内河船舶生活污水一体化处理设备小型化研究

2021-03-08赵小飞陈晴空龙诗华易姝祺胡明俊李亚斌谭家万

中国水运 2021年1期

赵小飞陈晴空龙诗华易姝祺胡明俊李亚斌谭家万

摘要：云南省澜沧江航道发展迅速，200-300吨级小型船舶受舱位空间限制（不足1m3），生活污水处理存在空有国家层面排污标准管理规定，而无可供实际适合云南省内河船舶使用的生活污水处理装置的尴尬局面。本研究以内河小型货船为研究对象，开展内河船舶生活污水处理一体化设备小型化的技术研究。结果表明：船舶生活污水处理装置理论设计总体积为2.03m3，在保证达到《船舶水污染物排放控制标准》（GB3552-2018）表2限值处理效果的前提下，经过小型化设计后，体积缩小至0.75m3，缩小了63%。研究成果为云南省内河航运事业和环境保护方面的发展起到积极的推动作用。

关键词：内河船舶;生活污水;一体化设备;小型化

中图分类号：U664.9 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）01-0131-04

1前言

云南境内河流众多，水量充沛，水能资源丰富。而云南省作为非水网地区，绝大部分船舶吨位小，舱室容积小，无法满足现有生活污水处理设备的安装空间，再加上费用和港口设施落后等原因，造成了云南省船舶生活污水处理落后的现状[1-2]。目前，国内外船舶生活污水处理技术主要分为三类，分别是：收集储存处理技术，物理化学处理技术和生物处理技术，这也是当前污水处理领域的三大基本处理技术[3]。表1对比了物理法、化学法和生物法的技术特点。

内河大、中型船舶由于空间大，上述技术用于内河大、中型船舶的生活污水处理不存在太大的困难，但在小型船舶上，舱室容积小、空间紧张是阻碍上述技术大面积推广的主要因素之一[5]。从表1可以看出，不管是物理法，化学法，还是生活污水处理应用广泛的生物法，这些产品和技术普遍存在自身的不足[6]。如果追求体积小，就要以牺牲处理效果为代价;如果追求处理效果好，就会出现构筑物的体积大、二次投药化学处理成本高、能耗高等不足。因此，单独采取上述某一处理技术，无法满足云南小型内河船舶生活污水的处理要求[7]。此外，从表1中也可看出，相比于单一的物理法、化学法和生物法，组合法的优势非常突出[8]。结合近年小型污水处理装置研究趋势，探索一种体积小、效率高、运行成本低、无二次污染、不依赖港口接受处理系统的船舶生活污水处理设备成为研究重点。

本研究以云南省澜沧江水域内河货船作为研究对象，进行内河船舶生活污水处理一体化设备小型化的技术研究，打破目前存在的空有国家层面的管理规定，而无可供实际适合云南省内河船舶使用的生活污水处理装置的尴尬局面，使云南省内河船舶生活污水和垃圾处理技术有突破性解决方案，为云南省内河航运事业和环境保护方面的发展起到积极的推动作用。

2一体化处理装置设计

2.1 设计概况

据调查，云南澜沧江小型货轮按船上核定工作人员约为16人，按照人均生活污水产生量为70L/d[9]，考虑污水综合变动系数为1.6，则生活污水产生量约1.75m3/d。设计进水水质：pH=7.5±0.5，CODcr=500±200mg/L，BOD5=250±200mg/L，SS=500±300 mg/L，大肠菌群数为2×107个/L，总氯为0.001mg/L。出水水质满足《船舶水污染物排放控制标准》（GB3552-2018）表2限值：pH=6-8.5，COD=125mg/L，BOD=25mg/L，SS=35mg/L，大肠菌群数<1000个/L，总氯<0.5mg/L[10-11]。

2.2 工艺流程及理论设计结果

本研究设计 “三级处理，六道工序”的处理工艺，具体包括：

（1）一级处理（物理法）。“格栅”作为一级处理的主要构筑物，起拦截船舶生活污水悬浮物的作用，大量降低悬浮固体废物（SS），避免后续工艺的堵塞。一级处理主要大量去除污水中的SS。

（2）二级处理（生物法）。根据上述必选论证分析，MBR工艺可以保证污水达标排放，但是从长期稳定运行的角度，仅依靠MBR工艺存在不稳定的风险[12]。因此，仍然需要合理搭配传统处理技术，以期实现生活污水的穩定达标排放。因此，二级处理将采用“生物接触氧化法”作为二级处理的第一道处理工序，该工艺既具备传统活性污泥法处理能力强的优点，同时也具备耐冲击负荷和体积较小的优点，能够保证船舶生活污水进入处理设备即可做到污染物的快速去除。“生物接触氧化”处理后出水，将通过“沉淀过滤室”第二道处理工序，此处设计将采用“沉淀过滤室”替代传统大规模污水处理厂中的“沉淀池”。“沉淀过滤室”不仅具备污水沉淀和稳流的功能，同时由于含有大量滤料还具备生物膜附着的能力，起到污水同步沉淀和净化的效果。“沉淀过滤室”的出水污染物负荷已经得到大量降低，然后进入本研究采用的核心MBR工艺进行第三道处理工序，MBR工艺是保证污水稳定达标的关键。其主要原因是MBR采用了能够大量节省占地空间的膜组件替代传统工艺的二沉池，起到良好的泥水分离效果。在膜组件不损坏和不堵塞的情况下，都能够保证出水稳定达标。二级处理主要去除污水中大量的COD，BOD，氨氮和少量SS。

（3）三级处理（物理化学法）。为了进一步保证出水达标，三级处理将采用物理化学法，共包括2道工序。第一道工序，主要依靠具备物理吸附和化学吸附双重功能的活性炭过滤装置，对污水SS和其它离子杂质做进一步去除。第二道工序，采用紫外线消毒装置，对出水中病原菌（尤其是排放标准中控制的耐热大肠菌群）做杀菌消毒处理，由于船舶生活污水量小，紫外消毒技术无需外加化学药剂，不产生二次污染，因此，紫外消毒装置非常适合船舶生活污水消毒工序。三级处理主要去除污水中的少量SS，离子杂质和病原菌。处理工艺流程如图1所示。

该工艺将物理法、生物法和物理化学法有机地结合于一体，其中6道工序循序渐进，逐级降污，以最新的MBR技术作为保障出水稳定达标的核心技术，组建成适用于船舶生活污水生化处理的新型工艺，上述组合工艺命名为“船舶生活污水新型一体化处理工艺”，简称为“New integrated treatment process for marine sewage，（NITP-MS）”。该工艺流程也是开发船舶生活污水小型一体化处理装置的核心技术支撑。根据《室外排水设计规范》（2016版）[13]对各构筑物单元进行理论设计，设计结果见表2。

综上分析，NITP-MS理论设计总体积为2.03m3。经实地调研发现，云南澜沧江货运船舶可提供的污水处理空间非常有限，仅为1m3左右。NITP-MS设备如果按照理论设计进行加工安装，该体积远大于云南澜沧江货运船舶可提供的污水处理空间，是明显不切合实际的。基于上述考虑，本研究必须根据理论设计，对工艺和设备进行小型化研究。

3 装置小型化研究

3.1 工艺改进及小型化设备参数

小型化研究按照货轮舱位实际预留空间进行重新设计：

（1）格栅池简化：格栅池简化为管道式格栅筛网;

（2）主体工艺一体化：“沉淀过滤室”紧挨曝气设备，因此可升级为“曝气生物滤池”，二级处理三道工序 “生物接触氧化法+ 曝气生物滤池+MBR膜生物处理工艺”一体组装成型;

（3）回转风机改为涡轮增氧机，以减少占地面积;

（4）“活性炭吸附池”修改为“活性炭吸附室”，采用管道式，缩小体积;

（5）紫外消毒器购买外置一体化装置，外挂于主体设备旁，不占用主体处理工艺的有效体积;

（6）出水池简化：取消出水池，采用三通开关，取样时打开开关即可。小型化设计后的工艺流程见图2，各处理单元参数见表3。

从表3可以看出，一体化设备经过小型化设计后，体积从2.03m3缩小至0.75m3，缩小了63%，满足200-300吨级小型货轮的装船要求。

3.2 污染物去除效果分析

将NITP-MS小型一体化装置用于实验室规模的小试试验。试验进水水质采用人工配制的方式模拟实际船舶生活污水。试验共运行50天。设备启动后20天时，出水水质基本稳定，表明反应器启动成功。之后每隔10天于进出口分别取样一次，每次取3个平行样品。测试指标包括pH、CODcr、BOD5、SS、大肠菌群数、总氯。各指标的去除效果见图3。

从图3可以看出，pH在进出水口分别稳定在7.5左右，波动较小，均处于标准值规定的6-9范围内;CODcr，BOD5，SS经过NITP-MS小型一体化装置后，出水浓度均低于标准值;大肠菌群总数进水浓度为2×107，经过紫外线消毒装置后，降低至20个/L，低于标准值1000个/L，表明本设计采用的紫外消毒装置效果良好;总氯进口浓度为0.001mg/L，出口未检出，均低于标准值0.5 mg/L，这是由于本工艺采用紫外消毒法，未采用加氯消毒法，不仅保证总氯指标达标，还可以防止投加次氯酸药剂等产生二次污染。

综上表明，小型化设计不会影响出水水质，经检测，pH、CODcr、BOD5、SS、大肠菌群数、总氯6项指标均能达标排放。

4结论

本研究得到以下结论：

（1）基于MBR设计的“三级处理，六道工序”的新型一体化处理技术能够满足内河小型船舶生活污水处理要求。

（2）一体化设备经过小型化设计后，体积从2.03m3缩小至0.75m3，缩小了63%，满足200-300吨级小型货轮的装船要求。

（3）小型化设计不会影响出水水质，经检测，pH、CODcr、BOD5、SS、大肠菌群数、总氯6项指标均能达标排放。

参考文献：

[1] 方建华.推进船舶生活污水改造加快绿色水运低碳发展[J]. 中国水运， 2015， 480（7）： 16-17.

[2] 张堃.内河船舶生活污水处理装置[J].中国水运， 2016， 510（5）： 62-63.

[3] 边锋.船舶生活污水处理及中水回用技术研究[D].大连理工大学， 2019.

[4] 王健. MBR船舶生活污水處理装置实船应用问题及建议_王健[J].航海技术， 2019， 240（6）： 63-66.

[5] 贾建雄.船舶生活污水系统改造如何满足新标准要求[J]. 中国船检， 2019， 232（9）： 86-89.