教案5第三章分油原理及技术.docx

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教案5第三章分油原理及技术

《船舶与港口防污染技术》课程教案首页

2009年3月9&10日

学生专业班级

学时数

2

教学目的

使学生了解船舶含油污水的来源、特性和处理方法

教学内容

§3-1船舶含油污水的来源

§3-2船舶含油污水特性

§3-3船舶含油污水处理方法

教学重点

船舶含油污水的来源和处理方法

教学难点

船舶含油污水处理方法

教学进程

船舶含油污水的来源15min

船舶含油污水特性30min

船舶含油污水处理方法45min

教学方法

讲授

教具

课后总结

作业

1.专用压载舱、浮上油、分散油、乳化油

2.聚结分离、吸附分离、活性污泥分离法

备注：

教学进程一栏可根据教学内容的多少自定页数

第三章船舶含油污水处理技术

第一节船舶含油污水来源

船舶含油污水包括油船的压载水、洗舱水和机舱舱底水

1．油船压载水

压载水的作用，是船舶在营运过程中用来改变和调整船舶的吃水，从而得到船体纵、横向的平衡和得到安全的稳心高度，减少船体的共振现象，以及避免出现过大的弯曲力矩、剪切力和改善空船适航性等。

通过各压载水舱中的压载水量的调节、调驳可顺利地完成上述任务。

油船空载航行时，为确保安全航行，必需装载一定量的压载水。

对于没有专用压载舱的油船，当油船空载航行时，为保证航行安全，将一部分货舱（未经清洗）装载水来增强船舶的稳性和抗风浪能力；由于残留油与水混合，因此这种水成为含油污水，这种压载水叫脏压载水。

油船再次装载货油之前需将脏压载水排出，因此成为船船含油污水来源之一。

‘

《1973年国际防止船舶造成污染公约》及其1978年议定书规定，载重量为20000t及

20000t以上的原油油船及载重量30000t及30000t以上的成品油船，均应设专用压载舱。

对于有专用压载舱的新造油船，当油船空载航行时，将专用压裁舱装满压载水，此时的压载水中没有油，称为清洁压载水，不会对海洋造成污染。

而当天气、海况不好时，油船空载航行，船长认为光靠专用压载舱是不能保证航行安全的，除了把专用的压载舱压满水以外．还应向一部分货舱当中装满水，以此来增强船舶的稳性和抗风浪能力。

因此，对这类油船在一船情况下，没有含油污压载水，但当天气和海况不好时，仍会有含油压载水产生。

2．油船洗舱水

油船洗舱水是由以下两种情况产生的：

（1）当船舶进厂修理前，必须将舱内残存的油清洗干净才能进行修理。

为清洗干净，常用海水或淡水清洗油舱，因而会产生大量含油污水。

（2）当油船更换运油品种时，必须清洗货油舱。

才能保证运油质量，因此更换运油品种时会产生含油的洗舱水。

3．机舱舱底水

船舶的机舱是船舶动力装置的舱室，内部装有各种动力机械和管路系统。

舱底水是机舱

内各种阀门和管路中漏出的水与机器在运转时漏出的润滑油、主副机燃料油以及加油时的溢

出油、机械及机舱防滑铁板洗刷时产生的油污水等混合在一起的含油污水。

机舱舱底水主要来自以下几个方面：

（1）机舱内冷却管路的海水、淡水的漏泄；

（2）燃油和润滑油管路的燃料油、润滑油的漏泄；

（3）蒸汽管路凝水漏泄；

（4）水柜、油柜及机械设备中油、水的漏泄和泄放；

（5）尾轴填料箱处的漏水和冷却润滑水；

（6）甲板开口处水密性不良引起的漏泄；

（7）水线附近甲板和舱室的疏水泄放至舱底；

（8）扑灭火灾用消防水；

（9）船体破损后的大量进水等。

‘

.

第二节船舶含油污水特性

在研究或选择船舶油污水净化技术时，必须了解船舶油污水的特性，即油污水的水量、水质以及排放要求等。

因为水质和排放标准决定着处理方法、工艺流程和技术设施的选择，而水量的多少影响着处理设施的规模的确定，也就是说了解水质水量，才能采用适当的方法和技术，选择相应的工艺流程，达到排放标淮，以便经济、合理地处理船舶油污水。

一、油船压载水

1．油船压载系统

油船卸油后，为了具备一定的适航性，离港时，货油舱内都载有一定容量的压载水，其容量多少，取决于货油舱的大小、压载航行途中的气象条件及港口当局的要求，此外还需留有35％一40％货油舱的容量，以备遇到恶劣天气情况时，可以在货油舱中加装额外压载水，以确保船舶的适航性。

油船货油舱的压载系统，可采用清洁压载、专用压载、原油洗舱后的货油舱或任一货油舱作压载等办法，根据船舶吨位、建造年月及载运油种等条件而定，即应符合表3—1油船压载系统分类的规定。

2．压载水排放要求

《73／78防污公约》规定，除了享受免除条款外，凡150总吨以上的任何油船，都必须设有：

（1）符合公约要求的污油水舱，其总容量一般不小于船舶载油容量的3％；70000载重吨及以上的新油船，至少应设有两个污油水舱。

（2）应设有经主管机关批准的排油监控系统。

（3）应备有经主管机关批准的有效的油／水界面探测仪。

油船货油舱压载水的排放要求应按表3—2规定执行。

3．专用压载舱（SpecialBallastTank,SBT）

1）专用压载舱的设置、

为了减少海洋被污染的威胁，公约和防污规范都规定一定吨位的油船必须设置专用压载舱，专用压载舱是专门用来装载压载水的舱，具有独立的泵和管系，与货油舱管系完全隔离。

由于专用压载舱不用来装载货油，因此舱内不会有货油舱带来的油水混合物；减少了操作性污染的危险。

另外，由于专用压载舱的布置有保护位置（ProtectLocation,PL）的要求（例如边舱或中舱），因此即使出现搁浅或碰撞时，能为货油舱提供破损保护，可减少造成海洋污染的可能性。

虽然设置了专用压载舱,减少了一部分运载的有效舱容，但带来不少优点,因此，即使没有要求设置专用压载舱的小吨位油船，亦有船东要求设置专用压载舱。

2）专用压载舱容量的确定

除了因恶劣天气情况船长认为必须在货油舱中加装额外压裁水以保证船舶的适航性外，专用压载舱容量应使油船在正常压载航行时，可以不依靠货油舱装载压载水而能安全航行。

但在所有情况下，包括空载船的容量加装专用压载水和加装额外压载水等情况，专用压载舱的容量应至少能使船舶的吃水和吃水差在航程的任何区域，均应符合下列各项要求：

①船中部吃水dm：

（不考虑船体变形）应不小于：

dm＝2.0+0.02L，L——船长。

②在首尾垂线处的吃水应相应于上述的船中部吃水dm，且首尾吃水差在尾倾情况下不大于0．015L。

③尾垂线处的吃水应足以将螺旋桨全部浸没水中。

货油舱内加装的额外压载水应按污压载水进行处理和排放，并将这种情况记入《油类记录簿》，对于新原油油船，这种额外压载水只能装载在按公约规定要求，以原油清洗过的货油舱内。

4．清洁压线舱（ClearBallastTank,CBT）

实际上清洁压载舱是货油系统中的货油舱，不是一独立的压载系统．只是经过清洗，达到规定的清洁程度，并在管路上设有双套截止阀，使货油不能泄入到清洁压载舱内，而作为指定装载压载水的压载舱。

公约及防污规范对清洁压载舱有如下要求：

（1）一般选用边舱作为清洁压载舱，这有利于防止船舷破舱时造成的污染。

但如果从船体应力、舱容或管系布置方面考虑，选用中舱有利，因而也有选用中舱作为清洁压载舱的，但须经主管机关批准。

（2）所选用的清洁压裁舱，尽可能不牵涉货油管路和泵系统，每一清洁压载舱的管路上至少有双套阀门，使货油舱管系与清洁压载舱隔断。

（3）选用的清洁压载舱，其舱容和吃水及吃水差应满足上述专用压载舱容量确定的要求。

清洁压载舱的舱容包括：

①专用压载舱；⑦隔离空舱和首尾尖舱。

但这些舱只能用于装载压载水并有固定管路与压载泵连接。

（4）输送清洁压载舱压载水的管系的布置应能用水冲洗管路并排入污油水舱内，并使管系冲洗时的含油污水不能进入任何清洁压载舱中。

（5）应装有符合IMOA．393（X）决议“关于油水分离设备和油分计国际性能和试验规程的建议案”，并采用经认可的油分计，以便对排放压载水中含油量进行监测。

（6）备有一本符合IMOA．495（XII）决议的“清洁压载舱操作手册”。

5．额外压载

除了用专用压载舱、清洁压载舱压载之外，在下列几种情况下，还需加装额外压载水进行压载：

（1）在海况严酷的少数航次中，根据船长的意见，可以在货油舱中加装额外压载水；

（2）油类/散货两用船要求在门式起重机下装卸作业时；

（3）油船需通过较低的桥梁时；

（4）地方港口当局或运河规则具体要求安全航行吃水时。

额外压载水应尽可能装在能控制日常沉淀或便于维护且经过原油清洗的舱内，避免装在未经清洗的油舱内。

额外压载水应视作污压载水，并要遵守表3—2和经主管机关批准的清洁压载舱操作手册中所述程序进行排放。

6．压载水的性质

专用压载舱内的压载水不含油分，可直接排放，而清洁压载水和额外压载水（脏压载水）中含有油分。

按油在污水中存在的状态，一般分为浮上油、分散油和乳化油3种。

①浮上油：

油粒粒径大于50µm的油粒，经静止一段时间后，能自行上浮到水表面并形成油膜，当油膜厚度大于1mm时，可明显看到油污水表面变成褐色或黑色油层。

此种油占压载水含油量的绝大部分。

②分散油：

油粒直径较小，一般在几十微米（10—50µm），分散在水中，经较长时间静止后，粒径较大的油粒才能与水分离上浮到表面．多数粒径较小的油粒，在压载舱存留这段时间内，不能与水分离上浮到表面，一直是分散在水中。

若采用油水分离器、吸附过滤等装置可使油水分离。

③乳化油：

油粒粒径小于10µm的油粒由于使用界面活性剂或机械作用，使油乳化与水形成稳定的乳化液，这种乳化液仅靠静止难以与水分离。

压载水的油污水与洗舱水、舱底水相比，乳化程度低，而且油的品种纯，不如舱底水的含油量高而复杂。

压载水含油量一般在1000mg/L一3000mg/L，但绝大多数是浮上油和分散油，乳化油很少，故处理较容易。

如果压载水排到岸上处理，需经过一次用泵，与在油船内测定的情况相比，乳化程度要高，但与洗舱水和舱底水相比，乳化程度还是低的。

另外油船压载水中含有泥沙，含泥量的多少也是处理场设计中的一个主要参数，它关系到除油、除泥方法、设备以及处理设施规模等。

泥沙来自泵入油船的压载水，该水有海水和淡水（江河水），水中含泥量随水系（如长江、黄河水系）的不同，差异很大，含泥量与季节有关，洪水季节含泥量多，枯水季节则少。

海水含泥量也随海区而异，黄海稍多一些，其他诲区则极少。

油船压载水的含泥量一般都在千分之一以下，并且压载水中含的泥，在水中是悬浮状态，要经过相当长时间才能下沉，而且往往和污油掺混在一起，呈黑色。

二、油船洗舱水

1．洗舱水的水量

对于洗舱水的水量，经统计．一般2万吨级油船，洗舱水每次约4000t，占载重量的20％左右。

5—10万吨级油船洗舱水占其载重量的10％一15％。

设有原油洗舱系统的油船，洗舱水可减至载重量的5％以下。

2．洗舱水的水质特点

洗舱水中的成分主要是油、泥和铁锈及微量的酚等。

洗舱水的含油量一般为30000mg/L左右。

一般未经处理的洗舱水排至岸上时，其含油量为1％一3％。

洗舱水有海水和谈水，水中油分的乳化程度比压载水高，因为洗舱时需用高压热水冲洗，有的还使用洗涤剂。

油水充分混合，故乳化程度较高。

曾对洗舱船上的洗舱水进行观测：

将洗舱水排入处理船上的一个深10m、容积为2000m³的舱内，分别静置分离lh、4h和8h，取样化验，结果见表3—3。

由表可看出，含油量为30000mg/L以下的洗舱水，经1h的静置分离，均可降到150mg／L以下，乎均为84.5mg／L。

经4h的静置分离，可降到100mg／L以下．平均为36.8mg／L。

经8h的静置分离可降到60mg/L以下，平均为23.lmg/L。

静置分离1h后，在静置舱中间取样，观测污水中油粒分布，如图3-5所示。

图中横坐标为油粒粒径、纵坐标为油粒数目。

可见绝大部分油粒粒径在20µm以下。

洗舱水的污泥量大，主要是洗舱时舱壁上铁锈和污泥粘在一起，这些垢泥相对密度（比重）较大，经静置很快会沉淀。

洗完舱后作为泥渣被排出。

洗舱污水静置分离1h后，取样化验的其他项目见表3—4。

三、机舱舱底水

1．机舱舱底水水量

机舱舱底水的水量与船舶的新旧有关，还与航行、停泊作业时间的长短和维修及管理状况有关。

一般一艘船平均舱底水每天产生量大约是船舶总吨位的0.02％一0.05％，每年平均为该船总吨位的10％左右。

2．机舱舱底水水质特点

机船舱底水中的油是船上所用各种燃油和滑油的混合物，舱底水成分极为复杂，除含多种油分和机械杂质外，在机舱清洗时还会有清洗剂成分，它将产生油的乳化，影响油污水的处理效果。

舱底水含油量变化范围很大，受许多因素影响，即使同一条船，不同时期、不同航运状态，其含油量也不一样。

机舱舱底水中的油一般也呈三种物理状态，即浮上油、分散油、乳化油。

机舱舱底水需经油水分离器分离达到排放标准以后排放人海，或排到岸上污水处理接收站和污水接收船。

第三节船舶含油污水处理方法

油水分离的方法较多，有物理分离法、化学分离法、电浮分离法（也叫物理化学分离法）等。

物理分离法是利用油水的密度差或过滤吸附等物理现象使油水分离的方法，主要特点是不改变油的化学性质而将油水分离，主要包括重力分离法、过滤分离法、聚结分离法、气浮分离法、吸附分离法、超滤膜分离法及反渗透分离法等。

化学分离法是向含油污水中投放絮凝剂或聚集刑，其中絮凝剂可使油凝聚成凝胶体而沉淀，而聚集剂则使油凝聚成胶体使其上浮，从而达到油水分离的一种方法。

电浮分离法是把含油污水引进装有电极的舱柜中，利用电解产生的气泡在上浮过程中附着油滴而加以分离，从而实现油水分离的方法。

此外，乳化油可用活性污泥法（生物化学法）分离。

就目前船用油水分离器而言，主要还是采用物理分离的方法。

一、常用的物理分离方法

1．重力分离法

重力分离法是利用油和水的重度差，使水中油滴克服水流阻力上浮与水分离的一种方法。

用重力分离法能否在较短时间内将油水分离，取决于油粒上浮速度，而影响上浮速度的主要因素是油粒直径及油、水密度。

另外由于水的粘滞系数，油和水的密度都随温度的变化而发生较大变化，因此，温度对上浮速度也有直接影响。

图3—6所示是不同品种油粒上浮速度与油粒直径的关系曲线。

重力分离法的优点是结构简单、操作方便，缺点是只能分离自由状态的油，而不能分离乳化状态的油。

一般认为油粒直径小于50µm就很难分离。

重力分离法如按其作用方式的不同，还可分为机械分离、静置分离和离心分离3种：

机械分离法是让含油污水流过斜扳、波纹板细管和滤器等，使之产生涡流、转折和碰撞，以促使微小油粒聚集成较大的油粒，再经密度差的作用而上浮，从而达到分离的目的。

静置分离法是将含油污水存储在舱柜内，在单纯的重力作用下，经过沉淀使油能自然上浮以达到分离的目的。

这种方法需要较长的时间和较大的装置，同时也难以连续使用。

离心分离法是利用高速旋转运动产生的离心力，使油、水在离心力和密度差的作用下实现分商，它的特点是油污水在分离器中的停留时间很短，所以分离器体积较小。

离心分离法，可采用水旋分离法，即分离器本体固定不动，而使污水沿切线方向流入分离器体内，造成旋转运动。

也可采用器旋分离法，即分离器本体高速旋转，并带动体内污水一起高速旋转。

2．过滤分离法

过滤分离法是让油污水通过多孔性介质滤料层、而油污水中的油粒及其他悬浮物被截留，去除油分的水通过滤层排出。

这种油水分离的过程主要靠滤料层阻截作用，将油粒及其他悬浮物截留在滤料表面。

另外由于具有很大表面积的滤料对油粒及其他悬浮物的物理吸附作用和对微粒的接触媒介作用，增加了油粒碰撞机会，使小油粒更容易聚合成大油粒而被截留。

过滤法所用滤料主要有石英砂、卵石、煤屑、焦炭等粒状介质，和由锦、麻、毛毡、各种人造纤维与金属丝织成的滤布，以及特制的陶瓷塑料制品。

这些滤料共同的特点是化学稳定性好，不易溶于水，一般不与污染物质起化学反应，不会产生有害或有毒的新污染物，同时还具有足够的机械强度。

因滤料达到饱和状态后，必须进行反冲洗，使滤料重新获得良好过滤性能，如强度不够，会在反冲洗时由于不断碰撞和摩擦而使滤料产生粉末，并随冲洗水流一起流失掉，增加滤料损耗，反过来，在过滤时粉末又会聚积于滤料表层，增加流动阻力，滤速增大，过滤质量恶化。

3．聚结分离法

聚结分离法是一种精细的分离方法，在微小油粒通过多孔材料的同时，让它们互相碰撞以使油粒聚合增大，从而上浮和分离。

在这种分离过程中，由于微小油粒逐渐聚合长大，因此这种分离过程称为聚结，也叫做租粒化过程。

粗粒化的程度与聚结元件的材料选择以及材料充填的高度和密度等有关。

聚结分离法特别是用在油污水的深度处理上是很有价值的，这一方法最初是被人们用来从油中除去微量的水，20世纪70年代以后大量地被应用在水中除油。

油粒聚结的过程，目前较为一致的认为是，油粒在聚结材料表面被截留、成长、剥离而使微油滴转变成粗大油粒，迅速上浮而被除去，一般情况下能将油污水中5—10µm油粒全部除去，甚至更小的油粒也能除去，效果好，设备紧凑、占地面积小，一次投资低，便于分散处理且运行费用低，不产生任何废渣，不产生二次污染。

4．吸附分离法

吸附分离并不是借油摘的聚合增大和利用密度差来进行分离，面是用多孔性固体吸附材料做滤器，当污水通过滤器时微小油粒被吸附在固体表面上，使油水分离。

5．气浮分离法

气浮就是通过产生气泡将污水中的细微油粒吸附上浮，从而达到油水分离的目的。

气浮有时还同时加入凝聚剂，借以提高气浮的效果。

对于含油污水，一般勿需投加凝聚剂，因为细微油粒本身就有粘到气泡上的趋势，所以近年来国内外开始利用气浮法来处理油污水。

气浮的种类

气浮按其产生气泡的方式分为：

溶气法和散气法。

溶气法主要采用的是加压气浮。

散气法主要有叶轮气浮、布气气浮等。

气浮分离的效率取决于油粒与气泡的粘着力，因此疏水性强的物质容易与气泡粘附上浮分离。

高度乳化的油粒其表面呈很强的亲水性，不易分离，所以严重乳化、含有表面活性剂、碱性物质和砂上的污水不能放入分离器内，而且还应尽量避免水流的强烈搅拌和紊流。

因此为产生大小适宜、数量足够的气泡，通常采用加压气浮。

（1）加压气浮

加压气浮就是在加压的情况下，使水中溶解的空气达到饱和，然后再急剧降压到常压状态，这时溶解度减小，则溶解于水中的空气形成细小气泡并以高速上浮，而吸附在气泡上的微小油粒也随之一起上浮到水面，达到油水分离的目的。

加压气浮所加压力越高，产生的气泡就越小，气泡与油粒接触面积和接触几率越大，有利于提高油水分离效果。

加压气浮的特点是产生的气泡小、气浮效率高、运行管理简单。

但耗电量大、需要水泵等机械设备。

这种方法主要用于炼油厂处理含油污水和港口压载水及洗舱水处理场。

（2）叶轮气浮

叶轮气浮的充气是靠叶轮高速旋转时，在固定盖板下形成负压，从空气管中吸入空气。

空气进入污水中与循环水流被叶轮充分搅拌，形成细小的气泡甩出导向叶片处，经过整流板稳流后，气泡垂直上升，进行气浮，形成的泡沫由不断地缓慢旋转的刮板刮出槽外。

叶轮气浮由于动力稍耗大，构造较复杂，一般较少采用。

（3）布气气浮；

布气气浮是直接将压缩空气通入气浮池底的布气装置里，通过布气装置使空气形成细小的气泡，进入污水中，进行气浮。

布气装置的种类较多，而且正在不断研究新的布气形式。

目前采用的主要有微孔陶瓷板（管），微孔塑料管等，它们比以前用的穿孔管、帆布管等材料所产气泡小而且均匀，但它比加压气浮产生的气泡略大，通常从数百微米到数千微米。

6．超声分离法

超声分离是借助于对含油污水发射超声波的方法，引起油粒振动，从面使微小油粒互相碰撞、聚集、扩大而分离上浮的。

超声分离性能良好，能分离用普通方法难以分离出的乳化油。

然而，这种分离技术在使用时必须正确掌握振动频率，否则，水中的油粒由于振动频率的错误非但不能聚合，反而还会乳化，以致难以分离。

另外，生产制造超声分离装置价格较高，大型装置中也难以采用。

二、其他分离方法

1．电解分离法

电解分离法用于物理化学分离法，是用油污水做电解液，当电极通电时水被电解，产生氢气和氧气的气泡，当气抱上浮时将粘附在气泡上的油粒带到水表面达到油水分离的目的。

这种方法也称为电解浮选分离法。

2．凝聚分离法

凝聚分离法属于化学分离法，是在油污水中投人凝聚剂（如硫酸亚铁、氯化铁、硫酸铝和其他高分子化合物），使悬浮或乳化油粒凝聚成化学状的凝胶体沉淀或上浮而被分离。

3．活性污泥法（生物化学法）

活性污泥分离法是利用好气性微生物的氧化作用来处理含油污水的一种方法。

向污水中不断送入空气，使污水中的微生物获得良好的生存条件，则大量的好气性细菌和原生动物生成对有机污染物具有吸附凝聚和分解氧化能力的微生物集团，即所谓的活性污泥。

装置工作时向曝气池供人空气和一定量营养物质，使之产生活性污泥。

在曝气池污水与活性污泥接触时，油分被活性污泥吸收并受到微生物氧化作用，一部分分解为二氧化碳和水；另一部分合成为细胞质，变成新的污泥。

然后流人沉淀池，活性污泥与除去油分的污水分离，清水上浮排出，污泥沉淀，大部分排掉，少部分回流到曝气池反复使用。

活性污泥法所能处理的油量有限，适用于油水分离装置最后一级处理少量的乳化油或溶解油。

活性污泥法适用于陆地污水处理场。

4．超滤膜过滤法

超滤膜过滤属于膜式分离技术，是根据聚合薄膜的筛滤作用，利用—种只有水分子才能通过的超滤膜，截留污水中的细微油粒及其他杂质，达到分离油水的目的。

超滤膜是涂在多孔材料制成的烧结空心管表面上，一般超滤膜孔径小于0.05µm，比乳化油的粒径（直径为0.1—0.3µm）小得多，因此分离性能特别好。

这种分离器分离效果总是小于5ppm，特别是分离乳化油效果更为显著。

超滤膜分离由于滤膜孔径很小容易堵塞，滤膜也容易剥落，所以只适用于小流量和含油浓度低的污水，面且一定要有反冲洗系统，才能连续使用。

5．反渗透法

反渗透法也属于膜式分离技术，是利用油污水被加压到一定的压力以上，半透性薄膜能使水透过而油液被截阻的原理，能使油污水的油分浓度从500ppm降到10ppm，处理薄膜常用醋酸纤维素等经加工制成，膜式分离装置都必须注意定期清洗，以消除污垢，保持原有处理效能。

目前，在船上实际应用的油污水分离装量所采用的分离技术主要是重力分离法、聚结分离法、吸附分离法、过滤分离法，而船用油水分离器既有按它们当中的一种分离方法设计而成的，也有按它们当中的几种分离方法组合设计而成的。

其中重力分离法一般用于粗分离，而聚结、吸附等分离方法则用于细分离和精分离。