專利名稱：基于硫酸自由基的高級氧化技術(shù)處理船舶壓載水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高級氧化技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，是基于硫酸自由基的高級氧化技術(shù)處理船舶壓載水的方法。
背景技術(shù)：
外來有害生物的入侵性傳播是海洋環(huán)境面臨的四大威脅之一，船舶壓載水是其最主要的禍源。全球貿(mào)易中約90％的貨物經(jīng)由船舶運(yùn)輸，每年約有120億噸壓載水通過約9萬艘遠(yuǎn)洋船舶在世界范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，每天有3千多種海洋生物隨遠(yuǎn)洋壓載水周游世界，全球已確認(rèn)的由船舶壓載水傳播的生物物種約500種。我國海洋環(huán)境所受到的壓載水外來生物入侵危害相當(dāng)嚴(yán)重，近海和沿海已成為全球赤潮多發(fā)區(qū)。國際海事組織在2009年開始強(qiáng)制執(zhí)行《國際船舶壓載水及其沉積物控制和管理公約》，各當(dāng)事國承諾保證為船舶沉積物提供充分的接收設(shè)施，致力于促進(jìn)并推動壓載水管理的科學(xué)和技術(shù)研究及在其管轄水域內(nèi)監(jiān)測壓載水管理的效果。如何快速和安全有效地治理船舶壓載水中的外來物種是國際海運(yùn)業(yè)與港口履約國急需得到支持的關(guān)鍵技術(shù)。
目前處理船舶壓載水的技術(shù)主要包括物理方法和化學(xué)方法。物理方法包括使用機(jī)械壓力、紫外線照射、加熱等方法。機(jī)械壓力方法使用特殊的動力設(shè)備產(chǎn)生巨大壓力，使壓載水局部產(chǎn)生巨大壓強(qiáng)的方法殺死有害生物的方法。這種方法需要特殊的機(jī)械設(shè)備，并且耗能巨大。紫外線照射是通過產(chǎn)生高能光子改變生物DNA的結(jié)構(gòu)殺死生物的方法，但是需要壓載水保持一定的透明度，才能有效傳遞能量。加熱的方法比較有效，但是存在處理時(shí)間長，耗能高，和產(chǎn)生熱應(yīng)力影響航行安全的問題。化學(xué)方法包括氯化法，羥基自由基等方法。氯化法是使用氯氣和次氯化鈉對壓載水消毒的方法，該方法會腐蝕輪船設(shè)備，并可以和壓載水中的有機(jī)物生成毒性更大的氯化有機(jī)污染物。產(chǎn)生羥基自由基的方法需要一些特殊的設(shè)備，并且存在投資大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供基于硫酸自由基的高級氧化技術(shù)處理船舶壓載水的方法，利用這種方法不僅治理船舶壓載水生物入侵，還可以處理船舶壓載水中的有機(jī)污染物。
本發(fā)明的技術(shù)原理是硫酸自由基的產(chǎn)生方法主要有過硫酸鹽(S2O82-)和單過氧硫酸氫鹽(HSO5-)的熱解(70~100℃)、紫外光分解(200-365nm)、γ射線輻射分解和金屬離子Mn+(Co2+、Cu2+、Fe2+、Ag+)催化等，具體的反應(yīng)式如1~6所示
由上述反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸自由基具有很高的氧化活性，可以和壓載水中的生物反應(yīng)，破壞生物的細(xì)胞膜脂層、蛋白質(zhì)、碳水化合物以及DNA等物質(zhì)，從而殺死生物。
本發(fā)明是通過以下方法實(shí)現(xiàn)的基于硫酸自由基的高級氧化技術(shù)處理船舶壓載水的方法。，該方法是將具有高氧化活性的硫酸自由基和壓載水中的生物發(fā)生反應(yīng)，從而殺死生物，同時(shí)還能處理水中有機(jī)污染物，其步驟為海水經(jīng)過隔柵過濾裝置過濾掉大顆粒雜物，進(jìn)入船舶壓載艙，把過硫酸鹽，0.01摩爾/噸壓載水，或單過氧硫酸氫鹽，0.02摩爾/噸壓載水，投入到壓載水中，然后通過下面四種的任意一種方式產(chǎn)生硫酸自由基(1)通過加熱的方法使壓載水溫度達(dá)到70~100℃內(nèi)，過硫酸鹽或單過氧硫酸氫鹽熱解生成硫酸自由基；(2)用能夠產(chǎn)生200-365nm波長的紫外燈照射壓載水，過硫酸鹽或單過氧硫酸氫鹽光潔生成硫酸自由基；(3)使用鈷60放射源產(chǎn)生γ射線輻射壓載水，過硫酸鹽或單過氧硫酸氫鹽輻射裂解生成硫酸自由基；(4)在壓載水中添加金屬離子催化方式產(chǎn)生硫酸自由基；由上述方式產(chǎn)生的具有高氧化活性的硫酸自由基和壓載水中的生物反應(yīng)，破壞生物的細(xì)胞膜脂層、蛋白質(zhì)、碳水化合物以及DNA，從而殺死生物，經(jīng)過滅活的壓載水可以直接排放。所述的金屬離子為Co2+、Cu2+、Fe2+或Ag+其中任何一種。
實(shí)施效果可用藻類脫除率和細(xì)菌滅活率來衡量。藻類和細(xì)菌濃度可用藻類計(jì)數(shù)法，紫外可見分光光度計(jì)和細(xì)菌培養(yǎng)法測定。
本發(fā)明的有益效果是(1)低濃度(0.02mM/L)殺死原生動物、藻類、細(xì)菌、孢子等，殺死生物效果好，反應(yīng)速度快，殺菌時(shí)間小于3秒；(2)添加環(huán)境友好的試劑，不會二次污染環(huán)境；(3)處理效率高，適合處理大流量壓載水(大于1000噸/小時(shí))；(4)不需要額外特殊的設(shè)備，耗能小，運(yùn)行費(fèi)用低；(5)在殺死生物的同時(shí)還能降解有機(jī)污染物質(zhì)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的壓載水處理工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1壓載水經(jīng)過初級過濾以后，其中藻類濃度1.2×105/mL、細(xì)菌濃度2.2×105/mL，在壓載水中添加過硫酸鹽，通過紫外光照射的方法，產(chǎn)生硫酸自由基。當(dāng)硫酸自由基濃度達(dá)到0.02mM/L時(shí)，經(jīng)過5秒鐘時(shí)間以后，使用藻類計(jì)數(shù)法和紫外可見分光光度計(jì)方法監(jiān)測藻類和細(xì)菌的數(shù)量，結(jié)果顯示藻類和細(xì)菌都沒有檢出，殺死效果達(dá)到100％。
實(shí)施例2壓載水經(jīng)過初級過濾以后，其中含有原生動物、藻類、細(xì)菌、孢子等，在壓載水中添加單過氧硫酸氫鹽和金屬離子，金屬離子催化單過氧硫酸氫鹽產(chǎn)生硫酸自由基濃度為0.02mM/L時(shí)，經(jīng)過5秒鐘時(shí)間以后，檢測原生動物、藻類以及細(xì)菌，結(jié)果顯示沒有檢測出原生動物、藻類和細(xì)菌。使用細(xì)菌培養(yǎng)法培養(yǎng)處理后的壓載水，經(jīng)過3天的培養(yǎng)后，仍沒有檢測出，說明孢子都被殺死?？傮w效果是殺死率達(dá)到100％。
權(quán)利要求
1.基于硫酸自由基的高級氧化技術(shù)處理船舶壓載水的方法，其特征在于，該方法是將具有高氧化活性的硫酸自由基和壓載水中的生物發(fā)生反應(yīng)，從而殺死生物，同時(shí)還能處理水中有機(jī)污染物，步驟為海水經(jīng)過隔柵過濾裝置過濾掉大顆粒雜物，進(jìn)入船舶壓載艙，把過硫酸鹽，0.01摩爾/噸壓載水，或單過氧硫酸氫鹽，0.02摩爾/噸壓載水，投入到壓載水中，然后通過下面四種的任意一種方式產(chǎn)生硫酸自由基(1)通過加熱的方法使壓載水溫度達(dá)到70~100℃內(nèi)，過硫酸鹽或單過氧硫酸氫鹽熱解生成硫酸自由基；(2)用能夠產(chǎn)生200-365nm波長的紫外燈照射壓載水，過硫酸鹽或單過氧硫酸氫鹽光潔生成硫酸自由基；(3)使用鈷60放射源產(chǎn)生γ射線輻射壓載水，過硫酸鹽或單過氧硫酸氫鹽輻射裂解生成硫酸自由基；(4)在壓載水中添加金屬離子催化方式產(chǎn)生硫酸自由基；上述方式產(chǎn)生的具有高氧化活性的硫酸自由基和壓載水中的生物反應(yīng)，破壞生物的細(xì)胞膜脂層、蛋白質(zhì)、碳水化合物以及DNA，從而殺死生物，經(jīng)過滅活的壓載水可以直接排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硫酸自由基的高級氧化技術(shù)處理船舶壓載水的方法，其特征在于，所述的金屬離子為Co2+、Cu2+、Fe2+或Ag+其中任何一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及高級氧化技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及到一種使用硫酸自由基的高級氧化技術(shù)殺死船舶壓載水中生物的方法。該方法是在壓載水經(jīng)過隔柵過濾裝置過濾大顆粒雜物，把過硫酸鹽或單過氧硫酸氫鹽投入到壓載水中，經(jīng)過熱解、紫外光分解、γ射線輻射分解或金屬離子催化等方式產(chǎn)生硫酸自由基，具有高氧化活性的硫酸自由基能夠和壓載水中的生物發(fā)生反應(yīng)，破壞生物的細(xì)胞膜脂層、蛋白質(zhì)、碳水化合物以及DNA等物質(zhì)，從而殺死生物。本發(fā)明的有益效果是殺死生物效果好，反應(yīng)速度快，殺菌時(shí)間小于3秒；不會二次污染環(huán)境；處理效率高，不需要額外特殊的設(shè)備，耗能小，運(yùn)行費(fèi)用低；在殺死生物的同時(shí)還能降解有機(jī)污染物質(zhì)。
文檔編號C02F1/50GK101045573SQ20071001065
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者劉瑀, 王德高, 宋成文, 李穎, 馬龍 申請人:大連海事大學(xué)