申请日2015.06.25
公开(公告)日2015.11.11
IPC分类号C02F9/06
摘要
一种电解法船舶生活污水处理系统，其污水收集罐的出口通过粉碎泵与电絮凝单元的入口连接，第一海水泵的出口也与电絮凝单元的入口连接，电絮凝单元的水出口与中间收集罐的入口连接;中间收集罐的出水口经过第二海水泵依次与电解单元的入口和消氯单元串联连接，经消氯单元消氯后的污水由排泄泵排放;在污水收集罐、电絮凝单元、中间收集罐、消氯单元的下端均设有排污口;在消氯单元的顶端设有氢气排放口和空气入口，空气入口与防爆风机连接。本发明的优点是：通过采用新的制作工艺和配方的氧化物阳极，使电解单元的电流密度降低，污水停留时间缩短，同时处理系统中其他处理单元的处理参数也相应降低，可以在一定程度上减小系统体积，降低系统能耗。
权利要求书
1.一种电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，包括电絮凝单元、电解单元、消氯单元及相关容器、泵、阀、管道，污水收集罐的出口通过粉碎泵与电絮凝单元的入口连接，第一海水泵的出口也与电絮凝单元的入口连接，电絮凝单元的水出口与中间收集罐的入口连接;中间收集罐的出水口经过第二海水泵依次与电解单元的入口和消氯单元串联连接，经消氯单元消氯后的污水由排泄泵排放;在污水收集罐、电絮凝单元、中间收集罐、消氯单元的下端均设有排污口;在消氯单元的顶端设有氢气排放口和空气入口，空气入口与防爆风机连接。
2.根据权利要求1所述的电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，所述的电解单元包括电解槽、氧化物阳极和阴极，在电解槽内设置氧化物阳极和阴极;该氧化物阳极包括钛基体及其表面的活性涂层，所述的活性涂层由Graphene、Au、ZrO2和SnO2组成，各成分的摩尔分数分别为Graphene：5～20%，Au:1～3%，Zr:10～30%，Sn:55～85%，载涂量≥5g/m2。
3.根据权利要求2所述的电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，所述的氧化物阳极的制备方法包括以下步骤：
(1)喷砂：对钛基体进行喷砂处理以增大表面粗糙度;
(2)除油：除去喷砂处理后的钛基表面的油污;
(3)刻蚀：除油后的钛基体置于沸腾的10%～30%草酸溶液刻蚀0.5-1h;
(4)涂层配置：按照所述的质量份数将石墨烯、氯金酸、硝酸锆、氯化锡溶于正丁醇或异丙醇或者两者任意比例的混合液中，加入少量浓盐酸，施加超声波后，再用搅拌器搅拌，使颗粒完全溶解;
(5)涂刷和烧结：将活性涂层均匀的涂覆在钛板上，然后在烘箱中干燥，再烧结后取出空冷;上述涂覆、干燥、烧结和冷却步骤反复3～8次，使载涂量≥5g/m2。
4.根据权利要求3所述的电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，所述的步骤(1)，采用粒径为3mm～0.125mm的玻璃珠，喷砂压力为0.7～0.9MPa。
5.根据权利要求3所述的电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，所述的步骤(2)，喷砂处理后的钛基体放入80℃碱洗液保温1h以除去表面油污，该碱洗液为8%的NaOH、Na2CO3、Na3PO4混合液，质量比为NaOH:Na2CO3:Na3PO4=5:28:46。
6.根据权利要求3所述的电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，所述的步骤(3)，除油后的钛基体置于沸腾的10%～30%草酸溶液刻蚀0.5-1h，用去离子水洗净后置于乙醇溶液中保存。
7.根据权利要求3所述的电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，所述的步骤(4)中，所述的石墨烯、氯金酸、硝酸锆、氯化锡溶于正丁醇或异丙醇或者两者的混合液中的摩尔含量分别为石墨烯Graphene：5~20%，Zr:10~30%，Au:1~3%，Sn:55~85%;浓盐酸的加入量为1ml-5ml，超声15min后，用磁力搅拌器搅拌45min以上使颗粒完全溶解;其金属离子浓度为0.15~0.35mol/L。
8.根据权利要求3所述的电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，所述的步骤(5)中，在钛基体涂覆活性涂层后，在120℃下烘箱中干燥10min，再在350～450℃下烧结10min后取出空冷;最后一次涂覆、干燥后，在350～450℃下的烧结炉中保温1h，取出空冷至室温得到所述的氧化物阳极成品。
说明书
电解法船舶生活污水处理系统
技术领域
本发明涉及一种电解法船舶生活污水处理系统，属于海洋环境工程领域。
背景技术
随着航运业和海洋开发的空前发展，海洋环境的污染也越来越严重，人类对海洋环境的保护也日益重视。由于海运所带来的船舶生活污水污染问题也逐渐引起人们的关注。船舶作为航运中的交通工具，是一种流动污染源，船舶生活污水的排放对海洋及内河的影响，随着船舶数量的增加而不容忽视。
为了严格控制船舶生活污水的排放，国际海事组织(IMO)从1976年至2012年制定了一系列相关标准及导则，其中最新的IMO决议(MEPC.227(64))即将于2016年1月1日起实施。具体IMO决议规定的排放要求见表-1。一些现有的船舶生活污水处理技术不能满足IMO最新的船舶生活污水处理标准，因此，必须对现有处理技术及装置进行改进或者研制新的处理技术。
表-1.IMO船舶生活污水放要求
目前国内外主要的船舶生活污水处理技术为生化法(活性污泥法、MBR法)和电化学法。生化法是在一定条件下，利用微生物对生活污水中有机物的分解消化作用，生成对环境无害的二氧化碳和水，从而达到对污水净化的目的;电化学方法主要利用电化学方法对污水中的有机物进行物理去除或直接氧化，降低水中COD及BOD5值，同时产生氧化剂，杀灭水中大肠杆菌。另外，还需对水中余氯进行处理，使其达到排放标准。
生化法处理技术及系统虽然应用数量较多，但存在处理装置体积大、无法处理灰水、抗水力负荷变化性差、需要专人负责维护培养细菌等缺点。电化学法主要采用电解技术对污水进行处理，该技术处理效果稳定，自动化程度高，但该技术仍需进一步提高电极电解污水效率，延长电极寿命，降低系统能耗，进一步增加系统稳定性。
氧化物阳极是电解法处理生活污水的核心部件。高催化性能和稳定的电极材料是电解法处理船舶生活污水的核心和研究重点。Ti基贵金属氧化物具有优良的电催化活性，得到了广泛的应用与研究。特别是1965年荷兰人成功开发了Ti基RuO2涂层阳极以来，阳极研究的大量工作便围绕着金属氧化物展开。
用于处理生活污水的氧化物阳极材料，一般应具备如下要求：具有良好的导电性;寿命长，对阳极反应具有良好的电催化性能。目前，氧化物阳极的一个致命缺点是使用寿命短，电极失活的主要原因是钛基体被氧化，钛基体表面生成了一层钝化膜，或者活性物质脱落或被溶解。近年来众多研究者为了解决这一问题，提出了很多方案。其中许立坤等人介绍了一种金属氧化物阳极基体预处理方法，通过对基体进行处理使制备的氧化物阳极具有较好的稳定性，但该专利中前处理工艺耗时长，能耗高，如草酸刻蚀时间过长，喷砂工艺不佳等问题。史艳华等用Sn、Sb的氧化物作为中间层，增强活性层和基体的结合力，并延缓氧对基体的钝化作用(EffectofSbOx+SnO2IntermediateLayeronthePropertiesofTi-basedMnO2Anode[J].ActaPhys.Chim.Sin.,2007,23(10):1553-1559.)，但是增加中间层的含量会降低析氧电位，对钛基氧化物阳极的应用是不利的，尤其在处理生活污水过程中，例如析氧电位低不利于有机物被阳极氧化而利于析出氧气，从而降低了电流效率。
发明内容
本发明提供一种电解法船舶生活污水处理系统，以解决目前电解法船舶生活污水处理系统中的氧化物阳极存在的寿命短以及电解效率需要进一步提高的问题，最终使处理后的污水指标满足IMOMEPC.227(64)决议要求。
本发明的技术方案是：一种电解法船舶生活污水处理系统，其特征在于，包括电絮凝单元、电解单元、消氯单元及相关容器、泵、阀、管道，污水收集罐的出口通过粉碎泵与电絮凝单元的入口连接，第一海水泵的出口也与电絮凝单元的入口连接，电絮凝单元的水出口与中间收集罐的入口连接;中间收集罐的出水口经过第二海水泵依次与电解单元的入口和消氯单元串联连接，经消氯单元消氯后的污水由排泄泵排放;在污水收集罐、电絮凝单元、中间收集罐、消氯单元的下端均设有排污口;在消氯单元的顶端设有氢气排放口和空气入口，空气入口与防爆风机连接。
所述的电解单元包括电解槽、氧化物阳极和阴极，在电解槽内设置氧化物阳极和阴极;该氧化物阳极包括钛基体及其表面的活性涂层，所述的活性涂层由Graphene、Au、ZrO2和SnO2组成，各成分的摩尔分数分别为Graphene：5～20%，Au:1～3%，Zr:10～30%，Sn:55～85%，载涂量≥5g/m2。
所述的氧化物阳极的制备方法包括以下步骤：
(1)喷砂：对钛基体进行喷砂处理以增大表面粗糙度;
(2)除油：除去喷砂处理后的钛基表面的油污;
(3)刻蚀：除油后的钛基体置于沸腾的10%～30%草酸溶液刻蚀0.5-1h;
(4)涂层配置：按照所述的质量份数将石墨烯、氯金酸、硝酸锆、氯化锡溶于正丁醇或异丙醇或者两者任意比例的混合液中，加入少量浓盐酸，施加超声波后，再用搅拌器搅拌，使颗粒完全溶解;
(5)涂刷和烧结：将活性涂层均匀的涂覆在钛板上，然后在烘箱中干燥，再烧结后取出空冷;上述涂覆、干燥、烧结和冷却步骤反复3～8次，使载涂量≥5g/m2。
所述的步骤(1)，采用粒径为3mm～0.125mm的玻璃珠，喷砂压力为0.7～0.9MPa。
所述的步骤(2)，喷砂处理后的钛基体放入80℃碱洗液保温1h以除去表面油污，该碱洗液为8%的NaOH、Na2CO3、Na3PO4混合液，质量比为NaOH:Na2CO3:Na3PO4=5:28:46。
所述的步骤(3)，除油后的钛基体置于沸腾的10%～30%草酸溶液刻蚀0.5-1h，用去离子水洗净后置于乙醇溶液中保存。
所述的步骤(4)中，所述的石墨烯、氯金酸、硝酸锆、氯化锡溶于正丁醇或异丙醇或者两者的混合液中的摩尔含量分别为石墨烯Graphene：5~20%，Zr:10~30%，Au:1~3%，Sn:55~85%;浓盐酸的加入量为1ml-5ml，超声15min后，用磁力搅拌器搅拌45min以上使颗粒完全溶解;其金属离子浓度为0.15~0.35mol/L。
所述的步骤(5)中，在钛基体涂覆活性涂层后，在120℃下烘箱中干燥10min，再在350～450℃下烧结10min后取出空冷;最后一次涂覆、干燥后，在350～450℃下的烧结炉中保温1h，取出空冷至室温得到所述的氧化物阳极成品。
本发明的优点是：通过采用新的制作工艺和配方的氧化物阳极，使电解单元的电流密度降低，污水停留时间缩短，同时处理系统中其他处理单元的处理参数也相应降低，可以在一定程度上减小系统体积，降低系统能耗。经采用本发明所述电解法船舶生活污水处理系统处理后的污水满足IMOMEPC.227(64)决议要求。