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近年來，隨著國際貿(mào)易的快速發(fā)展，船舶為運輸方式的比重越來越高，但船舶產(chǎn)生的生活污水含有有機(jī)物和礦物質(zhì)，還含有大量的細(xì)菌、寄生蟲和病毒，如果不經(jīng)過處理將其任意排放，就會危害人體和水生物，造成周圍水域的污染。隨著全球?qū)Υ拔廴竞Ｑ蟓h(huán)境造成的威脅越來越重視，目前有關(guān)國際海事組織、各國都陸續(xù)出臺、修訂了相關(guān)公約法律法規(guī)，對船舶生活污水的排放指標(biāo)進(jìn)行了更加嚴(yán)格的限制，要求對船舶產(chǎn)生的生活污水進(jìn)行更加有效的處理，以減少對海洋生態(tài)造成污染。各種類型生活污水處理技術(shù)也日益成熟，膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor, MBR)生化法生活污水處理技術(shù)，由于其結(jié)構(gòu)緊湊、生化反應(yīng)速率快和剩余污泥產(chǎn)量少等特點，在船舶生活污水處理裝置中得到廣泛應(yīng)用。 1 生活污水處理裝置處理方式的比較目前，船舶生活污水處理裝置的處理方式大多采用電解法、理化法、生化法和混合處理法等。電解法利用污水柜中的電極對生活污水進(jìn)行分解，裝置體積小，但是初期投資大，電能消耗大，電極容易結(jié)垢，供應(yīng)商單一。理化法使用物理機(jī)械將生活污水進(jìn)行固液分離殺菌消毒，分離的固體污染物在船上焚燒或岸上接收處理，其成本極低、但裝置構(gòu)造復(fù)雜、處理效果較差。生化法采用MBR技術(shù)對生活污水中有機(jī)物進(jìn)行分解，不用污染環(huán)境的含氟藥劑，成本較低。 MBR膜采用膜分離和生物處理相結(jié)合的方式對污水進(jìn)行處理，工作原理見圖1。近年來由于結(jié)構(gòu)緊湊、生化反應(yīng)速率快等特點，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于水處理技術(shù)領(lǐng)域，在再生水處理等工程中也得到了應(yīng)用和推廣。 
圖1 MBR膜工作原理 MBR膜將分離的污泥返回污水柜進(jìn)行充分曝氣充氧，使活性污泥濃度提高、優(yōu)勢菌種種類增多，大大提高了生化反應(yīng)速率。被截留的微生物在MBR膜內(nèi)不僅提高了生活污水處理裝置的整體生物降解效率，保證了船舶生活污水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，同時還減輕了生活污水的有機(jī)負(fù)荷和液力負(fù)荷的沖擊。2 生化法生活污水處理裝置的基本組成WCBx-40C型生活污水處理裝置采用接觸氧化、MBR膜過濾和紫外線消毒殺菌相結(jié)合的方法，處理來自船舶廁所等處所的生活污水。由于該裝置在污水柜、接觸氧化柜中設(shè)置了生物填料，且采取MBR膜過濾分離、紫外線殺菌技術(shù)，因而與同類型產(chǎn)品相比具有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、殺菌能力強和無二次污染等特點。經(jīng)該裝置處理后的排放水符合《2012年生活污水處理裝置排放標(biāo)準(zhǔn)和性能試驗導(dǎo)則》(MEPC.227(64)號決議)的要求及國際廢液排放標(biāo)準(zhǔn)，見表1。WCBx-40C型生活污水處理裝置由3個水密的腔室、1套MBR膜組件、消毒器、氣泵、粉碎泵、排放泵和電氣系統(tǒng)等組成，見圖2。表1 IMO、中國標(biāo)準(zhǔn)及該裝置的貨船生活污水排放限值比較 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
注：(1)IMO標(biāo)準(zhǔn)即《2012年生活污水處理裝置排放標(biāo)準(zhǔn)和性能試驗導(dǎo)則》(MEPC.227164)號決議),總氮、總磷要求只適用于在MARPOL附則Ⅳ特殊區(qū)域內(nèi)營運并擬將排放生活污水入海的客船。(2)中國標(biāo)準(zhǔn)[1]是對2016年1月1日及以后安裝(含更換)生活污水處理裝置的船舶(不含客運船舶)的相關(guān)要求，2021年1月1日以后客運船舶向內(nèi)河排放生活污水要求更加嚴(yán)格，增加總氮、總磷和氨氮等指標(biāo)。(3)Qi/Qe為稀釋補償系數(shù)，排入物Qi指進(jìn)入生活污水處理裝置進(jìn)行處理的生活污水的流量，m3/d; 排出物Qe指混入稀釋水后，生活污水處理裝置的出水流量，m3/d。本裝置沒有引入稀釋水的處理工藝，故稀釋補償系數(shù)Qi/Qe=1。 |
3 工作原理及其功能3.1 工作原理生活污水進(jìn)入污水柜，經(jīng)過充分粉碎后流進(jìn)接觸氧化柜，污水柜和接觸氧化柜這2個腔室內(nèi)均含有生物填料，通過氣泵對這2個腔室進(jìn)行曝氣充氧。生活污水中的有機(jī)污染物被生物填料黏附消解生成二氧化碳和水，同時活性污泥得到繁殖，然后再流入沉淀柜，沉淀柜中的污水經(jīng)過排放泵加壓后進(jìn)入MBR膜組件進(jìn)行過濾分離，MBR膜截留污水中的活性污泥和雜質(zhì)回流至污水柜再次與生活污水進(jìn)行反應(yīng)，過濾分離后的水排入消毒器內(nèi)經(jīng)殺菌消毒后排放至舷外。該裝置液力負(fù)荷為2.8 m3/d, 有機(jī)負(fù)荷為1.4 kg/d, 當(dāng)短時間內(nèi)液力負(fù)荷較大，使得沉淀柜中污水水位過高會溢流至船舶集污艙，集污艙設(shè)置了液位指示系統(tǒng)。集污艙內(nèi)的污水可經(jīng)過外置粉碎泵泵入該裝置污水柜進(jìn)行處理、排放。3.2 氣泵的功能本裝置裝有2臺氣泵，單臺氣泵向污水柜和接觸氧化柜曝氣，工作15 min, 停止5 min, 循環(huán)工作。氣泵的作用：向污水柜和接觸氧化柜這2個腔室補充空氣，利于好氧菌繁殖，以降解生活污水中的有機(jī)物，除去污水柜和接觸氧化柜中反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣，通過柜子頂部的透氣管排至大氣中。3.3 MBR膜組件的功能本裝置裝有一套MBR膜組件，由3個MBR膜組成，MBR膜通過排放泵的抽吸排放實現(xiàn)過濾截留，過濾后的水將排至消毒器中殺菌消毒。截留的活性污泥在MBR膜組件繼續(xù)進(jìn)行生化反應(yīng)，動態(tài)地延長了污水停留時間，實現(xiàn)了水力停留時間與污泥齡的完全分離，使得裝置運行控制更加靈活穩(wěn)定[2]。MBR膜設(shè)有反沖洗功能，按反沖洗手動按鈕，工作1 min后自動停止。反沖洗水采用壓力為1～2 bar( 1 bar=105 Pa) ,溫度為2～32 ℃的船舶日用淡水。4 實際使用中常見問題及解決方案4.1 粉碎泵不能啟動粉碎泵是按照預(yù)定程序?qū)ξ鬯竦纳钗鬯M(jìn)行粉碎，每間隔5 min運行5 min, 在實際使用過程中粉碎泵不啟動一般是葉輪故障、熱過流保護(hù)導(dǎo)致，生活污水中垃圾纏住葉輪或者金屬類硬質(zhì)物品卡住葉輪。新上船人員或船舶外來人員不能按照船舶規(guī)定正確使用馬桶，向馬桶內(nèi)投放其他垃圾，尤其管路維修時，修理人員遺漏螺栓、螺母等金屬類物品，這些都是較為常見的導(dǎo)致粉碎泵不能啟動的故障原因。所以可以得出：在實際使用過程中，船舶需制定相關(guān)的規(guī)定，除可溶解的衛(wèi)生紙外，其他物品一律不準(zhǔn)投放馬桶內(nèi)。對新上船或者外來人員登船時，做好相關(guān)培訓(xùn)，并在特定位置張貼警示說明，做好事前預(yù)防。如遇船舶維修下水管路或馬桶時，做好監(jiān)督等。4.2 排放泵不停機(jī)、運行時間長排放泵是根據(jù)沉淀柜中的液位自動啟停。當(dāng)沉淀柜中的液位長時間不能被抽到低液位時，排放泵不停機(jī)持續(xù)運行。4.2.1 階段性生活污水量較大在實際使用過程中，生活污水量受季節(jié)和船上人員生活習(xí)慣影響很大，根據(jù)船上人員作息習(xí)慣，每天最大排污量出現(xiàn)在0700—0900時，這個時間段生活污水較多，生活污水處理裝置負(fù)荷較重，會遇到排放泵長時間不停機(jī)的現(xiàn)象。當(dāng)液位計故障、個別房間馬桶不能正常關(guān)閉時，也會出現(xiàn)排放泵長時間運行不停機(jī)現(xiàn)象。4.2.2 閥門不能正常關(guān)閉在正常使用過程中，污水柜和接觸氧化柜底部的出口閥V22、V23關(guān)閉，沉淀柜出口閥V20開啟，若閥V22、V23或裝置沖洗水閥等閥門關(guān)閉不嚴(yán)，液位計將不能正?？刂婆欧疟玫膯⑼?，也將導(dǎo)致其運行時間長的現(xiàn)象。經(jīng)生活污水處理裝置處理后的生活污水通過防浪閥排至舷外，防浪閥屬于舷外閥，與海水直接接觸，工作環(huán)境惡劣，容易被海水腐蝕，且生活污水在閥芯處易留下殘渣，導(dǎo)致防浪閥長期使用關(guān)閉不嚴(yán)現(xiàn)象。若防浪閥不能正常關(guān)閉、電磁閥V16關(guān)閉不嚴(yán)，也會導(dǎo)致排放泵運行時間長現(xiàn)象，但此種現(xiàn)象不太常見。4.2.3 MBR膜臟堵MBR膜長期使用，生活污水中的微小顆粒、有機(jī)大分子、膠體粒子或其他溶質(zhì)分子會與膜發(fā)生物理、化學(xué)或機(jī)械作用，導(dǎo)致膜污染[3],使得MBR膜臟堵，滲透通量下降。根據(jù)MBR膜運行原理，當(dāng)MBR膜出現(xiàn)臟堵時，過濾分離效果變差，MBR膜前壓力升高。綜上所述，在裝置使用時，應(yīng)對分管設(shè)備輪機(jī)員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作。對裝置的相關(guān)截止閥、電磁閥、防浪閥等閥件定期進(jìn)行研磨檢查，做效用試驗；加強對排放泵壓力的監(jiān)測，及時對MBR膜組件進(jìn)行沖洗，保證生活污水處理裝置的高效運行。4.3 污水柜或接觸氧化柜無氣泡4.3.1 氣泵不運轉(zhuǎn)本裝置使用的氣泵為滑片氣泵，由旋轉(zhuǎn)的內(nèi)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力使滑片從內(nèi)轉(zhuǎn)子凹槽向外擺動并沿著泵體的內(nèi)表面滑動。泵軸旋轉(zhuǎn)使泵殼內(nèi)容積改變，空氣被加壓并且連續(xù)均勻的排出。在實際使用過程中，2臺氣泵交替使用，氣泵不運轉(zhuǎn)一般是滑片卡死導(dǎo)致，通過手動盤泵軸可以簡單判斷出。氣泵的吸口有鐵絲網(wǎng)作為空氣濾器，防止雜物被吸入氣泵泵殼內(nèi)造成滑片卡死。4.3.2 氣泵運轉(zhuǎn)，但污水柜或接觸氧化柜無氣泡氣泵運轉(zhuǎn)，但污水柜或接觸氧化柜污水無氣泡或翻騰現(xiàn)象，一般是曝氣管堵塞導(dǎo)致，此時可以看到氣泵的排出壓力高于0.2 bar, 造成曝氣管堵塞的原因一般是生活污水處理裝置的生活污水進(jìn)水量太大，污水柜或接觸氧化柜污泥過多，過濾膜被污染物堵塞導(dǎo)致效率降低等。所以，在使用過程中，應(yīng)控制生活污水的進(jìn)水量，減輕該裝置的工作負(fù)荷；及時排放污泥；定期沖洗、更換過濾膜，從而避免曝氣管堵塞，曝氣管長時間堵塞也會造成氣泵的過載等故障。5 維護(hù)保養(yǎng)5.1 日常例行檢查日常例行檢查是安全高效運行管理的重要內(nèi)容。在裝置的正常運行時，對外觀進(jìn)行檢查，管系有無泄漏、銹蝕等現(xiàn)象，檢查各泵的排氣壓力是否穩(wěn)定：氣泵的正常工作壓力在0.2 bar左右，排放泵的正常出口壓力在1.7 bar左右；如果實際壓力與正常工作壓力偏差較大，應(yīng)查找出具體原因。檢查紫外線消毒器工作是否正常，腔內(nèi)石英玻管結(jié)垢、污染和燈管的老化等現(xiàn)象會使紫外線的波長和光強發(fā)生變化，影響消毒效果，排放的污水不能滿足要求，造成海域環(huán)境污染。檢查紫外線燈光時必須戴抗紫外線眼鏡，以防傷害眼睛；紫外線燈管的使用壽命為12 000 h, 更換紫外線燈管時，需對紫外線消毒裝置進(jìn)行泄壓。每天檢查取樣口水質(zhì)，保證處理后的出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。5.2 污泥排放該裝置長時間運行后，活性污泥濃度逐漸增大，可以通過MBR膜組件回流至污水柜的透明管和污水柜觀察鏡中觀察到回流水中的污泥量進(jìn)行判斷，沉淀柜中污泥濃度過高也會使得MBR膜組件出口壓力降低，正常使用3～6個月進(jìn)行部分污泥排放。當(dāng)MBR膜組件回水中的污泥超過常規(guī)量時，易造成MBR膜堵塞，過濾阻力增加，過濾后的水質(zhì)變差，降低MBR膜使用壽命，可使用排污口排出部分污泥。根據(jù)我國《船舶水污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 3552—2018)》,有以下三種處理方式。1)當(dāng)船舶在距離最近陸地12 n mile以外水域時，在船速不低于4 kn, 且排放速率不超過相應(yīng)船速下的最大允許排放速率，可用排放泵直接排至舷外。2)當(dāng)船舶在內(nèi)河和距最近陸地大于3 n mile, 小于等于12 n mile的水域時，打開V24,關(guān)閉V15、V18,旁通MBR膜，用排放泵將污水和污泥經(jīng)消毒器消毒后排至舷外。污水中污泥含量較多時，容易污染紫外線消毒器燈管，最好用排放泵排至船舶集污艙。3)當(dāng)船舶在距最近陸地3 n mile以內(nèi)(含)和內(nèi)河的水域時，該區(qū)域禁止排放生活污水，應(yīng)用排放泵排至船舶集污艙或申請岸基回收。5.3 清洗和放泄當(dāng)該裝置長時間停止使用時，應(yīng)排掉污水，洗凈裝置空置，超濾裝置封閉并注滿清水。當(dāng)氣泵不工作時，裝置內(nèi)不能充滿污水，否則會產(chǎn)生沼氣。清洗步驟：首先關(guān)閉進(jìn)入污水柜的生活污水閥V1,打開進(jìn)入污水柜的清水閥V2注滿清水，關(guān)閉排放泵回流閥V15。分別打開各腔底部排放閥V20、V21、V22,按“手動”按鈕啟動排放泵，將裝置污水排空。反復(fù)操作直到裝置清洗干凈。當(dāng)該裝置短時間停用時，污水柜內(nèi)活性污泥不能全部排空，氣泵需繼續(xù)工作對污水柜進(jìn)行曝氣，保證好氧菌群的活性；若該裝置長時間停用后投入使用，為加快好氧菌群的培養(yǎng)速度，可向污水柜和接觸氧化柜投入一定比例好氧菌劑和營養(yǎng)劑，按照說明活化后進(jìn)行曝氣，培養(yǎng)以好氧菌為主的活性污泥。5.4 MBR膜裝置的清洗(拆卸清洗)MBR膜使用過程中，生活污水中的顆粒、污泥絮體、微生物、膠體粒子等吸附或聚集在膜表面或?？變?nèi)部，造成膜的污染[4],過濾分離效果減弱，長時間使用導(dǎo)致MBR膜臟堵，造成反流至污水柜水量增加，生活污水裝置生化處理效率降低、排水量減少。所以，需定期對MBR膜進(jìn)行清洗、反沖洗減緩MBR膜的污染。5.4.1 MBR膜的清洗初次清洗時，在對原水(進(jìn)入設(shè)備需要處理的生活污水)無全面認(rèn)識的情況下，可先酸洗，后堿洗，并觀察效果，在今后的清洗中再選用合適的方法。1)浸泡：可采用20×10-5～40×10-5的次氯酸鈉溶液，浸泡2～3 h進(jìn)行消毒。2)酸洗：在原水中鐵、錳、鋁、鈣、鎂等金屬離子含量高的情況下，采用0.5%～3.0%的氯化氫溶液進(jìn)行化學(xué)清洗；3)堿洗：在原水COD、BOD及其他有機(jī)成分較高的情況下，亦采用2%～8%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行清洗。5.4.2 MBR膜的反沖洗MBR膜的反沖洗的是采用物理法減緩MBR膜污染，在裝置正常工作時，電磁閥V14關(guān)閉，電磁閥V16打開，MBR膜組件過濾分離的生活污水經(jīng)電磁閥V16排入消毒器中，經(jīng)殺菌消毒后排放至舷外。MBR膜的反沖洗時，點擊控制箱上的反沖洗按鈕，此時電磁閥V16關(guān)閉，電磁閥V14打開，清潔的淡水經(jīng)電磁閥V14對MBR膜進(jìn)行反沖洗，1 min后反沖洗自動停止，電磁閥V14關(guān)閉，電磁閥V16打開，MBR膜組件恢復(fù)正常工作。6 結(jié)束語生活污水處理裝置作為船舶的防污染設(shè)備之一，也是海事管理部門重點檢查的設(shè)備，設(shè)備的正常運行至關(guān)重要，船公司和船舶管理人員應(yīng)提高認(rèn)識，加強對船舶設(shè)備管理及相關(guān)人員的教育、培訓(xùn)并制定維護(hù)保養(yǎng)制度，設(shè)備管理人員嚴(yán)格監(jiān)控該裝置的各項運行參數(shù)、做好記錄，確保生活污水處理裝置的高效運行，使船舶生活污水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。[1]毛鑫,張冰,唐和禮等.生物法減緩MBR膜污染的研究進(jìn)展[J].中國給水排水,2022,38(18):34-41
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