基于CPI波纹板滤油装置和电絮凝浮选的船舶含油污水二级处理装置+

哈尔滨工程大学国家大学生创新训练项目申请书院系名称动能学院项目名称高效船用污水处理装置研究周期1年项目负责人孟庆会所在年级、专业11级热能与动力工程联系电话[phone]电子邮件[e-mail]指导教师周松哈尔滨工程大学教务处制填写说明及注意事项一、申报书须逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、表格中的字体小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用A4纸打印，于左侧装订成册。三、参与计划的学生要对科学研究或创造发明有浓厚的兴趣，并在导师指导下完成实验过程；参与学生要自主设计实验、自主完成实验、自主管理实验；注重创新训练项目实施过程，强调项目实施过程中学生在创新思维和创新实践方面的收获。四、参与大学生创新训练项目的学生不超过3人，项目执行时间为1年或2年。五、指导老师应具有中级职称以上（含），每个指导老师指导的项目数不超过1项。六、创新训练项目必须先由导师提出意见、由所在院（系）审核后再推荐上报。推荐上报的计划项目表一式三份（均为原件）报送教务处，同时提交电子文档。项目名称高效船用污水处理装置项目周期1年项目负责人孟庆会学号2011031112班级20110311入学年份2011电话[e-mail]项目组其他成员学生姓名性别院（系）名称专业年级联系电话黄鹏辉男动能学院轮机工程大三18945001294许子豪男动能学院轮机工程大三13114501291指导教师姓名周松性别男民族汉职称教授手机[phone]项目来源（在相应位置打√）学生自拟项目（）、导师提供项目（√）一、项目研究背景（500字以内）一直以来海洋环境的保护都是关系世界各国对于可持续发展战略把握的重点，随着现代航运事业日益发达，各类船舶的数量迅速增加。其中船舶动力装置产生的含油污水（机舱舱底污水,油船洗舱水）是重要的污染源，主要以漂浮油、分散油、溶解油及油(固体物)等形式存在。随着工业的发展，含油废水的排放量与日俱增，对环境的污染日趋严重，主要表现为：油类物质漂浮在水面，形成一层薄膜，能降低空气中的溶解氧在水中的含量，致使水体中浮游生物因缺氧而死亡，也妨碍水生植物的光合作用，从而影响水体的自净，甚至使水体变臭，破坏水资源的利用价值。对于鱼、虾、贝类，长期在含油废水中生存将导致其肉内含有油味，不宜食用，严重时还会直接导致水生动物的窒息死亡。据统计一艘船一年排放的舱底水含油浓度约为2000ppm-5000ppm之间，如果这些油污未经处理排入大海，讲给海洋带来巨大的污染。船舶产生的污水含有油污和重金属离子等，破坏海洋的生态平衡，对海洋水质造成污染。另外由于漂浮油和含油重金属颗粒等的扩散，对旅游区和海滨造成严重的环境侵害。鉴于排放法规的日益严格，研制新型高效的脱硫设备，适应未来船舶硫排放控制的要求，保证船舶在所有海域自由航行，需要对柴油机排放的废气进行脱硫处理，而脱硫产生的废液也需经严格的处理和检测，达到IMO相应的排放标准后，才可以进行排放。二、项目立论依据1．项目研究目的和意义（500字以内）船舶污水处理系统开发难度较大：1）IMO技术指标高，传统工业污水处理装置无法达到要求。尤其是乳化油的处理，许多厂商仍然按照NEPC60的标准进行生产。2）船舶污水成分复杂，集成度要求高，智能化程度要求高3）受到船舶排水量限制，设备体积和重量都有严苛的要求。该项目以节能减排为理念，目的在于提供了不仅能减少船舶脱硫设备整体体积、减少原料消耗和能源消耗，也能实现脱硫洗涤水再循环利用和洗涤水处理2．国内外研究现状（500字以内）目前对于含油污水已研究和开发出多种处理方法，分为物理法、物理化学法、化学氧化法、生物化学法和电化学法等。物理法是根据油和水的密度不同而利用重力和离心方法使油和水分离的方法，包括重力分离法、水力旋流法和离心分离法等。其中，物理法对较小的油滴和固体物质去除效果较差。化学氧化法常用的氧化反应设备结构复杂，药剂用量较大，导致较高的处理成本。生物化学法一般只用于较低浓度的含油污水处理，厌氧微生物对油的分解能力强于好氧微生物，又因分解过程不需其他物质，所以比较适于较高浓度的含油污水处理。电化学法处理过后的污水中含有原子氧，污水的腐蚀性会增强。在申请号为200910201744.9的专利《一种油田含油污水集成处理工艺》中提出了一种油田含油污水集成处理工艺，工艺流程为：沉砂除油—破乳气浮—微波强化芬顿—絮凝气浮—精密过滤—活性炭纤维毡催化臭氧化—超滤—清水。集成化处理工艺可实现连续除油、破乳、高级氧化、絮凝、催化臭氧化、膜分离操作。设备占地面积小，适用于多种含油废水，处理效果明显。在申请号为200510066275.6的专利《含油污水处理工艺及处理设备》中提出了一种气浮与膜技术结合对含油污水深度处理的工艺。首先采用溶气气浮工艺处理污水，得到的产水在采用超滤膜处理系统及反渗透处理系统进行深度净化。在申请号为201210104288.8的专利《船舶舱底含油污水的集成处理装置及方法》中提出了一种船舶舱底含油污水的集成处理装置及方法。舱底含油污水通过初级管路经过格栅，进入到调节池中，再进入到絮凝反应池中，混凝剂聚合和助凝剂分别通过加药机投入到絮凝反应池中，絮凝反应池带有搅拌机，经过絮凝之后进入到重力式油水分离器，下部为斜板结构，底部由污物斗收集，由排污阀控制的排污管排出，通过重力式油水分离单元，而超滤后的浓缩水通过排水管排出膜分离单元。三、项目实施方案（2500字以内）项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题：项目研究目标：利用生物膜技术和电絮凝的方法提供一种适用于船舶的含油污水处理系统，超前应对未来的海洋环境保护要求。研究内容：船舶含油污水的处理主要任务是除去污水中的油类、COD、SS，硝酸盐等含氮物质。当下，许多国内老式船舶的污水处理系统任然按照旧的国际公约设计，已经不能满足当下的形势。随着我国的经济开放，我们的各项标准也要和国际接轨。我们希望能够为我国船舶制造业提供一种清洁、高效、廉价的船舶油污水处理设备。图1IMO、ECA及欧盟港口船舶污水硫含量标准根据相关资料，可知船舶含油污水具有如下特点：(1)船舶含油污水中只有油和一部分固体杂质、悬浮物超过国家规定的污水排放标。(2)船舶油污水中油的分散状态主要为浮上油和分散油，不含表面活性剂的乳化油。(3)10微米的油即乳化油的含量约占油污含量的15%左右。我们所设计的含油污水处理装置包括一级处理和二级处理图2含油污水处理流程图1）重力预处理。重力分离法是初级处理方法，它利用油和水的密度差和油水不相溶性，在静止或流动状态下实现油珠、悬浮物和水的分离。重力除油法可除去废水中的大颗粒浮油和大部分分散达到初步除去废水中的浮油和大部分分散油，达到了初步除油和除杂质的目的。分散在水中的油珠在浮力作用下缓慢上浮、分层、油珠上浮速度取决于油珠颗粒的大小、油和水的密度差、流动状态以及流体黏度。其关系可以用Strokes和Newton等定律来描述。重力分离的特点是能接受任何浓度的含油污水，同时除去大量的污油。CPI(CoagulatedPlateInterceptor)为波纹斜板式隔油装置，也是由壳牌(Shell)石油公司研制出来的一种斜板式油水分离池。和PPI型油水分离池一样，它也是一种斜板式分离装置。但斜板的形状不是平板，而是波纹板。而且，由于斜板的间距为20mm～40mm，所以可以使每单位容积的分离面积增大。设计分离大于60μm的油珠。其优点是油水分离效果好，停留时间短(一般不超过30分钟)，占地面积小。3)电絮凝浮选法的特点是使用可溶性阳极（即牺牲阳极），通过电化学反应，即产生了分离所需的气泡，也产生了是悬浮物凝聚的絮凝剂。气浮与乳化油油滴相遇，使乳化油快速上浮，阳极电解材料与污染物结合经过水解、聚合、氧化还原反应，产生絮体加速沉降。除此之外，反应产生的氧气可以用于氧化水中的Na2SO3等耗氧物质，提高水中溶氧量DO。电絮凝法的主要优点在于反应不需要添加化学药剂，节约了空间，而且没有化学残留。图3电絮凝浮选原理图2.项目的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析1)查阅相关文献，考察前人的研究，对设计的方案和设备的选择做出了一个整体性的概括和研究，其中包括：工艺整体流程的确定，预处理设备、过滤器、反应器选择；通过计算，确定装置的规格，进行元件和相关设备的采购。2)建立模型，模拟船舶污水处理环境，根据船舶污水的主要成分和污染物，人工调配含油污水进行反复实验。3)按照相关指标对获得的净化水水质进行检验（拟采用如下表格），通过重力沉降→电絮凝浮选→生物膜处理方法使污水最终达到IMO公约中的标准。4)搭建控制和检测系统，使设备更加智能化和人性化。对设备的可靠性和稳定性进行检验，使设备可以适应船舶航行时的特殊环境表1水质分析表项目流量m3/hpH油类mg/LSSg/LCOD（NaSO3）mg/LDOmg/L硝酸盐g/L数量-3．本项目的创新之处1）本装置才用先进的反渗透膜技术和电絮凝气浮法设计，设备体积小、污水处理成本低，节能环保，并可以除去水中大部分污染物。2）采用物理方法，不需要经常性药品补给，NaOH可以从海水中获得，适用于远洋船只。4．项目研究的预期成果含油污水经过净化装置处理之后，满足估计海事组织（IMO）在NEPC107提出的水质标准，达到排放和循环使用的要求:1)污水中油类检测的指标为多环芳烃含量（PAH），根据相关规定PAH2.25mg/L2)化学耗氧量COD30mg/L253)浑浊度NTU(FNU)Ph6.5四、项目经费预算整体装置加工费用：5000元装置零件购置费用：2000元相关检测装置费用：2000元实验所需化学药剂：1000元五、指导教师意见（600字以内）项目研究的选题意义、项目研究方案的科学性、可行性本装置以节能减排作为设计理念，采用复合型的设计方案，遵循了IMO的处理标准，相信此系统可以在远洋船舶上得到很好的应用。整个装置运行过程中不需要添加化学药品也不会产生有害物质，适应船舱的封闭环境，同时能够很好的体现当今社会的环保理念。导师签字：年月日六、院系推荐意见院系盖章（签字）：年月日七、学校评审意见学校盖章（签字）：年月日八、申请者承诺本人保证上述填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目组的全体成员将严格遵守学校的有关规定，在不影响课程学习的同时，充分保证投入项目研究的时间，并按计划认真开展研究工作，在项目研究过程中或结束时，自觉接受学校对本项目的中期检查和结题验收，并按时提交工作总结和结题报告。申请者（签名）：年月日九、指导教师承诺本人承诺，愿意作为“国家大学生创新性实验计划”项目的指导教师，认真负责审阅项目内容，全程指导学生进行研究性学习和创新性实验，认真组织学生讨论交流及审查学生的研究结果，保证本项目的顺利实施并达到预期成果。指导教师（签名）：年月日船舶产生的污水含有油污和重金属离子等，破坏海洋的生态平衡，对海洋水质造成污染。另外由于漂浮油和含油重金属颗粒等的扩散，对旅游区和海滨造成严重的环境侵害。鉴于排放法规的日益严格，研制新型高效的脱硫设备，适应未来船舶硫排放控制的要求，保证船舶在所有海域自由航行，需要对柴油机排放的废气进行脱硫处理，而脱硫产生的废液也需经严格的处理和检测，达到IMO相应的排放标准后，才可以进行排放。