海洋污染一直是海洋生態(tài)環(huán)境面臨的重大問(wèn)題，隨著GB4914—2008和IMOMEPC.159(55)污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，海上船舶和海洋平臺(tái)生活污水裝置對(duì)生活污水處理后的出水排放指標(biāo)進(jìn)一步提高。
目前，海上設(shè)施常見(jiàn)的生活污水處理工藝有生化法加膜、生化加電絮凝和普通電解法，其中生化法加膜工藝和生化加電絮凝工藝是基于生化法實(shí)現(xiàn)污水處理的方法，生化法處理污水目前工藝技術(shù)相對(duì)成熟，但是由于海上設(shè)施為節(jié)省淡水消耗，沖廁水為海水，鹽度相對(duì)較高，生活污水裝置來(lái)水負(fù)荷不穩(wěn)定等特殊性，細(xì)菌的培養(yǎng)受到嚴(yán)重影響，生活污水裝置容易處于癱瘓狀態(tài)，重新進(jìn)行細(xì)菌的培養(yǎng)還需要一定的時(shí)間，這樣會(huì)一定程度上造成海洋污染。此外，生化法處理工藝占用面積大，無(wú)論是海上平臺(tái)還是船舶設(shè)施空間有限，合理利用海上空間是海上生活污水裝置可行性的關(guān)鍵因素之一。膜工藝需要定期進(jìn)行膜的清洗，清洗劑一般為危化品，如氫氧化鈉。膜的清洗人員不專(zhuān)業(yè)、清洗不及時(shí)，會(huì)造成設(shè)備的損壞和人員的傷害，因此不適合海上平臺(tái)和船舶使用。經(jīng)調(diào)研，渤海灣附近的海上設(shè)施采用普通電解法，普通電解法處理生活污水均采用弱電解方式，電極為普通管式石墨電極，電解過(guò)程中電極棒的工作電壓、電流和電極棒功率隨著污水處理量多少稍有差異，電解過(guò)程產(chǎn)生的羥基自由基、有效氯等強(qiáng)氧化劑的濃度較低，降解COD的能力有限，另外一個(gè)弊端，采取普通電解法的裝置工藝不涉及保安濾器等過(guò)濾裝置，出水懸浮物較高，嚴(yán)重影響出水指標(biāo)，
基于以上海洋平臺(tái)污水處理工藝，筆者研究設(shè)計(jì)了一種強(qiáng)電解生活污水處理工藝，以期實(shí)現(xiàn)綠色高效降解污水COD的方法，實(shí)現(xiàn)污水的零排放。
一、系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)
如圖1所示，強(qiáng)電解生活污水處理裝置是利用電解產(chǎn)生的羥基自由基和有效氯處理生活污水的新型生活污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)電解處理主撬單元、一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)濾單元、電解后的分解過(guò)濾單元及其他附屬設(shè)備組成，處理裝置采用獨(dú)立的就地控制盤(pán)，自動(dòng)化控制，可連續(xù)地處理生活用污水。
首先來(lái)自海上設(shè)施生活區(qū)的黑水以及經(jīng)撇油處理的灰水進(jìn)入調(diào)節(jié)處理單元的緩沖罐中，緩沖罐與主撬的工藝調(diào)節(jié)罐由管道聯(lián)通;調(diào)節(jié)罐配裝有液位控制系統(tǒng)，污水液位達(dá)到啟動(dòng)液位高度時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和粉碎泵，將來(lái)自水中的雜質(zhì)污物粉碎后送往系統(tǒng)的過(guò)濾裝置，濾掉大于1mm的污物雜質(zhì)
經(jīng)過(guò)濾后的污水按比例摻加一定量的海水，在多功能處理罐預(yù)處理艙室內(nèi)混合，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)曝氣。混合后的污水由電極提升泵提升至強(qiáng)電解槽，在電解槽內(nèi)水和氧氣在強(qiáng)電場(chǎng)作用下將大部分氧氣、水等電離，產(chǎn)生的羥基自由基以及氧正基(O2+)等活性粒子溶解在海水中形成羥基溶液，此外電解海水中的氯化鈉等鹽類(lèi)物質(zhì)生成有效氯(包括HClO、ClO+、Cl2)強(qiáng)氧化物質(zhì)#對(duì)污水降解處理后，先流入多功能罐清水罐艙室中脫氣處理，防止電解產(chǎn)生的氫氣濃度過(guò)高發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。羥基自由基產(chǎn)生過(guò)程如圖2所示。
在電解槽內(nèi)電解生成有效氯涉及的離子反應(yīng)有：
2Cl-→Cl2+2e
2H2O+2e→2OH-+H2
Cl2+2OH+=ClO-+Cl-+H2O
ClO-+H2O=HClO+OH-
HClO=H++ClO-
總反應(yīng)NaCl+H2O→NaClO+H2"經(jīng)脫氣后的污水含有羥基自由基和有效氯氧化型消毒劑，通過(guò)外排泵輸送到分解沉降罐滯留一段時(shí)間進(jìn)行充分反應(yīng)，在此進(jìn)一步殺菌消毒、均質(zhì)化，最后達(dá)標(biāo)排放。分解沉降罐內(nèi)置過(guò)濾器，電極排出的垢類(lèi)雜質(zhì)經(jīng)過(guò)濾，會(huì)沉降到罐的底部緩慢溶解，少量殘?jiān)枰ㄆ谂懦觥Ｏ到y(tǒng)工藝設(shè)計(jì)回流管線，對(duì)前端工藝提前預(yù)處理，將部分達(dá)標(biāo)排放的污水回流至緩沖罐、調(diào)節(jié)罐和多功能處理罐，提前對(duì)污水預(yù)處理氧化除臭。
二、系統(tǒng)控制
整個(gè)污水裝置選用西門(mén)子200SmartPLC作為控制器，系統(tǒng)具有就地和遠(yuǎn)程控制功能，采用Smart1000IE觸摸屏和現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備就地控制，同時(shí)利用上位機(jī)WinCC組態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常處于全自動(dòng)工作狀態(tài)，無(wú)需人員手動(dòng)操作，大幅減少設(shè)備巡檢人員的工作量。系統(tǒng)主要控制的設(shè)備有粉碎泵、電解提升泵、外排泵、風(fēng)機(jī)和電解電極。當(dāng)PLC檢測(cè)到高液位啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)按風(fēng)機(jī)、粉碎泵、供液泵、電解、出液泵的順序啟動(dòng)各設(shè)備進(jìn)行污水的電解處理。當(dāng)設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，污水處理罐中污水液位不斷降低至低液位信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)停止電解程序，首先關(guān)閉電解輸出、出液泵和粉碎泵，之后停止風(fēng)機(jī)和供液泵，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)待機(jī)狀態(tài)。
系統(tǒng)配置有稀釋風(fēng)機(jī)，用于稀釋電解產(chǎn)生的氫氣，稀釋符合標(biāo)準(zhǔn)后排出舷外。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，啟動(dòng)后風(fēng)機(jī)永遠(yuǎn)先于其他設(shè)備先啟動(dòng)運(yùn)行，關(guān)閉時(shí)遲后于其他設(shè)備停止運(yùn)行，以把脫氣室內(nèi)的殘余氫氣排出。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有風(fēng)道水封機(jī)構(gòu)置于多功能罐脫氫室上部，由自動(dòng)補(bǔ)水器為水封器供水，用以風(fēng)機(jī)與脫氣室的密閉隔離。
整個(gè)污水處理系統(tǒng)的核心為電極，電極鍍鉑鈦電極，鈦電極電流效率高，節(jié)能效果好，具有抗腐蝕性能，活性層失活后可以重涂，基體可重復(fù)使用。通過(guò)整流電源輸入380V50Hz-3P供電，輸出功率可根據(jù)污水處理量和污水外排標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電流可調(diào)(最大可至100A)，電壓可調(diào)(最大可至50V)。自動(dòng)運(yùn)行模式中，電解輸出時(shí)啟動(dòng)序列里最后一個(gè)執(zhí)行動(dòng)作的設(shè)備，也是自動(dòng)停止電解程序里最先退出運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。
系統(tǒng)具有異常報(bào)警功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到氫氣濃度過(guò)高、液位過(guò)高、泵或風(fēng)機(jī)過(guò)載、電極過(guò)載及低液位等情況時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，裝置退出自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，等待設(shè)備巡檢人員檢查故障并進(jìn)行復(fù)位，報(bào)警去除后，方可恢復(fù)正常使用。
三、測(cè)試
3.1羥基自由基和有效氯降解COD的試驗(yàn)
強(qiáng)電解法處理污水工藝?yán)煤Ｋ娊夥椒óa(chǎn)生強(qiáng)氧化劑對(duì)污水進(jìn)行處理，但由于海水中含有大量氯離子，氯離子會(huì)使污水COD測(cè)量結(jié)果偏高。本項(xiàng)目采用國(guó)標(biāo)GB11914-1989重鉻酸鉀測(cè)定法進(jìn)行COD測(cè)試，根據(jù)氯離子濃度加入適量硫酸汞屏蔽氯離子干擾。試驗(yàn)選取未經(jīng)處理的早高峰期生活污水作為水樣，測(cè)得COD值為650mg/L，通過(guò)配比一定量海水，電解電極工作電壓設(shè)置為45V、電流70A，經(jīng)筆者設(shè)計(jì)裝置進(jìn)行處理，處理后污水每隔15min采樣一次，進(jìn)行COD化驗(yàn)。多次試驗(yàn)測(cè)得COD值與消解沉降時(shí)間關(guān)系如圖3所示，可以看出，增加污水與氧化劑消解反應(yīng)時(shí)間可以提高COD的去除率，反應(yīng)超過(guò)3h，COD去除率可達(dá)96%，消解時(shí)間20min左右COD值就達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的臨界值。
3.2羥基自由基和有效氯殺滅污水微生物的試驗(yàn)
羥基自由基和有效氯等氧化劑致死水中細(xì)菌和單細(xì)胞藻類(lèi)試驗(yàn)如圖4所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，在強(qiáng)電解產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑的作用下，電解產(chǎn)生氧化劑濃度大于0.22mg/L，溶液就可以致死污水中細(xì)菌，致死率可達(dá)100%，電解產(chǎn)生的氧化劑濃度大于0.7mg/L溶液對(duì)單細(xì)胞藻類(lèi)的致死率達(dá)100%
4結(jié)束語(yǔ)
結(jié)合現(xiàn)有海上平臺(tái)和船用設(shè)備生活污水裝置存在的問(wèn)題!筆者通過(guò)工藝設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)分析!提出一種基于強(qiáng)電解方法的生活污水處理裝置。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)呐浔群Ｋ脱b置的運(yùn)行電流、電壓!利用強(qiáng)電解產(chǎn)生的羥基自由基、有效氯等強(qiáng)氧化物質(zhì)降解污水中的COD，不到20minCOD值已小于300mg/L，適當(dāng)增加消解反應(yīng)時(shí)間COD去除效果可達(dá)90%以上。同時(shí)能夠致死污水中的細(xì)菌、大腸桿菌及抱子等微生物(致死率100%)。排放的污水經(jīng)濾器過(guò)濾后，懸浮物有效去除，濁度下降90%以上。因此，該電解式生活污水處理裝置適用于海上設(shè)施，能夠有效處理生活污水。整個(gè)工藝綠色環(huán)保，無(wú)有害物質(zhì)產(chǎn)生，且系統(tǒng)裝置自動(dòng)化程度高，占地面積小，處理后的污水符合國(guó)標(biāo)，COD值遠(yuǎn)小于300mg/L，有廣闊的應(yīng)用前景。（ >
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