艦船生活水處理系統現狀與展望

秦子明，汪正清，王曉東，白亞鶴

(武漢第二船舶設計研究所，湖北武漢 430064）

艦船生活水處理系統現狀與展望

秦子明，汪正清，王曉東，白亞鶴

(武漢第二船舶設計研究所，湖北武漢 430064）

我國艦船生活水系統面臨著艙底污水積聚嚴重、污水排放頻繁且噪聲大、油跡易暴露等影響隱蔽性和居住性的問題，本文首先介紹了國內艦船污水、淡水處理系統的現狀和問題，其次闡述了國外艦船污水分類處理和淡水凈化的狀況，最后在分析比較后，闡述了采用污水分類處理模式、降低污水排放噪聲、為飲用水終端補充膜凈化手段等發展趨勢，提出了增設油污水處理功能、使排污泵在額定點附近工作、采用納濾等膜技術進行飲用水深度凈化等建議。

艦船;污水;飲用水;油水分離;膜

0 引言

1 我國艦船生活水處理系統現狀

1.1 我國艦船污水處理現狀

艦船污水主要包括艙底油污水和生活污水等。前者是機械設備泄放、管路泄漏、沖洗用水等最終匯集在艙底后形成的，一旦積存過多，會影響機械裝置的正常運行、艦船穩性甚至消防安全等。后者包括廁所、醫務室、廚房、淋浴室、洗衣間等日常生活中產生的污水，若處理不當，將直接影響艦船的居住性。因此，艦船污水必須進行妥善正確的處理。

我國艦船污水處理現階段采用如下設計理念:通過污水坑收集油污水后用小揚程泵將其駁運至污水艙，小便器、淋浴間等生活污水則直接送至污水艙。所收集到的污水，若短期航行，則在返回基地后排放;若長期航行則通過大揚程泵直接排出舷外;作戰時為避免油斑等暴露目標，將其排入特定壓載水艙中臨時儲存。

根據部隊反饋，目前艦船實際使用中存在如下問題:①艙底污水積聚嚴重，尤其是輔機艙和主機艙，由此帶來了艙底設備管系腐蝕、艙室空氣環境污染等問題;②污水量大，污水排放頻繁，污水艙疏水次數多，泵工作時間長，噪聲較大;③小便器管路堵塞嚴重，直接降低了居住性質量。此外，隨著我國和世界上海洋環境保護理念的加強，對污水排放的限制越來越嚴。如圖1所示，除了污水通道設計不合理、存在積水死區外，目前存在問題的污水環節為“艙底”、“小便器”和“排至海域”。

圖1 我國艦船污水流向圖Fig.1 Flow chart of sewage on our ships

“艙底”環節出現問題主要是由于如下因素:①隨著我國艦船居住性的改善，供水條件逐漸寬松，污水量也逐漸增大，但隨著返岸排放間隔越來越久，“基地接收”環節的作用越來越小，這就使得其他環節的任務變重;②作為正常的存儲環節，污水艙的容積有限 (設計上主要考慮了人的排放需求，對工藝性的廢水廢液等考慮不足），必然導致污水艙疏水次數多;③“排至海域”環節受到限制，其制約因素為噪聲和油污對隱蔽性的破壞。這3個因素中，“排至海域”是瓶頸所在，因為如果排放不受限制，無論多少污水都不會積存，只要限制排放，污水終究會留在污水艙或艙底。

“小便器”管路堵塞是由于海水和污水發生化學反應而在管壁結晶生成碳酸鈣結垢，該結垢極硬，目前建議用酸性液體沖洗或在返航后直接更換管路。

1.2 我國艦船淡水系統現狀

艦船淡水系統是維持官兵生存、生活質量的重要系統，主要包括飲用水、洗澡水、洗衣水等。其中飲用水系統將來自岸上水源或脫鹽設備制造的淡水儲存在淡水艙中，淡水艙中的水采用加氯等方法消毒，用壓縮空氣將其運送到各用水處，廚房處還采用紫外線等方式對水進一步消毒。洗衣水來自空調凝水，設有空調凝水收集水艙。

目前淡水系統主要存在如下問題:船上壓縮空氣含有較多雜質，廚房之外的淡水用戶缺乏水質保證手段，2006年新飲用水衛生標準的提高使其更加迫切;空調凝水含有油分、灰塵等，使這一可觀的洗衣水來源未能得到充分利用。

2 國外艦船生活水處理系統現狀

2.1 國外艦船污水處理現狀

國外艦船對污水采用分類處理，即對含油廢水、黑水 (廁所、醫務室等產生的生活污水）、灰水(廚房、洗澡、洗衣等產生的生活污水）等采用不同的系統進行收集、處理、排放。

有些旺火急成的菜，須得事先把所需的調味品放在碗中調好，這叫作“預備調味”，也稱為“兌汁”，以便烹調時及時加入，不誤火候。

2.1.1 含油廢水

美國艦船含油廢水通過“油類污染控制系統”(oil pollution control system，OPCS）處理［1］，保證不在沿岸50 n mile以內排放含油廢物。該系統設有油水分離器、含油廢物傳送泵、油含量監測器、含油廢物儲存柜、廢油柜等。

圖2 美國艦船油類污染控制系統Fig.2 OPCS on USNavy vessels

如圖2所示，含油廢物傳送泵和含油廢物排水系統分別將艙底和其他來源的油污水送至含油廢物儲存柜，油水分離器將含油廢物儲存柜中的油污水采用重力/離心分離和聚結的原理進行油水分離，分離出的廢油進入廢油艙，其余進入油含量監測器，滿足排放標準時可以排放，否則返回含油廢物儲存柜。含油廢物傳送泵還用來將廢油及含油廢物排向岸上設施。

在艦船管道布置允許的場合，將非含油源排水和含油源排水分開，來自空調、冷凝器及蛇形冷卻管的冷凝水是非含油排水的典型例子。在可能的場合，將非含油排水引至廢水排水柜或廢水污水艙，然后直接泵送至艦外。含油廢水排泄至含油廢物儲存柜。已收集的含油廢液宜在一天中的某一方便時間或在含油廢物儲存柜充滿50%之前由油水分離器進行處理。排放時應至少派駐一名艦員，若出現浮油或廢油膜應立即報告并使油水分離器停止工作，直至問題排除。油水分離器要求定期清理。

具體到潛艇，油污水處理系統［2］設置油艙底水收集艙、非油艙底水收集艙和廢油收集艙，也可能采用復合式水艙。部分潛艇油艙底水收集艙分為油側和凈側;還有些潛艇的油艙底水收集艙則沒有這種分隔，采用的是重力分離。非油廢水通過單獨的系統送至非油艙底水收集艙然后排至舷外。油廢水或可能的油廢水通過單獨的系統送至油艙底水收集艙。采用分隔式油艙底水收集艙的潛艇采用水艙折流板增強的重力分離實現油水分離;沒有分隔式油艙底水收集艙的潛艇，水艙底部的水可在駛出海岸線一定距離后排出舷外，水艙上部的水則轉移到廢油收集艙。實艇12 n mile內的采樣結果顯示，對于上述2種潛艇，艙底油含量約為20 ppm，水艙油含量約為76 ppm。

2.1.2 黑水、灰水

黑水、灰水處理可選用多種系統，如“收集、儲存和轉移系統” (collection，holding and transfer system，CHT）、 “真空收集、儲存和轉移系統”(Vacuum CHT，VCHT）、真空 －焚燒系統 (Vacu-Burn）、控制水量沖洗蒸發處理系統。CHT與VCHT要求凡是可行的場合均將黑水管路和灰水管路分隔開，其采用的零排放Ⅲ型船用衛生設備［3］可滿足12 h內的黑水收集、貯存需求，以通過限制水域 (如美國沿岸3 n mile內），但后者利用真空收集廢水，用水少，管路和水艙小，收集管路還可以垂直布置。根據真空收集方法的不同，VCHT分為2種:一種采用消防總管驅動噴射器，噴射器連到污水貯存艙頂部，在水艙和收集管路中產生真空;另一種采用污水驅動噴射器，噴射器將污水從污水貯存艙的底部抽至頂部從而在管路中產生真空，污水收集管路連接到噴射器入口。真空－焚燒系統作為VCHT的補充安裝在部分艦船上?？刂扑繘_洗蒸發處理系統提供延長的貯存時間，安裝在遠洋掃雷艇和遠洋布雷艦上。

為了對黑水、灰水進行處理，在海軍海上系統司令部和海軍水面作戰中心主持下，對基于膜的系統進行了研究［4］。試驗結果表明，污水停留6 h即可滿足所有指標要求，這對于CHT艦船尚可，但能否用于VCHT艦船有待進一步檢驗。

2.1.3 小便器管路

國外艦船對小便池泄水管安裝有嚴格要求，如斜度＞0.125英寸/英尺以避免小便與海水之間發生生物化學反應，盡量遠離熱源以避免蒸汽管路等將泄水管中的沉淀物烘干成硬物。出海時布置以氨基磺酸為基礎的酸盒預防污垢形成，在進行系泊修理等前，要用環境溫度下的淡水徹底清洗小便器管路，以防止污垢硬化。堵塞后，或者采用旋轉式蛇行清潔器或壓縮空氣清潔設備、高壓噴水機等進行機械清除，或者拆下管路并酸洗。

2.2 國外艦船淡水處理系統現狀

水面艦船上設有加溴殺菌器或加氯殺菌器，殺菌器帶有DPD(二乙基鄰位苯二胺）鹵素殘余檢測設備。加溴殺菌器可選用配比加溴殺菌器或再循環(環流式）加溴殺菌器，前者在淡水進到飲水柜之前對其進行初步處理，后者使水流向淡水艙并再從淡水艙流出而形成環流式再循環，當溴殘余量等低于合格水平時對飲用水進行補充處理。潛艇和供應艇上由于不具備添加鹵素的機械設備，要求從認可的水源取水并且保證含有至少0.2 ppm FAC(痕量游離有效氯）殘余物。

3 生活水處理系統發展趨勢及建議

3.1 采用污水分類處理模式

與我國艦船最大的不同在于，國外艦船污水廣泛采用了分類處理模式，根據污水種類不同，采用不同的水艙、管系和處理方法。一般根據污染物含量將污水細分為油污水、黑水和灰水。以油污水為例，由于大部分油污水在進入艙底前水質較好，只有油和部分懸浮固體超標，采用油水分離等處理達標后即可排放，避免了和黑水、灰水混合后增加處理難度。與國外艦船的另一個主要差距在于，我國艦船對污水大多只是轉存、排放，尚未廣泛進行去污處理。

其中，增設油水分離功能，既是進行油污水處理、提高艦船隱蔽性的要求，也是增加空調凝水可用性、改善居住性的必要前提。國外艦船早已設有該系統，針對乳化問題，曾限制使用含乳化特性的溶劑。實際上，隨著技術的發展，油水分離器已可解決乳化問題，這樣我國艦船可繼續使用普通洗滌劑。如，Mycelx公司在重力分離后增加超濾膜和化學親合分離，可將乳化后油含量有效降至1～5 ppm［5］，再如文獻 ［6］通過試驗證實了采用超濾膜處理乳化艙底水的有效性。

關于黑水、灰水處理，國外也處在探索階段，基于膜的系統有待改善驗證，應繼續關注。

總之，對污水進行分類處理尤其是油水分離裝置的增設已是必然選擇，而無論是對傳統重力式油水分離的加強，還是對黑水、灰水的處理，均應加強對膜技術的研究。

3.2 降低污水排放噪聲

降低污水排放噪聲，一方面要繼續完善隔振器、浮筏、管路附件等各種減振裝置，另一方面應從系統角度進行改善，這一點目前關注較少，污水排放就是一例。如前所述，我國污水排放采用大揚程大流量泵，小揚程泵僅用于污水的轉運。為降低噪聲，泵工作在設計工況附近，而揚程大的泵其設計工況噪聲也高。如果適當增大小揚程泵揚程，讓其也具備污水排放能力，則可顯著降低系統噪聲。

3.3 進行飲用水凈化

艦船上飲用水可能需要儲存較長時間，這會引起飲用水水質的下降。雖然可以通過加氯等手段保證淡水艙中水質，但由于駁運過程，終端用戶處的水質仍難以保證，需進一步凈化。目前，艦船上亟需在廚房外的終端處配備成本低于紫外線消毒的凈化手段。膜技術被譽為21世紀的水處理技術，在歐美等國受到了高度重視。在幾種飲用水凈化常用膜中，納濾操作壓力低，能耗和運轉費用少，相對于反滲透，無機離子截留率低，但在有效去除水中有害物質的同時，還能保持水中對人體健康有益的微量元素和礦物質，是一種非常有潛力的飲用水終端凈化手段。

4 結語

針對我國艦船生活水系統面臨的艙底污水積聚嚴重、污水排放頻繁且噪聲大、油斑暴露、終端處飲用水水質難以保證、洗衣水含油等問題，提出了采用污水分類處理模式尤其是增設油水分離功能、降低污水排放噪聲包括增強系統較小揚程時排水能力、為飲用水終端補充膜凈化手段等發展趨勢。

［1］吳始棟.環境友好艦船及其廢物處理技術的進展［J］.艦船科學技術，2005，27(6）:99 －104.

WU Shi-dong.The environmentally friendly ship and progress of its waste treatment techn iques［J］.Ship Science and Technology，2005，27(6）:99 －104.

［2］United States Environmental Protection Agency，Uniform national discharge standards for vessels of the armed forces［EB/OL］.http://unds.bah.com，2011 －11 －06.

［3］Naval Sea Systems command，Chapter 593.Pollution Control［EB/OL］.http://www.fas.org，2011 －11 －06.

［4］BENSON J，CAPLAN I，JACOBSR.Blackwater and graywater on U.S.navy ships:technical challenges and solutions［J］.Naval Engineers Journal，1999(5）:293 －306.

［5］ALPER H.New technologies for controlling oily bilge water discharges［C］. Marine Environmental Engineers Technology Symposium，2001.

［6］韓小波，徐筱欣，董玉海，等.船舶艙底含油污水分離試驗研究［J］.造船技術，2008，3(283）:30 －32.

HAN Xiao-bo，XU You-xin，DONG Yu-hai，et al.Ship bilge oil waste water seperation test［J］.Marine Technology，2008，3(283）:30 －32.

Status and outlook of living water processing system on naval vessels

QIN Zi-ming，WANG Zheng-qing，WANG Xiao-dong，BAIYa-he
(Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China）

After introducing the status and problems of living water processing system on domestic naval vessels，this paper proposed the sewage classifying and processing system and fresh water purifying system on foreign ships.Finally，the future trends including sewage classification and treating，reducing sewage discharging noise，membrane purifying of drinking water at the terminals and suggestions as the addition of oil water separation，stabilization of the sewage pump working point and drinking water purifying by nanofiltration are given after comparison.

naval vessel;sewage;drinking water;OWS;membrane

U664.9+2

A

1672－7649(2013）03－0005－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2013.03.002

2011－08－29;

2012－03－28

秦子明(1985－），男，碩士，工程師，主要從事船舶系統技術研究。