CAST-28型船用生活污水处理装置设计

余成伍，龚海华，洪伟，马婕婕

（中船九江科技研发中心，江西 九江 332000）

CAST-28型船用生活污水处理装置设计

余成伍，龚海华，洪伟，马婕婕

（中船九江科技研发中心，江西 九江 332000）

国际上对船舶引起的海洋污染问题日趋关注，这对造船行业带来了挑战。本文介绍了一种结合循环式活性污泥法(Cyclic Activated Sludge Technology，简称CAST)和光催化氧化协同处理的船用生活污水处理装置的设计。

船舶；污水处理；CAST反应池

1 概述

联合国国际海事组织（IMO）于1973年起通过防污染公约（MARPOL73/78），其中附则IV是关于防止船舶生活污水污染的规则。1976年由海洋环境保护委员会颁布MEPC 2（VI）决议规定了其性能试验准则和排放标准，至2006年又颁布MEPC 159（55）决议，将排放标准严格了近一倍。此决议自2010年1月1日起实施。2012年10月3日MEPC 64次会议上又颁布了MEPC 227(64)决议，增加了总氮和总磷的排放标准，自2016年1月1日起实施。

2 基本参数（表1）

表1

3 船舶生活污水的水质与水量

和城市生活污水一样，船舶生活污水的产生和排放通常是不稳定的，因此其流量也不稳定。所不同的是，船上人数比城市少得多，这就意味着船舶生活污水水力流动的变化比城市污水大。由于货轮船上人数较为稳定，且航线和船用生活规律基本确定，所以生活污水的日变化一般较小，而时变化系数通常较大。有资料介绍，一般工厂车间生活污水量变化系数为3，而根据在货轮上的实船调查，每日的最大时变化系数为3．8。可见，对于船舶而言，尤其是人数较少的货轮，船舶生活污水量在一天中波动较大，而且会出现某段时间（如夜间）无污水排放的情况。因此为保证船上污水处理设施的稳定运行，进行流量调节是十分必要的。

船舶生活污水，尤其粪便污水中含有大量的有机物、氮和磷。我国《室外排水设计规范》(GB50014-2006)指出，城市污水的设计，在无资料时，生活污水的BOD按照25～ 50g/(人 ．d)，SS按 40～ 65g/(人 ．d)，TN 按 5～11g/(人 ．d)，TP 按 0．7 ～ 1．4g/(人 ．d)计算。由于船舶卫生系统排泄周期比较短，排放的污水比城市生活污水更为新鲜（分解较少），因此污染负荷较高。参考国内外船舶污水的设计水质和我国《室外排水设计规范》，确定本技术方案的原水水质为：

COD 〈 500mg/L；BOD 〈 250mg/L；

SS = 500mg/L；TN 〈 40mg/L；TP 〈 4 mg/L。

4 设计工艺流程（图1）

图1

5 处理单元设计

5.1 调节水箱

样机设计水量为6．5m3/d，则平均流量为270L/h，设计时变化系数为4，则最大时流量为1080L/h。

处理工艺采用CAST工艺，拟采用4小时运行周期，每天运转6个批次，考虑调节水箱的容积为（2个最大时的容量+2个平均时容量）=2．7m3

V=2．7m3

L × B × H = 1．30×1．15× (1．80+ 0．20) m

设置一台提升水泵。

水泵设计流量：540 L/h（CASS池体2h进水时间）；水泵扬程：6m。

5.2 CASS反应池

CASS反应池是处理工艺的核心构筑物，能够有效去除进水中的有机物、氮磷等污染物质。

设反应池中污泥浓度X=4000mg/L，污泥负荷Ns=0．18kg BOD/kgMLSS，充水比λ=0．24，曝气时间ta为：

一个运行周期4小时，周期数n2=6；其中，进水时间2h，搅拌0．5小时，曝气1．5小时（进水时开始搅拌，0．5小时后开始曝气），沉淀1小时，滗水1小时。

生化池容积V（池体个数n1=1）：

其中选择器占整个反应器体积的17．8%；回流比20～30%；选择器与主反应区隔墙的孔口水流速为：20～ 50m/h。

孔口面积A = Q(540L/h) / v(20m/h) = 0．027m2

孔口数量1个，宽度取0．3m，高度取0．1m。

因为船舶中反应器高度受限，一般不超过2m，设计最大水深取H=1．8m，反应区宽度B=0．85m，长度L=2．5m，则主反应区 L×B×H = 2．5x0．85x(1．8+0．2)m。

为满足一体化装置平面布置要求，确定选择器尺寸为 L×B×H = 1．15×0．4×(1．8+0．2)m。

集水池容积，按收纳一个批次的出水量计，为1．08m3，水深按 1．2m 计，则所需平面面积为 0．9m2，确定集水池尺寸为 L×B×H = 1．15×0．8×(1．8+0．2)m。

考虑污泥贮池的体积（计算见后），将整个一体化装置的平面尺寸确定为：

L×B×H = 2．75×2．0×(1．8+0．2) m，平面布置如图1所示。

图1 船舶生活污水一体化处理设施平面布置

出水泵提升出水至消毒设施，流量按日平均流量计，为270～360L/h；水泵扬程：6m。

5.3 剩余污泥计算

出水35mg/L的SS中含有的BOD数值，SS =7．1×0．1×0．7×35 = 17．4mg/L

容许排放的溶解性BOD数值为：25-17．4=7．6mg/L

出水溶解性BOD：

剩余污泥量：

剩余非生物污泥：

剩余污泥总量：

剩余污泥浓度：

剩余污泥含水率按99．5%计算，排放剩余污泥量为：

处理途径：将剩余污泥排入污泥贮池，进行浓缩收集，定期外排：

经过浓缩后，污泥含水率降低为97%，则体积变为：

考虑10天左右的储存容量，体积为0．7m3。

贮泥池尺寸设计为：L×B×H =2．0×0．25×(1．8+0．2)m

滗水高度：

生化池有效水深1．8米，滗水高度h1：，满

回流水泵（进水曝气阶段开启，沉淀撇水阶段关闭）

回流比采用20%～30%，1台回流泵；

回流水泵设计流量：108～162 L/h；水泵扬程：6m。

供气量：因为反应装置过小，按经验气水比20：1进行气泵选择，则供气量6．5×20×24/12 =260m3/d =11m3/h = 180 L/min。（DN20空气干管）

采用曝气器作为反应器内的释气装置，共采用10个曝气器均布池底，如图2所示。

运行期间，控制反应器中DO位于0．5～2．0mg/L之间，以利于同步硝化反硝化的进行。

图2 反应器曝气系统布置图

为防止生化方法除磷效果不能稳定达标，考虑在生化池中预留化学除磷措施，通过投加聚合硫酸铁药剂提高除磷效果，投加时段为曝气工序结束前10分钟。在反应器主反应区顶部预留投药口（DN10, ABS管）。

增设投药计量泵一台，为投加聚合硫酸铁预留条件。

图3 一体化处理设施控制点位系统图

6 处理单元控制系统

控制程序：

说明：YW1～3：液位计； M1～3：电磁阀门；B1～3：水泵；JB1～2：搅拌机；GFJ：鼓风机。

CASS反应池一个运行过程控制程序，如图3所示。

（1）0～0．5h：B1开启，将调节池中污水提升进入CASS反应池的选择区；同步开启B2、M2，将回流污泥从主反应器回流至选择区；并启动JB1、JB2，在选择区和主反应器进行厌氧释磷和缺氧反硝化反应。

（2）0．5～1h 50分：关闭JB2，开启GFJ，向主反应器提供氧气，发生去除有机物、好氧硝化、吸磷等作用。

（3）1小时50分～1小时55分：开启投药计量泵，向生化池主反应区中投加聚合硫酸铁药液，提高化学除磷效果。

（4）2～ 3h：关闭B1、B2、M2、JB1、GFJ、投药计量泵，反应池进行沉淀。

（5）3～4h：开启M3，开始排水，当反应池液位降至低液位时，关闭M3，排水停止；开启B2、M1，工作15分钟（可调）后关闭B2、M1；（或者水位下降0．03m后关闭B2、M1）。

（6）5～7h：即下一批次的（1～3h），开启B3，将处理后水输送至消毒装置，消毒后外排。

7 建模

经过以上设计计算和参数优化，应用PRO/ENGINEER设计软件三维建模如图4所示。

图4 总体结构方案建模

[1]MEPC．227(64)决议，2012年实施生活污水处理装置排出物标准和性能试验指南，2012．

[2]GB50014-2006，室外排水设计规范，2016版 ．

[3]中国船级社，产品检验指南，2013．

TN402

A

1671-0711（2017）10（上）-0100-03