船舶污染物处理技术现状及发展方向

罗桂山，邵晓华，陈清

（1.海军驻上海704所军事代表室，上海 200031；2.中国船舶重工集团公司第704研究所，上海 200031）

0 引言

自IMO的73/78防污染公约[1]开始实施以来，有关防止船舶造成海洋污染的专业无论在基础理论、法律法规还是在核心技术、装备技术方面均有了一定的发展，尤其是近几年，这种进步的趋势愈发明显。目前，船舶防止污染专业处于历史性转变的时刻，船舶（包括海洋工程）设计、建造的种类繁多，海洋环境保护的要求日趋提高。本文将对船舶污染物处理技术现状及发展方向作出具体阐述。

1 船舶污染物处理技术现状

防止船舶造成海洋污染的技术，是在IMO的73/78防污染公约的技术要求的基础上发展起来的，主要涉及到污水处理、舱底油污水、固体废弃物、游轮洗舱水及化学品等污染物的控制及处理。

1.1 生活污水处理技术

船舶污水处理技术涉及的公约法规是附则Ⅳ[2]，船舶污水主要是生活污水（公约定义为黑水），厨房洗涤、洗浴、洗衣废水（公约均定义为灰水）。这类污水中对海洋环境造成污染和破坏的污染物物质主要是指有机物、氨氮、磷及污水中的病菌。目前对以上生活污水进行处理的技术装置主要分为三类：

1）有机物降解处理达标排放装置

这类装置的技术基础是对生活污水中的有机污染物进行降解以后，使出水水质达到排放标准的要求。主要的处理工艺技术有生化法和物化法两种，其中生化法处理技术是世界各国的主流趋势。两种工艺技术的主要原理如下：

（1）生化法：

其中：R为不同分子链的碳氢化合物。

以上反应过程都是通过微生物的作用产生，通过生物化学反应，污水中的有机物，氨氮等污染物被降解成对环境无害的CO2、N2和H2O。

（2）物化法：

这类化学反应从等当量角度看，需要大量的氧化剂，如重力冲洗黑水COD按500mg/l～600mg/l计，完全氧化污水中的有机物需500mg/l～600mg/l O2相当的氧化剂，而且投加的氧化剂越多，氯仿和氯化有机物产生量就越多，氯仿和氯化有机物是世界公认的强致癌物质，这类物质可以通过食物链传递和富集。

处理达标型排放装置可以在3海里以内及达标有要求的海域内使用，装置的海域环保法规适航性好。

2）粉碎消毒排放装置

这类装置对生活污水进行粉碎消毒后排放，主要的处理工艺和上述的物化法处理技术相同，事实上，上述物化法达标排放装置就是在粉碎消毒排放装置的基础上升级发展的。

处理工艺技术主要是采用水泵粉碎及电解海水或直接投入消毒剂[3]。这类装置从IMO公约角度看可以在4～12海里之间及没有达标要求的海域使用。装置的海域环保法规适航性一般。

3）收集贮存排放装置

这类装置对生活污水只做收集贮存，污水出路有驳岸、接收船接收或20海里外排放等，这类装置的海域环保法规适航性比较差[4]。

1.2 舱底油污水处理技术

舱底油污水处理技术主要围绕乳化液处理技术而发展，MEPC.60（33）决议案[5]中对装置的性能要求只提出了在投加了快速分离表面活性剂后，装置分油效率依然能达到10ppm以下的技术要求。MEPC.107（49）决议案[6]和MEPC.60（33）决议案的技术要求的主要差异在于舱底油污水型式试验的含油乳化液的定义作比较明确的和可量化的定义，这样一种乳化液是难以通过重力分油达标的。有必要在重力分油的基础上组合吸附或过滤工艺才能达到MEPC.107（49）的要求。

目前国内外采用的技术主要有两类：

1）采用“重力分油+滤器”装置。这类装置体积小，运行维护方便，滤器需定期更换。

2）采用“膜过滤”技术装置。装置通过超滤膜的过滤作用，将油污水中的油份拦截在膜的一侧，出水可以达标，但这类装置体积比较大，膜组件的日常维护保养比较繁杂。此外，工艺中产生的一定量的浓缩液需贮存，膜在一定年限内也需更换。

目前市场上采用比较多的是采用“重力分油+滤器”的技术形式的舱底油污水分离装置。

1.3 固体废弃物处理技术

由于船舶贮存在舱容、防腐败及排放方面受相关公约规范[7]的要求，所以船舶固体废弃物的处理在船舶防污染管理中占有很重要的位置。船舶固体废弃物处理的技术有以下三类：

1）焚烧处理。船舶产生的固体废弃物中的可焚烧的固体垃圾，如纸质废弃物、废木料等可以通过焚烧炉焚烧处理。焚烧技术的发展跟环保要求的提高及焚烧对象的全面化有关。首先是焚烧炉的尾气，公约提出了新的技术要求（MEPC.76（40）决议案[8]），对尾气中的一氧化碳和氧的含量有了限制要求，所以对焚烧炉的焚烧工艺提出了新的技术要求，温度控制及氧量控制是目前焚烧炉需解决的技术问题，两级焚烧应该是焚烧炉的技术发展趋势。其次，焚烧对象不仅仅限于固体废弃物，还应包括船舶产生的废油、废渣，污泥等废弃物。最后，随着焚烧炉作为全船污染控制的一个环节，和各防污染系统的有机结合技术，自动运行控制技术都需突破。

2）压缩打包贮存。这类装置主要需解决的问题是小型化，操作简便化。

3）粉碎排放。这类装置需解决的问题是提高装置的可靠性及清洗维护简便化。

2 船舶污染物处理技术的发展方向

2.1 要求牵引及技术推动

要求牵引及新理念、新技术推动历来是装备发展的两大永恒的动力，所以要探讨船舶污染物处理技术的发展方向问题，离不开船舶实际需求及新理念、新技术的推动。

1）船舶的环保需求

船舶防止造成海洋污染涉及的面越来越广，每个面的技术标准也越来越高。就涉及的面来讲，目前的船舶污染物处理控制已经涉及到全船的许多层面，单从污染物控制角度看，就涉及到有机物、固体垃圾、污油、有害生物、病菌、大气污染物、富营养化物质（会引起赤潮）控制等许多方面。就涉及的技术标准来讲，同样也是很复杂，如达标排放技术要求越来越严格的同时还面临局部海域零排放的技术要求。以上这些要求，均对船舶污染物处理技术提出更高更新的技术要求。

2）新技术推动

单就生活污水处理技术的发展而言，目前比较成熟的是以膜生物反应器为主体处理工艺的MBR型污水处理技术及装置，其处理水质已经基本接近中水回用的水质标准，所以MBR型污水处理技术及装置的发展为船舶水循环回用的应用奠定了重要的技术基础和装备保障条件。表1为MBR型污水处理装置出水指标（处理生活污水、厨房灰水）及中水指标的对比分析结果。

由表1可知：MBR型污水处理装置在各项主要指标上已基本满足中水回用的要求，中水回用所需的消毒技术装备及水质监控技术装备国内均有成熟产品。

表1 达标排放标准、中水回用标准和MBR装置出水水质对照表

2.2 船舶污染物控制的发展趋势

1）全船系统综合集成技术

全船污染物的控制涉及水、固、气、渣等许多方面，在一个技术装置上同时解决这些问题技术难度比较大，且没有必要。如厨房垃圾处理就会涉及固体、渣和废液，如果在单个厨房垃圾处理装置中解决这些问题不太现实，这就需全船防污染技术系统综合集合，厨房垃圾产生的废液可以由污水处理装置接收处理，废渣可以由焚烧炉接收处理。再比如，舱底油污水分离出来的废油可以由焚烧炉焚烧处理，同时也可以作焚烧炉的能源补充。事实上，仔细分析的话，每个防污染设备都需要一个综合性的防污染系统作支撑，这样才能做到技术装置合理使用，效能达到最大化。

所以从全船系统综合集成的角度去考虑我们的船舶污染物控制问题，许多问题会迎刃而解。

2）污染物源头控制

污染物源头控制减少污染物产生及废弃物变废为宝、资源化利用是循环经济的精髓，就船舶污染物处理技术而言，引入这种理念及相关技术很有必要。

首先对全船污染物产生的减量化应该有一个技术评估及可行性评估。同时，这样一份技术评估还需和污染产生以后的再作处理做一个综合效能评估。如：餐饮生活保障方面产生的各类水、固、渣的污染物占了全船污染物的相当比例。通过管理、保障、餐饮器具等方面的综合改进，大大减少餐饮保障方面的污染物，同时也为污水处理、厨房垃圾处理的设备大大减轻负荷。

3）资源化利用变废为宝

变废为宝资源化利用，需要一个全新的角度去看这一问题，目前采取了水循环回用技术。水循环回用是在现有污水处理的基础上，进一步提高水质标准，使部分水质在船舶系统内部作循环使用。假如按循环率达到80%计，那么就是设置收集舱，舱也只需原来的20%左右。水循环回用已应用于实船，由708所设计的某试验船，在污水处理系统中首次采用了中水回用技术[11]。该试验船船上污水包括厕所排出的生活污水（黑水）、厨房排出的厨房灰水以及淋浴排放的洗涤灰水，上述污水需要进行收集处理，处理后的水达到生活杂用水水质标准后，进入中水回用系统，用于冲洗厕所、冲洗甲板。以上技术途径，在处理技术、管理技术层面是可以做到的。

3 结论

本文所述的某些技术观点需要一套新的标准体来规范与指导，标准大国是造船大国的重要体现，在防污染标准规范方面，我们可以领先一步，去引领国内、国标标准的发展。此外，环保处理技术的发展需从以下两方面考虑：一是环保技术是应环保需求而存在的技术及装置，如果我们的技术发展老是停留在低要求层面上，在现有法规中寻找要求低的条款去执行，那么我国的船舶防污染技术永远冲不出设计理念滞后的局面，在用船舶总不能满足现行标准和法规，我国的环保技术产品落后于西方国家产品；二是某一环保技术的选用需从全船系统互为支撑的角度去提高某一环保技术装置的技术性能。因此，应实际需求的影响，污染物处理技术呈如下发展态势：

1）防污染系统和装置趋向系统综合集成；

2）减少污染物产生资源，综合利用技术日益重要；

3）污染物处理技术趋向真正绿色环保理念；

4）技术标准日趋严格，趋向于水质回用标准，趋向于水质污染物“零排放”；

5）基础标准，行业标准以及特定规范需重新修订。

[1]IMO.73/78 防污染公约[S].

[2]IMO.防污公约附则Ⅳ[S].

[3]Optimized Environmental Technologies for Cruise and Ferry Vessels[M].2000.

[4]IMO.未经处理的生活污水排放率标准建议案[S].

[5]IMO.舱底油水分离设备指南和技术条件[S].

[6]IMO.经修订的船舶机器处所舱底水防污染设备指南和技术条件[S].

[7]IMO.防止船舶垃圾污染规则[S].

[8]IMO.船用焚烧炉的标准和技术条件[S].

[9]IMO.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[S].

[10]GB/T 18920-2002,城市污水再生利用城市杂用水水质[S].

[11]吴立斌 ,钟涛 .中水系统在船舶上的应用 [J].机电设备,2011(04).