摘 要: 展望生活污水、艙底水處理技術(shù), 對(duì)壓載水處理、艦船中水回用、艦船污水綜合處理技術(shù)進(jìn)行探討。介紹國(guó)際規(guī)范對(duì)設(shè)備的具體要求及專業(yè)廠家在實(shí)驗(yàn)和研發(fā)過(guò)程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、主要技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞: 污染物,艙底水,生活污水,中水回用,壓載水

1  生活污水處理處理方法技術(shù)

國(guó)外對(duì)船舶生活污水處理工藝及技術(shù)的研究始于20 世紀(jì)60 年代末期, 以美國(guó)和日本為代表, 目前開(kāi)展此項(xiàng)研究工作的仍是最早加入附則的一些國(guó)家, 如美國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、希臘、荷蘭和丹麥等。國(guó)內(nèi)針對(duì)船舶生活污水處理裝置的研制開(kāi)始于20 世紀(jì)70 年代末期, 開(kāi)始研制再循環(huán)式生活污水處理裝置以來(lái), 已先后開(kāi)發(fā)了物理化學(xué)法處理生活污水的裝置, 具有粉碎、消毒、貯存功能的貯存柜, 以及生化法處理生活污水的生活污水處理裝置, 還有引進(jìn)國(guó)外設(shè)備并吸收轉(zhuǎn)化開(kāi)發(fā)的相關(guān)船舶生活污水處理裝置。

近年來(lái)國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于生活污水處理技術(shù)的主要研究方向以強(qiáng)化生物處理工藝流程及處理效率為主, 比較典型的就是結(jié)合膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)而形成的膜生物法工藝( membrane bio reactor, MBR) 。MBR 主要由污水預(yù)處理柜、好氧厭氧處理柜、膜生物反應(yīng)器、氣泵等組成, 膜生物反應(yīng)器中放置有膜組件。與傳統(tǒng)的污水處理方法相比, 膜的高效截留作用使微生物完全截留在膜生物反應(yīng)器內(nèi), 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時(shí)間和污泥齡完全分離, 運(yùn)行控制靈活穩(wěn)定, 通過(guò)運(yùn)行方式改變實(shí)現(xiàn)脫氨和除磷功能。所以, 膜生物反應(yīng)技術(shù)具有出水水質(zhì)好、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。與黑水相比, 灰水的組分中含有大量的油滴和有機(jī)磷、有機(jī)氮, 特別是油分子的存在, 對(duì)微生物的繁衍有著很大的抑制作用, 大大降低生物反應(yīng)的處理效率, 所以在MBR 工藝中, 對(duì)于污水的預(yù)處理有著極其重要的作用, 預(yù)處理的一個(gè)重要的流程就是去除污水中的油份, 以保證后續(xù)的處理工藝得以順利高效地進(jìn)行。

在灰水的處理方法上, 目前比較通用的方法是采用消毒的方法消除灰水中菌類, 如采用紫外線、臭氧等消毒的方法, 去除灰水中的大腸桿菌, 采用此類物理方法可以避免化學(xué)法強(qiáng)氧化劑消毒帶來(lái)的余氯二次污染和酸堿度超標(biāo)等缺點(diǎn), 是目前最具有前景, 應(yīng)用最廣泛的污水處理技術(shù)。隨著人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高, 對(duì)污水中其他污染物的排放控制要求勢(shì)必日益加強(qiáng), 如余氯、磷、氮、大腸桿菌等的控制將會(huì)越來(lái)越嚴(yán), 因此采用膜法處理生活污水將成為一種必然的趨勢(shì)。

對(duì)比表1 關(guān)于MEPC. 2(Ⅵ) 規(guī)范和2010 年 1 月1 日正式實(shí)施的MEPC. 159( 55) 新規(guī)范。由表1, 國(guó)際海事組織對(duì)生活污水處理裝置規(guī)范的對(duì)比可以看出, 規(guī)范中原來(lái)規(guī)定的排放指標(biāo)均有大幅度的提高, 而且增加了相應(yīng)的控制項(xiàng)目。

南京中船綠洲機(jī)器有限公司從20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始從英國(guó)Harmw o rthy 公司引進(jìn)ST 系列生活污水處理裝置并在此基礎(chǔ)上利用膜法和生物接觸氧化法自主開(kāi)發(fā)了滿足MEPC. 159( 55) 規(guī)范的STC 系列生活污水處理裝置。對(duì)于膜的應(yīng)用的嘗試, 取得了比較成功的典范, 在IMO 型式試驗(yàn)過(guò)程中, 嚴(yán)格按照IMO 規(guī)范的要求, 配置符合要求的原污水, 經(jīng)過(guò)該工藝流程后對(duì)處理水進(jìn)行分析, 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2 可見(jiàn), 進(jìn)入裝置的原污水的水質(zhì)情況非常差, 經(jīng)過(guò)裝置的處理后, 排放水的水質(zhì)完全滿足規(guī)范的要求。

2  艙底水處理技術(shù)

國(guó)際海事組織( IMO) 海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第 49 屆會(huì)議( MEPC 49) 以MEPC. 107( 49) 決議的方式通過(guò)了《修訂的船舶機(jī)艙艙底水防污染設(shè)備指南和技術(shù)條件》, 在2005 年1 月1 日后代替 MEPC. 60( 33) 決議。決議的主要要求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1) 艙底水分離器能夠處理按IMO MEPC. 107( 49) 決議制備的相對(duì)密度不小于0. 83 的輕柴油油水混合物( 混合物的體積比分別為0. 5% ~ 1%、25% ) 和相對(duì)密度不小于0. 98 的重油的油水混合物( 混合物的體積比為0~ 100%) , 使排放水含油指標(biāo)能小于排放標(biāo)準(zhǔn)( 15 mg/ L) 。

2) 艙底水分離器能夠處理按IMO MEPC. 107( 49) 的嚴(yán)格程序制備的油水乳化液( 設(shè)備進(jìn)水含油量為3 000 mg/ L) , 使排放水含油指標(biāo)能小于排放標(biāo)準(zhǔn)( 15 mg/ L) 。

對(duì)電氣控制的要求, 即艙底水分離器從送至 15 mg/ L 艙底水報(bào)警裝置的樣品發(fā)生變化至濃度顯示器顯示正確的響應(yīng)所化時(shí)間不超過(guò)5 s。

3) 基于新規(guī)范對(duì)油水分離器提出的更高的要求, 雖然艙底水分離技術(shù)的方法很多, 但是僅依靠單一的方法來(lái)處理如此復(fù)雜的油污水, 效果并不明顯。目前最主要的技術(shù)瓶頸就是如何更有效地處理乳化油水, 從多年的發(fā)展過(guò)程來(lái)看, 浮油分離技術(shù)已經(jīng)很成熟。由于船上的工況和空間限制, 比較合適的油水乳化液分離的方法是吸附分離法和過(guò)濾分離法。MEPC 107( 49) 對(duì)油水分離器的過(guò)濾材料提出了更高的要求, 從用戶使用角度出發(fā), 要求吸附飽和的材料可以再生循環(huán)使用。從處理效果分析, 設(shè)備需要采用多級(jí)分離流程, 而且要盡量采用物理分離方式, 避免二次污染的產(chǎn)生。

南京綠洲是最早自主開(kāi)發(fā)船用艙底水分離器的廠家之一, 公司開(kāi)發(fā)了滿足MEPC 60( 33) 的 CYSC 系列油水分離器, 并且在此基礎(chǔ)上自主開(kāi)發(fā)了滿足新規(guī)范MEPC 107( 49) 的ZYF 系列艙底水分離器。該設(shè)備采用多級(jí)分離流程, 對(duì)于不同的含油狀態(tài)采用不同的分離方法, 將浮油分離方法與乳化油分離方法相結(jié)合, 有效地去除油污水中的油份, 由于設(shè)計(jì)采用物理的方法處理油污水, 從而從根本上避免二次污染的產(chǎn)生; 另外, 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上, 過(guò)濾材料采用模塊方式, 便于維修操作, 滿足無(wú)人機(jī)艙控制要求。

3  壓載水處理技術(shù)

IMO 組織2004 年頒布了《國(guó)際船舶壓載水及沉淀物控制和管理公約》并計(jì)劃將于2016 年實(shí)施, 世界各國(guó)已采用和正在研究的壓載水處理方法有許多種, 主要有置換法、機(jī)械法、物理法、化學(xué)法, 等。多數(shù)方法在理論上及試驗(yàn)室中是可行的, 但因產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)IMO 規(guī)定的試驗(yàn)流程檢測(cè)才能進(jìn)行認(rèn)證, 故壓載水處理系統(tǒng)技術(shù)難度大, 研發(fā)人員及資金投入費(fèi)用較高。其研發(fā)及認(rèn)證費(fèi)用高, 同時(shí)研發(fā)及試驗(yàn)周期比較長(zhǎng)。由于不同海域海水微生物的含量和種類差異很大, 所以僅依靠單一的針對(duì)某海域的壓載水處理技術(shù)顯然不能適應(yīng)船舶的流動(dòng)性, 也不能滿足規(guī)范的要求。從目前公布的成果可知, 全球只有美國(guó)、德國(guó)、日本、挪威等少數(shù)國(guó)家的少數(shù)企業(yè)真正掌握了壓載水處理的技術(shù), 滿足現(xiàn)有規(guī)范的要求。

壓載水處理系統(tǒng)的容積及系統(tǒng)本身的體積將對(duì)船舶尤其是小型船舶造成較大影響。因此, 壓載水處理系統(tǒng)的大小對(duì)船舶設(shè)計(jì)的影響也是要重點(diǎn)考慮的因素, 研發(fā)滿足規(guī)范要求的壓載水處理系統(tǒng)應(yīng)該與船舶設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái), 使得壓載水處理系統(tǒng)既滿足規(guī)范, 還要體積小, 易于安裝。

4  艦船中水回用技術(shù)

針對(duì)一些特種船, 由于淡水艙容積較小, 淡水水資源缺乏, 故有污水經(jīng)再處理后回用的考慮和需求。另外, 某些海域?qū)ξ鬯欧乓髽O高, 也有必要對(duì)污水處理到中水回用要求。

生活污水處理裝置設(shè)計(jì)時(shí), 按照船用污水( 黑水) 是按70 L/ ( 人·d) 設(shè)計(jì), 灰水量的產(chǎn)生量大概為140 L/ ( 人·d) , 如果能回用該水, 確實(shí)可以減輕船上的淡水資源需求的壓力。從現(xiàn)有的 IMO 規(guī)范分析, 對(duì)中水回用無(wú)任何規(guī)定, IMO 只針對(duì)民用船舶, 而民用船舶一般有足夠的淡水艙, 可能在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)IMO 不會(huì)考慮制定中水回用標(biāo)準(zhǔn)。

如果國(guó)內(nèi)船舶設(shè)計(jì)要考慮中水回用, 只能采用現(xiàn)有執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn), 與中水回用及船舶有關(guān)聯(lián)的規(guī)范有: 《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)《GB/ T 18920-2002[ 1] , 《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》GB/ T18921-2002[ 2] 的規(guī)定, 其各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表3。

但如果依據(jù)《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》GB/ T18921-2002 的規(guī)定對(duì)中水回用界定, 可以看出第6. 3 條規(guī)定: “不應(yīng)將含有再生水的景觀環(huán)境水用于飲用和生活洗滌”, 而且明確規(guī)定達(dá)到中水回用的水只能沖廁, 城市綠化等非飲用水場(chǎng)合, 并且不得用于與人接觸場(chǎng)合。

從標(biāo)準(zhǔn)可以看出, 現(xiàn)有國(guó)家中水回用的標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)船用污水中水回用, 無(wú)論用何技術(shù), 出水達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn), 只能用于沖廁, 而洗滌、淋浴、飲用都是不允許的。

船上實(shí)際用淡水處有: 飲用水、廚房用水、淋浴水、洗滌水、衛(wèi)生間沖廁用水, 等。甲板沖洗可以采用海水, 如按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn), 船用污水中水回用只能用于衛(wèi)生間沖廁用水。從綠洲船用生活污水處理設(shè)備出水實(shí)際檢測(cè)情況來(lái)看, 指標(biāo)基本達(dá)到?jīng)_廁中水回用。當(dāng)然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中還有些指標(biāo)是IMO 規(guī)范中所沒(méi)有的, 應(yīng)該來(lái)說(shuō), 通過(guò)進(jìn)一步探索, 增加膜過(guò)濾和消毒處理過(guò)程, 污水中水回用沖廁, 技術(shù)上是可行的。若僅從沖廁角度利用而言, 對(duì)灰水應(yīng)該進(jìn)一步細(xì)分, 選擇部分“優(yōu)質(zhì)排水” 進(jìn)入生活污水處理裝置, 處理后循環(huán)利用。在上述指標(biāo)中, 對(duì)大腸桿菌群要嚴(yán)格控制, 避免產(chǎn)生二次污染。如果要考慮到某些海域排放要求高的情況, 則剩下的灰水, 直接進(jìn)入中水回用設(shè)備。

5  艦艇污水綜合處理

由于生活污水和艙底水屬于不同類型的污水, 而且生活污水的處理大都采用生物-膜法, 用于生物處理的細(xì)菌大都屬于厭油型, 如果將油水與生活污水混合, 將會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌的繁殖率下降, 從而導(dǎo)致生活污水處理裝置的效率下降。所以艦艇污水綜合處理方案應(yīng)該首先將不同類型的污水分開(kāi)處理, 即含油廢水、黑水、灰水應(yīng)采取不同的技術(shù)處理方法, 這樣才經(jīng)濟(jì)合理。

6  結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展, 人類正在逐漸加強(qiáng)對(duì)海洋環(huán)境污染重視和治理。船舶運(yùn)營(yíng)過(guò)程對(duì)海洋環(huán)境的影響是導(dǎo)致海洋污染的一個(gè)重要的方面。世界經(jīng)濟(jì)一體化加速了世界各國(guó)物資的流通, 從而加快了海洋物流的節(jié)奏, 也導(dǎo)致了海洋環(huán)境污染的加重。如何防治和減少船舶運(yùn)行對(duì)海洋環(huán)境的污染, 綜合利用水資源將是人類面臨的一項(xiàng)重要的課題。船舶污水處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用將面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

[ 1] GB/ T 18920-2002. 城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)[ S] . 北京: 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 2002.

[ 2] GB/ T18921-2002. 城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)[ S] . 北京: 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 2002.

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