海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法及装置

摘要

本发明公开了一种海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法及装置，克服目前船舶生活污水陆上试验流入水配置及供给装置系统化、自动化程度低、无法实现24小时无人值守以及液力负荷自动转变、流入水水质条件控制不足等缺点，具备TSS及BOD5配制、能够根据试验要求自动调整污水流量、能够自动控制流入水温度以及报警等功能，完全满足MEPC.227(64)决议以及船级社关于船舶生活污水处理系统陆上试验流入水配置及供给需求，也适用于相关水处理长期连续试验中的原水供给。

权利要求

1.一种海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法，其特征在于，包括以下步 骤：

（1）设置至少两个流入水供给罐，用于配制模拟船舶生活污水的水样；

（2）首先将未储存过的生活污水原水输送至一个流入水供给罐中；

（3）采用COD及TSS在线监测探头检测污水中BOD5及TSS数值；

（4）根据所测得的BOD5及TSS值，判断流入水水质是否达标：如符合要求，则可直接使用；

（5）如原生活污水未达到所需水质指标，则按照下面的公式（1）和（2）计算所需向流入 水供给罐内添加提高BOD5和TSS值的物质，直至达到所需水质指标：对于BOD5，MBOD5+BOD5a*Va = 500mg/L*Va (1)

对于TSS，MTSS+TSSa*Va = 500mg/L*Va (2)，

式中：MBOD5和MTSS为添加物质的质量，BOD5a及TSSa分别为所测得的BOD5及TSS值，Va为 污水体积；

在实际运行中，COD及TSS在线检测探头将不间断检测一个所述的流入水供给罐内的 流入水水质，如连续三分钟BOD5或TSS任一指标或两个指标都不达标，则自动切换至另一个 流入水供给罐，保证试验正常进行，同时对水质不达标的流入水供给罐内添加适量的物质， 以使其流入水水质重新达标。

2.根据权利要求1所述的海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法，其特征 在于，所述的步骤（3）的具体方法是采用间接检测BOD5的方法：在实验室利用传统方法检测 BOD5数值，通过获得大量COD及对应的BOD5数值后，建立COD-BOD5对应曲线；采用常规的COD 在线检测探头，测得流入水供给罐内污水的COD值，从COD-BOD5曲线图上获得相应的BOD5数 值。

3.根据权利要求1所述的海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法，其特征 在于，所述的提高BOD5和TSS值的物质包括：采用高岭土或/和污泥配置高浓度TSS；采用 可溶性淀粉或/和葡萄糖配置高浓度BOD5；配置TSS及BOD5的化学物质不局限于以上所提及 的物质。

4.根据权利要求1所述的海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法，其特征 在于，在试验中，需要对流入水的温度进行控制，以检验该船舶生活污水处理系统处理不同 温度污水时的性能。

5.一种实施权利要求1-4任意一项所述的海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法的装置，其特征 在于，包括至少两个流入水供给罐，在每一该流入水供给罐内装有温度传感器、COD探头、 TSS探头、加热棒和搅拌器，在该流入水供给罐底部的两端分别设有污水循环出口和排放 口，在该流入水供给罐的上部设有污水循环入口和物料加入口，在该流入水供给罐的一侧 设有液位计；在该排放口串联有排放污水泵、电动阀门和流量计；两个流入水供给罐的该污 水循环出口分别通过循环污水泵和电动阀门后均与一循环制冷机的入口连接，该循环制冷 机的出口与每一流入水供给罐的污水循环入口连接；所述的加热棒由加热棒电源箱供电； 所述的温度传感器、COD探头、TSS探头、加热棒电源箱、排放污水泵、循环污水泵、电动阀门、 流量计和液位计均由控制柜自动控制。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，根据实验需要，通过在控制柜的PLC预设相 关程序，由控制柜通过相应电动阀门自动控制污水供给的流量。

说明书

海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法及装置，属于环境工程领域的海上生活污水处理试验技术。

背景技术

[0002] 随着航运业和海洋开发的空前发展，海洋环境的污染也越来越严重，人类对海洋环境的保护也日益重视。由于海运所带来的船舶生活污水污染问题也逐渐引起人们的关注。船舶作为航运中的交通工具，是一种流动污染源，船舶生活污水的排放对海洋及内河的影响，随着船舶数量的增加而不容忽视。

[0003] 为了严格控制船舶生活污水的排放，国际海事组织（IMO）从1976年至2012年制定了一系列相关标准及导则，其中最新的IMO决议（MEPC.227(64)）已于于2016年1月1日起实施。具体IMO决议规定的排放要求见表-1。

[0004] 表-1. IMO船舶生活污水放要求

[0005]

[0006] 目前国内外主要的船舶生活污水处理技术为生化法（活性污泥法、MBR法）和电化学法。各研发商必须利用拟认证的处理系统按照MEPC.227(64)决议及主管机关（船级社）进行陆上试验或实船试验，试验合格后才能给该系统发放型式认可证书，该系统才能获准进入市场。目前大多数研发商采用模拟陆上试验的方式进行试验认证，这就需要在为试验配置、供给所需的模拟船舶生活污水。

[0007] 为了使陆上试验具有实际代表性及处理效果的说服力，IMO以及主管机关对流入水水质进行了规定：在MEPC.227(64)决议5.2.1小节中要求，试验时流入水的悬浮固体总量浓度不得少于500mg/l；而船级社则同时要求流入水中的BOD5大于500mg/l。只有满足以上水质要求，所进行的试验才有效。

[0008] MEPC.227(64)决议规定，在型式认可陆上试验的持续时间和时间安排试验的持续时间应至少为10天，在试验期间，应分别在最小、平均和最大容量负荷条件下对生活污水处理装置进行试验。

[0009] 通常情况下在陆上进行小规模摸索试验时，由于持续时间相对较短，流入水配置及供给系统仅为具有一定容积的容器，不具备水温控制系统，相关操作多为手动完成，无法24小时连续运行，无法验证处理系统的可靠性，大大限制了试验的开展，另外，单纯的生活污水原水水质很难达到IMO及船级社的船舶生活污水处理系统型式认可陆上试验流入水水质要求。

发明内容

[0010] 本发明旨在提供一种海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法及装置，解决目前船舶生活污水陆上试验流入水配置及供给装置系统化、自动化程度低、无法实现24小时无人值守以及液力负荷自动转变、流入水水质条件控制不足的问题。

[0011] 本发明的技术方案是：一种海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0012] （1）设置至少两个流入水供给罐，用于配制模拟船舶生活污水的水样；

[0013] （2）首先将未储存过的生活污水原水输送至一个流入水供给罐中；

[0014] （3）采用COD及TSS在线监测探头检测污水中BOD5及TSS数值；

[0015] （4）根据所测得的BOD5及TSS值，判断流入水水质是否达标：如符合要求，则可直接使用；

[0016] （5）如原生活污水未达到所需水质指标，则按照下面的公式（1）和（2）计算所需向流入水供给罐内添加提高BOD和TSS值的物质，直至达到所需水质指标：

[0017] 对于BOD5，MBOD+BOD5a*Va = 500mg/L*Va           (1)

[0018] 对于TSS，MTSS+TSSa*Va = 500mg/L*Va            (2)

[0019] 式中：MBOD和MTSS为添加物质的质量，BOD5a及TSSa分别为所测得的BOD5及TSS值，Va为污水体积。

[0020] 所述的步骤（3）的具体方法是采用间接检测BOD5的方法：在实验室利用传统方法检测BOD5数值，通过获得大量COD及对应的BOD5数值后，建立COD-BOD5对应曲线；采用常规的COD在线检测探头，测得流入水供给罐内污水的COD值，从COD-BOD5曲线图上获得相应的BOD5数值。

[0021] 所述的提高BOD和TSS值的物质包括：采用高岭土或/和污泥配置配制高浓度TSS；采用可溶性淀粉或/和葡萄糖配置高浓度BOD5；配置TSS及BOD5的化学物质不局限于以上所提及的物质。

[0022] 在实际运行中，COD及TSS在线检测探头将不间断检测一个所述的流入水供给罐内的流入水水质，如连续三分钟BOD5或TSS任一指标或两个指标都不达标，则自动切换至另一个流入水供给罐，保证试验正常进行，同时对水质不达标的流入水供给罐内添加适量的物质，以使其流入水水质重新达标。

[0023] 在试验中，需要对流入水的温度进行控制，以检验该船舶生活污水处理系统处理不同温度污水时的性能。

[0024] 一种实施所述的海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法的装置，其特征在于，包括至少两个流入水供给罐，在每一该流入水供给罐内装有温度传感器、COD探头、TSS探头、加热棒和搅拌器，在该流入水供给罐底部的两端分别设有污水循环出口和排放口，在该流入水供给罐的上部设有污水循环入口和物料加入口，在该流入水供给罐的一侧设有液位计；在该排放口串联有排放污水泵、电动阀门和流量计；两个流入水供给罐的该污水循环出口分别通过循环污水泵和电动阀门后均与一循环制冷机的入口连接，该循环制冷机的出口与每一流入水供给罐的污水循环入口连接；所述的加热棒由加热棒电源箱供电；所述的温度传感器、COD探头、TSS探头、加热棒电源箱、排放污水泵、循环污水泵、电动阀门、流量计和液位计均由控制柜自动控制。

[0025] 根据实验需要，还可通过在控制柜的PLC预设相关程序，由控制柜通过相应电动阀门自动控制污水供给的流量。

[0026] 本发明的优点是：本发明能够克服目前船舶生活污水陆上试验流入水配置及供给装置系统化、自动化程度低、无法实现24小时无人值守以及液力负荷自动变化不足、流入水水质条件控制不足等缺点，具备TSS及BOD5配制、能够根据试验要求自动调整污水流量、能够自动控制流入水温度以及报警等功能，完全满足MEPC. 227(64)决议以及船级社关于船舶生活污水处理系统陆上试验流入水配置及供给需求。

附图说明

[0027] 图1是本发明海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给装置的总体构成示意图。

[0028] 附图标记说明：1.第一流入水供给罐；2.第一温度传感器；3.第一COD探头；4.第一TSS探头； 5.第一加热棒；6. 第一搅拌器；7.第一物料加入口；8.第一加热棒电源箱；9.第二流入水供给罐；10.第二温度传感器；11.第二COD探头；12.第二TSS探头；13.第二加热棒；14.第二搅拌器；15.第二物料加入口；16.第二加热棒电源箱；17.第一循环污水泵；18.第一电动阀门；19.循环制冷机；20.第二电动阀门；21.第二循环污水泵；22.第三电动阀门；23.第四电动阀门；24.控制柜；25.第一排放污水泵；26.第五电动阀门；27.第一流量计；28.第二排放污水泵；29.第六电动阀门；30.第二流量计；31.第一液位计；32.第二液位计。

具体实施方式

[0029] 参见图1，本发明海上生活污水处理试验模拟流入水配制与供给方法及装置，包括：

[0030] （1）首先将未储存过的生活污水原水输送至模拟船舶生活污水第一流入水供给罐1中。第一流入水供给罐1中安装有COD在线检测探头3及TSS在线检测探头4,并与控制柜24相连。目前水中BOD5数值绝大多数为取样后在实验室采用进行5天生化培养，检测获得的时间周期长，无法短时间获得水质参数。另外，目前市场上仅有的极少数在线BOD检测探头也不能直接获得BOD5的数值，并且准确性较差。因此可采用间接检测BOD5的方法替代：采用成熟的COD在线检测探头，测得COD数值，同时在实验室利用传统方法检测BOD5数值，获得对应关系；通过获得大量COD及对应的BOD5数值后，建立COD-BOD5对应曲线；在随后的试验中，当系统中安装的COD探头检测到COD数值后，可从曲线图上获得相应的BOD5数值。由于模拟的船舶生活污水采用的城市生活污水，水质相对较为稳定，因此该COD-BOD5对应曲线在本系统中使用是可行的。

[0031] （2）采用COD及TSS在线监测探头3和4检测污水中BOD5及TSS数值，以判断流入水水质是否达标：如符合要求，则可直接使用；如不能满足要求，则可为下一步配置满足流入水标准的污水提供计算所需数据。所测得的BOD5及TSS值分别记为BOD5a及TSSa，式（1）、（2）中的污水体积记为Va。

[0032] （3）如原生活污水未达到所需水质指标，则计算所需添加物质的质量（MBOD以及MTSS）：

[0033] 对于BOD5，MBOD+BOD5a*Va = 500mg/L*Va            (1)

[0034] 对于TSS，MTSS+TSSa*Va = 500mg/L*Va             (2)

[0035] 为了保证流入水达标，同时又不过多增加待处理污水的有机物负荷及悬浮固体总量，建议在计算结果的基础上应再多添加5%的余量。

[0036] 可以高岭土以及污泥以配置配制高浓度TSS，再倒入可溶性淀粉、葡萄糖等以配置高浓度BOD5。配置TSS及BOD5的化学物质可以包含但不局限于以上所提及的物质。对于BOD5，每单位质量物质对于污水所贡献的BOD5值各不相同，应根据实际工程经验进行估计、计算。在实际运行中，COD及TSS在线检测探头将时时检测第一流入水供给罐1流入水水质，如连续三分钟BOD5或TSS任一指标或两个指标都不达标（小于500 mg/l），则自动切换至模拟船舶生活污水第二流入水供给罐9，保证试验正常进行，同时对模拟船舶生活污水第一流入水供给罐1添加适量的物质，以使其流入水水质重新达标。所添加的物质通过第一物料加入口7以及第二物料加入口15加入至相应的污水罐中，加入时采用多次少量的原则，物料加入至第一流入水供给罐1以及第二流入水供给罐9时，罐中第一搅拌器6以及第二搅拌器14同时运行，将加入的物料均匀的溶解剂分部在污水中，搅拌器一直处在运行中，防止加入的固体悬浮物沉降。

[0037] （4）在陆基试验当中，需要对流入水温度进行控制，以检验该船舶生活污水处理系统处理不同温度污水时的性能。在模拟船舶生活污水第一流入水供给罐1及模拟船舶生活污水第二流入水供给罐9中分别安放有若干加热棒；另外，两个流入水供给罐共用一个循环制冷机19。在试验所需温度高于污水自身温度时，可调节加热棒设定温度，加热流入水使其达到试验温度。当试验所需温度低于污水自身温度时，可使两个流入水供给罐中的污水不断通过循环制冷机19，达到低温条件。在实际操作中，两个流入水供给罐中的污水通过开启及关闭相关阀门，实现分别进入循环制冷机19的目的。流入水供给罐内设置有温度探头，温度探头与控制柜24相连，通过预设温度数值，控制加热棒或循环制冷机的启停。

[0038] （5）为了满足船舶生活污水陆上试验对于水力负荷要素时间分布的要求，该流入水供给系统采取表-2中的每日夜里负荷计划来进行试验。

[0039] 表-2. 每日液力负荷变化表

[0040]时间区间 0点-9点 9点-10点 10点-12点 12点-15点 15点-24点
运行时间（h） 9 1 2 3 9
液力负荷 平均流量 高峰流量（平均流量的3倍） 平均流量 低峰流量（平均流量的二分之一） 平均流量[0041] 上表中平均流量、高峰流量、低峰流量的具体数值由各研发商根据处理系统自身参数来确定。

[0042] 模拟船舶生活污水第一流入水供给罐1及模拟船舶生活污水第二流入水供给罐9的污水排放出口分别通过管道接有污水泵25和28、电动阀26和29及电磁流量计27和30。控制柜24中预先将表2的流量及对应时间写入控制程序，控制柜24根据时间来调整污水流量。同时，该污水泵25和28的泵水动作要与随后的船舶生活污水处理系统协同运行，在后续处理系统状态为运行时，污水泵25和28方可启动泵水。在污水泵25和28泵水期间，流量计27和
30的流量数据持续反馈至控制柜24，通过控制柜24来调整电动阀26和29来对流量进行微调，为了使流量的控制更易实现，一般认为实际流量误差在设定流量值的±5%内，即可认为符合试验要求，否则将会调整电动阀26和29进行流量控制。

[0043] （6）流入水供给罐的数量取决于实际试验所需水量，可相应的增加或减少。当第一流入水供给罐1中污水液位将至液位计31的低液位点时，控制柜24自动控制相关电动阀及污水泵的关闭及开启，系统将自动开启第二流入水供给罐9继续供水。

[0044] 根据实验需要，还可通过在控制柜的PLC预设相关程序，由控制柜通过相应电动阀门自动控制污水供给的流量。

[0045] 实施例一：

[0046] （1）流入水供给罐预先盛装生活污水原污水5000L，经COD及TSS探头检测，BOD5为350mg/L, TSS为200mg/l。根据公式（1）及（2）通过计算，分别加入玉米淀粉935g，高岭土
1575g，加入过程中应按照多次少量的原则，逐渐将添加物加入至水罐中，防止添加入结块或在水中不易扩散。添加后，BOD5值为523mg/L, TSS为513mg/L，满足相关流入水要求。

[0047] （2）流入水初始水温为7℃，试验设定温度为25℃。流入水配置完成后，开启电源，控制柜自动控制加热棒电源启动，利用加热棒加热，经过5小时后将水体加热至25℃。

[0048] （3）该系统与电解法船舶生活污水处理系统的污水收集罐连接，该处理系统的污水平均处理流量为150L/h，高峰流量450L/h，低峰流量75L/h。24小时结束后，得到实验参数自动记录结果：0-9点流量范围稳定在145-155L/h，9-10点流量范围稳定在439-465L/h,10-12点流量范围稳定在147-153L/h,12-15点流量范围稳定在72-76.5L/h，15-24点流量范围稳定在147.5-156L/h。

[0049] （4）从以上实际运行结果来看，该船舶生活污水处理陆上试验流入水制备及供给系统完全满足IMO MEPC. 227(64)决议以及船级社关于船舶生活污水处理系统型式认可陆上试验流入水配置供给及试验需求。

[0050] 实施例二：

[0051] （1）流入水供给罐（1）及（2）预先各盛装生活污水原污水5000L，经COD及TSS探头检测，BOD5为401mg/L, TSS为310mg/l。根据公式（1）及（2）通过计算，分别加入葡萄糖525g，高岭土997.5g，加入过程中应按照多次少量的原则，逐渐将添加物加入至水罐中，防止添加入结块或在水中不易扩散。添加后，BOD5值为518mg/L, TSS为535mg/L，满足相关流入水要求。

[0052] （2）流入水初始水温为10℃，试验设定温度为35℃。流入水配置完成后，开启电源，控制柜自动控制加热棒电源启动，利用加热棒加热，经过7小时后将水体加热至25℃。

[0053] （3）该系统与电解法船舶生活污水处理系统的污水收集罐连接，该处理系统的污水平均处理流量为300L/h，高峰流量900L/h，低峰流量150L/h。24小时结束后，得到实验参数自动记录结果：0-9点流量范围稳定在291.2-308L/h，9-10点流量范围稳定在881-921L/h,10-12点流量范围稳定在293-310L/h,12-15点流量范围稳定在149-161L/h，15-24点流量范围稳定在281-311L/h。运行记录显示，当水罐（1）中液位到达低液位点时，系统自动切换至水罐（2）取水。

[0054] （4）从以上实际运行结果来看，该船舶生活污水处理陆上试验流入水制备及供给系统完全满足IMO MEPC. 227(64)决议以及船级社关于船舶生活污水处理系统型式认可陆上试验流入水配置供给及试验需求。

[0055] 实施例三：

[0056] （1）流入水供给罐（1）及（2）预先各盛装生活污水原污水5000L，经COD及TSS探头检测，BOD5为211mg/L, TSS为168mg/l。根据公式（1）及（2）通过计算，分别加入玉米淀粉1800g，高岭土1743g，加入过程中应按照多次少量的原则，逐渐将添加物加入至水罐中，防止添加入结块或在水中不易扩散。添加后，BOD5值为523mg/L, TSS为514mg/L，满足相关流入水要求。

[0057] （2）流入水初始水温为15℃，试验设定温度为5℃。流入水配置完成后，开启电源，控制柜自动控制相关阀门开启及关闭，自动控制循环冷却机启动，对流入水进行制冷，经过6小时后将水体冷却至5℃。

[0058] （3）该系统与电解法船舶生活污水处理系统的污水收集罐连接，该处理系统的污水平均处理流量为300L/h，高峰流量900L/h，低峰流量150L/h。24小时结束后，得到实验参数自动记录结果：0-9点流量范围稳定在294.3-311L/h，9-10点流量范围稳定在891-925L/h,10-12点流量范围稳定在298-313L/h,12-15点流量范围稳定在144-157L/h，15-24点流量范围稳定在287-315L/h。运行记录显示，当水罐（1）中液位到达低液位时，系统自动切换至水罐（2）取水。

[0059] （4）从以上实际运行结果来看，该船舶生活污水处理陆上试验流入水制备及供给系统完全满足IMO MEPC. 227(64)决议以及船级社关于船舶生活污水处理系统型式认可陆上试验流入水配置供给及试验需求。