大洋勘探船水污染控制及排放技術(shù)研究

尹 艷，魯 建，杜玉春，王鈺涵

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

0 引 言

伴隨著能源需求量的增大，海上油氣田勘探開發(fā)不斷增加，排放的大量污水導(dǎo)致海洋受到嚴(yán)重的污染，破壞海洋生態(tài)環(huán)境[1-2]。因此，許多組織都出臺(tái)了相應(yīng)的政策來減少船舶污染物的排放。在行業(yè)中耳熟能詳?shù)木褪菄?guó)際海事組織(International Maritime Organization，IMO)出臺(tái)的MARPOL公約及其附則[3-4]。近幾年，我國(guó)關(guān)于水污染控制的要求也越來越嚴(yán)格。2018年7月1日，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的GB 3552—2018《船舶水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》生效實(shí)施。

由于大洋勘探船本身的特點(diǎn)，船上會(huì)載有大量的科學(xué)家，并設(shè)置船載實(shí)驗(yàn)室供科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究，在勘探和研究過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污水，尤其是船載實(shí)驗(yàn)室?guī)в谢瘜W(xué)成分，甚至是輻射物質(zhì)的污水。為了全面提高大洋勘探船環(huán)保性能，主要從含油污水、生活污水及船載實(shí)驗(yàn)室污水三方面進(jìn)行研究。

1 含油污染物的來源和處理技術(shù)

1.1 油污水來源

大洋勘探船引起的油污染，按來源主要由如下幾部分組成：①在機(jī)械作業(yè)過程中產(chǎn)生的油類殘?jiān)约坝臀鬯虎谠阢@探過程中，井噴等突發(fā)事件和事故帶來的污染；③含有巖屑的泥漿。

1.2 含油污染物的處理技術(shù)研究

針對(duì)不同含油污染物，處理方法也不盡相同。油類殘?jiān)臀塾托狗胖廖塾团搩?chǔ)存后，定期通岸或排至平臺(tái)供給船處理。目前主流的處理工作區(qū)域污染物的方法為經(jīng)撇油柜后通岸或暫時(shí)儲(chǔ)存。對(duì)于艙底水和露天甲板泄放系統(tǒng)的油污水，常規(guī)的油水分離器即可滿足排放要求[6]。

大洋勘探船采用無隔水管開式循環(huán)，針對(duì)該循環(huán)方式，泥漿和巖屑無法回收處理，可以配置環(huán)保型的泥漿，如烷基葡萄糖苷泥漿或合成基泥漿，這種泥漿具有無毒、表面活性良好、對(duì)皮膚無刺激性及快速降解生物且完全等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于常規(guī)的泥漿，配置相應(yīng)的處理裝置，如巖屑輸送器、甩干機(jī)等，采用物理機(jī)械和化學(xué)藥劑相結(jié)合的方法，使泥漿達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行合理排放。

針對(duì)含有巖屑的泥漿，由于巖屑表面被泥漿包裹，泥漿中含有各種重金屬離子等有害元素。對(duì)于北海地區(qū)、泰國(guó)灣、墨西哥灣、俄羅斯遠(yuǎn)東海域等國(guó)外海灣鉆井作業(yè)區(qū)，常利用巖屑回注設(shè)備將含有害物質(zhì)的巖屑回注到地層中。其中，巖屑回注設(shè)備主要由巖屑傳輸單元、漿體處理單元、回注漿儲(chǔ)存單元、回注單元這4部分組成，巖屑回注技術(shù)工藝流程如圖1所示。

圖1 巖屑回注技術(shù)工藝流程

由圖1可知，首先通過固控系統(tǒng)收集巖屑，并通過傳輸系統(tǒng)將其運(yùn)送到漿體處理單元，其他鉆井廢棄物，如過量的鉆井液、雨水被另外收集并被轉(zhuǎn)運(yùn)。然后，通過漿體處理單元把巖屑和水混合，并通過特殊的研磨泵處理成預(yù)定顆粒級(jí)的黏稠漿體。最后將處理好的漿體輸送到回注漿儲(chǔ)存單元，待漿體量足夠后用回注泵進(jìn)行回注。

2 生活污水來源及處理技術(shù)

2.1 生活污水來源

大洋勘探船的生活污水主要指的是衛(wèi)生間排放物、醫(yī)務(wù)室的面盆、洗澡盆和這些處所排水孔的排出物及上述混合污水。

2.2 生活污水處理技術(shù)

生活污水處理技術(shù)在船舶上應(yīng)用已久，相關(guān)處理技術(shù)已經(jīng)很成熟，生化法已經(jīng)成為主流，90%左右的裝船產(chǎn)品都為生化品。目前比較流行的就是在生化法的基礎(chǔ)上結(jié)合高分子膜技術(shù)。

大洋勘探船屬于工作船，污水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮停泊勘探和航行兩種工況。

(1) 正常航行工況。

船舶在正常航行的時(shí)候，根據(jù)規(guī)范要求可以一定的速率排放未經(jīng)處理的生活污水，排放速率可以按照下式計(jì)算：

DRmax=0.009 26VmaxDmaxB=26.18 m3/h

式中：DRmax為最大允許排放率，單位為m3/h；Vmax為船舶最大航行速度，取值13 kn(1 kn=1.852 km/h)；Dmax為船舶最大夏季吃水，取值7.25 m；B為船寬，取值30 m。

根據(jù)上述公式計(jì)算不同吃水和航速下未經(jīng)處理的生活污水排放速率，如表1所示，污水輸送泵選擇5 m3/h，基本上可以滿足任何時(shí)候的排放。

表1 生活污水的排放速率

(2) 停泊勘探工況。

根據(jù)規(guī)范要求，未處理的污水不允許排放入海，必須經(jīng)過生活污水處理裝置處理，污水處理裝置工作的時(shí)候產(chǎn)生的渣也無法排放入海；大洋勘探船定員110人，配置的污水處理裝置每天的產(chǎn)渣量是235升/天，大洋勘探船的工作周期為60～70天，一個(gè)周期的渣量為14～16.5 m3，需配備一個(gè)不小于上述容積的生活污水儲(chǔ)存柜，選20 m3，原理如圖2所示。

圖2 生活污水處理系統(tǒng)

從圖2可以看出，首先生活污水進(jìn)入曝氣室，在空氣壓縮機(jī)供氧攪拌下，將污水和活性污泥混合，再經(jīng)過數(shù)小時(shí)曝氣后，污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，如二氧化碳、水和氨等；之后進(jìn)入沉淀箱，活性污泥會(huì)沉淀在底部，沒有完全沉淀的污水會(huì)再次返回曝氣室；處理后的污水進(jìn)入初級(jí)處理水箱，水箱達(dá)到一定液位后，泵入膜組件進(jìn)行處理；污水最終在處理水箱經(jīng)紫外線消毒后排出舷外，排放水質(zhì)可以滿足最新IMO要求。

目前對(duì)于船上產(chǎn)生的灰水(洗衣水、廚房洗滌水等)，MARPOL公約目前沒有強(qiáng)制排控要求，也無PSC檢查對(duì)排放生活污水的取樣分析要求。所以，目前船舶的設(shè)計(jì)通常有兩種處理方式：一種是將灰水排放管路單獨(dú)接入生活污水處理裝置，同時(shí)設(shè)置直接排舷外的管路；另一種是將灰水排入污水收集艙，為了滿足各個(gè)區(qū)域的排放要求，再通過泵駁運(yùn)至污水處理裝置進(jìn)行處理。

3 船載實(shí)驗(yàn)室污水研究

3.1 陸地實(shí)驗(yàn)室的污水處理及控制的方法

處理陸地實(shí)驗(yàn)室廢水主要采用物理法、化學(xué)法和生物法這三種方法。利用物理原理分離廢水中的懸浮顆粒物，為物理法；通過化學(xué)反應(yīng)來溶解相應(yīng)的膠體物質(zhì)，為化學(xué)法；去除廢水中的膠體和溶解中的有機(jī)物質(zhì)，為生物法。實(shí)驗(yàn)室廢水的處理大多數(shù)是兩種或三種處理方法的結(jié)合，比如化學(xué)法+物理法，先通過化學(xué)反應(yīng)析出固體顆粒，再過濾掉固體顆粒。

簡(jiǎn)單化學(xué)法的處理方式：

(1) 對(duì)于酸性和堿性廢水，采用中和試劑中和廢水。

(2) 對(duì)于含有放射性核素的特殊廢水，根據(jù)核素的半衰期的長(zhǎng)短進(jìn)行不一樣的處理。對(duì)于含有長(zhǎng)壽命放射性核素且放射性濃度高的廢水，將廢水集中存放，采用凈化法進(jìn)行處理，在凈化過程中產(chǎn)生的少量濃縮液可采用固化法處理；對(duì)于含有短壽命放射性核素的廢水，采用儲(chǔ)存法進(jìn)行處理。

3.2 大洋勘探船船載實(shí)驗(yàn)室的污水來源

大洋勘探船主要勘探海洋礦產(chǎn)資源，所配載的實(shí)驗(yàn)室也主要是為此服務(wù)的，船載實(shí)驗(yàn)室有X-射線室、影響室、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等。在對(duì)勘探物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，難免會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的污水，對(duì)于船載射線室，難免會(huì)涉及放射性核素的廢水；分析以礦產(chǎn)資源為主，產(chǎn)生的污廢水含有各種重金屬，以無機(jī)廢水為主。因此，X-射線室產(chǎn)生的含有輻射物的污水及化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的含有重金屬離子的污水是船載實(shí)驗(yàn)室污水處理的重點(diǎn)對(duì)象。

3.3 勘探船船載實(shí)驗(yàn)室的污水處理技術(shù)分析

實(shí)驗(yàn)室廢水由于其特殊性且富含各種有毒有害強(qiáng)腐蝕性化學(xué)品，可以對(duì)其先分類后綜合。首先，對(duì)實(shí)驗(yàn)室高濃度廢液配置專用廢液回收桶收集，船靠岸后轉(zhuǎn)移至陸上，由有資質(zhì)的專業(yè)處理廠家處理；其次，對(duì)于無毒無害低濃度實(shí)驗(yàn)室廢水，可參考陸用實(shí)驗(yàn)室污水處理方案，結(jié)合大洋勘探船自身設(shè)備布置特點(diǎn)，充分考慮船舶續(xù)航力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，設(shè)計(jì)出一種既節(jié)約環(huán)保又能夠滿足排放要求的實(shí)驗(yàn)室綜合水處理系統(tǒng)，按無機(jī)、有機(jī)綜合廢水設(shè)計(jì)一體化進(jìn)行處理，并達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。

具體處理原理：首先添加氧化劑進(jìn)行污水中和處理，產(chǎn)生不溶于水的固態(tài)物質(zhì)，處理后的污水經(jīng)過濾器過濾，把固體過濾出來(過濾出來的含有重金屬的固體物質(zhì)可以打包存放)，然后通過船用生活污水處理裝置中的消毒系統(tǒng)進(jìn)行消毒后排放；對(duì)于射線室產(chǎn)生的含有輻射物的污水先進(jìn)行收集，儲(chǔ)存在衰變池中，使其自然衰變，待衰變至標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)再排放至上述實(shí)驗(yàn)室污水系統(tǒng)中，原理如圖3所示。詳細(xì)流程如下：

圖3 勘探船船載實(shí)驗(yàn)室污水處理的系統(tǒng)圖

(1) 實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的污水通過泄放系統(tǒng)收集于污水收集柜中(見圖3中1)。

(2) 通過污水輸送泵1(見圖3中2)駁運(yùn)至化學(xué)反應(yīng)柜，化學(xué)反應(yīng)柜配有自動(dòng)加藥泵(見圖3中11)，另外化學(xué)反應(yīng)柜還配有攪拌器(見圖3中4)，以方便化學(xué)反應(yīng)更充分。

(3) 反應(yīng)過后的污水經(jīng)過濾器(見圖3中5)把化學(xué)反應(yīng)生成的固體過濾出來。

(4) 經(jīng)過濾器后的污水再經(jīng)過污水輸送泵2(見圖3中6)駁運(yùn)至通岸接頭或者生活污水處理裝置(見圖3中7)中進(jìn)行紫外線消毒處理，最后排放入海。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過對(duì)大洋勘探船的含油污水、生活污水和船載實(shí)驗(yàn)室污水等進(jìn)行水污染控制及排放技術(shù)開展研究。其中，船載實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的污水目前沒有詳細(xì)的處理方法和處理裝置，因此綜合陸地處理方式設(shè)計(jì)出了一種既節(jié)約環(huán)保又滿足排放要求的船載實(shí)驗(yàn)室污水處理系統(tǒng)。雖然這種處理方法目前沒有先例，但通過上述分析，此方法能有效處理船載實(shí)驗(yàn)室污水，不僅可以避免對(duì)海洋生物的影響，還能節(jié)能增效，充分利用船舶自帶的設(shè)備，無須增加其他設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)污水處理，具有推廣意義。