船舶生活污水處理裝置維修改造

劉 林，王 斌，蔣軼俊

（1. 中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459；2. 上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

我國于2016 年取消了國家海洋局，現(xiàn)由船舶防污染設(shè)備的管理由海事局、自然資源部以及國家環(huán)境局共同管理。在“綠水青山就是金山銀山”的今天，國家執(zhí)法部門對海洋及內(nèi)河水域環(huán)境保護(hù)日益重視，因此針對現(xiàn)有船舶的升級改造、滿足現(xiàn)行的法律法規(guī)要求迫在眉睫。2018 年7 月1日《船舶水污染排放控制標(biāo)準(zhǔn)》生效實施，其中船舶生活污水的排放標(biāo)準(zhǔn)高于現(xiàn)有法規(guī)、國際防止船舶造成污染（International Convention for the Prevention of Pollution from Ships， MARPOL）公約且該標(biāo)準(zhǔn)具有強制性、對現(xiàn)有船具有追溯性。為了滿足標(biāo)準(zhǔn)，生活污水處理裝置及其處理工藝的升級勢在必行。2020 年12 月中國船舶集團(tuán)第七〇四所完成了“海洋石油708”生活污水處理裝置維修改造項目，改造后裝置已經(jīng)正式投入使用，目前裝置運行良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定?！昂Ｑ笫?08”生活污水處理裝置的維修改造項目的成功為后續(xù)升級改造提供了新的思路。

1 現(xiàn)有裝置存在的問題

經(jīng)調(diào)研，現(xiàn)有船用生活污水處理裝置（簡稱“裝置”）主要存在以下幾方面問題：

1）船舶人員數(shù)量變化大，裝置水力負(fù)荷、有機負(fù)荷變化大。

多數(shù)施工船在施工作業(yè)期間，在船人員數(shù)量大幅增加，廁所使用高峰期時短時間內(nèi)會有大量黑水涌入處理裝置，水力負(fù)荷、有機負(fù)荷急劇變化。這對傳統(tǒng)生化法處理裝置瞬時沖擊過大，裝置內(nèi)活性污泥可能隨著污水直接排出裝置，裝置處理能力大幅降低，出水水質(zhì)難以滿足排放要求。

2）船舶艙室空間有限，升級改造難度高。

船舶艙室空間“寸土寸金”，裝置升級改造大多需要占用更多的空間，多數(shù)情況下艙室無法滿足改造的要求，只能采用更好的工藝或采用模塊化的方式合理利用船艙空間。

3）缺少維護(hù)，柜體、組件銹蝕嚴(yán)重，基本喪失污水處理功能。

裝置在長期使用過程中未定期維護(hù)，如更換組件易損件、更換柜體防腐蝕電極，導(dǎo)致裝置整體無法正常運行；船員在裝置運行過程中過量使用潔廁靈等腐蝕性較強的清潔劑，導(dǎo)致柜體板材銹蝕嚴(yán)重，內(nèi)部透水、短流，裝置失去基本功能。

4）舊裝置處理工藝難以滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。

隨著《船舶水污染排放控制標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實施，在生活污水排放控制方面，增加了pH 值、CODCr、總余氯、總氮、氨氮和總磷等6 項指標(biāo)，收嚴(yán)了生活污水中BOD5、懸浮物和耐熱大腸菌群數(shù)的排放限值。面臨如此嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，目前裝船的大部分僅有生化處理工藝的裝置無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，升級改造勢在必行。

5）培菌難度高，活性污泥易流失。

船員缺少生化法生活污水處理裝置運行的基本知識，在裝置培菌階段常感到困惑，無法通過簡單的調(diào)節(jié)順利培養(yǎng)出活性污泥；在某些可直排的水域，船員會將裝置內(nèi)污水全部排空，使得內(nèi)部活性污泥大量流失，培菌工作要重新開始。

2 裝置維修改造方案介紹

2.1 模塊化分割設(shè)計

現(xiàn)場完成勘驗后，根據(jù)進(jìn)艙路線中最小的尺寸重新設(shè)計裝置，將不同柜體分割成可搬運進(jìn)艙的模塊，運輸至船上后現(xiàn)場拼接安裝。若原船有黑水艙或可利用空間，可以改造黑灰水艙或增設(shè)污水罐，作為生活污水處理裝置緩沖罐及水解罐通過轉(zhuǎn)駁泵向裝置內(nèi)定期轉(zhuǎn)駁，極大降低裝置的水力負(fù)荷，且水解后的污水更容易進(jìn)行深度處理。

2.2 生化柜增加活性填料

在現(xiàn)有生化柜處理工藝的基礎(chǔ)上，不做大幅度改變，通過內(nèi)部增加懸浮式活性填料將污水處理裝置改造成移動床生物膜反應(yīng)器（Moving-Bed Biofilm Reactor，MBBR）處理工藝。相對于膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，MBR）而言，MBBR 處理工藝主要優(yōu)勢為：（1）無需定期反沖洗，無需載體流化，填料不易堵塞且曝氣器的更換簡單；（2）可抗沖擊負(fù)荷，污泥產(chǎn)量較少，污泥齡長。其主要原理是利用污水連續(xù)流過反應(yīng)器填料載體后，在載體上形成生物膜，微生物在生物膜上大量繁殖生長的同時降解污水中的有機污染物，從而起到凈化污水的作用[1]。順序為：污水→調(diào)節(jié)柜→一級生化處理柜（MBBR）→沉淀柜→二級生化處理柜（MBBR）→膜組件→排放。

2.3 柜體采用不銹鋼材質(zhì)，加強防腐蝕設(shè)計

維修改造的柜體、管道可根據(jù)用戶要求采用304 不銹鋼、316 不銹鋼材質(zhì)或其他耐腐蝕材質(zhì)，柜體內(nèi)部根據(jù)不用鋼材特點涂防腐油漆，每個獨立的柜體均設(shè)有防腐蝕電極（定期更換），長期使用可最大程度降低裝置柜體銹蝕的風(fēng)險。

3 生活污水處理裝置改造特點

1）安裝周期短，不影響船舶作業(yè)

現(xiàn)場維修勘驗完成后，根據(jù)進(jìn)艙最小體積進(jìn)行模塊化定制，無需開艙、切割等復(fù)雜操作，可利用船舶靠港小修期間完成維修、改造升級。以“海洋石油708”為例，舊裝置在2～3 天完成拆解離船，維修裝置運輸至船上后，經(jīng)過搬運、定位、接管、進(jìn)水和調(diào)試等環(huán)節(jié)，4～5 天即可完成所有改造工作，整個維修時間可以控制在1 周。

2）生化性能大幅提高，培菌操作簡單，無活性污泥流失風(fēng)險

一般活性污泥法的生物量為3 g/L～5 g/L，生物膜法的生物量為10 g/L～20 g/L，生物流化床的生物量可達(dá)15 g/L～40 g/L[2]。在裝置現(xiàn)有MBR膜生化處理工藝流程中引入移動床生物膜反應(yīng)器處理技術(shù)，其主要優(yōu)勢包括：（1）在同一個工藝系統(tǒng)中的同時完成硝化、反硝化作用，即將主要發(fā)生在懸浮填料生物膜上的硝化過程和發(fā)生在活性污泥混合液中的BOD 去除過程、反硝化過程組合起來；（2）從懸浮填料表面脫落的生物膜進(jìn)入活性污泥混合液中，自動產(chǎn)生硝化污泥接種作用，提高了系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力，使硝化作用得以延續(xù)。長期運行時船員在可直排區(qū)域可有計劃的依次將裝置不同柜體內(nèi)污水排空，得益于懸浮填料保留了大部分活性微生物，裝置在重新進(jìn)水后可迅速進(jìn)入生化階段，無需重新培菌。改造前后的污泥指數(shù)（sludge index，SVI）顯示，改造后污泥沉降性能大幅提高，污泥膨脹現(xiàn)象基本消失[3]。

3）可滿足最新排放標(biāo)準(zhǔn)要求，出水水質(zhì)穩(wěn)定

經(jīng)MBBR 升級改造后，能夠有效提高對難降解有機物的去除效果。經(jīng)過實船長期取樣檢測分析化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）去除率，分析顯示平均去除率提高了40%，而且根據(jù)船東要求將生活污水處理裝置可改造成具有脫氮除磷工藝的裝置。

4）因“船”而異，根據(jù)每船實際情況定制

裝置改造的處理方案，處理工藝可根據(jù)該船排放標(biāo)準(zhǔn)的要求、實船改造空間等條件定制，滿足船東不同層次的要求。在改造時合理利用船上黑水艙等空間增設(shè)緩沖柜（水解柜），為裝置的深度處理、達(dá)標(biāo)排放創(chuàng)造條件。

4 裝置改造中注意的問題

1）使用成熟MBBR 填料、投加填料填充率

結(jié)合船舶生活污水處理裝置的特點，建議使用HDPE 材料制成的懸浮填料，本次改造使用的懸浮填料為空心圓薄片，其直徑為25 mm、厚度約為5 mm，填料密度為940 kg·m3～970 kg·m3，比表面積大于600 m2/m3，可以根據(jù)原污水類型的不同選取不同規(guī)格的填料。改造的生活污水處理裝置中填料的投加比例約為35%，不宜過高。

2）合適的曝氣量

改造的裝置投入使用后，前幾日污水剛進(jìn)入裝置，裝置內(nèi)有機負(fù)荷較低，曝氣量應(yīng)調(diào)節(jié)到使填料剛好完全流化即可，否則會導(dǎo)致溶解氧含量過大。培菌前期懸浮填料上生長的生物膜很薄，填料密度小于水的密度，使其流化需要能耗較大，且污水的溶解氧含量容易過高。隨著船舶黑、灰水不斷導(dǎo)入裝置，懸浮填料上生物膜變厚，填料密度基本等于污水的密度，此時使填料完全流化更簡單，耗能更少且更方便控制溶解氧濃度[4]。整個培菌過程中，應(yīng)每日觀察懸浮填料的流態(tài)，通過測定污水溶解氧不斷調(diào)整曝氣量，保證水中的溶解氧控制在2 mg/L～4 mg/L，為多型微生物提供最佳的生化處理環(huán)境。

3）柜體進(jìn)出水口增加篩網(wǎng)

進(jìn)出口篩網(wǎng)將生物填料保留在生化柜中，篩網(wǎng)的孔徑根據(jù)填料的尺寸制定，應(yīng)確保懸浮填料無法逃逸出生化柜體。裝置柜體

5 結(jié)論

“海洋石油708”的維修改造實踐證明，基于MBR+MBBR 的核心技術(shù)，能夠滿足面向現(xiàn)有船舶生活污水處理裝置升級改造的要求，提供更經(jīng)濟(jì)、便捷、有效的污水處理升級改造方案。

裝置改造兼顧了膜生物反應(yīng)器（MBR）和移動床膜生物反應(yīng)器（MBBR）的優(yōu)點，集兩者之長，選用的懸浮填料生物親和性強，吸附性能高，處理污水質(zhì)量高，改造成本低，可在不改變原污水處理系統(tǒng)的體積的前提下，提高污水處理效率，抗沖擊能力和處理深度，方便船員使用和維護(hù)。根據(jù)船上現(xiàn)有條件和使用習(xí)慣，充分利用空間制定最適合的升級改造方案，是現(xiàn)有船舶生活污水處理裝置滿足現(xiàn)行法律法規(guī)的必經(jīng)之路。