CN106430821A - 一种船舶黑水和灰水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种船舶黑水和灰水处理装置及方法。包括预处理单元，生物处理单元，光电催化反应单元，污泥处理单元；灰水经超声强化混凝结合高效重力式固液分离处理后，和经过简单处理的黑水混合在一起后进入生物处理单元；生物处理单元中污水经厌氧池、缺氧池、MBR池处理后进入清水池，在生物处理单元中去除水中的BOD和氮磷污染物，清水池出水进入光电催化反应单元；污水在光催化和电催化的协同作用下，水中的难降解有机污染物和水中的细菌得以降解去除，污水最后经膜组件过滤后出水，出水水质达到回用标准；污泥处理单元对生物处理单元的排泥进行简单脱水处理。本发明操作简便、高效处理船舶黑水和灰水使之达到回用标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理船舶生活污水的装置，本发明也涉及一种处理船舶生活污水的方法。具体地说是一种可以高效处理船舶黑水和灰水的装置与方法。
背景技术
近年来，由于运输成本的增加，船舶运输业在国际商贸运输中占有的比重逐年增大。据统计，约90％～95％商品依靠船舶运输。船舶运输业发展给水体生态环境带来了巨大的挑战。联合国海事组织(International Maritime Organization，IMO)近些年连续提高船舶生活污水排放标准，2016年1月1日起执行的MEPC.227(64)决议，相比之前标准更加严格。MPEC.227(64)决议不仅重申了船舶生活污水的排放标准(见表1)，并且标明了控制排放任何船舶废水的区域坐标。
表1 MEPC.227(64)控制排放主要指标
按照IMO的定义，船舶生活污水系指任何型式的厕所和小便池的排出物和其它废弃物；医务室(药房，病房等)的洗手池、洗澡盆和这些处所排水孔的排出物；装有活动物的处所的排出物；或混有上述定义的排出物的其它废水，即为“黑水”。“灰水”是指船舶上排出的洗涤水、厨房水槽水、淋浴水、洗衣水、洗澡水以及洗脸水等。
经过国内外船舶生活污水处理技术多年的研究发展，现有处理技术在处理船舶污水时遇到的瓶颈问题主要有是：受船舶摇摆、倾斜等影响，固液分离效果差；对水质水量的耐冲击负荷差；处理大水量时装置体积庞大；脱氮除磷效果差；无污水回用处理装置。当前，对于灰水通常与黑水混合后共同处理，但共同处理存在着以下问题：(1)由于灰水中存在洗涤剂等表面活性剂，造成水中存在大量乳化油，难以用一般的油水分离装置分离；(2)灰水中的动植物油脂在收集和处理过程中容易造成管路和设备的堵塞；(3)船舶灰水中的油脂、表面活性剂等污染物会明显抑制后续生物降解及絮凝过程，微生物降解效率较低。由于以上原因，船舶灰水在与黑水混合处理前，应对灰水进行预处理以提高整体去除效能。
对于混合后的船舶生活污水处理方法有：生物法(活性污泥法、生物膜法和膜生物法)、物化法(混凝沉淀及吸附过滤等)、电化学法等。其中生物法应用最为普遍，膜生物广泛应用于船舶生活污水的处理中。但膜生物法也存在着一些问题，如对含磷污染物的去除效果不是很好，易发生膜污染，由于膜的自身性质问题导致的纯水通量小等。由于膜生物法对水中含磷污染物的去除效果不是十分明显，常规船舶污水处理方法对含磷污染物主要采用化学法，投加药剂去除，而药剂投加量大，费用较高。实用新型CN 205099522 U中采用采用光电联合处理难降解有机废水，并在污水中添加过氧化氢对光电处理进行强化。但在船舶生活污水的处理过程中，存在药剂投加量大，费用较高等问题。发明专利CN 105236685 A中采用MBR与内循环光电催化氧化相结合处理船舶生活污水，与常规船舶生活污水处理工艺相比，该发明的处理效果明显增强，但存在除磷效果不够好，并且装置较为复杂，运行管理较为困难等缺点。现存船舶生活污水处理装置多采用一体式膜生物反应器，一体式膜生物反应器具有占地面积小的优点，但存在着去除氮磷效果不好，易发生膜污染等问题，本专利旨在解决或部分解决上述问题。
膜材料是MBR的核心，对MBR的污水处理性能起着决定性作用。MBR膜材料主要为超/微滤膜，常见的材质包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯(PP)等高分子材料。其中PVDF以其耐酸碱、耐热性高、生物相容性好、高分离精度和高效率等优点，在膜分离领域展现了广阔的应用前景。但传统PVDF膜机械强度低，易发生破损，并且PVDF膜表面呈现较强的疏水性，由于被分离物质在疏水表面产生吸附等原因，易造成膜污染，这不仅导致出水水质超标，还会降低膜使用寿命，而更换膜组件会增加MBR的运行成本，所以改性PVDF膜被研发并应用于MBR工艺中，改性PVDF膜不仅可以提高机械强度，还可以一定程度上抑制膜污染。本专利就采用改性PVDF膜作为MBR的膜材料。
传统处理方法对于经过生物处理后的污水采用直接排放的方式，但随着排放标准的逐渐提高，并且在地中海区域、波罗的海区域、黑海区域、红海区域、“海湾区域”、北海区域、南极区域及大勒比海区域对于排放的污水的要求更高，对氮总量和磷总量的排放浓度进行了规定。由于上述因素，零排放成为一种趋势，并且污水不排放而进行处理回用，可以实现对船舶淡水资源循环利用的目的，可以有效提高船舶淡水资源的利用率。所以在生物处理后加深度处理，对污水进一步处理，以达到回用标准，实现节能减排。
与本发明相关的文献包括：
[1]专利公开号CN 105236685 A的专利文件,一种海上平台生活污水零排放处理方法；
[2]专利公开号CN 205099522 U的专利文件,一种用于三维电极光电芬顿法处理难降解有机废水的装置；
[3]宋世龙,张志强,白新征,谢海晶,谢伟,夏四清.复合PVDF膜材料性能及其MBR处理城市污水的研究[J].水处理技术,2014,08:46-50+55；
[4]张颖.高强度PVDF-PET复合膜亲水化改性研究及其在倒置A2/O MBR中的应用[D].西安建筑科技大学,2014；
[5]邱恒,闵浩.改性PVDF膜在MBR中膜污染的研究[J].化工科技,2009,05:34-39；
[6]金星,黄红梅,黄国卫.船舶黑、灰水处理及中水回用[J].江苏船舶,2012,02:25-27。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简便、能使船舶黑水和灰水达到回用标准的船舶黑水和灰水处理装置。本发明的目的还在于提供一种船舶黑水和灰水处理的方法。
本发明的船舶黑水和灰水处理装置包括预处理单元、生物处理单元、光电催化反应单元和污泥处理单元，所述预处理单元包括黑水预处理单元和灰水预处理单元，所述黑水预处理单元是垃圾粉碎泵，所述灰水预处理单元由超声强化混凝装置和重力式固液分离装置组成，黑水预处理单元和灰水预处理单元并行接入均质罐，均质罐后连接生物处理单元，生物处理单元候接光电催化反应单元，生物处理单元还连接污泥处理单元。
所述生物处理单元为A2O-MBR膜生物反应器，由厌氧池、缺氧池、MBR池、清水池、MBR膜组件、出水泵、反冲洗水泵、污泥回流泵和曝气泵构成；MBR膜组件设于MBR池内，曝气泵与MBR池相连，MBR池设有一条污泥回流管道与厌氧池相连，反冲洗水由清水池提供；厌氧池与缺氧池设有机械搅拌器，MBR池中采用曝气的方式为水中提供溶解氧并对污水进行搅拌；所述MBR膜组件采用帘式或板式的微滤膜组件，选用改性PVDF膜。
所述光电催化反应单元由阳极电极板、阴极电极板、粒子电极、紫外光灯或可见光灯、曝气泵、直流电源、膜组件、滤膜出水泵和滤膜反冲洗水泵组成；所述的阳极电极板和阴极电极板采用钛基涂层电极板，阳极电极板和阴极电极板垂直放置，阴阳极交替摆放，阳极电极板低端低于阴极电极板低端并与反应器底面相连，阳极电极板顶端高于阴极电极板顶端并高出水面，直流电源向阳极电极板和阴极电极板提供电压，粒子电极放置于阴阳电极板间。
阴阳电极板顶端的高度差为30～50mm，相邻两极板间的距离为50～100mm。
粒子电极的粒径为3～4mm，填充体积为反应器的1/3～1/2，粒子电极采用颗粒活性炭或碳纳米管上负载具有光催化性能的纳米半导体材料。
均质罐中设有搅拌器。
发明的船舶黑水和灰水处理的方法为：
黑水预处理单元和灰水预处理单元处理后的灰水与黑水进入均质罐进行均质，均质罐中由搅拌器加速污水均质，均质后的污水通过蠕动泵进入生物处理单元；进入生物处理单元的污水按1:1的比例分配后分别进入厌氧池、缺氧池，而后通过MBR池和清水池；从MBR池回流的污泥进入厌氧池，进入缺氧池的污水一部分是厌氧池出水、一部分是均质罐出水；经生物处理单元处理后的水经管道进入光电反应单元；经光电处理后的污水在光电反应器末端经过膜组件过滤出水，达到回用标准。
灰水预处理单元中，灰水进入超声强化混凝装置后在混凝剂的作用下，使灰水中高浓度的油脂和表面活性剂凝聚，实现乳化油的破乳；同时有超声波发生器产生的超声波在水中形成空化泡，空化泡在水中崩灭可以产生自由基，自由基氧化有机物，絮凝剂采用PAC、PAS、PEC、PFS中的一种，助凝剂采用聚丙烯酰胺；超声频率为20～100kHz，功率为50～100W，破乳剂为聚醚类破乳剂或酚醛树脂类破乳剂，采用间歇超声方式，超声时间为1～30min。
本发明提供了一种操作简便、能高效处理船舶黑水和灰水、使之达到回用标准的一种新型对于船舶黑水和灰水高效处理的方法及装置。
本发明的装置的主要特点为：
(1)预处理单元：预处理单元分为黑水预处理单元主要为垃圾粉碎泵组成，灰水预处理单元采用超声强化混凝+重力式固液分离，而后两者均进入均质罐进行均质，均质罐中设有搅拌器，加速污水均质。在灰水的处理过程中，超声强化混凝可以使灰水中高浓度的油脂和表面活性剂凝聚，实现乳化油的破乳；利用超声的空化作用可以一定程度上降解有机物；由于灰水中表面活性剂是含磷的主要污染物，而在超声强化混凝中可以将大部分表面活性剂去除，降低后续生物处理部分的压力，并且由于表面活性剂和油脂会抑制生物处理部分中的微生物的生物降解能力，此部分将其去除，有利于后续生物处理的进行。其中絮凝剂采用PAC、PAS、PFC、PFS中的一种，助凝剂采用聚丙烯酰胺；破乳剂为聚醚类破乳剂或酚醛树脂类破乳剂。超声发生装置采用多探头式，根据反应池空间体积，多探头均匀布置。超声频率为20～100kHz，功率为50～100W，采用间歇超声方式，超声时间为1～30min；
(2)生物处理单元：生物处理单元为A2O-MBR膜生物反应器，由厌氧池、缺氧池、MBR池和清水池构成；膜组件设于MBR池内，鼓风机与MBR池相连，MBR池设有一条污泥回流管道与厌氧池相连，反冲洗水由清水池提供；厌氧池与缺氧池设有机械搅拌器，MBR池中采用曝气的方式为水中提供溶解氧并对污水进行搅拌；在MBR池中添加活性生物填料，由于活性生物填料的存在，MBR处理区同时存在悬浮型和附着型微生物，活性生物填料上附着了大量的微生物，MBR膜生物反应器中的微生物量增加，系统有机物降解内里和抗冲击负荷能力增加，而且由于丝状菌可附着在填料上，可以有效改善污泥膨胀问题；所述膜组件采用帘式或板式的微滤膜组件，选用改性PVDF膜，改性方式为无机共混改性或有机共混改性。
无机共混改性，其主要目的在于通过加入亲水性无机材料，利用有机与无机材料优势互补，进而有效提高改性膜的纯水通量、孔隙率、抗污染性能等。其中改性所用无机纳米粒子可以采用SiO2、ZrO2、TiO2、Al2O3、Fe3O4、ZnO、Cu2O、CdS、Ag、碳纳米管、纳米氧化石墨烯(GO)、纳米氢氧化铝镁中的一种，采用干-湿相转换法进行制备。PVDF是一种疏水的高聚物，在加入适量的无机纳米粒子后，由于其亲水性和纳米粒子的大比表面积等特性，使得改性膜的亲水性较改性前有所改善，孔隙率增大，纯水通量增大；并且，无机纳米颗粒具有较好的强度，在制备过程中，无机纳米粒子与PVDF均匀混合后，铸膜液的黏度增加，使得改性膜的机械强度有所提高。改性所用的几种无机纳米粒子中TiO2、CdS、ZnO、Cu2O具有光催化活性，利用这几种无机纳米粒子改性后的PVDF膜也具备光催化活性，在紫外光的辐照下可以有效地抑制膜污染，所以可在膜组件周围加设紫外光灯。紫外光灯的功率为50～100W。
有机共混改性，其主要目的在于以不同聚合物间性质的互补性与协同效应来改善膜的性质，进而调节膜的结构和性能。可采用PMMA、PVA、CA、PEG、PAN中的一种与PVDF进行共混改性。有机材料与PVDF进行共混就会有不同的基团被引入膜体系中，使得膜的表面亲水性有所提升，易与水形成氢键，疏水性物质则在这种能量的抑制下，不易于接近膜表面，进而使共混膜具有良好的抗污染性能。
(3)光电催化反应单元：光电反应单元采用一体式光电催化反应装置。装置中采用三维电极与光催化结合；三维电极包括电极板与粒子电极，电极板采用钛基涂层电极板中钛基可以是钛板、钛网或泡沫钛中的一种，表面涂覆具有光催化活性的半导体光催化剂涂层，电极板垂直放置，阴阳极交替摆放，阳极板低端低于阴极板低端并与反应器底面相连，阳极板顶端高于阴极板顶端并高出水面，使电极板作为导流板，使废水在反应器内进行折流，阴阳极板顶端的高度差为30～50mm，相邻两极板间的距离为50～100mm，采用直流电源向阳极电极板和阴极电极板提供电压，电压为5～20V，电流密度10～30mA/m2；
粒子电极放置于电极板间粒径采用3～4mm，填充体积为反应器的1/3～1/2，采用颗粒活性炭或碳纳米管上负载具有光催化性能的纳米半导体材料，由于单一纳米半导体材料带隙能较宽，只能吸收太阳光中的紫外光部分，且载流子复合率高，光催化量子效率较低，因而不适合实际的生产应用，所以采用改性半导体材料，改性方式有掺杂或者半导体复合，掺杂方式有掺杂稀土金属元素(La，Ce，Er，Pr，Gd，Nd，Sm)，掺杂非金属元素(C，N，S，P，F)，掺杂过渡金属离子(Fe3+、Zn2+、V5+、Co3+、Ru3+、Co3+、Cr3+、Ni2+、Cu2+、Cd2+、Re5+)等，掺杂后半导体材料吸收光谱扩展，有利于光催化反应的进行，并且掺杂后可有效延长光生电子-空穴对的复合时间，从而提高光电催化反应的进行，半导体复合采用CdS、PdS、SiO2、SnO2、WO3、Fe2O3中的一种与TiO2进行复合，半导体复合会影响TiO2催化剂的粒径、比表面积、光吸收性能等物理性质，抑制TiO2光生电子-空穴的复合，扩展光的激发波长范围，从而提高TiO2催化活性，同时显示出比单一半导体更好的稳定性；
紫外光灯或可见光灯水平放置于电极板间并高于粒子电极，功率为100～300W；反应器进行曝气，由于气流的冲击作用可以对粒子电极进行分散、清洗，并且曝气过程可以增加水溶解氧的含量，溶解氧作为光电催化过程中的电子捕获剂，其含量增加可有效提高光电催化反应的效率，从经济角度考虑，采用空气曝气，但如出水无法达标，可采用纯氧曝气或臭氧曝气对光电催化反应进行强化，曝气量采用5～15L/min；反应器末端设有膜滤出水装置，可以避免粒子电极的流失。
(4)污泥处理单元：污泥处理单元对生物处理单元的排泥进行简单脱水处理，处理后定期回运陆地处理。
本发明的处理方法的主要特点为：
(1)预处理：将船舶生活污水中的黑水经预处理单元中的垃圾粉碎泵粉碎处理后进入均质罐，将船舶生活污水中的灰水经超声强化混凝+重力式固液分离处理后进入均质罐。灰水进入超声强化混凝装置后在混凝剂的作用下，使灰水中高浓度的油脂和表面活性剂凝聚，并联合破乳剂的作用，实现乳化油的破乳；同时有超声波发生器产生的超声波在水中形成空化泡，空化泡在水中崩灭可以产生自由基，自由基可以氧化有机物，在一定程度上达到去除有机物的作用，并且超声波对混凝过程具有促进作用，由于超声波的震动效应，造成微小絮体颗粒与悬浮粒子开始一起震动，不同的震动速度增加了投入液体中的混凝剂与大小不同的粒子的接触面积和互相碰撞速率、并与之粘合，体积不断增大从而沉淀下来。而后灰水进入重力式固液分离装置，固液分离装置上部设有刮油渣器，收集漂浮在水面的杂质，下部设有斜板结构，可以使比重大于水的杂质沉淀下来，并在底部的污泥斗处收集，有排泥管排出。
(2)生物处理：进入生物处理单元的污水按1:1的比例分配后分别进入厌氧池、缺氧池，而后通过MBR池和清水池。污水进入厌氧池，同步进入的还有从MBR池回流的污泥，厌氧池的主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；进入缺氧池的污水一部分是厌氧池出水，一部分是均质罐出水，缺氧池的主要功能是脱氮；进入MBR池的污水为缺氧池出水，MBR池的主要功能是去除水中的BOD，硝化和吸收磷等，并通过膜对污水进行过滤，进行泥水分离。
(3)光电催化氧化处理：经生物处理单元处理后的水经管道进入光电反应单元。污水经过预处理和生物处理后，污水中的大部分有机物和氮磷污染物被有效的去除，水中还残余有部分难降解有机物，残余部分将在光电催化氧化处理中去除，并且水中含有的微生物也将在此环节去除。光电催化氧化处理属于高级氧化范畴，光催化与电催化协同作用，使水中的难降解有机物被氧化为二氧化碳、水和其他小分子物质，并且其强氧化能力可以破坏微生物细胞，使微生物死亡，达到灭菌的效果；经光电处理后的污水在光电反应器末端再次经过膜滤出水，达到回用标准。
(4)污泥处理：生物处理单元和预处理单元的排泥首先排入沉淀罐中进行沉淀，而后经污泥压缩机进行简单脱水处理，处理后定期回运陆地处理。
本发明的优点有：
(1)灰水采用超声强化混凝处理，由于超声波对混凝具有明显的促进作用，进而能够高效率的去除污染物，减少混凝剂用量，并且超声波可以快速地实现灰水中乳化油的破乳，超声波和破乳剂有良好的协同作用，它可以提高破乳剂的作用效率，减少破乳剂的用量。
(2)灰水采用超声强化混凝+重力沉降的方法进行预处理，可以有效去除灰水中的表面活性剂和油脂，有利于后续生物处理的进行；对于重力式固液分离器中进行优化结构设计，设置斜板，促进高效固液分离。
(3)采用A2O-MBR膜生物反应器对污水进行生物处理，可以有效的去除水中的氮磷污染物，与一般MBR膜生物反应器相比，去除含磷污染物的效果更好；
(4)无机纳米粒子改性PVDF膜不仅可以提高膜的亲水性，增大孔隙率和纯水通量，还可以提高膜的机械强度；有机共混改性通过不同聚合物间的性质的互补性与协同效应改善膜的性质，可以使膜表面亲水性有所提升，并具有良好的抗污染性能。
(5)采用光电催化反应单元对A2O-MBR膜生物反应器的出水进行深度处理，可以将A2O-MBR未去除的难降解有机物降解为二氧化碳、水和其他小分子物质，并且光电反应的强氧化能力可以破坏水中微生物的细胞，达到灭菌的效果；实现生活污水的回用，用于清洁用水。
(6)采用曝气的方式强化光电催化反应，可以有效提高反应效率，并降低运行成本。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明的生物处理单元示意图。
图3为本发明的光电催化反应单元示意图。
图4为本发明的灰水预处理单元示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
实施方式一
本发明一种新型对于船舶黑水和灰水高效处理的装置主要由预处理单元、生物处理单元5、光电催化反应单元6、污泥处理单元7组成。
预处理单元包括黑水预处理单元垃圾粉碎泵1和灰水预处理单元超声强化混凝装置2+重力式固液分离装置3组成。而后处理后的灰水与黑水进入均质罐进行均质，均质罐中设有搅拌器，加速污水均质。灰水预处理单元中超声强化混凝装置2由超声波发生器26，超声波探头27，混凝剂加药机28，破乳剂加药机29，搅拌器30组成。灰水进入超声强化混凝装置后在混凝剂的作用下，使灰水中高浓度的油脂和表面活性剂凝聚，实现乳化油的破乳；同时有超声波发生器26产生的超声波在水中形成空化泡，空化泡在水中崩灭可以产生自由基，自由基可以氧化有机物，在一定程度上达到去除有机物的作用，并且超声波对混凝过程具有促进作用，由于超声波的震动效应，造成微小絮体颗粒与悬浮粒子开始一起震动，不同的震动速度增加了投入液体中的混凝剂与大小不同的粒子的接触面积和互相碰撞速率、并与之粘合，体积不断增大从而沉淀下来。其中絮凝剂采用PAC、PAS、PFC、PFS中的一种，助凝剂采用聚丙烯酰胺；破乳剂为聚醚类破乳剂或酚醛树脂类破乳剂。超声发生装置26采用探头式，超声频率为20～100kHz，功率为50～100W，采用间歇超声方式，超声时间为1～30min。而后进入重力式固液分离装置3，固液分离装置3上部设有刮油渣器31，收集漂浮在水面的杂质，下部设有斜板结构32，可以使比重大于水的杂质沉淀下来，并在底部的污泥斗处收集，有排泥管33排出。
生物处理单元5为A2O-MBR膜生物反应器，由厌氧池8、缺氧池9、MBR池10、清水池11、MBR膜组件12、出水泵13、反冲洗水泵14、污泥回流泵15、曝气泵16构成；MBR膜组件12设于MBR池10内，曝气泵16与MBR池10相连，MBR池10设有一条污泥回流管道与厌氧池相连，反冲洗水由清水池11提供；厌氧池8与缺氧池9设有机械搅拌器，MBR池10中采用曝气的方式为水中提供溶解氧并对污水进行搅拌；所述MBR膜组件12采用帘式或板式的微滤膜组件，选用改性PVDF膜，改性方式为无机共混改性或有机共混改性，其中无机共混改性所用无机纳米粒子可以采用SiO2、ZrO2、TiO2、Al2O3、Fe3O4、ZnO、Cu2O、CdS、Ag、碳纳米管、纳米氧化石墨烯(GO)、纳米氢氧化铝镁中的一种，采用干-湿相转换法进行制备；有机共混改性则可采用PMMA、PVA、CA、PEG、PAN中的一种与PVDF进行共混改性。
光电催化反应单元6采用一体式光电催化反应装置，装置由阳极电极板17、阴极电极板18、粒子电极19、紫外光灯或可见光灯20、曝气泵21、直流电源22、膜组件23、滤膜出水泵24、滤膜反冲洗水泵25组成；所述的电极板(阳极电极板17、阴极电极板18)采用钛基涂层电极板中钛基可以是钛板、钛网或泡沫钛中的一种，表面涂覆具有光催化活性的半导体光催化剂涂层，电极板垂直放置，阴阳极交替摆放，阳极电极板17低端低于阴极电极板18低端并与反应器底面相连，阳极电极板18顶端高于阴极电极板17顶端并高出水面，使电极板作为导流板，使废水在反应器内进行折流，阴阳极板顶端的高度差为30～50mm，相邻两极板间的距离为50～100mm；直流电源22向阳极电极板17和阴极电极板18提供电压，电压为5～20V，电流密度10～30mA/m2；粒子电极19放置于电极板间粒径采用3～4mm，填充体积为反应器的1/3～1/2，采用颗粒活性炭或碳纳米管上负载具有光催化性能的纳米半导体材料，纳米半导体材料采用改性TiO2，改性方式有掺杂或者半导体复合，掺杂方式有掺杂稀土金属元素(La，Ce，Er，Pr，Gd，Nd，Sm)，掺杂非金属元素(C，N，S，P，F)，掺杂过渡金属离子(Fe3+、Zn2 +、V5+、Co3+、Ru3+、Co3+、Cr3+、Ni2+、Cu2+、Cd2+、Re5+)等，半导体复合采用CdS、PdS、SiO2、SnO2、WO3、Fe2O3中的一种与TiO2进行复合；紫外光灯或可见光灯20水平放置于电极板间并高于粒子电极，功率为100～300W；从经济角度考虑，采用空气曝气，但如出水无法达标，可采用纯氧曝气或臭氧曝气对光电催化反应进行强化，曝气量采用5-15L/min。
本发明一种新型对于船舶黑水和灰水高效处理的方法，具体如下：
预处理单元包括黑水预处理单元垃圾粉碎泵1和灰水预处理单元超声强化混凝装置2+重力式固液分离装置3组成。而后处理后的灰水与黑水进入均质罐进行均质，均质罐中设有搅拌器，加速污水均质。灰水预处理单元中超声强化混凝装置2由超声波发生器26，超声波探头27，混凝剂加药机28，破乳剂加药机29，搅拌器30组成，灰水进入超声强化混凝装置后在混凝剂的作用下，使灰水中高浓度的油脂和表面活性剂凝聚，实现乳化油的破乳；同时有超声波发生器26产生的超声波在水中形成空化泡，空化泡在水中崩灭可以产生自由基，自由基可以氧化有机物，在一定程度上达到去除有机物的作用，并且超声波对混凝过程具有促进作用，由于超声波的震动效应，造成微小絮体颗粒与悬浮粒子开始一起震动，不同的震动速度增加了投入液体中的混凝剂与大小不同的粒子的接触面积和互相碰撞速率、并与之粘合，体积不断增大从而沉淀下来。其中絮凝剂采用PAC、PAS、PEC、PFS中的一种，助凝剂采用聚丙烯酰胺；超声发生装置26采用探头式，超声频率为20～100kHz，功率为50～100W，破乳剂为聚醚类破乳剂或酚醛树脂类破乳剂。采用间歇超声方式，超声时间为1～30min。而后进入重力式固液分离装置3，固液分离装置3上部设有刮渣器31，收集漂浮在水面的杂质，下部设有斜板结构32，可以使比重大于水的杂质沉淀下来，并在底部的污泥斗处收集，有排泥管33排出。
经预处理后的黑水和灰水在均质罐4中均质后，通过蠕动泵进入生物处理单元5中；进入生物处理单元5的污水按1:1的比例分配后分别进入厌氧池8、缺氧池9，而后通过MBR池10和清水池11；污水进入厌氧池8，同步进入的还有从MBR池10回流的污泥，厌氧池的主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；进入缺氧池9的污水一部分是厌氧池8出水，一部分是均质罐4出水，缺氧池9的主要功能是脱氮；进入MBR池10的污水为缺氧池出水，MBR池10主要功能是去除水中的BOD，硝化和吸收磷等，并通过膜对污水进行过滤，进行泥水分离；经生物处理单元5处理后的水经管道进入光电反应单元6；光电反应单元6中主要去除污水中残余的难降解有机物，并通过光电反应进行灭菌处理；经光电处理后的污水在光电反应器末端经过膜组件23过滤出水，达到回用标准。
实施方式二
MBR膜组件采用无机共混改性PVDF，共混的无机纳米粒子采用TiO2、CdS、ZnO、Cu2O中的一种，由于这四种无机纳米粒子为具有光催化活性的半导体材料，所以在膜组件上方设置紫外光灯，可有效抑制膜污染。紫外光灯的功率为50～100W。装置其他部分与参数不变。
Claims (10)
1.一种船舶黑水和灰水处理装置，包括预处理单元、生物处理单元、光电催化反应单元和污泥处理单元，其特征是：所述预处理单元包括黑水预处理单元和灰水预处理单元，所述黑水预处理单元是垃圾粉碎泵，所述灰水预处理单元由超声强化混凝装置和重力式固液分离装置组成，黑水预处理单元和灰水预处理单元并行接入均质罐，均质罐后连接生物处理单元，生物处理单元候接光电催化反应单元，生物处理单元还连接污泥处理单元。
2.根据权利要求1所述的船舶黑水和灰水处理装置，其特征是：所述生物处理单元为A2O-MBR膜生物反应器，由厌氧池、缺氧池、MBR池、清水池、MBR膜组件、出水泵、反冲洗水泵、污泥回流泵和曝气泵构成；MBR膜组件设于MBR池内，曝气泵与MBR池相连，MBR池设有一条污泥回流管道与厌氧池相连，反冲洗水由清水池提供；厌氧池与缺氧池设有机械搅拌器，MBR池中采用曝气的方式为水中提供溶解氧并对污水进行搅拌；所述MBR膜组件采用帘式或板式的微滤膜组件，选用改性PVDF膜。
3.根据权利要求1或2所述的船舶黑水和灰水处理装置，其特征是：所述光电催化反应单元由阳极电极板、阴极电极板、粒子电极、紫外光灯或可见光灯、曝气泵、直流电源、膜组件、滤膜出水泵和滤膜反冲洗水泵组成；所述的阳极电极板和阴极电极板采用钛基涂层电极板，阳极电极板和阴极电极板垂直放置，阴阳极交替摆放，阳极电极板低端低于阴极电极板低端并与反应器底面相连，阳极电极板顶端高于阴极电极板顶端并高出水面，直流电源向阳极电极板和阴极电极板提供电压，粒子电极放置于阴阳电极板间。
4.根据权利要求3所述的船舶黑水和灰水处理装置，其特征是：阴阳电极板顶端的高度差为30～50mm，相邻两极板间的距离为50～100mm。
5.根据权利要求4所述的船舶黑水和灰水处理装置，其特征是：粒子电极的粒径为3～4mm，填充体积为反应器的1/3～1/2，粒子电极采用颗粒活性炭或碳纳米管上负载具有光催化性能的纳米半导体材料。
6.根据权利要求1或2所述的船舶黑水和灰水处理的装置，其特征是：均质罐中设有搅拌器。
7.根据权利要求3所述的船舶黑水和灰水处理装置，其特征是：均质罐中设有搅拌器。
8.根据权利要求4所述的船舶黑水和灰水处理装置，其特征是：均质罐中设有搅拌器。
9.一种船舶黑水和灰水处理方法，其特征是：黑水预处理单元和灰水预处理单元处理后的灰水与黑水进入均质罐进行均质，均质罐中由搅拌器加速污水均质，均质后的污水通过蠕动泵进入生物处理单元；进入生物处理单元的污水按1:1的比例分配后分别进入厌氧池、缺氧池，而后通过MBR池和清水池；从MBR池回流的污泥进入厌氧池，进入缺氧池的污水一部分是厌氧池出水、一部分是均质罐出水；经生物处理单元处理后的水经管道进入光电反应单元；经光电处理后的污水在光电反应器末端经过膜组件过滤出水，达到回用标准。
10.根据权利要求9所述的船舶黑水和灰水处理方法，其特征是：均质罐中设有搅拌器。灰水预处理单元中，灰水进入超声强化混凝装置后在混凝剂的作用下，使灰水中高浓度的油脂和表面活性剂凝聚，实现乳化油的破乳；同时有超声波发生器产生的超声波在水中形成空化泡，空化泡在水中崩灭可以产生自由基，自由基氧化有机物，絮凝剂采用PAC、PAS、PEC、PFS中的一种，助凝剂采用聚丙烯酰胺；超声频率为20～100kHz，功率为50～100W，破乳剂为聚醚类破乳剂或酚醛树脂类破乳剂，采用间歇超声方式，超声时间为1～30min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |