船舶防污染技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

潘良高

（海軍駐南京地區(qū)航天機(jī)電系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003）

船舶防污染技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

潘良高

（海軍駐南京地區(qū)航天機(jī)電系統(tǒng)軍事代表室，南京 210003）

介紹了船舶防污染專業(yè)領(lǐng)域中船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)、生活污水處理技術(shù)、艙底水處理技術(shù)的現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有船舶防污染設(shè)備技術(shù)存在問(wèn)題進(jìn)行分析，并進(jìn)一步探討船舶防污染技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

防污染技術(shù)；固體廢棄物；廢油；廢水；生活污水；艙底水

0 前言

隨著海洋運(yùn)輸、海洋開發(fā)、海洋利用的發(fā)展，海洋環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重，世界各國(guó)對(duì)于海洋環(huán)境的保護(hù)也日益重視。國(guó)際防污染公約和決議不斷地加強(qiáng)修訂，并統(tǒng)一實(shí)施。其中國(guó)際海事組織（IMO）對(duì)于船舶防污染專業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)行有效決議有：針對(duì)船用焚燒爐的MEPC.76（40）和MEPC.93（45），針對(duì)船用生活污水處理裝置的MEPC.159（55），針對(duì)艙底水分離器的MEPC.107（49）等。這些決議對(duì)船舶排放都有明確的規(guī)定和要求，同時(shí)更新的規(guī)范也已出臺(tái)并將實(shí)施，其中，針對(duì)船用焚燒爐的MEPC.244（66）將焚燒處理熱容量從1500kW提升至4000kW；針對(duì)船用生活污水處理裝置的MEPC.227（64）提高了客船在特殊海域的氮、磷排放指標(biāo)要求。而個(gè)別歐洲的艙底水分離器廠商已能將處理水排放含油量從15ppm降低至5ppm。可見(jiàn)，在國(guó)際海事環(huán)保、綠色造船的立法趨勢(shì)下，各港口國(guó)對(duì)船舶防污染裝置的排放要求在逐步提高，各船舶防污染設(shè)備供應(yīng)商也將圍繞技術(shù)、產(chǎn)品、市場(chǎng)等方位進(jìn)行日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

1 船舶防污染技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)有的船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)是一種熱焚法處理技術(shù)。船舶廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)和空氣中的氧氣在高溫下氧化熱解，生成廢氣排放，少量的不可燃物形成灰渣殘留下來(lái)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能使船上的固液廢料快速變成少量灰渣，減量化、無(wú)害化程度高。它的缺點(diǎn)是焚燒生成廢氣會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

廢棄物焚燒處理技術(shù)在用于處理城市垃圾已有百余年的歷史，而該技術(shù)在船舶上的應(yīng)用則始于上世紀(jì)七十年代。造船業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家按照73/78國(guó)際防污染公約所研制的船用焚燒爐，以挪威 TeamTec公司、丹麥ATLAS公司和日本SUMFLAME公司的產(chǎn)品占市場(chǎng)主流。目前，國(guó)內(nèi)的廠商也已開展此項(xiàng)研究，但因起步較晚，產(chǎn)品所占的市場(chǎng)份額有限。

主流市場(chǎng)的船用焚燒爐大致可分為三種類型：1）處理固體廢棄物的焚燒爐2）處理固體廢棄物和廢油的焚燒爐；3）處理固體廢棄物、廢油、廢水的焚燒爐。目前，前兩種類型的焚燒爐應(yīng)用較多。無(wú)論是哪種類型的焚燒爐，目前均采用PLC自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中爐膛溫度、煙氣溫度與爐膛負(fù)壓間的平衡控制，達(dá)到安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

第一種類型的船用焚燒爐，其結(jié)構(gòu)是由一個(gè)鋼制的雙層夾套外殼，內(nèi)襯絕熱材料和耐火磚組成的爐膛。爐膛周圍設(shè)有固體廢棄物加料門（間歇加料）或加料斗（可實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料）、柴油燃燒器、電控箱、煙氣風(fēng)機(jī)。其特點(diǎn)是功能單一，僅可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的焚燒。

第二種類型的船用焚燒爐，是在第一種爐型的基礎(chǔ)上，在爐膛周圍增設(shè)了帶霧化汽源供給的污油燃燒器和污油計(jì)量裝置，在系統(tǒng)布置中增設(shè)廢油柜，在電控箱中增設(shè)污油焚燒自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)廢油的儲(chǔ)存、輸送、噴射霧化焚燒功能。其優(yōu)點(diǎn)是即可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物單燒，又可廢油單燒，還能實(shí)現(xiàn)固體廢棄物和廢油同時(shí)焚燒。

第三種類型的船用焚燒爐，在近些年的發(fā)展中，其功能得到了進(jìn)一步的突破，這也是市場(chǎng)主流廠商之一的挪威TeamTec公司船用焚燒爐產(chǎn)品的獨(dú)特創(chuàng)新點(diǎn)。此前的第三種類型船用焚燒爐的配置與第二種類型的船用焚燒爐一致，區(qū)別在于廢油柜中可注入需焚燒處理的廢水（污泥污水），通過(guò)沉淀放泄后，隨同廢油一起進(jìn)入爐膛焚燒處理。而實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破后的第三種類型船用焚燒爐，則在此前的船用焚燒爐基礎(chǔ)上，在爐膛周圍增設(shè)了帶霧化汽源供給的艙底水燃燒器和艙底水計(jì)量裝置，在系統(tǒng)的布置中增設(shè)了艙底水柜。可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物、廢油、廢水（污泥污水，艙底水）的焚燒處理。在船舶艙底水處理排放要求越來(lái)越高的今天，多了一條通過(guò)焚燒處理解決艙底水處理的途徑。技術(shù)突破后的第三種類型的船用焚燒爐，在推向市場(chǎng)后的幾年來(lái)正在為廣大用戶熟知，也越來(lái)越受青睞。其優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的單燒、廢油單燒，還能實(shí)現(xiàn)固體廢棄物和廢油、廢水三者同時(shí)焚燒。其缺點(diǎn)在于需要增設(shè)布置艙底水柜及其管路系統(tǒng)，用戶初投資將會(huì)有所增加。

1.2 船舶生活污水處理技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的船舶生活污水處理技術(shù)主要有物化法、污水生物好氧降解-重力沉淀分離-殺菌消毒法、污水生物好氧降解-重力沉淀分離-膜過(guò)濾法等工藝技術(shù)。國(guó)外進(jìn)行船舶生活污水處理工藝及技術(shù)研究起源于上世紀(jì)六十年代，發(fā)展至今，目前比較流行的工藝主要有物化法（混凝沉淀及過(guò)濾）、生化法（活性污泥法及生物膜法）及電化學(xué)法。國(guó)外主要的廠商有丹麥ATLAS公司以物化法原理的AWW型裝置，英國(guó)HAMWORTHY公司以生化法原理的ST型裝置，美國(guó)及意大利的合資公司Severn Trent De Nora以電解法為原理的OMNIPURE裝置。

物化法工藝主要是將化學(xué)藥劑加入污水中進(jìn)行循環(huán)、粉碎、沉淀、消毒處理。這種工藝優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，裝置體積較小；缺點(diǎn)是沒(méi)有進(jìn)行生化反應(yīng)，對(duì)有機(jī)物的去除不夠徹底。

生化法工藝主要是通過(guò)微孔曝氣，利用污水中的好氧細(xì)菌將有機(jī)物質(zhì)降解生成二氧化碳和水，通過(guò)斜斗重力沉淀作用，分離出的清水通過(guò)撇渣器撇除浮渣后進(jìn)行殺菌消毒達(dá)標(biāo)排放，沉淀后的活性污泥一部分返回曝氣室維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，殘余的污泥將定期定量排放，產(chǎn)生的二氧化碳直接逸氣排放。從而達(dá)到船舶生活污水處理的目的。該工藝的特點(diǎn)是：凈化效果好，但裝置體積較大。

電化學(xué)法工藝主要是通過(guò)電解原理，對(duì)污水進(jìn)行氧化和消毒，它是將混有海水的污水送入電解槽進(jìn)行電解，其產(chǎn)生的次氯酸是氧化劑和消毒劑，污水中的有機(jī)物被氧化，細(xì)菌被殺死，從而達(dá)到凈化污水的目的。該工藝方法的特點(diǎn)是裝置小，處理流程快，但操作維護(hù)復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高。

1.3 艙底水處理技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的艙底水處理技術(shù)主要有重力分離法、吸附法、膜分離法，及其前三者間的組合。常見(jiàn)應(yīng)用有重力分離-吸附過(guò)濾工藝、重力分離-吸附粗過(guò)濾-膜分離精過(guò)濾工藝等。國(guó)外同類技術(shù)除前三種方法外，還有氣浮法、碟片分離法等。當(dāng)前市場(chǎng)上艙底水分離技術(shù)走在前沿的有瑞典JOWA公司、英國(guó)HAMWORTHY公司等。

重力分離是根據(jù)托克斯原理，利用油水的密度差對(duì)油水進(jìn)行重力分離，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式為采用斜板組，使得水流經(jīng)斜板組向下，油滴自由下而上上浮分離。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)游離態(tài)的油水分離有較好的作用，但對(duì)乳化油水效果甚微。

吸附法是采用吸附材料對(duì)油水中的油滴進(jìn)行吸附分離，從而降低待處理水中的含油量。而吸附材料通常通過(guò)反沖的方式進(jìn)行吸附能力的恢復(fù)，但恢復(fù)后的吸附能力會(huì)逐次衰減，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間應(yīng)用后會(huì)達(dá)到飽和，需進(jìn)行更換。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是凈化效果好，但維護(hù)成本高。而不同的吸附材料對(duì)乳化油水分離效果也會(huì)有所不同，部分吸附材料具有一定的破乳能力。

膜分離法是通過(guò)膜組材料對(duì)經(jīng)過(guò)重力分離及吸附過(guò)濾后的含有微量含油量的油水進(jìn)一步深度處理的工藝。其特點(diǎn)是凈化效果好，但操作維護(hù)成本高，僅適宜深度處理和對(duì)游離態(tài)的油水有良好的分離效果。

2 現(xiàn)有船舶防污染設(shè)備技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 船用焚燒爐技術(shù)存在的問(wèn)題

現(xiàn)有的船用焚燒爐大多采用熱焚法技術(shù)，符合的國(guó)際規(guī)范為IMO MEPC.76（40）和MEPC.93（45）決議。該類設(shè)備的特點(diǎn)是可以快速地減量化、無(wú)害化形成灰渣，并將生成的廢氣直接排放。但還存在幾個(gè)問(wèn)題未得到很好的解決。

首先，在倡導(dǎo)大氣污染防治的今天，廢氣中的氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）直接排放易對(duì)大氣環(huán)境造成二次污染；其次，船用焚燒爐預(yù)熱的燃料是輔助燃油，而現(xiàn)有船用焚燒爐其燃燒器中的輔助燃油供給裝置大多采用齒輪泵，結(jié)構(gòu)緊湊；燃油為船用柴油MDO，其所含的硫含量不低。而低硫含量的輕燃油MGO，則因粘度較低，若輔助燃油供給裝置仍采用齒輪泵，則將大大地影響其使用壽命。

同時(shí)，IMO新修訂的關(guān)于船用焚燒爐的MEPC.244（66）決議將焚燒爐的最大熱容量從1500kW提升至4000kW，現(xiàn)有最大規(guī)格的船用焚燒爐已不能適應(yīng)船舶向大型化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

2.2 船用生活污水處理裝置技術(shù)存在的問(wèn)題

現(xiàn)有的船用生活污水處理裝置大多采用的是生化法（活性污泥法技術(shù)）。該類裝置的特點(diǎn)是能徹底消除污染物，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成二次污染。但生化法處理技術(shù)也存在一些問(wèn)題：1）在設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行操作前，需要對(duì)污水通過(guò)曝氣培菌，逐步建立穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，這對(duì)于部分操作者來(lái)說(shuō)比較困難。若生態(tài)系統(tǒng)建立不完善，則處理效果大受影響；2）因船舶航行時(shí)處于搖擺、傾斜狀態(tài)，在早晚使用的高峰時(shí)段污水產(chǎn)生量為額定量的多倍，導(dǎo)致斜斗結(jié)構(gòu)中重力分離的污泥、澄清液分離效果不好，影響排放水水質(zhì)；3）船舶上的灰水、廚房廢水和洗衣廢水，其水量遠(yuǎn)大于黑水量，如果灰水也同時(shí)要求進(jìn)入裝置加以處理后排放，則該裝置體積將大大增加。而當(dāng)前船用生活污水處理裝置規(guī)范MEPC.159（55）沒(méi)有強(qiáng)制要求對(duì)灰水進(jìn)行處理，也沒(méi)有對(duì)氮、磷指標(biāo)提出控制要求。

2016年1月1日即將實(shí)施的適用于特殊區(qū)域客船的船用生活污水處理裝置的MEPC.227(64)決議對(duì)處理排放水水質(zhì)的氮、磷指標(biāo)提出明確的要求，同時(shí)對(duì)灰水處理進(jìn)行考量。隨著國(guó)際上環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和環(huán)保法規(guī)的健全，灰水處理和氮、磷指標(biāo)排放控制必將走向?qū)嵈瑧?yīng)用。

2.3 艙底水分離器技術(shù)存在的問(wèn)題

2004年IMO通過(guò)了MEPC107.（49）決議，該協(xié)議在2005年1月1日實(shí)施。在性能試驗(yàn)條件中，除了原有的“A”液（重油）、“B”液（輕油）的試驗(yàn)，增加了“C”液（油水乳化液）試驗(yàn)的要求，并規(guī)定了制備“C”液的嚴(yán)格程序。現(xiàn)有的艙底水分離器技術(shù)大多采用的是重力分離-粗過(guò)濾-精過(guò)濾技術(shù)。其存在的問(wèn)題主要在于油水乳化液的處理沒(méi)能有效地解決，無(wú)論是吸附技術(shù)，還是膜分離技術(shù)，都不能很好地實(shí)現(xiàn)油水乳化液的破乳，因而需要定期地更換濾料及膜組件，增加操作維護(hù)的工作量及其成本。近年來(lái)，歐洲個(gè)別廠商稱已成功突破油水破乳技術(shù)，并取得了船級(jí)社的認(rèn)證，將排放水的指標(biāo)從15ppm降低至了5ppm。國(guó)內(nèi)廠商的艙底水分離器技術(shù)研究必須加快步伐，否則國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品市場(chǎng)份額的穩(wěn)定將遭到破壞。

3 船舶防污染技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)將在利用現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上，向更深層次研究。

船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：一方面，船用焚燒爐煙道出口排放的廢氣經(jīng)尾氣凈化處理技術(shù)脫氮脫硫后排放，以降低排放廢氣對(duì)環(huán)境的二次污染，從環(huán)保的角度出發(fā)，這是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)；另一方面，船用焚燒爐核心部件之一的燃燒器技術(shù)需進(jìn)一步改良，從現(xiàn)有適用于中、低粘度燃油的齒輪柴油泵向螺桿泵發(fā)展。齒輪泵通過(guò)兩齒輪齒間嚙合，達(dá)到輸送燃油的目的，必要的燃油粘度是必須的，而低硫燃油MGO應(yīng)用的倡導(dǎo)，將大大地降低燃油的粘度，齒輪泵的嚙合齒若沒(méi)有足夠的潤(rùn)滑，則大大地影響使用壽命。而螺桿泵則通過(guò)定子及轉(zhuǎn)子螺桿旋轉(zhuǎn)將燃油帶入容腔從而達(dá)到輸送燃油的目的，這種類型的燃油泵受燃油粘度的影響較小，但這類泵的外形結(jié)構(gòu)相對(duì)較大。故螺桿式燃油泵與燃燒器結(jié)合的技術(shù)也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

另外，船用焚燒爐的焚燒處理產(chǎn)生的廢熱是很可觀的，而由于受船舶艙室空間限制，這部分廢熱的再利用一直不為大家所重視。隨著能源循環(huán)利用技術(shù)快速發(fā)展，汽車尾氣廢熱發(fā)電用于汽車發(fā)動(dòng)能源尚已研究，焚燒廢熱再利用更應(yīng)如此。同時(shí)，耐火保溫綠色環(huán)保材料的應(yīng)用、煙氣風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用、溫度壓力精準(zhǔn)控制技術(shù)等的新技術(shù)融合應(yīng)用，將會(huì)使船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的突破。

3.2 船舶生活污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

船舶生活污水處理技術(shù)的發(fā)展應(yīng)依托現(xiàn)有成熟技術(shù)，結(jié)合新處理要求和指標(biāo)要求，進(jìn)一步改良和完善。

船舶生活污水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：一方面，為符合現(xiàn)行IMO MEPC.159（55）決議要求，現(xiàn)有的生化法生活污水處理技術(shù)將在生物降解技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)斜斗將泥液重力分離后，再對(duì)分離后的澄清液直接加藥消毒后排放或?qū)Ψ蛛x后的澄清液通過(guò)膜組件精過(guò)濾后排放。此生化法的生態(tài)系統(tǒng)若建立不善，將直接導(dǎo)致排放水不能達(dá)標(biāo)，或污染膜組件帶來(lái)維護(hù)工作和成本。故電化學(xué)法替代生化法的污水處理技術(shù)有了進(jìn)一步研究的需求，其相較于生化法的優(yōu)點(diǎn)是處理流程快、可間歇運(yùn)行，這是一種發(fā)展趨勢(shì)。另一方面，在生化法的基礎(chǔ)上，改良加入曝氣室內(nèi)提升接觸氧化能力的載體，進(jìn)一步有效地提高有機(jī)物質(zhì)的生化降解能力，再利用斜斗泥液分離后，通過(guò)加藥的方式殺死細(xì)菌并有效去除或降低澄清液中磷的含量，以滿足氮、磷指標(biāo)要求。

3.3 艙底水分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

盡管艙底水分離器產(chǎn)品的國(guó)際規(guī)范還沒(méi)有修訂，仍實(shí)施MEPC.107（49）決議，但在國(guó)外廠商已率先研究突破艙底油水破乳技術(shù)的前提下，用戶對(duì)更高處理性能產(chǎn)品的需求應(yīng)運(yùn)而生。這顯然成了各艙底水分離器廠商研究的方向和目標(biāo)。

截止目前，稱已成功研制排放含油量達(dá)到5ppm的國(guó)外廠商有一兩家，采用的處理技術(shù)為碟式分離法。碟式分離法的應(yīng)用在油水分離行業(yè)并不陌生，但更多見(jiàn)用于通過(guò)高速離心分離將少量水從大量的油中進(jìn)行分離，與艙底水處理的油水分離有所區(qū)別。同時(shí)碟式分離也是物理法中的一種，對(duì)于油水的破乳能力有限。艙底水分離器的處理工藝則應(yīng)考慮針對(duì)原有的斜板重力分離-吸附過(guò)濾-膜分離技術(shù)，采取有效措施解決破乳方案，故新材料的應(yīng)用研究是一發(fā)展方向。同時(shí)，陸用油水分離中氣浮法破乳技術(shù)應(yīng)用已非常成熟，相對(duì)于船舶應(yīng)用，則需小型緊湊化改良，如能成功應(yīng)用也是一大突破，故該工藝的應(yīng)用研究也是一發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合IMO新規(guī)范和決議的要求，針對(duì)現(xiàn)有船舶防污染技術(shù)領(lǐng)域中船舶廢棄物焚燒處理技術(shù)、生活污水處理技術(shù)、艙底水分離技術(shù)中存在的一些問(wèn)題，探討了這些技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。需要進(jìn)一步深化研究，以符合國(guó)際海事立法關(guān)于向環(huán)保、綠色船舶發(fā)展的趨勢(shì)。

[1]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.76(40)[S].1997.

[2]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.93(45)[S].2000.

[3]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.244(66)[S].2014.

[4]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.159(55)[S].2006.

[5]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.227(64)[S].2012.

[6]IMO.IMO MARPOL 73/78 MEPC.107(49)[S].2003.

[7]白韜光.艦舶防污染技術(shù)新進(jìn)展[J].機(jī)電設(shè)備,2006(6):1-3.

[8]孟崢嶸,王春明.船用焚燒爐技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].交通科技,2012(1):104-106.

[9]王金業(yè).船用焚燒爐的選型[J].綠洲技術(shù),1994:18-20.

Technical Status and Trend of Marine Anti-pollution Technology

PAN Liang-gao
(Navy Representative Office at Aerospace Electromechanical System in Nanjing District,Nanjing 210003,China)

This paper introduces the status of technologies of marine waste incineration,domestic sewage treatment and bilge water treatment in the field of marine anti-pollution.It analyses the existing problem in marine anti-pollution equipment technology and further discusses on the development trend of marine anti-pollution technology.

anti-pollution technology; solid garbage; waste oil; waste water; domestic sewage; bilge water

X736.3

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.010

潘良高（1965-），男，高級(jí)工程師。研究方向：艦船機(jī)電設(shè)備監(jiān)造及發(fā)展研究。