船舶油污廢水的處理工藝研究

賴力

摘? 要：本文闡述了船舶油污廢水來(lái)源、特性及危害，介紹了船舶油污廢水處理工藝，包括重力沉降法、浮選法、生物法、混凝法及其他組合工藝等。

關(guān)鍵詞：船舶油污廢水;污水治理;處理工藝

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2019》，2018年我國(guó)沿海港口貨物吞吐量達(dá)92.24億 t，比2015年增長(zhǎng)了17.57%，對(duì)外貿(mào)易增長(zhǎng)的同時(shí)面臨著沿海港口船舶污染日益嚴(yán)峻的問(wèn)題[1]。船舶含油污水是指在船舶主輔機(jī)艙等艙室產(chǎn)生的含油污水，其泄漏和排放對(duì)海洋環(huán)境污染危害較大，其污染物可能通過(guò)食物鏈影響人類健康。

1 船舶油污廢水的來(lái)源

船舶含油污水根據(jù)來(lái)源可將船舶含油污水分為船舶正常海運(yùn)過(guò)程中排放的含油壓載水、含油洗艙水和艙底含油污水等三大類[2]。（1）船舶含油壓載水指在船舶海運(yùn)過(guò)程中，因保證航行安全和提高推進(jìn)器效率的需要，將海水注入或排出貨艙內(nèi)或壓艙內(nèi)，通過(guò)調(diào)整船舶的吃水深度和船體縱、橫向的平穩(wěn)來(lái)達(dá)到降低船體震動(dòng)的目的。（2）船舶含油洗艙水主要指運(yùn)輸過(guò)程中抽取海水清洗船艙時(shí)所產(chǎn)生的含油污水，尤其普遍出現(xiàn)在船舶運(yùn)送石油及其制品的過(guò)程中，這類廢水油分含量相對(duì)較高。（3）船舶內(nèi)置的船舶動(dòng)力裝置系統(tǒng)，在船運(yùn)過(guò)程中船舶艙室內(nèi)各種零件和管路會(huì)有少量海水滲出，動(dòng)力裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中也會(huì)少量潤(rùn)滑油、燃料油等油品漏出，以及在保養(yǎng)維修過(guò)程船舶零件也會(huì)有潤(rùn)滑油等油品滲出，以上滲出的油品與滲出的水混合在一起，形成含油的船舶艙底水。

2 船舶油污廢水的特性及危害

我國(guó)近年來(lái)投入大量大噸位船舶用于海上運(yùn)輸，由此產(chǎn)生船舶艙底含油污水也越來(lái)越多，這成為我國(guó)船舶污水處理道路上一個(gè)亟待解決的問(wèn)題[3]?，F(xiàn)階段船舶洗艙水多使用海水，部分船只會(huì)將洗艙水與壓載水直接混合增大了處理難度。船舶油污廢水其處理難度大，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）水質(zhì)水量波動(dòng)大，主要是在生產(chǎn)過(guò)程中壓載水及洗艙水排放都是間斷進(jìn)行導(dǎo)致;（2）有機(jī)物種類多，毒性較強(qiáng)，較難生物降解或不可生物降解的物質(zhì)占了較大的比例無(wú)法直接進(jìn)行厭氧生化;（3）含油量高，船舶油污水中，油的分散狀態(tài)主要為浮上油和分散油，不含表面活性劑的乳化油，粒度小于10 μm的油約占油濃度的15%左右。

船舶油污廢水的違規(guī)排放對(duì)海洋環(huán)境造成污染，破壞海洋生物的正常代謝，影響微生物種群的組成[4] ，而且，超標(biāo)排放的油污廢水也會(huì)對(duì)人類社會(huì)造成危害，影響沿岸漁業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致養(yǎng)殖的水生動(dòng)植物大面積死亡，廢水中的含油類污染物通過(guò)水循環(huán)滲入農(nóng)田，引發(fā)農(nóng)作物減產(chǎn)甚至枯萎。這不僅引起當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)損失，還終將危害人類的身體健康，石油及其衍生產(chǎn)品具有致癌、致畸、致突變作用[5]，通過(guò)水體中的食物鏈富集最終被人類攝入，從而引起人體各器官和組織的病變。因此，在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程，要不斷加強(qiáng)對(duì)船舶油污廢水的排放監(jiān)管力度，維護(hù)人類賴以生存的環(huán)境。

3 船舶油污廢水的處理工藝研究

近年來(lái)，由于對(duì)船舶油污廢水排放監(jiān)管力度不足，對(duì)沿海水體環(huán)境造成的污染越來(lái)越嚴(yán)重，引起了學(xué)者的廣泛重視[6]，大量的科研工作者致力于開(kāi)發(fā)新技術(shù)優(yōu)化含船舶含油污水處理，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，逐漸形成成熟含油污水處理工藝方法。根據(jù)目前世界范圍內(nèi)對(duì)各種處理方法的歸納整合，主流工藝有重力沉降法、浮選法、生物法、絮凝法及組合方法等。

3.1 重力沉降法

重力沉降法主要利用油水密度差及油水的互不相溶性，在低流速或靜止?fàn)顟B(tài)下實(shí)現(xiàn)油相與水相的分離[7]。廢水中油滴主要受力作用來(lái)自自身重力、浮力、油滴在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，分散在水中的油滴在浮力作用下緩慢上浮、分層，最終通過(guò)刮油器等刮渣設(shè)備將油水進(jìn)行分離。常用的設(shè)備是橫向流除油器、波紋板聚結(jié)油水分離器、聚集型油水分離器。重力沉降法操作簡(jiǎn)便，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用低，無(wú)二次污染，但分離效果一般，大部分用來(lái)進(jìn)行前期預(yù)處理。

曹建樹(shù)等[8]采用斜通道波紋板填料作為內(nèi)部分離組件的新型油水分離器作為預(yù)處理工藝，新型波紋板油水分離器結(jié)合了淺池和聚結(jié)技術(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)強(qiáng)化分析和現(xiàn)場(chǎng)試用結(jié)果表明：相比于重力沉降罐，節(jié)約了70%占地面積;當(dāng)油含量在200～600 mg/L時(shí)，除油率可達(dá)90%上，處理效率高;相比于吸氣浮選機(jī)相比維護(hù)費(fèi)用較低、設(shè)備密閉性更好、沒(méi)有二次污染等優(yōu)點(diǎn)，具有開(kāi)發(fā)推廣價(jià)值。

3.2 浮選法

氣浮法是通過(guò)向水中進(jìn)氣，由于浮油的密度比水小，油滴和雜質(zhì)粘附在氣泡上隨氣泡浮出水面，實(shí)現(xiàn)油水分層，從而完成對(duì)含油污水的凈化處理[9]。由于氣浮的設(shè)備處理污水能力強(qiáng)，產(chǎn)泥少，處理效率高等優(yōu)勢(shì)，在含油污水處理中展現(xiàn)了極大的潛力[10]。影響浮選分離效果和效率的因素主要包括污水的流動(dòng)狀態(tài)、進(jìn)氣量、溫度和pH值等。目前，廣泛應(yīng)用的氣浮法主要為曝氣氣浮法、加壓溶氣氣浮法等，其中葉輪浮選法存在處理污水量大，但是制造、維修費(fèi)用高、能耗較高等特點(diǎn);加壓溶氣氣浮法適合處理含油量較低的含油污水，且停留時(shí)間較短。浮選法的缺點(diǎn)也很明顯，由于空氣泡吸附能力有限只適用于小顆粒油滴（分散乳化油或小體積固體懸浮物）的去除，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍相對(duì)較小。學(xué)者也經(jīng)常采用氣浮法作為預(yù)處理工藝以獲得后端生化反應(yīng)較優(yōu)的處理效果，傅雷鳴[11]等采用氣浮法對(duì)含油污水進(jìn)行預(yù)處理，在生化反應(yīng)池后增加MBR使得出水達(dá)標(biāo)排放。

3.3 生物法

生物法主要是利用特定微生物體內(nèi)酶催化并轉(zhuǎn)化含油污水中的烴類物質(zhì)，同時(shí)部分油類物質(zhì)通過(guò)微生物正常代謝進(jìn)行降解[12]。目前，較為常用的水處理方法為活性污泥法和生物膜法。生物法是一種清潔的水處理技術(shù)，尤其是該法處理效果好且反應(yīng)過(guò)程無(wú)有毒有害副產(chǎn)物生成。缺點(diǎn)是適應(yīng)微生物生存的水質(zhì)條件要求較高，且生化系統(tǒng)的日常維護(hù)費(fèi)用也較高。

研究表明，將各種生化反應(yīng)器進(jìn)行組合對(duì)降解含油廢水中的有機(jī)物具有較大的潛力。Liu[13]等學(xué)者將含有大量難溶解的有機(jī)物質(zhì)和低N、P組分的重油污水通過(guò)上流式厭氧污泥床與固定化生物曝氣過(guò)濾器組合工藝，能獲得較好的處理效果。處理結(jié)果表明，COD、NH4-N和SS去除率分別達(dá)到74%、94%、98%;其中，烷烴在通過(guò)上流式厭氧污泥層處理后大量減少，而固定化生物曝氣過(guò)濾器的主要作用體現(xiàn)在降解有機(jī)化合物和移除氨氮、懸浮固體含量上。李明波[14]等將運(yùn)輸石油的船舶產(chǎn)生的石化廢水通過(guò)膜生物反應(yīng)器進(jìn)行處理，研究表明膜生物反應(yīng)器尤其適用于處理低濃度船舶含油污水。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水油含量低于33.8 mg/L時(shí)膜生物反應(yīng)器去除效果最好，但反應(yīng)過(guò)程中存在一定的膜阻塞和膜污染問(wèn)題。

3.4 絮凝法

絮凝法是一種應(yīng)用十分廣泛的傳統(tǒng)處理含油污水的技術(shù)。絮凝法主要是通過(guò)加入絮凝劑，使含油污水中的懸浮物或者油滴凝聚成絮體，通過(guò)沉淀或者過(guò)濾去除，是一種經(jīng)濟(jì)有效、方便、腐蝕小的汚水處理方法。絮凝劑在含油污水處理中主要起到吸附架橋，電中和及網(wǎng)捕卷掃的作用[15]。絮凝法一般用于乳化油的去除，因出水水質(zhì)好，絮凝劑價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，但也存在占地面積大、產(chǎn)生的污泥處理困難等缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)專家學(xué)者們不斷開(kāi)發(fā)新型絮凝劑，以及同新興的高級(jí)氧化技術(shù)聯(lián)用從而達(dá)到更優(yōu)的處理效果也是研究熱點(diǎn)。劉溪語(yǔ)[16]通過(guò)超聲強(qiáng)化技術(shù)聯(lián)合芬頓氧化處理船舶含油污水，污水中的油分得到了有效降解，同時(shí)探討船舶含油污水回用的可能性，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

3.5 組合工藝

隨著船舶油污廢水水質(zhì)水量的波動(dòng)性變化，水污染防治力度的加大，以及單一工藝處理效果越來(lái)越難以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的巨大壓力[17]下，不少學(xué)者在探究船舶油污廢水治理工藝上逐漸傾向于利用各工藝優(yōu)勢(shì)進(jìn)行組合處理，以期獲得最優(yōu)的處理效果。王慧娟[18]等采用高效氣浮+臭氧氧化+內(nèi)循環(huán)曝氣生物濾池（BAF）的組合工藝對(duì)油污油廢水進(jìn)行提標(biāo)處理，經(jīng)1年的實(shí)際運(yùn)行效果表明，處理后的 BOD5、COD、NH4+-N、SS、TN 的質(zhì)量濃度分別為 9.1、45.3、4.5、20.3、27.1 mg/L。高效氣浮單元通過(guò)高壓回流溶氣水減壓產(chǎn)生大量的微氣泡，可以形成密度小于水的氣浮體，進(jìn)行固—液或液—液分離，較一般溶氣氣浮更加高效、節(jié)能。臭氧催化氧化單元可將大分子、長(zhǎng)鏈難降解有機(jī)物進(jìn)行氧化分解利于生化反應(yīng)的有機(jī)小分子[19]，從而提高廢水B/C。最后，曝氣生物濾池用于后生化處理單元，該工藝結(jié)合了氣浮的吸附、分離過(guò)濾作用和生化代謝凈化作用，不僅建設(shè)成本低、效率高、水質(zhì)達(dá)標(biāo)、操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

盡管船舶油污廢水具有水質(zhì)水量波動(dòng)大，有機(jī)物種類多，毒性強(qiáng)，含油量高等特點(diǎn)，處理難度大，但專家學(xué)者們?cè)诖坝臀蹚U水治理工藝上的研究效果顯著。隨著國(guó)務(wù)院最嚴(yán)格生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度的出臺(tái)，海洋資源環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，改善生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的堅(jiān)定決心，需要我們因地制宜，協(xié)調(diào)區(qū)域發(fā)展的需求，探索更多高效、經(jīng)濟(jì)的工藝方法加強(qiáng)對(duì)船舶油污廢水的無(wú)害化處理。

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