申请日2012.06.19
公开(公告)日2012.11.07
IPC分类号C02F1/28; C02F1/52; C02F1/32
摘要
本发明的目的在于提供超声波强化硅藻土处理污水的方法：污水储存在污水装置里，将经过精细化处理后的硅藻土或改性后的硅藻土倒入污水装置中，通过移动式超声波处理器在污水装置中移动，经过沉淀，沉淀物通过排泥管路排出，处理后的上清液通过排出管排出，实现达标排放;所述的超声波处理器的超声波频率为10～1000kHz、功率为20～1000w，超声波间隔时间为0.5～10天，每次处理时间为0.5～30min。本发明在超声波的强化作用下，硅藻土或改性后的硅藻土中的金属氧化物会催化超声空化过程形成的过氧化氢的分解，产生具有更高化学反应活性的羟基自由基，对于船舶污水中的各种污染物都将具有明显的去除效果。
权利要求书
1.超声波强化硅藻土处理污水的方法，其特征是：污水储存在污水装置里， 将经过精细化处理后的硅藻土或改性后的硅藻土倒入污水装置中，通过移动式 超声波处理器在污水装置中移动，经过沉淀，沉淀物通过排泥管路排出，处理 后的上清液通过排出管排出，实现达标排放;所述的超声波处理器的超声波频 率为10～1000kHz、功率为20～1000w，超声波间隔时间为0.5～10天，每次 处理时间为0.5～30min。
2.根据权利要求1所述的超声波强化硅藻土处理污水的方法，其特征是： 所述的硅藻土的精细化处理过程是将硅藻土原土干燥、粉碎、研磨、烘干和筛 分，其中选择100～200目筛进行筛分。
3.根据权利要求1所述的超声波强化硅藻土处理污水的方法，其特征是： 所述的硅藻土的改性处理过程是使用硫酸、盐酸、氢氧化钠浸洗，并使用搅拌 器搅拌，然后加热干燥。
4.根据权利要求1所述的超声波强化硅藻土处理污水的方法，其特征是： 所述的硅藻土的改性处理过程是在硅藻土表面负载金属氧化物，所述的金属氧 化物包括TiO2、CuO、MnO2、Fe3O4或羟基氧化物。
5.根据权利要求1-4任一所述的超声波强化硅藻土处理污水的方法，其特 征是：将经过精细化处理后的硅藻土或改性后的硅藻土中添加铝系、铁系混凝 剂或高分子有机絮凝剂、沸石，粘土，膨润土、石墨。
说明书
超声波强化硅藻土处理污水的方法
技术领域
本发明涉及的是一种污水处理方法。
背景技术
随着全球经济的发展，海上的运输量也得到了突飞猛进的增长，全球绝大多数的货物贸易是通过海上运输完成的。这些船舶在海上航行过程中产生的污水，如果不经过一定的处理措施就直接排放，会对海洋环境和人类的身体健康产生巨大的威胁。面对日益严峻的船舶污水造成的污染状况，国际海事组织(IMO)制定了国际防止船舶造成污染公约—《MARPOL73/78》，公约的附则Ⅳ中对于防治船舶污水污染进行了诸多规定，于2003年9月27日生效。船舶产生的污水主要为包括船舶生活污水(黑水)、灰水、船舶油污水和船舶压载水。按照公约附则VI的定义，船舶生活污水主要是指：任何型式的厕所和小便池的排出物和其他废弃物;医务室(药房，病房等)的洗手池、洗澡盆和这些处所排水孔的排出物;装有活着的动物处所的排出物;混有上述定义的排出物的其它废水，船舶生活污水也常称为“黑水”;而灰水是指除黑水以外的船上产生的其他污水，主要是来自厨房、洗衣房以及盥洗室等处的废水和废物;船舶油污水主要包括船舶正常操作过程中产生的含油压载水、含油洗舱水和机舱水;压载水是用来调节船舶的稳性和浮性，压载水中含有浮游植物、浮游动物、细菌和病原体等低等生物和一些鱼类等等，压载水处理的原则是防止、减少和最终消除有害水生物和病原体的传播。
公约要求处理的船舶生活污水主要是“黑水”。虽然对盥洗、厨房及洗衣所等排放的“灰水”没有给出处理要求，但当和“黑水”混合排放时必须进行处理。另外，一些国家和地区为保护当地水域环境质量，独自制定了更加严格的船舶生活污水排放标准，比如IMO要求的BOD5，SS和大肠杆菌的排放指标分别为50mg/L，50mg/L和250个/100mL，而美国阿拉斯加海域法规要求的排放指标分别为20mg/L，25mg/L和100个/100mL。并且有些地区要求黑水和灰水都要处理;甚至禁止排放任何形式的船舶生活污水在一些特殊和敏感水体，比如自然保护区、水源地和珍稀鱼类栖息地等。而对于船舶压载水要求排放的压载水中，最小尺寸大于或等于50微米的生物体，以及每毫升中最小尺寸大于或等于10微米但小于50微米的生物体，能存活的每立方少于10个。指标微生物的排放，不应超过规定的浓度。根据人类的健康标准，指标微生物应包括但不限于： 每100mL含小于1cfu(菌落形成单位)的有毒霍乱弧菌或每克(湿重)含小于1cfu浮游动物样品。每100mL含少于250cfu的大肠杆菌。每100mL含少于100cfu的肠道球菌。
目前对于船舶污水的处理主要采取两种办法，船上就地处理排放和通过在船舶上贮存，待运载到陆地上再集中处理。国内在港口或码头岸上污水处理厂所采用的工艺主要为生物接触氧化法和氧化沟。相对于船上就地处理技术中对于船舶的空间和处理技术的要求程度，将船舶生活污水在船舶行驶的过程中收集并贮存，运输到港口或码头岸上的污水处理厂进行处理的方法，对于船舶设施上的要求要低一些，只是使用一些能够贮存船舶生活污水的装置，并且投资费用较低。但是这些贮存装置却会占用船舶中的有效仓容，而且由于船舶生活污水水量的不稳定性，对于贮存装置的容积确定也有很大难度。另外还需要在港口设置专门的污水接收设备，增加人力物力费用并消耗更多的时间。而船舶生活污水的就地处理排放，不仅节约了船舶的有效仓容空间，而且经过处理的污水可在任何水域排放而不造成污染。目前国内外研究较多的处理船舶中几类污水的方法主要有机械法，物理法，化学方法和生物法。这些方法在研究过程中发现存在着能耗较大，效率较低和成本较高等缺点，在实际推广中存在一定的问题。
超声波技术是近年来发展起来的一种新型的环境技术。具有操作和控制容易，且反应条件温和，反应速度快等优点。可以单独或与其他水处理技术联合使用，是一种很有发展潜力和应用前景的水处理技术。在水溶液中，发生空化时产生的主要影响有：热分解，自由基反应及化学转化，超临界水氧化。这就为在一般化学反应条件下难以实现或不可能实现的那些反应提供了一种新的非常特殊的物化环境。尽管单独使用超声波可简单、方便地降解水体中一系列污染物，但该技术仍存在降解效率低、反应时间长、能耗高等问题，与其他技术联用会大大提高其反应效率。
硅藻土是古代单细胞低等植物硅藻遗体堆积后，经过一定的地质条件下成岩作用而形成的一种具有多孔性的生物沉积岩，是由硅藻死亡以后的遗骸沉积形成的，主要矿物成分是蛋白石及其变种，化学成分主要是SiO2，并含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、Na2O、MgO等和有机质等杂质。硅藻土由于其化学性质稳定，吸附能力强，过滤性能良好，不溶于任何强酸，在废水处理中得到广泛的应用。硅藻土的污水处理机理为吸附、混凝和中和协同作用。由于硅藻精土具有巨大的比表面积和强大的表面吸附性能，脱稳胶体极易被吸附到硅藻土上，且附着了污染物质的硅藻土颗粒间也有很大的相互吸附能力。所以将改性硅藻土作为混凝剂加入到废水中后，能快速形成粒度和密度都较大的絮体，且 该絮体的稳定性好，甚至当絮体被打碎后，还可发生再絮凝，这是其它的铝盐、铁盐等常用废水处理剂所无法比拟的。利用硅藻土所具有的独特的混凝和吸附特性，另外还由于其组成成分中还有大量的金属氧化物，因此利用超声强化硅藻土的作用，可以大大增强二者之间的协同作用，提高对于船舶污水和其他污染水的处理效果，使得其能够达标排放，减小对海洋环境的危害。
申请号200410098588.5的专利提供了利用超声强化絮凝去除水体中藻类的方法，采用超声强化聚合氯化铝絮凝剂进行混凝，然后去除藻类。专利号ZL200310117710.4提供一种用超声波快速去除水厂原水中藻类的方法，将混凝剂加入混凝反应池内的原水中，进行混凝反应，同时将超声波设备产生的超声波通过换能器直接施加于所属的原水中。这两种方法都是超声强化普通混凝剂的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供处理船舶污水中的有机污染物、油类、藻类等有害生物、病原体、悬浮物的超声波强化硅藻土处理污水的方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明超声波强化硅藻土处理污水的方法，其特征是：污水储存在污水装置里，将经过精细化处理后的硅藻土或改性后的硅藻土倒入污水装置中，通过移动式超声波处理器在污水装置中移动，经过沉淀，沉淀物通过排泥管路排出，处理后的上清液通过排出管排出，实现达标排放;所述的超声波处理器的超声波频率为10～1000kHz、功率为20～1000w，超声波间隔时间为0.5～10天，每次处理时间为0.5～30min。
本发明还可以包括：
1、所述的硅藻土的精细化处理过程是将硅藻土原土干燥、粉碎、研磨、烘干和筛分，其中选择100～200目筛进行筛分。
2、所述的硅藻土的改性处理过程是使用硫酸、盐酸、氢氧化钠浸洗，并使用搅拌器搅拌，然后加热干燥。
3、所述的硅藻土的改性处理过程是在硅藻土表面负载金属氧化物，所述的金属氧化物包括TiO2、CuO、MnO2、Fe3O4或羟基氧化物。
4、将经过精细化处理后的硅藻土或改性后的硅藻土中添加铝系、铁系混凝剂或高分子有机絮凝剂、沸石，粘土，膨润土、石墨。
本发明的优势在于：本发明在超声波的强化作用下，硅藻土的吸附和混凝效果将得到大幅度提高。同时，硅藻土或改性后的硅藻土中的金属氧化物也会催化超声空化过程形成的过氧化氢的分解，产生具有更高化学反应活性的羟基自由基，对于船舶污水中的各种污染物都将具有明显的去除效果。超声波和硅藻土之间的协同作用，使得这种超声波强化硅藻土处理船舶污水的新方法将具有广阔的应用前景。同时，该技术还适用于其他污染水的处理过程。
具体实施方式
下面对本发明做更详细地描述：
超声波的发热机制，机械机制，空化机制，产生自由基及化学转化。这几种超声波作用机制互相作用，互相影响，在超声波水处理过程中起到重要作用。超声波产生的空化效应，会产生大量的微小气泡，这些微小气泡在其形成、振荡、生长、收缩至崩溃的过程中这种极端的物理环境可能引发某些特殊的化学反应，会形成强大的爆破力，会将含油水中的乳化液胶团打破而实现破乳。空化过程产生的自由基也会对于船舶污水中的有机污染物，藻类等有害生物和病原体具有较好降解去除和灭活的作用。
硅藻土具有的独特的混凝和吸附特性。硅藻土很强的吸附能力和很大的吸附容量，是因为其硅藻壳体具有大量的、有序排列的微孔，从而使硅藻土具有很大的比表面积。且混凝作用会进一步强化吸附作用。对硅藻土进行改性之后的硅藻土具有更高的吸附能力和更好的混凝效果，使其能与污染物形成较大而又较密实的絮体，且絮体具有良好的稳定性;而且改性后的硅藻土将具有巨大的比表面积和强大的表面吸附性能，孔结构得到改善，脱稳胶体极易被吸附到硅藻土上。还可向硅藻精土中加入适量的其他混凝剂，形成复合型混凝剂，如铝系或铁系混凝剂，或高分子有机絮凝剂。硅藻土颗粒可作为形成絮体的骨架，改善矾花的结构，具有一定的助凝作用，使形成的絮体密实而有较好的沉降性能。另外，硅藻土经活化酸改性处理后，其比表面积大大增加，硅藻土中的铁、铝、钙等的氧化物与酸反应后生成可溶性盐类，在水中可以水解形成混凝作用很强的聚合物。
在超声波的强化作用下，会使得硅藻土的混凝和吸附吸性能得到大幅度的提高。施加超声波，可使船舶污水中有机物的热运动加快、比表面积提高，有机组分与硅藻土碰撞形成共沉淀的速率提高，从而强化混凝效果。超声波能够利用其分散作用增加了硅藻土的比表面积，提高了硅藻土的吸附作用，从而强化混凝效果。当超声波频率较高时，还可利用超声波产生的机械作用，来快速 有效的清洗硅藻土表面，并清除硅藻土中的杂质及硅藻土空隙中的杂质，使其能迅速的完成再生过程，提高吸附效果。另外，超声过程空化会生成的H2O2，由于天然的硅藻土内即含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等金属氧化物，在超声波的作用下，这些金属氧化物会催化H2O2的分解，产生具有较强化学氧化活性的羟基自由基，对于船舶污水中的各种污染物都具有很好的去除效果。如果在硅藻土表面负载金属氧化物，如TiO2、CuO、MnO2、Fe3O4和羟基氧化物等等，这些负载的金属氧化物同样可以催化超声空化作用下产生的过氧化氢的分解过程，提高处理效果。
实施方式1：
船舶生活污水和含油污水分别通过收集装置收集，压载水储存在压载舱中，根据不同的污水体积，将不同数量经过精细化处理后的硅藻土或改性后的硅藻土倒入污水装置中，然后通过移动式超声波处理器在污水装置中移动，在移动的过程中将污水中的有机污染物，油类，藻类等有害生物，病原体，悬浮物等等处除，经过一定时间的沉淀，沉淀物通过排泥管路排出。处理后的上清液通过排出管排出，实现达标排放。超声波的频率为10～1000kHz，超声波的功率为20～1000w，处理时间为0.5～30min，间隔时间为0.5～10d超声运行一次。高频率可以用于硅藻土中的杂质及硅藻土表面和空隙中的杂质，实现硅藻土的反复使用，降低处理成本。
实施方式2：根据具体实施方式一的操作方法，将硅藻土进行精细化处理，精细化过程主要是将硅藻土原土经干燥、粉碎、研磨，烘干和筛分，根据不同水质，选择100～200目筛。
实施方式3：根据具体实施方式一的操作方法，将硅藻土进行改性处理，采用酸或碱洗方式，使用硫酸、盐酸和氢氧化钠浸洗，并使用搅拌器搅拌，然后加热干燥。
实施方式4：根据具体实施方式一的操作方法，将硅藻土进行改性处理，在硅藻土表面负载金属氧化物，如TiO2、CuO、MnO2、Fe3O4或羟基氧化物等等。
实施方式5：根据具体实施方式一的操作方法，向硅藻精土中加入适量的其他混凝剂，形成复合型混凝剂，如铝系或铁系混凝剂，或高分子有机絮凝剂。或者硅藻土与其他非金属矿物组合使用，包括沸石，粘土，膨润土和石墨等。 通过以上方式获得硅藻土复合水处理剂。
