船舶生活污水处理装置在小型高速船上的应用_姜威

船海工程2005年第1期(总第164期)文章编号1671-7953(2005)01-03-22船舶生活污水处理装置在小型高速船上的应用姜威姚辉中国舰船研究设计中心武汉430064摘要介绍目前市场现有的生活污水处理装置的类型、原理、特点及在小型高速船上的应用实例,提供了一个相关设备选型的思路。关键词黑水灰水生活污水处理装置高速船中图分类号U671.83文献标识码COnthesewagetreatmentplantofshipanditsapplicationintheminitypehighspeedshipsJIANGWeiYAOHuiChinaResearchandDesignCenterofShipWuhan430064AbstractWiththedevelopmentofshippingindustryandenhancementofenvironmentprotectionconsciousness,therequirementforthesewagetreatmentplantsofshipsismoreandmoreurgent.Thispaperintroducesthetypes,workingprin-cipleandcharacteristicsofvarioussewagetreatmentplantsinourmarket,discussesabouttheirapplicationintheminitypehighspeedships,soastoputforwardsomeconsiderationstoselectthecorrespondingequipment.Keywordsblackwatergraywatersewagetreatmentplanthighspeedship随着航运事业的发展和社会环保意识增强。各国均已颁布了旨在保护本国水域直至领海免遭来自船舶污染的有关规则、条例或法令,限制乃至禁止船舶污水的排放。国际海事组织为此制定了防止污水、污物的公约(5MARPOL73/786)))IMO)并在其后进行了多次的补充及修订。部分国家(特别是发达国家)和地区对排放要求更加严格,如美国海军与美国环境保护局正在共同制定的排放标准UNSD标准中,准备将海军和民用船舶非含油废水的禁止排放水域从现在的离沿岸3nmail扩大到离岸12nmail[1]。与此同时,各国的有关研究机构也纷纷积极行动,为解决船舶排污防止海洋污染问题提供新方法、新设备。这方面,我国起步较晚,但随着我国航运及船舶制造业的迅猛崛起,相关法律法规已陆续出台,如5中华人民共和国海洋环境保护法6、5中华人民共和国防止船舶污染海域管理条例6、5船舶污染物排放标收稿日期2004-12-06作者简介姜威(1977-),男,学士,助理工程师22准6等,相关研究和设备研制也正在逐步接近和追赶世界先进水平。目前不同的国家对生活污水的定义略有不同,按照IMO定义,将需要处理的生活污水定义为[2]1)任何形式的厕所、小便池、以及厕所排水孔的排出物和其他废弃物;2)医务室(药房、病房等)的面盆、洗澡盆和这些处所排水孔的排出物;3)装有活的动物处所的排出物;4)混有上述排出物的其他废水。也有资料将生活污水定义为黑水和灰水。其中黑水指以任何形式排出的粪便水和从医务室排出的污水;灰水的定义为除黑水以外的其它废水[3]。1对船舶生活污水处理装置的要求船舶生活污水处理装置就是为了防止由船舶产生的生活污水对航行水域造成污染而在船上设置的特定处理装置。船舶生活污水处理装置在小型高速船上的应用)))姜威姚辉对于黑水和灰水的处理,不同的国家、不同级别的设计规范有不同的要求。按照IMO组织制定的5防止船舶生活污水造成污染规则6基本要求:允许灰水不通过生活污水处理装置直接与舷侧排放口连接;而黑水必须先排至污水舱内,如污水舱之容量不能满足存量要求时,要求设置生活污水处理装置,且不允许黑水管和灰水管连通,必须连通的需要设置可以起隔离作用的截止止回阀。而在某些更严格的规范中,甚至对灰水的排放也提出了具体的指标直至要求达到零排放的标准。由于船舶污水和城市污水不同,它的特点是处理周期比较短,冲洗水较少,所以船舶污水较城市污水/硬0。而且,船上污水一般靠近生活区,人员密度较一般城市人口密度大。因此简单的说,船舶生活污水处理装置必须能为船员接受并无害于船员,处理后的最终排出物要符合相关海域排放标准,处理所需的能耗低、体积小、重量轻、耐腐蚀、能适应船舶运动、能承受船舶振动和摇摆、操作方便、维护简单。2船舶生活污水处理装置的分类目前,各种船舶生活污水处理装置处理流程大致相同,可粗分阶段为:污水混合物收集)))污物、污水分离)))消毒分解处理)))排放或储存。但现有的船舶生活污水处理装置所采用的工作原理各不相同,在冲洗、排放方式上也是多种多样。其中,对固相物处理,有用打浆机碎化污水中固相物的、也有用药剂使固体物相融的;为从污水中分离出固相物,有用重力沉淀法、也有用过滤法的;对于污水污物的消毒处理的方法更是多种多样,常用的方法有加化学药剂、氧化、生物氧化、湿氧、高温蒸煮和焚烧等;对于冲洗方式,有用淡水或海水的、也有用轻质矿物油的;对于污水的排放,有处理后立即排放的、也有再循环做为冲洗液重新使用的;对污水中分离出来的污泥残渣处理有焚烧的、也有储存在收集柜中待机转送的。根据现有的生活污水处理方式,可简略的区分为浸渍氯化型、生化分解型、焚烧蒸发型、再循环型、物理-化学处理型等几种形式。需要说明的是,市场上实际产品并不都是简单的采用某一种处理方式,一般都是几种处理方式的综合使用。设计时,也可进行几个不同设备的优化组合,从而达到最佳使用效果。目前市场上比较常见的以下几种。1)储存加氯式。这类装置一般设有一定容量的收集柜,污水由重力方式进入收集柜,这要求收集柜有足够的容量和光顺的内壁,污水管路要求有一定斜度,尽量短的长度、尽量大的通径。通常这类装置具有打浆泵可以粉碎污物和增强污水流动性。这类装置设备简单且维护方便,但较大的体积和重量需要较大的安装空间,以及处理方式过于简单,处理后的污水不能满足某些较严格的法规要求。2)生化分解型。这类装置设有污水缓冲柜,利用活性污泥的特性通过生化分解的方式进行污水处理。条件适合的环境下,维持或添加微生物的数量,使有机物和无机物经过细菌消化,一部份分解为水、二氧化碳等无害物质,还有一部份分解成活性污泥的细胞物质再次循环使用,处理后的液体经消毒后排出。这种方法所产生的污泥少,使用也简便,需要能耗少。但是细菌的生化分解需要一定周期,达到最佳效果通常需要一周左右。且对于常存的分解菌群来说,选用的冲洗介质需要给予与特别注意,并定期清理污泥,让污泥中的菌群能更多地获得氧气。3)超滤膜渗透式。这类装置是利用超滤膜来分离污水中的大分子、悬浮物、胶质物等。其原理类似于净化淡水所用的反渗透装置,主要区别是不同的使用压力和膜的孔径。主要优点是不需要化学药剂能自动运行,但是所处理的污水必须预处理,否则容易出现膜堵塞。其关键件为超滤膜,更换较为昂贵。4)电解分化式。这类装置采用差位电极方式对污水进行分解。其优点是可以免除使用化学药剂,但是处理周期较长。5)除此外还有其他很多分离方法,比如:透析、离子交换、蒸馏、冷冻浓缩等。3在高速船设计中的应用设置船舶生活污水处理装置的目的是使被处理后的生活污水能达到相关法规的排放标准。衡量污水处理后是否达到排放要求的标准,一般以三方面指标进行评定:生化需氧量(BOD5)、悬浮固体量(TSS)、大肠杆菌计数(FC)。对此,不同的国家和法规有不同的指标规定。有些国家制定的23船海工程2005年第1期(总第164期)规则因先于IMO公约,因此差异较大,目前逐渐向IMO标准靠拢。对小型高速船舶,由于其航行的区域基本在沿海或近海航区,根据以上各国规范正好在其严格控制污水排放的水域内。考虑到这类高速船舶一般对重量及空间控制比较严格、艇上人员比较少、航行周期较短。可视情况设置功能较简单的收集装置,在船舶靠岸时依靠港岸设施进行转运处理。目前高速船生活污水收集基本思路一是用小管径管道和小型泵传输生活污水的小型冲水厕所,管道前用切碎泵切碎污物可防止管道堵塞;二是用真空泵冲洗厕所,利用系统产生的真空,用气体传输污物,整个系统整体密封要求比较严格,所使用的管路材料需要较强的耐腐蚀性能。关于真空收集装置的应用在我室设计某型出口巡逻艇上尝试使用并取得一定经验。该船长30余米,为保证快速性其型宽及型深均较一般船小,船上人员20余人,自持力超过五昼夜。该船设厕所2处、厨房1处、其他4个生活舱室设洗手盆。由于污水来源分散布置在上层建筑及主艇体多处位置,而本船重量要求比较严格,且使用方的所在国相应排放标准要求较高。因此在设计中考虑使用真空收集系统,艇底部设污水舱。实际设计选型为芬兰EVAC公司的真空污水收集系统,包括1台海水泵、1台收集泵、1台喷射器、3个灰水阀箱、5台真空马桶、1个真空罐及若干管系阀件。该系统工作原理是由海水泵抽取海水,通过喷射器喷射至舷外,喷射器的吸入管路将形成真空。喷射泵的吸入段与真空罐相连,真空罐上附属的真空开关(压力继电器)控制海水泵的起/停,从而维持真空罐内一定的真空度。粪便污水靠真空抽吸到真空罐内,达到一定容量后,利用收集泵排放到污水舱内。等到船舶靠岸时,利用专门的岸基收集装置将污水舱内的污水集中转运及处理。艇上空调冷却水、洗手池及小便池污水依靠重力流入灰水阀箱,当灰水阀箱达到一定水位后,自动接通真空罐,排放到真空罐内。由此可见,在该艇上的污水处理装置实际仅是达到的是收集目的,而将处理的任务转移到岸基专业部门,从而既简化了设备、减轻了重量又达到了零排放的要求。24在后来对该艇的质量随访中,我们了解到用户对该系统的使用及效果基本满意,主要问题是出现了部分管路的腐蚀问题,引起真空度下降。其后续艇中,针对该问题进行了专项处理,更换了管路材料及改进了相关安装工艺,从而解决该问题。值得提出的是,生活污水处理系统的排放结果不仅和设备性能有着直接的关系,还与设备的布置位置、设备接口管路的安装均有着相关联系。在系统设计中,首先要保证各个厕所、厨房、洗衣间的污水能顺畅的到达生活污水处理装置,为此在船舶设计中需要充分考虑管路布置的合理性,甚至在开始船舶总体布置设计的时候就需要给予考虑,尽可能做到排污区相对集中,力求缩短管路,避免尖锐的弯角,增大管路斜度。管路及阀件尽量选用耐腐蚀、易加工、适合船用及船厂加工的材料。4结束语2000年3月13日环保会通过的环保会决议MEPC.88(44)73/78,5MARPOL73/78公约6附则IV5防止船舶生活污水污染规则6的生效日确定为2003年9月27日生效。现在附则已经生效,但目前我国关于船舶设污水处理装置的现状还很不理想。随着人们对海洋环境保护的认识不断提高及相关具体政策法规的日益完善,相信不久,我国航运界将对于船舶生活污水处理装置需求更加迫切。因此,在船舶设计中如何选择合适的生活污水处理装置,达到生产效益与环保效益兼顾的最终目的,需在设计中给与重视。另外,对于将来的新型设备如何能进一步提高排放标准、缩小设备尺寸、降低重量、减少能耗、加强运营可靠性等方面也还需要我们不断地进行探索和研究。参考文献1吴国栋(译).BlackwaterandgraywateronUSNavyships.TechnicalChallengesandSolutions.1999.62船舶与海上设施法定检验规则2004/中华人民共和国海事局编.北京:人民交通出版社,2003.53船舶设计实用手册(轮机分册).中国船舶工业总公司.北京:国防工业出版社,1999.10