船舶黑、灰水处理及中水回用

2012-10-08黄红梅黄国卫

江苏船舶 2012年2期

金星，黄红梅，黄国卫

(江苏南极机械有限责任公司，江苏泰兴225400)

0 引言

随着人们对海洋环境保护力度的不断加强，三亚亚龙湾、阿拉斯加海域、波罗的海等特殊港口和海域已不单单要求将黑水进行处理，达到国际海事组织(IMO)所属机构海洋环境保护委员会(MEPC)制定的MEPC．159(55)决议排放标准(五日生化需氧量BOD5不大于25 mg/L、化学需氧量COD不大于125 mg/L，总悬浮固体 TSS不大于35 mg/L，PH值为6～8．5，大肠菌不大于100个/100 mL，余氯不大于0．5 mg/L)，对灰水也提出了限制排放要求，更为严格的是不能排放未处理过的排放水。为此，必须针对这些特殊要求，研制、开发船用黑、灰水处理及中水回用系统，对全船黑、灰水进行深度处理，使排放水质达到《GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市杂用水水质》标准。达到标准的排放水可再循环使用，尽量减少污水的排放。

1 工艺论证

1．1 黑水处理工艺

黑水包括:⑴任何形式的厕所、小便池的排出物和其他废弃物;⑵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;⑶装有活的动物处所排出的废水;⑷混有上述排出物的其他废水。

船用条件下的黑水重力收集方式有机浓度约为500 mg/L，真空收集方式有机浓度约为3 500 mg/L，它具有有机浓度高，可生化性好等特点。为减少船上污泥排放量，达到彻底消解污染物质的目的，采用活性污泥生化处理工艺成为必然的选择。纵观所有的生化法工艺，SBR(序批式处理工艺)具有污泥浓度高，污泥流失少，脱氮-除磷能力强，省去了沉淀柜可节约空间等优点，特别适合于船用条件。

船上与陆上相比，同样存在短时间内的高峰负荷问题，IMO规范也有相关规定，设计时需考虑3倍的负荷量。针对此要求，必须设置1个缓冲柜，用以调节水量，削峰填谷，为后续的SBR创造稳定的运行条件。

任何工艺都有其处理的极限，生化法也同样如此。有机负荷的去除率为90%，排放水的BOD5、COD达不到MEPC．159(55)决议中的要求，必须增加新的处理方法。陆上已成功运行的膜生物反应器MBR处理工艺为船上的排放水达到较高要求提供了很好的借鉴。针对船用条件，本方案对超滤MBR工艺进行了如下配选:

(1)在陆上，膜的布置可分为“内置膜”和“外置膜”，且以前者为多。而在船上，使用“外置膜”相对比较容易“在线”清洗和更换。

(2)采用压缩空气、压力冲洗、化学药品浸泡3种清洗方式，可以延长膜的使用寿命。

(3)SBR工艺过程的沉淀期不受外界水流的影响，沉淀后的上清液含固体杂质少，进入外置膜后可减少膜的污染。

MEPC．159(55)决议中对含氯量有了明确的规定，不大于0．5 mg/L。若仍采用余氯进行消毒，加入的量比较难以控制，还会产生二次污染，必须寻求其他替代消毒方式。借鉴陆上成熟的经验，臭氧和紫外线成为最佳的选择。

通过上述论证，采用调节柜调节水量+SBR+膜生物反应器MBR+臭氧或紫外线消毒的处理工艺较为可行。

1．2 灰水处理工艺

灰水主要包括:⑴厨房灰水;⑵洗浴灰水;⑶洗衣灰水。

MEPC．159(55)决议中对灰水有了明确的定义，包括厨房灰水、洗涤灰水、洗浴灰水，有机负荷浓度大于150 mg/L，其他指标也同样远远超过了MEPC．159(55)决议中的要求。要使之得到充分分解与处理，生化法处理工艺成为最佳的选择方案。可将灰水加入黑水中一并进行处理，参与生化，膜分离，消毒处理。但3种灰水的组成较为复杂，必须进行如下相应的预处理，为后续处理创造较好的条件。

1．2．1 厨房灰水

此灰水排出时含有大量的动、植物油脂，固体残渣等物质，如直接进入生化处理系统，将会影响正常的生化处理过程，产生不良后果。

1．2．1．1 动、植物油脂

食用油中绝大部分是长链脂肪酸，碳的分子链长达12个以上，要想通过常规的活性污泥分解成二氧化碳，需要停留的时间很长。而消解污水中的有机污染物停留时间只需几个小时，这就需将反应柜的体积增加。在陆上完全可以通过增大反应池达到要求，而船上空间受到限制，增加体积较为困难。

大量油脂直接进入生化反应系统后，活性污泥会吸附油脂，阻碍活性污泥进行有氧呼吸，破坏正常的好氧反应，不利于活性污泥的繁殖，降低对有机污染物的消解能力;好氧反应降低后，厌氧与兼氧反应增加，丝状菌会大量繁殖，引起污泥膨胀和产生大量浮渣;吸附油脂后的活性污泥沉降性能将会降低，加快外置膜的污染，同时不能分解后的油脂会进入膜组，吸附在膜丝的表面，加快膜的污染，增大膜的清洗难度。

1．2．1．2 固体残渣

厨房灰水中的固体残渣多数是残根剩渍，可生化性能好，有机浓度高，如直接进入生化系统内，将会增加消解负担，特别是在船上一定空间的生化反应器内，要分解除黑、灰水以外的有机负荷将会非常困难。

1．2．1．3 预处理措施

(1)厨房灰水:设置带有加热器的撇油器，对厨房灰水进行油、水分离，分离后的油脂送入焚烧炉处理，排放水流入生化处理系统。

(2)固体残渣:设置厨房垃圾泔脚消化器，将粉碎、沥干的残渣进行生物分解，烘干后打包，送入焚烧炉处理或打包至岸上处理，有效降低垃圾容积。

1．2．2 洗浴、洗衣灰水

此类灰水所含的污染物主要有人体皮肤分泌物、毛发、污垢、合成洗涤剂和香料以及细菌、真菌、大肠杆菌，棉纤维、毛革纤维等，含磷较高，浊度达到几十NTU甚至超过100 NTU，但色度不高，嗅味为强烈的洗浴用品的芳香，BOD约为100 mg/L，COD约为400 mg/L。可通过生化法、消毒措施消解有机物与杀灭细菌，同时SBR具有好氧和厌氧阶段，可生物固磷，在排放污泥时一同排出，达到除磷的目的。毛发和纤维等不能分解，需通过过滤器加以去除，防止进入后续处理后缠绕膜丝。

1．3 中水处理工艺

中水主要包括:污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的水。经前期处理后的排放水虽已达到IMO MEPC．159(55)决议标准，绝大部分悬浮固体和有机物去除了，但还残留着微量的悬浮固体和溶解性有机物，达不到中水回用的标准。残留的悬浮物，难降解的有机物、氮和磷等营养盐、溶解性无机盐以及细菌、病毒等深度处理技术目前有:混凝+沉淀+过滤、活性炭吸附、膜过滤等，比较如下:

(1)混凝+沉淀+过滤:此工艺需设置较大体积的搅拌柜，并向柜内加入适量的絮凝剂，经搅拌、沉淀、过滤后提取清液。在处理过程中，药剂的添加量、沉淀时间较难控制，沉淀后的物质较难处理，不适合船用条件。

(2)活性炭吸附:此工艺利用活性炭巨大的表面积、较细的孔隙和表面化学特性吸附污染物质，已在陆用污水处理工程中大量应用。但其受到PH值、温度、污水特性、接触时间的影响，较难控制，且需储备、使用大量的活性炭，如需循环利用，还要再生，不适合船用条件。

(3)膜过滤:此工艺利用膜的孔隙来分离污水中的污染物质，已在陆用工程中成熟运用。其占地面积小，适用于船用条件。

由于污水经前期超滤处理后已达到较高的标准，可采用纳滤膜处理工艺，经膜分离后的浓缩液回流至装置缓冲柜内进行循环处理，清洁水排出后贮存在中水舱内，加入适量的余氯以便长久保存，水质指标可达到杂用水标准。

由于纳滤能截留70%的盐分，装置在连续循环处理过程中势必会使盐度升高，系统需具有自动排盐过程，平衡装置内盐度。为了增强系统的安全性，在排放水出口设置了多项在线检测仪器，出水不合格时自动回流循环处理。

2 系统流程

黑、灰水处理工艺流程图如图1所示。系统由撇油器、泔脚消化器、毛发过滤器、黑灰水处理装置等组成。灰水经相应的预处理后与黑水一起进入黑灰水处理装置内进行生化、膜分离、消毒处理，排放水达到MEPC．159(55)决议要求后可直接排放至舷外，或进入贮水柜后进过纳滤中水处理系统;处理后由在线检测仪对排放水进行检测，达到杂用水标准后贮存在船上中水舱内。若不达标，返送循环处理。