电解法处理船舶压载水的利弊.docx

学 号： 0121112740109 课 程 论 文课程名称水域环境化学题 目电解法处理船舶压载水的利弊学 院专 业班 级姓 名任课教师邓健2014年1月4日电解法处理船舶压载水的利弊汪周盼（武汉理工大学 航运学院,海事管理1101班 0121112740109）摘要：本文主要阐述了电解处理船舶压载水的基本原理，包括电解的条件、电解的过程及电解的氯化产物杀灭海生物的原理。分析了电解过程中产生的含氯强氧化性物质对压载舱金属腐蚀随着含氯浓度升高腐蚀程度越大的过程。权衡电解法处理船舶压载水的利弊，最终认为电解法满足安全、实用、经济和有效的标准。关键词：压载水处理 电解法 The advantages and disadvantages of electrolytic treatment of ships ballast waterWang Zhou-pan(Wuhan University of Technology Navigation College, The maritime administrative class 1101 0121112740109)Abstract: This article focuses on the basic principles of electrolytic treatment of ships ballast water, Conditions include electrolysis, the electrolysis process and electrolytic chlorination products kill sea creatures principle. Analysis of the electrolysis process produces chlorine strong oxidizing substances on metal corrosion in ballast tanks with chlorine concentration greater the corrosion process. Weigh electrolysis ballast water treatment pros and cons, Concluded that electrolysis meet safe, practical, economical and effective standards.Key words: Ballast Water Treatment; Electrolysis0.引言 压载水是为了控制船舶的平衡，提高船舶的稳定性而在船上加装的水，它在保证船舶安全航行的同时对海洋环境也造成了危害。【1】，船舶压载水的排放是造成地理性隔离水体间有害生物传播最主要的途径。【2-4】压载水和沉积物中含有的生物体排放后能够在恶劣的环境中存活下来，造成有害水生物和病原体传播。压载水已经被全球环境基金组织（GEF）确定为危害海洋环境的四大威胁之一。【5】，如何安全有效治理船舶压载水是国际海洋环境研究中的难点和热点之一。【6】目前有超过20多种的压载水处理方法，包括机械的、物理的和化学的等等，但没有一种单一的船舶压载水处理技术或管理方法能满足IMO提出的五项标准，即安全、实用、经济、有效且环境容许。电解法处理船舶压载水中的有害水生物和病原体是一种非常有前途的处理技术，并获得了国际海事组织的资助，在一定的条件下能杀灭压载水中绝大多数的有害水生物和病原体。【7】虽然电解法在处理船舶压载水方面有独到的优势，但是在电解的过程中产生的次氯酸钠对船舶压载舱金属的腐蚀也是不能忽视的问题。本文将着重从电解的方法和电解的危害出发，权衡电解法在处理船舶压载水方面的利与弊。1压载水电解原理海水经船舶海底门吸入，然后通过安置在压载泵后的电解模块进入压载舱。海水通过电解模块时，由于电解产生的次氯酸钠具有强氧化性，能杀死海水中的有害微生物,生成的残余氯气能够阻止压载舱中的微生物重新生成。图1 压载水处理系统工艺流程【8】1.1电解的条件1.1.1电解液电解法处理船舶压载水是以海水为电解液，电解原料的选取十分方便，其经济成本很低。【9】海水中含有丰富的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-等离子，在这些离子的作用下，海水形成了一个天然的电解质溶液。1.1.2电极的材料1.1.2.1阳极的材料阳极材料要求析氯活性好，氧化性与基体有较高的结力，抗电解能力强，耐氧、氯腐蚀，同时还要求耐海水污染能力强，电流效率持久等。18世纪中叶，碳和石墨电极开始应用在电化学中，其中1896年Acheson成功研制人造石墨并应用于氯碱工业。【8】目前碳和石墨电极是电化学工业中应用最广的非金属电极材料，具有廉价、易得，导电、导热性能好，耐腐蚀性好，便于加工各种形态等优点。同时有以下缺点：机械强度低，容易磨损；作为阳极材料时，特别是在酸性溶液中，外层碳原子容易被氧化为一氧化碳和二氧化碳，造成石墨膨胀剥离，电极损耗，同时电极极距增大，槽电压升高，电解效率下降，并容易造成堵塞。1.1.2.2阴极的材料阴极材料要求表面抛光，减少钙、镁沉淀物的沉积，同时还需注意材料的渗氢、氢脆现象和电解槽停止工作后可能发生的腐蚀。海水电解的阴极是析氢反应，因此阴极的材料活性必须在金属活动性顺序中氢的活性后面。在阴极材料中，Hg、Pb、Zn、Sn等属于析氢过电位高的材料，Fe、Co、Ni、Cu、W等属于过电位中等的材料，Pt和Pd等铂系金属属于过电位低的材料。低碳钢阴极具有析氢过电位低(约为300mv)、加工性能好、价格低廉、耐腐蚀等特点，被广泛用作碱性介质中的阴极材料。81.2电解的过程在海水溶液中存在着以下电离平衡： NaClNa+Cl-1 H2O H+OH-2按照电解理论，当海水流经电解槽时，可发生以下主要的电解反应： 在阳极：2Cl-2eCl23 在阴极：2H2O+2e2OH-+H24无隔膜电解槽电解时，由于氯气极易溶于水（20时溶解度为7.29Kg/m3）,加之由于海水连续不断的流经电解槽可是阴阳极电解溶液充分混合，氯气随后在溶液中发生二次反应： Cl2+2OH-=ClO-+Cl-+H2O525时，此反应的平衡常数KC=1.5101610,可见该反应的程度很深。因此，结合1、2、3、4、5五个反应式，得到的总反应可写为： NaCl+H2O=NaClO+H26112.氯化对压载水中海生物处理原理 对内地港口的检测包括宁波港、日照港、烟台港、厦门港、洋山港、漳州港、江阴港和福州新港的到港船舶压载水生物检测:2002 年3 月-2003 年7 月，郑剑宁等对到达宁波港的52 艘船舶进行压载水调查，结果表明85%以上的压载水中都携带有浮游生物，其中共发现50 种浮游植物，宁波港检测到18 种浮游动物。【12】而这些浮游生物往往是造成物种入侵的根源，对压载水排放地的生态环境会造成严重的破坏。由此可见，对压载水中的浮游生物等的控制是处理船舶压载水问题的根源所在。图2 压载水转移带来的物种入侵的示意图【8】电解法正是基于以上原因，由电解海水产生的含氯化合物具有强氧化性，能够将压载水的浮游生物杀死。由于电解产生了次氯酸钠溶液，而次氯酸钠溶液是一种非常有效的杀菌剂，它可以在压载水中保持一定的时间，并迅速有效的杀灭压载水中的浮游生物、孢子、幼虫以及病原体。该技术已在医学灭菌、自来水厂等水处理行业应用多年，是一种成熟可靠的微生物灭活方法。13研究表明，天然海水中的某些藻类能忍受有效氯浓度一般为5-10mg/L；原生动物对氯化处理的耐受很差，有效氯浓度达到5mg/L就可杀灭原生动物。14而电解模块产生的有效氯浓度大约为10mg/L，经过电解处理之后的压载水，里面的浮游生物等都会被杀死。在排出压载水时，中和系统检测排出的水中有效氯浓度超出上限值0.02mg/L时，会自动切断排出通路，直到浓度控制在0.02mg/L以下时，排出通路才再次被打开。3.氯化对压载舱金属的腐蚀 电解法处理船舶压载水的基本原理是采用专门的电解装置对海水进行电解，产生HCIO、CIO-、Cl- 、OH-、O 等多种活性物质，从而杀灭水中的水生物和病原体。但这些活性物质的氧化性较强，会对压载舱金属(船用碳钢)造成腐蚀。【15-19】碳钢在余氯质量浓度为7.5mg/L、17mg/L和28 mg/L 压载水中的腐蚀速度分别约为其在天然海水中的1.25 、1.46 和1.7 倍。当温度从8升高到24时，试样在余氯浓度为7.5mg/L、17mg/L 和28 mg/L溶液中的腐蚀速率依次增加了7.1 %、8.2% 和10.7%。可以看出：电解压载水的余氯质量浓度越大，温度对腐蚀加速的程度越大。实验溶液的pH 为8.1-8.4 ，因此，电解压载水中主要的活性物质为ClO- 和HCIO ，且C10- /HClO=5:120。 由于ClO-和HClO 比溶解氧具有更高的氧化还原电位，因此从热力学的角度看，电解过的压载水的腐蚀性更强。另外，在升高同样温度的情况下，余氯质量浓度越高，溶液中克服反应活化能参加反应的粒子的量越多，从而加快了腐蚀反应速度。图3 腐蚀速率随温度、余氯质量的变化规律由此可见，电解压载水具有较强的腐蚀性。碳钢的腐蚀速率随水中余氯质量浓度和水体温度的升高而变大，且余氯质量浓度越高，相同温度下对腐蚀加速的程度越大。【21】4.结论（1）在诸多压载水处理技术中，电解法具有技术成熟、费用低、处理效果好等优点。（2）电解压载水的过程中会产生含氯的强氧化性物质，这些强氧化性物质会对压载舱金属产生腐蚀作用；且在相同温度下，压载水中的有效氯浓度越高腐蚀程度越大。（3）根据国际海事组织制定的2004年国际船舶压载水及沉积物控制和管理公约中提出的压载水处理五项标准，本文探讨后认为电解法满足安全、经济、实用和有效四项。参考文献1 Efi Tsolaki，Evan Diamadopoulos. 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