舰船生活水处理系统现状与展望 4页

第35卷第3期2013年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．3Mar．，2013舰船生活水处理系统现状与展望秦子明，汪正清，王晓东，白亚鹤(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430064)摘要：我国舰船生活水系统面临着舱底污水积聚严重、污水排放频繁且噪声大、油迹易暴露等影响隐蔽性和居住性的问题，本文首先介绍了国内舰船污水、淡水处理系统的现状和问题，其次阐述了国外舰船污水分类处理和淡水净化的状况，最后在分析比较后，阐述了采用污水分类处理模式、降低污水排放噪声、为饮用水终端补充膜净化手段等发展趋势，提出了增设油污水处理功能、使排污泵在额定点附近工作、采用纳滤等膜技术进行饮用水深度净化等建议。关键词：舰船；污水；饮用水；油水分离；膜中图分类号：U664．9+2文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)03—0005—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．03．002StatusandoutlookoflivingwaterprocessingsystemonnavalvesselsQINZi—ming，WANGZheng—qing，WANGXiao—dong，BAIYa—he(WuhanSecondShipDesignandResearchInstitute，Wuhan430064，China)Abstract：Afterintroducingthestatusandproblemsoflivingwaterprocessingsystemondomesticnavalvessels，thispaperproposedthesewageclassifyingandprocessingsystemandfreshwaterpurifyingsystemonforeignships．Finally，thefuturetrendsincludingsewageclassificationandtreating，reducingsewagedischargingnoise，membranepurifyingofdrinkingwaterattheterminalsandsuggestionsastheadditionofoilwaterseparation，stabilizationofthesewagepumpworkingpointanddrinkingwaterpurifyingbynanofihrationaregivenaftercomparison．Keywords：navalvessel；sewage；drinkingwater；OWS；membrane0引言1我国舰船生活水处理系统现状舰船生活水系统主要包括污水系统和淡水系统。由于舰员和设备可能需要在舰船上工作和运行数月之久，污水和淡水的处理是舰船必须解决的问题。目前，已有较多文献阐述民船生活水处理系统，有关舰船上相关系统的文献则很少。随着对隐蔽性和居住性的重视，舰船生活水处理系统现状和需求之间出现了一定的差距。为此，本文在对国内外舰船生活水处理系统现状进行分析比较后，展望了未来的发展趋势。1．1我国舰船污水处理现状舰船污水主要包括舱底油污水和生活污水等。前者是机械设备泄放、管路泄漏、冲洗用水等最终汇集在舱底后形成的，一旦积存过多，会影响机械装置的正常运行、舰船稳性甚至消防安全等。后者包括厕所、医务室、厨房、淋浴室、洗衣间等日常生活中产生的污水，若处理不当，将直接影响舰船的居住性。因此，舰船污水必须进行妥善正确的处理。收稿日期：2011—08—29；修回日期：2012—03—28作者简介：秦子明(1985一)，男，硕士，工程师，主要从事船舶系统技术研究。\n·6·舰船科学技术第35卷我国舰船污水处理现阶段采用如下设计理念：通过污水坑收集油污水后用小扬程泵将其驳运至污水舱，小便器、淋浴间等生活污水则直接送至污水舱。所收集到的污水，若短期航行，则在返回基地后排放；若长期航行则通过大扬程泵直接排出舷外；作战时为避免油斑等暴露目标，将其排入特定压载水舱中临时储存。根据部队反馈，目前舰船实际使用中存在如下问题：①舱底污水积聚严重，尤其是辅机舱和主机舱，由此带来了舱底设备管系腐蚀、舱室空气环境污染等问题；②污水量大，污水排放频繁，污水舱疏水次数多，泵工作时间长，噪声较大；③小便器管路堵塞严重，直接降低了居住性质量。此外，随着我国和世界上海洋环境保护理念的加强，对污水排放的限制越来越严。如图1所示，除了污水通道设计不合理、存在积水死区外，目前存在问题的污水环节为“舱底”、“小便器”和“排至海域”。凝水三浠废水废液圃医务室沐浴闻舱污水舱排至海压载水舱排至基地图1我国舰船污水流向图Fig．1Flowchartofsewageonotlrships“舱底”环节出现问题主要是由于如下因素：①随着我国舰船居住性的改善，供水条件逐渐宽松，污水量也逐渐增大，但随着返岸排放间隔越来越久，“基地接收”环节的作用越来越小，这就使得其他环节的任务变重；②作为正常的存储环节，污水舱的容积有限(设计上主要考虑了人的排放需求，对工艺性的废水废液等考虑不足)，必然导致污水舱疏水次数多；③“排至海域”环节受到限制，其制约因素为噪声和油污对隐蔽性的破坏。这3个因素中，“排至海域”是瓶颈所在，因为如果排放不受限制，无论多少污水都不会积存，只要限制排放，污水终究会留在污水舱或舱底。“小便器”管路堵塞是由于海水和污水发生化学反应而在管壁结晶生成碳酸钙结垢，该结垢极硬，目前建议用酸性液体冲洗或在返航后直接更换管路。1．2我国舰船淡水系统现状舰船淡水系统是维持官兵生存、生活质量的重要系统，主要包括饮用水、洗澡水、洗衣水等。其中饮用水系统将来自岸上水源或脱盐设备制造的淡水储存在淡水舱中，淡水舱中的水采用加氯等方法消毒，用压缩空气将其运送到各用水处，厨房处还采用紫外线等方式对水进一步消毒。洗衣水来自空调凝水，设有空调凝水收集水舱。目前淡水系统主要存在如下问题：船上压缩空气含有较多杂质，厨房之外的淡水用户缺乏水质保证手段，2006年新饮用水卫生标准的提高使其更加迫切；空调凝水含有油分、灰尘等，使这一可观的洗衣水来源未能得到充分利用。2国外舰船生活水处理系统现状2．1国外舰船污水处理现状国外舰船对污水采用分类处理，即对含油废水、黑水(厕所、医务室等产生的生活污水)、灰水(厨房、洗澡、洗衣等产生的生活污水)等采用不同的系统进行收集、处理、排放。2．1．1含油废水．美国舰船含油废水通过“油类污染控制系统”(oilpollutioncontrolsystem，OPCS)处理⋯，保证不在沿岸50nmile以内排放含油废物。该系统设有油水分离器、含油废物传送泵、油含量监测器、含油废物储存柜、废油柜等。含油废物舷外图2美国舰船油类污染控制系统Fig．2OPCSonUSNavyvessels如图2所示，含油废物传送泵和含油废物排水系统分别将舱底和其他来源的油污水送至含油废物储存柜，油水分离器将含油废物储存柜中的油污水\n第3期秦子明，等：舰船生活水处理系统现状与展望·7·采用重力／离心分离和聚结的原理进行油水分离，分离出的废油进入废油舱，其余进入油含量监测器，满足排放标准时可以排放，否则返回含油废物储存柜。含油废物传送泵还用来将废油及含油废物排向岸上设施。在舰船管道布置允许的场合，将非含油源排水和含油源排水分开，来自空调、冷凝器及蛇形冷却管的冷凝水是非含油排水的典型例子。在可能的场合，将非含油排水引至废水排水柜或废水污水舱，然后直接泵送至舰外。含油废水排泄至含油废物储存柜。已收集的含油废液宜在一天中的某一方便时间或在含油废物储存柜充满50％之前由油水分离器进行处理。排放时应至少派驻一名舰员，若出现浮油或废油膜应立即报告并使油水分离器停止工作，直至问题排除。油水分离器要求定期清理。具体到潜艇，油污水处理系统旧1设置油舱底水收集舱、非油舱底水收集舱和废油收集舱，也可能采用复合式水舱。部分潜艇油舱底水收集舱分为油侧和净侧；还有些潜艇的油舱底水收集舱则没有这种分隔，采用的是重力分离。非油废水通过单独的系统送至非油舱底水收集舱然后排至舷外。油废水或可能的油废水通过单独的系统送至油舱底水收集舱。采用分隔式油舱底水收集舱的潜艇采用水舱折流板增强的重力分离实现油水分离；没有分隔式油舱底水收集舱的潜艇，水舱底部的水可在驶出海岸线一定距离后排出舷外，水舱上部的水则转移到废油收集舱。实艇12nmile内的采样结果显示，对于上述2种潜艇，舱底油含量约为20ppm，水舱油含量约为76ppm。2．1．2黑水、灰水黑水、灰水处理可选用多种系统，如“收集、储存和转移系统”(collection，holdingandtransfersystem，CHT)、“真空收集、储存和转移系统”(VacuumCHT，VCHT)、真空一焚烧系统(Vacu．Burn)、控制水量冲洗蒸发处理系统。CHT与VCHT要求凡是可行的场合均将黑水管路和灰水管路分隔开，其采用的零排放Ⅲ型船用卫生设备"o可满足12h内的黑水收集、贮存需求，以通过限制水域(如美国沿岸3nmile内)，但后者利用真空收集废水，用水少，管路和水舱小，收集管路还可以垂直布置。根据真空收集方法的不同，VCHT分为2种：一种采用消防总管驱动喷射器，喷射器连到污水贮存舱顶部，在水舱和收集管路中产生真空；另一种采用污水驱动喷射器，喷射器将污水从污水贮存舱的底部抽至顶部从而在管路中产生真空，污水收集管路连接到喷射器人口。真空一焚烧系统作为VCHT的补充安装在部分舰船上。控制水量冲洗蒸发处理系统提供延长的贮存时间，安装在远洋扫雷艇和远洋布雷舰上。为了对黑水、灰水进行处理，在海军海上系统司令部和海军水面作战中心主持下，对基于膜的系统进行了研究¨]。试验结果表明，污水停留6h即可满足所有指标要求，这对于CHT舰船尚可，但能否用于VCHT舰船有待进一步检验。2．1．3小便器管路国外舰船对小便池泄水管安装有严格要求，如斜度>0．125英寸／英尺以避免小便与海水之间发生生物化学反应，尽量远离热源以避免蒸汽管路等将泄水管中的沉淀物烘干成硬物。出海时布置以氨基磺酸为基础的酸盒预防污垢形成，在进行系泊修理等前，要用环境温度下的淡水彻底清洗小便器管路，以防止污垢硬化。堵塞后，或者采用旋转式蛇行清洁器或压缩空气清洁设备、高压喷水机等进行机械清除，或者拆下管路并酸洗。2．2国外舰船淡水处理系统现状水面舰船上设有加溴杀菌器或加氯杀菌器，杀菌器带有DPD(二乙基邻位苯二胺)卤素残余检测设备。加溴杀菌器可选用配比加溴杀菌器或再循环(环流式)加溴杀菌器，前者在淡水进到饮水柜之前对其进行初步处理，后者使水流向淡水舱并再从淡水舱流出而形成环流式再循环，当溴残余量等低于合格水平时对饮用水进行补充处理。潜艇和供应艇上由于不具备添加卤素的机械设备，要求从认可的水源取水并且保证含有至少0．2ppmFAC(痕量游离有效氯)残余物。3生活水处理系统发展趋势及建议3．1采用污水分类处理模式与我国舰船最大的不同在于，国外舰船污水广\n·8·舰船科学技术第35卷泛采用了分类处理模式，根据污水种类不同，采用不同的水舱、管系和处理方法。一般根据污染物含量将污水细分为油污水、黑水和灰水。以油污水为例，由于大部分油污水在进人舱底前水质较好，只有油和部分悬浮固体超标，采用油水分离等处理达标后即可排放，避免了和黑水、灰水?昆合后增加处理难度。与国外舰船的另一个主要差距在于，我国舰船对污水大多只是转存、排放，尚未广泛进行去污处理。其中，增设油水分离功能，既是进行油污水处理、提高舰船隐蔽性的要求，也是增加空调凝水可用性、改善居住性的必要前提。国外舰船早已设有该系统，针对乳化问题，曾限制使用含乳化特性的溶剂。实际上，随着技术的发展，油水分离器已可解决乳化问题，这样我国舰船可继续使用普通洗涤剂。如，Mycelx公司在重力分离后增加超滤膜和化学亲合分离，可将乳化后油含量有效降至1～5ppm”1，再如文献[6]通过试验证实了采用超滤膜处理乳化舱底水的有效性。关于黑水、灰水处理，国外也处在探索阶段，基于膜的系统有待改善验证，应继续关注。总之，对污水进行分类处理尤其是油水分离装置的增设已是必然选择，而无论是对传统重力式油水分离的加强，还是对黑水、灰水的处理，均应加强对膜技术的研究。3．2降低污水排放噪声降低污水排放噪声，一方面要继续完善隔振器、浮筏、管路附件等各种减振装置，另一方面应从系统角度进行改善，这一点目前关注较少，污水排放就是一例。如前所述，我国污水排放采用大扬程大流量泵，小扬程泵仅用于污水的转运。为降低噪声，泵工作在设计工况附近，而扬程大的泵其设计工况噪声也高。如果适当增大小扬程泵扬程，让其也具备污水排放能力，则可显著降低系统噪声。3．3进行饮用水净化．舰船上饮用水可能需要储存较长时间，这会引起饮用水水质的下降。虽然可以通过加氯等手段保证淡水舱中水质，但由于驳运过程，终端用户处的水质仍难以保证，需进一步净化。目前，舰船上亟需在厨房外的终端处配备成本低于紫外线消毒的净化手段。膜技术被誉为21世纪的水处理技术，在欧美等国受到了高度重视。在几种饮用水净化常用膜中，纳滤操作压力低，能耗和运转费用少，相对于反渗透，无机离子截留率低，但在有效去除水中有害物质的同时，还能保持水中对人体健康有益的微量元素和矿物质，是一种非常有潜力的饮用水终端净化手段。4结语针对我国舰船生活水系统面临的舱底污水积聚严重、污水排放频繁且噪声大、油斑暴露、终端处饮用水水质难以保证、洗衣水含油等问题，提出了采用污水分类处理模式尤其是增设油水分离功能、降低污水排放噪声包括增强系统较小扬程时排水能力、为饮用水终端补充膜净化手段等发展趋势。参考文献：[1]吴始栋．环境友好舰船及其废物处理技术的进展[J]．舰船科学技术，2005，27(6)：99—104．WUShi—dong．Theenvironmentallyfriendlyshipandprogressofitswastetreatmenttechniques[J]．ShipScienceandTechnology，2005，27(6)：99—104．[2]UnitedStatesEnvironmentalProtectionAgency，Uniformnationaldischargestandardsforvesselsofthearmedforces[EB／OL]．http：／／unds．bah．corn，2011—11—06．[3]NavalSeaSystemscommand，Chapter593．PollutionControl[EB／OL]．http：／／www．fas．org，2011—11—06．[4]BENSONJ，CAPLANI，JACOBSR．BlackwaterandgraywateronU．S．navyships：technicalchallengesandsolutions[J]．NavalEngineersJournal，1999(5)：293—306．[5]ALPERH．Newtechnologiesforcontrollingoilybilgewaterdischarges[C]．MarineEnvironmentalEngineersTechnologySymposium，2001．[6]韩小波，徐筱欣，董玉海，等．船舶舱底含油污水分离试验研究[J]．造船技术，2008，3(283)：30—32．HANXiao—bo，XUYou—xin，DONGYu—hai，eta1．Shipbilgeoilwastewaterseperationtest[J]．MarineTechnology，2008，3(283)：30一32．