CN115636542A - 一种新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型的船舶湿法一体化洗涤废水处理装置，该装置主要包括氧化浮化器和脱盐净化器，船舶洗涤废水从氧化浮化器的中部进入氧化浮化器，在氧化浮化器中完成多环芳烃的高效脱除，然后洗涤废水从氧化浮化器的底部排出，从底部进入脱盐净化器，在脱盐净化器中脱除洗涤废水中的硝酸盐，此外在脱盐净化器中将洗涤废水中的硫酸盐和悬浮颗粒物一起脱除。从脱盐净化器排出的凝水进入废水在线监控调控器，若水质合格，则凝水排至舷外，若水质不合格，则凝水被驳运至氧化浮化器进行再次处理。本专利提出的洗涤废水处理技术最大的特点是以低能耗实现洗涤废水的高效脱除，同时可脱除洗涤废水中的硝酸盐，这对于湿法一体化技术在船舶的应用至关重要。

Description

一种新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置

技术领域

本发明涉及船舶柴油机尾气净化技术领域，具体涉及一种新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置。

背景技术

世界贸易的快速发展促进了各国之间的货物运输，而船舶运输承担着世界上90％以上的货物运输。由于柴油机具有良好的经济性，世界各国的商船主要以柴油机作为动力来源。为降低运营成本，船舶发动机主要以劣质燃油作为燃料。因此，船舶废气中含有高浓度的NO_x、SO₂及PM，对自然环境和人体健康带来了极大的威胁。国际海事组织(IMO)和中国环保部门对船舶排放的NO_x和 SO₂有严格的限制法规。大量的研究表明湿法洗涤技术可以同时实现NO_x、SO₂及PM的高效脱除，SO₂被转化为亚硫酸盐，NO_x被转化硝酸盐，PM与喷淋液滴结合形成油水混合物和悬浮在洗涤废液中的杂质。环保部门对排入大海的洗涤废水的硝酸盐浓度、PAHs及浊度有较为严格的限制标准，高效、便捷、节能的废水处理装置是船舶在世界各地合法顺利通航的重要保障，也是湿法NO_x、 SO₂及PM一体化脱除技术在船舶工业中广泛应用的重要前提。

目前船舶废水处理装置主要是基于曝气、絮凝浮选、过滤吸附的技术流程设计的，或者是对该技术流程的部分改进设计的，采用该技术路径的废水处理装置体积庞大，处理效率较低，而且需要在废水处理过程中添加絮凝剂，更加重要的是采用该技术路径的废水处理装置无法将废水中的硝酸盐进行处理，这直接限制了该技术路径的废水处理装置在船舶领域的应用。此外，目前采用膜式过滤技术路径在船舶废水处理技术领域有相关的应用，由于船舶洗涤废水的水质较差，容易造成过滤膜的堵塞，从而明显影响废水处理的效率和过滤膜的寿命，从而会极大地增加使用废水处理装置的使用成本。大量科研人员对船舶湿法洗涤废水处理装置进行了相关的研究和改进，但是在应用中依然存在问题。

在申请号为202122577477.4的专利《船舶废水处理装置》中通过自清洗过滤器和陶瓷膜过滤器对脱硫***的废水进行处理，过滤单元包括自清洗过滤器与陶瓷膜过滤器，且能够进行自动反冲洗，分离单元包括加热装置与分离装置，可将过滤单元过滤后浓缩形成污泥和分离液。该专利仅可对脱硫废水进行处理，无法对废水中的硝酸盐进行有效处理。此外该专利利用膜技术进行分离，尽管对膜进行了反冲洗，但是由于脱硫废水中含有非常多杂质，很容易使膜的寿命收到影响。

在申请号为202110990300.9的专利《一种船舶用废水处理装置》中，公开了一种船舶用废水处理装置，在装置中设置有预热回收机构和过滤机构，实现对船舶洗涤废水的净化和废水预热的回收利用。该专利的设计只能对废水中的悬浮颗粒物等物质进行有效过滤，无法对洗涤废水中的亚硫酸盐、硝酸盐和多环芳烃进行有效处理，存在明显的技术缺陷。

在申请号为202210714326.5的专利《一种船舶烟气脱硫废水处理装置》中，公开了一种船舶烟气脱硫废水处理装置，在该装置的内部设置有过滤装置，过滤装置的顶部设置有刮擦板。该专利首先通过对废水进行预处理将废水中的固体废弃物过滤掉，配合刮擦板将废水中的固体物质过滤掉。该专利的设计仅可以将废水中的颗粒物过滤掉，无法对废水中的亚硫酸盐进行有效氧化，而且废水中的多环芳烃和硝酸盐无法进行有效脱除，该装置根本无法满足排放法规对船脱硫***的废水水质的规定。

综上所述，现有的船舶湿法洗涤废水处理装置在实际应用中存在诸多问题，开发一套高效、便捷、功能齐全且节能的洗涤废水处理装置十分有必要。

发明内容

本发明提出了一种新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置，提供了该废水处理装置的结构组成和工作原理。

在本发明中，船舶洗涤塔排出的废水中含有亚硫酸盐、硝酸盐、油污以及悬浮颗粒物等主要污染物，首先从洗涤塔排出的洗涤废水从从氧化浮化器的中部进入氧化浮化器，在氧化浮化器中废水中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，含油性物质从氧化浮化器的上方排出，含有硫酸盐、硝酸盐及悬浮颗粒物的洗涤废水从脱盐净化器的底部通过雾化喷射装置进入脱盐净化器，在脱盐净化器中完成硝酸盐和悬浮颗粒物的脱除，处理后的废水从脱盐净化器的中部排出，流出脱盐净化器的废水进入监控调控器，若水质满足排放标准，则洗涤废水排出舷外，若水质不达标，则处理后的废水再次进入氧化浮化器进行处理。

本发明提供的新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置的具体工作过程如下：

(1)从船舶洗涤塔排出的废水从氧化浮化器的中部进入氧化浮化器，氧化浮化器的底部安装有超微气泡发生装置，在超微气泡的作用下，含有油的气泡会在洗涤废水中快速上浮，同时废水中的亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，在氧化浮化器中从上至下呈现出三层，第一层为油层，第二层为油水混合层，第三层为水层，洗涤塔排出的废水从氧化浮化器中部的油水混合层进行氧化浮化器，位于氧化浮化器上层的油层经油层刮板的清理排出氧化浮化器，而水层从底部排出氧化浮化器。

(2)从氧化浮化器排出的废水含有的污染物主要包括硝酸盐和悬浮颗粒物。经氧化浮化器处理后的废水通过安装在脱盐净化器底部的雾化喷射装置进入脱盐净化器，雾化喷射装置将废水雾化为小液滴，喷射在高温蒸发器表面，高温蒸发器的热源来自于进入洗涤塔之前的高温废气，这种设计有效降低了蒸发需要的能源，同时又有效地降低了废气入塔温度，这可以明显降低洗涤塔中降温层的喷淋量，从而实现多重节能。液滴蒸发后在高温蒸发器表面会形成硝酸盐和悬浮颗粒物的残渣，经过残渣刮板的刮擦，硝酸盐和颗粒物悬浮物被收集在脱盐净化器的底部。液滴蒸发后形成的蒸汽通过蒸汽入口进入冷凝***的循环冷却器中，循环冷却器中螺旋冷却管的末端安装抽吸泵，循环冷却器中通流直管中安装阻力塞，从而保证抽吸泵工作时，可以充分将高温蒸发器蒸发的蒸汽抽入循环冷凝***的螺旋冷却管中，螺旋冷却管绝大部分位于冷却***中，螺旋冷却管下部的极少部分位于凝水储液柜中，暴露于凝水储液柜的螺旋冷却管底部设有凝水排液孔，凝水排液孔通过气封塞控制启闭。气封塞可确保抽吸泵工作时，凝水排液孔关闭，抽吸泵停止工作时，凝水排液孔打开。当抽吸泵工作时，在抽吸泵的作用下，气流速度增加，具有特殊结构的气封塞上移，从而将凝水排液孔堵死，这既可以保证未冷凝的蒸汽在循环冷却器中重复冷却，又能保证持续抽吸高温蒸发器蒸发的蒸汽，当抽吸泵停止工作时，气封塞在重力的作用下下移，凝水排液孔打开，在重力的作用下冷凝水通过凝水排液孔流入凝水储液柜中，暴露在凝水储液柜中的高温蒸发器表面装设隔热层，可有效避免凝水蒸发，同时加大了蒸发的热负荷。

(3)凝水储液柜排出的废水进入监控调控器中，若水质符合排放标准，则直接排出舷外，若水质不合格，则回流至氧化浮化器中进行二次处理。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明不但可以处理油污和悬浮颗粒物，更重要的是对废水中的硝酸盐具有一定的处理效果，能够较好地适用于NO_x、SO₂及PM湿法一体化脱除的洗涤废水处理。

(2)本发明只包含两个处理模块，与传统的水处理装置相比，***复杂程度明显降低，且不需要絮凝剂。

(3)本发明的原理更加简单，使用成本和运行成本较低，与膜式处理***相比，***更加稳定耐用。

(4)本发明高温蒸发器的热源为废气的热量，实现了湿法一体化脱除***的双重节能功效。

附图说明

对照下述附图对本发明的新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置进行详细说明。

图1为新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置的工作流程，从洗涤塔排出的废水从氧化浮化器的中部进入氧化浮化器，废水在氧化浮化器中完成油污的脱除，之后废水从脱盐净化器的雾化喷射器进入脱盐净化器，在脱盐净化器中完成硝酸盐和悬浮颗粒物的脱除，从脱盐净化器排出的废水进入监控调控器，如水质合格，则废水排出舷外，若水质不合格，则废水循环至氧化浮化器进行二次处理。

图2为氧化浮化器，在图2中，1-油层刮板导轨，2-油层刮板，3-油排出口， 4-油层，5-洗涤废水入口，6-油水混合层，7-氧化浮化器废水出口，8-水层，9- 超微气泡发生装置。

图3为脱盐净化器，在图3中，1-冷却海水入口，2-高温废气入口，3-通流直管，4-阻力塞，5-冷却***，6-循环冷却器，7-抽吸泵，8-螺旋冷却管，9-气封塞，10-凝水储液柜，11-冷却海水出口，12-蒸汽入口，13-废水排出口，14- 高温废气出口，15-雾化喷射装置，16-高温蒸发器，17-残渣刮板，18-残渣排出口。

图4为高温蒸发器在脱盐净化器沿废气管界面视图的具体结构及布置，在图4中，1-蒸汽排出口，2-隔热层，3-凝水储液柜分割挡板，4-高温蒸发翅片。

图5为螺旋冷却管底部排放凝水的结构说明，在图5中，1-螺旋冷却管，2- 气封塞阀杆，3-气封塞浮子，4-凝水排出孔，5-气封塞密封垫。

具体实施方式

在本发明中，如图1所示，船舶一体化洗涤之后的废水间隙性地排入氧化浮化器中，结合图2说明废水在氧化浮化器中的处理过程，首先洗涤废水从洗涤废水入口5进入氧化浮化器，超微气泡发生装置9产生超微气泡，可将废水中的亚硫酸盐氧化为硫酸盐，由于油污气泡的质量较小，在氧化浮化器中油污气泡会上浮，因此在氧化浮化装置中废水会出现分层，最上层为油层4，中间层为油水混合层6，最下层为水层8，油层刮板2在油层刮板导轨1的牵引下将油层通过油排出口3排出氧化浮化器，而处理之后下方的水层通过氧化浮化器废水出口7排出氧化浮化器。

排出氧化浮化器的废水进入脱盐净化器，在脱盐净化器中对废水中的硝酸盐和悬浮颗粒物进行处理，结合图3和图4对废水在脱盐净化器的净化过程进行说明。在图3中，废水通过喷射雾化装置15从下方进入，图3中的16为高温蒸发器，高温蒸发器中流通的气体为发动机高温废气，由图4可知，在高温蒸发器的下表面安装高温蒸发翅片4以扩大散热表面积，由于发动机废气温度较高，雾化后的废水液滴在高温蒸发翅片表面迅速蒸发，废水中的硝酸盐、硫酸盐及悬浮物残留在高温蒸发翅片表面，在图3中残渣刮板17的刮刷作用下，硝酸盐、硫酸盐及悬浮残留物被刮落，刮落的残渣由图3中的残渣排出口18排出，此时洗涤废水分为废水蒸汽和残渣，也完成了废水中硝酸盐、硫酸盐及悬浮颗粒物的脱除，下面介绍废水蒸汽的冷凝过程。以图3中高温蒸发器16的水平面作为分割，下方为温度较高为热腔室，为实现本专利的技术需求，需在高温蒸发器上表面装设图4中2所示的隔热层，因此高温增发器的上方温度较低，为冷腔室。在热腔室蒸发之后的废水蒸汽通过图4中1所示的蒸汽排出口进入冷腔室，由图3中的蒸汽入口12进入冷却***5中的循环冷却器6，冷却***5中的冷却剂由图3中的冷却海水入口1进入冷却***，由图3中的冷却海水出口11排出冷却***，冷却剂为蒸汽的冷凝提供帮助。进入循环冷却器中的废水蒸汽在图3中抽吸泵7的作用下在循环冷凝器中快速循环，为保证抽吸泵更多地将热腔室蒸发的废气吸入冷却***，巧妙地在图3中循环冷却器的通流直管3 中安装阻力塞4，图3中循环冷凝器的下部为螺旋冷却管，如图3所示，螺旋冷却管横置，下方的一部分在冷却***外面，为防止冷却剂泄露，螺旋冷却管和冷却***的接口处应强加密封，螺旋冷却管下方的排放凝水的具体结构如图5 所示。在图5中气封塞浮子3，气封塞阀杆2，气封塞密封垫5时一套设计相当巧妙的结构，气封塞浮子上表面突出，表面积较大，下表面正常，表面积较小，当抽吸泵工作时，此时进行的是废水蒸汽的冷凝过程，高速气流流过，气封塞浮子产生升力作用，带动气封塞阀杆和气封塞浮子上移，将图5中的凝水排出孔4密封，此时不但保证了废气蒸汽的高速循环冷却，而且有效避免其他空气通过凝水排出孔进入循环冷凝器，经过冷却作用，废水蒸汽在螺旋冷却管中高速旋转产生离心作用而迅速凝结，当冷凝过程结束后，在重力的作用下气封塞密封垫向下运行，凝水排出孔打开，冷凝水通过凝水排出孔排入图3中的凝水储液柜中，凝水通过图3中的废水排出口13排出脱盐净化器，由图1可知排出脱盐净化器的凝水需通过监控调控器进行在线检测，若水质达标，则排至舷外；若水质不达标，则废水被循环至氧化浮化器进行再次处理。

Claims (7)

1.一种新型船舶湿法一体化洗涤废水处理装置，其特征在于：该装置包括氧化浮化器和脱盐净化器。

2.根据权利要求书1所述的氧化浮化器，其特征在于：废水的入口设置在氧化浮华器的中部，废水出口设置在氧化浮化器的底部。

3.根据权利要求书1所述的脱盐净化器，其特征在于：脱盐净化器包括冷却海水入口、高温废气入口、通流直管、阻力塞、抽吸泵、螺旋冷却管、气封塞、凝水储液柜、冷却海水出口、蒸汽入口、废水排出口、高温废气出口、雾化喷射装置、高温蒸发器、残渣刮板及残渣排出口。

4.根据权利要求书1所述的脱盐净化器，其特征在于：脱盐净化器分为三层，最下层为废水蒸发层，中间层为凝水储存层，最上层为废水蒸汽冷凝层，三个分割层除特殊通道外全部密封，最下层与中间层的分割位置为高温蒸发器的中间位置，最上层与中间层是通过冷却***的下隔板分开。

5.根据权利要求4所述的高温蒸发器，其特征在于：位于最下层的高温蒸发器表面装有高温蒸发翅片，位于中间层的高温蒸发器表面装有隔热装置。

6.根据权利要求4所述的冷却***，其特征在于：冷却***的核心部件为循环冷却器，循环冷却器由螺旋冷却管、抽吸泵、通流直管和阻力塞组成，其中阻力塞安装在通流直管中。螺旋冷却管的下部分位于脱盐净化器的中间层中，且在螺旋冷却管的底部设有专门的排放凝水的结构。

7.根据权利要求6所述专门的凝水排放结构，其特征在于：凝水排放结构包括气封塞浮子、气封塞阀杆、凝水排出孔和气封塞密封垫，封塞浮子上方为突出的表面，下方为正常的表面，上面的表面积大于下方的表面积，当废水蒸汽高速流过时，气封塞浮子带动气封塞阀杆上升，从而通过气封塞密封垫将凝水排出孔堵住，当没有废水蒸汽流过时，在重力的作用下，凝水排出孔打开。

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