CN104761086A - 船舶废气脱硫废水处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶废气废水的处理装置，尤其涉及一种船舶废气脱硫废水处理装置。包括脱硫废水储罐，旋流分离单元，电化学处理单元和收集储罐，主要原理为：脱硫废水通过泵进入旋流分离单元，经过旋流分离后的固体废渣被收集到污泥漕当中。分离后的上层溶液进入特殊的电化学处理单元，阳极采用特殊的金属氧化物阳极，阴极采用特制多孔石墨电极，并在阴极附近通入压缩空气。利用成对电氧化技术产生H₂O₂和HClO对脱硫废水进行深度氧化处理。经处理后的脱硫废水能够满足IMO《船舶废气清洗系统导则(2009)》(MEPC.184(59))第8条规定中所要求的标准。

Description

船舶废气脱硫废水处理装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种船舶废气废水的处理装置，尤其涉及一种船舶废气脱硫废水处理装置及其方法。

背景技术

采用湿法技术洗涤船舶废气时，船舶废气中未完全燃烧的油类物质、PAHs会进入洗涤水中。IMO《船舶废气清洗系统导则(2009)》(MEPC.184(59))第8条规定PAHs的排放标准。调查现有国内外船舶废气脱硫装置，关于船舶废气脱硫废水处理的研究较少，鲜有脱硫废水处理工艺的详细介绍。脱硫废水只是通过简单的曝气氧化或旋流分离处理后进行排放或回用。经过这种工序处理的脱硫废水只能降低脱硫废水中的COD值和浊度值，并不能完全降解去除脱硫废水中的多环芳烃(PAHs)。不能满足IMO船舶废气清洁系统中洗涤水的排放指标。因此，必须对现有处理技术及装置进行改进或者研制新的处理技术。

针对PAHs的降解去除，目前国内外主要的方法为吸附法和高级氧化法。吸附法就是利用PAHs水溶解度低而辛醇-水系分配系数高，易于从水相中分配到沉积物和有机质中的原理，利用各种吸附剂对废水中的PAHs进行去除，常用的吸附剂包括活性炭、黏土矿(如沸石、针铁矿、高岭石、膨润土等)、树皮、纤维、聚乙烯等。高级氧化法就是通过不同途径产生·OH自由基通过诱发一系列的自由基链反应，攻击水体中的各种污染物，直至降解为二氧化碳、水和其它矿物盐，达到净化水体的目的。

现有吸附法和高级氧化法处理PAHs的方法存在以下不足：

1.吸附法：(1)处理装置体积大；(2)PAHs污染物吸附于吸附剂中后，需要对其进行二次处理，才能真正做到无害化；(3)吸附剂的脱附处理费用高昂。

2.高级氧化法：(1)反应条件要求苛刻，反应过程中容易生成二次污染物质；(2)系统整体能耗高，处理效果有待进一步提高。

发明内容

本发明主要针对降解脱硫废水中的PAHs，采用成对电氧化技术，利用阴极和阳极的双重氧化作用对PAHs进行降解。经过特殊电化学处理单元处理的脱硫废水能够满足IMO对脱硫废水的排放要求，达标排放。

本发明拟采用成对电氧化技术对脱硫废水中的PAHs进行降解处理。成对电氧化技术是指利用阴极和阳极的双重氧化作用，即利用阳极产生的HClO和阴极产生的H₂O₂氧化降解有机物的技术，将PAHs氧化分解成对环境无害的CO₂和H₂O,使脱硫废水中的PAHs能够满足IMO的排放标准。阳极采用析氯性能良好的钌系金属氧化物阳极，阴极采用多孔石墨电极，并在阴极附近鼓入O₂。其阴、阳极过程如下所示：

$O_2\left(g\right)\↔O_2\left(\mathrm{aq}\right)$

阴极： $O_2\left(\mathrm{aq}\right)\↔O_2\left(\mathrm{sol}\right)---\left(1\right)$ $O_2\left(\mathrm{sol}\right)+H_{2}O+2e\↔{\mathrm{HO}}_2^{-}+{\mathrm{OH}}^{-}$

阳极： ${\mathrm{CL}}_2+H_{2}O\↔\mathrm{HOCL}+H^{+}+{\mathrm{CL}}^{-}---\left(2\right)$

$\mathrm{HOCL}\↔H^{+}+{\mathrm{OCL}}^{-}$

为此提供一种船舶废气脱硫废水处理装置,包括脱硫废水储罐，旋流分离单元，电化学处理单元和收集储罐；

所述脱硫废水储罐上方设置有脱硫废水进口，内部设置有液位计，所述液位计设置有由上到下的高液位报警点、高液位启动点、低液位停止点；所述脱硫废水储罐一侧连接第一水泵，第一水泵另一端与旋流分离单元相连；

所述旋流分离单元包括旋流分离器和污泥槽，所述旋流分离器下方设置有可开闭的排污口，排污口与污泥槽相连；所述旋流分离器一侧设置有排液口，排液口连接第二水泵，第二水泵另一端与电化学处理单元相连；

所述电化学处理单元包括安装于内部的搅拌装置，金属氧化物阳极和多孔石墨阴极，阴极附近设置有压缩空气进口；所述电化学处理单元一侧设置有废水出口，与第三水泵相连，第三水泵另一端与收集储罐相连；

所述收集储罐内部设置有液位计，所述液位计设置有由上到下的高液位报警点、高液位启动点、低液位停止点；所述收集储罐一侧设置有排放口，与船舷外环境相连。

进一步地，所述搅拌装置在电流密度为80-150mA/cm²的条件下开启。

一种船舶废气脱硫废水处理方法，由以下步骤组成：

(1)脱硫废水从浆液池收集到脱硫废水储罐内，液位计的控制点是通过三个固定在脱硫废水储罐中的液位开关来控制系统按照程序自动运行；当液位升至液位计的高液位启动点时，系统开始启动；第一水泵将脱硫废水储罐内废水逐渐抽至低液位停止点时，系统关闭；在正常情况下，系统在这两个液位控制点间运行。

(2)第一水泵将脱硫废水从脱硫废水储罐中抽出，转移至旋流分离单元，通过重力离心沉降作用去除废水中的颗粒物质，降低废水的浊度值，达到固液分离的目的；旋流分离后打开排污口，将得到的固体废渣收集到下方的污泥槽当中。

(3)旋流分离后的液体通过排液口和第二水泵进入电化学处理单元。电化学处理单元阳极采用析氯性能良好的钌系金属氧化物阳极，阴极采用多孔石墨电极。多孔石墨电极具有比表面积大，吸附O₂能力强的特点，更有利于H₂O₂的生成。电化学单元内部安装搅拌装置，在开始电解之前，开启搅拌装置，并在阴极附近鼓入压缩空气。设定好电流密度为80-150mA/cm²，通入电流开始电解。利用阳极和阴极产生的HClO和H₂O₂对脱硫废水中的NO_X-和PAHs进行氧化降解处理。

(4)经过电化学处理单元处理的脱硫废水进入收集储罐中，静置停留20-30min。在收集储罐内安装和脱硫废水储罐相同的液位检测系统，根据检测系统反馈的信号控制阀门的启闭，将处理后的液体排放至船舷外。

进一步地，一旦出现水泵损坏、启闭开关停止工作等情况，液位升至液位计的高液位报警点时，高液位报警开关将通过启动控制板上的高液位报警灯报警。通过脱硫废水储罐的液位自动检测系统，从而实现废水处理系统的启动、关闭及报警功能。

本发明采用“旋流分离+成对电氧化”技术对船舶脱硫废水进行处理，阳极采用析氯性能良好的钌系金属氧化物阳极，阴极采用多孔石墨电极。经过脱硫废水处理试验验证，与现有技术相比，具有以下显著效果：

1.与目前船舶脱硫废水采用的简单曝气氧化或旋流分离处理技术相比，本发明装置能够充分降低废水的悬浮物、浊度值。

2.对于脱硫废水中的PAHs能够达到深度降解处理，进一步降低了废水的COD值。

3.电化学处理单元阴极采用多孔石墨电极，具有很大的比表面积，吸附O₂的能力增强，更有利于H₂O₂的生成。

4.系统集成化高，占用体积小，充分解决了船舶可使用空间有限的缺点。

5.处理参数大大降低，系统整体能耗显著降低，最终处理效果显著提高。

经此处理技术处理过的船舶脱硫废水，具体指标都达到了IMO《船舶废气清洗系统导则(2009)》(MEPC.184(59))第8条规定中所要求的标准。具体指标见表1。

表1.脱硫废水处理前后指标

排放指标	IMO MEPC.184(59)标准	处理后脱硫废水
			COD	≦125mg/L	80mg/L
pH	6-8.5	7.1
			PAHs	≦50ug/L	10ug/L
NOX-	≦60mg/L	23mg/L

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图中1脱硫废水储罐，11脱硫废水进口，2旋流分离单元，21旋流分离器，22污泥槽，3电化学处理单元，31搅拌装置，32阳极，33阴极，34压缩空气进口，4收集储罐，5液位计，6第一水泵，7第二水泵，8第三水泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种船舶废气脱硫废水处理装置,包括脱硫废水储罐1，旋流分离单元2，电化学处理单元3和收集储罐4；

所述脱硫废水储罐1上方设置有脱硫废水进口11，内部设置有液位计5，所述液位计5设置有由上到下的高液位报警点、高液位启动点、低液位停止点；所述脱硫废水储罐1一侧连接第一水泵6，第一水泵6另一端与旋流分离单元2相连；

所述旋流分离单元2包括旋流分离器21和污泥槽22，所述旋流分离器21下方设置有可开闭的排污口，排污口与污泥槽22相连；所述旋流分离器21一侧设置有排液口，排液口连接第二水泵7，第二水泵7另一端与电化学处理单元3相连；

所述电化学处理单元3包括安装于内部的搅拌装置31，钌系金属氧化物的阳极32和多孔石墨的阴极33，阴极33附近设置有压缩空气进口34；所述电化学处理单元3一侧设置有废水出口，与第三水泵8相连，第三水泵8另一端与收集储罐4相连；

所述收集储罐4内部设置有液位计5，所述液位计5设置有由上到下的高液位报警点、高液位启动点、低液位停止点；所述收集储罐4一侧设置有排放口，与船舷外环境相连。

所述搅拌装置31在电流密度为120mA/cm²的条件下开启。

一种船舶废气脱硫废水处理方法，由以下步骤组成：

(1)脱硫废水从浆液池收集到脱硫废水储罐1内，液位计的控制点是通过三个固定在脱硫废水储罐1中的液位开关来控制系统按照程序自动运行；当液位升至液位计5的高液位启动点时，系统开始启动；第一水泵6将脱硫废水储罐1内废水逐渐抽至低液位停止点时，系统关闭；在正常情况下，系统在这两个液位控制点间运行。

(2)第一水泵6将脱硫废水从脱硫废水储罐1中抽出，转移至旋流分离单元2，通过重力离心沉降作用去除废水中的颗粒物质，降低废水的浊度值，达到固液分离的目的；旋流分离后打开排污口，将得到的固体废渣被收集到下方的污泥槽22当中。

(3)旋流分离后的液体通过排液口和第二水泵7进入电化学处理单元3，电化学单元内部安装搅拌装置，阳极采用析氯性能良好的钌系金属氧化物阳极，阴极采用多孔石墨电极。多孔石墨电极具有比表面积大，吸附O₂的能力增强的特点，在电解过程中，更有利于H₂O₂的生成；在阴极附近通入压缩空气，利用成对电氧化技术产生H₂O₂和HClO对脱硫废水中的NOX-和PAHs进行氧化降解处理。

(4)经过电化学处理单元3处理的脱硫废水进入收集储罐4中，在收集储罐4内安装和脱硫废水储罐1相同的液位检测系统，静置停留25min后排放至船舷外。

一旦出现水泵损坏、启闭开关停止工作等情况，液位升至液位计5的高液位报警点时，高液位报警开关将通过启动控制板上的高液位报警灯报警。通过脱硫废水储罐1的液位自动检测系统，从而实现废水处理系统的启动、关闭及报警功能。

按照上述方法，对船舶脱硫废水进行处理。按照中国船级社(CCS)船舶废气清洗系统试验和检验指南中规定的检测方法对脱硫废水处理前后的COD、pH、PAHs、NO_X-进行检测，检测结果见下表2：

表2.脱硫废水处理前后排放指标对照

排放指标	脱硫废水处理前	脱硫废水处理后
			COD	267mg/L	80mg/L
pH	6.5	7.1
			PAHs	513ug/L	10ug/L
NOX -	62mg/L	23mg/L

Claims (4)

1.一种船舶废气脱硫废水处理装置,其特征在于：包括脱硫废水储罐(1)，旋流分离单元(2)，电化学处理单元(3)和收集储罐(4)；

所述脱硫废水储罐(1)上方设置有脱硫废水进口(11)，内部设置有液位计(5)，所述液位计(5)设置有由上到下的高液位报警点、高液位启动点、低液位停止点；所述脱硫废水储罐(1)一侧连接第一水泵(6)，第一水泵(6)另一端与旋流分离单元(2)相连；

所述旋流分离单元(2)包括旋流分离器(21)和污泥槽(22)，所述旋流分离器(21)下方设置有可开闭的排污口，排污口与污泥槽(22)相连；所述旋流分离器(21)一侧设置有排液口，排液口连接第二水泵(7)，第二水泵(7)另一端与电化学处理单元(3)相连；

所述电化学处理单元(3)包括安装于内部的搅拌装置(31)，钌系金属氧化物的阳极(32)和多孔石墨的阴极(33)，阴极(33)附近设置有压缩空气进口(34)；所述电化学处理单元(3)一侧设置有废水出口，与第三水泵(8)相连，第三水泵(8)另一端与收集储罐(4)相连；

所述收集储罐(4)内部设置有液位计(5)，所述液位计(5)设置有由上到下的高液位报警点、高液位启动点、低液位停止点；所述收集储罐(4)一侧设置有排放口，与船舷外环境相连。

2.如权利要求1所述的一种船舶废气脱硫废水处理装置,其特征在于：所述搅拌装置(31)在电流密度为80-150mA/cm²的条件下开启。

3.一种使用权利要求1所述船舶废气脱硫废水处理装置处理废水的方法，其特征在于由以下步骤组成：

(1)脱硫废水从浆液池收集到脱硫废水储罐(1)内，当液位升至液位计(5)的高液位启动点时，系统开始启动；第一水泵(6)将脱硫废水储罐(1)内废水逐渐抽至低液位停止点时，系统关闭；

(2)第一水泵(6)将脱硫废水从脱硫废水储罐(1)中抽出，转移至旋流分离单元(2)，通过重力离心沉降作用去除废水中的颗粒物质；旋流分离后打开排污口，将得到的固体废渣被收集到下方的污泥槽(22)当中；

(3)旋流分离后的液体通过排液口和第二水泵(7)进入电化学处理单元(3)，进行氧化降解处理；

(4)经过电化学处理单元(3)处理的脱硫废水进入收集储罐(4)中，静置停留20-30min后排放至船舷外。

4.如权利要求3所述的船舶废气脱硫废水处理方法，其特征在于：液位升至液位计(5)的高液位报警点时，高液位报警开关打开进行报警。