本發(fā)明涉及一種基于電解法的船舶壓載水及生活污水一體化處理系統(tǒng)，主要用于壓載水、生活污污水處理，屬于環(huán)境工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

遠(yuǎn)洋船舶航行過程中，壓載是一種必然狀態(tài)。船舶壓載水的異地裝載和排放會引起有害水生物和病原體的傳播。而船舶在航行過程中，同樣要排放大量的生活污水。船舶生活污水中含有大量細(xì)菌、寄生蟲、病毒、以及高濃度的富營養(yǎng)化物質(zhì)，這些未處理的生活污水未經(jīng)處理排放到水中，可能會造成水生生物和人類的感染，以及藻類的過度生長。

現(xiàn)有的生活污水處理系統(tǒng)和壓載水管理系統(tǒng)兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，常用的壓載水管理系統(tǒng)采用的技術(shù)有電解法、紫外法等。其中電解法具有處理效果好，操作簡便的特點(diǎn)，是船舶壓載水處理的主流技術(shù)，其原理是通過電極將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，使電解單元內(nèi)產(chǎn)生次氯酸鈉，以達(dá)到殺死水生生物和細(xì)菌的目的。常用的生活污水處理系統(tǒng)采用的技術(shù)為生物法和電解法。電解法是將生活污水與海上混合，通過電極板的作用產(chǎn)生次氯酸鈉，殺滅污水中的細(xì)菌，同時(shí)降低污水中的有機(jī)物含量。由于電解法的設(shè)備穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生其他污染物，操作簡便，可以同時(shí)處理灰水和黑水，在船舶生活污水處理中占據(jù)了越來越重要的地位。

傳統(tǒng)的壓載水和生活污水管理系統(tǒng)，需要兩套獨(dú)立的設(shè)備，處理設(shè)備占用空間大、成本高。

現(xiàn)有的壓載水和船舶污水電解單元，通常采用不同的設(shè)計(jì)，壓載水處理裝置的電解單元大多將陽極板固定在電解單元中，將電解后的高濃度次氯酸鈉注入到壓載水管路中，從而達(dá)到處理的效果。其陽極通常為鈦基金屬氧化物陽極。該陽極是在鈦基體上被覆一層活性氧化物涂層，通過電解海水產(chǎn)生活性氯，從而殺死水中的生物和細(xì)菌，達(dá)到處理效果，在25-35PSU的天然海水中通常能達(dá)到較好的處理效果，但在生活污水混合海水的低鹽度情況下，處理有機(jī)物時(shí)，降解效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種基于電解法的船舶壓載水及生活污水一體化處理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中船舶壓載水和生活污水處理系統(tǒng)各自獨(dú)立，占用空間大，成本高；以及采用普通鈦基金屬氧化物陽極對生活污水混合海水的低鹽度情況下處理有機(jī)物時(shí)，降解效果較差的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于電解法的船舶壓載水及生活污水一體化處理系統(tǒng)，其特征在于，包括壓載水預(yù)處理單元、生活污水預(yù)處理單元、電解單元和壓載艙；壓載水預(yù)處理單元一路與壓載艙的入口連接，另一路通過壓載水支路通過電解單元后與壓載艙的入口連接；生活污水預(yù)處理單元的輸出端與電解單元的入口連接；電解單元的出口的一路并入壓載艙的入口，另一路連接到處理后生活污水出口。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：能夠進(jìn)行船舶壓載水和生活污水的綜合處理，采用一套設(shè)備即可滿足船舶水處理的要求，極大的降低了設(shè)備所需的空間及成本，處理效果分別滿足船舶壓載水及生活污水的排放要求；所采用的陽極同時(shí)適用于壓載水處理及生活污水處理，該陽極在摻雜適量的In后，電極表面更加致密均勻，具有較大的表面粗糙度和比表面積，從而增大了電流效率。同時(shí)由于添加了Pd元素，克服了普通陽極在低鹽度混合海水處理時(shí)處理效果較差的問題。該陽極涂層在10～30PSU的海水中電解制氯的電流效率≥80%，生活污水COD去除率大于80%，析氯電位≤1.1v，強(qiáng)化電解壽命≥320h。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；

圖2是本發(fā)明電解單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中電解單元的軸向剖視示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1生活污水進(jìn)口，2粉碎泵，3混合罐，4排污口，5絮凝劑加藥口，6海水注入口，7電控柜，8電解單元，9壓載水進(jìn)口，10過濾器，11壓載水主管路，12第一流量計(jì)，13第一電伴熱器，14處理后生活污水出口，15壓載水出口，16第一液泵，17第二液泵，18第三液泵，19第四液泵，20第一閥門，21第二閥門，22第三閥門，23第四閥門，24第二流量計(jì)，25壓載艙，26第二電伴熱器，27第五液泵。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明一種基于電解法的船舶壓載水及生活污水一體化處理系統(tǒng)，包括壓載水預(yù)處理單元、生活污水預(yù)處理單元、電解單元8和壓載艙25；壓載水預(yù)處理單元一路與壓載艙25的入口連接，另一路通過壓載水支路通過電解單元8后與壓載艙25的入口連接；生活污水預(yù)處理單元的輸出端與電解單元8的入口連接；電解單元8的出口的一路并入壓載艙25的入口，另一路連接到處理后生活污水出口14。

所述的壓載水預(yù)處理單元包括過濾器10、壓載水主管路11和所述的；過濾器10的入口為壓載水進(jìn)口，過濾器10的出口一路通過壓載水主管路11與壓載艙25的入口連接，另一路的壓載水支路通過依次串聯(lián)的第二液泵17、第一流量計(jì)12和第一閥門20與電解單元8的入口連接；第一流量計(jì)12的控制端與配電柜7連接。

所述的生活污水預(yù)處理單元包括第一液泵16、粉碎泵2、混合罐3、第三液泵18、第二流量計(jì)24和第二閥門21，生活污水進(jìn)口1依次通過第一液泵16、粉碎泵2與混合罐3的污水入口連接，混合罐3的海水入口通過串聯(lián)的第三液泵18和第二流量計(jì)24與海水注入口6連接，混合罐3的出口通過第二閥門21與所述的電解單元8的入口連接；在該混合罐3上設(shè)有絮凝劑加藥口5；第二流量計(jì)24的控制端與配電柜7連接。

在所述的壓載艙25的出口裝有第一電伴熱器13；在所述的電解單元8出口與壓載艙25的之間的管路上串聯(lián)有第三閥門22和第五液泵27，在處理后生活污水出口14的管路上串聯(lián)有第四閥門23、第四液泵19和第二電伴熱器26。

參見圖2和圖3，本發(fā)明的電解單元8為本發(fā)明核心部件，其中，電解槽殼體86為圓筒狀，進(jìn)水口82和出水口84分別位于電解槽殼體86的上、下部；電極由陰極83和陽極81組成，設(shè)在電解槽殼體86內(nèi)部，陰極83為管狀中空鈦網(wǎng)，陽極81為金屬氧化物陽極，設(shè)在陰極83內(nèi)的軸線上。陰極83與陽極81通過塑料接頭85組合，并使用雙芯電纜與配電柜7連接。該陰極83與陽極81采用組合式設(shè)計(jì)，一體成型，若電解槽內(nèi)部的某一陽極失效，可以進(jìn)行單獨(dú)拆卸，便于安裝和維護(hù)。

所述的陽極81由Ti基體和涂覆在其外側(cè)的活性涂層組成，該活性涂層的IrO2-SnO2-In2O3-PdO活性涂層，按原子百分比計(jì)，含量分別為Ir：40%~60%，Sn：20%~40%，In：5%~15%，Pd：5%-10%。其制作工藝如下：

（1）噴砂選用工業(yè)純鈦板作為基體，對基體進(jìn)行噴砂處理以增大表面粗糙度，噴砂處理采用直徑為0.1～0.2mm石英珠，噴砂壓力為0.5～0.7MPa。

（2）除油噴砂處理后的鈦基體放入80℃堿洗液保溫1h以除去表面油污。堿洗液可采用普通洗衣粉溶液或10%的NaOH與Na2CO3的混合溶液。

（3）刻蝕除油后的鈦基體置于沸騰的10~15%草酸溶液刻蝕1-1.5h，用蒸餾水洗凈后置于乙醇溶液中保存。

（4）涂液配置涂液采用正丁醇或異丙醇作為溶劑，加入一定量的H2IrCl6，SnCl4?5H2O，InCl3?4H2O，其原子百分比含量分別為Ir:40~60%，Sn:20~40%，In:5~15%，再加入少量的鹽酸，超聲5～10min后，用磁力攪拌器攪拌半小時(shí)以上使顆粒完全溶解。其金屬離子濃度為0.1～0.3mol/L。

（5）涂刷過程將活性涂層均勻的涂刷在前處理后的極板上，然后在100±10℃下烘箱中干燥10min，再在450℃下燒結(jié)爐中燒結(jié)15min后取出空冷，之后反復(fù)涂覆、干燥、燒結(jié)和冷卻步驟15～20次，使載涂量≥6g/m2。最后一次涂覆、干燥后，在450～550℃下的燒結(jié)爐中保溫1h，取出空冷至室溫得到。

（6）電鍍 將Ti/IrO2-SnO2-In2O3電極至于1.5mol/L的PdCl2鹽酸溶液中，以25mv/s的掃描速率于-0.4～0.8V的電位范圍內(nèi)循環(huán)掃描5～10圈，使Pd電鍍在活性涂層Sn元素聚集區(qū)附近。

（7）燒結(jié)將電鍍后的樣品放入450℃下的燒結(jié)爐中燒結(jié)1h后取出。

本發(fā)明的上述陽極具有較高的催化活性，在海水中能產(chǎn)生大量的有效氯，并能夠處理部分有機(jī)污染物。同一組電極的陽極和陰極相互隔離，不同電極間陰極和陽極按照串聯(lián)順序依次連接，最后陽極接入直流電源的正極，陰極接入電源負(fù)極（為電解槽常用的連接方式）。使用時(shí)，根據(jù)處理量的大小選用適當(dāng)?shù)碾姌O（陽極81和陰極83）數(shù)量，并聯(lián)放入船艙、排污染池的主管路之間，打開配電柜開關(guān)后，電極間會產(chǎn)生直流電，在電解單元8內(nèi)的陰陽、極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)達(dá)到處理效果。與過濾器、粉碎泵等聯(lián)用即可達(dá)到處理生活污水和壓載水的效果。

本發(fā)明的工作原理是：

壓載水和生活污水分兩個(gè)路徑進(jìn)入設(shè)備，其中壓載水采用支路電解法，生活污水采用全通過設(shè)計(jì)。在處理壓載水時(shí)，壓載水從入口9經(jīng)過過濾器10進(jìn)入主管路11中，部分壓載水通過管道進(jìn)入電解單元8進(jìn)行電解，之后再次注入主管路11后進(jìn)入壓載倉25，當(dāng)船舶進(jìn)行排載時(shí)，通過電伴熱器13加熱從而消除余氯，之后進(jìn)行排放。生活污水由第一液泵16從生活污水進(jìn)口1引入，通過粉碎泵2后進(jìn)入混合罐3，待水量到混合罐3體積的30%-50%后，從海水注入口6通過第三液泵18注入海水進(jìn)行混合，用第二流量計(jì)24控制海水的流量。并從加藥口5向混合罐3加入絮凝劑，進(jìn)行絮凝和沉淀，除去污水中懸浮物和不溶性物質(zhì)。下部沉淀物質(zhì)每隔一段時(shí)間后清理一次，從混合罐3底端的排污口4排出，上部液體則進(jìn)入電解單元8進(jìn)行電解，電解單元8內(nèi)生成的次氯酸鈉將殺滅污水中的細(xì)菌等。處理完成后通過第四液泵壓入電伴熱器26消除余氯，最后通過生活污水出口14排出。

具體的工作方式是：當(dāng)船舶進(jìn)行壓載水處理時(shí)，關(guān)閉第四閥門23，打開第三閥門22，壓載水從壓載水進(jìn)口9進(jìn)入，通過過濾器10后進(jìn)入主管路11，之后部分壓載水由支路的第二液泵17加壓通過第一流量計(jì)12和第一閥門20進(jìn)入電解單元8，電解單元8產(chǎn)生的次氯酸鈉等將殺滅水中的藻類、細(xì)菌及其他水生生物，之后再次注入主管路11，然后進(jìn)入壓載倉25，24h后即可達(dá)到D2排放標(biāo)準(zhǔn)，通過第一電伴熱器13去除余氯后，從壓載水出口15進(jìn)行排載。

當(dāng)船舶進(jìn)行生活污水處理時(shí)，關(guān)閉第三閥門22，打開第四閥門23，船舶生活污水從生活污水進(jìn)口1進(jìn)入，并經(jīng)過第一液泵加壓、通過粉碎泵2粉碎后進(jìn)入混合罐3，當(dāng)控制系統(tǒng)檢查到混合罐3內(nèi)的污水存量達(dá)到混合罐3體積的30%-50%后，從海水注入口6通過第三液泵18注入海水進(jìn)行混合，用第二流量計(jì)24控制海水的流量。并從加藥口5加入絮凝劑，進(jìn)行絮凝和沉淀，除去污水中懸浮物和不溶性物質(zhì)，下部沉淀物質(zhì)每隔一段時(shí)間后清理一次，從排污口4排出，上部液體進(jìn)入電解單元8進(jìn)行電解，生成的活性氯將殺滅水中的細(xì)菌，同時(shí)降低污水中的COD、BOD及總氮。通過上述的操作過程，可以有效的降低水中的有機(jī)污染物含量，去處理了TSS，COD，BOD，降低水中的氮磷含量，并殺滅水中細(xì)菌，符合國家的排放標(biāo)準(zhǔn)。處理完成后通過第二電伴熱器26消除余氯，并通過生活污水出口14排出。

本發(fā)明結(jié)合了電解法處理船舶壓載水和生活污水的技術(shù)特點(diǎn)，整合了相似功能的模塊，實(shí)現(xiàn)了船舶壓載水和生活污水的一體化處理。本發(fā)明主要對整體系統(tǒng)構(gòu)成及電解單元構(gòu)造的改進(jìn)。本發(fā)明采用管狀電解單元8，陽極81使用電沉積改性的方法在Ti/IrO2-SnO2電極表面沉積部分Pd元素，并在涂層中添加In元素增強(qiáng)電極活性，提高了陽極的反應(yīng)活性，即能夠在電解海水時(shí)產(chǎn)生活性氯，又能在低鹽度情況下（10psu以下）直接氧化處理有機(jī)物。同時(shí)改進(jìn)電極接頭的結(jié)構(gòu)，使電極更易于更換。