1、1本科毕业论文（20 届）船舶生活污水处理装置瓶颈问题的研究所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期2内容摘要针对当前船舶采用的主要生活污水处理技术-好氧性微生物法，在实船应用过程中由于水温变化、盐度变化、负荷变化等造成的好氧性微生物群消化分解污水中的有机物能力下降，以及在恶劣天气状况下由于船舶的摇晃造成的沉淀柜内泥水分离困难，致使生活污水处理装置出水超标的瓶颈问题进行分析、研究，取得实船条件下解决问题的简易方案。并结合当前先进的超滤膜水处理技术提出一套船舶生活污水处理方案，以期解决当前船舶生活污水处理装置运行过程中碰到的瓶颈问题，满足MARPOL73/78 公约附则 IV-“防止船
2、舶生活污水污染规则”最新修改案的排放要求。关键词：船舶；污水处理装置；超滤膜3Abstract Currently, the aerobic microbiological technology is widely used in sewage treatment on ship. In actual situation, water temperature changes, salinity changes, load changes etc frequently caused the ability of aerobic microorganisms decomposing organic
3、 matter in sewage reduced. Due to the shaking on ship in evil climate make the separation of activated sludge hardly, the outlet water of sewage treatment plant do not meet standards, and obtained a simple program to solve the problem .In order to resolve these bottleneck problems, a program for sew
4、age treatment using advanced ultra-filtration membrane water treatment technology was proposed and analyzed. Satisfied the latest revision of the emission requirements of “MARPOL73/78 Convention“ Annex IV - “Regulations for the Prevention by sewage from ships“, Key words: ship; the sewage treatment
5、plant; ultra-filtration membrane 4目录0 引言 .71 船舶生活污水性质简介 .71.1 船舶生活污水的来源 .71.2 船舶生活污水的性质指标 .71.2.1 船舶生活污水物理性质指标 .71.2.2 生活污水化学指标 .81.2.3 生活污水生物学性质指标 .81.3 船舶生活污水的危害 .81.3.1 对水环境的影响 .81.3.2 对人体健康的影响 .92 公约关于防止生活污水污染的要求 .92.1 排船舶生活污水排放控制 .92.2 生活污水处理装置的排放标准 .93 当前国内船舶污水处理方法及装置主要类型 .103.1 船舶生活污水处理装置分类 .
6、103.2 船舶生活污水处理装置的处理方式 .103.3 生化处理方式简介 .103.4 当前国内船舶污水处理装置的主要类型 .114 WCB 型船舶污水处理装置实例 .114.1WCB150 型污水处理装置的性能 .124.2WCB150 型污水处理装置的工作原理 .124.3WCB150 型污水处理装置的主要设备 .144.3.1 风机 .144.3.2 粉碎泵 .154.3.3 定量泵 .154.4 生活污水处理装置操作规程 .164.4.1 初次运转的准备 .164.4.2 培养菌种 .164.4.3 正常运转 .174.4.4 污泥排放 .174.4.5 长期不用时的管理 .174.
7、4.6 加药操作 .175 生活污水处理装置运行过程中碰到的瓶颈问题及实船解决方案 .175.1 温度变化 .1855.1.1 温度变化对船舶生活污水处理装置的影响 .185.1.2 实船解决方案 .195.2 盐度变化 .205.2.1 盐度变化对污水处理装置运行的影响 .205.2.2 实船解决方案 .205.3 负荷变化 .205.3.1 负荷变化对微生物的影响 .215.3.2 实船解决方案 .215.4 船舶摇晃对装置出水的影响 .216 氯消毒存在的毒副作用 .227 超滤膜水处理技术在船舶污水处理中的应用探讨 .228 结束语 .2360 引言2007 年 2 月 2 日起MAR
8、POL73/78 公约附则 IV“防止船舶生活污水污染规则”正式对我国生效，但是由于长期以来国内对船舶生活污水处理监管的缺失，实船安装的生活污水处理装置很少按要求运营，只是流于形式。国内也很少有关船舶生活污水处理装置实船运营过程中遇到问题解决办法的经验可循。本文通过在大连海事大学教学实习船“育鲲”轮毕业实习期间对生活污水处理装置的理论学习与观察研究。就当前船舶污水处理装置运行过程中存在的瓶颈问题进行分析和研究，取得实船条件下解决问题的简易方案，并结合当前先进的超滤膜水处理技术，提出一套船舶生活污水处理方案，以期解决实船生活污水处理装置运行中存在的瓶颈问题和传统消毒工艺带来的毒副作用问题，使处理
9、过的污水满足MARPOL73/78 公约 附则 IV-“防止船舶生活污水污染规则”最新修改案的排放要求。1 船舶生活污水性质简介1.1 船舶生活污水的来源船舶生活污水是指任何形式的厨房和盥洗室等处的废水废物、厕所、小便池的排出物和其他废弃物，医务室（药房，病房等）的面盆，洗澡盆和这些处所排水孔排出物，装有活的动物的处所的排出物，或混有上述排出物的其他废水。船舶生活污水的日产量随船舶的类型、用途、新旧程度、管理水平等不同会存在一定的差别，通常远洋船舶的生活污水产量为 50200L/(人.天) 。船舶生活污水不仅含有有机物和矿物质，而且还含有大量的细菌、寄生虫，有时还含有危害人体及水生物的病毒，如
10、不经处理而将其任意排放的话，就可能造成周围水域的污染。MARPOL73/78 附则 IV-防止船舶生活污水对水域的污染规则于 2003 年 9 月 27 日起正式生效。随着航运业的 进一步发展，船舶生活污水对水域的污染也日趋严重，目前世界各国及国际海事组织已采取各种措施防止船舶生活污水对环境造成影响。1.2 船舶生活污水的性质指标船舶生活污水性质指标可分为物理性质指标、化学性质指标和生物学性质指标。1.2.1 船舶生活污水物理性质指标主要是以悬浮固体（Suspended Solids,简称 SS）量作为水质指标，其表示单位为mg/L。污水中污染物质按其颗粒大小分为可滤过物质和不可滤过物质，凡是
11、粒径小于1m 的污染物质，以溶解态或以胶体状态存在于水中，成为可滤过物质；粒径大于 1m的污染物质通常是不可滤过的物质，成为悬浮固体。测定前，通常是先将所采集的污水水样剧烈摇动，使其混合均匀，还需除去水样中漂浮着的大颗粒物质或浸没在水中的非均匀物质（如树叶、棍棒、鱼、粪块等） ，然后用一定的过滤器将水样过滤，再将剩留在滤器上7的物质于 103105烘干至质量不再变化，此时的固体的质量 G（mg）除以该水样体积V（L）即为水样中悬浮固体含量 G/V（mg/L） 。1.2.2 生活污水化学指标通常以生化需氧量和化学需氧量作为水质指标。生化需氧量（BOD）表示水中的氧化物质（特别是有机物）在微生物作
12、用下氧化分解所消耗的溶解氧的量。生化需氧量测定时，首先在污水中加入能分解有机物的微生物，再通入稀释水将其稀释。稀释水一般是经过曝气（或通入氧气）处理后的氧饱和水，有时稀释水中还加入一定量的无机营养盐和缓冲物质（磷酸盐、钙、镁和铁盐等）来保证微生物生长的需要；然后在 20的温度的条件下使有机物氧化分解，测定水中溶解氧的减少量，即为生化需氧量。但是在 20的温度条件下，使有机物基本氧化分解需要 20 天以上的时间，这在实际操作上是不方便的。目前国内外普遍规定于 201的温度条件下，以 5 天的时间作为标准进行测定。因为 5 天的时间里，大部分有机物已进行了氧化分解，测得的数值具有一定的代表性。将在
13、 201的温度条件下，5 天的时间里有机物氧化分解所消耗的溶解氧量，称为 5 天生化需氧量，即 BOD5，其单位是毫克/升（mg/L ） 。生化需氧量越大，表明水中含有的有机污染物越多。化学需氧量（COD）表示有机污染物用化学氧化剂氧化所消耗的氧量。因有机物基本上属于还原性物质，能被化学氧化剂分解，而有机物越多，消耗的氧化剂量就越多。因此，将所消耗的氧化剂量换算成氧量即可反映出有机物的含量多少。测定 COD 常用重铬酸钾做氧化剂，反应时间约为 2h，其单位是毫克/升（mg/L ） 。1.2.3 生活污水生物学性质指标通常以水中大肠杆菌群的数量作为指标。粪便中蓄除含有大肠杆菌外，还含有一部分性质
14、相同的好气性杆菌，因测定时同时被检出，所以总的生物学指标成为大肠杆菌群（主要包括埃希氏菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌属、克雷伯氏菌属等菌属的细菌） 。其测定方法是将水样稀释后，放入加有营养液的发酵管内培养，然后按发酵管变色和产气情况确定大肠杆菌的最大可能数（MPN，Most Probable Number） ，单位用每 100mL 水中的 MPN(个/100mL)来表示。1.3 船舶生活污水的危害1.3.1 对水环境的影响船舶生活污水未经处理任意排放入水，会发生一些列生化作用。水环境的自然净化过程是细菌及其他生物利用水中溶解氧将有机物分解为无机物和二氧化碳的过程。水藻吸收二氧化碳，通过光合作用使其
15、自身生长，同时放出氧气。这种自然净化过程虽然非常缓慢，但该过程仍然是一种平衡过程，而维持该平衡的决定因素是溶解氧的含量。如果大量的生活污水排入水环境中，就会造成水中溶解氧的含量降低，破坏了水环境的自然净化过程和生态平衡，改变了水环境的生态特征，造成水环境中的鱼类等动物的死亡或迁移。船舶生8活污水中的营养盐进入水环境后，当其含量达到 0.01mg/L 时，便可使藻类过度的生长和繁殖，出现富营养化，是水中溶解氧的含量降低，产生厌氧条件，使海洋动、植物群众的好气性群体被低级的厌氧群体所取代。水环境的自然净化过程的破坏再加上生活污水中悬浮固体的存在，将对海冰浴场和渔场的资源产生较严重影响。1.3.2
16、对人体健康的影响每 1m/L 未经处理的粪便污水中含有大约几百万个细菌，其中多数是致病细菌，传染多种肠道传染病。粪便污水如果不经过充分处理以杀灭致病细菌的话，它就会污染水源，并传播这类疾病，对人类的健康产生威胁。2 公约关于防止生活污水污染的要求MARPOL73/78 附则 VI-防止船舶生活污水污染规则主要包含如下：2.1 排船舶生活污水排放控制船舶可以在距最近陆地 3n mile 外，使用主管机关按照本附则规定所批准的系统，排放已经粉碎和消毒的生活污水，或在距最近陆地 12n mile 以外，排放未经粉碎和消毒的生活污水。但在任何情况下，不得将集污舱中储存的生活污水顷刻排光，而应在船舶以不
17、小于4kn 的船速在途中航行时，以适当速率排放；排放率应经主管机关根据 IMO 指定的标准予以批准；或船舶所设经批准的生活污水处理装置正在运转，该装置已由主管机关验证符合本附则所述的操作要求，并且该设备的试验结果已写入该船的“国际纺织生活污水污染证书” ；并且排出的这种废液，在其周围的水中不应产生可见的漂浮固体，也不应使水变色。如生活污水混有 MARPOL73/78 其他附则所包含的废弃物或废水时，则除应满足本负责规定外，还应符合其他附则要求。除非符合以上规定，应禁止将生活污水排放入海。生活污水排放控制不适应于下列情况：1） 从船上排放生活污水，是为了保障船舶及海上人命安全或救护海上人命所必须
18、者；2） 由于船舶或其他设备受损而排放生活污水，如果在发生损害以前和以后，已采取了一切合理的预防措施来防止排放或使其排放降至最低限度。2.2 生活污水处理装置的排放标准MEPC 于 206 年 10 月 13 日在其第 55 届会议上以 MEPC.159(55)决议的防止通过了经修订的实施生活污水处理装置排出物标准和性能试验导则 （称为新标准） ，该决议代替了 MEPC 于 1976 年 12 月 3 日在其第 6 届会议上以 MEPC.2(VI)决议通过的关于生活污水处理装置国际排放标准和性能试验导则 （称为旧标准） 。9新标准适用于 2010 年 1 月 1 日或以后安装上船的生活污水处理
19、装置，即在该日期后吊装到不论新老船舶上的船用生活污水处理装置都应满足新标准的要求。新旧标准参见表1 如下IMO 旧标准 IMO 新标准 USCG AlaskaSS(mg/L) 50 35 150 30BOD5(mg/L) 50 25 无要求 30COD(mg/L) 无要求 125 无要求 无要求大肠杆菌 Coliform（个/100mL）250 100 200 20PH 值 69 68.5 无要求 69余氯 Chlorine(mg/L) 尽可能低 0.5 无要求 10试验天数 Test days（天） 10 16 10 30表 1 船舶生活污水处理装置排放标准3 当前国内船舶污水处理方法及装置
20、主要类型3.1 船舶生活污水处理装置分类船舶生活污水处理装置如按照污水排放方式的不同可分为：无排放型生活污水处理装置和排放型生活污水处理装置。无排放型生活污水处理装置通常包括有船舶贮存方式和再循环处理方式；而对于排放型生活污水处理装置，由于国际公约和相关规定中对排放标准的要求，使得船舶生活污水必须经过相应的处理后才能按规定排放。所以，在船舶环境下必须对生活污水进行处理，通常船上采用的排放型生活污水处理方式按净化方式不同可分为生物学方法、物理化学方法、电化学方法及混合处理方法等。3.2 船舶生活污水处理装置的处理方式无排放型处理方式分为：简单贮存方式、真空收集贮存方式和再循环处理方式排放型处理方
21、式分为：生物学处理方式、物理化学处理方式、电化学处理方式、蒸发处理方式、比重差分离处理方式以及高压氧化方式岸上接收处理方式等3.3 生化处理方式简介生物化学处理方式是通过建立和保持微生物（细菌）生长的适宜条件，利用该生物群体来消化分解污水中的有机物，使之生成对环境无害的无机物二氧化碳和水，以此净化污10水的，而微生物在此过程中也得到繁殖。生化处理方式又好氧生物法和厌氧生物法两大类。好氧生物又分为活性污泥发和生物膜法两种。活性污泥法处理生活污水的工作流程图 2-1 如下污水进入曝气池，在不断通入空气的情况下，活性污泥在此消化分解有机物，离开曝气池后的混合液进入沉淀池。在沉淀池中污泥沉淀分离，而澄
22、清的水进入投有杀菌药剂的杀菌室，经杀菌后的净水排出舷外。从沉淀池中沉淀分离的污泥一部分回流到曝气池，多余的部分定期排出舷外。生物膜法中的接触氧化法是利用微生物群体附着在其他物体（填料）表面上呈膜状，让其与污水接触而使之净化的方法。生物膜法主要用来出去污水中溶解性和胶体性的有机物。厌氧处理法是在无氧条件下，借助于兼性菌及专性厌氧细菌来分解有机污染物，达到净化污水目的的一种方法。该方法分解的主要产物是甲烷为主的沼气。生化处理装置结构简单，净化效果好，药剂用量少，成本低；缺点是需要连续曝气，否则微生物就会死亡。如果装置停用时间较长，再次起动前需用至少 1 周左右的时间重新培养微生物。此外，这种装置对污水负荷的变化适应性较差，装置的体积也较大。3.4 当前国内船舶污水处理装置的主要类型当前国内船舶上装设的生活污水处理设备主要是利用好氧性微生物群，在污水氧分含量适宜的条件下消化分解污水中的有机物，生成对水体环境无害的二氧化碳和水的机理，开发生产的生物学法船用生活污水处理装置，其中应用最为广泛的是中船总公司 704 所设计生产的，江苏南极机械有限责任公司生产的，采用活性污泥与生物膜技术相结合来处理图 1
