浅析船舶生活污水处理系统设计_陈勇

156 机电技术2012 年 12 月 浅析船舶生活污水处理系统设计 陈勇 福建船政交通职业学院 福建 福州 350007 摘 要 随着科技水平的发展 各种船舶污水处理技术和设备也在不断发展 多种多样的处理方法 在各种船舶上均已 得到了广泛的应用 文中结合多年来的研究工作 调研资料及实船设计经验 着重介绍船舶生活污水管路系统设计中生活 污水处理装置选型 各种生活污水处理装置的类型 特点 及在船上的应用实例 关键词 船舶生活污水 生活污水处理装置 装置特点 布置设计要点 中图分类号 U6 64 9 X703 1 文献标识码 A 文章编号 1672 4801 2012 06 156 05 随着航运业和海洋开发的发展 海洋环境的 污染也越来越严重 如何防治和减少船舶运行对 海洋环境的污染 正逐步受到人们的日益重视 在 国际海事组织 IMO 颁布的 MARPOL73 78 公 约 附则 IV 防止船舶生活污水污染规则 的基 础上 针对船舶生活污水排放的各种地方性标准 不断出台 要求对船舶生活污水进行更加有效地 处理 随着科技水平的发展 各种污水处理技术和 设备也在不断发展 处理方法多种多样 在各种船 舶上均已得到了广泛的应用 本文结合多年来从 事散货船 油船 集装箱船以及工程船的研究工 作 调研资料及实船设计经验 着重介绍船舶生活 污水管路系统设计中船舶生活污水处理装置选型 船舶在距最近陆地 3 n mile 以外 使用主管机关所 认可的设备 排放业经粉碎和消毒的生活污水 或 在距最近陆地 12 n mile 以外排放未经粉碎和消毒 的生活污水 但不论哪种情况 不得将集污舱中储 存的生活污水即刻排光 而应于船舶以不低于 4 kn 的航速航行时 以适当的速率排放 排放速率应经 主管机关认可 而在距离最近陆地 3 n mile 以内 时 则要求使用经主管机关批准的生活污水处理 装置 并且排出的废液在其周围水中不产生可见 的漂浮固体且不能使水变色 我国制定的船舶生活污水排放标准 GB 3552 83 如表1所示 表 1 船舶生活污水排放标准 沿海4 n mile 各种生活污水处理装置的结构特点 性能 及船舶 指标内河 沿海4 12 n mile 以内 生活污水管路系统布置设计要点 生化需氧量 50 mg L 50 mg L 悬浮固体量 150 mg L 150 mg L无明显悬浮物固体 1船舶生活污水排放规范和处理方法 大肠菌群数 250 个 250 个 1000 个 100mL 1 1船舶生活污水的定义 船舶生活污水是指由船员 旅客以及船舶所 载的动物日常生活所形成的废水和废物 通常将 来自于船舶卫生间 医务室 装载活动物处所的废 水和废物称为 黑水 而将来自厨房 洗衣房以及 盥洗室等处的废水和废物称为 灰水 船舶生活 污水不仅含有有机物和矿物质 而且还含有大量 的细菌 寄生虫 有时还含有危害人体及水生物的 病毒 如不经过任何处理而将其任意排放 就可能 造成周围水域的污染 1 2船舶生活污水的排放规范 为了防止船舶生活污水污染 MARPOL73 78 公约 的附则 防止船舶生活污水污染规 则 第 11 条对生活污水的排放做出了明确的规定 100mL 100mL 1 3船舶生活污水处理方法 船舶生活污水处理方法如按污水的排放方法 可分为无排放型生活污水处理装置和排放型生活 污水处理装置 无排放型生活污水处理装置通常 包含有船舶贮存方式和再循环处理方式 而对于 排放型生活污水处理装置 由于国际公约和相关 规定中排放标准的要求 使得船舶生活污水必须 经过相应的处理后才能按规定排放 通常船上采 用的排放型生活污水处理方式按净化方法的不同 可分为 生物学方法 物理化学方法 电化学方法 及混合处理方法等 目前 船舶采用的生活污水处理方式主要有 两种 收集贮存式和处理排放式 作者简介 陈勇 1963 男 高级工程师 研究方向 船舶动力 第 6 期陈勇 浅析船舶生活污水处理系统设计157 1 3 1收集贮存式 通过专设的粪便柜收集贮存含粪尿的厕所冲 洗水 集中排放到岸上接收装置或待航行到非限 制海域时排放 其粪便柜应将加强筋放在柜的外 侧 以利清洗内部 同时柜内壁应涂敷环氧树脂或 采用玻璃钢衬里 以防锈蚀 采用这种处理方式的 装置 只需从各个厕所汇集粪尿的管路和足够容 量的贮存舱柜即可 所以装置十分简单 造价低 但 贮存舱柜的容量往往需要很大 特别是长期航行 或停泊在禁止排放的海域的船舶 更是如此 同时 当粪尿需要长期贮存时 还必须使用化学药品杀 菌 消毒和除臭 增加药品费用 此外 因必须依靠岸上的接收处理而需支付 处理费 而且并非所有港口都具有这种处理装置 这些缺点限制其应用 目前已逐渐被淘汰 1 3 2处理排放式 设置专门的生活污水处理装置 将生活污水 经物理 化学 生物等处理后直接排放或处理后的 净水回收循环使用 根据其处理的方法的不同 具 体又有如下几种常见方式 1 生化处理 又称活性污泥处理或曝气处理 其通常是利用好氧性微生物为主的活性污泥对污 水中的有机物进行氧化分解 使其变成无机物 然 后进行化学药品消毒处理 再排放 活性污泥的主要成分是粒状或粉末状的活性 炭 常取自 木质物 木材 锯末 不质素 泥炭 煤质 物 原煤 褐煤 果质物 坚果壳 甘蔗渣 以及石油 残渣和生物骨头等 这种活性污泥对有机物具有 很强的吸附能力和氧化分解能力 活性污泥所发 酵产生的微生物 在有氧的条件下 能透过细菌的 细胞壁将污水中的溶解性有机物吸收 固体和胶 体的有机物先附在细菌体外 由细菌所分泌的外 酶分解为溶解性物质再加以吸收 细菌通过其自 身的生命活动 氧化 还原 合成等过程 将一 部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物 同时 放出能量 供细菌活动 生长 繁殖 而将另一部分 有机质软化为生物体所必须的营养质 组成新的 原生质 使细菌生长繁殖 消毒处理药品在船舶上常采用氯化物 如次 氯化钠 次氯化钙 氯氨 二氧化氯等 采用此种处 理方法 处理效果好 所需粪便柜体积小 比较简单 可靠 已在船舶上广泛应用 但需连续使用 否则微 生物就会死亡而失去处理能力 再生处理所需时 间长 2 理化处理 先将生活污水进行机械分离 使 液体和固体分开 然后用化学药品对污水进行除 臭 消毒 杀菌 达到排放标准后排放或循环利用 而泥渣 污泥等固体废物则送到焚烧炉焚烧 采用此种处理装置与生化相比较 装置较轻 小 随时可停止或启动 容易实现自动控制 而且处 理后的水质也可不受船舶摇摆和不同海域水质的 影响 是船舶常用的另一种处理方式 但也存在装 置较复杂 维修管理要求较高等缺点 1 4国内主要船舶生活污水处理装置 1 绿洲 哈姆沃西 ST 型船用生活污水处理装 置 ST 型船用生活污水处理装置是生物化学处 理方式 活性污泥法 的污水净化装置 该装置采 用延时曝气 完全氧化 法 利用好气性细菌处理生 活污水 它是采用生物化学处理方式的污水净化 装置 2 WCB 型生活污水处理装置 该系列生活污水处理装置由中船总公司 704 所设计生产的 采用生化法处理生活污水 利用活 性污泥与生物膜中的微生物在有氧环境下联合作 用来消除污水中的有机污染物 该系列由 10 300 人的不同规格所组成 3 CSWA 型生活污水处理装置 该系列装置 由交通部上海科学研究所设计生 产的 采用生物接触氧化法与化学消毒法相结合 来处理船舶生活污水以及陆用场所的生活污水 4 WC 120 型生活污水处理装置 该装置 是一种再循环式的污水处理系统 5 W SH 型生活污水处理装置 该装置是丹麦阿特拉斯 ATLAS 公司生产的 物理化学方式的污水处理装置 该装置完全实现 自动操作 可用于无人机舱 6 ORCA 型生活污水处理装置 该型生活污水处理装置是采用物理 化学方 式处理生活污水的 由美国 ENVIROVAC 公司生 产的 2船舶生活污水管路系统设计 某成品油轮为双螺旋桨 中速柴油机驱动的 远海航区的油船 该船的主要技术参数为 总长 105 m 设计水线长 100 m 型宽 16 8 m 吃水 6 3 m 设计航速 12 kn 该船设有起居甲板室 在尾楼甲 158 机电技术2012 年 12 月 板上设三层船员舱室 包括驾驶室 上甲板之上的 尾楼布置船员储物舱 冷藏室 工作处所 库房 泡 沫间 CO2 室 空调室 更衣间 洗衣间 舵机室以及 普通船员舱等 尾楼甲板第一层甲板室布置船员 舱货油控制室 餐厅 配膳间 厨房 吸烟室 库房 及应急电间等 尾楼甲板上第二层甲板室布置船 长和机长室 办公室及会议室等 航行甲板设置有 无线电处所 海图室 引航员室等 2 1生活污水处理装置的选型 生活污水处理装置的选型是生活污水管路系 统设计极为重要的一环 选配生活污水处理装置 时必须全面分析几种典型的生活污水处理装置各 自的工作特点和影响其工作的各种因素 并根据 船的实际情况选择合适的处理装置 取得经济效 益和环境保护的双重目的 该船生活污水处理装置计算 Vf S g G t 2282L 2 429 m3 式中 S 船员人数 18 人 g 平均耗水量 7 L d G 每天冲洗厕 所及洗手盆用水 200 L d t 贮存时间 7 d 根据上述计算结果及各种生活污水处理 装置 机型性能比较 该船生活污水处理装置选用泰兴 船舶机械生产的 WCB 30 生活污水处理装置 1 台 日处理量 2240 L d 排水水质 悬浮固体 50 mg L 大肠菌群 250 个 100mL 生化需氧量 50 mg L 功率 4 kW 电压 380 V WCB 型生化法生活污水处理装置 如图 1 所 示 适用于处理常规冲洗系统产生的生活污水 7 L 人 d 该装置兼有活性污泥和生物膜法处理之 特点 设有污泥 残渣回流再处理系统 污泥排放周 期长 该装置由三个柜室组成 即曝气柜 接触柜和 沉淀消毒柜 在曝气柜内 以好氧菌为主的活性污 泥菌胶团形成像棉絮状带有粘性的絮体吸附有机 物质 在充氧的条件下消解有机物质 变成无害的 二氧化碳和水 同时活性污泥得到繁殖 在接触氧 化室内挂有软性填料 充作生物膜 有机物得到进 一步的消解 在沉淀柜累积的活性污泥沉淀物再 被返送至曝气柜内作为菌种繁殖后再处理 经过 澄清处理过的污水最后进入消毒柜用氯药品杀菌 达到国际排放标准 然后由排放泵排至舷外 另一 路直接排出舷外 作为应急处理 特别是采用了一 种软性纤维填料 克服了一般采用活性污泥法或 以硬性填料作为生物载体的生物膜法的处理装置 的弊病 而且该处理装置体积小 重量轻 结构紧 凑 图 1 WCB 型生化法船舶生活污水处理装置 1 低水位浮子开关 2 高水位浮子开关 3 控制箱 4 超高水位浮子开关 5 氯化 器 6 空气压缩机 7 撇渣器 8 浮渣 返回 9 污泥返回 10 通气 管 11 污水进口 12 滤网 13 沉淀消毒柜 14 15 曝气柜 16 杀菌室 17 排 出泵 2 2 船舶生活污水管路系统布置与设计要点 2 2 1 生活污水处理装置的布置 生活污水处理系统的排放结果不仅和设备 性能有着直接的关系 还与设备的布置位置 设备 接口管路的安装均有着相关联系 船舶生活污水 处理装置的安装位置通常设计为便于进行厕所排 水的收集 因此受厕所分布和排水系统布设以及 舱容的影响 其位置相对固定 由于主甲板下舱室 的空间尤其是高度受到较大限制 通常船舶生活 污水处理装置的设计高度均 2 m 因此就限制了 装置结构和相关设计参数的选用 在理想的情况 下 污水处理装置应该位于船舶的底部和舯部附 近 不适当的位置会影响横倾和纵倾 而导致船体 稳定性减小 上例船舶污水处理装置位于船舶机 舱平台上 主体上部 主体周围的空间最小 400 mm 装置的操作面通道确保 800 mm 的空间 充分考 虑处理系统的美观和安全性 其操作和维护要求 不需要很长的时间和专门的技能 2 2 2 船舶生活污水管路系统设计要点 图 2 为某成品油轮生活污水管路系统图 该 船设厨房 1 处 其他 18 个生活舱室设便盆及洗手 盆 在系统设计中 全船厕所的粪便水及其地面污 水直接引至生活污水处理装置 进行生化法处理 再进行消毒杀菌使之到达排放标准 排放至舷外 固体残渣可由粉碎排放泵 通过主甲板上的生活 污水标准排放接头排至岸上接收装置 以满足防 污染规范要求 污水处理装置的透气管升至尾楼 开敞甲板以上一定高度 末端并设有防火网 第 6 期陈勇 浅析船舶生活污水处理系统设计159 该船灰水管路系统为重力式 各个区域的排 水口依靠重力向灰水管路排水 厨房及配餐间排 水应单独进入污水处理装置 在进入污水处理装 置之前应设置除油器 该船的机舱内的黑水和灰水管路系统主要包 括管路 驳运泵和生活污水处理装置 由住舱来的 黑水经驳运泵抽吸后 进入生活污水处理装置 待 处理后排舷外或排岸 住舱来的灰水直接进入生 活污水处理装置进行处理 待处理后排舷外或排 岸 为了降低船舶空船重量和便于船厂施工 采 用 PVC 管作为上层建筑内黑水和灰水管路的管 材 机舱内的黑水和灰水管路采用镀锌钢管 船舶生活污水管路布置尚须注意要点 1 要保证各个厕所 厨房 洗衣间的污水能 顺畅的到达生活污水处理装置 为此在船舶设计 中需要充分考虑管路布置的合理性 甚至在开始 船舶总体布置设计的时候就需要给予考虑 尽可 能做到排污区相对集中 力求缩短管路及增大管 路斜度 管路及阀件尽量选用耐腐蚀 易加工 适 合船用及船厂加工的材料 2 生活污水或经过处理后的排放水 排出舷 外时应避免被海水吸入 舷旁出口应避开舷梯 救生艇等的收放区域 通船外阀件应使用符合各 船级社规定的产品 3 生活污水管路希望敷设在走廊天花板上 尽可能避免穿过餐厅 厨房 住室 冷藏库 粮库以 及油舱 淡水舱 各层甲板的厕所希望能上下相对 集中 生活污水管路不得与其他任何系统的管路 相连接 4 生活污水管路的接管应正确布置 尽量避 免产生倒灌 排出口应设置在甲板以上 出口朝 下 灰水排出口位于重载水线以上 300 mm 灰水 管斜度 1 5 黑水管斜度 1 20 黑水排出口位于 水线以下 300 mm 5 通常在大便器数量较多的场合 集管和污 水柜上需设置透气管 透气管的公称直径一般为 50 mm 污水柜的透气管为 50 80 mm 透气应 引至空气流通良好的开敞甲板或烟囱的后壁 管 端设有一铜丝网 3结束语 图 2 某成品油轮生活污水管路系统图 满足规范要求的基础上 管路布置应合理 尽可能 做到排污集中 缩短管路 避免尖锐的弯角 增大管 从上述设计分析可以看出 对生活污水处理装 置的选择 应力求处理过程稳定且效率较高 缩小 设备尺寸 降低重量 减少能耗 经济合理 操作管 理简便等 在生活污水管路系统布置与设计中 在 路斜度 达到生产效益与环保效益兼顾的最终目 的 下转第165 页 序号操作对象动作结果分值 1 重油补油阀打开 2 重油补油阀关闭正确 1 3 轻油补油阀打开 4轻油补油阀关闭正确1 第 6 期李翔宇 等 基于 WEB 船舶副机虚拟操作训练系统设计 165 基缩空气进柴油机 pip ADE CP01 1 Tag TD ap ADE V039 1 1 0 pip ADE CP03 1 Tag TD ap ADE V037 1 4 刷新整体逻辑模块 该模块描述系统各个控件之间的逻辑关系 当操作者操作某个控件时 将使该控件的状态改 变 通过该模块 此变化将根据程序编写的逻辑关 系影响其他控件 从而实现整个系统与操作者间 的实时交互 例如 滑油系统的准备操作的代码如 下 器上进行实际系统测试 此时主要是测试按副机 系统的考核要求所设计的操作步骤操作后 在网 页系统界面下方的操作记录及各个小步骤的评分 结果是否正确显示 此处以副机系统考核的第一 大步检查来进行验证 操作结果如表 1 所示 表 1 副机系统考核操作结果 滑油系统的基备 点击查看副机滑油循环柜 若液位较低 对滑油循环柜补油 if TD ap ADE V038 1 TF LO ASC 5 if TD pip ADE LO02 1 1 TF LOP ASC 0 1 5 自定义函数模块 该模块内可自定义开发人员所需要的函数 如温度升降控制等 在此模块编写的自定义函数 可在其他模块中灵活调