紫外线催化处理船舶压载水及工艺优化研究

摘要

经济全球化的迅猛发展将海运的优势充分发挥，但其对海洋环境造成的威胁也日益严重。针对此现象世界各国已开发出多种处理压载水的措施，但各种方法均存在着优势与不足之处。可见，如何有效地将压载水进行处理已迫在眉睫。基于此本文对综合利用多种方法处理船舶压载水的特性及效果进行了研究。
　　本研究过程中所采用的压载水处理装置将过滤、紫外线催化灭菌作为主要处理手段，其主体工艺流程为：预处理→过滤→灭活装置→压载水排出。预处理过程将对进水中添加磁种和絮凝剂，高梯度磁过滤器装置将对压载水中尺寸在50微米以上的浮游动植物及水中杂质进行彻底去除，在文丘里管及二氧化钛的辅助下，同单独使用紫外线灭菌相比，对大肠杆菌的处理能力提高了约25％，对总菌的处理能力提高了约20%。通过正交试验得出仅当紫外线的强度为55W，流量小于等于200L/h时，以及紫外线的强度为75W，流量小于等于400L/h时的处理结果能满足IMO排放标准，其中盐度和pH值的变化对出水效果无影响。
　　为提高设备处理能力，将臭氧灭活手段引入，并通过实验确定了以紫外线催化联合臭氧同时灭菌的方案。此时，在臭氧的协同作用下，当紫外线强度达到55W或者75W时，经处理后的压载水全部可以全部满足IMO排放标准，合格的组别数由3组提升至9组，利用正交试验确定了以紫外线强度为75W、流量为200L/h、臭氧制取量为600mg/h的最佳因子组合。
　　为更好地模拟压载水处理结果，针对可控因子的特点选用了3-6-1的BP神经网络模型结构，其泛化能力良好，与实际实验的6组检测结果较为接近，最大偏差为9.51％，最小偏差为0.68％，其中对于总菌而言，紫外线强度、流量、臭氧制取量的相对重要性指数分别为0.4474，0.2970，0.2556；对于大肠杆菌的相对重要性指数分别为0.3485，0.3431，0.3084。紫外线强度的变化对处理效果影响最大，其次为流量以及臭氧制取量的影响。
　　通过荧光原位杂交技术（FISH）与电镜扫描技术的利用，对进水水样、膜丝冲洗物，以及过滤装置的膜丝进行去除效果研究。采用了碱基序列为CTTTGGTCTTGCGACGTT的ECO180探针来针对大肠杆菌进行标记，以及碱基序列为GCTGCCTCCCGTAGGAGT的EUB338探针对总菌进行标记。对于是否含有絮凝剂的进水水样的研究中，大肠杆菌含量分别占到了47%、45%，验证了人工配制压载水达到了配制要求。并且两种检测方法同时观察到了附着在膜丝表面的细菌存在，注意到高梯度磁过滤的过滤特性可以同时过滤掉水中的杂质以及部分细菌，使处理效果得到保证。

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第1章 绪论

1.1概述

1.2 船舶压载水的处理方法

1.3 船舶压载水处理系统的研究进展

1.3.1国内外通过审核的主要压载水处理系统情况

1.4 课题任务

第2章 实验材料及方法

2.1 试验用水配制

2.2 试验装置及仪器设备

2.3 压载水处理实验方案确定

2.4 小球藻的培养

2.5 实验主要使用的分析与检测方法

2.6 本章小结

第3章 压载水处理系统工艺设计及优化改进

3.1船舶压载水处理装置技术路线

3.2压载水处理结果分析及技术改进研究

3.3 本章小结

第4章 基于BP神经网络对压载水处理的模拟与优化

4.1 BP神经网络的选取及其计算流程

4.2 基于BP神经网络的处理总菌效果仿真研究

4.3对总菌的BP神经网络仿真结果分析

4.4 基于BP神经网络的处理大肠杆菌效果仿真研究

4.5对大肠杆菌的BP神经网络仿真结果分析

4.6 本章小结

第5章 船舶压载水处理的分子生物学诊断

5.1 荧光原位杂交技术的选取

5.2 FISH检测原理及实验事项

5.3 FISH技术对压载水处理的分子诊断

5.4 应用电镜扫描技术对滤器的处理能效诊断

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢