申请日2009.09.17
公开(公告)日2010.02.24
IPC分类号B63J4/00
摘要
本发明公开了一种船用油污水分离处理方法，它包括对舱底油污水进行预加热处理至48℃～58℃;进行油滴聚集和油水重力分离而分离出废油和分离水;分离水经滤料过滤装置过滤成过滤水送至膜分离处理装置，浓缩液回收，渗透水排出舱外。本发明的船用油污水处理装置，包括依序连通的加热器、重力分离器、抽吸泵、滤料过滤器以及膜处理器，加热器的油污水通入口连向舱底油污水站，膜处理器的渗透水出口通过防虹吸管与通海阀相连通。本发明不仅能够实现高密度渣油油污水的分离处理，而且能够实现对油污水中的乳化液的有效分离处理，使之满足严格的排放标准，广泛适用于船用舱底油污水的分离处理中。
权利要求书
1、一种船用油污水分离处理方法，其特征是该分离处理方法包括以 下步骤：首先对舱底油污水进行预加热处理，使其预加热至48℃～58℃; 再将预加热后的油污水送到重力分离装置，使油污水流过该重力分离装 置中的若干层油污水流道，进行油滴聚集和油水重力分离而分离出废油 和分离水;该重力分离装置中的油污水流道最大高度为9mm～25mm，油 污水在重力分离装置中的水力停留时间为15min～25min;经重力分离装 置分离后的废油排出，分离水则再经输送管道输送至滤料过滤装置;分 离水在所述滤料过滤装置中的水力停留时间为0.4min～2min，滤料表面 流速负荷为3mm3/mm2.s～4mm3/mm2.s;经滤料过滤装置过滤后的过滤水 再经输送管道输送至膜分离处理装置，将膜分离处理装置15%～25%处理 量的浓缩液继续送回舱底油污水站，余下浓缩液回收，膜分离处理装置 的渗透水排出舱外。
2、根据权利要求1所述的船用油污水分离处理方法，其特征是：所 述油污水预热处理采用蒸汽加热，并通过蒸汽将油污水预加热到52℃～ 56℃。
3、根据权利要求1所述的船用油污水分离处理方法，其特征是：所 述重力分离装置中油污水流道最大高度为16mm～20mm，油污水在重力分 离装置中的水力停留时间为18min～22min。
4、根据权利要求1所述的船用油污水分离处理方法，其特征是：所 述膜分离处理装置中的膜组件采用外压式超滤膜组件，将18%～22%处 理量的浓缩液送回舱底油污水站。
5、一种实现权利要求1所述油污水分离处理方法的船用油污水处理 装置，其特征是该油污水处理装置包括加热器(1)、重力分离器(2)、 抽吸泵(3)、滤料过滤器(5)以及膜处理器(6)，所述加热器(1)、 重力分离器(2)、抽吸泵(3)、滤料过滤器(5)以及膜处理器(6) 通过管道依序相连通;所述加热器(1)的油污水通入口连向舱底油污 水站(23)，所述膜处理器(6)的渗透水出口与通海阀(10)相连 通;所述抽吸泵(3)位于连通重力分离器(2)和滤料过滤器(5) 的管道上;在所述膜处理器(6)的油污水入口处还并连有气体反冲阀 (16)。
6、根据权利要求5所述的船用油污水处理装置，其特征是：所述加 热器(1)包括加热器壳体(101)，该加热器壳体(101)上设置有油污 水通入管(103)和加热油污水排出管(108);油污水通入管(103)和 加热油污水排出管(108)与加热器壳体(101)筒腔相连通;所述加热 器壳体(101)筒腔内设置有蒸汽加热管(102)，该蒸汽加热管(102) 两端分别通向蒸汽通入管(105)和蒸汽排出管(106)。
7、根据权利要求5所述的船用油污水处理装置，其特征是：所述重力 分离器(2)，包括筒体(211)以及设置于筒体(211)上的油污水进入 口(213)、废油排放口(214)和分离水排出口(209);在所述筒体(211) 内至少设置有第一聚集分离器(204)和第二聚焦分离器(207)，该第一 聚集分离器(204)和第二聚集分离器(207)分别位于导流孔板(206) 的上、下两侧，该导流孔板(206)的周边封闭地固定安装于筒体(211) 的内壁上，导流孔板(206)的中间位置设有导流通孔;所述第一聚集分 离器(204)的顶端设有顶部盖板(203)，该顶部盖板(203)的周边与 筒体(211)内壁间留有间隙;所述第二聚集分离器(207)的底部设有 导流盲板(208)，该导流盲板(208)的周边与筒体(211)的内壁间留 有间隙;第一聚集分离器(204)和/或第二聚集分离器(207)包括若干 相互叠置的波纹分离盘(215)，该波纹分离盘(215)呈锥盘状且盘面为 波纹面，相邻波纹分离盘(215)以其波纹峰谷相错叠而形成径向的油污 水流道，该油污水流道的最大高度为9mm～25mm。
8、根据权利要求7所述的船用油污水处理装置，其特征是：所述波纹 分离盘(215)的波纹沿盘面周向延伸，该波纹锥形盘(215)的中间设 有通孔;波纹分离盘(215)的盘面锥角β=15°～30°。
9、根据权利要求5所述的船用油污水处理装置，其特征是：所述膜处理 器(6)包括膜组件(605)，该膜组件(605)设置于金属筒体(610) 内，金属筒体(610)的上、下两端分别固定连接有底罩(609)和顶罩 (611);在所述膜组件(605)同一端至少设置有二个膜组件浓缩液出口 (602)，该膜组件浓缩液出口(602)与浓缩液引出口(604)相连通。
10、根据权利要求5-9中任一项权利要求所述船用油污水处理装置， 其特征是：所述滤料过滤器(5)的过滤水出口与相互并接的膜处理器 (6)过滤水入口(608)和通海阀(10)相连通。
说明书
船用油污水分离处理方法及其处理装置
技术领域
本发明涉及油污水处理技术领域，特别涉及一种船用舱底油污水的 分离处理方法。本发明还涉及一种采用该油污水分离处理方法的油污水 处理装置。
背景技术
随着世界航运事业的快速发展，船舶吨位的迅速增加，船舶舱底油 污水的不当排放已成为船舶造成海洋污染的最主要形式。船舶油污水排 入海洋水体后，在水体表面形成一层极薄的油膜，据资料分析，向水面 排放1吨油品，即可形成5×106m2的油膜污染，这种油膜直接阻碍大气 中的氧向水体中转移，使水体缺氧，水生物因缺氧而死亡;油品还具有 一定的毒性，对幼鱼和鱼卵的影响尤为突出，另外，大量的油膜甚至可 能引起火灾而影响水上交通。船舶舱底油污水排放给海洋环保带来了巨 大的威胁。
为此，国际海事组织和各国政府相继出台了一系列的海事法律法 规，以最大限度地减少船舶污染问题，国际海事组织海上环境保护委员 会也将船舶在沿海和特殊区域排放舱底水的含油量不超过15ppm的规定 扩大到了所有海域，船用油污水处理装置已成为强制配备执行的船舶排 污处理设备。国际海事组织于2003年7月18日通过的MEPC.107(49) 决议对15ppm舱底油污水分离装置及报警器提出了更为严格的标准，将 分离处理重油密度940kg/m3提升至980kg/m3以上，并且增加了对乳化油 的处理要求;含有乳化油的油污水特别是含有表面活性剂的化学乳化油 的油污水分离一直是油污水处理领域的一大难题，故而此前的相关法规 和排放标准均未提出乳化油的处理要求和处理装置的试验要求。
现有的油污水分离处理方法及其处理装置大都采用重力分离处理 再加上机械状的油滴聚集器，这类分离处理装置是根据油和水比重的不 同以及聚集、吸附作用来进行油水分离的。但密度在980kg/m3以上的渣 油本身密度较高，加之一些污染物(如铁锈)的存在，油滴往往吸附了 一些铁锈，使得渣油与水的密度差极小，或超过水的密度，且其粘度很 高，使得聚集分离油滴上浮的难度加大，甚至无法通过传统的重力方法 实现分离。更由于MEPC.107(49)决议增加了分离装置对含有乳化油的油 污水的分离要求，乳化油中的油杂质是长期悬浮、且均匀分布于水中， 具有高度的稳定性而不可能聚集上浮，无疑依靠传统的重力分离方法是 无法实现含有乳化液的油污水分离的。
虽然人们通过在重力分离加上机械状的油滴聚合器的基础上，再通 过膜过滤分离，理论上这种分离方法能够实现乳化油的分离处理，然而 由于分离膜在截留乳化油的过程中，被截留物在膜表面上的堆积会在膜 表面产生薄层覆盖的凝胶层而导致分离膜的污染，更为严重的是由于分 离膜通常具有亲油性，分离过程中由于前段处理方法不能彻底分离油污 水中的油滴、固体物和水，膜分离过程中，液体的快速流动使得油滴和 固体杂质很快进入到致密的细孔，引起膜的内部堵塞，膜表面的污染和 膜孔的堵塞使得水分子无法在侧压作用穿过致密的微孔而进入膜的另 一侧。试验表明，这种结构的处理装置在短短几周甚至几天内膜通量即 出现明显的下降，且随着时间的延长，膜通量一般会成倍下降，为此只 得从分离装置中取出分离膜进行清洗或更新分离膜，这不仅明显的增加 了分离装置的运行成本，而且在船舶空间十分有限的条件下，也是十分 困难的。
由于现有的油污水分离处理装置中，受其重力分离阶段分离结构和 分离方法的局限，既不能分离含有密度较高的渣油污水，又不能较为有 效地消除油污水中的油滴成份和固体杂质，而加重膜分离阶段的负担， 导致膜分离很快失效，出现分离处理装置各分离阶段功能上的相互牵 制，不能各司其责，最终导致整个装置无法正常工作。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提 供一种船用油污水分离处理方法，该方法不仅能够实现高密度渣油油污 水的分离处理，而且能够实现对油污水中的乳化液进行有效分离处理， 使之满足严格的排放标准。
本发明另一个要解决的技术问题是还要提供一种实现该油污水分 离处理方法的油污水处理装置。
为了解决上述技术问题，本发明的船用油污水分离处理方法包括以 下步骤：首先对舱底油污水进行预加热处理，使其预加热至48℃～58 ℃;再将预加热后的油污水送到重力分离装置，使油污水流过该重力分 离装置中的若干层油污水流道，进行油滴聚集和油水重力分离而分离出 废油和分离水;该重力分离装置中的油污水流道最大高度为9mm～25mm， 油污水在重力分离装置中的水力停留时间为15min～25min;经重力分离 装置分离后的废油排出，分离水则再经输送管道输送至滤料过滤装置; 分离水在所述滤料过滤装置中的水力停留时间为0.4min～2min，滤料表 面流速负荷为3mm3/mm2.s～4mm3/mm2.s;经滤料过滤装置过滤后的过滤 水再经输送管道输送至膜分离处理装置，将膜分离处理装置15%～25% 处理量的浓缩液继续送回舱底油污水站，余下浓缩液回收，膜分离处理 装置的渗透水排出舱外。
采用上述的油污水分离处理方法，首先由于对舱底油污水进行预加 热处理，从而增大了油、水之间的密度差，且渣油粘度下降，有利于重 油尤其是密度在980kg/m3以上的渣油油滴在油污水中聚集上浮分离，而 且分离出的废油也更容易从集油部位中排出;当然过高油温既会使油变 得过稀，且容易乳化，也会消耗过多的热能，因此，发明人经过反复分 析和实际试验，预加热温度控制在48℃～58℃之间，具有理想的分离效 果和综合效益，能实现对密度超过1000kg/m3渣油的分离。
第二，由于采用具有多层油污水流道的流道重力分离方法，大大增 加了油水界面的覆盖面积和油污水的流道长度，不仅有利于油滴的聚集 增大和加速上浮，而且更有利于微小油滴的碰撞聚集。同时采用合理的 流道高度尺寸和水力停留时间，也有效保证了分离装置连续稳定地工 作。过小的流道高度虽能在一定容积条件下具有较大的比表面积，但很 容易形成油滴和气泡在通道中的堵塞，反而使整个分离装置的工作效率 下降，过大的流道高度尺寸又会占用过大的空间，且使分离效率下降， 不利于节省有限的船舱空间，同样水力停留时间也直接影响着分离装置 的工作效果和分离效率，将油污水流道最大高度控制在9mm-25mm、水 力停留时间控制在15min-25min之间具有理想的综合分离处理效果。
第三，由于采用滤料过滤装置不仅进一步去除油污水中的油份，更 为重要的是去除油污水中的氧化铁等固体悬浮物，将该滤料过滤装置设 置于膜处理装置的前道，以物理方法较好地保护了分离膜不被固体物和 油滴污染而丧失工作能力。滤料过滤装置中的水力停留时间控制在 0.4min～2min之间，滤料表面流速负荷设计为3mm3/mm2.s～4mm3/mm2.s (在每秒时间内每平方毫米滤料表面通过的过滤水立方毫米数)，从而 使之具有较高的过滤处理效率和处理能力。
第四，由于采用前道的高效分离、过滤，分离膜仅对乳化油及溶解 油进行滤分处理。分离膜对乳化油具有理想的分离处理效果，但其又容 易被油滴及其悬浮固体物堵塞，因此本发明一方面通过具有多层油污水 流道的重力分离方法，使分离水中的油含量接近15ppm;该分离水再经 滤料的物理过滤进一步除去悬浮固体杂质和油份，从而为膜分离过滤乳 化油做好前期准备。
第五，在膜分离中采用浓缩液部分回流的方法，避免分离膜的死端 操作。综合考虑膜表面的清洁和膜处理效率，而将膜分离处理装置15%～ 25%处理量的浓缩液继续送回舱底油污水站，让油污水以一定速度平行 于膜表面流动，以回流液所产生的冲刷剪切力抑制膜表面污染物凝胶层 的形成，阻止膜分离表面的浓度极化。
在本发明的分离处理过程中，重力分离装置很好地实现了油污水中 油滴与水分的分离，滤料过滤装置又滤去了固体杂质，最后膜处理装置 仅对乳化油和溶解油进行彻底的截留分离，实现了油污水→分离水→过 滤水→渗透水的转化，各工序“分工明确、各司其责”，协调有序地保 证油污水的分离处理效果。
本发明的一种优选实施方式，所述膜分离处理装置中的膜组件采用 外压式超滤膜组件，且将18%～22%处理量的浓缩液送回舱底油污水 站。采用外压式超滤结构，便于对滤膜外表面污染物进行清洗处理;采 用该处理量的浓缩液送回舱底油污水站的工艺方法，具有更高分离效率 和显著防污染效果。
为了实现本发明船用油污水分离处理方法，本发明的船用油污水处 理装置，包括加热器、重力分离器、抽吸泵、滤料过滤器以及膜处理器， 所述加热器、重力分离器、抽吸泵、滤料过滤器以及膜处理器通过管道 依序相连通;所述加热器的油污水通入口连向舱底油污水站，所述膜处 理器的渗透水出口与通海阀相连通;所述抽吸泵位于连通重力分离器和 滤料过滤器的管道上;在所述膜处理器的油污水入口处还并连有气体反 冲阀。
本发明的油污水处理装置，采用上述结构后，由于加热器、重力分 离器、抽吸泵、滤料过滤器及膜处理器依序连通排列，该结构通过对油 污水的预加热而解决高密度渣油难以分离处理的问题，预加热后油污水 再进入到具有若干波纹分离盘相互错叠形成的多层油污水流道中，使油 滴在油污水流道中集聚增大上浮分离，油水分离时间更加充分，油珠聚 集、上浮效果更加理想;抽吸泵设置于重力分离器的下游端，有效避免 了抽吸泵对油污水的扰动和乳化作用;经分离后的分离水再经滤料过滤 器的物理过滤而滤去悬浮固态杂质和剩余的油份，这又为分离膜对乳化 油的进一步分离作好了充分准备;而膜处理器又对乳化油进行有效的过 滤分离，且该膜处理器能在使用中即时在进行气流反冲清洗，稳定了膜 组件的使用通量。故而在本发明的处理装置中，各步骤的工艺设备排布 合理、功能相辅，协调有效地对含有较高密度渣油、悬浮固体杂质以及 乳化液的油污水进行高效分离处理。
本发明的一种优选实施方式，所述加热器包括加热器壳体，该加热 器壳体上设置有油污水通入管和加热油污水排出管;油污水通入管和加 热油污水排出管与加热器壳体筒腔相连通;所述加热器壳体筒腔内设置 有蒸汽加热管，该蒸汽加热管两端分别通向蒸汽通入管和蒸汽排出管。
上述结构中，由于在预热器壳体筒腔内设置有蒸汽加热管，当预热 器壳体筒腔内通入待分离处理的油污水时，流经蒸汽加热管的水蒸汽通 过加热管壁对包围其管壁四周的油污水进行加热，使预热器壳体筒腔内 的油污水温度上升，密度降低，粘性下降，从而加大了污油和水的密度 差，保证油污水在重力分离装置中能够高效分离，这对分离密度达到 980kg/m3以上的渣油显得特别有效，从根本上解决了现有油污重力分离 装置无法分离含有渣油的油污水分离处理问题。更由于位于加热器壳体 筒腔内的蒸汽加热管是通以饱和水蒸汽作为油污水的加热介质的，这就 充分利用了水蒸汽热容量高的物理特性，能在短时间内实现对油污水的 快速升温加热，快速使其融化上浮，加快了油污水的分离速度，彻底克 服了现有油污水分离中电加热方式升温严重不足的缺陷。同时也由于大 型船舶总是配有水蒸汽锅炉，蒸汽热源充足，不会出现电加热用电严重 受限的不足。
本发明又一种优选实施方式，所述重力分离器包括筒体，以及设置 于筒体上的油污水进口、废油排放口和分离水排出口，在所述筒体内至 少设置有第一聚集分离器和第二聚焦分离器，该第一聚集分离器和第二 聚集分离器分别位于导流孔板的上、下两侧，该导流孔板的周边封闭地 固定安装于筒体的内壁上，导流孔板的中间位置设有导流通孔;所述第 一聚集分离器的顶端设有顶部盖板，该顶部盖板的周边与筒体内壁间留 有间隙;所述第二聚集分离器的底部设有导流盲板，该导流盲板的周边 与筒体的内壁间留有间隙;第一聚集分离器和/或第二聚集分离器包括 若干相互叠置的波纹分离盘，该波纹分离盘呈锥盘状且盘面为波纹面， 相邻波纹分离盘以其波纹峰谷相错叠而形成径向的油污水流道，该油污 水流道的最大高度为9mm～25mm。
上述的聚集分离器由于是由呈锥盘状结构的波纹分离盘相互错叠而 成，具有盘面锥角的分离盘的盘面在360°的回转方向内均呈倾斜结构， 即使在船舶摇摆倾斜的情况下，分离盘间的油污水至少在一定方向上保 持顺流状态，使得船舶发生任何方向的倾斜，该油污水分离装置总保持 着正常地、连续工作状况，使船舶油污水在任何情况下总能处于高效分 离中。同时分离盘面的倾斜结构，又巧妙地将现有的平流沉淀分离结构 改变成斜板分离结构，申请人经过反复试验对比，该结构较普通平流式 分离结构的分离效果有了成倍的提高，特别对散性油珠的分离去除效果 更加显著;这种层叠结构又很好地运用了浅池理论原理，在筒体体积不 变的情况下，使分离器的分离处理效果提高了层叠波纹锥盘数的倍数。 又由于分离盘的锥盘面呈波纹状结构，相邻分离盘的锥面波纹峰谷相互 交错叠置而形成油污水分离通道，该分离通道沿径向具有不同的截面 积，从而构成波纹盘板的变间距、变水流流线、变过水断面的分离通道 结构，在该通道中油污水流呈扩散、收缩状态而交替流动产生了正弦脉 动水流，大大增加了油污水中油珠之间了碰撞机率，促使小而分散的油 珠聚集变大，加快了油珠的上浮速度，提升油污水的分离效果。还由于 采用了多组聚集分离器相邻设置的结构，使得在分离器中的油污水能从 一组聚集分离器曲折回转地流至另一组聚集分离器，这样一方面大大延 伸了油污水分离通道的长度，从根本上解决了船舶空间狭小而带来的分 离通道长度不足的缺陷，既能最大限度地利用船舶空置的空间，又能确 保分离器的油水分离效果，确保了船用分离器的高效工作;另一方面这 种结构在分离流道延伸长的同时，也大大增加了分离器油水界面的覆盖 面积，使得油水分离时间更加充分，油珠聚集、上浮效果更加理想，再 一方面，这种结构所形成的曲折油水分离流道，又进一步增加了油珠碰 撞聚集的效果，更有效地促进油珠并合长大，加速上浮分离，因此该结 构具有十分理想的油水分离效果。再由于油污水流道的最大高度设计为 9mm～25mm，各波纹分离盘以其盘面的波纹峰谷相互交错叠置，从而在 相互错开对置的谷峰间形成径向的油污水分离通道;过小的通道高度虽 能在一定容积条件下具有较大的比表面积，但很容易形成油滴和气泡在 通道中的堵塞，反而使整个分离装置的工作效率下降;过大的通道高度 尺寸又会占用过大的空间，且使分离效率下降，不利于节省有限的船舱 空间，同时由于该油污水通道沿周向(通道宽度方向)的高度是从零到 最大再至零变化的。该油污水流道的最大高度控制为9mm～25mm范围内 具有理想的综合分离处理效果。同时这种采用波纹状的锥盘分离结构， 不仅在设计理念进行了重大的突破，特别适用于船舶的油水分离装置 中，而且具有结构简单、制作维护方便的特点。
本发明再一种优选实施方式，所述膜处理器包括膜组件，该膜组件 设置于金属筒体内，金属筒体的上、下两端分别固定连接有底罩和顶罩; 在所述膜组件同一端至少设置有二个膜组件浓缩液出口，该膜组件浓缩 液出口与浓缩液引出口相连通。
上述结构由于运用膜组件进行油水分离，使得重力分离无法处理的 油水乳化液、分散油或溶解油得以有效分离，分离效率高，能耗低，且 分离过程中无相变、无二次污染，膜组件结构简单，分离流程短。又由 于在膜组件端侧至少设置有二个膜组件浓缩液出口，当通过多个膜组件 浓缩液出口反向对滤膜进行冲洗时，冲洗水或压缩空气或清洗剂能从各 个方向均匀一致地对滤膜进行有效的清洗，清洗作用可靠稳定，有效消 除了滤膜的“清洗死角”，清洗不仅方便快捷，而且更加干净彻底，使 滤膜能保持长期的稳定工作状态，从而突破性解决了取出清洗困难，更 换成本高的问题，通过反复试验表明，该在线清洗方法能使滤膜的使用 寿命延长至8年以上，大大降低分离处理装置的运行费用。还由于膜组 件被设置于金属筒体及底罩和顶罩中，这种结构实现了对膜组件的有效 保护，使膜组件能长期地在船上高温湿度、振动、倾斜摇摆等恶劣环境 下可靠工作，彻底避免了膜组件的变形，开裂等损坏现象的发生，也避 免因火灾膜组件燃烧产生有毒气体等问题，使用安全，寿命长。
