通過壓力突降來去除水生生物的水處理方法和設備的製作方法

2024-04-05 09:22:05 4

專利名稱：通過壓力突降來去除水生生物的水處理方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及水處理，通過消滅水生生物或將它們的數量減少到不 能作為集落髮育的程度，從而除去水中存在的水生生物。本發明在船 舶所攜帶的壓載水處理方面有特定應用，但並非排它的，當將上述船 舶壓載水排放到遠離裝載所述壓載水的地點的海或者湖內時，將會帶 來不良的環境影響。
背景技術：
現代船舶上通常在位於其船體內的艙中裝載壓載水，以平衡和穩 定船舶，從而改善其操縱性能。當貨物裝載在船上並將船舶停靠在水 中後，將壓載水排出。同樣，當卸載貨物時，要將壓載水泵送到壓載 艙內，以維持理想的平衡狀態。
公知的是由於泵送到船內或船外的水的體積非常大，並且由於棲 息在所裝載和所排放的壓載水中的大量生物種類，常常將從很遠的地 方裝載的水排放到具有異地生物的海水和淡水中，這已經有很長的歷 史了。所述生物從微小的浮遊生物種類到相當大的中上層魚類，並包 括各種致病菌和微生物(原生動物)，處在它們繁殖周期的各個階段。 它們當中的一些生物在它們抵達的水中具有很少的天敵，如果它們在 這些水中找到合適的食物源的話，它們迅速擴展它們的地盤，並開始 統治該地盤。它們可以由此變成有害生物，並威脅到它們的新生活環 境的生態穩定性。
這個問題在全球範圍內都被看作是對水生環境的嚴重威脅，國際
海事組織在2004年2月訂立條約，條約規定船東要採取嚴格和系統的 步驟來對他們船舶內的壓載水進行消毒。該條約正在籤署過程中，並
且關於貫徹上述條約所採用技術的具體規定仍舊處於討論之中。
特別是近些年，已經有很多創新活動致力於找到這些問題的可能 的解決方案。為了殺死水中的生物體，主要採用對水進行化學處理的 形式。然而由於化學物質可能會汙染壓載水所排放於其中的水域，或 者導致其它有害的負面效果，因此採用化學物質理論上並非理想的解 決方案。在某些情況下，採用有害的化學物質可以導致比它們意圖解 決的問題還要大的問題。
為了緩解將特效化學物質排放到海港和停泊地點的水中所帶來的 影響，已經提出應當採用在水中僅有短暫存在的化學物質，例如臭氧。 臭氧在海水中僅具有幾分鐘的半衰期，將臭氧引入到壓載水中作為消
毒劑已經在美國專利6125778 (Rodden) 、 6516738 (Cannon)和美國 申請No.20040055966 (Nguyen等人)中提出。
其它發明者想到對水進行順序脫氧處理，以生成活體生物趨於死 亡的條件，接下來進行再氧化，從而將所述水復原成可接受的滿足所 排放區域各種標準的質量水平(例如參見美國專利5932112 (Browning))。最後提到的專利中還公開了開始時對水進行高氧處 理的概念。由於氧自身的氧化性能，因此與很多活體生物單獨親近的 氧具有殺生效果。然而僅在受控的壓力、溫度和其它因素條件下，才 可實現最佳效果，並且除去水生生物的速度存在問題。因此它的應用 存在技術難點，並要求進行相當多的控制和監控。
還提出了一些其它形式的處理方法，包括採用過濾和紫外線 (Nguyen等人的美國專利申請20040055966)、加熱(Sherman的美 國專利5816181)、以及兩種或多種處理形式的組合，例如利用離心分 離的過濾、與紫外線照射或殺生化學物質的聯合(Constantine等人的 美國專利6500345)。 這些處理方法大多數都存在下述缺點要求採用在很多情況下都 需要大量監控的長時間或者相對複雜的處理步驟。
在美國專利6402965 (Sullivan等人)中採用了有些不同的進程， 其中公開了將壓載水暴露於超聲輻射下，在此基礎上採用包含塗敷有 壓電材料的管道的設備(用作產生適當頻率的發射機)，這對水生生 物而言是致命的。水流經該管道。同時還描述了通過該設備而趨於將 水生生物殺死在水中的幹涉效果。作為消滅水生生物的紫外線照射還 在有影響的報告中提及為Northeast-Midwest Institute, Washington,DC 禾口 Lake Carrier Association( Glosten-Herbert Hyde Marine, 2002 )的Great Lakes Ballast Technology Demonstration Project所準備的Full-Scale Design Studies of Ballast Water Treatment Systems,但是沒有公開採用超 聲輻射的步驟。
超聲輻射可殺死某些活體生物的事實已經知道很多年了，其用於
該目的的應用已經在一些文獻中有所描述，例如在J. Bacteriology 51(4)487_493(1946)中發表的p.K. Stumpf， D.E. Green,和F.W. Smith Jr 所著的 Ultrasonic Disintegration as a Method of Extracting Bacterial Enzymes ， 其再版於 D.W. Thayer, Dowden， Hutchinson&Ross, Inc. Stroudburg, Pennsylvania 所編輯的 Microbial Interaction with the Physical Environment, 1975,第405-493頁。最後提及的出版物還包括 了一篇文章，其中給出了超聲波輻射對原生動物和其它生物的致命效
果的試驗解釋，即與對直接圍繞細胞的水的超聲波輻射聯合的空化 現象所引發的化學或物理-化學效果，從而引發的質膜破裂(參見 402-404頁F.O. Schmitt禾B B. Uhlemeyer所寫文章，在Proc. Soc. Exptl. Biol. Med. 27(7)626-628(1930)中再版)。這篇文章提及了所述致命效 果的發現可追溯到所溶解氣體的空化，在J. Physiol.，1929， lxvii，365中 由C.H. Johnson所敘述。對於空化現象的進一步評述包含在Microbial Interaction with the Physical Environment的370-373頁的編輯者注釋中。
水處理中採用超聲波輻射本身非常有吸引力，這是因為它不需要 將外部化學物質引入到水中，憑申請人的經驗，當以合適的幅值加以 使用時，將會產生殺死或者削弱海水和通航淡水中的生物種類的強烈 效果。然而，它的缺點在於產生和控制它的標準方法相對複雜，而相 關設備就船舶壽命而言相對容易損壞。

發明內容
因而，本發明的目的是提供一種用於在含有有害生物的水(例如 船舶的壓載水)中產生超聲波輻射的方法和設備，可對水進行曝光以 便將這些生物從水中除去，所述方法相對簡單，並且相關設備相對堅 固。
另一目的是提供一種方法和設備，其可以致使壓載水壓力的至少 一次突然改變，優選多次這種壓力的突然改變，這也會帶來殺死或削 弱這種生物的效果。
另一目的是提供一種方法和設備，通過採用相對簡單的電子設備， 可以在需要除去水生生物的水中產生電-化學力，這些力產生了釋放對 所討論生物有害的至少一種氣體的效果，所述氣體與水混合，由此增 強氣體和水之間的表面接觸。
根據本發明，對包含水生生物的水進行處理從而消滅所述生物的 方法包括使水在受壓條件下流過導管，進入到比所述導管截面大的 室內，由此水壓突然減小並發生空化，隨著空化產生超聲波振動，接 著所述超聲波振動和空化作用於水上。
所述水可以是船舶的壓載水。
所述室和它的聯合空間及管道優選形成反應器的一部分，水泵送 穿過所述反應器。如果水是船舶的壓載水的話，所述方法優選應用在裝載壓載水時，而不是應用於排放水的時候。
通向所述室的導管優選包括具有大體恆定截面的第一區域，水在 受壓條件下穿過所述第一區域，其後設有在流入到具有增大截面的室 (在此發生空化)之前截面逐漸減小的區域。由此隨著水進入到截面 減小的區域水壓增大，僅當水進入到發生空化的室時，水壓才突然減 小。這種效果增強了當通向所述室的導管在其整個長度上具有恆定截 面時所發生的空化的程度。
由於空化，周圍結構的振動趨於以包含或包括超聲波成分的頻率 發生。如果空化發生在由低碳鋼或其它普通金屬製成的構件內，所述 效果導致金屬的點蝕。如果所述構件由特定級別的不鏽鋼製造的話， 很大程度或較小程度的減小點蝕。在本發明的方法和設備中，通過使 用用不鏽鋼和用已知的陶瓷或其它消除或大大減小了點蝕程度的材料 來襯砌相關部件來避免點蝕。具有這個特點的很多成分都可以購買。 可替代的是，能夠可採用相對不受點蝕影響的特種金屬。至少一種這 樣的材料可以購買得到。在下文中給以細節描述。
反應室內壓力突然減小的效果是將溶解氣體抽吸到水之外，變成 氣相，超聲波振動發生在氣泡破裂的環境中。這導致水中劇烈的機械 攪動。這種攪拌效果與當它們作用在水生生物表面時的化學效果聯合 作用，消滅或削弱所述生物。
根據本發明，通過向暴露於水中的電極供給電源，由此導致水中 溶解的鹽電解，從而增強了超聲波振動對水生生物的致命效果，其中 在海水的情況下，當中的鈉和溴的氯化物用作電解質。這就生成了同 樣承受由於超聲波輻射所產生振動的氣體，在這些條件下有助於破壞 水生生物。由於某些水生生物遭受到施加在水中的具有甚至中等強度 的電力的破壞，因此水中電極附近電荷的存在是導致破壞水生生物的 另一因素。 氯和溴以及氧氣和氫氣是通過電解力在海水中釋放的氣體。氯和 溴對它們在反應器中所接觸的水生生物具有特定的消毒效果。
泵送到船上或從船舶壓載艙排出的壓載水中的氯或其它齒化氣體 或其它腐蝕氣體的大量存在是不理想的，這是因為它們將腐蝕壓載艙 和與它們連接的金屬導管。相應的，本發明使得這些腐蝕性氣體在反 應器室內或緊接的下遊處接觸易於與所述氣體發生反應的金屬表面。 因此應當對這些需要經常更換的犧牲金屬構件制定規範。
本發明還預期將合適的氣體引入到反應室內或附近，優選在反應 室的下遊，從而進一步增強在反應器內發生的機械、電學和化學進程， 並且這對水中水生生物具有毀滅性效果。臭氧是一種合適的氣體，部 分是因為它在與有生命組織接觸時的強烈的氧化效果，由此有助於毀 滅它所遭遇的水生生物，並且部分因為它迅速分解成通常出現在大氣 中的氣體，即氧氣，這對環境是無害的。
通過使水在反應室及連接的管道內機械地混合或攪拌，增強了本 方法的有效性。這可通過在通向反應室和離開反應室的入口和出口導 管中和/或在反應室自身內適當設置隔開並傾斜的葉片來實現。混合的 有效形式是螺旋旋轉。所述葉片可以是固定的，因此除了當它們損壞 時偶爾更換外，它們不需要維修。
通過監控與其效率相關的不同變量可以增強本發明的方法，所述 變量包括導管和反應室中的溫度、鹽度、水流經線路不同點的壓力、 流經電極的電壓和電流。根據本發明，規定時不時的改變這些參數， 從而優化該方法的結果。
在本發明的優選形式中，增大水壓並接著突然減小壓力從而誘發 空化、並因此產生超聲波輻射的進程以快速連續的方式至少重複一次。
根據本發明的設備包括由限定室的殼體所形成的反應器、比所述 室的截面小並通入所述室的導管、來自所述室的具有比所述室的截面 小的出口導管、和用於在受壓條件下將水泵送到入口導管內並因此流 過所述反應器的裝置。所述入口導管優選包括終端部分，所述終端部 分當接近所述室時截面逐漸減小。
導致流經所述設備的水發生電解的電極可以容納在所述反應器 內，優選設置在反應室內部，並固定在其殼體內。
犧牲電極可以設置在出口導管內或其附近，以便通過將腐蝕性氣 體轉化為容納在所述電極內的金屬鹽來中和所述腐蝕性氣體。
用於混合反應器內的物質的葉片可以設置在其內部的適當點處。 所述葉片優選向流經所述反應器的水施加旋轉運動。
該設備還可以包括從外部向反應器引入一種或多種氣體的裝置， 例如臭氧。還可以配置防止所述氣體回流的裝置。
採用優選形式的適用於船舶處理其壓載水的設備包括串聯連接的 設有至少兩個反應室和入口導管的多級反應器。
可以提供用於測量或指示並記錄不同因素的狀態(例如壓力、溫 度、pH、鹽度和水流速度)的監控裝置。所述監控設備可以進一步包 括用於確定和記錄所述數據、時間、使用所述設備的全球定位位置以 及與採取水處理的目標相關的其它參數的裝置。
用於實施本發明的設備相對簡單，沒有活動部件，能夠容易地改 選裝配到船舶上。通常可將它設置在主導管內，通過該導管將壓載水 泵送到壓載艙或者從壓載艙排出。
在典型的船舶裝配中，壓載泵穿過管系將水泵送入壓載艙，所述 管系具有300mm的內徑。根據本發明的帶有入口和出口導管的兩級反 應器可插入到該管系中，僅佔據大約1500mm的長度，重約200kg。對 它的控制能夠併入到常規船舶計算機系統中。


在附圖中
圖1是本發明水處理反應器的半概略性的表示，該反應器安裝用 於船舶使用，並顯示了其主要控制元件。該反應器設有一前一後設置 的雙反應室。
圖2是圖1中反應器的側視圖。
圖3是圖1和圖2中反應器的顯示為沿縱向剖開的側視圖。 圖4是容納在圖1-3中的反應器內的帶有附加葉片的盤的放大透 視圖。
圖5是圖1-4中反應器的替換反應器的放大透視圖，其具有單個 反應室。
具體實施例方式
圖1-3中所示的設備是水處理設備的優選實施例，所述設備適用 於處理帶有常規壓載艙和常規壓載泵的典型海船內的壓載水。
所述設備包括連接到具有圓形截面並通常具有大約300mm內徑 的管道102上的反應器100。所述管道102在壓載泵104和一個或多個 壓載艙106之間延伸。所述壓載泵104從海水閥箱105抽取水輸送到 壓載艙。
反應器的操作以及在其內部所發生的進程的操作通過圖1中示意 性顯示的設備控制和監控。
所述反應器包括(從最靠近壓載泵104的端部開始)具有圓形 截面並通常具有大約300mm內徑的入口導管108，所述導管通過常規 裝置(未示出)連接到管道102;和第一反應室殼體IIO，導管108通 過相鄰法蘭112、 U4連接到所述殼體上，上述法蘭之間設置有墊圈或 0型密封裝置(未示出)。相似的密封裝置設置在將在下文描述的其 它相鄰法蘭之間。所述法蘭112、 114通過螺栓115固定。
盤116 (圖2和3)安裝在法蘭112、 114之間，並密封在它們之 間。所述盤116包括限定了帶有多個葉片118的內部空間119或者孔 的環，所述葉片優選6個，延伸到所述內部空間。所述葉片安裝在固 定到盤的內周邊上的柄120的內端上，並與盤116的平面成傾斜角彎 曲，並且在它們各個平面內螺旋彎曲。在使用該設備時，穿過所述反 應器泵送的水撞擊在葉片118上，並且隨著它進入第一反應室殼體110 而通過所述葉片發生偏轉。所述葉片設計為它們向水施加會聚的螺旋 旋轉動作，在水進入湍流狀態(其中水與反應器內的氣體發生混合) 之前促使水的速度增大。
盤116上設有容納螺栓115的周向隔開的孔113，並且另外，在進 一步朝向其中心的地方設有間隔開的成對孔117，其內部設置有下文中 提到的固定電極126的立柱。
所述第一室殼體110設有具有固定內徑、優選地為大約400mm的 第一區域122，所述區域直接連接到入口導管108上，由此當通過壓載 泵104將水從導管108泵送到第一室殼體110時，所述設備的內徑具 有突然的增大。所述殼體IIO包括具有截頭圓錐體形狀的第二區域124， 由此內徑減小為大約175mm。該區域的圓錐角近似約為20度。
在第一區域122內，反應器室殼體110的內部裝配有由防腐金屬 (比如鈦或者釕或者它們的合成物)製成的三對電極126 (圖2)。通 過變壓整流器128 (圖1)向所述電極提供12V的直流電或者任意其它合適的電壓。它們的功能是導致流過殼體110的水發生電解。
第一殼體110的截頭圓錐體區域124的最窄部分設有法蘭130，所 述法蘭通過螺栓115固定到與第一反應室殼體110相似的第二反應室 殼體134的對應法蘭132上，所述第二反應室殼體設有具有恆定內徑 的第一區域136和截頭圓錐體形狀的第二區域138。另一電極126安裝 在第二殼體134內，所述電極供有電源。相似地，這些電極導致流過 所述設備的水電解。與盤116相似、同樣裝配有葉片118的環形盤131 設置並密封在法蘭130、132之間，在第一室殼體IIO和第二室殼體134 之間設有環形孔133。
第二室殼體134的截頭圓錐體區域138的最窄部分設有法蘭142， 所述法蘭鄰接具有與入口導管108相類似的直徑的出口導管146的對 應法蘭144。法蘭142、 144通過螺栓115固定。與盤116相似，同樣 裝配有葉片118的環形盤143設置並密封在法蘭142、 144之間，在第 二室殼體134和出口導管146之間設有環形孔147。
出口導管146的端部連接到(通過圖中未示出的常規裝置)通向 壓載艙106 (圖1)的管道102上。
本發明的另一方面，多個臭氧發生器148 (優選6個)可以固定到 第二殼體134的外表面上。所述臭氧發生器是已知類型，例如在專利 文獻PCT/ZA2000/00031禾卩PCT/ZA2001/00024中所描述的，可從 Sterizone, P.O. Boxl3935， Witfield， Republic of South Africa,1467購買
到。這些裝置從大氣中抽吸空氣，通過電暈放電在獲取臭氧的空間內 生成臭氧，並供給到安裝有單向閥152的管子150內。所述管子150 在繞導管146周向隔開的埠 153處通向反應器的內部。
又一方面，犧牲電極154可以固定在出口導管146靠近其端部的 內部，並構造成葉片形狀，當水流過反應器時會碰撞到該葉片。這些 電極154由金屬製造，比如70/30黃銅(即70%的銅和30%的鋅)， 它們將與游離氯和其它水中的腐蝕性氣體發生反應，將所述氣體轉換 為損害許多水生生物種類的鹽，比如硫酸銅或氯化銅。由於有關氣體 的量相對非常少，僅源自泵送到船上的水內所溶解的氣體含量，所產 生的金屬鹽非常稀，不會對船體結構造成可感覺到的損壞。然而，它 們對穿過反應器室110、 134生存下來的任何魚類和許多其它生物施加 毒性作用，並因此對水具有殘留的消毒效果。
調節供給電極154的電源，以確保離開反應室100的水中的游離 氯的水平不超過可接受的極限值。
反應器的主體由316級不鏽鋼製造，由4.5mm厚的板材製成。
除了電極126和葉片154的表面外，反應器的整個內部表面可以 塗敷有陶瓷或樹脂或其它材料層，它們保護反應器的金屬不受到點蝕。 在優選實施例中，這個襯裡還具有促進發生在反應器內部的至少一些 進程的特性。所討論的機構包括離子交換、摩擦接觸(對氣體和水的 混合起作用)和壓電及熱電效果(有助於對某些生物的電性毀滅作用)。 用於所述襯裡的合適材料可以購買MetaCeram (商標)28060，它是具
有特定顆粒尺寸和受控形態的噴射、鋁-鈦基、氧穩定性複合化合物。 另一個已知材料是由日本Miyazaki市的Nihon Jisui Company Ltd, 78 Gion3-Chome (電子郵箱[email protected])生產的Elce (商標)。 其它材料有可從Belzona Polymeries Ltd, Harrowgate, HGI 4AY， England 購買的Belzona (商標)5811、和可從Bayer AG of D-51368 Leverkusen, Germany購買的Lewatit (商標)。
用於反應器的控制裝置在圖1中示出，包括一個或多個壓力計(用 於指示反應器內關鍵點和它的入口和出口導管處的壓力)、氧化還原 (殘餘氧化還原電位)計、鹽度計、 一個或多個溫度計、 一個或多個 氯傳感器、位於橫截面突變處點(在該處將出現減壓)的真空計、用
於向船舶計算機系統輸送數據的掃描儀、GPS指示裝置、和其它測量 駕駛臺(bridge)信息(記錄在計算機系統中)的裝置。所述控制裝置 可以還包括影響某些進程的裝置，例如用於電極的電源供給的電位計、 用於臭氧供給或其它外部供給氣體的調節閥、和其它水處理裝置領域 已知的裝置。
在優選應用中，圖1-3所示的反應器設計為以 400-500kilolitres/hour(公升/小時)或大約1501itres/second(升/秒)的速度、
並在3巴的最小泵頭壓力下運行。
在反應器100的操作中，打開壓載泵104以從敞開水體(例如大 海、湖或河流)中將水抽吸到海水閥箱105內，並且在受壓情況下將 水穿過導管102推送反應器100內。所述水很有可能容納有此時船舶 所停靠區域內的當地海洋生物，如果水在其它地方排放，這些生物中 的一些會造成環境破壞。
水流過導管108，在導管端部遭遇葉片118，並被給予螺旋旋轉運 動。隨著水進入到殼體110的第一區域122，反應器的橫截面突增。水 還衝刷電極126，在此階段所述電極通電，接著發生電解反應，導致生 成氣體，主要是氧氣、氫氣、氯氣和溴。葉片所導致旋轉運動致使這 些氣體在水中均勻混合，使任何生物都承受破壞性影響。而且，當通 過反應室100內的水傳輸時，充電本身對小型海洋生物也有毀滅效果。
當水離開第一區域122，並進入反應室110的錐形區域124時，水 速逐漸增大。本領域技術人員可意識到根據柏努利原理，水速增大會 增大水的局部速度壓頭，但減小局部靜態壓頭。還會意識到，如果水 速增大到足夠大的程度時，靜態水壓頭將下降到低於水的汽化壓力。 這會有效的導致水在最大水速點上發生沸騰、或者"空化"。當這個 發生時，出現汽化水的小氣泡(與溶解在水中的其它氣體混合，例如 氧氣、氫氣和氯氣)，當氣泡移動進入較高靜態壓力和較低速度的區 域時，再次破裂。接著這些氣泡的破裂將產生高頻和高能衝擊波(包 括超聲波頻率，即20000赫茲範圍)，流過所述水體，具有消滅局部 存在的生物的效果。
然而，應當意識到即使不將水帶動到空化點，可以將它帶動到恰 恰達不到汽化壓力的負大氣壓力點。很多海洋生物能夠生存，並且甚 至在很深的水中繁殖，由此可以抵抗比大氣壓力大很多的壓力，但是 即使沒有發生空化，它們在負大氣壓下有機體受損並且僅因為這個原 因遭受極限壓力。
由此，第一反應室110和第二反應室134之間的孔133的尺寸選
定為隨著水流過孔133，它的速度足夠大，導致在孔的下遊的水發生
空化，或者至少導致壓力大幅度降低到空氣壓力之下。在優選實施例
中，設置在孔133處的葉片118在水流過第二室134時向水引入會聚 螺旋扭轉動作。這會具有進一步加速局部水速、並進一步增大空化程 度、以及通常在孔133下遊處水壓減小的效果。
相應的，在所描述的優選實施例的結構中，從第一室殼體110向 第二室殼體134移動中，在孔133的下遊所述設備直徑突增的位置上 特意誘發空化。這具有下述優點通過爆聚的氣泡所釋放的能量將不 會直接進入到第二室殼體134的環繞金屬表面而導致損壞。相反，所 述能量在抵達殼體的金屬表面之前首先必須穿過水的主體。這種結構 使得在作用於第二室134的遠距離金屬表面之前，聲能基本消散水中， 所述聲能在水中殺死所存生物。如果超聲波能量衝擊室134的遠距離 金屬表面的話，所述反應器的陶瓷或其它內層將用作抑制對反應器的 金屬構件的點蝕損壞，並且內層材料提供了上述與其特定成分相關的 附加效果。
優選實施例的又一特徵在於當穿過第一區域136時，附加的電化 學力通過該區域內的電極126的電解作用釋放在生物體上。這種破壞
性效果通過暴露於氧化或其它有害氣體、以及通過水中電場的存在而 得以加強。通過葉片118所施加的所述區域內水的螺旋運動有利地方 便了水在有害氣體環境中的混合。
在優選實施例中，已經流過第一區域136的水流經錐形區域138 時再次承受增大的速度，接著以足以使導管146內的孔147的下遊產 生空化的速度流過孔147。葉片118可以類似地設置在孔147處，以誘 發會聚的螺旋流。由此，流過反應器100的水將會遭遇到至少兩個位 置，在此它的速度增大到產生空化的點從而誘發高能超聲波振動。任 意從第二反應室134內的處理中存活的生物將在出口導管146的孔147 的下遊暴露於相似的處理。
應當理解的是，附加的壓縮和擴張可設置在水的路線內，從而提 供多個發生空化的位置。然而，還應當理解的是每個壓縮都要求額外 的泵能量來驅動反應器100，如果引入太多的壓縮的話，可用的泵送空 間將不充足。
根據優選實施例的另一方面，隨著水進一步向下流過導管146，它 與來自臭氧發生器148的臭氧接觸混合，進入到位於圓周進入埠 153 處的反應器內。
臭氧氣體與水混合併施加強烈的氧化效果，對它所接觸的水內的 任何生物造成致命後果。所述水在混合上遊的攪動階段是靜止的，並 且臭氧氣體同樣混合到水中。由於它在海水中短的半衰期，剩餘的臭 氧快速分解成氧氣，氧氣自身對它所撞擊的生物施加氧化以及由此所 產生的破壞性效果。
根據優選實施例的另一方面，水最後遭遇犧牲葉片154，其中任意 游離腐蝕氣體與這些葉片的金屬起反應，並轉換為溶解鹽，所述鹽濃 度很低，但是對在此處存活的特定生物有害。這些葉片154同樣對水
具有混合效果，完成了衝擊和氣體曝射進程，它們表現了水流過反應 器的早期行進階段的特徵。殘餘的氯是有利的，確保壓載水保持消毒 狀態。
這些事項的結果是通過組合反應，裝載在船上並流經反應器的 水中的生物基本上被消滅，因此將它們從水中除去並對它進行有效消 毒。由船舶的後期排放所導致的環境壓力將得到大大緩解。
在另一在圖4中示例的優選實施例中，對與圖1-3中的這些反應 器相對應的部件標以加上後綴a的對應附圖標記。在該實施例中，提供 單個反應室殼體136a、 138a，在其入口處裝配有成對電極(不可見)， 在其出口導管146a處裝配一套犧牲電極154a。另一方面，該反應器與 前面附圖中的反應器基本相似，並以與前面附圖的反應器相似的方式 操作。應當理解的是，與前面附圖中的裝置相比較，穿過這種形式的 裝置而存活的水生生物的可能性必然增大。然而，應當理解的是它需 要較少的能量來促使水流過反應器，在使用小型泵的特定情況下是有 利的。
在圖5中示例的實施例是最為簡化的說明。其中，與圖2中的附 圖標記相對應的附圖標記被加以後綴b來指示對應的部件。圖5中的 實施例中的入口導管108b具有恆定截面的第一部分109和具有錐形截 面的最後部分lll。後述部分開口進入出口導管146b的內端，在此處 截面突增。葉片118b設置在進入到反應室的點上。在該實施例中，在 該點處未施加外部電解力，因此在該反應室內沒有出現電極。然而為 了與通過空化(發生在水穿過錐形導管111進入反應室時)所生成且 沒有被與反應室內的生物的反應所消耗的任意腐蝕氣體反應並中和， 提供了犧牲電極154b，並提供有圖中未示的變壓器/整流器。能夠以致 命效果作用於水生生物上的臭氧或另一種適合氣體源通過帶有單向閥 152b的管子供應到繞導管146b的圓周間隔開的進入埠 153b。與現有技術的水處理系統相比較，本發明的優點是它的有效性、 簡單化、不需要活動部件或從外部添加毒性物質、輕質和緊湊、作為 初始裝備或通過改造都易於安裝、低的維護成本、能夠長時間不維修 運行、安全性、和成本-效果。
雖然說明書描述了本發明的特定實施例，但是對本領域技術人員 而言顯而易見的是可做出不偏離本發明的精神和範圍的多種變化。
權利要求
1.一種用於減少水的容積內所存在的水生有機汙染的方法，包括將水從被水生生物汙染的敞開的水體泵送穿過細長的導管系統，所述水在該系統內的所有點具有相同的體積流速，並且在該系統的任意點上具有壓力水頭和速度水頭；和將水引導進入船舶的壓載艙內；其特徵在於將所述水泵送穿過具有不同直徑的導管系統，從而通過增大該系統內的第一點處的水的速度水頭，使得第一點處的水中的壓力水頭下降到低於大氣壓力的水平。
2. 如權利要求l所述的方法，其中，所述水具有低於大氣壓力的 汽化壓力，並且其中使得第一點處的水中的壓力水頭下降到低於汽化 壓力的水平，由此啟動第一點處的水的空化。
3. 如權利要求l所述的方法，其中，所述導管系統具有上遊端和 下遊端，並且其中第一點被置於所述導管系統內的位置處，在所述位 置，所述第一點的下遊直徑立即突增。
4. 如權利要求l所述的方法，還包括在第一點處給予所述水螺 旋旋轉運動。
5. 如權利要求4所述的方法，其中，所述螺旋旋轉運動被使得收斂。
6. 如權利要求l所述的方法，還包括通過增大第二點處的水的速度水頭，使得所述系統內第二點處的水中的壓力水頭下降到低於大 氣壓力的水平。
7. 如權利要求6所述的方法，其中，所述水具有低於大氣壓力的汽化壓力，並且其中使得第二點處的壓力水頭下降到低於汽化壓力的 水平，由此啟動第二點處的水的空化。
8. 如權利要求l所述的方法，還包括促使所述水流過施加電功 率的電極。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，所述電功率被提升到足以在 對電力敏感的生物中產生削弱電學反應的水平。
10. 如權利要求8所述的方法，其中，所述水包括溶解的氣體，還包括將所述電功率提升到足以使得某些溶解氣體冒泡的水平。
11. 如權利要求1所述的方法，還包括使得水流過多個與腐蝕 性氣體發生反應的金屬電極，並將電功率施加到這些電極，所述電功 率足以使得氣體通過與這些電極的材料的反應而發生中和。
12. 所要求的方法還包括將壓力下的氣體引入到水中。
13. 如權利要求12所述的方法，其中所述氣體是下面組中的一種，所述組由臭氧、二氧化碳和排出氣體構成。
14. 如權利要求1所述的方法，其中所述導管系統包括限定孔的 可移走環形盤，還包括將環形盤從導管系統移走，並將它更換為替代 環形盤。
15. 如權利要求14所述的方法，其中，所述環形盤由不鏽鋼形成。
16. 如權利要求14所述的方法，其中，所述環形盤由陶瓷材料形成。
17. —種用於減少水體內的水生生物的設備，包括細長的導管系 統，具有上遊端和下遊端並被配置為容許水以恆定的體積流速在其中 流動，其特徵在於所述導管系統限定了這樣的部分，包括第一錐 形部，具有大體為截頭圓錐體的形狀，並且具有下遊端和上遊端，所 述下遊端限定了具有第一直徑的第一開口，所述上遊端限定了具有大 於第一直徑的第二直徑的第二開口；第一反應器部，具有大體為圓柱 形的形狀並具有大於第一直徑的第三直徑，所述第一反應器部通過徑 向設置的連接器連接到第一錐形部的下遊端，由此導管系統的直徑在 錐形部的第一開口下遊立即突增；其中第一直徑大小設置為在向下遊 流過所述導管系統的水中啟動空化。
18. 如權利要求17所述的設備，還包括限定了具有小於所述第 一直徑的直徑的孔的環形盤，該盤適於分別通過螺栓連接和打開螺栓 連接而將所述盤從第一錐部和第一反應器部之間的位置插入和移走。
19. 如權利要求18所述的設備，
20. 如權利要求18所述的設備，
21. 如權利要求17所述的設備， 減少點蝕造成的損傷的材料。
22. 如權利要求18所述的設備， 口的水引入螺旋流動的裝置。
23. 如權利要求17所述的設備， 開口的水引入螺旋流動的葉片。
24. 如權利要求23所述的設備， 並傾斜。其中，所述盤由不鏽鋼製造。 其中，所述盤由陶瓷材料製造。 其中，所述反應器部的內部襯有還包括用於向流過所述第一開 還包括構造為向流過所述第一 其中，所述葉片沿螺旋路線固定
25. 如權利要求17所述的設備，還包括至少一對設置在所述導管系統內的電極，構造為在導管系統內流動的水中誘發電流。
26. 如權利要求17所述的設備，還包括適於將外部氣體引入到水中的埠。
27. 如權利要求25所述的設備，其中，所述電極由與溶解在水中 的礦物發生反應以便形成腐蝕性氣體的材料形成。
28. 如權利要求17所述的設備，其中所述導管限定了這樣的部分， 還包括第二錐形部，具有大體為截頭圓錐體的形狀，並且具有下遊 端和上遊端，該下遊端限定了具有第三直徑的第三開口，該上遊端限 定了具有大於第三直徑的第四直徑的第四開口；第二反應器部，具有大體為圓周形的形狀並具有大於第三直徑的第五直徑，所述第二反應 器部通過徑向設置的連接器連接到第二錐形部的下遊端，由此導管系 統的直徑在第二錐形部的第三開口下遊立即突增；其中第二錐形部連 接到第一反應器部，並且第三直徑大小設置為在流過所述導管系統的 水中啟動空化。
全文摘要
一種用於除去比如船舶中的壓載水的水中的水生生物的處理水的方法和設備。所述水在受壓條件下被引導流過導管進入到具有比導管的截面大的截面的室內，由此產生壓力的突然減小。接著發生空化，導致已溶解氣體的釋放。生成超聲波振動並應用於所述水中，其施加消弱或消滅所存在的生物的衝擊效果。其它裝置可以用於在水中產生另外的攻擊所述生物的機械、電學和化學力。
文檔編號C02F1/467GK101341096SQ200680048178
公開日2009年1月7日 申請日期2006年10月27日 優先權日2005年10月28日
發明者伊恩·道格拉斯·弗羅姆 申請人:瑞索斯布拉斯特技術有限公司