CN104168976A - 用于处理船的废气中包含的杂质的方法、具有废气洗涤器的船和净化单元 - Google Patents

用于处理船的废气中包含的杂质的方法、具有废气洗涤器的船和净化单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于处理船的废气中包含的杂质以减少硫氧化物排放物和其它排放物的方法。为了使该方法能够足够有效地净化离开废气洗涤器的冲洗水以使已经历净化的水能直接排入海洋，并且为了使用于该方法的净化单元足够小以易于放置在船上，在废气洗涤器(1)中洗涤废气并且将包含杂质并离开废气洗涤器(1)的待净化的冲洗水——即污水——供给到船上的净化单元(2)，其中污水在污水流路(3)中循环，藉此通过隔膜过滤器(4)的半渗透隔膜(7)过滤污水以获得经净化的污水和包含杂质的残留物，在必要时，将经净化的污水的pH值调节到至少6.5，此后将经净化的污水排入海洋或使其返回废气洗涤器(1)，而包含杂质的残留物被引导回到污水流路(3)。本发明还涉及船和净化单元。

Description

用于处理船的废气中包含的杂质的方法、具有废气洗涤器的船和净化单元
技术领域
本发明涉及一种用于处理船的废气中包含的杂质的方法，所述方法包括
-在废气洗涤器中使用水洗涤废气以减少废气的二氧化硫排放物，
-将包含杂质并离开废气洗涤器的待净化的冲洗水供给到船上的净化单元，以及
-监视经净化的污水的pH值，并且如果它小于6.5，则将它调节到至少6.5的值，此后将经净化的污水排入海洋或使其返回废气洗涤器。
本发明还涉及一种船，所述船包括用于洗涤来自船的燃烧发动机的废气并用于减少二氧化硫排放物的废气洗涤器和用于净化待净化并离开废气洗涤器的冲洗水的净化单元。
本发明还涉及一种用于净化离开船的废气洗涤器的被污染的冲洗水——即污水——的净化单元。
背景技术
由US 2010224070 A1获知上述类型的方法和上述类型的船。
借助废气洗涤器来清洁来自船的发动机的废气是众所周知的。其目的是减少废气的二氧化硫排放物，特别是由于它们造成环境问题。二氧化硫排放物由于船的发动机使用在发动机中的燃料燃烧过程中氧化的含硫燃料而出现。低硫燃料使得二氧化硫排放物能够减少，但低硫燃料昂贵。为了能够使用硫含量较高——即比所谓的低硫燃料中的硫含量高——的燃料，在废气洗涤器中洗涤废气，从而使二氧化硫排放物与不洗涤废气相比能够大幅减少。废气洗涤过程产生冲洗水，该冲洗水包含杂质且其因此不能排入海洋，因为冲洗水包含大量杂质并且典型地冲洗水的pH值也太低而不允许排入海洋。离开废气洗涤器的冲洗水可被给送回到废气洗涤器，但冲洗水不能以此方式“无穷尽地”再循环，因为使用冲洗水洗涤的废气越多，冲洗水污染得越严重。在排入海洋前，已使用水稀释冲洗水，但这并未消除污水造成的环境问题。在很好地净化冲洗水以能够将它从船排入海洋方面还没有取得成功。一种程序——根据该程序，冲洗水被收集到船上的大型罐，从罐将冲洗水泵送到港口并运输到岸上的净化设施——由于大量的冲洗水而非常费力，以致它在实践中无法实施。
上述处理从废气洗涤器转移到冲洗水的废气和杂质方式并未提供良好的最终结果(并未如期望那么有效地消除杂质)或复杂(例如冲洗水从船到岸上的转移)并使得必须使用化学物质。
由US 6810662 B2获知一种用于在废气洗涤器中净化来自燃烧发动机的废气的装置。然而，该文献未公开如何处理在水与废气中包含的化合物反应时产生的冲洗水或反应产物。
由GB 2288342获知一种用于在废气洗涤器中净化来自燃烧发动机的废气的装置。该文献公开了在净化单元中净化冲洗水，其中冲洗水中包含的固体杂质颗粒被收集在过滤器中。然而，问题在于所述的净化单元无法处理冲洗水，也无法从其去除溶解于其中的杂质或极小的杂质颗粒。
发明内容
本发明的一个目的因而是提供一种用于处理船的废气中包含的杂质的方法，该方法容易实施并且能够有效地消除杂质。
为了实现这一点，根据本发明的方法的特征在于净化单元包括污水流路，该污水流路包括至少一个隔膜过滤器，并且
-使待净化的冲洗水——即污水——在污水流路中循环，藉此污水经隔膜过滤器的半渗透隔膜过滤，以实现经净化的污水和包含杂质的残留物，经净化的污水从隔膜过滤器和污水流路的循环被去除，而残留物保持在污水流路中循环。
在根据本发明方法中，污水流路中的污水的杂质浓度增大得越多，供给到污水流路的污水就越多，由此执行净化过程所需的压力差增大。因此，每隔一段时间从污水流路去除污水流路中至少一部分高度浓缩有杂质的残留物，藉此优选具有极高杂质浓度的污水被收集在罐中以进行进一步的处理。由于后面的污水的量和体积与包含杂质并离开废气洗涤器进入净化单元的冲洗水的量和在净化单元中净化的污水的量相比仅为一小部分，故在实践中容易实施用罐收集。罐的内含物易于传送到废物处理设施以处理其中包含的污水。应该指出的是，在清洁污水流路时，不必一次性去除全部浓缩有杂质的水，尽管这对于使离开污水流路的污水量小而言是优选的。
为了维持隔膜过滤器的净化能力，当隔膜过滤器的半渗透隔膜充满杂质时每隔一段时间清洁隔膜过滤器。优选地，通过反冲洗来执行清洁，藉此去除隔膜过滤器的半渗透隔膜中的杂质。杂质被收集在罐中以进行进一步的处理。罐可以是从污水流路去除并具有高杂质浓度的污水被收集在其中的同一罐。
为了使污水中任何较大的固体杂质不集中在隔膜过滤器的半渗透隔膜中或阻塞该半渗透隔膜，优选在将污水供给到污水流路之前由粗滤器和/或微滤器过滤污水。
根据本发明的方法的优选实施例在所附权利要求中公开。
使根据本发明的方法能够实施的根据本发明的船的特征在于，净化单元包括污水流路，该污水流路包括循环泵和至少一个隔膜过滤器，该至少一个隔膜过滤器包括半渗透隔膜，循环泵配置成通过将污水给送到隔膜的入口端来使待净化的污水在污水流路中循环，以使得流经隔膜过滤器的污水经半渗透隔膜过滤并在净化后离开隔膜过滤器的出口和污水流路，而包含杂质的残留物从隔膜过滤器的排出端被引导回到循环泵并从循环泵再次被引导到隔膜过滤器的入口端。
优选地，污水流路可包括多个隔膜过滤器，以使净化单元的过滤效率能够与净化更大量的杂质和大量污水的需求对应，这在实践中是由于燃料中包含的大量硫和/或由于(大型)燃烧发动机消耗许多燃料而在燃烧过程中产生大量杂质时的状况。通过可从市场购得的隔膜过滤组建过滤器组来实现适合的过滤器组。
根据本发明的船的优选实施例在所附权利要求中公开。
根据本发明的净化单元的特征在于，它被设计为可转移的集装箱式单元，该集装箱式单元包括用于将净化单元与来自船的废气洗涤器的污水管路连接的第一连接装置、用于将净化单元与船的水分配流路连接的第二连接装置、和用于从净化单元排出在其中净化的污水的输出管路，污水流路包括循环泵和至少一个隔膜过滤器，该至少一个隔膜过滤器包括半渗透隔膜，循环泵配置成通过将污水给送到隔膜过滤器的入口端来使待净化的污水在污水流路中循环，以使得流经隔膜过滤器的污水经半渗透隔膜过滤并在净化后从隔膜过滤器的出口和污水流路离开，同时包含杂质的残留物从隔膜过滤器的排出端被引导回到循环泵并从循环泵再次被引导到隔膜过滤器的入口端。
优选地，净化单元包括用于将净化单元与船的加压空气流路连接以使得加压空气能够施加至隔膜过滤器的清洁侧的第三连接装置。
本发明基于以下思想：将利用包括半渗透隔膜的隔膜过滤器在净化单元中处理离开废气洗涤器并包含杂质的冲洗水——即污水——以使得能够从污水去除溶解于污水中的杂质和呈高浓缩形式的微小杂质而不需要使用用于污水的中间储存的大型储罐并且按法规规定净化的绝大部分经处理的污水能够被泵入海洋与借助废气洗涤器实施的废气的净化相结合。
根据本发明的方法和船的一个优点在于隔膜过滤器的利用使得净化单元的空间需求小以致净化单元变得易于安放在船上。净化单元能够有效地净化从废气洗涤器离开并包含杂质的冲洗水(即污水)，以便离开污水流路的经净化的水能直接排入海洋。替换地，经净化的水可返回废气洗涤器并且再循环。因此，无需在岸上处理大量冲洗水，也无需使用化学物质来从冲洗水分离杂质。
附图说明
现在借助两个示例并参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出用于处理废气中包含的杂质的第一实施例，以及
图2a和2b示出用于处理废气中包含的杂质的本发明的第二实施例。
具体实施方式
图1示出船用的废气洗涤器1和用于净化离开废气洗涤器的冲洗水的与废气洗涤器连接的净化单元2。参考标号10表示船。船的燃烧发动机由参考标号46表示，与燃烧发动机46连接的催化剂由参考标号47表示，而参考标号48表示废气锅炉。燃烧发动机46是柴油发动机。催化剂47还原氮氧化物排放物。优选地，催化剂47使用尿素来还原氮氧化物排放物。催化剂47的结构和操作在此不进行说明，因为在它们对本领域的技术人员来说是公知的。废气在废气锅炉48中冷却。在废气锅炉48冷却废气的同时，从废气回收热能以满足船的各种加热需求。废气锅炉48的操作对本领域的技术人员来说是公知的，因此废气过滤器的操作在本文中不进行更详细的说明。
在附图的布置结构中，来自船10的燃烧发动机46的废气在点23被引入废气洗涤器1。在将废气给送到废气洗涤器1之前使用测量装置24来确定废气中的二氧化碳浓度(CO2浓度)的体积百分比。由于废气锅炉48，废气在冷却后到达废气洗涤器1，藉此它们的体积和流量比没有废气锅炉48的情况下小并且净化废气的水需求降低。水从点25和26向废气喷射。优选地，该水是碱性的，但也可使用中性水。喷射点25、26的数量和位置可以变化。经净化的废气在点27离开废气洗涤器1。使用测量装置28来确定离开废气洗涤器的废气的二氧化硫浓度(SO2浓度)。当洗涤废气时，测量SO2/CO2之比，其中SO2是在烟气净化之后烟气中以体积百分比为单位的二氧化碳浓度且CO2是在烟气净化之前以体积百分比为单位的二氧化碳浓度。通过调节供给到废气洗涤器的水量，废气洗涤器1的操作被调节成使得比例SO2/CO2低于给定的要求值，小于25ppm SO2/CO2％(v/v)(也就是SO2(ppm)/CO2(％v/v))，优选小于10ppm SO2/CO2％(v/v)，且最优选小于4.3ppm SO2/CO2％(v/v)。废气在废气洗涤器1中的洗涤是公知的，执行洗涤的程序在此不进行更详细的说明。
当洗涤废气时，固体杂质和溶解于水中的杂质两者都集中在冲洗水中。包含杂质并定向在废气洗涤器1的底部的热冲洗水由泵29泵送到包括热交换器11的冷却装置14。例如，泵29为离心式泵。冷原水供给到热交换器11，藉此供给到热交换器的热冲洗水的温度在热交换器中例如从约80℃的值下降到30℃的值。原水为海水，或替换地，它可以是淡水(河水或湖水)。冲洗水沿管路15被引导回到废气洗涤器1。
确保离开热交换器11并返回废气洗涤器1的冲洗水的pH值为至少7。在实践中，执行这一点的方式是测量装置17确定水的pH值，并且如果通过测量装置17测得的pH值小于7，则通过给送装置16向冲洗水给送碱以使得实现至少7、优选7.5的pH值。要使用的碱为例如碱液，即氢氧化钠(NaOH)，或另一种中和物质。控制装置18优选自动控制给送装置16的操作。冲洗水给送到废气洗涤器1的给送速度的大小为100至1000m3/h，主要取决于船的发动机功率。特别是在小型发动机中，给送速度可小于100m3/h，例如40至100m3/h。冲洗水给送速度典型地为20至50m3/MWh。因而，当冲洗水给送压力为3至5巴时，功率为约6000kW的重油操作的柴油发动机的给水速度典型地可为30至300m3/h，且更典型地为100至250m3/h。给送压力可以高于该压力，这种情况下可降低冲洗水给送速度。
在必要时，向通往废气洗涤器1的管路15给送更多水。参考标号55表示通向管路15的给水点。水可以是淡水或咸水。管路15也可被给送在下面要描述的净化单元2中净化的水，并且该水沿管路49(输出管路)被引导废气洗涤器1，从而引起内部循环。
在热交换器11的下游，管路30从用于净化包含杂质的冲洗水(即污水)的净化单元2开始。给送泵13经由粗滤器12将污水给送到污水流路3。污水给送速度为约0.1至5m3/h。给送速度的大小高度取决于船的发动机功率和燃料的硫浓度。优选地，给送泵13是容量式泵(正容量泵)，并且配置成在位于给送泵下游的管路30中产生0.1至5巴的压力。该压力也可以在5巴以上，例如10巴。例如属于偏心螺杆泵式容量泵的优点在于它极耐脏和耐腐蚀并且不会与它正在泵送的介质大量混合。位于给送泵13的上游的管路30中的污水的压力为0.1至10巴，例如3至5巴，但可高于该压力。粗滤器12的孔径被选择成使得尺寸大于5μm的固体杂质颗粒被滤出；小于该尺寸的颗粒通过过滤器。典型地，粗滤器12的孔径被选择成使得尺寸为至少40μm、例如至少50至100μm的杂质颗粒被滤出。此类杂质颗粒包括锈迹、大的灰粒和可能的盐晶体。粗滤器2优选为金属丝网过滤器。在粗滤器12之后，配置有用于过滤尺寸大于0.4μm的杂质颗粒的第二过滤器12a。过滤器12a的粒径被选择成使得它滤出尺寸大于例如10μm的固体杂质颗粒。过滤器12a可称为微滤器。过滤器12a尤其过滤污水中包含的小灰粒和可能的小盐晶体。认为过滤器12a降低了对清洁净化单元2中包括的隔膜过滤器4、4a的需求。过滤器12、12a可包括可清洁或可更换的过滤器元件。粗滤器12替换地可以是自动的自清洁过滤器。
已经历上述初步过滤的污水被引导到污水流路3。污水流路3包括两个串接的隔膜过滤器4、4a，所述隔膜过滤器包括用作膜的半渗透隔膜7、7a。隔膜过滤器4、4a能够过滤尺寸小于0.1μm的杂质。隔膜过滤器通常是可商购的过滤器。它们具有由陶瓷材料制成并且包括从隔膜过滤器的出口端6、6a延伸到隔膜过滤器的排出端9、9a的多个钻孔或通道的长形框架结构。陶瓷框架的材料为例如烧结氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)或二氧化锆(ZrO2)。为简单起见，图中用虚线示出仅两个钻孔。钻孔的直径为例如3至4mm，并且隔膜过滤器的长度为例如约1000mm。隔膜过滤器的活性层(隔膜)典型地由与框架结构相同的氧化物制成。活性层因而在隔膜过滤器属于微滤器类型的情况下为例如二氧化钛(TiO2)，而在过滤器属于超滤器类型或纳米过滤器类型的情况下可为例如二氧化锆(ZrO2)。活性层也可由烧结氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)或所述氧化物的组合组成。代替氧化物层，可能的是活性层由适合的硅酸盐或碳化物制成。构成半渗透隔膜的材料为多孔的，以使得它能在压力足够高的前提下实现污水中包含的水分子的选择性渗透。然而，构成半渗透隔膜的材料不会实现溶解于污水中的化合物如溶解的碳化合物、碳氢化合物、氮化合物(例如硝酸盐和亚硝酸盐)和硫化合物(例如硫酸盐和亚硫酸盐)以及极小的固体杂质颗粒的渗透，因此这些化合物保持在污水流路3中循环。根据隔膜过滤器的类型和孔径，隔膜过滤器4、4a可用于滤出尺寸小至仅数纳米的颗粒。由于水分子的尺寸仅为约0.3nm，故它渗透隔膜过滤器的半渗透隔膜。
优选地，可使用超滤器或纳米过滤器和在要防止极小物质的渗透的情况下可能的反渗透过滤器作为隔膜过滤器4、4a。纳米过滤器的过滤能力在约0.0008至0.008μm的范围内(约200至15000的分子量被滤出)，而反渗透过滤器使分子量在1至400的范围内的具有小于约0.0011μm(约1nm)的尺寸的物质通过它。金属离子可通过反渗透过滤器滤出，但纳米过滤器使金属离子通过它。纳米过滤器的优点在于它们以低于反渗透过滤器的压力操作。隔膜过滤器4、4a的孔径被选择成使得它满足对水净化设定的要求。本领域的技术人员能够基于它们的公知常识或通过试验来选择隔膜过滤器；该选择无需不合理的努力。隔膜过滤器的物理实现可大幅变化；它可以呈螺旋形式(包括若干纤维层)、呈管状形式等。例如，可使用由Pall Filtersystems GmbH以商标名SCHUMASIV(型号Pall-MF0050T6021)制造的具有0.05μm的孔径的过滤器作为隔膜过滤器4、4a。
污水借助循环泵5在污水流路3中循环。污水流路中的污水循环速度为50至110m3/h，例如50至70m3/h，尤其取决于隔膜4、4a的数量；并且为了实现最佳流量(以m/s为单位)，就隔膜过滤器的操作而言，污水流路3中的压力为例如2至7巴，并且典型地可为3至5巴，但7巴以上、例如7至100巴的范围是可行的。最佳流量可为例如4至6m/s。从隔膜过滤器4、4a的出口8、8a，通过半渗透隔膜7、7a，作为经净化的污水的滤出液排入管路32。经净化的污水在管路32中的流速为例如1m3/h。流速主要取决于船的发动机功率和净化单元2的效率，净化单元2已被确定尺寸为与净化需求对应。管路32中的流速因此可大幅变化，例如0.5至5m3/h。残留物(即包含杂质的污水)离开隔膜过滤器4的排出端9进入隔膜4a的入口端6a，并且残留物(即包含杂质的污水)离开隔膜过滤器4a的排出端9a进入循环泵5的入口端31。
可行的是，在使污水循环的同时，隔膜7、7a接受频率为30至70kHz、例如50kHz的超声波，和/或频率为50至1000Hz的振动，以提高隔膜过滤器的分离功率(净化效率)。可通过将隔膜置于振动夹具或壳体(未示出)中来使隔膜振动。
参考标号33至40表示回流阀。回流阀33至40就净化装置的操作而言确保不允许流体沿错误方向循环。
污水流路3每隔一段时间被清除掉污水和收集的杂质，因为当污水在污水流路3中循环并且经净化的污水离开管路32时污水变得浓缩有杂质。当污水在污水流路3中循环时，固体的微小杂质集中在隔膜过滤器4、4a的半渗透隔膜7、7a中。隔膜过滤器4的半渗透隔膜7、7a逐渐变成充满固体的极小杂质如灰粒，此后它们的过滤能力差并且必须对它们进行清洁。溶解于水中的杂质并未集中在隔膜过滤器4、4a中，而是保持在污水流路3中循环。随着经净化的污水离开管路32进入管路49，新的污水从管路30被给送到污水流路3，水从管路49转移到废气洗涤器1和/或经由阀54进入海洋。当压力差对于执行隔膜过滤而言不利地变大并且在污水流路中循环的污水的杂质浓度变高时，通过从污水流路3清空污水来清洁污水流路3。
通过将经净化的水经由管路60从管路32经由管路60引导到水罐61来执行通过清空清洁污水流路3，水从水罐61沿管路42被引导到污水流路3，到达隔膜过滤器4’、4a’的“清洁侧”。替换地，可利用从不同于离开污水流路的经净化的水的来源获得的水来清空污水流路3。由于水施加至隔膜过滤器4、4a的“清洁侧”，故可以说污水流路接受反冲洗。参考标号62表示用于使管路42中的压力上升至高于管路60中的压力的泵。管路42中的压力优选为6至12巴，例如8巴。管路42、泵62和水罐61共同构成洗涤装置22。以较高压力(优选6至12巴)从管路42引导到隔膜过滤器4、4a的“清洁侧”的水去除集中在隔膜过滤器的隔膜7、7a中的杂质。当经净化的水(或另一种适合的流体)由洗涤装置22经由管路42沿与被净化掉杂质的污水流经隔膜7、7a的方向相反的方向朝隔膜7、7a给送时，集中在隔膜7、7a中的固体杂质可被去除并经由管路43处理。优选地，水(或另一种流体)可作为压力脉冲供给，这改善了从隔膜7、7a去除杂质。当冲洗装置22从污水流路3清空包含大量已溶解杂质的污水时，它同时从隔膜过滤器4、4a的隔膜7、7a清除固体杂质。为了提高清洁效率，可将水引导到被加热到例如30至70℃的温度的污水流路。水罐61优选设置有用于加热水的加热装置65，例如电阻器。水罐61的容积为例如50至150L。优选地，水罐61是隔热的。阀63用于控制水进入水罐61。阀64用于控制水进入隔膜过滤器4、4a。在清洁污水流路3时，循环泵5停止。当冲洗装置22将水给送到包括其隔膜过滤器4、4a的污水流路3时，隔膜过滤器4、4a和污水流路的管路中的浓缩污水可从隔膜过滤器4的排出端9沿管路56被引导到管路43，并相应地从隔膜过滤器4a的入口端6a沿管路41(并可从隔膜过滤器4a’的排出端9a’沿管路58)被引导到管路43，并从管路43被去除以进行进一步的处理。替换地或附加地，隔膜过滤器4a中的污水可从排出端9a沿管路57和58被引导到管路43，并从管路43被去除，这种情况下阀59打开。管路43的阀44和管路58的阀59当污水在污水流路3中循环时通常是关闭的，但阀44以及在需要时阀59在要从管路43去除污水时或在要从污水流路清除(通过清洗装置22)污水和固体杂质时是打开的。
代替从管路32获得经净化的水，加压空气或某一种适合的流体如氮可用于清洁污水流路3。污水流路3的容积为例如100至1000L，典型地50至500L。容积取决于船的发动机功率和净化单元2的效率。对于功率为约6000kW的重油操作的柴油发动机而言，例如，污水流路的容积为约60L。
所述的隔膜过滤器4、4a的反冲洗和有关清洁以及从污水流路经由管路43清空污水在因此需要压力差时按需每隔一段时间执行。反冲洗程序可例如每小时执行四次。包含杂质的浓缩污水经由管路43清空到用作中间储存装置(其内含物可在岸上处理)的收集罐(图1中未示出，不过罐68可称为一种收集罐)。收集罐可以是小型的，因为离开管路43的污水量相当小但它包含大量杂质。尤其地，在管路30中流动的杂质浓度和给送速度(以m3/h为单位)、污水流路3的容积、隔膜过滤器4、4a的效率和数量、对离开管路32的水设定的纯度要求对多长时间执行一次反冲洗有影响。可行的是，关于隔膜7、7a的清洁，它们接受频率为30至70kHz、例如50kHz的超声波，和/或频率为50至1000Hz的振动，以改善其清洁。
净化单元2使浓缩的污水能够从管路43经由管路67转移到淤泥槽68，该淤泥槽用作一种用于淤泥的中间储存装置或缓冲储存装置。浓缩的污水可从淤泥槽68沿管路69被给送回到污水流路3，其中再次使污水循环通过隔膜过滤器4、4a。这种情况下，绝大部分浓缩的污水被净化，使得经净化的水被引导到管路32，而已变成更多地浓缩有污物的水被引导到管路43。这种对浓缩的污水的附加处理能够实现污水的极有效净化，使得污物可浓缩到占用极小空间且易于运输到最终处理设施的极小容积中。因而，淤泥槽68可以是每隔一段时间带上岸以进行有害废物处理的可分离罐。阀70与管路67连接，而阀71与管路69连接。
可行的是，污水流路3被清洁成使得它未被完全清空。这种情况下，仅从污水流路去除较少量的污水。如果隔膜过滤器的半渗透隔膜7、7a被妨碍隔膜过滤器的操作的极小杂质快速堵塞，则产生对频繁去除少量污水的需求。如果从污水流路3频繁去除少量污水，则离开管路43的污水的总量比在很少从污水流路3去除基本上所有高度浓缩有杂质的污水的情况下大。为了保持离开管路43的污水的总量小，污水流路3和半渗透隔膜7、7a仅在必要时(即在它们不再适当地操作时)进行清洁。如果对清洁半渗透隔膜7、7a的需求不明显，则以长的时间间隔去除至少污水流路3中包含的绝大部分污水，而不是仅少量地并以短的时间间隔去除污水。
除上述包括反冲洗的清洁外，优选使用清洁剂清洁污水流路3，所述清洁剂可以是碱性清洁剂。使用清洁剂进行清洁比纯粹的反冲洗更有效地清洁污水流路。执行使用清洁剂清洁的次数比上述反冲洗程序少得多。在图1中，参考标号72表示与污水流路连接的清洁剂储器。清洁剂储器72的容积为例如100L。清洁剂储器与管路30连接，借助管路30向隔膜过滤器的“脏侧”施加清洁剂。当污水流路3中的压力上升到一定水平以上时，产生对清洁污水流路3的需求。因此，通过测量装置73监视污水流路3的压力。当测量装置73指示压力已上升到一定水平以上时，清洁剂从清洁储器72被给送到污水流路3。替换地，能以一定时间间隔清洁污水流路3，这种情况下不需要测量装置73。由于本领域的技术人员了解如何设计必要的给送布置结构，在此不更详细地说明用于向污水流路给送清洁剂的布置结构。在向污水流路3给送清洁剂之前，优选从污水流路清空污水。
测量装置19与管路32连接以测量经净化的污水的pH值。如果pH值低于6.5，则使用给送装置20对离开的水添加碱(例如碱液)以使得pH值为至少6.5。临时地，在机动状况下，当燃烧发动机上的负荷变化时，可允许经净化的水的pH值与带上船的水的pH值相差约两个pH单位。
测量装置21还与管路32连接以确定经净化的污水的浊度。优选地，该浊度的平均值(在超过15分钟的时间段内测量)不能比带上船的水的值高25FNU，其中FNU是浊度单位并且指的是“福尔马肼散射法单位(Formazin Nepheomeric Units)”。所述浊度也可给定为25NTU的值，其中NTU指的是“散射法浊度单位(Nephelometric Turbidity Units)”。净化单元2、其中包括的过滤器12、12a、4、4a和净化管路的操作参数适于满足要求的浊度值。可通过称为浊度计的装置来测量水的浊度，所述浊度计包括用于测量水中包含的小颗粒如何散射光的检测器。检测器设置在光束侧。如果水包含大量小颗粒，则反射到检测器中的光比在小颗粒的量小的情况下多。校准的浊度计测量以NTU为单位的水的浊度。ISO7027标准提供了用于确定水的浊度的测试方法。
经净化的污水经由管路49排入海洋和/或给送回到到废气洗涤器1。在必要时，泵50升高管路49中的水的压力，以使得如上所述给送到管路15的水的压力不超过管路49中的压力。如果希望所有经净化的污水都被引导到废气洗涤器1，则管路32中的阀54必须关闭。在必要时，给送装置20用于确保经净化的水的pH值适合(pH值约7)给送到废气洗涤器1。如果希望所有经净化的污水都排入海洋，则管路49中的阀53必须关闭。优选地，管路32和49的接合部设置有用于调节要给送回到到废气洗涤器1和要排入海洋的经净化的水的比例的大小的三向阀(未示出)。该三向阀优选是自动的。
净化单元2还净化多环芳香烃(PAH)。优选地，净化单元2的操作被设计和确定尺寸成使得经净化的污水的PAH浓度比摄入的水的PAH浓度高50μg/L以下，藉此所述值50μg/L涉及45t/MWh污水流量，其中MW指的是在为燃烧发动机的最大功率的80％的功率下驱动燃烧发动机。参考标号45b表示用于确定经净化的污水中(即管路32中)的PAH浓度的测量装置，而参考标号45a表示用于确定净化单元2和污水流路3之前的管路30中的PAH浓度的测量装置。测量装置45a、45b是在污水流量超过2.5t/MWh时基于荧光的测量装置，以及在污水流量低于2.5t/MWh时基于紫外光等的测量装置。优选地，测量装置应该符合ISO 7027:1999标准。
污水中包含的许多金属如砷、镉、铬、铜、铅、镍、锌、钒、钼和锰对环境有害。净化单元2使得能够从污水去除包含所述金属(即颗粒)的固体化合物以使得离开管路32的滤出液不包含它们。未在隔膜过滤器4、4a中净化的溶解于污水中的金属化合物可通过离子交换从离开隔膜过滤器的经净化的污水去除。经净化的污水然后被引导到通过参考标号66示出的离子交换装置。离子交换装置包括一种或多种离子交换糊剂或树脂以去除溶解的金属离子。离子交换在正被处理的水通过离子交换糊剂或树脂时发生。适于去除金属阳离子的离子交换糊剂或树脂为例如高酸性阳离子树脂和螯合阳离子树脂。所使用的离子交换糊剂或树脂可在必要时再生或更换。离子交换装置66使得纳米过滤器无法到达的物质如金属离子、硝酸盐和亚硝酸盐能够被净化。
净化单元2被设计成净化污水中包含的硝酸盐(NO3 -)，以使得硝酸盐的量不超过与废气中的NOX的量的12％减少相关的废气中的NOX的量，或者在污水去除速度为45t/MWh时不超过60mg/l，其中所述条件中较大的条件为决定性条件。污水中包含的亚硝酸盐(NO2 -)也被净化。
典型地，污水中包含的硫化合物呈硫酸盐形式(SO4 2-)，因此无害，它们可排入海水而不需要净化。不过，结合反冲洗从管路43去除它们。污水也包含少量亚硫酸盐(SO3 2-)。
已知上述布置结构使来自船的发动机的废气能够被净化，以使得硫和氮化合物保持低于给定的最大值。废气的洗涤产生冲洗水，其pH、PAH和成分可以如下：
成分取决于发动机的运行条件、所使用的燃料和废气洗涤器的运行条件(水的类型、量和温度)。
本领域的技术人员将了解的是，可在净化单元2中足够充分地净化硝酸盐以满足上述要求，据此硝酸盐的量不超过与废气中的NOX量的12％减少相关的废气中的NOX量，或者在污水的流量为45t/MWh时不超过60mg/L，其中所述条件中的较大的条件为决定性条件。硝酸盐也可被净化，不过它们可以在不净化的情况下排入海洋。亚硝酸盐也被净化。净化单元2中包括的过滤器12、12a、4、4a确保固体金属化合物被净化，而离子交换装置66确保溶解的金属化合物被净化。
图2a和2b示出本发明的一个实施例。图2b示出净化单元2’，该净化单元连与图2a所示的船10’连接以使得净化单元在与船连接时位于船上。图2a和2b中的构件的参考标号在构件的功能相同或几乎相同时与图1所示的构件大致对应。图2a和2b的实施例与图1的实施例的不同之处尤其在于它包括配置在废气洗涤器1’与污水流路3’之间并与废气洗涤器1’和淤泥槽68’两者都连通的罐107’。淤泥槽68’可称为反冲洗罐。淤泥可从淤泥槽68’被引导到在岸上转移到废物处理设施的淤泥槽68a’。图2a和2b的实施例还包括配置在废气洗涤器1’的下游以接收离开废气洗涤器的被污染的冲洗水的罐113’。罐113’与船的技术淡水连通，并且由净化单元3’净化的经净化的水可被给送到其中。可配置管路(未示出)，该管路用于以与以上在图1的实施例中所示相似的方式将经净化的污水从管路49’引导到管路15’。管路49’可设置有阀装置(未示出)，以使得要控制的经净化的水能够替换地给送到废气洗涤器1’(经由上述未示出的管路和管路15’)或罐113’，或同时给送到废气洗涤器1’和罐113’两者。参考标号114’表示用于在必要时将海水给送到离开船10’的经净化的水的泵。在必要时，泵114’用于在将经净化的污水排入海水之前稀释它。
在下文中，将说明在图2的实施例中如何使用化学清洁剂清洁隔膜过滤器4’、4a’的隔膜7’、7a’以清除它们的杂质以及隔膜过滤器如何接受中间冲洗。泵13’在隔膜7’、7a’正被清洁时停止。在清洁隔膜7’、7a’之前，隔膜过滤器4’、4a’的脏侧被清空污水。该清空可使用加压空气或通过排泄泵100’或通过加压空气和排泄泵100’两者执行。
借助加压空气清空隔膜过滤器的脏侧
加压空气从加压空气管路106’施加至隔膜过滤器4’、4a’的清洁侧，其中空气从隔膜过滤器的清洁侧来到它们的脏侧并且污水由打开的阀101’、102’、109’引导到淤泥槽68’。
借助排泄泵清空隔膜过滤器的脏侧
排泄泵100’用于在循环的最低点吸入，并且污水被引导到淤泥槽68’。为了进行清空，设置于循环的上部的通风阀103’必须打开。
借助加压空气和排泄泵清空隔膜过滤器的脏侧
排泄泵100’用于在循环的最低点吸入，并且污水被引导到淤泥槽68’。为了进行清空，设置于循环的上部的通风阀103’必须打开。
充填隔膜过滤器以进行清洁，以及使用碱性清洁剂进行清洁
在隔膜过滤器4’、4a’已被清空之后，开始充填隔膜过滤器以进行清洁。通向膨胀罐104’的通风管路的通风阀103’、110’打开。隔膜过滤器4’、4a’充填有从管路111’供给的经加热的技术淡水，并同时借助清洁剂给送泵108’从碱性清洁剂储器72a’分配碱性清洁剂。参考标号112’表示加热器。隔膜过滤器4’、4a’在与膨胀罐104’连接的液位开关105’指示充满时充满。通过起动循环泵5’来开始清洁。
隔膜过滤器的清空和中间冲洗
在清洁之后，如上所述清空隔膜过滤器4’、4a’，此后如上所述充填隔膜过滤器，不使用清洁剂除外。
在上述处理之后，隔膜过滤器4’、4a’已被清洁，并且来自废气洗涤器的污水的净化过程可通过起动给送泵13’和循环泵5’来继续。
在必要时，也可使用酸性清洁剂清洁隔膜过滤器4’、4a’。如上所述执行使用酸性清洁剂进行清洁，但代替碱性清洁剂，使用从酸性清洁剂储器72b’获得的酸性清洁剂。在已使用酸性清洁剂清洁隔膜过滤器4’、4a’之后，隔膜过滤器如上所述被清空并接受中间冲洗。
优选地，根据本发明的净化单元2’可以是可运输的集装箱式单元，因为这种结构相当容易在改装之后与已经存在的旧船连接。在图2中，参考标识K1表示用于将净化单元2’与来自船的废气洗涤器1’连接的连接装置K1’，参考标识K2’表示用于将净化单元与船的水分配流路连接的连接装置，而参考标识K3’表示用于将净化单元与船的加压空气流路连接以使加压空气能够施加至隔膜过滤器的清洁侧的连接装置。可行的是由参考标号19’、21’、45’和20’表示的构件位于集装箱式单元的内部。
示例。根据本发明的方法和净化单元用于处理来自功率为约6000kW的重油操作的柴油发动机的废气洗涤器的污水。在净化之前污水的浊度、pH值和成分为：浊度87FNU，pH值12，硝酸盐(NO3 -)5.0mg/L，亚硝酸盐(NO2 -)5.3mg/L，硫酸盐(SO4 2-)940mg/L，亚硫酸盐(SO3 2-)＜20mg/L，和PAH化合物共计84μg/L。污水经孔径为35μm的粗滤器以约1.5m3/h给送到净化单元。污水在设置有两个孔径为50nm的串接的隔膜过滤器的污水流路中循环。污水流路中的流量为约6m/s且压力为3巴。在净化之后污水的浊度、pH值和成分为：浊度1.6FNU，pH值12，硝酸盐(NO3 -)4.8mg/L，亚硝酸盐(NO2 -)5.1mg/L，硫酸盐(SO4 2-)380mg/L，亚硫酸盐(SO3 2-)＜0mg/L，和PAH化合物共计6.9μg/L。
总之，可以说上述布置结构使得能够净化废气并处理冲洗水以使得满足更严格的要求和推荐规范，例如2009年发布的IMO决议MEPC.184(59)(“GUIDELINES FOR EXHAUST GAS CLEANING SYSTEMS”)中的那些。
显然，该布置结构需要一些实验和调节以使净化装置按需操作并满足所设定的要求。
下面列出清单以说明用于图1和2中的参考标号的含义：
1,1’ 废气洗涤器
2,2’ 净化单元
3,3’ 污水流路
4,4a,4’,4a’ 隔膜过滤器(包含半渗透隔膜的过滤器)
5,5’ 循环泵
6,6’ 隔膜过滤器4,4’的入口端
6a,6a’ 隔膜过滤器4a,4a’的入口端
7,7’ 半渗透隔膜
7a,7a’ 半渗透隔膜
8,8’ 隔膜过滤器4,4’的出口
8a,8a’ 隔膜过滤器4a,4a’的出口
9,9’ 隔膜过滤器4,4’的排出端
9a,9a’ 隔膜过滤器4a,4a’的排出端
10,10’ 船
11,11’ 热交换器
12,12’ 粗滤器
12a 微滤器
13,13’ 给送泵
14,14’ 冷却装置
15,15’ 管路
16,16’ 碱给送装置
17,17’ 用于确定离开废气洗涤器1的污水的pH值的测量装置
18,18’ 用于控制碱给送装置16的控制装置
19,19’,19a’ 用于确定经净化的污水的pH值的测量装置
20,20’ 用于向经净化的污水给送碱的给送装置
21,21’ 用于确定经净化的水的浊度的测量装置
22 反冲洗系统
23,23’ 废气进入点
24,24’ 用于测量废气的CO2值的测量装置
25,26,25’,26’ 水给送点
27,27’ 经净化的废气的排出点
28,28’ 用于确定废气的SO2值的测量装置
29,29’ 泵
30,30’ 管路(污水管路)
31,31’ 循环泵5,5’的入口端
32,32’ 管路
33至40 回流阀
41,42,43 管路
44 阀
45a,45b,45a’,45b’ 用于确定PAH浓度的测量装置
46,46’ 柴油发动机
47,47’ 催化剂
48,48’ 废气锅炉
49,49’ 管路(输出管路)
50,50’ 泵
51,52 回流阀
53,54,53’,54’ 阀
55 给水点
56,57,58 管路
59 阀
60,60’ 管路
61,61’ 水罐
62,62’ 泵
63,64,63’,64’ 阀
65 加热装置
66,66’ 离子交换装置
67,67’ 管路
68,68’,68a’ 淤泥槽
69,69’ 管路
70,70’ 阀
71,71’ 阀
72,72a’,72b’ 清洁剂储器
73,73’ 测量装置
100’ 排泄泵
101’,102’ 阀
103’ 通风阀
104’ 膨胀罐
105’ 液位开关
106’ 加压空气管路
107’ 水管路
108’ 给送泵
109’ 阀
110’ 通风阀
111’ 管路
112’ 加热器
113’ 罐
114’ 泵
K1’,K2’,K3’ 连接装置
上文已仅借助优选实施例公开了本发明，且因此应该指出的是，本发明的细节可在所附独立权利要求的范围内采用许多不同的方式来实施。因而，例如，包含半渗透隔膜的隔膜过滤器(4,4a)的数量可以变化。可行的是，隔膜过滤器并行连接，与如图所示的串接不同。优选地，净化单元(2)包括多个污水流路(3)和隔膜过滤器(4,4a)，污水流路组合成使得当至少一个其它污水流路和/或其中的至少一个隔膜过滤器正被清除污水和/或杂质时至少一个污水流路和/或其中的至少一个隔膜过滤器处于使用中。这使得净化单元能够在进行清洁时不间断地操作。代替给送泵13，至少原则上可行的是，借助重力将待净化的冲洗水给送到污水流路3。在被引导到污水流路3之前，可借助一个或多个过滤器(比较过滤器12和12a)过滤污水。

Claims (20)

1.一种用于处理船的废气中包含的杂质以减少硫氧化物排放物的方法，所述方法包括
-在废气洗涤器(1,1’)中用水洗涤所述废气以减少所述废气的二氧化硫排放物，
-将包含杂质并离开所述废气洗涤器(1,1’)的待净化的冲洗水供给至船上的净化单元(2,2’)，以及
-监视经净化的污水的pH值，并且如果pH值小于6.5，则将pH值调节到至少6.5的值，此后将经净化的污水排入海洋或使经净化的污水返回所述废气洗涤器(1,1’)，
其特征在于
所述净化单元包括污水流路(3,3’)，所述污水流路包括至少一个隔膜过滤器(4,4’)，并且待净化的冲洗水——即污水——在所述污水流路(3,3’)中循环，其中通过所述隔膜过滤器(4,4’)的半渗透隔膜(7,7’)过滤污水以获得经净化的污水和包含杂质的残留物，所述经净化的污水离开所述隔膜过滤器并离开所述污水流路的循环，而所述残留物保持在所述污水流路(3)中循环。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每隔一段时间从所述污水流路(3,3’)去除所述污水流路(3,3’)中至少绝大部分富含杂质的残留物。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每隔一段时间通过使所述隔膜过滤器承受无杂质的流体对所述隔膜过滤器(4,4’)的所述半渗透隔膜(7,7’)的反冲洗来从所述隔膜过滤器(4,4’)清除杂质，所述无杂质的流体的流动方向与流经所述隔膜过滤器的经净化的污水的流动方向相反，藉此从所述隔膜过滤器(4,4’)去除所述隔膜过滤器中聚集的杂质，此后将所述杂质随同所述流体从所述污水流路(3,3’)引出以进行进一步的处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使离开所述废气洗涤器(1,1’)的污水冷却并部分地输送回到所述废气洗涤器(1,1’)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污水在被引导到所述污水流路(3,3’)之前由粗滤器(12,12’)过滤。
6.一种船，包括用于洗涤来自所述船的燃烧发动机的废气并用于减少二氧化硫排放物的废气洗涤器(1,1’)和用于净化待净化的并离开所述废气洗涤器(1,1’)的冲洗水的净化单元(2,2’)，其特征在于，所述净化单元(2,2’)包括污水流路(3,3’)，所述污水流路包括循环泵(5,5’)和至少一个隔膜过滤器(4,4’)，所述至少一个隔膜过滤器包括半渗透隔膜(7,7’)，所述循环泵配置成通过将污水给送到所述隔膜过滤器(4,4’)的入口端(6,6’)来使待净化的污水在所述污水流路中循环，以使得流经所述隔膜过滤器的污水经所述半渗透隔膜(7，7’)过滤并在净化后离开所述隔膜过滤器(4,4’)的出口(8,8’)并离开所述污水流路(3,3’)，而包含杂质的残留物从所述隔膜过滤器的排出端(9,9’)被引导回到所述循环泵(5,5’)并从所述循环泵再次引导到所述隔膜过滤器的入口端(6,6’)。
7.如权利要求6所述的船，其特征在于，所述净化单元(2,2’)包括配置成将待净化的污水泵送到所述污水流路(3,3’)的给送泵(13,13’)。
8.如权利要求6或7所述的船，其特征在于，所述船包括用于冷却来自所述废气洗涤器(1,1’)的冲洗水的位于所述净化单元(2,2’)的上游的冷却装置(4,14’)，和用于将冷却后的冲洗水给送回到所述废气洗涤器(1,1’)的管路(15,15’)。
9.如权利要求8所述的船，其特征在于，所述冷却装置(14,14’)包括热交换器(11,11’)，所述热交换器(11,11’)配置成在将所述冲洗水引导回到所述废气洗涤器(1,1’)之前使用原水冷却所述冲洗水。
10.如权利要求8或9所述的船，其特征在于，所述船包括用于在将所述冲洗水给送回到所述废气洗涤器(1,1’)之前向所述冲洗水给送碱的给送装置(16,16’)。
11.如权利要求10所述的船，其特征在于，所述船包括用于确定离开所述废气洗涤器(1,1’)的冲洗水的pH值的测量装置(17,17’)和用于控制所述碱的给送装置(16,16’)的控制装置(18,18’)。
12.如前述权利要求6至11中任一项所述的船，其特征在于，所述净化单元(2,2’)包括配置在所述污水流路(3,3’)的上游的粗滤器(12,12’)。
13.如权利要求6所述的船，其特征在于，所述船包括用于确定离开所述隔膜过滤器(4,4’)的出口(8,8’)的经净化的污水的pH值的测量装置(19,19’)和用于向经净化的污水给送碱的给送装置(20,20’)。
14.如权利要求6或13所述的船，其特征在于，所述船包括用于将经净化的污水给送回到所述废气洗涤器(1,1’)的管路(49,49’)。
15.如权利要求6所述的船，其特征在于，所述船包括用于确定离开所述隔膜过滤器(4,4’)的经净化的污水的浊度的测量装置(21,21’)。
16.如前述权利要求6至15中任一项所述的船，其特征在于，所述污水流路(3,3’)包括至少两个隔膜过滤器(4,4a,4’,4a’)。
17.如前述权利要求6至16中任一项所述的船，其特征在于，所述船包括用于从所述隔膜过滤器(4,4a,4’,4a’)的半渗透隔膜(7,7a,7’,7a’)清除杂质颗粒的反冲洗系统(22,106’)，所述反冲洗系统配置成沿与经净化的污水的流动方向相反的所述隔膜过滤器的半渗透隔膜(7,7a,7’,7a’)的流动方向给送无杂质的流体。
18.如前述权利要求6至17中任一项所述的船，其特征在于，所述隔膜过滤器(4,4a,4’,4a’)为陶瓷隔膜过滤器。
19.一种用于净化离开船的废气洗涤器的被污染的冲洗水——即污水——的净化单元，其特征在于，所述净化单元(2’)是可运输的容器式单元，所述净化单元包括用于将所述净化单元与来自所述船的废气洗涤器的污水管路连接的第一连接装置(K1’)、用于将所述净化单元与所述船的水分配流路连接的第二连接装置(K2’)、和用于从所述净化单元排出在所述净化单元中净化的污水的输出管路(49’)，所述污水流路(3’)包括循环泵(5’)和至少一个隔膜过滤器(4’)，所述至少一个隔膜过滤器包括半渗透隔膜(7’)，所述循环泵配置成通过将污水给送到所述隔膜过滤器(4’)的入口端(6’)来使待净化的污水在所述污水流路中循环，以使得流经所述隔膜过滤器的污水经所述半渗透隔膜(7’)过滤并在净化后离开所述隔膜过滤器(4’)的出口(8’)并离开所述污水流路(3’)，而包含杂质的残留物从所述隔膜过滤器的排出端(9’)被引导回到所述循环泵(5’)并从所述循环泵再次回到所述隔膜过滤器的入口端(6’)。
20.如权利要求19所述的净化单元，其特征在于，所述净化单元包括第三连接装置(K3’)，所述第三连接装置(K3’)用于将所述净化单元(2’)与所述船的加压空气流路连接以使得加压空气能够被施加至所述隔膜过滤器(4’)的清洁侧。
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