賈建雄

(中國船級(jí)社 浙江分社,浙江 寧波 315010)

?

船舶生活污水處理系統(tǒng)存在的深層次缺陷

賈建雄

(中國船級(jí)社 浙江分社,浙江 寧波 315010)

針對(duì)船舶某類型生活污水處理系統(tǒng)存在的深層次缺陷，結(jié)合典型實(shí)例，通過設(shè)計(jì)原理分析和實(shí)驗(yàn)論證該系統(tǒng)不滿足MARPOL的本質(zhì)要求，提出解決方案，列舉生活污水處理裝置在港口國監(jiān)督和船舶檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的典型缺陷。希望引起船舶及設(shè)備制造、檢驗(yàn)、經(jīng)營等各相關(guān)方的重視。

船舶；生活污水；系統(tǒng)；缺陷；裝置

近年來，環(huán)境保護(hù)越來越受重視，越來越多的港區(qū)、港口、和錨泊區(qū)采取生活污水零排放禁令，越來越多的船舶設(shè)置了生活污水存儲(chǔ)艙，主要分為兩類:一類是滿足公約要求的集污艙，用于收集未經(jīng)處理的污水；另一類是存儲(chǔ)艙(包括兼作艙和用于臨時(shí)存儲(chǔ)達(dá)標(biāo)水的壓載艙臨)，用于收集經(jīng)裝置處理后的達(dá)標(biāo)污水，存儲(chǔ)艙設(shè)有直接的排放管系，待船舶駛離禁排港后直接排出舷外(指12 n mile內(nèi))，審圖中心批準(zhǔn)這樣的設(shè)計(jì)；排放管理程序也明確采取直接排放的方式。但是，經(jīng)存儲(chǔ)后排出的污水一項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)(見MEPC.159(55)[1])超標(biāo)，違反了公約的本質(zhì)要求。因此，針對(duì)這一未被注意到的深層次缺陷，提醒船舶管路設(shè)計(jì)及審圖相關(guān)方給予重視。

1 某生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

1.1 某生活污水處理系統(tǒng)工作原理簡述

圖1為生活污水處理系統(tǒng)(以下簡稱處理系統(tǒng))，包含生活污水處理裝置(以下簡稱處理裝置)和生活污水存儲(chǔ)艙。生活污水存儲(chǔ)艙是基于在零排放港區(qū)或泊位禁止排放的一種特殊使用狀況而設(shè)計(jì)的，其臨時(shí)存儲(chǔ)經(jīng)裝置處理的達(dá)標(biāo)生活污水(以下簡稱污水)。根據(jù)批準(zhǔn)圖紙，對(duì)照MARPOL[2]公約附則IV(以下簡稱附則IV)第9條，該船處理系統(tǒng)是采用處理裝置單一形式，不包含所定義的集污艙。集污艙的作用是用于收集和排放未經(jīng)處理的污水，而該存儲(chǔ)艙與集污艙不同。

1.2 此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

該系統(tǒng)采用了處理裝置加存儲(chǔ)艙的形式，即達(dá)標(biāo)水可以根據(jù)航區(qū)或港區(qū)情況，選擇直接排外或暫時(shí)排入存儲(chǔ)艙。存儲(chǔ)艙加大了存儲(chǔ)體積，減少了船舶在禁排區(qū)購買一次性衛(wèi)生設(shè)備的成本。

此外，若采用集污艙而非存儲(chǔ)艙，應(yīng)考慮管理措施：12 n mile以內(nèi)禁止排放。即使12 n mile以外，排放過程也要嚴(yán)格按照MEPC.157(55)決議制定的《未經(jīng)處理的生活污水排放速率計(jì)算書》進(jìn)行。決議允許的最大排放速率為

DRmax=0.009 26VDB

式中：V、D、B分別為平均速度、吃水和船寬。

排放操作需要受到航行狀況、海況、配載等多重因素影響，操作過程需要多部門聯(lián)合協(xié)作，需要配備變量泵或需要專人密切監(jiān)督、計(jì)算和測量。隨著各港口國組織的重視，未按照此計(jì)算書排放而被判定船舶管理體系運(yùn)行存在缺陷，并且因超標(biāo)排放而受到懲罰的船舶越來越多。而標(biāo)題系統(tǒng)不存在這個(gè)問題[3]。

2 存在的缺陷

2.1 各指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化性

決議規(guī)定的5項(xiàng)指標(biāo)是基于決議規(guī)定的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方式下測量的，污水一經(jīng)排出至存儲(chǔ)艙后，便處于不同于在處理裝置內(nèi)時(shí)的“受約束”狀態(tài)。此時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)將隨著溫度、氧氣體積濃度等發(fā)生變化，尤其是嗜熱大腸桿菌。將駁入存儲(chǔ)艙1 h后的污水在不同環(huán)境溫度下抽樣檢測，5項(xiàng)指標(biāo)均發(fā)生不同程度的變化，尤其是大腸桿菌發(fā)生巨大變化,見表1。

圖1 某生活污水處理系統(tǒng)工作原理示意

表1 不同環(huán)境溫度下的各指標(biāo)差異

大腸桿菌的生長繁殖速度很快，1個(gè)菌體在第n次繁殖后，總數(shù)N=2n。在適宜的條件下，每隔15～30 min(約17 min)就繁殖一代。經(jīng)處理的污水，在存儲(chǔ)艙內(nèi)隨著儲(chǔ)存期限的增加其各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)發(fā)生顯著變化，尤其是大腸桿菌指標(biāo)極容易超出公約標(biāo)準(zhǔn)[4]。

關(guān)于排出泵的設(shè)置，有的設(shè)在紫外線裝置的后部，有的設(shè)在其前部。經(jīng)處理的污水，再僅經(jīng)過紫外線這一道處理程序，均不能達(dá)到?jīng)Q議中的相關(guān)要求。

2.2 系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖(見圖1)顯示，存儲(chǔ)艙內(nèi)的污水排出管是“接至生活污水排出泵進(jìn)口”，即利用生活污水處理裝置的排出泵將存儲(chǔ)艙內(nèi)的污水直接排出舷外[5]。

2.3 操作規(guī)程、泵的配置及普遍做法

根據(jù)船上的系統(tǒng)操作和管理程序，船舶駛離禁排港區(qū)或泊位后，船員將利用處理裝置的排出泵將存儲(chǔ)艙內(nèi)的污水直接排出舷外。設(shè)備的操作和管理程序是船舶管理體系的重要組成部分。管理體系如此設(shè)置，是基于存儲(chǔ)艙用于儲(chǔ)存已經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)的污水，既然已經(jīng)達(dá)標(biāo)，那么直接排出舷外似乎是理所當(dāng)然的。調(diào)研結(jié)果顯示，100%船舶的操作程序均與該船一致。

顯然，排出的污水是不滿足公約及決議要求的超標(biāo)水，會(huì)導(dǎo)致海洋環(huán)境污染，甚至面臨巨額處罰。

3 技術(shù)分析

處理裝置是該系統(tǒng)的核心設(shè)備，該處理裝置的工作原理(見圖2)為：污水經(jīng)粉碎泵粉碎曝氣后，與活性污泥混合，經(jīng)過充氧以一定速度進(jìn)入接觸柜1，其中的有機(jī)物被生物膜粘附消解生成二氧化碳和水；經(jīng)接觸柜2生物膜進(jìn)一步處理后，污水進(jìn)入沉淀柜，經(jīng)沉淀柜形成較為清潔的液體后，進(jìn)入聚液柜，然后再經(jīng)過濾器并經(jīng)紫外線殺菌后成為達(dá)標(biāo)水經(jīng)排出泵排出。

圖2 生活污水處理裝置工作原理

其采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是MEPC.159(55)決議。該決議要求的排出物標(biāo)準(zhǔn)為[1]：耐熱大腸桿菌標(biāo)準(zhǔn):≤100個(gè)/100 mL；懸浮固體物總量(TSS)≤35 mg/L；5 d生化需氧量(BOD5)≤25 mg/L；化學(xué)需氧量(COD),≤125 mg/L；pH值為6.0～8.5；殘留氯低于0.5 mg/L。

存儲(chǔ)柜屬于處理裝置的一個(gè)附屬件，也是系統(tǒng)的組成部分，因此整個(gè)系統(tǒng)的排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足MEPC.159(55)決議。

此外，從操作層面上，附則IV已明確該系統(tǒng)排放應(yīng)確保[2]：①處理裝置正在運(yùn)轉(zhuǎn)；②排出物在其周圍的水中不應(yīng)產(chǎn)生可見漂浮固體，也不應(yīng)使水變色。

4 解決方案及結(jié)論

1)對(duì)于此類設(shè)置，若裝置的排出泵位于紫外線裝置的后部，則不應(yīng)利用排出泵將存儲(chǔ)艙中的污水排出舷外，而應(yīng)先將其駁至處理裝置的曝氣室。駁運(yùn)應(yīng)根據(jù)存儲(chǔ)艙的位置額外配置一臺(tái)泵，或利用裝置排出泵結(jié)合管路布置和閥的轉(zhuǎn)換[6]。

2)若裝置的排出泵在紫外線裝置的前面，則船舶建造廠應(yīng)與設(shè)備廠確認(rèn)污水各項(xiàng)指標(biāo)是否會(huì)恢復(fù)至符合決議要求，進(jìn)而選擇存儲(chǔ)艙排出管的連接位置。相關(guān)化驗(yàn)報(bào)告及確認(rèn)書應(yīng)保留在船。

3)對(duì)于設(shè)置存儲(chǔ)艙的系統(tǒng)而言，存儲(chǔ)艙的本質(zhì)是處理裝置的一部分，見圖3。對(duì)于圖3、圖4所示的形式，船舶設(shè)計(jì)院、建造廠應(yīng)與處理裝置廠進(jìn)行確認(rèn)，并選擇恰當(dāng)?shù)墓苈凡贾眯问?，確保排出的污水滿足公約要求。將艙中污水直接排出舷外是不妥的。若排放未經(jīng)處理的生活污水，那么這2種形式的艙室均應(yīng)計(jì)入ISPP證書1.3，并且要從體系管理上進(jìn)行控制，確保滿足附則IV。

圖3 系統(tǒng)設(shè)置存儲(chǔ)艙

圖4 系統(tǒng)設(shè)置兼用艙

4)部分船舶將經(jīng)處理的污水排入船上某一頂邊壓載艙，然后待行離禁排泊位或港口直接排出(而非12 n mile之外)，也沒有措施表明是在12 n mile之外按照MEPC.157(55)排放。在壓載艙充裕的氧環(huán)境中，大腸桿菌超標(biāo)存在極大可能性，因此這樣的做法是錯(cuò)誤的。不少船舶在營運(yùn)期間通過增加管路，將經(jīng)處理的污水排入壓載艙，船舶監(jiān)督檢驗(yàn)相關(guān)方也因?qū)Υ巳狈χ苯右罁?jù)而未監(jiān)管。

5 系統(tǒng)其他典型缺陷舉例

1)鉛封。處理裝置每個(gè)柜下部均有隔離閥(圖2中1～5)，用于裝置在用淡水清潔時(shí)，直接清除每個(gè)柜內(nèi)的殘?jiān)臀勰喑恋怼＜凑Ｌ幚磉^程中，此閥均應(yīng)按照說明書保持常閉或鉛封，因?yàn)樯钗鬯挥薪?jīng)過這一些列柜的處理及后續(xù)處理(如紫外線)，才能達(dá)到?jīng)Q議的要求。

然而，營運(yùn)船舶閥處于開啟是非常常見的。部分是船員明知道此用途，但是迫于在12 n mile內(nèi)時(shí)間長，且污水排量大，裝置經(jīng)常報(bào)警，于是采取這樣的方式直接從曝氣柜等排出污水，增加排放速度。部分是由于船員不熟悉操作說明，或者主觀上根據(jù)管路操作系統(tǒng)。但是，上述根本原因是輪機(jī)長未按照SMC有效管理設(shè)備，這類閥應(yīng)該在日常使用中關(guān)閉并鉛封，在清洗裝置時(shí)開啟，鉛封及解除均應(yīng)在輪機(jī)日志上記錄。

2)回流管堵塞。浮渣回流管是為滿足公約要求的設(shè)計(jì)(見圖2、5)，幾乎所有設(shè)備必備，浮渣回流是通過供氣泵液位上升共同實(shí)現(xiàn)的。由于浮渣的體積大、形狀不規(guī)則，加上管系處于水平狀態(tài)?；亓鞴芏氯蛄髁块y不動(dòng)作是裝置最常見的缺陷。

圖5 浮渣回流管

3)供氣泵壞損或更換。供氣泵是保證處理過程正常進(jìn)行最關(guān)鍵的設(shè)備，然而因機(jī)艙鹽度高、油污濃度大，供氣泵壞損或異常是常見的缺陷。供氣泵的排量是經(jīng)過精確計(jì)算的，在更換時(shí)，泵的型號(hào)等誤用問題也比較突出。

4)紫外線裝置老化。紫外線裝置有使用壽命，加之船上電壓不穩(wěn)，其壞損頻率比陸用設(shè)備高很多。強(qiáng)度和計(jì)量是決定消滅大腸桿菌效果的重要參數(shù)。此外，設(shè)備正常使用時(shí)，也應(yīng)按照保養(yǎng)手冊(cè)定期更換[7]。

5)藥品。對(duì)于按照MEPC.2(VI)生產(chǎn)的設(shè)備，大多使用投藥的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸桿菌指標(biāo)的控制，按照制造廠規(guī)定的周期和計(jì)量投藥是保證處理效果的重要措施。然而，船舶營運(yùn)中因疏于管理，未按照操作手冊(cè)投藥或者藥品缺少等現(xiàn)象比較常見。

6)集污艙。因零排放區(qū)域的增多，不少船舶額外設(shè)置符合附則IV的集污艙，其中部分是在船舶修理期間改建或增設(shè)的。但是未按公約要求計(jì)入《海上船舶防止生活污水污染證書》、缺少《未經(jīng)處理的生活污水排放速率計(jì)算書》。此外，集污艙未設(shè)置“指示其集寸數(shù)量的目視裝置”的問題比較突出[8]。

7)取樣點(diǎn)。處理裝置的末端管路(處理系統(tǒng)末段排出管路)的垂直管段上應(yīng)安裝取樣點(diǎn)，以便提取處理后污水，供試驗(yàn)和監(jiān)管中化驗(yàn)使用。

8)標(biāo)準(zhǔn)排放接頭的錯(cuò)誤配備，特別是排出管的直接不符合附則IV應(yīng)引起重視。

6 一個(gè)爭議事項(xiàng)的澄清

近年來，多艘船舶因裝置、集污艙或存儲(chǔ)艙的溢流管引向機(jī)艙底層而被主管機(jī)關(guān)開出缺陷，并要求引向排舷外的管路。不少人對(duì)此理解不一，其實(shí)，一方面公約從無裝置少量溢流污水不能排向機(jī)艙的表述；另一方面，舷外防浪閥位于水線之下，設(shè)備也往往位于設(shè)計(jì)水線之下，溢流口引向舷外會(huì)因被壓過大而排出困難，甚至倒灌；此外，裝置的高位報(bào)警探頭比溢流口位置低，報(bào)警在先，且溢流的量有限。因此，溢流管不能引向機(jī)艙的觀點(diǎn)不正確。

7 結(jié)論

生活污水處理系統(tǒng)設(shè)置型式多樣，越來越多采用裝置和艙室的組合型式。但是由于生活污水中有機(jī)物的復(fù)雜性，不能將其與船舶其他污水的性質(zhì)混淆。船舶設(shè)計(jì)和建造、改建方應(yīng)重視公約要求，與裝置廠家充分溝通，選擇合適的設(shè)計(jì)方案；船舶監(jiān)督檢驗(yàn)方應(yīng)充分把握系統(tǒng)設(shè)置方式和排放管理程序，加強(qiáng)控制。

將進(jìn)一步選取符合本課題的母船開展實(shí)驗(yàn)研究，并找出污水與環(huán)境溫度、鹽和存儲(chǔ)時(shí)間的關(guān)系。①在公約的框架下，對(duì)存儲(chǔ)艙中污水的處理方式提出建議；②形成技術(shù)提案和對(duì)MARPOL IV第9條的統(tǒng)一解釋提交IMO MEPC防污染分委會(huì)，補(bǔ)充對(duì)設(shè)有存儲(chǔ)艙的處理系統(tǒng)的技術(shù)要求，并補(bǔ)充將壓載艙兼做生活污水存儲(chǔ)艙的技術(shù)要求。

[1] IMO.經(jīng)修訂的排出物實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和生活污水處理裝置性能試驗(yàn)指南：MEPC.159(55)[S].2006.

[2] 中國船級(jí)社.MARPOL 73/78防污染公約[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 陳勇.淺析船舶生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù),2012(6):157-161.

[4] 尹敬偉.家禽大腸桿菌病的特點(diǎn)與防治策略[J].中國畜禽種業(yè)，2015(3):153-154.

[5] 李杰鋒.生活污水處理系統(tǒng)排舷外管設(shè)計(jì)[J].廣東造船,2016(1):47-49.

[6] 童鑫.船舶生活污水處理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào),2015(4):62-66.

[7] 陳軍.海洋石油平臺(tái)生活污水處理系統(tǒng)殺菌方式優(yōu)化[J].油氣田環(huán)境保護(hù),2012,22(3):42-43.

[8] 趙勇.“雪龍”號(hào)船生活污水收集處理系統(tǒng)應(yīng)用[J].機(jī)電設(shè)備,2010(3):11-13.

On the Deep-level Defects of Ship Sewage Treatment System

JIA Jian-xiong

(Zhejiang Branch of China Classification Society, Ningbo Zhejiang 315010, China)

Combining with the typical cases, the deep level defects of a certain type of ship sewage treatment system were analyzed from the design principle and experimental validation, which demonstrated that the system is not in conformity with the requirements of MARPOL and may lead to responsible PSC detain. The relevant solution was set forth. Other typical defects about the sewage treatment plant found in the process of PSC and ship inspection in recent years were enumerated, so as to remind the ship and product manufacturing, inspection, operator and other related parties pay great attention on it.

ship; sewage; system; defect; plant

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.007

2016-08-14

賈建雄(1986—)，男，學(xué)士，工程師

研究方向：船舶輪機(jī)檢驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范

U664.9

A

1671-7953(2017)04-0030-05

修回日期：2016-09-14