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
本发明提供了一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置与同步处理方法。装置包括悬浮区和填料区，悬浮区上部设有溢流口与填料区连通，进液口与悬浮区连通，出液口与填料区连通，悬浮区内设有搅拌器，悬浮区内壁两侧分别固定倾斜挡板，填料区从上到下依次设有陶瓷环层、活性炭层和聚乙烯多面空心球层。本发明将废气洗涤废液与船舶生活污水的混合液泵入，与悬浮区内的以硫酸盐还原菌为主的异养型活性污泥经搅拌器搅拌充分接触后，从悬浮区上部的溢流口进入填料区，依次经过各填料层，与生物膜充分接触后从填料区底部出水口排出。本发明方法不外加碳源，实现了船舶废气脱硫、脱硝废液中硫酸盐、亚硝酸盐与船舶生活污水中有机物的同步处理。
权利要求书
1.一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，其特征在于，包括反应器壳体(16)，反应器壳体(16)底部设有进液口(6)和出液口(11)，反应器壳体(16)内设有悬浮区(8)和填料区(9)，悬浮区(8)上部设有溢流口(10)与填料区(9)连通;所述进液口(6)与悬浮区(8)连通，出液口(11)与填料区(9)连通;悬浮区(8)内设有搅拌器，悬浮区(8)内壁两侧分别固定有倾斜挡板(3);所述填料区(9)设有三层不同材质及粒径的填料层，从上到下依次为陶瓷环层(13)、活性炭层(14)和聚乙烯多面空心球层(15);所述同步处理装置还包括进液箱(4)，进液箱(4)内液体经水泵(5)流入进液口(6);所述反应器壳体的顶部对应悬浮区的一侧设有污泥填充口Ⅰ(17)，对应填料区(9)的一侧设有污泥填充口Ⅱ(18);所述悬浮区(8)和填料区(9)的上端均设有气体排出口(1)。
2.根据权利要求1所述的一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，其特征在于，所述陶瓷环层(13)、活性炭层(14)和聚乙烯多面空心球层(15)的层高比为(2-3):(4-5):(3-4);所述陶瓷环层(13)的陶瓷环直径为0.5-1.0cm，所述活性炭层(14)的活性炭为柱状活性炭，横截面直径为0.2-0.5cm，所述聚乙烯多面空心球层(15)的聚乙烯多面空心球的直径为1.0cm-2.0cm。
3.根据权利要求1所述的一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，其特征在于，在垂直方向上所述填料层顶部距溢流口(10)边缘距离为3.0cm-7.0cm;所述溢流口(10)垂向高度为1.0-2.0cm;所述进液口(6)中轴线距离反应器下表面1.0-2.0cm;所述出液口(11)中轴线距离反应器下表面1.0-2.0cm。
4.根据权利要求1所述的一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，其特征在于，所述倾斜挡板(3)设在悬浮区(8)的上部，其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。
5.根据权利要求1所述的一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，其特征在于，所述搅拌器包括搅拌电机(2)和搅拌桨(7)，搅拌桨(7)下部距离反应器底部5.0cm-8.0cm;所述搅拌器的搅拌速度为15-25r/min。
6.一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，其特征在于，所述方法为：
将异养活性污泥通过污泥填充口(17)接种到悬浮区(8)，将自养活性污泥通过污泥填充口(18)接种到填料区(9);船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的混合废液置于进液箱(4)内并利用水泵(5)从反应器底端进液口(6)进入到悬浮区(8)，在搅拌器作用下与异养活性污泥充分混合，在倾斜挡板(3)的作用下泥水分离，处理后的水从悬浮区上部的溢流口(10)流入填料区(9)，流经各填料层后从出液口(11)排出，反应过程产生的生物气从气体排出口(1)排出反应器。
7.根据权利要求6所述的一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，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：将厌氧活性污泥置于厌氧连续搅拌反应器内，采用连续进水方式向反应器内通入含有SO42-的有机高盐废水，其进水中SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，有机物以N计为250-300mg/L，pH值为7.0-7.8，设置反应器内的温度为25-35℃，搅拌速度为15-25r/min，水力停留时间为8-36h，当SO42-去除率达90%以上，S2-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：将厌氧活性污泥置于厌氧连续搅拌反应器内，采用连续进水方式向反应器内通入含有S2-、NO2-和NH4+的高盐废水，其进水中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，pH值为7.0-7.8，设置反应器内的温度为25-35℃，搅拌速度为10-20r/min，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。
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脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，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纯净海水、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所述的一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，其特征在于，
异养活性污泥接种至悬浮区(8)的接种浓度为20-40gMLVSS/L;
自养活性污泥接种至填料区(9)的原浓度为40-60gMLVSS/L，接种污泥体积占填料区总容积的1:3-1:2。
10.根据权利要求6所述的一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，其特征在于，所述同步处理装置的运行条件为：SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，NO2-浓度以N计为200-300mg/L，有机物以N计为250-300mg/L，pH值为7.0-7.8，采用连续流进水，水力停留时间为8h-36h，搅拌器的搅拌速度为15-25r/min。
说明书
一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置与同步处理方法
技术领域
本发明涉及一种处理船舶废气脱硫、脱硝废液的装置与方法，特别涉及船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水同步处理的装置与方法。
背景技术
船舶排放废气对大气污染日趋严重，引起了国际组织与各国的重视。为了应对船舶废气的污染，国际海事组织(IMO)制订了《MARPOL73/78防污公约》，将SOX和NOX列为首要控制的污染物，设立了SOX和NOX的排放控制区。自2014年起，我国环保部也启动了分阶段的船舶发动机排气污染物的限值规定，并在环渤海、长三角及珠三角重点水域设立船舶排放控制区。船舶废气污染已经成为我国的第三大大气污染来源，并引起了全球各国及各组织的强烈关注。目前，船舶废气脱硫、脱硝的处理主要采用湿式洗涤法，利用海水吸收SOX和NOX酸性气体，同时产生大量含有硫酸盐和亚硝酸盐的废液。据有关规定，此类废液需要经过处理达标准后才能排放入海，船舶废气脱硫、脱硝废液的处理效果极大程度上限制了湿法废气处理技术的应用。因此，对船舶废气脱硫、脱硝废液原位处理方法的研究和技术开发迫在眉睫。
生物处理法具有取材易、能耗低且效能高等优点，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。而船舶废气洗涤废液中的有机物含量极低，因此，额外添加有机碳源已成为限制厌氧生物方法在船舶废气洗涤废液处理上应用的主要因素。
在船舶生活污水中含有大量有机物，可为硫酸盐还原反应提供有机碳源，促进硫酸盐还原反应的发生。若采用硫酸盐还原、自养脱硫反硝化和厌氧氨氧化的联合工艺，不仅能够去除硫酸盐还原过程中产生的大量硫化物和氨氮，还可处理洗涤废液中的亚硝酸盐，消除二次污染，实现船舶废气洗涤废液与船舶生活污水同步处理的目的，减少处理装置，节约运行成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水同步处理装置与同步处理方法，其利用硫酸盐还原菌、脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌同步去除船舶废气脱硫、脱硝废液中的硫酸盐和亚硝酸盐以及船舶生活污水中的有机物，以达到相关标准的排放要求。
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废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，包括厌氧反应器，厌氧反应器底部设有进液口、出液口，厌氧反应器内设有悬浮区和填料区，悬浮区上部设有溢流口与填料区连通;所述进液口与悬浮区连通，出液口与填料区连通;悬浮区内设有搅拌器，悬浮区内壁两侧分别固定有倾斜挡板;所述填料区设有三层不同材质及粒径的填料层，从上到下依次为陶瓷环层、活性炭层和聚乙烯多面空心球层;所述同步处理装置还包括进液箱，进液箱内液体经水泵流入进液口;所述反应器壳体的顶部对应悬浮区的一侧设有污泥填充口Ⅰ，对应填料区的一侧设有污泥填充口Ⅱ，用于驯化的活性污泥的填充和补充，所述悬浮区和填料区的上端均设有气体排出口。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，所述陶瓷环层、活性炭层和聚乙烯多面空心球层的层高比为(2-3):(4-5):(3-4);所述陶瓷环层的陶瓷环直径为0.5-1.0cm，所述活性炭层的活性炭为柱状活性炭，横截面直径为0.2-0.5cm，所述聚乙烯多面空心球层的聚乙烯多面空心球的直径为1.0cm-2.0cm。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，所述填料层顶部在垂直方向上距溢流口边缘距离为3.0cm-7.0cm。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，所述倾斜挡板设在悬浮区的上部，其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。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，所述溢流口垂向高度为1.0-2.0cm。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，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;所述搅拌器的搅拌速度为15-25r/min。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，所述进液口中轴线距离反应器下表面1.0-2.0cm;所述出液口中轴线距离反应器下表面1.0-2.0cm。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理装置，所述同步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脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，所述方法为：
将异养活性污泥通过污泥填充口(17)接种到悬浮区(8)，将自养活性污泥通过污泥填充口(18)接种到填料区(9);船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的混合废液置于进液箱(4)内并利用水泵(5)从反应器底端进液口(6)进入到悬浮区(8)，在搅拌器作用下与异养活性污泥充分混合，在倾斜挡板(3)的作用下泥水分离，处理后的水从悬浮区上部的溢流口(10)流入填料区(9)，流经各填料层后从出液口排出，反应过程产生的生物气从气体排出口(11)排出反应器。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，所述异养活性污泥的驯化方法为：将厌氧活性污泥置于厌氧连续搅拌反应器内，采用连续进水方式向反应器内通入含有SO42-的有机高盐废水，其进水中SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，有机物以N计为250-300mg/L，pH值为7.0-7.8，设置反应器内的温度为25-35℃，搅拌速度为15-25r/min，水力停留时间为8-36h，当SO42-去除率达90%以上，S2-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;
所述自养活性污泥的驯化方法为：将厌氧活性污泥置于厌氧连续搅拌反应器内，采用连续进水方式向反应器内通入含有S2-、NO2-和NH4+的高盐废水，其进水中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，pH值为7.0-7.8，设置反应器内的温度为25-35℃，搅拌速度为10-20r/min，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，异养活性污泥的更为优越的驯化条件为：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，设置温度为35±0.5℃，搅拌速度为15r/min，连续流进水时水力停留时间为24h;
自养活性污泥的更为优越的驯化条件为：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，设置温度为35±0.5℃，搅拌速度为10r/min，连续流进水时水力停留时间为24h。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，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。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，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纯净海水、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。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，异养活性污泥接种至悬浮区的接种浓度为20-40gMLVSS/L;
自养活性污泥接种至填料区的原浓度为40-60gMLVSS/L，接种污泥体积占填料区总容积的1:3-1:2。
上述一种船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水的同步处理方法，所述同步处理装置的运行条件为：SO42-浓度以S计为900-1000mg/L，NO2-浓度以N计为200-300mg/L，有机物以N计为250-300mg/L，pH值为7.0-7.8，悬浮区的搅拌速度为15-25r/min，采用连续流进水，水力停留时间为8-36h。
本发明还提供了上述同步处理装置在船舶废水处理中的应用。
本发明将污泥分开驯化，接种到悬浮区和填料区后同步处理船舶废气脱硫、脱硝废液与船舶生活污水。分开驯化能够为硫酸盐还原菌、脱硫反硝化菌和厌氧氨氧化菌提供适宜的生长环境，便于前期各种菌群的快速生长。同步处理的方法不仅可以在无任何化学物质添加的基础上实现SO42-、NO2-和有机物的同步去除，而且前期船舶废气脱硫和脱硝产生的废液可以一起储存在进水箱内，使用同一套反应装置进行处理，节省船舶可用空间及运行费用。
以下为本发明处理过程中发生的主要反应：
Org-C+SO42-→S2-+CO2↑+NH4+ (1)
NH4++NO2-→N2↑+2H2O (2)
3S2-+2NO2-+8H+→3S0+N2↑+4H2O (3)
进水中的生活污水含有大量蛋白质类有机物，在悬浮区为硫酸盐还原菌提供碳源，废气脱硫废液中的SO42-被硫酸盐还原菌还原为S2-，蛋白质被降解成大量NH4+和CO2。进水中脱硝废液含有的NO2-会有一部分在悬浮区通过异养反硝化反应被还原为N2，另一部分会留存到废水中进入填料区并与悬浮区产生的S2-和NH4+分别发生自养脱硫反硝化反应与厌氧氨氧化反应。SO42-和NO2-最终转化为S0和N2从废液体系中排除。
本发明的有益效果：
1.本发明装置及其处理方法将船舶废气脱硫、脱硝洗涤废液与船舶生活污水进行同步处理，引入生活污水中的有机物为硫酸盐还原反应提供有机碳源，在悬浮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%，在填料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，也实现了废物的综合治理。
2.本发明针对船舶废气湿法同步脱硫脱硝技术产生的含有硫酸盐和亚硝酸盐的混合废液，在无法分离废液中硫酸盐和亚硝酸盐的前提下，引入了船舶生活污水作为有机碳源，通过硫酸盐还原反应、脱硫反硝化反应和厌氧氨氧化反应的联合作用实现多种污染物的同步去除，节省处理装置和空间资源，降低操作成本。
3.本发明在污泥驯化阶段采用海水驯化硫酸盐还原菌、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生长，使接种到反应器中的活性污泥在空间上实现功能的快速分区，利于脱硫脱氮工艺在高负荷、高盐条件下的高效运行。
4.本发明在驯化阶段采用蛋白胨，模拟船舶生活污水中的高分子有机物，利于驯化出具有高活性、可降解大分子有机物能力的硫酸盐还原菌。反应进水呈弱碱性，利于硫酸盐还原菌的生长、提高其代谢活性。同时，碱性环境避免了硫化氢气体的生成，防止造成二次污染。（发明人李巍;梁霄）