種放電電 極分別為棒——圓盤和多棒——圓盤形式，隨著放電電壓的增加，電極之間也可以產生電 弧。等離子體通道輻射的紫外光會被等離子體通道周圍的液體所吸收，促使沉積物中的溶 解氧產生激發(fā)態(tài)氧原子與有機自由基作用等。紫外光和沖擊波的強度取決于放電的能量。 電容放電達到kj/pulse數(shù)量級時產生強烈沖擊波和大量紫外光，而在J/pulse數(shù)量級時更 有效地產生化學活性物種。正是由于這些等離子體和一系列物理化學作用會使壓載水沉積 物中的有害外來水生生物、休眠孢子、病原體、細菌和有機物等得到有效得去除。本實用新型克服了現(xiàn)在船舶壓載艙中的沉積物一般都直接排入海中，或在到港時 排出，不做處理或通過填埋來處理，這樣就使得沉積物中存在的有害病原菌等得以存活，對 環(huán)境容易造成潛在危害的缺點。另外還克服了采用微波技術的成本較高，效率較低和能耗 較大的缺點。

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2和圖3分別為兩種電極的布置形式；圖如和圖4b為多棒電極的布置形式。
具體實施方式
以下結合附圖舉例對本實用新型做更詳細的描述具體實施方式
一結合圖1，殼體2安裝到壓載水沉積物排放管道1上，放電反應 裝置的殼體的大小要與管道配套。通過高壓脈沖電源3向高壓電極4和地電極5之間施加 10 100千伏特的脈沖高壓，在反應裝置內產生高壓脈沖放電。高壓電極4和地電極5均 為棒狀，通過固定裝置6固定在反應裝置的殼體內，電極在反應裝置之外要用絕緣材料包 裹。高壓電極和地電極之間布置間距為1 50cm，棒電極直徑為0. 1 5cm。壓載水沉積 物在放電裝置內的停留時間為0. 1 2h。本實用新型的裝置可直接安裝在壓載水沉積物排
5放管道出口處，這樣可以減少對現(xiàn)有船舶壓載倉的改造工序和費用，安裝和拆卸均很便利。
具體實施方式
二 結合圖2，本實施方式與實施方式一的不同之處是高壓電極4 為棒狀，地電極5為圓盤狀，地電極直徑要與管道匹配、直徑為5 100cm、可以適當調整。
具體實施方式
三結合圖3和圖4，本實施方式與實施方式二的不同之處是高壓 電極4由多根棒組成，5根或7根。棒電極安裝在與地電極同樣大小的圓盤7上，在圓盤中 心安裝一根，其余幾根棒電極對稱安裝在圓中心的棒電極周圍，棒間距為1 30cm，可以適 當調整。
權利要求1.一種在排放過程中對于船舶壓載水沉積物處理的裝置，其特征是包括與壓載水沉 積物排放管道的直徑大小相匹配的殼體，在殼體內設置高壓電極和地電極，高壓電極和地 電極與高壓脈沖電源相連，高壓脈沖電源向高壓電極和地電極之間施加10 100千伏特的 脈沖高壓，高壓電極和地電極之間布置間距為1 50cm。
2.根據(jù)權利要求1所述的在排放過程中對于船舶壓載水沉積物處理的裝置，其特 征是高壓電極和地電極均為棒狀，通過固定裝置固定在放電反應裝置上，棒電極直徑為 0. 1 5cm0
3.根據(jù)權利要求1所述的在排放過程中對于船舶壓載水沉積物處理的裝置，其特征 是高壓電極為棒狀，地電極為圓盤狀。
4.根據(jù)權利要求3所述的在排放過程中對于船舶壓載水沉積物處理的裝置，其特征 是高壓電極由5-7根棒組成，地電極為圓盤狀，各棒電極安裝在與地電極同樣大小的圓盤 上，在圓盤中心安裝一根，其余幾根棒電極對稱安裝在圓中心的棒電極周圍。
專利摘要本實用新型提供的是一種在排放過程中對于船舶壓載水沉積物處理的裝置。包括與壓載水沉積物排放管道的直徑大小相匹配的殼體，在客體內設置高壓電極和地電極，高壓電極和地電極與高壓脈沖電源相連，高壓脈沖電源向高壓電極和地電極之間施加10～100千伏特的脈沖高壓，高壓電極和地電極之間布置間距為1～50cm。本實用新型克服了現(xiàn)在船舶壓載艙中的沉積物一般都直接排入海中，或在到港時排出，不做處理或通過填埋來處理，這樣就使得沉積物中存在的有害病原菌等得以存活，對環(huán)境容易造成潛在危害的缺點。另外還克服了采用微波技術的成本較高，效率較低和能耗較大的缺點。
文檔編號C02F1/48GK201914956SQ201020603930
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者任芝軍, 劉桂芳, 朱麗楠, 王永軍 申請人:哈爾濱工程大學