船舶含油污水处理及系统优化研究

朱发新，温小飞，卢金树，王伟军，袁 强，张志斌

（浙江海洋学院海运学院，浙江舟山 316004）

船舶含油污水主要包括船舶正常操作过程中产生的含油压载水、含油洗舱水和机舱水，具体为燃料、油类、液压油、清洁剂和含水膜、发泡剂、油漆和溶剂等[1-5]。

为控制船舶污水对水域的污染，国际海事组织首先在立法上采取了一系列措施。从1954年起，多次制定和修改防止船舶造成海洋污染的公约、规则、协议和建议等。20世纪70年代颁布了《MARPOL73/78公约》。1992年，国际海事组织通过了MEPC.60（33）决议及其批准的《船舶机舱舱底水防污染设备导则和技术条件》。2003年，更高标准的MEPC.107（49）决议通过，从2005年开始正式实施。目前油污水的排放指标仍为小于15 mg/L，但部分国家已提出了小于5 mg/L的新要求。2012年，STCW公约马尼拉修正案的实施，含油污水的排放限制将更严格，排放标准更高[2-6]。

1 船舶含油污水处理方法及装置

船舶上含油污水的处理方法一般有两种，具体如下：

一是船上集中存储，再排向接收船，或排向港口码头接受设备[3]。

二是船上集中存储，利用含油污水处理装置进行油和水的分离，分离后含油量小于15 mg/L的污水直接排出舷外，分离出来的油则排入污油舱，最后经过船舶焚烧炉处理。

1.1 船舶含油污水处理方法

目前，船舶油污水处理的目的是将污水中的污油杂物分离出来。其处理特点是通过各种方式将油从水中分离出来，但不改变油的化学性质。处理的方法很多，归纳如下：

1）物理方法：重力分离法、浮选分离法、过滤分离法、吸附分离法、超滤法及反渗透法等；

2）化学方法：凝聚法、电凝聚法等；

3）生物处理方法：活性污泥法、生物滤池法等。

上浮油、分散油可以采用重力法、离心法和过滤法分离，乳化油采用加压、溶气气浮法，化学凝聚法、吸附法、超滤法及粗粒化法进行分离。

由于船舶条件所限，目前在船用油水分离器中采用最多的方法就是物理分离法，而物理分离法中又以重力分离、聚结分离、过滤分离和吸附分离为主。

1.2 油水分离装置

我国的油水分离装置（或油水分离器）大多数是根据Stocks公式为基本工作原理，利用燃油、滑油与水及其他杂质(铁锈、漆皮等)的密度差对油水进行重力分离,代表装置为获得国际金奖的YSCZ型油污水分离装置[1]。

近年来，为满足新决议的要求，国内开发了许多新型油水分离装置，这些装置在原处理系统的后阶段加装了深化处理工艺，深化处理工艺主要是膜分离技术，这些新型油水分离装置可以完全代替YSCZ型油污水分离装置，并能满足MEPC.107（49）决议要求[7]。

2 目前含油污水处理工作中存在的问题

2.1 油水分离器工作负荷过高

舱底水中的含油量通常为7 000～10 000 mg/L，有时更高达50 000 mg/L；油舱的压载水含油量一般为3 000 mg/L，洗舱水的含油量一般为10 000～15 000 pmg/L，可见船舶舱底水、压载水、洗舱水中的污油含量相当可观，并且含油污水总量也非常多。据统计，普通船舶每年产生的含油污水相当于其船舶总吨位的30%左右[8]。

按照MARPOL73/78公约，含油污水都必须要经过油水分离器来处理，造成油水分离器工作负荷过高，导致油水分离器容易出现故障及维护保养工作量过多。

2.2 油水分离器的维护保养工作量过多

在操作油水分离器前，轮机员应仔细阅读其使用说明书，了解其工作原理、运行及维护保养要求。正常的维护保养工作包括如下：

1）起动前的管理 首次使用或清洗后投入使用时应先注满清水，以利于洗掉可能粘附的油污和杂质，避免含油污水对分离器的污染。注水时，应打开顶部的放空气阀、上排污阀和高位检验旋塞，以驱逐分离器中的空气，直至水从这些阀中流出时将其关闭并停止注水。

起动污水泵前应先打开舷外排出阀，检查自动排油装置和应急操纵手轮是否处于正常位置。如有气动装置，应接通气源。

2）运行中的管理 运行中要注意及时排油、加热温度和定期清洗等问题，特别注意避免油水分离器超负荷。如果供水量过大，或排油装置失控，积油过多，都会降低分离效果，造成污油污染分离器内壁。

为保证分离效果，根据气候条件和污水中油种的不同，采用加热的方法提高分离效果，加热的压力和温度都有一定要求，以加速油滴上浮和粘附内壁上的污油脱落。设有电加热器，应该注意其温度，防止过热造成故障。

运行中要定期排放集油室中的空气，防止自动排油装置因存气太多而失灵，并注意调整出水管路上阀的开度，保持分离器内具有一定压力，以利于集油室内污油的排出。

长期使用或内壁严重污染后，应进行冲洗。冲洗时先排出积油，灌入洗涤剂，打开加热器的蒸汽进出口阀，用蒸汽加热分离器内的污水，以便去除油污，并在加热温度达到60～70℃时停止加热。待油污脱落后，开泵排污，然后重新投入工作。如清洗效果不好，停止工作后可用蒸汽直接吹洗。一般蒸汽清洗每月1次。

分离器的过滤元件或吸附材料容易堵塞，工作一段时间后要进行反向冲洗。失效时要予以更换或补充。

分离器的供水泵一般为螺杆泵或柱塞泵，不能空转，也不允许关闭排出阀运行泵。

当油水分离器工作负荷过大或船员操作不规范等原因，造成油水分离器的故障更频繁，维护保养工作将更多。

2.3 含油污水违规排放现象严重

由于油水分离器工作负荷过高及其维护保养工作量过大等原因，部分船舶则把产生的含油污水不经过油水分离器分离，而直接排向舷外，造成海洋环境污染。违规排放的规律是：白天不排夜间排，停泊不排航行排，港内不排港外排[9]。

部分船员认为油水分离器的使用很麻烦或者不会操作油水分离器，因此从不使用油水分离器。设备保持完好以备检查，水质化验达标以备签关。按规定，使用油水分离器和油类操作均要记录在《油类记录簿》中。由于无法监控具体操作，部分船舶均按规定的格式，虚假填写船舶的含油污水量和设备的相关操作。

3 船舶含油污水处理系统优化

为了降低油水分离装置的工作负荷和减小维护保养的工作量，切实提高船员油水分离工作的积极性，减小含油污水的违规排放，本文对常规的船舶含油污水处理系统进行了部分优化，增加了含油污水前期处理装置，前期处理之后的含油污水再通入油水分离器进行油和水的分离。

3.1 船舶含油污水前期处理装置

含油污水前期处理装置具体工作原理如图1所示，舱底水舱中的A为油层，B为油水混合层，C为水层。

该装置的工作原理为：打开截止阀2），合上电动机7）电源开关，泵浦4）开始工作，从舱底水舱1）中吸入污水，泵浦4）排出的污水通入到油分浓度检测报警装置，该装置中的传感器感应舱底污水的含油量，含油量小于15 mg/L时，控制箱使控制阀5）打开，控制阀6）关闭，控制阀5）打开时泵浦直接向舷外排出污水。当舱底污水含油量大于15 mg/L时，控制箱使控制阀5）关闭，控制阀6）打开，此时泵浦排出的舱底污水经过控制阀6）重新返回到舱底水舱。

该装置将含油量小于15 mg/L的污水直接排向舷外，因此可以大大减小进入油水分离器的含油污水总量，降低油水分离器的工作负荷，减轻船员油水分离方面的工作量，提高了船员油水分离工作的积极性，减小污染。

图1 船舶含油污水前期处理装置工作原理图Fig.1 Working principle of the oily water separator

图2 油分浓度报警装置传感器的工作原理图Fig.2 Working principle of the sensor in the oil content alarm plant

3.2 油分浓度检测报警装置

还船舶含油污水前期处理装置使用了油分浓度检测报警装置[10]，该报警装置传感器的工作原理如图2所示，具体零部件的名称及作用如下：

1）为红外发光二极管LS1，工作时发送特定光谱范围的红外线，用作测量光源；

2）为光电二极管PD1，当受到光照时产生光伏效应，输出与光照强度成正比的电流信号；

3）为光电三极管PT1，当基极受到不同程度的光照时，其2根引出线将不同程度的导通；

4）为热敏电阻，用于对PD1进行温度补偿；

5）为玻璃管，工作时通以工作的舱底水。

如果流过玻璃管的舱底水中含有一定浓度的油分粒子，那么由光源射进水中的光束将产生散射，且散射的强度与油分浓度成正比，这一散射光由PD1接收，并转化成相应的电信号。但是，散射光的强度并非随着油分浓度的增加而单调上升，而是在达到某个最大值后逐渐减小。因为油分浓度较大时，油分粒子阻碍了散射光的传递，从而使得浓度继续增大时，散射光反而减弱。实验表明，其良好的线性范围只在30 mg/L以内。

随着油分浓度的增加,与光源相对安装的PT1所感受到的透射光将呈指数规律减弱。其导通程度随之下降。这一特性正好弥补了散射光强非单调变化的不足。在含油量小于15 mg/L时用PD1测量油分浓度mg/L值，而在含油量大于15 mg/L时，PD1失去作用，此时利用PT1进行油污报警并将泵浦排出的舱底水重新返回到舱底水舱。

4 结论

船舶每年产生的含油污水总量非常多，使得油水分离器工作负荷过大、维护保养工作量过多等问题，导致部分船舶不使用油水分离器，直接把含油污水排向舷外。针对这个问题，本文对常规的船舶含油污水处理系统污进行优化，增加了船舶含油污水前期处理装置。经过前期处理后，进入油水分离器的含油污水量将大大降低，切实降低油水分离器工作负荷，减少船员油水分离的维护保养工作量，保护海洋环境。

[1]白韬光.船舶污水处理技术及其发展趋势[J].上海造船,2006(2)：44-45.

[2]史学本.机舱含油污水的处理和监管[J].中国水运:下半月刊,2010(10)：124-125.

[3]朱丽楠,刘 慧,任芝军,等.船舶污水处理技术的研究进展[J].中国水运:下半月刊,2010(10)：14-15.

[4]刘 源.船舶污水处理技术现状与MBR应用前景展望[J].江苏船舶,2009,26(1)：21-23.

[5]刘喜元,曾荣辉,吴国凡,等.船舶污水排放面临的问题及解决措施[J].船舶工程,2007,29(1)：73-75.

[6]刘喜元.船舶污水处理系统的技术方案[J].中国舰船研究,2006(z1)：54-56.

[7]白韬光.船舶污水处理技术及其发展趋势[J].机电设备,2007(1):26-27.

[8]梁丹亚.漫谈船舶污水的处理[J].世界海运,1995(2)：37-40.

[9]李传昌,屈 波,王学勤,等.船舶污水处理设施运行监控系统的应用[J].交通环保,2000,21（2）:28-30.

[10]林叶锦,王冬捷.OCD-1型油分浓度检测报警装置原理分析及管理维修要点[J].世界海运,1997(z1)：47-50.