船塢污水收集及處理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

劉鶴 陳海江

摘 要：隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，以及越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求，保護(hù)生態(tài)環(huán)境已刻不容緩。為了滿足越來(lái)越嚴(yán)格的船塢污水排放法規(guī)要求，從現(xiàn)有船塢污水收集及處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題入手，通過(guò)健全污水管網(wǎng)、完善設(shè)備配置及改造船塢結(jié)構(gòu)，搭建一套完整的船塢污水收集及處理系統(tǒng)，真正做到綠色環(huán)保、綠色修船、綠色排放。

關(guān)鍵詞：超高壓水除銹;污水收集及處理;環(huán)境保護(hù);船塢

中圖分類號(hào)：U664.85

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

目前我國(guó)眾多修船企業(yè)在船舶修理過(guò)程中，大多采用銅礦砂除銹的方式，對(duì)大氣和水資源造成嚴(yán)重的污染。自2015年中國(guó)修船企業(yè)首次提出超高壓水除銹技術(shù)，從根本上解決傳統(tǒng)噴砂除銹污染的綠色設(shè)計(jì)、綠色制造理念，得到了各修船企業(yè)的普遍認(rèn)可，在向綠色生態(tài)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越積極的作用[1][2][3]。

超高壓水除銹技術(shù)因在除銹過(guò)程中沒(méi)有砂塵產(chǎn)生，不會(huì)對(duì)大氣造成污染;同時(shí)高壓除銹產(chǎn)生的水可以通過(guò)過(guò)濾后循環(huán)使用，既減少了對(duì)水資源的污染又節(jié)能減排，故超高壓水除銹工藝替代傳統(tǒng)噴砂除銹工藝已是大勢(shì)所趨。

隨著超高壓水除銹工工藝的逐步應(yīng)用，船舶修理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的除銹污水。為了滿足越來(lái)越嚴(yán)格的污水排放要求，本文以友聯(lián)船廠船塢污水收集及處理系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析現(xiàn)有船塢污水收集及處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題及難點(diǎn)，并據(jù)此提出有針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)船塢污水的收集和處理。

2 現(xiàn)狀與存在問(wèn)題分析

超高壓水除銹系統(tǒng)，一般由超高壓水機(jī)、進(jìn)口軟管、出口超高壓軟管、遙控機(jī)器人、高壓水噴盤(pán)、平底手推車、手持槍、污水回收裝置及污水收集管線等組成：超高壓水除銹系統(tǒng)最為核心的設(shè)備是超高壓水機(jī)，最高工作壓力可達(dá)3 200 har，壓力越高除銹效果越好;超高壓水機(jī)機(jī)組主要包括：超高壓泵、變頻或定頻電機(jī)、變頻器及控制柜、增壓泵、空壓機(jī)、高壓閥、水箱及儀表等，所有設(shè)備集成于集裝箱內(nèi)，全部裝配在一臺(tái)剛性的、無(wú)扭轉(zhuǎn)的框架結(jié)構(gòu)上。

根據(jù)船殼不同線型位置的除銹作業(yè)需要，研制多種作業(yè)端，組成靈活多樣的超高壓水除銹設(shè)備組合，實(shí)現(xiàn)高效除銹，如表1所示。

采用超高壓水除銹工藝后，船廠在超高壓水除銹作業(yè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的除銹水，同時(shí)船塢內(nèi)其他位置也會(huì)產(chǎn)生大量的其他污水（統(tǒng)稱余水），如高壓水噴盤(pán)漏泄水、手持槍除銹水、塢墻/門(mén)滲水、塢內(nèi)沖洗海水、船上排放的壓載水、船上冷卻海水、塢底殘余污泥等，如果不做收集和處理，這些污水將會(huì)流入船塢周邊水域，污染環(huán)境。

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)船塢污水的收集和處理的研究相對(duì)滯后，尚無(wú)針對(duì)船塢所有污水收集和處理的系統(tǒng)性解決方案，僅對(duì)除銹水進(jìn)行收集，經(jīng)過(guò)沉淀過(guò)濾后將污水直接排放掉，而有些小型修船企業(yè)甚至沒(méi)有進(jìn)行收集，將除銹水直接通過(guò)塢底排放。

現(xiàn)有大型修船企業(yè)船塢除銹水收集和處理系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。

由圖1可知：

（1）大、小型遙控機(jī)器人高壓水除銹作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的除銹水，通過(guò)白帶污水收集裝置回收，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)濾后外排，相應(yīng)殘?jiān)占笪馓幚?

（2）高壓水噴盤(pán)及平板手推車高壓水除銹作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的除銹水，通過(guò)外接污水回收裝置回收，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)濾后外排，相應(yīng)殘?jiān)占笪馓幚怼?/p>

上述船塢污水收集和處理系統(tǒng)配置，主要存在以下問(wèn)題：

（1）船塢內(nèi)產(chǎn)生的污水和污物具有量大、雜質(zhì)多、成分復(fù)雜、難區(qū)分等特點(diǎn)，包含了壓載艙卸放海水、船上冷卻海水、塢內(nèi)沖洗海水、塢墻/門(mén)滲水、高壓除銹淡水、含油污水，以及油漆渣、鐵屑、污泥、海生物殼、塢內(nèi)雜物等污物。采用何種方式分離及對(duì)污水收集處理是難點(diǎn)也是重點(diǎn);

（2）僅對(duì)除銹水進(jìn)行了收集和處理，而對(duì)于塢內(nèi)產(chǎn)生的其他余水未進(jìn)行收集或處理，導(dǎo)致此部分污水混合并流入船塢周邊海域，污染環(huán)境;

（3）污水收集多為單點(diǎn)設(shè)備收集，且污水收集設(shè)備配置簡(jiǎn)單、處理能力有限、排放檢測(cè)指標(biāo)較低，面對(duì)嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，處理后的污水依舊不能直接排放;

（4）簡(jiǎn)單處理后的污水直接排放，且沒(méi)有對(duì)處理后的污水循環(huán)利用，造成了水資源的浪費(fèi);

（5）系統(tǒng)管網(wǎng)建設(shè)不合理，需要完善和專門(mén)設(shè)計(jì)。

綜上可知，現(xiàn)有系統(tǒng)僅對(duì)除銹水進(jìn)行簡(jiǎn)單收集和處理，無(wú)法滿足越來(lái)越為嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，需要采用合理的船塢污水收集和處理方法，搭建一套完整的船塢污水收集和處理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)船塢內(nèi)產(chǎn)生的所有污水進(jìn)行收集和處理。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

針對(duì)以上問(wèn)題，根據(jù)干船塢和浮船塢的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別制定污水收集和處理方案：將污水分類匯總，通過(guò)不同的收集和處理設(shè)備配置，最終將整個(gè)船塢內(nèi)產(chǎn)生的所有污水進(jìn)行收集和處理。優(yōu)化設(shè)計(jì)的干船塢和浮船塢污水收集和處理系統(tǒng)原理圖，如圖2、圖3所示。

3.1污水收集、輸送、排放及中水回用管網(wǎng)系統(tǒng)

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的干、浮船塢污水收集、輸送、排放及中水回用管網(wǎng)系統(tǒng)方案如下：

（1）干、浮船塢塢墻兩舷內(nèi)壁各設(shè)置1條除銹水收集總管，總管上每隔一定距離開(kāi)設(shè)三通支管，方便大、小型遙控機(jī)器人和污水回收裝置與之連接，將除銹水收集并匯總至兩舷總管，然后再輸送至下一級(jí)進(jìn)一步收集和處理;

（2）干、浮船塢的陸上均設(shè)置1條至工業(yè)污水站的輸送管線和1條至壓水站（中轉(zhuǎn)站）的輸送管線，若存在多個(gè)干船塢或浮船塢，也可共用陸上管線;

（3）建設(shè)工業(yè)污水站，將含油廢水和除銹水等集中深度處理，處理后一部分污水作為中水回用，一部分進(jìn)入生活污水站繼續(xù)處理，達(dá)標(biāo)排放;

（4）完善工業(yè)污水處理站至生活污水站排放管線、干船塢壓水站至生活污水站排放管線及浮船塢中轉(zhuǎn)站至生活污水站的排放管線;

（5）建設(shè)由工業(yè)污水站回至干、浮船塢中水回用總管，然后分別布置管線引至船塢兩舷內(nèi)壁，同時(shí)在塢墻兩舷分別設(shè)置兩條中水回用管，總管上每隔一定距離開(kāi)三通加閥門(mén)，方便就近開(kāi)閥取用中水;

（6）船塢塢底中線位置建設(shè)1條從塢頭至塢尾的壓載海水排放總管線，總管上設(shè)置若干三通接口，可連接從不同放泄口來(lái)的壓載水：對(duì)于干船塢，軟管末端直接延伸至塢尾潛池;對(duì)于浮船塢，軟管末端直接延伸至排?？?，最終都靠重力作用排放;

（7）在塢內(nèi)修理的船舶，可根據(jù)需要靈活布置軟管，將船尾冷卻海水引至于船塢塢尾潛池，或浮船塢引至排?？?

（8）在干船塢的塢門(mén)下方增加海水圍堰，通過(guò)管線將圍堰內(nèi)的海水引至潛池排放。

3.系統(tǒng)設(shè)備配置

優(yōu)化船塢污水收集和處理系統(tǒng)設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)污水分類收集、處理及排放。設(shè)計(jì)完善后的整個(gè)船塢污水收集和處理系統(tǒng)設(shè)備配置，主要包括：移動(dòng)式污水柜（干塢）、壓載艙內(nèi)結(jié)構(gòu)污水柜（浮塢）、壓水站（中轉(zhuǎn)站）、陶瓷式濾壓機(jī)、真空污水回收裝置、工業(yè)污水處理站及相應(yīng)管網(wǎng)、閥門(mén)、泵輔等。

（1）真空污水回收裝置（見(jiàn)圖4）

目前普遍采用的是潛池內(nèi)布置電潛泵外排塢內(nèi)余水的方案，使用時(shí)需對(duì)電潛泵及電纜做特別防護(hù)，注意漏電風(fēng)險(xiǎn);此外，因余水中含有固體顆粒、泥沙等，泵工作環(huán)境較差，需經(jīng)常維保延長(zhǎng)電潛泵使用壽命。

真空污水回收裝置吸水工作原理為：在真空吸力作用下，含渣污水在吸口處進(jìn)行氣液混合，含渣污水在氣體裹挾下經(jīng)管道上升至吸水罐，經(jīng)設(shè)備內(nèi)部簡(jiǎn)單過(guò)濾后，泵排至工業(yè)污水站進(jìn)一步處理。

真空污水回收裝置具有介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)（泥沙均可抽吸）、維護(hù)少（吸水部分無(wú)運(yùn)動(dòng)部件）、布置方便（設(shè)備不需布置在塢底，布置于陸上塢邊）等特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化真空污水回收裝置內(nèi)部設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)吸排船塢塢底含渣污水。

（2）陶瓷式濾壓機(jī)（見(jiàn)圖5）

現(xiàn)有污泥處理裝置為真空濾布滾筒式污泥脫水機(jī)。由于海水比重大，導(dǎo)致油漆泥自然沉淀時(shí)間長(zhǎng)，上清液比較渾濁，不適宜直排如海，并給后續(xù)處理帶來(lái)不利因素，如后續(xù)處理設(shè)備投資和運(yùn)行成本很高，容易產(chǎn)生臭氣、蚊蟲(chóng)等環(huán)境衛(wèi)生問(wèn)題;而新型陶瓷真空過(guò)濾機(jī)，具有投資及運(yùn)行成本低、處理能力強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、白動(dòng)保護(hù)功能完善、環(huán)保效果好等特點(diǎn)。新型陶瓷式濾壓機(jī)，可以在提高污水處理效率和質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

（3）工業(yè)污水處理站

來(lái)白干船塢及浮船塢的污水（除銹水、余水及污泥等）進(jìn)入工業(yè)污水處理站，經(jīng)沉淀、加藥等處理后，一部分作為中水通過(guò)中水回用管線循環(huán)回到船塢，供沖洗塢底以及其他綠化、沖廁等雜用;另一部分經(jīng)污水站進(jìn)一步處理后，達(dá)標(biāo)直接排放。工業(yè)污水站流程示意圖，如圖6所示。

3.3船塢結(jié)構(gòu)改造

（1）干船塢塢尾潛池四周區(qū)域設(shè)置擋水圍堰，用于防止余水直接流入潛池排海;將船上壓載水及冷卻水的排放端與其他余水排放隔離;

（2）浮船塢根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置擋水圍堰，用于防止污水溢流人海;同時(shí)，需在擋水圍堰上增加可以用來(lái)排大量海水及冷卻水的閘板，不用時(shí)關(guān)閉;

（3）根據(jù)#4浮船塢浮箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，余水收集采用在各浮箱之間新增L型槽方案：水槽整體從左舷向右舷傾斜，在右舷水槽端部位置新增排放支管，支管匯總流入右舷舷外新增的污水收集總管中，最終流入右舷尾部結(jié)構(gòu)污水柜中，然后通過(guò)真空污水回收裝置抽吸，并泵排至工業(yè)污水處理站進(jìn)一步處理。

3.4干船塢污水收集和處理方法

（1）對(duì)于壓載海水：當(dāng)船舶進(jìn)塢后，需排放船舶壓載艙內(nèi)大量壓載水時(shí)，布設(shè)連接軟管，將壓載艙卸放口與位于船塢中線的壓載海水排放總管上的三通接口相連，壓載海水依靠重力通過(guò)管線排放至塢尾潛池中;

（2）對(duì)于船上冷卻海水：通過(guò)軟管引至塢尾潛池，冷卻海水依靠重力通過(guò)管線排放至塢尾潛池中;

（3）對(duì)于塢門(mén)滲水：在塢門(mén)下方增加擋水圍堰，塢門(mén)滲水依靠重力通過(guò)管線排放至塢尾潛池中;

（4）對(duì)于除銹水：通過(guò)大、小型遙控機(jī)器人和污水回收裝置，將除銹水收集排至塢墻兩舷內(nèi)壁的除銹水收集總管，匯集于塢尾的移動(dòng)式污水柜中，而后泵排至壓水站，經(jīng)過(guò)沉淀過(guò)濾及陶瓷式濾壓機(jī)處理后，泵排輸送至工業(yè)污水站處理;

（5）對(duì)于其他余水：包括高壓水噴盤(pán)漏泄水、手持槍除銹水、塢墻滲水、塢內(nèi)沖洗淡水、塢底殘余污泥、塢底少量殘余壓載水等，均收集于塢尾污水井內(nèi)，然后通過(guò)真空污水回收裝置抽吸過(guò)濾后，泵排輸送至工業(yè)污水站處理;

（6）對(duì)于船上含油污水：一般通過(guò)駁船或汽車運(yùn)輸，將含油污水運(yùn)到工業(yè)污水站進(jìn)行集中處理，最后泵排至生活污水站進(jìn)一步處理。

3.5 浮船塢污水收集和處理方法

（1）對(duì)于壓載海水和船上冷卻海水：采用與干船塢同樣的排放方案，不同的是浮船塢內(nèi)的海水排放至排海口;

（2）對(duì)于船上含油污水：收集方法及處理過(guò)程與干船塢相同;

（3）對(duì)于其他污水：因浮船塢結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與干船塢不同，浮船塢內(nèi)產(chǎn)生的所有其他污水，如除銹水、高壓水噴盤(pán)漏泄水、手持槍除銹水、塢底少量殘余壓載水、塢內(nèi)沖洗淡水、塢底殘余污泥等，均收集于壓載艙內(nèi)結(jié)構(gòu)污水柜內(nèi)，然后通過(guò)真空污水回收裝置抽吸過(guò)濾后，泵排輸送至工業(yè)污水站進(jìn)行處理;

（4）在結(jié)構(gòu)污水柜內(nèi)設(shè)有液位傳感器，當(dāng)流入到污水柜內(nèi)的污水達(dá)到高液位時(shí)，真空污水回收裝置自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)始抽吸污水;當(dāng)水位到達(dá)低液位時(shí)，真空污水回收裝置停止抽吸污水;

（5）浮船塢內(nèi)產(chǎn)生的污水，在應(yīng)急狀態(tài)下也可通過(guò)泵排至浮船塢旁水柜，經(jīng)陶瓷式濾壓機(jī)過(guò)濾后，輸送至生活污水站進(jìn)行處理。

4 結(jié)論

本文針對(duì)原船塢污水收集和處理系統(tǒng)和管網(wǎng)存在的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)布置相應(yīng)設(shè)備和管線，搭建了一套完善的污水收集、輸送、處理、排放及中水回用管網(wǎng)系統(tǒng)。優(yōu)化方案，取得了以下效果：

（1）針對(duì)原系統(tǒng)存在收集和處理設(shè)備配置低的問(wèn)題，通過(guò)引進(jìn)真空污水回收裝置、陶瓷式濾壓機(jī)、建設(shè)工業(yè)污水站、優(yōu)化工藝流程，實(shí)現(xiàn)污水分類收集，從而改善了整個(gè)船塢污水收集及處理系統(tǒng)的能力;

（2）針對(duì)原系統(tǒng)僅對(duì)除銹水進(jìn)行收集和處理的問(wèn)題，通過(guò)船塢結(jié)構(gòu)和管網(wǎng)系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了對(duì)船塢內(nèi)所有污水的收集和處理，達(dá)到了塢內(nèi)不達(dá)標(biāo)污水零排放的目標(biāo)，更好的保護(hù)了周邊海洋環(huán)境;

（3）工業(yè)污水站處理后的達(dá)標(biāo)污水（即中水），可直接循環(huán)回船塢供沖洗塢底以及其他綠化、沖廁等雜用，提高了水資源利用率，實(shí)現(xiàn)污水循環(huán)利用，降低了成本。

本文針對(duì)船塢內(nèi)污水收集和處理的難點(diǎn)，提出了具有針對(duì)性的船塢污水收集和處理方法和優(yōu)化方案，對(duì)于結(jié)構(gòu)類似的船塢的污水收集和處理具有重要指導(dǎo)意義。

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