CN114025867A - 用于海洋废水处理的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在海洋船舶上或其中需要废水处理的其它有限空间中应用处理废水的系统和方法。在本发明的一个实施例中，两个截然不同的废水处理工艺并入相同处理系统中。所述系统为混合处理装置，所述混合处理装置包括以下组合：即传统废水处理工艺(使用基于移动床生物膜反应器(MBBR)的生物处理单元)和新型电化学先进氧化工艺(EAOP)(经由原位次氯酸钠再循环)。对这种混合处理装置的澄清和消毒流出物进行过滤以移除残余TSS。所述过滤和消毒流出物在脱氯/中和之后排放。现场维护消毒剂可经由电化学/电氯化/电氧化工艺来产生，并且可用于处理装置的清洁和消毒。此外，所述处理装置提供了电解生成消毒剂的完全独立流以用于表面消毒目的。

Description

用于海洋废水处理的方法和系统

技术领域

本发明涉及废水处理，并且特别地涉及废水处理和消毒，该废水处理和消毒涉及混合废水处理装置，该混合废水处理装置具有由常规生物移动床生物膜反应器和经过电解单元电解的原位消毒剂再循环过程组成的组合。

背景技术

国际海事组织(“IMO”)为联合国的专门机构，并且其为国际航运的安全、保安和环境性能的全球标准制定部门。IMO的MEPC.227(64)和美国(US)的33CFR Part 159规定了关于污水处理厂的流出物测试标准和性能实验，并且包括对于pH值、5天生化需氧量(BOD₅)、化学需氧量(COD)、总悬浮固体(TSS)、耐热大肠菌群(TC)、总氮(TN)和总磷(TP)的测试。与IMO和美国海岸警卫队(USCG)等效的海洋污水排放标准也已由赫尔辛基委员会(Helcom)，以及国家/国家集团的监管部门采用，诸如加拿大、欧盟、中国、沙特阿拉伯、巴西、澳大利亚和新西兰。存在对于处理系统的持续监管需求，该处理系统可处理离岸钻井平台和海洋船舶的船上废水，诸如船只、游艇、研究船、工业运输船等。由于进入城市水处理厂或倾倒站或同等设施的机会有限，海洋船舶和养鱼场的船上废水处理带来了独特挑战。这些船舶所利用的废水处理设备应为经济上可行的，应具有小设备占用面积，并且必须符合IMO和/或USCG的流出物排放标准。

发明内容

根据一个或多个实施例，本发明涉及一种用于处理海洋船舶、离岸钻井/生产平台、水产养殖工作船上，以及来自工业、农业、市政和住宅的废水的系统和方法，该水产养殖工作船运输并分配活鱼和饲料。

在本发明的一个实施例中，两个截然不同的废水处理工艺并入相同处理装置中。本发明涉及混合废水处理装置，该废水处理装置不同于利用以下一者或另一者的常规系统，而是具有由常规生物移动床生物膜反应器(MBBR)和经过电解单元电解的原位消毒剂再循环的新型电化学/电氯化先进氧化工艺(EAOP)组成的组合，以产生浓缩消毒剂溶液。消毒剂包括次氯酸钠溶液和/或次氯酸。浓缩消毒剂溶液增强了废水中病原体和细菌的消除。例如，所生成的次氯酸钠溶液可在废水处理装置的原位维护/清洁过程期间被进一步利用，并且可经由独立排放配件(诸如在由于例如COVID-19封锁而导致漂白剂供应不足的情况下)作为另选消毒溶液用于某些外部表面清洁。

根据一个实施例，用于处理废水流的紧凑系统包括混合废水处理装置。废水处理装置可与废水存储/保持罐和淤渣存储罐或任何淤渣处理设备或淤渣处理器流体连接。废水可包括病原体、有机物质、悬浮固体颗粒物质、氮和磷。废水在其管道输送至废水处理装置之前经受由废水保持罐中的浸渍型污水输送泵浸渍。

废水处理装置包括第一罐，该第一罐具有第一腔室和第二腔室。第一罐的第一腔室包括移动床生物膜反应器(MBBR)。MBBR包括生物载体介质，该生物载体介质具有大体高活性表面积以供废水流中的生物微菌/微生物附着并执行生物过程，以用于大幅减少废水流中的有机物质、悬浮固体颗粒物质、氮和磷。生物过程涉及BOD还原过程、硝化过程和脱硝过程中的至少一者或多者。生物载体介质可位于可移除笼状壳体内。壳体具有多个开口以用于允许废水流的流入。气泡扩散器可与第一罐的第一腔室流体连通。结合空气鼓风机，气泡扩散器配置成向生物微生物提供溶解氧。气泡柱有利于生物载体在第一罐的第一腔室内侧的自由移动。淤渣可利用所致动淤渣排放阀来排放，该淤渣包括死亡微菌/微生物，该死亡微菌/微生物在生物过程期间生成于第一罐的第一腔室中。淤渣管道输送至淤渣存储罐，或淤渣处理设备/系统或另选位置。

第一罐还包括第二腔室。管道可配置成将溢流从第一罐的第一腔室传送至第一罐的第二腔室的基部，以允许悬浮固体颗粒物质在其中的沉淀。管道可装配有筛网以用于将生物载体介质保留于第一罐的第一腔室中。第一罐的第二腔室还包括气升回流管线以用于将部分的活性淤渣/沉淀悬浮固体颗粒物质返回至第一罐的第一腔室，这有助于维持第一MBBR腔室中的健康微生物群体。第一罐的第二腔室装配有挡板以用于使包括大体澄清流出物的过程流转流至第二罐的第一腔室。

第二罐与第一罐流体连通。第二罐的第一腔室配置为用于从电解单元接收电氯化/电化学产生的消毒剂的持续再循环流。第二罐还包括第二腔室。第二罐还包括管道，该管道配置成将溢流从第二罐的第一腔室传送至第二罐的第二腔室的上表面。第二罐的第二腔室包括过滤装置以用于移除澄清溢流中所存在的残余悬浮固体颗粒物质，以提供大体过滤水以用于排放。过滤装置包括篮状结构。过滤介质放置于篮状结构内侧。过滤装置还包括具有预定孔径的可清洗滤网。

第二罐的第二腔室还包括液位传送器以监测废水流至废水处理装置的流入。液位传送器配置有预设设定点，该预设设定点是工厂配置成开始废水处理周期。

系统还包括罐，所述罐用于存储中和/脱氯溶液。在一个实施例中，脱氯溶液为亚硫酸盐基溶液。注射泵配置成在排放之前将脱氯溶液注射至过滤水中。过滤水和脱氯水排放于海洋船舶或离岸平台之外，或排放至接收流。

废水处理装置还包括电解单元。电解单元具有外壳，该外壳包括外部本体和可滑动盖。可滑动盖向多个围封电极提供了方便通路。电极包括一个双极电极和两个终端电极。外壳还包括一个或多个整体锁定凹槽/滑块，该一个或多个整体锁定凹槽/滑块配置成使盖与外壳对准。外壳还包括布置于该外壳的基部的大体近侧的一个或多个止动件，其中这些止动件配置成固定盖，使得防止其滑落或掉落。外壳还包括封闭件(插件、螺栓、垫片和O形环或压缩闩锁的任一组合)以将单元盖密封至外部本体。电解单元可生成原位电氯化消毒剂，诸如从海水所存在的氯化钠或用盐制备的氯化钠/盐水溶液生成次氯酸钠(NaOCl)。这种NaOCl可用于使有机物氧化，并且杀死废水中的耐热大肠菌群、病毒和其它细菌。次氯酸钠溶液连续地再生成并且再循环至第二罐的第一腔室。有利地，电解单元可继续海水的氧化，生成次氯酸钠，并且甚至当废水流未进入该装置(或该装置处于“保持”模式)时，可以使消毒废水在装置中再循环一可调整时间段。这可有助于维持无菌船外排放管线，同时还对流出物流进行消毒。在一些情况下，罐的腔室可需要清洁和消毒以用于延长存储。在这些情况下，所生成电氯化消毒剂的第一流发生转向以对处理装置进行清洁和消毒。在某些情形下，在漂白剂或其它消毒剂未存在于海洋船舶上的情况下，电氯化消毒剂的第二流发生转向以用于对表面进行消毒。

根据另一个实施例，用于处理废水流的工艺涉及：(A)提供混合废水处理装置，该处理装置具有：第一罐，该第一罐用于接收废水流的流入，该第一罐包括：第一腔室，该第一腔室具有移动床生物膜反应器(MBBR)，该MBBR包括生物载体介质，该生物载体介质具有大体高活性表面积以供废水流中的生物微生物附着并执行生物过程，以用于大幅减少废水流中的有机物质、悬浮固体颗粒物质、氮和磷；电解单元，该电解单元用于生成电氯化消毒剂，该电解单元包括：外壳，该外壳具有可滑动盖；一个或多个整体锁定凹槽/滑块，该一个或多个整体锁定凹槽/滑块配置使盖与外壳对准；和一个或多个止动件，该一个或多个止动件用于将盖固定于外壳的基部的大体近侧；和第二罐，该第二罐与第一罐流体连通；(B)连续地再生成电氯化消毒剂并将其再循环至第二罐的第一腔室。所生成的电氯化消毒剂的第一流发生转向以对处理装置进行清洁和消毒。电氯化消毒剂的第二流发生转向以对表面进行消毒。该工艺还包括监测废水流的流入。当在第二罐的第二腔室中达到预定设定点时，处理周期开始和/或停止。该工艺还包括，将过滤装置安装于第二罐的第二腔室的嘴部/开口内，其中过滤装置配置成从第二罐的第一腔室的过程流中捕获残余物(TSS)，以提供大体过滤水以用于排放。该工艺还包括在排放之前使过滤水脱氯。

本发明的目标、优点和新颖特征以及进一步适用范围将在下文的具体实施方式中结合附图和权利要求书来部分地解释；并且在审查下述内容后，对于本领域的技术人员将部分地为显而易见的；或可通过本发明的实践来了解。本发明的目标和优点可通过下述具体实施方式中所特别指出的系统和过程来实现和达成。

附图说明

根据本发明的装置、系统和方法将在下文更详细地并且参考附图来描述。在非旨在按比例绘制的图中，各图所示的每个相同部件由相同标记来表示。图中：

图1A至图1B示出了根据一实施例的废水处理装置。

图2示出了根据一实施例的废水处理系统的示意图。

图3A示出了根据一实施例的电解单元的前视图和后视图。

图3B示出了根据另一实施例的电解单元的前视图和后视图。

图4示出了根据一实施例的示例性过滤装置，该过滤装置包括粗滤网/过滤网和过滤介质。

具体实施方式

根据上下文，以下涉及的“本发明”在一些情况下可仅指代某些具体实施例。本文使用了各种术语。如果权利要求中所用的术语在下文未定义，那么应赋予该术语已被给定(如相关领域人员在申请日时在印刷出版物和颁发专利所反映)的最广泛定义。

本发明的实施例可用于处理海洋船舶(包括轮船、船只和游艇、离岸平台、离岸浮动设施(即，FPSO)、水产养殖工作船/渔场)的废水，或用于处理由工业、商业、农业和市政/住宅所生成的废水，这些废水具有可生物降解和不可生物降解材料的固体污染物。如本文所用，术语“废水”可包括待处理的任何水，诸如黑水和灰水以及黑水和灰水的混合。术语“废水”、“污水”和“海洋废水”在本文件中可互换地使用。

海洋废水一般包括原污水、黑水、灰水，和其组合。术语“黑水”是指由包括大肠菌群和其它杆菌的人类排泄物所污染的水。术语“灰水”指代不存在人类排泄物的使用水，诸如厨房、洗衣房、水槽、洗碗机和淋浴的水。一般来讲，海洋废水包括有毒和无毒的有机和无机污染物两者、微观和宏观悬浮固体污染物，该悬浮固体污染物包括纤维素、砂、砾、人类生物质以及乳液和气体。黑水和灰水的混合引起的污染可能性由数个主要的废水参数来指示；生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、耐热大肠杆菌和悬浮固体(SS)。废水的常见测量成分为生化需氧量(或BOD)。微菌分解有机污染物所需的氧气量已知为生化需氧量(或BOD)。五天BOD(或BOD₅)通过由微生物在五天时段期间所消耗的氧气量来测量，并且为污水中衡量可生物有机材料降解量或强度的最常见量度。BOD₅含量高的污水可耗尽水中的氧气，从而引起鱼死亡和生态系统变化。化学需氧量(COD)为可氧化有机物的总量(可生物降解的和不可生物降解的以及溶解的和颗粒的)；通过在含有重铬酸钾的强硫酸中加热样本，测试氧化有机物质的所需氧气量而得，其中氧气以氧化剂形式存在。总有机碳(TOC)为有机化合物中所发现的碳量，并且通常用作水质的非特异性指标。如本文所用，术语“有机物质”包括BOD、COD和/或TOC。废水还可包括悬浮固体。总悬浮固体(TSS)为悬浮于废水中的总固体颗粒的量值。TSS可为有机性质，并且可为有害细菌和其它微生物提供“安全位置”。

在一个实施例中，本发明涉及一种用于处理废水的系统。如先前所描述，废水可包括病原体、有机物质，和悬浮固体颗粒物质。图1A和图1B示出了具体非限制性实施例，举例说明了紧凑废水处理装置100。废水处理装置可配置用于在海洋船舶(未示出)之上处理废水。虽然示例性实施例参考海洋船舶(或船舶)的船上处理进行描述，但是应当理解，本发明的实施例可用于处理在水产养殖工作船/养鱼场、离岸钻井平台、离岸浮动设施以及工业、市政或住宅中所产生的废水。如图1B所示，废水处理装置100包括四个处理腔室110。在一个实施例中，废水处理装置包括第一罐120和第二罐122，第一罐具有第一腔室120A和第二腔室120B，第二罐122具有第一腔室122A和第二腔室122B。废水处理装置100还包括电解(EC)单元200和过滤装置300。

图2示出了废水处理系统150。废水处理系统150包括混合废水处理装置100(下文称为“装置100”)，混合废水处理装置100与废水保持/存储/收集罐10和淤渣存储/收集/保持罐11流体连接。装置100、废水保持罐10和淤渣存储罐11为紧凑装置，这些紧凑装置占据的占用空间小，从而使它们对于海洋船舶中的使用为理想的。装置100可置于管线内并处于废水保持罐10的下游。装置100可方便地安装于栈板(未示出)上。栈板可包括紧凑钢基础框架。

当未处理废水利用污水输送泵P1从废水保持罐10泵送至装置100时，海洋船舶上的典型周期操作将发生。污水输送泵P1可包括浸渍器以用于精细地碾磨悬浮于废水中的大固体颗粒物质，以减小其颗粒尺寸。浸渍器可消除对于昂贵筛网过滤器的需求，这些筛网过滤器需要极高的维护和未处理的固体处置。未处理浸渍废水流含有较小颗粒，从而有利于装置100内的更有效处理和无堵塞操作。

装置100可包括两个罐(120、122)，罐120和罐122具有总共四个腔室/隔室。出于说明目的，第一罐120示为具有两个腔室120A和120B，并且第二罐122示为具有两个腔室122A和122B。腔室可通过相应罐的分区来限定。然而，应当理解，具有四个腔室的单个罐也可使用并且处于本发明的范围内。罐和分区可由轻质金属和/或非金属材料来构成。经浸渍废水流从废水保持罐10引导至罐120的第一腔室120A中。紧凑移动床生物膜反应器(MBBR)可位于第一腔室120A内侧。第一罐包括原始废水连接管道、具有极高活性表面积的生物载体介质、具有空气管道的细/中气泡扩散器，和气升/活性淤渣回流管线。

MBBR包括由常规活性淤渣和生物介质载体(“载体”)组成的组合，以在第一腔室120A中高度有效地处理废水。在一个实施例中，载体具有预定特性。例如，载体可包括多个高度精细、多孔、浮动、塑料、薄的生物芯片121。载体121可为圆形形状。然而，载体可为椭圆形或可具有任何其它合适形状。在一个实施例中，载体121可具有大约0.1mm至1.5mm的平均厚度。载体121可具有大体类似于或略低于水的密度。当载体121添加于MBBR/第一腔室120A中时，由于0.95g/cm³的较低材料密度，其浮动于第一腔室120A的顶部上。然而，随着细菌菌落开始在载体121上发育，载体121的材料密度增加，并且因此它们开始在第一腔室120A中自由地流动。载体121可向生物微生物/细菌提供极高活性表面积(>4,000m²/m³，其大于任何其它市售介质至多6倍至7倍)以供其附着和生长(即，生物膜发育)。由于极高活性表面积浮动介质121在MBBR中的使用，第一腔室120A的尺寸可设定成显著地小于传统MBBR处理罐。载体121配置成有利于氧气和废水从两侧至载体中的扩散，深度为0.3mm至1.0mm。因此，载体121可保持活性，并且将不会由于堵塞而死亡。

在一个实施例中，载体121可放置于笼状壳体115中。该壳体可由轻质金属和/或非金属材料来制成。壳体115可包括多个开口以向废水流提供通路。具有载体121的壳体155然后可位于第一腔室120A内侧。壳体115可配置为可移除的，当在延长存储或系统维护之前需要对装置100进行冲洗/清洁时，这允许灵活地隔离包含健康生物膜的载体121。一旦完成了装置冲洗/清洁，则壳体115可返回并放置于腔室120A内侧。连续气流提供用以保持载体121的悬浮并维持腔室120A中的期望溶解氧气浓度。这允许在载体121上维持所发育的活性生物膜。

利用位于第一腔室120A的基部近侧的细/中气泡扩散器，空气可供应至载体121。相比于细气泡扩散器，粗气泡扩散器通常需要的维护较少。相比于粗气泡扩散器，细气泡扩散器具有更佳的氧气输送效率(OTE)。空气通过小且静的线性隔膜空气泵/鼓风机BL-1A供应至气泡扩散器125。鼓风机BL-1A可位于第一罐120外侧。生物膜在载体121的表面上生长。这引起载体121产生中性浮力，该中性浮力允许其在供应空气柱中自由地翻滚。由于这种翻滚效应，载体121保持清洁，并确保了只有强壮的健康细菌才得以存在于生物膜上。扩散器125有利于受控尺寸气泡的产生。这可用于两种目的。首先，气泡将所需溶解氧气(“DO”)提供至细菌，细菌需要该溶解氧气以有效地分解进入第一腔室120A的废水中的有机物质。其次，上升气泡柱提供了持续搅拌，该持续搅拌可有效地引起载体121自由地在第一腔室120A内侧移动。这可确保流入的废水流具有充分接触载体121的机会。每当使用装置100时，这种曝气作用将持续地发生。

在第一腔室120A中发生生物处理过程。废水可包括来自氨基酸、死亡细胞等的有机氮。废水中的微生物(诸如细菌)在载体121的保护表面处茁壮成长，其中氧气梯度产生了好氧、缺氧和厌氧层，从而允许第一室120A中的同时硝化和脱硝过程。在这些过程期间，铵态氮氧化成亚硝酸盐，并且然后通过完全硝化氧化成硝酸盐，并且随后硝酸盐通过脱硝还原成氮气体。生物过程还导致BOD的还原。因此，经浸渍废水流中的有机物质、总悬浮固体/固体颗粒物质，和总氮的还原在第一腔室120A中开始。

在一个实施例中，第一腔室120A还可包括任选的DO探头/传感器/仪表123。DO仪表123可在正常操作期间提供第一腔室120A中的实时DO浓度读数。该实时DO浓度读数对于维持腔室120A中关于生物膜上的健康微生物群体的预定DO浓度为重要的。

第一腔室120A中的生物处理过程产生了淤渣，该淤渣必须移除以维持微生物群体的健康以及处理装置100的有效和顺应。淤渣可包括死亡微菌/微生物。第一腔室120A可装配有致动淤渣排放阀EV-1。阀EV-1可通过可编程逻辑控制器(PLC)来控制。当需要时，阀EV-1可手动地或自动地致动/打开，并且淤渣输送泵P2可用于将废弃淤渣/死亡微生物从第一腔室120A排出至淤渣存储罐11或淤渣处理器或另选位置。在处理期间所收集的淤渣可存储于罐11中以用于后续处置。

过程流通过溢流管道116来泵送。当达到恰好高于管道116的点时，其在液体自身上产生了略微较高水头压力，从而迫使其通过管道116并且进入第一罐120的第二腔室120B。管道116的第一端部位于第一腔室120A的上表面附近，而管道116的第二端部位于第二腔室120B的基部/底部附近。第二腔室120B配置为澄清或沉淀罐/腔室。本过程有利于第一腔室120A的任何TSS结转材料的沉淀。第一腔室120A的TSS材料可允许经由重力而在第二腔室120B中向下流动。因为废水流的流速为极低的(约0.5至1.5米/小时)，所以其可有利于TSS颗粒在第二腔室120B的底部处的沉淀。

溢流管道116的第一端部在第一腔室120A中装配有捕获/保留筛网114。筛网114包括多个孔，这些孔的直径小于载体介质121的直径。因此，筛网114可防止载体121至第二腔室120B中的任何携带，这允许第一腔室120A保留具有健康微生物群体的载体介质121以连续地处理进入的废水。筛网114还避免载体121从第一腔室120A离开至后续腔室并最终从处理装置100离开至大海，以及系统中各种泵的堵塞。

第二腔室120B也可装配有可由PLC控制的淤渣排放阀EV-2。EV-2可手动地或自动地致动(在需要时)，以移除第二腔室120B中的任何淤渣堆积。当阀EV-2打开时，淤渣输送泵P2将淤渣从第二腔室120B排出至淤渣存储罐11或淤渣处理器或另选位置。

“气升”/活性淤渣回流管道130装配于第二隔室120B中。鼓风机BL-1A经由具有调整阀的小气流仪表将少量的受控空气注射至本气升管线130的底部中。这引起较大气泡积聚并上升至气升管道130的顶部，从而将气泡顶部的任何液体推倒并且通过气升/活性淤渣回流管道130的水平部段返回至第一罐腔室120A中。这引起所沉淀活性淤渣/TSS颗粒的一部分的有效且连续再循环，该沉淀活性淤渣/TSS颗粒通过气升回流管线130返回泵送至第一腔室120A中以用于进一步处理。本过程有助于维持第一MBBR腔室中的健康微生物群体。

流体在(罐120A和)罐120B中的停留时间通过废水流向系统150的入口废水流速来确定。当达到液压水头水平时，本腔室120B中的液体将发生液压溢流，并且其溢流至第三罐122A中。第二腔室120B还可装配有挡板/上流式管道布置140。挡板140配置为螺栓分区并且由合适轻质金属和/或非金属材料制成。通过挡板140，大体澄清过程流将向上转向。挡板140用作所还原TSS过程流的流转向器，因为120B中的液压水头压力迫使其进入第二罐122的第一腔室122A。还原TSS过程流在顶部表面附近离开第二腔室120B，并且经由外部下输管道117引导至邻近第二罐122的第一腔室122A的基部的位置。

第二罐122的第一腔室122A为电氟化/电化学再循环腔室。还原TSS过程流连同由电解单元200所生成的次氯酸钠流一起被接收于本腔室122A中，如下文所描述。腔室122A可装配有内部溢流管道118。溢流管道装配于腔室122A中的预定水位正下方，以当达到预定液位时允许澄清和消毒/电氯化过程流流动至第二罐122的第二腔室122B中。

如图1B和图2所示，第二罐122的第二腔室122B包括过滤装置300。过滤装置300配置成覆盖第二腔室122B的开口/嘴部。当澄清和消毒过程流进入并填充第二腔室122B，第一腔室122A的溢流中的任何剩余TSS颗粒由过滤装置300捕获。

第二腔室122B包括液位传送器LT-1以监测进入水流。液位传送器LT-1配置成检测预设设定点，即，低(停止该装置的操作)、高(开始该装置的操作)和高-高(警告/关闭警报以提醒操作者)液位设定点。高-高液位点为第二腔室122B中的液位高度，其中该液位高于装置150的正常操作的预定设定点。液位传送器LT-1将关闭/警告警报/信号发送至装置的PLC以关闭装置150并且以将污水输送泵P1断电。当第二腔室122B中的水达到高液位时，稀释鼓风机BL-1B通电，并且气流在空气/通风流量开关FS-1处确认。当次氯酸钠由电解单元200来生成时，氢气作为副产物而生成。鼓风机BL-1B从第一腔室122A抽出氢气，将其稀释至远低于空气中氢气的LEL值的25％(空气中氢气的LEL值为4％)或远低于空气中氢气的1％，并将其在正向通风管线中发送至安全位置。流量开关FS-1可以低流量设定点进行设定，作为装置100的关闭警报。

一旦气流通过开关FS-1来确认，则再循环泵P3通电，海水电动阀EV-3打开，并且电解单元200通电以从海水/盐水溶液产生次氯酸钠。手动双向阀HV-1在正常操作期间保持于打开位置。手动三向阀HV-2在正常操作中朝向EC单元的管线保持打开。当第一腔室122A需排出时，本HV-2阀的位置可手动地改变朝向排出管线。然后，利用再循环泵P3，通过手动三向阀HV-2和然后通过电解单元200、手动双向阀HV-7和手动三向阀HV-4，第二罐122的第一腔室122A中所收集的次氯酸钠将反向(再)循环至第一腔室122A。手动三向阀HV-4在正常操作中朝向第一腔室122A的管线保持打开。手动双向阀HV-7在正常操作期间保持于打开位置。

流出物船外泵P5可配置成在此时通电。泵P5可开始将所处理流出物从第二腔室122B泵送至通向大海(或船舶之外)的处理流出物排放管线中。在正常操作中，手动双向阀HV-3保持于打开位置。此外，化学注射隔膜/蠕动泵P4也可同时通电。

中和/脱氯化学物/溶液可存储于罐400中。化学注射泵P4可配置成将脱氯溶液注射于澄清和电氯化/电化学生成的流出物排放管线中。中和/电氯化溶液可包括亚硫酸盐基溶液，不限于二氧化硫、硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠，和其组合。排放流出物可通过在其至大海的排放之前注射预定最佳量的脱氯溶液进行脱氯，以确保无氯流出物排放至大海。脱氯溶液的注射确保了，排放流中的总残余氯保持低于0.5mg/L排放限值，如IMO MEPC.227(64)和US 33CFR Part 159标准所规定的。

经由电解单元200的电解处理过程持续，直至第二罐122的第二腔室122B中的液位达到液位传送器LT-1的低设定点液位。此时，流出物船外泵P5断电。电解单元200继续海水次氯酸钠的氧化(和生成)，并且再循环泵P3继续操作并且将消毒废水再循环至第一罐122的第一腔室122A中，持续可达到一小时的可调整时间段。该时间段可从位于控制面板CP-1上的HMI进行设定。这种额外氧化处理提供了较高程度的废水处理，同时流入海洋废水流未进入装置100。排放流的这种额外“冲击剂量”可有助于维持无菌船外排放管线，同时还对流出物流体进行消毒。在可调整时间段结束时，电解单元200和再循环泵P3断电。鼓风机BL-1B保持通电额外时间段(诸如三分钟至十分钟)，以从第二罐122的第二腔室122B清除任何剩余气体。

手动双向阀HV-5设置于再循环泵RP-1和电解单元EC-1之间，电解单元EC-1在正常操作期间保持于闭合位置。本阀HV-5可手动打开以在电极的清洁或置换期间排空EC单元。

电解单元200配置成相比于常规电解单元提供了数个优点，包括：较低成本、紧凑尺寸、较轻重量，有利于盖的快速且容易打开以访问电极。单元200的尺寸还设计成电气地匹配容纳于小控制面板CP-1中的小切换电源。现参考图2和图3A至图3B，电解单元200特别地设计用于小型海洋船舶的废水处理。电解单元200可用作装置100的一部分。然而，其还可配置成用作任何其它污水处理系统的一部分。

现参考图3A和图3B，电解单元200A或200B(共同称为单元“200”)包括紧凑外部本体/壳体/外壳205。外壳205可由聚氯乙烯(PVC)或氯化聚氯乙烯(CPVC)或合适类似材料制成，该类似材料允许组件具有优异的耐腐蚀性和轻质特点。

在一个实施例中，电解单元200包括一个双极电极225和两个终端电极230。这些电极为涂布有混合金属氧化物组合物的

钛阳极，该混合金属氧化物组合物包括不同元素，诸如铱、钌、铂、铑、钽和锡。顶层的锡可施加于电极涂层上以产生超电势。随着过电压在电解单元200中增加，其产生羟基自由基(-OH)(氧化电位(OP)：2.8V)和过氧化氢(H₂O₂)(OP:1.8V)，它们相比于高锰酸钾(OP：1.7V)、二氧化氯(OP:1.5V)和氯气(OP:1.4V)为强力氧化剂种类。本发明的废水处理工艺(其产生了上文所讨论化学品种类以用于对废水进行消毒)在本文称为电化学先进氧化工艺(EAOP)。EAOP可成功地应用于降解/破坏废水，该废水含有天然存在毒素、有机和无机污染物、杀虫剂，和其它有害污染物，例如纳米材料。

电极可布置于外壳的凹坑/隔室215中。这种布置可确保无堵塞操作和氧化路径。电极装配于单元内部流动路径内的凹陷凹坑215中，并且因为电极的表面配置成处于与周围PVC单元本体材料相同的高度处，所以流动路径基本上不含任何障碍物并且阻止可堵塞单元的碎屑的任何可能堆积。电极配置成具有反极性涂层。电流/极性反向电解可用于混合金属氧化物涂布的钛阳极的“自行清洁”。电极可布置为可单独置换的。电解单元200并入了DC电流反向特征，该DC电流反向特征提供了电极的内部自行清洁。本特征使通过稀释酸(诸如，盐酸或柠檬酸/醋)对单元电极的手动清洁最少化。

外壳205包括可滑动前盖210。盖210可根据需要便利地滑上和滑离外壳205。这允许电极的快速且容易访问，这可有利于清洁的简便性和例行维护。外壳205包括一个或多个整体锁定凹槽/滑块220，一个或多个整体锁定凹槽/滑块220将盖210保持对准，并且消除了对于铰链的需求。外壳205还可包括一个或多个止动件245。止动件245大体位于基部的近侧以固定盖210，并且防止其从外壳滑离/掉落。

电解单元200A可包括封闭件240A以将单元盖210密封至外部本体205。如图3A所示，封闭件240A可包括插件、螺栓、垫片和O形环。在另一个实施例中，如图3B所示，封闭件240B可包括压缩闩锁。

电解单元200还包括O形环235，O形环235当进行正常操作时针对任何液体渗漏提供了正向密封。当封闭件接合时，O形环235抵着可滑动前盖210进行压缩，从而产生密封。因此，电解单元200A或200B(共同称为单元“200”)配置成通过滑离前盖210而提供对于电极的容易且快速访问以用于例行维护。

如图2所示，原始海水流引导至电解单元200。(应注意，可使用盐水溶液替代海水)在处理周期期间，电极在直流阳极和阴极电流条件下通电。小型廉价开关/切换/开关模式电源(SMPS)可用于将直流电力(即，15VDC和0至50ADC)提供至单元200。在这种条件下，海水中所含有的氯化钠(NaCl)发生了部分电解。NaCl的水溶液完全地解离为钠离子(Na⁺)和氯离子(Cl^-)。由于单元200中的元素电位，氯离子(Cl^-)在阳极处反应以生成生氯(Cl₂)气体。这种氯气快速地水解以形成次氯酸(HOCl)和次氯酸离子(OCl^-)。同时，钠离子在单元200中与水瞬间反应以形成氢氧化钠(NaOH)。由于氢氧根离子(OH^-)的对应形成，氢气体在阴极处挥发。这种气体未与任何其它化学品种类重新组合；因此，其变成气相废物副产品。氢氧化钠和次氯酸反应以形成次氯酸钠(NaOCl)。一些HOCl和OCl^-与海水中的溴反应，以分别地形成次溴酸(HOBr)和次溴酸根离子(OBr^-)。HOCl、OCl^-、HOBr和OBr^-充当用于处理废水的消毒试剂。这导致已知病原体和细菌(即，耐热大肠菌群)的氧化。

在一个方面，次氯酸钠生成的氢气(H₂)副产品在第二罐的第一腔室122A进行分离，并且通风至外部安全位置。

有利地，并且是本系统150独有的，由电解单元200所生成的次氯酸钠流通过单元200连续地再循环，以有利于较高氧化速率和因而延长病原体/细菌的消毒周期。此外，即使当不存在引入至装置10自身中的额外废水时，其也能允许装置100继续进行电解作用/处理。当装置100再次开始接收废水流时，由于新引入废水进入隔室122A，本特征促进了较高浓度“冲击”剂量。本独特特征还允许在处理过程之外生成次氯酸钠，以用于在需要时经由三向阀HV-4来维护清洁。在某些实施例中，利用排放配件250和手动双向阀HV-6，所生成的次氯酸钠可收集并存储为消毒剂以用于海洋船舶上(诸如，以清洁船舶上的表面)。

单元200配置成相比于常规电解单元提供了数个优点，包括：较低成本、紧凑尺寸、较轻重量，有利于盖的快速且容易打开以访问电极。单元200的尺寸还设计成电气地匹配容纳于小控制面板CP-1中的小切换模式电源。因为次氯酸钠/次氯酸可用于对各种表面进行消毒，所以由单元200所生成的次氯酸钠/次氯酸的副产品流可利用排放配件250和手动双向阀HV-6进行分离，而不影响废水的消毒。手动双向阀HV-6在正常操作期间保持于闭合位置。

装置100的各种操作可通过相对廉价电气/控制面板CP-1来逻辑上控制。这种控制面板CP-1可包括人机界面(HMI)，该HMI提供了高分辨率宽屏显示器以用于装置信息的清晰观察。本HMI显示器提供了概览功能，该概览功能允许所有装置功能在单个屏幕上进行观察。面板CP-1和HMI设定还允许远程监测能力以用于观察异地计算机上的系统信息。

如先前所描述，在废水流的电解之后，电解流经由液压溢流引导至第二罐122的第二腔室122B，其中该流行进通过过滤装置300以有效地捕获任何残余悬浮固体。如图2和图4所示，过滤装置300可安装于第二腔室122B的上部部分。过滤装置300可以篮状结构/配置进行布置。过滤装置300包括可移除滤网元件310，可移除滤网元件310具有清洁和重复使用的能力。

过滤装置300还包括活性碳、粉碎活性玻璃、砂或其它合适过滤介质315以捕获颗粒，并且从而满足或超出IMO MEPC.227(64)对流出物/处理水的顺应性规定，该流出物/处理水将从系统150排放至大海/船外(在脱氯之后)。

滤网310配置成具有预定孔径，以提供最后抛光/过滤来进一步降低TSS浓度，并且允许清澈的、符合IMO MEPC.227(64)顺应性规定的流出物/处理水从装置110排放至大海(在脱氯之后)。过滤网310配置成以本发明的中度至高度次氯酸钠再循环操作进行操作。

过滤装置300进行定期监测，诸如按周监测。滤网310可移除，并且任何碎屑可在需要的情况下进行洗涤并然后重复使用。这种筛网维护应仅在装置100已放置于暂停或“保持”模式之后并且当不存在对于装置100的入口污水处理要求时来执行。内部篮状物中的活性介质也可进行检查和清洁或置换，如果需要的话。

排放流出物的氯含量(<0.5mg/L)满足IMO MEPC.227(64)和US 33CFR Part 159对于释放至海洋环境的流出物的要求，而无需进一步处理。脱氯流出物为环境安全的，并且基本上不含残余氯。这种最终处理/脱氯流出物可大体满足IMO MEPC.227(64)和US 33CFRPart 159对于BOD₅、COD、TSS、pH、耐热大肠菌群、总氮(TN)和总磷(TP)的排放限制。

装置100可设计成以极少需要操作者干预的自动模式进行操作。基于污水处理要求，装置100可初始化污水输送并开始处理进程。手动操作模式可提供用于故障排除和紧急泵出和/或处理系统的冲洗。在一个方面，装置100还可用于海洋和离岸设施，该海洋和离岸设施需要永久或长期操作以用于海洋污水的处理。

本发明的处理装置的实施例相比于常规污水处理装置具有数个优点。本发明的混合处理装置涉及使用常规MBBR、和经由原位次氯酸钠/消毒剂再循环的新型先进电化学/电氯化/电氧化消毒工艺、以及电化学先进氧化工艺(EAOP)，该常规MBBR具有芯片状生物载体介质。此外，该混合处理装置涉及通过具有可滑动盖板的电解单元而处理污水。处理装置还使氯化流再循环通过电解单元，以提高/增加其次氯酸钠浓度以用于消毒。处理装置方便地包括船上/原位再循环氯化器，在发生MBBR的灾难性故障的情况下(这避免了清洁和处理化学品的存储)，该氯化器可以维护模式用于清洁整个MBBR介质载体(和装置自身)。处理装置还可并入“延长消毒”模式，其中甚至当不存在待处理的流入废水的流量通过时，所产生次氯酸钠可在系统内进行再循环。此外，处理装置可配置成提供次氯酸钠/次氯酸/消毒剂的完全独立流，次氯酸钠/次氯酸/消毒剂基于表面消毒目的而由原位电化学/电氯化/电氧化工艺生成。

因此，本发明良好地适于达成所述及的、及其本身自有的目的和优点。先前描述非旨在限制本发明，本发明可根据不同方面或实施例来使用而不脱离其范围。对本说明书中的行为、材料、装置、制品等的讨论仅出于提供本发明语境的目的。该讨论未表明或表示，这些事项的任一者或全部形成了现有技术基础的一部分，并且为本发明相关领域中的一般常识。

此外，上文所公开的特定示例性实施例可变更或修改，并且所有此类变型视为处于本发明的范围和精神内。虽然系统和方法以“包括(comprising)”、“含有(containing)”或“包含(including)”各种装置/部件或步骤的形式进行描述，但是应当理解，这些系统和方法也可“基本上包括(consist essentially of)”或“包括(consist of)”各种部件和步骤。每当公开具有下限和上限的数字范围时，特别地，公开了落入该范围内的任何数字和任何所包括范围。特别地，本文所公开的每个数值范围(形式为“从约a至约b”，或等同地，“从大约a至b”应理解成解释较广数值范围所涵盖的每个数字和范围。如果本说明书、权利要求书和可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其它文件中词语或术语的使用存在任何冲突时，那么应采用与本说明书一致的定义。

Claims (25)

1.一种用于处理废水流的紧凑系统，所述系统包括：

混合废水处理装置，所述处理装置包括：

第一罐，所述第一罐用于接收所述废水流的流入，所述第一罐包括：

第一腔室，所述第一腔室具有移动床生物膜反应器(MBBR)，所述MBBR包括生物载体介质，所述生物载体介质具有大体高活性表面积以供所述废水流中的生物微生物附着、生长并执行生物过程，从而用于大幅减少所述废水流中的有机物质和总悬浮固体(TSS)；

电解单元，所述电解单元用于生成电氯化/电化学消毒剂，所述电解单元包括：

外壳，所述外壳包括可滑动盖；

第二罐，所述第二罐与所述第一罐流体连通，所述第二罐包括第一腔室以用于接收所述电氯化消毒剂的连续再循环流。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述废水处理装置与废水存储罐流体连通。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一罐的所述第一腔室还包括致动淤渣排放阀以用于排出在所述生物过程期间所产生的废淤渣，其中所述废淤渣包括死亡微生物。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述淤渣由管道输送至淤渣存储罐或淤渣处理器。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一罐包括第二腔室，并且其中所述第一罐还包括管道，所述管道配置成将过程流从所述第一罐的所述第一腔室传送至所述第一罐的所述第二腔室的基部以使所述TSS沉淀于其中。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一罐的所述第二腔室装配有挡板以使得包括大体澄清流出物的过程流转流至所述第二罐的所述第一腔室。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二罐包括第二腔室，并且其中所述第二罐还包括管道，所述管道配置成将过程流从所述第二罐的所述第一腔室传送至所述第二罐的所述第二腔室的上表面。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，过滤装置安装于所述第二罐的所述第二腔室的嘴部/开口内。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述过滤装置包括篮状结构。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，过滤介质置于所述篮状结构内侧。

11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述过滤装置还包括具有预定孔径的可清洗滤网，其中所述孔径配置成从所述第二罐的所述第一腔室捕获所述过程流中的残余TSS，以提供大体过滤水以用于排放。

12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第二罐的所述第二腔室包括液位传送器以监测所述废水流的所述流入，并且其中所述液位传送器配置成开始和/或停止处理周期。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壳包括一个或多个整体锁定凹槽/滑块，所述一个或多个整体锁定凹槽/滑块配置成使所述盖与所述外壳对准。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壳包括一个或多个止动件以用于将所述盖固定于所述外壳的基部的大体近侧。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壳包括一个或多个封闭件以将所述盖密封至所述电解单元的外部本体。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壳包括隔室以用于围封多个电极。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述多个电极包括一个双极电极和两个终端电极。

18.根据权利要求11所述的系统，还包括罐以用于存储脱氯/中和溶液，并且其中注射泵配置成在排放之前将所述脱氯溶液注射至所述过滤水中。

19.一种用于处理废水流的工艺，所述工艺包括：

(A)提供混合废水处理装置，所述处理装置具有：

第一罐，所述第一罐用于接收所述废水流的流入，所述第一罐包括：第一腔室，所述第一腔室具有MBBR，所述MBBR包括生物载体介质，所述生物载体介质具有大体高活性表面积以供所述废水流中的生物微生物附着并执行生物过程，从而用于大幅减少所述废水流中的有机物质和悬浮TSS；

电解单元，所述电解单元用于生成由电氯化/电化学生成的次氯酸钠/消毒剂，所述电解单元包括：

外壳，所述外壳包括可滑动盖；

第二罐，所述第二罐与所述第一罐流体连通；

(B)连续地再生成由电氯化/电化学生成的所述次氯酸钠/消毒剂，并将其再循环至所述第二罐的第一腔室。

20.根据权利要求19所述的工艺，还包括监测所述废水流的流入，并且其中在所述第二罐的第二腔室中达到预定设定点时，处理周期开始和/或停止。

21.根据权利要求20所述的工艺，还包括将过滤装置安装于所述第二罐的所述第二腔室的嘴部/开口内，其中所述过滤装置配置成从所述第二罐的所述第一腔室的过程流中捕获残余TSS，以提供大体过滤水以用于排放。

22.根据权利要求19所述的工艺，还包括在排放之前使所述过滤水中和/脱氯。

23.根据权利要求19所述的工艺，还包括使所述生成次氯酸钠/消毒剂的第一流发生转向以对所述处理装置进行清洁和消毒。

24.根据权利要求23所述的工艺，还包括使所述生成次氯酸钠/消毒剂的第二流发生转向以用于对一个或多个表面进行消毒。

25.根据权利要求19所述的工艺，其中，即使是当废水流未进入所述装置时，所述电解单元仍持续地生成所述次氯酸钠/消毒剂并且将其再循环一可调整时间段。

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