一种船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置

技术领域

本发明属于船舶尾气脱硫洗涤废水处理技术领域，特别涉及一种船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置。

背景技术

随着全球经济及航运物流的快速发展，船舶尾气的排放逐渐成为影响全球大气及海洋的主要污染源之一。2010年7月1日，国际海事组织(IMO)通过《国际防止船舶造成污染公约》(又称MARPOL公约)附则VI正式生效，对船舶尾气排放的硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)实行了越来越严格的规定。自2012年起，在公海行驶的远洋船舶的SOx排放浓度降低50％是IMO的第一个目标，以后每隔5年减排指标将重新修订并提升一次，2020年该法规进入第三实施阶段，要求全球远洋船舶应用的二氧化硫排放比已有的3.50％m/m的限值降低85％。

为了努力达到《国际防止船舶造成污染公约》(又称MARPOL公约)中的废气减排指标，目前各国正在大力发展船舶尾气排放污染控制技术，其中的一个主要方向为采用湿法处理对船舶废气中的SOx污染物进行脱除。该方法可细分为开路式、混合式以及闭路式循环洗涤这三种方式，其中，开路式及混合式船舶尾气脱硫方式存在共同的弊端是将尾气中排放的大量未完全燃烧的燃料油、挥发性的润滑油等污染物向海水中转移，使得这些污染物中含有的多环芳烃(PAHs)类污染物大量进入海洋中，PAHs属于持久性难降解污染物，具有致癌、致畸、食物链富集传递等高生物毒性，因而船舶尾气洗涤废水的排海污染问题日益凸显。

当前成为主流发展技术的闭路式船舶尾气脱硫洗涤法改进了开路式及混合式系统的二次污染排放问题，但目前该方法技术仍存在关键瓶颈问题，即该类闭路式船舶尾气脱硫洗涤系统在工作过程中产生的大量脱硫洗涤废水，尤其是浓缩有高盐、高浓度、高色度、高生物毒性的有机污染物洗涤废水的深度处理技术亟待寻求技术突破，以保障在该类闭路式脱硫洗涤系统中的洗涤水的理化性质始终处于最优的工作条件。

在现有技术中，关于船舶尾气洗涤废水的处理技术主要有：中国专利“一种新船舶废水处理一体化装置(CN201110087069.9)”和“一种改进的船舶水处理设备(CN201520809429.5)”，以上发明将废水依次通过多个腔室或者层，分别经过曝气、沉淀、过滤、生化、消毒等处理工艺，发明的设备虽然集成度较高，但是单位时间内处理量较小，不适用于船舶尾气脱硫洗涤系统的较大循环水量的要求；且该发明引入了微生物分解工艺来去除洗涤废水中的有机污染物，受限于船舶废气洗涤过程中产生的高酸碱、高有机毒性等苛刻水质，微生物的种类及丰度受到严重影响，导致微生物降解工艺段的抗冲击性能差，处理后的洗涤水水质急剧波动，不能达到回用或排放标准，甚至影响废气清洗系统的正常工艺，因而风险隐患极大。

中国专利“一种船舶脱硫废水处理装置及方法(CN201310422883.0)”中提出的技术主要为微气泡+化学药剂絮凝+吸附，存在处理工艺流程长、设备数量多、污泥产量大、易吸附饱和、污水循环利用率低等问题。中国专利“船舶废气脱硫废水处理装置及方法(CN201510119019.2)”中，将废水引入旋流分离单元，分离出污泥，剩余废水进入电化学处理单元，进行氧化降解，废水处理后排出。该系统节省了加药装置，但废水pH值不能满足排放要求；此外，未进行混凝处理，就直接对废水进行旋流分离，不能充分分离油污等悬浮物；还使用了电解装置，能耗较高。

中国专利“一种船舶废气脱硫系统废水处理装置(CN201810211847.2)”中，采用气浮、化学絮凝、曝气+平板陶瓷膜过滤+活性炭吸附的三步处理方法进行去除亚硫酸盐、油污、悬浮物等杂质，该方法存在活性炭用量大、易吸附饱和、产生二次污染等缺陷。

综上，在船舶脱硫洗涤废水处理领域仍然主要采用曝气、气浮、絮凝、沉淀、旋分、吸附、生化、膜过滤、电化学等将污染物转移的传统水处理技术，以上技术不能彻底去除脱硫洗涤水中的有机污染物，尤其是那些难降解、持久性污染物，如PAHs，故当前实际出水中PAHs仍不能达到IMO规定的浓度限值要求，而被迫采用海水稀释来帮助履约，这导致向海洋中排放的实际污染物总量并未减少；另外，现有的船舶洗涤废水处理装置还存在能耗高、循环使用的洗涤水的理化性质不稳定等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置，以解决现有技术中存在的污染物去除不彻底且效率低、污泥产量大、能耗高以及洗涤水循环利用率低等问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置，该装置用于处理并回收洗涤塔处理尾气后形成的洗涤废水，包括：

洗涤水储存罐，其一侧连接进水管路，另一侧通过输送管路与洗涤塔相连；

洗涤水循环管路，其一端与洗涤塔底部出口相连，另一端一分为二形成第一循环管路和第二循环管路；

过滤器，用于过滤废水中的杂质；以及，

废水处理器，包括超声组件以及光催化组件，用于降解去除废水中的污染物；

其中，所述的第一循环管路与所述的洗涤水储存罐相连，形成第一循环系统；所述的第二循环管路上依次连通所述的过滤器、废水处理器及洗涤水储存罐，形成第二循环系统。

所述的光催化组件包括激发光源和光催化剂。

优选地，所述的激发光源发射的主波长范围为185nm～420nm。

优选地，所述的光催化剂为半导体催化剂。

进一步地，所述的半导体催化剂为负载型催化剂。

优选地，所述的超声组件采用的功率范围为20kHz～80kHz。

优选地，所述的输送管路上设有PAHs浓度检测器。

优选地，所述的洗涤水储存罐设有液位计。

优选地，所述的洗涤水储存罐设有pH计。

与现有技术相比，本发明所提供的装置具有以下优点：

1.该船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置采用废水处理器处理洗涤废水，该废水处理器包括超声组件以及光催化组件，一方面，实现了超声波降解、光解及多相光催化氧化三种净化作用同时进行，且超声波与多相光催化还具有协同作用效应，能够更高效、彻底地降解去除洗涤废水中的悬浮物、油污、亚硫酸盐、多环芳烃等污染物，且大大降低污泥产量；另一方面，该废水处理器不引入任何化学药品，大大减少了废水处理过程中对生态环境造成的负面影响。

2.该船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置通过设置第二循环系统，使闭路式船舶尾气清洁系统的洗涤水能够随船在线以旁路形式彻底净化及补给，不仅提高了闭路式船舶尾气清洁系统中洗涤水的服役时间以及循环利用率，减少了其对海水等来源的补水的需求量，同时也节省了大量的碱性洗涤药剂的补加消耗，从而减少了船上化学药剂的储存量，降低了船舶航行安全隐患。

3.该船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置通过检测洗涤废水中PAHs的浓度并控制第一、第二循环系统的工作状况，可以使船舶尾气脱硫洗涤系统对尾气进行高效脱硫洗涤的同时，对洗涤废水中的PAHs进行处理，减少洗涤废水中PAHs富集所造成的环境风险。

4.相较传统的光催化组件中使用粉末态催化剂，本发明提供的装置采用负载型催化剂，负载型催化剂的使用能够减少光催化剂的流失，简化处理设备，增加设备的使用寿命，提高其使用过程中的稳定性。

5该船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置无需装设电解装置，能耗低。

6.该船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置的第二循环系统对原有船舶尾气脱硫洗涤系统的结构，即第一循环系统的结构无直接影响，加装的处理设备几乎不增加整体结构的复杂度，且操控简单。此外，加装的处理设备体积小、能耗低、处理效率高、适用范围广，实际使用时可通过增减超声组件、光催化组件的个数，灵活调整处理规模。

附图说明

图1是应用本发明船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置的洗涤水处理工艺流程图。

附图标识：

洗涤水储存罐1；输送管路2；提升泵21；尾气脱硫洗涤塔3；船舶引擎4；洗涤水循环管路5；第一循环管路51；第二循环管路52；第一回流泵511；第二回流泵521；过滤器522；废水处理器523；进水泵6；PAHs浓度检测器7。

具体实施方式

下面结合附图和特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，所以附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明提供了一种船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置，该装置用于处理洗涤塔处理尾气后形成的洗涤废水，其包括：

洗涤水储存罐1，所述的洗涤水储存罐1一侧连接设有进水泵6的进水管路，另一侧通过设有提升泵21的输送管路2与尾气脱硫洗涤塔3相连，所述的输送管路上设有PAHs浓度检测器7；

洗涤水循环管路5，其一端与洗涤塔3底部出口相连，另一端一分为二形成第一循环管路51和第二循环管路52；

过滤器522，用于过滤废水中的杂质；

废水处理器523，所述的废水处理器523包括废水处理器，包括超声组件以及光催化组件，用于降解去除废水中的污染物；

所述的第一循环管路51设有第一回流泵511，且与所述的洗涤水储存罐1相连，形成第一循环系统；所述的第二循环管路52上依次设有第二回流泵521，且依次连通所述的过滤器522、废水处理器523及洗涤水储存罐1，形成第二循环系统，两个循环系统均用于洗涤废水的回收利用。

所述的光催化组件包括激发光源和光催化剂。该激发光源发射的主波长范围为185nm～420nm，最优为发射主波长为254nm、185nm的光源；所述的光催化剂为紫外线及可见光激发的金属氧化物、硫化物、硒化物等半导体光催化剂，具体包括：二氧化钛及经氮掺杂、染料敏化等工艺处理的改性二氧化钛、含有氧化锌、氧化镍、碘氧化铋、钒酸铋、钼酸铋、类石墨烯氮化碳等材料的各种复合半导体光催化剂。

所述的半导体催化剂为负载型催化剂，负载基体可以为陶瓷、硅胶、树脂、石墨、沸石、不锈钢、镍及镍基合金、钛及钛基合金等无机或有机结构材料，负载基体的形状可以为球状、片状、网状、纤维状、泡沫状、海绵状。

所述的超声组件采用功率范围为20kHz～80kHz，最优功率为20kHz，可使附着在宏观颗粒物或污泥上的多环芳烃大量释放进入水体环境中，也可对参与多相光催化反应的激发光源的外壁进行持续清洁，保障其有效作用光波的穿透能力，从而使得光催化组件工作可靠、高效。

所述的洗涤水储存罐1设有液位计和pH计，用于实时监控洗涤水储存罐1中洗涤水的酸碱度和水量。当水量过少时，通过进水泵6泵入适量海水并加入洗涤水中所需的碱性物质，保证洗涤水一直能以适当碱度在系统中足量运行，维持其良好的处理效果。

如图1所示，本发明提供的船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置在使用时的工艺流程为：船舶引擎4燃烧含硫燃料产生尾气进入尾气脱硫洗涤塔3，洗涤水储存罐1中的洗涤水在提升泵21以及喷头(图中未标识)作用下以雾滴状形式在船舶尾气脱硫洗涤塔3中对含硫尾气进行清洗，洗涤水中的氢氧化钠等碱性物质可与尾气中的含硫组分发生充分反应，生成亚硫酸钠或进一步氧化生成硫酸钠，溶解于洗涤水中随其从洗涤塔3底部出口流出进入洗涤水循环管路5，同时未燃烧完全的燃油组分、黑炭、PAHs等同样随洗涤水进入洗涤水循环管路5，清洁的尾气则从尾气脱硫洗涤塔3上口溢出排放；进入洗涤水循环管路5的含有多种污染物的洗涤水，可经设有第一回流泵511的第一循环管路51回到洗涤水存储罐1中重新参加尾气洗涤过程，同时也可通过第二回流泵521将部分洗涤水泵入第二循环系统进行废水处理：首先通过过滤器522，经粗过滤、离心分离等步骤过滤或去除掉其中的炭黑、不溶性无机盐、未燃烧完全的组分等宏观(区别于微纳米级颗粒)污染物后，进入废水处理器523，在该处理器中同时通过超声波、多相光催化以及光解三重净化作用对洗涤水中的PAHs等有机污染物进行彻底分解或氧化，生成小分子易降解有机酸并进一步生成CO

需要说明的是，本发明中第一循环系统和第二循环系统并非一定要同时运行，本发明通过装设PAHs浓度检测器7实时测定洗涤水中的PAHs浓度，进而调节第一循环系统和第二循环系统的工作状态：洗涤水刚开始工作时，洗涤废水中的PAHs等污染物和杂质含量不多，即洗涤废水中的PAHs浓度不大于50μg/L时，此时只需运行第一循环系统；随着洗涤水处理废气的时间增长，洗涤废水中PAHs污染物和杂质含量逐渐增多，当污染物浓度超过50μg/L时，此时第二循环系统与第一循环系统同时工作；当污染物浓度过高，位于船舶尾气排放控制区以外时，可将第一循环系统停止，仅开启第二循环系统对洗涤废水中的污染物进行高效处理。

实施例1

所适用船只的船舶引擎4为WARTSILA-SULZER RT fiex50型低速柴油机，总排烟量为4×10

实施例2

所适用船舶的发动机为MAN 6S35MC型低速柴油机，机负荷在50％时，船舶引擎4总排烟量为28000kg/h，所用燃油为高硫3.5％船用燃油，在保持船舶尾气脱硫洗涤塔3脱硫效率为99％以上的条件下，每小时需消耗质量分数为20％的氢氧化钠溶液50L，即有50L的脱硫尾气洗涤水失去脱硫的效果，该闭路式船舶尾气脱硫洗涤系统共开机1h，初始洗涤水储存罐1中的脱硫尾气洗涤水共0.5m

综上所述，本发明提供了一种船舶尾气脱硫洗涤废水的深度处理及回用装置。该装置无需装设电解装置，能耗低；采用过滤以及超声波耦合多相光催化氧化反应的技术处理洗涤废水，不仅能够高效、彻底地降解去除洗涤废水中的污染物，大大降低污泥产量，且不引入任何化学药品，大大减少了废水处理过程中对生态环境造成的负面影响；另外，该装置提高了闭路式船舶尾气脱硫洗涤系统中洗涤水的服役时间以及循环利用率，减少了其对海水等来源的补水的需求量，同时也节省了大量的碱性洗涤药剂的补加消耗，从而减少了船上化学药剂的储存量，降低了船舶安全隐患。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。