CN107827201A - 一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置 - Google Patents

Abstract

一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置，含有套管、紫外灯、腔体、套管密封固定装置、紫外线强度传感器、流量开关和温度开关，所述的套管为外壁具有超疏水性纳米二氧化硅涂层的石英玻璃套管，紫外灯为含有185nm波段的中压紫外灯或低压紫外灯，腔体轴向方向与石英套管的轴向方向平行。本发明可以阻止污垢吸附套管表面，阻止污垢粘结套管表面，阻止污垢沉积在套管表面，从而达到自清洁的作用。

Description

一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置

技术领域

本发明涉及一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置。

背景技术

压载水是船舶安全航行的重要保证，远洋船舶在航行过程中注入和排放压载水时，易引起有害水生物和病原体的跨海域传播。压载水的无控制排放对海洋生态、公众健康造成了严重危害。据估计，全球每天通过船舶压载水携带的生物多达4500种，给港口国环境海洋环境带来了严重的威胁。

为了应对船舶压载水带来的生物入侵，国际海事组织（简称IMO）制定了《船舶压载水和沉积物控制和管理公约》，根据公约的规定，压载水的处理是指杀灭和去除压载水中的微生物。在众多压载水处理方法中，过滤/紫外线方式是目前应用最为广泛的压载水处理方式，特点有结构紧凑、体积小、控制简单，不使用化学药剂，不产生化学物质，更安全，更环保；但是也存在一些问题，比如紫外灯照射时，石英套管外壁易结垢，会降低紫外线透射率，影响紫外线处理效果。为解决此问题，目前通常的解决措施是增加额外的清洗装置对石英套管进行清洗，常见的清洗方案可分为下述几类：

（1）机械清洗方式，采用清洗环在石英套管外壁刮擦的方法去除污垢。在石英套管轴向垂直平面上布置一个清洗盘，清洗盘上对应各套管的位置上开有贯通孔，每个贯通孔中固定一个软质的清洗环，使每个套管都穿过一个清洗环。同时，电机需要通过螺纹丝杆和轴承传驱动清洗盘，使清洗盘沿着石英套管的轴向方向进行滑行运动。在滑行过程中，清洗环将污垢从石英套管外壁表面刮离，达到清洗套管的目的。此清洗方式存在问题如下：对腔体、套管和清洗盘的同轴度要求较高，加工和安装的偏差会造成电机堵转，甚至套管破裂；在运行过程中，丝杆将承受清洗盘重量，可能会造成丝杆弯曲，严重时同样会造成电机堵转，甚至套管破裂；另外，丝杆在工作一定时间后会在螺纹表面沉积污垢，严重时会造成电机堵转，甚至套管破裂。

（2）物理清洗方式，利用超声波清洗的原理去除污垢。实现方法如下：在腔体内部布置超声波换能器，换能器大于20kHz的超声波，液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动，破坏污垢与套管表面的吸附，引起污垢的疲劳破坏而被驳离，从而达到清洗套管的目的。由于声波沿直线传播，声波难以达到被遮蔽的区域，例如面对超声波换能器的石英套管表面容易清洗干净，但是超声波无法连续穿透石英套管、紫外灯灯管、灯管空气间隔、紫外灯灯管内的汞蒸气间隔，（4层石英玻璃和3层气体），背对超声波换能器的石英套管表面就无法清洗。为了实现石英套管的360°清洗，就需要在石英套管的多个角度布置更多的超声波换能器。此清洗方式存在如下问题：不仅使系统成本、体积和功耗增加，还会影响紫外线灭活的效果。因为紫外光也是沿直线传播，超声波换能器同样会阻碍紫外线的传播和叠加，过多的遮挡也有可能会产生紫外辐射的死角。系统还需要增加紫外灯的数量或者输出功率，进一步增加系统成本、体积和功耗。另外，超声波换能器产生的超声波与水产生共振，这个共振频率属于声波频率，这种噪声会影响船员的正常工作。

（3）化学清洗方式，加入化学药剂，发生氧化还原反应的方法去除污垢。通过向压载水处理系统内注入酸性溶液，分解水垢的碳酸盐成分，从而清除污垢。此方法虽然有效，但是仍存在一些问题：首先在运行过程中，系统处理压载水时无法注入酸性溶液，无法进行在线清洗；其次清洗系统需要增加储药容器、混合容器、加热器和水泵等，增加压载水处理装置的体积、成本和复杂程度；再次清洗需要使用化学药剂和加热器，增加了系统的使用成本。

上述几种清洗方案都增加了系统复杂程度，降低系统可靠性和可维护性，同时增大了系统成本。

发明内容

本发明其目的就在于一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置, 可以阻止污垢吸附套管表面，阻止污垢粘结套管表面，阻止污垢沉积在套管表面，从而达到自清洁的作用。

为实现上述目的而采取的技术方案是，一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置，含有套管、紫外灯、腔体、套管密封固定装置、紫外线强度传感器、流量开关和温度开关，所述的套管为外壁具有超疏水性纳米二氧化硅涂层的石英玻璃套管，紫外灯为含有185nm波段的中压紫外灯或低压紫外灯，腔体轴向方向与石英套管的轴向方向平行。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

本发明的优点是，具有自清洁的作用，无需额外增加清洗系统，降低系统复杂程度，提高系统可靠性，减小使用成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详述。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

本装置包括套管1、紫外灯2、腔体3、套管密封及固定装置4、紫外线强度传感器5、流量开关6和温度开关7，如图1所示，所述的套管1为外壁具有超疏水性纳米二氧化硅涂层的石英玻璃套管，所述的紫外灯2为含有185nm波段的中压紫外灯或低压紫外灯，所述的腔体3轴向方向与套管1的轴向方向平行。

所述腔体3上还设有进水口8和出水口9。

本发明实例中所述的船舶压载水紫外杀菌装置的前级装置是过滤器，其特征是过滤精度优于50μm。

上述的套管1具有超疏水性纳米二氧化硅涂层，优选纳米二氧化硅粒子粒径20~40nm，聚二甲基硅氧烷等作为预聚物，不含金属杂质，喷涂法制备超疏水性涂层。可以选择其他粒径大小的二氧化硅纳米粒子，或其他透明预聚物，或其他制备方法，也可获得类似效果的超疏水性涂层。套管1材料为石英玻璃，185nm波长透光率大于80%，套管外径40mm，套管壁厚2mm。上述紫外灯2安装固定在上述套管1内。

上述的紫外灯2优选采用32kW的中压紫外灯，主波长365nm，且输出频谱范围包含185nm，可选择其他功率的中压灯或者包含185nm的低压灯，同样可以获得O₃分解生物垢的效果。但是，更换紫外灯型号，会改变紫外剂量，还需要调整紫外灯数量和位置，以满足紫外剂量要求。

上述的腔体3连通进水口8和出水口9，海水通过进水口8后，水流方向在宏观上与上述套管1的轴向方向平行。在其他实施例中具有多只套管时，每只套管均需要保证轴向方向与腔体3的轴向方向平行。

上述的流量开关6还可以用压力传感器代替，上述温度开关7还可以用温度传感器代替。

本发明的工作原理如下：

1.超疏水性纳米涂层具有自清洁的特性，由于超疏水性纳米涂层的表面自由能低，有效阻止其他物质吸附在涂层表面，从而阻止污垢附着在套管涂层表面；采用纳米二氧化硅为涂层材料可以保证涂层具有高透光率，确保紫外线杀菌效果；

2.185nm波段的紫外光可以激发海水中O₂生成O₃，O₃具有强氧化性，可以分解海水中的生物垢等有机物。生物垢在污垢中起到粘结剂的作用，分解生物垢可以有效阻止污垢粘结在套管表面；

3.腔体轴向方向与套管轴向方向平行。这种结构可以保证海水从进水口进入腔体后的水流方向与套管轴向方向平行，依靠水流冲刷套管涂层表面的污垢，有效避免污垢在套管表面沉积。

综上所述，本发明通过以上技术手段，可以阻止污垢吸附套管表面，阻止污垢粘结套管表面，阻止污垢沉积在套管表面，从而达到自清洁的作用。

Claims (2)

1.一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置，包括套管(1)、紫外灯(2)、腔体(3)、套管密封及固定装置(4)、紫外线强度传感器(5)、流量开关(6)和温度开关(7)，其特征在于，所述的套管(1)为外壁具有超疏水性纳米二氧化硅涂层的石英玻璃套管，所述的紫外灯(2)为含有185nm波段的中压紫外灯或低压紫外灯，所述的腔体(3)轴向方向与套管(1)的轴向方向平行。

2.根据权利要求1所述的一种具有自清洁功能的船舶压载水紫外杀菌装置，其特征在于，所述腔体(3)上还设有进水口(8)和出水口(9)。