CN1724393A - 船舶污水无污泥净化处理方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
一种无污泥船舶污水净化处理方法，该方法是一个由预处理反应、高效厌氧反应和高级氧化反应构成的循环反应系统，并由预处理器1、高效厌氧反应器2和高级氧化反应器3构成的设备完成污水净化。污水在预处理器1中受磁力、氧及机械力共同作用快速发生氧化、氨化、亚硝化、硝化、反硝化及水解酸化等系列反应，生成以H2为主的生物气，形成的中间体A在高效厌氧反应器2中受强机械力作用快速发生厌氧反应生成以CH4为主的生物气，形成的中间体B在高级氧化反应器3中经臭氧、超声高能及强机械力共同作用，快速强氧化去除其污染物，杀灭虫卵、细菌及病毒。残物回流至预处理器1被去除或参与系统反应，达标水既可直接利用也可排放。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种无污泥产生的一体化船舶污水净化处理方法及其相应的净化器设备。
二、背景技术
船舶污水由压舱、洗舱及底舱排出的含油污水和包括船舶医务室排放的病毒废水在内的生活污水构成。受船舶体积空间制约，大多数船舶都是将其产生的高浓度有机污水直接排入水体中。随着水上运输的高速增长和旅游业的兴旺发达，各类船舶星落棋布于江河湖海中，其直排污水已成为水体富营养化的生力军之一，而水体富营养化产生的“水华”和“赤潮”已造成了巨大的灾难和难以估计的损失，这样，客观上需要有体积小效率高并且具有优良稳定性和安全性能的船舶污水净化器。
当前我国船舶污水净化器还处于研发期，已有的工艺技术及装置都存在着能耗高、处理效率低并产生大量污泥等二次污染物，并对此无有效的再处理办法，同时还存在着稳定性差、体积庞大等难以克服的缺点。比如，氧化电解工艺技术装置，或是实用新型专利产品——“内陆河船舶污水处理设备”(专利号：2004.20033137.9)等均未能解决上述难题。特别是产生大量污泥问题，很难将污泥运上岸处理。若将污泥直接排入水体中，又相当于将污水浓缩后直接排入水体。化学法处理船舶污水不仅成本高、有二次污染，而且极易腐蚀船体，一般不采用。
三、发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，研制一种既不产生污泥，又能回收生物气能源质和水的高效一体化船舶污水净化处理方法及其相应的净化器设备，填补船舶污水处理领域无污泥产生的技术空白。并推广运用于其它有机污水或以有机污水为主的混合污水处理的相关领域。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无污泥高效一体化船舶污水净化处理方法，其特征是：该方法是一个由预处理反应、高效厌氧反应和高级氧化反应构成的循环反应系统，并由相应的预处理器、高效厌氧反应器和高级氧化反应器构成的一体化设备来完成船舶污水的净化。即：
船舶污水经文丘里结构式污水入口流入预处理器，在充足的氧及磁力和机械能共同作用下，迅速发生反应，生成以H2为主的生物气，形成中间体A。其中生物气进入水封式贮气柜中备用，中间体A流入高效厌氧反应器中进行高效厌氧反应。
中间体A通过液态生成物出口直接流入高效厌氧反应器，在螺旋管及循环泵产生的强机械力作用下，或内置其它能产生强机械力的装置，发生快速厌氧反应，生成以CH4为主的生物气，形成中间体B。其中生物气进入水封式贮气柜中备用，中间体B流入高级氧化反应器中进行高级氧化反应。
中间体B经液态生成物入口直接流入快速反应器，在臭氧、超声高能及强大机械力共同作用的特殊环境条件下快速发生高级氧化反应，或内置其它能产生快速高级氧化反应的装置，重金属等污染物被强氧化去除，虫卵、细菌及病毒均被臭氧、紫外线和超声波联合杀灭，残留物被生物膜滤层截留在下部，经回流管回流至预处理器被去除或参与系统反应，生物膜滤层上部水可达国家污水综合一级排放标准，既可重复利用，也可通过达标水出口直接排放。
具体结构和反应过程说明如下：
预处理器由除油器、空气通道、文丘里结构式污水入口、磁性格栅、除渣网板装置、潜污射流泵、自动控制器、液态生成物出口、沉砂出口及生物气出口构成的底部为锥形的双室结构体，其中，前室为充氧结构，后室为缺氧结构。自动控制器同时控制潜污射流泵和末端高级氧化反应器的循环回流泵、超声波发生器、紫外线发生器及臭氧发生器。
油轮压舱水、洗舱及底舱排出的含油污水经除油器一次除油后与生活污水汇集，通过文丘里结构式污水入口流入预处理器，首先在入口喉部将空气从空气通道吸入后进入预处理器前室，充足的氧及磁力促使污水发生氧化、氨化及亚硝化反应，再流经磁性格栅磁化，实现二次破乳除油，同时截留混入污水中的塑料、金属及部分重金属等杂物杂质，并通过提升除渣网板装置将其收集入袋与其它船上的固体废物一同上岸处置。除杂污水经磁性格栅磁化后流入后室，升至设定位置时，自动控制器启动潜污射流泵及高级氧化反应器工作。潜污射流泵对污水产生粉碎、剪切、冲击、搅拌作用，一方面将粪便等固形有机物均匀分散于液相中，污水在磁场力和上述强大机械力共同作用下快速发生水解酸化及硝化反应，生成以H2为主的生物气和非常适合厌氧反应的液态底物，另一方面，从末端高级氧化反应器回流的残液在缺氧状态下进行反硝化反应、吸磷反应，彻底实现脱氮除磷。砂石沉淀在底部锥形部位，定期从沉砂出口排出。这样在预处理器内不仅实现了除杂，而且实现了快速水解酸化、氧化、氨化、亚硝化、硝化及反硝化反应，生成以H2为主的生物气从生物气出口排出进入水封式贮气柜中备用，生成的混合液成为非常适合厌氧反应的中间体A，通过液态生成物出口流入与之相连的高效厌氧反应器中进行高效厌氧反应。
高效厌氧反应器由液态生成物入口、带自控装置的循环泵、螺旋反应管、相分离装置、生物气出口及液态生成物出口构成。
中间体A通过液态生成物出口直接流入高效厌氧反应器，在螺旋管上的循环泵作用下，中间体A受到离心力、剪切力、冲击力以及收缩与扩张力共同循环作用，发生快速厌氧反应、磷释放反应及硝化反应，有机质被分解，生成以CH4为主的生物气和水，磷被释放，氮变为硝化氮。以CH4为主的生物气从生物气出口排出进入水封式贮气柜中备用作燃料，少量未反应完的有机质与氮磷生成物混合后形成中间体B从液态生成物出口流出，流入与之相连的高级氧化反应器中进行高级氧化反应。
高级氧化反应器由带止回阀的液态生成物入口、快速反应器、生物膜滤层、臭氧发生器、电磁阀、紫外线发生器、循环回流泵自动控制器及达标水出口构成。
臭氧发生器的出口与快速反应器的辅料入口相连，回流管与预处理器入口相连，快速反应器的循环回流泵、超声波发生器、紫外线发生器及臭氧发生器与预处理器的自动控制器相连，其中快速反应器的循环回流泵还与循环回流泵自动控制器相连，同时受控于预处理器的自动控制器和循环回流泵自动控制器。当预处理器的液面升至设定位置时，自动控制器指示潜污射流泵及快速反应器的循环回流泵、超声波发生器、紫外线发生器及臭氧发生器同时工作，连接快速反应器的电磁阀打开，回流管上的电磁阀关闭，中间体B在快速反应器中快速循环进行高级氧化反应；当液面回落至设定位置时，自动控制器指示其控制的装置停止工作，连接快速反应器的电磁阀关闭，回流管上的电磁阀打开，循环回流泵自动控制器指示循环回流泵将快速反应器中的残液抽回预处理器，实现自动控制。
快速反应器为已申请发明专利的技术产品(申请号200510021057.0)。
中间体B经液态生成物入口直接流入高级氧化反应器的快速反应器，同时将氧化性极强的臭氧从臭氧发生器中吸入，快速反应器中内置的超声波发生器产生的超声空化泡将在纳秒内崩溃，导致在微区内产生上千度的高温和数百大气压的高能环境，并伴有声致发光、放电和冲击波与微射流，不仅如此，快速反应器的螺旋反应管还将产生强大的离心力、剪切力、冲击力以及收缩与扩张力，并连续循环作用于中间体B。这样中间体B中残存的有机质、氮磷生成物及少量重金属在氧化力极强的臭氧、超声高能及强大机械力共同作用的特殊环境条件下快速发生高级氧化反应，不仅磷被吸收、氮被硝化，有机质、氮磷生成物及重金属被强氧化去除，而且虫卵、细菌及病毒均被臭氧和超声波联合杀灭，个别残存的虫卵、细菌或病毒个体经紫外线照射后终被杀灭。不能反应的无机质粒等残留物被生物膜滤层截留在下部，经回流管回流至预处理器被去除或参与系统反应，上部过滤水经紫外线照射后可达国家污水综合一级排放标准，既可重复利用，也可通过达标水出口直接排放。
船舶污水中的氮磷及少量重金属在氧化反应→缺氧反应→厌氧反应→高级氧化反应→氧化反应的反复进行中得到去除。
这样整个船舶污水得到了净化，其排放的水可达国家污水综合一级排放标准，既可直接回用，也可通过达标水出口直接排放，还回收了大量可作燃料的生物气。实现了污水资源化。
本发明的优点是：
无需投加任何药剂，也无需加温，更无需加温加压，船舶污水只需依次经过由预处理器、高效厌氧反应器和高级氧化反应器构成的无污泥一体化船舶污水净化器设备即能实现净化，处理水能达到国家污水综合一级排放标准并可直接回用，同时回收大量可作燃料的生物气，更无污泥产生。
无污泥一体化船舶污水净化器设备体积小，效率高，能耗低，自动化程度高，处理净化污水彻底，安全稳定，非常适合船舶安装使用。
该方法及净化器设备填补了利用生化法处理船舶污水且不产生污泥的技术空白，具有广阔的应用前景，并可推广运用到其它有机污水或以有机污水为主的混合污水等相关的其它废水处理领域。
本发明的最大优点是：
该方法实现了在正常温度和压力条件下，在很短的时间内迅速完成生化反应且不产生污泥，用此相应的方法制作的无污泥一体化船舶污水净化器设备不仅能耗低，体积小，自动化程度高，能彻底净化船舶污水，并实现高效脱氮除磷和重金属，而且还能回用全部处理水和作燃料的生物气，实现了污水资源化。
该方法及净化器设备不仅能广泛应用于净化船舶污水，而且可广泛应用于各行业有机污水及相关的废水处理。具有重大的现实价值和广阔的市场运用前景。
四、附图说明
图1是本发明所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理方法的工艺流程图。
图2是专用于本发明所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理方法的设备组装示意图。
图中：1-预处理器，2-高效厌氧反应器，3-高级氧化反应器，4-水封式贮气柜，5-除油器，6-空气通道，7-文丘里结构式污水入口，8-磁性格栅，9-除渣网板装置，10-沉砂出口，11-潜污射流泵，12-自动控制器，13-液态生成物出口，14-液态生成物入口，15-带自控装置的循环泵，16-螺旋反应管，17-相分离装置，18-生物气出口，19-止回阀，20-快速反应器入口，21-快速反应器，22-电磁阀，23-臭氧发生器，24-生物膜滤层，25-紫外线发生器，26-循环回流泵自动控制器，27-达标水出口。
五、具体实施方式
下面对本发明做出详尽描述。
如图1，一种无污泥高效一体化船舶污水净化处理方法，其特征是：该方法是一个由预处理反应、高效厌氧反应和高级氧化反应构成的循环反应系统，并由相应的预处理器1、高效厌氧反应器2和高级氧化反应器3构成的一体化设备来完成船舶污水的净化。即：
船舶污水经文丘里结构式污水入口7流入预处理器1，在充足的氧及磁力和机械能共同作用下，迅速发生反应，生成以H2为主的生物气，形成中间体A。其中生物气进入水封式贮气柜4中备用，中间体A流入高效厌氧反应器2中进行高效厌氧反应。
中间体A通过液态生成物出口13直接流入高效厌氧反应器2，在螺旋管16及循环泵15产生的强力作用下，发生快速厌氧反应，生成以CH4为主的生物气，形成中间体B。其中生物气进入水封式贮气柜4中备用，中间体B流入高级氧化反应器3中进行高级氧化反应。
中间体B经液态生成物入口14直接流入高级氧化反应器3的快速反应器21的入口20，在臭氧、超声高能及强大机械力共同作用的特殊环境条件下快速发生高级氧化反应，重金属等污染物被强氧化去除，虫卵、细菌及病毒均被臭氧、紫外线和超声波联合杀灭，残留物被生物膜滤层24截留在下部，经回流管回流至预处理器1被去除或参与系统反应，生物膜滤层24上部水可达国家污水综合一级排放标准，既可重复利用，也可通过达标水出口27直接排放。
如图2，一种专用于本发明所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理方法的设备，该设备由预处理器、高效厌氧反应器和高级氧化反应器构成：其中：
预处理器1由除油器5、空气通道6、文丘里结构式污水入口7、磁性格栅8、除渣网板装置9、沉砂出口10、潜污射流泵11、自动控制器12、液态生成物出口13及生物气出口18构成的底部为锥形的双室结构体构成，前室为充氧结构，后室为缺氧结构，两室通过磁性格栅8连通，后室的上部设有液态生成物出口13与高效厌氧反应器2的液态生成物入口14连通，后室的顶部设有生物气出口18与水封式贮气柜4连通，自动控制器12与潜污射流泵11和末端高级氧化反应器3的循环回流泵、超声波发生器、紫外线发生器25及臭氧发生器23连通。
高效厌氧反应器2由液态生成物入口14、带自控装置的循环泵15、螺旋反应管16、相分离装置17、生物气出口18及液态生成物出口13构成。其顶部设有生物气出口18与水封式贮气柜4连通，上部设有液态生成物出口13与高级氧化反应器3连通。
生物气从生物气出口18排出进入水封式贮气柜4中备用作燃料。
高级氧化反应器3由带止回阀19的液态生成物入口14、快速反应器21、电磁阀22、臭氧发生器23、生物膜滤层24、紫外线发生器25、循环回流泵自动控制器26及达标水出口27构成。
快速反应器21为已申请发明专利的技术产品，主要由循环回流泵、超声波发生器、螺旋反应管及辅料入口等部件构成。臭氧发生器23的出口与快速反应器21的辅料入口相连，其中快速反应器21的循环回流泵同时受控于自动控制器12和循环回流泵自动控制器26。当预处理器1的液面升至设定位置时，自动控制器12指示潜污射流泵11和快速反应器21的循环回流泵及超声波发生器、紫外线发生器25、臭氧发生器23同时工作，连接快速反应器21的电磁阀22打开，回流管上的电磁阀22关闭，中间体B在快速反应器21中快速循环进行高级氧化反应；当液面回落至设定位置时，自动控制器12指示其控制的装置停止工作，连接快速反应器21的电磁阀22关闭，回流管上的电磁阀22打开，循环回流泵自动控制器26指示循环回流泵工作，将快速反应器21中的残液抽回预处理器1，实现自动控制运行。
高级氧化反应器3的回流管与快速反应器21的循环回流泵及文丘里结构式污水入口7连通。
Claims (10)
1、一种无污泥高效一体化船舶污水净化处理方法，其特征是：该方法是一个由预处理反应、高效厌氧反应和高级氧化反应构成的循环反应系统，并由相应的预处理器1、高效厌氧反应器2和高级氧化反应器3构成的一体化设备来完成船舶污水的净化。即：
船舶污水流入预处理器1迅速反应生成以H2为主的生物气，形成中间体A，其中生物气排入水封式贮气柜4中备用；中间体A流入高效厌氧反应器2快速进行厌氧反应，生成以CH4为主的生物气，形成中间体B，其中生物气排入水封式贮气柜4中备用；中间体B流入高级氧化反应器3，臭氧、超声高能及强大机械力共同作用将污染物快速强氧化去除，同时杀灭虫卵、细菌及病毒，残留物被生物膜滤层24截留在下部，经回流管回流至预处理器1被去除或参与系统反应，其上部是达标水，既可重复利用，也可直接排放。
2、根据权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法，其特征是：预处理器1内置磁性格栅8，不仅能实现除渣及二次破乳除油，而且可去除部分重金属等有毒物，改善污水的可生化性。或内置其它磁性结构或磁体。其中磁性材料既可是永久磁材，也可是电磁体。
3、根据权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法，其特征是：预处理器1的入口为文丘里充氧结构，空气经空气通道6从喉部被吸入，以强化氧的传递。
4、根据权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法，其特征是：预处理器1内设有潜污射流泵11，以产生粉碎、剪切、冲击、搅拌等机械力，加快反应速度，同时将固形有机物均匀分散于液相中。
5、根据权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法，其特征是：高效厌氧反应器2内设有螺旋管16及循环泵15构成的装置，以产生强大的剪切、冲击、离心、收缩与扩张及搅拌等机械力，极大地加快反应速度。或内置其它能产生强大机械力的装置。
6、根据权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法，其特征是：高级氧化反应器3内设有臭氧发生器23，以增强快速反应器21的强氧化力，加快反应速度，确保污泥零排放的实现，同时将反应时间缩得更短。
7、根据权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法，其特征是：该无污泥高效一体化船舶污水净化设备为自动控制运行。其中，高效厌氧反应器2的循环泵由自带的控制装置控制运行。自动控制器12控制快速反应器21的循环回流泵、超声波发生器、紫外线发生器25、臭氧发生器23及潜污射流泵11。快速反应器21的循环回流泵同时还受循环回流泵自动控制器的控制。
当预处理器1的液面升至设定位置时，自动控制器12指示潜污射流泵11和快速反应器21的循环回流泵及超声波发生器、紫外线发生器25、臭氧发生器23同时工作，连接快速反应器21的电磁阀22打开，回流管上的电磁阀22关闭，中间体B在快速反应器21中快速循环进行高级氧化反应；当液面回落至设定位置时，自动控制器12指示其控制的装置停止工作，连接快速反应器21的电磁阀22关闭，回流管上的电磁阀22打开，循环回流泵自动控制器26指示循环回流泵将快速反应器21中的残液抽回预处理器1，实现自动控制运行。
8、根据权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法，其特征是：该无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法及净化器设备不仅能广泛应用于净化船舶污水，而且可广泛应用于各行业有机污水及与次相关的废水处理。
9、一种用于如权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法的装置，其特征是：该装置由预处理器1的充氧结构前室与缺氧结构的后室通过磁性格栅8连通，后室上部的液态生成物出口13与高效厌氧反应器2的液态生成物入口14连通，高效厌氧反应器2上部的液态生成物出口13与高级氧化反应器3连通，高级氧化反应器3的回流管与预处理器1的污水入口7连通。
10、一种用于如权利要求1所述的无污泥高效一体化船舶污水净化处理技术方法的装置，其特征是：该装置由预处理器1后室的顶部生物气出口18与水封式贮气柜4连通，高效厌氧反应器2的顶部生物气出口18与水封式贮气柜4连通，水封式贮气柜4中贮备的生物气可直接作燃料，设置水封式贮气柜4还保证了生物气贮存和燃烧的安全。
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