MBR在艦船生活污水處理上的應用

毛為民，宋金明，江惠明

（1. 浙江凱靈船廠監(jiān)修室，浙江 舟山 316000；2. 湖北工業(yè)大學 工程實訓中心，湖北 武昌430068）

MBR在艦船生活污水處理上的應用

毛為民1，宋金明1，江惠明2

（1. 浙江凱靈船廠監(jiān)修室，浙江 舟山 316000；2. 湖北工業(yè)大學 工程實訓中心，湖北 武昌430068）

對生活污水的有效處理已經(jīng)成為艦船亟待解決的問題。本文對膜生物反應器技術(shù)的原理、結(jié)構(gòu)和特點進行了分析。通過一個艦船生活污水處理系統(tǒng)加改裝修理的實例，說明了膜生物反應器技術(shù)具備廣闊的應用前景。

生活污水；污水處理系統(tǒng)；膜生物反應器

0 引言

MBR是Membrane Bio-Reactor（膜生物反應器）的英文縮寫，是一種由生物處理單元和膜分離單元相結(jié)合的高效污水處理技術(shù)。隨著海洋資源開發(fā)和航運事業(yè)的蓬勃發(fā)展，海洋環(huán)境污染問題日益凸顯；艦船生活污水的排放對海洋環(huán)境的影響，隨著艦船數(shù)量的增加而不容忽視。世界各國對海洋保護特別是對領海的保護意識加強，要求艦船對生活污水進行更加有效的處理，以滿足國際海洋防污染公約和地方性法規(guī)的要求[1]。海軍艦船搭乘人員多，艦員長期生活在船上，與普通民船相比，產(chǎn)生的生活廢水數(shù)量要大得多。美、英、法、日等國家的海軍艦船基本上都能對生活污水進行無害化處理。由于受技術(shù)、管理等諸方面的限制，目前，我國海軍大多數(shù)艦船的污水處理裝置存在設備容積不夠、操作維修不方便、處理效果不是很穩(wěn)定等問題，很難保證正常運行。艦船到某些國家水域航行和港口靠泊，也常常因為污水處理和排放引起糾紛。因此，在海軍艦船上裝備先進的污水處理裝置，不僅對海洋環(huán)境保護有重要意義，也對維護海軍形象起到重要作用。

1 膜生物反應器(MBR)技術(shù)

艦船生活污水一般劃分為“黑水”(廁所排水)和“灰水”(廚房、淋浴室、住艙洗衣排放污水等)，最早采用的生活污水處理方式主要有兩種：收集貯存式和處理排放式。收集貯存式是將含糞尿的廁所沖洗水收集貯貯存在專設的糞便艙柜，靠碼頭后集中排放到岸上的接收裝置，或者待航行到非限制海域時排放。這種處理方式裝置簡單，造價低，但是需要很大的貯存艙柜的容量，特別是長期航行或停泊在禁止排放海域的艦船，更是如此。同時當糞尿需要長期貯存時，還必須使用化學藥品殺菌、消毒劑除臭。處理排放式主要指艦船產(chǎn)生的生活污水，經(jīng)過一定的技術(shù)處理手段后，滿足IMO規(guī)定及排放區(qū)域相關的法律法規(guī)要求后，排入水環(huán)境的處理方式，處理技術(shù)手段主要有物化法、電化學法和生化法。

隨著 IMO MEPC.159(55)決議的新標準對排放標準提高及用水量增加，以前艦船污水處理裝置所采用的方式已經(jīng)不適合當前的發(fā)展趨勢。目前最具優(yōu)勢的就是結(jié)合膜分離技術(shù)而形成的膜生物反應器(MBR)技術(shù)。國內(nèi)針對船舶生活污水處理裝置的研制較晚，但發(fā)展十分迅速。近些年國內(nèi)少數(shù)公司和科研院所先后自主研制了各種生活污水處理裝置，如深圳錦潤實業(yè)有限公司的 MBR(JR)膜生化處理系列設備，中船重工704所研制生產(chǎn)的SBR & MBR污水處理系統(tǒng)等。

MBR一般分為兩個階段：生化處理和膜過濾。生物處理主要是利用微生物降解污水中的有機物；膜過濾是截留活性污泥，使有機物分解菌和硝化菌等增殖速度慢的微生物得以在反應器內(nèi)繁殖富集[1]。MBR裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 MBR裝置結(jié)構(gòu)示意圖

相比其他污水處理技術(shù)，MBR技術(shù)主要具有以下優(yōu)點[2]：

1）對污染物的去除率高，抗污泥膨脹能力強，出水中沒有懸浮物，出水水質(zhì)好并可回用；

2）膜的機械截留作用可使生物反應器內(nèi)可保持較高的污泥濃度，避免了微生物的流失，從而能有效提高體積負荷，降低污泥負荷，具有極強的抗沖擊能力；

3）膜分離代替了泥水的自然沉降分離，出水水質(zhì)不受艦船搖晃、振動的影響；

4）泥齡長，可進行硝化反應，污泥產(chǎn)量低；

5）裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占用艙室空間少，全流程自動控制，操作簡單，可實現(xiàn)無人值守。

對于艦船來說，如果采用海水沖廁，產(chǎn)生的黑水會攜帶大量的鹽分，導致微生物生長環(huán)境惡化，生物處理效率大大降低，同時使MBR膜長期處于高負荷狀態(tài)，導致膜堵塞嚴重，影響膜的使用壽命。因此，在使用 MBR處理裝置的同時，一般采用中水回用的方法，用中水替代海水沖廁。艦船上的灰水用水量一般為每人每天110升，沖廁用水為每人每天70升，這使得中水回用來源充裕，完全滿足回用沖廁。另外，中水含鹽量不高，中水回用不僅能減少污水的排放，還可減少對管路及衛(wèi)生單元的腐蝕，延長管路及衛(wèi)生單元的使用維護周期，具有顯著的經(jīng)濟效益。

2 某軍用輔船生活污水處理系統(tǒng)加改裝實例

海軍某大型軍用輔船原來的污水處理方式為收集貯存式，已經(jīng)不適合遠洋航行。于是該船在進廠中修時，對原污水處理系統(tǒng)進行了加改裝修理，增加了基于MBR技術(shù)的污水處理裝置，將污水轉(zhuǎn)化為中水，用中水替代海水沖廁。

2.1 工藝流程

污水處理工藝流程如圖 2所示。可看出，廚房、淋浴室、住艙洗衣產(chǎn)生的灰水和沖廁黑水，在重力作用下直接排入污水處理裝置的反硝化柜。在反硝化柜內(nèi)，污水中的雜物經(jīng)過切割機切割粉碎，大顆粒懸浮固體物質(zhì)粉碎細化后，由污水泵抽入到好氧生化柜內(nèi)。在鼓風機充氧的條件下，利用生化柜內(nèi)的微生物分解污水中的有機污染物，變成無害的二氧化碳和水，同時好氧菌得到繁殖，有機物得到進一步消解。再利用中空纖維膜的選擇透過性實現(xiàn)泥水分離，使得好氧生化柜中的微生物生物富集，提高生物處理效率，生物處理后的污水經(jīng)膜分離后得到潔凈的中水，經(jīng)過紫外消毒后排入中水水箱。再經(jīng)中水泵在壓力控制下自動向壓力罐（原海水壓力罐）補水，供所有艦員廁所和領導房間獨立馬桶沖水。

圖2 MBR污水處理流程

表1 所增加部分管路列表

2.2 加改裝措施

1）管路的設計

原沖廁水管道不變，增加部分管路如表1所示。

2）廁所改造

將現(xiàn)有廁所溝槽式大便器改造為陶瓷或不銹鋼蹲式大便器，小便槽改為陶瓷或不銹鋼小便器。沖廁水管道不變，沖廁水由海水改為中水，供所有艦員廁所和領導房間的馬桶沖廁用水，延時閥控沖洗水量。

3）污水處理裝置

MBR污水處理裝置采用全封閉密封結(jié)構(gòu)，并有強排風模式設計，不會產(chǎn)生臭味，也不會因為船體發(fā)生大角度傾斜或搖擺影響設備的正常運行。在好氧生化柜中投加菌種，只需投加少許營養(yǎng)鹽，就能維持設備內(nèi)活性菌種的生存。膜組件選用耐藥性強和高強度的中空纖維微濾膜，能獲得高品質(zhì)產(chǎn)水。

4）先進消毒裝置

對出水大腸桿菌等細菌、病菌進行殺滅消毒，確?；赜盟踩团潘l(wèi)生達標，采用無二次污染的紫外消毒裝置。

5）回用裝置

污水處理裝置所產(chǎn)生的中水進入到中水箱，中水供水系統(tǒng)與海水沖廁系統(tǒng)連接(海水系統(tǒng)保留，可作為應急和備用水源)，多余水排舷外或岸邊污水井。

6）監(jiān)控系統(tǒng)改造設計

將原有污水處理設備的電控柜進行改造。監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC + 觸摸屏的方式，系統(tǒng)界面如圖3所示。通過觸摸屏可直觀地了解整個工藝系統(tǒng)的狀況及單元設備的運行狀態(tài)，可隨時輕松完成對系統(tǒng)的控制方式選擇及工藝參數(shù)進行修改與調(diào)整。生產(chǎn)過程中出現(xiàn)故障時，可及時發(fā)出語音和聲光報警，同時畫面閃爍顯示，并可記錄、查詢、打印。關鍵的工藝參數(shù)如液位、流量均可進行歷史趨勢和實時趨勢的顯示和記錄，以便進行運行分析及故障分析，準確掌握設備運行情況。

2.3 效果評估

在艦員搬家回船居住并啟用生活污水處理系統(tǒng)一個月后，從該船生活污水處理裝置的進水和出水處提取樣品，送至具有資質(zhì)的專業(yè)試驗檢測機構(gòu)進行檢測。檢測方法依據(jù) GB/T6920、 GB/T11901-1989、GB/T 11914-1989、GB/T 5750.11-2006、HJ 505-2009，《水和廢水監(jiān)測分析方法》，檢測結(jié)果如表2所示。由檢測數(shù)據(jù)可看出，出水水質(zhì)符合并高于國際海協(xié)會IMOMEPC.159(55)的排放標準要求，該船生活污水系統(tǒng)的加改裝修理達到了預期效果。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)界面

表2 進水和出水檢測結(jié)果

3 總結(jié)

1）海軍要走向深海，走向遠海，對污水處理必須達到“國際防污染公約”的標準，在艦船上配備先進的污水處理裝置很有必要。

2）MBR技術(shù)能夠高效處理艦船生活污水，所產(chǎn)生的中水回用沖廁，不僅能減少污水的排放，將來還可減少對管路及衛(wèi)生單元的腐蝕，延長管路及衛(wèi)生單元的使用維護周期，該技術(shù)在艦船上的應用具備廣闊的前景。

[1] 郭靜斐, 關江. MBR工藝處理船舶生活污水的適用性分析[J]. 沈陽大學學報:自然科學版,2007,19(2): 83-86.

[2] 趙國蓮, 蘇永慧. 膜生物反應器在小區(qū)中水回用中的應用[J]. 科技信息, 2007 (24):54 -54.

[3] 吳昊, 歐陽峰. 中水回用 MBR工藝的研究[J]. 污染防治技術(shù), 2008, 21(4): 48 -50.

Application of MBR on Warship Sewage Treatment

MAO Wei-min1, SONG Jin-ming1, JIANG Hui-ming2
(1.Zhejiang Kailing Shipyard, Zhoushan 316000, China; 2. Training Center，Hubei University of Technology,Wuchang 430068, China)

The effective treatment of warships sewage has become a problem requiring urgent to be solved. In this paper, the principle, structure and character of MBR technology are introduced. Through the analysis of a case on sewage treatment system refit, the results show that MBR technology has vast development prospect.

sewage; sewage treatment system; MBR(Membrane Bio-Reactor)

X703.1

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.01.014

毛為民（1972-），男，工學博士，輪機專業(yè)。研究方向：船舶維修。