“零排放全降解”船舶生活污水处理设备及应用展望

胡荣华

随着“绿水青山就是金山银山”理念的不断深入，打好污染防治攻坚战掀起了一场全民热潮，由此，对船舶生活污水排放的控制将越来越严格。根据长江海事局向船舶单位和船舶发布的《关于严控长江干线船舶污染物排放的通告》要求，自2019年6月1日起，船舶生活污水、含油污水不满足排放要求的船舶将被禁止通过三峡和葛洲坝船闸；并且，自2019年9月1日起，海事管理机构将对生活污水、含油污水排放不满足要求的船舶依法采取责令临时禁航、停止作业、滞留等行政措施。

同时，根据交通运输部发布的《400总吨以下内河船舶水污染防治管理办法》规定：自2020年10月1日起禁止船舶在饮用水水源保护区、京杭运河、漓江及其他要求禁止生活污水排放的水域排放生活污水。在这种情况下，留给船舶生活污水处置的方法就只有储存后退岸接收这一“零排放全接收”的模式了。

但应该看到：在部分地区退岸接收还是存在一定的困难，除了本身的接收设施建设尚未完备之外，船舶生活污水的退岸还收到船期的限制。为解决这一问题，本文对一款“零排放全降解”模式的船舶生活污水处理设备予以探究，探讨其推广的可行性，具体如下：

船舶生活污水的危害

船舶生活污水中含有大约几百万个细菌，其中多数是致病细菌，可传染多种肠道传染病。这些生活污水如果不经过充分处理以杀死病细菌的话，就会污染水源，并传播这类疾病，这便会对人类的健康产生威胁。

此外，船舶生活污水未经处理任意排入水环境，还会发生一系列生化作用。水环境的自然净化过程是细菌及其他微生物利用水中的溶解氧将有机物分解为无机物和二氧化碳的过程。水藻吸收二氧化碳，通过光合作用使自身生长，同时放出氧气。这种自然净化过程虽然进行得非常缓慢，但该过程仍然是一种平衡过程，而维持该平衡的决定因素是溶解氧的含量。如果大量的生活污水排入水环境，就会造成水中溶解氧的含量降低，破坏了水环境的自然净化过程和生态平衡，改变了水环境的生态特征，造成水环境中的鱼类等动物的死亡或迁移。船舶生活污水中的营养盐进入水环境后，当其含量达到0.01毫克/升时，便可使藻类过度地生长和繁殖，出现富营养化，使水中溶解氧的含量降低，产生厌氧条件，使海洋动、植物群中的好气性群体（如鱼类）被低级的厌氧群体（软虫类）所取代。水环境的自然净化过程的破坏再加之生活污水中悬浮固体的存在，将对海滨浴场和渔场的资源产生较严重的影响。

设备工作原理

该新型船舶生活污水处理设备通过菌槽内所设置的搅拌系统，经充分搅拌后，使得落入到菌槽内的生活污水与投放的菌料充分接触，菌料中的微生物把这些生活污水分解成能被微生物利用的低分子物质，微生物摄取这些低分子物质后，最后将其转化成二氧化碳、水和少量氨气排出。因此，该新型船舶生活污水处理设备能实现污水的零排放，且生化过程不用水（少量清洁用冲洗水不计），大规模推广后能有效改善生态链，解决船舶排放生活污水后造成的水质污染问题。

本设备生化过程所采用的微生物菌料来自于大自然土壤中提取物，主要由枯草芽孢杆菌、斜卧青霉菌、米根霉菌、肉色掷孢酵母、平常汉逊酵母、链霉菌等组成，经筛选、培育、繁殖等步骤后投放入菌槽内，该菌料具备如下特点：

● 能对生活污水和厕所用纸有效地进行分解处理，不留任何固体；

● 消耗生活污水中的病原菌、蛔虫卵等有害菌，避免这些菌种对人体进行二次感染；

● 自身传代繁殖能力强，与生活污水形成相互依赖的生态链；

● 遗传性稳定、无毒、无害，对活体及生态安全；

●生存能力强，可在-55℃～75℃生存。

微生物菌料的载体是经特殊处理的木片，木片上多样大小的气孔构成了适合于微生物栖息的构造，形成了微生物和放线菌类有益微生物的栖息地，且耐腐蚀性、耐磨性、水、脱水性和吸附性，适合微生物的繁殖和工作。

工作条件

● 环境温度：-5～45℃

● 相对湿度小于95%

● 船舶横倾不超过15°

● 横摇不超过22.5°

● 纵倾不超过5°

● 纵摇不超过7.5°

系统组成

系统主要由壳体、坐便器、电动水平闸门总成、UV隔离杀毒装置、菌槽总成、排气管系、应急排水管系、PLC控制系统、设备电源、平衡箱、人体感应系统等组成。具体如下图所示：

1、壳体和电动水平闸门总成

壳体由2毫米304不锈钢板加工而成，上部安置坐便器，下部将菌槽包络其中，使本设备构成一个外形美观的整体。使用后，除擦拭清洁坐便器少量用水外，基本无需再用水冲洗。为防止菌料被长时间浸没，菌槽也不允许大量水进入其中。

电动水平闸门将坐便器经过UV隔离与菌槽相连接，处于常闭状态，仅在使用坐便器时开启闸门，生活污水经过电动水平闸的开口UV隔离进入菌槽。闸门的启闭通过控制按钮操作，由电动执行机构经过齿轮、齿条驱动闸门的启闭动作。闸门上还配有应急排放口，用以排去流入坐便器中多余的水。

2、菌槽总成

菌槽为储置菌料及粉碎所进入生活污水中的大颗粒物质，并将其混合再进行处理降解的处所，是本设备的核心部件，其总成包括：菌槽本体、搅拌器驱动机构、搅拌器、菌槽加热、保温及温度及湿度控制器件、液位报警传感器等。搅拌器由搅拌器驱动机构驱动，经减速器及一对减速齿轮后保持低速搅拌速率。

菌槽本体、搅拌器轴和搅拌叶片均采用不锈钢加工制作而成，菌槽本体的有效容量依据设计的人数，再加适当的余量确定。

为维持菌槽稳定的恒温工作环境，在菌槽外壁设有加热、保温、温度及湿度传感器等器件，以对菌槽环境进行不间断的实时控制。加热器件为硅胶加热板，功率200W、电压24V，两组加热板间采用聚烯亚胺绝缘膜分隔，正常使用其中一组，另一组备用，以进一步提高本设备运行的可靠性。在外层加热板外表面设置保温层，保温层由PE棉及玻璃纤维布外贴铝箔构成。

此外，在菌槽内设有温度传感器和湿度传感器，内层加热板上也设有同型号的温度传感器，在菌槽上部设有液位报警传感器，这些传感器的信号传送到PLC控制器，由控制器处理并实时实施控制。

3、平衡箱

由于使用不当中，可能导致菌槽内进入大量的水，为此本设备还设置有平衡箱与菌槽连接。当菌槽内水位过高时，液位报警传感器将报警信号传至PLC控制器发出报警信号，并及时开启应急排放球阀通过溢流管将多余的水份排入平衡箱。

平衡箱上部有排气孔连接菌槽，并设置液位启动装置，使进入的水到达液位时自动启动加温开关，经过超声波雾化为气体补充给菌槽内的菌料，起到保湿和水份平衡作用。通过菌槽外壁的电加热装置加热，降解后产生物质以气体形态经排气管排出。同时这些微生物把生活污水作为自身的营养物质，不断的传代繁殖以维持设备的长期有效工作。

4、电源和PLC控制系统

设备电源由开关电源和电源切换器组成，采用交流220V和直流24V供电，功率300W，船舶220V交流电输入开关电源再经由电源切换器24V直流电输出至各用电设备。当船舶220V交流供电中断时，可切换由船舶24V应急电源向本设备供电。本设备电源为加热板、各驱动电机、PLC控制系统提供24V直流电力支持。

PLC控制系统由PLC控制器、温度传感器（两套）、湿度传感器、液位报警传感器及各电机、阀门操控的执行元器件组成。PLC控制系统与设备电源安装在同一个控制箱内，温度传感器、湿度传感器、液位报警传感器安置在菌槽的适当位置。控制箱面板上设有触摸屏，以实时显示本设备运行过程中的各种技术参数并实施操控。

5、排气系统

菌槽内的生活污水经过菌料中的微生物分解处理后产生的二氧化碳、水汽、氨气通过排气管系排出。排气管系自菌槽上盖板出气孔经90度弯头接出，由排风扇抽吸经由管系排入大气。管系中设有两台串连布置的轴流排气扇（其中一台工作另一台备用），以进一步提高本设备运行的可靠性。

为减小排出气体的异味，在排气管末端设置有“ACCUV过滤杀毒装置”，排气管出口配置U形弯头，出风口安装有防火帽。

应用展望

通过上述，不难发现该装置还存在一定程度上使用功率较高的情况，这一点不符合内河船一般停泊后关闭发电机的做法。即便在夏季，因环境温度较高，加热器使用较少，但是单靠电瓶供电，很难维持该设备长时间300W的使用功率。

这个情况在现有生活污水处理装置中或多或少也是存在的，这是由于内河船停泊后一旦关闭发电机，生活污水处理装置保持连续不断给风机供电便成为了一种不可能。在缺少风机持续供电的情况下，现有生活污水处理装置中的好氧菌群将面临“集体死亡”的风险，进而导致后续生活污水因好氧菌群缺失而得不到有效处置，容易造成船舶生活污水的超标排放的局面。

为此，笔者建议考虑为该设备额外配置太阳能或风能结合的储能装置，同时考虑将菌槽安装到机舱以利用环境温度对其保温以节省功率。

结合该设备占地面积相对较小的实际，笔者认为该设备在拖轮、长期在某一水域工作的公务船只这类的港作船有广阔的应用市场，针对内河船，在满足型式认可的基础上，产品验证合格后可以起到代替现有生活污水处理装置的作用，替代后可实现生活污水在船的零排放。