基于惰性烟气船舶压载水处理系统模拟研究

发布时间：2020-10-09 13:34

　　随着世界航运业的不断发展,船舶压载水带来的危害愈发严重。目前,在关于各种船舶压载水处理技术的研究中,电解和紫外线处理方法成为目前两大主流技术。采用电解法处理船舶压载水后,过高浓度的余氯有可能会腐蚀船体结构,处理后的压载水排放时也容易造成二次污染;采用紫外线法处理船舶压载水时,照射后的微生物可能存在光复活现象,耗能相比于其它处理方法较高,因此研究新的运行成本低、无二次污染、延缓压载舱腐蚀船舶压载水处理技术愈加重要。在此背景下,本文提出采用惰性烟气脱氧法处理船舶压载水,惰性烟气脱氧法是通过引射器将船舶产生的惰性烟气引入压载水管道中,与压载水混合后送入压载舱对微生物进行灭活。本文阐明了引射器的工作原理、惰性烟气灭活微生物的机理,根据惰性烟气处理压载水的原理,设计了实验系统,并基于Fluent软件对引射器结构进行了模拟优化,得出优化后的引射器结构在同一工况下增大了压载水对惰性烟气的吸气量。通过试验分析了惰性烟气对小球藻和大肠杆菌的致死率,确立了惰性烟气灭活微生物的最佳条件;应用腐蚀动力学和热力学探讨了惰性烟气处理后的压载水对压载舱的腐蚀机理,利用试验分析了惰性烟气处理后的压载水对压载舱的腐蚀影响。研究结果表明:1)惰性烟气N_2和CO_2混合物体积比为7:1,压载水中溶解氧浓度0.5mg/L,pH值为6时,小球藻的致死率为100%,大肠杆菌的致死率为99.98%,满足D-2标准;2)对惰性烟气处理后的压载水水质进行检测,未发现产生其他化学物质;3)惰性烟气脱氧法处理船舶压载水,处理前后海水介质中大部分腐蚀因子并未发生改变,变化因子仅为处理因子;由失重法试验结果得出,在溶解氧浓度为0.5mg/L和pH值为6的腐蚀介质中压载舱的平均腐蚀速率与在模拟海水中相比降低69.02%;由电化学腐蚀试验结果分析得出,在溶解氧浓度为0.5mg/L和pH值为6的腐蚀介质中,压载舱的腐蚀倾向性降低,因此,采用惰性烟气N_2和CO_2混合物处理船舶压载水能降低压载舱的腐蚀速率和腐蚀倾向性。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U664.9
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 压载水处理技术研究现状
        1.2.2 基于脱氧法处理压载水技术研究现状
    1.3 课题研究的主要内容和方法
        1.3.1 课题研究的主要内容
        1.3.2 课题研究的主要方法
    1.4 本章小结
第2章惰性烟气脱氧法船舶压载水处理机理
    2.1 惰性烟气对微生物的灭活机理
        2.1.1 惰性烟气去氧化法机理
        2.1.2 惰性烟气影响微生物反应机理
    2.2 惰性烟气处理后的压载水压载舱的腐蚀机理
        2.2.1 影响金属在海水中发生腐蚀的因素
        2.2.2 电化学腐蚀机理
    2.3 本章小结
第3章实验系统设计
    3.1 主要实验仪器
    3.2 实验材料
        3.2.1 实验模拟海水配置
        3.2.2 试验藻种和细菌的选择
        3.2.3 试验藻种和菌种培养
        3.2.4 腐蚀试样的选择
    3.3 惰性烟气处理压载水实验系统
    3.4 惰性烟气压载水处理系统实验装置
        3.4.1 烟气模拟系统
        3.4.2 过滤系统
        3.4.3 气液混合系统
        3.4.4 模拟压载舱系统
    3.5 实验内容
        3.5.1 Y型过滤器过滤效果试验
        3.5.2 引射器吸气量试验
        3.5.3 惰性烟气对微生物致死率试验
        3.5.4 惰性烟气对压载舱腐蚀影响试验
    3.6 样品分析方法
        3.6.1 灭藻率的测定
        3.6.2 灭菌率的测定
        3.6.3 腐蚀试样的分析
        3.6.4 水质参数的测定
    3.7 本章小结
第4章引射器结构参数模拟分析与优化
    4.1 引射器结构参数
    4.2 数值模拟
        4.2.1 数值模拟理论
        4.2.2 三维模型及网格划分
        4.2.3 边界条件和求解器的设置
    4.3 数值模拟分析
        4.3.1 实验时工作流体入口压力与吸气量的关系
        4.3.2 数值模拟时工作流体入口压力与吸气量的关系
    4.4 引射器结构参数的数值模拟优化
h对引射器的吸气性能的影响'>        4.4.1 混合室直径D_h对引射器的吸气性能的影响
3对引射器的吸气性能的影响'>        4.4.2 混合室长度H₃对引射器的吸气性能的影响
p对引射器的吸气性能的影响'>        4.4.3 气体出口直径D_p对引射器的吸气性能的影响
4对引射器的吸气性能的影响'>        4.4.4 扩散室长度H₄对引射器的吸气性能的影响
    4.5 本章结论
第5章惰性烟气船舶压载水处理试验分析
    5.1 Y型过滤器的过滤效果分析
        5.1.1 浊度实验结果与分析
        5.1.2 吸光度结果与分析
2对微生物致死率的试验结果分析'>    5.2 惰性烟气N₂对微生物致死率的试验结果分析
2浓度与压载水中溶解氧含量的关系'>        5.2.1 N₂浓度与压载水中溶解氧含量的关系
        5.2.2 溶解氧含量对微生物灭活率影响
2对微生物致死率的试验结果分析'>    5.3 惰性烟气CO₂对微生物致死率的试验结果分析
2浓度与压载水中pH值的关系'>        5.3.1 CO₂浓度与压载水中pH值的关系
        5.3.2 pH值对微生物致死率的影响
2和CO₂混合物对微生物致死率的结果分析'>    5.4 惰性烟气N₂和CO₂混合物对微生物致死率的结果分析
    5.5 惰性烟气对压载水水质的结果分析
    5.6 误差分析
    5.7 本章小结
第6章惰性烟气脱氧法对压载舱腐蚀影响
    6.1 试样在不同腐蚀介质中处理前后腐蚀因子的变化
    6.2 试样在不同腐蚀介质中腐蚀失重的结果分析
    6.3 试样在不同腐蚀介质中的宏观形貌结果分析
    6.4 试样在不同腐蚀介质中的微观形貌结果分析
    6.5 试样在不同腐蚀介质中的腐蚀电化学结果分析
        6.5.1 试样在全浸区中的开路电位变化
        6.5.2 试样在全浸区中的极化曲线分析
    6.6 本章小结
第7章结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
攻读学位期间所发表的学术论文
致谢

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