船舶生活污水處理技術(shù)

　　船舶運輸業(yè)由于其成本優(yōu)勢，在國際商貿(mào)運輸中所占比重在日益增大。然而，船舶運輸業(yè)蓬勃發(fā)展的同時也給水體生態(tài)帶來了一定的壓力，近海海域受到越來越嚴(yán)重的污染，給人類健康帶來威脅。隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，船舶的污水排放開始受到更多的關(guān)注和重視。

　　一、船舶生活污水的特點及排放標(biāo)準(zhǔn)

　　1.船舶生活污水的特點

　　船舶類型、采用的衛(wèi)生器具等都影響著船舶生活污水的水質(zhì)水量。一般貨船由于船員人數(shù)及生活習(xí)慣較為固定，其用水特性及用水量相對穩(wěn)定;客輪由于人員流動性大，不確定性大，用水量變化較大。船舶生活污水的污染物主要是高濃度有機(jī)物、氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)和病原微生物。這些污染物若沒有得到有效處理而排放，可能會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化、水體生態(tài)鏈破壞、水生生物生活環(huán)境破壞、影響人類健康等水污染事件。由于船舶空間限制，均采用節(jié)水型衛(wèi)生器具，沖洗水量遠(yuǎn)小于城鎮(zhèn)用水，因此船舶生活污水中污染物濃度要高于城鎮(zhèn)生活污水。污染物負(fù)荷高、水量波動大、受船舶航行影響等特點，對船舶生活污水的處理工藝提出了更高的要求。

　　2.船舶生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)

　　1973年國際海事組織(IMO)海上環(huán)境保護(hù)委員會(MEPC)通過了MARPOL公約，極大地推動了船舶生活污水處理技術(shù)的發(fā)展。表1對比了不同階段國際公約對船舶生活污水污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，多年來排放標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高。

　　近年來，我國船舶生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)隨著公約的變化也在不斷提高。我國在2018年頒布并實施的《船舶水污染排放控制標(biāo)準(zhǔn)GB3552-2018》中針對不同時段安裝(含更換)生活污水處理裝置的船舶，規(guī)定了其在內(nèi)河及距最近陸地3海里以內(nèi)(含)海域的生活污水污染物排放限值(表2)。隨著生活污水處理裝置安裝(含更換)的年份變化，對BOD5、SS、耐熱大腸菌群數(shù)等污染物的排放要求越來越嚴(yán)格，又逐步增加了CODCr、pH值、總氯(總余氯)、總氮、氨氮、總磷等指標(biāo)要求，在指標(biāo)數(shù)量及濃度排放限值上均嚴(yán)于國際公約的規(guī)定。

　　二、船舶污水的處理方法

　　1.物理化學(xué)法

　　物理法是指采用絮凝、沉淀、過濾等物理過程進(jìn)行固液分離，通過去除污水中的懸浮物、膠體、分散性顆粒等達(dá)到降低COD、BOD的目的。絮凝-沉淀是常用方法之一，該方法操作簡單，安裝方便，設(shè)備體積小?；瘜W(xué)絮凝需要加入大量絮凝劑，絮凝劑的儲存需要較大的空間，存儲期間可能造成污染。而電絮凝由于無需投加化學(xué)藥劑，絮凝效果好，占地小等特點，更適用于船舶污水處理。船舶環(huán)境不同于陸地，其在航行過程中的震動、顛簸、轉(zhuǎn)彎等均會影響重力沉淀的效果，進(jìn)而影響出水水質(zhì)，因此絮凝-沉淀一般多用于船舶生活污水的預(yù)處理階段。膜分離技術(shù)對去除SS、鹽類、大腸桿菌等效果明顯，但膜易堵塞，運行時進(jìn)行反沖洗和膜組件更換都增加了水處理成本，因此運行費用較高?；瘜W(xué)氧化法主要包括臭氧氧化、芬頓氧化等，反應(yīng)快，處理效率高，去除COD具有較大優(yōu)勢，但反應(yīng)易產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物造成二次污染，也存在需要較大空間儲備化學(xué)藥劑的問題。電化學(xué)法是利用電化學(xué)原理，通過在電極表面發(fā)生的氧化還原反應(yīng)來降解污染物，具有設(shè)備占地面積小，處理效率高，操作簡單，啟動方便等優(yōu)點。但電化學(xué)反應(yīng)的能耗高，電極壽命短，更換電極的費用高，副反應(yīng)嚴(yán)重，產(chǎn)生污泥量大。

　　2.生物法

　　生物法是利用微生物的生長代謝將污水中的污染物分解，達(dá)到污水處理的目的。生物法可分為好氧生物法和厭氧生物法。目前用于船舶污水處理的主要為好氧生物法，包括活性污泥法、接觸式生物氧化、生物膜法等。生物法在市政生活污水處理中的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，具有運行費用低，出水水質(zhì)好，藥劑使用少等優(yōu)點。但與陸地相比，船舶航行過程中會出現(xiàn)震動、搖擺、轉(zhuǎn)彎，船內(nèi)溫度過高等情況，會對生物法的運行產(chǎn)生影響，且生物法裝置通常體積較大，船舶空間的限制對生物法裝置的設(shè)計提出了更高的要求。

　　活性污泥法作為成熟的水處理工藝，投資小，對氮、磷、COD、SS等去除效果好。但活性污泥法易發(fā)生污泥膨脹，易引發(fā)惡臭，反應(yīng)啟動慢，且占地面積大，對船舶空間要求高。接觸式生物氧化法的凈化效率高，剩余污泥少，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。但需專業(yè)人員長期馴化細(xì)菌，對操作人員要求較高。膜生物反應(yīng)器(MBR)將活性污泥法和膜工藝有效結(jié)合，利用微生物降解污染物的同時，膜的截留作用使污泥齡延長，提高出水水質(zhì)。是目前較為成熟的船舶生活污水處理工藝。具有設(shè)備緊湊占地面積小，處理效率高，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定良好等優(yōu)點。同時由于其自動化程度高，操作簡單，更適用于缺少專業(yè)操作人員的船舶。

　　由于最新的船舶生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)中對氮、磷的排放提出了明確要求，因此MBR工藝需要強(qiáng)化脫氮除磷。目前脫氮的強(qiáng)化通常是通過空間交替或時序交替提供好氧/缺氧環(huán)境來實現(xiàn)。李紅瑛等在研究中發(fā)現(xiàn)通過前置缺氧單元實現(xiàn)空間交替的A/O-MBR工藝，其回流比控制在200%~300%時，COD及氨氮能達(dá)到較高的處理效率。間歇曝氣MBR是控制曝氣時間來實現(xiàn)好氧缺氧環(huán)境的時序交替，通過硝化反硝化達(dá)到脫氮的目的。時序交替不需要缺氧池，節(jié)約空間，污水還可以為反硝化反應(yīng)提供碳源。張志超等研究了脫氮除磷膜-生物反應(yīng)器中的除磷效果及特性，結(jié)果表明該工藝具有穩(wěn)定高效的除磷效果，總磷的平均去除率為92.0%。利用化學(xué)法除磷也是一種高效除磷的選擇，向污水中投加絮凝劑，形成磷酸鹽沉淀，再通過固液分離達(dá)到除磷的效果。遲軍等在研究中發(fā)現(xiàn)向MBR中加入絮凝劑不僅能夠提高工藝的除磷效率，還能起到延緩反應(yīng)器膜污染的效果。

　　三、目前船舶生活污水處理裝置存在的問題及對策

　　20世紀(jì)60年代，一些發(fā)達(dá)國家就開始參考陸地生活污水處理系統(tǒng)來研究船舶生活污水處理工藝。英國漢姆沃斯公司開發(fā)研制的“超三叉機(jī)”系列處理裝置和德國開發(fā)研制的Bio-Compact系列處理裝置，均運用了生物法。丹麥阿特拉斯公司研制的WSH型船舶生活污水處理裝置采用的是物化法。美國SevernTrentdeNora公司開發(fā)研制的Omnipure系列處理裝置則運用了電化學(xué)法。國內(nèi)船舶水處理技術(shù)研究開始的相對較晚，在20世紀(jì)70年代上海船舶設(shè)備研究所在國內(nèi)首先開展了對船舶生活污水處理技術(shù)的研究。

　　近年來隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，原有的生活污水處理裝置已不能滿足船舶生活污水排放要求和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需求。劉強(qiáng)針對遠(yuǎn)洋貨輪的生活污水水量、水質(zhì)及船舶航行特征，集成化設(shè)計了適用于遠(yuǎn)洋貨輪的MBR污水處理裝置，該裝置包含了過濾-粉碎-調(diào)節(jié)-MBR-紫外線消毒等工藝，運行結(jié)果表明其出水水質(zhì)達(dá)到了國際和國內(nèi)對船舶污水排放的要求。交通部上海船舶科學(xué)運輸研究所研制的CSWA系列生活污水處理裝置采用了生物接觸氧化法+紫外殺菌+消毒的組合方法。多種工藝聯(lián)合使用可以提高處理效率、提升出水水質(zhì)，組合工藝的研究及其裝置的研發(fā)成為船舶污水處理新的研究方向。

　　四、結(jié)語

　　影響船舶生活污水處理工藝效率的因素眾多，主要有船舶對于污水處理裝置的空間限制、船舶的日常運行及維護(hù)、負(fù)荷沖擊、能耗等。隨著日益嚴(yán)格的排放要求，綜合各種工藝的優(yōu)缺點，開發(fā)多種工藝聯(lián)合處理船舶生活污水的裝置，進(jìn)行不斷的技術(shù)革新，開發(fā)新的工藝產(chǎn)品，提高船用生活污水處理設(shè)備的處理效率及運行穩(wěn)定性，成為船舶水處理技術(shù)開發(fā)的新挑戰(zhàn)和新機(jī)遇。(來源：中設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司)