申请日2006.10.23
公开(公告)日2008.12.17
IPC分类号C02F1/467; C02F1/76; C02F103/00; C25B1/26; C01B11/02
摘要
一种船上水处理系统，其包括诸如饮用水纯化和压舱水处理的特征。所述船上水处理系统包括船上水处理舱。二氧化氯发生器与所述水处理舱流体连接。所述二氧化氯发生器包括二氧化氯气源、用于实现使二氧化氯溶解于液流中的吸收回路。该吸收回路与二氧化氯气源流体连接，气体输送组件被设置在二氧化氯气源和吸收回路之间。
权利要求书
1.一种船上水处理系统，其包括：
(a)船上水处理舱;以及
(b)与所述船上水处理舱流体连接的二氧化氯发生器，所述二氧化氯发 生器包括：
(1)二氧化氯气源;
(2)吸收回路，其用于实现使二氧化氯溶解于液流中，其中所述吸 收回路与所述二氧化氯气源流体连接;以及
(3)气体输送组件，其被设置在所述二氧化氯气源和所述吸收回路 之间。
2.根据权利要求1所述的船上水处理系统，其中，所述二氧化氯气源还 包括单一前体化学品供给。
3.根据权利要求1所述的船上水处理系统，其中，所述水处理舱是用于 饮用水的容器。
4.根据权利要求1所述的船上水处理系统，其中，所述水处理舱是压舱 水罐。
5.根据权利要求1所述的船上水处理系统，其中，所述二氧化氯发生器 是可移动撬装的。
6.根据权利要求1所述的船上A style="TEXT-DECORATION: none" href="http://www.dowater.com/">水处理系统，其中，所述二氧化氯气源还 包括阳极电解液回路和阴极电解液回路，所述阴极电解液回路通过共同的电化 学组件与所述阳极电解液回路流体连接。
7.根据权利要求6所述的船上水处理系统，其中，所述阳极电解液回路 还包括：
(a)反应物给料流;
(b)与所述反应物给料流流体连接的至少一个电化学电池，所述电化学 电池具有正极端和负极端，所述反应物给料流被引导通过所述电化学电池以产 生二氧化氯溶液;以及
(c)气提柱，所述二氧化氯溶液从所述电化学电池的正极端被引入所述 气提柱中，所述气提柱产生至少一个二氧化氯气流和剩余的二氧化氯溶液，所 述剩余的二氧化氯溶液被引导到所述气提柱外，并且与所述反应物给料流一起 再循环进入所述电化学电池中，所述二氧化氯气流排出所述气提柱并且被引导 至所述吸收回路。
8.根据权利要求7所述的船上水处理系统，其中，所述反应物给料是亚 氯酸盐溶液。
9.根据权利要求7所述的船上水处理系统，其中，所述反应物给料是氯 酸盐溶液。
10.根据权利要求1所述的船上水处理系统，其进一步包括程序逻辑控制 系统。
11.根据权利要求10所述的船上水处理系统，其中，所述程序逻辑控制 系统监测所述水处理舱中的二氧化氯的浓度。
12.根据权利要求10所述的船上水处理系统，其中，所述程序逻辑控制 系统能够控制所述水处理舱中的二氧化氯的浓度。
13.根据权利要求1所述的船上水处理系统，其中，所述气体输送组件还 包括：
(a)气体输送泵，所述气体输送泵具有用于接受来自所述二氧化氯气源 的二氧化氯气流的至少一个入口和用于排出被加压的二氧化氯气流的至少一 个出口;以及
(b)从所述至少一个气体输送泵出口延伸的排气歧管组件，所述排气歧 管组件包括限定内容积的至少一根歧管导管，所述至少一根歧管导管用于将被 加压的二氧化氯气体从所述至少一个气体输送泵出口引导至所述吸收回路，其 中所述至少一根歧管导管的内容积足够大以抑制在所述被加压的二氧化氯气 流中的二氧化氯分解。
14.根据权利要求13所述的船上水处理系统，其中，所述至少一根歧管 导管的内容积足够大以促使在所述至少一根歧管导管内的加压二氧化氯气流 温度低于约163°F(73℃)。
15.根据权利要求13所述的船上水处理系统，其中，所述气体输送泵具 有第一和第二入口用于接收来自所述二氧化氯气源的第一和第二二氧化氯气 流，所述气体输送泵具有第一和第二出口用于排出第一和第二加压二氧化氯气 流，所述排出歧管组件包括限定总导管内容积的第一和第二歧管导管，所述第 一和第二歧管导管用于分别将所述第一和第二加压二氧化氯气流从所述气体 输送泵引导至所述吸收回路，其中所述总歧管导管内容积足够大以抑制在所述 加压二氧化氯气流中的二氧化氯分解。
16.根据权利要求15所述的船上水处理系统，其中，所述总歧管导管内 容积足够大以促使在所述至少一根歧管导管内的加压二氧化氯气流温度低于 约163°F(73℃)。
17.根据权利要求16所述的船上水处理系统，其中，所述第一和第二入 口各自具有从其延伸的入口导管用于接受来自于所述二氧化氯气源的第一和 第二二氧化氯气流，所述第一和第二出口各自具有从其延伸的出口导管用于排 出第一和第二加压二氧化氯气流，所述排出歧管组件包括限定总导管内容积的 第一和第二歧管导管，所述第一和第二歧管导管用于分别将所述第一和第二加 压二氧化氯气流从所述气体输送泵引导至所述吸收回路，其中所述总歧管导管 内容积足够大以抑制在所述加压二氧化氯气流中的二氧化氯分解。
18.根据权利要求17所述的船上水处理系统，其中，所述出口导管是由 熔点高于大约140°F(60℃)的材料形成的。
19.根据权利要求18所述的船上水处理系统，其中，所述出口导管是由 选自以下组成的组的材料形成的：聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氯化聚(氯乙 烯)、钛以及熔点高于大约140°F(60℃)的其他金属。
20.根据权利要求16所述的船上水处理系统，其中，所述第一和第二入 口各自具有从其延伸的入口导管用于接受来自于所述二氧化氯气源的第一和 第二二氧化氯气流，其中所述第一和第二出口各自具有一对从其延伸的出口导 管用于排出两对被加压的二氧化氯气流，其中所述排气歧管组件包括限定总导 管内容积的至少一根歧管导管，用于分别将所述第一和第二加压二氧化氯气流 从所述气体输送泵引导至吸收回路，其中所述总歧管导管内容积足够大以抑制 在所述加压二氧化氯气流中的二氧化氯分解。
21.根据权利要求20所述的船上水处理系统，其中，所述出口导管是由 熔点高于大约140°F(60℃)的材料形成的。
22.根据权利要求21所述的船上水处理系统，其中，所述出口导管是由 选自由以下组成的组的材料形成的：聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氯化聚(氯 乙烯)、钛以及熔点大于大约140°F(60℃)的其他金属。
23.根据权利要求20所述的船上水处理系统，其中，所述排气歧管组件 包括限定内容积的单一歧管导管，用于引导所述两对加压二氧化氯气流从气体 输送泵引导至吸收回路，其中所述内容积足够大以抑制在所述加压二氧化氯气 流中的二氧化氯分解。
24.根据权利要求13所述的船上水处理系统，其中，所述至少一根歧管 导管的横截面直径与所述至少一个气体输送泵出口的横截面直径的比大于1。
25.根据权利要求13所述的船上水处理系统，其中，所述排气歧管组件 具有与其热接触的冷却剂流体流，由此所述冷却剂流体流进一步抑制在所述加 压二氧化氯气流中的二氧化氯分解。
26.根据权利要求25所述的船上水处理系统，其中，所述冷却剂流体流 与所述至少一根歧管导管热接触。
27.根据权利要求26所述的船上水处理系统，其中，所述冷却剂流体流 与所述至少一根歧管导管的热接触进一步促使在所述至少一根歧管导管内的 加压二氧化氯气流温度低于约163°F(73℃)。
28.一种在船上处理水的方法，包括：
(a)提供二氧化氯气源;
(b)通过采用与所述二氧化氯气源流体连接的吸收回路，实现使二氧化 氯溶解于液流中;以及
(c)将所述二氧化氯溶液引入到压舱水补给中。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，将所述二氧化氯溶液引入到压 舱水补给中是在船装载之前、在船航行期间和在从船上排放压舱水期间的至少 一个过程中进行的。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，将所述二氧化氯溶液引入到压 舱水补给中的所述引入是通过疏水微孔膜达到受体基质中。
31.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括将所述压舱水暴露于强 的低频声能。
32.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括将额外的生物杀灭剂引 入到所述压舱水中。
33.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括：
(a)在所述二氧化氯气源和所述吸收回路之间设置气体输送泵，所述气 体输送泵具有至少一个入口和至少一个出口，所述至少一个入口用于接收来自 所述二氧化氯气源的二氧化氯气流，所述至少一个出口用于排出加压二氧化氯 气流;
(b)在所述气体输送泵出口和所述吸收回路之间设置排气歧管组件，所 述排气歧管组件包括限定内容积的至少一根歧管导管用于将所述加压的二氧 化氯气流从所述至少一个气体输送泵出口引导至所述吸收回路;以及
(c)通过使所述至少一个气体输送泵出口和所述至少一根歧管导管之间 的体积增加抑制在所述加压二氧化氯气流中的二氧化氯分解。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述体积的增加促使在所述至 少一根歧管导管内的加压二氧化氯气流温度低于大约163°F(73℃)。
说明书
用于船上应用的二氧化氯基水处理系统
发明领域
本发明主要涉及船上水处理。更具体地，本发明涉及用于船上的水处理中 的二氧化氯产生系统，本发明特别适合于改善压舱水中的微生物。
发明背景
水处理是航运业中重要的顾虑。全体船员和乘客需要水用于个人应用，例 如饮用和洗浴。然而，由于对船重量和空间的限制，为这些目的运输清洁水是 不经济和效率低的。船周围的水可以用于这些目的，但必须在人消费或使用前 被处理。
航运业中水处理的另一个重要应用涉及压舱水排放。航运业中船的惯例是 将压舱水泵入到收集舱中以平衡船上的负载。通常在一个港口将压舱水泵入船 中，在航运过程中运输，之后在其他港口被排放。
压舱水的运输会污染沿海的生态系统和海港。如果来自第一个沿海生态系 统的水生生物和微生物被运输到外国的生态系统并被释放，则会出现这种污 染。科学家估计每天会有3,000个外来的物种在压舱水中被转运。在新的生态 系统中存活的物种能够引起对该生态系统的自然破坏，这会引起经济问题以及 可能引起人类疾病。
在1996年，美国国会通过了国家入侵物种法案(NISA)对该问题作出响 应。根据NISA，交通部长颁布了进入美国水域船只的一些规章。为了符合这 些规章，船只必须在公海进行压舱物交换或者进行净化措施，其中，根据天气 条件在公海进行压舱物交换可能是危险的或者不可能的。
已经进行了许多尝试以对压舱水进行净化。然而，成功是有限的。许多杀 虫剂不能有效地杀死在压舱水中所发现的多种多样的生物。一些其他被提出的 方法会由于有毒的副产品而损害环境。另外一些被提出的方法对压舱物罐或容 器是腐蚀性的。
用于航运业的水处理选择包括使用二氧化氯(ClO2)。ClO2具有许多工业 和市政用途。如果正确生产和处理，ClO2是有效和有力的杀虫剂、消毒剂和 氧化剂。
ClO2被广泛地用于纸浆工业和造纸工业作为漂白剂，但在诸如市政水处 理中的消毒的领域中正得到另外的支持。其他的最终应用可以包括作为在食品 和饮料工业中的消毒剂、废水处理、工业水处理、医疗废物的净化和消毒、纺 织品漂白、粉刷工业的气味控制、在电子工业中的线路板清洁和在油气工业中 的应用。
在水处理应用中，ClO2主要用作具有气味和味道问题的地表水的消毒剂。 在低浓度和宽pH范围内，它是有效的杀虫剂。ClO2是适宜的，因为它与水中 的生物反应时，生成亚氯酸盐，至今研究表明低浓度的亚氯酸盐对人的健康不 造成显著的负面危险。另一方面，在处理水时使用氯可以导致被氯化的有机化 合物的产生。这种被氯化的有机化合物被怀疑增加患癌症的风险。
制备用于ClO2水处理过程的ClO2气体是合乎需要的，因为当处于气相 时，ClO2纯度具有更大的保证。然而，ClO2在气相中不稳定并且易于分解为 氯气(Cl2)、氧气(O2)和热量。ClO2的高反应活性通常要求在相同场所制备和使 用。然而，ClO2在水溶液中是可溶解的并且是稳定的。
通过电化学方法和基于反应器的化学方法都可以实现ClO2的制备。电化 学方法比基于反应器的化学方法具有相对更安全操作的优点。在这点上，电化 学方法只使用一种前体，即亚氯酸盐溶液，这与在基于反应器的化学方法中使 用多种前体不同。此外，在基于反应器的化学方法中，浓酸和氯气的使用导致 对安全的顾虑。这些与基于反应器的化学方法相关的安全顾虑在船上应用的限 制空间中是有更多顾虑的。电化学方法制备ClO2的其他好处是所制备的ClO2 气体的纯度比通过基于反应器的化学方法制备的ClO2气体的纯度高，其中基 于反应器的化学方法制备的ClO2气体倾向于具有大量残余的化学物，会降低 ClO2的气体纯度(参见，例如G.Gordon，“Is All Chlorine Dioxide Created Equal?”， Journal of the Am.Water Works Assoc.，第93卷，第4期，2001年4月，第 163～174页;D.J.Gates，TheChlroine Dioxide Hand Book，Am.Water Works Assoc.， 1998年，第47页)。
电化学电池能够进行亚氯酸盐到ClO2的选择性氧化反应。选择性氧化反 应的产物是包含ClO2的溶液。为了进一步纯化ClO2气流，使用气提柱将气流 从溶液中分离。在气提柱中，空气从气提柱的底部通到顶部，而ClO2溶液则 从顶部移到底部。纯ClO2从溶液中交换到空气中。通常使用喷射器或真空输 送泵完成空气的抽吸，如在标题为“二氧化氯溶液发生器”的美国专利申请公 开2006/0021872中所描述的。
标题为“二氧化氯溶液发生器”的国际公开WO 2006/015071公开了能够 制备ClO2的不同方式，例如通过亚氯酸盐(ClO2-)或铝酸盐(ClO3-)溶液参 与的反应。通常将通过这类反应所产生的ClO2进行提纯以产生ClO2气体用于 水处理工艺。接着，最后将ClO2气体转移到被选择用于处理的水中。
已知ClO2不稳定并且能分解，其中ClO2经过放热反应形成氯气和氧气。 实际上，超过大约163°F(73℃)的操作温度会导致发生器的潜在危险性和更低 效率的操作。
期望得到可靠的系统和方法用于在船上对水进行处理。而且，期望得到能 够在船上有效处理水同时使潜在的水处理复杂情况最小化的系统和方法。
发明内容
一种船上水处理系统，其包括船上水处理舱，其中二氧化氯发生器与所述 水处理舱流体连接。所述二氧化氯发生器还包括二氧化氯气源、用于实现使二 氧化氯溶解于液流中的吸收回路。吸收回路与二氧化氯气源流体连接，气体输 送组件被设置在二氧化氯气源和吸收回路之间。
在优选的船上水处理系统中，所述二氧化氯气源可以包括单一前体化学品 供给(single precursor chemical feed)。在其他一些优选的船上水处理系统中， 水处理舱可以是饮用水容器或压舱水罐。在另一个优选的船上水处理系统中， 所述二氧化氯发生器可以是可移动撬装的(mobile skid mounted)。
在优选的船上水处理系统中，所述二氧化氯气源可以进一步包括阳极电解 液回路和阴极电解液回路。所述阴极电解液回路可以与阳极电解液回路通过共 同的电化学组件来流体连接。所述阳极电解液回路可以进一步包括反应物给料 流，其中至少一个电化学电池与所述给料流流体连接。所述电化学电池可以具 有正极端和负极端，其中反应物流被引导通过电化学电池以产生二氧化氯溶 液。所述二氧化氯溶液可以从电化学电池的正极端被引导进入气提柱中。所述 气提柱可以产生至少一个二氧化氯气流和剩余的二氧化氯溶液。所述剩余的二 氧化氯溶液能够被引导到所述气提柱之外，并且与反应物给料流一起再循环到 所述电化学电池内。接着，所述二氧化氯气流可以离开所述气提柱并且被引导 到所述吸收回路。
在优选的船上水处理系统中，所述反应物给料可以是亚氯酸盐溶液。在另 一个实施方式中，所述反应物给料可以是氯酸盐溶液。
优选的船上水处理系统可以进一步包括程序逻辑控制系统。所述程序逻辑 控制系统还可以监测船上水处理舱中的二氧化氯的浓度。在其他的实施方式 中，所述程序逻辑控制系统能够控制所述水处理舱中二氧化氯的浓度。
在优选的船上水处理系统中，所述气体输送组件还可以包括气体输送泵， 所述气体输送泵具有至少一个入口和至少一个出口，所述至少一个入口用于接 受来自二氧化氯气源的二氧化氯气流，所述至少一个出口用于排出被加压的二 氧化氯气流。所述气体输送泵还包括从所述气体输送泵出口延伸的排气歧管组 件。所述排气歧管组件可以包含限定内容积的至少一根歧管导管，所述至少一 根歧管导管用于将被加压的二氧化氯气流从所述至少一个气体输送泵出口引 导至所述吸收回路。所述歧管导管的内容积足够大以抑制在被加压的二氧化氯 气流中的二氧化氯分解。
在其它优选的船上水处理系统中，所述歧管导管内容积足够大以促使在所 述歧管导管内的加压二氧化氯气流温度低于大约163°F(73℃)。在其他的实施 方式中，所述气体输送泵可以具有用于接收来自二氧化氯气源的第一和第二二 氧化氯气流的第一和第二入口。所述气体输送泵可以具有用于排出第一和第二 加压二氧化氯气流的第一和第二出口。所述排出歧管组件也可以包含限定总导 管内容积的第一和第二歧管导管，所述第一和第二歧管导管用于分别将第一和 第二加压二氧化氯气流从气体输送泵引导至所述吸收回路。所述总歧管导管内 容积足够大以抑制在加压二氧化氯气流中的二氧化氯分解。
在其他优选的船上水处理系统中，总歧管导管内容积足够大以促使在所述 歧管导管内的加压二氧化氯气流的温度低于大约163°F(73℃)。在另一实施方 式中，所述第一和第二入口可以各自具有从其延伸的入口导管，用于接受来自 于所述二氧化氯气源的第一和第二二氧化氯气流。所述第一和第二出口可以各 自具有从其延伸的出口导管，用于排出第一和第二加压二氧化氯气流。所述排 出歧管组件可以包括限定总导管内容积的第一和第二歧管导管，所述第一和第 二歧管导管用于分别将第一和第二加压二氧化氯气流从气体输送泵引导至所 述吸收回路。所述总歧管导管内容积足够大以抑制在加压二氧化氯气流中的二 氧化氯分解。
在其他优选的实施方式中，所述出口导管是由熔点高于大约140°F(60℃) 的材料形成的。在另一个实施方式中，所述出口导管是由选自以下组成的组的 材料形成的：聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氯化聚(氯乙烯)、钛以及熔点高于 大约140°F(60℃)的其他金属。
在优选的船上水处理系统中，所述第一和第二入口可以各自具有从其延伸 的入口导管，用于接受来自于所述二氧化氯气源的第一和第二二氧化氯气流。 所述第一和第二出口可以各自具有一对从其延伸的出口导管，所述出口导管用 于排出两对被加压的二氧化氯气流。所述排气歧管组件可以包含限定总导管内 容积的至少一根歧管导管，所述至少一根歧管导管用于分别将第一和第二加压 二氧化氯气流从气体输送泵引导至吸收回路。总歧管导管内容积足够大以抑制 在加压二氧化氯气流中的二氧化氯分解。
在其他的优选实施方式中，所述出口导管是由熔点高于大约140°F(60℃) 的材料形成的。在另一个实施方式中，所述出口导管是由选自以下组成组的材 料形成的：聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氯化聚(氯乙烯)、钛以及熔点高于大 约140°F(60℃)的其他金属。在另一个实施方式中，所述排气歧管组件可以包 括限定内容积的单一歧管导管，用于将两对被加压的二氧化氯气流从气体输送 泵引导至吸收回路，其中所述内容积足够大以抑制在所述被加压的二氧化氯气 流中的二氧化氯分解。
在优选的船上水处理系统中，所述歧管导管的横截面直径与所述气体输送 泵出口的横截面直径的比例大于1。在其它优选的实施方式中，所述排气歧管 组件具有与其热接触的冷却剂流体流，由此所述冷却剂流体流还抑制在被加压 的二氧化氯气流中的二氧化氯分解。在另一个实施方式中，所述冷却剂流体流 与所述歧管导管热接触。在另一个实施方式中，所述冷却剂流体流与所述歧管 导管的热接触还促使在所述歧管导管内的加压二氧化氯气流温度低于约163 °F(73℃)。
在船上处理水的优选方法包括：提供二氧化氯气源;通过采用与所述二氧 化氯气源流体连接的吸收回路实现使二氧化氯溶解于液流中;以及将所述二氧 化氯溶液引入到压舱水补给中。
在优选的在船上处理水的方法中，将所述二氧化氯溶液引入到压舱水补给 中是在船装载之前、在船航行器件或者在从船排出压舱水器件进行的。在其他 优选的方法中，将所述二氧化氯溶液引入到压舱水补给中可以通过疏水微孔膜 到达受体基质。在另一个实施方式中，所述方法还包括将所述压舱水暴露于强 的低频超声能量。在另一个实施方式中，所述方法包括将额外的生物杀灭剂引 入到所述压舱水中。
优选的船上处理水的方法包括在所述二氧化氯气源和所述吸收回路之间 设置气体输送泵。所述气体输送泵可以具有至少一个入口和至少一个出口，所 述至少一个入口用于接收来自二氧化氯气源的二氧化氯气流，所述至少一个出 口用于排出被加压的二氧化氯气流。所述方法还包括在所述气体输送泵出口和 所述吸收回路之间设置排气歧管组件。所述排气歧管组件包括限定内容积的至 少一根歧管导管，所述至少一根歧管导管用于将被加压的二氧化氯气流从所述 气体输送泵出口引导至所述吸收回路。所述方法还包括通过使所述气体输送泵 出口和所述歧管导管之间的体积增加来抑制在加压的二氧化氯气流中的二氧 化氯分解。在另一个优选的实施方式中，所述方法中体积的增加促使在所述至 少一个歧管导管中的加压二氧化氯气流温度低于大约163°F(73℃)。
