船舶防污染设备运行监控技术研究 船电.docx
- 文档编号:23436029
- 上传时间:2023-05-17
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:732.35KB
船舶防污染设备运行监控技术研究 船电.docx
《船舶防污染设备运行监控技术研究 船电.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《船舶防污染设备运行监控技术研究 船电.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
船舶防污染设备运行监控技术研究船电
题目:
船舶防污染设备运行监控技术研究
班级
船电
摘要
随着科学技术的不断发展,全球船舶的种类、数量以及吨位越来越大,因此对海洋的开发和利用也在逐渐的扩大,海洋环境污染问题日益凸显,现在已经发展到了到了我们人类无法再忽视的地步。
为了控制海洋污染,应对PSC检查越来越严格的检查力度,船舶防污染设备的开发和应用显得尤为重要。
船舶污染源主要有三四种,即船舶含油污水、生活污水、固体垃圾和船舶尾气,本论文主要针对这四种污染源对应介绍了四种防污染设备,即油水分离器、生活污水处理装置、焚烧炉和船舶尾气处理装置,并且设计了一套符合最新国际公约、规范的要求的防污染监控系统,这对防止船舶含油污水、生活污水、固体垃圾和船舶尾气造成的污染具有重要意义。
关键字船舶防污染设备,防污染监控系统,PSC检查
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,thetypes,numbersandtonnageofshipsaroundtheworldaregettinglargerandlarger,andtheexploit-
ationandutilizationoftheoceanarealsograduallyexpanding.TheMarineenviro-
nmentalpollutionproblemisbecomingincreasinglyprominentandhasreachedapointthatwehumanbeingscannolongerignore.InordertocontrolMarinepollutionPSCinspectionshouldbemoreandmorestrict,sothedevelopmentanduseofshipanti-pollutionequipmentisparticularlyimportant.Shippollutionmainlyhavefourkinds,namelytheshipoilywater,sewage,solidwasteandmarineoffgaspollution,thispaperaimedatthefoursourcesofpollutioncorrespondingintroductionthethreekindsofpollutionpreventiondevices,oily-waterseparator,sewagetreatmentplantandincinerator,anddesignasetofmeettherequirementsofthelatestinternationalconventionandstandardpollutionpreventionmonitoringsystem,thishasagreatsignificanceformarinepollution.
Keywords:
Marineanti-pollutionequipment,pollutionpreventionmonitoringsystem,PSCinspection
.
第一章绪论
1.1船舶污染物及其危害
一直以来海洋为我们提供了各种生存物资和交通运输渠道,是人类生存和发展必不可少的环境。
现在航运事业呈现一种欣欣向荣的态势,各种船舶的吨位和数量的不断加大,由此带来的海洋环境污染问题也日益突出。
而据调查和研究显示污染最大的就是含油污水,一艘船排放的含油污水能达到船舶吨位的十分之一,含油浓度约2000ppm~5000ppm之间是含油污水的正常含量。
有关统计显示,在1994年世界商船的船舶数量就已经达到了80676艘,它们的总重量加起来达7590亿总吨。
若每艘船的含油污水没有经过检测后处理就排入到大海里,就会造成油污危害,产生的油污危害超过了海洋的自身净化能力,就会造成不可以恢复的油污危害[1]。
(1)含油污水产生的各种有害物质可能会进入食物链中,威胁海洋生物,致其死亡,使海洋生物减少,更会对食用者造成危害。
(2)含油污水产生的油膜附着在海面会减少海洋的含氧量,能够造成海洋生物窒息死亡,对海洋野生生物和海洋渔业、养殖业是致命性的打击。
(3)码头和水工建筑物上附着过量的油污,会使它的修护工作难度加大,使用时间减短;含油物质如果随着海浪漂到堤坝上面,就会形成油类污垢,还会影响岸边的生态环境。
(4)随着含油污水排放和处理的要求越来越严格,近年来,有关部门做出新的规定:
将船舶靠近海岸区域和一些特定的区域排放舱底积水时候的含油量不能大于15pmm的规定到至整个海洋,也就是说当你行驶在公共海域时的排放要求由原来的100pmm降低现在的到15pmm;PSC检查对船舶防污染机械装置、方法的标准也越来越严格;监控排放的科技力量不断更新,只要有不符合标准的排放,船舶靠岸后面将会受到巨额的罚款,当事人还会受到法律的制裁。
所有的做法都对控制海洋污染有利。
船舶含油污水在对大海的自然环境造成破坏的同时,也给人类经济造成了巨大的损失。
所以为了减少船舶排污的含油量和及时处理已经发生的溢油污染,需要一个性能良好、稳定性强的油水界面检测系统,迅速确定油水界面特性参数如zeta电势,以便于排油检测和海洋油污处理。
1.2船舶典型污染物的处理技术和设备
(1)物理法
①重力分离法
油和水有不同的密度,所以可以通过含油污水的往上漂的时间不同进行分离。
重力分离法将油水分离的快慢,是油层往上漂的速度决定的;而影响往上漂的快慢是油粒大小还有油、水单位体积的质量等等各种原因。
并且,水存在内摩擦系数,油和水的内摩擦系数随着温度的升高而减少,所以分离时候的温度对分离也有直接影响。
重力分离法的优点:
设计简单、使用方便。
缺点:
只能分离油层明显的,但是不可以分离乳化油水。
②过滤分离法
即让油污水通过过滤层,而油污水中的油层和其他大颗粒杂质会留在过滤层,就能使油水分离。
这种油水分离的过程主要靠过滤层的过滤作用,将油层及其他大颗粒杂志留在过滤层上;另外,过滤层上留下的油层和其他杂质,会加大油层摩擦次数,使小的油层越来越大。
过滤法采用的过滤原料有石英砂、小鹅卵石、细沙、有机碳等粒状介质,和各种滤布,陶瓷或者塑料制品。
这些过滤原料共同的特点是不与水相融,一般不会和水中的物质产生反应,而形成新的污染物;同时还不容易变形。
因为过滤后需要清洗过滤层,如强度不够,就会变形而不能继续使用。
③聚结分离法。
聚结分离法用在含油污水特别有用的,这种方法一开始是被人们用作去除油中的水成分,到1970年以后才运用到含油污水的处理。
油粒聚结的过程,通俗来讲,就是油粒在通过多孔容器时碰撞摩擦,在其表面使本来很小的油滴转变成粗大油粒,这种粗大油粒在水中更容易上浮且上浮速度更快。
在很多时候能使油污全部被分离,效率高、节省空间、节省资金、不会生成对环境有害的物质。
④吸附分离法
该方法用有吸附性的原料制成滤器。
当含油污水通过时,微小油粒被吸引在滤器表面上,油和水被分离。
吸附滤器的内部分子吸引滤器表面的分子,而外部没有相应引力。
所以,会吸引表面外的其它粒子,而这种外部分子引力产生的吸附叫做物理吸附。
所有分子之间都存在这引力,因此物理吸附能吸附几乎所有东西,并且可以吸引不止一层例子,等到外部表面的引力场不再有吸引力才停止吸附。
吸附上的粒子可能因为分子在做不停的无规则运动而掉落,我们把这种现象称为脱附。
当脱附和吸附达到同一速度时,达到相对静止的状态,此时单位重量吸附原料所吸附的油量叫做吸附量,它代表吸附原料的参数。
这个数值越大就说明吸附能力越强,更适合做吸附原料。
(2)物理-化学式
①电解分离法[3]。
众所周知,水在通电的情况下能发生电解反应,水电解产生氢气和氧气气泡。
可以在含油污水中通电,使其中的水发生地电解反应,产生向上漂浮的气泡,将含油废水中的油份送到液体表面,达到油水分离的目的。
电解产生的气泡具有较强的捕集油颗粒能力和较大的浮选能力。
电解浮选的分离效果与电解时间、电场强度和电流密度有关。
缺点:
电解过程中释放出氢气,如果遇到火花或其他引燃物,存在爆炸的危险。
所以,电解分离器和排气管必须密封好,在没有点火源的地方应安装排气口。
②凝聚分离法。
在油污水中投入一种化学试剂——凝聚剂(如Fe2(SO4)3、FeCl4、Al203等等盐类化合物),使油滴产生化学反应而形成沉淀或形成比水更轻的物质而上浮使油水分离。
③有机污泥法
就是利用需氧型微生物的自身作用来处理含油污水的一种方法[4]。
这种需氧型微生物也叫好气性微生物,他通过从外界环境摄取氧气来进行氧化反应。
往含油污水中注入空气,使这种生物进行氧化反应而与有机化合物(油滴)结合成微生物团,就被称为活性污泥。
在有氧气的环境下,污水与活性污泥相互作用,油滴作为一种能被氧化的物质,与氧气作用时大部分分解为CO2和H2O,剩下的会形成微生物的成分,变成新的污泥,然后回到沉淀池活性污泥与除去油份的污水分离,再把清水排出,使得油水分离。
④超滤膜过滤法
属于新型科技的分离技术,根据不同的薄膜筛滤作用,选择出只有水分子才能通过的微孔过滤膜,过滤出含油杂质,就可以处理含油污水。
微孔过滤膜分离由于滤膜孔径不够大,滤膜也不够稳定,所以只适用于含油污水浓度不高、流量不大,并且不适合多次清洗,才能连续使用。
现代船舶油水分离器可能有一种原理组成,或者多种原理构成的机械装置,主要看对排污的要求来设置。
因此处理含油污水的设备和方法也不同,需要根据实际的环境和情况来确定。
化学法介绍如下:
化学法主要包括凝聚分离法。
此方法的原理是“聚并”理论,在污水中投放絮凝剂或聚集剂如氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等,接着絮凝剂或聚集剂中带有正(负)电性的基团和油污水中带有正(负)电性的粒子相互靠近或结合[2],压缩了双电层,Zeta电势降低,溶液也趋向电中性。
于是油滴凝聚成胶体沉淀或者上浮,实现油水分离。
絮凝剂主要分为无机型、有机型和微生物型三种。
无机型价格低廉,但对环境和生物的健康可能会产生不利影响。
有机型性能良好,絮凝能力强,但残余物存在致癌的风险,因此不宜大范围使用。
微生物型因其不产生二次污染具有巨大的优势。
同时,微生物絮凝剂的可应用范畴广、无毒害作用,但由于研究起步较晚,因此当前取得的成果还比较有限,所以具有较大的市场潜力和广阔的应用前景。
物理—化学法介绍如下:
物理—化学法主要包括结晶、萃取、电解等方法,这里重点介绍电解法。
这个方法是将含油污水作为电解液,在电解槽通电后水开始电解,产生氢气(H2)和氧气(O2)。
这两种气体从溶液扩散至空气中,溶液产生大量气泡,在气泡不断上浮的过程中,溶液里的许多油滴也粘附在气泡上,随气泡上浮至水的表面,实现与水的分离。
理论依据为在电极通电时,电流流过电解溶液,溶液中的阴离子向阳极移动失去电子(被氧化),阳离子向阴极移动得到电子(被还原),产生气体(H2和O2)或是不溶性、难溶性的沉淀。
电解法的具备多种功能,不但能还原从而除去污水中的重金属离子,还能降低污水的悬浮固体量,同时还能对污水进行脱色。
电解法的优良特性包含设备简单易操控、处理速度快、通常免加化学试剂、成本较低等。
与此同时,它也具有一些缺陷,如电流的效率不高、组成电极的金属价格偏高等,因此当下的研究还应在全面掌握电化学的反应机制、探讨如何制造出效率高的反应容器方向上多加努力。
生物化学法介绍如下:
生物化学法包含需氧生物和厌氧生物处理法。
前者一般可分为活性污泥法、生物膜法等。
厌氧生物处理污水所需能量少,对有机物质(如各种油)的消除率比较高,也不需另加营养物质,然而生成的产物还必须经过需氧生物的再次处理。
活性污泥法则是根据好氧生物的有氧呼吸消耗氧气和一些营养物质,产生可吸附和分解污染物的微生物群体的特性,就是通常人们所说活性污泥。
正常情况下污水处理过程分两个阶段:
第一阶段,当曝气池中微生物集团作用于油污水时,一些油分被分解成无毒害产物即二氧化碳(CO2)和水(H2O),剩下的则成为细胞质的组成成分,直接增加了污泥的体积。
第二阶段,油污水在之前的流程中除去了其中的油分,然后流入沉淀池,在这里和污泥分离逐渐分离。
净水漂浮至沉淀池上部并通过出口排出,大量活性污泥经过系统排放至环境中,留下少量送回到曝气池中循环利用。
不足之处是只能对少量含油污水进行分离,作为辅助方法使用,且需要较大的场地,船舶上难以应用。
1.3本文研究的目的和意义
“航行更安全,海洋更清洁”是整个海运界所渴望并孜孜以求的目标,也是生态平衡、人类可持续发展的需要。
但是长期以来,船公司和船员普遍存在“重安全、轻环保”的思想,导致了船舶污染事故频繁发生,使海洋环境受到极大的危害。
国际国内对造成船舶污染的统计和分析说明,80%以上的污染事故是由于人为因素造成的。
人为故意排放船舶舱底污水、故意排放船舶生活污水、故意丢弃船舶生活垃圾、故意不经处理排放船舶尾气是造成海洋环境污染的最主要因素,为了制止人为故意排放船舶舱底污水、故意排放船舶生活污水、故意丢弃船舶生活垃圾、故意不经处理排放船舶尾气,本文设计了一种船舶防污染设备综合监控系统,可以全自动的监控设备的运行全过程,可全自动采集和存储:
1)油水分离器的启动和停止时间、油份浓度参数;2)生活污水处理装置的启动和停止时间、溶解氧含量等参数;3)焚烧炉的启动和停止时间、火焰等参数;4)NOx和SOx处理装置的各种运行参数。
PSC检查人员可以在现场查验并通过U盘把数据从系统中拷贝带走。
为查处违规船舶提供强有力的证据,为海洋的干净清洁提供了强有力的保障。
第二章典型船舶防污染设备简介
2.1船舶油污水处理设备
2.1.1处理标准
MARPOL73/78公约附则Ⅰ第9条规定:
对于400总吨及以上的非油船和150总吨及以上的油船机器处所的舱底(不包括货油泵舱的舱底)的排放(但不得混有货油的残油),未经稀释的排出物含油量不得超过15ppm;第16条规定:
凡400总吨及以上但小于10000总吨的任何船舶,应装有经主管机关批准的滤油设备,且应保证通过该滤油设备排放入海的含油混合物的含油量不超过15ppm;凡10000总吨及以上的任何船舶,应装有经主管机关批准的滤油设备和当排出物的含油量超过15ppm时能发出报警并自动停止含油混合物排放的装置;第4条规定:
船舶及其设备的状况应加以维护,使其能符合本公约的各项规定,从而保证该船在各方面保持适合出海航行的状态而不致对海洋环境产生危害;根据MARPOL73/78公约附则Ⅰ第4条(4)的规定:
对船舶进行的任何检验完成以后,如果未经主管机关许可,经过检验的结构、设备、系统、附件、布置等均不得随意改变,除非直接替换。
2.1.2主要型号和结构
现如今船用油水分离器型号主要是YWC系列油水分离器,这种新型油水分离器采用三级分离技术,可以高效的分离舱底水中的油份和杂质,而不需要添加其他化学剂和吸收工艺,因此很好的避免在处理污水的过程中产生二次污染。
然后再通过油份监测器来监控舱底水排放,以保证舱底水的排放标准符合国际公约的要求[3]。
舱底油污水经由吸入底阀、海水粗滤器进入一级分离器,分离器顶部设有集油室,舱底油污水中的大部分油借比重差上浮至分离器集油室顶部,细油滴在亲水疏油材料斜板内聚结,当油在一级分离器顶部积聚到一定数量时,油位升高,油水界面计发出讯号,清水从底部进入一级分离器,顶起的浮油排出至污油柜。
经一级滤器处理过的油污水进入二级滤器进行再次处理后排放至舷外,如果排油超标会自动转向三级处理。
三级超滤进入液渗出水后就浓缩成浓缩液排至舱底。
该系统具体结构见图2.1,
图2.1YWC型油水分离器结构布置
201—待分油进口;220—净油出口;221—出水口;a—上隔板室;aa—隔油室;A—重力圆盘;C—水平环;D—分配器;E—顶盘;F—分离筒盖;G—碗形盘堆叠;G1—阀盘进口;ii—污泥空间;I—污泥口;J—分离器机体;K—滑碗底部;L—滑板;M1、M2、M3—喷嘴;T—隔水盘;U—隔油盘;V—进口管;VV—分配滑环;W—碗罩密封圈;X—排出阀;Z—操作水滑环
2.2船舶生活污水处理设备
2.2.1处理标准
①使用前向装置内注入一定数量的培养液并确认控制箱的电源灯亮且排出泵处于自动位置。
②装置短期停用期间,空气泵应继续工作,空气压力应保持在0.01—0.05MPa左右,防止处理槽内微生物被杀死而丧失净化能力。
③在检查污水处理槽内部时,应先确定内部气体浓度,再工作。
④平常运转时,将球阀手柄锁住,以防随便开关。
清洗便器时,严禁使用药水、药品,使用时的废水务必在限制海域外直接排放。
⑤若有可能冻结,将处理槽内的污水全部排放,同时泄放泵内剩余污水。
⑥本装置浮渣回流管一般情况下是不回流的只有使用水量比较大时才可能出现回流。
2.2.2主要型号和结构
沉淀室内沉淀的污泥通过污泥返送泵定期返回至一级接触氧化室。
正常工作情况下,每三个月应将接触氧化室、沉淀室沉淀污泥排放一次,污泥通过污泥排放口排放时,应排入公海或者陆上接收设施。
其原理流程如图2.2,实体图如图2.3,
污水→粉碎室→一级接触氧化室→二级接触氧化室→MBR膜法处理室→沉淀柜→排放→舷外
↑↓
污泥
图2.2WCMBR生活污水处理装置污水流程
图2.3WCMBR生活污水处理装置实体结构
2.3船舶焚烧炉
2.3.1处理标准
船用焚烧炉主要应满足以下要求:
(1)要使含有固体杂质和较多水分的污油尽可能地完全燃烧:
①要求能将污油水搅拌均匀并加热到适当温度,且污油水中不含太多杂质;②污油柜与焚烧炉不要太远;③要选择对杂质不敏感且雾化良好的污油燃烧器。
(2)要注意:
①使用前要提前打开废油柜蒸汽加温阀,将废油加温至80—95℃,放去废油柜底部的残水,清除炉膛中残余烟灰及残渣,检查风门及燃烧室外面有无障碍物。
②工作时要在炉内保持适当的负压,这样才能保证打开投料口投放固体垃圾时不致造成高温燃气外泄而危及工作人员的安全,所以系统应设置引风设备。
③为防止停用后,废油冷却堵塞管路,废油燃烧终止前须用柴油冲洗管路。
④禁止焚烧MARPOL73/78公约中的货物残余物以及有关的被污染的包装材料,多氯联苯,MARPOL公约附则Ⅴ定义的含有超过微量重金的垃圾以及含有卤素化合物的精炼石油产品。
2.3.2主要型号和结构
船用焚烧炉的型号有OG120C。
OG120C焚烧炉主要由三个部份组成:
焚烧炉主体、带加热器的污油柜和烟气风机。
其系统组成参见图2.4OG120C焚烧炉系统原理及图2.10OG120C焚烧炉实物图
图2.4焚烧炉原理图
图2.5OG120C焚烧炉实物图
2.4船舶尾气处理装置
2.4.1尾气排放限制要求
MARPOL公约附则Ⅵ对船舶
和
的排放标准进行了明确的规定。
目前全球燃油含硫量限制在3.5%以内,到2020年1月1日将降低0.5%。
0.5%的排放标准在2018年已经做出了评估,且评估通过并在全球范围内实施。
对于
排放控制区,2015年1月1日开始实施0.1%的排放标准。
MARPOL公约负责Ⅵ对
的排放针对低速机(n<130r/min)、中速机(130r/min≤n<2000r/min)、高速机(n≥2000r/min)分三个阶段进行限制,具体见表1。
表1船舶
排放限制g/(kW·h)
年份
机型
低速机
中速机
高速机
2001.1.1-2010.12.31
17.0
45×n-0.2
9.8
2011.1.1-2014.12.31
14.4
44×n-0.2
7.7
2015.1.1及以后
3.4
9×n-0.2
2.0
2.4.2后处理技术
1.
后处理技术
废气脱硫技术按照洗涤剂的不同可分为干法、半干法、湿法三种,湿法又包括开环系统、闭环系统以及混合系统。
开环系统一般采用海水作为洗涤液,不用外加化学试剂,系统组成简单,工作稳定,但是海水的PH值一般为7.5-8.5,处理相同废气量相比碱液法需要的海水的量大得多,而且洗涤残液PH值较低,需要大量海水稀释后才能直接入海,因此一定程度上增加了系统的功耗。
闭环系统一般采用碱液作为洗涤液,需要消耗淡水,而且需要专门舱室储存碱性化学品,成本较高而且有一定的危险性。
目前应用比较广泛的是混合系统,当船舶在大洋中航行时采用开环系统,当航行到港口、内河或海水碱度较低的海域时采用闭环系统。
这种方式虽然会增加系统的复杂度,但是能够满足不同海域的运行要求,而且节约碱液和淡水。
2.
后处理技术目前废气脱硝技术有选择性催化还原技术(SCR)、稀燃
捕集技术(LNT)和低温等离子体辅助催化技术(NPAC)。
目前在船舶领域应用比较成熟废气脱硝技术是SCR技术,它也是第一种IMOTier3的单一技术。
但是SCR系统需要催化剂,而且运行过程中需要消耗尿素。
据测算,SCR系统的初期成本占到了船价的5%-8%。
而且SCR体积与柴油机体积相当,这在原本空间就有限的机舱安装带来困难。
目前大部分SCR均选择矾基催化剂,也有采用活性更高、高温下更耐用的铁沸石催化剂,但该种催化剂会大量产生另一种温室气体
因此开发高效低污染的催化剂也是未来催化剂研究的重点。
另外,使用过程中催化剂的失活、氨泄漏以及碳烟造成的堵塞问题都有待解决。
2.4.3船舶尾气一体化脱硫脱硝技术
由上节内容可以看出,
和
后处理技术还存在一定的问题,比如占用空间比较大,技术不成熟,所以单纯的脱硫技术和脱硝技术姑且有这么复杂的工艺和设备要求,如果采用两套设备分别脱硫脱硝,势必将大大增加建造和使用成本,而且两套设备同时运行效率也不高,这样就难以同时满足MARPOL公约附则Ⅵ修正案中分别对
和
浓度的限制值要求。
所以,国际上把研究方向都致力于开发技术简单、运行成本低、脱除效率更高的尾气一体化脱硫脱硝技术。
下表详细分析比较了几种同步脱硫脱硝工艺实例的优缺点及脱除效率。
表2几种同时脱硫脱硝技术实例比较
工艺名称
工艺类别
实例
脱除效果
评注
脱硫
脱硝
WSA-S
湿式
Niles电厂(Ohio)
95%
95%
能耗大,投资高
DESO
湿式
HafenMunster电厂(31MW)(德国)
94%
80%
能耗大及浓硫酸储运
金属络合物法
湿式
某石灰公司
99%
≥60%
络合物的损失和再生是其阻碍
为了能够使用同一套装置,实现一体化脱硫脱硝,有人提出了用臭氧氧化结合海水洗涤工艺来实现海洋船舶尾气的一体化脱硫脱硝,图2.6给出了目前在研究的同步脱硫脱硝工艺—臭氧氧化结合海水洗涤工艺。
该工艺的原理是结合臭氧氧化将尾气中的NO氧化为
,然后再洗涤吸收塔中利用海水喷淋将
和
转化为硝酸盐和硫酸盐,从而完成船舶尾气脱硫脱硝的关键步骤。
图2.6臭氧氧化结合海水洗涤同步脱硫脱硝工艺图
1-(
);2-(
);3-(
);4-氮气;5-氧气;6-臭氧发生器;7-管式炉;8-反应管;9-烟气分析仪;10-尾气吸收装置;
此工艺没有催化剂,也没有
等添加剂,不存在副产品的回收。
但该臭氧氧化结合海水洗涤
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 船舶防污染设备运行监控技术研究 船电 船舶 污染 设备 运行 监控 技术研究