CN109052861A - 一种用于船舶生活污水处理的一体化装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于船舶生活污水处理的一体化装置，包括电化箱、反硝化箱、膜生物反应箱、设备间、电控箱和药液箱；本发明将电解法、活性污泥法与膜技术有机整合到一个反应器，形成了新型船舶生活污水处理工艺。利用电化学氧化、电絮凝和硝化‑反硝化作用，有效去除水中污染物，直接排放至海洋、内河水及湖泊水环境等，膜生物反应箱产生的剩余污泥量极少，等船舶靠岸时，半年一次外运排放。本发明综合运用了电氧化技术、电絮凝技术、生物处理技术和膜分离技术，通过合理安排处理流程，强化电化学与生化处理的结合，在稳定脱氮除磷效果，增强污泥活性及阻止膜污染上取得突破。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体是一种用于船舶生活污水处理的一体化装置和方法。
背景技术
随着航运事业的进一步发展，船舶生活污水作为一种流动性污染源，其排放对海洋、内河水环境及湖泊、水库的影响也日趋严重。与此同时，人们环境保护的意识不断地提高，国家环保局对船舶水污染物排放标准也进行了相应地修订，增加了PH、COD、总氯、TN、NH3-N、TP等控制项目；并收严了BOD、SS、耐热大肠菌群数的排放限值，船舶生活污水的处理也受到严峻的挑战。
目前，船舶生活污水处理方式主要分为两种：一是无排放型污水处理，二是排放型污水处理。无排放型污水处理主要是利用船舶上的贮水箱将污水统一收集贮存，等到船舶靠岸再将污水排出处理，此方式不适合大型船舶；排放型污水处理则是通过相应的处理手段将污水处理到排放标准后按规定进行排放。通常船舶上排放型污水处理方法主要分为：物化法、生化法、电化学法、高级氧化法等。到目前为止，传统的船舶生活污水处理技术已经很难达到新标准的排放要求。
发明内容
由于船舶卫生系统排泄周期比较短，排放的污水比城市排水系统更为新鲜、分解程度较低，因此污染负荷较高；而且由于人员集中，使得排水水质水量变化很大，这就对其污水处理工艺提出了较高的要求。针对现有的传统船舶生活污水处理技术存在的不足，适应现实发展，本发明提供一种用于船舶生活污水处理的一体化装置及方法，意在解决船舶生活污水排放不达标的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于船舶生活污水处理的一体化装置和方法，包括电化箱、反硝化箱、膜生物反应箱、设备间、电控箱和药液箱；所述电化箱内置阴极板和阳极板组成电解系统；所述反硝化箱和所述膜生物反应箱组成硝化-反硝化系统，所述膜生物反应箱底部设有曝气装置，所述设备间内置风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵，所述电控箱内置PLC控制器，所述药液箱用于存放反冲洗膜的溶液；所述风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵与所述PLC控制器电性连接。
进一步，所述电化箱位于所述反硝化箱左上方，所述膜生物反应箱位于所述反硝化箱右侧，所述反硝化箱上方固定架置所述设备间，所述设备间上方分别固定有所述电控箱和药液箱。
进一步，所述阴极板所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中的任意一种或至少两种的组合；所述阳极板所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中的任意一种或至少两种的组合。
进一步，所述阴极板与所述阳极板之间的间距为10～30mm。
进一步，所述膜生物反应箱中的膜组件为帘式平板膜或中空纤维膜。
进一步，所述膜组件由膜元件并联组成，所述膜元件为微滤膜、超滤膜或纳滤膜中的任意一种或至少两种的组合。
采用上述装置处理船舶生活污水的方法，包括如下步骤：
(1)船舶生活污水由提升泵提升至所述电化箱，将所述阴极板与电源的负极相连，所述阳极板与电源的正极相连，电压为5～15V，电流密度为20～200A/m2，所述阴极板与所述阳极板之间的间距为10～30mm，通过电解除去氮和磷；
根据污染物浓度的不同，采用20～200A/m2的电流密度可以有效的利用能源；
其中，所述电化箱电解原理如下：
电解法除磷：在电解过程中，金属铁电极在阳极失去电子产生铁离子，溶液中磷酸根与Fe3+和Fe2+反应生成FePO4和Fe3(PO4)2沉淀；同时部分Fe2+和Fe3+和OH-反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3胶体，而该胶体具有一定的吸附性能将溶液中的PO4 3-吸附在其表面，随着沉淀得以去除；并且在阴极H+得到电子生成H2发生气浮效应，PO4 3-将随着H2一起排出。
电解法脱氮：由于水分子在阳极表面放电产生羟基自由基HO·，而HO·是一种具有很强氧化电位的氧化剂，能够直接氧化水中的氨氮和一些有机物。而当溶液中存在氯离子，在电解过程中，氯离子在阳极失去电子产生氯气，氯气溶于水生成具有氧化性的次氯酸，氨氮被氧化生成N2得以去除。生成的次氯酸具有一定的氧化性，进而能去除相应的有机物，与此同时，次氯酸还具有一定的杀菌作用。
(2)经过所述电化箱电解后的污水流至所述反硝化箱，发生氨化反应，氨化反应后的水进入所述膜生物反应箱，所述膜生物反应箱底部的曝气装置进行充氧曝气形成好氧区，促进微生物对有机物的氧化分解，使污水中的COD、BOD值降低，同时也促进硝化菌对氨氮的氧化作用，形成硝酸盐；
在所述膜生物反应箱内反应后的水回流至所述反硝化箱，在缺氧环境下，反硝化菌将硝酸盐转换为氮气进入大气，从而实现脱氮的过程；
经过反硝化后的水进入所述膜生物反应箱，通过膜的过滤去除大部分的SS；
其具体原理如下：
经过所述电化箱处理后的污水首先进入所述反硝化箱，在此阶段污水中的含氮有机物在氨化菌的作用下，被分解转化为氨态氮，其反应如下所示：
RCH-NH2+O2→R-+CO2+NH3
经所述反硝化箱处理后的污水进入所述膜生物反应箱中的好氧段，在此阶段氨氮在亚硝化菌、硝化菌的作用下，进而分解氧化成亚硝酸氮和硝酸氮，其反应如下所示：
亚硝化菌：NH4 ++3/2O2→NO2 -+H2O+2H+
继而亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮，其反应如下所示：
NO2 -+1/2O2→NO3 -
硝化菌：NH4 ++2O2→NO3 -+H2O+2H+
经过硝化反应后的污水回流至所述反硝化箱，硝酸氮和亚硝酸氮在缺氧的环境条件，并在反硝化菌的作用下，被还原成N2。其反应如下所示：
NO2 -+3H(电子供体)→1/2N2+H2O+OH-
NO3 -+5H(电子供体)→1/2N2+2H2O+OH-
其除磷原理如下：
在所述反硝化箱缺氧条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，释放出PO4 3-和能量，形成ADP；在好氧条件下，聚磷菌进行有氧呼吸，不断分解其体内的有机物，同时也从外部环境摄取有机物，而这部分摄取的磷酸根远远大于缺氧段释放的磷酸根，以此去除磷。
(3)经过紫外线的消毒，再排放。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
将电解装置与MBR膜生物反应器结合形成一体式装置，不仅简化了结构、缩小了体积，还极大地减少了占地面积与制作成本，造价低，适用于各种船舶；设备内置膜设计更能适应船舶特殊工作条件，无需拆洗、自动清洗保养使膜寿命更加长，长期使用；污泥排放量极少，污泥处置费用低；装置用料可采用碳钢或不锈钢等，回收利用价值高；设备采用PLC自动控制，方便操作运行，适用24小时无人机舱；此船舶生活污水处理设备适用于处理船上灰水、黑水，具有较强的抗冲击能力，对污染物的去除效率高，出水稳定达标。
附图说明
图1为本发明所述装置的侧面结构剖视图；
图2为本发明所述装置的俯视图；
图3为本发明所述装置处理船舶生活污水的工艺流程图。
具体实施方式
在本发明的描述中，有必要理解的是，“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，目标仅为便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
一种用于船舶生活污水处理的一体化装置和方法，如图1-3所示，包括电化箱1、反硝化箱2、膜生物反应箱3、设备间4、电控箱5和药液箱6；所述电化箱1内置阴极板和阳极板组成电解系统；所述反硝化箱2和所述膜生物反应箱3组成硝化-反硝化系统，所述膜生物反应箱3底部设有曝气装置，所述设备间4内置风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵，所述电控箱5内置PLC控制器，所述药液箱6用于存放反冲洗膜的溶液；所述风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵与所述PLC控制器电性连接。
所述电化箱1位于所述反硝化箱2左上方，所述膜生物反应箱3位于所述反硝化箱2右侧，所述反硝化箱2上方固定架置所述设备间4，所述设备间4上方分别固定有所述电控箱5和药液箱6。
所述阴极板所用电极材料为铝材；所述阳极板所用电极材料为铝材和钛材的组合。
所述膜生物反应箱3中的膜组件为帘式平板膜。
所述膜组件由膜元件并联组成，所述膜元件为微滤膜和纳滤膜的组合。
所述膜生物反应箱3的膜组件定期清洗，7天为周期洗一次；清洗膜组件时，打开阀门，溶液通过重力自流对膜组件进行反冲洗。
采用上述装置处理船舶生活污水的方法，包括如下步骤：
(1)船舶生活污水由提升泵提升至所述电化箱，将所述阴极板与电源的负极相连，所述阳极板与电源的正极相连，电压为10V，电流密度为100A/m2，所述阴极板与所述阳极板之间的间距为20mm，通过电解除去氮和磷；
(2)经过所述电化箱电解后的污水流至所述反硝化箱，发生氨化反应，氨化反应后的水进入所述膜生物反应箱，所述膜生物反应箱底部的曝气装置进行充氧曝气形成好氧区，促进微生物对有机物的氧化分解，使污水中的COD、BOD值降低，同时也促进硝化菌对氨氮的氧化作用，形成硝酸盐；
在所述膜生物反应箱内反应后的水回流至所述反硝化箱，在缺氧环境下，反硝化菌将硝酸盐转换为氮气进入大气，从而实现脱氮的过程；
经过反硝化后的水进入所述膜生物反应箱，通过膜的过滤去除大部分的SS；
(3)经过紫外线的消毒，再排放。
实施例2
一种用于船舶生活污水处理的一体化装置和方法，如图1-3所示，包括电化箱1、反硝化箱2、膜生物反应箱3、设备间4、电控箱5和药液箱6；所述电化箱1内置阴极板和阳极板组成电解系统；所述反硝化箱2和所述膜生物反应箱3组成硝化-反硝化系统，所述膜生物反应箱3底部设有曝气装置，所述设备间4内置风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵，所述电控箱5内置PLC控制器，所述药液箱6用于存放反冲洗膜的溶液；所述风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵与所述PLC控制器电性连接。
所述电化箱1位于所述反硝化箱2左上方，所述膜生物反应箱3位于所述反硝化箱2右侧，所述反硝化箱2上方固定架置所述设备间4，所述设备间4上方分别固定有所述电控箱5和药液箱6。
所述阴极板所用电极材料为钛材和锌材的组合；所述阳极板所用电极材料为铁材。
所述膜生物反应箱3中的膜组件为中空纤维膜。
所述膜组件由膜元件并联组成，所述膜元件为超滤膜。
所述膜生物反应箱3的膜组件定期清洗，7天为周期洗一次；清洗膜组件时，打开阀门，溶液通过重力自流对膜组件进行反冲洗。
采用上述装置处理船舶生活污水的方法，包括如下步骤：
(1)船舶生活污水由提升泵提升至所述电化箱，将所述阴极板与电源的负极相连，所述阳极板与电源的正极相连，电压为5V，电流密度为20A/m2，所述阴极板与所述阳极板之间的间距为10mm，通过电解除去氮和磷；
(2)经过所述电化箱电解后的污水流至所述反硝化箱，发生氨化反应，氨化反应后的水进入所述膜生物反应箱，所述膜生物反应箱底部的曝气装置进行充氧曝气形成好氧区，促进微生物对有机物的氧化分解，使污水中的COD、BOD值降低，同时也促进硝化菌对氨氮的氧化作用，形成硝酸盐；
在所述膜生物反应箱内反应后的水回流至所述反硝化箱，在缺氧环境下，反硝化菌将硝酸盐转换为氮气进入大气，从而实现脱氮的过程；
经过反硝化后的水进入所述膜生物反应箱，通过膜的过滤去除大部分的SS；
(3)经过紫外线的消毒，再排放。
实施例3
一种用于船舶生活污水处理的一体化装置和方法，如图1-3所示，包括电化箱1、反硝化箱2、膜生物反应箱3、设备间4、电控箱5和药液箱6；所述电化箱1内置阴极板和阳极板组成电解系统；所述反硝化箱2和所述膜生物反应箱3组成硝化-反硝化系统，所述膜生物反应箱3底部设有曝气装置，所述设备间4内置风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵，所述电控箱5内置PLC控制器，所述药液箱6用于存放反冲洗膜的溶液；所述风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵与所述PLC控制器电性连接。
所述电化箱1位于所述反硝化箱2左上方，所述膜生物反应箱3位于所述反硝化箱2右侧，所述反硝化箱2上方固定架置所述设备间4，所述设备间4上方分别固定有所述电控箱5和药液箱6。
所述阴极板所用电极材料为锌材；所述阳极板所用电极材料为铁材、铝材和锌材的组合。
所述膜生物反应箱3中的膜组件为帘式平板膜。
所述膜组件由膜元件并联组成，所述膜元件为微滤膜、超滤膜和纳滤膜中的组合。
所述膜生物反应箱3的膜组件定期清洗，7天为周期洗一次；清洗膜组件时，打开阀门，溶液通过重力自流对膜组件进行反冲洗。
采用上述装置处理船舶生活污水的方法，包括如下步骤：
(1)船舶生活污水由提升泵提升至所述电化箱，将所述阴极板与电源的负极相连，所述阳极板与电源的正极相连，电压为15V，电流密度为200A/m2，所述阴极板与所述阳极板之间的间距为30mm，通过电解除去氮和磷；
(2)经过所述电化箱电解后的污水流至所述反硝化箱，发生氨化反应，氨化反应后的水进入所述膜生物反应箱，所述膜生物反应箱底部的曝气装置进行充氧曝气形成好氧区，促进微生物对有机物的氧化分解，使污水中的COD、BOD值降低，同时也促进硝化菌对氨氮的氧化作用，形成硝酸盐；
在所述膜生物反应箱内反应后的水回流至所述反硝化箱，在缺氧环境下，反硝化菌将硝酸盐转换为氮气进入大气，从而实现脱氮的过程；
经过反硝化后的水进入所述膜生物反应箱，通过膜的过滤去除大部分的SS；
(3)经过紫外线的消毒，再排放。
本发明利用电氧化法、电絮凝法、生化法以及膜过滤法处理污水，再经紫外消毒器消毒后排放，处理后的水能达到《船舶水污染物排放控制标准》(GB3552-2018)。所述膜生物反应箱3内产生的剩余污泥半年一次外运排放。
本发明将电解法、活性污泥法与膜技术有机整合到一个反应器，形成了新型船舶生活污水处理工艺。利用电化学氧化、电絮凝和硝化-反硝化作用，有效去除水中污染物，直接排放至海洋、内河水及湖泊水环境等，膜生物反应箱产生的剩余污泥量极少，等船舶靠岸时，半年一次外运排放。本发明综合运用了电氧化技术、电絮凝技术、生物处理技术和膜分离技术，通过合理安排处理流程，强化电化学与生化处理的结合，在稳定脱氮除磷效果，增强污泥活性及阻止膜污染上取得突破。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种用于船舶生活污水处理的一体化装置，其特征在于，包括电化箱、反硝化箱、膜生物反应箱、设备间、电控箱和药液箱；所述电化箱内置阴极板和阳极板组成电解系统；所述反硝化箱和所述膜生物反应箱组成硝化-反硝化系统，所述膜生物反应箱底部设有曝气装置，所述设备间内置风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵，所述电控箱内置PLC控制器，所述药液箱用于存放反冲洗膜的溶液；所述风机、紫外消毒器、计量加药泵和产水泵与所述PLC控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于船舶生活污水处理的一体化装置，其特征在于，所述电化箱位于所述反硝化箱左上方，所述膜生物反应箱位于所述反硝化箱右侧，所述反硝化箱上方固定架置所述设备间，所述设备间上方分别固定有所述电控箱和药液箱。
3.根据权利要求1所述的一种用于船舶生活污水处理的一体化装置，其特征在于，所述阴极板所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中的任意一种或至少两种的组合；所述阳极板所用电极材料为铁材、铝材、钛材或锌材中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种用于船舶生活污水处理的一体化装置，其特征在于，所述阴极板与所述阳极板之间的间距为10～30mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于船舶生活污水处理的一体化装置，其特征在于，所述膜生物反应箱中的膜组件为帘式平板膜或中空纤维膜。
6.根据权利要求5所述的一种用于船舶生活污水处理的一体化装置，其特征在于，所述膜组件由膜元件并联组成，所述膜元件为微滤膜、超滤膜或纳滤膜中的任意一种或至少两种的组合。
7.采用如权利要求1～6任意一项所述装置处理船舶生活污水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)船舶生活污水由提升泵提升至所述电化箱，将所述阴极板与电源的负极相连，所述阳极板与电源的正极相连，电压为5～15V，电流密度为20～200A/m2，所述阴极板与所述阳极板之间的间距为10～30mm，通过电解除去氮和磷；
(2)经过所述电化箱电解后的污水流至所述反硝化箱，发生氨化反应，氨化反应后的水进入所述膜生物反应箱，所述膜生物反应箱底部的曝气装置进行充氧曝气形成好氧区，促进微生物对有机物的氧化分解，使污水中的COD、BOD值降低，同时也促进硝化菌对氨氮的氧化作用，形成硝酸盐；
在所述膜生物反应箱内反应后的水回流至所述反硝化箱，在缺氧环境下，反硝化菌将硝酸盐转换为氮气进入大气，从而实现脱氮的过程；
经过反硝化后的水进入所述膜生物反应箱，通过膜的过滤去除大部分的SS；
(3)经过紫外线的消毒，再排放。
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