对船舶生活污水处理技术研究 5页

'维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第2期建筑科学与工程学报Vo1．22No．22005年6月JournalofArchitectureandCivilEngineeringJun．2005文章编号：1673—2049l2005)02—0090—05船舶生活污水处理技术研究董良飞，蔡慧萍，王经宇。，关卫省(1．长安大学环境科学与工程学院，陕西西安710064；2．武汉市江汉区环境保护局，湖北武汉430010；3．西安市天然气总公司，陕西西安710075)摘要：结合国内外现状及实船调查资料，对船舶生活污水的水量及水质特征进行研究，分析了影响船舶生活污水处理的因素，介绍了船舶生活污水处理的国内外研究现状，并探讨了处理技术的研究方向。结果表明，船舶生活污水排放的水力负荷变化较大，水质随不同船型和卫生设备类型及排水系统形式有较大差异。膜生物法用于船舶生活污水处理具有良好的应用前景，国内应针对船舶生活污水处理开展相关研究。关键词：船舶生活污水；流动污染源；水力特性；污水水质；污染负荷；污水处理技术；膜生物法中图分类号：TU992．3，X703文献标识码：AStudyontechnologyofshipdomesticsewagetreatmentDONGLiang—fei，CAIHui—ping，WANGJing—yu。。GUANWei—sheng(1．SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，Chang’anUniversity，xi’an710064，China；2．JianghanDistrictEnvironmentalProtectionAgency，Wuhan430010，China；3．Xi’anNaturalGasCompany，xi’an710075，China)Abstract：Characteristicsofshipdomesticsewagequantityandqualityarestudiedwithexamina—tioninshipandactualityathomeandabroad，theenvironmentalinfluencingfactorsofshipdo—mesticsewagetreatmentareanalyzed，theresearchactualityathomeandabroadisintroduced，theresearchdirectioniSdiscussed．Basedonthestudy，hydraulic1oadofsewageonboardiSlarge，andthequalityofsewagevarygreatlywiththetypesofships，sanitationandwastewatersystems．MBRisthoughttobeahopefultechnologytotreatshipdomesticsewage，andcorrela—tivestudyshouldbecarriedoutinChina．Keywords：shipdomesticsewage；flowingpollutionsource；hydrauliccharacteristic；sewagequality；pollutionload；sewagetreatmenttechnology；MBR研究工作、实船实践及国外调研资料，着重介绍船舶0引言生活污水特征、处理影响因素，以及国内外船舶生活近年来，随着航运业的发展，船舶这一流动源的污水处理技术的研究进展等，旨在为解决中国船舶环境污染问题，特别是对敏感区域(如水源地、自然水域污染问题提供理论基础及设计资料。保护区等)的水环境质量影响，正逐步受到人们的重1船舶生活污水特征视。世界各国对海洋保护特别是对领海和内河的保护意识不断中国城镇水网加强[1]，在国际海事组织(IMO)颁布的1．1船舶生活污水的定义MARPOL73／78附则IV——防止生活污水污染规船舶生活污水来自于船上人员(船员和旅客)的则的基础上，针对船www.chinacitywater.org舶生活污水排放的各种地方性日常生活排水，按照所排水的水质不同可分为“黑标准不断出台(如美国Alaska地区、加拿大的圣伦水”和“灰水”两种类型。“黑水”是指污染物含量较劳斯航道及大湖区、德国波罗的海等)，要求对船舶高的厕所排水，即粪便污水；“灰水”是指污染较轻的生活污水进行更加有效地处理。本文结合多年来的洗浴、厨房、洗衣等废水。按照《船舶污染物排放标收稿日期：2005一O1—16基金项目：交通部重点科技项目(940508—227)；陕西省科学技术研究发展计划项目(96K13-G5)；交通部科技成果推广应用推荐项目(97—1—023)作者简介：董良飞(1972一)，男，江苏沛县人，长安大学讲师，博士，从事水污染控制研究，尤其是船舶流动源的污染研究．E—mail：lfdong@chd．edu．cn 维普资讯http://www.cqvip.com第2期董良飞，等：船舶生活污水处理技术研究91准》(GB3552—83)、《船用生活污水处理系统技术条量冲洗方式。件》(GB10833—89)，以及《MARPOL73／78》公约1．3船舶生活污水的水质特征(AnnexIV)对船舶生活污水的定义，目前所限定排船舶生活污水，尤其是粪便污水中含有大量的放的船舶生活污水仅为“黑水”，只是当其他排水(灰有机物，对其污染程度的定量可用BOD污染负荷量水)混有粪便污水时才要求处理]。但从近年来国进行描述。中国《室外排水设计规范》(GB50101～2005)指出，城市污水的设计水质，在无资料时，生活外对水域环境管理的要求来看，灰水的单独排放也污水的BOD按25～50g／(人·d)，SS按40～65已纳入船舶污水的管理范围，同样要求达标排放。g／(人·d)计算。上述生活污水为综合排水，包括1．2船舶生活污水的水量特征粪便污水和杂排水，而粪便和杂排水的负荷量也有船舶生活排水量和用水量直接相关，但船舶生较大差异。通常国内船舶大多采用分开排泄的排水活用水量的确定没有专门的标准和规范，因此应根系统，而目前国内船舶生活污水处理装置的设计均据载客量、卫生设备完善程度和船舶所处区域条件，参考城市生活污水水质，每人每天污水量和处理装参照建筑给水排水设计规范进行选用。船舶上主要置进水指标等参数几乎都相同。事实上不同生活污的用水设备有大便器(槽)、小便器(槽)、洗手盆、洗水的污染指标是不一样的，船舶生活污水有其自身脸盆、淋浴器、洗涤盆、洗衣机等，因此船舶生活用水的特点，由于船舶卫生系统排泄周期较短，排放的污包括厕所冲洗、盥洗、洗衣、餐饮等。对货船而言，由水比城市排水系统更为新鲜(分解较少)，因此污染于船员数量和生活习性是固定的，其生活用水特征负荷较高。另外不同船型和卫生设备类型及排水系类似于居民区；对客船及旅游船舶而言，流动人口远统形式，所排放的生活污水水质也有较大差异。大于固定船员及服务人员，其生活用水具有商业及有资料介绍柴油机货船上每人每天用水量及公共设施的特征。因此可参照《建筑给水排水设计BOD负荷量平均值见表1l_3J。由表可知，每人每天规范)(GBJ15—88，1997)中，有关住宅和其他商业、产生的BOD为48g，其中粪便所构成的BOD占公共设施生活用水定额及小时变化系数的规定数值较大比例。各单元所耗水量不同，各种污水的排放进行选取。浓度也有较大差异，其中粪便污水BOD浓度高达和城市生活污水一样，船舶生活污水的产生和670mg／L，但当组合排泄时综合污水BOD浓度仅排放通常是不稳定的，因此其流量也不稳定。所不为250mg／L。因此，船舶生活污水污染物浓度和所采用的卫生设备类型及排水系统形式有直接关系。同的是，船上人数比城市少得多，这意味着船舶生活表1每人每天用水量及BOD负荷量污水水力流动的变化比城市大得多。因此，城市中Tab．1WaterconsumptionandBODsloadpercapitaperday每一个人的排泄对处理装置的水力负荷变化不存在指标厨房洗澡洗衣机厕所总计重要的影响，但对人数较少(尤其是货轮及小艇)的用水量／L50100103019O船舶却有重要的影响。这个参数的大幅度变化使在BODs／g17742048船污水处理问题复杂化。根据在货轮21006上的实BODs／(mg·L一)33O70350670250船调查，每日的最大时污水量出现在约7：00～德国一些研究机构在进行船舶生活污水处理设8：O0，其污水量可达5OL／h，与日污水量250L／d计时，参考ATV(污水工程联合会)针对小型污水处之比，可中国城镇水网得时变化系数为4．8。可见，对于船舶而理装置的设计规定，所采用的生活污水污染负荷量言，尤其是人数较少的货轮，船舶生活污水量在一天等参数见表2l_4]。中波动较大，而且会出现某段时间(如夜间)无污水www.chinacitywater.org表2德国生活污水每人每天排水量及BOD负荷量排放的情况，所以相应于船上污水处理设施的水力Tab．2WastewatervolumesandBOD5IoadpercapitaperdayofdomesticwastewaterinDeutschland负荷变化较大。因此为保证船上污水处理设施的稳定运行，进行流量调节是必要的。就船舶生活污水指标厨房医院洗浴洗衣厕所总计处理而言，无论采用何种处理方法，生活污水量越用水量／L1010100201015O少，无疑对处理是有利的。因此，如果要对船舶尤其BOD5／g2021545091BODs／(mg·L一)200020015O20050006O7是大型客轮或游轮的生活污水进行处理，首先必须对其冲洗机制进行改进，并尽可能采用节水型的减另外一个值得注意的问题是，中国《室外排水设 维普资讯http://www.cqvip.com92建筑科学与工程学报2005正计规范》(GB50101—2005)所推荐的生活污水污染负环境质量不同，要求排入的船舶生活污水水质也不荷量数据，是基于1990年以来全国37个污水处理同，因此应选用不同类型的处理装置。另外不同航厂的设计资料汇总分析得出的，而此值和居民的饮线的船舶停泊时生活污水排放低负荷甚至零负荷情食结构、生活习惯及生活水平有直接关系。就船舶况及时问长短也有较大差异，如何使得处理装置在而言，船员尤其是远洋货轮上的，其生活水平高于一此期间不受影响也是一个值得关注的问题。般居民，因此相应的污染负荷量会更高些。而由于2．3运动效应缺乏相关数据，盲目搬用其他类型生活污水的设计船舶航行过程中由于运动所产生的动力效应，参数，是目前中国船舶生活污水处理装置存在的一会对一些传统的陆上污水处理装置产生影响。如运个突出问题。动破坏了沉淀分离及布水和集水系统所要求的静止状态，影响处理效果及出水水质；冲击和振动负荷能2船舶生活污水处理影响因素分析对系统产生不良影响，并会使处理过程发生问题和船舶生活污水处理的难点所在，除了上述所探机械故障；摇晃和倾斜会对曝气系统及自控装置产讨的船舶生活污水的水量及水质特性外，船舶本身生影响，出现曝气不均匀及装置误报警和异常操作的环境特点也应关注。影响船舶生活污水处理装置问题。的环境因素概括如下。2．4舱室空气温度2．1空间和位置舱室的温度通常为4℃～6O℃，对于采用生物船舶生活污水处理装置的安装位置通常设计为处理工艺的装置可能在夏季产生不利影响。如果采便于进行厕所排水的收集，因此受厕所分布和排水用的配套设备(如鼓风机)管路设计和运行不当，会系统布设以及舱容的影响，其位置相对固定，有时受使处理装置内液体温度升高至35℃以上，从而抑制到空间限制需要设置两套处理装置。空间问题在游微生物的生理活动。艇和军舰上尤为突出。2．5可用资源由于主甲板下舱室的空间尤其是高度受到较大污水处理装置正常运行和维护过程中所需要的限制，通常船舶生活污水处理装置的设计高度均小资源包括水、电、油、化学药品及压缩空气等，这些资于2m，因此就限制了装置结构和相关设计参数的源能否从船上获得、与船舶系统的适合性以及可使选用。而反应器有效高度过低(水深浅)限制了氧的用的程度都应予以考虑。传递效率(<2)，这将影响生物降解的效率。同时2．6安全、美观及管理要求反应器的容积限制使得除渣、布水、布气及集水系统受船舶空间的限制，污水处理装置通常距离船的布设受限而难以发挥应有功能，出现堵塞、短路等员生活区较近，所以要考虑处理系统的美观和安全而影响处理效果。性，不得产生有害的、可能爆炸的或者有毒的气体，在理想的情况下，处理装置应该位于船舶的底不让船员接触到有气味和令人厌恶的物质。其操作部和舯部附近。不适当的位置会影响横倾和纵倾，和维护要求不需要很长的时间和专门的技能，最好或者减低重心高度，尤其是游艇上，由于受污水不定不需要特殊维护。容积和自中国城镇水网由液面效应的影响而导致船体稳定性3船舶生活污水处理技术研究进展减小。2．2船舶类型和航www.chinacitywater.org线按照MARPOL73／78附则Ⅳ《船舶生活污水防不同类型的船舶(货轮、客班船及游轮等)所排污染规则》的规定，除非特殊情况，禁止船舶直接向放的船舶生活污水水质、水量区别较大，这与在船人海域排放生活污水。船舶必须安装符合相应标准的员素质、人数以及冲洗机制的不同密切相关。因此，生活污水处理装置，这涉及到3类船用卫生设备应针对不同船型考虑预处理设施(如除渣器)并进行(MarineSanitationDevice，简称MSD)，参考美国水质、水量的调节，而不能任意搬用相同的处理海岸警备队(USCG)颁布的指导MSD设计和建造装置。的条例(33CFR159)，分别为MSD-[贯流型装置(粉航线涉及到船舶航行所经水域，不同水域的水碎和消毒装置)、MSD一Ⅱ贯流型装置(有机污染处 维普资讯http://www.cqvip.com第2期董良飞，等：船舶生活污水处理技术研究93理，如生化或物化系统)和MSD-llI无排放型装置理后达标排放；2001年英国多年从事船舶生活污(集污柜)。由于MSD-I和MSD-lI型装置较为简水处理装置生产的Hamworthy公司，也对其产品单，目前国内外针对船舶生活污水处理的研究，主要进行了工艺升级，研制开发出MBR系列装置l9；荷集中在MSD一11型装置的研制和开发。从船舶生活兰Triquabv公司开发的“MEMTriq(r)Marine”船用装置，采用了外置的管状膜口。另外还有物理化污水处理的管理要求和港口接收设施现状，以及国学法和电化学法，如美国SevernTrentDeNora公际上认同的发展趋势来看，船舶生活污水的就地处司自1980年以来就从事Omnipure系列电解法船理达标排放，也就是将污染在船上消除是未来的主舶生活污水处理装置的生产和销售，该装置利用海导思路]。这也要求开发性能可靠、操作简便的水混合污水电解产生次氯酸钠、二氧化氯等氧化剂MSD一Ⅱ型装置。杀菌，并对有机物进行氧化分解口。3．1国外研究进展3．2国内研究情况国外进行船舶生活污水处理工艺及技术的研国内针对船舶生活污水处理装置的研制开始于究，开始于2O世纪6O年代末期，以美国和日本为代2O世纪7O年代末期，以上海船舶设备研究所为代表，目前开展此项研究工作的仍是最早加入附则Ⅳ表，该所自1977年开始研制WCC型再循环式生活的一些国家，如美国、日本、英国、法国、德国、希腊、污水处理装置以来，已先后开发了物理一化学法处荷兰和丹麦等。从船舶生活污水处理工艺的发展过理生活污水的WCF型系列装置，具有粉碎、消毒、程来看，其基本上沿用岸上水处理技术，尤其是城市贮存功能的WCB型系列贮存柜，以及生化法处理生活污水的处理技术，并随着水处理技术的发展而生活污水的WCH-(T)型生活污水处理装置，又于不断革新。目前比较流行的处理装置所采用的工艺1990年研制开发了与生活污水真空收集系统(每人主要有生物法(活性污泥法、生物膜法和膜生物法)、每天产生污水量仅10L)相配套的处理高浓度生活物化法(混凝沉淀及吸附过滤等)、电化学法等。尽污水的WCV型二级生化处理装置l1。其他还有管从船舶生活污水的水质特性来看，解决这一问题引进国外设备并吸收转化开发的相关船舶生活污水似乎不存在技术上的难度，但到目前为止仍没有一处理装置，如南京绿洲机器厂的ST系列(从英国种公认的理想工艺。这也是1998年至今美国海军Harmworthy公司引进)和重庆大晃康达环保公司研究局(ONR)欧洲处每年都资助召开海洋环境会的SBT系列(从日本大晃机械工业株式会社引进)。议，就船舶防污染及海洋环境保护问题在美国和欧虽然这些设备均通过了船检部门的型式认可，但在洲国家之问进行政策和技术交流的原因。实际使用过程中所出现的比较集中的问题是：处理近年来国际上的研究方向以强化生物处理工艺装置体积较大，耐冲击负荷能力差，处理效果不稳流程及处理效率为主，比较典型的就是结合膜分离定，操作维修不方便，加之监管不严，很多设备闲置技术而形成的膜生物法工艺(MBR)。如1998年不用。RachelJacobs报道了美国海军环境质量部针对75国内针对船舶污染的研究，以舱底含油废水及人的军舰，采用曝气预处理、管状膜固液分离以及紫溢油污染对策为主，而不重视船舶生活污水污染防外消毒工艺进行船舶灰水处理的实验室模型试验情治技术研究。1994年交通部也曾立项“大型客轮生况；19中国城镇水网93年联邦德国国防部开始资助进行船舶生活污水处理技术的研究”，由西安公路交通大学承活污水处理装置的改进研究，1994～1999年问在陆担，课题组完成了实验室的工艺研究，之后在进行工上进行了采用膜生物工艺的不同处理装置的实验研业性应用过程中，由于缺乏配套资金支持，加上相应究，如德国WABwww.chinacitywater.orgAGESMIL公司1998年模拟实船管理体系及法律法规不健全，实船试验研究没有再条件，采用浸渍型膜生物反应器(SMBR)处理船舶深入进行。其他由政府资助而开展的研究工作未见生活污水，进行了9个多月的试验l7]。2000年德国报道。整体而言，国内针对船舶生活污水处理技术海军安装了首台MBR船舶生活污水处理装置并进的研究，主要是处理装置的研制开发，由于仅仅着眼行了实船试验。同年联邦德国教育与研究部资助进于市场需求和管理要求，缺乏基础研究而忽略了船行一项叫做“MEMROD(MEMbraneReactorOper—舶生活污水的特性和船舶的环境特点，盲目追求体ationDevice)”的研究项目，目的是将船舶所产生的积小、造价低，只注重装置本身而不重视技术要求，灰水、黑水以及舱底含油废水集中到一个MBR处因此往往流于形式。 维普资讯http://www.cqvip.com94建筑科学与工程学报2005血3．3研究技术展望(5)船舶生活污水处理技术的研究方向是处理船舶生活污水处理技术的研究，应针对船舶生效率高、处理效果稳定、体积小、经济合理、操作管理活污水的特性及上述环境影响因素，因“船”制宜，不简便等，膜生物法具有良好的应用前景。能简单地进行城市生活污水处理工艺的搬用或套参考文献：用。总体来讲，理想的船舶生活污水处理装置应具[1]杨元晖．膜生物反应器处理船舶污水[J]．机电设备，2002，(3)：有以下特点：(1)耐水质及水量负荷变化能力强；(2)10—13．受船舶运动效应影响小，处理过程稳定且效率较高；[2]董良飞，朱浚黄．船舶生活污水处理技术的研究[J]．西安公路交(3)体积小、占地少、造价低，易于安装；(4)起动及停通大学学报，1998，(2)：121—123．[3]黄忠秀．船舶与港口水域防污染[M]．北京：人民交通出版社，止后恢复快，不需特殊维护；(5)安全美观，人机界面1999．友好，操作管理简单；(6)结构合理，可靠耐用，使用[4]KlausMascow．Vacuumandsewagetreatment[A]．Waste-wa—寿命长。terTreatmentTechnologiesforShips[C]．Oldenburg：Euleand针对上述目标，国际上不少国家正在开展相关PartnersInternationalConsultingSPRI，1998．377—397．研究工作，国内的相关研究工作也应针对自身特点[5]DeniseLOakley．Potentialfuturestrategiesforthemanagementofliquidwastestreams[A]．WastewaterTreatmentTechnolo—及时启动，而不应走装置引进、技术改造和消化的giesforShips[C]．Oldenburg：EuleandPartnersInternational老路。ConsultingSPRL，1998·254—275-．综上所述，随着对水域环境保护的加强，越来越[6]RachelJacobs．Developmentofa75一personprototypetubular多的水域被划定为特殊保护水体，对船舶生活污水membranegreywatertreatmentsystem[A]．Wastewater的排放要求也随之提高。目前国际上针对性地研究TreatmentTechnologiesforShips[c]．Oldenburg：EuleandPartnersInternationalConsultingSPRI，1998．160—181．工作也集中在如何提高装置处理效率并保证处理效[7]AngelikaKraft．Innovativewastewatertreatmentonshipswith果，处理工艺的研究方向是岸上水处理中比较成熟theWABAGmembranebio-reactorsystem[A]．Wastewater且有良好应用前景的膜生物法，以及体积小、操作灵TreatmentTechnologiesforShips[c]．Oldenburg：Euleand活、管理简便的物理化学及电化学法。如何能针对PartnersInternationalConsultingSPRL，1998．424—433．船舶生活污水特性，将这些方法应用于船舶污水处[8]UlrichBruess，MartinBrockmann，Thememrodprojectad—理装置中，是研究的重点和难点。vancedwastewatertreatment[A]．FreshWaterProductionandWasteWaterTreatmentTechnologiesforShipsandIslands4结语[C]．Genoa：EuleandPartnersInternationalConsultingSPRL，2000．236—253．通过对船舶生活污水特性的分析及处理技术研[9]AlanSmith．Theoptimisationofmembranebioreactortechnolo—究进展的探讨，本研究认为：gyforuseinthetreatmentofmarinewastewater[A]．Ballast(1)船舶生活污水的产生和排放通常是不稳定Water，WasteWaterandSewageTreatmentonShipsandin的，时变化系数较大，为准确地进行处理设施的设计Ports[C]．Bremerhaven：EuleandPartnersInternationalCon—suitingSPRI，2001．375—386．和选型，对船舶污水量的产生及排放规律和水力特[1O]LexVanDijk．Longtermexperiencesandnewdevelopments征进行实船调查和研究是十分必要的。inwastewatertreatmentaboardofshipswithmembranebiore—(2)船舶生活污水不同于城市污水，船舶卫生系actortechnology[A]．BallastWaterandWasteWaterTreat—统排泄周期比较短，排放的污水比城市排水系统更mentAboardShipsandinPorts[C]．Bremerhaven：Euleand为新鲜(分中国城镇水网解较少)，因此污染负荷较高。而不同船PartnersInternationalConsultingSPRL，2003．582—615．[11]DavidHil1．Marinesewagetreatment—electrolytictreatmentof舶构造及排水系统布设，所排放的生活污水水量及blackandgreywater：assessmentandenhancement[A]．Bal—水质是不同的。www.chinacitywater.orglastWaterandWasteWaterTreatmentAboardShipsandin(3)船舶生活污水处理装置不同于岸上处理设Ports[C]．Bremen：EuleandPartnersInternationalConsult—施，受舱容、船型、运动等船舶环境因素影响，具有自ingSPRL，2004．599—609．己的特点。[12]郁敏奇．中国船舶生活污水处理技术发展概况[J]．机电设备，1997，(3)：24—26．(4)国外针对船舶生活污水的处理已开展了较为系统的研究，国内的相关研究较少，应引起政府部[责任编辑任晶钰]门及科研机构的重视。'