船用生活污水处理装置介绍

船舶防污染设备检查技能专题讲座江阴海事局主办CCS江阴办事处 江苏南极机械有限责任公司 协办船用生活污水处理装置产品介绍江苏南极机械有限责任公司二一三年五月产品介绍大纲一、国际公约的演变二、船舶生活污水的处理工艺三、 WCMBR型船用膜法生活污水处理装置国际公约的演变 联合国国际海事组织（ IMO）于 1973年起通过防污染公约 MARPOL73/78 ，其中附则 IV是关于防止船舶生活污水污染的规则。 1976年由海洋环境保护委员会颁布 MEPC 2（ VI）决议规定了其性能试验准则和排放标准；至 2006年又颁布MEPC 159（ 55）决议，将排放标准严格了近一倍。此决议2010年 1月 1日起实施。 2012年 10月 3日 MEPC 64次会议上又颁布了 MEPC 227（ 64）决议，增加了总氮和总磷的排放指标， 2016年 1月 1日起实施。我们把 1976年的装置称为第一代的话， 2006年的称为第二代， 2016年的则可称为第三代新型生活污水处理装置。明显的国际上对船舶引起的海洋污染的关注日益加剧，同时也给造船行业带来挑战。国际公约的演变 以前，一般认为水体的污染主要是由有机碳污染引起的，因此称为有机污染，因而对排放水的 BOD、 COD的要求比较严格。现在进一步发现氮磷的污染也不容忽视，海洋赤潮和浮苔的频现是由氮磷的富营养造成的。从 2008年起由美国等提案开始讨论，至 2012年通过增加氮磷的最新要求，提案开始只是要求氮磷不大于 10mg/L。最终颁布的决议是总氮不大于 20（ Qi/Qe） mg/L。还要求总磷不大于 1.0（Qi/Qe） mg/L，或者以去除率来考核，氮和磷相应为 70%和80%。国际公约的演变 虽然目前三代生活污水处理装置的排放要求都还没有包括灰水，但是新型生活污水处理装置应考虑灰水的处理，因为各港口国已提出灰水的要求。生活污水（ sewage，黑水）的定义是以厕所粪便污水为主的，其它洗涤水、厨房污水等在船上称为灰水，更广义的加入如冷却水又称废水。如果废水也加入生活污水处理装置，它的排放标准就要乘以 Qi/Qe（黑水 /黑水 +废水），明显严格多了。 目前氮磷的去除要求仅限于客轮（例如阿拉斯加公约的范畴）。要到 2014年 10月再开会决定，是否扩大？国际公约还有不确定性，所以跟踪和研究国际公约有一定的必要性。各主要排放标准汇总表排放 标 准 MEPC.2(VI) MEPC.159(55) MEPC.227(64) USCG*33CFR Alaska阿拉斯加公 约TSS(mg/L) 50 35 35(Qi/Qe) 150 30BOD5(mg/L) 50 25 25(Qi/Qe) 无要求 30COD(mg/L) 无要求 125 125(Qi/Qe) 无要求 无要求大 肠 菌群数(个 /100ml) 250 100 100(Qi/Qe) 200 20PH 6 9 6 8.5 6 8.5 无要求 6 9余 氯 (mg/L) 尽可能低 0.5 - 无要求 0.01氨氮 (mg/L) 无要求 无要求 - 无要求 10总 氮 (mg/L) - - 20(Qi/Qe) - -总 磷 (mg/L) - - 1.0(Qi/Qe) - -*美国海岸警卫队现已向 IMO靠拢1、生化法 利用生物化学的传统活性污泥法成了主宰，目前 90%左右的装船产品为生化法。英国名牌产品至今已有 6000台生化法产品装在航行于全世界的船上；中国的名牌WCB型生化法产品也约 4000台产品装船，同时引领 “ 风向 ” 25年。基本原理是利用活性污泥菌胶团在酶的作用下将有机污染物消解成二氧化碳和水。这种二氧化碳的排放在 “ 碳排放公约 ” 中不属于碳指标范畴内，从长远的目光看，其他化学品的制备都会计算碳指标。2、传统问题 然而陆上产生的污泥膨胀的问题在船上也同样出现。传统推流式不停气好氧工艺会滋长丝状菌、抑制正常菌胶团的发育，时不时会发生污泥膨胀，影响出水水质，称为活性污泥法的 “ 癌症 ” 。对付过度好氧的措施是增加厌氧段工艺，又称 A/O 系统，在厌氧段，丝状菌得到抑制，菌胶团得到正常的发育，同时，硝化反硝化的出现，解决了 “ 脱氮除磷 ” 的目标。 流程 1， A/O 系统：进水 A O A O C 排水 厌氧 好氧 厌氧 好氧 沉淀 流程 2，传统推流式不停气好氧系统： 进水 O O C 排水 好氧 好氧 沉淀 流程 3，传统的推流式活性污泥法 流程 4，序批式处理工艺示意：3、 SBR新工艺 近 20年来，陆上重现 “ 序批式 ” SBR处理工艺， “ 方兴未艾 ” ，其显著优点是省去沉淀池，在一个池内实现进水 -曝气 -沉淀 -撇水 -休闲五个功能。污水是一批一批处理的，不是推流式，在高峰负荷时，推流式会失控，而序批式由 PLC控制。大大节约了尺寸，从这一点看，序批式处理工艺在船上的推广使用比陆上更为有意义。同时，其曝气是断续的，不是连续的，所以又称 “ 间隙式曝气 ” 处理工艺，犹如 A/O 系统，不同的是由 PLC控制不让其达到厌氧状态，而仅是 “ 缺氧 ” 状态，在同一池内呈现 “ 同步硝化反硝化反应 ” ，达到 “ 脱氮除磷 ” 的目标。 同时，看到序批式中没有 “ 污泥返送 ” 这一动作。经到船上调查发现，船员不大可能随时去看管污水处理装置和去观察沉淀柜玻璃观察窗，见到有污泥，就开一下返送空气阀；见不到污泥，就关住返送空气阀。如常年不开返送空气阀，则污泥堆积，满出至清水柜，污泥流失，水质变坏。如常年开着返送空气阀，则，污泥提送完后就返送沉淀水，前后混流，沉淀柜也起不到作用。 序批式工艺，毋须 “ 气提 ” ，无此弊病，还减少了空气量。4、膜法工艺 高分子聚合物加上 “ 挥发剂 ” 像发泡沫海绵那样的工艺可以生产出微米级的渗透膜。控制发泡剂可以控制膜的孔径，分为：微滤、超滤、纳滤、反渗透 RO, 分别约为 0.1、 0.01、 0.001、 0.0001m 级 , 纳滤孔径是0.001m=1nm( 纳米 )，纳滤因此而得名。物质到了纳米分子级，其性能发生意想不到的变化。 RO膜已不能称为滤膜了，只有在一定渗透压下让分子量为 18的 H2O水分子迁移，大于此分子量的 NaCl，分子量 40.5，溶解性盐也透不过。孔径太小必然对水的预处理要求非常苛刻，所以， RO和纳滤都不适用于原污水处理工艺，超滤是比较合适的选择。5、 MBR 在生活污水处理中，膜不仅仅是清浊分离，还参与生化反应 , 因此有了生物反应器的工艺（ MBR）。超滤材料有 PP、 PVDF、 PSF、 PAN等，其传质机理没有根本的不同。6、膜的在线清洗 膜的浓度极化，原水被萃取后浓度增加。经过长时间运行，金属氧化物（ Fe， Mn）、钙镁盐类（ CaCO3、 MgSO4）、胶体、细菌、阳离子性聚合物（洗涤剂）会在膜表面沉淀，其浓度达到无法清洗回复到原来的膜通量时，称浓度极化现象。因此，在船上使用此新技术时必须考虑膜的使用条件，浓缩液的回流，在线清洗等措施是必不可少的。 流程 5，膜法 MBR工艺： 污水入口 曝气 接触氧化 沉淀 膜法 消毒 排放回流 回流7、 SBR+MBR成为最佳组合 SBR具有紧凑、高效和能为 MBR创造优越的条件，利用上清液供给膜又被称为 “ 干净的 MBR”, 极适用于船上。 污水入口 缓冲柜 序批柜 清水柜 膜组 消毒 排放回流n 概述 WCMBR型膜法生活污水处理装置是采用 “ 序批 +外置膜法 ”工艺，序批式更能适应变负荷的污水量，也是近年来陆上的最先进技术；外置膜法是本公司的专利技术，处理后的排放水指标可达到世界上海洋船舶污水排放的最高标准。 经处理过的排放水应指标满足 IMO.MEPC 159（ 55）决议的要求：TSS 35mg/lBOD5 25 mg/lCOD 125 mg/l大肠菌 100个 /100mlPH 6 8.5余氯 0.5 mg/ln WCMBR型船用生活污水处理装置明细表型 号 WCMBR-20(U) 30(U) 40(U) 50(U) 60(U)80(U)90(U)100(U)120(U)150(U)200(U)250(U)300(U)400(U)500(U)550(U)额 定使用人数 20 30 40 50 60 80 90 100 120 150 200 250 300 400 500 550水力 负荷(m3/d)1.54 2.31 3.08 3.78 4.48 6.02 6.58 7.70 9.10 11.20 14.70 18.20 23.10 30.80 35.0 38.5有机 负荷(Kg/d)0.77 1.155 1.54 1.89 2.24 3.01 3.29 3.85 4.55 5.6 7.35 9.10 11.55 15.4 19.25 21.175原 污 水 悬 浮固体 (SS)500 mg/L处 理后水 质 总悬 浮固体 (TSS):35毫克 /升五日生化需氧量 (BOD5)25毫克 /升化学需氧量 (COD) 125毫克 /升热 敏性大 肠 菌群数 100个 /100毫升PH： 6 8.5工作 条件 环 境相 对 湿度： 90处 理水温度： 8 ， 处 理水 盐 度： 35000ppm倾 斜角度： 22.5n WCMBR(U)型膜法生活污水处理装置系统原理 装置主要由缓冲柜、序批柜、（清水柜）、气泵、粉碎泵、（流程泵）、排放泵、电控箱、紫外线消毒装置、电动阀、膜组、加药泵等组成。 采用 SBR+MBR处理工艺消解有机污染物质，其处理流程为： 污水入口 缓冲柜 序批柜 清水柜 膜组 消毒 排放 回流 厕所污水首先进入缓冲柜，以适应生化处理，当柜内液位达到启动液位后，转驳至置有软性填料的序批柜，进行序批式生物接触氧化处理，处理后的上清液进入清水柜内，当清水柜内达到一定液位后，泵入膜组进行处理，排放水经紫外线消毒后排出舷外，排放水质达到 IMO MEPC.159（ 55）规范的要求。清水柜内水也可不经膜而直接排至舷外，但这种操作仅适用于公海或非规则海区。虽然排放水不能达到新标准要求，但比直接排放污水要好得多，这种操作对节约膜的使用寿命大有脾益。n WCMBR型船用生活污水处理装置系统流程图n 产品特点u 采用序批式处理方式 相对以前推流式处理工艺，序批式（ SBR）处理工艺不是连续的，而是间歇的，周期性的，污水一批一批地顺序经过 “ 进水期 ” 、 “ 曝气期 ” 、 “ 沉淀期 ” 、 “ 排水期 ” 、 “ 休闲期 ” ，然后又周而复始，在同一柜内进行，它具有如下优点： 可以克服被称为 “ 活性污泥法癌症 ” 的污泥膨胀问题，污泥膨胀主要是由于稳定的连续曝气产生大量的丝状菌所致，而序批式工艺利用基质浓度在时间和空间上的变化，选择性的控制丝状菌的生长，缺氧、厌氧、好氧状态交替运行，能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，而对多数菌胶团细菌不会产生不利的影响。 脱氮除磷，序批式程序中有厌氧阶段，符合 A/O系统脱氮的原则，传统陆上推流式工艺有的会设置厌氧段，好氧段， A/O、 A/O交替进行，序批式就类似有这样一种功能，污水中形成的氨 -氮（ NH3-N），经过硝化和反硝化的反应，转化成氮和水，可以看到传统推流式活性污泥法，出水色度呈黄色，序批式的出水色度明显较白。 序批式的活性污泥浓度高，去除有机污染物的效率也就高，而且排泥量极少。由于无 “ 气提 ” 污泥返送过程，耗气量少，理论计算和试验数据表明，气泵规格比常规的连续曝气装置省三分之一左右。又由于有了供气 “ 停歇 ” 时间，也有利于克服以往 “ 冒泡 ” 现象。u 采用外置式 MBR的方式 MBR处理工艺大体上可分为两种：一是内置式 MBR，就是将膜组置于柜体内部，通过抽吸泵将水抽出，这种方式膜容易污染，清洗、更换不便；二是外置式 MBR，将膜组置于柜体外，通过泵将水压入膜组内进行过滤处理，此种方式可灵活使用压缩空气、反冲洗水、化学清洗液多种方式对膜进行清洗，延长了膜的使用寿命，特别是对于船用条件，更换非常方便。经过我们反复试验、研究，又对常规的外置式膜进行了不少改进，使它能更好地适合船用条件。u 序批式工艺的应用 近年来陆上发展的 “ 序批式 ” 工艺是将 “ 进水 -曝气 -沉淀 -排放 -闲置 ” 五个程序集中在一个池子内进行，这样就可以省去沉淀柜，腾出空间来添置膜组等设备而使装置尺寸不会太大。 序批式工艺有如下优越性： 减少尺寸。 传统工艺的污泥量不会很大，太大会使出水带泥，影响出水水质；序批式可增加污泥负荷率，污泥量大，处理的负荷也高，沉淀时绝对静止，污泥沉降有保障。 “ 上清液 ” 清，给后续的膜处理带来好的运行条件。 “ 好氧 -缺氧 ” 过程有利于氨氮的消化。船上采用厌氧工艺比较危险，而采用序批式形成短暂缺氧，消化污泥比较适合。研究表明，在序批式柜内可产生 “ 同步硝化反硝化 ”现象： 传统工艺连续曝气，脱氮除磷效果差，容易引起冒泡问题。传统工艺的一大所谓 “ 癌症” 是丝状菌的产生，引起 “ 污泥膨胀 ” ，即污泥泛滥，会引起水质变坏，序批式 “ 好氧-缺氧 ” 产生菌种全面的菌胶团，可以抑制单纯的丝状菌，避免了污泥膨胀问题 .u 更大的高峰负荷 一般船舶要求有 3小时的高峰负荷设计，本设计考虑到人员的流动性大，设计有 24小时的高峰负荷，特别是采用 “ 序批式 ” 设计，使这个设计理念得以实现。如果没有污水再进入，装置的 3个柜，