船舶生活污水处理系统存在的深层次缺陷

贾建雄

(中国船级社 浙江分社,浙江 宁波 315010)



船舶生活污水处理系统存在的深层次缺陷

贾建雄

(中国船级社 浙江分社,浙江 宁波 315010)

针对船舶某类型生活污水处理系统存在的深层次缺陷，结合典型实例，通过设计原理分析和实验论证该系统不满足MARPOL的本质要求，提出解决方案，列举生活污水处理装置在港口国监督和船舶检验过程中发现的典型缺陷。希望引起船舶及设备制造、检验、经营等各相关方的重视。

船舶；生活污水；系统；缺陷；装置

近年来，环境保护越来越受重视，越来越多的港区、港口、和锚泊区采取生活污水零排放禁令，越来越多的船舶设置了生活污水存储舱，主要分为两类:一类是满足公约要求的集污舱，用于收集未经处理的污水；另一类是存储舱(包括兼作舱和用于临时存储达标水的压载舱临)，用于收集经装置处理后的达标污水，存储舱设有直接的排放管系，待船舶驶离禁排港后直接排出舷外(指12 n mile内)，审图中心批准这样的设计；排放管理程序也明确采取直接排放的方式。但是，经存储后排出的污水一项或多项指标(见MEPC.159(55)[1])超标，违反了公约的本质要求。因此，针对这一未被注意到的深层次缺陷，提醒船舶管路设计及审图相关方给予重视。

1 某生活污水处理系统设计举例

1.1 某生活污水处理系统工作原理简述

图1为生活污水处理系统(以下简称处理系统)，包含生活污水处理装置(以下简称处理装置)和生活污水存储舱。生活污水存储舱是基于在零排放港区或泊位禁止排放的一种特殊使用状况而设计的，其临时存储经装置处理的达标生活污水(以下简称污水)。根据批准图纸，对照MARPOL[2]公约附则IV(以下简称附则IV)第9条，该船处理系统是采用处理装置单一形式，不包含所定义的集污舱。集污舱的作用是用于收集和排放未经处理的污水，而该存储舱与集污舱不同。

1.2 此设计的优点

该系统采用了处理装置加存储舱的形式，即达标水可以根据航区或港区情况，选择直接排外或暂时排入存储舱。存储舱加大了存储体积，减少了船舶在禁排区购买一次性卫生设备的成本。

此外，若采用集污舱而非存储舱，应考虑管理措施：12 n mile以内禁止排放。即使12 n mile以外，排放过程也要严格按照MEPC.157(55)决议制定的《未经处理的生活污水排放速率计算书》进行。决议允许的最大排放速率为

DRmax=0.009 26VDB

式中：V、D、B分别为平均速度、吃水和船宽。

排放操作需要受到航行状况、海况、配载等多重因素影响，操作过程需要多部门联合协作，需要配备变量泵或需要专人密切监督、计算和测量。随着各港口国组织的重视，未按照此计算书排放而被判定船舶管理体系运行存在缺陷，并且因超标排放而受到惩罚的船舶越来越多。而标题系统不存在这个问题[3]。

2 存在的缺陷

2.1 各指标的动态变化性

决议规定的5项指标是基于决议规定的试验条件和试验方式下测量的，污水一经排出至存储舱后，便处于不同于在处理装置内时的“受约束”状态。此时，各项指标将随着温度、氧气体积浓度等发生变化，尤其是嗜热大肠杆菌。将驳入存储舱1 h后的污水在不同环境温度下抽样检测，5项指标均发生不同程度的变化，尤其是大肠杆菌发生巨大变化,见表1。

图1 某生活污水处理系统工作原理示意

表1 不同环境温度下的各指标差异

大肠杆菌的生长繁殖速度很快，1个菌体在第n次繁殖后，总数N=2n。在适宜的条件下，每隔15～30 min(约17 min)就繁殖一代。经处理的污水，在存储舱内随着储存期限的增加其各项指标会发生显著变化，尤其是大肠杆菌指标极容易超出公约标准[4]。

关于排出泵的设置，有的设在紫外线装置的后部，有的设在其前部。经处理的污水，再仅经过紫外线这一道处理程序，均不能达到决议中的相关要求。

2.2 系统的管路设计

系统的设计图(见图1)显示，存储舱内的污水排出管是“接至生活污水排出泵进口”，即利用生活污水处理装置的排出泵将存储舱内的污水直接排出舷外[5]。

2.3 操作规程、泵的配置及普遍做法

根据船上的系统操作和管理程序，船舶驶离禁排港区或泊位后，船员将利用处理装置的排出泵将存储舱内的污水直接排出舷外。设备的操作和管理程序是船舶管理体系的重要组成部分。管理体系如此设置，是基于存储舱用于储存已经处理后达标的污水，既然已经达标，那么直接排出舷外似乎是理所当然的。调研结果显示，100%船舶的操作程序均与该船一致。

显然，排出的污水是不满足公约及决议要求的超标水，会导致海洋环境污染，甚至面临巨额处罚。

3 技术分析

处理装置是该系统的核心设备，该处理装置的工作原理(见图2)为：污水经粉碎泵粉碎曝气后，与活性污泥混合，经过充氧以一定速度进入接触柜1，其中的有机物被生物膜粘附消解生成二氧化碳和水；经接触柜2生物膜进一步处理后，污水进入沉淀柜，经沉淀柜形成较为清洁的液体后，进入聚液柜，然后再经过滤器并经紫外线杀菌后成为达标水经排出泵排出。

图2 生活污水处理装置工作原理

其采用的技术标准是MEPC.159(55)决议。该决议要求的排出物标准为[1]：耐热大肠杆菌标准:≤100个/100 mL；悬浮固体物总量(TSS)≤35 mg/L；5 d生化需氧量(BOD5)≤25 mg/L；化学需氧量(COD),≤125 mg/L；pH值为6.0～8.5；残留氯低于0.5 mg/L。

存储柜属于处理装置的一个附属件，也是系统的组成部分，因此整个系统的排放标准应满足MEPC.159(55)决议。

此外，从操作层面上，附则IV已明确该系统排放应确保[2]：①处理装置正在运转；②排出物在其周围的水中不应产生可见漂浮固体，也不应使水变色。

4 解决方案及结论

1)对于此类设置，若装置的排出泵位于紫外线装置的后部，则不应利用排出泵将存储舱中的污水排出舷外，而应先将其驳至处理装置的曝气室。驳运应根据存储舱的位置额外配置一台泵，或利用装置排出泵结合管路布置和阀的转换[6]。

2)若装置的排出泵在紫外线装置的前面，则船舶建造厂应与设备厂确认污水各项指标是否会恢复至符合决议要求，进而选择存储舱排出管的连接位置。相关化验报告及确认书应保留在船。

3)对于设置存储舱的系统而言，存储舱的本质是处理装置的一部分，见图3。对于图3、图4所示的形式，船舶设计院、建造厂应与处理装置厂进行确认，并选择恰当的管路布置形式，确保排出的污水满足公约要求。将舱中污水直接排出舷外是不妥的。若排放未经处理的生活污水，那么这2种形式的舱室均应计入ISPP证书1.3，并且要从体系管理上进行控制，确保满足附则IV。

图3 系统设置存储舱

图4 系统设置兼用舱

4)部分船舶将经处理的污水排入船上某一顶边压载舱，然后待行离禁排泊位或港口直接排出(而非12 n mile之外)，也没有措施表明是在12 n mile之外按照MEPC.157(55)排放。在压载舱充裕的氧环境中，大肠杆菌超标存在极大可能性，因此这样的做法是错误的。不少船舶在营运期间通过增加管路，将经处理的污水排入压载舱，船舶监督检验相关方也因对此缺乏直接依据而未监管。

5 系统其他典型缺陷举例

1)铅封。处理装置每个柜下部均有隔离阀(图2中1～5)，用于装置在用淡水清洁时，直接清除每个柜内的残渣和污泥沉淀。即正常处理过程中，此阀均应按照说明书保持常闭或铅封，因为生活污水只有经过这一些列柜的处理及后续处理(如紫外线)，才能达到决议的要求。

然而，营运船舶阀处于开启是非常常见的。部分是船员明知道此用途，但是迫于在12 n mile内时间长，且污水排量大，装置经常报警，于是采取这样的方式直接从曝气柜等排出污水，增加排放速度。部分是由于船员不熟悉操作说明，或者主观上根据管路操作系统。但是，上述根本原因是轮机长未按照SMC有效管理设备，这类阀应该在日常使用中关闭并铅封，在清洗装置时开启，铅封及解除均应在轮机日志上记录。

2)回流管堵塞。浮渣回流管是为满足公约要求的设计(见图2、5)，几乎所有设备必备，浮渣回流是通过供气泵液位上升共同实现的。由于浮渣的体积大、形状不规则，加上管系处于水平状态。回流管堵塞或流量阀不动作是装置最常见的缺陷。

图5 浮渣回流管

3)供气泵坏损或更换。供气泵是保证处理过程正常进行最关键的设备，然而因机舱盐度高、油污浓度大，供气泵坏损或异常是常见的缺陷。供气泵的排量是经过精确计算的，在更换时，泵的型号等误用问题也比较突出。

4)紫外线装置老化。紫外线装置有使用寿命，加之船上电压不稳，其坏损频率比陆用设备高很多。强度和计量是决定消灭大肠杆菌效果的重要参数。此外，设备正常使用时，也应按照保养手册定期更换[7]。

5)药品。对于按照MEPC.2(VI)生产的设备，大多使用投药的方式实现对大肠杆菌指标的控制，按照制造厂规定的周期和计量投药是保证处理效果的重要措施。然而，船舶营运中因疏于管理，未按照操作手册投药或者药品缺少等现象比较常见。

6)集污舱。因零排放区域的增多，不少船舶额外设置符合附则IV的集污舱，其中部分是在船舶修理期间改建或增设的。但是未按公约要求计入《海上船舶防止生活污水污染证书》、缺少《未经处理的生活污水排放速率计算书》。此外，集污舱未设置“指示其集寸数量的目视装置”的问题比较突出[8]。

7)取样点。处理装置的末端管路(处理系统末段排出管路)的垂直管段上应安装取样点，以便提取处理后污水，供试验和监管中化验使用。

8)标准排放接头的错误配备，特别是排出管的直接不符合附则IV应引起重视。

6 一个争议事项的澄清

近年来，多艘船舶因装置、集污舱或存储舱的溢流管引向机舱底层而被主管机关开出缺陷，并要求引向排舷外的管路。不少人对此理解不一，其实，一方面公约从无装置少量溢流污水不能排向机舱的表述；另一方面，舷外防浪阀位于水线之下，设备也往往位于设计水线之下，溢流口引向舷外会因被压过大而排出困难，甚至倒灌；此外，装置的高位报警探头比溢流口位置低，报警在先，且溢流的量有限。因此，溢流管不能引向机舱的观点不正确。

7 结论

生活污水处理系统设置型式多样，越来越多采用装置和舱室的组合型式。但是由于生活污水中有机物的复杂性，不能将其与船舶其他污水的性质混淆。船舶设计和建造、改建方应重视公约要求，与装置厂家充分沟通，选择合适的设计方案；船舶监督检验方应充分把握系统设置方式和排放管理程序，加强控制。

将进一步选取符合本课题的母船开展实验研究，并找出污水与环境温度、盐和存储时间的关系。①在公约的框架下，对存储舱中污水的处理方式提出建议；②形成技术提案和对MARPOL IV第9条的统一解释提交IMO MEPC防污染分委会，补充对设有存储舱的处理系统的技术要求，并补充将压载舱兼做生活污水存储舱的技术要求。

[1] IMO.经修订的排出物实施标准和生活污水处理装置性能试验指南：MEPC.159(55)[S].2006.

[2] 中国船级社.MARPOL 73/78防污染公约[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 陈勇.浅析船舶生活污水处理系统设计[J].机电技术,2012(6):157-161.

[4] 尹敬伟.家禽大肠杆菌病的特点与防治策略[J].中国畜禽种业，2015(3):153-154.

[5] 李杰锋.生活污水处理系统排舷外管设计[J].广东造船,2016(1):47-49.

[6] 童鑫.船舶生活污水处理仿真系统设计[J].山东交通学院学报,2015(4):62-66.

[7] 陈军.海洋石油平台生活污水处理系统杀菌方式优化[J].油气田环境保护,2012,22(3):42-43.

[8] 赵勇.“雪龙”号船生活污水收集处理系统应用[J].机电设备,2010(3):11-13.

On the Deep-level Defects of Ship Sewage Treatment System

JIA Jian-xiong

(Zhejiang Branch of China Classification Society, Ningbo Zhejiang 315010, China)

Combining with the typical cases, the deep level defects of a certain type of ship sewage treatment system were analyzed from the design principle and experimental validation, which demonstrated that the system is not in conformity with the requirements of MARPOL and may lead to responsible PSC detain. The relevant solution was set forth. Other typical defects about the sewage treatment plant found in the process of PSC and ship inspection in recent years were enumerated, so as to remind the ship and product manufacturing, inspection, operator and other related parties pay great attention on it.

ship; sewage; system; defect; plant

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.007

2016-08-14

贾建雄(1986—)，男，学士，工程师

研究方向：船舶轮机检验及相关规范

U664.9

A

1671-7953(2017)04-0030-05

修回日期：2016-09-14