船坞污水收集及处理系统方案设计

刘鹤 陈海江

摘 要：随着世界经济的飞速发展，以及越来越严格的环保法规要求，保护生态环境已刻不容缓。为了满足越来越严格的船坞污水排放法规要求，从现有船坞污水收集及处理系统存在的问题入手，通过健全污水管网、完善设备配置及改造船坞结构，搭建一套完整的船坞污水收集及处理系统，真正做到绿色环保、绿色修船、绿色排放。

关键词：超高压水除锈;污水收集及处理;环境保护;船坞

中图分类号：U664.85

文献标识码：A

1 前言

目前我国众多修船企业在船舶修理过程中，大多采用铜矿砂除锈的方式，对大气和水资源造成严重的污染。自2015年中国修船企业首次提出超高压水除锈技术，从根本上解决传统喷砂除锈污染的绿色设计、绿色制造理念，得到了各修船企业的普遍认可，在向绿色生态发展模式转变过程中发挥着越来越积极的作用[1][2][3]。

超高压水除锈技术因在除锈过程中没有砂尘产生，不会对大气造成污染;同时高压除锈产生的水可以通过过滤后循环使用，既减少了对水资源的污染又节能减排，故超高压水除锈工艺替代传统喷砂除锈工艺已是大势所趋。

随着超高压水除锈工工艺的逐步应用，船舶修理过程中会产生大量的除锈污水。为了满足越来越严格的污水排放要求，本文以友联船厂船坞污水收集及处理系统为研究对象，分析现有船坞污水收集及处理系统存在的问题及难点，并据此提出有针对性的优化设计方案，从而实现对整个船坞污水的收集和处理。

2 现状与存在问题分析

超高压水除锈系统，一般由超高压水机、进口软管、出口超高压软管、遥控机器人、高压水喷盘、平底手推车、手持枪、污水回收装置及污水收集管线等组成：超高压水除锈系统最为核心的设备是超高压水机，最高工作压力可达3 200 har，压力越高除锈效果越好;超高压水机机组主要包括：超高压泵、变频或定频电机、变频器及控制柜、增压泵、空压机、高压阀、水箱及仪表等，所有设备集成于集装箱内，全部装配在一台刚性的、无扭转的框架结构上。

根据船壳不同线型位置的除锈作业需要，研制多种作业端，组成灵活多样的超高压水除锈设备组合，实现高效除锈，如表1所示。

采用超高压水除锈工艺后，船厂在超高压水除锈作业过程中会产生大量的除锈水，同时船坞内其他位置也会产生大量的其他污水（统称余水），如高压水喷盘漏泄水、手持枪除锈水、坞墙/门渗水、坞内冲洗海水、船上排放的压载水、船上冷却海水、坞底残余污泥等，如果不做收集和处理，这些污水将会流入船坞周边水域，污染环境。

目前国内针对船坞污水的收集和处理的研究相对滞后，尚无针对船坞所有污水收集和处理的系统性解决方案，仅对除锈水进行收集，经过沉淀过滤后将污水直接排放掉，而有些小型修船企業甚至没有进行收集，将除锈水直接通过坞底排放。

现有大型修船企业船坞除锈水收集和处理系统原理图，如图1所示。

由图1可知：

（1）大、小型遥控机器人高压水除锈作业时产生的除锈水，通过白带污水收集装置回收，经过简单过滤后外排，相应残渣收集后委外处理;

（2）高压水喷盘及平板手推车高压水除锈作业时产生的除锈水，通过外接污水回收装置回收，经过简单过滤后外排，相应残渣收集后委外处理。

上述船坞污水收集和处理系统配置，主要存在以下问题：

（1）船坞内产生的污水和污物具有量大、杂质多、成分复杂、难区分等特点，包含了压载舱卸放海水、船上冷却海水、坞内冲洗海水、坞墙/门渗水、高压除锈淡水、含油污水，以及油漆渣、铁屑、污泥、海生物壳、坞内杂物等污物。采用何种方式分离及对污水收集处理是难点也是重点;

（2）仅对除锈水进行了收集和处理，而对于坞内产生的其他余水未进行收集或处理，导致此部分污水混合并流入船坞周边海域，污染环境;

（3）污水收集多为单点设备收集，且污水收集设备配置简单、处理能力有限、排放检测指标较低，面对严格的排放法规要求，处理后的污水依旧不能直接排放;

（4）简单处理后的污水直接排放，且没有对处理后的污水循环利用，造成了水资源的浪费;

（5）系统管网建设不合理，需要完善和专门设计。

综上可知，现有系统仅对除锈水进行简单收集和处理，无法满足越来越为严格的排放法规要求，需要采用合理的船坞污水收集和处理方法，搭建一套完整的船坞污水收集和处理系统，从而实现对船坞内产生的所有污水进行收集和处理。

3 优化设计方案

针对以上问题，根据干船坞和浮船坞的结构特点，分别制定污水收集和处理方案：将污水分类汇总，通过不同的收集和处理设备配置，最终将整个船坞内产生的所有污水进行收集和处理。优化设计的干船坞和浮船坞污水收集和处理系统原理图，如图2、图3所示。

3.1污水收集、输送、排放及中水回用管网系统

优化设计后的干、浮船坞污水收集、输送、排放及中水回用管网系统方案如下：

（1）干、浮船坞坞墙两舷内壁各设置1条除锈水收集总管，总管上每隔一定距离开设三通支管，方便大、小型遥控机器人和污水回收装置与之连接，将除锈水收集并汇总至两舷总管，然后再输送至下一级进一步收集和处理;

（2）干、浮船坞的陆上均设置1条至工业污水站的输送管线和1条至压水站（中转站）的输送管线，若存在多个干船坞或浮船坞，也可共用陆上管线;

（3）建设工业污水站，将含油废水和除锈水等集中深度处理，处理后一部分污水作为中水回用，一部分进入生活污水站继续处理，达标排放;

（4）完善工业污水处理站至生活污水站排放管线、干船坞压水站至生活污水站排放管线及浮船坞中转站至生活污水站的排放管线;

（5）建设由工业污水站回至干、浮船坞中水回用总管，然后分别布置管线引至船坞两舷内壁，同时在坞墙两舷分别设置两条中水回用管，总管上每隔一定距离开三通加阀门，方便就近开阀取用中水;

（6）船坞坞底中线位置建设1条从坞头至坞尾的压载海水排放总管线，总管上设置若干三通接口，可连接从不同放泄口来的压载水：对于干船坞，软管末端直接延伸至坞尾潜池;对于浮船坞，软管末端直接延伸至排海口，最终都靠重力作用排放;

（7）在坞内修理的船舶，可根据需要灵活布置软管，将船尾冷却海水引至于船坞坞尾潜池，或浮船坞引至排海口;

（8）在干船坞的坞门下方增加海水围堰，通过管线将围堰内的海水引至潜池排放。

3.系统设备配置

优化船坞污水收集和处理系统设备配置，实现污水分类收集、处理及排放。设计完善后的整个船坞污水收集和处理系统设备配置，主要包括：移动式污水柜（干坞）、压载舱内结构污水柜（浮坞）、压水站（中转站）、陶瓷式滤压机、真空污水回收装置、工业污水处理站及相应管网、阀门、泵辅等。

（1）真空污水回收装置（见图4）

目前普遍采用的是潜池内布置电潜泵外排坞内余水的方案，使用时需对电潜泵及电缆做特别防护，注意漏电风险;此外，因余水中含有固体颗粒、泥沙等，泵工作环境较差，需经常维保延长电潜泵使用寿命。

真空污水回收装置吸水工作原理为：在真空吸力作用下，含渣污水在吸口处进行气液混合，含渣污水在气体裹挟下经管道上升至吸水罐，经设备内部简单过滤后，泵排至工业污水站进一步处理。

真空污水回收装置具有介质适应性强（泥沙均可抽吸）、维护少（吸水部分无运动部件）、布置方便（设备不需布置在坞底，布置于陆上坞边）等特点，通过优化真空污水回收装置内部设备配置，实现吸排船坞坞底含渣污水。

（2）陶瓷式滤压机（见图5）

现有污泥处理装置为真空滤布滚筒式污泥脱水机。由于海水比重大，导致油漆泥自然沉淀时间长，上清液比较浑浊，不适宜直排如海，并给后续处理带来不利因素，如后续处理设备投资和运行成本很高，容易产生臭气、蚊虫等环境卫生问题;而新型陶瓷真空过滤机，具有投资及运行成本低、处理能力强、自动化程度高、白动保护功能完善、环保效果好等特点。新型陶瓷式滤压机，可以在提高污水处理效率和质量的同时，实现节能减排的目的。

（3）工业污水处理站

来白干船坞及浮船坞的污水（除锈水、余水及污泥等）进入工业污水处理站，经沉淀、加药等处理后，一部分作为中水通过中水回用管线循环回到船坞，供冲洗坞底以及其他绿化、冲厕等杂用;另一部分经污水站进一步处理后，达标直接排放。工业污水站流程示意图，如图6所示。

3.3船坞结构改造

（1）干船坞坞尾潜池四周区域设置挡水围堰，用于防止余水直接流入潜池排海;将船上压载水及冷却水的排放端与其他余水排放隔离;

（2）浮船坞根据不同的结构特点设置挡水围堰，用于防止污水溢流人海;同时，需在挡水围堰上增加可以用来排大量海水及冷却水的闸板，不用时关闭;

（3）根据#4浮船坞浮箱结构特点，余水收集采用在各浮箱之间新增L型槽方案：水槽整体从左舷向右舷倾斜，在右舷水槽端部位置新增排放支管，支管汇总流入右舷舷外新增的污水收集总管中，最终流入右舷尾部结构污水柜中，然后通过真空污水回收装置抽吸，并泵排至工业污水处理站进一步处理。

3.4干船坞污水收集和处理方法

（1）对于压载海水：当船舶进坞后，需排放船舶压载舱内大量压载水时，布设连接软管，将压载舱卸放口与位于船坞中线的压载海水排放总管上的三通接口相连，压载海水依靠重力通过管线排放至坞尾潜池中;

（2）对于船上冷却海水：通过软管引至坞尾潜池，冷却海水依靠重力通过管线排放至坞尾潜池中;

（3）对于坞门渗水：在坞门下方增加挡水围堰，坞门渗水依靠重力通过管线排放至坞尾潜池中;

（4）对于除锈水：通过大、小型遥控机器人和污水回收装置，将除锈水收集排至坞墙两舷内壁的除锈水收集总管，汇集于坞尾的移动式污水柜中，而后泵排至压水站，经过沉淀过滤及陶瓷式滤压机处理后，泵排输送至工业污水站处理;

（5）对于其他余水：包括高压水喷盘漏泄水、手持枪除锈水、坞墙渗水、坞内冲洗淡水、坞底残余污泥、坞底少量残余压载水等，均收集于坞尾污水井内，然后通过真空污水回收装置抽吸过滤后，泵排输送至工业污水站处理;

（6）对于船上含油污水：一般通过驳船或汽车运输，将含油污水运到工业污水站进行集中处理，最后泵排至生活污水站进一步处理。

3.5 浮船坞污水收集和处理方法

（1）对于压载海水和船上冷却海水：采用与干船坞同样的排放方案，不同的是浮船坞内的海水排放至排海口;

（2）对于船上含油污水：收集方法及处理过程与干船坞相同;

（3）对于其他污水：因浮船坞结构特点与干船坞不同，浮船坞内产生的所有其他污水，如除锈水、高压水喷盘漏泄水、手持枪除锈水、坞底少量残余压载水、坞内冲洗淡水、坞底残余污泥等，均收集于压载舱内结构污水柜内，然后通过真空污水回收装置抽吸过滤后，泵排输送至工业污水站进行处理;

（4）在结构污水柜内设有液位传感器，当流入到污水柜内的污水达到高液位时，真空污水回收装置自动启动开始抽吸污水;当水位到达低液位时，真空污水回收装置停止抽吸污水;

（5）浮船坞内产生的污水，在应急状态下也可通过泵排至浮船坞旁水柜，经陶瓷式滤压机过滤后，输送至生活污水站进行处理。

4 结论

本文针对原船坞污水收集和处理系统和管网存在的问题，通过优化设计布置相应设备和管线，搭建了一套完善的污水收集、输送、处理、排放及中水回用管网系统。优化方案，取得了以下效果：

（1）針对原系统存在收集和处理设备配置低的问题，通过引进真空污水回收装置、陶瓷式滤压机、建设工业污水站、优化工艺流程，实现污水分类收集，从而改善了整个船坞污水收集及处理系统的能力;

（2）针对原系统仅对除锈水进行收集和处理的问题，通过船坞结构和管网系统改造，实现了对船坞内所有污水的收集和处理，达到了坞内不达标污水零排放的目标，更好的保护了周边海洋环境;

（3）工业污水站处理后的达标污水（即中水），可直接循环回船坞供冲洗坞底以及其他绿化、冲厕等杂用，提高了水资源利用率，实现污水循环利用，降低了成本。

本文针对船坞内污水收集和处理的难点，提出了具有针对性的船坞污水收集和处理方法和优化方案，对于结构类似的船坞的污水收集和处理具有重要指导意义。

参考文献

[1]李德朝.超高压除锈水在修船作业中的应用[J].广东造船，2019 （6）：67-68.77.

[2]周锋.修船作业的超高压水除锈技术探讨[J].中国水运：2020（12）：141-143.

[3]刘权.超高压水除锈在修船除锈中的应用与实践[J].船舶物资与市场：2020（8）：52-57.