通过压力突降来去除水生生物的水处理方法和设备的制作方法

专利名称：通过压力突降来去除水生生物的水处理方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理，通过消灭水生生物或将它们的数量减少到不 能作为集落发育的程度，从而除去水中存在的水生生物。本发明在船 舶所携带的压载水处理方面有特定应用，但并非排它的，当将上述船 舶压载水排放到远离装载所述压载水的地点的海或者湖内时，将会带 来不良的环境影响。
背景技术：
现代船舶上通常在位于其船体内的舱中装载压载水，以平衡和稳 定船舶，从而改善其操纵性能。当货物装载在船上并将船舶停靠在水 中后，将压载水排出。同样，当卸载货物时，要将压载水泵送到压载 舱内，以维持理想的平衡状态。
公知的是由于泵送到船内或船外的水的体积非常大，并且由于栖 息在所装载和所排放的压载水中的大量生物种类，常常将从很远的地 方装载的水排放到具有异地生物的海水和淡水中，这已经有很长的历 史了。所述生物从微小的浮游生物种类到相当大的中上层鱼类，并包 括各种致病菌和微生物(原生动物)，处在它们繁殖周期的各个阶段。 它们当中的一些生物在它们抵达的水中具有很少的天敌，如果它们在 这些水中找到合适的食物源的话，它们迅速扩展它们的地盘，并开始 统治该地盘。它们可以由此变成有害生物，并威胁到它们的新生活环 境的生态稳定性。
这个问题在全球范围内都被看作是对水生环境的严重威胁，国际
海事组织在2004年2月订立条约，条约规定船东要采取严格和系统的 步骤来对他们船舶内的压载水进行消毒。该条约正在签署过程中，并
且关于贯彻上述条约所采用技术的具体规定仍旧处于讨论之中。
特别是近些年，已经有很多创新活动致力于找到这些问题的可能 的解决方案。为了杀死水中的生物体，主要采用对水进行化学处理的 形式。然而由于化学物质可能会污染压载水所排放于其中的水域，或 者导致其它有害的负面效果，因此采用化学物质理论上并非理想的解 决方案。在某些情况下，采用有害的化学物质可以导致比它们意图解 决的问题还要大的问题。
为了缓解将特效化学物质排放到海港和停泊地点的水中所带来的 影响，已经提出应当采用在水中仅有短暂存在的化学物质，例如臭氧。 臭氧在海水中仅具有几分钟的半衰期，将臭氧引入到压载水中作为消
毒剂已经在美国专利6125778 (Rodden) 、 6516738 (Cannon)和美国 申请No.20040055966 (Nguyen等人)中提出。
其它发明者想到对水进行顺序脱氧处理，以生成活体生物趋于死 亡的条件，接下来进行再氧化，从而将所述水复原成可接受的满足所 排放区域各种标准的质量水平(例如参见美国专利5932112 (Browning))。最后提到的专利中还公开了开始时对水进行高氧处 理的概念。由于氧自身的氧化性能，因此与很多活体生物单独亲近的 氧具有杀生效果。然而仅在受控的压力、温度和其它因素条件下，才 可实现最佳效果，并且除去水生生物的速度存在问题。因此它的应用 存在技术难点，并要求进行相当多的控制和监控。
还提出了一些其它形式的处理方法，包括采用过滤和紫外线 (Nguyen等人的美国专利申请20040055966)、加热(Sherman的美 国专利5816181)、以及两种或多种处理形式的组合，例如利用离心分 离的过滤、与紫外线照射或杀生化学物质的联合(Constantine等人的 美国专利6500345)。 这些处理方法大多数都存在下述缺点要求采用在很多情况下都 需要大量监控的长时间或者相对复杂的处理步骤。
在美国专利6402965 (Sullivan等人)中采用了有些不同的进程， 其中公开了将压载水暴露于超声辐射下，在此基础上采用包含涂敷有 压电材料的管道的设备(用作产生适当频率的发射机)，这对水生生 物而言是致命的。水流经该管道。同时还描述了通过该设备而趋于将 水生生物杀死在水中的干涉效果。作为消灭水生生物的紫外线照射还 在有影响的报告中提及为Northeast-Midwest Institute, Washington,DC 禾口 Lake Carrier Association( Glosten-Herbert Hyde Marine, 2002 )的Great Lakes Ballast Technology Demonstration Project所准备的Full-Scale Design Studies of Ballast Water Treatment Systems,但是没有公开采用超 声辐射的步骤。
超声辐射可杀死某些活体生物的事实已经知道很多年了，其用于
该目的的应用已经在一些文献中有所描述，例如在J. Bacteriology 51(4)487_493(1946)中发表的p.K. Stumpf， D.E. Green,和F.W. Smith Jr 所著的 Ultrasonic Disintegration as a Method of Extracting Bacterial Enzymes ， 其再版于 D.W. Thayer, Dowden， Hutchinson&Ross, Inc. Stroudburg, Pennsylvania 所编辑的 Microbial Interaction with the Physical Environment, 1975,第405-493页。最后提及的出版物还包括 了一篇文章，其中给出了超声波辐射对原生动物和其它生物的致命效
果的试验解释，即与对直接围绕细胞的水的超声波辐射联合的空化 现象所引发的化学或物理-化学效果，从而引发的质膜破裂(参见 402-404页F.O. Schmitt禾B B. Uhlemeyer所写文章，在Proc. Soc. Exptl. Biol. Med. 27(7)626-628(1930)中再版)。这篇文章提及了所述致命效 果的发现可追溯到所溶解气体的空化，在J. Physiol.，1929， lxvii，365中 由C.H. Johnson所叙述。对于空化现象的进一步评述包含在Microbial Interaction with the Physical Environment的370-373页的编辑者注释中。
水处理中采用超声波辐射本身非常有吸引力，这是因为它不需要 将外部化学物质引入到水中，凭申请人的经验，当以合适的幅值加以 使用时，将会产生杀死或者削弱海水和通航淡水中的生物种类的强烈 效果。然而，它的缺点在于产生和控制它的标准方法相对复杂，而相 关设备就船舶寿命而言相对容易损坏。

发明内容
因而，本发明的目的是提供一种用于在含有有害生物的水(例如 船舶的压载水)中产生超声波辐射的方法和设备，可对水进行曝光以 便将这些生物从水中除去，所述方法相对简单，并且相关设备相对坚 固。
另一目的是提供一种方法和设备，其可以致使压载水压力的至少 一次突然改变，优选多次这种压力的突然改变，这也会带来杀死或削 弱这种生物的效果。
另一目的是提供一种方法和设备，通过采用相对简单的电子设备， 可以在需要除去水生生物的水中产生电-化学力，这些力产生了释放对 所讨论生物有害的至少一种气体的效果，所述气体与水混合，由此增 强气体和水之间的表面接触。
根据本发明，对包含水生生物的水进行处理从而消灭所述生物的 方法包括使水在受压条件下流过导管，进入到比所述导管截面大的 室内，由此水压突然减小并发生空化，随着空化产生超声波振动，接 着所述超声波振动和空化作用于水上。
所述水可以是船舶的压载水。
所述室和它的联合空间及管道优选形成反应器的一部分，水泵送 穿过所述反应器。如果水是船舶的压载水的话，所述方法优选应用在装载压载水时，而不是应用于排放水的时候。
通向所述室的导管优选包括具有大体恒定截面的第一区域，水在 受压条件下穿过所述第一区域，其后设有在流入到具有增大截面的室 (在此发生空化)之前截面逐渐减小的区域。由此随着水进入到截面 减小的区域水压增大，仅当水进入到发生空化的室时，水压才突然减 小。这种效果增强了当通向所述室的导管在其整个长度上具有恒定截 面时所发生的空化的程度。
由于空化，周围结构的振动趋于以包含或包括超声波成分的频率 发生。如果空化发生在由低碳钢或其它普通金属制成的构件内，所述 效果导致金属的点蚀。如果所述构件由特定级别的不锈钢制造的话， 很大程度或较小程度的减小点蚀。在本发明的方法和设备中，通过使 用用不锈钢和用已知的陶瓷或其它消除或大大减小了点蚀程度的材料 来衬砌相关部件来避免点蚀。具有这个特点的很多成分都可以购买。 可替代的是，能够可采用相对不受点蚀影响的特种金属。至少一种这 样的材料可以购买得到。在下文中给以细节描述。
反应室内压力突然减小的效果是将溶解气体抽吸到水之外，变成 气相，超声波振动发生在气泡破裂的环境中。这导致水中剧烈的机械 搅动。这种搅拌效果与当它们作用在水生生物表面时的化学效果联合 作用，消灭或削弱所述生物。
根据本发明，通过向暴露于水中的电极供给电源，由此导致水中 溶解的盐电解，从而增强了超声波振动对水生生物的致命效果，其中 在海水的情况下，当中的钠和溴的氯化物用作电解质。这就生成了同 样承受由于超声波辐射所产生振动的气体，在这些条件下有助于破坏 水生生物。由于某些水生生物遭受到施加在水中的具有甚至中等强度 的电力的破坏，因此水中电极附近电荷的存在是导致破坏水生生物的 另一因素。 氯和溴以及氧气和氢气是通过电解力在海水中释放的气体。氯和 溴对它们在反应器中所接触的水生生物具有特定的消毒效果。
泵送到船上或从船舶压载舱排出的压载水中的氯或其它齒化气体 或其它腐蚀气体的大量存在是不理想的，这是因为它们将腐蚀压载舱 和与它们连接的金属导管。相应的，本发明使得这些腐蚀性气体在反 应器室内或紧接的下游处接触易于与所述气体发生反应的金属表面。 因此应当对这些需要经常更换的牺牲金属构件制定规范。
本发明还预期将合适的气体引入到反应室内或附近，优选在反应 室的下游，从而进一步增强在反应器内发生的机械、电学和化学进程， 并且这对水中水生生物具有毁灭性效果。臭氧是一种合适的气体，部 分是因为它在与有生命组织接触时的强烈的氧化效果，由此有助于毁 灭它所遭遇的水生生物，并且部分因为它迅速分解成通常出现在大气 中的气体，即氧气，这对环境是无害的。
通过使水在反应室及连接的管道内机械地混合或搅拌，增强了本 方法的有效性。这可通过在通向反应室和离开反应室的入口和出口导 管中和/或在反应室自身内适当设置隔开并倾斜的叶片来实现。混合的 有效形式是螺旋旋转。所述叶片可以是固定的，因此除了当它们损坏 时偶尔更换外，它们不需要维修。
通过监控与其效率相关的不同变量可以增强本发明的方法，所述 变量包括导管和反应室中的温度、盐度、水流经线路不同点的压力、 流经电极的电压和电流。根据本发明，规定时不时的改变这些参数， 从而优化该方法的结果。
在本发明的优选形式中，增大水压并接着突然减小压力从而诱发 空化、并因此产生超声波辐射的进程以快速连续的方式至少重复一次。
根据本发明的设备包括由限定室的壳体所形成的反应器、比所述 室的截面小并通入所述室的导管、来自所述室的具有比所述室的截面 小的出口导管、和用于在受压条件下将水泵送到入口导管内并因此流 过所述反应器的装置。所述入口导管优选包括终端部分，所述终端部 分当接近所述室时截面逐渐减小。
导致流经所述设备的水发生电解的电极可以容纳在所述反应器 内，优选设置在反应室内部，并固定在其壳体内。
牺牲电极可以设置在出口导管内或其附近，以便通过将腐蚀性气 体转化为容纳在所述电极内的金属盐来中和所述腐蚀性气体。
用于混合反应器内的物质的叶片可以设置在其内部的适当点处。 所述叶片优选向流经所述反应器的水施加旋转运动。
该设备还可以包括从外部向反应器引入一种或多种气体的装置， 例如臭氧。还可以配置防止所述气体回流的装置。
采用优选形式的适用于船舶处理其压载水的设备包括串联连接的 设有至少两个反应室和入口导管的多级反应器。
可以提供用于测量或指示并记录不同因素的状态(例如压力、温 度、pH、盐度和水流速度)的监控装置。所述监控设备可以进一步包 括用于确定和记录所述数据、时间、使用所述设备的全球定位位置以 及与采取水处理的目标相关的其它参数的装置。
用于实施本发明的设备相对简单，没有活动部件，能够容易地改 选装配到船舶上。通常可将它设置在主导管内，通过该导管将压载水 泵送到压载舱或者从压载舱排出。
在典型的船舶装配中，压载泵穿过管系将水泵送入压载舱，所述 管系具有300mm的内径。根据本发明的带有入口和出口导管的两级反 应器可插入到该管系中，仅占据大约1500mm的长度，重约200kg。对 它的控制能够并入到常规船舶计算机系统中。


在附图中
图1是本发明水处理反应器的半概略性的表示，该反应器安装用 于船舶使用，并显示了其主要控制元件。该反应器设有一前一后设置 的双反应室。
图2是图1中反应器的侧视图。
图3是图1和图2中反应器的显示为沿纵向剖开的侧视图。 图4是容纳在图1-3中的反应器内的带有附加叶片的盘的放大透 视图。
图5是图1-4中反应器的替换反应器的放大透视图，其具有单个 反应室。
具体实施例方式
图1-3中所示的设备是水处理设备的优选实施例，所述设备适用 于处理带有常规压载舱和常规压载泵的典型海船内的压载水。
所述设备包括连接到具有圆形截面并通常具有大约300mm内径 的管道102上的反应器100。所述管道102在压载泵104和一个或多个 压载舱106之间延伸。所述压载泵104从海水阀箱105抽取水输送到 压载舱。
反应器的操作以及在其内部所发生的进程的操作通过图1中示意 性显示的设备控制和监控。
所述反应器包括(从最靠近压载泵104的端部开始)具有圆形 截面并通常具有大约300mm内径的入口导管108，所述导管通过常规 装置(未示出)连接到管道102;和第一反应室壳体IIO，导管108通 过相邻法兰112、 U4连接到所述壳体上，上述法兰之间设置有垫圈或 0型密封装置(未示出)。相似的密封装置设置在将在下文描述的其 它相邻法兰之间。所述法兰112、 114通过螺栓115固定。
盘116 (图2和3)安装在法兰112、 114之间，并密封在它们之 间。所述盘116包括限定了带有多个叶片118的内部空间119或者孔 的环，所述叶片优选6个，延伸到所述内部空间。所述叶片安装在固 定到盘的内周边上的柄120的内端上，并与盘116的平面成倾斜角弯 曲，并且在它们各个平面内螺旋弯曲。在使用该设备时，穿过所述反 应器泵送的水撞击在叶片118上，并且随着它进入第一反应室壳体110 而通过所述叶片发生偏转。所述叶片设计为它们向水施加会聚的螺旋 旋转动作，在水进入湍流状态(其中水与反应器内的气体发生混合) 之前促使水的速度增大。
盘116上设有容纳螺栓115的周向隔开的孔113，并且另外，在进 一步朝向其中心的地方设有间隔开的成对孔117，其内部设置有下文中 提到的固定电极126的立柱。
所述第一室壳体110设有具有固定内径、优选地为大约400mm的 第一区域122，所述区域直接连接到入口导管108上，由此当通过压载 泵104将水从导管108泵送到第一室壳体110时，所述设备的内径具 有突然的增大。所述壳体IIO包括具有截头圆锥体形状的第二区域124， 由此内径减小为大约175mm。该区域的圆锥角近似约为20度。
在第一区域122内，反应器室壳体110的内部装配有由防腐金属 (比如钛或者钌或者它们的合成物)制成的三对电极126 (图2)。通 过变压整流器128 (图1)向所述电极提供12V的直流电或者任意其它合适的电压。它们的功能是导致流过壳体110的水发生电解。
第一壳体110的截头圆锥体区域124的最窄部分设有法兰130，所 述法兰通过螺栓115固定到与第一反应室壳体110相似的第二反应室 壳体134的对应法兰132上，所述第二反应室壳体设有具有恒定内径 的第一区域136和截头圆锥体形状的第二区域138。另一电极126安装 在第二壳体134内，所述电极供有电源。相似地，这些电极导致流过 所述设备的水电解。与盘116相似、同样装配有叶片118的环形盘131 设置并密封在法兰130、132之间，在第一室壳体IIO和第二室壳体134 之间设有环形孔133。
第二室壳体134的截头圆锥体区域138的最窄部分设有法兰142， 所述法兰邻接具有与入口导管108相类似的直径的出口导管146的对 应法兰144。法兰142、 144通过螺栓115固定。与盘116相似，同样 装配有叶片118的环形盘143设置并密封在法兰142、 144之间，在第 二室壳体134和出口导管146之间设有环形孔147。
出口导管146的端部连接到(通过图中未示出的常规装置)通向 压载舱106 (图1)的管道102上。
本发明的另一方面，多个臭氧发生器148 (优选6个)可以固定到 第二壳体134的外表面上。所述臭氧发生器是已知类型，例如在专利 文献PCT/ZA2000/00031禾卩PCT/ZA2001/00024中所描述的，可从 Sterizone, P.O. Boxl3935， Witfield， Republic of South Africa,1467购买
到。这些装置从大气中抽吸空气，通过电晕放电在获取臭氧的空间内 生成臭氧，并供给到安装有单向阀152的管子150内。所述管子150 在绕导管146周向隔开的端口 153处通向反应器的内部。
又一方面，牺牲电极154可以固定在出口导管146靠近其端部的 内部，并构造成叶片形状，当水流过反应器时会碰撞到该叶片。这些 电极154由金属制造，比如70/30黄铜(即70%的铜和30%的锌)， 它们将与游离氯和其它水中的腐蚀性气体发生反应，将所述气体转换 为损害许多水生生物种类的盐，比如硫酸铜或氯化铜。由于有关气体 的量相对非常少，仅源自泵送到船上的水内所溶解的气体含量，所产 生的金属盐非常稀，不会对船体结构造成可感觉到的损坏。然而，它 们对穿过反应器室110、 134生存下来的任何鱼类和许多其它生物施加 毒性作用，并因此对水具有残留的消毒效果。
调节供给电极154的电源，以确保离开反应室100的水中的游离 氯的水平不超过可接受的极限值。
反应器的主体由316级不锈钢制造，由4.5mm厚的板材制成。
除了电极126和叶片154的表面外，反应器的整个内部表面可以 涂敷有陶瓷或树脂或其它材料层，它们保护反应器的金属不受到点蚀。 在优选实施例中，这个衬里还具有促进发生在反应器内部的至少一些 进程的特性。所讨论的机构包括离子交换、摩擦接触(对气体和水的 混合起作用)和压电及热电效果(有助于对某些生物的电性毁灭作用)。 用于所述衬里的合适材料可以购买MetaCeram (商标)28060，它是具
有特定颗粒尺寸和受控形态的喷射、铝-钛基、氧稳定性复合化合物。 另一个已知材料是由日本Miyazaki市的Nihon Jisui Company Ltd, 78 Gion3-Chome (电子邮箱elce@orange.ocn.ne.jp)生产的Elce (商标)。 其它材料有可从Belzona Polymeries Ltd, Harrowgate, HGI 4AY， England 购买的Belzona (商标)5811、和可从Bayer AG of D-51368 Leverkusen, Germany购买的Lewatit (商标)。
用于反应器的控制装置在图1中示出，包括一个或多个压力计(用 于指示反应器内关键点和它的入口和出口导管处的压力)、氧化还原 (残余氧化还原电位)计、盐度计、 一个或多个温度计、 一个或多个 氯传感器、位于横截面突变处点(在该处将出现减压)的真空计、用
于向船舶计算机系统输送数据的扫描仪、GPS指示装置、和其它测量 驾驶台(bridge)信息(记录在计算机系统中)的装置。所述控制装置 可以还包括影响某些进程的装置，例如用于电极的电源供给的电位计、 用于臭氧供给或其它外部供给气体的调节阀、和其它水处理装置领域 已知的装置。
在优选应用中，图1-3所示的反应器设计为以 400-500kilolitres/hour(公升/小时)或大约1501itres/second(升/秒)的速度、
并在3巴的最小泵头压力下运行。
在反应器100的操作中，打开压载泵104以从敞开水体(例如大 海、湖或河流)中将水抽吸到海水阀箱105内，并且在受压情况下将 水穿过导管102推送反应器100内。所述水很有可能容纳有此时船舶 所停靠区域内的当地海洋生物，如果水在其它地方排放，这些生物中 的一些会造成环境破坏。
水流过导管108，在导管端部遭遇叶片118，并被给予螺旋旋转运 动。随着水进入到壳体110的第一区域122，反应器的横截面突增。水 还冲刷电极126，在此阶段所述电极通电，接着发生电解反应，导致生 成气体，主要是氧气、氢气、氯气和溴。叶片所导致旋转运动致使这 些气体在水中均匀混合，使任何生物都承受破坏性影响。而且，当通 过反应室100内的水传输时，充电本身对小型海洋生物也有毁灭效果。
当水离开第一区域122，并进入反应室110的锥形区域124时，水 速逐渐增大。本领域技术人员可意识到根据柏努利原理，水速增大会 增大水的局部速度压头，但减小局部静态压头。还会意识到，如果水 速增大到足够大的程度时，静态水压头将下降到低于水的汽化压力。 这会有效的导致水在最大水速点上发生沸腾、或者"空化"。当这个 发生时，出现汽化水的小气泡(与溶解在水中的其它气体混合，例如 氧气、氢气和氯气)，当气泡移动进入较高静态压力和较低速度的区 域时，再次破裂。接着这些气泡的破裂将产生高频和高能冲击波(包 括超声波频率，即20000赫兹范围)，流过所述水体，具有消灭局部 存在的生物的效果。
然而，应当意识到即使不将水带动到空化点，可以将它带动到恰 恰达不到汽化压力的负大气压力点。很多海洋生物能够生存，并且甚 至在很深的水中繁殖，由此可以抵抗比大气压力大很多的压力，但是 即使没有发生空化，它们在负大气压下有机体受损并且仅因为这个原 因遭受极限压力。
由此，第一反应室110和第二反应室134之间的孔133的尺寸选
定为随着水流过孔133，它的速度足够大，导致在孔的下游的水发生
空化，或者至少导致压力大幅度降低到空气压力之下。在优选实施例
中，设置在孔133处的叶片118在水流过第二室134时向水引入会聚 螺旋扭转动作。这会具有进一步加速局部水速、并进一步增大空化程 度、以及通常在孔133下游处水压减小的效果。
相应的，在所描述的优选实施例的结构中，从第一室壳体110向 第二室壳体134移动中，在孔133的下游所述设备直径突增的位置上 特意诱发空化。这具有下述优点通过爆聚的气泡所释放的能量将不 会直接进入到第二室壳体134的环绕金属表面而导致损坏。相反，所 述能量在抵达壳体的金属表面之前首先必须穿过水的主体。这种结构 使得在作用于第二室134的远距离金属表面之前，声能基本消散水中， 所述声能在水中杀死所存生物。如果超声波能量冲击室134的远距离 金属表面的话，所述反应器的陶瓷或其它内层将用作抑制对反应器的 金属构件的点蚀损坏，并且内层材料提供了上述与其特定成分相关的 附加效果。
优选实施例的又一特征在于当穿过第一区域136时，附加的电化 学力通过该区域内的电极126的电解作用释放在生物体上。这种破坏
性效果通过暴露于氧化或其它有害气体、以及通过水中电场的存在而 得以加强。通过叶片118所施加的所述区域内水的螺旋运动有利地方 便了水在有害气体环境中的混合。
在优选实施例中，已经流过第一区域136的水流经锥形区域138 时再次承受增大的速度，接着以足以使导管146内的孔147的下游产 生空化的速度流过孔147。叶片118可以类似地设置在孔147处，以诱 发会聚的螺旋流。由此，流过反应器100的水将会遭遇到至少两个位 置，在此它的速度增大到产生空化的点从而诱发高能超声波振动。任 意从第二反应室134内的处理中存活的生物将在出口导管146的孔147 的下游暴露于相似的处理。
应当理解的是，附加的压縮和扩张可设置在水的路线内，从而提 供多个发生空化的位置。然而，还应当理解的是每个压縮都要求额外 的泵能量来驱动反应器100，如果引入太多的压縮的话，可用的泵送空 间将不充足。
根据优选实施例的另一方面，随着水进一步向下流过导管146，它 与来自臭氧发生器148的臭氧接触混合，进入到位于圆周进入端口 153 处的反应器内。
臭氧气体与水混合并施加强烈的氧化效果，对它所接触的水内的 任何生物造成致命后果。所述水在混合上游的搅动阶段是静止的，并 且臭氧气体同样混合到水中。由于它在海水中短的半衰期，剩余的臭 氧快速分解成氧气，氧气自身对它所撞击的生物施加氧化以及由此所 产生的破坏性效果。
根据优选实施例的另一方面，水最后遭遇牺牲叶片154，其中任意 游离腐蚀气体与这些叶片的金属起反应，并转换为溶解盐，所述盐浓 度很低，但是对在此处存活的特定生物有害。这些叶片154同样对水
具有混合效果，完成了冲击和气体曝射进程，它们表现了水流过反应 器的早期行进阶段的特征。残余的氯是有利的，确保压载水保持消毒 状态。
这些事项的结果是通过组合反应，装载在船上并流经反应器的 水中的生物基本上被消灭，因此将它们从水中除去并对它进行有效消 毒。由船舶的后期排放所导致的环境压力将得到大大缓解。
在另一在图4中示例的优选实施例中，对与图1-3中的这些反应 器相对应的部件标以加上后缀a的对应附图标记。在该实施例中，提供 单个反应室壳体136a、 138a，在其入口处装配有成对电极(不可见)， 在其出口导管146a处装配一套牺牲电极154a。另一方面，该反应器与 前面附图中的反应器基本相似，并以与前面附图的反应器相似的方式 操作。应当理解的是，与前面附图中的装置相比较，穿过这种形式的 装置而存活的水生生物的可能性必然增大。然而，应当理解的是它需 要较少的能量来促使水流过反应器，在使用小型泵的特定情况下是有 利的。
在图5中示例的实施例是最为简化的说明。其中，与图2中的附 图标记相对应的附图标记被加以后缀b来指示对应的部件。图5中的 实施例中的入口导管108b具有恒定截面的第一部分109和具有锥形截 面的最后部分lll。后述部分开口进入出口导管146b的内端，在此处 截面突增。叶片118b设置在进入到反应室的点上。在该实施例中，在 该点处未施加外部电解力，因此在该反应室内没有出现电极。然而为 了与通过空化(发生在水穿过锥形导管111进入反应室时)所生成且 没有被与反应室内的生物的反应所消耗的任意腐蚀气体反应并中和， 提供了牺牲电极154b，并提供有图中未示的变压器/整流器。能够以致 命效果作用于水生生物上的臭氧或另一种适合气体源通过带有单向阀 152b的管子供应到绕导管146b的圆周间隔开的进入端口 153b。与现有技术的水处理系统相比较，本发明的优点是它的有效性、 简单化、不需要活动部件或从外部添加毒性物质、轻质和紧凑、作为 初始装备或通过改造都易于安装、低的维护成本、能够长时间不维修 运行、安全性、和成本-效果。
虽然说明书描述了本发明的特定实施例，但是对本领域技术人员 而言显而易见的是可做出不偏离本发明的精神和范围的多种变化。
权利要求
1.一种用于减少水的容积内所存在的水生有机污染的方法，包括将水从被水生生物污染的敞开的水体泵送穿过细长的导管系统，所述水在该系统内的所有点具有相同的体积流速，并且在该系统的任意点上具有压力水头和速度水头；和将水引导进入船舶的压载舱内；其特征在于将所述水泵送穿过具有不同直径的导管系统，从而通过增大该系统内的第一点处的水的速度水头，使得第一点处的水中的压力水头下降到低于大气压力的水平。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，所述水具有低于大气压力的 汽化压力，并且其中使得第一点处的水中的压力水头下降到低于汽化 压力的水平，由此启动第一点处的水的空化。
3. 如权利要求l所述的方法，其中，所述导管系统具有上游端和 下游端，并且其中第一点被置于所述导管系统内的位置处，在所述位 置，所述第一点的下游直径立即突增。
4. 如权利要求l所述的方法，还包括在第一点处给予所述水螺 旋旋转运动。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，所述螺旋旋转运动被使得收敛。
6. 如权利要求l所述的方法，还包括通过增大第二点处的水的速度水头，使得所述系统内第二点处的水中的压力水头下降到低于大 气压力的水平。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述水具有低于大气压力的汽化压力，并且其中使得第二点处的压力水头下降到低于汽化压力的 水平，由此启动第二点处的水的空化。
8. 如权利要求l所述的方法，还包括促使所述水流过施加电功 率的电极。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述电功率被提升到足以在 对电力敏感的生物中产生削弱电学反应的水平。
10. 如权利要求8所述的方法，其中，所述水包括溶解的气体，还包括将所述电功率提升到足以使得某些溶解气体冒泡的水平。
11. 如权利要求1所述的方法，还包括使得水流过多个与腐蚀 性气体发生反应的金属电极，并将电功率施加到这些电极，所述电功 率足以使得气体通过与这些电极的材料的反应而发生中和。
12. 所要求的方法还包括将压力下的气体引入到水中。
13. 如权利要求12所述的方法，其中所述气体是下面组中的一种，所述组由臭氧、二氧化碳和排出气体构成。
14. 如权利要求1所述的方法，其中所述导管系统包括限定孔的 可移走环形盘，还包括将环形盘从导管系统移走，并将它更换为替代 环形盘。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述环形盘由不锈钢形成。
16. 如权利要求14所述的方法，其中，所述环形盘由陶瓷材料形成。
17. —种用于减少水体内的水生生物的设备，包括细长的导管系 统，具有上游端和下游端并被配置为容许水以恒定的体积流速在其中 流动，其特征在于所述导管系统限定了这样的部分，包括第一锥 形部，具有大体为截头圆锥体的形状，并且具有下游端和上游端，所 述下游端限定了具有第一直径的第一开口，所述上游端限定了具有大 于第一直径的第二直径的第二开口；第一反应器部，具有大体为圆柱 形的形状并具有大于第一直径的第三直径，所述第一反应器部通过径 向设置的连接器连接到第一锥形部的下游端，由此导管系统的直径在 锥形部的第一开口下游立即突增；其中第一直径大小设置为在向下游 流过所述导管系统的水中启动空化。
18. 如权利要求17所述的设备，还包括限定了具有小于所述第 一直径的直径的孔的环形盘，该盘适于分别通过螺栓连接和打开螺栓 连接而将所述盘从第一锥部和第一反应器部之间的位置插入和移走。
19. 如权利要求18所述的设备，
20. 如权利要求18所述的设备，
21. 如权利要求17所述的设备， 减少点蚀造成的损伤的材料。
22. 如权利要求18所述的设备， 口的水引入螺旋流动的装置。
23. 如权利要求17所述的设备， 开口的水引入螺旋流动的叶片。
24. 如权利要求23所述的设备， 并倾斜。其中，所述盘由不锈钢制造。 其中，所述盘由陶瓷材料制造。 其中，所述反应器部的内部衬有还包括用于向流过所述第一开 还包括构造为向流过所述第一 其中，所述叶片沿螺旋路线固定
25. 如权利要求17所述的设备，还包括至少一对设置在所述导管系统内的电极，构造为在导管系统内流动的水中诱发电流。
26. 如权利要求17所述的设备，还包括适于将外部气体引入到水中的端口。
27. 如权利要求25所述的设备，其中，所述电极由与溶解在水中 的矿物发生反应以便形成腐蚀性气体的材料形成。
28. 如权利要求17所述的设备，其中所述导管限定了这样的部分， 还包括第二锥形部，具有大体为截头圆锥体的形状，并且具有下游 端和上游端，该下游端限定了具有第三直径的第三开口，该上游端限 定了具有大于第三直径的第四直径的第四开口；第二反应器部，具有大体为圆周形的形状并具有大于第三直径的第五直径，所述第二反应 器部通过径向设置的连接器连接到第二锥形部的下游端，由此导管系 统的直径在第二锥形部的第三开口下游立即突增；其中第二锥形部连 接到第一反应器部，并且第三直径大小设置为在流过所述导管系统的 水中启动空化。
全文摘要
一种用于除去比如船舶中的压载水的水中的水生生物的处理水的方法和设备。所述水在受压条件下被引导流过导管进入到具有比导管的截面大的截面的室内，由此产生压力的突然减小。接着发生空化，导致已溶解气体的释放。生成超声波振动并应用于所述水中，其施加消弱或消灭所存在的生物的冲击效果。其它装置可以用于在水中产生另外的攻击所述生物的机械、电学和化学力。
文档编号C02F1/467GK101341096SQ200680048178
公开日2009年1月7日 申请日期2006年10月27日 优先权日2005年10月28日
发明者伊恩·道格拉斯·弗罗姆 申请人:瑞索斯布拉斯特技术有限公司