专利名称：一种同时处理船舶废气和废水的装置及方法
一种同时处理船舶废气和废水的装置及方法技术领域
本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种利用碳凝胶同时处置船舶废气废水的装置及方法。
背景技术：
近年来，随着国际航运的繁荣，船舶柴油机排放废气中的SO2对大气环境造成日益严重的影响，成为酸雨及空气污染的主要来源。因此，《73/78防污公约》的附则VI对硫氧化物的规定为船舶使用的任何燃油的含硫量不得超过4. 5wt%,在波罗的海的SO2排放控制区的船舶所使用的任何燃料，硫含量不得超过I. 5wt%。船舶可使用废气净化系统将硫氧化物总排放量减少至6. Og/ (kW*h)以下。另一方面，《73/78防污公约》附则I规定凡400 总吨及以上的任何船舶排出水含油量小于IOOppm ;凡10000总吨及以上的船舶排出水含油量小于15ppm。
目前船舶处理SO2的主要技术为海水洗，烟气在洗涤塔中将所含SO2除去，这种方法的SO2转化效率较低，需要增加额外的风机鼓入空气；而处理含油废水的主要技术为重力分离、浮选分离、过滤或者吸附。因此目前要同时处置多种污染物，就会需要两种以上装置联合 使用，这会使得船舶在其污染物处理装置上投入大笔的费用，而且其处理系统的操作和维护也会变得相当的复杂，增加了运行费用。发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种同时处理船舶废气和废水的方法，并进一步提供一种同时处理船舶废气和废水的装置。
为实现上述目的，本发明可采用的技术方案是
一种同时处理船舶废气和废水的装置，它包括洗涤塔、引风机、排水泵和输送泵， 所述洗涤塔内自上而下依次设置喷淋层、废水储槽、位于所述废水储槽中的碳凝胶层，以及鼓泡层，所述引风机和输送泵分别将废气、废水鼓入所述洗涤塔中，所述废水经所述喷淋层向下喷出，流至所述废水储槽中，所述废气经所述鼓泡层进入所述废水储槽中的碳凝胶层中并由所述废水清洗净化，净化后的废气经所述洗涤塔的顶部排出，所述废水储槽中的废水由所述排水泵定期排出。
优选地，在所述的同时处理船舶废气和废水的装置中所述装置还包括蒸汽管，所述蒸汽管将蒸汽引入所述洗涤塔，所述蒸汽进入所述碳凝胶层并对其进行再生处理，所述蒸汽冷却后经所述排水泵泵出。
优选地，在所述的同时处理船舶废气和废水的装置中所述装置还包括循环泵，所述循环泵用于将所述废水储槽中的废水泵至所述喷淋层，并从所述喷淋层向下喷出。
优选地，在所述的同时处理船舶废气和废水的装置中所述装置还包括污水罐和污水泵，所述污水泵用于将船舶上的污水泵至所述污水罐存储，以待所述输送泵将所述污水泵至所述洗涤塔。
优选地，在所述的同时处理船舶废气和废水的装置中所述循环泵、污水泵和输送泵为单螺杆泵，所述排水泵为离心泵，所述引风机为高温离心风机，其中所述引风机的工作温度彡350°c。
本发明进一步提供了一种同时处理船舶废气和废水的方法，包括以下步骤
将船舶上的废气和废水分别经引风机、输送泵泵入洗涤塔中，其中所述废气从洗涤塔底部的鼓泡层向上进入废水储槽中的碳凝胶层，所述废水从洗涤塔顶部的喷淋层喷出，流入所述废水储槽；
所述洗涤塔中，所述废气中的有害成分被所述废水吸收或与所述废水中的成分反
经处理后的废气经洗涤塔顶部排出，经处理后的废水 由排水泵定期排出。
优选地，在所述的同时处理船舶废气和废水的方法中所述方法还包括将蒸汽引入洗涤塔内，并通过所述喷淋层进入所述碳凝胶层中，所述蒸汽用于使所述碳凝胶层恢复吸附能力。
优选地，在所述的同时处理船舶废气和废水的方法中所述方法还包括通过循环泵将所述废水储槽中的废水泵至所述喷淋层，并从所述喷淋层向下喷出，以使废水循环使用，直至所述废水充分吸附所述废气中的有害成分和/或与所述废气中的有害成分充分反应。
本发明的同时处理船舶废气和废水的装置和具有的优点包括能够实现废气废水的同时处置，大大简化了船舶污染物处理工艺，节省了投资费用；采用碱性废水吸收酸性废气，实现了 “以废治废”，避免了额外吸收/吸附剂的添加，节省了运行费用；相对传统的海水洗涤塔，所使用的废水碱性强(废水PH值为10-12，海水pH值为7. 5-8. 3)，单位质量能够吸收更多的SO2，有效降低了输送及喷淋量，降低了泵的负荷，节省了能源；S02脱除效率高， SO2更易向H2SO4转化，脱除效率可达到90%以上。
应当认识到，本发明以上各方面中的特征可以在本发明的范围内自由组合，而并不受其顺序的限制——只要组合后的技术方案落在本发明的实质精神内。也就是说，上述方案之间的任意组合也在本发明的实质精神之内。
下面将结合附图及实施例对本发明同时处理船舶废气和废水的装置作进一步说明，附图中
图I为本发明同时处理船舶废气和废水的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。
如图I所示，本发明公开了一种同时处理船舶废气和废水的装置。在该装置中，采用两个洗涤塔1、2单独或串(并)联操作。同时处理船舶废气废水的装置包括洗涤塔1、2、 喷淋层102、废水储槽103、碳凝胶层104、鼓泡层105、引风机3、循环泵106、排水泵4、污水4泵7、污水罐6、输送泵5，来自船舶柴油机的废气通过引风机3，从洗涤塔I的下部进入鼓泡层，鼓入废水储槽103中，废水储槽103中的碳凝胶层104在液相中将废气中的SO2催化氧化为H2SO4,并被废水中和，废气在喷淋层102经废水喷淋进一步净化后排出，而喷淋后的废水流入洗涤塔底部的废水储槽103，其中的油污被碳凝胶层104吸附，并通过循环泵106循环利用；洗涤塔I废水由污水罐6通过输送泵5进行补充，污水罐6经由污水泵7收集来自淡化装置和锅炉的排污水。
洗涤塔系统包括喷淋层102、废水储槽103、碳凝胶层104、鼓泡层105、循环泵106， 来自淡化装置的排污水其浓度一般为海水浓度的I. 3-1. 5倍，因而对于SO2的吸收效果更好，而来自锅炉的排污水由于在水处理过程中加入了 Na3PO4, Na3PO4水解生成NaOH,因而可用于对SO2的吸收与H2SO4的中和。这些废水由污水泵收集在污水罐6中，混合后pH值在 10-12之间，再由输送泵5输送至喷淋层102进行喷淋，喷淋后废水进入废水储槽103中，中和H2SO4的同时其中的油污被碳凝胶层104吸附，通过碳凝胶层104的废水经由循环泵106 返回喷淋层102循环利用，同时残余的油污被进一步吸附，当废水油污含量小于15ppm且pH 值大于等于6. 8时经由排水泵定期排出，油污含量偏高时则加大循环次数持续用碳凝胶过滤，PH值偏高则补充新鲜碱性废水。当发现油污含量持续偏高加大循环次数无效时，则关闭洗涤塔的废水废气管路，开启蒸汽管路，采用压力O. 5-1. 3MPa，温度165-194° C的饱和蒸汽由喷淋层进入洗涤塔对碳凝胶层进行再生，恢复吸附性能。含有污油的再生水经排水泵排出污油，再生后应对排油管路进行清洗，防止二次污染。
船舶柴油机废气温度为250-350° C，SO2浓度为O-lOOOppm，O2浓度为10%_15%， 废气经过引风机补充动力，然后从洗涤塔的下部进入鼓泡层，鼓泡层上部设置碳凝胶层，碳凝胶层的作用是将废气中的SO2催化氧化为H2SO4,由于碳凝胶的催化作用以及参与反应的 SO2与O2的物质量比大约为I :100，因而不需要鼓入额外的空气，洗涤塔的中上部设置有2 层喷淋层，喷淋层的作用是将液气比为I :10的废水均匀的喷洒到洗涤塔中，使废水和废气充分接触，进一步吸收废气中的SO2，并带入废水储槽中由碳凝胶层继续催化氧化，净化后的废气从洗涤塔顶部排出。
本发明的装置采可用两(多)个洗涤塔，它们既可串联也可并联操作使用，亦可一个使用，一个检修或碳凝胶再生。与洗涤塔配套的循环泵、污水泵、输送泵由于直接输送含油废水，为了减小对油滴的扰动，选用单螺杆泵，排水泵选用离心泵，弓I风机选用高温离心风机，风压3000Pa，工作温度彡350°C。
结合图I描述所述装置的具体工作过程洗涤塔I工作时，打开阀门801，废气进入洗涤塔1，同时打开阀门809，循环泵启动，开始喷淋，脱硫净化后的废气经阀门803排出； 当洗涤塔内废水的PH值降至6. 8左右时，关闭阀门809，循环泵停止，打开阀门806和阀门 807，启动输送泵置换废水，同时打开阀门811和阀门814，启动排水泵配合置换；当排水油污含量超过15ppm且加大循环次数无效时，此时需要对碳凝胶层进行再生，关闭阀门801、 803、809，循环泵停止，打开阀门811、813、808，输送泵启动，将洗涤塔I内的废水排至洗涤塔2，随后关闭阀门811、813、808及输送泵5，打开阀门815、807，压力O. 5-1. 3MPa，温度 165-194° C的饱和蒸汽进入洗涤塔1，当塔内压力达到O. 5MPa时，关闭阀门815、807，停止蒸汽供给，待塔内蒸汽自然冷却为液态后，开启阀门811、814，排水泵启动，排出油污，重新使用前，打开阀门806、807、811、814，输送泵和排水泵启动，冲洗管路，直至冲洗水油污含量小于15ppm。
洗涤塔2工作时，打开阀门802，废气进入洗涤塔2，同时打开阀门810，循环泵启动，开始喷淋，脱硫净化后的废气经阀门804排出；当洗涤塔内废水的pH值降至6. 8左右时，关闭阀门810，循环泵停止，打开阀门806和阀门808，启动输送泵置换废水，同时打开阀门812和阀门814，启动排水泵配合置换；当排水油污含量超过15ppm且加大循环次数无效时，此时需要对碳凝胶层进行再生，关闭阀门802、804、810，循环泵停止，打开阀门812、 813、807，输送泵启动，将洗涤塔2内的废水排至洗涤塔1，随后关闭阀门812、813、807及输送泵5，打开阀门815、808，压力O. 5-1. 3MPa，温度165-194。C的饱和蒸汽进入洗涤塔2， 当塔内压力达到O. 5MPa时，关闭阀门815、808，停止蒸汽供给，待塔内蒸汽自然冷却为液态后，开启阀门812、814，排水泵启动，排出油污，重新使用前，打开阀门806、808、812、814，输送泵5和排水泵4启动，冲洗管路，直至冲洗水油污含量小于15ppm。
当出口 SO2浓度高于6. Og/ (kff · h)时，则关闭阀门803，同时打开阀门804和阀门805，此时洗涤塔I和洗涤2塔串联操作；当废气量高于单塔设计量时，则关闭阀门805， 同时打开阀门802和阀门803，此时洗涤塔I和洗涤塔2并联操作。
·
碳凝胶层催化氧化S02的反应方程式如下 σν +S02(aq)σ.νο, + Ko2(Cig) ^rSO 十 H2O —> O'H2SOtσ, θ4 ~^H2S04(aq) + av其中σ 、σ σ分别为碳凝胶上空的活性位，吸附了 SO2的活性位， 吸附了 SO3的活性位以及吸附了 H2SO4的活性位，aq代表水溶液。
废水的中和反应方程式如下
H2SO4 — 2H++S042_
Na3P04+H20 — Na2HP04+Na0H
OF+H+ — H2O
CO 广+2H+ — C02+H20
HC03>H+ — C02+H20
装置对船舶废气中SO2的脱除效率可达90%以上，废水经处理满足pH值彡6. 8，油污< 15ppm的排放标准。
本发明针对背景技术的上述缺点对装置加以改进，能够同时实现废气废水的处置。以洗涤塔作为基础，通过改进实现废气废水的同时处理，可以为船舶的污染物控制节省大笔的费用。
本发明解决了常规的洗涤塔技术存在着SO2向H2SO4转化效率低而需要采用大功率风机额外鼓入空气以加速SO2的氧化，同时氧化后形成的H2SO4必须要化学中和，因此又产生了额外的含硫废水的问题。利用船舶废水，例如锅炉排污水、海水淡化装置排污水等废水富含0H_、C0广、HC03_等碱性阴离子，将上述废水用于SO2的吸收与H2SO4的中和，但是其本身含有油污等杂质需要净化后方可排出。针对这一问题，在洗涤塔中设置碳凝胶层，使其在液相中催化氧化SO2,加速其向H2SO4转化，能够避免额外空气的鼓入，简化设备节约能源；另一方面，利用碳凝胶层发达的孔隙结构，可以有效过滤油污，使得废水达标排放。最后，在同一设备中完成了废气废水的同时处置，采用碱性废水吸收酸性废气，实现了“以废治废”， 避免了额外吸收/吸附剂的添加，具有优异的经济与环保效益。
权利要求
1.一种同时处理船舶废气和废水的装置，其特征在于它包括洗涤塔(1、2)、引风机(3)、排水泵(4)和输送泵(5)，所述洗涤塔(1、2)内自上而下依次设置喷淋层(102)、废水储槽(103)、位于所述废水储槽(103)中的碳凝胶层(104)，以及鼓泡层(105)，所述引风机 (3 )和输送泵(5 )分别将废气、废水鼓入所述洗涤塔(I、2 )中，所述废水经所述喷淋层(102 ) 向下喷出，流至所述废水储槽(103)中，所述废气经所述鼓泡层(102)进入所述废水储槽 (103)中的碳凝胶层(104)中并由所述废水清洗净化，净化后的废气经所述洗涤塔(I、2)的顶部排出，所述废水储槽(103 )中的废水由所述排水泵(4 )定期排出。
2.根据权利要求I所述的同时处理船舶废气和废水的装置，其特征在于所述装置还包括蒸汽管(9)，所述蒸汽管(9)将蒸汽引入所述洗涤塔(1、2)，所述蒸汽进入所述碳凝胶层(104)并对其进行再生处理，所述蒸汽冷却后经所述排水泵(4)泵出。
3.根据权利要求I所述的同时处理船舶废气和废水的装置，其特征在于所述装置还包括循环泵(106 )，所述循环泵(106 )用于将所述废水储槽(103 )中的废水泵至所述喷淋层 (102)，并从所述喷淋层(102)向下喷出。
4.根据权利要求I所述的同时处理船舶废气和废水的装置，其特征在于所述装置还包括污水罐(6)和污水泵，所述污水泵(7)用于将船舶上的污水泵至所述污水罐(6)存储， 以待所述输送泵将所述污水泵至所述洗涤塔(I、2 )。
5.根据权利要求I所述的同时处理船舶废气和废水的装置，其特征在于所述循环泵 (106)、污水泵(7)和输送泵(5)为单螺杆泵，所述排水泵(4)为离心泵，所述引风机为高温离心风机，其中所述引风机(3)的工作温度彡350°C。
6.一种同时处理船舶废气和废水的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤将船舶上的废气和废水分别经引风机、输送泵泵入洗涤塔中，其中所述废气从洗涤塔底部的鼓泡层向上进入废水储槽中的碳凝胶层，所述废水从洗涤塔顶部的喷淋层喷出，流入所述废水储槽；所述洗涤塔中，所述废气中的有害成分被所述废水吸收或与所述废水中的成分反应；经处理后的废气经洗涤塔顶部排出，经处理后的废水由排水泵定期排出。
7.根据权利要求I所述的同时处理船舶废气和废水的方法，其特征在于所述方法还包括将蒸汽引入洗涤塔内，并通过所述喷淋层进入所述碳凝胶层中，所述蒸汽用于使所述碳凝胶层恢复吸附能力。
8.根据权利要求I所述的同时处理船舶废气和废水的方法，其特征在于所述方法还包括通过循环泵将所述废水储槽中的废水泵至所述喷淋层，并从所述喷淋层向下喷出，以使废水循环使用，直至所述废水充分吸附所述废气中的有害成分和/或与所述废气中的有害成分充分反应。
全文摘要
本发明公开了一种同时处理船舶废气和废水的装置及方法，该装置包括洗涤塔(1、2)、引风机(3)、排水泵(4)和输送泵(5)，所述洗涤塔(1、2)内自上而下依次设置喷淋层(102)、废水储槽(103)、位于所述废水储槽(103)中的碳凝胶层(104)，以及鼓泡层(105)，所述废水经所述喷淋层(102)向下喷出，流至所述废水储槽(103)中，所述废气经所述鼓泡层(102)进入所述废水储槽(103)中的碳凝胶层(104)中并由所述废水清洗净化。本发明同时处理船舶废气和废水的装置及方法具有的优点是简化了处理工艺、提高了处理效率和节省装置占用的空间和降低了消耗的能源。
文档编号C02F9/04GK102910764SQ20121046552
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者刘少俊, 宋印东, 马哲树 申请人:江苏科技大学