船舶防污染設備檢查技能專題講座 江陰海事局主辦 CCS江陰辦事處江蘇南極機械有限責任公司 協辦 船用生活污水處理裝置產品介紹 江蘇南極機械有限責任公司二 一三年五月 產品介紹大綱 一 國際公約的演變二 船舶生活污水的處理工藝三 WCMBR型船用膜法生活污水處理裝置 一 國際公約的演變 國際公約的演變 聯合國國際海事組織 IMO 于1973年起通過防污染公約 MARPOL73 78 其中附則IV是關于防止船舶生活污水污染的規則 1976年由海洋環境保護委員會頒布MEPC2 VI 決議規定了其性能試驗準則和排放標準 至2006年又頒布MEPC159 55 決議 將排放標準嚴格了近一倍 此決議2010年1月1日起實施 2012年10月3日MEPC64次會議上又頒布了MEPC227 64 決議 增加了總氮和總磷的排放指標 2016年1月1日起實施 我們把1976年的裝置稱為第一代的話 2006年的稱為第二代 2016年的則可稱為第三代新型生活污水處理裝置 明顯的國際上對船舶引起的海洋污染的關注日益加劇 同時也給造船行業帶來挑戰 國際公約的演變 以前 一般認為水體的污染主要是由有機碳污染引起的 因此稱為有機污染 因而對排放水的BOD COD的要求比較嚴格 現在進一步發現氮磷的污染也不容忽視 海洋赤潮和浮苔的頻現是由氮磷的富營養造成的 從2008年起由美國等提案開始討論 至2012年通過增加氮磷的最新要求 提案開始只是要求氮磷不大于10mg L 最終頒布的決議是總氮不大于20 Qi Qe mg L 還要求總磷不大于1 0 Qi Qe mg L 或者以去除率來考核 氮和磷相應為70 和80 國際公約的演變 雖然目前三代生活污水處理裝置的排放要求都還沒有包括灰水 但是新型生活污水處理裝置應考慮灰水的處理 因為各港口國已提出灰水的要求 生活污水 sewage 黑水 的定義是以廁所糞便污水為主的 其它洗滌水 廚房污水等在船上稱為灰水 更廣義的加入如冷卻水又稱廢水 如果廢水也加入生活污水處理裝置 它的排放標準就要乘以Qi Qe 黑水 黑水 廢水 明顯嚴格多了 目前氮磷的去除要求僅限于客輪 例如阿拉斯加公約的范疇 要到2014年10月再開會決定 是否擴大 國際公約還有不確定性 所以跟蹤和研究國際公約有一定的必要性 各主要排放標準匯總表 美國海岸警衛隊現已向IMO靠攏 二 船舶生活污水的處理工藝 1 生化法 利用生物化學的傳統活性污泥法成了主宰 目前90 左右的裝船產品為生化法 英國名牌產品至今已有6000臺生化法產品裝在航行于全世界的船上 中國的名牌WCB型生化法產品也約4000臺產品裝船 同時引領 風向 25年 基本原理是利用活性污泥菌膠團在酶的作用下將有機污染物消解成二氧化碳和水 這種二氧化碳的排放在 碳排放公約 中不屬于碳指標范疇內 從長遠的目光看 其他化學品的制備都會計算碳指標 2 傳統問題 然而陸上產生的污泥膨脹的問題在船上也同樣出現 傳統推流式不停氣好氧工藝會滋長絲狀菌 抑制正常菌膠團的發育 時不時會發生污泥膨脹 影響出水水質 稱為活性污泥法的 癌癥 對付過度好氧的措施是增加厭氧段工藝 又稱A O系統 在厭氧段 絲狀菌得到抑制 菌膠團得到正常的發育 同時 硝化反硝化的出現 解決了 脫氮除磷 的目標 流程1 A O系統 進水 A O A O C 排水厭氧好氧厭氧好氧沉淀流程2 傳統推流式不停氣好氧系統 進水 O O C 排水好氧好氧沉淀 流程3 傳統的推流式活性污泥法流程4 序批式處理工藝示意 3 SBR新工藝 近20年來 陸上重現 序批式 SBR處理工藝 方興未艾 其顯著優點是省去沉淀池 在一個池內實現進水 曝氣 沉淀 撇水 休閑五個功能 污水是一批一批處理的 不是推流式 在高峰負荷時 推流式會失控 而序批式由PLC控制 大大節約了尺寸 從這一點看 序批式處理工藝在船上的推廣使用比陸上更為有意義 同時 其曝氣是斷續的 不是連續的 所以又稱 間隙式曝氣 處理工藝 猶如A O系統 不同的是由PLC控制不讓其達到厭氧狀態 而僅是 缺氧 狀態 在同一池內呈現 同步硝化反硝化反應 達到 脫氮除磷 的目標 同時 看到序批式中沒有 污泥返送 這一動作 經到船上調查發現 船員不大可能隨時去看管污水處理裝置和去觀察沉淀柜玻璃觀察窗 見到有污泥 就開一下返送空氣閥 見不到污泥 就關住返送空氣閥 如常年不開返送空氣閥 則污泥堆積 滿出至清水柜 污泥流失 水質變壞 如常年開著返送空氣閥 則 污泥提送完后就返送沉淀水 前后混流 沉淀柜也起不到作用 序批式工藝 毋須 氣提 無此弊病 還減少了空氣量 4 膜法工藝 高分子聚合物加上 揮發劑 像發泡沫海綿那樣的工藝可以生產出微米級的滲透膜 控制發泡劑可以控制膜的孔徑 分為 微濾 超濾 納濾 反滲透RO 分別約為0 1 0 01 0 001 0 0001 m級 納濾孔徑是0 001 m 1nm 納米 納濾因此而得名 物質到了納米分子級 其性能發生意想不到的變化 RO膜已不能稱為濾膜了 只有在一定滲透壓下讓分子量為18的H2O水分子遷移 大于此分子量的NaCl 分子量40 5 溶解性鹽也透不過 孔徑太小必然對水的預處理要求非常苛刻 所以 RO和納濾都不適用于原污水處理工藝 超濾是比較合適的選擇 5 MBR 在生活污水處理中 膜不僅僅是清濁分離 還參與生化反應 因此有了生物反應器的工藝 MBR 超濾材料有PP PVDF PSF PAN等 其傳質機理沒有根本的不同 6 膜的在線清洗 膜的濃度極化 原水被萃取后濃度增加 經過長時間運行 金屬氧化物 Fe Mn 鈣鎂鹽類 CaCO3 MgSO4 膠體 細菌 陽離子性聚合物 洗滌劑 會在膜表面沉淀 其濃度達到無法清洗回復到原來的膜通量時 稱濃度極化現象 因此 在船上使用此新技術時必須考慮膜的使用條件 濃縮液的回流 在線清洗等措施是必不可少的 流程5 膜法MBR工藝 污水入口曝氣接觸氧化沉淀膜法消毒排放回流回流 7 SBR MBR成為最佳組合 SBR具有緊湊 高效和能為MBR創造優越的條件 利用上清液供給膜又被稱為 干凈的MBR 極適用于船上 污水入口 緩沖柜 序批柜 清水柜 膜組 消毒 排放回流 三 WCMBR型船用膜法生活污水處理裝置 概述 WCMBR型膜法生活污水處理裝置是采用 序批 外置膜法 工藝 序批式更能適應變負荷的污水量 也是近年來陸上的最先進技術 外置膜法是本公司的專利技術 處理后的排放水指標可達到世界上海洋船舶污水排放的最高標準 經處理過的排放水應指標滿足IMO MEPC159 55 決議的要求 TSS 35mg lBOD5 25mg lCOD 125mg l大腸菌 100個 100mlPH6 8 5余氯 0 5mg l WCMBR型船用生活污水處理裝置明細表 WCMBR U 型膜法生活污水處理裝置系統原理 裝置主要由緩沖柜 序批柜 清水柜 氣泵 粉碎泵 流程泵 排放泵 電控箱 紫外線消毒裝置 電動閥 膜組 加藥泵等組成 采用SBR MBR處理工藝消解有機污染物質 其處理流程為 污水入口 緩沖柜 序批柜 清水柜 膜組 消毒 排放 回流廁所污水首先進入緩沖柜 以適應生化處理 當柜內液位達到啟動液位后 轉駁至置有軟性填料的序批柜 進行序批式生物接觸氧化處理 處理后的上清液進入清水柜內 當清水柜內達到一定液位后 泵入膜組進行處理 排放水經紫外線消毒后排出舷外 排放水質達到IMOMEPC 159 55 規范的要求 清水柜內水也可不經膜而直接排至舷外 但這種操作僅適用于公海或非規則海區 雖然排放水不能達到新標準要求 但比直接排放污水要好得多 這種操作對節約膜的使用壽命大有脾益 WCMBR型船用生活污水處理裝置系統流程圖 產品特點 采用序批式處理方式 相對以前推流式處理工藝 序批式 SBR 處理工藝不是連續的 而是間歇的 周期性的 污水一批一批地順序經過 進水期 曝氣期 沉淀期 排水期 休閑期 然后又周而復始 在同一柜內進行 它具有如下優點 可以克服被稱為 活性污泥法癌癥 的污泥膨脹問題 污泥膨脹主要是由于穩定的連續曝氣產生大量的絲狀菌所致 而序批式工藝利用基質濃度在時間和空間上的變化 選擇性的控制絲狀菌的生長 缺氧 厭氧 好氧狀態交替運行 能抑制專性好氧絲狀菌的過量繁殖 而對多數菌膠團細菌不會產生不利的影響 脫氮除磷 序批式程序中有厭氧階段 符合A O系統脫氮的原則 傳統陸上推流式工藝有的會設置厭氧段 好氧段 A O A O交替進行 序批式就類似有這樣一種功能 污水中形成的氨 氮 NH3 N 經過硝化和反硝化的反應 轉化成氮和水 可以看到傳統推流式活性污泥法 出水色度呈黃色 序批式的出水色度明顯較白 序批式的活性污泥濃度高 去除有機污染物的效率也就高 而且排泥量極少 由于無 氣提 污泥返送過程 耗氣量少 理論計算和試驗數據表明 氣泵規格比常規的連續曝氣裝置省三分之一左右 又由于有了供氣 停歇 時間 也有利于克服以往 冒泡 現象 采用外置式MBR的方式 MBR處理工藝大體上可分為兩種 一是內置式MBR 就是將膜組置于柜體內部 通過抽吸泵將水抽出 這種方式膜容易污染 清洗 更換不便 二是外置式MBR 將膜組置于柜體外 通過泵將水壓入膜組內進行過濾處理 此種方式可靈活使用壓縮空氣 反沖洗水 化學清洗液多種方式對膜進行清洗 延長了膜的使用壽命 特別是對于船用條件 更換非常方便 經過我們反復試驗 研究 又對常規的外置式膜進行了不少改進 使它能更好地適合船用條件 序批式工藝的應用 近年來陸上發展的 序批式 工藝是將 進水 曝氣 沉淀 排放 閑置 五個程序集中在一個池子內進行 這樣就可以省去沉淀柜 騰出空間來添置膜組等設備而使裝置尺寸不會太大 序批式工藝有如下優越性 減少尺寸 傳統工藝的污泥量不會很大 太大會使出水帶泥 影響出水水質 序批式可增加污泥負荷率 污泥量大 處理的負荷也高 沉淀時絕對靜止 污泥沉降有保障 上清液 清 給后續的膜處理帶來好的運行條件 好氧 缺氧 過程有利于氨氮的消化 船上采用厭氧工藝比較危險 而采用序批式形成短暫缺氧 消化污泥比較適合 研究表明 在序批式柜內可產生 同步硝化反硝化 現象 傳統工藝連續曝氣 脫氮除磷效果差 容易引起冒泡問題 傳統工藝的一大所謂 癌癥 是絲狀菌的產生 引起 污泥膨脹 即污泥泛濫 會引起水質變壞 序批式 好氧 缺氧 產生菌種全面的菌膠團 可以抑制單純的絲狀菌 避免了污泥膨脹問題 更大的高峰負荷 一般船舶要求有3小時的高峰負荷設計 本設計考慮到人員的流動性大 設計有24小時的高峰負荷 特別是采用 序批式 設計 使這個設計理念得以實現 如果沒有污水再進入 裝置的3個柜 緩沖柜 序批柜 清水柜都處于低水位 也就是說 未來24小時內即使把排水閥鎖死 也不至于 憋死 充分利用公約 國際公約 在3海里內必須處理污水 在3 12海里間可以粉碎消毒 在12海里外不需要處理 本裝置設計了多種程序 包括 公海排放 滿足不同海區處理要求 完全自動控制 PLC控制 現代船舶都向 自動化 目標進軍 本裝置采用PLC和模擬屏設計 各種程序加以智能化設計 可以應對各種不可預測或可以預測的情況 控制系統經過了嚴格的MEPC 107 49 船用條件試驗 完全符合要求 運行方式 WCMBR裝置設置了三個運行程序 用以滿足不同海區的處理需要 應急排放 當船舶航行于12海里以外時 可使用本程序 廁所污水進入緩沖柜內 將應急排放轉向運行 粉碎泵啟動 可直接將污水排放至舷外 直至低位自動停止 或者當船舶靠岸時 可使用此程序將污水轉駁至岸上處理 序批式排放 當船舶航行于3海里以外 12海里以內時 可使用本程序對污水進行序批式生化處理 處理過的排放水除大腸菌外 其它指標能滿足老標準的要求 正常運行程序 當船舶航行于3海里以內時 就必須使用正常運行程序 污水經序批式生化處理后 再經膜過濾處理 排放水達到MEPC159 55 的要求 在允許排放的海區 可以達標排放 在不允許排放的特殊海區 可以暫時排放至船上的 清水艙 達到 零排放 要求 膜的清洗程序 清水清洗當膜組參加裝置正常運行15天左右 需對其進行一次清水清洗 化學清洗當膜組參加裝置正常運行3個月以后或流量降低時 需對其進行一次化學清洗 1 向10升容量的塑料藥桶內加入3 NaOH溶液或次氯酸鈉溶液 2 啟動加藥泵 使藥閉式循環30分鐘后 3 3 8小時浸泡完成 化學藥劑采用二種溶液 一是采用3 的NaOH溶液 二是采用次氯酸鈉溶液 a 3 NaOH溶液配制程序 本裝置配有10升容量的塑料帶蓋方桶 先加滿清水 然后加入0 75kg100 的NaOH固體粉劑 用木棒攪勻 讓其靜放2小時以上 蓋上蓋子 連接上加藥泵的硅膠管即可使用 b 次氯酸鈉溶液配制程序 每次向10升容量的塑料桶內加入2kg65 漂粉精 然后加滿水 用木棒攪勻 蓋上蓋子 讓其靜放2小時以上 然后連上定量泵的硅膠管即可使用 注意 膜化學清洗程序必須是在采用 公海排放 運行方式或根本不使用本裝置時進行 注意 每次調試完畢后必須清洗膜組件 然后關閉膜組件地出口所有閥門 確保膜件處于保濕狀態下保存 故障及排除 關于WCMBR型生活污水處理裝置培菌及水質化驗要求說明 為了確保本公司生產的WCMBR型膜法生活污水處理裝置在使用過程中能正常運行 排放水質指標能夠滿足IMO MEPC159 55 的排放要求 因此該設備在培菌 取樣過程中必須滿足以下要求 培菌時要控制好原污水質量