船舶污染物處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

羅桂山，邵曉華，陳清

（1.海軍駐上海704所軍事代表室，上海 200031；2.中國船舶重工集團(tuán)公司第704研究所，上海 200031）

0 引言

自IMO的73/78防污染公約[1]開始實(shí)施以來，有關(guān)防止船舶造成海洋污染的專業(yè)無論在基礎(chǔ)理論、法律法規(guī)還是在核心技術(shù)、裝備技術(shù)方面均有了一定的發(fā)展，尤其是近幾年，這種進(jìn)步的趨勢愈發(fā)明顯。目前，船舶防止污染專業(yè)處于歷史性轉(zhuǎn)變的時(shí)刻，船舶（包括海洋工程）設(shè)計(jì)、建造的種類繁多，海洋環(huán)境保護(hù)的要求日趨提高。本文將對船舶污染物處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向作出具體闡述。

1 船舶污染物處理技術(shù)現(xiàn)狀

防止船舶造成海洋污染的技術(shù)，是在IMO的73/78防污染公約的技術(shù)要求的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要涉及到污水處理、艙底油污水、固體廢棄物、游輪洗艙水及化學(xué)品等污染物的控制及處理。

1.1 生活污水處理技術(shù)

船舶污水處理技術(shù)涉及的公約法規(guī)是附則Ⅳ[2]，船舶污水主要是生活污水（公約定義為黑水），廚房洗滌、洗浴、洗衣廢水（公約均定義為灰水）。這類污水中對海洋環(huán)境造成污染和破壞的污染物物質(zhì)主要是指有機(jī)物、氨氮、磷及污水中的病菌。目前對以上生活污水進(jìn)行處理的技術(shù)裝置主要分為三類：

1）有機(jī)物降解處理達(dá)標(biāo)排放裝置

這類裝置的技術(shù)基礎(chǔ)是對生活污水中的有機(jī)污染物進(jìn)行降解以后，使出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。主要的處理工藝技術(shù)有生化法和物化法兩種，其中生化法處理技術(shù)是世界各國的主流趨勢。兩種工藝技術(shù)的主要原理如下：

（1）生化法：

其中：R為不同分子鏈的碳?xì)浠衔铩?/p>

以上反應(yīng)過程都是通過微生物的作用產(chǎn)生，通過生物化學(xué)反應(yīng)，污水中的有機(jī)物，氨氮等污染物被降解成對環(huán)境無害的CO2、N2和H2O。

（2）物化法：

這類化學(xué)反應(yīng)從等當(dāng)量角度看，需要大量的氧化劑，如重力沖洗黑水COD按500mg/l～600mg/l計(jì)，完全氧化污水中的有機(jī)物需500mg/l～600mg/l O2相當(dāng)?shù)难趸瘎彝都拥难趸瘎┰蕉?，氯仿和氯化有機(jī)物產(chǎn)生量就越多，氯仿和氯化有機(jī)物是世界公認(rèn)的強(qiáng)致癌物質(zhì)，這類物質(zhì)可以通過食物鏈傳遞和富集。

處理達(dá)標(biāo)型排放裝置可以在3海里以內(nèi)及達(dá)標(biāo)有要求的海域內(nèi)使用，裝置的海域環(huán)保法規(guī)適航性好。

2）粉碎消毒排放裝置

這類裝置對生活污水進(jìn)行粉碎消毒后排放，主要的處理工藝和上述的物化法處理技術(shù)相同，事實(shí)上，上述物化法達(dá)標(biāo)排放裝置就是在粉碎消毒排放裝置的基礎(chǔ)上升級發(fā)展的。

處理工藝技術(shù)主要是采用水泵粉碎及電解海水或直接投入消毒劑[3]。這類裝置從IMO公約角度看可以在4～12海里之間及沒有達(dá)標(biāo)要求的海域使用。裝置的海域環(huán)保法規(guī)適航性一般。

3）收集貯存排放裝置

這類裝置對生活污水只做收集貯存，污水出路有駁岸、接收船接收或20海里外排放等，這類裝置的海域環(huán)保法規(guī)適航性比較差[4]。

1.2 艙底油污水處理技術(shù)

艙底油污水處理技術(shù)主要圍繞乳化液處理技術(shù)而發(fā)展，MEPC.60（33）決議案[5]中對裝置的性能要求只提出了在投加了快速分離表面活性劑后，裝置分油效率依然能達(dá)到10ppm以下的技術(shù)要求。MEPC.107（49）決議案[6]和MEPC.60（33）決議案的技術(shù)要求的主要差異在于艙底油污水型式試驗(yàn)的含油乳化液的定義作比較明確的和可量化的定義，這樣一種乳化液是難以通過重力分油達(dá)標(biāo)的。有必要在重力分油的基礎(chǔ)上組合吸附或過濾工藝才能達(dá)到MEPC.107（49）的要求。

目前國內(nèi)外采用的技術(shù)主要有兩類：

1）采用“重力分油+濾器”裝置。這類裝置體積小，運(yùn)行維護(hù)方便，濾器需定期更換。

2）采用“膜過濾”技術(shù)裝置。裝置通過超濾膜的過濾作用，將油污水中的油份攔截在膜的一側(cè)，出水可以達(dá)標(biāo)，但這類裝置體積比較大，膜組件的日常維護(hù)保養(yǎng)比較繁雜。此外，工藝中產(chǎn)生的一定量的濃縮液需貯存，膜在一定年限內(nèi)也需更換。

目前市場上采用比較多的是采用“重力分油+濾器”的技術(shù)形式的艙底油污水分離裝置。

1.3 固體廢棄物處理技術(shù)

由于船舶貯存在艙容、防腐敗及排放方面受相關(guān)公約規(guī)范[7]的要求，所以船舶固體廢棄物的處理在船舶防污染管理中占有很重要的位置。船舶固體廢棄物處理的技術(shù)有以下三類：

1）焚燒處理。船舶產(chǎn)生的固體廢棄物中的可焚燒的固體垃圾，如紙質(zhì)廢棄物、廢木料等可以通過焚燒爐焚燒處理。焚燒技術(shù)的發(fā)展跟環(huán)保要求的提高及焚燒對象的全面化有關(guān)。首先是焚燒爐的尾氣，公約提出了新的技術(shù)要求（MEPC.76（40）決議案[8]），對尾氣中的一氧化碳和氧的含量有了限制要求，所以對焚燒爐的焚燒工藝提出了新的技術(shù)要求，溫度控制及氧量控制是目前焚燒爐需解決的技術(shù)問題，兩級焚燒應(yīng)該是焚燒爐的技術(shù)發(fā)展趨勢。其次，焚燒對象不僅僅限于固體廢棄物，還應(yīng)包括船舶產(chǎn)生的廢油、廢渣，污泥等廢棄物。最后，隨著焚燒爐作為全船污染控制的一個(gè)環(huán)節(jié)，和各防污染系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合技術(shù)，自動(dòng)運(yùn)行控制技術(shù)都需突破。

2）壓縮打包貯存。這類裝置主要需解決的問題是小型化，操作簡便化。

3）粉碎排放。這類裝置需解決的問題是提高裝置的可靠性及清洗維護(hù)簡便化。

2 船舶污染物處理技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 要求牽引及技術(shù)推動(dòng)

要求牽引及新理念、新技術(shù)推動(dòng)歷來是裝備發(fā)展的兩大永恒的動(dòng)力，所以要探討船舶污染物處理技術(shù)的發(fā)展方向問題，離不開船舶實(shí)際需求及新理念、新技術(shù)的推動(dòng)。

1）船舶的環(huán)保需求

船舶防止造成海洋污染涉及的面越來越廣，每個(gè)面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。就涉及的面來講，目前的船舶污染物處理控制已經(jīng)涉及到全船的許多層面，單從污染物控制角度看，就涉及到有機(jī)物、固體垃圾、污油、有害生物、病菌、大氣污染物、富營養(yǎng)化物質(zhì)（會(huì)引起赤潮）控制等許多方面。就涉及的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來講，同樣也是很復(fù)雜，如達(dá)標(biāo)排放技術(shù)要求越來越嚴(yán)格的同時(shí)還面臨局部海域零排放的技術(shù)要求。以上這些要求，均對船舶污染物處理技術(shù)提出更高更新的技術(shù)要求。

2）新技術(shù)推動(dòng)

單就生活污水處理技術(shù)的發(fā)展而言，目前比較成熟的是以膜生物反應(yīng)器為主體處理工藝的MBR型污水處理技術(shù)及裝置，其處理水質(zhì)已經(jīng)基本接近中水回用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，所以MBR型污水處理技術(shù)及裝置的發(fā)展為船舶水循環(huán)回用的應(yīng)用奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)和裝備保障條件。表1為MBR型污水處理裝置出水指標(biāo)（處理生活污水、廚房灰水）及中水指標(biāo)的對比分析結(jié)果。

由表1可知：MBR型污水處理裝置在各項(xiàng)主要指標(biāo)上已基本滿足中水回用的要求，中水回用所需的消毒技術(shù)裝備及水質(zhì)監(jiān)控技術(shù)裝備國內(nèi)均有成熟產(chǎn)品。

表1 達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)、中水回用標(biāo)準(zhǔn)和MBR裝置出水水質(zhì)對照表

2.2 船舶污染物控制的發(fā)展趨勢

1）全船系統(tǒng)綜合集成技術(shù)

全船污染物的控制涉及水、固、氣、渣等許多方面，在一個(gè)技術(shù)裝置上同時(shí)解決這些問題技術(shù)難度比較大，且沒有必要。如廚房垃圾處理就會(huì)涉及固體、渣和廢液，如果在單個(gè)廚房垃圾處理裝置中解決這些問題不太現(xiàn)實(shí)，這就需全船防污染技術(shù)系統(tǒng)綜合集合，廚房垃圾產(chǎn)生的廢液可以由污水處理裝置接收處理，廢渣可以由焚燒爐接收處理。再比如，艙底油污水分離出來的廢油可以由焚燒爐焚燒處理，同時(shí)也可以作焚燒爐的能源補(bǔ)充。事實(shí)上，仔細(xì)分析的話，每個(gè)防污染設(shè)備都需要一個(gè)綜合性的防污染系統(tǒng)作支撐，這樣才能做到技術(shù)裝置合理使用，效能達(dá)到最大化。

所以從全船系統(tǒng)綜合集成的角度去考慮我們的船舶污染物控制問題，許多問題會(huì)迎刃而解。

2）污染物源頭控制

污染物源頭控制減少污染物產(chǎn)生及廢棄物變廢為寶、資源化利用是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的精髓，就船舶污染物處理技術(shù)而言，引入這種理念及相關(guān)技術(shù)很有必要。

首先對全船污染物產(chǎn)生的減量化應(yīng)該有一個(gè)技術(shù)評估及可行性評估。同時(shí)，這樣一份技術(shù)評估還需和污染產(chǎn)生以后的再作處理做一個(gè)綜合效能評估。如：餐飲生活保障方面產(chǎn)生的各類水、固、渣的污染物占了全船污染物的相當(dāng)比例。通過管理、保障、餐飲器具等方面的綜合改進(jìn)，大大減少餐飲保障方面的污染物，同時(shí)也為污水處理、廚房垃圾處理的設(shè)備大大減輕負(fù)荷。

3）資源化利用變廢為寶

變廢為寶資源化利用，需要一個(gè)全新的角度去看這一問題，目前采取了水循環(huán)回用技術(shù)。水循環(huán)回用是在現(xiàn)有污水處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使部分水質(zhì)在船舶系統(tǒng)內(nèi)部作循環(huán)使用。假如按循環(huán)率達(dá)到80%計(jì)，那么就是設(shè)置收集艙，艙也只需原來的20%左右。水循環(huán)回用已應(yīng)用于實(shí)船，由708所設(shè)計(jì)的某試驗(yàn)船，在污水處理系統(tǒng)中首次采用了中水回用技術(shù)[11]。該試驗(yàn)船船上污水包括廁所排出的生活污水（黑水）、廚房排出的廚房灰水以及淋浴排放的洗滌灰水，上述污水需要進(jìn)行收集處理，處理后的水達(dá)到生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)入中水回用系統(tǒng)，用于沖洗廁所、沖洗甲板。以上技術(shù)途徑，在處理技術(shù)、管理技術(shù)層面是可以做到的。

3 結(jié)論

本文所述的某些技術(shù)觀點(diǎn)需要一套新的標(biāo)準(zhǔn)體來規(guī)范與指導(dǎo)，標(biāo)準(zhǔn)大國是造船大國的重要體現(xiàn)，在防污染標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，我們可以領(lǐng)先一步，去引領(lǐng)國內(nèi)、國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。此外，環(huán)保處理技術(shù)的發(fā)展需從以下兩方面考慮：一是環(huán)保技術(shù)是應(yīng)環(huán)保需求而存在的技術(shù)及裝置，如果我們的技術(shù)發(fā)展老是停留在低要求層面上，在現(xiàn)有法規(guī)中尋找要求低的條款去執(zhí)行，那么我國的船舶防污染技術(shù)永遠(yuǎn)沖不出設(shè)計(jì)理念滯后的局面，在用船舶總不能滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，我國的環(huán)保技術(shù)產(chǎn)品落后于西方國家產(chǎn)品；二是某一環(huán)保技術(shù)的選用需從全船系統(tǒng)互為支撐的角度去提高某一環(huán)保技術(shù)裝置的技術(shù)性能。因此，應(yīng)實(shí)際需求的影響，污染物處理技術(shù)呈如下發(fā)展態(tài)勢：

1）防污染系統(tǒng)和裝置趨向系統(tǒng)綜合集成；

2）減少污染物產(chǎn)生資源，綜合利用技術(shù)日益重要；

3）污染物處理技術(shù)趨向真正綠色環(huán)保理念；

4）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，趨向于水質(zhì)回用標(biāo)準(zhǔn)，趨向于水質(zhì)污染物“零排放”；

5）基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及特定規(guī)范需重新修訂。

[1]IMO.73/78 防污染公約[S].

[2]IMO.防污公約附則Ⅳ[S].

[3]Optimized Environmental Technologies for Cruise and Ferry Vessels[M].2000.

[4]IMO.未經(jīng)處理的生活污水排放率標(biāo)準(zhǔn)建議案[S].

[5]IMO.艙底油水分離設(shè)備指南和技術(shù)條件[S].

[6]IMO.經(jīng)修訂的船舶機(jī)器處所艙底水防污染設(shè)備指南和技術(shù)條件[S].

[7]IMO.防止船舶垃圾污染規(guī)則[S].

[8]IMO.船用焚燒爐的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件[S].

[9]IMO.經(jīng)修訂的實(shí)施生活污水處理裝置排出物標(biāo)準(zhǔn)和性能試驗(yàn)導(dǎo)則[S].

[10]GB/T 18920-2002,城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)[S].

[11]吳立斌 ,鐘濤 .中水系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)用 [J].機(jī)電設(shè)備,2011(04).