一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統技術方案

本發明專利技術公布了一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，屬于環境技術領域。該一體化處理系統包括電化學海水改性反應器、壓載水處理反應器和尾氣凈化洗滌塔，其特征在于尾氣凈化洗滌塔包括微納米氣泡發生裝置、氧化洗滌塔和堿性吸收洗滌塔。基本原理是電化學海水改性反應器對海水進行電解，形成兩股不同性質的液流，分別為強氧化性液流和堿性液流。強氧化性液流可用于滅活壓載水中的微生物和氧化船舶尾氣；堿性液流可用于中和吸收氧化后的船舶尾氣。此外，電化學改性海水反應器產生的H

Integrated treatment system for ship tail gas and ballast water

The invention discloses an integral treatment system for ship tail gas and ballast water, belonging to the field of environmental technology. The integrated processing system including electrochemical reactor, modified seawater ballast water treatment reactor and exhaust washing tower, which is characterized in that the exhaust washing tower includes micro bubble generation device, oxidation and alkaline washing tower absorption washing tower. The basic principle is that the seawater is modified by an electrochemical seawater reactor to form two fluid streams of different properties, namely, strong oxidizing liquid and alkaline liquid. Strong oxidizing liquid can be used to inactivate microorganisms in ballast water and oxidation of ship exhaust; alkaline liquid flow can be used to neutralize, absorb and oxidize ship exhaust gas. In addition, an electrochemical modified seawater reactor was employed to produce H

【技術實現步驟摘要】
一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統
本專利技術涉及一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，屬于環境

技術介紹
全球超過80%的國際貿易是通過海洋運輸來實現，根據國際海事組織（InternationalMaritimeOrganization，IMO）截止到2010年12月數據，全球正在運行的100總噸以上船舶大約有104304艘。隨著運輸船舶數量的不斷增加，船舶排放的污染物對大氣和水體造成的污染和危害也日趨嚴重。目前，為了節約成本船用柴油機一般使用低品質（高硫含量）重油，因此釋放出大量的污染物，主要有氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）、碳氧化物（COX）和細顆粒物（PM2.5）等大氣污染物。英國《衛報》報道，船舶NOX排放約占世界NOX總排放的18%-30%，SOX排放約占世界SOX總排放的9%。這些污染物對環境具有嚴重危害性：如SOx，它是產生酸雨的主要原因之一。NOx是NO及NO2的總稱，其中NO2也是造成酸雨的原因之一；而NO與血液中的血紅素的結合能力比CO還強，容易使人們中毒而死亡。CO2則是溫室氣體之一，是全球暖化的主因。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。由于陸上工業脫硫脫硝設備及技術相對成熟，船舶尾氣處理技術大多是借鑒工業煙氣脫硫脫硝技術展開研究的。但是，由于船舶條件所限，船舶尾氣脫硫脫硝設備必須滿足輕便、體積小、能耗低、不對海洋造成二次污染和經濟性好等要求。水體的污染主要是由于排放壓載水造成的。現代遠洋船舶一般通過灌注壓載水來保證航行的安全和穩定，壓載水的作用十分重要。但壓載水中含有大量的細菌、病毒、藻類、原生生物、軟體動物和魚類等，地理性隔離水體間的傳播可能會危害其周圍原有海洋生物或引入新的外來物種，從而使原有生態系統的食物鏈遭受破壞，進而引起嚴重的環境污染與生態安全。據統計，目前全世界年壓載水排放量約100億噸，平均每立方米壓載水中含浮游動、植物可達1億個以上。每天，全球有超過3000種生物存在于壓載水中，并且被確認可通過壓載水異域排放引起入侵傳播的生物物種達500余種。壓載水異域排放加劇了海洋生態系統的破壞和環境的惡化，被全球環境基金組織和國際海事組織認定為當前海洋環境所面臨的四大威脅之一。目前，船舶壓載水主要處理方法可分為機械法、物理法和化學法。當今，針對船舶尾氣污染控制和壓載水處理的研發都是獨立進行的。如果簡單地將相關的船舶尾氣控制與壓載水處理設備和技術獨立地安裝到船舶上，將對船舶有限的空間、載荷與發電機功率造成浪費。因此，研發一種有效降低船舶尾氣污染物排放和防止船舶壓載水傳播有害水生物和病原體的船舶污染控制技術，對臨港大氣環境、海洋生態系統、社會經濟發展以及人類健康都具有重要的現實意義。
技術實現思路
此本專利技術旨在解決上述問題，提供了一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，該處理系統不僅能同時高效處理船舶尾氣與壓載水問題，且處理系統體積小，十分適合于船舶應用。此外，通過使用氫燃料電池，可以有效回收H2，不僅避免了其帶來的安全隱患，同時為能源有限的船舶提供了新的供能方式。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是，一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，包括電化學海水改性反應器、壓載水處理反應器和尾氣凈化洗滌塔。其特征在于，包括以下內容：1）電化學海水改性反應器是隔膜電解反應裝置，包括隔膜、陰極腔和陽極腔。進一步地，所述的電化學海水改性反應器由單個或多個隔膜電解反應裝置串聯或并聯而成。2）壓載水處理模塊包括過濾器、氧化滅活組件和后續排放還原組件三部分。進一步地，所述的過濾器可以是一級或多級過濾處理的串聯，用于去除海水中砂石顆粒和較大的微生物。所述的氧化滅活組件用于混合壓載水和強氧化性液流，殺死壓載水中的微生物。所述的后續排放還原組件用于把多余的氧化液流還原，避免排放的壓載水對海洋環境造成二次污染。3）尾氣凈化塔包括微納米氣泡發生裝置、氧化洗滌塔和堿性吸收洗滌塔。進一步地，所述的電化學海水改性反應器的陽極腔、微納米氣泡發生裝置和氧化洗滌塔依次連接，所述的電化學海水改性反應器的陰極腔和堿性吸收洗滌塔依次連接。進一步地，所述的微納米氣泡發生裝置還與尾氣相連，使部分尾氣通入，并與強氧化性液流高度相溶混合，形成均勻的微納米氣泡，氣泡平均粒徑在500納米（nm）~5微米（μm）之間。進一步地，所述的氧化洗滌塔、堿性吸收洗滌塔內都安裝有霧化噴嘴和固體填料，用于增大氣液接觸面積。進一步地，所述船舶尾氣與壓載水一體化處理系統還包括氫燃料電池反應器，電化學海水改性反應器所產生的H2，將送到氫燃料電池反應器作為原料使用。所述船舶尾氣與壓載水一體化處理系統的工作流程包括：1）將天然海水用水泵泵入船舶壓載水處理反應器的過濾器部分，去除海水中砂石顆粒和較大微生物；2）將過濾后的天然海水用水泵泵入電化學海水改性反應器，通過膜分離與電化學技術對海水進行處理，形成兩股不同性質的液流，分別為強氧化性液流和堿性液流。具體原理如下：海水改性處理時，陽極表面生成Cl2，進一步，Cl2在陽極腔內溶解生成氧化性的HClO，陰極表面生成OH￣。由于陽離子交換膜的阻隔分離，只有Na+可以自由通過，陰離子無法透過。因此，改性后陽極腔生成酸性強氧化性液流，主要成分為HClO，陰極腔生成堿性液流，主要成分為NaOH。①陽極腔主要反應過程：2Cl￣(aq)-2e￣→Cl2(g)Cl2(g)?Cl2(aq)Cl2(aq)+H2O(l)?HClO(aq)+HCl(aq)②陰極腔主要反應過程：2H2O(l)+2e￣→2OH￣(aq)+H2(g)3）將上述一部分強氧化性液流用水泵泵入船舶壓載水處理模塊的氧化滅活組件，用于滅活壓載水的微生物；另一部分強氧化性液流用水泵泵入尾氣凈化塔的微納米氣泡發生裝置中，用于形成微納米氣泡溶液，然后送入氧化洗滌塔氧化尾氣。將上述一部分堿性液流用水泵泵入尾氣凈化塔的堿性吸收洗滌塔，吸收氧化后的尾氣；另一部分堿性液流用水泵泵入氫燃料電池反應器，作為電解液使用。4）通過除塵器將船舶尾氣經進行除塵處理，經除塵的尾氣分為兩部分，一部分通過管線進入氧化洗滌塔，隨氣流逐步上升；另一部分通過管線進入微納米氣泡發生裝置，與強氧化性液流相溶混合，形成均勻的微納米氣泡溶液，再通過管線送入氧化洗滌塔經霧化生成氧化性氣霧，與氧化洗滌塔內上升的尾氣逆向接觸反應，生成初次凈化尾氣。初次凈化尾氣由氧化洗滌塔頂排出經氣體管道進入堿性吸收洗滌塔并隨氣流逐漸上升，與堿性吸收洗滌塔中經霧化生成的堿性氣霧逆向接觸反應，將煙氣中的NO2、CO2、SO2和SO32￣進一步脫除，生成二次凈化尾氣，二次凈化尾氣經堿式吸收塔頂部排出，直接排放進入大氣；該步驟主要發生如下化學反應：①NO氧化吸收主要過程：HClO(aq)+NO(g)→NO2(g)+HCl(aq)2NO2(g)+2OH￣(aq)→NO2￣(aq)+NO3￣(aq)+H2O(l)②SO2氧化吸收主要過程：SO2(g)+H2O(l)→HSO3￣(aq)+H+(aq)HSO3￣(aq)→SO32￣(aq)+H+(aq)HClO(aq)+SO32￣(aq)→SO42￣(aq)+HCl(aq)S本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，其特征在于：該系統包括電化學海水改性反應器、壓載水處理反應器和尾氣凈化洗滌塔；其特征在于尾氣凈化洗滌塔包括微納米氣泡發生裝置、氧化洗滌塔和堿性吸收洗滌塔。

【技術特征摘要】
1.一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，其特征在于：該系統包括電化學海水改性反應器、壓載水處理反應器和尾氣凈化洗滌塔；其特征在于尾氣凈化洗滌塔包括微納米氣泡發生裝置、氧化洗滌塔和堿性吸收洗滌塔。2.如權利要求1所述的一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，其特征在于所述壓載水處理反應器包括過濾器、氧化滅活組件和后續排放還原組件，所述過濾器是一級或多級過濾處理的串聯，用于去除海水中砂石顆粒和較大的微生物；氧化滅活組件用于混合壓載水和強氧化性液流，殺死壓載水中的微生物；后續排放還原組件用于把多余的氧化液流還原，避免排放的壓載水對海洋環境造成二次污染。3.如權利要求1所述的一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，其特征在于：電化學海水改性反應器是隔膜電解反應裝置，包括隔膜、陰極腔和陽極腔。4.如權利要求3所述的一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，其特征在于：所述隔膜為陽離子交換膜，能將處理后的海水分成兩股不同性質的液流，分別為強氧化性液流和堿性液流；其中強氧化性液流可用于滅活壓載水中的微生物和氧化船舶尾氣；而堿性液流可以用于中和吸收氧化后的尾氣。5.如權利要求3所述的一種船舶尾氣與壓載水一體化處理系統，其特征在于：所述的電化學...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭煜銘，鐘鷺斌，張歡，
申請(專利權)人：中國科學院城市環境研究所，
類型：發明
國別省市：福建,35