申請日2013.10.22
公開(公告)日2014.01.22
IPC分類號C02F9/06
摘要
本發(fā)明為一種海上平臺生活污水的組合處理方法及組合處理系統(tǒng)，其特征在于：所述組合處理方法包括如下步驟：1)預(yù)處理：將海上平臺生活污水依次經(jīng)粉碎、油水分離及細格柵粗過濾步驟進行預(yù)處理，去除大部分大分子物質(zhì);2)陶瓷膜微濾處理：將預(yù)處理出水通過陶瓷微濾膜深度過濾處理，使得出水懸浮物含量能夠達到≤35mg/L的標準;3)光電催化氧化處理：處理時間為0.5-2h;出水即直接實現(xiàn)達標排放，產(chǎn)生的污泥再運回陸地處理。所述組合處理系統(tǒng)，包括垃圾粉碎泵(1)、潷油器(2)和細格柵(3)、固廢罐(4)，緩沖罐(5)，陶瓷微濾膜裝置(6)，光電催化氧化一體化裝置(7)和絮凝沉淀池(8)。
權(quán)利要求書
1.一種海上平臺生活污水的組合處理方法，其特征在于：
所述組合處理方法包括如下步驟：
1)預(yù)處理：將海上平臺生活污水依次經(jīng)粉碎、油水分離及細格柵粗過濾步驟進行 預(yù)處理，去除大部分大分子物質(zhì);
2)陶瓷膜微濾處理：將預(yù)處理出水通過陶瓷微濾膜深度過濾處理，使得出水懸浮 物含量能夠達到≤35mg/L的標準;
3)光電催化氧化處理：將陶瓷膜過濾出水進入光電催化氧化一體化裝置進行光電 催化氧化處理，處理時間為0.5-2h;出水即直接實現(xiàn)達標排放，產(chǎn)生的污泥運回陸地處 理。
2.一種海上平臺生活污水的組合處理系統(tǒng)，其特征在于，所述組合處理系統(tǒng)包括管道 依次連接的預(yù)處理單元、陶瓷膜微濾單元和光電催化氧化單元三部分，其中所述預(yù)處理 單元包括依次連接的垃圾粉碎泵(1)、潷油器(2)和細格柵(3)，所述細格柵的固廢 出口連接有固廢罐(4)，用于暫時儲存大分子固定廢物，所述細格柵的出水口連接有與 陶瓷膜微濾單元相連的緩沖罐(5)，用于均質(zhì)細格柵過濾出水;所述陶瓷膜微濾單元由 數(shù)組并聯(lián)的0.2-1μm陶瓷微濾膜及基體組成，單元前面設(shè)置進水泵，污水回流采用射 流器與進水混合，陶瓷膜微濾單元還配有自動反沖洗裝置;所述陶瓷膜微濾單元后連接 有光電催化氧化單元;陶瓷膜微濾單元還連接有絮凝沉淀池(8)，所述絮凝沉淀池(8) 上部通過管道連接光電催化氧化一體化裝置(7)，底部連接固廢罐(4)，從而使處理后 的上清液打入光電催化氧化一體化裝置(7)處理，底部沉淀物排入固廢罐(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合處理方法，其特征在于，包括如下步驟：
1)預(yù)處理：經(jīng)過預(yù)處理單元中的垃圾粉碎泵(1)粉碎處理、潷油器(2)油水分 離處理以及細格柵(3)過濾處理后，去除大部分大分子物質(zhì)進入緩沖罐(5)均質(zhì)細格 柵過濾出水;
2)陶瓷膜微濾處理：經(jīng)供水泵將預(yù)處理出水進入陶瓷微濾膜微濾裝置(6)進行陶 瓷膜深度過濾處理，使得出水懸浮物含量能夠達到≤35mg/L的標準;
3)光電催化氧化處理：將陶瓷膜過濾出水進入光電催化氧化一體化裝置(7)進行 光電催化氧化處理，處理時間為0.5-2h;出水即直接實現(xiàn)達標排放，產(chǎn)生的污泥進入固 廢回收罐(4)運回陸地處理。
所述的陶瓷膜微濾處理是在采用數(shù)組并聯(lián)的0.2-1μm陶瓷微濾膜的陶瓷膜微濾裝 置(6)中進行，并配有自動反沖洗裝置，污水回流采用射流器與進水混合;膜通量為 300-650L/m2.h，污水在陶瓷膜微濾裝置中的流速為0.1-4m/s，回流量為15-60%，能夠 有效阻止1-10NTU雜質(zhì)的通過;其中所述陶瓷微濾膜選自氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯為主 體材料的復(fù)合陶瓷微濾膜;
所述的陶瓷膜微濾處理后產(chǎn)生的濃水經(jīng)絮凝沉淀處理，處理后的上清液打入光電催 化氧化一體化裝置(7)處理，沉淀物與所述污泥運回陸地處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合處理系統(tǒng)，其特征在于：
組合處理系統(tǒng)中所述陶瓷微濾膜為氧化鋁復(fù)合陶瓷微濾膜，其制備方法包括如下步 驟：
用αA1203、煅燒蘇州土和蘇州土為原料、添加不同量的成孔劑經(jīng)1350℃燒成，保 溫1h得到不同孔隙率的A12O3陶瓷基體。采用濕法球磨方法制備平均粒徑小的陶瓷基體 坯料。以硝酸鋁Al(NO3)3·9H2O、正硅酸乙酯Si(OC2H5)4、氧氯化鋯ZrOCl2-8H2O和鈦 酸四丁酯Ti(OC4H9)4為主要原料采用分步水解法制備A12O3-SiO2-ZrO2-TiO2復(fù)合溶膠。 用ZrOCl2-8H2O的預(yù)水解溶液作為催化劑，以鋯鋁雙金屬偶聯(lián)劑;添加甲基丙烯鋯鋁酸 酯0.5-2.5%溶膠總組分重量百分比作為偶聯(lián)架橋劑;制備了組分重量比為AI：Si：Zr： Ti=4：1：1：l的四元復(fù)合溶膠，其pH=6.0～7.0。采用浸漬提拉的方法多次涂膜，并通 過分級干燥和焙燒工藝制備得到無裂紋、孔徑分布窄的A1203-Si02-Zr02-Ti02氧化鋁復(fù)合 陶瓷微濾薄膜;
組合處理系統(tǒng)中所述的光電催化氧化一體化裝置為密閉性長方體狀，外殼采用硬質(zhì) PVC、PPR耐腐蝕性材料，外部輔以不銹鋼板，內(nèi)部設(shè)置若干陰陽極板對，陰陽極板對 為兩個長方體狀，陰極板在內(nèi)側(cè)，陽極板在外側(cè)，其中陰陽極板間距為0.5-2cm，且陰 極板為網(wǎng)孔狀，以利于紫外光的穿透照射，陰極板內(nèi)布置若干根紫外光源，紫外光源外 部套有石英管，陰極板、陽極板以及紫外光源底部為進水布水板，進水布水板下方設(shè)置 有若干根進水管，所述進水管上密布有出水小孔，使進水管出水均勻;
所述陰陽極板的電極材料采用鈦基材表面固載貴金屬物質(zhì)制備而成，貴金屬物質(zhì)采 用鉑、釕、銥、銣、鋯等氧化物中的一種或多種物質(zhì)，同時負荷二氧化鈦、硫化鎘、氧 化鐵和二氧化錳中的一種或多種具有光學(xué)活性物質(zhì);所述的紫外光源采用波長為200～ 400nm的高壓汞燈、中壓汞燈及紫外燈中的一種或多種。
說明書
一種海上平臺生活污水的組合處理方法及組合處理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及生活污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海上平臺生活污水的組合處理方法 及組合處理系統(tǒng)，具體是主要采用預(yù)處理+陶瓷膜深度過濾+光電催化氧化的組合處理方法 以及由相關(guān)設(shè)備組成的組合處理系統(tǒng)，使得海上平臺生活污水實現(xiàn)達標排放。
背景技術(shù)
隨著海洋石油的開發(fā)，海上平臺生活污水對海洋環(huán)境的污染越來越受到重視。國際海 事組織(IMO)在1973年制定的《國際防止船舶污染公約》對防止生活污水造成的污染做 了嚴格的規(guī)定。中國在1983年制定了《船舶污染物排放標準》，1986年制定了《海船防污 結(jié)構(gòu)與設(shè)備規(guī)范》，對船舶生活污水的處理與設(shè)備進行了規(guī)范。20世紀70年代初，國際上 開始進行船用生活污水處理裝置的研究與開發(fā)，目前已經(jīng)達到商品應(yīng)用階段。常用生活污 水處理方法主要分為三類：物理化學(xué)法、生物法和電解法。
到目前為止，國內(nèi)外普遍采用的除磷方法主要有化學(xué)除磷法和生物除磷法，以及化學(xué) 和生物除磷相結(jié)合的生化除磷法。
(1)物理化學(xué)法
物理化學(xué)法的工作原理是將粉碎泵粉碎后的污水加入消毒藥劑，污水消毒后經(jīng)過分 離，處理為澄清水和污泥，將澄清水排出，污泥定期排走。該方法需要有一定的空間儲存 消毒藥劑，而消毒藥劑長時間儲存后其消毒能力下降是其短板。
(2)生化法
生化法是一種利用微生物來處理污水的方法。生化法處理海上平臺生活污水的影響因 素主要有溶解氧、水體溫度、營養(yǎng)物質(zhì)、pH值和有機負荷率等，平臺上采用生化法處理生 活污水主要存在以下幾方面的問題：1)生化法中的活性污泥易受污水中油污或化學(xué)藥劑 的影響而死亡;2)以中國渤海海域為例，當冬季氣溫低時微生物降解有機物的能力大幅 下降;3)當系統(tǒng)停止運行一段時間后也容易造成微生物群因為沒有養(yǎng)料而死亡;4)平臺 上污水產(chǎn)生量的不均勻性使進入污水處理裝置的污水具有一定的沖擊性，對微生物活動有 一定的影響;5)曝氣罐中污水處理需要較長的時間，需要有較大的空間;6)由于部分平 臺采用海水沖廁，因此污水中鹽含量高，而高鹽環(huán)境下微生物的種群簡單、耐沖擊性更差、 處理效果不理想。
(3)電解法
電解法是通過電化學(xué)過程產(chǎn)生消毒劑(ClO-)來對生活污水進行氧化和消毒。其原理 是將混有海水和生活污水，流經(jīng)電解槽，產(chǎn)生ClO-來對生活污水進行消毒和氧化，電解法 不需要額外使用藥劑，占地面積小，操作維修簡單，其缺點是極板損耗高同時容易堵塞造 成設(shè)備的不穩(wěn)定運行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于海上平臺生活污水處理組 合處理方法及其組合系統(tǒng)，以達到穩(wěn)定處理并達標排放海上平臺生活污水的目的。
本發(fā)明主要采用一種組合工藝，以克服現(xiàn)有工藝的不足，本組合工藝采用預(yù)處理+陶 瓷膜深度過濾+光電催化氧化組合處理方法對海上平臺生活污水進行處理，生活污水首先 經(jīng)過粉碎、油水分離、細格柵過濾等預(yù)處理后，能夠截留住大部分大塊固體物質(zhì)與油分， 過濾出水經(jīng)過緩沖罐均質(zhì)后，再經(jīng)過陶瓷膜深度過濾處理，出水懸浮物含量能夠達到≤ 35mg/L的標準，后續(xù)再經(jīng)過光電催化氧化技術(shù)方法的光電處理設(shè)備處理使其水質(zhì)達到處理 要求。
陶瓷膜是以氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等材料經(jīng)特殊工藝制備而成的多孔非對稱膜。陶 瓷膜過濾是一種“錯流過濾”形式的流體分離過程：在壓力作用的驅(qū)動下，廢水在膜管內(nèi) 流動，小分子物質(zhì)透過膜，含大分子組分的濃縮液被膜截留，從而使流體達到分離、濃縮、 純化的目的。陶瓷膜的過濾精度涵蓋微濾和超濾，微濾膜的過濾孔徑范圍在0.05μm至 1.4μm之間，超濾膜的過濾精度范圍可在10KDa-50KDa之間，可根據(jù)物料的粘度、懸浮物 含量選擇不同孔徑的膜，以達到澄清分離的目的。陶瓷膜具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、機械 強度高、抗微生物能力強、滲透量大、可清洗性強、孔徑分布窄、分離性能好和使用壽 命長等特點，目前已在化工與石油化工、食品、生物和醫(yī)藥等領(lǐng)域分離工藝獲得成功應(yīng)用。 本發(fā)明的顯著技術(shù)特征之一，就是在于開發(fā)的新的陶瓷濾膜制備工藝，通過加入鋯鋁雙金 屬偶聯(lián)劑，獲得了一種性能顯著改善的氧化鋁復(fù)合陶瓷微濾膜制品，提高了生活污水的處 理能力及濾膜使用壽命。鋯鋁雙金屬偶聯(lián)劑的使用，在溶膠體系反應(yīng)前起到原料組分的表 面活性和分散作用，在溶膠體系反應(yīng)過程中起到偶聯(lián)架橋作用，能夠使各有機組分官能團 同無機及金屬組分結(jié)構(gòu)橋聯(lián)更為強化，在涂膜過程中能夠使復(fù)合溶膠涂層組分同陶瓷基體 附著更為緊密深入，在最后的焙燒過程中，能夠通過有機成分的揮發(fā)增強微濾膜的孔隙率 和孔強度，改善比表面積，從而提高了所制備氧化鋁復(fù)合陶瓷微濾膜的綜合性能。
光電催化氧化技術(shù)是利用光化學(xué)法產(chǎn)生羥基自由基·OH等多種強氧化劑從而將有機 污染物徹底氧化為無機小分子，電催化氧化技術(shù)通過陽極產(chǎn)生強氧化劑降解有機物，使污 染物質(zhì)在電極表面上直接氧化或者利用電極表面產(chǎn)生的活性物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)從而達到 去除污染物的目的。光催化氧化和電催化氧化過程的耦合產(chǎn)生了一定的協(xié)同作用，促使光 電催化降解過程具有更高的降解效率。實現(xiàn)了兩種高級氧化技術(shù)的集成和優(yōu)勢互補，使得 出水COD、氨氮、大腸桿菌、SS等指標均達到排放標準，其處理效果要遠遠強于單獨的電 解技術(shù)。本發(fā)明的另一顯著技術(shù)特征，就在于開發(fā)了具有復(fù)合結(jié)構(gòu)和復(fù)合電極功能的光電 催化氧化一體化裝置;從而全面完成了海上平臺生活污水的組合處理方法及其處理系統(tǒng)的 技術(shù)改進。
本發(fā)明為一種海上平臺生活污水的組合處理方法，其特征在于：
所述組合處理方法包括如下步驟：
1)預(yù)處理：將海上平臺生活污水依次經(jīng)粉碎、油水分離及細格柵粗過濾步驟進行預(yù) 處理，去除大部分大分子物質(zhì);
2)陶瓷膜微濾處理：將預(yù)處理出水通過陶瓷微濾膜深度過濾處理，使得出水懸浮物 含量能夠達到≤35mg/L的標準;
3)光電催化氧化處理：將陶瓷膜過濾出水進入光電催化氧化一體化裝置進行光電催 化氧化處理，處理時間為0.5-2h;出水即直接實現(xiàn)達標排放，產(chǎn)生的污泥再運回陸地處理。
本發(fā)明還提供了一種海上平臺生活污水的組合處理系統(tǒng)，其特征在于，包括管道依次 連接的預(yù)處理單元、陶瓷膜微濾單元和光電催化氧化單元三部分，其中所述預(yù)處理單元包 括依次連接的垃圾粉碎泵(1)、潷油器(2)和細格柵(3)三部分，所述細格柵的固廢出 口連接有固廢罐(4)，用于暫時儲存大分子固定廢物，所述細格柵的出水口連接有與陶瓷 膜微濾單元相連的緩沖罐(5)，用于均質(zhì)細格柵過濾出水;所述陶瓷膜微濾單元由數(shù)組并 聯(lián)的0.2-1μm陶瓷微濾膜及基體組成，單元前面設(shè)置進水泵，污水回流采用射流器與進水 混合，陶瓷膜微濾單元還配有自動反沖洗裝置;所述陶瓷膜微濾單元后連接有光電催化氧 化單元;陶瓷膜微濾單元連接絮凝沉淀池(8)，所述絮凝沉淀池(8)上部通過管道連接 光電催化氧化一體化裝置(7)，底部連接固廢罐(4)，從而使處理后的上清液打入光電催 化氧化一體化裝置(7)處理，底部沉淀物排入固廢罐(4)。
根據(jù)本發(fā)明所述的組合處理方法，其特征在于，包括如下步驟：
1)預(yù)處理：經(jīng)過預(yù)處理單元中的垃圾粉碎泵(1)粉碎處理、潷油器(2)油水分離 處理以及細格柵(3)過濾處理后，去除大部分大分子物質(zhì)進入緩沖罐(5);
2)陶瓷膜微濾處理：經(jīng)供水泵將預(yù)處理出水進入陶瓷微濾膜微濾裝置(6)進行陶瓷 膜深度過濾處理，使得出水懸浮物含量能夠達到≤35mg/L的標準;
3)光電催化氧化處理：將陶瓷膜過濾出水進入光電催化氧化一體化裝置(7)進行光 電催化氧化處理，處理時間為0.5-2h;出水即直接實現(xiàn)達標排放，產(chǎn)生的污泥進入固廢回 收罐(4)運回陸地處理;
所述的陶瓷膜微濾處理是在采用數(shù)組并聯(lián)的0.2-1μm陶瓷微濾膜的陶瓷膜微濾裝置 (6)中進行，并配有自動反沖洗裝置，污水回流采用射流器與進水混合;膜通量為 300-650L/m2.h，污水在陶瓷膜微濾裝置中的流速為0.1-4m/s，回流量為15-60%，能夠有效 阻止1-10NTU雜質(zhì)的通過;其中所述陶瓷微濾膜選自氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯為主體材料 的復(fù)合陶瓷微濾膜;
所述的陶瓷膜微濾處理后產(chǎn)生的濃水經(jīng)絮凝沉淀處理，處理后的上清液打入光電催化 氧化一體化裝置(7)處理，沉淀物與所述污泥運回陸地處理。
根據(jù)本發(fā)明所述的組合處理系統(tǒng)，其特征在于：組合處理系統(tǒng)中所述陶瓷微濾膜為氧 化鋁復(fù)合陶瓷微濾膜，其制備方法包括如下步驟：
用αA1203、煅燒蘇州土和蘇州土為原料、添加不同量的成孔劑經(jīng)1350℃燒成，保溫 1h得到不同孔隙率的A12O3陶瓷基體。采用濕法球磨方法制備平均粒徑小的陶瓷基體坯料。 以硝酸鋁Al(NO3)3·9H2O、正硅酸乙酯Si(OC2H5)4、氧氯化鋯ZrOCl2-8H2O和鈦酸四丁酯 Ti(OC4H9)4為主要原料采用分步水解法制備A12O3-SiO2-ZrO2-TiO2復(fù)合溶膠。用 ZrOCl2-8H2O的預(yù)水解溶液作為催化劑，以鋯鋁雙金屬偶聯(lián)劑;添加甲基丙烯鋯鋁酸酯 0.5-2.5%溶膠總組分重量百分比作為偶聯(lián)架橋劑;制備了組分重量比為AI：Si：Zr：Ti=4： 1：1：l的四元復(fù)合溶膠，其pH=6.0～7.0。采用浸漬提拉的方法多次涂膜，并通過分級干 燥和焙燒工藝制備得到無裂紋、孔徑分布窄的A1203-Si02-Zr02-Ti02氧化鋁復(fù)合陶瓷微濾薄 膜;
組合處理系統(tǒng)中所述的光電催化氧化一體化裝置為密閉性長方體狀，外殼采用硬質(zhì) PVC、PPR耐腐蝕性材料，外部輔以不銹鋼板，內(nèi)部設(shè)置若干陰陽極板對，陰陽極板對為兩 個長方體狀，陰極板在內(nèi)側(cè)，陽極板在外側(cè)，其中陰陽極板間距為0.5-2cm，且陰極板為 網(wǎng)孔狀，以利于紫外光的穿透照射，陰極板內(nèi)布置若干根紫外光源，紫外光源外部套有石 英管，陰極板、陽極板以及紫外光源底部為進水布水板，進水布水板下方設(shè)置有若干根進 水管，所述進水管上密布有出水小孔，使進水管出水均勻;所述陰陽極板的電極材料采用 鈦基材表面固載貴金屬物質(zhì)制備而成，貴金屬物質(zhì)采用鉑、釕、銥、銣、鋯等氧化物中的 一種或多種物質(zhì)，同時負荷二氧化鈦、硫化鎘、氧化鐵和二氧化錳中的一種或多種具有光 學(xué)活性物質(zhì);所述的紫外光源采用波長為200～400nm、、功率為4-200W的高壓汞燈、中 壓汞燈及紫外燈中的一種或多種。
本發(fā)明涉及的處理海上平臺生活污水的組合處理方法及組合處理系統(tǒng)具有以下有益 效果：
1、本發(fā)明方法與物化法相比較，不用額外使用消毒藥劑，占地面積小，處理效果好， 運行穩(wěn)定。
2、與生化法相比較，能夠有效避免生化法耐沖擊負荷差、冬季嚴寒條件下無法運行 等缺點，可以長時間穩(wěn)定運行。
3、光電催化氧化方法和單純電解法相比較，光電催化氧化技術(shù)能夠產(chǎn)生更多的臭氧、 羥基自由基、活性氯、次氯酸鈉等強氧化劑，其降低COD、氨氮、大腸桿菌等水質(zhì)指標的 能力更強。
4、陶瓷膜和高分子膜相比較，具有機械強度大，耐磨性好、使用壽命長、濃縮倍數(shù) 高、耐酸、耐堿、耐有機溶劑及強氧化劑性能好、易清洗等優(yōu)點，更加適合于海上平臺生 活污水的處理應(yīng)用。本發(fā)明所開發(fā)的新的陶瓷濾膜制備工藝，通過加入鋯鋁雙金屬偶聯(lián)劑， 使得氧化鋁復(fù)合陶瓷微濾膜的綜合性能顯著改善。
5、本發(fā)明提供的組合處理系統(tǒng)具有集成功能強，使用壽命長、實現(xiàn)出水達標排放且 處理效果穩(wěn)定的優(yōu)點。
