船舶黑、灰水處理及中水回用

金 星，黃紅梅，黃國衛(wèi)

(江蘇南極機(jī)械有限責(zé)任公司，江蘇泰興225400)

0 引言

隨著人們對海洋環(huán)境保護(hù)力度的不斷加強(qiáng)，三亞亞龍灣、阿拉斯加海域、波羅的海等特殊港口和海域已不單單要求將黑水進(jìn)行處理，達(dá)到國際海事組織(IMO)所屬機(jī)構(gòu)海洋環(huán)境保護(hù)委員會(MEPC)制定的MEPC．159(55)決議排放標(biāo)準(zhǔn)(五日生化需氧量BOD5不大于25 mg/L、化學(xué)需氧量COD不大于125 mg/L，總懸浮固體 TSS不大于35 mg/L，PH值為6～8．5，大腸菌不大于100個/100 mL，余氯不大于0．5 mg/L)，對灰水也提出了限制排放要求，更為嚴(yán)格的是不能排放未處理過的排放水。為此，必須針對這些特殊要求，研制、開發(fā)船用黑、灰水處理及中水回用系統(tǒng)，對全船黑、灰水進(jìn)行深度處理，使排放水質(zhì)達(dá)到《GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的排放水可再循環(huán)使用，盡量減少污水的排放。

1 工藝論證

1．1 黑水處理工藝

黑水包括:⑴任何形式的廁所、小便池的排出物和其他廢棄物;⑵醫(yī)務(wù)室(藥房、病房等)的面盆、洗澡盆和這些處所排水孔的排出物;⑶裝有活的動物處所排出的廢水;⑷混有上述排出物的其他廢水。

船用條件下的黑水重力收集方式有機(jī)濃度約為500 mg/L，真空收集方式有機(jī)濃度約為3 500 mg/L，它具有有機(jī)濃度高，可生化性好等特點(diǎn)。為減少船上污泥排放量，達(dá)到徹底消解污染物質(zhì)的目的，采用活性污泥生化處理工藝成為必然的選擇。縱觀所有的生化法工藝，SBR(序批式處理工藝)具有污泥濃度高，污泥流失少，脫氮-除磷能力強(qiáng)，省去了沉淀柜可節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于船用條件。

船上與陸上相比，同樣存在短時間內(nèi)的高峰負(fù)荷問題，IMO規(guī)范也有相關(guān)規(guī)定，設(shè)計時需考慮3倍的負(fù)荷量。針對此要求，必須設(shè)置1個緩沖柜，用以調(diào)節(jié)水量，削峰填谷，為后續(xù)的SBR創(chuàng)造穩(wěn)定的運(yùn)行條件。

任何工藝都有其處理的極限，生化法也同樣如此。有機(jī)負(fù)荷的去除率為90%，排放水的BOD5、COD達(dá)不到MEPC．159(55)決議中的要求，必須增加新的處理方法。陸上已成功運(yùn)行的膜生物反應(yīng)器MBR處理工藝為船上的排放水達(dá)到較高要求提供了很好的借鑒。針對船用條件，本方案對超濾MBR工藝進(jìn)行了如下配選:

(1)在陸上，膜的布置可分為“內(nèi)置膜”和“外置膜”，且以前者為多。而在船上，使用“外置膜”相對比較容易“在線”清洗和更換。

(2)采用壓縮空氣、壓力沖洗、化學(xué)藥品浸泡3種清洗方式，可以延長膜的使用壽命。

(3)SBR工藝過程的沉淀期不受外界水流的影響，沉淀后的上清液含固體雜質(zhì)少，進(jìn)入外置膜后可減少膜的污染。

MEPC．159(55)決議中對含氯量有了明確的規(guī)定，不大于0．5 mg/L。若仍采用余氯進(jìn)行消毒，加入的量比較難以控制，還會產(chǎn)生二次污染，必須尋求其他替代消毒方式。借鑒陸上成熟的經(jīng)驗(yàn)，臭氧和紫外線成為最佳的選擇。

通過上述論證，采用調(diào)節(jié)柜調(diào)節(jié)水量+SBR+膜生物反應(yīng)器MBR+臭氧或紫外線消毒的處理工藝較為可行。

1．2 灰水處理工藝

灰水主要包括:⑴廚房灰水;⑵洗浴灰水;⑶洗衣灰水。

MEPC．159(55)決議中對灰水有了明確的定義，包括廚房灰水、洗滌灰水、洗浴灰水，有機(jī)負(fù)荷濃度大于150 mg/L，其他指標(biāo)也同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了MEPC．159(55)決議中的要求。要使之得到充分分解與處理，生化法處理工藝成為最佳的選擇方案。可將灰水加入黑水中一并進(jìn)行處理，參與生化，膜分離，消毒處理。但3種灰水的組成較為復(fù)雜，必須進(jìn)行如下相應(yīng)的預(yù)處理，為后續(xù)處理創(chuàng)造較好的條件。

1．2．1 廚房灰水

此灰水排出時含有大量的動、植物油脂，固體殘渣等物質(zhì)，如直接進(jìn)入生化處理系統(tǒng)，將會影響正常的生化處理過程，產(chǎn)生不良后果。

1．2．1．1 動、植物油脂

食用油中絕大部分是長鏈脂肪酸，碳的分子鏈長達(dá)12個以上，要想通過常規(guī)的活性污泥分解成二氧化碳，需要停留的時間很長。而消解污水中的有機(jī)污染物停留時間只需幾個小時，這就需將反應(yīng)柜的體積增加。在陸上完全可以通過增大反應(yīng)池達(dá)到要求，而船上空間受到限制，增加體積較為困難。

大量油脂直接進(jìn)入生化反應(yīng)系統(tǒng)后，活性污泥會吸附油脂，阻礙活性污泥進(jìn)行有氧呼吸，破壞正常的好氧反應(yīng)，不利于活性污泥的繁殖，降低對有機(jī)污染物的消解能力;好氧反應(yīng)降低后，厭氧與兼氧反應(yīng)增加，絲狀菌會大量繁殖，引起污泥膨脹和產(chǎn)生大量浮渣;吸附油脂后的活性污泥沉降性能將會降低，加快外置膜的污染，同時不能分解后的油脂會進(jìn)入膜組，吸附在膜絲的表面，加快膜的污染，增大膜的清洗難度。

1．2．1．2 固體殘渣

廚房灰水中的固體殘渣多數(shù)是殘根剩漬，可生化性能好，有機(jī)濃度高，如直接進(jìn)入生化系統(tǒng)內(nèi)，將會增加消解負(fù)擔(dān)，特別是在船上一定空間的生化反應(yīng)器內(nèi)，要分解除黑、灰水以外的有機(jī)負(fù)荷將會非常困難。

1．2．1．3 預(yù)處理措施

(1)廚房灰水:設(shè)置帶有加熱器的撇油器，對廚房灰水進(jìn)行油、水分離，分離后的油脂送入焚燒爐處理，排放水流入生化處理系統(tǒng)。

(2)固體殘渣:設(shè)置廚房垃圾泔腳消化器，將粉碎、瀝干的殘渣進(jìn)行生物分解，烘干后打包，送入焚燒爐處理或打包至岸上處理，有效降低垃圾容積。

1．2．2 洗浴、洗衣灰水

此類灰水所含的污染物主要有人體皮膚分泌物、毛發(fā)、污垢、合成洗滌劑和香料以及細(xì)菌、真菌、大腸桿菌，棉纖維、毛革纖維等，含磷較高，濁度達(dá)到幾十NTU甚至超過100 NTU，但色度不高，嗅味為強(qiáng)烈的洗浴用品的芳香，BOD約為100 mg/L，COD約為400 mg/L?？赏ㄟ^生化法、消毒措施消解有機(jī)物與殺滅細(xì)菌，同時SBR具有好氧和厭氧階段，可生物固磷，在排放污泥時一同排出，達(dá)到除磷的目的。毛發(fā)和纖維等不能分解，需通過過濾器加以去除，防止進(jìn)入后續(xù)處理后纏繞膜絲。

1．3 中水處理工藝

中水主要包括:污水經(jīng)適當(dāng)處理后，達(dá)到一定的水質(zhì)指標(biāo)，滿足某種使用要求，可以進(jìn)行有益使用的水。經(jīng)前期處理后的排放水雖已達(dá)到IMO MEPC．159(55)決議標(biāo)準(zhǔn)，絕大部分懸浮固體和有機(jī)物去除了，但還殘留著微量的懸浮固體和溶解性有機(jī)物，達(dá)不到中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。殘留的懸浮物，難降解的有機(jī)物、氮和磷等營養(yǎng)鹽、溶解性無機(jī)鹽以及細(xì)菌、病毒等深度處理技術(shù)目前有:混凝+沉淀+過濾、活性炭吸附、膜過濾等，比較如下:

(1)混凝+沉淀+過濾:此工藝需設(shè)置較大體積的攪拌柜，并向柜內(nèi)加入適量的絮凝劑，經(jīng)攪拌、沉淀、過濾后提取清液。在處理過程中，藥劑的添加量、沉淀時間較難控制，沉淀后的物質(zhì)較難處理，不適合船用條件。

(2)活性炭吸附:此工藝?yán)没钚蕴烤薮蟮谋砻娣e、較細(xì)的孔隙和表面化學(xué)特性吸附污染物質(zhì)，已在陸用污水處理工程中大量應(yīng)用。但其受到PH值、溫度、污水特性、接觸時間的影響，較難控制，且需儲備、使用大量的活性炭，如需循環(huán)利用，還要再生，不適合船用條件。

(3)膜過濾:此工藝?yán)媚さ目紫秮矸蛛x污水中的污染物質(zhì)，已在陸用工程中成熟運(yùn)用。其占地面積小，適用于船用條件。

由于污水經(jīng)前期超濾處理后已達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)，可采用納濾膜處理工藝，經(jīng)膜分離后的濃縮液回流至裝置緩沖柜內(nèi)進(jìn)行循環(huán)處理，清潔水排出后貯存在中水艙內(nèi)，加入適量的余氯以便長久保存，水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到雜用水標(biāo)準(zhǔn)。

由于納濾能截留70%的鹽分，裝置在連續(xù)循環(huán)處理過程中勢必會使鹽度升高，系統(tǒng)需具有自動排鹽過程，平衡裝置內(nèi)鹽度。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，在排放水出口設(shè)置了多項(xiàng)在線檢測儀器，出水不合格時自動回流循環(huán)處理。

2 系統(tǒng)流程

黑、灰水處理工藝流程圖如圖1所示。系統(tǒng)由撇油器、泔腳消化器、毛發(fā)過濾器、黑灰水處理裝置等組成?；宜?jīng)相應(yīng)的預(yù)處理后與黑水一起進(jìn)入黑灰水處理裝置內(nèi)進(jìn)行生化、膜分離、消毒處理，排放水達(dá)到MEPC．159(55)決議要求后可直接排放至舷外，或進(jìn)入貯水柜后進(jìn)過納濾中水處理系統(tǒng);處理后由在線檢測儀對排放水進(jìn)行檢測，達(dá)到雜用水標(biāo)準(zhǔn)后貯存在船上中水艙內(nèi)。若不達(dá)標(biāo)，返送循環(huán)處理。

圖1 黑、灰水處理工藝流程圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了對方案進(jìn)行考核，在公司試驗(yàn)室內(nèi)組建了全污水試驗(yàn)系統(tǒng)，連續(xù)進(jìn)行了試驗(yàn)，每天取樣送上海環(huán)境監(jiān)測中心進(jìn)行水質(zhì)分析，并在中水排放口設(shè)置了濁度、PH值、電導(dǎo)在線檢測儀。

3．1 設(shè)計處理能力

(1)黑水:水力負(fù)荷2 030 L/天，BOD5有機(jī)濃度為500 mg/L。

(2)灰水:水力負(fù)荷3 190 L/天，BOD5有機(jī)濃度為150 mg/L。

(3)中水產(chǎn)量4 000 L/天，回收率80%。

3．2 污水配比與供料

(1)黑水取之本地學(xué)校廁所新鮮污水，通過可編程控制器PLC控制三通電動閥的開度，配合轉(zhuǎn)駁泵將污水定時定量地轉(zhuǎn)駁至黑灰水處理裝置內(nèi)進(jìn)行處理，流量約為85 L/h。

(2)灰水

①廚房灰水:每天分4次配制，每次用500 g食用油油炸食品，將炸后的油加入800 L水、75 g洗滌劑，倒入撇油器內(nèi)，流入裝置進(jìn)行處理。

②洗衣、洗滌灰水:每天配制1 740 L水、580 g洗衣粉、145 g洗發(fā)精、29 g毛發(fā)組成的灰水，通過PLC控制三通電動閥的開度，配合轉(zhuǎn)駁泵將污水定時定量轉(zhuǎn)駁至裝置內(nèi)進(jìn)行處理，流量約為75 L/h?；煊忻l(fā)的灰水首先經(jīng)由毛發(fā)過濾器進(jìn)行過濾。

3．2 試驗(yàn)結(jié)果

(1)撇油器:出水含油不大于50 mg/L。

(2)毛發(fā)過濾器:經(jīng)過濾后，出水不含毛發(fā)。

(3)泔腳消化器:通過生物分解、加熱烘干，粉碎后的垃圾體積可減少80%。

(4)黑灰水處理系統(tǒng)排放指標(biāo)見表1。

表1 黑灰水處理系統(tǒng)排放指標(biāo)

(5)中水處理系統(tǒng)排放水指標(biāo)見表2。

表2 中水處理系統(tǒng)排放水指標(biāo)

4 結(jié)語

本方案對船用條件下的黑、灰水處理，廚房泔腳消化，中水回用進(jìn)行了充分的方案論證和試驗(yàn)驗(yàn)證，并通過了技術(shù)鑒定，為防止船舶造成海洋污染，節(jié)約水資源提供了一條可行的解決方案。

［1］ 斯蒂芬森．膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)［M］．張樹國，李詠梅，譯．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003．

［2］ 張自杰．廢水處理理論與設(shè)計［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．