MBR在舰船生活污水处理上的应用

毛为民，宋金明，江惠明

（1. 浙江凯灵船厂监修室，浙江 舟山 316000；2. 湖北工业大学 工程实训中心，湖北 武昌430068）

MBR在舰船生活污水处理上的应用

毛为民1，宋金明1，江惠明2

（1. 浙江凯灵船厂监修室，浙江 舟山 316000；2. 湖北工业大学 工程实训中心，湖北 武昌430068）

对生活污水的有效处理已经成为舰船亟待解决的问题。本文对膜生物反应器技术的原理、结构和特点进行了分析。通过一个舰船生活污水处理系统加改装修理的实例，说明了膜生物反应器技术具备广阔的应用前景。

生活污水；污水处理系统；膜生物反应器

0 引言

MBR是Membrane Bio-Reactor（膜生物反应器）的英文缩写，是一种由生物处理单元和膜分离单元相结合的高效污水处理技术。随着海洋资源开发和航运事业的蓬勃发展，海洋环境污染问题日益凸显；舰船生活污水的排放对海洋环境的影响，随着舰船数量的增加而不容忽视。世界各国对海洋保护特别是对领海的保护意识加强，要求舰船对生活污水进行更加有效的处理，以满足国际海洋防污染公约和地方性法规的要求[1]。海军舰船搭乘人员多，舰员长期生活在船上，与普通民船相比，产生的生活废水数量要大得多。美、英、法、日等国家的海军舰船基本上都能对生活污水进行无害化处理。由于受技术、管理等诸方面的限制，目前，我国海军大多数舰船的污水处理装置存在设备容积不够、操作维修不方便、处理效果不是很稳定等问题，很难保证正常运行。舰船到某些国家水域航行和港口靠泊，也常常因为污水处理和排放引起纠纷。因此，在海军舰船上装备先进的污水处理装置，不仅对海洋环境保护有重要意义，也对维护海军形象起到重要作用。

1 膜生物反应器(MBR)技术

舰船生活污水一般划分为“黑水”(厕所排水)和“灰水”(厨房、淋浴室、住舱洗衣排放污水等)，最早采用的生活污水处理方式主要有两种：收集贮存式和处理排放式。收集贮存式是将含粪尿的厕所冲洗水收集贮贮存在专设的粪便舱柜，靠码头后集中排放到岸上的接收装置，或者待航行到非限制海域时排放。这种处理方式装置简单，造价低，但是需要很大的贮存舱柜的容量，特别是长期航行或停泊在禁止排放海域的舰船，更是如此。同时当粪尿需要长期贮存时，还必须使用化学药品杀菌、消毒剂除臭。处理排放式主要指舰船产生的生活污水，经过一定的技术处理手段后，满足IMO规定及排放区域相关的法律法规要求后，排入水环境的处理方式，处理技术手段主要有物化法、电化学法和生化法。

随着 IMO MEPC.159(55)决议的新标准对排放标准提高及用水量增加，以前舰船污水处理装置所采用的方式已经不适合当前的发展趋势。目前最具优势的就是结合膜分离技术而形成的膜生物反应器(MBR)技术。国内针对船舶生活污水处理装置的研制较晚，但发展十分迅速。近些年国内少数公司和科研院所先后自主研制了各种生活污水处理装置，如深圳锦润实业有限公司的 MBR(JR)膜生化处理系列设备，中船重工704所研制生产的SBR & MBR污水处理系统等。

MBR一般分为两个阶段：生化处理和膜过滤。生物处理主要是利用微生物降解污水中的有机物；膜过滤是截留活性污泥，使有机物分解菌和硝化菌等增殖速度慢的微生物得以在反应器内繁殖富集[1]。MBR装置结构示意图如图1所示。

图1 MBR装置结构示意图

相比其他污水处理技术，MBR技术主要具有以下优点[2]：

1）对污染物的去除率高，抗污泥膨胀能力强，出水中没有悬浮物，出水水质好并可回用；

2）膜的机械截留作用可使生物反应器内可保持较高的污泥浓度，避免了微生物的流失，从而能有效提高体积负荷，降低污泥负荷，具有极强的抗冲击能力；

3）膜分离代替了泥水的自然沉降分离，出水水质不受舰船摇晃、振动的影响；

4）泥龄长，可进行硝化反应，污泥产量低；

5）装置结构紧凑，占用舱室空间少，全流程自动控制，操作简单，可实现无人值守。

对于舰船来说，如果采用海水冲厕，产生的黑水会携带大量的盐分，导致微生物生长环境恶化，生物处理效率大大降低，同时使MBR膜长期处于高负荷状态，导致膜堵塞严重，影响膜的使用寿命。因此，在使用 MBR处理装置的同时，一般采用中水回用的方法，用中水替代海水冲厕。舰船上的灰水用水量一般为每人每天110升，冲厕用水为每人每天70升，这使得中水回用来源充裕，完全满足回用冲厕。另外，中水含盐量不高，中水回用不仅能减少污水的排放，还可减少对管路及卫生单元的腐蚀，延长管路及卫生单元的使用维护周期，具有显著的经济效益。

2 某军用辅船生活污水处理系统加改装实例

海军某大型军用辅船原来的污水处理方式为收集贮存式，已经不适合远洋航行。于是该船在进厂中修时，对原污水处理系统进行了加改装修理，增加了基于MBR技术的污水处理装置，将污水转化为中水，用中水替代海水冲厕。

2.1 工艺流程

污水处理工艺流程如图 2所示。可看出，厨房、淋浴室、住舱洗衣产生的灰水和冲厕黑水，在重力作用下直接排入污水处理装置的反硝化柜。在反硝化柜内，污水中的杂物经过切割机切割粉碎，大颗粒悬浮固体物质粉碎细化后，由污水泵抽入到好氧生化柜内。在鼓风机充氧的条件下，利用生化柜内的微生物分解污水中的有机污染物，变成无害的二氧化碳和水，同时好氧菌得到繁殖，有机物得到进一步消解。再利用中空纤维膜的选择透过性实现泥水分离，使得好氧生化柜中的微生物生物富集，提高生物处理效率，生物处理后的污水经膜分离后得到洁净的中水，经过紫外消毒后排入中水水箱。再经中水泵在压力控制下自动向压力罐（原海水压力罐）补水，供所有舰员厕所和领导房间独立马桶冲水。

图2 MBR污水处理流程

表1 所增加部分管路列表

2.2 加改装措施

1）管路的设计

原冲厕水管道不变，增加部分管路如表1所示。

2）厕所改造

将现有厕所沟槽式大便器改造为陶瓷或不锈钢蹲式大便器，小便槽改为陶瓷或不锈钢小便器。冲厕水管道不变，冲厕水由海水改为中水，供所有舰员厕所和领导房间的马桶冲厕用水，延时阀控冲洗水量。

3）污水处理装置

MBR污水处理装置采用全封闭密封结构，并有强排风模式设计，不会产生臭味，也不会因为船体发生大角度倾斜或摇摆影响设备的正常运行。在好氧生化柜中投加菌种，只需投加少许营养盐，就能维持设备内活性菌种的生存。膜组件选用耐药性强和高强度的中空纤维微滤膜，能获得高品质产水。

4）先进消毒装置

对出水大肠杆菌等细菌、病菌进行杀灭消毒，确保回用水安全和排水卫生达标，采用无二次污染的紫外消毒装置。

5）回用装置

污水处理装置所产生的中水进入到中水箱，中水供水系统与海水冲厕系统连接(海水系统保留，可作为应急和备用水源)，多余水排舷外或岸边污水井。

6）监控系统改造设计

将原有污水处理设备的电控柜进行改造。监控系统采用PLC + 触摸屏的方式，系统界面如图3所示。通过触摸屏可直观地了解整个工艺系统的状况及单元设备的运行状态，可随时轻松完成对系统的控制方式选择及工艺参数进行修改与调整。生产过程中出现故障时，可及时发出语音和声光报警，同时画面闪烁显示，并可记录、查询、打印。关键的工艺参数如液位、流量均可进行历史趋势和实时趋势的显示和记录，以便进行运行分析及故障分析，准确掌握设备运行情况。

2.3 效果评估

在舰员搬家回船居住并启用生活污水处理系统一个月后，从该船生活污水处理装置的进水和出水处提取样品，送至具有资质的专业试验检测机构进行检测。检测方法依据 GB/T6920、 GB/T11901-1989、GB/T 11914-1989、GB/T 5750.11-2006、HJ 505-2009，《水和废水监测分析方法》，检测结果如表2所示。由检测数据可看出，出水水质符合并高于国际海协会IMOMEPC.159(55)的排放标准要求，该船生活污水系统的加改装修理达到了预期效果。

图3 监控系统界面

表2 进水和出水检测结果

3 总结

1）海军要走向深海，走向远海，对污水处理必须达到“国际防污染公约”的标准，在舰船上配备先进的污水处理装置很有必要。

2）MBR技术能够高效处理舰船生活污水，所产生的中水回用冲厕，不仅能减少污水的排放，将来还可减少对管路及卫生单元的腐蚀，延长管路及卫生单元的使用维护周期，该技术在舰船上的应用具备广阔的前景。

[1] 郭静斐, 关江. MBR工艺处理船舶生活污水的适用性分析[J]. 沈阳大学学报:自然科学版,2007,19(2): 83-86.

[2] 赵国莲, 苏永慧. 膜生物反应器在小区中水回用中的应用[J]. 科技信息, 2007 (24):54 -54.

[3] 吴昊, 欧阳峰. 中水回用 MBR工艺的研究[J]. 污染防治技术, 2008, 21(4): 48 -50.

Application of MBR on Warship Sewage Treatment

MAO Wei-min1, SONG Jin-ming1, JIANG Hui-ming2
(1.Zhejiang Kailing Shipyard, Zhoushan 316000, China; 2. Training Center，Hubei University of Technology,Wuchang 430068, China)

The effective treatment of warships sewage has become a problem requiring urgent to be solved. In this paper, the principle, structure and character of MBR technology are introduced. Through the analysis of a case on sewage treatment system refit, the results show that MBR technology has vast development prospect.

sewage; sewage treatment system; MBR(Membrane Bio-Reactor)

X703.1

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.01.014

毛为民（1972-），男，工学博士，轮机专业。研究方向：船舶维修。