一种压载水管理系统活性物质监测及投加量控制方法与流程

本发明涉及船舶压载水处理，具体而言，涉及一种压载水管理系统活性物质监测及投加量控制方法。

背景技术：

1、大型船舶在不同港口间取排压载水，可能导致外来水生生物随船转移，引发物种入侵、破坏当地生态平衡。为此，国际海事组织（imo）于2004年颁布《控制和管理船舶压载水和沉积物国际公约》，明确了压载水排放标准；此外，美国海岸警卫队（uscg）等港口国监管机构亦颁布法规，强制要求进入相关水域的船舶安装经型式认可的压载水管理系统。为应对上述国际公约及港口国法规，远洋船舶需配备压载水管理系统，并依据imo《压载水管理系统的认可规则》进行型式认证。对于采用活性物质的压载水管理系统，还需通过《使用活性物质的压载水管理系统认可程序》评估，以验证系统在实船运行中的有效性、安全性及环境友好性。

2、目前，市场上使用活性物质的压载水管理系统主要分为电解法和化学加药法，两类系统均需在压载主管路中安装总残余氧化剂（total residual oxidants，简称tro）分析仪，实时测量活性物质浓度以确保投加量满足生物灭活要求。然而，目前各主流系统型式认证的活性物质加药浓度一般为固定值，即在各种水质下均需保证该加药浓度以确保处理效果。当活性物质投加到压载水中后，除了与微生物结合进行生物灭活外，压载水中含有的腐殖酸类等还原性物质也会与活性物质发生氧化还原反应，且该反应比与微生物的反应更为迅速，会大量消耗活性物质，影响生物灭活效果。

3、而且，全球各港口水域的水质条件差异极大。根据dnv在mepc84次会议上提交给imo的提案，tro衰减主要发生在活性物质与压载水接触混合后的前10min，尤其是前5min，而10min后tro衰减明显变缓；不同港口水域的天然水体中，tro在60min内的消耗量在0.4mg/l至6.4mg/l之间波动。高tro消耗水域中，按固定加药浓度投加的活性物质可能被水体中的还原性物质大量消耗，导致剩余tro不足以完成生物灭活，造成处理不达标的风险；而在低tro消耗水域中，固定加药又会导致活性物质过量投加，造成药剂浪费并增加排放水的环境风险。

4、针对上述问题，现有技术已提出一些解决方案。例如，现有专利cn102435603b公开了一种压载水中残余氧化剂浓度的测定装置、监视方法及监视系统。该专利采用dpd吸光光度法，通过单台tro监视器迅速测定压载水中的tro浓度，并以该浓度作为反馈信号，控制活性物质的注入量，使tro浓度达到预先设定的固定目标值。该方案解决了tro测定速度慢、精度不足的问题，但其控制逻辑基于固定的浓度设定值，无法根据源水水质的差异动态调整加药目标。wo2015075820a1提出了另一种思路，该申请通过预先采集未处理压载水，向其中添加氯系活性物质后，通过测量多个时间点的tro浓度变化，拟合对数衰减公式，以此预测长期衰减趋势，并反推确保排放时tro浓度不低于0.1mg/l所需的初始添加量。虽然该方法试图通过预实验来评估水质的tro消耗特性，但其属离线预测，且控制逻辑仍基于固定的浓度设定值，无法在压载过程中根据水质差异动态调整加药目标。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种压载水管理系统活性物质监测及投加量控制方法，以解决现有技术中缺乏对源水tro消耗的在线实时监测手段，无法量化不同水质条件下的tro消耗量，从而无法为动态调整加药浓度提供数据基础的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明公开了一种压载水管理系统活性物质监测及投加量控制方法，压载水管理系统包括压载主管路和控制系统；控制方法包括：

4、设置第一tro分析仪，用于实时监测压载主管路中活性物质投加点下游的压载水水样的活性物质浓度，定义为实时tro浓度；

5、在压载水管理系统中设置延迟取样管路，延迟取样管路的取样入口端自第一tro分析仪的取样点附近引出，且延迟取样管路上设有第二tro分析仪，用于监测延迟取样管路中压载水水样的活性物质浓度，定义为延迟tro浓度；

6、根据实时tro浓度和延迟tro浓度，计算并更新加药浓度目标值；

7、根据实时tro浓度和加药浓度目标值的差值，调节压载主管路中活性物质的投加量，使实时tro浓度与加药浓度目标值的偏差不超过预设偏差范围。

8、可选的，将压载水水样从第一tro分析仪的取样点经延迟取样管路流至第二tro分析仪取样点所需的时间定义为取样延迟时间，取样延迟时间为5~10min。

9、可选的，取样延迟时间的计算方法包括：

10、获取延迟取样管路的内部总容积；

11、通过设置在延迟取样管路上的流量调节阀来调节延迟取样管路中压载水水样的流量；

12、根据内部总容积与延迟取样管路中压载水水样流量的比值，确定取样延迟时间。

13、可选的，加药浓度目标值的计算和更新包括：

14、根据实时tro浓度和延迟tro浓度，计算并更新压载主管路中压载水水样的tro消耗量；

15、根据tro消耗量和用于微生物灭活的基准tro浓度，计算并更新加药浓度目标值。

16、可选的，tro消耗量的计算包括：

17、在预设统计周期内，对实时tro浓度和延迟tro浓度分别进行统计处理，获得实时tro浓度和延迟tro浓度的平均值；

18、实时tro浓度与延迟tro浓度的平均值之差即为tro消耗量。

19、可选的，加药浓度目标值为tro消耗量与基准tro浓度之和。

20、可选的，加药浓度目标值需在进入不同的水域之前预先设定并在压载作业完成后更新至历史数据库，具体包括：

21、获取目标水域的位置信息；

22、从控制系统存储的历史数据库中检索目标水域的历史加药浓度值；

23、以历史加药浓度值作为目标水域中压载水管理系统启动阶段的加药浓度目标值；

24、在压载作业结束后，将本次压载作业实测得到的加药浓度目标值与当前水域关联并更新至历史数据库中，以供后续在相同水域进行压载作业时调用。

25、可选的，调节压载主管路中活性物质的投加量的步骤包括：

26、当实时tro浓度低于加药浓度目标值时，且两者的差值超出预设偏差范围时，控制系统增大电解单元的电解电流或增加活性物质的投加量；

27、当实时tro浓度高于加药浓度目标值时，且两者的差值超出预设偏差范围时，控制系统减小电解单元的电解电流或降低活性物质的投加量。

28、可选的，第一tro分析仪能够直接安装于压载主管路中，或安装于从压载主管路引出的旁路取样管路上。

29、相对于现有技术，本发明所述的一种压载水管理系统活性物质监测及投加量控制方法具有以下优势：

30、（1）实现了源水tro消耗量的在线实时监测。本发明通过在压载主管路中协同布置两台tro分析仪并结合延迟取样设计，能够在压载作业过程中持续、在线地获取源水的tro消耗数据，无需离线采样和实验室分析，为动态调整加药浓度提供了实时、可靠的数据基础。

31、（2）实现了加药浓度的动态自适应调节。本发明基于实时监测得到的tro消耗量，动态计算并更新活性物质的加药浓度目标值，使加药浓度与当前水体的实际消耗特性实时匹配，在高消耗水域保障生物灭活效果、在低消耗水域避免药剂浪费，实现精准按需投加。

32、（3）兼容性强且工程实施成本低。本发明无需改动现有压载水管理系统的主体处理工艺，仅需增设一台分析仪及相应延迟取样管路即可实现，可适配电解法、化学加药法等各类活性物质类系统，具有良好的通用性。

33、（4）提升了系统运行的自动化水平。本发明通过闭环反馈控制实现加药量的自动调节，支持长时间连续运行时周期性更新加药设定值以适配水质变化，无需人工干预，减轻了操作人员负担，避免了人为判断失误导致的处理风险。

34、（5）有助于提升排放水的环境安全性。本发明通过精准控制活性物质投加量，避免了过量加药导致的活性物质残留，减少了中和剂用量，降低了排放水对接收海域生态环境的潜在影响。