TW201437153A - 壓艙水之處理方法及其裝置 - Google Patents
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Abstract
一種壓艙水之處理方法，應用於以石化燃料作為動力源之船舶，包含以下步驟：引入海水至壓載艙，通入燃燒石化燃料所生成之廢氣於壓載艙之海水中，而產生加熱海水、蒸發海水以及酸化海水等過程。藉此，可有效消滅海水中生物體、節省成本以及符合環保訴求。
Description
本發明是有關於一種壓艙水之處理方法及裝置，且特別是有關於一種回收船舶廢氣用於壓艙水之處理方法及裝置。
船舶於空載荷或載荷較少時，需在壓載艙(ballast tank)中注入壓艙水，以確保船舶具有足夠之吃水深度，以維持船身平衡，並使其螺旋槳可正常運作，而當船舶抵達港灣時則將壓艙水排出。然而，船舶常往返於不同海域，不同海域之生物體諸如魚類、甲殼類動物、浮游生物、胞囊、細菌及病毒等並不相同，壓艙水中富含抽取處海域之生物體，此些生物體易造成排放處海域之生態失衡。因此，國際海事機構(International Maritime Organization，IMO)訂定出壓艙水排放基準，其內容如下：從船舶所排出的壓艙水中含有的50 μm以上的生物的數量在1 m3中為未滿10個，10 μm以上而未滿50 μm的生物的數量在1 ml中為未滿10個；霍亂菌數量在100 ml中為未滿1 cfu，大腸菌
的數量在100 ml中為未滿250 cfu，腸球菌的數量在100 ml中為未滿100 cfu。
因應此壓艙水排放基準，使用各式殺菌劑以除去壓艙水中生物體之方法應運而生，諸如使用含氯系殺菌劑或者臭氧以殺死壓艙水中生物體。此類方法雖然有效，然而，購買殺菌劑需支付購買費用，或者需於船上設置產生前述殺菌劑之設備，當以含氯系殺菌劑作為殺菌手段，其所殘留之氯氣易與壓艙水之有機物反應，而產生有害之三鹵甲烷(trihalomethane)，進而危害生態環境，若以臭氧作為殺菌手段，臭氧本身毒性強烈，若不慎外洩，則可能危害船員健康。
因此，本發明之一態樣之一實施方式是在提供一種壓艙水之處理方法，其係應用於以石化燃料作為動力源之船舶，包含引入海水至壓載艙，以及通入燃燒石化燃料所生成之廢氣於壓載艙之海水中，而產生以下過程：加熱海水、蒸發海水以及酸化海水，以形成酸性海水。
依據本發明一實施方式之一實施例，其中加熱海水，包含使海水之溫度為42℃以上，在另一實施例中，則加熱海水使海水之溫度為60℃至70℃。
依據本發明一實施方式之一實施例，其中蒸發海水，包含使海水之鹽度為千分之36.4以上，酸化海水，包含使海水之氫離子濃度值為4.6以下。
依據本發明一實施方式之一實施例，可更包含中和酸性海水，可於酸性海水中添加鹼性物質如碳酸鈉以中和之。另前述之石化燃料可為柴油，廢氣可包含二氧化碳。
本發明之另一態樣之一實施方式是在提供一種壓艙水之處理裝置，其設置於以石化燃料作為動力源之船舶，包含海水抽取機構、壓載艙、氣體供給機構以及控制機構。其中海水抽取機構係用以抽取海水，壓載艙與海水抽取機構連接，用以容置海水抽取機構所抽取之海水，氣體供給機構與壓載艙連接並提供海水廢氣，此廢氣乃燃燒石化燃料所生成，控制機構與壓載艙連接，包含溫度感測單元、鹽度感測單元及氫離子濃度值感測單元，前述感測單元分別連接並感測海水之溫度、鹽度及氫離子濃度值。
依據本發明一實施例，壓艙水之處理裝置更包含鹼質供給機構，其可與控制機構以及壓載艙連接，鹼質供給機構可提供海水鹼性物質如碳酸鈉。控制機構可與氣體供給機構連接，氣體供給機構可更包含調節單元。
以石化燃料作為動力源之船舶，在燃燒石化燃料時會排放大量高溫廢氣，本發明藉由將高溫廢氣通入壓載艙之海水中，利用廢氣所挾帶之熱能加熱海水，使海水溫度上升，海水中之生物體因代謝率改變、蛋白質變性等因素而死亡，在海水升溫過程中，會同步蒸發海水而使其鹽度上升，鹽度變化進一步使海水中之生物體因離子擴散和滲透等生理調適不及而死亡，此外，石化燃料廢氣中富含二氧化碳，二氧化碳溶於水中會使海水之氫離子濃度值下
降，而使耐酸性差之生物體死亡。
本發明之壓艙水之處理方法，具有下列優點：首先，將燃燒石化燃料所生成之廢氣通入壓載艙之海水中，可同時改變海水溫度、鹽度及氫離子濃度值，三管齊下而能有效消滅海水中之生物體；其次，使用者不需支付購買殺菌劑之成本或者於船上設置生產殺菌劑之設備，亦可避免因殺菌劑外洩而危害船員健康之風險；再者，燃燒石化燃料所生成之廢氣富含二氧化碳，二氧化碳為一溫室氣體，被視為造成全球氣候暖化之主因，隨著全球對石化產品之倚賴，全球二氧化碳排放量高居不下，本發明回收此廢氣再利用，可在不需額外支付成本之情況下，有效減少二氧化碳之排放量，克服長存之環保難題。
110‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
121‧‧‧步驟
122‧‧‧步驟
123‧‧‧步驟
200‧‧‧海水抽取機構
210‧‧‧海水抽取管路
220‧‧‧泵浦
300‧‧‧壓載艙
400‧‧‧氣體供給機構
410‧‧‧調節單元
420‧‧‧噴嘴
430‧‧‧廢氣
500‧‧‧控制機構
510‧‧‧溫度感測單元
520‧‧‧鹽度感測單元
530‧‧‧氫離子濃度值感測單元
600‧‧‧鹼質供給機構
700‧‧‧海水排出機構
900‧‧‧海水
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為依照本發明一實施方式之壓艙水之處理方法的步驟流程圖。
第2圖為依照本發明一實施方式之壓艙水之處理裝置之示意圖。
請參照第1圖，其為依照本發明一實施方式之壓艙水之處理方法的步驟流程圖。首先，進行步驟110，引入海
水至壓載艙，使船舶具有足夠之吃水深度，其次，進行步驟120，通入燃燒石化燃料所生成之廢氣於海水中，產生包含步驟121、步驟122及步驟123等過程，以消滅海水中之生物體，其中石化燃料為船舶之動力源，石化燃料可為但不限於柴油。在步驟121中，加熱海水，藉由溫度改變使海水中之生物體因代謝率改變及蛋白質變性而死亡，在一實施例，係加熱海水使海水之溫度為42℃以上，在另一實施例中，則加熱海水使海水之溫度為60℃至70℃。在步驟122中，蒸發海水，藉由鹽度變化使海水中之生物體因離子擴散和滲透等生理調適不及而死亡，在一實施例，係蒸發海水使海水之鹽度為千分之36.4以上。在步驟123中，酸化海水，以形成一酸性海水。藉由廢氣中所含有之二氧化碳溶於海水中，形成碳酸而使海水氫離子濃度值下降，進而使海水中耐酸性差之生物體死亡，在一實施例，係酸化海水使海水之氫離子濃度為4.6以下。由於廢氣通入壓艙槽之海水，會同步造成海水之溫度、鹽度及氫離子濃度值的變化，因此，步驟121、步驟122、步驟123可同步發生。
依據本發明一實施例之壓艙水之處理方法，可更包含中和酸性海水之步驟，當船舶抵達港灣欲將壓載艙之酸性海水排出時，可先行偵測當地海水之氫離子濃度值，再於酸性海水中添加適量之鹼性物質如碳酸鈉，使酸性海水之氫離子濃度值增加至與當地海水之氫離子濃度值約略相同，以避免因氫離子濃度值過小而危害當地海域生態。
請參照第2圖，其為依照本發明一實施方式之壓艙
水之處理裝置之示意圖。第2圖中，壓艙水之處理裝置係設置於以石化燃料作為動力源之船舶(圖未揭示)，其包含海水抽取機構200、壓載艙300、氣體供給機構400、控制機構500、鹼質供給機構600、以及海水排出機構700。
海水抽取機構200包含海水抽取管路210與泵浦220，其用以抽取海水900，使船舶具有足夠之吃水深度，可於海水抽取管路210設置一篩網或一過濾裝置(圖未揭示)，以初步阻絕大型生物體進入壓載艙300，以縮短後續處理時間，泵浦220可以是壓艙泵。壓載艙300與海水抽取機構200連接，用以容置海水900。氣體供給機構400與壓載艙300連接，包含調節單元410與複數個噴嘴420，氣體供給機構400可提供廢氣430，廢氣430係燃燒石化燃料所生成，藉由調節單元410可調整通入壓載艙300之廢氣430之流量、溫度、壓力等性質，藉由將噴嘴420設置於鄰近壓載艙300之底部，有助於廢氣430與海水900充分接觸，進而達到良好的熱交換效率以及提高廢氣430之二氧化碳於海水900之溶解量。控制機構500分別與壓載艙300、氣體供給機構400以及鹼質供給機構600連接，控制機構500包含溫度感測單元510、鹽度感測單元520以及氫離子濃度值感測單元530，藉由此等感測單元連接並感測海水900之溫度、鹽度及氫離子濃度值，控制機構500可依據前述感測單元之感測結果，透過控制氣體供給機構400，而使控制氣體供給機構400之調節單元410調整通入海水900之廢氣430流量與性質，使海水900之溫度鹽度
及氫離子濃度值達到標準，以有效消滅海水900之生物體。當船舶抵達港灣欲將壓載艙300之海水900排出時，可先行偵測當地海水之氫離子濃度值，再透過控制機構500控制鹼質供給機構600所提供之鹼性物質之添加量，使海水900之氫離子濃度值與當地海水之氫離子濃度值約略相同，以避免海水900因氫離子濃度值過小而危害當地海域生態，待調整好海水900之氫離子濃度值，再透過海水排出機構700將海水900排放至當地港灣。
關於柴油引擎船舶所排放之廢氣，已有諸多文獻進行探討，例如，曾有文獻(Jana Moldanová，Erik Fridell,Olga Popovicheva,Benjamin Demirdjian,Victoria Tishkova,Alessandro Faccinetto,Cristian Focsa,Characterisation of particulate matter and gaseous emissions from a large ship diesel engine,Atmospheric Environment,Volume 43,Issue 16,May 2009,Pages 2632-2641,ISSN 1352-2310,10.1016/j.atmosenv.2009.02.008.)針對一長292公尺、寬32公尺、總高度52公尺、造於西元1985年之船舶進行廢氣研究，此船舶採用柴油引擎(型號為Kincaid B&W 6L90 GBE)，當其以重餾分油(Heave-Fraction Oil)為燃料，其海面上的之燃料消耗速率為3.2 m3/h~3.4 m3/h，由柴油引擎所排出之廢氣溫度為330℃(此溫度係廢氣排出柴油引擎後隨即測量所得)、於煙囱頂所量測之廢氣溫度為263℃
~266℃。廢氣主要成分為氧氣與二氧化碳，氧氣與二氧化碳的質量比約為1：0.53，另含有非常微量的氮的氧化物、一氧化碳、碳氫化合物、二氧化硫、三氧化硫等，若將氧氣與二氧化碳的質量視為100，則其他成份的質量總和約為1.25。
由前述文獻結果可知，廢氣本身溫度甚高，其挾帶大量熱能，將其通入壓載艙之海水中，可加熱海水，使海水之溫度上升，同時可加速海水的蒸發，而使海水之鹽度提高，且廢氣中富含二氧化碳，二氧化碳溶於海水中會形成碳酸，而使海水之氫離子濃度值下降成為酸性。此外，廢氣之主成分為氧氣與二氧化碳、其他成份含量甚低，將廢氣通入海水中，並不會因廢氣含有大量有毒物質而污染海水。因此，以通入燃燒石化燃料所生成之廢氣於壓載艙之海水中，係有效且安全之方法。依據國際海事機構之標準，壓艙水之處理方法及裝置必須不會對環境造成更大的衝擊、可與船舶的結構相容以及成本低廉，本發明之壓艙水之處理方法及裝置可符合前述之標準。
溫度改變會使海水中之生物體之代謝率改變、蛋白質變性以及其所產生的酵素(酶)失去活性而死亡，一般而言，溫度上升到42℃，蛋白質會開始產生變性，例如，有孔蟲(學名：Globigerinoides sacculifer)，其在15℃~16℃可存活9.2天，但當溫度上升至32℃~33℃僅可存活2天，
又例如，有孔蟲(學名：Orbulina universa)，其在25.8℃可存活10.3天，但當溫度上升至32℃~33℃僅可存活1.4天。此外，以60℃~70℃持續加熱30分鐘，可消滅大多數細菌。因此，於航行時將燃燒石化燃料所生成之廢氣通入壓載艙之海水中，使海水之溫度持續維持在42℃以上，以消滅水中之生物體。由於消滅水中之生物體所需之溫度與加熱時間有關，因此，使用者可視實際情形彈性調整壓載艙之海水溫度，例如，當航程較長，可採用較低的溫度，當航程較短，則採用較高的溫度。
在加熱壓載艙之海水的過程中，溫度上升會加速海水蒸發，進而使海水之鹽度提高，鹽度改變化會使海水中之生物體因離子擴散和滲透等生理調適不及而死亡，因此，藉由鹽度的變化，可提高海水中生物體的死亡率。
廢氣中富含二氧化碳，二氧化碳溶於水中會形成碳酸，海水之氫離子濃度值約為8~8.3之間，呈微鹼性，氫離子濃度值下降對海中生物體會造成傷害，尤其是以碳酸鈣做為外骨骼的生物體，例如球石藻類(coccolithophorids，具碳酸鈣盤形構造)，以及其他浮游生物如海蝸牛，因此，藉由氫離子濃度值的變化，可提高海水中生物體的死亡率。
由上述本發明實施方式可知，本發明之壓艙水之處理方法具有下列優點：首先，將燃燒石化燃料所生成之廢氣通入壓載艙之海水中，可同時改變海水溫度、鹽度及氫離子濃度值，三管齊下而能有效消滅海水中之生物體；其次，使用者不需支付購買殺菌劑之成本，亦可避免因殺菌
劑外洩而危害船員健康之風險；再者，燃燒石化燃料所生成之廢氣富含二氧化碳，二氧化碳為溫室氣體，被視為造成全球氣候暖化之主因，隨著全球對石化產品之倚賴，全球二氧化碳排放量高居不下，本發明回收此廢氣再利用，可在不需額外支付成本之情況下，有效減少二氧化碳之排放量，克服長存之環保難題。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
121‧‧‧步驟
122‧‧‧步驟
123‧‧‧步驟
Claims (16)
- 一種壓艙水之處理方法，其係應用於以一石化燃料作為動力源之一船舶，包含：引入一海水至一壓載艙；以及通入燃燒該石化燃料所生成之一廢氣於該海水中，產生包含以下過程：加熱該海水；蒸發該海水；及酸化該海水，以形成一酸性海水。
- 如請求項1之壓艙水之處理方法，其中加熱該海水，包含使該海水之一溫度為42℃以上。
- 如請求項1之壓艙水之處理方法，其中加熱該海水，包含使該海水之一溫度為60℃至70℃。
- 如請求項1之壓艙水之處理方法，其中蒸發該海水，包含使該海水之鹽度為千分之36.4以上。
- 如請求項1之壓艙水之處理方法，其中酸化該海水，包含使該海水之一氫離子濃度值(pH值)為4.6以下。
- 如請求項1之壓艙水之處理方法，更包含中和該酸性海水。
- 如請求項6之壓艙水之處理方法，其中，中和該酸性海水係於該酸性海水中添加一鹼性物質。
- 如請求項7之壓艙水之處理方法，其中該鹼性物質係碳酸鈉。
- 如請求項1之壓艙水之處理方法，其中該石化燃料為一柴油。
- 如請求項1之壓艙水之處理方法，其中該廢氣包含二氧化碳。
- 一種壓艙水之處理裝置，設置於以一石化燃料作為動力源之一船舶，包含：一海水抽取機構，用以抽取一海水；一壓載艙，該壓載艙與該海水抽取機構連接，用以容置該海水；一氣體供給機構，該氣體供給機構與該壓載艙連接並提供該海水一廢氣，該廢氣係燃燒該石化燃料所生成；以及一控制機構，該控制機構與該壓載艙連接，包含：一溫度感測單元，感測連接該海水；一鹽度感測單元，感測連接該海水；以及 一氫離子濃度值感測單元，感測連接該海水。
- 如請求項11之壓艙水之處理裝置，更包含一鹼質供給機構，其與該壓載艙連接並提供該海水一鹼性物質。
- 如請求項12之壓艙水之處理裝置，其中該鹼性物質為碳酸鈉。
- 如請求項12之壓艙水之處理裝置，其中該控制機構與該鹼質供給機構連接。
- 如請求項11之壓艙水之處理裝置，其中該控制機構與該氣體供給機構連接。
- 如請求項11之壓艙水之處理裝置，其中該氣體供給機構更包含一調節單元。
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