CN110194548A - 光-电催化船舶生活污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种光‑电催化船舶生活污水处理方法，包括垃圾拦截，粉碎，离心分离，光‑电催化处理，检测、排放步骤。采用离心分离和光‑电催化来处理船舶生活污水，离心分离能有效除去污水中的颗粒物、油类、胶体等物质。光‑电催化将光催化氧化和电催化氧化结合在一起，高效产生羟基自由基（•OH），无需添加任何化学药剂，而且能高效降解污水中有机物，单向透视玻璃的电解槽可最大化光催化产生•OH的能力，缩短降解时间。本发明工艺可以一次性完成生活污水中固态物质的收集与处理、废水有机物的处理以及气体的安全排放，操作方便，水质适应能力强，工艺自动化程度高，占地面积小，适用于各类船舶。处理结果满足IMO对船舶生活污水的处理排放标准。

Description

光-电催化船舶生活污水处理方法
技术领域
本发明属于海洋船舶环境工程领域，尤其涉及一种光-电催化船舶生活污水处理方法。
背景技术
随着航运业的快速发展，海洋污染也随着越来越严重，其中船舶生活污水的污染排放问题也逐渐引起了人们的重视。
最新的IMO决议（MEPC.227（64））对船舶生活污水的处理提出了更为严格的要求，主要指标包括5天生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（COD）、pH值、总悬浮颗粒物（TSS）、耐热大肠杆菌、残余氯等，一些现有船装备的生活污水处理装置不能满足最新的IMO船舶生活污水处理排放标准。因此，必须对现有处理技术进行升级改造或研制新的处理技术。
目前国内外常用的生活污水处理技术主要有生物法（活性污泥法、MBR法）和电化学法（电絮凝及电解海水制氯）。但实践中生物法和电化学法船舶生活污水处理技术都存在着很多不足。
生物法处理技术应用比较多，但处理装置体积大，无法处理灰水，必须正确地培养细菌，没有细菌就无法处理，操作人员应具有专业知识，无法随时启运，船舶一旦靠岸，污水量不足，将导致以分解污水为生的细菌死亡，一旦细菌死亡，再次正常运行，须一周以上；需另加化学消毒剂，不仅占地，而且船上储存很危险；不能适应较大幅度的水量与水质变化冲击；需定期清理储罐内的污渣（有恶臭）。
电化学法中经过滤并粉碎后的污水中仍含有具有一定粒径的固体颗粒，直接进入电絮凝中，电絮凝对颗粒的处理效果不佳，容易造成电解槽的污染，极板电解效率及氧化能力大大下降；使用电解海水制氯氧化处理废水，次氯酸氧化能力弱，不能有效降解污染物，次氯酸寿命长，容易造成残余氯，处理后还需要对残余氯进行处理。
现有的生物化和电化学法都不能有效的满足IMO决议（MEPC.227（64））对船舶生活污水的处理排放标准。
发明内容
为了解决生物法装置体积大、操作维修困难，电絮凝对颗粒处理效果差、易受颗粒污染影响、能耗高，电解海水制氯氧化能力弱、容易造成氯污染的问题，并且满足IMO最新船舶生活污水处理标准，本发明提供一种光-电催化船舶生活污水处理方法。
本发明的技术方案是：一种光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）垃圾拦截：用生活垃圾拦截器将生活污水中的大体积垃圾拦截下来，然后将污水送入污水收集罐；
（2）粉碎：用粉碎泵将污水收集罐输出的污水中的较大固态颗粒粉碎；
（3）离心分离：粉碎后的生活污水进入离心分离机，在离心力的作用下去除悬浮物质、较小的固态颗粒、胶体及油类；分离后的沉渣排放到沉渣桶；将分离后的污水送入中间收集罐；
（4）光-电催化处理：将污水从中间收集罐中抽入光-电催化装置中，通过光-电结合催化氧化高效产生羟基自由基（•OH）去除污水中BOD5、COD、大肠杆菌；
（5）检测、排放：污水经光-电催化处理后进入水质分析仪，在线自动检测光-电催化处理后污水的水质，达标后进入检测收集罐，然后排放到船舷外；不达标污水回流到中间收集罐；电解产生的氢气通过排氢装置从检测收集罐上端排出。
本发明的优点是：采用离心分离和光-电催化来处理船舶生活污水，离心分离能有效除去污水中的颗粒物、油类、胶体等物质解决了电絮凝对颗粒处理效果差、易受颗粒污染影响等问题，有效避免后续电解槽阻塞，从而降低电解能耗。光-电催化装置通过光-电结合催化氧化产生羟基自由基（•OH）代替电解海水制氯，无需添加任何化学药剂，减少了制氯对水质的污染，羟基自由基（•OH）氧化能力强，单向透视玻璃的电解槽可最大化光催化产生•OH的能力，缩短降解时间，处理后水质达标。本发明工艺可以一次性完成生活污水中固态物质的收集与处理、废水有机物的处理以及气体的安全排放，操作方便，水质适应能力强，工艺自动化程度高，占地面积小，适用于各类船舶。采用本发明处理船舶生活污水，处理结果满足IMO决议（MEPC.227（64））对船舶生活污水的处理排放标准。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是实施本发明的设备构成示意图。
附图标记说明：（1）垃圾拦截器；（2）污水收集罐：（3）粉碎泵；（4）离心分离机；（5）排渣口；（6）中间收集罐；（7）光-电催化装置；（8）水质分析仪；（9）检测收集罐；（10）液位计；（11）液位计；（12）液位计；（13）电极板；（14）光催化材料；（15）氙灯；（16）电解槽；（17）电磁阀；（18）气动三通阀；（19）风机；（20）进风挡板；（21）排气孔。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明一种船舶生活污水处理方法，包括依次进行以下步骤：
（1）垃圾拦截：在污水收集罐2之前用生活垃圾拦截器1将生活污水中的大体积垃圾拦截下来。
（2）粉碎：用粉碎泵3将污水收集罐2中的较大固态颗粒粉碎。
（3）离心分离：粉碎后的生活污水进入离心分离机4，在离心力的作用下去除悬浮物质、较小的固态颗粒、胶体及油类等，分离后的沉渣通过排渣口5自动排放到沉渣桶；将分离后的污水送入中间收集罐6。
（4）光-电催化：将污水从中间收集罐6中抽入光-电催化装置7中，通过光-电结合催化氧化高效产生羟基自由基（•OH）去除污水中BOD5、COD、大肠杆菌、pH、余氯等。光-电催化装置7由光催化氧化单元、电催化氧化单元以及电解槽16组成，光-电催化时间为5-10秒。光催化氧化单元由中间的光源与填充在电解槽16中的光催化材料14组成，光源采用氙灯15，并用滤光器过滤去掉大部分的短波光。光催化材料14在光源下高效产生羟基自由基（•OH）；电催化氧化单元由阳极和阴极（两个电极板13）组成，阳极为高效产生羟基自由基的钛基锡锑氧化物涂层电极；电解槽16可以采用单向透视玻璃制作而成，单向透视玻璃在电解槽内强光一侧为反光镜，可反射光线使光催化材料均匀受光产生大量羟基自由基，在电解槽外弱光一侧为透明，可观察电解槽内的反应情况。
（5）检测、排放：污水经光-电催化装置7进入水质分析仪8，利用在线监测设备水质分析仪自动检测光-电催化装置7处理后污水的BOD5、COD 、TSS、大肠杆菌、pH、余氯等；并将结果实时反馈给控制系统，进而控制气动三通阀18。当水质达标时，污水进入检测收集罐9；当水质连续不达标时间超过10秒，启动气动三通阀18，污水回流至中间收集罐6。电解产生的氢气通过排氢装置从检测收集罐9上端的排气孔21排出。排氢方法为：使用强排风机19往检测收集罐9内打入空气，由于强排打入的空气压力大，检测收集罐9内残留的氢气等微量气被稀释并通过排气孔21排出，检测收集罐9内只能剩下空气。
经本发明处理技术处理过的船舶生活污水，可达到 IMO《经修订的实施生活污水处理装置排出物标准和性能试验导则》中所要求的标准。
本发明的处理设备参见图2，包括通过管道依次连接的垃圾拦截器1、污水收集罐2、粉碎泵3、离心分离机4、中间收集罐6、第一水泵P1、光-电催化装置7、第二水泵P2、水质分析仪8、检测收集罐9和第三水泵P3。污水收集罐2、中间收集罐6和检测收集罐9内部分别装有液位计10、液位计11和液位计12。离心分离机4设有排渣口5。光-电催化装置7由电极板13、光催化材料14、氙灯15和电解槽16组成。光-电催化装置7和第二水泵P2之间设有电磁阀17。水质分析仪8和检测收集罐9之间设有气动三通阀18。检测收集罐9外部设有排氢装置风机19，内部设有进风挡板20和排气孔21。
本发明在运行时，船舶生活污水先经过垃圾拦截器1将污水中的塑料袋、纸屑等大体积垃圾拦截下来，定期进行人工清理，防止堵塞。
生活污水通过垃圾拦截器1进入污水收集罐2，污水收集罐 2通过液位计10来控制罐内的液位，在控制系统下设置了低液位停止点、中液位启动点和高液位报警点三个不同的控制输入点。三个控制点由三个固定在污水收集罐2中的液位开关来控制。当污水液位升至中液位启动点时，系统开始启动，粉碎泵3将污水抽出直到低液位停止点时，系统关闭。当进入污水收集罐2中的流量剧增时，或启动开关和粉碎泵3损坏等情况时，污水液位会升高至高液位报警点并启动控制板上的高液位报警灯报警。通过污水收集罐 2的液位自动检测系统，从而实现污水处理系统的启动、关闭及报警功能。
粉碎泵3将污水从污水收集罐2中抽出，对污水中存在的颗粒物进行粉碎，粉碎成微小颗粒依次进入离心分离机4。
离心分离机4在离心力的作用下去除污水中的悬浮物质、较小的固态颗粒、胶体及油类等，分离后的沉渣通过排渣口5自动排放到沉渣桶。
经离心分离后的污水流入中间收集罐6中，中间收集罐6中的液位计11同样设置有三个液位控制点，工作原理同污水收集罐2。污水间断性的储存在中间收集罐6中，减轻对光-电催化装置7的冲击负荷。
利用第一水泵P1将污水从中间收集罐6中抽入至光-电催化装置7 中。污水在光-电催化装置7中进行光-电结合催化氧化，通过电解和光催化高效产生羟基自由基（•OH）去除污水中BOD、COD、TSS、大肠杆菌、pH、余氯等，电解时电流密度为35-60mA/cm2，光-电催化时间为5-10秒。
光-电催化后通过控制系统打开电磁阀17，污水由第二水泵P2抽出经过水质分析仪8进入检测收集罐9中，利用在线监测设备水质分析仪8自动检测光-电催化装置7处理后污水的BOD5、COD 、TSS、大肠杆菌、pH、余氯等，并将结果实时反馈给控制系统，控制系统控制气动三通阀18，当水质达标时，污水进入检测收集罐9，当水质连续不达标时间超过10秒，启动气动三通阀18，污水回流至中间收集罐6。检测收集罐9中的液位计12同样设置有三个液位控制点，工作原理同污水收集罐2。当液位升至中液位启动点时，系统开始启动，第三水泵P3将检测收集罐9内污水抽出排放到船舷外。
电解产生的氢气通过排氢装置从检测收集罐9上端排出。排氢方法为：使用强排风机19往检测收集罐9内打入空气，经进风挡板20改变风向可充分填充检测收集罐9上部空间，由于强排打入的空气压力大，检测收集罐9内残留的氢气等微量气被稀释并通过排气孔21排出，检测收集罐9内只能剩下空气。
按照发明内容中列明的技术方法，对船舶生活污水进行实际处理。按照国际公认的测试方法对处理前后的船舶生活污水中相关参数进行了分析，具体结果见表-1 ：
表-1 实施例的船舶污水处理效果:
综上所述，本发明采用离心分离和光-电催化来处理船舶生活污水，设备简单易操作，工艺自动化程度高，占地面积小，解决了生物法装置体积大、操作维修困难、现场培养细菌等问题。
离心分离技术能有效除去污水中的颗粒物、油类、胶体等物质，解决了电絮凝等对颗粒处理效果差、易受颗粒污染影响等问题，有效避免后续电解槽阻塞，从而降低电解能耗。
光-电催化将光催化氧化和电催化氧化结合在一起，高效产生羟基自由基（•OH）代替电解海水制氯，无需添加任何化学药剂，减少了电解海水制氯对水质的污染，羟基自由基（•OH）氧化能力强，不仅有杀菌作用，而且能高效降解污水中有机物，缩短降解时间，处理后水质达标，并且满足IMO最新船舶生活污水处理标准。
单向透视玻璃的电解槽可最大化光催化产生•OH的能力，缩短降解时间。
本发明离心分离前经过垃圾拦截器和粉碎泵，有效去除大体积垃圾并将大颗粒粉碎，有助于后续离心分离对颗粒物的高效分离。
本发明工艺路线设有污水收集罐、中间收集罐、检测收集罐，分别放在离心分离前、光-电催化前、光-电催化后，可适应大流量的污水处理，水质适应能力强，方便维修，适用于各类船舶。工艺可以一次性完成生活污水中固态物质的收集与处理、废水有机物的处理以及气体的安全排放。
本发明光-电催化后设有在线水质分析仪，自动监测处理后的水质达标情况，自动化程度高。

Claims (8)

1.一种光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）垃圾拦截：用生活垃圾拦截器将生活污水中的大体积垃圾拦截下来，然后将污水送入污水收集罐；
（2）粉碎：用粉碎泵将污水收集罐输出的污水中的较大固态颗粒粉碎；
（3）离心分离：粉碎后的生活污水进入离心分离机，在离心力的作用下去除悬浮物质、较小的固态颗粒、胶体及油类；分离后的沉渣排放到沉渣桶；将分离后的污水送入中间收集罐；
（4）光-电催化处理：将污水从中间收集罐中抽入光-电催化装置中，通过光-电结合催化氧化高效产生羟基自由基（•OH）去除污水中BOD5、COD、大肠杆菌；
（5）检测、排放：污水经光-电催化处理后进入水质分析仪，在线自动检测光-电催化处理后污水的水质，达标后进入检测收集罐，然后排放到船舷外；不达标污水回流到中间收集罐；电解产生的氢气通过排氢装置从检测收集罐上端排出。
2.根据权利要求1所述的光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，所述的步骤（4）中光-电催化装置由光催化氧化单元、电催化氧化单元以及电解槽组成，光-电催化氧化时间为5-10秒。
3.根据权利要求2所述的光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，所述的光催化氧化单元由中间的光源与填充在电解槽中的光催化材料组成，光催化材料在光源下高效产生羟基自由基（•OH）。
4.根据权利要求3所述的光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，所述的光源为氙灯，并用滤光器过滤去掉大部分的短波光。
5.根据权利要求2所述的光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，所述的电催化氧化单元由阳极和阴极组成，阳极为高效产生羟基自由基的钛基锡锑氧化物涂层电极。
6.根据权利要求2所述的光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，所述的电解槽由单向透视玻璃制作而成，单向透视玻璃在电解槽内强光一侧为反光镜，可反射光线使光催化材料均匀受光产生大量羟基自由基，在电解槽外弱光一侧为透明镜子，可观察电解槽内反应情况，单向透视玻璃的电解槽可最大化光催化产生•OH的能力，缩短降解时间。
7.根据权利要求1所述的光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，所述的步骤（5）中的在线监测设备水质分析仪能自动检测光-电催化装置处理后污水的参数，该参数包括BOD5、COD 、TSS、大肠杆菌、pH、余氯，并将结果实时反馈给控制系统，进而控制气动三通阀；当水质达标时，污水进入检测收集罐；当水质连续不达标时间超过10秒，启动气动三通阀，污水回流至中间收集罐。
8.根据权利要求1所述的光-电催化船舶生活污水处理方法，其特征在于，所述的步骤（5）排氢方法为：使用强排风机往检测收集罐内打入空气，由于强排打入的空气压力大，检测收集罐内残留的氢气等微量气体被稀释并通过排气孔排出，检测收集罐内只能剩下空气。
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