電解法船舶生活污水處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電解法船舶生活污水處理系統(tǒng)，屬于海洋環(huán)境工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航運(yùn)業(yè)和海洋開(kāi)發(fā)的空前發(fā)展，海洋環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重，人類(lèi)對(duì)海洋 環(huán)境的保護(hù)也日益重視。由于海運(yùn)所帶來(lái)的船舶生活污水污染問(wèn)題也逐漸引起人們的關(guān) 注。船舶作為航運(yùn)中的交通工具，是一種流動(dòng)污染源，船舶生活污水的排放對(duì)海洋及內(nèi)河的 影響，隨著船舶數(shù)量的增加而不容忽視。
[0003] 為了嚴(yán)格控制船舶生活污水的排放，國(guó)際海事組織（頂0)從1976年至2012年制定 了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及導(dǎo)則，其中最新的頂〇決議（MEPC. 227(64))即將于2016年1月1日起 實(shí)施。具體頂〇決議規(guī)定的排放要求見(jiàn)表-1。一些現(xiàn)有的船舶生活污水處理技術(shù)不能滿足 頂〇最新的船舶生活污水處理標(biāo)準(zhǔn)，因此，必須對(duì)現(xiàn)有處理技術(shù)及裝置進(jìn)行改進(jìn)或者研制新 的處理技術(shù)。
[0004] 表-1.頂0船舶生活污水放要求
目前國(guó)內(nèi)外主要的船舶生活污水處理技術(shù)為生化法(活性污泥法、MBR法)和電化學(xué)法。 生化法是在一定條件下，利用微生物對(duì)生活污水中有機(jī)物的分解消化作用，生成對(duì)環(huán)境無(wú) 害的二氧化碳和水，從而達(dá)到對(duì)污水凈化的目的；電化學(xué)方法主要利用電化學(xué)方法對(duì)污水 中的有機(jī)物進(jìn)行物理去除或直接氧化，降低水中COD及8(?5值，同時(shí)產(chǎn)生氧化劑，殺滅水中 大腸桿菌。另外，還需對(duì)水中余氯進(jìn)行處理，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0005] 生化法處理技術(shù)及系統(tǒng)雖然應(yīng)用數(shù)量較多，但存在處理裝置體積大、無(wú)法處理灰 水、抗水力負(fù)荷變化性差、需要專(zhuān)人負(fù)責(zé)維護(hù)培養(yǎng)細(xì)菌等缺點(diǎn)。電化學(xué)法主要采用電解技術(shù) 對(duì)污水進(jìn)行處理，該技術(shù)處理效果穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，但該技術(shù)仍需進(jìn)一步提高電極電解 污水效率，延長(zhǎng)電極壽命，降低系統(tǒng)能耗，進(jìn)一步增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0006] 氧化物陽(yáng)極是電解法處理生活污水的核心部件。高催化性能和穩(wěn)定的電極材料是 電解法處理船舶生活污水的核心和研究重點(diǎn)。Ti基貴金屬氧化物具有優(yōu)良的電催化活性， 得到了廣泛的應(yīng)用與研究。特別是1965年荷蘭人成功開(kāi)發(fā)了Ti基Ru02涂層陽(yáng)極以來(lái)，陽(yáng) 極研究的大量工作便圍繞著金屬氧化物展開(kāi)。
[0007] 用于處理生活污水的氧化物陽(yáng)極材料，一般應(yīng)具備如下要求：具有良好的導(dǎo)電性； 壽命長(zhǎng)，對(duì)陽(yáng)極反應(yīng)具有良好的電催化性能。目前，氧化物陽(yáng)極的一個(gè)致命缺點(diǎn)是使用壽命 短，電極失活的主要原因是鈦基體被氧化，鈦基體表面生成了一層鈍化膜，或者活性物質(zhì)脫 落或被溶解。近年來(lái)眾多研究者為了解決這一問(wèn)題，提出了很多方案。其中許立坤等人介 紹了一種金屬氧化物陽(yáng)極基體預(yù)處理方法，通過(guò)對(duì)基體進(jìn)行處理使制備的氧化物陽(yáng)極具有 較好的穩(wěn)定性，但該專(zhuān)利中前處理工藝耗時(shí)長(zhǎng)，能耗高，如草酸刻蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，噴砂工藝不 佳等問(wèn)題。史艷華等用Sn、Sb的氧化物作為中間層，增強(qiáng)活性層和基體的結(jié)合力，并延緩氧 對(duì)基體的純化作用（EffectofSbOx+Sn02IntermediateLayeronthePropertiesof Ti-basedMn02Anode[J] ?ActaPhys.Chim.Sin.，2007, 23 (10) : 1553-1559.)，但是增加中 間層的含量會(huì)降低析氧電位，對(duì)鈦基氧化物陽(yáng)極的應(yīng)用是不利的，尤其在處理生活污水過(guò) 程中，例如析氧電位低不利于有機(jī)物被陽(yáng)極氧化而利于析出氧氣，從而降低了電流效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種電解法船舶生活污水處理系統(tǒng)，以解決目前電解法船舶生活污水 處理系統(tǒng)中的氧化物陽(yáng)極存在的壽命短以及電解效率需要進(jìn)一步提高的問(wèn)題，最終使處理 后的污水指標(biāo)滿足頂0MEPC. 227(64)決議要求。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種電解法船舶生活污水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括電絮 凝單元、電解單元、消氯單元及相關(guān)容器、栗、閥、管道，污水收集罐的出口通過(guò)粉碎栗與電 絮凝單元的入口連接，第一海水栗的出口也與電絮凝單元的入口連接，電絮凝單元的水出 口與中間收集罐的入口連接；中間收集罐的出水口經(jīng)過(guò)第二海水栗依次與電解單元的入口 和消氯單元串聯(lián)連接，經(jīng)消氯單元消氯后的污水由排泄栗排放；在污水收集罐、電絮凝單 元、中間收集罐、消氯單元的下端均設(shè)有排污口；在消氯單元的頂端設(shè)有氫氣排放口和空氣 入口，空氣入口與防爆風(fēng)機(jī)連接。
[0010] 所述的電解單元包括電解槽、氧化物陽(yáng)極和陰極，在電解槽內(nèi)設(shè)置氧化物陽(yáng)極和 陰極；該氧化物陽(yáng)極包括鈦基體及其表面的活性涂層，所述的活性涂層由Graphene、Au、 Zr02和Sn02組成，各成分的摩爾分?jǐn)?shù)分別為Graphene:5~20%，Au: 1~3%，Zr: 10~30%， Sn:55~85%，載涂量彡5g/m2。
[0011] 所述的氧化物陽(yáng)極的制備方法包括以下步驟： (1) 噴砂：對(duì)鈦基體進(jìn)行噴砂處理以增大表面粗糙度； (2) 除油：除去噴砂處理后的鈦基表面的油污； (3) 刻蝕：除油后的鈦基體置于沸騰的10%~30%草酸溶液刻蝕0. 5-lh; (4) 涂層配置：按照所述的質(zhì)量份數(shù)將石墨烯、氯金酸、硝酸鋯、氯化錫溶于正丁醇或異 丙醇或者兩者任意比例的混合液中，加入少量濃鹽酸，施加超聲波后，再用攪拌器攪拌，使 顆粒完全溶解； (5) 涂刷和燒結(jié)：將活性涂層均勻的涂覆在鈦板上，然后在烘箱中干燥，再燒結(jié)后取出 空冷；上述涂覆、干燥、燒結(jié)和冷卻步驟反復(fù)3~8次，使載涂量多5g/m2。
[0012] 所述的步驟（1)，采用粒徑為3mm~0? 125mm的玻璃珠，噴砂壓力為0.7~0.9MPa〇
[0013] 所述的步驟（2)，噴砂處理后的鈦基體放入80°C堿洗液保溫lh以除去表面油污， 該堿洗液為 8% 的Na0H、Na2C03、Na3P04 混合液，質(zhì)量比為Na0H:Na2C03:Na3P04 =5:28:46。
[0014] 所述的步驟（3)，除油后的鈦基體置于沸騰的10%~30%草酸溶液刻蝕0. 5-lh，用 去離子水洗凈后置于乙醇溶液中保存。
[0015] 所述的步驟（4)中，所述的石墨烯、氯金酸、硝酸鋯、氯化錫溶于正丁醇或異丙醇 或者兩者的混合液中的摩爾含量分別為石墨烯Graphene:5~20%，Zr:10~30%，Au:l~3%，Sn:55~85% ;濃鹽酸的加入量為lml-5ml，超聲15min后，用磁力攪拌器攪拌45min以上使顆 粒完全溶解；其金屬離子濃度為0. 15~0. 35mol/L。
[0016] 所述的步驟（5)中，在鈦基體涂覆活性涂層后，在120°C下烘箱中干燥lOmin，再在 350~450°C下燒結(jié)lOmin后取出空冷；最后一次涂覆、干燥后，在350~450°C下的燒結(jié)爐 中保溫lh，取出空冷至室溫得到所述的氧化物陽(yáng)極成品。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)采用新的制作工藝和配方的氧化物陽(yáng)極，使電解單元的電 流密度降低，污水停留時(shí)間縮短，同時(shí)處理系統(tǒng)中其他處理單元的處理參數(shù)也相應(yīng)降低，可 以在一定程度上減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)能耗。經(jīng)采用本發(fā)明所述電解法船舶生活污水處 理系統(tǒng)處理后的污水滿足頂0 MEPC. 227(64)決議要求。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明處理系統(tǒng)的總體構(gòu)成和工作過(guò)程示意圖。
[0019] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：（1)第一收集罐；（2)第一海水栗：(3)粉碎栗；(4)電絮凝單元； (5)第二收集罐；(6)第二海水栗；（7)電解單元；(8)消氯單元；(9)紫外燈；（10)排泄栗； (11)防爆風(fēng)機(jī)；（12)控制柜。
[0020]
【具體實(shí)施方式】
[0021] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種電解法船舶生活污水處理系統(tǒng)，主要包括電絮凝單元4、電 解單元7、消氯單元8及相關(guān)容器、栗、閥、管道，污水收集罐1的出口通過(guò)粉碎栗3與電絮凝 單元4的入口連接，第一海水栗2的出口也與電絮凝單元4的入口連接，電絮凝單元4的水 出口與中間收集罐5的入口連接。中間收集罐5的出水口經(jīng)過(guò)第二海水栗6依次與電解單 元7的入口和消氯單元8串聯(lián)連接，經(jīng)消氯單元8消氯后的污水由排泄栗10排放。在污水 收集罐1、電絮凝單元4、中間收集罐5、消氯單元8的下端均設(shè)有排污口。在消氯單元8的 頂端設(shè)有氫氣排放口和空氣入口，空氣入口與防爆風(fēng)機(jī)11連接。
[0022] 上述處理系統(tǒng)的工作過(guò)程為：污水收集罐1收集污水，內(nèi)設(shè)液位開(kāi)關(guān)控制粉碎栗 的啟動(dòng)和停止；污水收集罐1中的生活污水由粉碎栗3抽出經(jīng)粉碎后進(jìn)入電絮凝單元4,進(jìn) 入電絮凝單元4前，利用第一海水栗2引一路海水與污水混合(體積比為1:2-1:3)，與海水 混合后具有一定鹽度的污水進(jìn)入電絮凝單元4進(jìn)行處理，污水在電絮凝單元4中處理停留 處理時(shí)間為10-15分鐘。在電絮凝單元4中反應(yīng)產(chǎn)生的固體沉淀于電絮凝單元4的底部， 上清液從電絮凝單元上部的水出口溢流進(jìn)入中間收集罐5中，中間收集罐5中的污水被第 二海水栗6抽入電解單元7進(jìn)行電解，電解電流密度為30-48mA/cm2,電解時(shí)間5-20秒。電 解后的污水隨后進(jìn)入消氯單元8,在紫外線的照射下，余氯分解至頂0標(biāo)準(zhǔn)以下，最后污水 達(dá)標(biāo)，并經(jīng)排泄栗10排放。沉淀于電絮凝單元4的底部的固體可定期排出進(jìn)行脫水、打包， 并運(yùn)往岸上進(jìn)行下一步處理。在本發(fā)明的替代實(shí)施方案中，可以用鹽水溶液與粉碎后的污 水混合，混合比例與海水方案相同。
[0023] 所述的電絮凝單元4的電極所用材料為鋁板、鐵板或不銹鋼板等。電絮凝單元4 處理原理為：陽(yáng)