

本项目属于环境污染物处理和检测技术领域。 由于压载水排放导致生物入侵问题的严重性,2004年2月,国际海事组织(IMO)在伦敦通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》。为达到公约要求,需在船舶上加装压载水处理装置,并研制压载水检测设备,以实现对压载水的处理和效果评估。我国作为最大的压载水输出国和输入国,研制综合性能优异的压载水处理和检测成套技术对确保我国海洋的生物安全以及中国海洋经济的可持续性有着重要意义。 但履行该公约面临两个大的技术瓶颈。一是尽管目前已经提出的船舶压载水处理方法有30多种,但综合考虑有效性、可靠性、成本、环境、健康和安全性,IMO下属的海洋环境保护委员会以及全球压载水管理项目组都认为目前尚无比较理想的压载水处理技术和工艺。二是公约对排放压载水中个体尺寸在10~50um以及>50um的活体生物浓度进行了限定,但现有的检测方法,例如广泛使用的荧光染色+显微镜镜检存在检测时间长,检测限过高,精度差、检测人员间的主观误差大以及检测劳动强度大等缺陷,无法实现对压载水中活体微生物的快速准确计数。 课题组针对压载水处理和检测中存在的问题进行了长期的研发,取得了如下创新成果:(1) 研制了新型的锥形孔板,首次用其产生水力空化灭活水体中的微生物,找到了一种较为理想的船舶压载水预处理方法。与常规的孔板相比,锥形孔板水力空化所需的孔前压力降低了90%,能耗只有前者的6.84%。此外,水力空化是一种物理灭活技术,真正环境友好,且只需在管道上加装孔板,基本不占用空间;(2) 脉冲强光灭活技术处理压载水。解决了目前商业应用广泛的UV处理技术存在的注入光能利用效率有待提升,部分辐照后的微生物灭活不彻底,无法有效灭活孢囊和孢子,以及UV灯中含有毒物质汞,报废处理时可能污染环境等问题,同时保留了UV处理环境友好等优点。创新的将脉冲氙灯内置反应器内,在实现对其的快速冷却以及对微生物高效灭活的同时,有效的降低了处理装置的能耗和占地空间。 (3) 复合荧光染色+流式细胞仪快速准确检测压载水。基于荧光探针与不同活性微生物的结合产生的特征荧光强度以及波长会有显著不同,实现了快速准确的计数船舶压载水中的活体微生物。整个检测时间<30 min,检测精度<10%,远高于目前使用最为广泛的荧光染色+显微镜镜检方法。而且,该方法可批量自动检测并且同时实现对10~50um以及>50um活体生物的计数。 项目共计申请发明专利和实用新型专利5项,已授权4项。经科技查新,该项目成果整体达到国际先进水平。综合技术在船舶压载水处理以及饮用水消毒领域成功实现了应用,新增产值3312万元,新增利润1632万元,新增税收576.9万元。此外,该项目成果增强了我国履行压载水公约的能力,为监管部门的日常执法提供了强有力的技术支撑。
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