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船舶含油污水处理方法
发布时间:2021-03-23
信息摘要:
近年来,随着成品油质量标准不断提高,油品中添加剂的种类不断增多,处理船舶含油污水所用的进水水质日趋复杂,传统的含油污水处理工艺(重力分离和过滤工艺)已不能满足复杂水质的处理需求,各项出水指标已不能达到相关废水排放标准的要求,需采用其他工艺对该工艺进行优化,以确保含油污水治理达到标准的要求。
近年来,随着成品油质量标准不断提高,油品中添加剂的种类不断增多,处理船舶含油污水所用的进水水质日趋复杂,传统的含油污水处理工艺(重力分离和过滤工艺)已不能满足复杂水质的处理需求,各项出水指标已不能达到相关废水排放标准的要求,需采用其他工艺对该工艺进行优化,以确保含油污水治理达到标准的要求。

1、船舶含油污水来源:
1)含油压载水是指油船在港口卸货之后向其货油舱内注入的压载水与舱内的残油混合形成的油水混合物。传统含油压载水中油的浓度很高,可达3000~5000mg/L,油珠主要以上浮油和分散油的形态存在。含油压载水中油的分布极不均匀,其中:上层为浮油层,含少量水,厚度一般在15~50mm,少数达100~120mm,中间层主要是水,含少量油,油的浓度一般在20~500mg/L,下层为油泥层,含少量水和固体杂质。
2)含油洗舱水是指在清洗油舱过程中产生的含有油污的清洗污水。在检修油舱过程中,有些金属需要润滑、冲洗,由此会形成一定量的含油污水。此外,装油货舱在更换装载油品的种类时需进行彻底清洗,将原有的油品洗净,这也会产生含油污水。含油洗舱水的主要成分是油、泥沙和铁锈,此外还有各种洗涤剂、化学添加剂和微量的酚等。传统含油洗舱水中油的含量较高,油的浓度平均可达30000mg/L,有时高达200000mg/L,且主要以乳化油的形式存在,随着科技不断进步,在清洗船舶过程中会投入各种化学添加剂来降低污水中油的含量,因此含油洗舱水中油的含量已大大减少。
3)机舱含油舱底水是指船舶机舱内各种设备运行过程中和对这些设备进行清洗过程中产生的润滑油、燃料油和水的混合物。机舱舱底水中含有船舶使用的各种油类和化学添加剂,含油浓度大多在2000~5000mg/L,其中70%为润滑油。添加剂中的各种表面活性物质与燃料油和润滑油混合,促使机舱含油舱底水中相当多的油分以乳化油的形态存在。机舱含油舱底水的年平均发生量一般为该船总吨位的10%左右。

2、传统船舶含油污水处理方法:
传统船舶含油污水处理的主要方向是去除水中的乳化油,降低出水的含油量。传统含油污水的成分极其复杂,油品的种类较多,其中有很多活性剂等化学试剂,致使其乳化程度较高。因此,传统含油污水处理工艺[2]主要以物理工艺为主,并辅以破乳工艺,根据油与水的密度不同对油和水进行分离。

2.1破乳+气浮工艺:
破乳+气浮工艺是船舶含油污水处理最主要的工艺。含油污水首先流入混凝反应装置内,通过加药泵加入混凝药剂,使其与含油污水混合和絮凝,经过一定时间的混凝反应之后完成破乳+混凝,在含油污水中形成可吸附细小油珠的絮体,随后经过气浮装置,利用气浮设备产生的微小气泡完成油、絮体和污水的分离。该工艺具有操作简单、维修方便和运行成本低等特点。

2.2重力分离+过滤工艺:
重力分离+过滤是另一种常用的船舶含油污水处理工艺。常用的含油污水重力分离工艺多采用沉淀池作为重力分离的主要单元,但其装置的占地面积往往比较大。在此情况下,研发出在重力分离装置内添加斜板元件的工艺,采用斜板分离处理的方式。利用斜板沉淀理论不仅能有效减小处理装置的尺寸,而且能提高去除效率。污水经过重力分离去除大部分浮油之后进入过滤器,通过过滤器对水中的乳化油和细小浮油进行过滤处理。该工艺虽然具有设备少、投资少和操作维修方便等优点,但去除效率较低。

2.3膜分离工艺:
膜分离工艺是近年来比较流行的一种可使料液组分选择性透过膜的物理 ̄化学处理方法,发展迅速,出水效果较好,已在各类污水处理中得到应用。膜分离工艺流程见图3,该过程的推动力主要是膜两侧的压差或电位差等。膜分离工艺的原理是利用膜的通径及水和油分子大小的不同分离水和油。膜分离装置的精密性较强,容易堵塞,因此在含油污水进入膜分离装置之前需对其进行预处理,常用重力分离或气浮的预处理工艺去除水中的大颗粒污染物和油滴,保证后续膜分离装置正常运行。膜分离工艺具有装置体积小和出水水质好等优点,同时具有成本高、不易维修和对操作管理要求严格等缺点。

3、船舶含油污水现状:
随着科技不断发展,化学添加剂的种类不断增多,油品利用率不断升高,含油污水中的含油量指标不断下降,投入化学添加剂带来的化学需氧量(ChemicalOxydenDemand,COD)指标不断上升。
通过分析现有水质的情况发现,与传统的含油污水相比,现有含油污水的COD值明显偏高,但含油量大幅度降低。水中可能含有较多种类的油物质、洗油添加剂等,这些物质均属于难降解的有机物,采用传统的含油污水处理方法处理显然不合适。因此,当前的含油污水处理工艺应以处理难降解的高COD含油有机废水为主要目的。

4、船舶含油污水处理工艺的选择:
鉴于当前船舶含油污水的性质较为特殊,传统的以物理方法为主的处理工艺已明显不适合继续采用。在选择处理工艺时,需考虑能处理还原性有机物和难降解有机物,保证处理效率,为企业节约成本。

4.1预处理工艺的选择:
预处理的主要目的是去除水中的大颗粒杂质及大颗粒分散油和浮油,可采用斜板分离+混凝气浮的预处理工艺。斜板分离和混凝气浮都是传统的含油污水处理工艺,二者相结合能同时发挥二者的优势。斜板分离以处理杂质和大颗粒浮油为主,混凝气浮以去除污水中的分散油和乳化油为主,同时分解水中的部分有机物,在一定程度上降低COD。
传统的隔油池以平流式隔油池为主,仅能去除粒径大于等于150μm的油珠,去除效率不高。向平流式隔油池内加入波纹斜板能增大沉淀面积,使分离效率大大提高。试验结果表明,斜板隔油池不仅能去除粒径大于60μm的油珠,有效减少污水中的含油量,而且可降低后续处理单元的负荷。
4.2生化处理工艺的选择:
经过预处理之后的船舶含油污水中大部分的浮油、分散油和小颗粒有机物都得到了有效去除,而难降解的有机物和大部分易降解的有机物尚未去除,若直接采用化学法处理,因加药量随着COD的升高而增多,污水处理成本升高。若采用生化法处理,主要利用微生物分解水中的有机物,则处理成本会大大降低。目前生化法处理工艺已成为世界上处理各种污水和废水的主要手段,是最常用的COD降解工艺。常用的生化处理工艺有厌氧工艺、缺氧工艺和好氧工艺等3种。

1)厌氧工艺即在厌氧状态下,厌氧细菌将污水中的有机物分解、代谢和消化,从而减少污水中有机物的含量。厌氧工艺可对好氧工艺不能降解的有机物进行降解或部分分解,可将高分子有机物转化为简单的二聚体或溶解性单体。因此,当污水中含有难降解的有机物时,直接采用好氧工艺处理往往效果不佳,此时可将厌氧工艺作为提高污水可生化性的预处理工艺,为后续好氧工艺的应用提供有利基础。
2)好氧工艺是指在微生物的参与下,在适宜的碳氮比、含水率和氧气等条件下,将有机物降解、转化成腐殖质样物质的生化过程。相比厌氧工艺,好氧工艺的反应速度快,反应彻底,处理效率高。
3)缺氧工艺是介于好氧工艺与厌氧工艺之间的工艺,在没有氧气的条件下,以硝态氮作为氧的供体,具有较好的脱氮效果。

4.3深度处理工艺的选择:
经过生化工艺处理之后,大部分可降解有机物都已得到有效去除,但尚有一部分难降解的有机物无法去除,需对其进行后续处理。对于难降解的有机物而言,采用一般的物理或化学单元去除效率极低,因此采用深度氧化+膜过滤工艺,可使难降解的有机物分解成链较短的无害物质,通过过滤去除。

4.3.1深度氧化单元的选择:
1)臭氧的氧化还原电位较高,可将水中的各种还原性物质氧化到相应的最高价态,臭氧去除溶解性有机物的速度快、效果好,不产生二次污染。采用臭氧氧化技术,可通过工业臭氧发生器,以空气或液氧为原料制备臭氧,随用随产,不需要存储设备和场地,物料的利用率较高,氧化效果较好,是先进、高效的污水处理技术。
2)过氧化氢氧化技术是利用过氧化氢既能作为氧化剂又能作为还原剂的特性来对COD进行氧化的技术,其中比较著名的是Fenton反应。Fenton试剂是由H2O2和FeSO4按一定摩尔比混合而成的一种强氧化剂,兼有氧化和凝聚作用,对各种形态的油均有较高的去除效率,但该方法会使污泥量增加,且H2O2和Fe-SO4的有效用量易受废水杂质的影响。另外,该方法的氧化处理最佳pH值在3左右,因此在处理之前需用酸调节pH,在处理之后需用碱调节废水至弱碱性,以完成凝聚过程,酸、碱药品的消耗量较大。
3)光化学氧化技术是将光和催化剂或氧化剂配合使用,从而产生强氧化性,由此分解污水中的有机物和无机物的方法。常见的催化剂(如二氧化钛等半导体)在光照下产生光电子和电子空穴,使水中形成大量活泼自由基,氧化剂包括臭氧、氯气、次氯酸盐、过氧化氢和氧气等。但是,该技术操作复杂,对操作人员的专业水平有较高要求。

4.3.2膜处理单元的选择:
膜分离技术是新兴的高科技技术,是指借助膜的选择渗透作用,在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。常用的膜分离技术按分离孔径从小到大排列主要有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。从经济的角度考虑,超滤膜有较好的分离效果,但没有较高的运行成本,考虑将超滤膜作为膜处理单元的部件。
超滤膜本身属于压力驱动膜,分离原理主要以筛分为主,膜孔径在0.05~1.00nm。超滤膜通常用于分离可溶性聚合物、生物分子、分散体和胶体,因大溶质渗透压很小,操作的压力较小,一般为0.07~0.70MPa。超滤膜分离与膜的孔径、溶质与膜的相互作用、大分子的形状和粒径有关。待分离溶质的粒径相差越大分离效果越好,粒径以相差10倍以上为佳。
一般的超滤膜材料都以有机材料为主,常用的有机材料包括醋酸纤维素聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯、两性离子交换膜和芳香族高聚物等,有机材料的性质大多为亲油疏水型,在应对含油废水时,其COD去除效率不高。因此,在处理含油污水时超滤膜常用无机材料,最常见的无机膜是陶瓷膜,其主要特点是具有化学稳定性、催化性和热稳定性,使用寿命较长。

5、结语:
在采用隔油、混凝气浮、厌氧好氧生化、深度氧化和膜处理工艺处理船舶含油废水时,处理效果较好,出水水质能稳定地达到排放标准的要求,满足当前船舶含油污水的处理需求,同时,选用的工艺兼顾了高效与成本适中的原则。该工艺路线适宜在同类废水工程中推广应用。

广州能淼环保科技有限公司是一家环保高科技材质供应商,专业从事膜分离技术研究开发及水处理设备生产制造。凭借多年的实践经验及不断地钻研,广州能淼科技已经成为一家可靠的工业水处理MBR膜和相关设备的供应商,2016年12月被评为国家高新技术企业。
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