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        船舶黑、灰水處理及中水回用

        2012-10-08 08:52:30黃紅梅黃國(guó)衛(wèi)
        江蘇船舶 2012年2期
        關(guān)鍵詞:灰水中水黑水

        金 星,黃紅梅,黃國(guó)衛(wèi)

        (江蘇南極機(jī)械有限責(zé)任公司,江蘇泰興225400)

        0 引言

        隨著人們對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)力度的不斷加強(qiáng),三亞亞龍灣、阿拉斯加海域、波羅的海等特殊港口和海域已不單單要求將黑水進(jìn)行處理,達(dá)到國(guó)際海事組織(IMO)所屬機(jī)構(gòu)海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(MEPC)制定的MEPC.159(55)決議排放標(biāo)準(zhǔn)(五日生化需氧量BOD5不大于25 mg/L、化學(xué)需氧量COD不大于125 mg/L,總懸浮固體 TSS不大于35 mg/L,PH值為6~8.5,大腸菌不大于100個(gè)/100 mL,余氯不大于0.5 mg/L),對(duì)灰水也提出了限制排放要求,更為嚴(yán)格的是不能排放未處理過的排放水。為此,必須針對(duì)這些特殊要求,研制、開發(fā)船用黑、灰水處理及中水回用系統(tǒng),對(duì)全船黑、灰水進(jìn)行深度處理,使排放水質(zhì)達(dá)到《GB/T 18920-2002城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的排放水可再循環(huán)使用,盡量減少污水的排放。

        1 工藝論證

        1.1 黑水處理工藝

        黑水包括:⑴任何形式的廁所、小便池的排出物和其他廢棄物;⑵醫(yī)務(wù)室(藥房、病房等)的面盆、洗澡盆和這些處所排水孔的排出物;⑶裝有活的動(dòng)物處所排出的廢水;⑷混有上述排出物的其他廢水。

        船用條件下的黑水重力收集方式有機(jī)濃度約為500 mg/L,真空收集方式有機(jī)濃度約為3 500 mg/L,它具有有機(jī)濃度高,可生化性好等特點(diǎn)。為減少船上污泥排放量,達(dá)到徹底消解污染物質(zhì)的目的,采用活性污泥生化處理工藝成為必然的選擇??v觀所有的生化法工藝,SBR(序批式處理工藝)具有污泥濃度高,污泥流失少,脫氮-除磷能力強(qiáng),省去了沉淀柜可節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn),特別適合于船用條件。

        船上與陸上相比,同樣存在短時(shí)間內(nèi)的高峰負(fù)荷問題,IMO規(guī)范也有相關(guān)規(guī)定,設(shè)計(jì)時(shí)需考慮3倍的負(fù)荷量。針對(duì)此要求,必須設(shè)置1個(gè)緩沖柜,用以調(diào)節(jié)水量,削峰填谷,為后續(xù)的SBR創(chuàng)造穩(wěn)定的運(yùn)行條件。

        任何工藝都有其處理的極限,生化法也同樣如此。有機(jī)負(fù)荷的去除率為90%,排放水的BOD5、COD達(dá)不到MEPC.159(55)決議中的要求,必須增加新的處理方法。陸上已成功運(yùn)行的膜生物反應(yīng)器MBR處理工藝為船上的排放水達(dá)到較高要求提供了很好的借鑒。針對(duì)船用條件,本方案對(duì)超濾MBR工藝進(jìn)行了如下配選:

        (1)在陸上,膜的布置可分為“內(nèi)置膜”和“外置膜”,且以前者為多。而在船上,使用“外置膜”相對(duì)比較容易“在線”清洗和更換。

        (2)采用壓縮空氣、壓力沖洗、化學(xué)藥品浸泡3種清洗方式,可以延長(zhǎng)膜的使用壽命。

        (3)SBR工藝過程的沉淀期不受外界水流的影響,沉淀后的上清液含固體雜質(zhì)少,進(jìn)入外置膜后可減少膜的污染。

        MEPC.159(55)決議中對(duì)含氯量有了明確的規(guī)定,不大于0.5 mg/L。若仍采用余氯進(jìn)行消毒,加入的量比較難以控制,還會(huì)產(chǎn)生二次污染,必須尋求其他替代消毒方式。借鑒陸上成熟的經(jīng)驗(yàn),臭氧和紫外線成為最佳的選擇。

        通過上述論證,采用調(diào)節(jié)柜調(diào)節(jié)水量+SBR+膜生物反應(yīng)器MBR+臭氧或紫外線消毒的處理工藝較為可行。

        1.2 灰水處理工藝

        灰水主要包括:⑴廚房灰水;⑵洗浴灰水;⑶洗衣灰水。

        MEPC.159(55)決議中對(duì)灰水有了明確的定義,包括廚房灰水、洗滌灰水、洗浴灰水,有機(jī)負(fù)荷濃度大于150 mg/L,其他指標(biāo)也同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了MEPC.159(55)決議中的要求。要使之得到充分分解與處理,生化法處理工藝成為最佳的選擇方案??蓪⒒宜尤牒谒幸徊⑦M(jìn)行處理,參與生化,膜分離,消毒處理。但3種灰水的組成較為復(fù)雜,必須進(jìn)行如下相應(yīng)的預(yù)處理,為后續(xù)處理創(chuàng)造較好的條件。

        1.2.1 廚房灰水

        此灰水排出時(shí)含有大量的動(dòng)、植物油脂,固體殘?jiān)任镔|(zhì),如直接進(jìn)入生化處理系統(tǒng),將會(huì)影響正常的生化處理過程,產(chǎn)生不良后果。

        1.2.1.1 動(dòng)、植物油脂

        食用油中絕大部分是長(zhǎng)鏈脂肪酸,碳的分子鏈長(zhǎng)達(dá)12個(gè)以上,要想通過常規(guī)的活性污泥分解成二氧化碳,需要停留的時(shí)間很長(zhǎng)。而消解污水中的有機(jī)污染物停留時(shí)間只需幾個(gè)小時(shí),這就需將反應(yīng)柜的體積增加。在陸上完全可以通過增大反應(yīng)池達(dá)到要求,而船上空間受到限制,增加體積較為困難。

        大量油脂直接進(jìn)入生化反應(yīng)系統(tǒng)后,活性污泥會(huì)吸附油脂,阻礙活性污泥進(jìn)行有氧呼吸,破壞正常的好氧反應(yīng),不利于活性污泥的繁殖,降低對(duì)有機(jī)污染物的消解能力;好氧反應(yīng)降低后,厭氧與兼氧反應(yīng)增加,絲狀菌會(huì)大量繁殖,引起污泥膨脹和產(chǎn)生大量浮渣;吸附油脂后的活性污泥沉降性能將會(huì)降低,加快外置膜的污染,同時(shí)不能分解后的油脂會(huì)進(jìn)入膜組,吸附在膜絲的表面,加快膜的污染,增大膜的清洗難度。

        1.2.1.2 固體殘?jiān)?/p>

        廚房灰水中的固體殘?jiān)鄶?shù)是殘根剩漬,可生化性能好,有機(jī)濃度高,如直接進(jìn)入生化系統(tǒng)內(nèi),將會(huì)增加消解負(fù)擔(dān),特別是在船上一定空間的生化反應(yīng)器內(nèi),要分解除黑、灰水以外的有機(jī)負(fù)荷將會(huì)非常困難。

        1.2.1.3 預(yù)處理措施

        (1)廚房灰水:設(shè)置帶有加熱器的撇油器,對(duì)廚房灰水進(jìn)行油、水分離,分離后的油脂送入焚燒爐處理,排放水流入生化處理系統(tǒng)。

        (2)固體殘?jiān)?設(shè)置廚房垃圾泔腳消化器,將粉碎、瀝干的殘?jiān)M(jìn)行生物分解,烘干后打包,送入焚燒爐處理或打包至岸上處理,有效降低垃圾容積。

        1.2.2 洗浴、洗衣灰水

        此類灰水所含的污染物主要有人體皮膚分泌物、毛發(fā)、污垢、合成洗滌劑和香料以及細(xì)菌、真菌、大腸桿菌,棉纖維、毛革纖維等,含磷較高,濁度達(dá)到幾十NTU甚至超過100 NTU,但色度不高,嗅味為強(qiáng)烈的洗浴用品的芳香,BOD約為100 mg/L,COD約為400 mg/L??赏ㄟ^生化法、消毒措施消解有機(jī)物與殺滅細(xì)菌,同時(shí)SBR具有好氧和厭氧階段,可生物固磷,在排放污泥時(shí)一同排出,達(dá)到除磷的目的。毛發(fā)和纖維等不能分解,需通過過濾器加以去除,防止進(jìn)入后續(xù)處理后纏繞膜絲。

        1.3 中水處理工藝

        中水主要包括:污水經(jīng)適當(dāng)處理后,達(dá)到一定的水質(zhì)指標(biāo),滿足某種使用要求,可以進(jìn)行有益使用的水。經(jīng)前期處理后的排放水雖已達(dá)到IMO MEPC.159(55)決議標(biāo)準(zhǔn),絕大部分懸浮固體和有機(jī)物去除了,但還殘留著微量的懸浮固體和溶解性有機(jī)物,達(dá)不到中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。殘留的懸浮物,難降解的有機(jī)物、氮和磷等營(yíng)養(yǎng)鹽、溶解性無機(jī)鹽以及細(xì)菌、病毒等深度處理技術(shù)目前有:混凝+沉淀+過濾、活性炭吸附、膜過濾等,比較如下:

        (1)混凝+沉淀+過濾:此工藝需設(shè)置較大體積的攪拌柜,并向柜內(nèi)加入適量的絮凝劑,經(jīng)攪拌、沉淀、過濾后提取清液。在處理過程中,藥劑的添加量、沉淀時(shí)間較難控制,沉淀后的物質(zhì)較難處理,不適合船用條件。

        (2)活性炭吸附:此工藝?yán)没钚蕴烤薮蟮谋砻娣e、較細(xì)的孔隙和表面化學(xué)特性吸附污染物質(zhì),已在陸用污水處理工程中大量應(yīng)用。但其受到PH值、溫度、污水特性、接觸時(shí)間的影響,較難控制,且需儲(chǔ)備、使用大量的活性炭,如需循環(huán)利用,還要再生,不適合船用條件。

        (3)膜過濾:此工藝?yán)媚さ目紫秮矸蛛x污水中的污染物質(zhì),已在陸用工程中成熟運(yùn)用。其占地面積小,適用于船用條件。

        由于污水經(jīng)前期超濾處理后已達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn),可采用納濾膜處理工藝,經(jīng)膜分離后的濃縮液回流至裝置緩沖柜內(nèi)進(jìn)行循環(huán)處理,清潔水排出后貯存在中水艙內(nèi),加入適量的余氯以便長(zhǎng)久保存,水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到雜用水標(biāo)準(zhǔn)。

        由于納濾能截留70%的鹽分,裝置在連續(xù)循環(huán)處理過程中勢(shì)必會(huì)使鹽度升高,系統(tǒng)需具有自動(dòng)排鹽過程,平衡裝置內(nèi)鹽度。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性,在排放水出口設(shè)置了多項(xiàng)在線檢測(cè)儀器,出水不合格時(shí)自動(dòng)回流循環(huán)處理。

        2 系統(tǒng)流程

        黑、灰水處理工藝流程圖如圖1所示。系統(tǒng)由撇油器、泔腳消化器、毛發(fā)過濾器、黑灰水處理裝置等組成?;宜?jīng)相應(yīng)的預(yù)處理后與黑水一起進(jìn)入黑灰水處理裝置內(nèi)進(jìn)行生化、膜分離、消毒處理,排放水達(dá)到MEPC.159(55)決議要求后可直接排放至舷外,或進(jìn)入貯水柜后進(jìn)過納濾中水處理系統(tǒng);處理后由在線檢測(cè)儀對(duì)排放水進(jìn)行檢測(cè),達(dá)到雜用水標(biāo)準(zhǔn)后貯存在船上中水艙內(nèi)。若不達(dá)標(biāo),返送循環(huán)處理。

        圖1 黑、灰水處理工藝流程圖

        3 試驗(yàn)驗(yàn)證

        為了對(duì)方案進(jìn)行考核,在公司試驗(yàn)室內(nèi)組建了全污水試驗(yàn)系統(tǒng),連續(xù)進(jìn)行了試驗(yàn),每天取樣送上海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行水質(zhì)分析,并在中水排放口設(shè)置了濁度、PH值、電導(dǎo)在線檢測(cè)儀。

        3.1 設(shè)計(jì)處理能力

        (1)黑水:水力負(fù)荷2 030 L/天,BOD5有機(jī)濃度為500 mg/L。

        (2)灰水:水力負(fù)荷3 190 L/天,BOD5有機(jī)濃度為150 mg/L。

        (3)中水產(chǎn)量4 000 L/天,回收率80%。

        3.2 污水配比與供料

        (1)黑水取之本地學(xué)校廁所新鮮污水,通過可編程控制器PLC控制三通電動(dòng)閥的開度,配合轉(zhuǎn)駁泵將污水定時(shí)定量地轉(zhuǎn)駁至黑灰水處理裝置內(nèi)進(jìn)行處理,流量約為85 L/h。

        (2)灰水

        ①?gòu)N房灰水:每天分4次配制,每次用500 g食用油油炸食品,將炸后的油加入800 L水、75 g洗滌劑,倒入撇油器內(nèi),流入裝置進(jìn)行處理。

        ②洗衣、洗滌灰水:每天配制1 740 L水、580 g洗衣粉、145 g洗發(fā)精、29 g毛發(fā)組成的灰水,通過PLC控制三通電動(dòng)閥的開度,配合轉(zhuǎn)駁泵將污水定時(shí)定量轉(zhuǎn)駁至裝置內(nèi)進(jìn)行處理,流量約為75 L/h?;煊忻l(fā)的灰水首先經(jīng)由毛發(fā)過濾器進(jìn)行過濾。

        3.2 試驗(yàn)結(jié)果

        (1)撇油器:出水含油不大于50 mg/L。

        (2)毛發(fā)過濾器:經(jīng)過濾后,出水不含毛發(fā)。

        (3)泔腳消化器:通過生物分解、加熱烘干,粉碎后的垃圾體積可減少80%。

        (4)黑灰水處理系統(tǒng)排放指標(biāo)見表1。

        表1 黑灰水處理系統(tǒng)排放指標(biāo)

        (5)中水處理系統(tǒng)排放水指標(biāo)見表2。

        表2 中水處理系統(tǒng)排放水指標(biāo)

        4 結(jié)語(yǔ)

        本方案對(duì)船用條件下的黑、灰水處理,廚房泔腳消化,中水回用進(jìn)行了充分的方案論證和試驗(yàn)驗(yàn)證,并通過了技術(shù)鑒定,為防止船舶造成海洋污染,節(jié)約水資源提供了一條可行的解決方案。

        [1] 斯蒂芬森.膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)[M].張樹國(guó),李詠梅,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

        [2] 張自杰.廢水處理理論與設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.

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