船舶生活污水處理技術(shù)

1、前言船舶生活污水處理技術(shù)這篇畢業(yè)論文是我總結(jié)兩年來(lái)所學(xué)的知識(shí)和幾個(gè)月的親身實(shí)習(xí)經(jīng)歷以及查閱有關(guān)這方面的書(shū)籍所寫(xiě)下的。在這篇論文的完成過(guò)程中，我注重的是在保證基本內(nèi)容的前提下盡量多用圖來(lái)表達(dá)用文字表達(dá)不清楚的部分，使論文內(nèi)容深入淺出，層次分明。這篇論文的內(nèi)容主要是介紹船舶生活污水處理背景，船舶生活污水處理技術(shù)的特性，船舶生活污水處理影響分析，船舶生活污水處理技術(shù)的現(xiàn)狀以及船舶生活污水處理技術(shù)研究的方向。 這篇論文加深和檢驗(yàn)了我對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合理解和實(shí)際運(yùn)用。就學(xué)習(xí)階段而言，所掌握的知識(shí)還是離散的和相對(duì)獨(dú)立的。若能將這些已經(jīng)掌握的知識(shí)綜合運(yùn)用起來(lái)，達(dá)到融會(huì)貫通，對(duì)以后的工作會(huì)有很大的幫助。由于我還

2、是個(gè)實(shí)習(xí)生，這篇論文也是我邊實(shí)習(xí)邊做完的，時(shí)間短促，難免存在一些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位老師給予意見(jiàn)和建議，并加以批評(píng)和改正。關(guān)鍵詞：特性；因素；VDT；MBR。 目 錄前言1目 錄 2第一章 船舶生活污水處理1.1船舶生活污水處理背景3第二章 船舶生活污水的特性2.1船舶生活污水的危害42.2船舶生活污水的定義42.3船舶生活污水的水量特征42.4船舶生活污水的水質(zhì)特征5第三章 船舶生活污水處理影響因素分析3.1空間和位置73.2 船舶類(lèi)型和航線(xiàn)73.3 運(yùn)動(dòng)效應(yīng)83.4 艙室空氣溫度83.5 可用資源83.6 安全、美觀及管理要求8第四章 船舶生活污水處理的現(xiàn)狀4.1污水處理技術(shù)94.2集污柜

3、（也就是無(wú)排放型處理方式）12第五章 船舶生活污水處理技術(shù)研究方向5.1真空收集蒸餾處理船舶生活污水技術(shù)（VDT）135.2結(jié)合膜分離技術(shù)而形成的膜生物法工藝(MBR)155.3展望 20第6章 結(jié)束語(yǔ)21致 謝 22參考文獻(xiàn) 23 第一章 船舶生活污水處理近年來(lái)，隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，船舶這一流動(dòng)源的環(huán)境污染問(wèn)題，特別是對(duì)敏感區(qū)域(如水源地、自然保護(hù)區(qū)等)的水環(huán)境質(zhì)量影響，正逐步受到人們的重視。世界各國(guó)對(duì)海洋保護(hù)特別是對(duì)領(lǐng)海和內(nèi)河的保護(hù)意識(shí)不斷加強(qiáng)，在國(guó)際海事組織(IMO)頒布的MARPOL73/78公約附則：防止船舶生活污水污染規(guī)則的基礎(chǔ)上，針對(duì)船舶生活污水排放的各種地方性標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺(tái)(如美國(guó)

4、Alaska地區(qū)、加拿大的圣倫勞斯航道及大湖區(qū)、德國(guó)波羅的海等)，要求對(duì)船舶生活污水進(jìn)行更加有效地處理。2005年海上環(huán)境保護(hù)委員會(huì)MEPC.2（）修改案，對(duì)船舶生活污水的排放指標(biāo)進(jìn)行了修改，除對(duì)懸浮固體SS、五日生化需氧量BOD5、大腸桿菌的排放指標(biāo)進(jìn)行了更嚴(yán)格的限制外，還增加了化學(xué)需氧量、PH值以及余氯排放要求，2006年4月IMO在BLG10會(huì)議上已就2003年9月27日生效的IMO73/78附則進(jìn)行修改，2006年10月13日頒布的MEPC.159(55)決議1（稱(chēng)為新標(biāo)準(zhǔn)），公約規(guī)定自2010年1月1日起凡是吊裝到不論新老船舶上的船用生活污水處理裝置都應(yīng)滿(mǎn)足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。修改后生活污

5、水排放指標(biāo)將大大提高。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),我國(guó)于2006年11月2日向國(guó)際海事組織秘書(shū)長(zhǎng)交存了加入經(jīng)修正附則的文件,該附則已于2007年2月2日正式對(duì)我國(guó)生效。經(jīng)修正的附則的主要內(nèi)容與要求經(jīng)修正的附則共四章12條,明確規(guī)定各種類(lèi)型和大小的船舶在任何區(qū)域排放船舶生活污水的標(biāo)準(zhǔn)和要求,不僅作為船舶設(shè)計(jì)建造和防止生活污水污染設(shè)備性能試驗(yàn)的技術(shù)準(zhǔn)則,也是船旗國(guó)海事主管機(jī)關(guān)監(jiān)督檢查本國(guó)國(guó)際航行船舶(FSC)和外國(guó)船舶(PSC)的依據(jù)。國(guó)際航行船舶必須滿(mǎn)足國(guó)際公約的要求和各個(gè)國(guó)家頒布的地方性法規(guī)，這迫使污水處理設(shè)備不斷提高污水處理能力，以滿(mǎn)足海洋防污染的需求。 第二章 船舶生活污水的特性水的自然凈化作用是微生物

6、利用水的溶解氧將有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)物和二氧化碳的過(guò)程，水藻通過(guò)光合作用吸收二氧化碳放出氧氣。大量未經(jīng)處理船舶生活污水會(huì)急劇消耗水中溶解的氧氣，破壞水的自然凈化作用和生態(tài)平衡，產(chǎn)生赤潮，危及魚(yú)類(lèi)和大多數(shù)水生物的生存，產(chǎn)生難聞氣味，造成環(huán)境不美觀的景象，將對(duì)海濱浴場(chǎng)和漁場(chǎng)資源產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同時(shí)未處理的糞便污水含有大量致病細(xì)菌，污染水源，傳播疾病。船舶生活污水來(lái)自于船上人員(船員和旅客)的日常生活排水，按照所排水的水質(zhì)不同可分為“黑水”和“灰水”兩種類(lèi)型?！昂谒笔侵肝廴疚锖枯^高的廁所排水，即糞便污水;“灰水”是指污染較輕的廚房灰水（廚房、餐廳、洗碗間、蒸飯間等排出的污水）、洗滌灰水（盥洗室、淋浴室

7、、住艙洗臉盆洗衣間等艙室排出的污水）。過(guò)去以黑水處理研究為主但就近年來(lái)國(guó)外對(duì)水域環(huán)境管理的要求來(lái)看，灰水的單獨(dú)排放也已納人船舶污水的管理范圍，同樣要求達(dá)標(biāo)排放。船舶生活排水量和用水量直接相關(guān)，但船舶生活用水量的確定沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此應(yīng)根據(jù)載客量、衛(wèi)生設(shè)備完善程度和船舶所處區(qū)域條件，參照建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行選用。船舶上主要的用水設(shè)備有大便器(槽)、小便器(槽)、洗手盆、洗臉盆、淋浴器、洗滌盆、洗衣機(jī)等，因此船舶生活用水包括廁所沖洗、盟洗、洗衣、餐飲等。對(duì)貨船而言，由于船員數(shù)量和生活習(xí)性是固定的，其生活用水特征類(lèi)似于居民區(qū)。船舶生活污水的產(chǎn)生和排放通常是不穩(wěn)定的，因此其流量也不穩(wěn)定。所

8、不同的是，船上人數(shù)比城市少得多，這意味著船舶生活污水水力流動(dòng)的變化比城市大得多。因此，城市中每一個(gè)人的排泄對(duì)處理裝置的水力負(fù)荷變化不存在重要的影響，但對(duì)人數(shù)較少(尤其是貨輪及小艇)的船舶卻有重要的影響。這個(gè)參數(shù)的大幅度變化使在船污水處理問(wèn)題復(fù)雜化。而且人數(shù)較少的貨輪，船舶生活污水量在一天中波動(dòng)較大，而且會(huì)出現(xiàn)某段時(shí)間(如夜間)無(wú)污水排放的情況，所以相應(yīng)于船上污水處理設(shè)施的水力負(fù)荷變化較大。為保證船上污水處理設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行流量調(diào)節(jié)是必要的。船舶生活污水水質(zhì)特征可用物理性質(zhì)指標(biāo)、化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和生物學(xué)性質(zhì)指標(biāo)來(lái)表示。船舶生活污水件理性質(zhì)指標(biāo)主要是以懸浮固體SUSPENDED SOLIDITY(

9、簡(jiǎn)稱(chēng)SS)量作為水質(zhì)指標(biāo)，其表示單位為mgL。污水中污染物質(zhì)按其顆粒大小分為可濾過(guò)物質(zhì)和不可濾過(guò)物質(zhì)，凡是粒徑小于lm的污染物質(zhì)，以溶解態(tài)或以膠體狀態(tài)存在于水中，稱(chēng)為可濾過(guò)物質(zhì)；粒徑大于lm的污染物質(zhì)通常是不可濾過(guò)的物質(zhì)，稱(chēng)為懸浮固體。船舶生活污水化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)通常以生化需氧量和化學(xué)需氧量作為水質(zhì)指標(biāo)，此外還有PH值。生化需氧量(BOD5)表示水中的可氧化物質(zhì)(特別是有機(jī)物)在微生物作用下級(jí)化分解所消耗的溶解氧的量。前國(guó)內(nèi)外普遍規(guī)定在20±的溫度條件下，以5天的時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。因?yàn)?天的時(shí)間里，大部分有機(jī)物已進(jìn)行了氧化分解，測(cè)得的數(shù)值具有一定的代表性。將在20±1的溫度

10、條件下，5天的時(shí)間里有機(jī)物氧化分解所消耗的溶解氧量，稱(chēng)為5天生化需氧量，即BOD5，其單位是mgL。生化需氧量越大，表明水中含有的有機(jī)污染物越多?；瘜W(xué)需氧量(COD)表示有機(jī)污染物用化學(xué)氧化劑氧化所消耗的氧量。固有機(jī)物基本上屬于還原性物質(zhì)，能被化學(xué)氧化劑分解，而有機(jī)物越多，消耗的氧化劑量就越多。因此，將所消耗的氧化劑量換算成氧量即可反映出有機(jī)物的含量多少。船舶生活污水生物學(xué)性質(zhì)指標(biāo)通常以水中大腸桿菌群的數(shù)量作為指標(biāo)。糞便中除含有大腸桿菌外，還含有一部分性質(zhì)相同的好氣性桿菌，因測(cè)定時(shí)同時(shí)鉑檢出，所以總的生物學(xué)指標(biāo)稱(chēng)為大腸桿菌群(主要包括有埃希氏茵屆、檸檬酸桿茵屆、腸桿菌屬、克雷伯氏菌屬等茵屑的細(xì)

11、菌)。單位用每MPN個(gè)100 mL來(lái)表示。船舶生活污水新標(biāo)準(zhǔn)表1 新標(biāo)準(zhǔn)排放指標(biāo)由新標(biāo)準(zhǔn)可以看出BOD5、SS、MPN均有大幅提高，新增了余氯指標(biāo)。 第三章 船舶生活污水處理影響因素分析 船舶生活污水處理的難點(diǎn)所在，除了上述所探討的船舶生活污水的水量及水質(zhì)特性外，船舶本身的環(huán)境特點(diǎn)也應(yīng)關(guān)注。影響船舶生活污水處理裝置的環(huán)境因素概括如下。 船舶生活污水處理裝置的安裝位置通常設(shè)計(jì)為便于進(jìn)行廁所排水的收集，因此受廁所分布和排水系統(tǒng)布設(shè)以及艙容的影響，其位置相對(duì)固定，有時(shí)受到空間限制需要設(shè)置兩套處理裝置?？臻g問(wèn)題在游艇和軍艦上尤為突出。由于主甲板下艙室的空間尤其是高度受到較大限制，通常船舶生活污水處理裝

12、置的設(shè)計(jì)高度均小于2 m，因此就限制了裝置結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選用。而反應(yīng)器有效高度過(guò)低(水深淺)限制了氧的傳遞效率(<2%)，這將影響生物降解的效率。同時(shí)反應(yīng)器的容積限制使得除渣、布水、布?xì)饧凹到y(tǒng)的布設(shè)受限而難以發(fā)揮應(yīng)有功能，出現(xiàn)堵塞、短路等而影響處理效果。在理想的情況下，處理裝置應(yīng)該位于船舶的底部和舶部附近。不適當(dāng)?shù)奈恢脮?huì)影響橫傾和縱傾，或者減低重心高度，尤其是游艇上，由于受污水不定容積和自由液面效應(yīng)的影響而導(dǎo)致船體穩(wěn)定性減小。不同類(lèi)型的船舶(貨輪、客班船及游輪等)所排放的船舶生活污水水質(zhì)、水量區(qū)別較大，這與在船人員素質(zhì)、人數(shù)以及沖洗機(jī)制的不同密切相關(guān)。因此，應(yīng)針對(duì)不同船型考慮預(yù)

13、處理設(shè)施(如除渣器)并進(jìn)行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)，而不能任意搬用相同的處理裝置。航線(xiàn)涉及到船舶航行所經(jīng)水域，不同水域的水環(huán)境質(zhì)量不同，要求排人的船舶生活污水水質(zhì)也不同，因此應(yīng)選用不同類(lèi)型的處理裝置。另外不同航線(xiàn)的船舶停泊時(shí)生活污水排放低負(fù)荷甚至零負(fù)荷情況及時(shí)間長(zhǎng)短也有較大差異，如何使得處理裝置在此期間不受影響也是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。船舶航行過(guò)程中由于運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)，會(huì)對(duì)一些傳統(tǒng)的陸上污水處理裝置產(chǎn)生影響。如運(yùn)動(dòng)破壞了沉淀分離及布水和集水系統(tǒng)所要求的靜止?fàn)顟B(tài)，影響處理效果及出水水質(zhì);沖擊和振動(dòng)負(fù)荷能對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，并會(huì)使處理過(guò)程發(fā)生問(wèn)題和機(jī)械故障;搖晃和傾斜會(huì)對(duì)曝氣系統(tǒng)及自控裝置產(chǎn)生影響，出

14、現(xiàn)曝氣不均勻及裝置誤報(bào)警和異常操作問(wèn)題。艙室的溫度通常為40C-60，對(duì)于采用生物處理工藝的裝置可能在夏季產(chǎn)生不利影響。如果采用的配套設(shè)備(如鼓風(fēng)機(jī))管路設(shè)計(jì)和運(yùn)行不當(dāng)，會(huì)使處理裝置內(nèi)液體溫度升高至35以上，從而抑制微生物的生理活動(dòng)。污水處理裝置正常運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中所需要的資源包括水、電、油、化學(xué)藥品及壓縮空氣等，這些資源能否從船上獲得、與船舶系統(tǒng)的適合性以及可使用的程度都應(yīng)予以考慮。受船舶空間的限制，污水處理裝置通常距離船員生活區(qū)較近，所以要考慮處理系統(tǒng)的美觀和安全性，不得產(chǎn)生有害的、可能爆炸的或者有毒的氣體，不讓船員接觸到有氣味和令人厭惡的物質(zhì)。其操作和維護(hù)要求不需要很長(zhǎng)的時(shí)間和專(zhuān)門(mén)的技能

15、，最好不需要特殊維護(hù)。第四章 船舶生活污水處理的現(xiàn)狀4.1.1黑水處理技術(shù)（1）國(guó)內(nèi)生活污水處理主要技術(shù)以上海船舶設(shè)備研究所為代表和中船總公司704所為代表。國(guó)內(nèi)的以WCH、WCX型裝置為代表的污水貯存、粉碎消毒等物化法工藝技術(shù)，國(guó)外丹麥阿特拉斯公司以物化法為原理的AWW裝置。物化法原理主要是將化學(xué)藥劑加入污水中進(jìn)行循環(huán)、粉碎、沉淀、消毒處理。這種方法優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，裝置體積較小，缺點(diǎn)是沒(méi)有進(jìn)行生化反應(yīng),對(duì)有機(jī)物去除不夠徹底,而且需要大量消毒劑。（2）生化法國(guó)內(nèi)以WCB、WCV型裝置為代表的污水生物好氧氧化-重力沉淀工藝技術(shù)。國(guó)外主要有英國(guó)Hamworthy（哈姆沃西）公司以生化法

16、為原理的ST型裝置。生化法的原理通過(guò)建立和保持微生物生長(zhǎng)的適宜條件，利用微生物群體來(lái)消化分解污水中的有機(jī)物，使之生成環(huán)境無(wú)害的無(wú)機(jī)物和二氧化碳和水，以此凈化污水，而微生物也得以繁殖，成本低，效果好結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，不能長(zhǎng)時(shí)間停用，對(duì)含鹽量敏感，體積大，不能和洗滌灰水混合。（3）美國(guó)以電解法為原理的OMNIPURE污水處理裝置。電解法的原理是通過(guò)電化學(xué)過(guò)程對(duì)污水進(jìn)行氧化和消毒,它是將混有海水的污水送入電解槽進(jìn)行電解,其中產(chǎn)生的NaCLO是氧化劑和消毒劑。在NaCLO作用下，有機(jī)物被氧化，污水中的細(xì)菌被殺死，從而達(dá)到凈化污水的目的。電解法的優(yōu)點(diǎn)是裝置小,處理流程快,但操作維護(hù)復(fù)雜,運(yùn)行費(fèi)

17、用較高,處理水色度較差。生化法的原理是在氧氣充足的條件下,利用微生物進(jìn)行生物降解,再通過(guò)沉淀固液分離。其優(yōu)點(diǎn)是凈化效果好,但裝置體積較大。許多以前的船舶污水處理設(shè)備都已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求, 為了能繼續(xù)在各海域航行、出訪和執(zhí)行任務(wù), 必須對(duì)污水處理設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造或是使用新的工藝, 各國(guó)都在積極地研發(fā)新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備, 常用處理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表2。表2 常用處理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較1高效膜生物反應(yīng)器國(guó)際上已開(kāi)始采用生化技術(shù)和膜分離技術(shù)相結(jié)合的MBR 工藝處理船舶生活污水和灰水。采用該工藝既可提高出水水質(zhì), 又可增加裝置內(nèi)的有機(jī)負(fù)荷, 減小裝置的體積。被認(rèn)為是水處理領(lǐng)域最有發(fā)展前途的新工藝

18、。高效膜生物反應(yīng)器( ef fect ive membr ane bio􀀁reactor, EMBR) , 是在MBR 反應(yīng)器基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。除了具有普通膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)以外, 還具有下面幾個(gè)特點(diǎn)1) 使用新型復(fù)合微生物活菌制劑, 包括80余種微生物, 把好氧和厭氧微生物按一定的比例混合, 通過(guò)這些微生物的綜合效應(yīng)達(dá)到去除BOD5、COD, 凈化水體的效果。2) 由于活菌制劑可以隨時(shí)投加, 便于反應(yīng)器長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后的快速啟動(dòng)和正常使用, 可極大地縮短活性污泥的培養(yǎng)時(shí)間, 同時(shí)也可有效地解決短途游船污染物濃度不夠而導(dǎo)致活性污泥少、處理效果差的問(wèn)題。3) 活菌制劑可以有效

19、的抑制和消除異味, 減少對(duì)裝置周?chē)h(huán)境的影響。4) 反應(yīng)器分為缺氧區(qū)和好氧區(qū), 通過(guò)污泥回流大大提高裝置的脫氮效率。5) 出水可以作廁所和甲板沖洗用水及設(shè)備冷卻用水。2真空機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)目前熱力學(xué)上效率最高的蒸發(fā)技術(shù)是蒸汽再壓縮技術(shù)( vapo r r ecompressio n techno logy,VRT ) 。這個(gè)過(guò)程是利用壓縮裝置將蒸汽從蒸發(fā)的輸入流中抽出, 壓縮并利用產(chǎn)生的高溫蒸汽進(jìn)一步蒸發(fā)輸入流, 在特定環(huán)境下, 蒸發(fā)得以循環(huán)進(jìn)行。留下的固體物在船利用焚燒爐焚燒掉或可作為有機(jī)肥料送岸, 從而達(dá)到船舶生活污水零排放的目的。在真空狀態(tài)下使得蒸發(fā)更加經(jīng)濟(jì)。首先可以在較低的溫度( 和

20、沸點(diǎn)) 下對(duì)蒸汽進(jìn)行壓縮。其次, 較低的溫度可以使得處理液體中某些不溶的成份不分解和變質(zhì)。這在食品工業(yè)或者在凈化某些可能發(fā)臭的污水的時(shí)候非常顯著。再次, 低溫可以讓具有更大換熱面積的換熱器得以應(yīng)用( 低溫狀態(tài)下, 結(jié)垢的周期較長(zhǎng), 且用常規(guī)的方式可以清除) , 并讓換熱器的兩端的溫差縮小。由此, 可以使得能源的消耗降低, 并且讓系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用減少。3高壓臨界分解技術(shù)超臨界水氧化SCWO ( super crit ical w aterox idation, SCWO) 作為一種新興的綠色水處理技術(shù), 越來(lái)越受到研究者的關(guān)注。超臨界水氧化技術(shù)處理廢水具有如下優(yōu)點(diǎn)。1) 反應(yīng)速度快。SCWO 使有

21、機(jī)廢料和氧氣在均相中反應(yīng), 反應(yīng)一般幾秒至十幾分鐘就可以完成。2) 氧化效率高。在SCWO 環(huán)境中, 各種反應(yīng)物處于均一相中, 沒(méi)有傳質(zhì)阻力, 有機(jī)物去除率一般在99% 以上。3) 能源消耗小。只要廢水中的有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以上, 就可依靠反應(yīng)過(guò)程中自身產(chǎn)生的熱量來(lái)維持反應(yīng)所需的溫度, 不需要外界補(bǔ)充熱量。4) 無(wú)二次污染。超臨界水中的有機(jī)組分在正常的反應(yīng)條件下, 能被氧化成CO、H2O、N 和無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì), 產(chǎn)物清潔, 排放物無(wú)污染。5) 產(chǎn)物分離容易。鹽類(lèi)和無(wú)機(jī)組分在超臨界水中溶解度低, 容易以固體的形式被分離出去。二、生活污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)為了能滿(mǎn)足環(huán)保要求, 船用污水處理裝置應(yīng)具

22、有以下特點(diǎn)。1) 能實(shí)現(xiàn)黑水和灰水的一體化處理, 耐水質(zhì)及水量沖擊能力強(qiáng)。2) 受船舶運(yùn)動(dòng)效應(yīng)影響小, 處理過(guò)程穩(wěn)定且效率較高。3) 體積小、造價(jià)低, 易于安裝。4) 起動(dòng)及停止后恢復(fù)快, 不需特殊維護(hù)。5) 安全美觀, 人機(jī)界面友好, 自控程度高, 操作管理簡(jiǎn)便。6) 結(jié)構(gòu)合理, 可靠耐用, 使用壽命長(zhǎng)。7) 處理水可以循環(huán)使用, 基本滿(mǎn)足零排放的要求。膜生物反應(yīng)器工藝通過(guò)膜分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能, 是目前最有前途的污水處理工藝。在城市污水處理、中水回用、工業(yè)廢水處理以及船舶污水處理等方面已經(jīng)表現(xiàn)出了常規(guī)廢水處理工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。灰水處理技術(shù)現(xiàn)在采用灰水處理裝置的船舶非常少，灰

23、水處理裝置的產(chǎn)品也非常缺少。國(guó)外有少數(shù)用于灰水處理的產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的灰水處理裝置產(chǎn)品。英國(guó)哈姆沃西公司近年開(kāi)發(fā)了一種以粗分離+生物處理+膜分離技術(shù)為原理的黑灰水處理的裝置,并已用于大型游船。而在國(guó)內(nèi),灰水處理裝置的實(shí)船應(yīng)用未見(jiàn)報(bào)道。在理論研究方面,704所在“十五”期間開(kāi)展了相應(yīng)技術(shù)的研究,為該技術(shù)產(chǎn)品化積累了經(jīng)驗(yàn)。在船上安裝生活污水收集貯存柜。該貯存柜系統(tǒng)將船舶日常產(chǎn)生的生活污水收集貯存起來(lái)，在必要時(shí)將貯存的污水排入岸上污水接收設(shè)備，讓然后加以處理，該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作管理容易，且對(duì)水環(huán)境幾乎無(wú)任何損害。該裝置系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是由于貯存艙、柜的容積較大，特別是需在限制海區(qū)內(nèi)長(zhǎng)期航行或停

24、泊的船舶，必然造成船舶有效裝載容積的減少。為了防止系統(tǒng)在工作中散發(fā)臭味，需適時(shí)地進(jìn)行投藥處理，從而使藥品的使用費(fèi)增加。在下文中將會(huì)和造水機(jī)原理一起而形成VDT裝置。便器與保持一定真空的污水柜連通，便器的沖洗水是靠真空污水柜的真空抽吸作用流人污水柜的。該貯存方式每次的沖洗水量少。第五章 船舶生活污水處理技術(shù)研究方向近年來(lái)國(guó)際上的研究方向以強(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)而形成的膜生物法工藝(MBR )這種技術(shù)屬于生物法中的膜生物法。膜生物反應(yīng)器最早出現(xiàn)于六十年代的美國(guó)，由于當(dāng)時(shí)的膜技術(shù)落后，膜的通水量小、壽命短，嚴(yán)重制約了膜的實(shí)際使用。七十年代日本大力開(kāi)發(fā)膜技術(shù)，

25、使其逐漸走向?qū)嶋H應(yīng)用4。八十年代中后期，膜技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在陸用的污水處理裝置和工程上，九十年代開(kāi)始逐步推廣。直至現(xiàn)在，船舶使用膜生物反應(yīng)器還處于探索階段。2000年，英國(guó) Hamworthy 公司生產(chǎn)出第一臺(tái)船舶用膜生物反應(yīng)器處理裝置，并于20002001年進(jìn)行了膜反應(yīng)器全世界首次實(shí)船試驗(yàn)，取得了很好的試驗(yàn)效果。我國(guó)至今還未見(jiàn)有膜反應(yīng)器用于船舶的報(bào)道。生物反應(yīng)器工藝通過(guò)膜分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能，與傳統(tǒng)的生物處理方法相比，具有生化效率高，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，占地面積小，排泥周期長(zhǎng)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn),是目前最有前途的污水處理工藝。真空收集蒸餾處理船舶生活污水技術(shù)(VDT)

26、是在原有的烘干處理技術(shù)基礎(chǔ)上的發(fā)展 ，屬于節(jié)約能源利用廢熱并結(jié)合船舶真空海水淡化原理進(jìn)行生活污水烘干處理的一種新技術(shù)。它具有節(jié)能、環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、達(dá)到零排放等獨(dú)特的優(yōu)越性。隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，船舶防污染的意義越發(fā)重大。近年來(lái)國(guó)際海事組織(IMO)制定了大量的法律法規(guī)來(lái)防止日漸嚴(yán)重的船舶污染，于2003年9月27日生效的MARPOL73/78公約的附則防止船舶生活污水污染規(guī)則規(guī)定，除非特殊情況，禁止船舶直接向海域排放生活污水；船舶必須安裝符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的生活污水處理裝置等。本文是研究環(huán)保節(jié)能型船舶生活污水處理技術(shù)，開(kāi)辟船舶生活污水處理裝置研究和應(yīng)用的新領(lǐng)域，以適合各種大小船舶特殊環(huán)境的使用并符合國(guó)際

27、法規(guī)以及檢查的要求，最終達(dá)到保護(hù)水域環(huán)境免受船舶生活污水污染的目的。目前船用生活污水處理裝置大多存在體積較大，耐水力沖擊負(fù)荷能力差，處理效果不穩(wěn)定，操作、維修不方便等缺點(diǎn)。針對(duì)這些弊端進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究，探討了船舶生活污水處理技術(shù)的研究方向，設(shè)計(jì)出一套完善可靠的船舶生活污水處理新技術(shù)真空蒸餾處理技術(shù)(vacuum collect distillation ships domestic sewage technology，VDT)，此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了船舶生活污水的處理過(guò)程，在保護(hù)海洋環(huán)境的同時(shí)減輕了輪機(jī)值班人員的工作強(qiáng)度、提高了船舶生活污水處理效率并提高了船舶能源利用效率。此項(xiàng)技術(shù)對(duì)船舶建造和營(yíng)運(yùn)

28、有著非常重要的戰(zhàn)略意義。真空蒸餾處理船舶生活污水技術(shù)VDT，利用的是船舶真空蒸餾海水淡化原理，結(jié)合船舶生活污水真空收集原理而研發(fā)的一種新技術(shù)。下面先介紹一下真空蒸餾海水淡化的原理。 船用真空蒸餾式海水淡化原理船用真空蒸餾式海水淡化裝置(即造水機(jī))-般采用真空蒸餾的原理，即通過(guò)噴射泵以維持造水機(jī)中90%94%的真空度，此時(shí)海水對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)僅為4535。以利用低溫廢熱進(jìn)行真空蒸餾淡化處理。該裝置的加熱水為主機(jī)的缸套冷卻水，屬于廢熱利用。一般主機(jī)功率為7500kW左右柴油機(jī)推進(jìn)的船舶，其造水機(jī)每天可生產(chǎn)淡水2025m。，即每天能從海水中蒸發(fā)出20000-25000L的淡水，即使這樣，主機(jī)缸套冷卻水的廢

29、熱還只是利用了很小的一部分。船舶廢熱還有很多并具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景，如廢氣鍋爐產(chǎn)生的多余的蒸汽，主機(jī)潤(rùn)滑油，副機(jī)缸套水，副機(jī)排氣，輔鍋爐的凝水系統(tǒng)等都具有大量的廢熱。所以，真空收集蒸餾處理船舶生活污水技術(shù)所需要的加熱熱源，在船上有大量的來(lái)源，無(wú)需消耗任何能源。因此VDT技術(shù)是適合時(shí)代發(fā)展的節(jié)能型船舶生活污水處理技術(shù)。 利用蒸餾式海水淡化原理處理船生活污水。用造水機(jī)原理和船舶廢熱，將船舶生活污水中的液體部分蒸發(fā)成水蒸汽后直接排出 ,而且無(wú)需冷凝，這樣既簡(jiǎn)化了裝置和操作，又不要提供冷凝海水(節(jié)能)。而留下的固體物在船利用焚燒爐焚燒掉或可作為有機(jī)肥料送岸，從而達(dá)到船舶生活污水零排放的目的。為了將造水機(jī)

30、原理與生活污水處理結(jié)合起來(lái)，并使整個(gè)裝置更加緊湊，生活污水的收集必須采用真空收集法兩者結(jié)合后的VDT裝置原理見(jiàn)圖 1圖 1 真空蒸餾處理船舶生活污水( VDT)原理VDT處理技術(shù)需要充分的熱源供應(yīng),烘干處理所需要熱量的多少 ,主要取決于船舶的在船人數(shù) ,即取決于生活污水的總量。柴油機(jī)船上的廢熱熱源很多 ,尤其是船舶在航行的時(shí)候 ,低溫廢熱熱源很多。特殊情況下，比如拋錨停航、進(jìn)廠修船等,這時(shí)船舶廢熱就不足甚至沒(méi)有,這種情況下VDT烘干處理裝置可使用副鍋爐的蒸汽熱源或由船舶熱水系統(tǒng)提供,但是這時(shí)裝置的運(yùn)行成本將有所增加。5.2.1MBR原理其工作原理是利用反應(yīng)器的好氧微生物降解污水中的有機(jī)污染物，

31、同時(shí)利用反應(yīng)器內(nèi)硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化污水中的氨氮以除去污水中產(chǎn)生的異味。污水中的異味主要由氨氮產(chǎn)生。常見(jiàn)的膜生物反應(yīng)器污水處理工藝流程如圖1。圖中灰水和黑水的定義與 MAPOL 73/78 附則相同。 如圖2所示圖2 膜生物反應(yīng)器工藝流程船舶污水經(jīng)過(guò)預(yù)處理柜進(jìn)入好氧/厭氧處理柜，經(jīng)泵增壓后進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，在壓力作用下經(jīng)降解的污水通過(guò)膜形成系統(tǒng)處理后出水，大分子、固體物質(zhì)以及活性污泥被截留，隨濃縮液回流到好氧/厭氧處理柜。系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間以后，膜組件內(nèi)的活性污泥濃度增高，定期外排污泥，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。膜生物反應(yīng)器的膜材質(zhì)可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。無(wú)機(jī)膜的代表為陶瓷膜，由于無(wú)機(jī)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因而能在

32、相當(dāng)惡劣的條件下使用，抗感染能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。但無(wú)機(jī)膜的制造成本相當(dāng)高，從而在一定程度上限制了它的使用?，F(xiàn)在廣泛用于污水處理的都是有機(jī)膜（如聚砜膜、聚丙烯腈膜等）。有機(jī)膜的應(yīng)用成本低，但運(yùn)行過(guò)程中易受污染、壽命短。膜材質(zhì)的篩選應(yīng)要求其既抗化學(xué)腐蝕，又抗生物腐蝕。同時(shí)還應(yīng)考慮到根據(jù)具體微生物的特點(diǎn)，通過(guò)膜的表面改性，改變膜表面的物化性質(zhì)，減輕微生物在膜表面和孔隙的吸附。對(duì)于處理船舶污水的生化膜反應(yīng)器，從抗生物腐蝕的角度考慮，使用聚丙(乙)烯類(lèi)膜為宜。膜生物法工藝(MBR)實(shí)際使用效果Hamworthy 公司于20002001年在“太陽(yáng)公主” 號(hào)上對(duì)膜處理效果進(jìn)行了為期31天的測(cè)定處理對(duì)象是船上的灰

33、水和黑水。在平均日處理量為52,927L的情況下，MBR處理效果如表1所示，試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)行規(guī)范比較結(jié)果列于表3、4。表3 MBR 處理船舶污水效果表 表4 試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)行規(guī)范比較表 由表3、4可以發(fā)現(xiàn)，利用膜生物反應(yīng)器處理船舶污水時(shí)，雖然進(jìn)水的水質(zhì)情況非常差（SS500mg/L），但出水情況卻相當(dāng)好，不僅優(yōu)于IMO的排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于 Alaskan 地區(qū)排放規(guī)范（40CFR133）。不僅如此，MBR的容積負(fù)荷要高于國(guó)內(nèi)外的類(lèi)似污水處理裝置。膜生物反應(yīng)器工藝與傳統(tǒng)污水處理工藝的比較 .1活性污泥濃度 膜生物反應(yīng)器的一個(gè)重要特征是大大提高了污泥濃度。通常，膜生物反應(yīng)器的污泥濃度可以達(dá)到152

34、0g/L，而常規(guī)的處理裝置僅為 24g/L。根據(jù)Heukelekian方程9 (dX/dt)g = Y(dS/dt)u - kdX 式中： (dX/dt)g微生物增長(zhǎng)速度； Y產(chǎn)率系數(shù)； (dS/dt)u 有機(jī)物降解速度； kd內(nèi)源呼吸系數(shù)； X膜生物反應(yīng)器中微生物濃度。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，微生物增長(zhǎng)速度為零(dX/dt)g=0)，有機(jī)物的降解速度與有機(jī)物濃度線(xiàn)形相關(guān)。去除污水中的有機(jī)物質(zhì)靠的是微生物的新陳代謝，微生物的濃度越高，降解速度越快，有機(jī)物去除能力也就越強(qiáng)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，膜生物反應(yīng)器的有機(jī)物去除能力是常規(guī)污水處理系統(tǒng)的57倍。隨著過(guò)濾對(duì)象污泥濃度值的提高，膜的水通量逐漸小幅下降，但出水水

35、質(zhì)則更好一些。其原因是大量活性污泥絮體、游離細(xì)菌等被膜表面截流，使孔徑因阻塞而變小，在原來(lái)的膜表面形成一層動(dòng)態(tài)膜，減小了膜的有效孔徑，導(dǎo)致膜的實(shí)際截流分子量降低。根據(jù)膜過(guò)濾凝膠極化模型，污泥濃度的提高會(huì)隨著過(guò)濾過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定，膜界面污泥濃度達(dá)到臨界值而不再變化。當(dāng)然，膜生物反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥濃度也不能無(wú)限制地升高，因?yàn)闈舛冗^(guò)高，液體的特性會(huì)發(fā)生突變，粘度會(huì)呈指數(shù)性升高，膜表面的濃度極化現(xiàn)象會(huì)異常嚴(yán)重，造成膜的水通量顯著降低，甚至出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。.2 剩余污泥 微生物的新陳代謝必然會(huì)產(chǎn)生代謝產(chǎn)物剩余污泥，船舶污水的有機(jī)物含量高，應(yīng)用常規(guī)污水處理裝置處理后產(chǎn)生的剩余污泥量很大。由于剩余污泥不能直接排放

36、，因此需要相當(dāng)?shù)目臻g貯存污泥。而膜生物反應(yīng)器的活性污泥濃度高，內(nèi)源呼吸自身氧化率比常規(guī)值（約為 0.1880.11）高。所以有研究者認(rèn)為，膜生物反應(yīng)器內(nèi)的高濃度活性污泥可以通過(guò)微生物自身的內(nèi)源呼吸消化， 保持污泥量的恒定，無(wú)剩余污泥產(chǎn)生，達(dá)到“零排放”。 但實(shí)際處理過(guò)程中，為了維持微生物活性的角度出發(fā)，必須定期排泥。.3含氮有機(jī)物的處置 船舶污水中的NH3-N含量是相當(dāng)高的， 除供生物進(jìn)行新陳代謝外， 還會(huì)有多余的NH3-N存在于水體中。常規(guī)污水處理裝置在氧化有機(jī)物中碳的同時(shí)，NH3-N 也被硝化(NH3-N+O2NO3+H2O)。而當(dāng)NO3進(jìn)入沉淀柜后會(huì)發(fā)生反硝化 (NO3+H+N2+H2O

37、)，產(chǎn)生的氮?dú)鈺?huì)吸附沉淀柜中已經(jīng)沉淀的污泥，從而使出水帶泥，SS嚴(yán)重超標(biāo)。膜生物反應(yīng)器利用膜進(jìn)行固液分離，不存在上述問(wèn)題。而且，膜生物反應(yīng)器高濃度的MLVSS為反硝化提供了內(nèi)部的厭氧條件，總氮的去除率可以達(dá)到50%60%，由于維持較長(zhǎng)的泥齡和膜的攔截作用，NH3-N的去除率可以達(dá)到90%以上。.4固液分離時(shí)間 圖3 PSK膜組件與重力沉淀固體去除率比較根據(jù)上圖可以很容易看出膜分離比重力沉淀固液分離有更高的固體去除率。 .5消毒劑 生物處理的主要微生物是細(xì)菌和原生動(dòng)物，有時(shí)還有真菌和少數(shù)后生動(dòng)物，它們一方面作為消除污染的主要力量，另一方面形成絮體。由于這些微生物主要來(lái)源于船員的排泄物，不可避免的

38、帶有某些致病菌。為消除這些致病菌，傳統(tǒng)的污水處理裝置用氧化性質(zhì)的化學(xué)品進(jìn)行消毒滅菌，但同時(shí)也帶來(lái)了化學(xué)品對(duì)水體的二次污染。膜生物反應(yīng)器利用膜進(jìn)行固液分離，常用膜的孔徑一般為零點(diǎn)幾到十幾微米，而常見(jiàn)細(xì)菌的dmax為10100微米。因此細(xì)菌幾乎不能通過(guò)膜而排出，膜生物反應(yīng)器不需要使用消毒劑及附屬裝置。 一艘主機(jī)功率為7500 kW 左右柴油機(jī)推進(jìn)的船舶,其造水機(jī)可生產(chǎn)淡水 2025 m3/ d ,以此類(lèi)推將船舶生活污水中的液體部分蒸發(fā)成水蒸汽(不含污染物)直接排出 ,也能達(dá)到這個(gè)能力。而船舶生活污水量,每人每天產(chǎn)生的糞便污水量約為14 L;國(guó)外資料的一些統(tǒng)計(jì) ,柴油機(jī)船舶的生活污水量每人每天平均數(shù)如表5所列。表5 柴油機(jī)船舶生活用水量船員按 25 人計(jì)算 ,黑水量應(yīng)在 300750 L/（人d）之間 ,如果加上灰水量后的總生活污水量是4750 L左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于VDT處理裝置的處理能力。如果按客船或郵船計(jì)算 ,在船