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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(shí)也給水體生態(tài)帶來(lái)了一定的壓力,近海海域受到越來(lái)越嚴重的污染,給人類(lèi)健康帶來(lái)威脅。隨著(zhù)生態(tài)環(huán)境保護意識的增強,船舶的污水排放開(kāi)始受到更多的關(guān)注和重視。

  一、船舶生活污水的特點(diǎn)及排放標準

  1.船舶生活污水的特點(diǎn)

  船舶類(lèi)型、采用的衛生器具等都影響著(zhù)船舶生活污水的水質(zhì)水量。一般貨船由于船員人數及生活習慣較為固定,其用水特性及用水量相對穩定;客輪由于人員流動(dòng)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物、氮磷等營(yíng)養物質(zhì)和病原微生物。這些污染物若沒(méi)有得到有效處理而排放,可能會(huì )導致水體富營(yíng)養化、水體生態(tài)鏈破壞、水生生物生活環(huán)境破壞、影響人類(lèi)健康等水污染事件。由于船舶空間限制,均采用節水型衛生器具,沖洗水量遠小于城鎮用水,因此船舶生活污水中污染物濃度要高于城鎮生活污水。污染物負荷高、水量波動(dòng)大、受船舶航行影響等特點(diǎn),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準

  1973年國際海事組織(IMO)海上環(huán)境保護委員會(huì )(MEPC)通過(guò)了MARPOL公約,極大地推動(dòng)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準,多年來(lái)排放標準在不斷提高。

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

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  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(guò)濾等物理過(guò)程進(jìn)行固液分離,通過(guò)去除污水中的懸浮物、膠體、分散性顆粒等達到降低COD、BOD的目的。絮凝-沉淀是常用方法之一,該方法操作簡(jiǎn)單,安裝方便,設備體積小?;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(wú)需投加化學(xué)藥劑,絮凝效果好,占地小等特點(diǎn),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(guò)程中的震動(dòng)、顛簸、轉彎等均會(huì )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處理階段。膜分離技術(shù)對去除SS、鹽類(lèi)、大腸桿菌等效果明顯,但膜易堵塞,運行時(shí)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,反應快,處理效率高,去除COD具有較大優(yōu)勢,但反應易產(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(wèn)題。電化學(xué)法是利用電化學(xué)原理,通過(guò)在電極表面發(fā)生的氧化還原反應來(lái)降解污染物,具有設備占地面積小,處理效率高,操作簡(jiǎn)單,啟動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)。但電化學(xué)反應的能耗高,電極壽命短,更換電極的費用高,副反應嚴重,產(chǎn)生污泥量大。

  2.生物法

  生物法是利用微生物的生長(cháng)代謝將污水中的污染物分解,達到污水處理的目的。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(diǎn)。但與陸地相比,船舶航行過(guò)程中會(huì )出現震動(dòng)、搖擺、轉彎,船內溫度過(guò)高等情況,會(huì )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,反應啟動(dòng)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,耐沖擊負荷能力強。但需專(zhuān)業(yè)人員長(cháng)期馴化細菌,對操作人員要求較高。膜生物反應器(MBR)將活性污泥法和膜工藝有效結合,利用微生物降解污染物的同時(shí),膜的截留作用使污泥齡延長(cháng),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。具有設備緊湊占地面積小,處理效率高,抗負荷沖擊能力強,出水水質(zhì)穩定良好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于其自動(dòng)化程度高,操作簡(jiǎn)單,更適用于缺少專(zhuān)業(yè)操作人員的船舶。

  由于最新的船舶生活污水排放標準中對氮、磷的排放提出了明確要求,因此MBR工藝需要強化脫氮除磷。目前脫氮的強化通常是通過(guò)空間交替或時(shí)序交替提供好氧/缺氧環(huán)境來(lái)實(shí)現。李紅瑛等在研究中發(fā)現通過(guò)前置缺氧單元實(shí)現空間交替的A/O-MBR工藝,其回流比控制在200%~300%時(shí),COD及氨氮能達到較高的處理效率。間歇曝氣MBR是控制曝氣時(shí)間來(lái)實(shí)現好氧缺氧環(huán)境的時(shí)序交替,通過(guò)硝化反硝化達到脫氮的目的。時(shí)序交替不需要缺氧池,節約空間,污水還可以為反硝化反應提供碳源。張志超等研究了脫氮除磷膜-生物反應器中的除磷效果及特性,結果表明該工藝具有穩定高效的除磷效果,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(guò)固液分離達到除磷的效果。遲軍等在研究中發(fā)現向MBR中加入絮凝劑不僅能夠提高工藝的除磷效率,還能起到延緩反應器膜污染的效果。

  三、目前船舶生活污水處理裝置存在的問(wèn)題及對策

  20世紀60年代,一些發(fā)達國家就開(kāi)始參考陸地生活污水處理系統來(lái)研究船舶生活污水處理工藝。英國漢姆沃斯公司開(kāi)發(fā)研制的“超三叉機”系列處理裝置和德國開(kāi)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(kāi)發(fā)研制的Omnipure系列處理裝置則運用了電化學(xué)法。國內船舶水處理技術(shù)研究開(kāi)始的相對較晚,在20世紀70年代上海船舶設備研究所在國內首先開(kāi)展了對船舶生活污水處理技術(shù)的研究。

  近年來(lái)隨著(zhù)排放標準的不斷提高,生態(tài)環(huán)境保護意識的不斷增強,原有的生活污水處理裝置已不能滿(mǎn)足船舶生活污水排放要求和生態(tài)環(huán)境保護的需求。劉強針對遠洋貨輪的生活污水水量、水質(zhì)及船舶航行特征,集成化設計了適用于遠洋貨輪的MBR污水處理裝置,該裝置包含了過(guò)濾-粉碎-調節-MBR-紫外線(xiàn)消毒等工藝,運行結果表明其出水水質(zhì)達到了國際和國內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、結語(yǔ)

  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、負荷沖擊、能耗等。隨著(zhù)日益嚴格的排放要求,綜合各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn),開(kāi)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(kāi)發(fā)新的工藝產(chǎn)品,提高船用生活污水處理設備的處理效率及運行穩定性,成為船舶水處理技術(shù)開(kāi)發(fā)的新挑戰和新機遇。( >

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