船舶生活污水处理技术研究

重庆交通大学应用技术学院
2013届航运工程系毕业生论文
论文题目：船舶生活污水处理技术研究班级： 10级轮机七班
姓名：高金
指导教师：谭显坤
日期： 2013年6月6日
重庆交通大学应用技术学院航运工程系
毕业论文（设计）开题报告
专业轮机工程技术班级10级轮机七班姓名高金学号0811******** 论文（设计）题目：船舶生活污水处理技术研究
论文（设计）纲目：
前言
1.船舶生活污水的特性
1.1船舶生活污水的定义
1.2船舶生活污水的危害
2.船舶生活污水处理影响因素分析
2.1船舶类型和航线
2.2运动效应
3.船舶生活污水处理的现状
3.1污水处理技术
3.2集污柜
4.船舶生活污水处理技术研究方向
4.1结合膜分离技术而形成的膜生物法工艺（MBR）
4.1.1MBR原理
4.1.2膜生物法工艺（MBR）实际使用效果
4.2展望
结论
谢词
参考文献
论文（设计）开始日期2013年4 月25日
指导教师
毕业论文（设计）评语
专业轮机工程技术班级10级轮机七班
姓名高金学号0811********
题目船舶生活污水处理技术研究
论文（设计）篇幅：
图纸张
其他附件
指导教师评语：
论文成绩
指导教师
年月日
毕业论文（设计）交叉评语一、交叉评阅评语
二、评阅成绩的评分
论文评阅成绩参考标准
论文设计
内容正确性，方案可行性，论证严密性和独创性；数据处理能力，计算能力，分析解决问题能力；文字表达能力及附件质量。

工艺及过程论证、计算的正确性和严密性，方案可行性、创新性；数据处理能力，计算机应用能力、分析解决问题能力；设计图纸的质量，文字水平及其他附件质量。

给定成绩：
交叉评阅教师签字
年月日
毕业论文（设计）摘要
题目名称船舶生活污水处理技术研究指导教师谭显坤承担人姓名高金航运系轮机工程专业7 班
摘要
由于世界各港口国的海洋环保意识增强，国际海事组织（IMO）关于船舶生活污水排放法规越来越严格，各国均已颁布了保护本国水域直至领海免遭来自船舶污染的有关法规，这要求船舶生活污水处理技术大致与现行IMO公约同步，甚至更高标准。

本文结合船舶生活污水的水量及水质特征，分析了影响船舶生活污水处理的因素。

签名：年月日
指导教师意见是否能参加毕业设计（论文）答辩：
指导教师签名：年月日
毕业论文（设计）摘要
题目名称船舶生活污水处理技术研究指导教师谭显坤承担人姓名高金航运系轮机工程专业7 班
摘要
As the marine environmental awareness of port states increased, the
regulations on the ship domestic sewage discharge of the International Maritime Organization（IMO）are more stringent, All states have enacted the relevant laws and regulations to protect their areas and marginal sea from ship-based pollution , which requires ships domestic sewage processing technology broadly with current IMO Convention on the synchronization, and even higher standards. This paper obtain ship domestic sewage quantity and quality characteristics, analysis of the ship domestic
sewage treatment factors.
.
签名：年月日
指导教师意见是否能参加毕业设计（论文）答辩：
指导教师签名：年月日
毕业论文（设计）答辩记录
项目记录成绩自
述
答
辩
组
提
问
答辩组成员
答辩时间答辩组组长签名
、
毕业论文（设计）答辩评定一、评语（根据学生答辩情况及其论文质量写出综合评价）
二、答辩成绩的评分
答辩成绩评分参考标准
论文设计
能否在规定时间内正确地作出报告；语言表达能力、相关知识和问题的理解、掌握情况。

能否在规定时间内正确地作出报告；语言表达能力，对相关知识和问题的理解、掌握情况。

给定成绩：
答辩小组负责人签字：
年月日
摘要
由于世界各港口国的海洋环保意识增强，国际海事组织（IMO）关于船舶生活污水排放法规越来越严格，各国均已颁布了保护本国水域直至领海免遭来自船舶污染的有关法规，这要求船舶生活污水处理技术大致与现行IMO公约同步，甚至更高标准。

本文结合船舶生活污水的水量及水质特征，分析了影响船舶生活污水处理的因素.
【关键词】：特性；因素；
【Abstract】
As the marine environmental awareness of port states increased, the regulations on the ship domestic sewage discharge of the International Maritime Organization（IMO）are more stringent, All states have enacted the relevant laws and regulations to protect their areas and marginal sea from ship-based pollution , which requires ships domestic sewage processing technology broadly with current IMO Convention on the synchronization, and even higher standards. This paper obtain ship domestic sewage quantity and quality characteristics, analysis of the ship domestic sewage treatment factors.
【KEY WORDS】: characteristics ;factors;
【前言】
近年来，随着航运业的发展，船舶这一流动源的环境污染问题，特别是对敏感区域(如水源地、自然保护区等)的水环境质量影响，正逐步受到人们的重视。

世界各国对海洋保护特别是对领海和内河的保护意识不断加强，在国际海事组织((IMO)颁布的MARPOL73/78公约附则Ⅳ：防止船舶生活污水污染规则的基础上，针对船舶生活污水排放的各种地方性标准不断出台(如美国Alaska地区、加拿大的圣伦劳斯航道及大湖区、德国波罗的海等)，要求对船舶生活污水进行更加有效地处理。

2005年海上环境保护委员会MEPC.2（Ⅵ）修改案，对船舶生活污水
、大肠杆菌的的排放指标进行了修改，除对悬浮固体SS、五日生化需氧量BOD
5
排放指标进行了更严格的限制外，还增加了化学需氧量、PH值以及余氯排放要求，2006年4月IMO在BLG10会议上已就2003年9月27日生效的IMO73/78附
则Ⅳ进行修改，2006年10月13日颁布的MEPC.159(55)决议[1]（称为新标准），公约规定自2010年1月1日起凡是吊装到不论新老船舶上的船用生活污水处理装置都应满足新标准的要求。

修改后生活污水排放指标将大大提高。

经国务院批准,我国于2006年11月2日向国际海事组织秘书长交存了加入经修正附则Ⅳ的文件,该附则Ⅳ已于2007年2月2日正式对我国生效。

经修正的附则Ⅳ的主要内容与要求经修正的附则Ⅳ共四章12条,明确规定各种类型和大小的船舶在任何区域排放船舶生活污水的标准和要求,不仅作为船舶设计建造和防止生活污水污染设备性能试验的技术准则,也是船旗国海事主管机关监督检查本国国际航行船舶(FSC)和外国船舶(PSC)的依据。

国际航行船舶必须满足国际公约的要求和各个国家颁布的地方性法规，这迫使污水处理设备不断提高污水处理能力，以满足海洋防污染的需求。

1 船舶生活污水的特性
1.1船舶生活污水的定义]
船舶生活污水来自于船上人员(船员和旅客)的日常生活排水，按照所排水的水质不同可分为“黑水”和“灰水”两种类型。

“黑水”是指污染物含量较高的厕所排水，即粪便污水;“灰水”是指污染较轻的厨房灰水（厨房、餐厅、洗碗间、蒸饭间等排出的污水）、洗涤灰水（盥洗室、淋浴室、住舱洗脸盆洗衣间等舱室排出的污水）。

过去以黑水处理研究为主但就近年来国外对水域环境管理的要求来看，灰水的单独排放也已纳人船舶污水的管理范围，同样要求达标排放。

1.2船舶生活污水的危害
水的自然净化作用是微生物利用水的溶解氧将有机物分解为无机物和二氧化碳的过程，水藻通过光合作用吸收二氧化碳放出氧气。

大量未经处理船舶生活污水会急剧消耗水中溶解的氧气，破坏水的自然净化作用和生态平衡，产生赤潮，危及鱼类和大多数水生物的生存，产生难闻气味，造成环境不美观的景象，将对海滨浴场和渔场资源产生严重影响。

同时未处理的粪便污水含有大量致病细菌，污染水源，传播疾病。

2船舶生活污水处理影响因素分析
船舶生活污水处理的难点所在，除了上述所探讨的船舶生活污水的水量及水质特性外，船舶本身的环境特点也应关注。

影响船舶生活污水处理装置的环境因素概括如下。

2.1 船舶类型和航线
不同类型的船舶(货轮、客班船及游轮等)所排放的船舶生活污水水质、水量区别较大，这与在船人员素质、人数以及冲洗机制的不同密切相关。

因此，应针对不同船型考虑预处理设施(如除渣器)并进行水质、水量的调节，而不能任意搬用相同的处理装置。

航线涉及到船舶航行所经水域，不同水域的水环境质量不同，要求排人的船舶生活污水水质也不同，因此应选用不同类型的处理装置。

另外不同航线的船舶停泊时生活污水排放低负荷甚至零负荷情况及时间长短也有较大差异，如何使得处理装置在此期间不受影响也是一个值得关注的问题。

2.2 运动效应
船舶航行过程中由于运动所产生的动力效应，会对一些传统的陆上污水处理装置产生影响。

如运动破坏了沉淀分离及布水和集水系统所要求的静止状态，影响处理效果及出水水质;冲击和振动负荷能对系统产生不良影响，并会使处理过程发生问题和机械故障;摇晃和倾斜会对曝气系统及自控装置产生影响，出现曝气不均匀及装置误报警和异常操作问题。

3 船舶生活污水处理的现状
目前比较流行的处理装置所采用的工艺主要有生物法（活性污泥法、生物膜法）、物化法（混凝沉淀及吸附过滤等）、电化学法等。

尽管从船舶生活污水的水质特性来看，解决这一问题似乎不存在技术上的难度，但到目前为止仍没有一种公认的理想工艺。

生活污水处理的现状。

3.1污水处理技术
黑水处理技术
（1）国内生活污水处理主要技术以上海船舶设备研究所为代表和中船总公司704所为代表。

国内的以WCH、WCX型装置为代表的污水贮存、粉碎消毒等物化
法工艺技术，国外丹麦阿特拉斯公司以物化法为原理的AWW装置。

物化法原理主要是将化学药剂加入污水中进行循环、粉碎、沉淀、消毒处理。

这种方法优点是工艺简单易实现自动化，装置体积较小，缺点是没有进行生化反应,对有机物去除不够彻底,而且需要大量消毒剂。

（2）生化法国内以WCB、WCV型装置为代表的污水生物好氧氧化-重力沉淀工艺技术。

国外主要有英国Hamworthy（哈姆沃西）公司以生化法为原理的ST型装置。

生化法的原理通过建立和保持微生物生长的适宜条件，利用微生物群体来消化分解污水中的有机物，使之生成环境无害的无机物和二氧化碳和水，以此净化污水，而微生物也得以繁殖，成本低，效果好结构简单，缺点是不间断运转，不能长时间停用，对含盐量敏感，体积大，不能和洗涤灰水混合。

3.2集污柜（也就是无排放型处理方式）
在船上安装生活污水收集贮存柜。

该贮存柜系统将船舶日常产生的生活污水收集贮存起来，在必要时将贮存的污水排入岸上污水接收设备，让然后加以处理，该方式结构简单，操作管理容易，且对水环境几乎无任何损害。

该装置系统的主要缺点是由于贮存舱、柜的容积较大，特别是需在限制海区内长期航行或停泊的船舶，必然造成船舶有效装载容积的减少。

为了防止系统在工作中散发臭味，需适时地进行投药处理，从而使药品的使用费增加。

其中真空收集贮存方式较为优越，一般都与其他装置联合作为污水处理器的一部分。

在下文中将会和造水机原理一起而形成VDT装置。

便器与保持一定真空的污水柜连通，便器的冲洗水是靠真空污水柜的真空抽吸作用流人污水柜的。

该贮存方式每次的冲洗水量少。

4 船舶生活污水处理技术研究方向
近年来国际上的研究方向以强化生物处理工艺流程及处理效率为主，比较典型的就是结合膜分离技术而形成的膜生物法工艺(MBR )这种技术属于生物法中的膜生物法。

膜生物反应器最早出现于六十年代的美国，由于当时的膜技术落后，膜的通水量小、寿命短，严重制约了膜的实际使用。

七十年代日本大力开发膜技术，使其逐渐走向实际应用[4]。

八十年代中后期，膜技术开始应用在陆用的污水处理装置和工程上，九十年代开始逐步推广。

直至现在，船舶使用膜生物反应器还处于探索阶段。

2000年，英国 Hamworthy 公司生产出第一台船舶用膜生物反
应器处理装置，并于2000~2001年进行了膜反应器全世界首次实船试验，取得了很好的试验效果。

我国至今还未见有膜反应器用于船舶的报道。

生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，与传统的生物处理方法相比，具有生化效率高，抗负荷冲击能力强，出水水质稳定，占地面积小，排泥周期长，易实现自动控制等优点,是目前最有前途的污水处理工艺。

真空收集蒸馏处理船舶生活污水技术(VDT)是在原有的烘干处理技术基础上的发展，属于节约能源利用废热并结合船舶真空海水淡化原理进行生活污水烘干处理的一种新技术。

它具有节能、环保、操作简单、达到零排放等独特的优越性。

4.1结合膜分离技术而形成的膜生物法工艺(MBR)
4.1.1MBR原理
其工作原理是利用反应器的好氧微生物降解污水中的有机污染物，同时利用反应器内硝化细菌转化污水中的氨氮以除去污水中产生的异味。

污水中的异味主要由氨氮产生。

常见的膜生物反应器污水处理工艺流程如图1。

图中灰水和黑水的定义与 MAPOL 73/78 附则Ⅳ相同。

如图2所示[6]
图2 膜生物反应器工艺流程
船舶污水经过预处理柜进入好氧/厌氧处理柜，经泵增压后进入膜生物反应器，在压力作用下经降解的污水通过膜形成系统处理后出水，大分子、固体物质以及活性污泥被截留，随浓缩液回流到好氧/厌氧处理柜。

系统运行一段时间以后，膜组件内的活性污泥浓度增高，定期外排污泥，保持系统稳定运行。

膜生物反应器的膜材质可分为有机膜和无机膜。

无机膜的代表为陶瓷膜，由于无机物质的化学性质稳定，因而能在相当恶劣的条件下使用，抗感染能力强，寿命长。

但无机膜的制造成本相当高，从而在一定程度上限制了它的使用。

现在广泛用于污水处理的都是有机膜（如聚砜膜、聚丙烯腈膜等）。

有机膜的应用成本低，但运行过程中易受污染、寿命短。

膜材质的筛选应要求其既抗化学腐蚀，又抗生物腐蚀。

同时还应考虑到根据具体微生物的特点，通过膜的表面改性，改变膜表面的物化性质，减轻微生物在膜表面和孔隙的吸附。

对于处理船舶污水的生化膜反应器，从抗生物腐蚀的角度考虑，使用聚丙(乙)烯类膜为宜。

4.1.2膜生物法工艺(MBR)实际使用效果
Hamworthy 公司于2000~2001年在“太阳公主”号上对膜处理效果进行了为期31天的测定处理对象是船上的灰水和黑水。

在平均日处理量为52,927L的情况下，MBR处理效果如表1所示，试验结果和现行规范比较结果列于表2—3[7]—[8]。

表2 MBR 处理船舶污水效果表
表3 试验结果和现行规范比较表
由表1和表2可以发现，利用膜生物反应器处理船舶污水时，虽然进水的水质情况非常差（SS≥500mg/L），但出水情况却相当好，不仅优于IMO的排放标准，甚至远远好于 Alaskan 地区排放规范（40CFR133）。

不仅如此，MBR的容积负荷要高于国内外的类似污水处理装置。

4.2展望
一艘主机功率为7500 kW 左右柴油机推进的船舶,其造水机可生产淡水20～25 m3/ d ,以此类推将船舶生活污水中的液体部分蒸发成水蒸汽(不含污染物)直接排出 ,也能达到这个能力。

而船舶生活污水量,每人每天产生的粪便污水量约为14 L;国外资料的一些统计 ,柴油机船舶的生活污水量每人每天平均数如表5所列[5]
表5 柴油机船舶生活用水量
船员按 25 人计算 ,黑水量应在 300～750 L/（人·d）之间 ,如果加上灰水量后的总生活污水量是4750 L左右,远远小于VDT处理装置的处理能力。

如果按客船或邮船计算 ,在船人数很多 ,这种情况则应将黑水和灰水分开处理 ,黑水用VDT技术来处理、灰水用MBR技术来处理。

这样分开处理既能减小VDT装置的负担,又能充分利用现有的MBR技术。

另外当采用真空收集黑水时 ,黑水量更少 ,每人每天产生的粪便污水量不超过10 L。

这样分开处理 ,结果应该非常令人满意 ,因为既充分发挥了两者的优势,又充分减轻了VDT装置和 MBR 装置的负荷 ,处理效果更好 ,运行管理也不复杂。

将VDT处理黑水装置与MBR处理灰水装置结合起来 ,同时在船使用 ,如前所述的客轮或邮轮上的设计方案。

MBR技术处理过程中是无需暂停的,在VDT处理装置停止进水的时间内,将黑水通入MBR处理装置中。

这对MBR处理装置来说完全没有问题 ,因为 MBR 处理装置本身也能处理黑水的。

这种设计与设两套VDT 处理装置相比，初投资成本和占据空间要大一些 ,更适合大型船舶。

结论
通过对船舶生活污水特性的分析及处理技术研究进展的探讨，船用膜生物反应器(MBR),由于其利用了膜分离的选择透过性与高效性 ,又利用了生物处理的有效性和彻底性 ,所以在处理船舶灰水中具有明显的优越性。

而黑水的混入,势必会增加膜生物反应器的处理负荷 ,降低膜生物反应器的处理能力。

如果把船舶灰水和黑水分开处理,让MBR和VDT发挥各自的优势 ,两者结合起来共同处理船舶生活污水 ,效果必然是最好的。

此外 ,目前普遍认为对巡航在阿拉斯加海域邮轮黑水、灰水处理的法规要求，将很快会延伸到世界其它海域的邮船及货船。

为此，许多运营的船舶，必须进行改造以符合法律 ,法规的要求。

毫无疑问,在船舶生活污水处理技术上占明显优势的膜生物反应器MBR灰水处理技术和真空收集蒸馏处理的 VDT黑水处理技术的合二为一定能在船舶污水处理方面发挥其独特作用。

鸣谢
感谢我的论文指导老师谭显坤老师对我耐心指导和帮助以及在评估时对我们的谆谆教导感谢你们的耐心的栽培和辅导；感谢我的父母，亲人和朋友对我的一贯支持和鼓励；感谢我的同学们给我的帮助；感谢国家和政府给我们提供良好的教育环境。

参考文献
【1】经MEPC.159(55)决议的MARPOL附则Ⅳ生效后的船舶检验及发证要求,中国船级社通函,2006（10）
【2】殷佩海，刘德洪.船舶生活污水的特性.船舶防污染技术,2000(9)：117—118 【3】董良飞，蔡慧萍，王经宇，关卫省.船舶生活污水处理技术研究[A].建筑科学与工程学报2005(6):91—93
【4】日笠胜.用水と废水.1985：27—16
【5】葛志祥,王小海,范洪艳. 真空收集蒸馏处理船舶生活污水技术—VDT[J], 船海工程.2008(4):77—80
【6】杨元晖.膜生物反应器处理船舶污水[J ] .机电设备.2002 (3) :38—40 【7】Allan Bentley The optimisiation of membrane bio-reactor technology for use in the treatment of marine wastewater. Hamworthy KSE ,2001 【8】Optimised Environmental Technologies. Hamworthy KSE ,2000）【9】顾夏声.废水生物处理数学模式.清华大学出版社，1982：43—45。