CN103523971B - 一种海上平台生活污水的组合处理方法及组合处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种海上平台生活污水的组合处理方法及组合处理系统，其特征在于：所述组合处理方法包括如下步骤：1）预处理：将海上平台生活污水依次经粉碎、油水分离及细格栅粗过滤步骤进行预处理，去除大部分大分子物质；2）陶瓷膜微滤处理：将预处理出水通过陶瓷微滤膜深度过滤处理，使得出水悬浮物含量能够达到≤35mg/L的标准；3）光电催化氧化处理：处理时间为0.5-2h；出水即直接实现达标排放，产生的污泥再运回陆地处理。所述组合处理系统，包括垃圾粉碎泵（1）、滗油器（2）和细格栅（3）、固废罐（4），缓冲罐（5），陶瓷微滤膜装置（6），光电催化氧化一体化装置（7）和絮凝沉淀池（8）。

Description

一种海上平台生活污水的组合处理方法及组合处理系统

技术领域

本发明涉及生活污水处理技术领域，尤其涉及一种海上平台生活污水的组合处理方法及组合处理系统，具体是主要采用预处理+陶瓷膜深度过滤+光电催化氧化的组合处理方法以及由相关设备组成的组合处理系统，使得海上平台生活污水实现达标排放。

背景技术

随着海洋石油的开发，海上平台生活污水对海洋环境的污染越来越受到重视。国际海事组织（IMO）在1973年制定的《国际防止船舶污染公约》对防止生活污水造成的污染做了严格的规定。中国在1983年制定了《船舶污染物排放标准》，1986年制定了《海船防污结构与设备规范》，对船舶生活污水的处理与设备进行了规范。20世纪70年代初，国际上开始进行船用生活污水处理装置的研究与开发，目前已经达到商品应用阶段。常用生活污水处理方法主要分为三类：物理化学法、生物法和电解法。

到目前为止，国内外普遍采用的除磷方法主要有化学除磷法和生物除磷法，以及化学和生物除磷相结合的生化除磷法。

（1）物理化学法

物理化学法的工作原理是将粉碎泵粉碎后的污水加入消毒药剂，污水消毒后经过分离，处理为澄清水和污泥，将澄清水排出，污泥定期排走。该方法需要有一定的空间储存消毒药剂，而消毒药剂长时间储存后其消毒能力下降是其短板。

（2）生化法

生化法是一种利用微生物来处理污水的方法。生化法处理海上平台生活污水的影响因素主要有溶解氧、水体温度、营养物质、pH值和有机负荷率等，平台上采用生化法处理生活污水主要存在以下几方面的问题：1）生化法中的活性污泥易受污水中油污或化学药剂的影响而死亡；2）以中国渤海海域为例，当冬季气温低时微生物降解有机物的能力大幅下降；3）当系统停止运行一段时间后也容易造成微生物群因为没有养料而死亡；4）平台上污水产生量的不均匀性使进入污水处理装置的污水具有一定的冲击性，对微生物活动有一定的影响；5）曝气罐中污水处理需要较长的时间，需要有较大的空间；6）由于部分平台采用海水冲厕，因此污水中盐含量高，而高盐环境下微生物的种群简单、耐冲击性更差、处理效果不理想。

（3）电解法

电解法是通过电化学过程产生消毒剂（ClO^-）来对生活污水进行氧化和消毒。其原理是将混有海水和生活污水，流经电解槽，产生ClO^-来对生活污水进行消毒和氧化，电解法不需要额外使用药剂，占地面积小，操作维修简单，其缺点是极板损耗高同时容易堵塞造成设备的不稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于海上平台生活污水处理组合处理方法及其组合系统，以达到稳定处理并达标排放海上平台生活污水的目的。

本发明主要采用一种组合工艺，以克服现有工艺的不足，本组合工艺采用预处理+陶瓷膜深度过滤+光电催化氧化组合处理方法对海上平台生活污水进行处理，生活污水首先经过粉碎、油水分离、细格栅过滤等预处理后，能够截留住大部分大块固体物质与油分，过滤出水经过缓冲罐均质后，再经过陶瓷膜深度过滤处理，出水悬浮物含量能够达到≤35mg/L的标准，后续再经过光电催化氧化技术方法的光电处理设备处理使其水质达到处理要求。

陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等材料经特殊工艺制备而成的多孔非对称膜。陶瓷膜过滤是一种“错流过滤”形式的流体分离过程：在压力作用的驱动下，废水在膜管内流动，小分子物质透过膜，含大分子组分的浓缩液被膜截留，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。陶瓷膜的过滤精度涵盖微滤和超滤，微滤膜的过滤孔径范围在0.05μm至1.4μm之间，超滤膜的过滤精度范围可在10KDa-50KDa之间，可根据物料的粘度、悬浮物含量选择不同孔径的膜，以达到澄清分离的目的。陶瓷膜具有耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高、抗微生物能力强、渗透量大、可清洗性强、孔径分布窄、分离性能好和使用寿命长等特点，目前已在化工与石油化工、食品、生物和医药等领域分离工艺获得成功应用。本发明的显著技术特征之一，就是在于开发的新的陶瓷滤膜制备工艺，通过加入锆铝双金属偶联剂，获得了一种性能显著改善的氧化铝复合陶瓷微滤膜制品，提高了生活污水的处理能力及滤膜使用寿命。锆铝双金属偶联剂的使用，在溶胶体系反应前起到原料组分的表面活性和分散作用，在溶胶体系反应过程中起到偶联架桥作用，能够使各有机组分官能团同无机及金属组分结构桥联更为强化，在涂膜过程中能够使复合溶胶涂层组分同陶瓷基体附着更为紧密深入，在最后的焙烧过程中，能够通过有机成分的挥发增强微滤膜的孔隙率和孔强度，改善比表面积，从而提高了所制备氧化铝复合陶瓷微滤膜的综合性能。

光电催化氧化技术是利用光化学法产生羟基自由基·OH等多种强氧化剂从而将有机污染物彻底氧化为无机小分子，电催化氧化技术通过阳极产生强氧化剂降解有机物，使污染物质在电极表面上直接氧化或者利用电极表面产生的活性物质发生氧化反应从而达到去除污染物的目的。光催化氧化和电催化氧化过程的耦合产生了一定的协同作用，促使光电催化降解过程具有更高的降解效率。实现了两种高级氧化技术的集成和优势互补，使得出水COD、氨氮、大肠杆菌、SS等指标均达到排放标准，其处理效果要远远强于单独的电解技术。本发明的另一显著技术特征，就在于开发了具有复合结构和复合电极功能的光电催化氧化一体化装置；从而全面完成了海上平台生活污水的组合处理方法及其处理系统的技术改进。

本发明为一种海上平台生活污水的组合处理方法，其特征在于：

所述组合处理方法包括如下步骤：

1)预处理：将海上平台生活污水依次经粉碎、油水分离及细格栅粗过滤步骤进行预处理，去除大部分大分子物质；

2)陶瓷膜微滤处理：将预处理出水通过陶瓷微滤膜深度过滤处理，使得出水悬浮物含量能够达到≤35mg/L的标准；

3)光电催化氧化处理：将陶瓷膜过滤出水进入光电催化氧化一体化装置进行光电催化氧化处理，处理时间为0.5-2h；出水即直接实现达标排放，产生的污泥再运回陆地处理。

本发明还提供了一种海上平台生活污水的组合处理系统，其特征在于，包括管道依次连接的预处理单元、陶瓷膜微滤单元和光电催化氧化单元三部分，其中所述预处理单元包括依次连接的垃圾粉碎泵（1）、滗油器（2）和细格栅（3）三部分，所述细格栅的固废出口连接有固废罐（4），用于暂时储存大分子固定废物，所述细格栅的出水口连接有与陶瓷膜微滤单元相连的缓冲罐（5），用于均质细格栅过滤出水；所述陶瓷膜微滤单元由数组并联的0.2-1μm陶瓷微滤膜及基体组成，单元前面设置进水泵，污水回流采用射流器与进水混合，陶瓷膜微滤单元还配有自动反冲洗装置；所述陶瓷膜微滤单元后连接有光电催化氧化单元；陶瓷膜微滤单元连接絮凝沉淀池（8），所述絮凝沉淀池（8）上部通过管道连接光电催化氧化一体化装置（7），底部连接固废罐（4），从而使处理后的上清液打入光电催化氧化一体化装置（7）处理，底部沉淀物排入固废罐（4）。

根据本发明所述的组合处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)预处理：经过预处理单元中的垃圾粉碎泵（1）粉碎处理、滗油器（2）油水分离处理以及细格栅（3）过滤处理后，去除大部分大分子物质进入缓冲罐（5）；

2)陶瓷膜微滤处理：经供水泵将预处理出水进入陶瓷微滤膜微滤装置（6）进行陶瓷膜深度过滤处理，使得出水悬浮物含量能够达到≤35mg/L的标准；

3)光电催化氧化处理：将陶瓷膜过滤出水进入光电催化氧化一体化装置（7）进行光电催化氧化处理，处理时间为0.5-2h；出水即直接实现达标排放，产生的污泥进入固废回收罐（4）运回陆地处理；

所述的陶瓷膜微滤处理是在采用数组并联的0.2-1μm陶瓷微滤膜的陶瓷膜微滤装置（6）中进行，并配有自动反冲洗装置，污水回流采用射流器与进水混合；膜通量为300-650L/m².h，污水在陶瓷膜微滤装置中的流速为0.1-4m/s，回流量为15-60%，能够有效阻止1-10NTU杂质的通过；其中所述陶瓷微滤膜选自氧化铝、氧化钛、氧化锆为主体材料的复合陶瓷微滤膜；

所述的陶瓷膜微滤处理后产生的浓水经絮凝沉淀处理，处理后的上清液打入光电催化氧化一体化装置（7）处理，沉淀物与所述污泥运回陆地处理。

根据本发明所述的组合处理系统，其特征在于：组合处理系统中所述陶瓷微滤膜为氧化铝复合陶瓷微滤膜，其制备方法包括如下步骤：

用αA1₂0₃、煅烧苏州土和苏州土为原料、添加不同量的成孔剂经1350℃烧成，保温1h得到不同孔隙率的A1₂O₃陶瓷基体。采用湿法球磨方法制备平均粒径小的陶瓷基体坯料。以硝酸铝Al(NO₃)₃·9H₂O、正硅酸乙酯Si(OC₂H₅)₄、氧氯化锆ZrOCl₂-8H₂O和钛酸四丁酯Ti(OC₄H₉)₄为主要原料采用分步水解法制备A1₂O₃-SiO₂-ZrO₂-TiO₂复合溶胶。用ZrOCl₂-8H₂O的预水解溶液作为催化剂，以锆铝双金属偶联剂；添加甲基丙烯锆铝酸酯0.5-2.5%溶胶总组分重量百分比作为偶联架桥剂；制备了组分重量比为AI：Si：Zr：Ti=4：1：1：l的四元复合溶胶，其pH=6.0～7.0。采用浸渍提拉的方法多次涂膜，并通过分级干燥和焙烧工艺制备得到无裂纹、孔径分布窄的A1₂0₃-Si0₂-Zr0₂-Ti0₂氧化铝复合陶瓷微滤薄膜；

组合处理系统中所述的光电催化氧化一体化装置为密闭性长方体状，外壳采用硬质PVC、PPR耐腐蚀性材料，外部辅以不锈钢板，内部设置若干阴阳极板对，阴阳极板对为两个长方体状，阴极板在内侧，阳极板在外侧，其中阴阳极板间距为0.5-2cm，且阴极板为网孔状，以利于紫外光的穿透照射，阴极板内布置若干根紫外光源，紫外光源外部套有石英管，阴极板、阳极板以及紫外光源底部为进水布水板，进水布水板下方设置有若干根进水管，所述进水管上密布有出水小孔，使进水管出水均匀；所述阴阳极板的电极材料采用钛基材表面固载贵金属物质制备而成，贵金属物质采用铂、钌、铱、铷、锆等氧化物中的一种或多种物质，同时负荷二氧化钛、硫化镉、氧化铁和二氧化锰中的一种或多种具有光学活性物质；所述的紫外光源采用波长为200～400nm、、功率为4-200W的高压汞灯、中压汞灯及紫外灯中的一种或多种。

本发明涉及的处理海上平台生活污水的组合处理方法及组合处理系统具有以下有益效果：

1、本发明方法与物化法相比较，不用额外使用消毒药剂，占地面积小，处理效果好，运行稳定。

2、与生化法相比较，能够有效避免生化法耐冲击负荷差、冬季严寒条件下无法运行等缺点，可以长时间稳定运行。

3、光电催化氧化方法和单纯电解法相比较，光电催化氧化技术能够产生更多的臭氧、羟基自由基、活性氯、次氯酸钠等强氧化剂，其降低COD、氨氮、大肠杆菌等水质指标的能力更强。

4、陶瓷膜和高分子膜相比较，具有机械强度大，耐磨性好、使用寿命长、浓缩倍数高、耐酸、耐碱、耐有机溶剂及强氧化剂性能好、易清洗等优点，更加适合于海上平台生活污水的处理应用。本发明所开发的新的陶瓷滤膜制备工艺，通过加入锆铝双金属偶联剂，使得氧化铝复合陶瓷微滤膜的综合性能显著改善。

5、本发明提供的组合处理系统具有集成功能强，使用寿命长、实现出水达标排放且处理效果稳定的优点。

说明书附图

图1是本发明一种海上平台生活污水的组合处理方法及组合处理系统的处理流程示意图；

图2是图1中光电催化氧化一体装置的横截面结构示意图；

其中1为垃圾粉碎泵；2为滗油器；3为细格栅；4为固废罐；5为缓冲罐；6为陶瓷微滤膜微滤装置；7为光电催化氧化一体化装置；8为絮凝沉淀池，71为阳极板；72为阴极板；73为紫外光源，74为外壳。

具体实施方式

实施例1

中国渤海石油公司某海上平台，其生活污水处理采用了本发明的新型组合处理方法及组合处理系统，该方法系统依次采用预处理单元、陶瓷膜微滤单元和光电催化氧化单元的一体化设备，各装置之间通过管道连接。如附图1所示，预处理单元包括垃圾粉碎泵1、滗油器2和细格栅3三部分，经过预处理后的出水能够去除大部分大分子物质，大分子固体废物排入固废罐4中，定期运回陆地处理。过滤出水经过缓冲罐5均质后，再经过陶瓷膜微滤单元的陶瓷微滤膜微滤装置6深度过滤处理，出水悬浮物含量能够达到≤35mg/L的标准，处理出水水质能够保证达到光电催化氧化一体化设备7进水水质要求，从而避免直接电解法时设备处理效率低、易瘫痪的难题，陶瓷膜过滤后浓水进入絮凝沉淀池8中，采取絮凝沉淀的方式处理，沉淀物排入固废罐4中定期运回陆地处理，上清液进入光电催化氧化一体化装置7进行处理。光电催化氧化工艺的应用，能够使污水中产生更多的氧化剂，取得比直接电解更好的处理效果。

该平台的组合处理系统所应用的氧化铝复合陶瓷微滤膜通过以下制法制备：用αA1₂O₃、煅烧苏州土和苏州土为原料、添加的成孔剂经1350℃烧成，保温1h得到不同孔隙率的A1₂O₃陶瓷基体。采用湿法球磨方法制得平均粒径小的陶瓷基体坯料。以硝酸铝Al(NO₃)₃·9H₂O、正硅酸乙酯、氧氯化锆ZrOCl₂-8H₂O和钛酸四丁酯Ti(OC₄H₉)₄为主要原料采用分步水解法制备A1₂O₃-SiO₂-ZrO₂-TiO₂复合溶胶。用ZrOCl₂-8H₂O的预水解溶液作为催化剂，以锆铝双金属偶联剂；添加甲基丙烯锆铝酸酯2.5%溶胶总组分重量百分比作为偶联架桥剂；制备组分重量比为AI：Si：Zr：Ti=4：1：1：l的四元复合溶胶，其pH=7.0。采用浸渍提拉的方法经3次涂膜，并通过分级干燥和焙烧工艺制备而得到无裂纹、孔径分布窄的A1₂O₃-SiO₂-ZrO₂-TiO₂氧化铝复合陶瓷微滤薄膜。

如图1所示，本发明实施例中陶瓷微滤膜单元中采用的陶瓷微滤膜微滤装置6由5组并联的1μm的A1₂O₃-SiO₂-ZrO₂-TiO₂氧化铝复合陶瓷微滤薄膜组成；前面设置进水泵，污水回流采用射流器与进水混合，无需经泵再提升，节省动力消耗；陶瓷膜微滤单元配有自动反冲洗装置，清洗方便，清洗频繁度低，经清洗后，膜能恢复到初始状态；膜通量为650L/m².h，经过细格栅过滤后的生活污水在陶瓷膜单元中的流速为2米/秒，回流量为60%；能够有效阻止1-10NTU杂质的通过，满足光电催化氧化一体化设备进水要求。

该平台生活污水组合处理系统中光电催化氧化一体化装置为密闭性长方体状，如图2所示的光电催化氧化一体化装置7为密闭性长方体状，外壳采用硬质PVC材料，外部辅以不锈钢板，使设备具有一定的耐压性，内部设置6对阴阳极板对，阴阳极板材料为具有光电化学活性的特制材料，采用钛基材表面固载贵金属物质制备而成的网状贵金属阳极板，贵金属物质优选采用铂、钌和锆氧化物构成，具有光学活性物质采用二氧化钛和二氧化锰组成。阴阳极板对为嵌套的两个长方体状极板，其中阴阳极板间距为1cm，每对之间间距8cm，阴极板在内侧，阳极板在外侧，阴极板为网孔状；阴极板内布置3根紫外光源，光源外部套以石英管，极板以及紫外光源底部设置有进水布水板，使进水均匀，避免进水流速过快所造成的水质不均，及承托阴阳极板对以及紫外光源；进水布水板以下为进水管，进水管分为三根，进水管上密布出水小孔，进一步确保进水均匀。

实施例2：

中国渤海石油公司某海上平台所产生的生活污水水量为20m³/d，来液电导率在25000-33000μS之间，Cl-在10000-150000mg/L之间，COD在600-1200mg/L之间，氨氮在50-100mg/L之间，进入本发明实施例1中的“预处理+陶瓷膜微滤+光电催化氧化组合处理系统”中，依照本发明组合处理方法步骤依次进行预处理、陶瓷膜微滤处理、光电催化氧化处理，污水停留时间为1h，出水COD≤125mg/L，BOD₅≤10mg/L，氨氮≤5mg/L，SS≤5mg/L，大肠杆菌≤15个/升，出水达到了排放标准。

实施例3：

南海海域某海上平台所产生的生活污水水量为40m³/d，污水电导率在20000-30000μS之间，Cl^-在9000-140000mg/L之间，COD在550-1000mg/L之间，氨氮在50-100mg/L之间，进入本发明实施例1中的“预处理+陶瓷膜微滤+光电催化氧化组合处理系统”中，依照本发明组合处理方法步骤依次进行预处理、陶瓷膜微滤处理、光电催化氧化处理，污水停留时间为1h出水COD≤125mg/L，BOD₅≤8mg/L，氨氮≤7mg/L，SS≤5mg/L，大肠杆菌≤10个/升，出水达到了排放标准。

Claims (3)

1.一种海上平台生活污水的组合处理系统，其特征在于，所述组合处理系统包括管道依次连接的预处理单元、陶瓷膜微滤单元和光电催化氧化单元三部分，其中所述预处理单元包括依次连接的垃圾粉碎泵(1)、滗油器(2)和细格栅(3)，所述细格栅的固废出口连接有固废罐(4)，用于暂时储存大分子固定废物，所述细格栅的出水口连接有与陶瓷膜微滤单元相连的缓冲罐(5)，用于均质细格栅过滤出水；所述陶瓷膜微滤单元由数组并联的0.2-1μm陶瓷微滤膜及基体组成，单元前面设置进水泵，污水回流采用射流器与进水混合，陶瓷膜微滤单元还配有自动反冲洗装置；所述陶瓷膜微滤单元后连接有光电催化氧化单元；陶瓷膜微滤单元还连接有絮凝沉淀池(8)，所述絮凝沉淀池(8)上部通过管道连接光电催化氧化一体化装置(7)，底部连接固废罐(4)，从而使处理后的上清液打入光电催化氧化一体化装置(7)处理，底部沉淀物排入固废罐(4)。

2.一种海上平台生活污水的组合处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)预处理：将海上平台生活污水经过预处理单元中的垃圾粉碎泵(1)粉碎处理、滗油器(2)油水分离处理以及细格栅(3)过滤处理后，去除大部分大分子物质进入缓冲罐(5)均质细格栅过滤出水；

2)陶瓷膜微滤处理：经供水泵将预处理出水进入陶瓷微滤膜微滤装置(6)进行陶瓷膜深度过滤处理，使得出水悬浮物含量能够达到≤35mg/L的标准；

3)光电催化氧化处理：将陶瓷膜过滤出水进入光电催化氧化一体化装置(7)进行光电催化氧化处理，处理时间为0.5-2h；出水即直接实现达标排放，产生的污泥进入固废罐(4)运回陆地处理；

所述的陶瓷膜微滤处理是在采用数组并联的0.2-1μm陶瓷微滤膜的陶瓷膜微滤装置(6)中进行，并配有自动反冲洗装置，污水回流采用射流器与进水混合；膜通量为300-650L/m².h，污水在陶瓷膜微滤装置中的流速为0.1-4m/s，回流量为15-60％，能够有效阻止1-10NTU水体中的杂质通过；其中所述陶瓷微滤膜选自氧化铝、氧化钛、氧化锆为主体材料的复合陶瓷微滤膜；

所述的陶瓷膜微滤处理后产生的浓水经絮凝沉淀处理，处理后的上清液打入光电催化氧化一体化装置(7)处理，沉淀物与所述污泥运回陆地处理。

3.根据权利要求1所述的组合处理系统，其特征在于：

组合处理系统中所述陶瓷微滤膜为氧化铝复合陶瓷微滤膜，其制备方法包括如下步骤：

用αA1₂O₃、煅烧苏州土和苏州土为原料、添加不同量的成孔剂经1350℃烧成，保温1h得到不同孔隙率的A1₂O₃陶瓷基体；采用湿法球磨方法制备平均粒径小的陶瓷基体坯料；以硝酸铝Al(NO₃)₃·9H₂O、正硅酸乙酯Si(OC₂H₅)₄、氧氯化锆ZrOCl₂·8H₂O和钛酸四丁酯Ti(OC₄H₉)₄为主要原料采用分步水解法制备A1₂O₃-SiO₂-ZrO₂-TiO₂复合溶胶；用ZrOCl₂·8H₂O的预水解溶液作为催化剂，以锆铝双金属偶联剂；添加甲基丙烯锆铝酸酯0.5-2.5％溶胶总组分重量百分比作为偶联架桥剂；制备了组分重量比为Al：Si：Zr：Ti＝4：1：1：l的四元复合溶胶，其pH＝6.0～7.0；采用浸渍提拉的方法多次涂膜，并通过分级干燥和焙烧工艺制备得到无裂纹、孔径分布窄的A1₂O₃-SiO₂-ZrO₂-TiO₂氧化铝复合陶瓷微滤薄膜；

组合处理系统中所述的光电催化氧化一体化装置为密闭性长方体状，外壳采用硬质PVC、PPR耐腐蚀性材料，外部辅以不锈钢板，内部设置若干阴阳极板对，阴阳极板对为两个长方体状，阴极板在内侧，阳极板在外侧，其中阴阳极板间距为0.5-2cm，且阴极板为网孔状，以利于紫外光的穿透照射，阴极板内布置若干根紫外光源，紫外光源外部套有石英管，阴极板、阳极板以及紫外光源底部为进水布水板，进水布水板下方设置有若干根进水管，所述进水管上密布有出水小孔，使进水管出水均匀；

所述阴阳极板的电极材料采用钛基材表面固载贵金属物质制备而成，贵金属物质采用铂、钌、铱、铷、锆氧化物中的一种或多种物质，同时负荷二氧化钛、硫化镉、氧化铁、二氧化锰中的一种或多种具有光学活性物质；所述的紫外光源采用波长为200～400nm的高压汞灯、中压汞灯及紫外灯中的一种或多种。