臭氧噴射方法和系統的制作方法

臭氧噴射方法和系統的制作方法
【專利摘要】一種臭氧處理方法和一種水處理系統。方法包括：使水的一部分從管道中的水流中轉向進入旁通管；將含臭氧的氣體噴射入該部分的水中以便提供經臭氧處理的部分；使經臭氧處理的部分與管道中的水流重新匯合；和調節轉向的部分，以便根據管道中的流量和噴射的氣體中的臭氧比率來提供最小轉向部分的流量。
【專利說明】臭氧噴射方法和系統
[0001] 本申請是申請日為2005年12月15日、進入中國國家階段日為2006年9月27日、 國家申請號為200580009923. 2且發明名稱為"臭氧噴射方法和系統"的PCT發明專利申請 的分案申請。
[0002] 政府利益的聲明
[0003] 本發明是在商務部，國家海洋和大氣管理局授予的No.NA040AR合同下，由政府資 助做出的。政府具有本發明的一些權利。

【技術領域】
[0004] 本發明涉及壓艙水臭氧注射方法和系統。更特別的是，本發明涉及一種注射臭氧 的系統，其用于在向海上運輸容器或船只的壓載艙加裝或排放壓艙水時，對壓艙水進行處 理。

【背景技術】
[0005] 壓艙水用于海上船只以補償貨物重量的不足，以便在船只的貨艙是空載或部分空 載時維持穩定性。例如在典型的運輸操作中，海洋船只停靠在第一港口的碼頭以便裝載貨 物，隨后該船只航行至第二港口并在那里進行卸貨。船只隨后返回到第一港口并在那里裝 載其它貨物。通常，船只以空載形式從第二港口返回至第一港口以便裝運其它貨物。船只 配備有壓載艙，其可充滿水以便在船只進行空載航行時維持船只的吃水平穩，并且該壓載 艙在裝載貨物時可被排空。
[0006] 壓艙水含有壓載艙填充位置處固有的物種。這些物種與水一起裝入壓載艙內。隨 后，船只將壓艙水運輸至貨物裝載港口，在那里，將物種與壓艙水一起排放到水環境中。對 于排放水環境所而言，所排放的物種可能不是當地土生土長的物種并且可能會對該水環境 有害。非當地的物種可能對環境造成損害并取代海底生物，并消滅為上層水中的所希望的 本土物種提供食物和幼蟲的浮游生物群。
[0007] 在1996年，美國國會通過了國家水生入侵物種法案（P.L. 104-332) ( "NAIS")，以 遏制非本土生物通過壓艙水的排放而傳播。該法案重新批準了五大湖區壓艙水管理計劃和 闡述了具有壓載艙的船只的適應范圍。該法案要求運輸部研究用以防止生物傳播以及通過 商船的壓艙水進入美國水體的國家方針。NAIS，壓艙水管理法案以及懸而未決或即將成為 法律的法規管理規定了咸或淡壓艙水在它們排放之前的處理，并且要求將所有的壓艙水排 放至被處理的美國領海以內（即，離海岸200海里以內或五大湖區中），以便殺死或消除所 有的水生公害生物（即，細菌，病毒，幼蟲，浮游植物和浮游動物）。
[0008] 裝入壓載艙內以穩定海上運輸船只的水是物理、化學和生物成分復雜的合成物。 另外，水的成分會隨港口的不同而顯著變化，特別是生物成分。海水的復雜性和變化性會使 消毒處理不可預知。由于生命體的抗藥性的或預想不到的化學成分，用于處理水的各種已 知方法和系統在處理壓艙水時可能無法工作，或者，所建議的處理本身可使被排放的局部 生態系統退化。
[0009] 已經發現，對于處理排放到指定水環境的壓艙水，臭氧化是一種安全而有效的消 毒方法和系統。美國專利No. 6, 125, 778 (Rodden)首先提出了對壓艙水的臭氧化處理，其包 括向壓載水艙中噴灑臭氧。
[0010] 但是，直接向艙內噴灑可使臭氧消毒昂貴，并且由于不能到達壓載艙內的所有空 間，因此，效率較低。美國專利No. 6, 869, 540 (Robinson)提出了一種裝卸壓艙水的在線處 理。Robinson方法可包括在將水填充入壓載艙之前將臭氧注入用于裝入海上運輸船只內的 水管中；將注入臭氧的水填充至壓載艙的水內；并且，調節將臭氧注入水中的速率并且調 節水裝入船只內的水的速率，以便在水中提供目標物種生物滅殺量。
[0011] Robinson的臭氧處理通過一種相繼組合的兩機理效應一臭氧處理和溴處理來實 現消毒。臭氧通過氧化作用直接殺死物種。此外，臭氧和天然存在的海水溴化物之間的反 應通過形成次溴離子和次溴酸來實現溴化消毒。已經發現，臭氧處理和溴化消毒過程的效 應是疊加效應，即是一種超出了單獨消毒過程的改進式聯合效應。
[0012] 雖然與艙內處理相比，在泵入或排放海水期間對海水進行的在線臭氧處理更為有 效和經濟，但在某些情況下，在直接臭氧處理上會存在一些嚴重的成本限制。例如，載重噸 位（DWT)為100, 000至150, 000的船只上的壓艙水吸入/排放管的直徑為18"。用于對這 種尺寸的管線進行直接注入的設備的成本較為昂貴。
[0013] 因此，對于吸入/排放壓艙水的直接臭氧處理，需要簡單和節約成本的系統和方 法。


【發明內容】

[0014] 因此，本發明的第一方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：為注入海上運輸船只壓 載艙內的水確定物種的目標生物滅殺；在將水注入壓載艙之前調節水的轉向部分；調整水 的轉向部分的調節和將臭氧注入該部分內的注入速率，以便獲得目標生物滅殺；將臭氧以 確定的速率注入經調節的轉向部分內，以便在使該部分水與用于注入壓載艙內的水重新混 合時實現目標生物滅殺。
[0015] 本發明的第二方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：使注入海上運輸船只的壓載 艙內的一部分水轉向；確定臭氧產量Q，足以將臭氧注入該部分水中，以便在該部分水與用 于注入壓載艙內的水重新匯合時獲得目標臭氧濃度；通過具有確定臭氧產量的發生器，將 臭氧注入該部分水中；使該部分水與注入壓載艙內的水重新匯合。
[0016] 本發明的第三方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：為注入海上運輸船只的壓載 艙內的水確定物種的目標生物滅殺；在將水填充至壓載艙內之前，使一部分水轉向；確定 臭氧產量，足以將臭氧注入該部分水內，以便在使該部分水與注入壓載艙內的水重新匯合 時獲得目標臭氧濃度；調節所述轉向部分并且調節通過具有確定臭氧產量的發生器將臭氧 注入該部分水內的速率，以便在使該部分水與注入壓載艙的水重新匯合時，能夠獲得目標 生物滅殺；使所述部分的水與注入壓載艙內的水重新匯合。
[0017] 本發明的第四方面涉及一種壓艙水處理系統，其包括：海上運輸船只，其包括至少 一個壓載艙和至少一根向壓載艙的入口/出口或從壓載艙的入口/出口輸送水的管道；用 于使一部分水從管道轉向的調節器；噴射器，其用于將臭氧以一定速率噴入所述部分的水 內；控制器，其可操作地與調節器和噴射器相連，以調節水的轉向部分和臭氧噴入該部分內 的速率，以便在該部分與水重新匯合時實現所述目標生物滅殺。
[0018] 本發明的第五方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：為從海上運輸船只排放至海 水的壓艙水確定物種的目標生物滅殺；在排放之前調節壓艙水的轉向部分；調整水的轉向 部分的調節和將臭氧注入該部分內的速率，以便獲得目標生物滅殺；以確定的速率將臭氧 注入所調整的轉向部分內，以便在使該部分與用于將注入臭氧的水排放至海水的水匯合 時，實現目標生物滅殺。
[0019] 本發明的第六方面涉及一種壓艙水處理系統，其包括：至少一個壓載艙的海上運 輸船只；用于產生臭氧的臭氧發生器；壓艙水管道，其用于從壓載艙中排出水，并將水導引 至海上運輸船只的上載口；用于使一部分水從管道轉向的調節器；使臭氧以一定量注入所 述部分水內的噴射器；控制器，其操作地與調節器和噴射器相連，以調節水的轉向部分和臭 氧噴入該部分內的速率，以便使該部分與管道中的水重新匯合時實現目標生物滅殺。
[0020] 本發明的第七方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：將海水上載至海上運輸船只 的壓載艙；在將水注入壓載艙內之前調節上載水的轉向部分；調整水的轉向部分的調節和 將臭氧注入該部分內的速率，以實現目標生物滅殺；以確定的速率將臭氧注入調整后的轉 向部分內，以便在該部分與注入壓載艙的上載水重新匯合時實現目標生物滅殺。
[0021] 本發明的第八方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：使一部分水從管道中的水流 轉向；將含臭氧的氣體注入該部分水中，以便提供經臭氧處理的部分；使經臭氧處理的部 分與管道中的水流重新匯合；調節所述轉向部分，以便根據管道中的流量和噴射氣體中的 臭氧比率來提供最小的轉向部分流量。
[0022] 本發明的第九方面涉及一種水處理系統，其包括：用于將水從第一吸入位置輸送 至排放位置的水管道；從水管的第一點至第二返回點的旁通管線，其中，旁通管線使一部分 水從管道處轉向，以便在旁通管線中循環并在返回點處返回水管道；噴射器，其位于旁通管 線內以將臭氧注入水的轉向部分內；臭氧發生器，其用于產生通過噴射器噴射的臭氧；調 節器，其用于調節轉向部分以根據管道中的流量和注入氣體中的臭氧比率來提供最小的轉 向部分流量。
[0023] 本發明的第十方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：將海水上載至海上運輸船只 的壓載艙；在將水注入壓載艙之前調節上載水的轉向部分；調整水的轉向部分的調節和將 臭氧注入該部分內的速率，以根據管道中的流量和臭氧在注入氣體中的比率提供最小的轉 向部分流量。
[0024] 本發明的第十一方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：識別臭氧與水成分的反應 生成的物種破壞反應產物；確定反應產物的壽命；使臭氧與含有物種的水接觸根據反應產 物的確定壽命確定的一段時間。
[0025] 本發明的第十二方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：使注入船只的壓載艙內的 一部分水轉向；將臭氧注入該部分水中以提供臭氧處理部分；使臭氧處理部分與注入壓載 艙內的水重新匯合；其中，將臭氧注入所述部分內與使注入臭氧的部分與注入壓載艙內的 水重新匯合之間的保留期被控制在規定時間極限之內。
[0026] 本發明的第十三方面涉及一種壓艙水處理系統，其包括：包括至少一個壓載艙的 船只；用于產生臭氧的臭氧發生器；壓艙水管道，其用于將水從船只的第一吸入位置輸送 至排放位置；從水管的第一點至第二返回點的旁通管線，其用于使一部分水從管道處轉向 以便在旁通管中循環，并且在返回點處返回至水管；和用于將臭氧注入水的轉向部分內的 噴射器，在用于在臭氧注入點與使注入臭氧的部分與注入壓載艙的水重新匯合的點之間提 供確定保留時段的位置處，將該噴射器插入旁通管線內。
[0027] 本發明的第十四方面涉及一種壓艙水處理系統，其包括：船只，其包括至少一個壓 載艙和至少一根向壓載艙的入口 /出口或從壓載艙的入口 /出口輸送水的管道；用于使一 部分水從管道轉向的調節器；將臭氧以一定速率注入水的所述部分內的噴射器；控制器， 其操作地與調節器和噴射器相連，以調節轉向部分的水，以便根據管道中的流量和臭氧在 注入氣體中的比率來提供最小的轉向部分流量。
[0028] 本發明的第十五方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：為注入船只中壓載艙內的 水確定物種的目標生物滅殺；使一部分水從注入壓載艙的水流中轉向；在使所述部分與用 于注入壓載艙內的水重新匯合時，以被確定為能夠實現目標生物滅殺的速率，將臭氧注入 所述轉向部分內；根據管道中的流量和臭氧在注入氣體中的比率，將水的所述轉向部分調 節至最小的轉向部分流量。
[0029] 本發明的第十六方面涉及一種壓艙水處理系統，其包括：包括至少一個壓載艙的 海上運輸船只；用于產生臭氧的臭氧發生器；壓艙水管道，其用于從壓載艙中排出水，并將 水導引至海上運輸船只的上載口；用于使一部分水從管道轉向的調節器；將臭氧以一定速 率注入所述部分水內的噴射器；以及控制器，其可操作地與調節器和噴射器相連以調節轉 向部分，以便根據管道中的流量和臭氧在噴入氣體中的比率來提供最小的轉向部分流量。
[0030] 本發明的第十七方面涉及一種不具有廢氣消除裝置的壓艙水處理系統，其包括： 鹽水或淡水海上運輸船只，其包括至少一個壓載艙和一根向壓載艙的入口 /出口或從壓載 艙的入口 /出口輸送水的管道；用于使一部分水從管道轉向的調節器；用于將使一定注入 量的臭氧注入所述部分水內的噴射器；控制器，其操作地與調節器和噴射器相連，以調節水 的轉向部分和將臭氧注入所述部分內的速率以獲得目標生物滅殺，同時，無需廢氣消除裝 置就可避免有害氣體釋放到大氣中。
[0031] 本發明的第十八方面涉及一種臭氧處理方法，其包括：為注入海上運輸船只的壓 載艙內的水確定物種的目標生物滅殺；確定注入水中的臭氧噴射，以便在不將對環境有毒 的廢氣釋放到大氣的情況下，實現目標的生物滅殺；在將水注入壓載艙內之前，調節該水的 轉向部分；調整水的轉向部分的調節和將臭氧注入該部分內的速率，以便在不釋放對環境 有毒的廢氣的情況下，實現目標生物滅殺；和以確定的流速，將臭氧注入經調節的轉向部分 內，以便在使該部分水與注入壓載艙內的水重新匯合時并且在不將對環境有毒的廢氣釋放 到大氣的情況下，實現目標生物滅殺。
[0032] 本發明優選地提供正確劑量的臭氧道壓艙水中，以確保在不排出有害氣體的切情 況下對壓艙水徹底消毒處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是雙殼體船只及處理系統的示意性透視圖；
[0034] 圖2是船只和處理系統的不意性頂視圖；
[0035] 圖3是船只和處理系統的示意性側視圖；
[0036] 圖4A和4B示意性地顯示了壓艙水的臭氧注入方法和系統的一個實施例；
[0037] 圖5A，5B和5C是用于實現壓艙水的臭氧注入的方法和系統的可選擇實施例的流 程圖；
[0038] 圖6是旁通管線系統的示意性側視圖；
[0039] 圖7包括：顯示短期臭氧處理對存活的影響的表1;顯示時間值測試結果的表2; 以及表不Americamysisbahia的LC50值的表3 ;
[0040] 圖8示出了從三種物種得到的LT50 (半數死亡時間）值；
[0041] 圖9是在臭氧填充速率下的死亡率的圖表；
[0042] 圖10是顯示整個時間內殘余氧化劑的毒性的圖表。

【具體實施方式】
[0043] 臭氧以高于大氣壓約10_12psi的壓力產生。該壓力的偏差可對臭氧的輸出產生 負面影響。壓艙水在可變的壓力下泵入船上，該壓力在水艙充水時可能很高。相對較低壓 力的臭氧/氧氣或臭氧/空氣混合物可通過非常特殊和昂貴的設備加壓至較高的壓力（由 于臭氧的腐蝕性以及更重要的是臭氧可在壓縮熱下分解這一實際情況）。
[0044] 在一個實施例中，本發明涉及臭氧壓艙水處理。建議的NAIS修改將"壓艙水"限 定為"任何用來維持船只平衡度和穩定性的水（以及它的懸浮物）"。在另一種定義中，"壓 艙水"是A)在船只甲板上容納水，其用于控制包含在這些水中懸浮的物質的船只的吃水差、 傾斜、吃水深度、穩定性或應力；和B)任何在清洗、維護或其它操作過程中置于壓載艙中的 水。將這些定義作為可處理水的實施例引入本說明書中。
[0045] 在本發明的一個實施例中，插入如文氏管這樣的直列式氣體噴射器，以通過增加 在管道中的水流速來暫時降低壓艙水流的壓力。插入的直列式噴射器可通過增加液體的速 度來形成更低的壓力。文氏管在直列式噴射壓艙水處理中是一種優選的噴射器。
[0046] 在一個實施例中，本發明涉及用于船只的壓艙水處理系統。該系統可包括插入水 管中的噴射器，其具有適于接收水的入口，適于接收處理氣體的噴嘴，以及適于排出水的出 口。但是，用于將水注入壓載艙或從壓載艙排出水的壓艙水管較大，其直徑通常大約為18 英寸。供這種尺寸的管道使用的噴射器（如文氏管）成本相當高。另外，將這種噴射器安 裝到主管內將會影響船只的作業參數。插入的噴射器將增加流動反向壓力，并且需要增大 壓艙水泵流量。 申請人:的計算表明插入的文氏管將使充滿一些船只的壓載艙所需的泵送時 間增加一個或兩個小時（約10% )。而且，壓艙水管可能要起到填充壓艙水和排放壓艙水 的作用。插入的噴射器可能會干擾逆向水流，例如排放壓艙水。通過本發明的優選實施例 能夠克服這些缺點，其中，臭氧被注入繞過一部分主水管的一部分壓艙水管內。
[0047] 旁通管臭氧噴入的另一優選實施例是基于壓艙水中臭氧的物理和化學性質（其 包括臭氧在海水中的溶解度以及臭氧的化學反應與溶解度的關系）作出的。
[0048]臭氧（03)是氧的同素異形體。它是不穩定的藍色氣體，并具有刺激性臭氣，其分 子量為48g/mol，在0°和latm(大氣壓）下氣體密度為2. 154g/l。其在水中的溶解度是氧 氣的大約13倍。臭氧是非常不穩定且是強氧化劑。它是非持久性的并且具有非常短的半 衰期。
[0049] 通常，通過使一定濃度的氧通過高度放電的電暈場，即已知的"電暈放電"技術，由 此制造臭氧。電暈可通過在兩個由絕緣介電層和較小空隙隔開的導體之間施加非常高的電 位（高達20kV)產生。在這些條件下，穿過導體之間間隙的分子氧（02)受到足夠的離解能 的作用而部分離解。一部分氧自由基將根據下述平衡反應方程式與氧分子結合以形成〇3 :[0050] 302 +69kcal ^203 (I)
[0051]由方程式（I)表示的臭氧的產生是一種平衡反應。該反應作為吸熱反應時，需要 能量的來生成〇3，而作為放熱反應時需放出熱量的來生成〇2。由于其平衡特性，向臭氧的實 際轉變比較低，其范圍根據進氣的氧濃度、反應的溫度和臭氧發生器的特性為2-14%。
[0052] 提供有效的臭氧處理方法和系統的其它考慮事項涉及壓艙水的氣體處理機構。美 國專利No. 6, 840, 983 (McNulty)公開了 一種壓艙水處理系統，其包括插入主水管中的噴 射器，該主水管具有適于接收水的入口，適于接收氧解吸氣體的噴嘴和適于排水的出口。 McNulty噴射氧解吸氣體，該氣體能夠從壓艙水中清除氧氣，其意在使依賴氧氣的物種窒 息。另一方面，臭氧是一種具有不同和至少雙倍消毒機理的氧化氣體。這些機理包括使天 然存在于壓艙水中的化學成分迅速轉化為對生物具有毒的產物以及臭氧對生物的直接破 壞性氧化。
[0053] 下面的四個方程式（VonGunten&Hoign6, 1994)描述了臭氧在海水中的利用，其 假設僅在臭氧和溶解的溴化物之間需要臭氧。
[0054] (1) 03+Br-OBr+02 1 60M:s1
[0055] (2) 0Br>03 ^ 202+Br_ 330M_1s_1
[0056] (3)OBr+03 -Br02 +02 1 00M:s1
[0057] (4)Br02>03 ^Br03_ >10 5M_1s_1
[0058] 次溴酸離子（0Bi〇在反應（1)中產生。隨后，通過添加來自于水的氫離子，使多 數反應（1)離子轉換成次溴酸（HOBr)。將所形成的次溴酸離子和次溴酸稱為總殘留氧化 劑（TR0)。只有反應（1)能形成TR0。進一步的反應（2)至（4)不希望地從消毒過程中除 去了臭氧和溴化物。海水氧化的首要目的是將臭氧盡可能多地轉換成HOBr或OBr'因此， 使反應（1)最大化并使反應（2)至（4)最小化將使OBf達到最大。
[0059] 所示的反應是二級反應。所給出的反應速率常數表示了反應作為臭氧濃度函數發 生的速率。為了確定反應（1)和（2)之間的相對速率，可將（2)的速率常數除以（1)的速 率常數。在相同的反應物濃度下，反應⑵的速率比反應⑴的速率快約2倍。
[0060] 上述反應速率應確保：如果與OBrl勺摩爾濃度比降至2. 7以下，則因反應（2) 和（3)中消耗的臭氧將超過反應（1)，因此，臭氧的劑量將不會產生更多的OBr'當將臭氧 引入過量的溴化物時，次溴離子形成反應會占優勢。通常在海水中存在約70mg/L的溴化 物。其提供了足夠的溴余量以使以常規臭氧處理水平（l-5mg/L臭氧）進入加裝或排出壓 艙水的管道內的臭氧損失達到最小。但是，在反應（2)至（4)中消耗的臭氧和OBf占優勢 之前，旁通管將容納較少量的水和可耗盡的相應較少量的溴化物。
[0061] 當確定用于旁通臭氧化的流量或保留期時，必須考慮溴化物在旁通海水中的有效 量。保留期是將臭氧和水從臭氧的注入點輸送至將旁路水和臭氧再次注入主管的時段。在 一個實施例中，提供了一種將臭氧消耗和〇Bf反應降至最小同時保持由臭氧化和溴化實現 的協同消毒作用的方法和系統。根據本發明的一個實施例，提供了一種用以使保留期達到 最小的方法和系統。在本說明書中，保留期是從將臭氧注入旁路中的水內至將旁通管中的 海水再注入主管或存儲容器中的海水內的時間周期。本發明的一個實施例能夠確保將臭氧 處理后的旁路水部分再次回注入"富含溴化物"的主管道海水內，以避免在每一反應（2)至 (4)的Br(V和Br(V的形成和氧還原中消耗大量臭氧和OBr' "保留期"被降至最小。
[0062] 在一個實施例中，0. 21秒的保留期會導致可接受的4. 3%的臭氧損耗。根據本發 明的一個實施例，提供了一種方法和系統，其中：保留期被控制在小于5秒，優選小于0. 25 秒，最好小于〇. 21秒，以便使反應（2)至（4)達到最小。
[0063] 通過以非限制性舉例方式描述了本發明的優選實施例的附圖和下面的詳細說明， 將能更清楚地理解本發明的特征。
[0064]圖1-3示意性顯示了船只10,其包括船尾12,船頭14和由外船體16和內船體18 形成的雙體船。船只10表示本發明中的船只類型，并且它是常規比例的雙殼體油槽船，其 在內船體18中具有貨艙。但是，本發明可適用于任何具有壓載艙或艙底水的海上運輸船或 船只。船只10通常用于運輸部分或完全精煉的或殘留的原油或其它散裝液體產品，如植物 油。
[0065]所示的臭氧發生器30位于船只10的后甲板102上，其具有作為本發明臭 氧噴入系統一部分的主臭氧供給管130。發生器30可根據已知的臭氧發生器（如 RoddenU.S.Pats.;;和，TabataU.S.DN20040223893;EidemU.S.DN20030015481;Lee etal.U.S.Pat6, 730, 277 ;Borgstrom6, 726, 885;Golotaetal.U.S.Pat. 6, 544, 486 ; ConradU.S.Pat.6,491，879;CannonU.S.Pat6,516,738;Smith6,468,400;以及 Peanetal.U.S. 6,231，769所描述的臭氧發生器）構成并產生臭氧。這些專利文獻 公開內容的全部可在本申請中參考使用。PCI-WEDECO(PCI-WEDECOEnvironmental Technologies,lFairfieldCrescent,WestCaldwell,NJ07006)型SM0/SMA系列發生器和 WEDECOEffizon?工藝高濃度臭氧發生器是合適的臭氧發生器的其它例子。
[0066] 根據本發明中圖1至3和4A及4B的實施例，經發生器30并隨后通過管130P泵 送臭氧氣體以便經相應的連接管線110,112和114將其注入相應的壓艙水輸入/排出管 116,118和120內。輸入/排出管116將水從船尾輸入/輸出海水箱132輸送至前方的壓 載艙組124。輸入/排出管118將水從右舷輸入/輸出海水箱134輸送到右舷的壓載艙組 126。輸入/排出管120將水從左舷輸入/輸出海水箱136輸送到左舷的壓載艙組128。
[0067] 壓艙水經海水箱132,134,136注入船只10內，并且隨后通過所示的管道系統116， 118和120被泵入各自的壓載艙組124,126,128。在目標位置處，該過程反向，并且，通過各 自的管道116,118,120從壓載艙組124,126,128泵出水，以便經各自的海水箱132,134,136 排至海中。或者，可通過其它獨立的管道和海水箱系統（未示出），從壓載艙組124,126,128 實現排放。在注入臭氧后，通過主管道116,118,120中的一根管道將水輸送至相應的壓載 艙組124,126,128。由于每一根主管道116,118,120均穿過每一壓載艙組124,126或128， 因此，可岔開較小的一段管道（未示出）來提供吸入/排放管。用于這一小段管道的閥門 可保持在通道或隔離艙區中，或者如果空間存在問題，則實際上可位于所述艙的本身內。
[0068] 在圖4A中，管道118將經臭氧處理的水輸送到右舷壓載艙組126的每一壓載艙， 管道120將經臭氧處理后的水輸送至左舷壓載艙組128的每一個壓載艙。水經過各自的海 水箱134和136進入且被處理，并被注入右舷載艙組126或左舷載艙組128,直到使每一個 相應的壓載艙充分注滿且達到平衡以補償卸載的貨物。以類似方式，如圖4A和4B所示，進 入船尾海水箱132的水由經管線110輸送的臭氧處理，并且被注入前方壓載艙組124中的 一個壓載艙內，直到注滿每一個壓載艙，從而使船只10達到平衡。
[0069] 盡管附圖描繪了處理來自海水箱134和136的水，但是本發明還適用于被注入壓 載艙的水或處理從壓載艙排放的水以及淡水或鹽水，例如海水。臭氧的量（根據與加裝或 排放的壓艙水的計量比例）對于壓艙水處理系統的適當操作而言是重要的。通常，以約 10-12%臭氧/氧氣的濃度比產生臭氧。其意味著對于每磅臭氧需給出約9磅氧氣。如果 每升水加入3. 5mg臭氧，則需要伴隨地加入約32mg/L的氧。已經發現，如果根據本發明進 行適當地控制，則臭氧和氧氣將完全溶解到進入或排放的全部壓艙水中，在不會釋放到大 氣中。
[0070] 盡管下面內容是不約束性的，但避免對大氣的有害釋放可作如下解釋：用于氧氣 的亨利定律常數表明純氧在一個大氣壓下，在15°C的純水中的溶解度為49mg/L。氧氣在海 水中的溶解度為約40mg/L。純臭氧的溶解度是氧氣溶解度的8倍。
[0071] 當壓載艙充滿時，壓載艙內的壓力通常在1至3個大氣壓之間變化。氣體在3個 大氣下的溶解度高出1個大氣壓下的溶解度3倍。通常，在大約15°C時海水中的氧氣是達 到飽和的。因此，在被注入之前，海水已含有大約8mg/L的氧氣。本發明的注入控制可提供 額外的32mg/L的氧氣，并且可在1大氣壓下溶解全部臭氧。在3大氣壓下，本發明提供了 溶解氧氣和臭氧的超額能力。
[0072] 此外，與臭氧一起溶解所有的氧氣可防止平衡情況。通過海水中的化學反應來消 耗臭氧可防止在隨后暴露于大氣中時臭氧從溶液中釋放出來。因此，防止平衡允許幾乎所 有的臭氧轉移到水或海水中。
[0073] 圖5A, 5B和5C是用于壓艙水臭氧噴射的方法和系統的實施例的流程圖，該系統可 以與圖1-3和4A及4B所示的船只10的系統一起使用。在圖5A，5B和5C中，臭氧發生系統 502包括空氣壓縮機514,冷氣干燥機516,聚集過濾器518,氣體貯存器5 20,02富集器522， 〇2貯存器524,露點監測器526,過濾器528,臭氧發生器530,電源532,臭氧監測器534,臭 氧自毀單元536以及具有循環泵540的冷卻器538。在操作中，經進氣口 512將口氣抽入 系統502內。空氣在514中被壓縮，在516處被干燥和冷卻，在518處被過濾并且暫時存儲 在520中。隨后，根據發生器的需要，將空氣抽至富集器524,在該處，氣體中的氧氣含量通 過氮氣的吸附而差動增加。將富含氧氣的氣體輸送到貯存器524,在526處對其進行監測 并且在528處對其進行過濾，直到將其注入通過電源532運轉的臭氧發生器530。通過534 監測從發生器530排出的廢氣，并通過536將其消除以防止排放到環境中。將所產生的臭 氧存儲在冷卻器538處，直至旁路注入系統550, 552, 554需要為止，如后文所述。
[0074] 圖5A，5B和5C中的每一附圖均顯示了三個獨立的旁路注入系統550, 552, 554,如 圖2, 3和4A所示，它們可分別經110進入船尾吸入管道116,經112進入右舷吸入管道118， 經114進入左舷吸入管道120。
[0075] 在圖5A中，注入系統550包括臭氧噴入泵560,流量調節器562,臭氧噴射器564， 預擴散器（或靜態混合器）566和主管接觸器568。類似地，注入系統512包括臭氧噴入泵 570,流量調節器572,臭氧噴射器574,預擴散器576和主管接觸器578,注入系統554包括 臭氧噴入泵580,流量調節器582,臭氧噴射器584,預擴散器586和主管接觸器588。
[0076] 在圖5B和5C中，注入系統550包括臭氧噴入泵560,它可以是一種用于調節旁通 管594中的流量的泵。另外，注入系統550還包括臭氧調節器564,靜態混合器566和再噴 射器568。類似地，注入系統552包括調節器570,臭氧噴射器574,靜態混合器576和再噴 射器578,注入系統554包括調節器580,臭氧噴射器584,靜態混合器586和再噴射器588。
[0077] 如圖5A和5B所示，注入系統550, 552和554分別由控制器610,612和614控制。 如后文所述，控制器610,612和614可以是用于控制注入臭氧的處理器，計算機，微處理器 等等。
[0078] 圖6示意性地顯示了將臭氧旁通注入加裝至壓載艙中或從壓載艙排出的水的轉 向部分內的詳細內容。旁通注射允許臭氧噴入，并提供了臭氧氣體在壓艙水內的適當混合 和溶解，以及被臭氧處理的轉向部分與主水流的適當再次混合。圖6給出了船尾加裝/排 放旁通注射系統550的例子。該系統550包括旁通管594,其在上游點622處從主管116轉 向并在下游點624處與主管116重新會聚。旁通管620包括泵560,文氏管564,混合器566 和主管再噴射器568。
[0079] 將圖5A的系統550作為示例性的系統，其操作如下：來自海水箱132(圖2-3)的海 水經主壓艙水泵592在管道116中被輸送并至注入系統550。通過循環泵560,從管道116 中將一部分海水通過循環泵560分入旁通管594內。轉向部分的水流量由流量控制器562 控制。噴射器564將來自發生器530的臭氧注入轉向的海水部分內。臭氧噴射器564可以 是文氏管噴射器或類似裝置。注入的臭氧通過預擴散器（或靜態混合器）566被進一步分 散至海水部分內，并且在主管接觸器568處再次與管道116中的主海水合并。
[0080] 在圖5A的船尾管道噴射器系統550,右舷管道噴射器系統552和左舷管道噴射器 系統554中的每一個系統中，通向每一相應的臭氧噴射器564, 574, 584的每一流量調節器 562, 572, 582和每一閥616,618,620均由相應的控制器610,612,614控制。控制器610,612 和614可以是計算機、微處理器或類似裝置。
[0081] 根據排放權限要求，例如根據NAIS或類似法規，在通常情況下，可規定從海洋運 輸船只上排放的壓艙水的被生物滅殺的目標物種。隨后，可根據經驗以及與臭氧有關的物 理和化學因素確定用于獲得目標生物滅殺的水中的臭氧濃度。控制器可包括一組指令，這 些指令用于對水的轉向部分的控制和將臭氧注入該部分水的速率進行控制，以便實現目標 生物滅殺。根據計算機存儲器中的一組指令，可以控制轉向部分并且可調節臭氧噴入速率， 以確保在調配的水中以最低的臨界臭氧濃度進行目標生物滅殺。
[0082] 在操作過程中，例如，控制器610控制流量調節器562以調節水的流量以使其與噴 射器564的臭氧噴入相一致，從而在水加裝至壓載艙124內之前能夠有效地實現生物滅殺， 并且在將壓載艙124中的壓艙水排放至海水之前有效地實現生物滅殺。例如，可對該系統 加以控制以實現對國家入侵物種法案所禁止的物種進行95%的目標生物滅殺。因此，控制 器610可使流量調節器562與噴射器564相協調，從而在海水中提供2. 5mg/L的臭氧濃度， 以便有效地提供目標生物滅殺。
[0083] 噴射器564可以是能使任何氣體進入流體的噴射器，如射流泵，但是優選地是能 夠滿足將混合氣體引入大量液體內以實現高溶解度的要求的文氏管。此外，由于能耗低，沒 有移動部分以及具有最小的系統反壓力，因此，文氏管是理想的。文氏管通過迫使流體通過 在入口和出口之間觸發文氏管中的壓力差的錐形收縮部來工作。文氏管內部的壓力差通過 相交的側管的孔引發（imitate)對另一種流體（當前情況下的含有臭氧的氣體）的抽吸。 文氏管噴射器可包括文氏管，其包括位于兩個錐形部之間的短而直的管道部分或喉管。該 錐形部分形成在流體流過管道時能夠使壓力下降的收縮部。壓力下降將臭氧從相交的側管 處抽吸入流體內。
[0084] 在從文氏管噴射器排出后，可通過預擴散器566處理臭氧氣體/水混合物。預擴 散器566優選為靜態混合器，其能夠使臭氧進一步溶解至水中，并可確保夾帶的臭氧氣泡 均勻分散在旁通管的水中。預擴散器566可采用任意適當的混合器，但優選靜態混合器。 通常，靜態混合器包括一組翼片、阻礙物或安裝或固定在管道裝置內的通道。翼片、阻礙物 或通道被設計成能夠促進臭氧氣體和壓艙水液體的進一步混合。靜態混合器可使用某些方 法，即首先分開流體，隨后轉動、導引或使其轉向。靜態混合器增強了臭氧溶解的物理和化 學過程。增強的混合延長了由氣泡覆蓋的距離并使這些氣泡破裂成更小的氣泡，從而增加 了將臭氧從氣體混合物轉移至水中的能力。該系統的混和器可提供額外的5-10%的溶解作 用。
[0085] 通過考慮待處理的材料和對其處理必須的速率選擇靜態混合器566。可使用具有 至少12個元件的靜態混合器或等效的組合混合器，以便當從噴射器排出時準備相同直徑 的管道。此外，必須估算容許的壓降，以便確保旁通循環泵具有排水能力以及加壓能力，從 而在靜態混合器中確保適當的混合。而且，水的流速應足夠高以確保非常少的接觸時間，從 而將因在海水中反應消耗而造成的臭氧損失降至最小。
[0086] 根據本發明的一個方面，當再次使旁通管進入主管時，需要最小的旁路流速來提 供壓艙水的充分臭氧化。在一個實施例中，對于注入旁通管內的每mg/L的臭氧而言，必須 將最小的旁路流速保持主管流量的至少〇. 25%。理想的情況是，將旁路流速保持在大于主 管流量的〇. 30%，最好將該流量保持在主管流量的0. 35%。例如，在下文描述的0. 33%中， 旁路流量和主管流量之間的流量比為大約66gal/min至10, 000gal/min。例如，在操作中， 控制器610控制泵560以便與噴射器564的臭氧噴入相配合來調節水的流量，從而能夠根 據管道中的流量和臭氧在注入氣體中的比例有效地提供最小的轉向部分的流速。因此，控 制器610可通過泵560與噴射器564 -起來協調流量，以便對于注入旁通管內的每mg/L的 臭氧來說，可提供達到主管流量至少〇. 25%的轉向部分的流量。
[0087] 下面的例子僅用作說明，它們并不意味著是對權利要求中限定的本發明的限制。
[0088]例子1
[0089] 圖5A-5C的臭氧發生器530可根據下列內容選擇。第一，建立目標生物種的滅殺。 在該例子中，以99%的生物滅殺為目標；其意味著該過程的處理目標是殺死在裝入壓載艙 內的海水中所含的99 %的物種。以另一種方式表述，該目標生物滅殺可導致經處理的每 立方米海水中具有1個或更少的微生物。對加裝的海水進行的經驗TR0測試表明：為實現 99%的目標生物滅殺，海水中的臭氧濃度應在1.0mg/L和3.Omg/L之間。根據方程式（I)， QT是在所有海水箱（t)處，船只10的壓艙水吸入泵的容積之和：
[0090] (I) QT=Q1+Q2+...Qn
[0091] 其中：QT是11個吸入泵的各個泵產量的容積和。在該例子中，對于船尾海水箱 132處的船尾吸入泵；右舷海水箱134處的右舷吸入泵；以及左舷海水箱136處的左舷吸 入泵來說，n是3。在該例子中，各自的泵出流量是17, 000加侖每分鐘（gpm), 500gpm和 2,OOOgpm，并且QT 等于 19, 600gpm。
[0092] 對于所要求的99%的生物滅殺來說，用以獲得3. 0mg/L(TK)的高目標臭氧處理率 的臭氧額定產量A為：
[0093] (II) Qr =
[0094] 其中義是磅向千克的轉換常數；(：2是加侖向升的轉換常數；C3是分鐘向天的轉換 常數。
[0095] 轉換常數將臭氧額定產量轉換為英國度量衡單位，以便與泵的生產廠商和供應 商的標準額定產量相比較。在上面的公式（II)中，等于QtTk(2. 2061bs/kg/106mg/Kg) (3. 791iters/gallon) (60x24)，因此等于707. 60鎊臭氧/天。所可利用的臭氧發生器 與所需的QJ07. 60磅臭氧/天相比較，以便選擇發生器530來實現所要求的生物滅殺。 [0096] 相應的噴射器564可根據下列方式選擇：將選定的發生器的產量轉換成標準立方 英尺的每分鐘（SCFM)氣體注入。該值為Qa，其是考慮選定的發生器產生12%含臭氧氣體， 被轉換為SCFM的每天707. 60磅的發生器產量。在該例子中，SCFM是56。
[0097] 隨后，根據以下具有代表性的所需的輸出比例，制定每一個噴射器的尺寸：
[0098] (III) Qal = (Qi/Qr) Qa
[0099] 例如，對于第一噴射器而言，所需的產量Qal為（17, 000/19, 6000)X56,即等于 48. 7SCFM。將可利用的噴射器與各個Qal，Qa2和Qa3要求進行比較，從而選擇相應的噴射器來 實現需要的生物滅殺。
[0100] 該例子的構成為每一噴射器提供了精確的發生器尺寸和氣體流量，以便實現目標 生物滅殺。
[0101] 例子 2
[0102] 在該例子中，從海水箱和載重噸位（DWT)為100, 000?150, 000的壓載艙組之間 的吸入/排放管供給壓艙水。以l〇,〇〇〇gpm的流量注入供給水。海水含有70mg/L的溴化 物。
[0103]以恒定流量，使水的分流從吸入/排放管轉移至圖6所示的旁通管系統內。臭氧 氣體在低壓下（12-15psi)，從其產生源、經316L的不銹鋼管注入文氏管噴射器內。注入臭 氧以使氧氣混合物中含10-12%的臭氧。設定旁路流速以允許通過文氏管實現有效的噴射。 在該例子中，將旁路流速被設定為66gpm，并且其壓力大約為90psi。對于將注入的每mg/L 的臭氧（在該例子中為2.Omg/L)來說，該流速是主流量的0. 3%。流量和壓力由容積式泵 維持。
[0104] 選定的流速和壓力按下方式確認：主流量和旁通管中流量之間的流量比為大約 10, 000gal/min?66gal/min。用以在主液流實現2mg/L的旁通管中的特定臭氧劑量為 303mg/L，以便海水中僅具有70mg/L的溴化物，0Br_將大大超過Br_，從而會促進有助于不理 想反應。一旦使旁路液流與主液流再次混合，產生〇Bf的有益反應便占據優勢。因此，使 旁路保留期降至最小，以便盡可能地避免臭氧的損失并且滿足2.Omg/L的主劑量需要。
[0105] 旁通注入文氏管將反壓力降至最小，并且確保了臭氧氣體在海水中90-95%的溶 解性。
[0106]例子 3
[0107] 在該例子中，限制用于旁通管594的旁通灌縣長度并且保持高于常規泵送率的泵 送率，以便按以下所述將保留期降低至接近〇. 2秒：
[0108]66gpm的旁路流量通常需要2"的管徑。在該例子中，選擇較小的管徑以便提高 流速。由于文氏管上的反壓力也有一定限度，因此，選擇的管徑僅降低一個尺寸增量，即降 至172"。17 2"規格80管的橫截面積為0.01227平方英尺。流速為（66A7.48x60))= 0? 1471ft3/sec，因此，管道內的速度增加至0? 1471/0.01227 = 12ft/sec。
[0109] 如下所述，將旁通系統設計成從文氏管至主管再注入點提供最小長度（保留長 度）。將保留長度限定至用以容納靜態混合器的首要的15標稱直徑長度和用以容納具有角 度的再噴射器的額外的30英寸。用于這些需要的保留長度為2. 5英尺。以12ft/sec行進 2. 5ft所得的保留期為0. 21s。
[0110]例子 4
[0111] 該例子確定了臭氧的濃度以便從壓載水艙中消除可接收百分比的生物并且避免 產生廢氣。臭氧氣體對五種水生生物的毒性通過使臭氧在短時間內（即，<5h)分批注入模 擬海水（ASW)中來確定。
[0112] 對成年的糠蝦、幼體北美銀漢魚、幼體she印shead鯉科、和成年的端足類甲 殼動物進行測試。由AquaticBiosystems(ABS,FortCollins,CO,USA)獲得成年的 Americamysisbahia,幼年的Atherinopsaffinis,幼年的C.variegatus,和幼年的 L.plumulosus和，同時，在Anacortes,WA附近的區域中收集成年的R.Abronius,并且連夜 運輸到試驗室。也可由ABS獲得幼年的Americamysisbahia(lOd)，以用于關于臭氧作用處 理和臭氧副產品持久性的測試。所有生物在開始測試之前均狀況良好。
[0113] 所有毒性測試均在含有28-30ppt.的模擬海水（ASW;四十英尋結晶海水和去離 子水）的水族箱（10或20L)中進行。在測試之前，水族箱充滿ASW，置于水浴中，并在前 一天晚上平衡得達到測試溫度。在水族箱中放置小塊尼龍網，以作利用L.plumulosusand R.abronius進行毒性測試的水族箱中的基底。
[0114] 利用SC-10型臭氧發射器（Nutech03Inc.，McLean,VA)來分配臭氧。通過系統的 總流量為2500mL/min。流向每一個室的流量通過具有玻璃浮子的N012-10流量計（Gilmont Instruments,Barrington,IL)來控制。利用Kynar管和臭氧容許擴散器（水域生生態系 統）將臭氧氣體分配到腔室中。
[0115] 利用N，N-二乙基_1，4次苯基二胺/碘化鉀（DTO/KI)指示劑和袖珍色度計 (Hach，Loveland，C0)獲得TR0測量。該程序等效于用于廢水的USEPA方法330.5和用于飲 用水的標準方法4500-C1G。計算TR0濃度（mg/L)測量并將其表示為溴化物的等效濃度 (Br2,lmolC12 = 0. 44molBr2)〇
[0116] 以61.6ml/min的流速，利用臭氧對以28-30ppt.的濃度含有ASW的三個20-L水 族箱處理24h。20L控制水族箱以相同的流速接收壓縮空氣。與由Cooper等（2002)在 Tonsina上使用的方法相似。以0. 5h的間隔，從0-6h，由所有腔室獲得TR0測量。
[0117]對Atherinopsaffinis幼蟲，初生的C.variegatus，和成年R.abronius進行的臭 氧毒性實驗在20L水族箱中進行，同時利用成年Americamysisbahia和成年L.plumulosus 在10L水族箱中進行實驗。所有實驗總共使用五組108個腔室，其中，每一個腔室均包括十 種生物，每個腔室測試每一項處理。含有除R.abronius(15±2°C)之外的所有生物的腔室 被保持在23 ±2 °C。
[0118] 20L腔室的總氣體流速為97. 5, 63. 2, 38. 6,和20.OmL/min。這些氣體流速量與額 定臭氧供應速度〇? 43, 0? 28, 0? 17,和0? 09mg03/L/min相對應。控制以97. 5mL/min(即，最 大流速）接收壓縮的環境空氣。10-L腔室的總氣體流速為38. 6, 28. 3, 20. 0,和13.lmL/ min(0.34,0.25,0. 17, 114 和 0?llmg03/L/min;控制空氣流量=38.6mL/min)。實驗最長進 行五個小時。試驗開始后，以0. 5_，1-，2_，3_，4_，和5-h，通過生物觀察記錄TRO測量（死 亡率和殘存著的活性）。如果所有生物在處理中死亡，則在5-h的處理期間內終止實驗。
[0119] 為了確定短期臭氧作用對長期存活率的影響，將幼體Americamysisbahia(lOd) 置于五個20-L水族箱中（19±2°C，每個腔室十種生物）。20-L腔室的總氣體流速為 97. 5, 63. 2, 38. 6,和 20. 0mL/min(0. 43, 0? 28, 0? 17,和 0? 09mg03/L/min;控制空氣流量= 97. 5ml/min)。在起動臭氧處理之前和進行75min處理后均進行TR0測量。在處理90min 后，移出每一腔室中存活的生物并將它們置于以19±2°C保持在水浴中的清潔海水量杯中， 并供給Artemiafranciscana(每量杯0.lmL)。在停止處理24h后，檢驗小奸的死亡率，并 且除去死亡的生物。再次對存活的生物供給Artemiafranciscana，并且在處理48h后再次 檢驗死亡率。
[0120] 為了確定在整段時間內殘留氧化劑的毒性，利用臭氧，以97. 5ml/min(0. 43mg 03/L/min)處理在19°C含有ASW的20-L水族箱，直至達到目標TR0值（>4.Omg/L)為止 (1.5h;參見結果）。獲得一部分經處理的水（2. 5L)以便立即使用，同時，將殘留的水從水 族箱中轉移到20-L的低密度聚乙烯方容器（HedwinCorporation,Laporte,IN)中，并且 在沒有預留空間的情況下以12°C存儲于黑暗環境中。在這段處理時間之后，利用臭氧處 理水以0, 24,和48h著手進行毒性實驗。通過使經臭氧處理的水與新鮮ASW混合來獲得 TR0的濃度范圍。用于毒性測試的經臭氧處理的水的濃度為100% (只有經臭氧處理的 水），75%，50%，25%，和0% (只有ASW)。對于每一測試而言，均在500ml量杯中使用3 種每一濃度下的300ml同樣樣品，并且將它們保持在19±2°C的水浴中。對于每一處理濃度 均測量TR0。在每一同樣樣品中，均使用十個幼體Americamysisbahia(8d)，并且在測試起 動時，對它們供給〇. 2ml的Artemiafranciscana。在24h時檢查小奸的死亡率，并且除去 死去的生物。再次對存活的生物供給A.franciscana，并且在測試開始后的48h時再次測定 其死亡率。
[0121] 毒性端點可表示為范圍在l_48h的特定處理時間內的半數致死濃度（LC50)，或者 表示作為臭氧填充速率函數的半數致死時間（LT50)。此外，計算95%致死濃度（LC95)以 估計與幾乎全部死亡相關的特定時間TR0濃度。利用TrimmedSpearman-Karber法（例 如，Hamiltonetal. 1977)，或者，如果超過了可接受的平衡度，貝U可通過線性插入法計 算所有的端點。利用綜合環境毒性信息系統（ComprehensiveEnvironmentalToxicity InformationSystem)(CETISVI. 0,TidepoolScientificSoftware,McKinleyvilie,CA)進 行所有端點的計算。從測得的TRO濃度以及試驗開始后在每一時刻觀察到的總死亡數獲得 用于分批臭氧毒性試驗的LC50和LC95值。用于在整個時間段內實驗測定殘留氧化劑的毒 性的LC50和LC95值被表示為測試開始后立刻測得的TR0濃度的函數。
[0122] 在急性分批毒性測試期間對水族箱中的ASW進行5h的臭氧處理表明TR0在飽和 之前隨時間逐漸增加。在圖8中顯示了對于L.plumulosus試驗而言，每一臭氧流速下的 TR0濃度作為時間的函數的示例性曲線。在較低的流速（0. 11 _0. 17mg03/L/min)下，TR0 濃度達到1. 9 - 3. 6mg/L，而在較高的流量下，則濃度達到4. 6 - 5. 6mgTR0/L。因此，在任何 給定的處理期間，增加的臭氧氣體輸送率在ASW中會產生增大的瞬時TRO濃度。
[0123] 短期臭氧處理對存活率的影響：對于所有生物的LC50值的范圍在0. 31至 >5. 63mg/L,除L.plumulosus之外，每一物種的100 %死亡率在5h內發生（圖6的表1)。 幼體北美銀漢魚（Atherinopsaffinis)是進行測試的物種中最敏感的生物，僅在臭氧處理 lh和2h后，其LC50值就分別達到0? 38和0? 31mgTR0/L。幼體紅鱸（C.variegatus)是近乎 敏感的，但是其要花費4h才能達到類似的最終LC50 (0. 35mgTR0/L)。與此相反，進行測試 的所有三種無脊椎動物非常能承受臭氧處理，其中幼體Americamysisbahia在3h時得到 0. 62mgTR0/L的最低LC50,而成年R.abronius在 4h時得到 0. 94mgTR0/L的最低LC50。在 2h時（S卩，最長處理時間，并且所有物種均具有小于100 %的死亡率），也會明顯發現相關物 種靈敏度中的這種相同趨勢，同時，兩種幼體魚具有最低的LC50s(0. 31和0. 44mgTR0/L)， 并且無脊椎動物Americamysisbahia和R.abronius表現出非常高的LC50s(分別為1. 37 和1.7211^11?0/1，圖6的表1)。95%的致死效應濃度仏095)大約比所有物種的^：50值和 時間值測試高2至3倍（圖6的表2)。在分批臭氧處理5h后測試達5. 63mgTR0/L的任何 TR0濃度下，在短足類動物L.Plumulosus中均未發現明顯死亡率（圖6的表1和2)。
[0124] 為了表明必需通過分批臭氧處理引發顯著死亡率的時間，得出用于三種最敏感 的物種（圖7)的LT50值。與LC50的結果類似，幼體北美銀漢魚（Atherinopsaffinis) 對ASW中的臭氧處理最敏感，其半數死亡時間范圍為分別在最低至最高臭氧填充速率下的 84_38min。糖奸（Americamysisbahia)和紅S盧魚（C.variegatus)均表現出較長的半數死 亡時間，其在最低臭氧填充速率下的半數死亡時間范圍為139-184min，在最高臭氧填充速 率下的半數死亡時間范圍為86-60min。LT50數據不能從不敏感的短足類動物R.abronius 或L.plumulosus得出。
[0125] 短期臭氧處理對長期存活的影響：當在1. 5h后從ASW移出幼體糠蝦 (Americamysisbahia)時，在兩個最高臭氧填充速率下，僅發生30 - 60 %的死亡率（圖 8)。但是，即使是在將生物轉移到清潔的ASW后，死亡率仍然繼續。在24h之后，范圍在 20 - 100%之間的生物死亡率在先受到最高的三種臭氧填充速率的影響；在48h之后，范圍 在60 - 100%之間的生物死亡在先受到整個四種臭氧填充速率的影響。
[0126] 在整段時間中殘留氧化劑的毒性：在以0.43mg03/L/min進行臭氧處理1.5h后， TR0達到2. 24mg/L，其在利用清潔的ASW稀釋時，稀釋系（dilutionseries)在25%的臭氧 處理ASW處，范圍降至0? 59mgTR0/L(圖9)。在ASW以最大濃度2. 13mgTR0/L存儲24h后 以及以1. 66mgTR0/L存儲48h后，TR0的損失相對較小。結果，當在測試起動的時進行測 量時，為了獲得Americamysisbahia的半數死亡效應水平，稀釋系形成可接受的TR0濃度 范圍（圖9)。
[0127] 在臭氧處理后即測試的海水中的Americamysisbahia的LC50值在24h和48h時 分別為〇? 70和0? 47mgTR0/L(圖6的表3)。對于24-h和48-h的死亡率數據而言，LC50 值往往會隨存儲時間的增加而略微降低，但是這些差異在統計上并不明顯（即，95%的置 信度限制了整個重疊）。95%的影響濃度表現出類似的趨勢，同時，24-h的LC95s的范圍為 1. 06 - 0? 75mgTR0/L，而 48-h的LC95s范圍為 1. 03 - 0? 74mgTR0/L(圖 6 的表 3)。
[0128]幼體北美銀漢魚和紅自盧（AtherinopsaffinisandCyprinodonvariegatus)對 氧化劑處理最為敏感，而糖奸Americamysisbahia是最敏感的無脊椎動物。與此相反，海 底短足類動物（Rhepoxiniusabronius，andLeptochirus6plumulosus)在所有測試物種 中是最不敏感的。對于最敏感的生物來說，臭氧處理引起的死亡迅速發生的半數死亡時間 為l-3h，但是，額外的死亡可能在臭氧處理后1 - 2d發生。作為所示的supra，在本發明 的處理條件下，臭氧不會在海水中持久。因此，毒性最有可能產生于溴化物向溴的同位素 10 (HOBr，0Bi〇的氧化，其中，這些所述溴的同位素即使在l-2d的存儲后仍能持續并繼續產 生毒性。因此，由于Br2可有效地消除水生NIS中相當大部分的群體，因此，短期分批處理 的臭氧化海水可產生范圍為〇. 3 - 1. 7mg/L的TR0濃度。
[0129] 結果表明：作為溴化物，在以小于lmg/L的TR0濃度進行短期臭氧處理后，可有效 消除水生無脊椎動物和魚類（即，5h以內即可實現100%的死亡率），并且臭氧產生的氧化 劑可聚集并且在封閉的容器內保持毒性至少2天。海底無脊椎動物（如藍蟹）可比較能容 忍臭氧產生的氧化劑，因此，需要其它控制方法來避免從壓載水排放引入。
[0130] 該例子顯示了由于Br2能有效地消除水生NIS群落中的相當大部分，因此，海水短 期內分批的臭氧處理能夠產生濃度范圍0. 3 - 1. 7mg/L的TR0。對該范圍的分析表明：利用 臭氧能夠溶解所有的氧以防止平衡情況。由在海水中的化學反應中消耗的臭氧可在隨后對 其處理時防止臭氧從溶液中釋放。該系統可防止平衡以允許幾乎所有的臭氧均轉移到水或 海水中。
[0131] 盡管已對本發明的優選實施例進行了說明，但是，本發明是可以改變和改進的，因 此，本發明不應局限于這些例子的細節。本發明包括落入權利要求保護范圍內的改變和變 換。
【權利要求】
1. 一種臭氧處理方法，包括： 使水的一部分從管道中的水流中轉向進入旁通管； 將含臭氧的氣體噴射入該部分的水中，以便提供經臭氧處理的部分； 使經臭氧處理的部分與所述管道中的水流重新匯合；和 調節轉向的部分，以便根據所述管道中的流量和噴射的氣體中的臭氧比率來提供最小 的轉向的部分的流量。
2. 根據權利要求1的方法，還包括：限制從將臭氧噴射入該部分內至使該經臭氧處理 的部分與所述管道中的水流重新匯合的噴射入臭氧的水的保留時段。
3. -種水處理系統，包括： 用于將水從第一吸入位置輸送至排放位置的水管； 從所述水管的第一點至返回點的旁通管，其中，所述旁通管使水的一部分從所述水管 處轉向，以便在所述旁通管中循環并在返回點處返回所述水管； 噴射器，其位于旁通管內以將臭氧注入水的轉向部分內； 臭氧發生器，其產生用于通過所述噴射器噴射的臭氧；和 調節器，其用于調節所述轉向部分以根據所述水管中的流量和注入氣體中的臭氧比率 來提供最小的轉向部分流量。
4. 根據權利要求3的系統，還包括：位于所述噴射器下游的旁通管內的靜態混合器。
5. 根據權利要求3的系統，包括：位于所述噴射器下游的旁通管內的混合器；和 再噴射器，其用于將含有臭氧的轉向部分水在所述返回點處重新噴射入所述水管中。
6. 根據權利要求3的系統，包括：多個噴射器，它們用于在將每一部分水注入多個壓載 艙的對應壓載艙之前，將臭氧注入水流的相應的多個水的轉向部分內。
7. -種臭氧處理方法，包括： 將海水通過管道上載至海上運輸船只的壓載艙； 在將水注入壓載艙之前，調節上載水以使水的一部分轉向，從而水的轉向部分轉向通 過旁通管； 調整水的轉向部分的流量和將臭氧注入該部分內的速率，以根據所述管道中的流量和 臭氧在注入氣體中的比率提供最小的轉向部分流量。
8. 根據權利要求7的方法，還包括：限制從將臭氧注入所述部分內至使臭氧處理部分 與所述管道中的水流重新匯合的注入臭氧的水的保留時段。
9. 一種壓艙水處理系統，包括： 船只，其包括至少一個壓載艙和至少一根向所述壓載艙的入口/出口或從所述壓載艙 的入口/出口輸送水的管道； 用于使水從所述管道的第一點輸送到所述管道的返回點的旁通管； 用于使水的一部分從所述管道轉向進入所述旁通管的調節器； 將臭氧以一定速率噴入水的所述部分內的噴射器；和 控制器，其操作地與調節器和所述噴射器相連，以調節轉向部分的水，以便根據所述管 道中的流量和臭氧在噴入氣體中的比率來提供最小的轉向部分流量。
10. 根據權利要求9的系統，還包括：計算機可用介質，其包括操作該控制器的一組指 令，以調節水的所述轉向部分的流量以及將臭氧噴入該部分內的速率，以便在該部分與所 述水重新匯合時實現目標生物滅殺。
11. 根據權利要求9的系統，包括：位于所述噴射器下游的旁通管內的混合器；和 再噴射器，其用于在所述返回點處，將含有臭氧的所述轉向部分重新噴回入所述管道 內， 其中，所述船只是海上運輸船只。
12. -種臭氧處理方法，包括： 為注入船只中壓載艙內的水確定物種的目標生物滅殺； 使水的一部分從通過管道注入壓載艙的水流中轉向進入旁通管； 在使所述部分與用于注入壓載艙內的水重新匯合時，以被確定為能夠實現所述目標生 物滅殺的速率，將臭氧注入轉向部分內；和 根據所述管道中的流量和臭氧在噴入氣體中的比率，將水的所述轉向部分調節至最小 的轉向部分流量。
13. 根據權利要求1、7或12的方法，其中：對于注入旁通管的每mg/L的臭氧來說，所 述轉向部分被調節為所述管道的流量的至少〇. 25 %。
14. 根據權利要求1、7或12的方法，其中：對于注入旁通管的每mg/L的臭氧來說，所 述轉向部分被調節為所述管道的流量的至少〇. 3%。
15. 根據權利要求1、7或12的方法，其中：對于注入旁通管的每mg/L的臭氧來說，所 述轉向部分被調節為所述管道的流量的至少〇. 35%。
16. 根據權利要求1、7或12的方法，還包括：將噴入臭氧的水填充至一個壓載艙中。
17. 根據權利要求1、7或12的方法，還包括：將噴入臭氧的水填充至多個壓載艙中。
18. -種壓艙水處理系統，包括： 包括至少一個壓載艙的海上運輸船只； 用于產生臭氧的臭氧發生器； 壓艙水管道，其用于從所述壓載艙中排出水，并將水導引至所述海上運輸船只的上載 n ； 用于使水的一部分從所述管道轉向進入旁通管的調節器； 將臭氧以一定速率噴入水的所述部分內的噴射器； 其中，所述調節器調節轉向部分，以便根據所述管道中的流量和臭氧在噴入氣體中的 比率來提供最小的轉向部分流量。
19. 根據權利要求3、9或18的系統，其中：對于注入旁通管內的每mg/L的臭氧來說， 所述控制器調節所述轉向部分以便提供所述管道的流量的至少0. 25%的轉向部分流量。
20. 根據權利要求3、9或18的系統，其中：對于注入旁通管內的每mg/L的臭氧來說， 所述控制器調節所述轉向部分以便提供所述管道的流量的至少0. 3%的轉向部分流量。
21. 根據權利要求3、9或18的系統，其中：對于注入旁通管內的每mg/L的臭氧來說， 所述控制器調節所述轉向部分以便提供所述管道的流量的至少0. 35%的轉向部分流量。
【文檔編號】B63B13/00GK104355391SQ201410478210
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2005年12月15日 優先權日:2005年1月24日
【發明者】約翰內斯·范·萊文, 邁克爾·D·詹寧森, 理查德·A·米勒, 杰克·H·羅賓遜 申請人:紐泰科O3公司