申请日2011.11.30
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C02F9/02; C02F1/58; B63J4/00; C01B21/04
摘要
本发明涉及一种分子筛制氮船舶压载水处理系统，包括通海阀、海水粗过滤器、压载水泵、海水细过滤器和压载舱，通海阀依次经海水粗过滤器、压载水泵、海水细过滤器连通压载舱，还包括制氮装置和氮水混合器，上述该系统不仅能够使压载水中包括沉积物在内的微生物、有机体分离处理，而且能够实现对残余的微生物、细菌抑制生长，使之满足严格的排放标准。
权利要求书
1.一种分子筛制氮船舶压载水处理系统，包括通海阀、海水粗过滤器、压载水泵、海水细过滤器和压载舱，通海阀依次经海水粗过滤器、压载水泵、海水细过滤器连通压载舱，其特征在于：还包括制氮装置和氮水混合器，制氮装置由电控箱、空气压缩机、干燥器、过滤器、储气柜、氮发生器和储氮柜依次连接组成，氮发生器包括止回阀、节流阀和第一、二碳分子筛制氮柜，止回阀一端接储气柜，另一端分别经第一、二切换阀连通第一、二碳分子筛制氮柜的进口，第一、二碳分子筛制氮柜的进口分别经第一、二排气阀连通一排气装置;第一、二碳分子筛制氮柜的出口分别经第一、二供气阀连通节流阀一端，节流阀另一端连通储氮柜;第一、二碳分子筛制氮柜的进口之间串接有第一平衡阀，第一、二碳分子筛制氮柜的出口之间串接有第二平衡阀;所述氮水混合器包括混合腔、进水口、出水口和进氮口，储氮柜连通进氮口，进水口连通海水细过滤器，出水口连通压载舱。
2.根据权利要求1所述分子筛制氮船舶压载水处理系统，其特征是：所述第一、二碳分子筛制氮柜的出口间串接有氮气检测阀。
3.根据权利要求1所述分子筛制氮船舶压载水处理系统，其特征是：所述进水口设置于混合腔底部，出水口设置于混合腔顶部，进氮口由混合腔距离底部1/3高度处伸入混合腔内且在混合腔内连接有一曝气头，曝气头出气方向正对出水口。
4.根据权利要求3所述分子筛制氮船舶压载水处理系统，其特征是：所述曝气头的出气面积等于出水口面积。
5.根据权利要求1所述分子筛制氮船舶压载水处理系统，其特征是：所述储氮柜还连接压载舱，压载舱上设有第三排气阀。
说明书
分子筛制氮船舶压载水处理系统
技术领域
本发明涉及一种分子筛制氮船舶压载水处理系统。
背景技术
当前，海洋环境正受到四大威胁：外来生物的入侵;陆上污染的排放;对海洋资源的过度捕捞和对海洋生物栖息地的破坏。随着世界航运事业的快速发展，船舶吨位的迅速增加，每年约30~50亿吨船舶压载水从一个港口到另一个港口的转移，随之带入的外来生物即是其中之一。
船舶在装卸货物时，船舶的重心和浮心在不断地变化，为了船舶的吃水、平衡和倾斜，必须在轻载时向压载舱内注入海水;在重载时将压载舱的海水排至舷外。这就是压载水的迁移，外来生物在本土缺少天敌，肆意泛滥，造成生态环境平衡的破坏。自《1982年联合国海洋法公约》起，要求各国采取措施防止外来物种致使海洋环境可能发生重大和有害的变化。及至2004年2月国际海事组织IMO通过了《国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》(以下简称《压载水公约》)，该公约规定在不少于世界商船总吨位35%的至少30个国家签署后12个月后生效，并具追溯性。该公约附则《船舶压载水和沉积物控制与管理规则》中，规定了D-1压载水更换标准和D-2压载水性能标准，根据船舶建造时间和压载舱容量，在D-2实施之前可以采用D-1标准，
在规则D-2执行日期前，船舶可以采用规则D-1，在船舶进港前用深海的清洁海水更换出发港吸入的压载水，其压载水容积更换率应至少95%。规则D-2规定的压载水性能标准是压载水必须经过处理，在排放压载水时，应达到每立方米中最小尺寸大于或等于50μm的可生存生物少于10个;每毫升中最小尺寸小于50μm但大于或等于10μm的可生存生物少于10个;每100毫升中有毒霍乱弧菌少于1cfu; 每100毫升大肠菌少于250cfu; 和每100毫升中肠道球菌少于100cfu。这个排放标准中列出的指标有较大的浮游动物和较小的浮游植物以及指示性细菌，很难用一种单一处理方法来达要求。
在通过《压载水公约》的同时，海样环境保护委员会 (MEPC) 颁发了G1,G2，......至G14指南、导则，其中尤以G8、G9导则为最重要。如果在压载水处理系统中加入了化学品或者在处理过程中产生了对海洋有危害的次生物质通称为“活性物质”，则必须按IMO 2008年通过的“使用活性物质 的压载水处理系统认可程序”(G9)进行风险特征描述、分析和评估。将活性物质和配制品进行毒理学的冗长试验，要证明这些相关的化学物质没有急性和慢性的毒性，不会使生物体产生突变和癌变。然后通过国家主管机关向国际海事组织IMO报告，有专门的压载水专家工作组审查，如初步通过则首次给于“基本认可”。制造商获得基本认可后根据压载水专家工作组的意见整改，然后再提交申请，如获准，则给于“最终认可”。包括排队在内这一过程最少需要1~3年。
有了最终认可才可以按 2008年通过的MEPC.174(58)决议案“压载水处理系统认可指南”(G8)，进行由主管机关监督的型式认可试验。制造商在经过“初部试验”后向主管机关申请按通函28号“主管机关按G8导则对压载水处理系统的型式认可程序的导则”进行G8的试验。
试验要求进行陆基试验和船上试验两大部份。
陆基试验时要用三种盐度中的二种盐度试验，这三种盐度的划分是小于3PSU、大于32PSU或3~32PSU。所进行的二种盐度的跨度不能小于10PSU。流入物中总密度为每立方米最好106但不少于105的个体中，应有最小尺寸大于或等于50μm的有机体;每毫升中最好104但不少于103的个体中，应有最小尺寸小于50μm但大于或等于10μm的有机体;在密度为每毫升至少104个活性细菌中应有异养菌。陆基试验至少要做10个循环，每个循环至少储存5天，处理舱排出物应达到上述排放标准。同时要设未经处理的对照舱，5天后对照舱的排出物中可存活的有机体要大于排放标准的10倍，否则试验无效。
船上试验是实船进行压载水吸入和排出的海上试验，至少3个循环，按2008年10月10日通过的MEPC.173(58)决议案“压载水取样导则”(G2)取样，在排放时开始、中间和结束阶段各取3个样(共9个1立方米)进行分析。最后要按MEPC.175(58)决议案“压载处理系统型式认可报告资料”向主管机关报告。并要做环境评估，包括对压载舱的腐蚀试验和评估，因为很多化学品对压载舱隔板会增加腐蚀。
应对压载水的流入物和排放要求，处理工艺过程大致分机械、物理、化学、加热和生物法，可以说没有一种单一的工艺过程能完全达到IMO提出的安全、实用、经济、有效和环境容忍这五项标准。由于压载水的体量很大，是船上生活污水的几百乃至几千倍，如采用生物法，因其停留时间需要20h以上，几乎难以胜任。同理，如采用加热法，如果船上没有足够的废热可利用，也是难以达到目的的。
目前国内和国际正在开发的产品多数为化学法，先用机械过滤去除大的颗粒，然后投放化学品杀菌，例如，过乙酸(PAA)、漂粉精。由于船上携带大量化学品是不合适的，于是在船上安装制造化学品的设备，例如，1，采用电解海水中的氯化钠盐产生次氯酸钠，用自由氯杀菌，在排放压载水时再用硫代硫酸钠中和水中的残余氯，在电解海水的同时又电解了水变成氢，,必须采取安全措施防爆。2，采用电催化产生羟基自由基OH*，强力氧化杀菌，因其存在时间在秒级极短，不会影响到排放水中的残留物，这是G9压评估的标准。然而，要保存5天后微生物、细菌会不会“再生长”仍是担心的问题。3，采用臭氧发生器，高压电离压缩空气变成O3 臭氧，产生原子氧 [O] 杀菌，有的先将空气通过膜分离变成纯氧，再用纯氧制臭氧，效率可高一些。然而，臭氧对压载水舱壁的腐蚀会增加，同时与上述方法一样，必须经过MEPC的G9程序审查。
对采用紫外线 (UV) 杀菌处理工艺，介于物理和化学法之间，开始时也是要先走G9程序，因为海水性质可能会改变。由于做的厂商比较多了，已多次证明其对环境的影响不是那么严重，MEPC在59次会议上才认为可以规避G9。紫外线灯管多用于医院病室空气消毒或饮用水的消毒，对于浊度较大的港口水，由于紫外线的透过率受到影响，对有效性存有质疑。紫外线对较大个体的微生物的杀灭率更有怀疑，因而一种特殊的强力紫外线闻世，对此能否也可规避G9尚不清楚。
物理法有机械过滤、水力旋流、空泡气穴和惰性气体等，目的都是将颗粒较大、比重较大的浮游动植物分离出来回到吸入压载水的港口水域内。然后用抑菌的方法不使残留的微生物和细菌复苏。相对于化学法需要用某种化学品去克服环境污染问题，同时又加入了使环境不能容忍的增量法附加负担，物理法用的是去除法和抑制其滋长的减量法。《压载水公约》早在2004年2月通过，及至2010年10月5日才以通函28“主管机关按G8导则对压载水处理系统的型式认可程序的导则”书面形式阐明了：压载水处理系统如用活性物质的，要按G9程序做附加试验;如不用活性物质的那只要按G8导则做认可。
在这之前开发的压载水处理系统多为化学法，相对比较复杂，存在再污染的风险，对船舶、船员和上船的检验人员带来潜在的危害。为此，需要研发一种新型的压载水处理系统既能达到《压载水公约》及其各项导则、指南和标准的要求，又能安全、实用、节能、高效和无害化。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种分子筛制氮船舶压载水处理系统，该系统不仅能够使压载水中包括沉积物在内的微生物、有机体分离处理，而且能够实现对残余的微生物、细菌抑制生长，使之满足严格的排放标准。
本发明采用的技术方案是：一种分子筛制氮船舶压载水处理系统，包括通海阀、海水粗过滤器、压载水泵、海水细过滤器和压载舱，通海阀依次经海水粗过滤器、压载水泵、海水细过滤器连通压载舱，其特征在于还包括制氮装置和氮水混合器，制氮装置由电控箱、空气压缩机、干燥器、过滤器、储气柜、氮发生器和储氮柜依次连接组成，氮发生器包括止回阀、节流阀和第一、二碳分子筛制氮柜，止回阀一端接储气柜，另一端分别经第一、二切换阀连通第一、二碳分子筛制氮柜的进口，第一、二碳分子筛制氮柜的进口分别经第一、二排气阀连通一排气装置;第一、二碳分子筛制氮柜的出口分别经第一、二供气阀连通节流阀一端，节流阀另一端连通储氮柜;第一、二碳分子筛制氮柜的进口之间串接有第一平衡阀，第一、二碳分子筛制氮柜的出口之间串接有第二平衡阀;所述氮水混合器包括混合腔、进水口、出水口和进氮口，储氮柜连通进氮口，进水口连通海水细过滤器，出水口连通压载舱。
进一步地，所述第一、二碳分子筛制氮柜的出口间串接有氮气检测阀。
进一步地，所述进水口设置于混合腔底部，出水口设置于混合腔顶部，进氮口由混合腔距离底部1/3高度处伸入混合腔内且在混合腔内连接有一曝气头，曝气头出气方向正对出水口。
进一步地，所述曝气头的出气面积等于出水口面积。
再进一步地，所述所述储氮柜还连接压载舱，压载舱上设有第三排气阀。
制氮装置将空气由空气压缩机压缩后依次经干燥器干燥、粗、细过滤器两级过滤除尘，压缩空气送入储气柜，由储气柜经止回阀向氮发生器供气;制氮过程由第一、二碳分子筛制氮柜工作两部分循环组成。
第一循环：制氮，第一切换阀打开，压缩空气经止回阀、第一切换阀向第一碳分子筛制氮柜供气，第一碳分子筛制氮柜吸附空气中的氧气，不吸附的氮气通过第一供气阀由节流阀向储氮柜供氮。排气，同时第二排气阀打开，第二碳分子筛制氮柜内西服的氧气释放经第二排气阀向排气装置排气，第二碳分子筛制氮柜内压力变为常压。均压，排气设定时间后，第一、二平衡阀打开，第一、二碳分子筛制氮柜实现均压，第一碳分子筛制氮柜内吸附的氧气均分至第一、二碳分子筛制氮柜内。
第二循环：制氮，第一循环结束后，第二切换阀打开，压缩空气经止回阀、第二切换阀向第二碳分子筛制氮柜供气，第二碳分子筛制氮柜吸附空气中的氧气，不吸附的氮气通过第二供气阀由节流阀向储氮柜供氮。排气，同时第一排气阀打开，第一碳分子筛制氮柜内西服的氧气释放经第一排气阀向排气装置排气，第一碳分子筛制氮柜内压力变为常压。均压，排气设定时间后，第一、二平衡阀打开，第一、二碳分子筛制氮柜实现均压，第二碳分子筛制氮柜内吸附的氧气均分至第一、二碳分子筛制氮柜内。
上述两部分循环周而复始，实现制氮装置的交变吸附制氮。
制氮装置对氮水混合器供氮。进氮口在混合腔距离底部1/3高度处伸入并接有正对出水口的曝气头，通过曝气头氮气形成空泡，在氮气浓度达到的99.5%时氮气会溶解于水中与水中氧吸出形成置换，使水中的氮含量达到过饱和状态，氮水混合效果好;曝气头的出气面积等于出水口面积，使曝气头产生的氮气空泡能满足出水口出水溶氮需求，。
本发明的有益效果是：制氮装置采用两组分子筛制氮柜相互交替增压和释压来达到氮和氧的分离，分子筛具有独特的物理特性能在压力下吸附空气中的氧分子，氧分子从活性碳中释放，而氮分子输出，用PLC控制氮的产量和纯度，选择氮的量以及浓度以满足压载水的去氧工艺，输出的氮送入储氮柜待用;氮水混合器利用曝气头在混合腔内由下向上正对出水口产生空泡与水体形成过饱和溶解，使氮气在水中产生气泡充分溶解，将水中的氧气驱除，是一种“去氧”物理过程，足以使水中的微生物和细菌缺氧窒息而亡，能够实现对残余的微生物、细菌抑制生长和杀灭，使之满足压载水的排放标准;同时在压载水舱内继续充氮，由排气阀排出氧气，长期航行后压载水中的生物指标仍能满足要求。
