船用污水处理技术陆用化可行性分析

2020-06-28李海峰白韬光雷明红康晓蕾

机电设备 2020年3期

李海峰，陈畅，白韬光，沈烁，雷明红，康晓蕾

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

近年来，陆用污水处理市场工程设备化、工艺产品化的趋势日益明显，逐步涌现出一批采用一体化设备形式对局部区域进行污水处理的产品，在中小规模污水处理领域逐渐取代了原先以土建形式为主的工程[1-2]。同时，由于国家政策的鼓励和引导，村镇污水处理成为当前污水处理领域的又一热点，有别于城镇污水处理大面积管网收集、集中处理的方式，村镇污水一般分布广且分散，并且局部区域内水量较小，采用集中处理的方式，管网成本过高。因此就地产生、就地处理的分布式污水处理模式获得了方方面面的认可，给一体化污水处理设备带来了广阔的市场[3-6]。

究本溯源，一体化污水处理设备早在几十年前就在船用领域得到了运用。船舶是一个独立的生活空间，产生的污水不可直接排入水体，在国际海事组织73/78 公约的要求下，第一批船用污水处理装置诞生了。而后，随着中国海军舰队的发展，大量船舶入水，且每艘船上均安装了污水处理设备；为了适应舰船环境和特殊使用工况，舰用污水处理设备在船用污水设备的基础上，从处理工艺、质量控制、设备选型到“六性”设计等都进行了全方位的改进和升级，效果更稳定，运行更可靠[7-9]。经过几十年的使用和改进，积累了大量的设计与运维经验。

从使用场合和技术特点上而言，船用污水处理与陆用污水处理既相似又有着不同点。本文研究了如何将船用污水处理技术和设备移植到陆用领域，并对二者进行比较和可行性分析，使其在环保领域发挥更大的作用，具有现实意义且迎合了市场需求。

1 可行性分析

1.1 水质、水量适用性

1.1.1 设计处理量

1）船用

目前通过认证的船用装置一般按使用人数定义，单台使用人数一般不多于500 人；按人均每天最大水量230 升/人计算，结合1.1 倍系数，可知日处理量为126.5 m3/d。

2）陆用

分布式一体化污水处理设备的单套覆盖处理量可达到200 m3/d。

1.1.2 进水水质

1）船用

根据IMO MEPC.227(64)的试验要求及实船对进水水质的检测，所得船用生活污水水质情况见表1。

2）陆用

根据典型生活污水水质浓度，结合各地区发布的农村生活污水技术指南及实际工程对进水水质的检测，可得陆用生活污水的水质情况见表1。

表1 进水水质比较表（单位：mg/L）

由表1 可知，船用污水由于用水控制性较好，洗浴水所占比例较小，呈现出污染物浓度高的情况；陆用污水的污染物浓度相对较低。处理量相同的情况下，设备有机负荷较低。

1.1.3 出水水质

1）船用

根据IMO MEPC.227(64)的试验要求，船用生活污水水质标准见表2。

2）陆用

目前，陆用村镇污水没有统一的国家标准，各省市逐步在建立自己的地方标准，基本内容均参考GB 18918—2016《城镇污水处理厂污染物排放标准》，主流出水水质标准见表2。

表2 出水水质比较表（单位：mg/L）

由表2 可见，船用设备的出水指标较为宽松，且由于波罗的海客船数量较少，目前大量认证的船用污水处理装置尚未采用脱氮除磷工艺；而陆用设备的出水即使是一级B 标准，也比船用标准要严格，且均需要进行脱氮除磷。

综上所述，从处理量角度而言，船用设备与陆用设备处于同一数量级，简单地进行等比例放大即可满足要求；从进出水水质指标研究方面而言，船用污水处理技术如需移植到陆用设备，在设计处理量相同的情况下，生化处理有机负荷可满足要求，但需考虑在污水深度处理上进行改进，以确保有机物浓度降到标准允许范围内。同时需要在工艺设计上着重考虑脱氮除磷工艺。因此，从水质水量适应性看，是可行的。

1.2 工艺技术可行性

1）船用

采用生化工艺为主、膜分离工艺为辅的工艺对有机物进行降解，可以稳定地达到船用排放标准[7,9]。

2）陆用

从稳定性和经济型角度，基本也是以生化工艺作为主流，辅之以强化除磷和深度处理工艺，使出水达到排放标注[2,10]。

由此可知，从工艺技术可行性角度而言，船用设备向陆用设备的延伸是可行的，仅需要在主工艺的基础上增加一些辅助工艺即可达到处理要求。见图1、图2。

图1 典型船用污水处理装置外形图

图2 典型陆用污水处理装置外形图

1.3 环境适应性

1.3.1 防护等级

1）船用

船用设备的使用环境一般为机舱等密闭式结构，没有风雨等情况，因此一般配套设备均直接安装在箱体外部。

2）陆用

陆用设备一般露天安装，需考虑室外环境的各种防护及防盗，不可将设备裸露。

1.3.2 温度

1）船用

机舱一般位于水下，且其密闭环境通常可以保证环境温度高于10℃，且进水道也全部位于船体内部。因此，无论是水温还是环境温度，均可以满足生化处理的需求。

2）陆用

由于设备露天安装，我国大部分地区冬天环境温度低于5℃，进水管道虽然采用地埋，但相距甚远，散热比较多，因此水温和环境温度均比船用低，对生化处理不利。

1.3.3 湿度及倾摇

1）船用

船用设备在设计时充分考虑了机舱湿度、倾摇等情况。

2）陆用

湿度环境一般不会超过船用条件，且不存在倾摇的可能。

综上，船用设备向陆用转变时，应考虑环境适应性的变化，尤其是防护和温度等方面。可以将设备安装在一个密闭的空间中，如采用集装箱形式，所有配套设备安装在内部，可起到防水防盗的作用。同时，在箱体外表面安装保温措施，并在寒冷地区安装伴热措施；在极寒地区安装加热措施，可有效提高处理效率，使其达到设计温度的要求，也可在设计过程中适当下调设计温度，采用较低的负荷进行处理。综合上述手段，可使系统满足陆用环境的使用要求，是可行的。

1.4 产品特殊性

1.4.1 占地面积

1）船用

船用设备布局紧凑，对空间利用率要求高，且可满足不同船舱空间及形状的要求；通常处理量相同的情况下，船用设备的占地面积比陆用设备约小30%。

2）陆用

陆用对空间要求较低，但某些地区由于人口密度大，可用空间小，需要将设备小型化。

1.4.2 减振降噪

1）船用

船用设备对减振降噪的设计是非常重视的，且采取了诸多措施，积累了相当多的经验。

2）陆用

由于村镇污水处理设备安装位置距离住户较近，对减振降噪的需求十分迫切；但由于以往涉及此部分内容的研究较少，能力欠缺。

1.4.3 产品质量

1）船用对于产品质量的把控一向严格，从原材料采购到生产检验，均有一整套有章可循的制度，尤其是焊接、油漆等特殊过程的控制，保证了产品在全生命周期内的质量水平。

2）陆用对于质量控制没有船用产品那么严格，因此也出现了许多名不符实的产品，造成了许多建而不用、用而不佳的情况

综上，采用船用设计理念研制的设备，在对空间利用率要求高的地区使用具有较大的竞争力，且船用设备的设计单位具有较好的模块化设计水平，针对空间狭小且不规则的安装区域优势明显；减振降噪是船用向陆用延伸的一个亮点，可以很好地解决当前十分突出的污水处理“避邻”问题，且由于采用了外壳防护，噪声和振动将更低，十分有利于推广使用；将船用产品的质量控制手段推广至陆用产品，可以使产品质量提高到一个新的高度，有利于产品的长期稳定使用，增加船用设备向陆用设备延伸的认可度。因此，船用设备之于陆用设备具有许多明显且可以弥补短板的特点，可见该项技术延伸是可行的。