[发明专利]一种超声波强化处理船舶压载水和难降解有机污染废水的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是环保领域，具体地说是废水的处理装置及方法。

背景技术

随船舶压载水造成的海洋物种对海洋环境的侵害，已被全球环境基金组织确认为危害海洋的四大威胁之一。据统计，现在全世界每年转运大约100亿t压载水中已被确认约有500种生物物种。通过压载水转移的生物种类较多，例如浮游植物、浮游动物、细菌和病原体等低等生物和一些鱼类。例如每升压载水最高可含11万个单细胞藻类，平均每个压载舱中存活的腰鞭毛虫抱子数目多达3亿个。船舶压载水具有较强的流动性，是物种空间转移的主要途径。这些生物一旦入侵新的适宜生存区域，就能不可控制地进行疯狂繁殖，掠夺本地生物作为食物，使得有害寄生虫和病原体大面积迅猛传播，严重破坏当地的海洋生态平衡，对当地生态环境、经济及人类的健康产生威胁，并且这些威胁是长期的。国际海事组织(IMO)于2004年2月13日在伦敦通过了《国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约》。该公约已于2004年6月1日开放供各国正式批准接受。根据公约第2条“一般责任”的规定，各当事国应保证全面充分地实施本公约及其附则的规定以通过控制和管理船舶压载水和沉积物来防止、减少和最终消除有害水生物和病原体的传播。按照公约的要求，如果在2009年1月1日以后建成的新船，必须安装专门的处理设备；从2012年起所有的新船均应装设压载水处理系统，而全部现有船舶则应在2016年底之前配备此项技术装置。因此，找到适合处理压载水污染的技术已成为刻不容缓的问题。

目前国内外研究较多的处理船舶压载水的方法主要有机械法，物理法和化学方法。这些方法在研究过程中发现存在着能耗较大，效率较低和成本较高等缺点，因此对于船舶压载水的污染治理还有待于进一步深入。

超声波技术是频率大于16kHz的弹性波，是一种环境友好技术，具有反应条件温和、反应速度快、适用范围广，操作和控制容易，便于引进自动化操作手段，在处理中不引入其他的化学物质，不引起二次污染。可以单独或与其他水处理技术联合使用，是一种很有发展潜力和应用前景的技术。在水溶液中，发生空化时产生的主要影响有：热分解，自由基反应及化学转化，超临界水氧化。这就为在一般化学反应条件下难以实现或不可能实现的那些反应提供了一种新的非常特殊的物化环境。尽管单独使用超声波可简单、方便地降解水体中一系列污染物，但该技术仍存在降解效率低、反应时间长、能耗高等问题，与其他技术联用会大大提高其反应效率。

等离子体是具有化学反应性的，不同于固、液、气3种物质存在状态的第4种物质存在状态。一般认为等离子体是由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等粒子组成的。利用高压脉冲电源在水中或空气中放电可得到低温等离子体，同时伴随有等离子通道内的高温热解、等离子通道表面的紫外光解以及由于通道临近处产生的气泡而引起的液电空化效应和超临界水氧化等物理效应。在高压脉冲放电反应器中加入固体催化剂能够大大促进反应效率。

为了进一步提高反应效率，增强对于船舶压载水处理效果，使得其能够达标排放，减小对海洋环境的危害，本发明中采用的超声波强化技术，具体是采用超声波强化等离子体技术，并强化催化剂的作用，大大提高处理效果。

申请号201110183875.6的专利提供了一种等离子体和超声波集成污水处理装置[1]，利用鼓风机将高频高压脉冲电晕放电产生的等离子体喷注至超声波单元继续进行污水的处理。这个引入过程无疑会损耗掉部分放电产生的活性物种，例如羟基自由基和臭氧等等。申请号CN200810156932.X的专利公开了一种超声波协同强电离放电生成羟基自由基的装置及方法[2]，在该专利中超声波的作用是提供雾化作用，将液态水经超声波雾化器雾化，雾气和氧气一起进入气体混合气进行混合，然后再进入放电等离子体反应器，没有强化等离子体放电过程的作用。

对比文献：

[1]毛丙纯，王国防，许能贵等.等离子体和超声波集成污水处理装置.CN201110183875.6

[2]储金宇，吴春笃，赵如金等.一种超声波协同强电离放电生成羟基自由基的装置及方法.CN200810156932.X

发明内容

本发明的目的在于提供不需要外加剂、减少二次污染的一种超声波强化处理船舶压载水和难降解有机污染废水的装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：