随着全球经济的发展,海洋运输成为物流环节越来越重要的一环。船舶航行过程中产生的生活废水对海洋环境造成严重的影响。为了应对这一危机,国际海事组织(IMO)于2006年10月13日正式通过了IMO.MEPC159(55)决议,该决议对“MARPOL 73/78国际防污公约”附Ⅳ有关船舶生活污水处理装置做出了全新的、更加严格的要求。 和城市生活污水相比,船舶生活污水作为一种特殊的生活污水,其产生和排放受到船舶和海洋双重环境条件的限制,二者主要区别在于:(1)船舶生活污水排泄周期较短,且船用厕所卫生器具往往直接使用海水进行冲洗,故其COD、总悬浮固体物和含盐量均大于市政生活污水,污染负荷较高;(2)船舶生活污水的产生和排放波动性较大,流量不稳定。 污水的常用处理方法分为物化法、生化法、电化学法3种。物化法效率较低,应用较少。市政生活污水处理通常采用生化法,但应用于船舶生活污水 处理时面临诸多难题:(1)需要专业人员长时间培养驯化细菌;(2)污水负荷大幅度变化时处理能力差;(3)装置体积较大;(4)活性污泥容易引发恶臭等。电化学法则不存在上述问题:它直接将电流用于处理过程,避免了培养细菌;可随时开启电源进行处理,操作简单方便;污水中的盐类有利于增加电导率,减小电解能耗;不需要长时间自然沉降,避免了船舶震荡的影响。因此,采用电化学法处理船舶生活污水具有明显优势。 在电化学处理法中,电絮凝操作简单、效率高、投资小,对固体悬浮物的去除有非常好的效果,但对于可溶性有机物的去除效率较低;而电解法可高效产生强氧化性的羟基自由基等,能有效去除可溶性有机物。笔者将电絮凝技术和电解技术耦合,综合二者的优势实现了对船舶生活污水的高效处理,采用单因素优化方法研究了污水的电絮凝处理过程,确定了最佳操作条件,再采用电解法进行深度处理,取得了良好的处理效果。 1 实验部分 主要试剂及材料:氢氧化钠、草酸、五水四氯化锡、三氯化锑、硝酸铅、硝酸铜、氟化钠、十二烷基磺酸钠、六水硝酸镧、浓盐酸、浓硝酸、正丁醇,皆为分析纯。原装HACH低量程COD消解液。30 mm× 20 mm ×1 mm 钛板,100 mm×100 mm ×1 mm 钛板,100 mm×100 mm ×1 mm 铁板。 实验所用生活废水取自天津大学石化中心厕所下水道,加入相应量的海盐,初始pH为8.9,COD为1 800 mg/L。 1.2 Ti/SnO2-Sb2O3/β-PbO2-La电极的制备 1.3 实验方法 (2)电解法深度处理船舶生活污水。实验装置如图 1所示:以自制Ti/SnO2-Sb2O3 /β-PbO2-La极板作为阳极,钛板作为阴极,阴、阳极板尺寸皆为30 mm×20 mm×1 mm,极板间距8 mm,转速400 r/min,放置于小烧杯中。取130 g电絮凝预处理后的清液加入此电解装置中进行深度处理,反应一定时间后取样,以其COD为考察目标。
图 1 电絮凝法、电解法处理船舶生活污水装置 1.4 实验原理 电解深度处理:通电后,一方面吸附到阳极极板上的污染物直接被氧化,另一方面阳极生成的强氧化性羟基自由基和Cl-生成的次氯酸、次氯酸根离子等也可把污染物氧化成CO2和H2O等,从而达到消除污染物的目的。 1.5 分析方法
式中:η ——COD去除率,%; c0——处理前的污水COD,mg/L; ct——处理后的污水COD,mg/L。 2 结果与讨论 2.1.2 电絮凝时间对COD去除率的影响 2.1.3 污水盐度对COD去除率的影响
图 2表明,在0.1%~2.5%的盐度范围内,COD去除率随盐度增大而降低。这是因为盐度过高时,大量离子聚集在极板表面,阻碍了电絮凝过程中传质的进行,且容易导致电流泄漏,影响最终的处理效果。从图 2还可看出,电解槽电压随盐度增大逐渐减小,有利于降低反应的能耗。综合以上因素,选取盐度1%为最佳条件。 在电流密度为0.010 A/cm2、电絮凝时间40 min、盐度1%条件下,考察不同极板间距下船舶生活污水COD的去除率,见图 3。图 3表明,COD去除率随极板间距的增大而降低,但幅度很小。考虑到实际装置安装过程的难易程度和污水日处理量,以及极板间距过小容易导致电流短路等因素,确定18 mm的极板间距为最佳条件。
2.1.5 污水初始pH对COD去除率的影响
从图 4可以看出,酸性及中性条件下,COD去除率基本保持恒定,但pH较高时,电极容易钝化,COD去除率略有下降。从电絮凝后最终pH的变化曲线还可看出,初始pH越小,电絮凝过程中pH增幅越大,最终均为中性或碱性。考虑到电絮凝过程中的成本问题,选择初始pH中性状态进行电絮凝更为理想。 2.2 电解深度处理过程
2.2.2 电解时间对COD去除率的影响
从图 6可以看出,电解时间<3 h时COD去除率和电解时间几乎成正比例增长关系;当电絮凝时间超过3 h后,COD去除率升高趋势减缓,这是由于废水中有机物浓度降低。因此考虑实际耗电量等因素,3 h为最佳电解深度处理时间。。 3 结论 |