壓艙水的處理方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓艙水的處理方法及其裝置，應(yīng)用于以石化燃料作為動(dòng)力源的船舶，所述的壓艙水的處理方法包含以下步驟：引入海水至壓載艙，通入燃燒石化燃料所生成的廢氣于壓載艙的海水中，而產(chǎn)生加熱海水、蒸發(fā)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(jié)省成本以及符合環(huán)保訴求。
【專利說明】壓艙水的處理方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種壓艙水的處理方法及裝置，且特別是有關(guān)于一種回收船舶廢氣用于壓艙水的處理方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]船舶于空載荷或載荷較少時(shí)，需在壓載艙(ballast tank)中注入壓艙水，以確保船舶具有足夠的吃水深度，以維持船身平衡，并使其螺旋槳可正常運(yùn)作，而當(dāng)船舶抵達(dá)港灣時(shí)則將壓艙水排出。然而，船舶常往返于不同海域，不同海域的生物體諸如魚類、甲殼類動(dòng)物、浮游生物、胞囊、細(xì)菌及病毒等并不相同，壓艙水中富含抽取處海域的生物體，這些生物體易造成排放處海域的生態(tài)失衡。因此，國際海事機(jī)構(gòu)(Internat1nalMaritimeOrganizat1n, ΙΜ0)訂定出壓艙水排放基準(zhǔn)，其內(nèi)容如下:從船舶所排出的壓艙水中含有的50 μ m以上的生物的數(shù)量在lm3中為未滿10個(gè)，10 μ m以上而未滿50 μ m的生物的數(shù)量在Iml中為未滿10個(gè)；霍亂菌數(shù)量在10ml中為未滿lcfu，大腸菌的數(shù)量在10ml中為未滿250cfu，腸球菌的數(shù)量在10ml中為未滿lOOcfu。
[0003]因應(yīng)此壓艙水排放基準(zhǔn)，使用各式殺菌劑以除去壓艙水中生物體的方法應(yīng)運(yùn)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(fèi)用，或者需于船上設(shè)置產(chǎn)生前述殺菌劑的設(shè)備，當(dāng)以含氯系殺菌劑作為殺菌手段，其所殘留的氯氣易與壓艙水的有機(jī)物反應(yīng)，而產(chǎn)生有害的三鹵甲烷(trihalomethane)，進(jìn)而危害生態(tài)環(huán)境，若以臭氧作為殺菌手段，臭氧本身毒性強(qiáng)烈，若不慎外泄，則可能危害船員健康。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于提供一種可有效消滅海水中生物體、節(jié)省成本以及符合環(huán)保訴求的壓艙水的處理方法。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種可有效消滅海水中生物體、節(jié)省成本以及符合環(huán)保訴求的壓艙水的處理裝置。
[0006]因此，本發(fā)明的一個(gè)方面的一實(shí)施方式是提供一種壓艙水的處理方法，其是應(yīng)用于以石化燃料作為動(dòng)力源的船舶，包含引入海水至壓載艙，以及通入燃燒石化燃料所生成的廢氣于壓載艙的海水中，而產(chǎn)生以下過程:加熱海水、蒸發(fā)海水以及酸化海水，以形成酸性海水。
[0007]依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的一實(shí)施例，其中加熱海水，包含使海水的溫度為42°C以上，在另一實(shí)施例中，則加熱海水使海水的溫度為60°C至70°C。
[0008]依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的一實(shí)施例，其中蒸發(fā)海水，包含使海水的鹽度為千分之36.4以上,酸化海水,包含使海水的氫離子濃度值(pH值)為4.6以下。
[0009] 依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的一實(shí)施例，可更包含中和酸性海水，可于酸性海水中添加堿性物質(zhì)如碳酸鈉以中和之。
[0010]另前述的石化燃料可為柴油，廢氣可包含二氧化碳。
[0011]本發(fā)明的另一方面的一實(shí)施方式是提供一種壓艙水的處理裝置，其設(shè)置于以石化燃料作為動(dòng)力源的船舶，包含海水抽取機(jī)構(gòu)、壓載艙、氣體供給機(jī)構(gòu)以及控制機(jī)構(gòu)。其中海水抽取機(jī)構(gòu)是用以抽取海水，壓載艙與海水抽取機(jī)構(gòu)連接，用以容置海水抽取機(jī)構(gòu)所抽取的海水，氣體供給機(jī)構(gòu)與壓載艙連接并提供海水廢氣，此廢氣是燃燒石化燃料所生成，控制機(jī)構(gòu)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并感測海水的溫度、鹽度及氫離子濃度值。
[0012]依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，壓艙水的處理裝置更包含堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)，其可與控制機(jī)構(gòu)以及壓載艙連接，堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)可提供海水堿性物質(zhì)如碳酸鈉?？刂茩C(jī)構(gòu)可與氣體供給機(jī)構(gòu)連接，氣體供給機(jī)構(gòu)可更包含調(diào)節(jié)單元。
[0013]以石化燃料作為動(dòng)力源的船舶，在燃燒石化燃料時(shí)會(huì)排放大量高溫廢氣，本發(fā)明藉由將高溫廢氣通入壓載艙的海水中，利用廢氣所挾帶的熱能加熱海水，使海水溫度上升，海水中的生物體因代謝率改變、蛋白質(zhì)變性等因素而死亡，在海水升溫過程中，會(huì)同步蒸發(fā)海水而使其鹽度上升，鹽度變化進(jìn)一步使海水中的生物體因離子擴(kuò)散和滲透等生理調(diào)適不及而死亡，此外，石化燃料廢氣中富含二氧化碳，二氧化碳溶于水中會(huì)使海水的氫離子濃度值下降，而使耐酸性差的生物體死亡。
[0014]本發(fā)明的壓艙水的處理方法，具有下列優(yōu)點(diǎn):首先，將燃燒石化燃料所生成的廢氣通入壓載艙的海水中，可同時(shí)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的生物體；其次，使用者不需支付購買殺菌劑的成本或者于船上設(shè)置生產(chǎn)殺菌劑的設(shè)備，亦可避免因殺菌劑外泄而危害船員健康的風(fēng)險(xiǎn)；再者，燃燒石化燃料所生成的廢氣富含二氧化碳，二氧化碳為溫室氣體，被視為造成全球氣候暖化的主因，隨著全球?qū)κa(chǎn)品的倚賴，全球二氧化碳排放量高居不下，本發(fā)明回收此廢氣再利用，可在不需額外支付成本的情況下，有效減少二氧化碳的排放量，克服長存的環(huán)保難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0016]圖1為依照本發(fā)明一實(shí)施方式的壓艙水的處理方法的步驟流程圖；
[0017]圖2為依照本發(fā)明一實(shí)施方式的壓艙水的處理裝置的示意圖；
[0018]其中，符號(hào)說明:
[0019]110:步驟 120:步驟
[0020]121:步驟 122:步驟
[0021]123:步驟
[0022]200:海水抽取機(jī)構(gòu)210:海水抽取管路
[0023]220:泵300:壓載艙
[0024]400:氣體供給機(jī)構(gòu)410:調(diào)節(jié)單元
[0025]420:噴嘴 4:30:廢氣
[0026]500:控制機(jī)構(gòu) 510:溫度感測單元
[0027]520:鹽度感測單元530:氫離子濃度值感測單元
[0028]600:堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)700:海水排出機(jī)構(gòu)
[0029]900:海水。

【具體實(shí)施方式】
[0030]請參照圖1，其為依照本發(fā)明一實(shí)施方式的壓艙水的處理方法的步驟流程圖。首先，進(jìn)行步驟110，引入海水至壓載艙，使船舶具有足夠的吃水深度，其次，進(jìn)行步驟120，通入燃燒石化燃料所生成的廢氣于海水中，產(chǎn)生包含步驟121、步驟122及步驟123等過程，以消滅海水中的生物體，其中石化燃料為船舶的動(dòng)力源，石化燃料可為但不限于柴油。在步驟121中，加熱海水，藉由溫度改變使海水中的生物體因代謝率改變及蛋白質(zhì)變性而死亡，在一實(shí)施例，是加熱海水使海水的溫度為42°C以上，在另一實(shí)施例中，則加熱海水使海水的溫度為60°C至70°C。在步驟122中，蒸發(fā)海水，藉由鹽度變化使海水中的生物體因離子擴(kuò)散和滲透等生理調(diào)適不及而死亡，在一實(shí)施例，是蒸發(fā)海水使海水的鹽度為千分之36.4以上。在步驟123中，酸化海水，以形成酸性海水。藉由廢氣中所含有的二氧化碳溶于海水中，形成碳酸而使海水氫離子濃度值下降，進(jìn)而使海水中耐酸性差的生物體死亡，在一實(shí)施例，是酸化海水使海水的氫離子濃度為4.6以下。由于廢氣通入壓艙槽的海水，會(huì)同步造成海水的溫度、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(fā)生。
[0031]依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的壓艙水的處理方法，可更包含中和酸性海水的步驟，當(dāng)船舶抵達(dá)港灣欲將壓載艙的酸性海水排出時(shí)，可先行偵測當(dāng)?shù)睾Ｋ臍潆x子濃度值，再于酸性海水中添加適量的堿性物質(zhì)如碳酸鈉，使酸性海水的氫離子濃度值增加至與當(dāng)?shù)睾Ｋ臍潆x子濃度值約略相同，以避免因氫離子濃度值過小而危害當(dāng)?shù)睾Ｓ蛏鷳B(tài)。
[0032]請參照圖2，其為依照本發(fā)明一實(shí)施方式的壓艙水的處理裝置的示意圖。圖2中，壓艙水的處理裝置是設(shè)置于以石化燃料作為動(dòng)力源的船舶(圖未揭示)，其包含海水抽取機(jī)構(gòu)200、壓載艙300、氣體供給機(jī)構(gòu)400、控制機(jī)構(gòu)500、堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)600、以及海水排出機(jī)構(gòu)700。
[0033] 海水抽取機(jī)構(gòu)200包含海水抽取管路210與泵220，其用以抽取海水900，使船舶具有足夠的吃水深度，可于海水抽取管路210設(shè)置篩網(wǎng)或過濾裝置(圖未揭示)，以初步阻絕大型生物體進(jìn)入壓載艙300，以縮短后續(xù)處理時(shí)間，泵220可以是壓艙泵。壓載艙300與海水抽取機(jī)構(gòu)200連接，用以容置海水900。氣體供給機(jī)構(gòu)400與壓載艙300連接，包含調(diào)節(jié)單元410與多個(gè)噴嘴420，氣體供給機(jī)構(gòu)400可提供廢氣430，廢氣430是燃燒石化燃料所生成，藉由調(diào)節(jié)單元410可調(diào)整通入壓載艙300的廢氣430的流量、溫度、壓力等性質(zhì)，藉由將噴嘴420設(shè)置于鄰近壓載艙300的底部，有助于廢氣430與海水900充分接觸，進(jìn)而達(dá)到良好的熱交換效率以及提高廢氣430的二氧化碳于海水900的溶解量?？刂茩C(jī)構(gòu)500分別與壓載艙300、氣體供給機(jī)構(gòu)400以及堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)600連接，控制機(jī)構(gòu)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，藉由這些感測單元連接并感測海水900的溫度、鹽度及氫離子濃度值，控制機(jī)構(gòu)500可依據(jù)前述感測單元的感測結(jié)果，通過控制氣體供給機(jī)構(gòu)400，而使控制氣體供給機(jī)構(gòu)400的調(diào)節(jié)單元410調(diào)整通入海水900的廢氣430流量與性質(zhì)，使海水900的溫度鹽度及氫離子濃度值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，以有效消滅海水900的生物體。當(dāng)船舶抵達(dá)港灣欲將壓載艙300的海水900排出時(shí)，可先行偵測當(dāng)?shù)睾Ｋ臍潆x子濃度值，再通過控制機(jī)構(gòu)500控制堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)600所提供的堿性物質(zhì)的添加量，使海水900的氫離子濃度值與當(dāng)?shù)睾Ｋ臍潆x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(dāng)?shù)睾Ｓ蛏鷳B(tài)，待調(diào)整好海水900的氫離子濃度值，再通過海水排出機(jī)構(gòu)700將海水900排放至當(dāng)?shù)馗蹫场?br> [0034]<燃燒柴油所產(chǎn)生的廢氣的基本性質(zhì)>
[0035]關(guān)于柴油引擎船舶所排放的廢氣，已有諸多文獻(xiàn)進(jìn)行探討，例如，曾有文獻(xiàn)(Jana Moldanovaj Erik Fridellj Olga Popovichevaj Benjamin Demirdjianj VictoriaTishkovaj Alessandro Faccinettoj Cristian Focsaj Characterisat1n of particulatematter and gaseous emiss1ns from a large ship diesel engine, Atmospheric Environment,Volume43, Issuel6，May2009, Pages2632_2641，ISSN1352-2310，10.1016/j.atmosenv.2009.02.008.)針對長292米、寬32米、總高度52米、造于1985年的船舶進(jìn)行廢氣研究，此船舶釆用柴油引擎(型號(hào)為Kincaid B&W6L90GBE)，當(dāng)其以重餾分油(Heave-Fract1n Oil)為燃料，其海面上的的燃料消耗速率為3.2m3/h~3.4m3/h，由柴油引擎所排出的廢氣溫度為330°C (此溫度是廢氣排出柴油引擎后隨即測量所得)、于煙囪頂所量測的廢氣溫度為263°C~266°C。廢氣主要成分為氧氣與二氧化碳，氧氣與二氧化碳的質(zhì)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?xì)浠衔铩⒍趸?、三氧化硫等，若將氧氣與二氧化碳的質(zhì)量視為100，則其他成份的質(zhì)量總和約為1.25。
[0036]由前述文獻(xiàn)結(jié)果可知，廢氣本身溫度甚高，其挾帶大量熱能，將其通入壓載艙的海水中,可加熱海水,使海水的溫度上升，同時(shí)可加速海水的蒸發(fā),而使海水的鹽度提高,且廢氣中富含二氧化碳，二氧化碳溶于海水中會(huì)形成碳酸，而使海水的氫離子濃度值下降成為酸性。此外，廢氣的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，并不會(huì)因廢氣含有大量有毒物質(zhì)而污染海水。因此，以通入燃燒石化燃料所生成的廢氣于壓載艙的海水中，是有效且安全的方法。依據(jù)國際海事機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，壓艙水的處理方法及裝置必須不會(huì)對環(huán)境造成更大的沖擊、可與船舶的結(jié)構(gòu)相容以及成本低廉，本發(fā)明的壓艙水的處理方法及裝置可符合前述的標(biāo)準(zhǔn)。
[0037]<溫度、鹽度及氫離子濃度值對海水中的生物體的影響>
[0038] 溫度改變會(huì)使海水中的生物體的代謝率改變、蛋白質(zhì)變性以及其所產(chǎn)生的酶失去活性而死亡，一般而言，溫度上升到42°C，蛋白質(zhì)會(huì)開始產(chǎn)生變性，例如，有孔蟲(學(xué)名:Globigerinoides sacculifer),其在15°C~16°C可存活9.2天，但當(dāng)溫度上升至32°C~33°C僅可存活2天，又例如，有孔蟲(學(xué)名:Orbulinauniversa),其在25.8°C可存活10.3天，但當(dāng)溫度上升至321:~331:僅可存活1.4天。此外，以60°C~70° C持續(xù)加熱30分鐘，可消滅大多數(shù)細(xì)菌。因此，于航行時(shí)將燃燒石化燃料所生成的廢氣通入壓載艙的海水中，使海水的溫度持續(xù)維持在42°C以上，以消滅水中的生物體。由于消滅水中的生物體所需的溫度與加熱時(shí)間有關(guān)，因此，使用者可視實(shí)際情形彈性調(diào)整壓載艙的海水溫度，例如，當(dāng)航程較長，可采用較低的溫度，當(dāng)航程較短，則采用較高的溫度。
[0039]在加熱壓載艙的海水的過程中，溫度上升會(huì)加速海水蒸發(fā)，進(jìn)而使海水的鹽度提高，鹽度改變化會(huì)使海水中的生物體因離子擴(kuò)散和滲透等生理調(diào)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。
[0040]廢氣中富含二氧化碳，二氧化碳溶于水中會(huì)形成碳酸，海水的氫離子濃度值約為8~8.3之間，呈微堿性，氫離子濃度值下降對海中生物體會(huì)造成傷害，尤其是以碳酸鈣做為外骨胳的生物體，例如球石藻類(coccolithophorids,具碳酸鈣盤形構(gòu)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。
[0041]由上述本發(fā)明實(shí)施方式可知，本發(fā)明的壓艙水的處理方法具有下列優(yōu)點(diǎn):首先，將燃燒石化燃料所生成的廢氣通入壓載艙的海水中，可同時(shí)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的生物體；其次，使用者不需支付購買殺菌劑的成本，亦可避免因殺菌劑外泄而危害船員健康的風(fēng)險(xiǎn)；再者，燃燒石化燃料所生成的廢氣富含二氧化碳，二氧化碳為溫室氣體，被視為造成全球氣候暖化的主因，隨著全球?qū)κa(chǎn)品的倚賴，全球二氧化碳排放量高居不下，本發(fā)明回收此廢氣再利用，可在不需額外支付成本的情況下，有效減少二氧化碳的排放量，克服長存的環(huán)保難題。
[0042]雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓艙水的處理方法，該方法是應(yīng)用于以石化燃料作為動(dòng)力源的船舶，包含: 引入海水至壓載艙；以及 通入燃燒所述石化燃料所生成的廢氣于所述海水中，產(chǎn)生包含以下過程: 加熱所述海水； 蒸發(fā)所述海水；及 酸化所述海水，以形成酸性海水。
2.如權(quán)利要求1的壓艙水的處理方法，其中加熱所述海水，包含使所述海水的溫度為42°C以上。
3.如權(quán)利要求1的壓艙水的處理方法，其中加熱所述海水，包含使所述海水的溫度為60℃至 70℃ο
4.如權(quán)利要求1的壓艙水的處理方法，其中蒸發(fā)所述海水，包含使所述海水的鹽度為千分之36.4以上。
5.如權(quán)利要求1的壓艙水的處理方法，其中酸化所述海水，包含使所述海水的氫離子濃度值為4.6以下。
6.如權(quán)利要求1的壓艙水的處理方法,還包含中和所述酸性海水。
7.如權(quán)利要求6的壓艙水的處理方法，其中，中和所述酸性海水是于所述酸性海水中添加堿性物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7的壓艙水的處理方法，其中所述堿性物質(zhì)是碳酸鈉。
9.如權(quán)利要求1的壓艙水的處理方法，其中所述石化燃料為柴油。
10.如權(quán)利要求1的壓艙水的處理方法，其中所述廢氣包含二氧化碳。
11.一種壓艙水的處理裝置，設(shè)置于以石化燃料作為動(dòng)力源的船舶，所述裝置包含: 海水抽取機(jī)構(gòu)，用以抽取海水； 壓載艙，所述壓載艙與所述海水抽取機(jī)構(gòu)連接，用以容置所述海水； 氣體供給機(jī)構(gòu)，所述氣體供給機(jī)構(gòu)與所述壓載艙連接并提供所述海水廢氣，所述廢氣是燃燒所述石化燃料所生成；以及 控制機(jī)構(gòu)，所述控制機(jī)構(gòu)與所述壓載艙連接，包含: 溫度感測單元，連接并感測所述海水； 鹽度感測單元，連接并感測所述海水；以及 氫離子濃度值感測單元，連接并感測所述海水。
12.如權(quán)利要求11的壓艙水的處理裝置，還包含堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)，與所述壓載艙連接并提供所述海水堿性物質(zhì)。
13.如權(quán)利要求12的壓艙水的處理裝置，其中所述堿性物質(zhì)為碳酸鈉。
14.如權(quán)利要求12的壓艙水的處理裝置，其中所述控制機(jī)構(gòu)與所述堿質(zhì)供給機(jī)構(gòu)連接。
15.如權(quán)利要求11的壓艙水的處理裝置，其中所述控制機(jī)構(gòu)與所述氣體供給機(jī)構(gòu)連接。
16.如權(quán)利要求11的壓艙水的處理裝置，其中所述氣體供給機(jī)構(gòu)還包含調(diào)節(jié)單元。
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK104071858SQ201410109549
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】張俊仁 申請人:光鈺科技股份有限公司