船舶生物降解型生態(tài)廁所應(yīng)用研究

周巍，黃振克

（上海市港航事業(yè)發(fā)展中心，上海 200000）

0 引言

隨著我國航運(yùn)業(yè)和海洋開發(fā)的大力發(fā)展，海洋環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重，其中船舶在航運(yùn)過程中產(chǎn)生的生活污水對通航水域構(gòu)成了較為嚴(yán)重的流動(dòng)性污染源，保護(hù)海洋環(huán)境是人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是我國必須長期堅(jiān)持的基本國策。國家通過發(fā)布相關(guān)法律、法規(guī)嚴(yán)控船舶生活污水處理和排放，而重要港口、水域、水源保護(hù)地等則要求生活污水零排放。安裝船舶生活污水處理設(shè)備是保障通航水域清潔的有效手段，但是現(xiàn)有設(shè)備大部分無法同時(shí)兼顧污水處理和零排放要求。本文旨在引進(jìn)陸地上使用較為成熟的生物降解型生態(tài)廁所，通過改進(jìn)，完善在船舶上使用的匹配性，滿足污水處理和零排放同時(shí)兼顧的要求。

1 防止船舶生活污水污染相關(guān)措施

1.1 船舶技術(shù)法規(guī)對防止生活污水污染要求

國際海事組織（IMO）于2004年4月1日通過《MARPOL73/78公約》附則IV《防止船舶生活污水污染規(guī)則》，并于2005年8月1日生效；IMO.MEPC于1976年頒布 MEPC 2（VI）決議，規(guī)定了其性能試驗(yàn)準(zhǔn)則和排放標(biāo)準(zhǔn)； 2006 年頒布MEPC 159（55）決議，從嚴(yán)約定排放標(biāo)準(zhǔn)，2010 年1月1日生效；2012年頒布MEPC 227（64） 決議，補(bǔ)充試驗(yàn)用原水稀釋規(guī)定，增加客船的總氮及總磷排放要求，于 2016 年1月1日生效。

我國于2006年10月8日加入《MARPOL73/78公約》附則IV，該附則于2007年2月2日起對我國生效。隨著國際公約、決議、規(guī)則的變化，國家也發(fā)布船舶相關(guān)條例、法規(guī)、規(guī)范保護(hù)水域環(huán)境，制定和更新船舶技術(shù)法規(guī)嚴(yán)控和規(guī)范生活污水處理和排放。對于重要港口、水源保護(hù)地等，地方政府出臺(tái)文件要求過往船舶生活污水零排放。

國內(nèi)航行海船從2009年起要求安裝生活污水處理裝置，排放要求從滿足最初的國際公約至最新的決議內(nèi)容，日趨嚴(yán)格。但這些生活污水處理設(shè)備大部分無法滿足我國特殊水域零排放要求，且依據(jù)規(guī)范海船允許設(shè)置舷外應(yīng)急排放口，途徑長江、內(nèi)河航道以及零排放區(qū)域，存在生活污水偷排或不滿足要求排放現(xiàn)象。

對于內(nèi)河船舶，2008年以前規(guī)范對生活污水排放無強(qiáng)制要求，通航水域污染比較嚴(yán)重。2008年起規(guī)范要求400總噸以上新造船舶安裝生活污水處理設(shè)備，但允許設(shè)有舷外排出閥[1]。在監(jiān)管不到位的情況下，大多數(shù)船舶生活污水直排舷外，依舊造成水域污染。2019年規(guī)范要求取消舷外排出閥[2]。但對于零排放區(qū)域，現(xiàn)有設(shè)備能夠滿足要求不多見。

1.2 防止船舶生活污水污染處理方式

1.2.1 儲(chǔ)存柜（艙）

儲(chǔ)存柜（艙）是指把生活污水收集到儲(chǔ)存柜里，定期由岸上接收或者其他船舶回收處理。該處理方式能夠滿足零排放要求，但儲(chǔ)存柜相對于船舶機(jī)艙空間而言，一般容積較大，部分船舶放置困難，內(nèi)河船舶用的比較多。

1.2.2 船用生活污水處理裝置

船用生活污水處理裝置是指對生活污水通過生化、物化等手段降低污水中的大腸菌群、懸浮固體和生化需氧量等指標(biāo)，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)和排放條件后排往水域。該處理方式基本不能滿足零排放要求，現(xiàn)行法規(guī)下需搭配儲(chǔ)存柜使用才能較好地滿足零排放要求。

1.2.3 船用生活污水處理+回收利用裝置

該設(shè)備主要是對生活污水進(jìn)行預(yù)處理后，對不同的排放物進(jìn)行回收利用，如用于加熱，或者經(jīng)過高溫粉化后，用于澆花施肥等。這種設(shè)備一般是根據(jù)船舶需要特殊定制，價(jià)格較為昂貴，不適合推廣。

1.4 臨床轉(zhuǎn)歸分析 所有患者均接受冠脈介入治療和目前指南推薦的藥物治療。記錄并比較3組患者住院后1個(gè)月內(nèi)的重要臨床事件，包括住院時(shí)間、住院期間心臟機(jī)械性并發(fā)癥、因出現(xiàn)急性心肌缺血或心功能不全再次入院、死亡、消化道出血以及新發(fā)現(xiàn)腫瘤情況。

其他還有打包收集方式，適用于可供安裝容積不大的船舶如游艇等。綜上所述，比較理想的是安裝生活污水處理裝置，同時(shí)配置存儲(chǔ)柜。能夠同時(shí)滿足污水處理以及零排放要求。但是生活污水處理裝置外形體積較大，再加儲(chǔ)存柜，機(jī)艙活動(dòng)空間縮小，甚至部分船舶還不能同時(shí)安裝兩個(gè)設(shè)備。

1.3 生態(tài)廁所的應(yīng)用研究

生態(tài)廁所是基于糞便無害化處理、資源循環(huán)利用的理念上發(fā)展起來的新型環(huán)保廁所[3]，具有節(jié)水節(jié)能，生態(tài)環(huán)保，占地面積小的特點(diǎn)，在高速公路、景區(qū)等應(yīng)用廣泛[4]。上海堯舜公司經(jīng)過多年研發(fā)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出適用于船舶應(yīng)用環(huán)境的生物降解型生態(tài)廁所（以下簡稱生態(tài)廁所），該生態(tài)廁所利用微生物的降解功能，能夠?qū)S便生化處理，并能實(shí)現(xiàn)自身繁殖；外形體積小，安裝方便，且不產(chǎn)生廢水排放，能滿足通航水域零排放要求。

本文研究了生物降解型生態(tài)廁所在船舶上的適用性和推廣價(jià)值。

2 生物降解型生態(tài)廁所設(shè)計(jì)思路

2.1 工作原理分析

該生態(tài)廁所工作原理是利用高效復(fù)合無害微生物菌種的生化反應(yīng)，即菌種和生活污水充分接觸，在一定的溫度和通風(fēng)（吸收氧氣）下，微生物菌種釋放具有降解功能的高蛋白酶，將大分子有機(jī)物降解為糖、脂肪酸和氨基酸等有利于自身吸收的小分子有機(jī)物，最終代謝出水、氣體和生物熱能，含有大量好氧微生物的活性填料可將糞尿中的異味吸收轉(zhuǎn)化，最終將產(chǎn)生的廢水、廢氣做無毒害氣體處理排出；而分解產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)、N、P、K和微量元素組成的殘?jiān)锟衫鄯e一至兩年由岸上接收處理或堆肥）[5]。

通過菌種對生活污水完全降解、吸收、轉(zhuǎn)化，完成自身繁殖等一系列生化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對糞尿的分解、脫臭和凈化處理，整個(gè)過程無污水直排舷外，可以實(shí)現(xiàn)通航水域零排放要求。

2.2 功能設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品主要由坐便系統(tǒng)、轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)、菌槽系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、平衡箱等組成。坐便系統(tǒng)和轉(zhuǎn)閥系統(tǒng)將糞便導(dǎo)入菌槽系統(tǒng)，菌槽系統(tǒng)內(nèi)的攪拌裝置將大、小便與填料充分接觸，方便微生物菌種進(jìn)行生化反應(yīng)。平衡箱可以將清洗馬桶壁多余的水和管路中冷凝的水經(jīng)過活性炭過濾后霧化成水汽。菌槽外壁設(shè)置有加溫板，對降解后部分產(chǎn)物加熱至氣態(tài)。排氣系統(tǒng)將產(chǎn)生的氣體做無毒害處理排放。工作流程見圖1。

圖1 生物降解型生態(tài)廁所工作流程

2.3 微生物菌料選擇

通過對自然土壤取樣，菌種分離，進(jìn)行COD降解率等菌種性能測試，篩選出具有高效降解能力的菌種，主要由枯草芽孢桿菌、協(xié)臥青霉菌、米根霉菌、肉色擲孢酵母、平常漢遜酵母、鏈霉菌等組成，并接入液體菌種培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，形成符合要求的專用復(fù)合菌料。最后對復(fù)合菌料進(jìn)行固體菌劑制備，利于保存，再次使用活化即可。

2.4 菌槽設(shè)計(jì)

菌槽系統(tǒng)主要包括菌槽、攪拌器、風(fēng)機(jī)、溫度和濕度控制裝置等。

菌槽內(nèi)設(shè)有合適的填料-木片或其它木質(zhì)纖維材料，該載體具有適合微生物棲息的構(gòu)造，空隙率大、生物附著性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、不易堵塞，有利于菌種工作、生存和繁殖。攪拌器可將菌種和糞便充分接觸，其他裝置能夠保障合適的氧氣、溫度、濕度，為微生物菌種生化反應(yīng)創(chuàng)造合適環(huán)境。

2.5 其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)

尾氣排放系統(tǒng)： 菌槽內(nèi)大、小便經(jīng)過菌料中的微生物分解處理后產(chǎn)生的二氧化碳、氨氣通過“ACCUV過濾殺毒裝置”排入大氣。

PLC智能控制系統(tǒng)：可以監(jiān)測生態(tài)廁所的運(yùn)行參數(shù)，控制生態(tài)廁所的工作狀態(tài)。

3 生態(tài)廁所應(yīng)用效果分析

選取TS20型號生態(tài)廁所，開展為期一年的試驗(yàn)，證明設(shè)備可以每天處理8kg的生活污水，且無廢水排放，僅產(chǎn)生無毒害廢氣排放，填料殘?jiān)袩o病原微生物，岸上處理不產(chǎn)生二次污染。填料殘?jiān)衟H值、總氮、COD、NH3-N、耐熱大腸菌群數(shù)均符合要求。見圖2。

圖2 TS20生態(tài)廁所

選取菌槽生物填料，采用液體培養(yǎng)基富集培養(yǎng)后，從中分離得到各種類型微生物共7株，采用16S rDNA（細(xì)菌）和ITS（真菌）進(jìn)行分子鑒定，明確微生物種類有：枯草芽孢桿菌、米根霉、斜臥青霉、肉色擲孢酵母、異常漢遜酵母、鏈霉菌，未發(fā)現(xiàn)病原微生物。

4 船舶生物降解型生態(tài)廁所應(yīng)用難點(diǎn)

4.1 復(fù)合菌種活性不能保障

復(fù)合菌種生存條件比較苛刻，需要合適的溫度、糞便量、含水量、含氧量等。一旦部分條件不滿足，菌種會(huì)失去活性甚至死亡。當(dāng)船員發(fā)現(xiàn)廁所內(nèi)有大量異味時(shí)，菌種已經(jīng)處于失效狀態(tài)，生態(tài)廁所基本上無法繼續(xù)使用，除非更換菌種。

4.2 生態(tài)廁所暫未申請船用產(chǎn)品證書

生物降解型生態(tài)廁所作為新型的生活污水處理設(shè)備，缺乏量化指標(biāo)，設(shè)備維保較復(fù)雜，設(shè)備應(yīng)急預(yù)案缺少；檢驗(yàn)依據(jù)和檢測手段不足，申請船用產(chǎn)品型式認(rèn)可和船用產(chǎn)品檢驗(yàn)存在難點(diǎn)。

5 結(jié)語

生物降解型生態(tài)廁所具有外形體積小，易安裝，維保少，長期使用經(jīng)濟(jì)效益顯著；設(shè)備僅有無毒害氣體排放，對航行水域不產(chǎn)生污水排放，達(dá)到零排放要求。

考慮到生態(tài)廁所可能出現(xiàn)微生物活性失效或者其他無法工作狀態(tài)，可配合小容積的儲(chǔ)存柜應(yīng)急使用，指導(dǎo)船員更換復(fù)合菌種等措施。通過采取必要的改進(jìn)措施，使之完全符合船舶應(yīng)用場景，成為具有推廣價(jià)值的新型船用生活污水處理設(shè)備。