[发明专利]超声强化内电解耦合生物法处理船舶污水的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理船舶污水的装置与方法，特别是一种可以有效去除船舶生活污水中的氮磷污染物的装置与方法。

背景技术

伴随着航运事业和现代海洋开发技术飞速发展，世界上约70％～80％的货运都由船舶负责，而船舶运行过程中不可避免地会排放船舶污水。由于船舶污水的污染负荷高，大量有机物和氮磷元素进入水体，导致藻类和微生物等过度生长繁殖，水体富营养化引发赤潮和水华，严重影响了海洋生态环境的可持续发展。目前关于船舶污水治理的研究还停留在有机物、SS等污染指标，而国际海事组织(InternationalMaritimeOrganization，简称IMO)在MARPOL第64次会议上，通过了《2012年生活污水处理装置排放标准和性能试验导则》，导则新增了总氮和总磷的排放要求，将于2016年1月1日起代替MEPC.159(55)决议。为了适应新的排放标准，保护海洋环境，采取有效的水处理技术去除船舶污水中的污染物具有重要意义。

目前，国内外船舶生活污水的处理技术主要集中在膜生物反应器(MBR)对于有机物和SS的去除效果，而对于MBR脱氮除磷的研究较少，仅有的研究也主要将城市生活污水脱氮除磷的A²/O工艺或混凝、高级氧化等物化方法与MBR联合起来。采用投加聚合铝盐或铁盐的方法，虽然可以有效去除污水中的磷元素，但对总氮的去除没有效果。且投加药剂的物化方法存在处理成本高、污泥产生量大且难处理等问题。将传统的A/O工艺、A²/O工艺与MBR反应器联合起来用于船舶生活污水的脱氮除磷，其去除效果较好，但存在反应装置占地过大，过度浪费有限的船舶空间的问题。同时，A/O工艺、A²/O工艺涉及硝化液及污泥的回流问题，增加了操作的难度，不适用于技术有限的船舶上。

内电解法基于电化学中的电池反应，金属铁作为阳极材料和其他阴极材料浸没在电解质溶液中发生电化学反应。在此电化学反应中产生的新生态[H]和Fe²⁺等可与废水中的多种污染物发生氧化还原反应，不仅可以破坏发色、助色基团，还能将大分子物质断裂为小分子物质，有效达到脱色和提高废水可生化性的目的。电化学腐蚀产生的Fe²⁺和Fe³⁺可与正磷酸盐反应生成沉淀，有效去除废水中的P元素，在碱性条件下，Fe²⁺和Fe³⁺还可以生成絮凝剂Fe(OH)₂和Fe(OH)₃，对水中的胶体和悬浮物有絮凝作用，净化废水。但内电解技术也存在以下缺陷：反应需在酸性或充氧条件下发生，需要调节进出水pH值，且此种情况下铁腐蚀速度加快，曝气增加了运行成本；体系运行一段时间后容易出现原料板结和堵塞现象，降低处理效果。基于铁炭内电解技术存在的技术缺陷，催化铁电解技术改用投加惰性金属做阴极材料，与铁形成原电池增大两极间的电位差，并加速阳极铁的腐蚀。催化铁技术无需调节进出水pH，无需增加曝气措施就可获得高效的电化学体系。催化铁体系中阴极惰性金属的种类、不同的材料配比、材料的物理性质和金属两极的搭载方式都将影响电解效率。用于废水处理的铁原料常采用机械加工产生的废铁屑或铁刨花，采用在废铁屑中加入惰性金属丝、片或在铁刨花上镀惰性金属的方式构成电化学系统。该体系与铁屑内电解技术的区别在于惰性金属阴极具有电化学催化作用，可以使吸附在金属表面的难降解有机物直接还原。单质铁为电子供体，而有机物为电子受体，有机物得电子破坏原有官能团(如碳双键断裂、偶氮键加氢还原、硝基还原为胺基、卤代有机物脱氯等)，难降解有机物脱色或分解为小分子有机物，废水可生化性提高。催化铁电解系统处理效果好、操作简便，克服了铁炭内电解系统pH适应范围小、铁消耗量大且容易发生堵塞等缺陷。