[发明专利]在输运管道中氧活性粒子注入处理船舶压载水方法

说明书

技术领域

本发明属于等离子体物理和海洋环境保护应用技术领域，涉及到一种在输运管道中氧活性粒子注入处理船舶压载水方法。

背景技术

外来有害生物入侵性传播造成的灾害，已被全球环境基金组织(GEF)认定为海洋面临的四大威胁之一。船舶排放的压载水是造成地理性隔离水体间有害生物传播的最主要途径。每年全球船舶携带的压载水约100亿吨，一艘载重10万吨货船携带的压载水量可达5-6万吨，平均每立方米压载水有浮游动植物1.1亿个、细菌10³亿个、病毒10⁴亿个，每天全球在压载水中携带的生物有3000-4000种，仅在一个压载水舱中就有存活腰鞭毛虫胞囊3亿个，舱底的沉积物中有22500个/cm³浮游植物孢子。到目前为止，已确认500种左右的生物物种是由船舶压载水传播的。与自然海洋生态环境相比，船舶压载水是一种特殊环境下的生态系统，经压载水驯化并存活的生物往往具有极强的生命力和竞争力。它们一旦释放到自然海洋环境中，就可能产生不可控制的“雪崩式”繁殖，对土著物种造成极大的冲击，甚至引起本地物种灭绝，引发一系列生态灾害。事实表明，船舶压载水是导致全球范围内海洋生物多样性破坏的主要原因之一，也是造成有害寄生虫和病原体的大面积迅猛传播的重要途径之一。入侵物种给全球经济带来巨大损失，据不完全统计，这种损失每年以近百亿美元的速度递增。船舶压载水引起的外来有害生物入侵规模仍在扩大，因此，国际海事组织IMO向全世界紧急呼吁寻找有效的压载水治理方法。而现有的压载水处理设备和方法都存在许多问题：

1)“在航深海更换压载水的方法”耗能高，且操作、运行时间过长；

2)为保证杀灭微生物而过量加氯的方法不但加重腐蚀船舱中的设施更会产生致癌有机氯化物，在船上存放数吨的液氯会存在泄露、爆炸等安全问题；

3)目前可采用的方法如在航更换处理或在目的地港口进行岸上处理都存在安全和能耗大，或当地政府投资几样口维护设置管理等问题。因此，开发一种简单、有效的在线治理压载水的方法迫在眉睫。

船舶压载水的治理，应遵循高级(先进)氧化技术(AOT或AOP)的要求，从源头上解决治理过程中的环境污染问题，力求实现零污染、零废物排放。为此，采用绿色强氧化剂羟基自由基(·OH)是首选的方法，·OH(E₀＝2.80V)与氟的氧化能力相当，是进攻性最强的化学物质之一，它几乎能和所有的生物大分子、有机物和无机物发生不同类型的化学反应。羟基自由基具有极强的杀灭海洋入侵生物的特性，可在压载水输送过程中杀灭海洋入侵生物。

羟基自由基的主要产生方法有光催化法(UV+TiO₂)、光辐射(UV)、Fe²⁺(Feton)反应、UV(紫外光)+O₃(臭氧)、UV+H₂O₂(过氧化氢)、超声波分解及其协同作用等，已被有效地应用于去除污水中有机、有害污染物和地下水、饮用水处理等方面。但上述羟基自由基产生方法存在的问题：(1)制取·OH的浓度和产生量小，只能在小范围内进行实验与应用研究；(2)加工羟基自由基时需外加大量的药剂及催化剂如H₂O₂、O₃、TiO₂、Fe²⁺(铁盐)，大多是以H₂O₂、O₃作为反应主体，存在治理成本高以及使用H₂O₂的安全等问题；(3)化学反应速率常数低于3L/mol·s，完成化学反应时间在20min-90min；(4)应用过程中需外加高效鼓泡塔反应器、旋转填料床反应器、流化床光催化反应器、撞击流反应器等庞大设备，以便强化生化反应速率及提高处理效率；(5)由于紫外线照射(UV)穿透性能力差，需外加庞大的紫外线辐射设备，难以应用于治理大型船舶压载水上。

发明内容