艦船廢水處理技術(shù)應用研究

劉 揚

(海軍工程大學，湖北 武漢 430033)

0 前言

隨著科學技術(shù)的進步，新技術(shù)、新工藝、新材料、新裝備和新設施在艦船上不斷應用，在取得良好的社會、經(jīng)濟效益和軍事效應的同時，艦船修理過程中產(chǎn)生的三廢 (廢氣、廢水、廢渣)的處理處置問題引起了人們的高度重視。本文就其廢水產(chǎn)生的種類、來源、有害物質(zhì)和處理方法進行了論述，對廢水處理方法應用過濾中和法、離子交換法和蒸發(fā)法進行了研究，對采用的系統(tǒng)工藝流程進行了效能分析，并提出應對措施，使廢水處理后達到國家規(guī)定的標準，以有效地降低對環(huán)境的危害，達到保護生態(tài)環(huán)境的目的。

1 廢水種類、來源和有害物質(zhì)對人體的危害

1.1 廢水的種類及來源(見表1)

廢水按其來源、所含物質(zhì)分為2大類:①含有害物質(zhì)的廢水。如艦船設備運行、維護保養(yǎng)、拆檢修理、表面去污、去污沖洗、取樣化驗、安裝調(diào)試、系統(tǒng)回路串洗和系統(tǒng)泄漏等產(chǎn)生的廢水。這種有毒的廢水不得隨意排放，也不得采用稀釋方法來達到國家標準。必須經(jīng)過相應技術(shù)處理，達到國家規(guī)定的允許標準以后，才能排放、處置。②相對潔凈的廢水。如空調(diào)機組、冷卻冷凝裝置、設備系統(tǒng)凝結(jié)等產(chǎn)生的廢水，可以直接排出，也可采用冷卻或相應技術(shù)處理措施后，供循環(huán)使用。

表1 幾種廢水的來源和有害物質(zhì)

1.2 廢水中有害物質(zhì)對人體的危害

含有害物質(zhì)的廢水如果處理處置不當，不僅對工作環(huán)境、安全操作有影響，而且會對人體產(chǎn)生較大的危害。

2 廢水處理基本方法與應用

2.1 廢水處理基本方法

根據(jù)廢水的性質(zhì)、成分和濃度，藥劑和設備系統(tǒng)因素，通過試驗因地制宜，因材施用選擇切實可行的方法。

1)物理法。

①重力分離法:沉淀法處理可沉物質(zhì)，如砂、泥;隔油法處理顆粒較大的油珠;浮選法處理乳狀油，密度近于1的懸浮物。②離心分離法:水力旋流器處理密度大的物質(zhì)，如砂、鐵屑。③膜分離法:超濾處理某些較大的分子物質(zhì);反滲透處理某些分子物質(zhì)。④過濾法:隔柵處理粗大懸浮物;篩網(wǎng)處理較小懸浮物;砂濾法處理較小懸浮物、乳狀油;布濾法處理較小懸浮物、沉渣脫水;微孔法處理極細小懸浮物。⑤熱處理法:蒸發(fā)法處理高濃度的酸堿及鹽類;結(jié)晶法處理可結(jié)晶的物質(zhì)，如硫酸亞鐵、硫酸鎘。⑥磁性分離法:處理具有磁性的物質(zhì)如Fe3O4、Fe2O3等。

2)化學法。

①投藥法:混泥法處理膠體、乳狀物;中和法處理酸堿類物質(zhì)。②氧化還原法:處理被氧化還原的物質(zhì)，如、Cu2+、Hg2+等。③離子交換法:處理可離解的物質(zhì)，如 Na2Cr2O7、NiSO4、NiCl2等。④電滲析法:處理可離解的物質(zhì)，如鹽類物質(zhì)等。⑤電解法:處理溶解性物質(zhì)，如Cu-SO4、等。

3)物理—化學法。

①傳質(zhì)法:蒸餾法處理溶解性揮發(fā)物質(zhì)，如單元酚，NH3等;吹脫法處理溶解性氣體，如H2S、CO2等;萃取法處理，如酚等;吸附法，處理如鉻、鎘、汞、鉛、醇等。②凝聚浮選法處理乳狀物質(zhì)和密度小于1的物質(zhì)。③光氧化法處理膠體狀和溶解性有機物，如酚、苯等。

4)生物法。

①天然生物處理法:氧化法、氧化塘處理膠體狀和溶解性有機物，如酚、苯等。②人工生物處理法:生物濾池法、接觸氧化法、活性污泥法處理膠體狀和溶解性有機物，如酚、苯等。

2.2 廢水處理方法應用

視廢水的性質(zhì)、所含物質(zhì)成分和濃度，應用過濾中和法、離子交換法和蒸發(fā)法，處理產(chǎn)生的廢水。

1)過濾中和法，應用升流式膨脹濾池，主要適合酸類廢水處理。

(1)系統(tǒng)工藝流程。

過濾中和法處理系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。含酸廢水經(jīng)過預處理，去除懸浮物、雜質(zhì)及油類物質(zhì)后，經(jīng)過千孔板自下而上地以一定流速進入濾池，使濾料 (石灰石、白云石)處于松散狀態(tài)，酸與濾料中的CaCO3、MgCO3充分反應，pH值達到4～5后，與其它廢水混合后排入下水道。因濾池的下部流速大，可保證濾料充分膨脹;上部流速小，可防止廢水帶走細小濾料顆粒。設備停止使用時用清水進行清洗，以避免反應生成物在濾料表面形成包圍膜。

圖1 升流式膨脹濾池中和系統(tǒng)工藝流程示意圖

(2)效能分析及應對措施。

優(yōu)點:設備管理簡單，工作強度小;水量與濃度變化在設計允許范圍以內(nèi)時，不需要調(diào)整加料。

缺點:對廢水酸的濃度和濾料粒度有限制;出水pH值較低，金屬離子難以沉淀;含油脂及懸浮物雜質(zhì)質(zhì)量大的廢水要預處理。

應對措施:①采用先進技術(shù)，進行工藝改進;②改善控制廢水酸的濃度;③選擇合適的濾料;④在進口沉淀池設置吸油除浮裝置;⑤提高出口水pH值。

2)離子交換法。

應用離子交換法主要適合鉻、鎳、放射性夜光劑等廢水處理。如鉻酸廢水處理，廢水中Cr6+以陰離子形式(和)存在，與堿性陰離子交換樹脂上OH－活性基團發(fā)生交換，從水中去除。水中含有少量的Cr3+和少量的金屬陽離子，污染陰樹脂影響處理效果，可以先用酸性陽離子交換樹脂將其去除。

(1)系統(tǒng)工藝流程。

鉻酸廢水處理系統(tǒng)的工藝流程如圖2所示。廢水由上料泵送入過濾裝置，去除廢水中的沉淀物及懸浮物雜質(zhì)，進入陽離子柱去除廢水中的金屬離子和其它陽離子，進入1#陰離子柱、2#陰離子柱去除重鉻酸根離子，2#陰離子柱出水進入混合柱去除(OH－)離子后，經(jīng)過濾器截留破碎的樹脂，進入檢測裝置檢測。

圖2 離子交換系統(tǒng)工藝流程示意圖

(2)效能分析及應對措施。

優(yōu)點:工藝比較成熟，出水質(zhì)量好;樹脂交換容量高;再生劑用量小;操作管理比較簡單，可適應連續(xù)運行和自動化操作。

缺點:樹脂周轉(zhuǎn)率低，易被氧化;不適應非離子型液體;對含鹽量和懸浮物有限制。

應對措施:①優(yōu)化設計管理;②改善操作程序;③選擇高耐性樹脂;④嚴格控制廢水分類;⑤控制pH值;⑥去除膠體。

3)蒸發(fā)法。應用蒸發(fā)法處理高濃度的酸、堿去污廢水。

(1)系統(tǒng)工藝流程。

蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝流程如圖3所示?；瘜W去污廢水在進入蒸發(fā)系統(tǒng)處理以前，需加入一定量的NaOH，調(diào)節(jié)pH在7～8之間。處理時，廢水由廢水泵送至加熱裝置預熱到85℃左右，經(jīng)蒸發(fā)裝置蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)分離凈化后冷凝為90～100℃的冷凝液，再冷卻至＜40℃。冷凝裝置經(jīng)連續(xù)監(jiān)測儀在線監(jiān)測并控制三通閥:當廢水濃度小于設計值時，自動切換進入排放水箱;當廢水濃度大于設計值時，自動切換進入廢液貯箱，返回系統(tǒng)重新處理。二次蒸汽經(jīng)分離裝置、凈化裝置收集下來的液滴靠自重流到蒸發(fā)裝置下循環(huán)管。由于廢水水質(zhì)情況復雜，蒸發(fā)時可能產(chǎn)生泡沫，選用消泡劑7010(丙二醇聚氧乙烯醚)加入到蒸發(fā)裝置中消泡。蒸發(fā)系統(tǒng)可連續(xù)上料，連續(xù)蒸發(fā)，間歇排放蒸殘液。蒸殘液自動流入揚液裝置冷卻到40℃以后，用壓縮空氣壓入蒸殘液貯箱貯存。

(2)效能分析及應對措施。

優(yōu)點:綜合處理性強;容量大，出水質(zhì)量好;自動化程度高;再生利用性強。

缺點:蒸發(fā)裝置易結(jié)垢、腐蝕和發(fā)泡;耗熱能，經(jīng)濟性欠佳。

應對措施:①采用先進技術(shù)，精簡操作、控制程序;②采用先進高效去污劑;③去污前中和處理;④做好廢水分類分流;⑤加去泡劑;⑥調(diào)節(jié)控制pH值;⑦控制蒸發(fā)器液面;⑧控制液體含鹽量。

圖3 蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程示意圖

3 結(jié)束語

本文提出的廢水處理技術(shù)應用、效能分析與應對措施，不僅能滿足處理需要并達到國家規(guī)定的標準，而且可以為操作人員提供操作運行、維修保養(yǎng)、事故分析、故障排除和應急處置的技術(shù)指導，還可為設計人員進行技術(shù)設計、推廣、改進等提供信息與技術(shù)參考。今后仍需加強技術(shù)研發(fā)，使艦船廢水處理技術(shù)得到更好的應用，減少因廢水處理處置不當對人類生產(chǎn)、生活和生態(tài)環(huán)境造成的污染與危害。