申请日2019.08.07
公开(公告)日2019.10.11
IPC分类号C02F3/28; C02F3/34; C02F101/10; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38; C02F103/18
摘要
本发明涉及船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置及协同处理方法。本发明以水泵将船舶柴油机废气脱硫洗涤废液与生活污水从异养反应区底部泵入，在异养反应区发生硫酸盐还原反应及以蛋白质为主的有机物的降解反应，反应后从顶端溢流到缓冲区，同时将船舶废气脱硝洗涤废液从缓冲区上端进水口泵入，与前一区域的出水混合后从缓冲区底部共同进入到自养反应区，再与自养区域中的活性污泥充分接触，发生自养脱硫反硝化与厌氧氨氧化的联合反应，后从上端出水口排出。本发明的方法使反应装置在高负荷条件下稳定运行，能够实现船舶废气洗涤废液中硫酸盐、亚硝酸盐与生活污水中有机物的高效同步去除。
权利要求书
1.一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，其特征在于，包括反应器壳体(17)，反应器壳体(17)上设有进液口Ⅰ(8)、进液口Ⅱ(2)和出液口(6)，反应器壳体(17)内设有依次相连通的异养反应区(12)、缓冲区(13)和自养反应区(14)，进液口Ⅰ(8)与异养反应区(12)连通，进液口Ⅱ(2)与缓冲区(13)连通，出液口(6)与自养反应区(14)连通;异养反应区(12)内和自养反应区(14)内分别设有搅拌器;异养反应区(12)和自养反应区(14)内壁两侧分别固定有倾斜挡板(11);所述协同处理装置还包括进液箱Ⅰ(7)和进液箱Ⅱ(1)，进液箱Ⅰ(7)内液体经水泵Ⅰ(5)流入进液口Ⅰ(8)，进液箱Ⅱ(1)内液体经水泵Ⅱ(15)流入进液口Ⅱ(2);所述异养反应区(12)和自养反应区(14)的上端均设有出气孔(3);所述反应器壳体的顶部对应异养反应区(12)的一侧设有污泥填充口Ⅰ(18)，对应自养反应区(14)的一侧设有污泥填充口Ⅱ(19)。
2.根据权利要求1所述的一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，其特征在于，异养反应区(12)上部设有溢流口(16)与缓冲区(13)相通，缓冲区(13)下部与自养反应区(14)相通;所述溢流口(16)垂向高度为1.0-2.0cm;所述进液口Ⅰ(8)中轴线距离反应器下表面1.0-2.0cm;出液口(6)中轴线距离反应器上表面1.0-2.5cm。
3.根据权利要求1所述的一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，其特征在于，所述倾斜挡板(11)在水平方向上倾斜角度为50-60°，垂向高度为10-15cm，所述倾斜挡板(11)底部与装置内壁在水平方向上间隔0.5-1.5cm。
4.根据权利要求1所述的一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，其特征在于，所述搅拌器包括搅拌电机(4)和搅拌桨(9)，搅拌桨(9)下部距离反应器底部5.0cm-8.0cm。
5.根据权利要求1所述的一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，其特征在于，所述协同处理装置还包括出液箱(10)。
6.一种船舶柴油机废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，其特征在于，所述方法为：
将异养活性污泥接种至异养反应区，将自养活性污泥接种至自养反应区;船舶废气脱硫洗涤废液与船舶生活污水置于进液箱Ⅰ(7)并通过水泵Ⅰ(5)从反应器壳体(17)底端进液口Ⅰ(8)进入到异养反应区(12)，在搅拌器的作用下与异养活性污泥充分混合，发生硫酸盐还原反应及以蛋白质为主的有机物的降解反应，在倾斜挡板(11)作用下泥水分离;处理后的水从异养反应区(12)上部溢流口(16)溢流到缓冲区(13)，同时，进液箱Ⅱ(1)内的船舶废气脱硝洗涤废液(1)经水泵Ⅱ(15)泵入进液口Ⅱ(2)流入缓冲区(13)，与异养反应区(12)的出水一起从缓冲区(13)底部进入自养反应区(14)，在搅拌器作用下，与自养活性污泥充分混合，发生自养脱硫反硝化与厌氧氨氧化的联合反应，在倾斜挡板(11)作用下泥水分离，处理后的水从自养反应区的上部出液口(6)排出。
7.根据权利要求6所述的一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，其特征在于，
所述异养活性污泥为驯化后的异养活性污泥，异养活性污泥的驯化方法为：将厌氧活性污泥放入连续搅拌反应器内，通入人工模拟的船舶烟气脱硫洗涤废液与船舶生活污水的混合废水，采用连续进水方式，反应器内温度设置为25℃-35℃，搅拌速度为15-25r/min，水力停留时间为8h-36h，SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，有机物以N计为250-310mg/L，pH值为7.0-7.8，水力停留时间8h-36h，当SO42-去除率达90%以上，硫化物生成率达70%以上时，以硫酸盐还原菌为主的异养活性污泥驯化完成;
所述自养活性污泥为驯化后的自养活性污泥，自养活性污泥的驯化方法为：将厌氧活性污泥放入连续搅拌反应器内，通入人工模拟的厌氧处理后的船舶脱硫废液、生活污水的出水和船舶废气脱硝洗涤废液的混合液，采用连续进水方式，反应器内温度设置为25℃-35℃，搅拌速度为15-25r/min，进水中S2-浓度以S计为250-300mg/L，NO2-以N计为200-300mg/L，NH4+以N计为150-200mg/L，水力停留时间为8h-36h，当NO2-和S2-的去除率分别达到90%以上，NH4+-N的去除率达到70%以上时，以自养脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌为主的自养活性污泥驯化完成;
所述的厌氧活性污泥取自厌氧发酵罐或污泥浓缩池等厌氧处理装置。
8.根据权利要求7所述的一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，其特征在于，所述异养活性污泥驯化采用人工配水，人工配水成分为天然洁净海水、蛋白胨和NaHCO3;所述自养反硝化活性污泥驯化采用人工配水，人工配水成分为天然洁净海水、NaNO2、Na2S、NH4Cl和NaHCO3。
9.根据权利要求6所述的一种船舶柴油机废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，其特征在于，
异养活性污泥接种至异养反应区(12)的接种浓度为：20-40gMLVSS/L;
自养活性污泥接种至自养反应区(14)的接种浓度为：25-45gMLVSS/L。
10.根据权利要求6所述的一种船舶柴油机废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，其特征在于，所述异养反应区(13)的运行条件为：SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，有机物以N计为270-310mg/L，pH值为7.0-7.8，搅拌速度为10-20r/min，连续流进水，水力停留时间为8h-36h;
所述自养反应区(14)的运行条件为：进水中NO2-以N计为200-300mg/L，pH值为7.0-7.8，，搅拌速度为10-20r/min，连续流进水，水力停留时间为8h-36h。
说明书
一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置及协同处理方法
技术领域
本发明涉及一种处理船舶柴油机废气脱硫和脱硝洗涤废液的装置与方法，具体涉及船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置及协同处理方法。
背景技术
随着国际贸易的发展，船舶柴油机有害废气排放日趋严重，因此，急需研究、开发船舶废气处理工艺来应对此类污染。在船舶柴油机废气脱硫、脱硝技术中多采用湿式处理法中的开式方法，即采用海水吸收废气中的硫氧化物和氮氧化物，从而产生含有硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐的洗涤废液，其含盐量极高。根据有关规定，这类洗涤废液需要储存在船舶上，靠岸后集中处理。而船舶废气开式洗涤法产生的废液量巨大，需大量占用船舶有限的空间资源。因此，船舶废气洗涤废液的原位处理方法的研究和技术开发迫在眉睫，用以解决大量船舶废气洗涤废液无法在船舶上快速处理的难题。
船舶柴油机废气洗涤废液的物理化学处理方法投资运营费用高、能耗高、会造成二次污染，而生物法具有投资少、能耗低和去除率高等优点，是一种经济可行的方法。常规的生物脱硫处理法中以硫酸盐还原工艺为代表，该工艺需要额外添加有机物供给硫酸盐还原菌作为碳源，其运行成本大幅增加;在常规的生物脱氮处理法中以异养反硝化为主，异养反硝化菌在有机物存在的条件下将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气，该工艺依然需要添加大量的有机碳作为碳源。因此，额外碳源的添加已成为限制厌氧生物方法在船舶上应用的主要因素。
在船舶生活污水中含有大量的以蛋白质为主的有机物，可为硫酸盐还原菌的厌氧代谢提供碳源和能源。若采用自养脱硫反硝化、厌氧氨氧化与硫酸盐还原的联合工艺，不仅能够去除洗涤废液中的亚硝酸盐，而且还能处理硫酸盐还原过程中产生的大量硫化物和氨氮。因此，将船舶废气洗涤废液与生活污水进行协同处理，既可解决生物脱硫过程中碳源不足的问题，也可去除污水中高浓度的有机物，达到以废治废的目的，节省了船舶空间和运行成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种将船舶柴油机废气洗涤废液与船舶生活污水协同处理的装置及协同处理方法，能达到在第一阶段同步去除大量的硫酸盐和有机物，在第二阶段去除亚硝酸盐、硫化物和氨氮的目的。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种船舶柴油机废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，包括反应器壳体，反应器壳体上设有进液口Ⅰ、进液口Ⅱ和出液口，反应器壳体内设有依次相连通的异养反应区、缓冲区和自养反应区，进液口Ⅰ与异养反应区连通，进液口Ⅱ与缓冲区连通，出液口与自养反应区连通;异养反应区内和自养反应区内分别设有搅拌器;异养反应区和自养反应区内壁两侧分别固定有倾斜挡板;所述协同处理装置还包括进液箱Ⅰ和进液箱Ⅱ，进液箱Ⅰ内液体经水泵Ⅰ流入进液口Ⅰ，进液箱Ⅱ内液体经水泵Ⅱ流入进液口Ⅱ;所述异养反应区和自养反应区的上端均设有出气孔;所述反应器壳体的顶部对应异养反应区的一侧设有污泥填充口Ⅰ，对应自养反应区的一侧设有污泥填充口Ⅱ。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，异养反应区上部设有溢流口与缓冲区相通，缓冲区下部与自养反应区相通;所述溢流口垂向高度为1.0-2.0cm。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，所述倾斜挡板在水平方向上倾斜角度为50-60°，垂向高度为10-15cm，挡板底部与装置内壁在水平方向上间隔0.5-1.5cm。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，所述搅拌器包括搅拌电机和搅拌桨，搅拌桨下部距离反应器底部5.0cm-8.0cm。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，所述进液口Ⅰ中轴线距离反应器下表面1.0-2.0cm;出液口中轴线距离反应器上表面1.0-2.5cm。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理装置，所述协同处理装置还包括出液箱。
本发明另一方面提供了一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，所述方法为：
将异养活性污泥接种至异养反应区，将自养活性污泥接种至自养反应区;船舶废气脱硫洗涤废液与船舶生活污水置于进液箱Ⅰ并通过水泵Ⅰ从反应器底端进液口Ⅰ进入到异养反应区，在搅拌器的作用下与以硫酸盐还原菌为主的异养活性污泥充分混合，发生硫酸盐还原反应及以蛋白质为主的有机物的降解反应，在倾斜挡板作用下泥水分离;处理后的水从异养反应区上部溢流口溢流到缓冲区，同时，进液箱Ⅱ内的船舶废气脱硝洗涤废液经水泵Ⅱ泵入进液口Ⅱ流入缓冲区，与异养反应区的出水一起从缓冲区底部进入自养反应区，在搅拌器作用下，与以自养脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌为主的自养活性污泥充分混合，发生自养脱硫反硝化与厌氧氨氧化的联合反应，在倾斜挡板作用下泥水分离，处理后的水从自养反应区的上部出液口排出。
上一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，所述异养活性污泥为驯化后的异养活性污泥，异养活性污泥的驯化方法为：将厌氧活性污泥放入连续搅拌反应器内，通入人工模拟的船舶烟气脱硫洗涤废液与船舶生活污水的混合废水，采用连续进水方式，反应器内温度设置为25-35℃，搅拌速度为15-25r/min，水力停留时间为8-36h，SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，有机物以N计为250-310mg/L，pH值为7.0-7.8，水力停留时间8h-36h，当SO42-去除率达90%以上，硫化物生成率达70%以上时，以硫酸盐还原菌为主的异养活性污泥驯化完成;
所述自养活性污泥为驯化后的自养活性污泥，自养活性污泥的驯化方法为：将厌氧活性污泥放入连续搅拌反应器内，通入人工模拟的船舶废气脱硝洗涤废液，采用连续进水方式，反应器内温度设置为25℃-35℃，搅拌速度为15-25r/min，进水中S2-浓度以S计为250-300mg/L，NO2-以N计为200-300mg/L，NH4+以N计为150-200mg/L，水力停留时间为8-36h，当NO2-和S2-的去除率分别达到90%以上，NH4+-N的去除率达到70%以上时，以自养脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌为主的自养活性污泥驯化完成。
进一步地，所述异养活性污泥更优的驯化条件为：SO42-浓度以S计为900-950mg/L，有机物以N计为270-290mg/L，pH值为7.6-7.8，连续流进水时水力停留时间为24h，设置温度为35±0.5℃，搅拌速度为15r/min;
所述自养活性污泥更优的驯化条件为：S2-浓度以S计为200-230mg/L，NH4+以N计为160-170mg/L，NO2-浓度以N计为250-270mg/L，pH值为7.6-7.8，连续流进水时水力停留时间为24h，设置温度为35±0.5℃，搅拌速度为20r/min。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，所述的厌氧活性污泥取自厌氧发酵罐或污泥浓缩池等厌氧处理装置。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，所述异养活性污泥驯化采用人工配水，人工配水成分为天然洁净海水、蛋白胨和NaHCO3;所述自养反硝化活性污泥驯化采用人工配水，人工配水成分为天然洁净海水、NaNO2、Na2S、NH4Cl和NaHCO3。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，以硫酸盐还原菌为主的异养活性污泥接种至异养反应区(12)的接种浓度为：20-40gMLVSS/L。
以自养脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌为主的自养活性污泥接种至自养反应区(14)的接种浓度为：25-45gMLVSS/L。
上述一种船舶废气洗涤废液与船舶生活污水的协同处理方法，其特征在于，所述异养反应区(12)的运行条件为：SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，有机物以N计为270-310mg/L，pH值为7.0-7.8，搅拌速度为10-20r/min，连续流进水，水力停留时间为8-36h;
所述自养反应区(14)的运行条件为：进水中NO2-以N计为200-300mg/L，pH值为7.0-7.8，搅拌速度为10-20r/min，连续流进水，水力停留时间为8h-36h。
本发明还提供了上述协同处理装置在船舶废水处理中的应用。
本发明采用活性污泥分开驯化、废水分段式处理的方法：分别为硫酸盐还原菌、脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌等主要功能菌提供适宜的环境条件，以便前期自养与异养型微生物的快速生长，为后续实现SO42-、有机物、NO2-的同步高效去除提供微生物基础;废水分段式处理，处理方法分为异养反应阶段和自养反应阶段，且将异养反应阶段放置在自养反应阶段前，一是能够防止NO2-对硫酸盐还原菌的抑制以及高浓度有机物对自养型微生物的抑制，二是异养反应区硫酸盐还原产生的大量S2-和NH4+能够在自养反应区与NO2-发生自养反应从而被彻底去除，防止二次污染。
以下是异养反应区内发生的主要反应：
Org-C+SO42-→S2-+CO2↑+NH4+ (1)
以下是自养反应区内发生的主要反应：
NH4++NO2-→N2↑+2H2O (2)
3S2-+2NO2-+8H+→3S0+N2↑+4H2O (3)
本发明的有益效果：
1.本发明装置及其处理方法将船舶生活污水补充到船舶柴油机废气脱硫洗涤废液中，在异养反应区硫酸盐去除率可达到95%以上，硫化物生成率可达到70%以上，有机物的去除率可达到100%，在自养反应区亚硝酸盐去除率可达到90%以上，硫化物去除率可达到90%以上，氨氮去除率可达到80%以上，不仅解决了异养硫酸盐还原过程中碳源不足的问题，而且可以实现以废治废，节约了船舶空间和运行成本。
2.本发明装置及其处理方法将船舶生活污水、船舶柴油机废气脱硫废液和脱硝废液置于同一反装置中进行协同处理，与以往的工艺中使用三套处理装置分别处理三种不同废液的情况相比，本发明仅使用一套装置即可实现三种废液中硫酸盐、亚硝酸盐和有机物的高效同步去除，节省了运行成本和空间资源。
3.本发明采用废水分段式处理的方法，能够有效地避免亚硝酸盐对硫酸盐还原菌的抑制作用，而且硫酸盐还原产生的硫化物能够被下一阶段的脱硫反硝化反应所利用，达到同步去除氮、硫污染物的目的。
4.本发明污泥驯化采用海水，直接在高盐环境下驯化硫酸盐还原菌、脱硫反硝化菌与厌氧氨氧化菌，促进耐高盐的微生物菌群的快速形成，利于脱硫脱氮工艺在高负荷、高盐条件下的高效运行。同时，污泥驯化可在陆上提前进行，驯化成功的活性污泥直接接种到船舶上的反应装置中，大大缩短了船舶上装置的启动时间，适于船舶运营环境，且无需占用船舶上有限的空间资源用于污泥驯化。
5.本发明驯化阶段使用的有机物采用蛋白胨，模拟富含大量高分子有机物的船舶生活污水，利于驯化出高活性的可降解大分子有机物的硫酸盐还原菌。驯化阶段进水为碱性，利于驯化出海洋偏碱环境下的高活性硫酸盐还原菌，且碱性环境大大降低了硫化氢气体的生成，以免造成二次污染。（发明人李巍;梁霄;刘佳敏）