基于船坞废水处理装置的优化设计

任月平，王银炯，周斌强

(1.尚海海洋科技(浙江自贸区)有限公司，浙江 舟山 316000；2.宁波市鄞州盛飞专利代理事务所(特殊普通合伙)舟山分所，浙江 舟山 316100；3.舟山普陀长宏船舶修造有限公司浙江 舟山 316100)

目前，随着航运业发展进程的加快，船坞废水带来的污染也日益严重，船坞废水的处理成为课题。在早期阶段，对于船坞废水的处理方法比较简单且有些处理不甚合理，还会造成环境污染，随着人们环保意识的提高以及对废水处理技术普及的加深，现在对于船坞废水的处理主要分为物理法、化学法、生物法等。物理法中采取物理作用的方式，使废水中不溶于水的物质呈现一种悬浮的状态，便于分离，但是仅可以处理性能单一的污染物，不能很好的处理含有机化学物质的废水以及污染物，慢慢被淘汰；化学法则是通过化学反应以及通过传质作用来分离、去除污染物中呈溶解状态和胶体状态的污染物，进一步将其转化为环保、无害物质的处理方法，但此种方法也存在化学药剂以及其成分比较昂贵，处理后产生大量难以脱水的污泥等问题；生物法则是通过微生物的新陈代谢作用，把废水中呈溶液状态以及胶体状态和微细悬浮状态的大部分有机污染物，发生生物降解作用，转化为稳定、无公害物质的处理法，虽然效果显著，但也存在处理周期长，成本较高的问题[1-3]。

1 船坞废水处理装置的优化设计要求

针对传统船坞废水处理装置成本高，废水处理效率低，以及处理过程会产生二次污染等问题。查阅、参考、对比其他处理方法的设计等资料，经研究最终确立了船坞废水处理装置的设计要求[4-8],具体如下：① 操作省时省力且简单实用；②回收率高，效果高效且无二次污染；③处理安全性好，适宜正常及恶劣海况。

2 船坞废水处理装置的设计

2.1 工作原理

利用Microsoft Visio软件设计的废水处理装置系统示意图见图1。 由图1知，排放到废水池中的船坞废水，由于离心泵的作用，使废水通过管道1到达沉淀池，在沉淀池中，废水中的固态流体沉积物以及密度比水大的物质，在重力的作用下，会逐渐下沉，当压力达到一定的程度，固态流体物质会在重力作用下刺激压力排泄阀，此时压力排泄阀打开，排泄杂物，而其余的废液以及液态汽化物则会沿着管道4进入曝气池，利用曝气池在有氧的环境中，池中微生物对池体污水的生物降解净化，使污水实现水质净化和水质的改善，经过曝气池处理后的水，沿着管道3进入气液分离器，经过气液分离器中的离子沉淀以及pH缓冲液的处理，即可达到可以灌溉农田的要求，然后通过管道2排除即可。

图2为曝气池示意图。由图2知，经过沉淀池后的废水进入曝气池，由于废水中的有机细微颗粒在曝气池中经常处于悬浮状态，而曝气池中的细微颗粒与隔板相互作用，相互摩擦使曝气器产生剪切力，如此便可去除附着在细微颗粒上的大部分有机污染物，另外这些污染物由于旋流离心力作用，密度较大的细微颗粒污染物则被甩向外部，并慢慢沉入砂槽，其余密度较小的有机物污染物，则随水流向前运动，依次被带到下一处理单元。另外，由于

图1 废水处理装置示意图

图2 曝气池示意图

曝气池联通接气管，在有氧的环境下，水中曝气不仅可以用于改善水质，例如水质脱臭，杀死一些微生物，而且还有利于体系的后续处理，同时还可起到预脱臭、曝气、除泡作用，更有利于加速污水中有机油类和大分子浮渣的分离作用。

图3为气液分离池示意图，由图3知，船坞废水经过曝气池处理净化后，气液混合物通过管道3流进气液分离器，进入气液分离器的废水，经过吸附剂的吸附净化，可以进一步清除船坞废水中的杂质，经吸附净化过的船坞废水慢慢进入预分离室，由于体系中的气液混合物在重力及旋流作用下，逐渐分离分层，其中密度大于水的逐渐下沉，密度小于水的上升，由于预分离室的作用，沉降分离使体系分层，从上层到下层，依次分别为废气、废水以及沉淀物。经过处理的大部分气液混合物中的废气，经过除雾器过滤作用后，再由调节阀1调节，船坞废水的重金属离子如Cu2+、Fe2+在离子沉淀池中，会发生激烈的化学反应，生成难溶于水的物质，由于密度大于水继而沉淀于池底，通过调节阀3的调节作用，将产生的沉淀物通过排渣管道排出气液分离器，经过离子沉淀池沉淀后的船坞废水，慢慢流入pH缓冲剂池，经过处理后的船坞废水通过缓冲剂的酸碱调节作用，即可以使水质达到可以灌溉农田的要求，如需更高要求的水质，可以使排出水再次进入气液分离池。

图3 气液分离池示意图

2.2 船坞废水处理装置处理性能分析

选取某一天为例，每隔4 h统计记录1次，记录船坞每天排放污水的量，同时对比每天可以清理污水的量以及清理后的水质含油质量分数(取整计算即可)。

表1为污水每天排放量与清理量对比表，可以据此计算清除率。

表1 污水每天排放量与清理量对比表

由表1可知，船坞每天排放的废水量在晚上时间居多，可能是晚上船舶停泊较多的缘故。而且，船坞每天排放的废水量，均在船坞废水处理装置的处理范围之内，故每天的清除率都可以达到100%，完全可以满足船坞清理污水的需要。

图4为清理后的水质含油质量分数与标准排放水质对比。由图4知，废水经船坞废水装置处理后，可以保证水质均在环保要求的标准范围内，完全可以满足改造后水质含油质量分数在15 mg/g范围内。

图4 清理后的水质含油质量分数与标准排放水质对比

3 船坞废水处理装置的可行性分析

1)结构可行性分析。气液混合物是通过气液分离器来实现分离的，其结构的主要组成部分、体系部署附件，在密封性、刚度及强度等相关参数方面可以达到系统的使用要求。根据以往的工作经验，大致估略出系统中气液分离器可以分离的气液混合物总量，然后再根据实际情况来选择这些设备以及系统部署部件的型号。

2)技术可行性分析。本系统装置的废水处理技术是采用物理、化学、生物的方法运作，经过曝气后的气液混合物由管道进入气液分离器，然后通过气液分离器的气液分离作用，就可以使分离出来的水得到清理，清理后的水就可以用于灌溉循环利用，分离出来的废气则可以回收，防止污染大气。

3)操作可行性分析。该装置的一些组成设备装有曝气池、气液分离器、压力排泄阀、调节阀、离子沉淀池、pH缓冲剂池等废水清理净化部件，不但起着多次循环清理净化的作用，还可以有效地减少该系统装置在各级操作过程的工作量。另外，该装置还设有压力排泄阀、调节阀等系统自动控制部件，对系统体系起着安全保护作用，可以避免压力过大、废气浓度过高所带来的发生爆炸或损坏部件等事故的可能性。

4)经济可行性分析。该系统所装置大部分组件均是标准件或通用件，容易在市场上购买，其成本较低且可以估算和控制，曝气、气液分离等处理船坞废水所需要消耗的费用，这些总费用与每年占环境治理3%的水源污染治理费用、大气污染损耗费用之和相比仍然少很多，且经过实验对比，船坞每天排放的废水量，均在船坞废水处理装置的处理范围之内，所以完全可以满足船坞清理污水的需要，节省了大量环保治理费用。